CN117813476A - 利用差动电容传感器衬底的喷头至基座间隙测量 - Google Patents

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CN117813476A CN202280056337.7A CN202280056337A CN117813476A CN 117813476 A CN117813476 A CN 117813476A CN 202280056337 A CN202280056337 A CN 202280056337A CN 117813476 A CN117813476 A CN 117813476A
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Abstract

一种被配置成测量衬底处理系统的处理室中的第一结构与第二结构之间的间隙的传感器盘，所述传感器盘包含：上表面；被设置在所述传感器盘的所述上表面上的至少一个第一电容传感器，所述至少一个第一电容传感器被配置为产生第一测量信号，所述第一测量信号指示所述传感器盘的所述上表面与所述第一结构之间的第一距离；下表面；以及被设置在所述传感器盘的所述下表面上的至少一个第二电容传感器，所述至少一个第二电容传感器被配置为产生第二测量信号，所述第二测量信号指示所述传感器盘的所述下表面与所述第二结构之间的第二距离。

Description

利用差动电容传感器衬底的喷头至基座间隙测量
相关申请的交互引用
本申请要求于2021年8月16日申请的美国临时申请No.63/233,516的权益。上述引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及用于衬底处理系统的测试衬底，且更具体地涉及包括电容传感器的测试衬底。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分中描述的范围内的当前指定的发明人的工作以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理系统被使用于在衬底(例如半导体晶片)上执行例如膜沉积和蚀刻的处理。例如，可执行沉积以使用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强ALD(PEALD)、和/或其他沉积处理而沉积导电膜、介电膜、或其他类型的膜。在沉积期间，该衬底被布置在衬底支撑件(例如，基座)上，并且可在一或更多个处理步骤期间使用气体分配装置(例如，喷头)将一或更多种前体气体供应至处理室。在PECVD或PEALD处理中，等离子体被使用于在沉积期间活化在处理室内的化学反应。
发明内容
一种被配置成测量衬底处理系统的处理室中的第一结构与第二结构之间的间隙的传感器盘，所述传感器盘包含：上表面；被设置在所述传感器盘的所述上表面上的至少一个第一电容传感器，所述至少一个第一电容传感器被配置为产生第一测量信号，所述第一测量信号指示所述传感器盘的所述上表面与所述第一结构之间的第一距离；下表面；以及被设置在所述传感器盘的所述下表面上的至少一个第二电容传感器，所述至少一个第二电容传感器被配置为产生第二测量信号，所述第二测量信号指示所述传感器盘的所述下表面与所述第二结构之间的第二距离。
在其他特征中，所述至少一个第一电容传感器包括被设置在所述传感器盘的所述上表面上的三个电容传感器。所述至少一个第二电容传感器包括被设置在所述传感器盘的所述下表面上的三个电容传感器。所述至少一个第一电容传感器被配置为与所述第一结构形成第一电容器以及基于所述第一电容器的第一电容产生所述第一测量信号。所述至少一个第二电容传感器被配置为与所述第二结构形成第二电容器以及基于所述第二电容器的第二电容产生所述第二测量信号。所述的传感器盘还包含凹陷区域，所述凹陷区域被限定在所述传感器盘的所述下表面中。所述凹陷区域由所述传感器盘的外边缘延伸至中心区域。
在另一特征中，一种包含所述传感器盘且还包含控制器的系统，所述控制器设置为接收所述第一测量信号与所述第二测量信号以及基于所述第一测量信号与所述第二测量信号，计算所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙的宽度。所述控制器被配置为基于所述第一距离、所述第二距离、以及所述传感器盘的厚度，计算所述间隙的所述宽度。所述控制器被配置为还基于存储数据计算所述间隙的所述宽度，所述存储数据将所述至少一个第一电容传感器和所述第一结构之间形成的第一电容与所述第一距离相关联且将所述至少一个第二电容传感器和所述第二结构之间形成的第二电容与所述第二距离相关联。所述第一结构是喷头且所述第二结构是基座。
一种被配置成测量衬底处理系统的处理室中的第一结构与第二结构之间的间隙的系统包含：传感器盘，其包括被设置在所述传感器盘的上表面上的至少一个第一电容传感器以及被设置在所述传感器盘的下表面上的至少一个第二电容传感器；以及控制器，其被配置成：接收来自所述至少一个第一电容传感器的第一测量信号，所述第一测量信号指示所述传感器盘的所述上表面与所述第一结构之间的第一距离；接收来自所述至少一个第二电容传感器的第二测量信号，所述第二测量信号指示所述传感器盘的所述下表面与所述第二结构之间的第二距离；以及基于所述第一测量信号和所述第二测量信号，计算所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙的宽度。
在其他特征中，所述控制器被配置为基于所述第一距离、所述第二距离、以及所述传感器盘的厚度，计算所述间隙的所述宽度。所述控制器被配置为还基于存储数据计算所述间隙的所述宽度，所述存储数据将所述至少一个第一电容传感器和所述第一结构之间形成的第一电容与所述第一距离相关联且将所述至少一个第二电容传感器和所述第二结构之间形成的第二电容与所述第二距离相关联。在所述传感器盘的所述下表面中限定凹陷区域，且其中所述凹陷区域从所述传感器盘的外边缘延伸至中心区域。所述系统还包含机械转位器，所述机械转位器包括末端执行器，并且所述凹陷区域被配置成接收所述末端执行器。
一种用于测量衬底处理系统的处理室中的第一结构与第二结构之间的间隙的方法包含：在末端执行器上设置传感器盘；将所述传感器盘定位在所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙中；使用所述传感器盘确定在所述传感器盘的上表面与所述第一结构之间的第一距离以及在所述传感器盘的下表面与所述第二结构之间的第二距离；以及基于所述第一距离与所述第二距离，计算在所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙的宽度。
在其他特征中，所述传感器盘包括被设置在所述传感器盘的上表面上的至少一个第一电容传感器以及配置在所述传感器盘的下表面上的至少一个第二电容传感器。所述方法还包含：使用所述至少一个第一电容传感器产生第一测量信号，所述第一测量信号指示所述传感器盘的所述上表面与所述第一结构之间的所述第一距离；使用所述至少一个第二电容传感器产生第二测量信号，所述第二测量信号指示所述传感器盘的所述下表面与所述第二结构之间的所述第二距离；以及基于所述第一测量信号、所述第二测量信号、以及所述传感器盘的厚度，计算所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙的所述宽度。
在其他特征中，所述方法还包含：基于在所述至少一个第一电容传感器与所述第一结构之间形成的第一电容，产生所述第一测量信号；以及基于在所述至少一个第二电容传感器与所述第二结构之间形成的第二电容，产生所述第二测量信号。所述传感器盘包括凹陷区域，所述凹陷区域被限定在所述传感器盘的所述下表面中，所述凹陷区域从所述传感器盘的外边缘延伸至中心区域，且在所述末端执行器上设置所述传感器盘包括：将所述传感器盘的所述凹陷区域设置在所述末端执行器上。定位所述传感器盘包括：将所述传感器盘定位在所述第一结构与所述第二结构之间的中点。所述第一结构是喷头且所述第二结构是基座。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1为根据本公开的衬底处理系统的实施方案的功能框图；
图2A为根据本公开的传感器盘的实施方案；
图2B为图2A的传感器盘的上表面的等距视图；
图2C为图2A的传感器盘的下表面的等距视图；
图2D为根据本公开的传感器盘的另一实施方案；以及
图3为根据本公开的使用传感器盘确定喷头与基座之间的距离的方法的实施方案。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
间隙被限定在气体分配设备(例如，喷头)的下表面与衬底支撑件(例如，基座)的上表面之间。衬底处理参数(例如，沉积速率、等离子体轮廓等)可基于间隙的特性而变化。可能影响处理参数的间隙的特性包括间隙的宽度(即，喷头和衬底支撑件之间的竖直距离)以及该宽度在水平方向上的变化(例如，由倾斜的喷头或衬底支撑件表面所引起的变化)。
可使用多种方法测量间隙。可基于该测量结果调整喷头与衬底以实现所期望的间隙宽度和方向。例如，喷头的倾斜(即，水平)和高度以及衬底支撑件的高度可以为可调整的。在一些实施方案中，传感器盘或晶片可被配置在衬底支撑件上。一或更多个电容传感器被配置在传感器盘的上表面上(即，在传感器盘的面向喷头的表面上)。
电容传感器被设置为测量传感器盘的上表面与喷头之间的距离。例如，随着距离改变，由电容传感器检测到的电容改变。电容传感器产生指示电容和相应距离的测量信号，接着可使用该信号确定间隙的宽度。可根据已知距离(例如，给定材料的已知距离)校准电容传感器。随着电容传感器与喷头之间的距离增加，测量信号的准确度降低。例如，测量信号的准确度可能相对于距离呈指数衰减。
根据本公开的一些实施方案的传感器盘或衬底包括位于上(即，面向喷头)表面和下(即，面向衬底支撑件)表面两者上的传感器，例如电容传感器。传感器盘定位在处理室的上表面或其他结构(例如，气体分配设备，如喷头)与衬底支撑件之间(例如，在心轴、机械臂等的末端执行器上)而不接触喷头或衬底支撑件。例如，传感器盘可定位并悬挂在喷头与衬底支撑件之间的中间点处。
因此，配置在传感器盘的上表面上的传感器被设置为测量该传感器盘和喷头之间的第一距离，而配置在传感器盘的下表面上的电容传感器被设置为测量该传感器盘与该衬底支撑件之间的第二距离。第一距离、第二距离、及传感器盘的厚度的总和对应于在喷头和衬底支撑件之间的间隙的测量宽度。可基于该间隙的测量宽度调整喷头的倾斜(即水平)、喷头的高度、及衬底支撑件的高度中的至少一者。
现在对照图1，显示根据本公开的原理的衬底处理系统100的示例。虽然前述示例涉及PECVD系统，但也可使用其他基于等离子体的衬底处理室。衬底处理系统100包括处理室104，其包围衬底处理系统100的其他部件。衬底处理系统100包括上电极108与例如包含下电极116的基座112之类的衬底支撑件。衬底(图未显示)在处理期间被配置在上电极108和下电极116之间的基座112上。尽管下文针对单一处理室104和基座112进行描述，但本公开的原理可在包括多个处理室的系统和包括多个处理站以及基座的处理室(例如四站模块(QSM))中实施。
仅举例而言，上电极108可包括引入和分配处理气体的喷头124。替代地，上电极108可包括导电板，并且可以另一方式引入处理气体。在若干示例中，下电极116可对应于嵌入在非导电基座内的导电电极。替代地，基座112可包括静电卡盘，静电卡盘包括用作下电极116的导电板。
当使用等离子体时，射频(RF)产生系统126使RF电压产生并将其输出至上电极108和/或下电极116。在若干示例中，上电极108与下电极116中的一者可DC接地、AC接地、或处于浮动电位。仅举例而言，RF产生系统126可包括一或更多个RF电压产生器128(例如，电容耦合等离子体RF功率产生器、偏置RF功率产生器、和/或其他RF功率产生器)，例如产生RF电压的RF产生器128，该RF电压由一或更多个匹配与分配网络130馈送至下电极116和/或上电极108。例如，如图所示，RF产生器128提供RF和/或偏压至下电极116。下电极116可替代地或附加地由诸如电源132之类的其他电源接收功率。在另一示例中，可将RF电压供应至上电极108或者上电极108可连接到接地参考。
示例性的气体输送系统140包含一或更多个气体源144-1、144-2、…、以及144-N(统称为气体源144)，其中N为大于零的整数。气体源144供应一或更多种气体(例如，前体、惰性气体等)以及上述的混合物。也可使用汽化的前体。至少一个气体源144可包含使用于本公开内容的预处理过程的气体(例如，NH3、N2等)。气体源144由阀148-1、148-2、…、以及148-N(统称为阀148)以及质量流量控制器152-1、152-2、…、以及152-N(统称为质量流量控制器152)连接至歧管154。歧管154的输出被馈送至处理室104。仅举例而言，歧管154的输出被馈送至喷头124。在某些示例中，可在质量流量控制器152与歧管154之间提供选择性的臭氧产生器156。在某些示例中，衬底处理系统100可包含液态前体输送系统158。液态前体输送系统158可以如图所示并入气体输送系统140内或可在气体输送系统140的外部。液态前体输送系统158被配置成通过起泡器、直接液体注入、蒸气抽吸等方式提供前体，该前体在室温下是液态和/或固态的。
加热器160可连接到配置在基座112中的加热器线圈162以加热基座112。加热器160可用于控制基座112和衬底的温度。
可使用阀164与泵168以从处理室104抽空反应物。可使用控制器172以控制衬底处理系统100的各种部件。例如，可使用控制器172以控制处理气体、载气、以及前体气体的流动、点燃和熄灭等离子体、去除反应物、监控室参数等。控制器172可通过布置于整个衬底处理系统100的一或更多个传感器174接收指示处理室104内的处理参数、条件等的测量信号。
根据本公开的控制器172还被设置为接收来自配置在喷头124和基座112之间的传感器盘178的测量信号。例如，传感器盘178配置在末端执行器182上，且该末端执行器182将传感器盘178定位在喷头124和基座112之间的间隙中。电容传感器186配置在传感器盘178的相对上和下表面上。电容传感器基于传感器盘178和喷头124之间以及传感器盘178和基座112之间的电容感测距离产生测量信号，如下文更详细描述的。尽管针对喷头124与基座112之间的距离进行了描述，但本公开的原理也可应用于测量基座112和处理室104的上电极、上表面等之间的距离。
现在参照图2A、2B、和2C，显示了根据本公开的传感器盘200的实施方案，其定位于喷头204和基座208之间。例如，传感器盘200配置在末端执行器212上，该末端执行器212被设置为将传感器盘200定位在一或更多个处理站216内。例如，末端执行器212可耦合至机械转位器224的心轴220，该机械转位器224设置为升高和降低末端执行器212并在两或更多个处理站216之间旋转末端执行器212。机械转位器224可对应于设置为在处理室或处理模块(例如，多站模块)内的不同处理站之间传送衬底的机械转位器。
传感器228-1和228-2(统称为传感器228)分别配置在传感器盘200的上表面232和下表面236上。传感器228包含相应的传感器电极。例如，传感器电极由例如铜之类的高导电材料构成。在一些实施方案中，传感器电极可包含非导电涂层以防止腐蚀、氧化等。虽然传感器228中的每一者显示为其包括三个传感器电极，但在其他实施方案中，传感器228可包括更少或更多的传感器电极。传感器电极中的每一者的间距和各自的尺寸也可不同。例如，增加传感器228占据的总面积(例如，增加传感器电极的直径)可致使对间隙和倾斜的检测具有更好的灵敏度。
图2B显示了上表面232的等距视图，而图2C显示下表面236的等距视图。虽然在本文将传感器228描述为电容传感器，但传感器228可用其他合适类型的接近传感器实施，例如激光传感器、红外线传感器等。传感器228基于传感器盘200和喷头204之间以及传感器盘200和基座208之间的电容感测距离产生测量信号240(例如来自传感器228-1的一或更多个第一测量信号和来自传感器228-2的一或更多个第二测量信号)。
尽管如图所示，在传感器盘200的每一侧配置了三个传感器228，但在其他实施方案中，可在传感器盘200的每一侧上提供更少(例如一或二)或更多(例如四或五)个传感器228。例如，随着传感器228的数量增加，能够以更高的准确度确定喷头204和基座208之间的距离、喷头204的倾斜度等。
例如，传感器盘200定位在喷头204和基座208之间的间隙G中。传感器228-1被设置成基于传感器盘200的上表面232和喷头204之间的距离(例如，间隙g1的宽度)产生测量信号240。换言之，传感器228-1面朝上。相反地，传感器228-2被配置成基于下表面236和基座208之间的距离(例如，间隙g2的宽度)产生测量信号240。换言之，传感器228-2面朝下。
因此，间隙G的宽度对应于间隙g1和g2的宽度与传感器盘200的厚度t(包括传感器228-1和228-2的宽度)的总和(即，G＝g1+g2+t)。尽管如图2A所示，传感器228-1和228分别从传感器盘200向上和向下突出，但在实施方案中，传感器228可嵌入传感器盘200内，使得传感器228的表面与传感器盘200的表面共面(即齐平)。因此，在不同实施方案中，厚度t可对应于传感器盘200的上表面232与下表面236之间的距离(即，传感器盘200的衬底的厚度)、传感器盘200包括传感器228-1和228-2的厚度等等。
传感器228基于电容产生测量信号240，该电容基于间隙g1和g2的宽度而变化。例如，传感器228中的每一者可设置为以已知幅值和频率产生参考信号(例如，具有正弦波形、方波形等的激励信号)以激励传感器228(例如，传感器228的下板或电极)。因此，在传感器228和喷头204与基座208中的相应一者的表面之间形成电容器。由相应传感器228测得的所得电容器的电容指示电容传感器与喷头204或基座208的相应表面之间的距离。换言之，电容传感器228-1的电容指示电容传感器228-1和喷头204的对应部分之间的相应距离。相反地，电容传感器228-2的电容指示电容传感器228-2和基座208的对应部分之间的相应距离。
因此，测量信号240指示传感器228的电容，其进而指示传感器中的每一者与喷头204或基座208的相应部分之间的距离。例如，测量信号240可包括相应电容的数字或模拟值。在一实施方案中，传感器228被设置为测量指示电容的可变电阻或电抗，基于测量的电阻或电抗而确定电容、及输出指示电容的数字值(作为测量信号240中的相应一者)。
在一些实施方案中，将测量信号240提供至通信接口，例如无线接口244。无线接口244将测量信号240(即，作为包括指示电容的数字值的无线信号248)传输至处理站216外部的设备，例如控制器252。例如，控制器252对应于图1的控制器172。在一些实施方案中，无线接口244可实时或接近实时地将测量信号240传输至控制器252。在其他实施方案中，传感器盘200可包括存储器，该存储器被设置为存储对应于测量信号240的测量数据，当传感器盘200从处理站216移除时，可检索这些测量数据。在一些实施方案中，无线接口244可与该存储器交互以成批地传输测量数据(例如，在四站室中，在将测量数据传输到控制器252之前，无线接口244可等待直到所有四个站都被测量为止)或周期性地(即在经过设定的时间量之后)传输。如图2B所示，传感器盘200可包括一或更多个电池256。电池256向传感器228和无线接口244提供电力。成批或周期性的传输可降低无线接口244的电力损耗。
因此，传感器盘200被设置成确定间隙G的宽度，而无须传递到基座208(即，放置到其上)。此外，可旋转传感器盘200穿过多个处理站以测量相应间隙，同时保持在末端执行器212上，减少测量间隙所需的时间量、减少与末端执行器212和基座208之间的传递相关的颗粒生成等。
此外，由于传感器盘200保持在末端执行器212上，因此可减小传感器盘200、喷头204、和基座208之间的所需间隙。换言之，由于末端执行器212不将传感器盘200放置在基座208上，因此在测量期间不需要将末端执行器212降低和从处理站216移除。因此，包括传感器228的传感器盘200的厚度可增加(例如，至10mm或更多mm)以减小传感器228与喷头204和基座208的表面之间的距离。
例如，对于大约(例如在10％内)17.0mm的间隙G和大约(例如在10％内)11.0mm的传感器盘200的厚度t，间隙g1和g2中的每一者可减小到大约(例如在10％内)3.0mm。因此，对于小于20.0mm的间隙G，传感器盘200的厚度t可以是间隙G的宽度的至少60％(例如，在60％至70％之间)。随着间隙G的宽度增加，传感器盘200的厚度t可增加以保持相对小的间隙g1和g2(例如，小于5.0mm、不大于3mm等)。传感器228的准确度(即，电容和距离之间的关系的准确度)与距离成反比并随着距离减小而呈指数增加。因此，增加厚度t增加了测量信号240的准确度。
在一些实施方案中，下表面236是平坦的(例如，平面的)并且被支撑在末端执行器212上。在其他实施方案中，如图2C所示，下表面236包括被设置为接收末端执行器212的凹陷区域或插槽260。换言之，凹陷区域260的形状设置为容纳末端执行器212，使得末端执行器212凹陷在传感器盘200的下表面236内。例如，凹陷区域260从传感器盘200的外边缘延伸到中心区域。当传感器盘200支撑在末端执行器212上时，末端执行器212的下表面264可与传感器盘200的下表面236为齐平的(即共面)、或稍微(例如在0和1.5mm之间)在该下表面236的上方或下方。以此种方式，末端执行器212可更容易地将传感器盘200定位在喷头204和基座208之间的中点，使得无论传感器盘200的厚度t为何，间隙g1和g2大致(例如彼此相差在5％之内)相同。
在一些实施方案中，基座208(或基座208的上表面)可由诸如陶瓷之类的非金属构成。因此，基座208的上表面可不被设置为与传感器228-2形成电容器。在这些实施方案中，金属板、环、或其他结构(例如，在图2A中显示为金属盘268)可任选地配置在基座208上以提供可由传感器228-2检测的金属表面。例如，金属盘268包含与喷头204相同的材料，使得相等的距离对应于基本相等的电容。间隙g2的计算可包括考虑(例如，加上)金属盘268的已知厚度。在其他实施方案中，金属盘268可配置在基座208上以减小间隙g2并增加电容感测的准确度。
在图2D显示的另一实施方案中，传感器盘200包括上盘200-1和下盘200-2(统称为传感器盘200)。传感器228-1被配置在上盘200-1的上表面上或上表面内。相反，传感器228-2被配置在下盘200-2的下表面上或下表面内。上盘200-1和下盘200-2连接在一起(例如，使用多个柱体272)以限定间隙276。末端执行器212插入间隙276内以取回、支撑、和传送传感器盘200。以此种方式，传感器盘200可设置为使间隙g1和g2最小化。例如，可增加上盘200-1和下盘200-2的厚度以减小间隙g1和g2。
尽管如上所述，传感器盘200在上表面和下表面两者上都包括传感器228，但在另一实施方案中，传感器盘200可只在一表面上(例如，在上表面或下表面上)包括传感器。在该实施方案中，可先以第一方位(即，传感器228面向第一方向，例如向上朝向喷头204)将传感器盘200配置在末端执行器212上，以测量第一间隙g1。接着可以第二方位配置传感器盘200(即，翻转)，使得传感器228面向相反的第二方向(即，向下朝向基座208)以测量第二间隙g2。
图3为根据本公开，使用传感器盘(例如，传感器盘200)确定第一结构(例如，诸如喷头204之类的喷头、处理室的上表面等)和第二结构(例如，诸如基座208之类的基座、处理室的下表面等)之间的距离的方法300的实施方案。在302，方法300(例如，控制器252)执行校准处理以产生和存储校准数据，该校准数据将测量电容与在传感器228和相应表面之间的距离相关联。例如，校准处理可在处理站处执行，该处理站包括被配置在已知距离的喷头和基座，由与喷头204和基座208等相同的材料构成。以这种方式，方法300存储数据，该数据将由传感器228确定的测量电容与在传感器228和喷头与基座的相应表面之间的真实距离相关联。
在304，传感器盘200被传送到机械转位器224(例如，在末端执行器212上)。例如，传感器盘200在多站处理模块的装载站处由传送机械手移交给末端执行器212。在308，末端执行器212将传感器盘200定位在第一处理站中的喷头和基座之间。在一些实施方案中，第一处理站为装载站。在其他实施方案中，机械转位器224旋转以将传感器盘200定位在与装载站不同的处理站处。
在312，方法300(例如，响应于控制器252的机械转位器224)将传感器盘200定位在喷头和装载站之间的预定位置处。仅举例而言，预定位置是喷头和装载站之间的中点(即，中间位置)。例如，机械转位器224设置为升高和降低末端执行器212以调整传感器盘200的竖直位置。方法300(例如，控制器252)基于传感器228-1和228-2在不同竖直位置中的相对电容来确定中点。
在一实施方案中，机械转位器224通过不同位置(例如，从最低位置到最高位置或反之亦然)调整传感器盘200并测量在不同位置中的传感器228-1和228-2的电容。在最低位置，传感器228-2的电容将是较大的(表示到基座的距离相对较小)，而传感器228-1的电容将是较小的(表示到喷头的相对距离相对较大)。相反，在最高位置，传感器228-2的电容将是较小的(表示到基座的距离相对较大)，而传感器228-1的电容将是较大的(表示到喷头的距离相对较小)。
在位置中的每一个中，方法300确定传感器228-1的电容(例如，两或更多个传感器228-1的平均电容)与传感器228-2的电容(例如，两或更多个传感器228-2的平均电容)之间的差异。对应于传感器228-1与228-2的电容之间的最小差异的位置对应于喷头与基座之间的中点(例如，假设喷头与基座的表面的材料相同)。换言之，方法300可假设当传感器盘200定位在中点时，由传感器228-1与228-2测量的电容将是基本上相同的，因为传感器盘200的相对表面和喷头与基座的相应表面之间的距离也是相同的。
在316，方法300测量传感器228-1和228-2中的每一者的电容(例如，其中传感器盘200在预定位置，例如中点位置)。例如，如上所述，传感器228产生指示测量电容的测量信号240，其作为数字值传输至控制器252。在320，方法300(例如，控制器252)基于电容计算喷头与基座的相应部分之间的距离(例如，间隙G的宽度)。例如，控制器252基于测量电容和存储校准数据计算距离，该校准数据将电容与传感器228中的每一者的距离相关联。控制器252可存储计算的距离以用于检索、显示等。
尽管如上述，方法300在传感器盘200位于中点位置处确定距离，但在其他实施方案中，可在不确定中点位置的情况下确定电容和距离，传感器盘200可在中点位置以外的其他位置等。例如，机械转位器224可在处理期间保持相同的标称或校准位置，并且旋转传感器盘200通过多个处理站以测量相应喷头和基座之间的距离，而无须调整传感器盘200的竖直位置。
在322，一或更多个处理站的喷头和/或基座可任选地基于测量的间隙G而调整。测量的间隙G可能指示喷头是倾斜的、喷头与基座之间的距离大于或小于期望的距离等。在一些实施方案中，该调整可手动执行(例如，通过在维修期间进入处理模块的内部执行)。在其他实施方案中，可通过使用响应于控制器252的相应致动器升高或降低喷头和基座中的一或两者来自动执行调整。可以反复地执行调整直到测量间隙对应于期望间隙为止。例如，方法300可重复316、320、及322直到达到期望间隙为止。
在324，方法300确定是否测量另一处理站的间隙G。如果是，则方法300继续到328。如果否，则方法300继续到332。在328，方法300(例如，机械转位器224)旋转末端执行器212以将传感器盘200定位在另一处理站，并且继续到312。
在332，传感器盘200从机械转位器224取回。例如，传感器盘200返回到装载站并且使用传送机械手取回。传感器盘200可存储在衬底处理系统内(例如，在真空传送模块或装置前端模块内的缓冲站处)、从衬底处理系统取回、传送至另一多站模块等。方法300中的一或更多个步骤可被省略或重新配置，同时仍实现确定喷头(例如，喷头204)与基座(例如，基座208)之间的距离的目标。例如，在一些情况下可省略校准步骤(302)。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改方案将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何处理，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出与具体系统连接或通过接口连接的工具和其他转移工具和/或装载锁。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或执行程序指令(例如，软件)的一个或多个微处理器或微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。
示例性系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (22)

1.一种被配置成测量衬底处理系统的处理室中的第一结构与第二结构之间的间隙的传感器盘，所述传感器盘包含：
上表面；
至少一个第一电容传感器，其被设置在所述传感器盘的所述上表面上，其中所述至少一个第一电容传感器被配置为产生第一测量信号，所述第一测量信号指示所述传感器盘的所述上表面与所述第一结构之间的第一距离；
下表面；以及
至少一个第二电容传感器，其被设置在所述传感器盘的所述下表面上，其中所述至少一个第二电容传感器被配置为产生第二测量信号，所述第二测量信号指示所述传感器盘的所述下表面与所述第二结构之间的第二距离。
2.根据权利要求1所述的传感器盘，其中所述至少一个第一电容传感器包括被设置在所述传感器盘的所述上表面上的三个电容传感器。
3.根据权利要求1所述的传感器盘，其中所述至少一个第二电容传感器包括被设置在所述传感器盘的所述下表面上的三个电容传感器。
4.根据权利要求1所述的传感器盘，其中所述至少一个第一电容传感器被配置为(i)与所述第一结构形成第一电容器以及(ii)基于所述第一电容器的第一电容产生所述第一测量信号。
5.根据权利要求4所述的传感器盘，其中所述至少一个第二电容传感器被配置为(i)与所述第二结构形成第二电容器以及(ii)基于所述第二电容器的第二电容产生所述第二测量信号。
6.根据权利要求1所述的传感器盘，其还包含凹陷区域，所述凹陷区域被限定在所述传感器盘的所述下表面中，其中所述凹陷区域由所述传感器盘的外边缘延伸至中心区域。
7.一种包含权利要求1所述的传感器盘且还包含控制器的系统，所述控制器设置为(i)接收所述第一测量信号与所述第二测量信号以及(ii)基于所述第一测量信号与所述第二测量信号，计算所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙的宽度。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器被配置为基于所述第一距离、所述第二距离、以及所述传感器盘的厚度，计算所述间隙的所述宽度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器被配置为还基于存储数据计算所述间隙的所述宽度，所述存储数据(i)将所述至少一个第一电容传感器和所述第一结构之间形成的第一电容与所述第一距离相关联且(ii)将所述至少一个第二电容传感器和所述第二结构之间形成的第二电容与所述第二距离相关联。
10.根据权利要求1所述的传感器盘，其中所述第一结构是喷头且所述第二结构是基座。
11.一种被配置成测量衬底处理系统的处理室中的第一结构与第二结构之间的间隙的系统，所述系统包含：
传感器盘，其包括被设置在所述传感器盘的上表面上的至少一个第一电容传感器以及被设置在所述传感器盘的下表面上的至少一个第二电容传感器；以及
控制器，其被配置成：
接收来自所述至少一个第一电容传感器的第一测量信号，所述第一测量信号指示所述传感器盘的所述上表面与所述第一结构之间的第一距离，
接收来自所述至少一个第二电容传感器的第二测量信号，所述第二测量信号指示所述传感器盘的所述下表面与所述第二结构之间的第二距离，以及
基于所述第一测量信号和所述第二测量信号，计算所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙的宽度。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器被配置为基于所述第一距离、所述第二距离、以及所述传感器盘的厚度，计算所述间隙的所述宽度。
13.根据权利要求12的系统，其中所述控制器被配置为还基于存储数据计算所述间隙的所述宽度，所述存储数据(i)将所述至少一个第一电容传感器和所述第一结构之间形成的第一电容与所述第一距离相关联且(ii)将所述至少一个第二电容传感器和所述第二结构之间形成的第二电容与所述第二距离相关联。
14.根据权利要求11的系统，其中在所述传感器盘的所述下表面中限定凹陷区域，且其中所述凹陷区域从所述传感器盘的外边缘延伸至中心区域。
15.根据权利要求14的系统，其还包含机械转位器，所述机械转位器包括末端执行器，其中所述凹陷区域被配置成接收所述末端执行器。
16.一种用于测量衬底处理系统的处理室中的第一结构与第二结构之间的间隙的方法，所述方法包含：
在末端执行器上设置传感器盘；
将所述传感器盘定位在所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙中；
使用所述传感器盘确定(i)在所述传感器盘的上表面与所述第一结构之间的第一距离以及(ii)在所述传感器盘的下表面与所述第二结构之间的第二距离；以及
基于所述第一距离与所述第二距离，计算在所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙的宽度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器盘包括被设置在所述传感器盘的上表面上的至少一个第一电容传感器以及配置在所述传感器盘的下表面上的至少一个第二电容传感器。
18.根据权利要求17所述的方法，其还包含：
使用所述至少一个第一电容传感器产生第一测量信号，所述第一测量信号指示所述传感器盘的所述上表面与所述第一结构之间的所述第一距离；
使用所述至少一个第二电容传感器产生第二测量信号，所述第二测量信号指示所述传感器盘的所述下表面与所述第二结构之间的所述第二距离；以及
基于所述第一测量信号、所述第二测量信号、以及所述传感器盘的厚度，计算所述第一结构与所述第二结构之间的所述间隙的所述宽度。
19.根据权利要求18所述的方法，其还包含：
基于在所述至少一个第一电容传感器与所述第一结构之间形成的第一电容，产生所述第一测量信号；以及
基于在所述至少一个第二电容传感器与所述第二结构之间形成的第二电容，产生所述第二测量信号。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器盘包括凹陷区域，所述凹陷区域被限定在所述传感器盘的所述下表面中，其中所述凹陷区域从所述传感器盘的外边缘延伸至中心区域，且其中在所述末端执行器上设置所述传感器盘包括：将所述传感器盘的所述凹陷区域设置在所述末端执行器上。
21.根据权利要求16所述的方法，其中定位所述传感器盘包括：将所述传感器盘定位在所述第一结构与所述第二结构之间的中点。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一结构是喷头且所述第二结构是基座。
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