CN117813679A - 用于测量半导体等离子体加工室中的可消耗部件的特性的光学传感器 - Google Patents

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陆心怡
迪米特里·克利亚奇科
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Abstract

一种半导体加工系统包括加工室，该加工室被配置为对多个晶片中的每一个执行半导体制造工艺。该加工室包括至少一个可消耗部件、以及衬底转移模块，该衬底转移模块被定位成靠近该加工室并且经由晶片进出端口与该加工室连通。该晶片转移模块包括晶片转移机器人和光学诊断系统，该晶片转移机器人被配置为穿过该晶片进出端口在该衬底转移模块与该加工室之间传送这些晶片中的每一个，该光学诊断系统包括被配置为检测来自该至少一个可消耗部件的光学信号的光学传感器。控制器被配置为使该加工室对每个相应的晶片执行该半导体制造工艺、并且使该光学诊断系统在该加工室没有对这些晶片执行半导体制造工艺的时间期间检测该光学信号。

Description

用于测量半导体等离子体加工室中的可消耗部件的特性的光 学传感器
相关申请的交叉引用
本披露要求于2021年8月17日提交的名称为“OPTICAL SENSORS FOR MEASURINGPROPERTIES OF CONSUMABLE PARTS IN A SEMICONDUCTOR PLASMA PROCESSING CHAMBER[用于测量半导体等离子体加工室中的可消耗部件的特性的光学传感器]”的美国临时申请号63/234,139的权益，该申请的全部内容通过援引并入本文。
技术领域
本披露总体上涉及半导体加工，更具体地涉及使用光学传感器来测量半导体加工室中的可消耗部件。
背景技术
半导体加工室包含各种“可消耗部件”，这些部件由于在晶片加工期间反复暴露于加工环境而特性逐渐改变。可消耗部件的这种变化还可能影响加工室的性能，因为加工结果会随着时间的推移而变化。相应地，半导体器件制造商通常监测可消耗部件的状况以确保部件的状态不会使室的性能变差。监测技术通常使用检测器或传感器，这些本身就暴露于加工室的恶劣环境中，从而影响测量的可靠性、或需要可以承受半导体加工环境条件的昂贵器件。其他监测技术可能需要中断半导体工艺以确定可消耗部件的状况、或进行维护以确保监测系统本身的可靠性。期望具有一种相对低成本且鲁棒的系统和方法，用于准确地监测加工室的可消耗部件的状态，同时对加工室的产量的影响最小。例如，蚀刻是半导体制造工艺中的关键步骤。
发明内容
本披露的各方面提供了一种用于可消耗部件的光学诊断的系统和方法。方面1涉及一种半导体加工系统，该半导体加工系统包括：加工室，该加工室被配置为对多个晶片中的每一个执行半导体制造工艺，该加工室包括至少一个可消耗部件；衬底转移模块，该衬底转移模块被定位成靠近该加工室并且经由晶片进出端口与该加工室连通，该晶片转移模块包括晶片转移机器人，该晶片转移机器人被配置为穿过该晶片进出端口在该衬底转移模块与该加工室之间传送这些晶片中的每一个；光学诊断系统，该光学诊断系统包括被配置用于检测来自该至少一个可消耗部件的光学信号的光学传感器；以及控制器，该控制器被配置为使该加工室对每个相应的晶片执行该半导体制造工艺、并且使该光学诊断系统在该加工室没有对这些晶片执行半导体制造工艺的时间期间检测光学信号。
方面2包括方面(1)的半导体加工系统，其中，该光学诊断系统被配置为根据由该光学传感器检测到的光学信号来确定该至少一个可消耗部件的至少一种特性。
方面3包括方面1的系统，其中，该至少一个可消耗部件包括以下中的至少一种：聚焦环、气体注入喷淋板、电极、沉积护罩、加工室壁、泵送挡板、晶片卡盘、以及晶片卡盘肩部。
方面4包括方面1的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片转移模块的内壁上，其位置使得当该晶片进出端口打开以进行晶片传送时经由该晶片进出端口能够看见该至少一个可消耗部件。
方面5包括方面1的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片传送机器人的晶片转移臂上，其位置使得在晶片转移臂运动期间能够看见该至少一个可消耗部件。
方面6包括方面5的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片转移臂的末端执行器或晶片台板上。
方面7包括方面1的系统，其中，该光学传感器进一步包括用于获取该至少一个可消耗部件的图像的相机。
方面8包括方面7的系统，其中，该光学传感器进一步包括结构化照明器，该结构化照明器被配置为在获取该至少一个可消耗部件的图像期间照亮该至少一个可消耗部件。
方面9包括方面8的系统，其中，该结构化照明器被配置为通过以与该相机的视线成角度地发送照明束来将照明图案投射到该至少一个可消耗部件上。
方面10包括方面9的系统，其中：该光学系统被配置为根据所获取的投射到该至少一个可消耗部件上的照明图案的图像来确定该至少一个可消耗部件的至少一种特性，并且该至少一个可消耗部件的至少一种特性包括该至少一个可消耗部件的三维形状的至少一个尺寸。
方面11包括方面10的系统，其中，该至少一个可消耗部件是聚焦环，并且该至少一个尺寸包括该聚焦环的厚度和聚焦环的边缘轮廓的尺寸中的至少一者。
方面12包括方面10的系统，其中，该至少一个可消耗部件包括气体注入孔阵列，并且其中，该至少一个尺寸包括气体注入孔直径和气体注入孔倒角的轮廓尺寸中的至少一者。
方面13包括方面9的系统，其中，该照明图案包括投射到该至少一个可消耗部件上的点图案。
方面14包括方面9的系统，其中，该照明图案包括投射到该至少一个可消耗部件上的至少一条线。
方面15包括方面7的系统，其中，该光学传感器进一步包括漫射照明器，该漫射照明器被配置为在获取该至少一个可消耗部件的图像期间照亮该至少一个可消耗部件。
方面16包括方面1的系统，该系统进一步包括：被配置为容纳该光学传感器的封壳；以及至少一个窗口，用于为该光学传感器提供从该封壳内到该至少一个可消耗部件的光学通路。
方面17涉及一种半导体加工系统，该半导体加工系统包括：加工室，该加工室被配置为对多个晶片中的每一个执行半导体制造工艺，该加工室包括至少一个可消耗部件；衬底转移模块，该衬底转移模块被定位成靠近该加工室并且经由晶片进出端口与该加工室连通，该晶片转移模块包括晶片转移机器人，该晶片转移机器人被配置为穿过该晶片进出端口在该衬底转移模块与该加工室之间传送这些晶片中的每一个；以及光学诊断系统，该光学诊断系统包括光学传感器，该光学传感器被定位为具有到该可消耗部件的至少一部分的直接视线，该光学传感器被配置为检测来自该可消耗部件的光学信号。
方面18包括方面17的系统，其中，该至少一个可消耗部件包括以下中的至少一种：聚焦环、气体注入喷淋板、电极、沉积护罩、加工室壁、泵送挡板、晶片卡盘、以及晶片卡盘肩部。
方面19包括方面17的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片转移模块的内壁上，使得当该晶片进出端口打开以进行晶片传送时，穿过该晶片进出端口提供直接的标记线。
方面20包括方面17的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片传送机器人的晶片转移臂上，使得在沿着该晶片转移臂的传送路径的一个或多个位置处提供该直接视线。
方面21包括方面20的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片转移臂的末端执行器或晶片台板上。
方面22包括方面17的系统，该系统进一步包括：测量晶片，该测量晶片被配置为由该晶片传送机器人传送，其中，该光学传感器安装在该测量晶片上，使得在沿着该测量晶片的传送路径的一个或多个位置处提供该直接视线。
方面23包括方面1的系统，其中，该光学传感器包括用于检测来自聚焦环的第一光学信号的第一光学传感器、和用于检测来自气体注入喷淋头的第二光学信号的第二光学传感器。
方面24包括方面23的系统，其中，该第一和第二光学传感器设置在该衬底转移模块的晶片传送臂上。
注意，本发明内容部分并未指明本披露内容或要求保护的发明的每个实施例和/或递增的新颖方面。而是，本发明内容仅提供了对不同实施例以及胜过常规技术的对应新颖点的初步讨论。对于本披露内容和实施例的附加细节和/或可能的观点而言，读者应查阅如下文进一步讨论的本披露内容的具体实施方式部分和对应附图。
附图说明
将参考以下附图来详细描述作为示例提出的本披露内容的各种实施例，其中，同样的附图标记指代同样的元件，并且其中：
图1示出了根据本披露实施例的包括测量设备的示例性半导体加工系统；
图2示出了根据本披露另一实施例的包括测量设备的另一示例性半导体加工系统；
图3示出了根据本披露的示例性实施例的用于恢复感兴趣对象的3D结构的多点结构化照明的示例；
图4示出了根据本披露的示例性实施例的使用结构化照明器在聚焦环(FR)的边缘上投射的线图案的模拟图像；
图5A至图5D示出了根据本披露实施例的FR的边缘的示例性测量图像；
图6示出了根据本披露的示例性实施例的测量设备的示意图；
图7示出了根据本披露实施例的示例测量设备的光学模型；
图8示出了根据本披露的示例性实施例的测量设备的机械模型的特写视图；
图9A和图9B示出了根据本披露实施例的示例性测量设备的机械模型的特写视图；
图10A和图10B示出了根据本披露的示例性实施例的测量设备的机械模型的特写视图；
图11示出了根据本披露的示例性实施例的测量设备的机械模型的示例；
图12示出了根据本披露的示例性实施例的测量设备的机械模型的特写视图；以及
图13示出了根据本披露的示例性实施例的概括了过程的流程图。
具体实施方式
如背景技术中所指出的，期望具有一种相对低成本且鲁棒的系统和方法，用于准确地监测加工室的可消耗部件的状态，同时对加工室的产量的影响最小。例如，蚀刻是半导体制造工艺中的关键步骤。蚀刻工具制造商面临的一个问题是蚀刻室部件(比如聚焦环(FR))的特性逐渐改变，聚焦环在蚀刻期间环绕晶片并且帮助提高晶片边缘处的等离子体均匀性。然而，暴露于室环境可能会随着时间的推移改变FR的物理特性，并使蚀刻性能参数(比如蚀刻速率均匀性)变差。例如，FR的物理厚度可能由于暴露于等离子体和反应性化学物质而慢慢改变。为了维持期望的室性能，可以周期性地调整FR的位置，并且最终可能需要更换FR。相应地，非常需要一种能够跟踪FR的物理特性的变化并向补偿机构提供反馈的传感器。
可以从监测由于等离子体和侵蚀性化学物质的影响而引起的侵蚀或其他尺寸变化中受益的其他室部件包括气体注入喷淋板或电极上的气体注入孔、晶片卡盘/支撑件、室壁、沉积护罩、挡板等。具体地，随着时间的推移而缓慢地蚀刻气体注入孔可能导致气体注入孔的直径增大并产生倒角，从而对气体注入分布和工艺均匀性造成负面影响。
蚀刻室预计每周7天、每天24小时在内部具有腐蚀性气体的真空下和高温下操作，尤其是在主动蚀刻期间。因此，要满足的挑战是传感器能够在不中断衬底加工且不需要频繁破坏真空和打开加工室进行维修等的情况下使用，并且传感器在真空的腐蚀性且高温环境下可靠地操作。
可以通过光学传感器来监测加工室中的可消耗部件的物理特性。给出了关于可消耗部件的物理特性的准确信息，室制造商或用户可以调整可消耗部件或做出更换可消耗部件的决定。替代性地，可以修改在室中进行的加工以补偿可消耗部件的物理特性的变化的影响。
在一些相关技术中，光学传感器可以通过使用安装在加工室的室端口中的窗口与加工室的内部建立光学通路。本发明人已经认识到，这样的窗口就像加工室中的可消耗部件一样可能容易受到污染和侵蚀，从而随着时间的推移导致测量结果偏离或测量准确度变差。因此，需要频繁地重新校准系统以及频繁地清洁和/或更换窗口，后者需要工具停止生产并将其打开进行维修。
本披露提出了一种用于测量半导体加工室中的可消耗部件的特性的方法和装置。本披露的一方面包括一种用于测量聚焦环的厚度和边缘轮廓的传感器。实施例可以包括：将光学传感器安装在各种位置，比如(a)在等离子体加工室外部使得可触及通过晶片装载端口或等离子体加工室的其他端口或窗口提供的聚焦环，如图1所示；(b)将光学传感器安装在晶片传送机器人上以在晶片交换期间进行测量，如图2所示；以及(c)将光学传感器安装在专门设计的晶片上，该晶片包括该传感器、电源和用于存储测量结果的存储装置，并且将该晶片放在等离子体加工室中代替生产晶片以监测聚焦环的状况(例如，直径、倒角的侵蚀等)。
本披露的一方面包括使用与光学传感器联接的漫射照明器和/或结构化照明器来照亮聚焦环。结构化照明器可以在聚焦环上投射具有点或线图案的结构化照明，从而允许确定聚焦环的三维(3D)形状。例如，可以选择并确定感兴趣的尺寸(比如聚焦环的厚度)，其指示了聚焦环的侵蚀水平。可以使用与光学传感器和可选地照明器(都安装在晶片传送机器人上)结合使用的类似技术来诊断尤其在当气体注入喷淋板或电极被放置成与晶片平行时气体注入喷淋板或电极中的气体注入孔的状况。
虽然本文描述的传感器可以用于等离子体蚀刻加工室中的应用，并且具体地用于诊断聚焦环和气体注入孔，但是传感器也可以用于其他等离子体加工室、比如等离子体沉积室中。传感器还可以用于非等离子体半导体加工室中、比如室部件由于腐蚀、侵蚀性化学物质、机械磨损等而经历尺寸或其他变化并且需要监测室部件的尺寸变化和状况的加工室中。
图1示出了根据本披露实施例的具有测量设备的示例性半导体加工系统。在系统100中，该测量设备包括相机传感器(或其他光学传感器)101，该相机传感器安装在加工室103(例如，蚀刻室)外部的晶片传送模块102的壁上。晶片传送模块102包括具有晶片转移臂105的晶片传送机器人104。晶片转移臂105可以装载晶片106并且将晶片106穿过加工系统的晶片进出端口107传送至加工室103中的晶片台108。可以将晶片106卸载到晶片台108上使得其被搁置在晶片台108上的聚焦环(FR)109环绕。FR 109可以促进对晶片106、尤其对晶片外围处的均匀加工。示意性地描绘了气体注入喷淋板111。
根据本披露的各方面，半导体加工系统100包括控制器110，该控制器可以联接至图1中所描绘的任何或所有部件并且在集成的衬底加工和/或衬底计量期间控制该任何或所有部件。可替代地或另外地，控制器110可以耦接到一个或多个附加控制器/计算机(未示出)，并且控制器110可以从附加控制器/计算机获得设置和/或配置信息。控制器110可以用于配置图1系统的任何或所有元件，并且控制器110可以收集、提供、处理、存储和显示来自任何或所有工具部件的数据。控制器110可以包括用于控制任何或所有工具部件的多个应用程序。例如，控制器110可以包括图形用户界面(GUI)部件，该GUI部件可以提供使得用户能够监视和/或控制一个或多个工具部件的易于使用的界面。
控制器110可以包括微处理器、存储器和数字I/O端口，该数字I/O端口能够生成足以与半导体加工系统100通信、激活输入、和交换信息并且足以监测来自半导体加工系统100的输出的控制电压。例如，可以利用存储在存储器中的程序根据工艺配方来激活晶片传送模块102和/或加工室103的输入，以执行集成的衬底加工。控制器110可以被实施为通用计算机系统，该通用计算机系统响应于处理器执行存储器中包含的一个或多个指令的一个或多个序列来执行本发明的基于微处理器的处理步骤的一部分或全部。这样的指令可以被从诸如硬盘或可移动介质驱动器等另一计算机可读介质读入控制器存储器中。多处理布置中的一个或多个处理器也可以用作控制器微处理器，以执行主存储器中包含的指令序列。在替代性实施例中，可以代替或结合软件指令使用硬连线电路系统。因此，实施例不限于硬件电路系统和软件的任何特定组合。
控制器110可以相对于衬底加工系统100位于本地，或者该控制器可以相对于衬底加工系统100远程地定位。例如，控制器110可以使用直接连接、内联网、互联网和无线连接中的至少一者与衬底加工系统100交换数据。控制器110可以联接至例如客户站点(即，器件厂商等)处的内联网，或者该控制器可以联接到例如供应商站点(即，器件生产商)处的内联网。另外地，例如，控制器110可以联接至互联网。此外，另一计算机(即，控制器、服务器等)可以例如经由直接连接、内联网和互联网中的至少一个来访问控制器110以交换数据。如本领域技术人员还将理解的，控制器110可以经由无线连接与半导体加工系统100交换数据。
根据本披露的各方面，相机传感器101可以用于测量加工室103中的可消耗部件的特性。在图1的示例中，可消耗部件为FR 109。可以在加工室103打开并且晶片不存在于加工室103中时，穿过加工室103的晶片进出端口107来测量或感测FR 109的特性。在一些实施例中，可以在晶片存在于晶片台上但允许无障碍地观察FR 109的至少一部分时测量FR 109的特性。
在实施例中，相机传感器101可以是静止不动的并且被放置成距FR 109一定距离(例如，400至800mm)。相机传感器101的分辨率受到数值孔径(NA)的限制，数值孔径由晶片进出端口107的开口的高度以及从晶片进出端口107到FR 109的距离(例如，大约400mm)来限定。假设晶片进出端口107的开口高度为20 mm，则相机传感器101的最大NA约为0.025，并且例如光源波长为400 nm的相机传感器101的最大分辨率为(波长/NA)＝(0.4/0.025)＝16μm，这对于监测FR的状况来说通常是可以接受的。在一些实施例中，可以使用20μm或甚至50μm的较低准确度来进行聚焦环状况的监测。
可以通过分析FR 109的特征在相机传感器101的视场中的相对偏移来提高测量的准确度。例如，相机传感器101可以仅具有20μm的分辨率，并且FR 109的清晰边界可以被视为20μm宽的斑点。然而，通过使用本领域已知的图像处理和峰值查找算法，可以以小于20um的分辨率来检测斑点在相机传感器101的视场(FOV)中的偏移。另外，每当晶片进出端口107打开时，相机传感器101可以拍摄一个或多个图像。对多个图像进行统计求平均值可以提高测量的准确度。
图1中的测量设备100的一个益处是，对蚀刻工具的产量影响很小或没有影响，因为仅可以在晶片的蚀刻加工之间的时间获得光学图像。另一个潜在的益处是，由于相机传感器101被放在恶劣的室环境外部，因此相机传感器101可以长时间保持可靠的准确度来操作。
图2示出了根据本披露另一实施例的包括测量设备的另一示例性半导体加工系统200。在系统200中，该测量设备包括相机传感器201(或其他光学传感器)，该相机传感器安装在晶片传送机器人204的可移动晶片转移臂205上。晶片传送机器人204被定位在晶片传送模块202中、并且可以控制晶片转移臂205装载晶片206并将晶片206穿过加工室203的晶片进出端口207传送至加工室203中的晶片台208。可以将晶片206卸载到晶片台208上使得其被搁置在晶片台208上的FR 209环绕。示意性地描绘了气体注入喷淋板211。根据本披露的各方面，半导体加工系统200可以包括控制器210，该控制器可以联接至图2中所描绘的任何或所有工具部件并且在集成的衬底加工和衬底计量期间控制该任何或所有工具部件。控制器210可以被实施为图1所描述的控制器110。
在实施例中，相机传感器201可以安装在晶片转移臂205的末端执行器上，使得相机传感器201可以在FR 209的图像获取期间紧靠FR 209，这可以将光学传感器的分辨率提高至小于15μm。例如，传感器201的静态分辨率可以为约2μm。图2的测量设备也可以对蚀刻工具的产量几乎没有影响，因为只能在晶片传送期间进行测量。另外，相机传感器201在等离子体加工期间不会暴露于恶劣的室环境。
在实施例中，相机传感器(例如，相机传感器101或201)可以安装在传感器晶片上，该传感器晶片可以被制造得更厚以容纳相机传感器。在实施例中，多个相机传感器连同电源和存储器可以安装在传感器晶片上以用于测量数据。这样的测量晶片仍然可以与比如前开式晶片传送盒(FOUP)等标准晶片载体一起使用，并且由标准晶片传送机器人系统(例如，晶片传送机器人104或204)来转移。可以获取加工室(例如，加工室103或203)中的位于相机传感器的视场中的结构(包括聚焦环(例如，FR 109或209)、气体注入喷淋板(例如，气体注入喷淋板111或211)上的气体注入孔等)的图像。在一些实施例中，可以在大约一秒的时间段期间拍摄图像，并且可以在从加工室中移除传感器晶片时下载该图像数据以用于分析。在此设备下，不需要修改蚀刻工具，并且传感器晶片可以在各种和/或不同的加工工具和室中使用。
根据本披露的各方面，比如电容式传感器等电磁传感器可以安装到加工室的可消耗部件中以测量可消耗部件的物理特性。在示例性实施例中，环形电极可以放置在FR的下方或附近。环形电极可以形成LC或RC电路的一部分。可以对环形电极施加频率高达射频(RF)的交流电，该环形电极用作天线、并且对附近材料的电化率敏感。特别地，该电路可以对附近电介质的几何形状高度敏感、并且可以在适当的校准之后测量例如FR的高度。在另一示例性实施例中，电容式传感器可以在更换晶片时进行测量。因此，测量时间可以少于1秒。电容式传感器可以在蚀刻期间停用、并且也可以用于微调FR附近的等离子体分布。使用电容式传感器的益处包括但不限于：(1)不影响刻蚀晶片的产量；(2)不干扰蚀刻操作；(3)对FR边缘处进行等离子体均匀性的微调。
根据本披露的各方面，可以使用具有内置微型相机、电源和存储器存储装置的晶片大小的探针来监测可消耗部件的特性。在一些实施例中，该探针可以略微高于常规晶片。该探针应装配在常规的FOUP中、并且可以通过常规的晶片转移工具和方法进行转移和输送。该探针可以装配有单个或多个内置相机，这些相机面向加工室内的FR和/或任何其他感兴趣对象。在实施例中，该探针可以作为常规晶片装载到加工室中。该探针可以放在卡盘上(例如，晶片台108或208)或者仅可以通过晶片转移器移动到加工室中以节省时间。该探针可以拍摄室内的FR和任何其他感兴趣对象的单一或多个图像。这些图像可以存储在内置存储器件中或存储在安装在该探针中的存储卡中。拍摄图像的时间段可以例如少于1秒。在收集图像后，可以将探针从加工室中移除，并且可以卸载并分析所收集的图像。使用探头进行测量的益处包括但不限于：(i)不对加工室进行修改；以及(ii)可以使用单一探针来测试多个加工室和可消耗部件。
根据本披露的各方面，在对加工室中的结构进行图像获取期间，可以将结构化照明与相机传感器或其他光学传感器(例如本文讨论的任何相机传感器)一起使用。结构化照明可以提供该结构的深度感测信息，从而可以获得该结构的三维(3D)信息。在一些实施例中，结构化照明器可以是基于激光二极管(基于LD)或基于LED的线照明器，其具有放在多个位置上的多个不相干照明点、或具有将空间相干性最小化并由此减少散斑(即，颗粒状图像)并提高灵敏度的扩展源。
图3示出了根据本披露实施例的用于恢复感兴趣对象的3D结构的多点结构化照明的示例。在图3中，感兴趣的对象是FR 301。结构化照明器302可以安装在相机传感器303附近，以例如用点阵列来照亮FR 301。通过测量相机传感器303上的不同点的图像之间的距离，可以推导出关于从结构化照明器302到被点照亮的对象的一部分的距离的信息。在一些实施例中，可以使用一条或多条照明线来代替结构化照明器302的点图案。也可以使用其他照明图案。
图4示出了根据本披露实施例的使用结构化照明器(例如，结构化照明器302)在FR(例如，FR 301)的边缘上投射的线图案402的模拟图像。将线图案402作为相机传感器(例如，相机传感器303)的视场中的目标来捕捉。在所示的示例中，线图案402表示如箭头所示的FR的截面401的特征，这将在下文更详细地描述。
图5A和图5B示出了根据本披露的示例性实施例的由光学传感器获得的FR边缘的测量图像。图5A示出了所获取的FR边缘的原始图像。所获取的原始图像中的较亮的竖直点图案示出了使用离轴结构化照明器(例如，结构化照明器302)在FR(例如，FR 301)的边缘上投射的线图案501。由于离轴结构化照明器与相机视线成角度地发送照明束，因此线图案的一部分的水平位置允许本领域的知识人员确定从传感器到对应样本部分的距离。图5B示出了通过软件拟合至线图案501的拟合线502。拟合线502可以用于恢复FR的深度信息和环尺寸，包括厚度、倒角、(多个)阶梯宽度等。
图5C和图5D示出了图5A和图5B的测量图像的展示，以更清楚地表示可以通过本发明的实施例获得的线图案501’和拟合线502’。如图所示，拟合线502’包括由代表FR轮廓的表面边缘的点E1-E6限定的五个区域。例如，E1与E2之间的节段表示连接FR的顶表面和上侧壁的上倒角。E2与E3之间的节段表示FR的上侧壁，该上侧壁向下延伸至唇缘或肩部顶表面，而节段E3-E4表示FR的上侧壁与唇缘顶表面相交处的凹形部分。E4-E5表示唇缘顶表面的倒角，而E5-E6表示唇缘侧壁，而E6在FR的底部处开始倒角。如可以了解的是，可以基于拟合线502’来计算高度和深度测量值以确定FR几何形状的特性。例如，在本发明的一些方面，软件收集原始相机图像、并且根据分段的线图案(例如501)来重构FR的轮廓并根据E1来计算FR的上壁高度或“顶部高度”。当FR的肩部或唇缘表面在加工期间被晶片覆盖并受到保护时，FR的顶部高度与FR的高度直接相关。例如，新的FR的总高度可以为4.02mm，并且唇缘顶表面高度(或“肩部高度”)为2.57mm，以获得顶部高度1.45mm。使用过的或“旧的”FR可以具有3.43mm的总高度和2.42mm的唇缘顶表面高度，以获得顶部高度1.01mm。在一些实施例中，唇缘顶表面高度是从E4开始测量的，静态精度为约2μm。应注意的是，所描述的方法取决于至少一些来自样本的散射。由于完全反射的表面不会散射光，为了解决该限制，可以将照明器以一种方式定位，使得仅从照明器直接反射的光才能到达传感器。然而，由于通常所有表面至少是弱散射表面，因此还可以通过增大照明强度和/或检测器敏感度和积分时间来克服该问题。
图6示出了根据本披露实施例的测量系统600的示意图。在测量系统600中，相机传感器601和结构化照明器602安装在晶片转移臂603上，该晶片转移臂可以如箭头所示地移动。相机传感器601和结构化照明器602都面向位于静电卡盘605的外围处的FR 604。相机传感器601和结构化照明器602相隔第一距离D1，该第一距离典型地可以在5至50mm的范围内。相机传感器602和FR 604相隔第二距离D2。在示例中，D2可以是20mm，但典型地D2可以在从10至50mm的范围内。较小的距离具有几何限制，而较大的距离降低了光学分辨率。虽然在图6中传感器部件被固定至晶片转移臂603，但是在一些实施例中，传感器部件可以独立地移动。
图7示出了根据本披露另一实施例的测量系统700的光学模型。在测量系统700中，相机传感器701、线结构化照明器702和漫射照明器703被配置为被封装到晶片转移臂(图7中未示出)中并且面向FR 704。结构化照明器702和漫射照明器703被配置用于照亮FR。相机传感器701包括成像传感器705、比如电荷耦合检测器(CCD)，其经由相机棱镜706来获取FR704的图像。在一些实施例中，线照明器703的棱镜提供约45度的光学入射角(AOI)，而相机棱镜706具有60度的AOI。
图8示出了根据本披露实施例的测量设备800的机械模型的特写视图。在测量设备800中，相机组件810、线照明器组件820、漫射照明器组件830和热电冷却器组件840被集成到比如叉形件等晶片转移臂803中。如图所示，相机组件810、线照明器组件820、漫射照明器组件830和热电冷却器组件840设置在晶片转移臂803的相应开口805内、并且被布置用于从聚焦环802获得光学信号。应注意的是，图8中仅示出了FR边缘的一小部分。
相机组件810包括相机固定装置811，用于将相机813和透镜815连结为组件并将该组件联接至晶片转移臂803。线照明器组件820包括线照明器固定装置821，用于将光源部分823、透镜固持器825和透镜827连结为组件并将该组件联接至晶片转移臂803。漫射照明器组件830包括漫射照明器固定装置831，用于将光源部分833和透镜835连结为组件并将该组件联接至晶片转移臂803。热电冷却器组件840包括设置在热电冷却器843上方的盖件841，该热电冷却器被定位在晶片转移臂803中以冷却相机组件810、线照明器组件820和漫射照明器组件830中的一个或多个。固定装置811、821和831以及盖841中的每一个包括紧固件孔以准许将相应的组件紧固至晶片转移臂803。虽然图8的示例示出了相机组件810、线照明器组件820、漫射照明器组件830和热电冷却器组件840独立地联接至晶片转移臂803，但是这些元件也可以被组装为与晶片转移臂803集成的单元。
图9A和图9B示出了根据本披露另一个实施例的测量设备900的机械模型的特写视图。在测量设备900中，相机组件、线照明器组件、漫射照明器和热电冷却器组件与晶片转移臂903的一部分集成，如关于图8所描述的。电源线和信号线909可以与晶片转移臂集成，用于将电源和信号引导至测量设备的相机和照明元件。在图9A和图9B的实施例中，传感器元件设置在由板905和907形成的封壳内。图9A和图9B分别示出了测量设备900的机械模型的俯视图和仰视图。顶板905包括用于容纳相机组件(被隐藏)的封闭空间905a和用于封闭线照明器和/或漫射照明器(被隐藏)的封闭空间905b。底板907包括用于覆盖相机组件的窗口907a、和用于覆盖线照明器和/或漫射照明器的窗口907b。相机系统901的封壳位于晶片转移臂的顶表面上，并且相机系统901的窗口位于晶片转移臂的底表面上并且面向FR 902。窗口907a和907b准许FR 902光学地可见并且优选地是透明的。
根据本披露的各方面，除了结构化照明之外，还可以采用其他方法来在对象的图像获取期间获得感兴趣对象的3D/深度信息。这些方法包括但不限于(i)将安装在机械臂上的相机传感器(例如，相机传感器201)移动至多个位置并分析从这些位置获得的感兴趣对象的图像；以及(ii)具有用于立体图像的两个相机传感器(包括安装在晶片转移臂上的两个相机传感器)，并且同时收集图像，其中每个相机传感器可以基于相应的相机传感器的工作距离来优化。将(多个)相机传感器放在晶片转移臂上可能会导致空间限制。为了解决空间限制，可以将(多个)相机传感器远程地安装，使得图像经由例如(多个)光纤束从安装在晶片转移臂内的收集透镜和/或光学器件传输至(多个)相机传感器。
在实施例中，相机传感器可以是例如基于时间延迟技术的3D相机传感器。
根据本披露的各方面，除了确定FR的状况之外，本披露中提出的相机传感器、测量设备和测量方法还可以用于收集关于加工室的其他可消耗部件(例如喷淋板或电极上的气体注入孔、倒角壁、沉积护罩、晶片卡盘肩部涂层、气体排放挡板等)的信息。
图10A和图10B示出了根据本披露实施例的测量设备1000的机械模型的特写视图。在测量设备1000中，相机传感器1001和照明器1002安装在晶片转移臂1003上。相机传感器1001用于获取气体注入喷淋板1004(或电极)的气体注入孔阵列的图像，该气体注入喷淋板被定位在晶片转移臂1003的上方且在加工室中。图10A和图10B分别示出了测量设备1000的机械模型的俯视图和仰视图。在示例性实施例中，照明器1002可以是漫射照明器和/或结构化照明器，其照亮气体注入喷淋板1004的气体注入孔阵列，并且相机传感器1001对被照亮的气体注入孔阵列进行成像。例如，可以通过相机传感器1001来获取气体注入孔1005的图像，并且可以通过所获取的图像来获得比如气体注入孔1005的物理尺寸等特性。应注意的是，虽然图10A中仅示出了5个气体注入孔，但是在本披露中，气体注入喷淋板1004的气体注入孔的数量是不受限的。另外，结构化照明器1002可以被设置来实现对气体注入孔1005的复杂3D测量。然而，在仅从平面图像寻求简单测量(比如气体注入孔1005的直径)的情况下，可以省去结构化照明器。
根据本披露的各方面，可以将用于诊断FR和气体注入孔阵列的状况的相机传感器嵌入晶片转移臂的末端执行器中。在一些实施例中，当晶片转移臂移动到加工室中时，加工室中的、具有气体注入孔阵列的气体注入喷淋板或电极位于晶片转移臂的上方，并且加工室中的FR位于晶片转移臂的下方。相应地，第一相机传感器可以安装在晶片转移臂的顶表面上以用于获取气体注入孔阵列的图像，并且第二相机传感器可以安装在晶片转移臂的底表面上以用于获取FR的图像。
图11示出了根据本披露实施例的测量设备1100的机械模型的示例。在测量设备1100中，两个传感器组件1101和1102安装在晶片转移臂1103上。FR 1104位于晶片转移臂1103的下方，而气体注入喷淋板1105位于晶片转移臂1103的上方。传感器组件1101安装在晶片转移臂1103的顶表面上以用于获取气体注入喷淋板1105的气体注入孔的图像。传感器组件1102安装在晶片转移装置1103的底表面上以用于获取FR 1104的图像。每个传感器组件包括相机传感器、并且可以可选地包括如实施例中所示的结构化照明器和漫射照明器中的至少一种。
图12示出了根据本披露实施例的测量设备1200的机械模型的特写视图。在测量设备1200中，两个传感器组件1201和1202安装在晶片转移臂1203上。这两个相机传感器均被包封有保护性封壳、并且配备有窗口以便为成像传感器(以及在一些实施例中的结构化照明器和/或漫射照明器)提供光学通路。封壳可以由不锈钢或其他材料形成，以提供免受侵蚀、化学腐蚀等的保护，并且便于维护和传感器更换。这些窗口可以由透明材料、比如各种玻璃、石英、二氧化硅等制成。在实施例中，传感器1201用于获取位于晶片转移臂1203下方的FR的图像，使得封壳1210是可见的，但系统1201的窗口面向晶片转移臂1203的底表面。传感器组件1202用于获取位于晶片转移臂1203上方的气体注入喷淋板的气体注入孔的图像，使得窗口1204面向晶片转移臂1203的顶表面。
根据本披露的各方面，设想了使用本披露中提出的测量设备的各种方式，包括在实际晶片装载和卸载期间诊断聚焦环。可以通过在晶片不存在的情况下、例如在晶片加工之间操作晶片转移臂来诊断气体注入孔。
本披露中所描述的相机(或光学)传感器的一个益处是传感器被定位在使传感器不会暴露于恶劣的室内部环境持续至少在大部分测量时间的位置。此外，可以将传感器小型化以安装在晶片转移臂上，例如安装在晶片转移臂的末端执行器上。
在一些实施例中，为了获得关于室部件的额外信息，可以将偏振滤光器与相机传感器或其他光学传感器一起使用。偏振滤光器可以获得有关偏振、多波长照明器、多光谱传感器和边缘对比度增强技术(ECET)的信息。ECET方法的示例包括暗场照明(其中不允许直接反射光进入相机传感器)、相位对比、以及微分干涉对比(Nomarski干涉对比)方法。
图13示出了根据本披露实施例的概括了用于制造半导体器件的过程的流程图。过程1300可以由用于诊断半导体加工系统的加工室中的至少一个可消耗部件的装置的处理电路系统来执行。该装置可以是上述的半导体加工系统。过程1300可以用软件指令来实施，并且当处理电路系统执行软件指令时，处理电路系统实施过程1300。
该过程从步骤1310开始，即，重复地进行传送操作，该传送操作是在衬底转移模块与具有至少一个可消耗部件的加工室之间传送多个半导体晶片中的每一个。例如，衬底转移模块可以通过比如上文在图1和图2中所描述的系统中的晶片进出端口来交换已加工的和未加工的晶片。在一些实施例中，步骤1310可以包括经由半导体加工系统的晶片转移模块中的晶片转移机器人的晶片转移臂来在半导体加工系统的晶片转移模块与加工室之间传送晶片。晶片转移模块被定位在加工室附近。
在步骤1320中，使用加工室来对该多个半导体晶片中的每一个执行半导体制造工艺。在一些实施例中，该工艺是等离子体蚀刻工艺，其磨蚀该加工室的该至少一个可消耗部件。
在步骤1330中，在加工室没有对这些晶片执行半导体制造工艺的时间期间，检测来自该至少一个可消耗部件的光学信号。可以检测来自以下中的至少一种的光学信号：聚焦环、气体注入喷淋板、电极、沉积护罩、加工室壁、泵送挡板、晶片卡盘、以及晶片卡盘肩部，如上文所讨论的。在一些实施例中，仅在加工室没有对晶片执行半导体制造工艺时才执行步骤1330。例如，仅可以在加工室的室进入端口打开时(比如当机械臂正在加工室中交换晶片时)执行步骤1330。
过程1300可以使用本文描述的任何光学传感器、测量设备或其他器件和布置来执行。在一些实施例中，该过程可以进一步包括基于检测到的光学信号来修改半导体制造过程。例如，可以修改至少一个工艺参数以补偿可消耗部件的磨损状态。在一些实施例中，可以修改至少一个工艺参数以改善对整个半导体晶片的均匀加工。
过程1300还可以包括基于检测到的光学信号来修改半导体室。例如，可以基于检测到的光学信号来调整聚焦环的高度，或者可以基于检测到的光学信号来更换聚焦环。
在一些实施例中，作为步骤1320的一部分，算法可以重构FR的3D轮廓。如上文所讨论的，比如轴对称聚焦环(FR)等特征样本的特征在于一系列近似水平(在相机FOV内)的边缘。在一个示例性实施例中，用相机来捕捉FR的漫射光图像和结构化光图像。漫射图像和结构化图像可以彼此独立地和/或同时获得。使用FR的漫射光照明图像来检测FR的水平边缘并确定它们在相机FOV中的竖直坐标。对FR的离轴照明图像进行分析，以找到投射线与从漫射光图像检测到的水平边缘相交处的点。基于相交点的水平坐标和已知的照明器位置相对于相机的几何形状，可以确定从相机到FR的对应水平边缘的距离。将关于水平边缘的竖直和深度信息组合来重构FR的径向轮廓，并计算FR的厚度以及FR的任何其他感兴趣的相关几何参数。FR的厚度以及任何其他感兴趣参数用于调整加工室操作参数，例如聚焦环在加工室内的竖直位置。
在前述描述中，已阐述了具体细节，比如处理系统的特定几何形状以及对其中使用的各种部件和工艺的描述。然而，应理解，可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实践本文中的技术，并且这样的细节是出于解释而非限制的目的。已参考附图描述了本文披露的实施例。类似地，出于解释的目的，已阐述了具体的数字、材料和配置以便提供透彻的理解。然而，可以在没有这样的具体细节的情况下实践实施例。具有基本上相同的功能构造的部件由相似的参考字符表示，且因此可以省略任何冗余的描述。
当然，为了清楚起见，已呈现了如本文中所描述的不同步骤的讨论顺序。一般来说，这些步骤可以以任何合适的顺序执行。另外，尽管可能在本披露内容的不同地方讨论了本文中的不同特征、技术、配置等中的每一个，但是意图是可以彼此独立地或彼此组合地执行构思中的每一个。因此，可以以许多不同的方式来实施和查看本披露。
已将各种技术描述为多个不连续的操作以辅助理解各种实施例。描述的顺序不应被解释为暗指这些操作必需依赖于顺序。实际上，这些操作不需要以呈现的顺序执行。可以以与所描述的实施例的顺序不同的顺序来执行所描述的操作。在附加实施例中，可以执行各种附加操作和/或可以省略所描述的操作。
如本文所使用的，“衬底”或“目标衬底”或“晶片”通常是指根据本披露被加工的对象。衬底可以包括器件(特别是半导体或其他电子器件)的任何材料部分或结构，并且可以例如是基础衬底结构(比如，半导体晶片、掩模版)、或基础衬底结构上的层或上覆于基础衬底结构的层(比如，薄膜)。因此，衬底不限于已图案化或未图案化的任何特定基础结构、下层或上覆层，而是设想为包括任何这样的层或基础结构、以及层和/或基础结构的任何组合。该描述可以参考特定类型的衬底，但这仅出于展示性目的。
本领域技术人员还将理解，在仍然实现本披露的相同目的的同时，可以对上文解释的技术的操作做出许多改变。本披露内容的范围旨在涵盖这样的变化。因此，本披露的实施例的前述描述不旨在是限制性的。相反，在以下附权利要求中提供了对本披露的实施例的任何限制。

Claims (49)

1.一种半导体加工系统，包括：
加工室，该加工室被配置为对多个晶片中的每一个执行半导体制造工艺，该加工室包括至少一个可消耗部件；
衬底转移模块，该衬底转移模块被定位成靠近该加工室并且经由晶片进出端口与该加工室连通，该晶片转移模块包括晶片转移机器人，该晶片转移机器人被配置为穿过该晶片进出端口在该衬底转移模块与该加工室之间传送这些晶片中的每一个；
光学诊断系统，该光学诊断系统包括被配置用于检测来自该至少一个可消耗部件的光学信号的光学传感器；以及
控制器，该控制器被配置为使该加工室对每个相应的晶片执行该半导体制造工艺、并且使该光学诊断系统在该加工室没有对这些晶片执行该半导体制造工艺时的时间期间检测该光学信号。
2.如权利要求1所述的半导体加工系统，其中，该光学诊断系统被配置为根据由该光学传感器检测到的光学信号来确定该至少一个可消耗部件的至少一种特性。
3.如权利要求1所述的系统，其中，该至少一个可消耗部件包括以下中的至少一种：聚焦环、气体注入喷淋板、电极、沉积护罩、加工室壁、泵送挡板、晶片卡盘、以及晶片卡盘肩部。
4.如权利要求1所述的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片转移模块的内壁上，其位置使得当该晶片进出端口打开以进行晶片传送时经由该晶片进出端口能够看见该至少一个可消耗部件。
5.如权利要求1所述的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片传送机器人的晶片转移臂上，其位置使得在晶片转移臂运动期间能够看见该至少一个可消耗部件。
6.如权利要求5所述的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片转移臂的末端执行器或晶片台板上。
7.如权利要求1所述的系统，其中，该光学传感器进一步包括用于获取该至少一个可消耗部件的图像的相机。
8.如权利要求7所述的系统，其中，该光学传感器进一步包括结构化照明器，该结构化照明器被配置为在获取该至少一个可消耗部件的图像期间照亮该至少一个可消耗部件。
9.如权利要求8所述的系统，其中，该结构化照明器被配置为通过与该相机的视线成角度地发送照明束来将照明图案投射到该至少一个可消耗部件上。
10.如权利要求9所述的系统，其中：
该光学系统被配置为根据所获取的投射到该至少一个可消耗部件上的照明图案的图像来确定该至少一个可消耗部件的该至少一种特性，并且
该至少一个可消耗部件的该至少一种特性包括该至少一个可消耗部件的三维形状的至少一个尺寸。
11.如权利要求10所述的系统，其中，该至少一个可消耗部件是聚焦环，并且该至少一个尺寸包括该聚焦环的厚度和该聚焦环的边缘轮廓的尺寸中的至少一者。
12.如权利要求10所述的系统，其中，该至少一个可消耗部件包括气体注入孔阵列，并且其中，该至少一个尺寸包括气体注入孔直径和气体注入孔倒角的轮廓尺寸中的至少一者。
13.如权利要求9所述的系统，其中，该照明图案包括投射到该至少一个可消耗部件上的点图案。
14.如权利要求9所述的系统，其中，该照明图案包括投射到该至少一个可消耗部件上的至少一条线。
15.如权利要求7所述的系统，其中，该光学传感器进一步包括漫射照明器，该漫射照明器被配置为在获取该至少一个可消耗部件的图像期间照亮该至少一个可消耗部件。
16.如权利要求1所述的系统，进一步包括：
被配置为容纳该光学传感器的封壳；以及
至少一个窗口，用于为该光学传感器提供从该封壳内到该至少一个可消耗部件的光学通路。
17.一种半导体加工系统，包括：
加工室，该加工室被配置为对多个晶片中的每一个执行半导体制造工艺，该加工室包括至少一个可消耗部件；
衬底转移模块，该衬底转移模块被定位成靠近该加工室并且经由晶片进出端口与该加工室连通，该晶片转移模块包括晶片转移机器人，该晶片转移机器人被配置为穿过该晶片进出端口在该衬底转移模块与该加工室之间传送这些晶片中的每一个；以及
光学诊断系统，该光学诊断系统包括光学传感器，该光学传感器被定位为具有到该可消耗部件的至少一部分的直接视线，该光学传感器被配置为检测来自该可消耗部件的光学信号。
18.如权利要求17所述的系统，其中，该至少一个可消耗部件包括以下中的至少一种：聚焦环、气体注入喷淋板、电极、沉积护罩、加工室壁、泵送挡板、晶片卡盘、以及晶片卡盘肩部。
19.如权利要求17所述的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片转移模块的内壁上，使得当该晶片进出端口打开以进行晶片传送时，穿过该晶片进出端口提供直接的标记线。
20.如权利要求17所述的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片传送机器人的晶片转移臂上，使得在沿着该晶片转移臂的传送路径的一个或多个位置处提供该直接视线。
21.如权利要求20所述的系统，其中，该光学传感器安装在该晶片转移臂的末端执行器或晶片台板上。
22.如权利要求17所述的系统，进一步包括测量晶片，该测量晶片被配置为由该晶片传送机器人传送，其中，该光学传感器安装在该测量晶片上，使得在沿着该测量晶片的传送路径的一个或多个位置处提供该直接视线。
23.如权利要求1所述的系统，其中，该光学传感器包括用于检测来自聚焦环的第一光学信号的第一光学传感器和用于检测来自气体注入喷淋头的第二光学信号的第二光学传感器。
24.如权利要求23所述的系统，其中，该第一光学传感器和第二光学传感器设置在该衬底转移模块的晶片传送臂上。
25.一种用于制造半导体器件的方法，包括：
重复地进行传送操作，即，穿过晶片进出端口在衬底转移模块与加工室之间传送多个半导体晶片中的每一个，该加工室包括至少一个可消耗部件；
使用该加工室来对该多个半导体晶片中的每一个执行半导体制造工艺；以及
在该加工室没有对这些晶片执行该半导体制造工艺的时间期间，检测来自该至少一个可消耗部件的光学信号。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包括根据该光学信号来确定该至少一个可消耗部件的至少一种特性。
27.如权利要求25所述的方法，其中，该检测光学信号包括检测来自以下中的至少一种的光学信号：聚焦环、气体注入喷淋板、电极、沉积护罩、加工室壁、泵送挡板、晶片卡盘、以及晶片卡盘肩部。
28.如权利要求25所述的方法，其中，该检测光学信号包括：当该晶片进出端口打开以进行晶片传送时从该加工室外部穿过该晶片进出端口检测该光学信号。
29.如权利要求28所述的方法，其中，该检测光学信号进一步包括：
在该晶片转移模块的内壁上设置光学传感器，其位置使得当该晶片进出端口打开以进行晶片传送时经由该晶片进出端口能够看见该至少一个可消耗部件；以及
使用该光学传感器来检测该光学信号。
30.如权利要求25所述的方法，其中，该检测光学信号进一步包括：
在该晶片传送机器人的晶片转移臂上设置光学传感器，其位置使得在晶片传送期间能够看见该至少一个可消耗部件；以及
使用该光学传感器来检测该光学信号。
31.如权利要求30所述的方法，其中，该设置光学传感器包括：将该光学传感器设置在该晶片转移臂的末端执行器或晶片台板上。
32.如权利要求25所述的方法，其中，该检测光学信号包括：使用相机来获取该至少一个可消耗部件的图像。
33.如权利要求32所述的方法，其中，该检测光学信号进一步包括：在获取该至少一个可消耗部件的图像期间使用结构化照明器来照亮该至少一个可消耗部件。
34.如权利要求33所述的方法，其中，该使用结构化照明器包括：通过与该相机的视线成角度地发送照明束来将照明图案投射到该至少一个可消耗部件上。
35.如权利要求34所述的方法，进一步包括根据所获取的投射到该至少一个可消耗部件上的照明图案的图像来确定该至少一个可消耗部件的至少一种特性，其中，该至少一个可消耗部件的该至少一种特性包括该至少一个可消耗部件的三维形状的至少一个尺寸。
36.如权利要求35所述的方法，其中，该至少一个可消耗部件是聚焦环，并且该方法进一步包括：确定该聚焦环的厚度和该聚焦环的边缘轮廓的尺寸中的至少一者。
37.如权利要求36所述的方法，其中，该至少一个可消耗部件包括气体注入孔阵列，该方法进一步包括：确定气体注入孔直径和气体注入孔倒角的轮廓尺寸中的至少一者。
38.如权利要求34所述的方法，其中，该照明图案包括投射到该至少一个可消耗部件上的点图案。
39.如权利要求34所述的方法，其中，该照明图案包括投射到该至少一个可消耗部件上的至少一条线。
40.如权利要求34所述的方法，进一步包括在获取该至少一个可消耗部件的图像期间用漫射光来照亮该至少一个可消耗部件。
41.如权利要求34所述的方法，其中，该检测光学信号包括：仅在该加工室没有对这些晶片执行该半导体制造工艺期间检测该光学信号。
42.如权利要求41所述的方法，其中，该检测光学信号包括仅在该晶片进出端口打开时检测该光学信号。
43.如权利要求25所述的方法，进一步包括基于检测到的光学信号来修改该半导体制造工艺。
44.如权利要求43所述的方法，其中，所述修改该半导体制造工艺包括：修改至少一个工艺参数以补偿该可消耗部件的磨损状态。
45.如权利要求44所述的方法，其中，该修改至少一个工艺参数包括：修改该工艺参数以改善整个晶片上的均匀加工结果。
46.如权利要求25所述的方法，进一步包括基于检测到的光学信号来修改该半导体室。
47.如权利要求46所述的方法，其中，所述修改该半导体室包括：基于检测到的光学信号来调整聚焦环的高度。
48.如权利要求46所述的方法，其中，所述修改该半导体室包括：基于检测到的光学信号来更换这些可消耗部件中的至少一个。
49.一种用于检测半导体加工室中的可消耗部件的状态的方法，该方法包括：
引导漫射光源和结构化光源以提供入射到该可消耗部件上的漫射光和结构光；
获取该可消耗部件的至少一个漫射光图像以及该可消耗部件的至少一个结构光图像；
使用该至少一个漫射光图像来检测该可消耗部件的边缘；
使用该至少一个结构光图像来识别该结构光与从该漫射光图像检测到的边缘相交处的交点；
确定这些交点在该半导体加工室内的坐标；以及
基于这些交点的坐标来构造该可消耗部件的3D轮廓。
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