TW202100998A - 量測基板處理系統之可調整邊緣環厚度的量測系統 - Google Patents

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Abstract

一種用以量測電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者的量測系統包含一超音波轉換器，其係配置以輸出一超音波信號至該邊緣環中，並自該邊緣環接收一反射信號。一控制器係配置以使該超音波轉換器產生該超音波信號，並基於該超音波信號與該反射信號的時序而判定該邊緣環的厚度。

Description

量測基板處理系統之可調整邊緣環厚度的量測系統
[相關申請案的交互參照]本申請案主張2019年3月6日提交的美國臨時專利申請案第62/814,459號的優先權。在此將上述申請案之全部內容引入以供參照。
本發明大體上關於電漿處理系統，更具體而言，關於量測電漿處理系統之邊緣環厚度的量測系統。
此處所提供之先前技術說明係為了大體上介紹本發明之背景。在此先前技術章節中所敘述之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本發明之先前技術。
基板處理系統在諸如半導體晶圓的基板上執行處理。基板處理的範例包含沉積、灰化、蝕刻、清潔、及/或其他處理。可將處理氣體混合物供應至處理腔室以對基板進行處理。可使用電漿引燃氣體以增進化學反應。
在處理期間將基板設置於基板支座上。可使用邊緣環以調整電漿對基板的作用。邊緣環係設置於基板之徑向外緣周圍並與其相鄰。在進行操作期間，邊緣環的輪廓耗損。邊緣環對電漿的作用因耗損現象而有所變化。
一種用以量測電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者的量測系統包含一超音波轉換器，其係配置以輸出一超音波信號至該邊緣環中，並自該邊緣環接收一反射信號。一控制器係配置以使該超音波轉換器產生該超音波信號，並基於該超音波信號與該反射信號的時序而判定該邊緣環的厚度。
在其它特徵中，第一高度調整器，其係配置以在該電漿處理腔室中調整該邊緣環相對於一表面的高度。該控制器基於該厚度而利用該第一高度調整器調整該邊緣環相對於該表面的高度。第二高度調整器係配置以在該控制器使該超音波轉換器產生該超音波信號之前移動該超音波轉換器以與該邊緣環相接觸。
在其它特徵中，一銷件係設置於該第二高度調整器與該超音波轉換器之間。一銷件係設置於該超音波轉換器與該邊緣環之間。該超音波轉換器係與該邊緣環直接接觸。該控制器係配置以響應於該厚度而選擇性地使該邊緣環被更換。
在其它特徵中，該超音波轉換器係設置於該第一高度調整器與該邊緣環之間。
一種用以量測用於基板的電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者的量測系統包含一重量量測裝置，其係選自由荷重元及應變計所組成之群組，該重量量測裝置係配置以量測該邊緣環的重量。一控制器係配置以基於該重量而判定該邊緣環的厚度。
在其它特徵中，第一高度調整器係配置以調整該邊緣環相對於一表面的高度。基於該厚度，該控制器利用該第一高度調整器以調整該邊緣環相對於該表面的高度。
在其它特徵中，第二高度調整器係配置以在該重量量測裝置量測該邊緣環的重量之前移動該重量量測裝置以與該邊緣環相接觸。一銷件係設置於該第二高度調整器與該重量量測裝置之間。一銷件係設置於該重量量測裝置與該邊緣環之間。
在其它特徵中，該控制器係配置以響應於該厚度而選擇性地使該邊緣環被更換。該重量量測裝置係設置於該第一高度調整器與該邊緣環之間。
一種用以量測用於基板的電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者的量測系統包含一高度調整器，其包含一馬達且係配置以調整該邊緣環相對於一表面的高度。至少一感測器係配置以感測該馬達的參數，且係選自由電流感測器及電壓感測器所組成之群組。一控制器係配置以基於該至少一感測器的輸出而判定該邊緣環的重量，並基於該重量而判定該邊緣環的厚度。
在其它特徵中，該控制器基於該厚度而利用該高度調整器調整該邊緣環相對於該表面的高度。一銷件係設置於該高度調整器與該邊緣環之間。該控制器係配置以響應於該厚度而選擇性地使該邊緣環被更換。一伺服器係與該控制器係異位的。
在其它特徵中，該控制器將該至少一感測器的輸出傳送至該伺服器。複數處理腔室包含控制器、高度調整器、及感測器。該複數處理腔室之各者的該控制器係配置以將對應的感測器之輸出傳送至該伺服器。基於該至少一感測器的輸出及該複數處理腔室之各者的對應的感測器之輸出，該伺服器使用機器學習演算法以評估該邊緣環的健康狀態。
一種用以量測用於基板的電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者的量測系統包含一揚聲器，其係設置於與該邊緣環相距第一距離處，且係配置以傳送第一輸出信號至該邊緣環。一麥克風係設置於與該邊緣環相距第二距離處，且係配置以量測來自該邊緣環的基於該第一輸出信號之反射信號。一控制器係配置以基於該反射信號而判定該邊緣環的厚度。
在其它特徵中，一高度調整器係配置以調整該邊緣環相對於一表面的高度。該控制器係配置以基於該厚度而使該高度調整器調整該邊緣環相對於該表面的高度。該控制器係配置以響應於該厚度而選擇性地使該邊緣環被更換。該反射信號包含第一反射信號及第二反射信號。該控制器基於該第一及第二反射信號之其中至少一者而判定該厚度。
本揭露內容之進一步的可應用領域將從實施方式、發明申請專利範圍及圖式中變得明顯。詳細說明及具體範例係意圖為僅供說明的目的，而非意欲限制本揭示內容的範圍。
在基板處理期間，將基板設置於底座(例如靜電卡盤(ESC))上、供應處理氣體、並且在處理腔室中觸發電漿。在電漿處理期間，處理腔室內的元件因暴露於電漿而歷經耗損。
在某些處理腔室中，將邊緣環設置於基板之徑向外緣的周圍。在處理多個基板之後，邊緣環被磨損。因此，邊緣環對基板的作用有所改變。為了減小因邊緣環耗損而造成的製程變化，某些處理腔室包含高度調整器以調整邊緣環的高度。在許多的該等系統中，基於循環的數目及/或總電漿處理暴露時間而自動調整邊緣環的高度。
依據本發明之系統與方法涉及原位量測邊緣環的厚度、及響應於厚度量測而調整邊緣環的高度。在某些範例中，使用超音波轉換器以量測邊緣環的厚度。在其他範例中，使用重量量測裝置(例如荷重元、應變計、或其他裝置)以量測邊緣環的重量，並基於重量而估計邊緣環的厚度。在其他範例中，對流至高度調整器之馬達的電流進行監視、基於電流而估計重量、並且基於重量而估計厚度。在又其他範例中，使用揚聲器及麥克風以判定邊緣環的厚度。一旦確定厚度，控制器即可調整邊緣環的高度或使機器人在不破壞真空的情況下更換邊緣環。
現參照圖1A及2，顯示可使用邊緣環之電漿處理腔室的範例。如可理解，可使用其他類型的電漿處理腔室。在圖1A中，顯示依據本發明之基板處理系統110的範例。基板處理系統110包含處理腔室122，其包圍基板處理系統110之其他元件並容納RF電漿(若有使用)。基板處理系統110包含上電極124及基板支座126(例如靜電夾頭(ESC))。在操作期間，基板128係設置於基板支座126上。
僅舉例而言，上電極124可包含氣體分配裝置129(例如噴淋頭)，其導入和分配處理氣體。氣體分配裝置129可包含一桿部，該桿部包含連接於處理腔室之頂部表面之一端。基底部一般為圓柱形，且由桿部之另一端(位在與處理腔室之頂部表面相隔開之位置)徑向往外延伸。噴淋頭之基底部的面對基板之表面或面板包含複數孔洞，前驅物、反應物、蝕刻氣體、惰性氣體、載氣、其他處理氣體或排淨氣體經由該等孔洞流過。或者，上電極124可包含導電板，且處理氣體可經由另一方式而加以導入。
基板支座126包含底板130，其用作一下電極。底板130支撐加熱板132，加熱板132可對應於陶瓷多區帶加熱板。可將熱阻層134設置於加熱板132與底板130之間。底板130可包含一或更多通道136，用以使冷卻劑流過底板130。
RF產生系統140產生並輸出RF電壓至上電極124及下電極(例如，基板支座126之底板130)之其中一者。上電極124及底板130之其中另一者可為DC接地、AC接地或浮動的。僅舉例而言，RF產生系統140可包含產生RF電漿功率的RF產生器142，該RF電漿功率係藉由匹配及配送網路144饋送至上電極124或底板130。在其他範例中，可感應式地或遠程地產生電漿。
氣體輸送系統150包含一或更多氣體源152-1、152-2、…、以及152-N(統稱氣體源152)，其中N為大於零之整數。藉由閥154-1、154-2、…、以及154-N(統稱閥154)及MFCs 156-1、156-2、…、以及156-N(統稱MFCs 156)將氣體源152連接至歧管160。可在MFCs 156與歧管160之間使用次級閥。雖然顯示單一的氣體輸送系統150，但可使用二或更多氣體輸送系統。
可將溫度控制器163連接至設置於加熱板132中的複數熱控制元件(TCEs) 164。溫度控制器163可用以控制複數TCEs 164，以控制基板支座126及基板128的溫度。溫度控制器163可與冷卻劑組件166進行通訊，以控制流過通道136的冷卻劑。例如，冷卻劑組件166可包含冷卻劑泵浦、儲存器、及/或一或更多溫度感測器。溫度控制器163操作冷卻劑組件166以選擇性地使冷卻劑流過通道136，俾將基板支座126冷卻。
閥170及泵浦172可用於自處理腔室122中排空反應物。系統控制器180可用於控制基板處理系統110之元件。在電漿處理期間，可將邊緣環182設置於基板128的徑向外側。邊緣環高度調整系統184可用以調整邊緣環182之頂表面相對於基板128的高度，如以下進一步說明。
現參照圖1B及1C，在某些範例中，基板128位在基板支座126(或ESC)的上表面190上。在圖1B中，邊緣環182位在中間邊緣環186及底部邊緣環188上。中間邊緣環186及底部邊緣環188不直接暴露於電漿且一般不被移除。當邊緣環182位在中間邊緣環186及底部邊緣環188上且邊緣環182未耗損時，邊緣環182界定在表面190以上的高度h。可在基板支座126、中間邊緣環186、及/或底部邊緣環188之其中一或多者中界定一或更多開口192，俾使高度調整器能夠調整邊緣環182的高度，如以下進一步說明。
在圖1C中，邊緣環182被磨損，且厚度減小至高度h’ (h’＜h)。以下進一步描述的高度調整器係用以抬升邊緣環182，以恢復邊緣環182之頂表面與表面190之間的高度關係h。
在圖2中，顯示依據本發明之基板處理系統210的範例。基板處理系統210包含線圈驅動電路211。脈衝電路214可用以脈衝開啟和關閉RF功率、或改變RF功率的振幅或位準。可將調諧電路213直接連接至一或更多感應線圈216。調諧電路213將 RF源212的輸出調諧至期望頻率及/或期望相位、對線圈216的阻抗進行匹配、並分配線圈216之間的功率。在某些範例中，將線圈驅動電路211替換為以下進一步描述的驅動線圈之其中一者，並結合對RF偏壓進行控制。
在一些範例中，可將充氣部220設置於線圈216與介電窗224之間，俾藉由熱及/或冷空氣流動以控制介電窗224的溫度。介電窗224係沿著處理腔室228的一側而設置。處理腔室228更包含基板支座(或底座)232。基板支座232可包含靜電夾頭(ESC)、或機械式夾頭、或其他類型的夾頭。將處理氣體供應至處理腔室228，並在處理腔室228內產生電漿240。電漿240對基板234的暴露表面進行蝕刻。驅動電路252(例如下述者之其中一者)可用於在操作期間將RF偏壓提供至基板支座232中的電極。
氣體輸送系統256可用以將處理氣體混合物供應至處理腔室228。氣體輸送系統256可包含處理及惰性氣體源257、氣體計量系統258(例如閥及質量流量控制器)、及歧管259。氣體輸送系統260可用以經由閥261而將氣體262輸送至充氣部220。該氣體可包含用以冷卻線圈216及介電窗224的冷卻氣體(空氣)。加熱器/冷卻器264可用以將基板支座232加熱/冷卻至預定溫度。排放系統265包含閥266及泵浦267，以藉由排淨或排空操作而將反應物自處理腔室228中移除。
控制器254可用以控制蝕刻處理。控制器254監視系統參數，並控制氣體混合物之輸送、觸發、維持、及消退電漿、反應物之移除、冷卻氣體之供應等。此外，如以下所詳細說明，控制器254可控制線圈驅動電路211及驅動電路252的各種態樣。在電漿處理期間，可使邊緣環282位在基板234的徑向外側。高度調整系統284可用以基於一或更多參數而調整邊緣環282之頂表面相對於基板234的高度，該一或更多參數包含(但不限於)超音波、重量、電壓、電流、及聲音，如以下進一步說明。控制器254可用以控制高度調整系統284。
現參照圖3A-3B，為了說明起見而省略底部及中間邊緣環。高度監視系統300判定邊緣環310相對於基板支座126之表面190(或其他參考表面)的高度。換言之，高度監視系統300判定邊緣環310的厚度。由於邊緣環310之底表面的位置為起初已知的，因此可判定邊緣環310之頂表面的位置。
在某些範例中，高度監視系統300包含高度調整器320-1、320-2、…、320-H(統稱高度調整器320) (其中H為大於零的整數)，其選擇性地調整邊緣環310相對於表面190的高度。在某些範例中，高度調整器320包含銷件322-1、322-2、…、322-H(統稱銷件322)，其可延伸通過表面312中的開口314。在某些範例中，表面312可為環形的，且具有通孔314。界定表面312的元件會根據構造而有所變化。僅舉例而言，表面312可對應於ESC 126、中間邊緣環186、及/或底部邊緣環188(如圖1B及1C中所示)、或任何其他表面。或者，銷件322可位於ESC 126、中間邊緣環186、及/或底部邊緣環188之間。在某些範例中，使用以360º/H相間隔的三個以上的高度調整器320。
在進行量測之前，一或更多超音波轉換器332-1、332-2、…、及332-T(統稱超音波轉換器332)係設置成與銷件334-1、334-2、…、334-T(統稱銷件334)及高度調整器336-1、336-2、…、336-T(統稱高度調整器336)相接觸，並連接至邊緣環310的底表面。
控制器342控制超音波轉換器332及高度調整器320與336，以量測邊緣環310的厚度，並基於該厚度而調整邊緣環310相對於表面190的位置。在此範例中，波從超音波轉換器332經由銷件334而行進至邊緣環310，並經由銷件334而回到超音波轉換器332。
在使用的過程中，邊緣環310係位於表面312的上部上，表面312可對應於中間邊緣環186、底部邊緣環188、或其他表面。在處理腔室中進行電漿處理。在預定數量的循環、電漿處理時間、及/或預定事件之後，使用高度調整器336以將銷件334定位成與邊緣環310相接觸。在某些範例中，高度調整器336可將邊緣環310抬升至略高於表面312或高度調整器320的銷件322。超音波轉換器332發送一發射波，並接收一反射波。基於發射波與反射波之時間差、銷件材料、及邊緣環材料，可判定邊緣環在垂直方向上的厚度。
若判定邊緣環310在這段期間已充分耗損，則可使用高度調整器320以調整邊緣環310之頂表面相對於表面190的位置。
在某些範例中，可省略高度調整器320及銷件322，並且可使用高度調整器336以在電漿處理期間調整邊緣環310的高度和量測厚度，如圖3C所示。
現參照圖3D，超音波轉換器332產生發射波360-1，其朝向邊緣環310的頂表面行進。發射波360-1被邊緣環310的頂表面反射，並且反射波360-2行進回到超音波轉換器332。發射波360-1與反射波360-2之間的時間差可用於利用邊緣環材料的波速以估計邊緣環310在垂直方向上的厚度。
如可理解，超音波轉換器332可包含法線波轉換器及/或角波束轉換器。可使用縱波或剪力波。
現參照圖3E-3F，顯示超音波轉換器332之範例。在圖3E中，超音波轉換器332係顯示為包含壓電產生器370及壓電感測器372。在圖3F中，超音波轉換器332係顯示為包含單一裝置，其包含壓電產生器及壓電感測器374。
現參照圖4，顯示用於操作高度監視系統的方法400。在410，將邊緣環裝載於處理腔室中(若尚不存在邊緣環)。在414，可立即量測邊緣環的厚度，或在預定電漿處理時段、預定數目的電漿處理循環、及/或事件發生之後量測邊緣環的厚度。若414為真，則該方法在418繼續，並量測邊緣環厚度，如以下進一步說明。
在422，該方法基於量測厚度而判定是否需要進行高度調整。在某些範例中，當邊緣環相對於先前量測(或原始厚度)而耗損一預定量時，進行高度調整。在某些範例中，厚度量測係用於判定邊緣環之頂表面相對於基板支座之頂表面的高度。若422為否，則該方法返回到414。若422為真，則該方法基於量測厚度而判定是否需要進行邊緣環更換。可在厚度小於一預定厚度時更換邊緣環。
若426為真，則在430手動地將邊緣環從處理腔室中移除，並且該方法在410繼續。在某些範例中，機器人係用以在不破壞真空之情況下更換邊緣環。否則，該方法在428基於所量測或估計的高度而調整邊緣環高度。該方法在414繼續。
現參照圖5-6，顯示包含超音波轉換器之高度監視系統的其他範例。為了說明起見而省略基板支座126及基板128。在圖5中，高度監視系統500包含超音波轉換器512-1、512-2、…、512-T(統稱超音波轉換器512)，其係經由銷件514-1、514-2、…、514-T(統稱銷件514)而連接至高度調整器516-1、516-2、…、516-T(統稱高度調整器516)。在此範例中，超音波轉換器512係位於銷件514之最靠近邊緣環的端部處。
在圖5中，超音波轉換器512顯示為與邊緣環310相間隔。超音波轉換器512在量測期間向上移動並定位於緊鄰且接觸邊緣環310的底表面之處，俾減少中介材料。在此範例中，波行進通過邊緣環310(而非圖3A所示之邊緣環與銷件)。控制器542與高度調整器516及320及超音波轉換器512進行通訊。如可理解，可以類似於圖3C的方式將高度調整器320省略。
在圖6中，高度監視系統600包含一或更多超音波轉換器612-1、612-2、…、612-T(統稱超音波轉換器612)，其係直接固定地或可移除式地附著於邊緣環310的底表面或與其接觸。在其他範例中，邊緣環的底部包含空腔，且超音波轉換器位在該空腔內。在此範例中，可將厚度量測結果加到空腔深度上。控制器642與高度調整器320及超音波轉換器612進行通訊。
現參照圖7A，高度監視系統700包含重量量測裝置712-1、712-2、…、及712-L(統稱重量量測裝置712)，其係連接至高度調整器716-1、716-2、…、及716-L(統稱高度調整器716)及銷件718-1、718-2、…、及718-L(統稱銷件718)，其中L為大於零的整數。在某些範例中，重量量測裝置712包含荷重元、應變計、或其他重量量測裝置。當需要厚度量測時，利用重量量測裝置712對邊緣環310進行稱重。控制器742基於重量而判定邊緣環310的厚度。
現參照圖7B，顯示用於操作高度監視系統700的方法750。如可理解，可以圖4所示之閉路方式執行方法750中所示的步驟。在754，該方法判定是否應量測邊緣環的厚度。若754為真，則在758透過重量量測裝置712而量測邊緣環的重量。在760，基於重量而判定邊緣環310相對於表面的高度。可根據橫截面積及重量而計算厚度，或者可使用查找表。
現參照圖8A，高度監視系統800包含高度調整器320及銷件322。高度調整器320包含馬達。控制器830供應功率至高度調整器320中的馬達。電流感測器822-1、822-2、…、及822-N監視供應至高度調整器320的電流。電壓感測器820-1、820-2、…、及820-N監視供應至高度調整器320的電壓。控制器830基於供應至高度調整器320的電流及/或電壓而判定邊緣環310的重量。接著，控制器830基於重量而判定邊緣環的厚度。
高度調整器320中的馬達在邊緣環310之移動期間汲取電流、電壓、及/或功率。對電流、電壓、及/或功率進行量測並將其與重量相關聯。換言之，與較薄(或較輕)的邊緣環310相比，需要更多的功率以移動較厚(或較重)的邊緣環310。在某些範例中，可對控制器830進行編程以使用儲存馬達電流與邊緣環厚度之間的關聯的公式或查找表。
在某些範例中，可將所量測之馬達參數或信號(振幅/頻率/相位等)的變化或波動與抬升機構(例如馬達、軸承、及/或動力傳遞元件)的健康狀況相關聯。可將所量測之馬達參數或信號傳送至遠程伺服器840。遠程伺服器840將信號及/或資料與關於其他處理腔室844的馬達846之馬達參數及/或信號一起儲存於資料庫843中。機器學習模組842將馬達參數或信號與健康的馬達及不健康的馬達相關聯。機器學習演算法的範例包含神經網路、張量流(tensor flow)、羅吉斯迴歸(logistic regression)、及其他機器學習演算法。遠程伺服器840評估馬達的健康狀況，並將分析結果送回至控制器830或處理腔室的其他元件。控制器830或處理腔室的其他元件產生通報及維護，或者可起動其他措施以減少工具停機時間及計畫外的工具停機。
現參照圖8B，顯示用於操作高度監視系統800的方法850。如可理解，可以圖4所示之閉路方式執行方法850中所示的步驟。在854，該方法判定是否應量測邊緣環的厚度。若854為真，則監視高度調整器320中的馬達之電流及/或電壓。在860，基於電流及/或電壓信號而判定邊緣環310的重量。在864，基於重量而判定邊緣環310的厚度。
現參照圖8C，顯示用於監視馬達及高度調整器之健康狀況的方法880。在882，在抬升邊緣環時量測電流、電壓、及/或功率。在888，基於抬升邊緣環時之電流、電壓、及/或功率的波動，利用機器學習演算法以分析馬達及/或抬升機構元件的健康狀況。若在892判定馬達及/或抬升機構的健康狀況惡化，則在894產生通報。否則，該方法回到882。如可理解，機器學習健康檢驗程序可用於與前述範例之任一者相關的馬達及抬升機構元件。
現參照圖9A，高度監視系統900包含高度調整器320。為了說明起見而省略基板128及基板支座126。控制器930控制高度調整器320。設置一或更多揚聲器910及麥克風912。在某些範例中，在量測期間將一或更多揚聲器910及麥克風912設置於與邊緣環310相距一預定距離處。當需要進行厚度量測時，控制器930致使揚聲器910以預定頻率輸出第一信號。在某些範例中，該預定頻率係在1kHz至20kHz的範圍內。在其他範例中，該預定頻率係在5kHz至30kHz的範圍內。在又其他範例中，該預定頻率係在10kHz至20kHz的範圍內。
麥克風912接收第一及第二反射信號。第一反射信號對應於自邊緣環310之下表面反射的第一信號。第二反射信號對應於第一信號在行進通過邊緣環310之後自邊緣環310之上表面的反射。可基於第一信號相對於第二反射信號的時序而判定邊緣環310的厚度。
現參照圖9B，顯示用於量測邊緣環之厚度的方法950。在954，使用揚聲器在預定頻率範圍內輸出信號。在958，由麥克風接收第一及第二反射信號。在962，判定該信號與第二反射信號之間的延遲。在964，基於該延遲而判定厚度。
更具體而言，厚度計算會取決於該延遲、麥克風及/或揚聲器與邊緣環之間的距離、邊緣環的材料及周圍環境。
以上敘述在本質上僅為說明性的，而非意圖限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容之廣泛指示可以各種形式實行。因此，雖本揭露內容包含特定例子，但由於當研究圖式、說明書、及以下申請專利範圍時，其他變化將更顯清楚，故本揭露內容之真實範疇不應如此受限。吾人應理解，在不改變本揭露內容之原理的情況下，可以不同次序(或同時)執行方法中之一或更多步驟。再者，雖實施例之各者係於以上描述為具有某些特徵，但關於本揭露內容之任何實施例所述之任一或更多該等特徵可在任何其他實施例中實行，及/或與任何其他實施例之特徵組合(即使並未詳細敘述該組合)。換句話說，所述之實施例並非互相排斥，且一或更多實施例彼此之間的置換維持於本揭露內容之範疇內。
元件 (例如，在模組、電路元件、半導體層等) 之間的空間及功能上之關係係使用各種用語所敘述，該等用語包含「連接」、「接合」、「耦合」、「鄰近」、「在…旁邊」、「在…之上」、「上面」、「下面」、以及「設置」。除非明確敘述為「直接」之情形下，否則當於上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可係在第一與第二元件之間不存在其它中介元件之直接關係，但亦可係在第一與第二元件之間存在一或更多中介元件(空間上或功能上)的間接關係。如本文所使用的，詞組「A、B、及C其中至少一者」應解釋為意指使用非排除性邏輯OR之邏輯(A OR B OR C)，且不應解釋為意指「A之至少一者、B之至少一者、及C之至少一者」。
在一些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述例子的一部分。此系統可包含半導體處理設備，該半導體處理設備包含(複數)處理工具、(複數)腔室、(複數)處理用平台、及/或特定的處理元件(晶圓基座、氣體流動系統等)。該等系統可與電子設備整合，以在半導體晶圓或基板之處理之前、期間、以及之後，控制其運作。電子設備可被稱為「控制器」，其可控制(複數)系統的各種元件或子部件。取決於處理需求及/或系統類型，可將控制器程式設計成控制本文所揭露之任何處理，包含處理氣體的傳送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體傳送設定、位置和操作設定、晶圓轉移(進出與特定系統連接或接合之工具及其他轉移工具、及/或負載鎖)。
廣泛來說，可將控制器定義為具有接收指令、發佈指令、控制運作、啟動清洗操作、啟動終點量測等之許多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。積體電路可包含：儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)的微控制器。程式指令可為以不同的單獨設定(或程式檔案)之形式而傳達至控制器或系統的指令，該單獨設定(或程式檔案)為實行特定處理(在半導體晶圓上，或是對半導體晶圓)定義操作參數。在一些實施例中，操作參數可係由製程工程師所定義之配方的一部分，俾在一或更多以下者(包含：覆層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或基板的晶粒)的製造期間實現一或更多處理步驟。
在一些實施例中，控制器可為電腦的一部分，或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或以網路連接至系統、或以其組合之方式連接至系統。例如，控制器可在能容許遠端存取晶圓處理之「雲端」或廠房主機電腦系統的全部或部分中。電腦可使系統能夠遠端存取，以監控製造運作的當前進度、檢查過去製造運作的歷史、由複數之製造運作而檢查趨勢或效能指標，以改變當前處理的參數、設定當前處理之後的處理步驟、或開始新的製程。在一些例子中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路提供製程配方至系統，該網路可包含局域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，其可達成參數及/或設定的接取、或對參數及/或設定進行程式化，接著將該參數及/或該設定由遠端電腦傳達至系統。在一些例子中，控制器以資料的形式接收指令，該指令為將於一或更多操作期間執行之每個處理步驟指定參數。吾人應理解，參數可特定地針對將執行之製程的類型及將控制器設定以接合或控制之工具的類型。因此，如上所述，控制器可為分散式，例如藉由包含以網路的方式連接彼此且朝向共同目的(例如，本文所敘述的製程及控制)而運作的一或更多分離的控制器。用於此目的之分散式控制器的範例將係在腔室上、與位於遠端的一或更多積體電路(例如，在作業平臺位準處、或作為遠端電腦的一部分)進行通訊的一或更多積體電路，兩者結合以控制腔室上的製程。
範例系統可包含但不限於以下各者：電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉淋洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角緣部蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、以及可在半導體晶圓的製造及/或加工中相關聯、或使用的任何其他半導體處理系統。
如上所述，取決於將藉由工具執行之(複數)處理步驟，控制器可與半導體製造工廠中之一或更多的以下各者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰近之工具、相鄰之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。
110:基板處理系統 122:處理腔室 124:上電極 126:基板支座 128:基板 129:氣體分配裝置 130:底板 132:加熱板 134:熱阻層 136:通道 140:RF產生系統 142:RF產生器 144:匹配及配送網路 150:氣體輸送系統 152:氣體源 152-1:氣體源 152-2:氣體源 152-N:氣體源 154:閥 154-1:閥 154-2:閥 154-N:閥 156:MFC 156-1:MFC 156-2:MFC 156-N:MFC 160:歧管 163:溫度控制器 164:複數熱控制元件(TCEs) 166:冷卻劑組件 170:閥 172:泵浦 180:系統控制器 182:邊緣環 184:邊緣環高度調整系統 186:中間邊緣環 188:底部邊緣環 190:表面 192:開口 210:基板處理系統 211:線圈驅動電路 212:RF源 213:調諧電路 214:脈衝電路 216:線圈 220:充氣部 224:介電窗 228:處理腔室 232:基板支座 234:基板 240:電漿 252:驅動電路 254:控制器 256:氣體輸送系統 257:處理及惰性氣體源 258:氣體計量系統 259:歧管 260:氣體輸送系統 261:閥 262:氣體 264:加熱器/冷卻器 265:排放系統 266:閥 267:泵浦 282:邊緣環 284:高度調整系統 300:高度監視系統 310:邊緣環 312:表面 314:開口 320:高度調整器 320-1:高度調整器 320-2:高度調整器 322:銷件 322-1:銷件 322-2:銷件 332:超音波轉換器 332-1:超音波轉換器 332-2:超音波轉換器 334:銷件 334-1:銷件 334-2:銷件 336:高度調整器 336-1:高度調整器 336-2:高度調整器 342:控制器 360-1:發射波 360-2:反射波 370:壓電產生器 372:壓電感測器 374:壓電產生器及壓電感測器 400:方法 410:步驟 414:步驟 418:步驟 422:步驟 426:步驟 428:步驟 430:步驟 500:高度監視系統 512:超音波轉換器 512-1:超音波轉換器 512-2:超音波轉換器 514:銷件 514-1:銷件 514-2:銷件 516:高度調整器 516-1:高度調整器 516-2:高度調整器 542:控制器 600:高度監視系統 612:超音波轉換器 612-1:超音波轉換器 612-2:超音波轉換器 642:控制器 700:高度監視系統 712:重量量測裝置 712-1:重量量測裝置 712-2:重量量測裝置 716:高度調整器 716-1:高度調整器 716-2:高度調整器 718:銷件 718-1:銷件 718-2:銷件 742:控制器 750:方法 754:步驟 758:步驟 760:步驟 800:高度監視系統 820-1:電壓感測器 820-2:電壓感測器 822-1:電流感測器 822-2:電流感測器 830:控制器 840:遠程伺服器 842:機器學習模組 843:資料庫 844:處理腔室 846:馬達 850:方法 854:步驟 860:步驟 864:步驟 880:方法 882:步驟 888:步驟 892:步驟 894:步驟 900:高度監視系統 910:揚聲器 912:麥克風 930:控制器 950:方法 954:步驟 958:步驟 962:步驟 964:步驟 h:高度 h’:高度
本揭露內容從實施方式及隨附圖式可更完全了解，其中：
依據本發明，圖1A為具有高度監視系統之電容耦合式電漿(CCP)基板處理系統之範例的功能方塊圖；
依據本發明，圖1B及1C為基板支座及邊緣環之範例的橫剖面圖；
依據本發明，圖2為具有高度監視系統之感應耦合式電漿(ICP)基板處理系統之範例的功能方塊圖；
依據本發明，圖3A-3C為高度監視系統之範例的功能方塊圖；
依據本發明，圖3D顯示用以量測邊緣環在垂直方向上之厚度的入射波及反射波的範例；
依據本發明，圖3E-3F為超音波轉換器之範例的功能方塊圖；
依據本發明，圖4為用於操作高度監視系統之方法的流程圖；
依據本發明，圖5-6為包含超音波轉換器之高度監視系統之另一範例的功能方塊圖；
依據本發明，圖7A為包含重量量測裝置(如荷重元或應變計)之高度監視系統之另一範例的功能方塊圖；
依據本發明，圖7B為用於操作圖7A之高度監視系統之方法的流程圖；
依據本發明，圖8A為高度監視系統之另一範例的功能方塊圖；
依據本發明，圖8B為用於操作圖8A之高度監視系統之方法的流程圖；
依據本發明，圖8C為利用機器學習演算法判定馬達及高度調整器中的抬升機構之健康狀況的方法之流程圖；
依據本發明，圖9A為包含揚聲器及麥克風之高度監視系統之另一範例的功能方塊圖；以及
依據本發明，圖9B為用於操作圖9A之高度監視系統之方法的流程圖。
在圖式中，元件符號可被再次使用以辨別相似及/或相同的元件。
126:基板支座
128:基板
190:表面
300:高度監視系統
310:邊緣環
312:表面
314:開口
320-1:高度調整器
320-2:高度調整器
322-1:銷件
322-2:銷件
332-1:超音波轉換器
332-2:超音波轉換器
334-1:銷件
334-2:銷件
336-1:高度調整器
336-2:高度調整器
342:控制器

Claims (27)

  1. 一種量測系統，用以量測電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者，該量測系統包含： 一超音波轉換器，其係配置以輸出一超音波信號至該邊緣環中，並自該邊緣環接收一反射信號；以及 一控制器，其係配置以使該超音波轉換器產生該超音波信號，並基於該超音波信號與該反射信號的時序而判定該邊緣環的厚度。
  2. 如請求項1之量測系統，更包含第一高度調整器，其係配置以在該電漿處理腔室中調整該邊緣環相對於一表面的高度。
  3. 如請求項2之量測系統，其中該控制器基於該厚度而利用該第一高度調整器調整該邊緣環相對於該表面的高度。
  4. 如請求項1之量測系統，更包含第二高度調整器，其係配置以在該控制器使該超音波轉換器產生該超音波信號之前移動該超音波轉換器以與該邊緣環相接觸。
  5. 如請求項4之量測系統，更包含一銷件，其係設置於該第二高度調整器與該超音波轉換器之間。
  6. 如請求項4之量測系統，更包含一銷件，其係設置於該超音波轉換器與該邊緣環之間。
  7. 如請求項1之量測系統，其中該超音波轉換器係與該邊緣環直接接觸。
  8. 如請求項1之量測系統，其中該控制器係配置以響應於該厚度而選擇性地使該邊緣環被更換。
  9. 如請求項2之量測系統，其中該超音波轉換器係設置於該第一高度調整器與該邊緣環之間。
  10. 一種量測系統，用以量測用於基板的電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者，該量測系統包含： 一重量量測裝置，其係選自由荷重元及應變計所組成之群組，該重量量測裝置係配置以量測該邊緣環的重量；以及 一控制器，其係配置以基於該重量而判定該邊緣環的厚度。
  11. 如請求項10之量測系統，更包含第一高度調整器，其係配置以調整該邊緣環相對於一表面的高度。
  12. 如請求項11之量測系統，其中，基於該厚度，該控制器利用該第一高度調整器以調整該邊緣環相對於該表面的高度。
  13. 如請求項11之量測系統，更包含第二高度調整器，其係配置以在該重量量測裝置量測該邊緣環的重量之前移動該重量量測裝置以與該邊緣環相接觸。
  14. 如請求項13之量測系統，更包含一銷件，其係設置於該第二高度調整器與該重量量測裝置之間。
  15. 如請求項13之量測系統，更包含一銷件，其係設置於該重量量測裝置與該邊緣環之間。
  16. 如請求項10之量測系統，其中該控制器係配置以響應於該厚度而選擇性地使該邊緣環被更換。
  17. 如請求項11之量測系統，其中該重量量測裝置係設置於該第一高度調整器與該邊緣環之間。
  18. 一種量測系統，用以量測用於基板的電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者，該量測系統包含： 一高度調整器，其包含一馬達，且係配置以調整該邊緣環相對於一表面的高度； 至少一感測器，其係配置以感測該馬達的參數，且係選自由電流感測器及電壓感測器所組成之群組；以及 一控制器，其係配置以基於該至少一感測器的輸出而判定該邊緣環的重量，並基於該重量而判定該邊緣環的厚度。
  19. 如請求項18之量測系統，其中該控制器基於該厚度而利用該高度調整器調整該邊緣環相對於該表面的高度。
  20. 如請求項18之量測系統，更包含一銷件，其係設置於該高度調整器與該邊緣環之間。
  21. 如請求項18之量測系統，其中該控制器係配置以響應於該厚度而選擇性地使該邊緣環被更換。
  22. 如請求項18之量測系統，更包含： 一伺服器，其與該控制器係異位的，其中該控制器將該至少一感測器的輸出傳送至該伺服器；以及 複數處理腔室，其各自包含一控制器、一高度調整器、及一感測器，其中該複數處理腔室之各者的該控制器係配置以將對應的感測器之輸出傳送至該伺服器， 其中，基於該至少一感測器的輸出及該複數處理腔室之各者的對應的感測器之輸出，該伺服器使用機器學習演算法以評估該邊緣環的健康狀態。
  23. 一種量測系統，用以量測用於基板的電漿處理腔室中之邊緣環的高度及厚度之其中至少一者，該量測系統包含： 一揚聲器，其係設置於與該邊緣環相距第一距離處，且係配置以傳送第一輸出信號至該邊緣環； 一麥克風，其係設置於與該邊緣環相距第二距離處，且係配置以量測來自該邊緣環的基於該第一輸出信號之反射信號；以及 一控制器，其係配置以基於該反射信號而判定該邊緣環的厚度。
  24. 如請求項23之量測系統，更包含一高度調整器，其係配置以調整該邊緣環相對於一表面的高度。
  25. 如請求項24之量測系統，其中該控制器係配置以基於該厚度而使該高度調整器調整該邊緣環相對於該表面的高度。
  26. 如請求項23之量測系統，其中該控制器係配置以響應於該厚度而選擇性地使該邊緣環被更換。
  27. 如請求項23之量測系統，其中該反射信號包含第一反射信號及第二反射信號，且其中該控制器基於該第一及第二反射信號之其中至少一者而判定該厚度。
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