TW202103248A - 用於真空室診斷的無線相機晶片 - Google Patents

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Abstract

在一些實施例中，本公開涉及一種工藝工具，所述工藝工具包括界定真空室的殼體。晶圓夾盤位於所述殼體中且載體晶圓位於所述晶圓夾盤上。相機整合在所述載體晶圓上以使所述相機面對所述殼體的頂部。所述相機被配置成以無線方式拍攝所述殼體內的所關注物體的圖像。位於所述殼體外部的是無線接收器。所述無線接收器被配置成在所述真空室被密封的同時從所述相機接收所述圖像。

Description

用於真空室診斷的無線相機晶片
半導體器件製作是用於生成日常電子器件中存在的積體電路（integrated circuits）的工藝。製作工藝是包括沉積（deposition）步驟、光刻（photolithographic）步驟及化學處理（chemical processing）步驟的多步驟序列，在所述步驟期間在晶圓上逐漸生成電子電路。在沉積步驟期間，可將晶圓載入到室殼體中，且可將材料的薄膜沉積到晶圓上。室殼體可界定真空室，所述真空室提供促進均勻沉積的受控環境，從而向晶圓上產生實質上可靠的薄膜。
以下公開內容提供用於實施所提供主題的不同特徵的許多不同的實施例或實例。以下闡述元件及佈置的具體實例以簡化本公開內容。當然，這些僅為實例而非旨在進行限制。舉例來說，在以下說明中，在第二特徵之上或第二特徵上形成第一特徵可包括其中第一特徵與第二特徵被形成為直接接觸的實施例，且也可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成附加特徵從而使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本公開內容可在各種實例中重複使用參考編號和/或字母。這種重複使用是為了簡明及清晰的目的，且自身並不表示所論述的各個實施例和/或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如“在…之下（beneath）”、“在…下方（below）”、“下部的（lower）”、“在…上方（above）”、“上部的（upper）”等空間相對性用語來闡述圖中所示一個元件或特徵與另一（其他）元件或特徵的關係。除圖中所繪製的取向以外，所述空間相對性用語還旨在囊括器件在使用或操作中的不同取向。裝置可具有另外的取向（旋轉90度或處於其他取向），且本文中所用的空間相對性描述語可同樣相應地作出解釋。
在半導體製作期間，舉例來說可通過化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）或物理氣相沉積（physical vapor deposition，PVD）來進行將新材料沉積到晶圓上。CVD利用晶圓表面上的一種或多種前驅物(precursor(s))的化學反應和/或分解來將膜沉積到晶圓表面上。另一方面，PVD不使用一種或多種前驅物的化學反應和/或分解。而是，使要沉積的材料蒸發且接著凝結在晶圓表面上以將膜沉積到晶圓表面上。在CVD及PVD二者中，使用受控環境在晶圓之上產生均勻的膜。在許多實施例中，通過將晶圓載入到界定真空室的真空殼體中來實現受控環境。真空狀態可將晶圓的表面能量改變成更適合於沉積，提供用於進行沉積的低壓環境，並降低促進沉積所需的溫度。
隨著時間的推移，真空室中的結構中可能出現缺陷。在一些CVD工藝中，舉例來說，包括多個孔作為前驅物輸出端的噴淋頭(shower head)將前驅物噴射到真空室中。前驅物發生化學反應和/或分解以在晶圓上沉積膜。隨著時間的推移，噴淋頭的一些部分被堵塞或包含不需要的殘留物，由此所沉積的膜中可能具有污染物或在晶圓之上的厚度不均勻。在PVD工藝中，舉例來說，在晶圓之上可佈置有靶(target)。靶的材料（例如靶材料）可部分地通過氣體的轟擊沉積到晶圓上。隨著時間的推移，靶可能會變成有缺陷的。靶缺陷可包括例如侵蝕、剝離和/或破裂。舉例來說，靶缺陷可能導致電弧放電（arcing）和/或其他故障狀態。此外，如果靶包括有缺陷的輪廓，則晶圓之上的所沉積的膜也可能為有缺陷的。舉例來說，所沉積的膜在晶圓上的一些區域中可能比其他區域厚。因此，為防止和/或檢測真空室中的缺陷結構，應對真空室進行監測。然而，由於當真空殼體處於操作狀態（例如，真空狀態、溫度狀態和/或壓力狀態）下時真空殼體被密封，因此難以對真空室進行監測。
本公開的各種實施例提供用於當真空室處於操作狀態下時對真空室進行監測的工藝工具及方法。在一些實施例中，將包括相機的晶圓載入到界定真空室的真空殼體中。相機面對真空室的上部部分。接著對真空殼體進行密封，並將真空室置於真空狀態和/或其他操作狀態（例如壓力狀態或溫度狀態）下。在真空室處於操作狀態下的同時，相機接著以無線方式拍攝真空室的圖像資料。位於真空殼體外部的無線接收器被配置成以無線方式接收及處理從相機獲取的圖像資料。在一些實施例中，相機是飛行時間（time of flight，ToF）相機，所述ToF相機用於基於從ToF相機發射的輻射從所關注物體反射出來並返回到ToF相機所花費的時間來確定真空室中的所關注物體的3D圖像輪廓。在其他實施例中，相機可為互補金屬氧化物半導體（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）圖像感測器，例如可見於手機中用以拍攝所關注物體的2D圖像的CMOS圖像感測器。所關注物體可為例如PVD靶、CVD噴淋頭或真空室中的一些其他合適的結構。
因此，前述方法可用於包括真空室（例如，PVD室、CVD室、刻蝕室、退火室、植入室、爐室等）的工藝工具中，以使得真空室中的缺陷可減輕。這轉而允許良率提高及產生更可靠的器件（例如，晶圓接受度測試性能高的器件）。舉例來說，在一些實施例中，前述方法用於執行真空殼體的常規檢查。舉例來說，在一些實施例中，第一晶圓可在處於操作狀態下的真空室內經歷工藝（例如，CVD、PVD、刻蝕、退火、植入等）。在從真空室移除第一晶圓之後，可將包括相機的第二晶圓載入到真空室中以在處於操作狀態下的真空室內確定所關注物體的狀態，從而對真空室內的任何缺陷進行診斷。當提前在真空殼體中檢測到缺陷時，可在將來識別、修復及防止缺陷的成因。
圖1A示出工藝工具的一些實施例的剖視圖100A，所述工藝工具包括在真空殼體內整合在載體晶圓上的相機，從而以無線方式拍攝真空殼體內的2D圖像。
工藝工具包括界定真空室101的真空殼體112。在一些實施例中，晶圓夾盤114位於真空室101內且位於真空殼體112的下部部分之上。晶圓夾盤114被配置成固持載體晶圓102。在一些實施例中，晶圓夾盤114是靜電夾盤(electrostatic chuck)，所述靜電夾盤使用第一電壓偏壓來靜電固持到載體晶圓102上並使用第二電壓偏壓來釋放載體晶圓102。在一些實施例中，所關注物體118可佈置在真空室101內且佈置在真空殼體112的上部部分附近。在一些實施例中，工藝工具可用於進行例如物理氣相沉積（PVD）。因此，所關注物體118可為用於進行包含靶的材料的膜的沉積的靶，如圖3A所示。在其他實施例中，工藝工具可用於進行例如化學氣相沉積（CVD）。因此，所關注物體118可為包括用於釋放用於進行膜的沉積的氣體的孔的噴淋頭，如圖4A所示。在又一些實施例中，所關注物體118可為真空室101內用於進行例如刻蝕(etching)、退火(annealing)、植入(implantation)或加熱(heating)的任何特徵。
在一些實施例中，相機104整合在載體晶圓102的頂表面上。在一些實施例中，相機104分別包括位於相機殼體110上或相機殼體110內的鏡頭108及圖像感測器140。在一些實施例中，圖像感測器140在每一相機104上位於鏡頭108下方。在一些實施例中，從剖視圖100A觀察，鏡頭108可表現出矩形形狀，而在其他實施例中，從剖視圖100A觀察，鏡頭108可表現出圓形或半圓形形狀。在一些實施例中，載體晶圓102在晶圓夾盤114上為實質上平面的以使鏡頭108具有與彼此實質上齊平或共面的頂表面。在一些實施例中，圖像感測器140是互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像感測器，例如蜂窩器件(cellular devices)上使用的CMOS圖像感測器。在一些實施例中，相機104還包括光源106（例如閃光燈）。在其他實施例中，相機104不包括光源106。在這些其他實施例中，可將單獨的光源整合到載體晶圓102上並與相機殼體110間隔開，或者可將單獨的光源耦合到真空室101內的真空殼體112。在一些實施例中，載體晶圓102及相機104被配置成使每一相機104的鏡頭108面對真空殼體112內要拍攝的期望特徵。舉例來說。在一些實施例中，對所關注物體118的狀態進行監測，且因此，每一相機104的鏡頭108面對所關注物體118並直接位於所關注物體118下方。
在一些實施例中，整合到載體晶圓102上的相機104的數目取決於要拍攝的所關注物體118的大小對於一個相機104來說是否過大。舉例來說，在一些實施例中，僅將一個相機104整合到載體晶圓102上，而在其他實施例中，將多個相機104整合到載體晶圓102上。相機104分別被配置成使用鏡頭108從真空殼體112內部以無線方式拍攝圖像資料，並且以無線方式將圖像資料發送到真空殼體112外部的無線接收器150。接著可在存在操作狀態（例如，真空狀態、溫度狀態、壓力狀態等）的同時使用圖像資料確定真空殼體112內部的所關注物體118的狀態。相機104以無線方式拍攝及發送圖像資料，這是因為真空殼體112被封閉且被真空密封以實現操作狀態。
在一些實施例中，真空室101是暗的，因此光源106被配置成在相機104拍攝圖像資料的同時啟動。無線接收器150被配置成處理來自相機104的圖像資料以確定和/或顯示最終圖像。舉例來說，如果使用多個相機104，則無線接收器150可使用軟體來對來自圖像資料的所述多個圖像進行編譯並使所述多個圖像交疊以確定和/或顯示最終圖像，在一些實施例中，所述最終圖像可包括處於操作狀態下的所關注物體118的2D圖像。所述操作狀態可影響所關注物體118的2D圖像。舉例來說，所關注物體118可當在真空室101中處於溫度狀態下時表現出不同的缺陷/特性，這是因為所關注物體118在不同溫度下的熱膨脹。此外，舉例來說，所關注物體118可能在真空室101中在真空狀態下表現出不同的缺陷/特性，這是因為所關注物體118在真空下的表面能量不同。因此，通過在真空室101內在處於操作狀態下的同時以無線方式拍攝所關注物體118的2D圖像，可更好地診斷所關注物體118的缺陷。
圖1B示出真空室內的包括相機的載體晶圓的一些實施例的俯視圖100B。圖1B的俯視圖100B對應於圖1A的沿線AA’截取的剖視圖100A。
在一些實施例中，電池源130可整合在載體晶圓102上，且可被配置成為相機104供電。因此，電池源130可耦合到相機104。在一些實施例中，每一相機104耦合到同一電池源130，而在其他實施例中，每一相機104可具有其自己的電池源130。
在一些實施例中，相機104與載體晶圓102的中心均勻地間隔開且彼此均勻地間隔開。在一些實施例中，相機104可比靠近載體晶圓102的中心更靠近載體晶圓102的邊緣。在其他實施例中，相機104可比靠近載體晶圓102的邊緣更靠近載體晶圓102的中心。在其他實施例中，相機104可不與彼此均勻地間隔開或者與載體晶圓102的中心均勻地間隔開。在一些實施例中，只有一個相機104位於載體晶圓102上並佈置在載體晶圓102的中心。在其他實施例中，只有一個相機104位於載體晶圓102上並遠離載體晶圓102的中心佈置。然而，一個或多個相機104佈置在載體晶圓102上以在處於操作狀態下的同時以無線方式拍攝真空殼體112內的期望特徵的圖像。在一些實施例中，從俯視圖100B觀察，鏡頭108和/或光源106可表現出圓形形狀。在其他實施例中，鏡頭108和/或光源106可表現出除圓形之外的形狀（例如，矩形、三角形等）。
圖1C示出真空室內的包括相機的載體晶圓的一些實施例的透視圖100C。透視圖100C對應於圖1A的剖視圖100A。
在一些實施例中，晶圓夾盤114可在真空殼體112的底表面上實質上居中。相似地，在一些實施例中，載體晶圓102可在所關注物體118下方居中且直接位於所關注物體118下方。在一些實施例中，載體晶圓102的表面積可小於、大於或等於所關注物體118的表面積。在一些實施例中，從載體晶圓102的底表面及相機104的頂表面測量的厚度可介於近似5毫米與近似7毫米之間的範圍內。舉例來說，在一些實施例中，從載體晶圓102的底表面及相機104的頂表面測量的厚度可大約等於行動電話的厚度，例如（舉例來說）6毫米。在一些實施例中，載體晶圓102與所關注物體118之間的距離取決於根據所使用的工藝工具（例如，CVD、PVD、刻蝕室、爐室等）而定的參數。在一些實施例中，真空殼體112是圓柱形的，而在其他實施例中，真空殼體112具有一些其他合適的形狀。
圖2A示出工藝工具的一些實施例的剖視圖200A，所述工藝工具包括在真空殼體內整合在載體晶圓上的相機，從而以無線方式拍攝真空殼體內的3D圖像。
圖2A的剖視圖200A中的工藝工具包括與圖1A的剖視圖100A中的工藝工具相似的特徵。在一些實施例中，相機104可為飛行時間（ToF）相機。在這種實施例中，相機104可包括佈置在相機殼體210中的感測器206及發射器208。ToF相機可提供微米或小於微米的解析度。舉例來說，在一些實施例中，相機104可為12毫米乘8毫米且具有3微米解析度的ToF相機。從剖視圖200A觀察，發射器208及感測器206可例如表現出圓形形狀。發射器208被配置成朝所關注物體118發射輻射，且可例如為雷射器或一些其他合適的輻射發射器。感測器206被配置成在輻射從所關注物體118反射並行進返回到相機104之後接收輻射。在一些實施例中，在收集資料之前校準相機104。因此，在一些實施例中，將校準標記116固定到真空殼體112內部。校準標記116被佈置成使校準標記116不直接位於相機104與所關注物體118之間。換句話說，在一些實施例中，每一校準標記116相對於真空室101具有最內點，所述最內點與垂直於晶圓夾盤114的連續延伸線220相交，其中連續延伸線220不與所關注物體118或載體晶圓102相交。
在一些實施例中，相機104被配置成測量發射輻射與接收所反射的輻射之間所花費的時間以確定所關注物體118距相機104的距離。發射器208及感測器206分別發射及接收許多輻射脈衝以使得可收集所關注物體118的整個區域的3D深度輪廓。在一些實施例中，相機104將時間轉換成距離，且接著以無線方式將距離資料發送到真空殼體112外部的無線接收器150，而在其他實施例中，相機104將時間資料發送到真空殼體112外部的無線接收器150以使用軟體進行處理。在一些實施例中，用於將輻射的發射與輻射的接收之間的時間t 轉換成距離d 的方程式可為
Figure 02_image001
，其中c 是光的速度。無線接收器150可對由每一相機104收集的許多深度資料點或圖像資料點進行編譯以產生所關注物體118的3D圖像或3D深度輪廓，從而對處於操作狀態下的特徵的任何缺陷進行診斷。操作狀態可為真空室101的真空狀態、溫度狀態、壓力狀態或其他參數。
圖2B示出真空室內的包括相機的載體晶圓的一些實施例的俯視圖200B。圖2B的俯視圖200B對應於圖2A的沿線AA’截取的剖視圖200A。
在一些實施例中，如在圖1B的俯視圖100B中所述的電池源130也可位於圖2B的俯視圖200B中的載體晶圓102上。在一些實施例中，從俯視圖200B觀察，發射器208及感測器206可表現出圓形形狀。從俯視圖200B觀察，對於三個相機104來說存在六個校準標記116。校準標記116的總數目對相機104的總數目的比率是多對一，或者換句話說，大於一以使每一相機104可使用多個校準標記116來驗證校準。舉例來說，在一些實施例中，每一相機104使用3個或更多個校準標記116來進行校準。在其他實施例中，每一相機104可使用2個校準標記116來進行校準。在一些實施例中，從俯視圖200B觀察，校準標記116具有三角形形狀，但是應理解，校準標記116可表現出其他形狀。校準標記116被固定到真空殼體112，且在一些實施例中，校準標記116彼此均勻地間隔開。在其他實施例中，校準標記116可不彼此均勻地間隔開。
此外，如針對圖1B的俯視圖100B中的相機104所述，在一些實施例中，相機104可在載體晶圓102上採取各種佈置從而以無線方式拍攝處於真空狀態下的真空殼體112內的期望特徵。
圖2C示出真空室內的包括相機的載體晶圓的一些實施例的透視圖200C。透視圖200C對應於圖2A的剖視圖200A。
圖2C的透視圖200C中的工藝工具包括與圖1C的透視圖100C中的工藝工具相似的特徵，只是圖2C所示相機104包括感測器206及發射器208且校準標記116被固定到真空殼體112。在一些實施例中，從透視圖200C觀察，發射器208及感測器206表現出球形。在一些實施例中，校準標記116用於校準相機104以使相機104可從相同的參考水準高度收集所關注物體118的3D深度輪廓。因此，校準標記116在真空殼體112中位於已知位置處。舉例來說，在一些實施例中，校準標記116分別位於距真空殼體112的下表面第二距離d2 處。因此，每一校準標記116在真空室101中佈置在相同的水準高度處（或換句話說，佈置在同一平面上）以使每一相機104被校準到相同的參考水準高度。校準標記116也佈置在相機104與所關注物體118之間的平面上。
圖3A示出真空室的一些實施例的剖視圖300A，所述真空室包括用於進行物理氣相沉積（PVD）工藝的靶。
在一些實施例中，使用靶302作為真空室（例如真空室101）中的所關注物體（例如，圖1A所示所關注物體118），所述真空室可為PVD室。來自靶302的材料可通過物理轟擊蒸發並再沉積在晶圓上。晶圓可擱置在晶圓夾盤114上。在一些實施例中，使用可變電容器310向晶圓夾盤114施加電壓偏壓，此轉而向晶圓施加偏壓。在一些實施例中，靶302可具有底表面302b，底表面302b是實質上平面的且面對真空室（圖1A所示101）中的晶圓夾盤（圖1A所示114）。在一些實施例中，向靶302施加連續直流（direct current，DC）電壓306以促進PVD。舉例來說，在一些實施例中，使用可變電容器310向晶圓夾盤114及靶302施加偏壓，以使來自靶302的材料被靜電吸引到由晶圓夾盤114固持的晶圓。在一些實施例中，還向靶302施加射頻（radio frequency，RF）電壓304，以進一步控制偏壓並防止電荷積聚在靶302上。
圖3B示出真空室的一些實施例的剖視圖300B，所述真空室包括在PVD工藝中使用之後被損壞的靶。
圖3B的剖視圖300B示出與圖3A的剖視圖300A相同的特徵，只是靶302的底表面302b包括損壞。在一些實施例中，由於真空室101的真空狀態、可變電容器310、連續DC電壓306、RF電壓304和/或PVD工藝的其他參數（例如，壓力、溫度等），靶302可包括底表面302b上的損壞。舉例來說，靶302的底表面302b的損壞可包括侵蝕、剝離及破裂。損壞可能導致靶302具有不均勻的厚度，可能導致電弧放電，和/或可能導致一些其他故障狀態。在一些實施例中，當存在對靶302的損壞時，所沉積的膜可能不均勻。為識別靶302的損壞的成因，應在真空狀態下對靶302進行分析。接著，可調整PVD工藝的參數以防止靶302的將來損壞。
圖4A示出在化學氣相沉積（CVD）工藝中使用的噴淋頭的一些實施例的俯視圖400A。
在一些實施例中，使用噴淋頭402作為真空室（例如圖1A所示101）中的所關注物體（例如圖1A所示118），所述真空室可為CVD室。噴淋頭402包括多個孔404以將氣體釋放到真空室（圖1A所示101）中，從而用於將膜沉積到晶圓上。噴淋頭402的孔404面對晶圓夾盤（圖1A所示114）。
圖4B示出圖4A所示噴淋頭的一些實施例的沿線CC’截取的剖視圖400B。
在一些實施例中，氣體反應物（即，前驅物）經由輸入管線408進入噴淋頭402的腔室406。氣體反應物接著離開腔室406並通過用於進行CVD的孔404進入真空室（圖1A所示101）。孔404可均勻地分佈氣態反應物，以使膜均勻地沉積到晶圓上。
圖4C示出在CVD室中使用之後被損壞的噴淋頭的一些實施例的俯視圖400C。
圖4C的俯視圖400C示出與圖4A的俯視圖400A相同的特徵，其中在噴淋頭402上添加了殘留物410。在一些實施例中，由於CVD工藝的參數，殘留物410可能積聚在噴淋頭402上。在一些實施例中，殘留物410可能堵塞噴淋頭402上的孔404中的一些孔404。當孔404被堵塞時，氣態反應物的分佈不均勻，且可能出現膜在晶圓上的不均勻沉積。為識別噴淋頭402上的殘留物410的損壞的成因，可通過相機104（參見例如圖1A）在真空狀態和/或其他操作狀態下對噴淋頭402進行分析。接著，可調整CVD工藝的參數以防止噴淋頭402上存在殘留物410。
圖5、圖6、圖7及圖8A分別示出在操作狀態（例如，真空狀態、溫度狀態、壓力狀態等）下拍攝真空殼體內部的圖像的方法的一些實施例的剖視圖500、600、700及800A，且圖8B示出在操作狀態下拍攝真空殼體內部的圖像的方法的一些實施例的透視圖800B。舉例來說，這種方法可對應於和/或涉及用於圖1A到圖1C所示實施例的方法。儘管針對一種方法闡述了圖5、圖6、圖7、圖8A及圖8B，然而應理解，圖5、圖6、圖7、圖8A及圖8B中所公開的結構並非僅限於這種方法而是可獨立於所述方法獨立地作為結構。
如圖5的剖視圖500所示，真空殼體112包圍晶圓夾盤114、光源106及所關注物體118。真空殼體112界定真空室101。在一些實施例中，真空室101可為用於進行沉積（例如，CVD、PVD等）、刻蝕、加熱（例如，退火）、植入或使用真空室的半導體製造過程中的另一工藝的室。在一些實施例中，光源106可處於真空殼體112內，而在其他實施例中，光源106可不位於真空殼體112內。舉例來說，在一些實施例中，可不需要光源106，且由此省略光源106。在一些實施例中，光源106可位於真空殼體112內的不同特徵上（參見圖1A所示光源106）。在一些實施例中，晶圓夾盤114在所關注物體118下方實質上居中。在一些實施例中，所關注物體118可具有由於在所關注物體118上存在缺陷（例如殘留物積聚、侵蝕、剝離及破裂）而並非平面的底表面。在其他實施例中，所關注物體118可具有實質上均勻且無缺陷的底表面，在一些實施例中，所述底表面可由為平面的底表面表示。
如圖6的剖視圖600所示，通過真空殼體112中的開口604在真空殼體112內部載入602載體晶圓102。載體晶圓102可具有包括相機104的頂表面，且可將載體晶圓102的底表面載入602到晶圓夾盤114上。在一些實施例中，相機104包括位於相機殼體110內的圖像感測器140及鏡頭108。此外，在一些實施例中，將具有相機104的載體晶圓102的大小設定成相似於在真空殼體112中在上面可沉積層的半導體晶圓。因此，可使用與半導體晶圓相同的傳輸器件將載體晶圓102載入602到真空室101中且載體晶圓102適當地適配在晶圓夾盤114上。
如圖7的剖視圖700所示，將載體晶圓102固定到晶圓夾盤114上。在一些實施例中，晶圓夾盤114是靜電夾盤，且載體晶圓102被靜電固持到晶圓夾盤114上。此外，對真空殼體112進行密封以界定真空室101，且在真空殼體112內部施加真空狀態和/或其他操作狀態。
如圖8A的剖視圖800A所示，將光源106無線控制成朝所關注物體118發射光804，且相機104分別以無線方式被控制成拍攝所關注物體118的圖像資料802a、802b、802c。相機104可接著將圖像資料發送到位於真空殼體112外部的無線接收器150以用於進行圖像資料處理。舉例來說，在一些實施例中，無線接收器150接收所關注物體118的多個交疊的圖像，並對所述多個交疊的圖像進行整合以在真空狀態下產生所關注物體118的最終單個圖像。在一些實施例中，相機104的圖像感測器140是CMOS圖像感測器並產生所關注物體118的2D圖像。
圖8B示出對應於圖8A的剖視圖800A的透視圖800B。在一些實施例中，相機104分別同時拍攝圖像802a、802b、802c。相機104的數目及相機104的佈置分別被設計成拍攝示出真空殼體112內部的所關注物體118或所關注物體118的一部分的圖像。舉例來說，在所示實施例中，使用三個相機104拍攝所關注物體118的整個區域。
在相機104拍攝圖像802a、802b、802c之後，可從真空室101移除載體晶圓102且可繼續進行產生。通過在真空狀態和/或其他操作狀態下快速以無線方式檢查真空室101的狀態，可提前拍攝真空室101內的缺陷並對所述缺陷進行修復。
圖9示出對應於圖5、圖6、圖7、圖8A及圖8B的方法900的一些實施例的流程圖。
儘管方法900在以下被示出及闡述為一系列動作或事件，然而應理解，這些動作或事件的所示次序並非被解釋為限制意義。舉例來說，可採用與除了本文中所示出和/或所闡述的動作或事件之外的其他動作或事件不同的次序和/或可同時進行一些動作。另外，可能並非需要所有所示出的動作來實施本文中的說明的一個或多個方面或實施例。此外，可採用一個或多個單獨的動作和/或階段施行本文中所繪製的動作中的一者或多者。
在動作902處，將晶圓載入到真空殼體中。晶圓包括面對真空殼體內部的所關注物體的相機。圖6示出與動作902對應的一些實施例的剖視圖600。
在動作904處，對真空殼體進行密封。
在動作906處，調整真空室的設置以使真空殼體在真空狀態和/或其他操作狀態下界定真空室。圖7示出與動作904及906對應的一些實施例的剖視圖700。
在動作908處，在處於真空狀態和/或其他操作狀態下的同時，使用相機以無線方式拍攝所關注物體的圖像資料。
在動作910處，以無線方式將圖像資料從相機發送到無線接收器以進行處理，其中無線接收器位於真空殼體外部。圖8A及圖8B分別示出與動作908及910對應的一些實施例的剖視圖800A及透視圖800B。
圖10、圖11、圖12、圖13A及圖14A分別示出在真空狀態下拍攝真空殼體內部的圖像的方法的一些實施例的剖視圖1000、1100、1200、1300A及1400A，且圖13B及圖14B分別示出在真空狀態下拍攝真空殼體內部的圖像的方法的一些實施例的透視圖1300B及1400B。舉例來說，這種方法可對應於和/或涉及用於圖2A到圖2C所示實施例的方法。儘管針對一種方法闡述了圖10、圖11、圖12、圖13A、圖13B、圖14A及圖14B，然而應理解，圖10、圖11、圖12、圖13A、圖13B、圖14A及圖14B中所公開的結構並非僅限於這種方法而是可獨立於所述方法獨立地作為結構。
如圖10的剖視圖1000所示，真空殼體112包圍晶圓夾盤114、所關注物體118及校準標記116。所關注物體118可為用於進行膜沉積的材料或者可為真空殼體112內部的一些其他特徵。真空殼體112界定真空室101。在一些實施例中，真空室101可為用於進行沉積（例如，CVD、PVD等）、刻蝕、加熱（例如，退火）、植入或使用真空室101的半導體製造過程中的另一工藝的室。在一些實施例中，晶圓夾盤114在所關注物體118下方實質上居中。在其他實施例中，所關注物體118可偏離晶圓夾盤114的中心。
在一些實施例中，校準標記116被固定到真空殼體112的內部。校準標記116佈置在晶圓夾盤114與所關注物體118之間的水準高度處。換句話說，晶圓夾盤114可位於距真空室101底部的第一距離d1 處；校準標記116可處於距真空室101的底部比第一距離d1 大的第二距離d2 處；且所關注物體118可處於距真空室101的底部比第二距離d2 大的第三距離d3 處。
如圖11的剖視圖1100所示，通過真空殼體112中的開口1104在真空殼體112內部載入1102載體晶圓102。載體晶圓102可具有包括相機104的頂表面，且可將載體晶圓102的底表面載入1102到晶圓夾盤114上。在一些實施例中，相機104是飛行時間（ToF）相機且包括相機殼體210內的感測器206及發射器208。在一些實施例中，將具有相機104的載體晶圓102的大小設定成相似於在真空殼體112中在上面可沉積層的半導體晶圓。因此，可使用與半導體晶圓相同的傳輸器件將載體晶圓102載入1102到真空室101中且載體晶圓102適當地適配在晶圓夾盤114上。
如圖12的剖視圖1200所示，將載體晶圓102固定到晶圓夾盤114上。在一些實施例中，晶圓夾盤114是靜電夾盤，且載體晶圓102被靜電固持到晶圓夾盤114上。此外，對真空殼體112進行密封以界定真空室101，且在真空殼體112內部應用真空狀態和/或其他操作狀態。相機104佈置在距真空室101的底部第四距離d4 處，第四距離d4 介於第一距離d1 與第二距離d2 之間。
如圖13A的剖視圖1300A所示，無線接收器150位於真空殼體112外部。相機104分別在真空狀態下經歷校準工藝1302。在一些實施例中，多個校準標記116中的每一個均被安置在相同的水平高度上。或者換句話說，如同水平線1304所示出地一般，這些校準標記116位於真空室101中的相同平面（plane）上。校準工藝1302涉及發射器208朝校準標記116發射輻射以及感測器206接收所反射的輻射。相機104分別經歷校準工藝1302，且每一相機104校準到多於一個校準標記116以獲得更精確及準確的校準工藝1302。相機104測量發射器208處的輻射發射從校準標記116離開以反射回感測器206所花費的時間。每一校準標記116處於距每一相機104的已知距離處。在一些實施例中，相機104分別將來自校準標記116的時間資料轉換成所測量的距離以基於所測量的距離與已知距離的比較確定所需測量中的任何調整。在其他實施例中，相機104將時間資料發送到無線接收器150，且無線接收器150處理時間資料。然而，相機104的校準工藝1302在真空狀態和/或其他操作狀態下進行。
圖13B示出與圖13A的剖視圖1300A對應的透視圖1300B。在一些實施例中，每一相機104使用多於一個校準標記116來進行精確及準確的校準工藝1302。舉例來說，在圖13B中，相機104中的一者使用三個校準標記116來進行校準工藝1302。在一些實施例中，校準標記116中的一些可用於多於一個相機104，而在其他實施例中，校準標記116中的每一者不在相機104之間共用。然而，校準標記116的總數目對相機104的總數目的比率是多對一，或者換句話說，大於一，以使每一相機104可使用多個校準標記116以確保校準工藝1302是精確及準確的。
此外，在一些實施例中，每一相機104可在分開的非交疊的時間處經歷校準工藝1302。舉例來說，如圖13B所示，相機104中的第一個相機104正在經歷校準工藝1302，而其他兩個相機104不經歷校準工藝1302。接著，相機104中的第二個相機104將經歷校準工藝1302，而其他兩個相機104不經歷校準工藝1302。最後，相機104中的第三個相機104將經歷校準工藝1302，而其他兩個相機104不經歷校準工藝1302。在其他實施例（未示出）中，相機104可同時經歷校準工藝1302。
如圖14A的剖視圖1400A所示，在一些實施例中，相機104中的每一者在真空狀態和/或其他操作狀態下收集真空室101中的所關注物體118的圖像資料1402a、1402b、1402c。在一些實施例中，相機104同時收集圖像資料1402a、1402b、1402c。每一相機104通過由發射器208發射許多輻射脈衝並確定在感測器206處接收到所反射的輻射脈衝所花費的時間來收集所關注物體118的區域的圖像資料1402a、1402b、1402c。同時，相機104在所關注物體118的整個區域上收集圖像資料1402a、1402b、1402c。圖像資料可包括時間資料、距離資料或所關注物體118的參數。舉例來說，相似於校準工藝（圖13A所示1302），在一些實施例中，相機104分別將時間資料轉換成距離，且接著以無線方式將距離發送到無線接收器150以進行處理。在其他實施例中，相機104以無線方式將時間資料發送到無線接收器150以進行處理。然而，相機104收集所關注物體118的圖像資料1402a、1402b、1402c並以無線方式將圖像資料發送到無線接收器150。無線接收器150接著處理圖像資料以產生所關注物體118的3D輪廓。
圖14B示出與圖14A的剖視圖1400A對應的透視圖1400B。在一些實施例中，校準標記116被佈置成使校準標記116不干擾圖像資料1402a、1402b、1402c的收集。在相機104收集圖像資料1402a、1402b、1402c之後，可從真空室101移除載體晶圓102且可繼續進行產生。在一些實施例中，可在無線接收器150完成處理圖像資料之前從真空室101移除載體晶圓102，而在其他實施例中，可在無線接收器完成處理圖像資料之後移除載體晶圓102。通過利用相機104在真空狀態和/或其他操作狀態下快速以無線方式檢查真空室101的狀態，可提前拍攝並修復真空室101內的任何所識別的缺陷。
圖15示出與圖10、圖11、圖12、圖13A、圖13B、圖14A及圖14B對應的方法1500的一些實施例的流程圖。
儘管方法1500在以下被示出及闡述為一系列動作或事件，然而應理解，這些動作或事件的所示次序並非被解釋為限制意義。舉例來說，可採用與除了本文中所示出和/或所闡述的動作或事件之外的其他動作或事件不同的次序和/或可同時進行一些動作。另外，可能並非需要所有所示出的動作來實施本文中的說明的一個或多個方面或實施例。此外，可採用一個或多個單獨的動作和/或階段施行本文中所繪製的動作中的一者或多者。
在動作1502處，將晶圓載入到真空殼體中。晶圓包括面對真空殼體內部的所關注物體的相機。圖11示出與動作1502對應的一些實施例的剖視圖1100。
在動作1504處，對真空殼體進行密封。
在動作1506處，調整真空殼體的設置以使真空殼體在真空狀態和/或其他操作狀態下界定真空室。圖12示出與動作1506對應的一些實施例的剖視圖1200。
在動作1508處，使用固定到真空殼體的校準標記來校準相機。圖13A及圖13B分別示出與動作1508對應的一些實施例的剖視圖1300A及透視圖1300B。
在動作1510處，在處於真空狀態和/或其他操作狀態下的同時，使用相機以無線方式拍攝所關注物體的圖像資料。
在動作1512處，以無線方式將圖像資料從相機發送到無線接收器以進行處理，其中無線接收器位於真空殼體外部。圖14A及圖14B分別示出與動作1510及1512對應的一些實施例的剖視圖1400A及透視圖1400B。
因此，在一些實施例中，本公開涉及整合到載體晶圓上的一個或多個相機以及用於在真空室處於真空狀態和/或其他操作狀態下的同時以無線方式拍攝真空室內部的圖像以診斷真空室內的特徵的缺陷的相關聯的方法。
因此，在一些實施例中，本公開涉及一種工藝工具，所述工藝工具包括：殼體，界定真空室；晶圓夾盤，位於所述殼體中；載體晶圓，位於所述晶圓夾盤上；相機，整合在所述載體晶圓上，其中所述相機面對所述殼體的頂部且被配置成以無線方式拍攝所述殼體內的所關注物體的圖像；以及無線接收器，位於所述殼體外部且被配置成在所述真空室被密封的同時以無線方式從所述相機接收所述圖像。
在其他實施例中，本公開涉及一種工藝工具，所述工藝工具包括：室殼體，界定真空室；所關注物體，位於所述真空室的上部部分內；晶圓夾盤，位於所述真空室的下部部分內；載體晶圓，設置在所述晶圓夾盤上，其中所述載體晶圓的頂表面面對所述所關注物體的底表面；以及第一相機，位於所述載體晶圓上且面對所述所關注物體，其中所述第一相機被配置成以無線方式測量所述所關注物體的參數。
在又一些實施例中，本公開涉及一種在工藝工具的內部拍攝圖像資料的方法，所述方法包括：將晶圓載入到由真空殼體界定的真空室中，其中所述晶圓包括相機，所述相機整合在所述晶圓的頂表面上；對所述真空室進行密封，以使所述真空室處於操作狀態下；在所述真空室處於所述操作狀態下的同時，使用所述相機以無線方式拍攝所述真空殼體的內部的圖像資料；以及將所述圖像資料發送到無線接收器以處理所述圖像資料，其中所述無線接收器位於所述真空室外部。
以上概述了若干實施例的特徵，以使所屬領域中的技術人員可更好地理解本公開內容的各個方面。所屬領域中的技術人員應知，他們可容易地使用本公開內容作為設計或修改其他工藝及結構的基礎來施行與本文中所介紹的實施例相同的目的和/或實現與本文中所介紹的實施例相同的優點。所屬領域中的技術人員還應認識到，這些等效構造並不背離本公開內容的精神及範圍，而且他們可在不背離本公開內容的精神及範圍的狀態下對其作出各種改變、代替及變更。
100A、200A、300A、300B、400B、500、600、700、800A、1000、1100、1200、1300A、1400A:剖視圖 100B、200B、400A、400C:俯視圖 100C、200C、800B、1300B、1400B:透視圖 101:真空室 102:載體晶圓 104:相機 106:光源 108:鏡頭 110、210:相機殼體 112:真空殼體 114:晶圓夾盤 116:校準標記 118:所關注物體 130:電池源 140:圖像感測器 150:無線接收器 206:感測器 208:發射器 220:連續延伸線 302:靶 302b:底表面 304:射頻（RF）電壓 306:連續直流（DC）電壓 310:可變電容器 402:噴淋頭 404:孔 406:腔室 408:輸入管線 410:殘留物 602、1102:載入 604、1104:開口 802a、802b、802c:圖像資料/圖像 804:光 900、1500:方法 902、904、906、908、910、1502、1504、1506、1508、1510、1512:動作 1302:校準工藝 1304:水平線 1402a、1402b、1402c:圖像資料 AA’、CC’:線 d1:第一距離 d2:第二距離 d3:第三距離 d4:第四距離
結合附圖閱讀以下詳細說明，會最好地理解本公開內容的各個方面。應注意，根據本行業中的標準慣例，各種特徵並非按比例繪製。事實上，為論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。 圖1A、圖1B及圖1C分別示出在真空室中具有相機的工藝工具的一些實施例的剖視圖、俯視圖及透視圖。 圖2A、圖2B及圖2C分別示出在具有校準標記的真空室中具有相機的工藝工具的一些附加實施例的剖視圖、俯視圖及透視圖。 圖3A及圖3B示出了用於進行物理氣相沉積工藝的靶的一些實施例的剖視圖。 圖4A、圖4B及圖4C示出在化學氣相沉積工藝中使用的噴淋頭的一些實施例的各種視圖。 圖5、圖6、圖7、圖8A及圖8B示出在真空狀態下拍攝真空室的二維（two dimensional，2D）圖像的方法的一些實施例的剖視圖及透視圖。 圖9示出圖5、圖6、圖7、圖8A及圖8B所示方法的一些實施例的流程圖。 圖10、圖11、圖12、圖13A、圖13B、圖14A及圖14B示出在真空狀態下拍攝真空室的三維（three dimensional，3D）圖像的方法的一些實施例的剖視圖及透視圖。 圖15示出圖10、圖11、圖12、圖13A、圖13B、圖14A及圖14B所示方法的一些實施例的流程圖。
100C:透視圖
101:真空室
102:載體晶圓
104:相機
106:光源
108:鏡頭
110:相機殼體
112:真空殼體
114:晶圓夾盤
118:所關注物體
130:電池源
140:圖像感測器
150:無線接收器

Claims (20)

  1. 一種工藝工具，包括： 殼體，界定真空室； 晶圓夾盤，位於所述殼體中； 載體晶圓，位於所述晶圓夾盤上； 相機，整合在所述載體晶圓上，其中所述相機面對所述殼體的頂部且被配置成以無線方式拍攝所述殼體內的所關注物體的圖像；以及 無線接收器，位於所述殼體外部且被配置成在所述真空室被密封的同時以無線方式從所述相機接收所述圖像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的工藝工具，其中所述所關注物體處於所述殼體的所述頂部且直接上覆在所述相機上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的工藝工具，其中所述所關注物體包括用於進行物理氣相沉積的靶材料。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的工藝工具，其中所述所關注物體是用於進行化學氣相沉積的噴淋頭。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的工藝工具，更包括被固定到所述殼體的內側壁的多個校準標記，其中所述校準標記中的每一者佈置在距所述晶圓夾盤的中心相同的距離處。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的工藝工具，其中所述載體晶圓更包括耦合到所述相機的電池源。
  7. 一種工藝工具，其特徵在於，包括： 室殼體，界定真空室； 所關注物體，位於所述真空室的上部部分內； 晶圓夾盤，位於所述真空室的下部部分內； 載體晶圓，設置在所述晶圓夾盤上，其中所述載體晶圓的頂表面面對所述所關注物體的底表面；以及 第一相機，位於所述載體晶圓上且面對所述所關注物體，其中所述第一相機被配置成以無線方式測量所述所關注物體的參數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的工藝工具，更包括： 無線接收器，位於所述室殼體外部，其中所述無線接收器被配置成處理來自所述第一相機的測量值。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的工藝工具，其中所述第一相機包括互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像感測器，所述互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像感測器被配置成以無線方式拍攝所述所關注物體的二維圖像。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的工藝工具，更包括： 光源，位於所述室殼體內且被配置成當所述第一相機以無線方式測量所述所關注物體的所述參數時以無線方式施加光。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的工藝工具，更包括： 第二相機，位於所述載體晶圓上且被配置成以無線方式測量所述所關注物體的第一區域的參數，且其中所述第一相機被配置成以無線方式測量所述所關注物體的第二區域的參數。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的工藝工具，其中所述第一相機是飛行時間（ToF）相機，所述飛行時間相機包括朝所述所關注物體發射輻射的發射器及接收所述輻射的反射的感測器。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的工藝工具，更包括： 校準標記，設置在所述室殼體的內側壁上，其中所述校準標記中的每一校準標記佈置在距所述室殼體的下表面第一距離處，其中所述第一距離是沿著與所述室殼體的所述下表面垂直的線從所述校準標記中的每一校準標記到所述室殼體的所述下表面進行測量，且其中所述校準標記位於所述所關注物體與所述第一相機之間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的工藝工具，其中所述校準標記的總數目對所述相機的總數目的比率大於一。
  15. 一種在工藝工具的內部拍攝圖像資料的方法，所述方法包括： 將晶圓載入到由真空殼體界定的真空室中，其中所述晶圓包括相機，所述相機整合在所述晶圓的頂表面上； 對所述真空室進行密封，以使所述真空室處於操作狀態下； 在所述真空室處於所述操作狀態下的同時，使用所述相機以無線方式拍攝所述真空殼體的內部的圖像資料；以及 將所述圖像資料發送到無線接收器以處理所述圖像資料，其中所述無線接收器位於所述真空室外部。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中所述相機面對佈置在所述真空室的頂部附近的所關注物體，且其中所述圖像資料描述所述所關注物體。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中在所述對所述真空室進行密封之後且在所述拍攝所述圖像資料之前，所述方法更包括根據在所述真空室中設置在所述真空殼體的側壁上的校準標記對所述相機進行校準。
  18. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中所述拍攝所述圖像資料包括計算發射輻射與接收到所述輻射從所述真空殼體的所述內部的反射之間的時間。
  19. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中在將所述晶圓載入到所述真空室中之前，從所述真空殼體移除已經過處理的晶圓。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中所述操作狀態包括真空狀態、溫度狀態和/或壓力狀態。
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