TW202314778A - 用於決定環在處理套件內的位置的方法和裝置 - Google Patents

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Abstract

本文公開的示例涉及用於決定環在處理套件內的位置的方法和裝置。在一個示例中，提供了一種用於基板處理腔室的感測器組件。感測器組件包括一外殼，該外殼具有頂表面、與頂表面相對的底表面以及將頂表面連接到底表面的複數個側壁。外殼還在頂表面中具有凹部，該凹部在外殼內形成內部容積。感測組件包括偏置構件和設置在偏置構件上的接觸構件。偏置構件和接觸構件設置在凹部內。感測器被配置為偵測接觸構件的位移。接觸構件的位移對應於邊緣環的相對位置。

Description

用於決定環在處理套件內的位置的方法和裝置
本文公開的示例涉及用於決定環在處理套件內的位置的方法和裝置。
隨著半導體技術節點隨著元件幾何尺寸的減小而進步，基板邊緣臨界尺寸均勻性要求變得更加嚴格並且影響晶片良率。在沉積或蝕刻期間，提供包含多個環的處理套件以有利地影響基板周邊或邊緣的均勻性。取決於邊緣環幾何形狀，電漿鞘可以在基板邊緣彎曲，從而使離子能夠垂直於電漿鞘加速。
日常維護係要求暴露於惡劣電漿環境的部件要進行定期測量和測試以決定環是否符合原始規格且是否需要維護或更換。確保更換環符合規範並處於正確位置，需要使用測量和測試技術。決定邊緣環位置的習知方法包括機械和光學處理。
非接觸技術包括使用干涉測量法(其中光被投射到處理套件環的表面)，且比較入射光和折射光之間的差異。當兩個具有相同頻率的光波結合時，所產生的強度模式由兩個波之間的相位差決定。當光波異相時會發生破壞性干涉。其他習知控制方法包括使用機械測量，例如卡尺或使用觸針。例如，觸針具有被拖動以與環的表面接觸的尖端，並且當尖端遇到峰和谷時，尖端會隨著環相對於基板支撐件的調平而升高和降低。觸針在任何給定點升高或降低的量對應於環與環的原始參數的順應性。
放置在基板支撐件上的基板可以經歷將材料沉積在基板上並從基板去除或蝕刻部分材料的處理，通常為連續或交替處理。處理不均勻性通常存在於基板的表面上，並且可能在基板的周邊或邊緣處很明顯，特別是當處理套件的一個環沒有正確對準時。周邊的這些不均勻性可歸因於不希望的電場終止效應。
因此，需要一種用於在維護或更換之前和之後指示邊緣環位置的改進方法和裝置。
本文公開的示例涉及用於決定處理套件內的環(例如邊緣環)的位置的方法和裝置。在一個示例中，提供了一種用於基板處理腔室的感測器組件。感測器組件包括具有頂表面、與頂表面相對的底表面以及將頂表面連接到底表面的複數個側壁的外殼。外殼還在頂表面中具有凹部，該凹部在外殼內形成內部容積。感測組件包括偏置構件和設置在偏置構件上的接觸構件。偏置構件和接觸構件設置在凹部內。感測器被配置為偵測接觸構件的位移。接觸構件的位移對應於邊緣環的相對位置。
在另一個示例中，提供了邊緣環度量(metric)測量系統。邊緣環度量測量系統包括設置在基板支撐表面上的邊緣環和外殼。外殼具有頂表面、與頂表面相對的底表面以及將頂表面連接到底表面的複數個側壁。外殼還包括在頂表面中的凹部。凹部在外殼內形成內部容積。邊緣環度量測量系統包括偏置構件和設置在偏置構件上的接觸構件。偏置構件和接觸構件設置在凹部內。對準銷機械地接觸邊緣環和接觸構件。光發射感測器被配置為偵測接觸構件的位移。接觸構件的位移對應於邊緣環的度量。
本公開發明的另一個示例提供了一種半導體處理系統，其包括被配置為處理基板的處理腔室。一種非暫時性電腦可讀媒體儲存指令，當由處理器執行時使方法在處理腔室中執行。該方法包括在感測器處接收訊號。訊號在基板支撐表面下方發出，該基板支撐表面被配置為具有設置在其上的邊緣環。邊緣環被配置為包圍基板。該方法還包括偵測邊緣環的位移，以及基於位移計算邊緣環的度量。該方法還包括回應於該度量而對邊緣環執行維護操作。
為了清楚起見，在適用的情況下使用了相同的元件符號來表示附圖之間共有的相同元件。此外，一個示例的元件可以有利地適用於在此描述的其他示例中使用。
本文公開的示例涉及用於決定環在處理套件內的位置的方法和裝置。本文公開的方法和裝置使得當處理套件環被隱藏而無法直接受光學監控並且當可用於感測器的空間有限時，能夠決定處理套件環的位置。處理套件可以包括若干個環，包括一或更多個靠近基板支撐表面邊緣的邊緣環、一或更多個位於邊緣環下方並與邊緣環實體接觸的調諧環，以及靠近調諧環或邊緣環的滑動環。在多次處理運作中，來自基板、處理套件或其他腔室組件的碎屑會積聚並附著在處理套件的一或更多個環的表面上。在維護期間，當其中一個環被移除、更換或重新定位時，堆積的碎屑會導致調諧環或邊緣環楔入相鄰的環或處理腔室表面之間。處理套件環的楔入會導致邊緣環與基板支撐件不齊，從而對電漿鞘產生不利影響。
本文所公開的方法和裝置利用對準裝置來監測被測量環在處理套件內的位置。對準裝置包括對準銷、感測器、具有透明窗的外殼、偏置構件和配置成接觸對準銷的接觸構件（例如，碟）。對準銷與調諧環接觸，調諧環與一或更多個邊緣環接觸。當對準銷從基板表面縮回時，任何一個處理套件環都可能楔入處理套件的另一個環，導致該環向上傾斜。用於決定邊緣環位置的習知方法和裝置包括利用照相機、雷射或感測器透過處理腔室中的窗決定邊緣環的位置。然而，傳統方法需要在感測器和處理套件的所需環之間有一條視線，因此限制了可用於決定邊緣環位置的工具。此外，腔室內的電漿和RF頻率會干擾感測器讀數，因此需要額外的元件和方法來消除所收集訊號中的雜訊。
因此，本文公開的方法和裝置使用雷射來決定耦合到對準銷的接觸構件（即，碟）的偏轉，這使得能夠決定一或更多個處理套件環的位置。在一個示例中，利用在此公開的方法和裝置，連同力感測器或扭矩馬達和螺釘，可以決定邊緣環的重量。有利地，對準銷的更換和維修被簡化，因為對準銷可以透過處理套件中的孔移除而無需移除基板支撐件。此外，對準銷穿過的孔的尺寸保持足夠小以基本上防止來可能損壞其他處理腔室部件的電弧。將感測器放置在處理腔室外部的一個優點是可以保持訊號強度和品質。因此，來自處理腔室內的電磁波和高溫的干擾不會透過引入失真的感測器訊號而降低感測器測量的可靠性。
圖1是根據一個示例的具有基板支撐組件180的處理腔室100的示意性截面視圖。如圖所示，處理腔室100是適合蝕刻基板150的蝕刻腔室。可適用於從本公開發明中受益的處理腔室的示例有Sym3 ®處理腔室、C3 ®處理腔室和Mesa TM處理腔室，它們可從位於加利福尼亞州聖克拉拉的Applied Materials,Inc.商購獲得。預期其他處理腔室(包括沉積腔室和來自其他製造商的處理腔室)可適用於從本公開發明中受益。
處理腔室100包括腔室主體101和設置在其上的蓋103，它們共同限定內部容積130。腔室主體101耦合到電接地107。基板支撐組件180設置在內部容積130內以在處理期間支撐其上的基板150。處理腔室100還包括用於在處理腔室100內產生電漿的感應耦合電漿裝置102。控制器155適於控制處理腔室100。
基板支撐組件180包括透過匹配網路120耦合到偏壓源119的一或更多個電極153，以促進在處理期間基板150的偏壓。偏壓源119可以說明性地是在例如約13.56MHz的頻率下高達約1,000W(但不限於約1,000W)的RF能量的源，儘管可以根據需要提供其他頻率和功率以用於特定的應用。偏壓源119可能能夠產生連續或脈衝功率中的一個或兩個。在一些示例中，偏壓源119可以是DC或脈衝DC源。在一些示例中，偏壓源119可能能夠提供多個頻率。一或更多個電極153可耦合至夾持電源162以促進在處理期間夾持基板150。
感應耦合電漿裝置102設置在蓋103上方並且被配置為將RF功率感應耦合到處理腔室100中以在處理腔室100內產生電漿。感應耦合電漿裝置102包括設置在蓋103上方的第一和第二線圈110、112。每個線圈110、112的相對位置、直徑比和/或每個線圈110、112中的匝數都可以根據需要進行調整，以控制正在形成的電漿的分佈或密度。第一和第二線圈110、112中的每一個透過匹配網路114經由RF饋電結構106耦合到RF電源供應108。RF電源供應108可以說明性地在50kHz至13.56MHz範圍內的可調頻率下產生高達約4,000W（但不限於約4,000W），儘管可以根據需要使用其他頻率和功率特定的應用。在一些示例中，可以在RF饋電結構106和RF電源供應108之間提供諸如分壓電容器的功率分配器105，以控制提供給相應的第一和第二線圈110、112的RF功率的相對量。在一些示例中，功率分配器105可以併入匹配網路114中。
加熱元件113可設置在蓋103的頂上以促進加熱處理腔室100的內部。加熱器元件113可以設置在蓋103與第一和第二線圈110、112之間。在一些示例中，加熱元件113可以包括電阻加熱元件並且可以耦合到電源115(例如AC電源)，其被配置為提供足夠的能量來將加熱元件113的溫度控制在期望的範圍內。
在操作期間，基板150(例如半導體晶片或適用於電漿處理的其他基板)被放置在基板支撐組件180的基板支撐表面182上。處理氣體從氣體面板116透過入口117供應到腔室主體101的內部容積130中。透過將來自RF電源供應108的功率施加到第一和第二線圈110、112，處理氣體在處理腔室100中被點燃成電漿118。在一些示例中，來自諸如RF或DC源的偏壓源119的功率也可以透過匹配網路120提供給基板支撐組件180內的電極153。可以使用閥121和真空泵122來控制處理腔室100內部的壓力。腔室主體101的溫度可以使用貫穿腔室主體101的含液體導管(未示出)來控制。
處理腔室100可用於各種電漿處理。在一個示例中，處理腔室100可用於用一或更多種蝕刻劑執行乾式蝕刻。例如，處理腔室100可用於從一或更多種前驅物或處理氣體點燃電漿，例如一或更多種碳氟化合物（例如CF 4或C 2F 6）、O 2、NF 3、N 2、Ar、He或它們的組合。
處理腔室100包括控制器155以在處理期間控制處理腔室100的操作。控制器155可以包括處理器123、記憶體124和用於處理器123的支援電路125並且有助於控制處理腔室100的部件。控制器155可以是任何形式的通用電腦處理器中的一種，其可以在工業環境中用於控制各種腔室和子處理器。記憶體124儲存可以被執行或調用的軟體（源編碼或目標編碼），藉由以本文所述的方式控制處理腔室100的操作。記憶體124是非瞬態的並且可以是容易獲得的記憶體中的一或更多個，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)或任何其他形式的區域或遠端數位儲存。記憶體124包含指令，當由處理器123執行時，這些指令有助於方法500的執行（如圖5所示）。
為了便於控制處理腔室100，處理器123可以是任何形式的通用電腦處理器或通用中央處理單元(CPU)中的一種，它們中的每一個都可以在工業環境中使用，例如作為可編程邏輯控制器(PLC)，用於控制各種腔室和子處理器。記憶體124耦合到處理器123並且記憶體124是非瞬態的並且可以是容易獲得的記憶體中的一或更多種，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟驅動器、硬碟、或任何其他形式的區域或遠端數位儲存。支援電路125耦合到處理器123，用於以習知方式支援處理器。帶電物質的產生、加熱和其他處理通常儲存在記憶體124中，通常作為軟體例程。軟體例程也可以由遠離由處理器123控制的處理腔室100的第二CPU(未示出)儲存和/或執行。
記憶體124是電腦可讀儲存媒體的形式，其包含指令，當由處理器123執行時，促進處理腔室100的操作。記憶體124中的指令是程式產品的形式，例如實現本公開發明的方法的程式。程式可以符合多種不同編程語言中的任何一種。在一個示例中，本公開發明可以實現為儲存在電腦可讀儲存媒體上以供電腦系統使用的程式產品。程式產品的程式定義示例的功能（包括這裡描述的方法）。說明性的電腦可讀儲存媒體包括但不限於：(i)不可寫儲存媒體（例如，電腦內的唯讀儲存設備(例如可由CD-ROM驅動器讀取的CD-ROM磁碟、閃存、ROM芯片或任何類型的固態非易失性半導體記憶體)），資訊被永久儲存在其中；和(ii)可寫儲存媒體（例如，軟碟驅動器或硬碟驅動器中的軟碟或任何類型的固態隨機存取半導體記憶體），其中儲存了可更改的資訊。這樣的電腦可讀儲存媒體在攜帶指導本文描述的方法的功能的電腦可讀指令時是本公開發明的示例。
圖2示出了設置在圖1的處理腔室100中的基板支撐組件180上的處理套件200的放大的局部剖面視圖。處理腔室100還包括設置在內部容積130中的處理套件200，例如在基板支撐組件180上。在基板150的電漿處理期間使用處理套件200。
基板支撐組件180包括靜電夾持(ESC)202、冷卻板(或陰極)204、基座206和陰極疊層212。冷卻板204設置在基座206上。冷卻板204可以包括複數個冷卻通道(未示出)，用於使冷卻劑循環透過其。冷卻板204可以透過黏合劑或其他合適的機構與靜電夾持202接合或結合。一或更多個電源208可以耦合到冷卻板204。電源可以是或包括用於RF(RF)、交流電(AC)和/或直流電(DC)的源和/或饋電。靜電夾持202可以包括一或更多個加熱器（未示出）。一或更多個加熱器可以是獨立可控的。一或更多個加熱器使靜電夾持202能夠將基板150加熱到期望的溫度。
處理套件200包括邊緣環210，邊緣環210具有第一環部件220和第二環部件230，每個環部件形成環形主體。因此，邊緣環210是處理套件200的一個環，其包括複數個環，例如第一環部件220和第二部件230。此外，邊緣環210完全或部分地設置在基板支撐表面182上。第一環部件220和第二環部件230可以獨立地由一或更多種電絕緣材料製成或包括一或更多種電絕緣材料，例如碳化矽、氧化矽、石英或它們的任何組合。兩個環部件220、230彼此接合，使得第二環部件230可相對於第一環部件220移動。第一環部件220的高度與靜電夾持202的高度基本相同。這樣，第一環部件220保護靜電夾持202的一側。在一些示例中，基板150當定位在靜電夾持202上時，會部分地在第一環部件220的一部分上方延伸。
處理套件200還包括具有上表面254和下表面256的可調式調諧環250。可調式調諧環250可以由一或更多種導電材料形成或以其他方式包括一或更多種導電材料。例如，導電材料可以是或包括鋁或一或更多種鋁合金。可調式調諧環250設置在邊緣環210下方。例如，可調式調諧環250設置在第二環部件230下方。可調式調諧環250接觸第二環部件230的下表面231。在一個示例中，可調式調諧環250沿靜電夾持202和冷卻板204的長度向下延伸，使得可調式調諧環250具有基本上等於靜電夾持202和冷卻板204的組合高度的高度。因此，可調式調諧環250能夠將來自冷卻板204的功率耦合到邊緣環210。
可調式調諧環250可以圍繞冷卻板204，從而在它們之間形成橫向間隔的間隙258。在一個示例中，橫向間隔的間隙258具有大於0吋且小於或等於0.03吋的寬度。在其他示例中，橫向間隔的間隙258的寬度為約0.005吋、約0.007吋或約0.009吋至約0.0010吋、約0.0013吋、約0.0015吋或約0.0019吋。例如，橫向間隔的間隙258具有約0.007吋至約0.0015吋的寬度。可調式調諧環250與對準銷260對接。因此，對準銷260機械接觸可調式調諧環250。
處理套件200還包括蓋環組件270、環形主體276和至少部分地設置在它們之間的電漿幕278。蓋環組件270具有環形形狀並且包括蓋環272和套筒274。蓋環272和套筒274可以獨立地由石英材料或其他抗電漿材料製成或包括石英材料或其他抗電漿材料。例如，蓋環272可以是石英環，套筒274可以是石英管。
圖3圖示了被配置為獲得處理套件200的環(例如邊緣環210)的度量的對準組件300。在一個示例中，由對準組件300獲得的度量是邊緣環210的重量。對準組件300包括外殼302、設置在外殼302下方的感測器304和延伸到外殼302中的對準銷260。感測器304被配置為發射和接收光束301。對準組件300耦合到基板支撐組件180的底架306。底架306中設有孔310，其使對準銷260能夠無干擾地延伸穿過底架306。引導件308可設置在孔310中以提供軸承表面以促進軸向運動同時防止對準銷260的游動或水平運動。雖然圖示了一個對準組件300，但可以設想，最多三個對準組件300可以以120度的間隔佈置在基板支撐組件180周圍。
在一個示例中，感測器304的光束301具有從約500nm到約1000nm的頻率。光束301的光束直徑可為約25至約75微米。在另一個示例中，光束301可以具有從約600nm到約750nm的光頻率。示例性頻率包括但不限於約550nm、約650nm、約700nm和約750nm的頻率。感測器304用於發射光束301並偵測光束301的返回。因此，感測器304能夠決定光束301已經穿過的距離。例如，感測器304可以偵測光束301的飛行時間。對準銷260具有接觸可調式調諧環250的下表面256的上端303。對準銷260的下端305配置為移動圖4中所示的偏置構件424。
升降組件312設置在基板支撐組件180中。在一個示例中，升降組件312被配置為在升高和降低位置之間移動邊緣環210（如圖2所示）。在降低位置，邊緣環210可以部分地設置在蓋環組件270上或靠近蓋環組件270。如所指出的，邊緣環210也可以完全或部分地設置在基板支撐表面182上。升降組件312是精確控制邊緣環210在基板150上方的高度的機構，從而導致在基板150的極端邊緣處控制電漿鞘和蝕刻輪廓。雖然示出了一個升降組件312，但應當理解，基板支撐組件180具有設置在基板支撐組件180內的三個升降組件312，每個能夠平衡和移動邊緣環210。升降組件312具有馬達314、波紋管316和升降銷318。每個升降組件312可佈置成相隔約120度。在另一個示例中，升降組件312被配置為在升高位置和降低位置之間移動遮蔽環（未示出）。遮蔽環被配置為覆蓋邊緣環210。
馬達314可操作以在升高和降低位置之間向上和向下移動升降銷318。馬達314可以是線性致動器、氣動、液壓、步進、伺服、齒輪或用於提供升降銷318的垂直位移的其他合適的馬達。馬達314可以配置有硬停止以及光學編碼器，用於決定升降銷318的行程或運動。光學編碼器被配置為向控制器提供反饋以用於升降銷318的精確垂直位置。光學編碼器允許精確控制馬達314以定位蓋環組件270的遮蔽環(未示出)，該蓋環組件270由升降銷318支撐。在一個示例中，波紋管316被配置為適應升降銷318的兩吋(2”)或更大的垂直移動。波紋管316在升降銷318周圍保持氣密密封，允許升降銷318上下移動，同時處理腔室100的內部保持在真空壓力下。
升降組件312耦合到底架306。孔310設置在底架306中以用於升降銷318的間隙以延伸穿過底架306而不受干擾。引導件308促進升降銷318的軸向運動。引導件308可以是防止升降銷318擺動或游動的襯套。引導件308可由陶瓷材料形成，該陶瓷材料具有用於適應藉由引導件308的升降銷318的軸向運動的內徑。
圖4是對準組件300的剖面視圖，其顯示了外殼302的細節。外殼302包括主體401、頂表面404、與頂表面404相對的底表面406以及連接頂表面404和底表面406的側壁402。透明窗408具有頂表面410和底表面412。複數個緊固件414穿過透明窗408中的孔進入外殼302的主體401，且將透明窗408固定到外殼302。緊固件414穿過主體401的底表面406，但不延伸穿過頂表面404。O形環416可以在外殼302的底表面406和透明窗408的頂表面410之間內凹入主體401內。
在一個示例中，透明窗408由透明陶瓷或透明晶體製成。例如，透明窗408可以由塑膠、玻璃或藍寶石製成。外殼302可以由陶瓷、金屬或複合材料製成。在一個示例中，外殼302由包括鋁的材料製成。
對準孔418設置在主體401的頂表面404中。對準孔418設置在主體401的中心。對準孔418使對準銷260能夠接觸接觸構件422。對準銷260的下端305接觸接觸構件422。接觸構件422和偏置構件424設置在主體401的凹部420內。凹部420延伸穿過頂表面404。排氣通道426與對準孔418等距且徑向設置。排氣通道426使凹部420內的空氣能夠穿過主體401的頂表面404。偏置構件424位於凹部420內，使得偏置構件424位於接觸構件422和透明窗408之間。偏置構件424鄰接透明窗408。偏置構件424和接觸構件422的尺寸設計成使得光束301可以在感測器304和接觸構件422之間不受阻礙地行進。例如，偏置構件424和接觸構件422的直徑和高度被配置為裝配在凹部420內，同時使光束301能夠穿過透明窗408、撞擊接觸構件422並返回感測器304不受偏置構件424、接觸構件422或主體401的內表面的阻礙。
當接觸構件422朝向底表面406偏置時，排氣通道426防止在凹部420內的不利壓力積聚或壓力下降。當接觸構件422被偏置向頂表面404而返回到穩態位置時，排氣通道426還使空氣能夠進入凹部420。因此，排氣通道426和凹部420流體地連接到處理腔室100。將排放通道426和凹部420流體耦合到處理腔室100顯著降低了凹部420內的壓力變化，否則會向偏置構件424增加不期望的力分量，從而導致相對於接觸構件422的真實位移的誤差。此外，排氣通道426使凹部420能夠具有與處理腔室100相同的壓力。
在一個示例中，偏置構件424具有大於2.75磅/吋且小於5.0磅/吋的彈簧常數。在另一個示例中，偏置構件424具有介於約2.5磅/吋和約4.5磅/吋之間的彈簧常數，例如介於約3.0磅/吋或約4.0磅/吋之間。示例性彈簧常數包括約2.75磅/吋、約3.0磅/吋和約3.25磅/吋的彈簧常數。
延伸穿過主體401的通孔428與延伸穿過透明窗408的通孔428對準。通孔428使外殼302能夠透過類似於緊固件414的緊固件連接到處理腔室。通孔428還使感測器304能夠機械耦合到外殼302。感測器304示於圖3和4中，且為了顯示對準組件300的細節而未顯示其機械耦合到外殼302。然而，應當理解，在一個示例中，感測器304和外殼302被佈置成使得感測器304和外殼302之間的相對運動是固定的。因此，在一個示例中，感測器304固定到外殼302。在另一示例中，感測器304不直接固定在外殼302上，而是可以固定在與感測器304相鄰的腔室主體101上。
圖5是使用對準組件300測量邊緣環的度量的方法500的流程圖。方法500能夠透過測量碟(例如接觸構件422，其機械地耦合到處理套件)的位移來決定處理套件的位置。因此，方法500被配置為決定處理套件的邊緣環是否傾斜，即，邊緣環相對於基板支撐件的位置是否在規格參數內。替代地或附加地，方法500能夠基於邊緣環相對於基板支撐件的高度來決定邊緣環磨損。
在操作502，從位於邊緣環下方的感測器接收訊號。感測器可以是光發射感測器，例如感測器304。感測器位於對準銷的一端。對準銷的另一端與邊緣環機械接觸並且被配置為相對於基板支撐表面在垂直方向上移動邊緣環。例如，感測器304靠近對準銷260的下端305來放置。對準銷260的上端303接觸可調式調諧環250的下表面231。邊緣環210(包括第一環部件220和第二環部件230)設置在可調式調諧環250的頂部。感測器304位於每個可調式調諧環250和邊緣環210的下方，包括第一環部件220和第二環部件230。
在操作504，基於從感測器接收的訊號決定邊緣環的位置。對準銷機械地接觸設置在外殼內的偏置構件。對準銷透過接觸構件聯接到偏置構件，使得接觸構件設置在偏置構件和對準銷之間。對準銷上的負載導致接觸構件沿重力方向移動。對準銷上的負載包括邊緣環的重量，以及感測器和邊緣環之間的任何中間環，例如調諧環。例如，對準銷260上的負載包括邊緣環210的重量，包括第一環部件220和第二環部件230，以及可調式調諧環250。
接觸構件的相對位移對應於升降銷上的負載。因此，邊緣環相對於基板支撐表面的位置對應於接觸構件的相對位移。如上所述，感測器偵測接觸構件的相對運動。因為接觸構件機械耦合到邊緣環，所以感測器能夠決定邊緣環和/或調諧環的位移。
方法500進行到操作506，其中基於對準銷的位移計算邊緣環的度量。在一個示例中，對準銷的位移用於計算邊緣環相對於基板支撐表面的位置。對準銷機械地接觸邊緣環，使得對準銷上的負載包括邊緣環的重量，如上所述。校準接觸構件的位置，使得當邊緣環的頂表面基本平行於基板支撐表面時，感測器偵測到接觸構件的零位移。接觸構件的零位移對應於相對於基板支撐件位準的環，例如邊緣環。因此，接觸構件的負位移對應於相對於基板支撐表面太低的邊緣環，並且接觸構件的正位移對應於相對於基板支撐表面太高的邊緣環。
在一個非限制性示例中，感測器304接收從接觸構件422反射的光束301。感測器304被配置為決定光束301已經穿過的距離，該距離對應於接觸構件422的位移。決定光束301的飛行時間，其對應於接觸構件422的位移。接觸構件的位移也可以透過測量光束301在從感測器304到接觸構件422並返回感測器304的往返行程時的飛行時間t of來決定。飛行時間由等式
Figure 02_image001
表示。變量t代表飛行時間，v代表光束301的速度，d代表感測器304和接觸構件422之間的距離。光束301在感測器304處被偵測，並作為訊號被發送到控制器155。其上安裝有程式的控制器155計算接觸構件422的位置，該位置對應於對準銷260的位移。
在另一個示例中，度量經計算而對應於邊緣環的侵蝕。如所指出的，感測器304基於接觸構件422的位移來偵測邊緣環210相對於基板支撐表面182的相對位置。因此，隨著邊緣環210被侵蝕，對準銷260上的負載與被侵蝕的邊緣環210的重量減小成比例地減小。透過在一段時間內監測邊緣環210的負載，可以計算侵蝕速率以及絕對侵蝕，即對應於邊緣環210的重量損失的度量。
例如，力感測器(未示出)可以耦合到對準組件300的可移動部分，以便測量處理套件的質量。機械力(例如邊緣環的負載或重量)被轉換為可測量的電訊號。隨著邊緣環施加在力感測器上的力增大或減小，電訊號按比例變化。隨著邊緣環的侵蝕，施加到力感測器的機械力減小，力感測器輸出的電訊號也減小。電訊號對應於邊緣環的磨損或劣化。
可替代地，扭矩馬達(未示出)和螺釘(例如，對準銷260)被校準以偵測邊緣環的重量。扭矩馬達和螺釘耦合到處理套件，螺釘接觸處理套件的環。螺釘被配置為隨著邊緣環的重量變化而垂直移動。移動處理套件所需的力被轉換為電訊號。諸如光學編碼器之類的編碼器被配置為向控制器提供反饋以用於螺釘的精確垂直位置。在一個示例中，光學編碼器可以耦合到扭矩馬達。電訊號包括為克服螺釘的從靜止位置移動邊緣環的慣性所需的力。對應於邊緣環重量的訊號減去電訊號內的慣性和與摩擦相關或編碼器或控制器固有的任何雜訊。
該方法繼續進行到操作508，其中對邊緣環執行維護操作以回應於計算的度量。可對可調式調諧環進行維護操作。例如，在日常維護期間，邊緣環或可調式調諧環可能會被移動或更換。應校準替換邊緣環的位置，使得替換邊緣環基本平行於基板支撐表面。然而，不希望有的材料會在處理腔室內堆積，導致可調式調諧環或其他部件楔入基板支撐組件內。因此，當替換邊緣環不在正確位置時，可重新調整可調式調諧環，從而使替換邊緣環變得基本平行於基板支撐表面。在另一個示例中，可調式調諧環被移除並清潔。如果可調式調諧環符合規範，則可調式調諧環再次重新定位在基板支撐件內。在一個示例中，可以調節該環的垂直高度，例如邊緣環或可調式調諧環相對於基板支撐表面的垂直高度。如果可調式調諧環不再符合規範，則更換可調式調諧環。
在另一個示例中，在操作508執行的維護回應於處理套件環例如邊緣環的負載或重量。如前所述，感測器能夠偵測邊緣環的重量。這樣，當邊緣環侵蝕時，邊緣環的重量減小，且控制器偵測到相應的侵蝕量。控制器根據邊緣環的重量計算侵蝕量。當邊緣環的重量達到閾值最小值時，控制器會產生訊號或警報，以提醒操作員應該更換邊緣環。因此，移除邊緣環並安裝替換邊緣環。
在操作510，方法500返回到操作502並且方法500繼續進行。在一個示例中，當邊緣環或調諧環被替換時，操作502繼續進行。在另一個示例中，操作502在例行維護時間進行。並且，在又一示例中，操作502、504和506可以進行一段預定量的時間，或者直到決定邊緣環的閾值侵蝕。
本文公開的示例涉及用於決定環在處理套件內的位置的方法和裝置。有利地，所公開的方法和裝置使得當環從直接光學監測中被遮擋時，能夠決定環位置。儘管前述是針對具體示例的，但是在不脫離其基本範圍的情況下可以設計其他示例，並且其範圍由所附請求項決定。
180:基板支撐組件 100:處理腔室 150:基板 101:腔室主體 103:蓋 130:內部容積 107:電接地 102:感應耦合電漿裝置 155:控制器 120:匹配網路 119:偏壓源 153:電極 162:夾持電源 110、112:線圈 114:匹配網路 106:RF饋電結構 108:RF電源供應 105:功率分配器 113:加熱元件 115:電源 182:支撐表面 116:氣體面板 117:入口 118:電漿 121:閥 122:真空泵 123:處理器 124:記憶體 125:支援電路 500:方法 200:處理套件 202:靜電夾持(ESC) 204:冷卻板(或陰極) 206:基座 212:陰極疊層 208:電源 210:邊緣環 220:環部件 230:環部件 254:上表面 256:下表面 250:可調式調諧環 258:間隙 260:對準銷 270:蓋環組件 276:環形主體 278:電漿幕 272:蓋環 274:套筒 300:對準組件 302:外殼 304:感測器 260:對準銷 301:光束 306:底架 310:孔 308:引導件 303:上端 305:下端 424:偏置構件 312:升降組件 314:馬達 316:波紋管 318:升降銷 401:主體 404:頂表面 406:底表面 402:側壁 408:透明窗 410:頂表面 412:底表面 414:緊固件 416:O形環 418:對準孔 422:接觸構件 420:凹部 426:排氣通道 428:通孔 500:方法 502:操作 504:操作 506:操作 508:操作 510:操作
為了能夠詳細理解本公開發明的上述特徵的方式，可以透過參考示例來獲得上文簡要概括的本公開發明的更具體的描述，其中一些示例在附圖。然而，要注意，附圖僅示出示例性示例，因此不應被視為限制其範圍，並且可以允許其他同樣有效的示例。
圖1是具有基板支撐組件的處理腔室的示意性剖面視圖。
圖2示出了設置在圖1的處理腔室中的基板支撐組件上的處理套件的放大的局部剖面視圖。
圖3說明了一個對準組件，其被配置為獲得處理套件的環的度量，如圖2所示。
圖4是對準組件的剖面視圖，其顯示了對準組件外殼的細節。
圖5是利用對準組件測量邊緣環度量的方法的流程圖，如圖3-4所示。
為了便於理解，在可能的情況下使用了相同的元件符號來表示附圖共有的相同元件。預期一個示例的元件和特徵可以有益地結合到其他示例中而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
180:基板支撐組件
202:靜電夾持(ESC)
204:冷卻板(或陰極)
206:基座
212:陰極疊層
208:電源
210:邊緣環
256:下表面
250:可調式調諧環
260:對準銷
270:蓋環組件
276:環形主體
272:蓋環
274:套筒
300:對準組件
302:外殼
304:感測器
301:光束
306:底架
310:孔
308:引導件
305:下端
312:升降組件
314:馬達
316:波紋管
318:升降銷

Claims (20)

  1. 一種用於基板處理腔室的感測器組件，包括： 一外殼，該外殼具有一頂表面、與該頂表面相對的一底表面、以及將該頂表面連接到該底表面的複數個側壁，該外殼還包括位於該頂表面中的一凹部，該凹部在該外殼內形成一內部容積； 一偏置構件； 一接觸構件，該接觸構件設置在該偏置構件上，其中該偏置構件和該接觸構件設置在該凹部內；和 一感測器，該感測器用於偵測該接觸構件的一位移，該接觸構件的該位移對應於一邊緣環的一相對位置。
  2. 根據請求項1所述的感測器組件，其中該感測器是一光發射感測器，該光發射感測器具有從約500nm到約1000nm的一光頻率，以及從約25微米到約75微米的一光束直徑。
  3. 如請求項1所述的感測器組件，其中該偏置構件具有介於約2.5磅/吋和約4.5磅/吋之間的一彈簧常數。
  4. 如請求項1所述的感測器組件，其中該感測器是一光發射感測器，該光發射感測器具有從約600nm至約750nm的一光頻率，以及約25至約75微米的一光束直徑，並且其中該偏置構件具有超過2.75磅/吋的一彈簧常數。
  5. 如請求項1所述的感測器組件，還包括： 一對準銷，該對準銷具有一上端及一下端，該上端被配置為接觸一可調式調諧環，該下端則被配置為使該偏置構件移位，其中該邊緣環與該可調式調諧環接觸。
  6. 如請求項5所述的感測器組件，其中該接觸構件設置在該對準銷的該下端和該偏置構件之間。
  7. 如請求項1所述的感測器組件，其中該邊緣環還包括： 一第一環部件；和 一第二環部件，其中該第一和該第二環部件中的每一者形成一環形主體。
  8. 如請求項1所述的感測器組件，還包括： 一透明窗，該透明窗具有一頂表面和一底表面，該透明窗機械耦合到該外殼的該底表面，其中該感測器耦合到該透明窗的該底表面。
  9. 如請求項1所述的感測器組件，還包括： 複數個排氣通道，該複數個排氣通道延伸穿過該外殼的該頂表面而進入該凹部。
  10. 如請求項9所述的感測器組件，其中該複數個排氣通道將該凹部流體地耦合到與該基板處理腔室相同的一壓力。
  11. 一種邊緣環度量測量系統，包括： 一邊緣環，該邊緣環設置在一基板支撐表面上； 一外殼，該外殼具有一頂表面、與該頂表面相對的一底表面、以及將該頂表面連接到該底表面的複數個側壁，該外殼還包括位於該頂表面中的一凹部，該凹部在該外殼內形成一內部容積； 一偏置構件； 一接觸構件，該接觸構件設置在該偏置構件上，其中該偏置構件和該接觸構件設置在該凹部內； 一對準銷，該對準銷與該邊緣環和該接觸構件機械接觸； 一光發射感測器，該光發射感測器用於偵測該接觸構件的一位移，該接觸構件的該位移對應於該邊緣環的一度量。
  12. 如請求項11所述的邊緣環度量測量系統，其中該光發射感測器具有從約500nm到約1000nm的一光頻率，以及從約25微米到約75微米的一光束直徑。
  13. 如請求項11所述的邊緣環度量測量系統，其中該偏置構件具有在約2.5磅/吋和約4.5磅/吋之間的一彈簧常數。
  14. 如請求項11所述的邊緣環度量測量系統，其中該光發射感測器具有從約600nm到約750nm的一光頻率，以及從約25微米到約75微米的一光束直徑，並且其中該偏置構件具有超過2.75磅/吋的一彈簧常數。
  15. 如請求項11所述的邊緣環度量測量系統，其中，該對準銷進一步包括： 一上端，該上端配置為接觸一可調式調諧環，以及一下端，該下端配置為使該偏置構件移位，並且其中該接觸構件設置在該對準銷的該底表面和該偏置構件之間，其中該邊緣環與該可調式調諧環接觸。
  16. 如請求項11所述的邊緣環度量測量系統，還包括： 複數個排氣通道，該複數個排氣通道延伸穿過該外殼的該頂表面而進入該凹部。
  17. 一種半導體處理系統，包括： 一處理腔室，該處理腔室用於處理一基板；和 一種儲存指令的非暫時性電腦可讀媒體，該指令在由一處理器執行時會致在該處理腔室中執行一方法，該方法包括以下步驟： 在一感測器處接收一訊號，該訊號在一基板支撐表面下方發出，該基板支撐表面被配置為具有設置在其上的一邊緣環，該邊緣環被配置為包圍該基板； 偵測該邊緣環的一位移； 基於該位移計算該邊緣環的一度量；和 回應該度量來對該邊緣環執行一維護操作。
  18. 如請求項17所述的半導體處理系統，其中該度量是該邊緣環的一權重。
  19. 如請求項18所述的半導體處理系統，其中該維護操作包括： 調整該邊緣環的一垂直高度。
  20. 如請求項18所述的半導體處理系統，其中該度量對應於邊緣環侵蝕的一量。
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