TWI744541B - 具有監測設備的處理工具 - Google Patents

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安納薩 沙布藍尼
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Abstract

實施例包括了用於監測蝕刻速率或沉積速率或用於控制晶圓製造製程的操作的系統、設備及方法。在一個實施例中，一種處理工具包括：處理腔室，具有圍繞腔室容積的襯套壁；及監測設備，具有經由該襯套壁中的孔洞暴露於該腔室容積的感測器。該感測器能夠實時地量測在該晶圓製造製程期間發生在該腔室容積內的材料沉積速率及除去速率。可相對於該襯套壁中的該孔洞移動該監測設備以選擇性地將該感測器或空白區域經由該孔洞暴露於該腔室容積。因此，可藉由該感測器來監測執行在該腔室容積中的該晶圓製造製程，且可在原位腔室清潔製程期間將該感測器相對於該腔室容積密封起來。亦描述及主張了其他的實施例。

Description

具有監測設備的處理工具
實施例關於基板處理的領域，且具體而言是關於用於量測處理工具中的材料沉積或材料除去的設備及方法。
半導體設備的製造可涉及藉由例如使用沉積或蝕刻製程的晶圓處理工具來進行的基板上的材料（且更具體而言是半導體材料）的沉積及除去。蝕刻製程包括傳統的反應離子蝕刻（RIE）及基於自由基的選擇性除去製程（SRP），及它們的組合。沉積製程包括熱化學氣相沉積（CVD）及電漿強化的CVD製程。為了精確沉積或除去指定量的半導體材料，可使用膜厚度量測技術。例如，可藉由處理半導體材料的晶圓給定的時間量，且接著使用橢圓偏振計量測沉積或除去的膜量，來間接地量測材料沉積及材料除去。並且，已使用感測器來量測與沉積/除去速率關聯的次要因素以間接估算晶圓製造製程期間的沉積/除去速率。
實施例包括了具有用來偵測材料沉積或除去的量或速率的感測器的處理裝備。在一個實施例中，該處理裝備包括處理工具，該處理工具包括具有圍繞腔室容積的襯套壁的製程腔室。該襯套壁包括該腔室容積及外襯套面之間的孔洞。該處理工具包括具有感測器的監測設備，且該感測器包括沿著感測器軸與該孔洞對準的感測器表面。並且，該感測器包括在從該感測器表面除去材料時改變的參數。因此，該監測設備可藉由基於改變的該參數決定製程特性來監測晶圓製造製程。
在一個實施例中，該監測設備包括沿著中心軸延伸的設備主體。該設備主體包括與該中心軸正交的端面，且該端面包括凹口。該感測器被安裝在該凹口中。並且，感測器密封件被安裝在該端面上且圍繞該凹口而延伸。該感測器表面經由該感測器密封件暴露於周圍環境。因此，可將該感測器密封件圍繞該孔洞壓縮在該端面及該襯套壁之間以將該感測器暴露於該腔室容積。或者，可在相對於該孔洞側向偏移的位置處將該感測器密封件壓縮在該端面及該襯套壁之間以將該感測器與該腔室容積隔離。
在一個實施例中，一種方法包括以下步驟：將一定材料的晶圓裝載到處理工具的腔室容積中。該方法包括以下步驟：在該腔室容積中起動晶圓製造製程。
可在該晶圓製造製程期間經由該孔洞從該感測器表面除去材料。該方法包括以下步驟：回應於從該感測器表面除去該材料，偵測該感測器的參數的改變。可基於該參數的該改變來決定從該感測器表面除去該材料的速率。該方法可包括以下步驟：將該端面的空白區域暴露於該孔洞，及起動原位腔室清潔製程以清潔該襯套壁。因此，該感測器可暴露於該孔洞以監測該晶圓製造製程（例如選擇性除去製程），且在原位腔室清潔製程期間與該孔洞隔離。
以上概要並不包括所有態樣的窮舉列表。預期的是，包括了可藉由上文概述的各種態樣以及下文的「實施方式」部分中所揭露的及與本申請案一同提出的請求項中所具體指出的彼等態樣的所有合適組合實行的所有系統及方法。此類組合具有以上概要中未具體記載的特定優點。
依據各種實施例描述了用於蝕刻及沉積製程的實時原位監測、或晶圓製造製程的其他製造或控制行為的實時原位監測的系統、設備及方法。在以下的說明中，闡述了許多具體細節以提供實施例的完整了解。本領域中的技術人員將理解到，可在沒有此些具體細節的情況下實行實施例。在其他的情況中，不詳細描述眾所周知的態樣以不會不必要地模糊了實施例。並且，要了解到，附圖中所示的各種實施例是說明性的表示且不一定是依比例繪製的。
現存的蝕刻及沉積製程是開環式製程。亦即，製程配方包括了製程參數，該等製程參數是固定的及/或在沒有反饋量測的情況下執行在固定的製程時間內。更具體而言，不存在用來控制製程的製程參數的實時資訊。用於量測材料沉積及除去的現存技術並不提供晶圓製造製程的實時量測及控制，或是基於與次要因素的關聯來提供材料沉積/除去的估算而不是直接量測沉積/除去。例如，可使用異位（ex-situ）橢圓偏振計來量測膜厚度，然而，因為橢圓偏振計是週期性的監測器，橢圓偏振計並不能針對普通的生產行程偵測沉積/除去速率上的實時偏移或漂移。並且，安裝在處理工具的製程腔室中用來量測次要因素（例如電漿中的RF匹配位置或氣體濃度）的感測器並不直接量測所關心的變數（沉積/除去速率）。因此，先前在製程監測及製程控制方面的企圖還未針對蝕刻製程、選擇性除去製程及沉積製程提供充分的實時控制方案。
下文描述了包括監測設備以針對基板處理量測原位蝕刻及沉積速率的晶圓處理裝備。監測設備包括用來在所有壓力範圍下（例如在真空條件下）及在無電漿條件下量測材料沉積或材料除去的感測器。監測設備可選擇性地將感測器暴露於腔室容積以監測晶圓製造製程。例如，感測器可包括感測器表面，且感測器的參數（例如諧振頻率）可在將材料沉積於感測器表面上或從感測器表面除去材料時改變。因此，可監測材料沉積或除去量或速率以及此類量或速率的均勻性的實時量測結果及使用該實時量測結果以控制由晶圓處理系統所執行的晶圓製造製程。監測設備可為可移動的，以將感測器定位在與腔室容積隔離的密封環境中以在原位腔室清潔（ICC）製程期間保護感測器。
在一個態樣中，監測設備包括可選擇性地暴露於處理工具的腔室容積的感測器。感測器可被安置為經由圍繞腔室容積而延伸的襯套壁中的孔洞與腔室容積流體連通，或可在監測設備的空白區域經由孔洞暴露於腔室容積時將感測器抵著襯套壁的外襯套面密封。因此，感測器可在晶圓製造製程期間實時地經由襯套壁中的孔洞監測沉積或除去速率，且可在ICC製程期間與腔室容積隔離。監測設備可包括若干感測器以藉由萬一在主感測器故障或達到壽命終點時提供備份感測器來提供感測器備援。若干感測器亦可藉由在感測器上具有不同的犧牲材料針對不同的製程提供選擇性蝕刻速率監測器。下文進一步描述了這些及其他的態樣。
將了解到，可將下文所述的處理系統及方法用在將材料沉積在基板上或從基板除去材料的任何形狀尺寸或製程中。更具體而言，雖然針對用於製造積體電路的晶圓處理描述了處理系統及方法，但亦可將設備及方法調適為用在其他技術（例如電子工業中的顯示器及/或太陽能工業中的光伏打電池）中。
參照圖1，示出了依據一個實施例的處理系統的圖解。處理系統100可包括藉由通訊鏈路105通訊耦接到電腦系統104的處理工具102。通訊鏈路105可為有線或無線的連接，例如處理工具102及/或處理工具102的元件可直接地或無線地與電腦系統104通訊。
處理工具102可包括藉由一或更多個裝載鎖氣室110實體連接到工廠介面108的緩衝腔室106。並且，可藉由一或更多個各別的裝載鎖氣室110將一或更多個製程腔室112實體連接到緩衝腔室106。緩衝腔室106可充當中間容積，該中間容積大於製程腔室112的各別容積，該中間容積留在低壓下，然而是在高於製程腔室112內的製程壓力的壓力下。因此，可在半導體設備的製造期間在真空條件下在處理工具102的腔室106、112之間移動材料基板（例如半導體晶圓）。可藉由包括在處理工具102中的各種設備（例如自動臂、梭動機構等等）允許此移動。
可在製程腔室112中執行各種製造操作。例如，至少一個製程腔室112可為蝕刻腔室、沉積腔室、半導體光刻工具的腔室或任何其他基板處理腔室。如此，可在真空條件、大氣條件或任何其他壓力範圍下使用製程腔室112來執行晶圓製造製程。晶圓製造製程可包括用來從設置在製程腔室112的腔室容積中的基板除去材料的選擇性除去製程（SRP）。
除了變化壓力範圍以外，亦可使用製程腔室112來執行具有不同能量條件的製造製程。例如，製程腔室112可為自由基驅動的蝕刻腔室或不包括電漿的沉積腔室。亦即，製程腔室112在晶圓製造製程期間可為無電漿的。
參照圖2，示出了依據一個實施例的安裝在製程腔室上的監測設備的圖解。基板可在處理工具102的製程腔室112中經受晶圓製造製程。基板可由一定材料所形成且具有一定的形狀尺寸。例如，基板可能是晶圓202。晶圓202可由任何材料所形成，例如晶圓202可為半導體材料晶圓。晶圓202可在晶圓移動經由處理工具102時經歷不同的壓力條件。例如，可在大氣條件下將晶圓安插到工廠介面108中。接著，在晶圓進入工廠介面108及緩衝腔室106之間的裝載鎖氣室110時，可使裝載鎖氣室110處於120毫托的真空條件。晶圓可接著從裝載鎖氣室110進入緩衝腔室106，該緩衝腔室具有100毫托的緩衝腔室壓力。
可從緩衝腔室106經由裝載鎖氣室110將晶圓202傳輸到製程腔室112中。例如，製程腔室112可包括被調整尺寸為接收晶圓202的腔室容積204。因此，可在製程腔室112內執行的晶圓製造製程期間將材料沉積於晶圓202上或從該晶圓除去。在晶圓製造製程期間，製程腔室112的腔室容積204可具有使用例如真空源206（例如真空泵及/或渦輪泵）來降低到真空條件的腔壓。在此說明書的上下文下，真空條件可為小於0.5 atm的任何壓力。在一個實施例中，製程腔室112中的真空條件在製程腔室112具有小於緩衝腔室106的壓力（例如小於100毫托）的腔壓時存在。因此，製程腔室112可在晶圓製造製程的製造操作期間處於真空條件下。並且，真空條件可減少或消除來自腔室容積204的氣態混合物，且因此腔室容積204在晶圓製造製程期間可為無電漿的。
可將監測設備208安裝在製程腔室112上。例如，監測設備208可穿過外腔室壁210，且可例如藉由固定到腔室壁210的凸緣來固定到外腔室壁210，且可藉由墊片或另一機械密封件將凸緣抵著腔室壁210密封。監測設備208可具有與腔室容積204內的襯套壁212相鄰及/或接觸的末端。更具體而言，襯套壁212相對於外腔室壁210可為內部的，且可圍繞腔室容積204而延伸。因此，襯套壁212可至少部分界定容納晶圓202的腔室容積204。
製程腔室112可包括腔室容積204內的晶圓固持器211。晶圓固持器211可例如為靜電卡盤，該靜電卡盤具有電極以在晶圓製造製程期間靜電夾持晶圓202。晶圓固持器211可包括固持面214，晶圓202被夾持在該固持面上。例如，固持面214可為晶圓固持器211上方的介電材料層。
如下文所述，監測設備208可監測發生在朝上表面（例如背向固持面214的表面）處的材料沉積或材料除去。預期的是，監測設備208包括以與朝上表面上的材料類似或相同的方式與晶圓製造製程起反應的感測器。例如，製程腔室112的來源可產生自由基以蝕刻晶圓202，且自由基可類似地蝕刻監測設備208的感測器。因此，監測設備208可在感測器經由襯套壁212暴露於腔室容積204時偵測晶圓202的材料除去速率或沉積速率上的改變。因此，監測設備208可在製程腔室112中執行的製程期間評估蝕刻速率或沉積速率。
處理工具102可包括其他感測器及/或量測儀器以偵測晶圓製造製程的製程參數。例如，處理工具102可包括光譜計216，該光譜計安裝在製程腔室112上或以其他方式安裝以在晶圓製造製程期間偵測腔室容積204的發光光譜測定（OES）訊跡。OES訊跡可識別腔室容積204內的元素的類型及量。例如，OES訊跡可在晶圓製造製程期間識別腔室容積204內的電漿中存在著什麼化學元素。可使用其他感測器來偵測腔室容積204中執行的晶圓製造製程的其他製程參數。此類其他感測器可包括用來量測遞送到製程腔室112或晶圓202的電力的電感測器、用來量測晶圓固持器211的電特性的電感測器等等。基於下文所述的理由，此類感測器可不量測材料(例如半導體材料)的實際的沉積或除去的量或速率，但可仍然與由監測設備208作出的實際的沉積或除去量測關聯。
參照圖3，示出了依據一個實施例的監測設備的截面說明，該監測設備安裝在製程腔室上且具有暴露於腔室容積的感測器。在一個實施例中，襯套壁212具有延伸於內襯套面302及外襯套面304之間的壁厚。例如，襯套壁212可為圍繞腔室容積204的圓柱形壁，使得內襯套面302向內面朝腔室容積204。相較之下，外襯套面304可向外面朝製程腔室112的外腔室壁210。
可在襯套壁212中形成襯套腔306。襯套腔306可從外襯套面304朝向內襯套面302部分延伸穿過襯套壁212。襯套腔306可由圍繞襯套壁212內的襯套腔306的腔壁308所界定。更具體而言，腔壁308可為外襯套面304圍繞襯套壁212內的襯套腔306的一部分。
在內襯套面302內部的腔室容積204可被安置為與外襯套面304外部的區域流體連通。更具體而言，襯套壁212可包括延伸於腔室容積204及外襯套面304之間的孔洞310。例如，孔洞310可從內襯套面302向腔壁308延伸，以將襯套腔306安置為與腔室容積204流體連通。
在一個實施例中，監測設備208包括感測器312。感測器312可具有沿著感測器軸314與孔洞310對準的朝前表面（例如感測器表面）。因此，感測器312可在第一配置下經由孔洞310暴露於腔室容積204。第一配置可為製程監測配置，其中感測器312要提供正在腔室容積204內執行的晶圓製造製程的原位監測。例如，感測器312可為諧振微量天平以監測製程，然而其他的感測器類型是可能的（參照圖19）。在SRP製程的情況下，感測器312監測來自晶圓202的選出的材料的除去速率。在蝕刻製程的情況下，感測器312監測晶圓202上的一或更多個層或晶圓202本身的蝕刻速率。類似地，在沉積製程的情況下，感測器312監測晶圓202上的膜的沉積速率。由感測器312進行的原位監測是藉由將製程氣體、離子化氣體、自由基及/或材料交換穿過孔洞310來容許的。更具體而言，感測器312可具有在將材料沉積於感測器表面上或從感測器表面除去時改變的參數。可使用參數的改變來決定製程特性。例如，可基於參數的改變來決定從晶圓202及/或感測器表面除去材料的速率。因此，監測設備208可提供晶圓製造製程的原位監測。
在一個實施例中，感測器312可為微感測器。「微」可指依據實施例的某些感測器或結構的描述性尺寸。例如，用語「微感測器」可指具有1到100 µm的規模的尺度的感測器。亦即，在一個實施例中，感測器312可具有包括1到100 µm的最大寬度的感測器表面。因此，感測器312可為微量天平，該等微量天平是能夠作出百萬分之一克的數量級的重量的準確量測的儀器，且感測器312可為具有微米規模尺寸的微感測器。
用語「微感測器」亦可指使用與微電機系統（MEMS）有關的材料及製造製程來製造的感測器。亦即，本文中所述的感測器312（在某些實施例中）可能是使用MEMS製程（例如沉積製程、圖案化、蝕刻等等）來製造的。因此，感測器312可為具有使用MEMS製程來形成的尺寸及結構的MEMS規模感測器。然而，要理解到，實施例並不受限於此，且實施例的某些態樣可能適用於更大及可能更小的尺寸規模。例如，本文中所述的諧振微量天平感測器312可以不是微感測器。
參照圖4，示出了依據一個實施例的監測設備的截面說明，該監測設備安裝在製程腔室上且具有暴露於腔室容積的空白區域。藉由執行ICC製程在晶圓製造製程行程之間檢修製程腔室112是典型的。ICC製程可清潔製程腔室112的壁及元件以穩定化晶圓製造製程。例如，ICC製程可將非常有侵蝕性的蝕刻化學物質發送到系統中以清潔製程腔室112的製程套件及壁。具侵蝕性的化學物質可能縮短感測器312的壽命，且因此，第二配置可為感測器保護配置。亦即，可在第一配置下將感測器312暴露於腔室容積204，卻可在第二配置下將感測器312與腔室容積204隔離。
監測設備208可包括沿著中心軸404延伸的設備主體402。更具體而言，設備主體402可從外端延伸到與襯套壁212相鄰的端面408，該外端具有凸緣406以附接到外腔室壁210。端面408可與中心軸404正交及/或與外襯套面304平行。更具體而言，端面408可為順應襯套腔306的腔壁308的表面。感測器312可被安裝在設備主體402的端面408上的第一位置處。類似地，端面408可包括相對於感測器312側向偏置的空白區域410。例如，空白區域410可相對於感測器312在中心軸404的相對側上。空白軸412可與中心軸404平行而延伸及延伸穿過空白區域410。類似地，感測器軸314可與中心軸404平行而延伸及延伸穿過感測器312的感測器表面。在一個實施例中，空白軸412及感測器軸314相對於中心軸404是等距的。因此，監測設備208可圍繞中心軸404而旋轉以將感測器312移動為與孔洞310不對準及將空白區域410移動為與孔洞310對準。
在第二配置下，空白區域410經由孔洞310暴露於腔室容積204。並且，感測器312不經由孔洞310暴露於腔室容積204。監測設備208可包括一或更多個密封件414以將感測器312及/或空白區域410抵著外襯套面304密封。例如，第一密封件414可圍繞感測器312而延伸，且第一密封件414可壓抵腔壁308以防止來自外襯套面304後方的區域的氣體進入感測器312前面的區域。類似地，第二密封件414可圍繞空白區域410而延伸，且第二密封件414可壓抵腔壁308以防止來自腔室容積204的氣體經由孔洞310流出到外襯套面304後方的區域中。
參照圖5，示出了依據一個實施例的監測設備的透視圖。在一個實施例中，監測設備208的設備主體402包括設備頭502及設備基部504。凸緣406可從設備基部504的末端徑向向外延伸。一或更多個緊固件孔洞可延伸穿過凸緣406以允許藉由一或更多個緊固件（例如螺栓、螺釘、銷等等）將凸緣406固定到製程腔室112。監測設備208可包括延伸於凸緣406的扁平面及/或凸緣406的圓柱面上方的一或更多個凸緣密封件506。凸緣密封件506可在將凸緣406固定到製程腔室112上時壓抵製程腔室112以防止氣體從製程腔室112外面的周圍環境508洩漏到腔室容積中或從腔室容積洩漏到該周圍環境中。
設備頭502可耦接到設備基部504與凸緣406相對的末端。設備頭502可具有從設備基部504向端面408延伸的圓柱形的外表面。在一個實施例中，設備頭502的端面408包括凹口510。凹口510可縱向延伸到設備頭502中。因此，可將感測器312安裝在凹口510中。凹口510可具有等於或大於感測器312的厚度的深度，使得感測器312的感測器表面512沿著中心軸404處於與端面408相同的縱向位置，或感測器表面512沿著中心軸404縱向地在端面408及凸緣406之間。
在一個實施例中，監測設備208包括安裝在端面408上的感測器密封件514。感測器密封件514可為墊片以在墊片被壓在端面408及外襯套面304之間時在該等表面之間提供機械密封。例如，感測器密封件514可為由柔性材料所形成的O形環，該O形環可被擠壓在端面408及外襯套面304之間。因此，感測器密封件514可具有圍繞感測器軸314而延伸的剖面。更具體而言，感測器密封件514可完全圍繞凹口510而延伸。
端面408可縱向地在感測器密封件514的朝前表面及凸緣406之間。因此，感測器表面512可經由感測器密封件514（例如經由感測器密封件514的內徑的中心通道）暴露於周圍環境508。在感測器密封件514在第一配置下被擠壓在端面408及外襯套面304之間時，感測器表面512經由孔洞310暴露於腔室容積204。相較之下，在感測器密封件514在第二配置下被擠壓在端面408及外襯套面304之間時，感測器表面512被隔離在端面408、外襯套面304及感測器密封件514的徑向向內表面之間的空腔內。
在一個實施例中，監測設備208包括安裝在端面408上的空白密封件516。空白密封件516可為與感測器密封件514類似的墊片，例如空白密封件516可為由柔性材料形成的O形環。因此，空白密封件516可具有圍繞空白軸412而延伸的剖面。更具體而言，空白密封件516可完全圍繞端面408的空白區域410而延伸。
端面408可縱向地在空白密封件516的朝前表面及凸緣406之間。因此，空白區域410可經由空白密封件516（例如經由空白密封件516的中心通道或內徑）暴露於周圍環境508。在空白密封件516在第二配置下被擠壓在端面408及外襯套面304之間時，空白區域410經由孔洞310暴露於腔室容積204。
參照圖6，示出了依據一個實施例的監測設備的設備頭的前透視圖。在一個實施例中，可從設備基部504分離設備頭502。例如，緊固件可沿著中心軸404延伸穿過設備頭502且被擰緊到設備基部504中。藉由除去緊固件，可除去設備頭502。因此，設備頭502可被製造及販賣為包括一或更多個感測器312的替換部件，該一或更多個感測器被裝載到設備頭502中且經由各別的凹口510而暴露。
設備頭502可包括圍繞中心軸404而分佈的若干凹口510及空白區域410。在一個實施例中，監測設備208包括圍繞中心軸404而對稱分佈的三個感測器312及空白區域410。更具體而言，各個感測器312的各別的感測器軸及空白區域410的空白軸可在徑向上相對於中心軸404隔開相同的距離。並且，各個軸之間用中心軸404處的頂點量測的角度可為相等的。例如，在四個旋轉位置的情況下，在圍繞中心軸404而量測時，各個軸可與下個軸分離90度。並且，若干感測器312及空白區域410可被各別的密封件414（例如各別的感測器密封件514或空白密封件516）圍繞。
感測器312可包括具有碟片形狀的諧振主體602。碟片形狀可包括經由各別凹口510及/或孔洞310面朝前的感測器表面512。碟片形狀亦可包括背離凹口510的後表面（圖7）。
參照圖7，示出了依據一個實施例的監測設備的設備頭的後透視圖。在一個實施例中，設備頭502包括保留插入物702以將感測器312固持在設備頭502內。設備頭502可具有後凹口704以接收感測器312，使得感測器312的後感測器表面706是面向後方的。可將保留插入物702安插到後凹口704中且藉由一或更多個緊固件固定到設備頭502。設備頭502可包括壓抵後感測器表面706的後接點708以向及自感測器312的諧振主體602傳送電訊號。
參照圖8，示出了依據一個實施例的安裝在製程腔室上的監測設備的截面圖。安裝設備可以能夠圍繞中心軸404而旋轉。例如，可將設備頭502接收在襯套插入物802內。襯套插入物802可包含襯套腔306。襯套腔306可為襯套插入物802內的圓柱形凹口，該圓柱形凹口順應設備頭502的外圓柱面。因此，藉由從製程腔室112卸除凸緣406，使用者可轉動襯套插入物802內的安裝設備以使得端面408上的感測器位置或空白位置中的一個不同的位置與孔洞310對準。
在一個實施例中，一次只有端面408上的一個位置與孔洞310對準，而其他位置同一時間與腔壁308隔離。將感測器與腔室容積204隔離的能力可用來針對監測設備208設定取樣頻率。例如，可使用五取一的取樣模式來每五個受處理晶圓202中取一個地在量測位置處將特定感測器312暴露於腔室容積204。可在使用者藉由旋轉監測設備208從一個感測器312瞄準移動（index）到下個感測器時針對下四個晶圓202將特定感測器312處於隔離位置。設定取樣頻率的能力允許在資料收集速率及感測器壽命之間進行取捨。
在SRP的情況下，旋轉監測設備208可提供監測各種自由基蝕刻製程的行為。例如，感測器312可在諧振主體602上具有與正被從晶圓202除去的材料對應的塗料。例如，晶圓202可為半導體材料晶圓202及/或可包括在SRP期間被除去的半導體材料。感測器表面512亦可包括作為要在SRP期間除去的塗料的半導體材料以監測晶圓製造製程。例如，晶圓202可為矽晶圓，而感測器312可包括沉積於諧振主體602上的矽的薄塗層（例如15-20微米）。因此，在SRP期間從晶圓202除去矽時，亦經由孔洞310從感測器312除去了矽。類似地，可由不同的半導體材料製造不同的晶圓202，且不同的感測器312可包括不同半導體材料的薄塗層。因此，在將不同的晶圓202裝載到腔室容積204中且不同的感測器312與孔洞310對準時，可同時從不同的晶圓202及不同的感測器312除去不同的半導體材料。因此，監測設備208可包括要用來針對不同類型的晶圓202監測晶圓製造製程的具有不同預塗材料的若干感測器。
在一個示例中，晶圓202可由第一材料製造且包括第二材料的塗料。感測器312可包括第二材料的塗層。因此，在晶圓202被裝載到腔室容積204中且包括第二材料的塗層的感測器312與孔洞310對準時，可同時從晶圓202及感測器312除去第二材料。
監測設備208可被配置為減少自由基或氣體進入設備頭502及設備基部504之間的介面的可能性。例如，設備頭502可包括圍繞中心軸404而延伸的頭部密封面804。頭部密封面804可與設備基部504相鄰。更具體而言，設備基部504可具有圍繞中心軸404而延伸的基部密封面806，且頭部密封面804可面向基部密封面806。密封面可與中心軸404平行及/或與中心軸404正交。在密封面之間可能存在著提供氣體進入監測設備208的路線的間隙。為了防止氣體如此進入到設備頭502及設備基部504之間，可將主體密封件808設置在頭部密封面804及基部密封面806之間。主體密封件808可為安裝在設備頭502及/或設備基部504上且被壓縮在密封面之間的墊片或另一類型的機械密封件。主體密封件808可防止氣體在ICC製程期間進入監測設備208，否則可能蝕刻設備頭502的後凹口704內的後感測器表面706。
在從感測器表面512除去材料或將材料沉積到該感測器表面上時，感測器312可產生與參數上的改變對應的電氣的感測器輸出訊號。例如，電氣的感測器輸出訊號的頻率可基於諧振主體602的質量而改變，該質量又在材料被沉積或除去時改變。因此，為了實時監測晶圓製造製程，經由製程腔室112的壁向電腦系統104傳送及傳遞電氣的感測器輸出訊號。在一個實施例中，監測設備208包括電連接到感測器312的電氣真空饋通器810以經由通訊鏈路105傳遞電訊號。電氣真空饋通器810可包括穿過真空密封件的一或更多個電針腳以從監測設備208向外承載電訊號。電氣真空饋通器810可連接到縱向延伸穿過監測設備208到電力連接器814的電纜線812。
參照圖9，示出了依據一個實施例的監測設備的電連接的詳細圖解。電力連接器814可電連接到感測器312的後感測器表面706，且因此，電氣真空饋通器810可經由電力連接器814電連接到後感測器表面706。
在一個實施例中，監測設備208包括與後感測器表面706接觸的可壓縮的連接器902。可壓縮連接器902可為導電結構，該導電結構具有壓抵電力連接器814的第一端及壓抵與後感測器表面706接觸的支撐板903的第二端。例如，可壓縮連接器902可為延伸於電力連接器814及支撐板903之間的金屬彈簧。支撐板903、可壓縮連接器902及電力連接器814可為由導電材料（例如鋁）所形成的導電構件。導電構件可形成導電路徑。導電路徑可被容納在絕緣體屏蔽物950的圓柱形空腔內。絕緣體屏蔽物950可為陶瓷圓柱體，該陶瓷圓柱體具有有著孔洞的端壁以允許電力連接器814穿過。因此，可壓縮連接器902可從支撐板903經由絕緣體屏蔽物950向電力連接器814傳導電訊號，及經由端壁向外向電纜線812傳導電訊號。
在一個實施例中，可壓縮連接器902是由鋁或不銹鋼所形成的波紋管904。波紋管904可被壓縮在支撐板903及電力連接器814之間以確保良好的電接觸。波紋管904可具有與彈簧連接器類似的彈性。然而，波紋管904可具有較彈簧連接器為低的電感。
可經由上述的後接點708及/或經由沉積於後感測器表面706上的導電塗料提供支撐板903及後感測器表面706之間的電接觸。例如，後感測器表面706可包括鋁塗料以從感測器312向支撐板903傳遞電訊號。
參照圖10，示出了依據一個實施例的具有運動致動器且安裝在製程腔室上的自動化監測設備的截面圖。監測設備208可沿著中心軸404在軸向方向上自動移動，及圍繞中心軸404而自動旋轉移動。在一個實施例中，監測設備208包括沿著中心軸404延伸到電氣真空饋通器810的靜止連接桿1002。連接桿1002可就該連接桿可被固定到不圍繞中心軸404旋轉的滑板1004的意義而言是靜止的。然而，滑板1004可藉由在針對圖13-16更詳細描述的托座1006內滑動來直線移動。直線運動可將監測設備回縮出製程腔室112及推進到該製程腔室中。因此，連接桿1002可為在旋轉上靜止的而可直線移動的。
電纜線812可朝向設備基部504靠近設備頭502的遠端部分內的電力連接器814從電氣真空饋通器810延伸穿過連接桿1002。電力連接器814可為兩件式電連接器，且可被稱為彈簧接點。下文針對圖12更詳細描述了彈簧接觸結構。
監測設備208可包括用來圍繞中心軸404旋轉設備頭502及設備基部504的旋轉真空饋通器1008。旋轉真空饋通器1008可包括彼此相對旋轉的外殼及內部分。外殼可包括與附接到內部的若干磁鐵磁性地互動的若干磁鐵。可藉由滑輪來驅動旋轉真空饋通器1008（圖13）。更具體而言，馬達（圖13）可旋轉滑輪及將滑輪拉過外殼的外表面以使得外殼圍繞中心軸404而旋轉。外殼的旋轉可向內部的磁鐵施加力矩，使得內部亦圍繞中心軸404而旋轉。可經由外殼及內部之間的真空殼執行磁性施加力矩的行為，使得旋轉真空饋通器1008不允許氣體在製程腔室112及周圍環境508之間洩漏。
在一個實施例中，旋轉真空饋通器1008的內部附接到旋轉軸桿1010的外表面。旋轉軸桿1010可與連接桿1002同心。然而，與連接桿1002不同，旋轉軸桿1010可在旋轉真空饋通器1008向外表面施加力矩時自由地圍繞中心軸404而旋轉。並且，旋轉軸桿1010可具有連接到設備基部504的遠端。因此，可經由旋轉軸桿1010從旋轉真空饋通器1008向設備基部504傳送力矩。同樣地，在設備基部504旋轉時，設備頭502旋轉。
設備頭502的直線致動是藉由處理工具102的致動器來提供的。在一個實施例中，處理工具102包括具有彼此相對移動的末端的氣動致動器1012。如下文針對圖12所描述的，第一端1014可耦接到腔室壁210，而第二端1016可耦接到監測設備208。氣動致動器1012的致動可使得第一端1014相對於第二端1016移動。例如，第一端1014及第二端1016之間的距離可在空氣流進或流出末端之間的間隙時增加或減少。因此，可致動氣動致動器1012以移動端面408遠離外襯套面304。更具體而言，可藉由氣動致動器1012的氣動致動來使得設備頭502回縮而遠離襯套壁212。
如上所述，可經由致動一或更多個直線致動器沿著中心軸404直線移動設備頭502，且可經由致動一或更多個旋轉致動器圍繞中心軸404而旋轉設備頭502。因此，可向前直線移動設備頭502以抵著腔壁308壓縮密封件414，且可向後直線移動設備頭502以在端面408及腔壁308之間形成間隙，使得可在不損傷密封件414的情況下旋轉設備頭502。類似地，可在間隙形成時圍繞中心軸404而旋轉設備頭502以將端面408上的一個位置（例如感測器312）移動遠離孔洞310，同時朝向孔洞310旋轉端面408上的另一位置（例如空白位置）。亦即，可致動處理工具102的致動器以從腔壁308回縮設備頭502、圍繞中心軸404旋轉設備頭502、及推進設備頭502以抵著腔壁308壓縮密封件414。設備頭502的推進可包括釋放致動器使得彈簧回位力使得端面408靠近腔壁308。腔室容積204中所產生的真空可因此朝向腔壁308拉動端面408以壓縮密封件414。
參照圖11，示出了依據一個實施例的自動化監測設備的電連接的詳細圖解。感測器312可經由一或更多個中介結構電連接到電纜線812，如上文針對圖9所述的。中介結構可為彈簧類型的接點。例如，支撐板903及波紋管904可從感測器312向電力連接器814傳導電輸出訊號。電力連接器814可具有向後延伸到連接尖頭1102的縱向桿。可將連接到感測器312的電氣結構固定到設備頭502，且因此，設備頭502的直線移動可使得連接尖頭1102直線移動。
用來從感測器312向電氣真空饋通器810傳導訊號的電氣結構亦可包括固定部分。更具體而言，彈簧連接器1104可附接到連接桿1002。連接桿1002相對於氣動致動器1012的第二端1016可為靜止的。因此，在設備頭502在氣動致動器1012的致動下直線移動時，彈簧連接器1104仍然在原位。亦即，彈簧連接器1104仍然靜止，而連接尖頭1102移動。設備頭502的直線致動可使得在抵著襯套壁212推進設備頭502時，連接尖頭1102接觸彈簧連接器1104。相較之下，在設備頭502從襯套壁212回縮時，可將連接尖頭1102與彈簧連接器1104隔開。因此，可在推進設備頭502時形成連接尖頭1102及彈簧連接器1104之間的電接觸，而可在回縮設備頭502時形成連接尖頭1102及彈簧連接器1104之間的電斷接。並且，在連接尖頭1102及彈簧連接器1104之間的電接觸形成時，可將來自感測器312的電輸出訊號傳遞到電氣真空饋通器810。相較之下，在連接尖頭1102及彈簧連接器1104之間的電斷接形成時，沒有電訊號在感測器312及電氣真空饋通器810之間傳遞。
將了解到，分離連接尖頭1102及彈簧連接器1104的能力允許若干連接尖頭1102與單個彈簧連接器1104接觸。亦即，彈簧連接器1104可朝向與附接到暴露於孔洞310的感測器312的任一個連接尖頭1102接觸的位置彎曲。更具體而言，暴露於孔洞310的第一感測器312結構的連接尖頭1102可壓抵彈簧連接器1104以形成電接觸。在要將第二感測器312暴露於孔洞310時，回縮設備頭502以將第一連接尖頭1102與彈簧連接器1104分離。可接著旋轉設備頭502以使得第二感測器312與孔洞310對準，且可釋放設備頭。在設備頭502朝向腔壁308推進時，與第二感測器312相關聯的第二連接尖頭1102可與彈簧連接器1104接觸。因此，可將各個連接尖頭1102旋轉為與彈簧連接器1104對準、接合彈簧連接器1104、脫離彈簧連接器1104及旋轉為不與彈簧連接器1104對準。
參照圖12，示出了依據一個實施例的自動化監測設備的氣動致動器的詳細圖解。氣動致動器1012可包括附接到腔室壁210的第一端1014及附接到設備基部504的第二端1016。可藉由一或更多個線性彈簧1202可移動地耦接第一端1014及第二端1016。例如，左側的線性彈簧1202可被壓縮在第一端1014的第一壁及第二端1016的第一邊緣之間。類似地，右側的線性彈簧1202可被壓縮在第一端1014的第二壁及第二端1016的第二邊緣之間。線性彈簧可提供預加負荷以強迫第一端1014遠離第二端1016。
線性彈簧可偏壓設備頭502遠離腔壁308或朝向腔壁308，取決於它們的佈置。在一個實施例中，偏壓線性彈簧可能不足以克服由腔室容積204內的真空所提供的端面408上的拉力。因此，可將第一端1014及第二端1016之間的間隙填以氣體以將間隙增壓，線性彈簧位在該間隙裡面。在間隙被增壓時，其可強迫第二端1016遠離第一端1014，且因此可從腔壁308回縮設備頭502。間隙可為使用例如氮氣或另一清洗氣體來增壓的空腔。除了造成設備頭502的直線回縮以外，壓力可較製程腔室112中的壓力為高，以確保自由基不逃脫腔室容積204及進入第一端1014及第二端1016之間的空腔。
參照圖13，示出了依據一個實施例的示出用於監測設備的維護程序的操作的透視圖。提供了用於替換設備頭502及/或設備頭502內的感測器312的程序。滑板1004可具有從監測設備208徑向向外延伸的滑動尖頭1350。在一個實施例中，滑動尖頭1350延伸穿過托座1006中的狹槽1302。滑動尖頭1350可具有允許滑動尖頭1350在狹槽1302內直線移動的厚度，然而，因為狹槽1302的寬度小於滑動尖頭1350的長度，防止了滑動尖頭1350的旋轉。在第一配置下，在監測設備208被安裝在製程腔室112上時，滑動尖頭1350在狹槽1302內可為完全向前的。
注意，圖13中示出了用來驅動旋轉真空饋通器1008的滑輪1304及馬達1306。滑輪1304可圍繞機輪而延伸，且機輪可被安裝在馬達1306的驅動軸桿上。因此，馬達1306可旋轉驅動滑輪1304，且可如上所述地將該旋轉傳送到旋轉真空饋通器1008。
參照圖14，示出了依據一個實施例的示出用於監測設備的維護程序的操作的透視圖。托座1006的架構可允許滑動尖頭1350直線滑動穿過狹槽1302。在滑動尖頭1350直線滑動時，監測設備208可從製程腔室112回縮。藉由滑動尖頭1350及托座1006的狹槽1302的相對尺度防止了監測設備208在回縮過程期間旋轉。藉由防止監測設備208旋轉，防止了設備頭502及製程腔室112之間的意外衝擊。因此，設備頭502內的感測器312被保護免於衝擊直到設備頭502已脫離製程腔室112為止。
參照圖15，示出了依據一個實施例的示出用於監測設備的維護程序的操作的透視圖。在監測設備208已回縮且設備頭502已脫離製程腔室112時，滑板1004可在托座1006內旋轉以朝向使用者定向設備頭502。更具體而言，監測設備208的旋轉使得使用者更容易接取設備頭502以允許從設備基部504分離設備頭502。因為托座1006具有較遠端狹槽區域為寬的近端狹槽區域，容許了滑動尖頭1350在托座1006內旋轉。
參照圖16，示出了依據一個實施例的用來固持處理系統的監測設備的支撐托座的詳細圖解。托座1006的近端狹槽區域1602包括圍繞狹槽中心1606而呈鏡像的一對弧形面。更具體而言，第一弧形剖面1604從狹槽1302的頂面朝向第一狹槽止擋1608向上掃掠。類似地，第二弧形剖面1604從狹槽1302的末端朝向第二狹槽止擋1608向下掃掠。弧形剖面1604可圍繞穿過狹槽中心1606的水平面而呈鏡像。第一弧形剖面1604及第二弧形剖面1604之間的徑向距離可大於滑板1004的長度。因此，在滑板1004回縮到近端狹槽區域1602中時，跨近端狹槽區域1602的寬度大於滑板1004的長度，且滑板1004可圍繞狹槽中心1606而旋轉。滑板1004的旋轉將持續直到滑板1004的上表面接觸第一滑動止擋及/或滑板1004的下表面接觸第二滑動止擋為止。因此，托座1006包括允許滑板1004在製程腔室112處的遠端及近端狹槽區域1602之間直線移動的狹槽1302。然而，狹槽1302允許滑板1004在近端狹槽區域1602內旋轉移動。
監測設備208的元件可由常用在製程腔室設計中的材料所形成。例如，暴露於腔室容積204及/或真空的元件中的各者可由鋁、不銹鋼或合適的聚合物所形成。本文藉由示例的方式提供了若干示例。連接尖頭1102可為不銹鋼。連接桿1002可為鋁。設備頭502及設備基部504可為鋁。支撐板903可為鋁。因此，監測設備208的元件可安全地暴露於源於製程腔室112中的自由基及/或真空。
參照圖17，示出了依據一個實施例的流程圖的圖解，該流程圖表示監測晶圓製造製程的方法的操作。在一個實施例中，晶圓製造製程是SRP，而感測器312包括諧振微量天平以監測SRP的蝕刻速率。在操作1702處，一種材料的晶圓202被裝載到處理工具102的腔室容積204中。晶圓202的材料可或可不為半導體材料，如上所述。例如，晶圓202可為第一材料（半導體或非半導體材料），該第一材料具有第二材料（半導體或非半導體材料）的塗層。晶圓材料可包括：介電材料，例如SiO2 、SiN等等；用於互連的金屬材料，例如W及Cu；硬式遮罩蝕刻材料，例如PECVD硬式遮罩碳、玻璃、矽等等。晶圓材料可為任何基板材料。可在蝕刻製程是自由基蝕刻類型製程時藉由監測設備208來監測選擇性蝕刻速率，該等製程具有被遠端電漿源或微波電漿源引入到腔室容積204中的自由基。
襯套壁212可圍繞腔室容積204而延伸，且因此襯套壁212可圍繞晶圓202。如上所述，襯套壁212包括腔室容積204及外襯套面304之間的孔洞310，且因此，在晶圓202上執行SRP時，可從腔室容積204經由孔洞310向襯套壁212外面的區域傳遞自由基及材料。因此，可將端面408上的第一區域暴露於襯套壁212中的孔洞310。例如，可將第一感測器312旋轉到偵測位置中，在該偵測位置處，第一感測器312經由孔洞310暴露於腔室容積204。亦即，監測設備208可包括具有與孔洞310對準的感測器表面512的感測器312。在第一感測器312處於偵測位置中時，可將其他感測器312維持在隔離位置中且不暴露於製程。
在操作1704處，在腔室容積204中起動晶圓製造製程。例如，在SRP中從晶圓202除去材料。如上所述，感測器表面512可包括材料，且因此，可在晶圓製造製程期間經由孔洞310從感測器表面512除去該材料。
在操作1706處，回應於從感測器表面512除去材料而偵測感測器312的參數的改變。下文進一步描述了感測器312類型。藉由示例的方式，然而，來自感測器312的電訊號的頻率可隨著感測器312的質量改變而改變。可使用頻率上的改變來監測SRP。
在操作1708處，可基於參數的改變來決定從感測器表面512除去材料的速率。例如，在來自感測器312的電訊號的頻率改變時，電腦系統104可使用頻率資料來決定材料除去速率。類似地，可使用該改變來偵測從感測器312除去的材料量且因此偵測從晶圓202除去的材料量。
在操作1710處，可將端面408上的第二區域暴露於孔洞310。例如，可將端面408的空白區域410暴露於孔洞310。可藉由將感測器表面512移動為不與孔洞310對準及將空白區域410移動為與孔洞310對準，來將空白區域410暴露於孔洞310。例如，如上所述，設備頭502可從腔壁308回縮、圍繞中心軸404而旋轉及朝向腔壁308推進。可在由使用者或氣動致動器1012提供人工或自動化的力時在真空下執行設備頭502的回縮及推進。
在操作處1712，起動ICC製程以清潔襯套壁212。在ICC期間，可將所有感測器312與源於腔室容積204中的自由基及氣體隔離。例如，可將圍繞各個感測器312的各別感測器密封件514壓縮在腔壁308及端面408之間，且因此，可保護各個感測器312免於侵蝕性的ICC。
參照圖18A，示出了依據一個實施例的處理系統的諧振器類型感測器的示意圖。在一個實施例中，晶圓處理工具102的一或更多個感測器312包括諧振器1802。諧振器1802可為合適的諧振質量感測器，例如石英晶體微量天平（QCM）、表面聲波（SAW）或膜體聲波諧振器（FBAR），該等諧振質量感測器皆量化沉積於它們表面上的材料的累積質量。為了簡潔及容易了解的目的而有利於簡化說明，本文不描述諧振器1802的複雜性及變化的說明。各個諧振器1802可具有如本領域中習知的特性頻率（例如諧振頻率）。例如，在不深入細節的情況下，可藉由如圖18A中所示的簡單質量彈簧系統來表示諧振器1802。諧振器1802的特性頻率可與諧振器1802系統的質量1804成反比。例如，特性頻率可與諧振器1802系統的「k」除以「M」的平方根成比例，其中「M」與質量1804對應，而「k」與諧振器1802系統的彈簧常數對應。因此，將認識到，特性頻率例如在晶圓製造製程期間在諧振器1802接收或放出材料1806時變動。更具體而言，在將材料1806（例如半導體材料）沉積於晶圓處理工具102內的諧振器1802的感測器表面512上或從該感測器表面除去時，諧振器1802的質量1804改變，且因此，特性頻率變動。
諧振器1802的感測器表面512可為例如面朝孔洞310的暴露面。然而，諧振器1802具有感測器表面512的一部分可包括若干層。例如，諧振器1802可包括具有感測器表面512的頂層1810下方的基底層1808。基底層1808及頂層1810可包括相同的材料。例如，基底層1808及頂層1810可由相同的矽材料所形成。在一個實施例中，基底層1808是由與頂層1810不同的材料所形成的。例如，基底層1808可為諧振主體602，而頂層1810可為沉積於基底層1808上的矽材料塗料。因此，頂層1810可覆蓋基底層1808的一部分。
在一個實施例中，感測器表面512包括材料1806。更具體而言，感測器312可包括由與在晶圓製造製程期間沉積於晶圓202上或從該晶圓除去的材料相同的材料所形成的感測器表面512。例如，在晶圓製造製程是用來將矽沉積到矽晶圓202上的沉積製程時，感測器表面512可包括矽以確保所沉積的材料1806以與跟晶圓202互動類似的方式與感測器表面512互動。類似地，在晶圓製造製程是用來從矽晶圓202除去矽的蝕刻製程時，感測器表面512可包括矽以確保用與從矽晶圓202除去矽的速率類似的速率從感測器表面512蝕刻材料1806。因此，感測器表面512可模擬晶圓202的表面以量測實際在晶圓製造製程期間同時發生於晶圓202的沉積速率或除去速率。
參照圖18B，示出了依據一個實施例的處理系統的諧振器類型感測器的示意圖。可用作感測器312的特定類型諧振器1802是MEMS諧振質量感測器，例如熱致動高頻單晶矽諧振器。可使用單遮罩製程將此類諧振器1802製造為個別的設備或陣列。諧振器1802可包括在對稱面1816的任一側上的兩個墊1812。可在兩個墊1812之間傳遞波動電流以在電流路徑中造成交流（AC）歐姆損失分量。在一個實施例中，大部分的歐姆損失發生在互連墊1812的薄柱1818中。薄柱1818可被居中定位且在與對稱面1816正交的方向上延伸於墊1812之間。柱1818中所產生的波動溫度可在柱1818中造成AC力及交變熱應力以在面內（in-plane）諧振模式下致動諧振器1802。在面內諧振模式下，具有質量1804(例如「M」)的墊1812在相反方向上振動。因此，在諧振時，諧振器1802包括振動的墊1812的特性頻率，且由於壓阻效應藉由交變機械應力調變柱1818的電阻。因此，在諧振器1802中存在著與特性頻率對應的可偵測的小訊號運動電流。
參照圖19，示出了依據一個實施例的處理系統的電晶體感測器類型的感測器的示意圖。在一個實施例中，晶圓處理工具102的一或更多個感測器312包括電晶體感測器1902。電晶體感測器1902可包括一或更多個電晶體，例如MOSFET 1904。MOSFET 1904可包括源極1906、汲極1908及閘極1910。電晶體感測器1902亦可包括收集器1912(與針對圖18A-18B所描述的質量1804類似)以在晶圓製造製程期間接收或發射材料1806。收集器1912可與MOSFET 1904實體分離，然而，子元件可彼此電連接。例如，收集器1912可經由電跡線1914電連接到MOSFET 1904的閘極1910。因此，MOSFET 1904可被配置為即使在收集器1912定位在與MOSFET 1904隔開的預定位置處時亦偵測材料1806已到達收集器1912上或已從該收集器蒸發。
收集器1912可被調整尺寸及配置為接收材料1806。例如，材料1806粒子的典型尺寸可在45奈米到1微米的範圍中，且因此，收集器1912可包括具有有著至少1微米的直徑的外輪緣的外剖面。在朝下方向上檢視時的外輪緣形狀可為圓形、矩形或任何其他的形狀。 並且，收集器1912可為扁平的，例如可具有平坦的感測器表面512，或收集器1912可具有錐形的感測器表面512。在一個實施例中，收集器1912相對於MOSFET 1904不是單獨的結構，反而被合併到MOSFET 1904中。例如，收集器1912可為MOSFET 1904的閘極1910上的收集區域。
與上述的諧振器1802類似，電晶體感測器1902的收集器1912可包括被配置為模擬晶圓202的表面的感測器表面512。例如，收集器1912上的感測器表面512可被定向為朝向孔洞310面向朝前方向。收集器1912可包括例如具有相同或不同材料的基底層1808及頂層1810的多層結構。
在一個實施例中，電晶體感測器1902的參數與MOSFET 1904對應。更具體而言，電晶體感測器1902的參數可為如跨閘極1910量測的MOSFET 1904的臨限電壓。臨限電壓可與收集器1912上的材料1806的存在或不存在直接對應。例如，臨限電壓在第一量的材料1806在收集器1912上時可具有第一值，而臨限電壓在第二量的材料1806在收集器1912上時可具有第二值(與第一值不同)。因此，可基於電晶體感測器1902的臨限電壓來決定所收集的或從收集器1912的感測器表面512發射的材料1806。電腦系統104的處理器可被配置為偵測臨限電壓上的改變，且因此，在偵測到臨限電壓上的改變時，晶圓處理工具102可將該改變註記為材料沉積或除去的量。可隨時間記錄臨限電壓以針對晶圓202決定材料的實際沉積速率或除去速率。
感測器312可包括其他的感測器類型。例如，晶圓處理工具102的一或更多個感測器312可為光感測器（未示出）。光感測器可為本領域中習知的微光機電系統（MOEMS），且可使用已知的處理操作（例如半導體處理操作）來直接形成於基板上。為了簡潔及容易了解的目的而有利於簡化說明，本文不描述MOEMS的複雜性及變化的說明。光感測器可包括跨基板的感測器表面512分佈的若干微反射鏡或透鏡。在不深入細節的情況下，光感測器可包括從光源發出的光路徑。光路徑可在光源及光偵測器之間。在一個實施例中，光感測器的參數與是否從光源在光偵測器處接收到光對應。例如，該參數可回應於干擾光路徑的材料而改變。亦即，在材料粒子穿過光路徑或停止在光路徑中且阻擋了光源及光偵測器之間的光時，該參數可改變。在一個實施例中，在粒子穿過光感測器時，來自光源的光被朝向另一光偵測器沿著不同的光路徑反射。由另一光偵測器偵測到反射光可對於光感測器的參數造成改變。該參數可例如為與光偵測對應的光感測器的輸出電壓。電腦系統104的處理器可被配置為偵測輸出電壓上的改變，且因此，在偵測到輸出電壓上的改變時及/或在偵測到光路徑中的干擾時，晶圓處理工具102可將該改變註記為從基板上的感測器表面512沉積或除去材料的作用，且因此，可實時地量測及監測沉積/除去的量及/或速率。
將理解到，因為上述的感測器類型是在與外部壓力獨立的電參數的基礎上操作的，具有一或更多個感測器312（例如諧振器1802、電晶體感測器1902或光感測器）的晶圓處理工具102可在任何壓力範圍下（包括在真空條件下）工作。類似地，無論腔室容積204的氣體濃度（包括在無電漿條件下），感測器312皆可操作。可從所有的感測器類型向電纜線812及電氣真空饋通器810輸出電參數以向電腦系統104傳送資料。
參照圖20，示出了依據一個實施例的處理系統的示例性電腦系統的方塊圖。電腦系統104可為與晶圓處理工具102的電子電路系統交接的製造設施主機電腦。在一個實施例中，電腦系統104被耦接到及控制自動機、裝載鎖氣室110、製程腔室112、監測設備208及晶圓處理工具102的其他元件。電腦系統104可接收及分析如上所述地由感測器312所提供的材料沉積/除去資訊。
可在區域網路（LAN）、內聯網、外聯網或網際網路中將電腦系統104連接（例如連網）到其他機器。電腦系統104可操作為客戶端-伺服器網路環境中的伺服器或客戶端機器，或操作為同級間（或分佈式）網路環境中的同級機器。電腦系統104可為個人電腦（PC）、平板PC、機頂盒（STB）、個人數位助理（PDA）、蜂巢式電話、網頁設備、伺服器、網路路由器、開關或橋接器、或能夠執行一組指令（用順序的或其他的方式執行）的任何機器，該組指令指定要由該機器所採取的動作。進一步地，雖僅針對電腦系統104繪示了單個機器，用詞「機器」亦應被視為包括了個別地或聯合地執行一組（或多組）指令以執行本文中所論述的方法中的任一者或更多者的任何系列的機器（例如電腦）。
電腦系統104可包括具有非暫時性機器可讀取媒體的電腦程式產品或軟體2002，該非暫時性機器可讀取媒體具有儲存在其上的指令，該等指令可用來程式化電腦系統104（或其他電子設備）以執行依據實施例的製程。機器可讀取媒體包括用於以可由機器（例如電腦）所讀取的形式來儲存或傳送資訊的任何機構。例如，機器可讀取（例如電腦可讀取）媒體包括機器（例如電腦）可讀取儲存媒體（例如唯讀記憶體（「ROM」）、隨機存取記憶體（「RAM」）、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶設備等等）、機器（例如電腦）可讀取傳輸媒體（電氣、光學、聲學或其他形式的傳播訊號（例如紅外線訊號、數位訊號等等））等等。
在一個實施例中，電腦系統104包括經由匯流排2009來彼此通訊的系統處理器2004、主記憶體2006（例如唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、動態隨機存取記憶體（DRAM）（例如同步DRAM（SDRAM）或Rambus DRAM（RDRAM））…等等）、靜態記憶體2008（例如快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體（SRAM）…等等）及輔助記憶體（例如資料儲存設備2024）。
系統處理器2004表示一或更多個一般用途處理設備，例如微型系統處理器、中央處理單元等等。更具體而言，系統處理器2004可為複雜指令集計算（CISC）微型系統處理器、精簡指令集計算（RISC）微型系統處理器、超長指令詞（VLIW）微型系統處理器、實施其他指令集的系統處理器或實施指令集組合的系統處理器。系統處理器2004亦可為一或更多個特殊用途的處理設備，例如特定應用積體電路（ASIC）、現場可程式化邏輯閘陣列（FPGA）、數位訊號系統處理器（DSP）、網路系統處理器等等。系統處理器2004被配置為執行處理邏輯2010以供執行本文中所述的操作。
電腦系統104可更包括系統網路介面設備2012以供在網路2014上與其他設備或機器（例如晶圓處理工具102）通訊。電腦系統104亦可包括視訊顯示單元2016（例如液晶顯示器（LCD）、發光二極體顯示器（LED）或陰極射線管（CRT））、文數字輸入設備2018（例如鍵盤）、游標控制設備2020（例如滑鼠）及訊號產生設備2022（例如揚聲器）。
輔助記憶體可包括資料儲存設備2024，該資料儲存設備具有機器可存取儲存媒體2026（或更具體地為電腦可讀取儲存媒體），在該機器可存取儲存媒體上儲存了實現本文中所述的方法或功能中的任一者或更多者的一或更多組指令（例如軟體2002）。軟體2002亦可（完全地或至少部分地）在由電腦系統104執行該軟體期間常駐於主記憶體2006內及/或系統處理器2004內，主記憶體2006及系統處理器2004亦構成機器可讀取儲存媒體。可進一步經由系統網路介面設備2012在網路2014上傳送或接收軟體2002。
雖然機器可存取儲存媒體2026在一個示例性實施例中被示為單個媒體，但用語「機器可讀取儲存媒體」應被視為包括儲存該一或更多組指令的單個媒體或多個媒體（例如集中式或分佈式資料庫、及/或相關聯的快取記憶體及伺服器）。用語「機器可讀取儲存媒體」亦應被視為包括能夠儲存或編碼用於由機器執行的一組指令且使得機器執行方法中的任一者或更多者的任何媒體。用語「機器可讀取儲存媒體」應因此被視為包括（但不限於）固態記憶體以及光學媒體及磁式媒體。
系統處理器2004可被安置為與監測設備208的監測設備電路系統2030電連接。例如，匯流排2009可經由與系統元件（例如電纜線812及電氣真空饋通器810）連接的一或更多個輸入/輸出（I/O）連接來接收感測器312訊號。並且，可與電腦系統104一同並置監測設備電路系統2030的部分。例如，監測設備電路系統2030可包括頻率源（例如寬頻源）或偵測器。頻率源及偵測器可具有與晶圓處理工具102的感測器312的特定實施例相關的特定應用。例如，頻率源可向諧振器1802輸出電驅動訊號。偵測器可從感測器312接收與沉積於感測器表面512上的質量1804對應的輸出訊號。為了偵測諧振器1802的特性頻率上的變動，可將頻率源及偵測器合併在晶圓處理工具102的電腦系統104中。
監測設備電路系統的頻率源可為用來激發諧振器1802的寬頻源。監測設備電路系統的偵測器可監測諧振器1802的特性頻率及偵測特性頻率的變動。例如，偵測器可向處理器2004輸出與特性頻率對應的訊號(例如輸出電壓或電流)。處理器2004可被配置為接收輸出電壓及辨識特性頻率的變動。因此，在偵測到諧振器1802的輸出電壓及/或特性頻率上的改變時，晶圓處理工具102可將該改變註記為從諧振器1802的墊1812上的感測器表面512沉積或除去材料的情況。可隨時間記錄沉積及除去作用以偵測材料的沉積速率及/或除去速率。在諧振器1802的質量1804增加或減少時(例如在材料累積在諧振器1802上或從該諧振器蒸發時)，特性頻率將變動而允許晶圓處理工具102實時地監測及量測晶圓製造製程的沉積速率及/或除去速率。
在以上的說明書中，已描述了具體的示例性實施例。顯然，可在不脫離以下請求項的範圍的情況下對該等實施例作出各種變更。因此，應用說明的意義而非限制的意義看待說明書及繪圖。
100:處理系統
102:處理工具
104:電腦系統
105:通訊鏈路
106:緩衝腔室
108:工廠介面
110:裝載鎖氣室
112:製程腔室
202:晶圓
204:腔室容積
206:真空源
208:監測設備
210:腔室壁
211:晶圓固持器
212:襯套壁
214:固持面
216:光譜計
302:內襯套面
304:外襯套面
306:襯套腔
308:腔壁
310:孔洞
312:感測器
314‧‧‧感測器軸402‧‧‧設備主體404‧‧‧中心軸406‧‧‧凸緣408‧‧‧設備主體410‧‧‧空白區域412‧‧‧空白軸414‧‧‧密封件502‧‧‧設備頭504‧‧‧設備基部506‧‧‧凸緣密封件508‧‧‧周圍環境510‧‧‧凹口512‧‧‧感測器表面514‧‧‧感測器密封件516‧‧‧空白密封件602‧‧‧諧振主體702‧‧‧保留插入物704‧‧‧後凹口706‧‧‧後感測器表面708‧‧‧後接點802‧‧‧襯套插入物804‧‧‧頭部密封面806‧‧‧基部密封面808‧‧‧主體密封件810‧‧‧電氣真空饋通器812‧‧‧電纜線814‧‧‧電力連接器902‧‧‧可壓縮連接器903‧‧‧支撐板904‧‧‧波紋管950‧‧‧絕緣體屏蔽物1002‧‧‧連接桿1004‧‧‧滑板1006‧‧‧托座1008‧‧‧旋轉真空饋通器1010‧‧‧旋轉軸桿1012‧‧‧氣動致動器1014‧‧‧第一端1016‧‧‧第二端1102‧‧‧連接尖頭1104‧‧‧彈簧連接器1202‧‧‧線性彈簧1302‧‧‧狹槽1304‧‧‧滑輪1306‧‧‧馬達1350‧‧‧滑動尖頭1602‧‧‧近端狹槽區域1604‧‧‧第一弧形剖面1606‧‧‧第二弧形剖面1608‧‧‧第一狹槽止擋1702‧‧‧操作1704‧‧‧操作1706‧‧‧操作1708‧‧‧操作1710‧‧‧操作1712‧‧‧操作1802‧‧‧諧振器1804‧‧‧質量1806‧‧‧材料1808‧‧‧基底層1810‧‧‧頂層1812‧‧‧墊1816‧‧‧對稱面1818‧‧‧柱1902‧‧‧電晶體感測器1904‧‧‧MOSFET1906‧‧‧源極1908‧‧‧汲極1910‧‧‧閘極1912‧‧‧收集器1914‧‧‧電跡線2002‧‧‧軟體2004‧‧‧系統處理器2006‧‧‧主記憶體2008‧‧‧靜態記憶體2009‧‧‧匯流排2010‧‧‧處理邏輯2012‧‧‧系統網路介面設備2014‧‧‧網路2016‧‧‧視訊顯示單元2018‧‧‧文數字輸入設備2020‧‧‧游標控制設備2022‧‧‧訊號產生設備2024‧‧‧資料儲存設備2026‧‧‧機器可存取儲存媒體2030‧‧‧監測設備電路系統
圖1是依據一個實施例的處理系統的圖解。
圖2是依據一個實施例的安裝在製程腔室上的監測設備的圖解。
圖3是依據一個實施例的監測設備的截面說明，該監測設備安裝在製程腔室上且具有暴露於腔室容積的感測器。
圖4是依據一個實施例的監測設備的截面圖，該監測設備安裝在製程腔室上且具有暴露於腔室容積的空白（blank）區域。
圖5是依據一個實施例的監測設備的透視圖。
圖6是依據一個實施例的監測設備的設備頭的前透視圖。
圖7是依據一個實施例的監測設備的設備頭的後透視圖。
圖8是依據一個實施例的安裝在製程腔室上的監測設備的截面圖。
圖9是依據一個實施例的監測設備的電連接的詳細圖解。
圖10是依據一個實施例的安裝在製程腔室上的自動化監測設備的截面圖。
圖11是依據一個實施例的自動化監測設備的電連接的詳細圖解。
圖12是依據一個實施例的自動化監測設備的氣動致動器的詳細圖解。
圖13-15是依據一個實施例的透視圖，該等透視圖示出用於監測設備的維護程序的操作。圖16是依據一個實施例的用來固持處理系統的監測設備的支撐托座的詳細圖解。
圖17是依據一個實施例的流程圖的圖解，該流程圖表示監測晶圓製造製程的方法的操作。
圖18A-18B為依據一個實施例的處理系統的諧振器類型感測器的示意圖。
圖19為依據一個實施例的處理系統的電晶體感測器類型感測器的示意圖。
圖20繪示依據一個實施例的處理系統的示例性電腦系統的方塊圖。
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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100‧‧‧處理系統
102‧‧‧處理工具
104‧‧‧電腦系統
105‧‧‧通訊鏈路
106‧‧‧緩衝腔室
108‧‧‧工廠介面
110‧‧‧裝載鎖氣室
112‧‧‧製程腔室

Claims (20)

  1. 一種處理工具，包括：一製程腔室，具有側向圍繞一腔室容積的一襯套壁，其中該襯套壁包括該腔室容積及一外襯套面之間的一孔洞；及一監測設備，包括一微感測器，該微感測器具有沿著一感測器軸與該孔洞對準的一感測器表面及在從該感測器表面除去材料時改變的一參數，其中該微感測器可以選擇性地暴露於該製程腔室的該腔室容積，其中該監測設備偵測在該微感測器選擇性地暴露於該製程腔室的該腔室容積時改變的該參數，且其中該監測設備被配置為藉由旋轉該微感測器及一空白密封件兩者來交替地選擇性地將該微感測器及該空白密封件暴露於該製程腔室的該腔室容積。
  2. 如請求項1所述的處理工具，其中該監測設備包括具有一凹口的一端面，且其中該微感測器被安裝在該凹口中。
  3. 如請求項2所述的處理工具，更包括安裝在該端面上的一感測器密封件，其中該感測器密封件圍繞該凹口而延伸，且其中該感測器表面經由該孔洞暴露於該腔室容積。
  4. 如請求項3所述的處理工具，其中該空白密封件被安裝在該端面上，其中該空白密封件圍繞該端面的一空白區域而延伸。
  5. 如請求項2所述的處理工具，更包括一氣動致動器，該氣動致動器具有耦接到該製程腔室的一第一端及耦接到該監測設備的一第二端，其中該第一端可相對於該第二端移動以將該端面移動遠離該外襯套面。
  6. 如請求項1所述的處理工具，其中該微感測器包括具有一碟片形狀的一諧振主體，其中該碟片形狀包括面向該孔洞的該感測器表面及一後感測器表面，且該微感測器更包括電連接到該後感測器表面的一電氣真空饋通器。
  7. 如請求項6所述的處理工具，其中該監測設備包括與該後感測器表面接觸的一可壓縮連接器，且其中該可壓縮連接器電連接到該電氣真空饋通器。
  8. 如請求項7所述的處理工具，其中該可壓縮連接器是一波紋管。
  9. 一種監測設備，包括：一設備主體，沿著一中心軸延伸，其中該設備主體包括與該中心軸正交的一端面，且其中該端面包括一凹口； 一感測器，安裝在該凹口中，其中該感測器包括一感測器表面及在從該感測器表面除去材料時改變的一參數；一感測器密封件，安裝在該端面上，其中該感測器密封件圍繞該凹口而延伸，且其中該感測器表面經由該感測器密封件暴露於一周圍環境；一空白密封件，安裝在該端面上，其中該空白密封件圍繞該端面的一空白區域而延伸，其中一空白軸與該中心軸平行地延伸且延伸穿過該空白區域，其中一感測器軸與該中心軸平行地延伸且延伸穿過該感測器表面，且其中該空白軸及該感測器軸相對於該中心軸是等距的。
  10. 如請求項9所述的監測設備，其中該感測器包括具有一碟片形狀的一諧振主體，其中該碟片形狀包括面向該周圍環境的該感測器表面及一後感測器表面，且該感測器更包括電連接到該後感測器表面的一電氣真空饋通器。
  11. 如請求項10所述的監測設備，其中該監測設備包括與該後感測器表面接觸的一可壓縮連接器，且其中該可壓縮連接器電連接到該電氣真空饋通器。
  12. 如請求項11所述的監測設備，其中該可壓縮連接器是一波紋管。
  13. 如請求項9所述的監測設備，其中該設備主體包括：一設備頭，具有該端面及圍繞該中心軸而延伸的一頭部密封面；一設備基部，具有圍繞該中心軸而延伸的一基部密封面；及一主體密封件，在該頭部密封面及該基部密封面之間，以防止氣體進入到該設備頭及該設備基部之間。
  14. 一種用於量測一處理工具中的材料沉積或材料除去的方法，該方法包括以下步驟：將一監測設備的一端面的一第一區域暴露於一襯套壁中的一孔洞，其中該襯套壁側向圍繞一處理工具的一腔室容積而延伸，其中該監測設備的該第一區域包括一感測器，該感測器在該第一區域暴露於該孔洞時暴露於該處理工具的該腔室容積，且其中該監測設備偵測一參數，該參數在該感測器選擇性地暴露於該處理工具的該腔室容積時在該感測器上改變；及圍繞一中心軸旋轉該監測設備的該感測器及一空白密封件兩者以移動該第一區域遠離該孔洞及將該端面上該空白密封件暴露於該孔洞，其中該監測設備的該第一端的該感測器在該第一區域遠離該孔洞時不暴露於該處理工具的該腔室容積。
  15. 如請求項14所述的方法，更包括以下步驟：將一材料的一晶圓裝載到該處理工具的該腔室容積中；在該腔室容積中起動一晶圓製造製程，其中在該晶圓製造製程期間經由該孔洞從該感測器的一感測器表面除去該材料；及回應於從該感測器表面除去該材料，偵測該感測器的一參數的一改變。
  16. 如請求項15所述的方法，更包括以下步驟：基於該參數的該改變，決定從該感測器表面除去該材料的一除去速率。
  17. 如請求項16所述的方法，其中該監測設備包括具有一凹口的一端面，其中該感測器被安裝在該凹口中，且更包括以下步驟：將該端面的該空白密封件暴露於該孔洞；及起動一原位腔室清潔製程以清潔該襯套壁。
  18. 如請求項17所述的方法，其中將該端面的該空白密封件暴露於該孔洞的步驟包括將該空白密封件移動為與該孔洞對準。
  19. 一種用於量測一處理工具中的材料沉積或材料除去的方法，該方法包括以下步驟： 將一監測設備的一端面上的一第一區域暴露於一襯套壁中的一孔洞，其中該襯套壁圍繞一處理工具的一腔室容積而延伸；圍繞一中心軸而旋轉該監測設備，以移動該第一區域遠離該孔洞及將該端面上的一第二區域暴露於該孔洞；將一晶圓裝載到一處理工具的一腔室容積中，其中一襯套壁圍繞該腔室容積而延伸，其中該襯套壁包括該腔室容積及一外襯套面之間的一孔洞，其中一監測設備包括一感測器，該感測器具有與該孔洞對準的一感測器表面，且其中該感測器表面是該第一區域；在該腔室容積中起動一晶圓製造製程，其中在該晶圓製造製程期間經由該孔洞從該感測器表面去除該材料；回應於從該感測器表面去除該材料，偵測該感測器的一參數的一改變；基於該參數的該改變，決定從該感測器表面除去該材料的一除去速率，其中該監測設備包括具有一凹口的一端面，其中該感測器被安裝在該凹口中，且該方法更包括以下步驟：將該端面的一空白區域暴露於該孔洞，其中該空白區域是該第二區域；及 起動一原位腔室清潔製程以清潔該襯套壁。
  20. 如請求項19所述的方法，其中將該端面的該空白區域暴露於該孔洞的步驟包括將該空白區域移動為與該孔洞對準。
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