TWI784283B - 用於確定處理套件環損耗的檢測器及設備及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種診斷盤，可包括盤主體，盤主體具有圍繞盤主體的圓周的側壁，以及至少一個從側壁的頂部向外延伸的突起。非接觸式感測器附接到至少一個突起中的每一個突起的底側。印刷電路板(PCB)，佈置在由盤主體形成的內部中。佈置在PCB上並耦合到每個非接觸式感測器的電路系統，電路系統至少包括無線通信電路、記憶體和電池。蓋位於側壁內側的電路系統上方，其中蓋將在盤主體形成的內部中的電路系統密封而不受到盤主體外部的環境的影響。

Description

用於確定處理套件環損耗的檢測器及設備及其操作方法
一般而言，本發明的一些具體實施例涉及一種原位處理套件環壽命終止(End of Life；EoL)檢測設備。
在電漿處理期間，充能的氣體通常包含高度侵蝕的物質，物質會蝕刻和侵蝕已處理基板的裸露部分以及已處理基板周圍的部件，包括與基板共面並圍繞基板的處理套件環(例如晶圓邊緣環或簡稱為「邊緣環」，以及支撐環)。侵蝕的邊緣環通常在數個處理週期(例如處理時數，稱為射頻(RF)時數)之後進行更換，在導致不一致或不希望的處理結果之前，並且在從邊緣環侵蝕出的顆粒污染腔室中的處理而在基板上產生顆粒缺陷之前。習知地，為了確定邊緣環的侵蝕(或磨損)位準並更換邊緣環，對處理室進行排氣並且去除電漿蝕刻氣體的頂部源部件，以提供通向邊緣環的通道。這種排氣和拆卸不僅勞動強度大，而且在過程中還會損失數小時的基板處理設備的產量。另外，處理室的內部暴露可能會導致內部污染，因此在打開處理室後，將對處理室進行冗長的重新認證過程。
本文描述的一些具體實施例涵蓋了一種用於診斷邊緣環和/或其他處理套件環的壽命終止(EoL)以及自動更換邊緣環和/或其他處理套件環的方法。方法可開始於使用至少一個非接觸式感測器獲取設置在處理室內的處理套件環的頂表面的感測器資料。處理套件環的至少一部分在至少一個非接觸式感測器的視野內。方法可繼續進行藉由計算系統分析感測器資料以確定處理套件環的頂表面的侵蝕程度。方法可繼續進行響應於確定侵蝕程度達到壽命終止（EoL）閾值，開始自動更換處理套件環。
在一些具體實施例中，診斷盤具有圍繞盤的圓周的側壁，以及至少一個從側壁的頂部向外延伸的突起。非接觸式感測器可附接到至少一個突起中的每一個突起的底側。印刷電路板（PCB）可佈置在盤中，且電路系統可設置在PCB上並耦合到每個非接觸式感測器。電路系統可至少包括無線通信電路、記憶體和電池。蓋可位於側壁內側的電路系統上方，其中蓋將在盤內的電路系統密封而不受到盤外部的環境的影響。
在示例具體實施例中，處理室可以包括腔室主體。處理室可包含源蓋，源蓋耦接到腔室主體的頂部，其中腔室主體和源蓋一起封閉一內部空間。處理室還可包括設置在內部容積內的基板支撐組件，基板支撐組件包括構造成在基板的處理期間將基板支撐在固定位置的吸盤。處理室可包含邊緣環，邊緣環圍繞吸盤的圓周佈置，其中腔室主體或源蓋中的至少一個在邊緣環上方或側面的至少一個位置處限定一開口。處理室可包含非接觸式感測器，非接觸式感測器位於開口內和邊緣環的視線內，其中邊緣環的至少一部分在非接觸式感測器的視野內。處理室可包含耐電漿透鏡或窗口，耐電漿透鏡或窗口設置在開口處並將非接觸式感測器與內部空間隔開，其中耐電漿透鏡或窗口用於保護非接觸式感測器免受內部空間中的侵蝕性氣體的侵蝕。處理室可以包括可操作地耦合到非接觸式感測器的計算裝置。在具體實施例中，計算裝置將從非接觸式感測器接收邊緣環的頂表面的感測器資料；分析感測器資料以確定邊緣環頂表面的侵蝕程度；並根據確定侵蝕程度達到壽命終止（EoL）閾值的判斷，啟動邊緣環的自動更換。
本揭示內容的具體實施例提供了一種閉迴路、原位系統和方法，用於監視處理邊緣環侵蝕以確定邊緣環的壽命終止（EoL），並啟動由機器人驅動的邊緣替換處理，而無需將處理室排氣或打開腔室源蓋。除了測量和更換邊緣環之外，還可以測量和/或更換其他處理套件環（例如，諸如支撐環）。應當理解，本文參考邊緣環描述的具體實施例，也適用於處理室中的其他處理套件環。術語「原位」在此是指「就位」，在該意義上，處理室保持完好無損，並且無需對處理室進行拆卸或暴露在大氣中，即可執行所揭示的邊緣環的診斷和更換。在具體實施例中描述的所揭示的方法和系統，還提供了支撐環平面對準並且圍繞吸盤並以吸盤為中心，在處理期間基板（例如晶圓）被保持在吸盤上（例如靜電吸盤（ESC））。本文中參考晶圓討論了具體實施例。然而，具體實施例也適用於其他處理過的基板。
一個具體實施例可自動更換邊緣環而無需使處理室排氣，這提高了處理後的晶圓的良率，並提高了客戶製造設施（fab）中的工具時間利用率。另一具體實施例另外地或可替代地提供晶圓邊緣可調諧性，以藉由垂直移動邊緣環（例如使其與晶圓表面共面或不共面），來改變晶圓邊緣附近的特定位置中的電漿鞘和/或化學性質。這樣的具體實施例得益於原位診斷方法來確定邊緣環的磨損（被侵蝕和/或侵蝕）並用新的邊緣環代替，這提供了改進的處理結果，而不會擾亂處理和/或破壞基板處理系統或處理室。
各種具體實施例可採用非接觸式感測器，例如深度相機或接近感測器，以監視並幫助檢測邊緣環上的侵蝕程度何時超過指示其EoL的磨損閾值。來自非接觸式感測器的圖像資料或感測器資料（例如，指示邊緣環表面的粗糙度的資料）可以被發送到計算系統，計算系統可以分析資料以確定侵蝕位準是否在磨損程度閾值內。當侵蝕磨損超過此EoL閾值時，所揭示的系統可以開始用新的邊緣環自動更換出磨損的邊緣環。
在一個具體實施例中，一個或多個非接觸式感測器被包括在診斷盤上，診斷盤適於與晶圓具有大約相同的尺寸，並且以與傳送晶圓所使用的相同的機器人動作被送入和送出處理室。診斷盤可以將感測器資料無線傳輸到計算系統。在另一個具體實施例中，非接觸式感測器（例如高解析度深度相機）被佈置在端點窗口或頂部源氣體噴嘴孔內，以監測邊緣環侵蝕。感測器資料可以有線地或無線地從此固定的非接觸式感測器傳輸到計算系統。這兩種方法都有利地避免了處理室的排氣或處理室的拆卸，例如藉由去除電漿蝕刻氣體的頂部源部件。使處理節省了寶貴的工時，並避免了基板處理系統的停機時間。另外，具體實施例防止了處理室的內部暴露於大氣或外部環境，這減輕了處理室的污染。此外，具體實施例使得能夠追蹤邊緣環的狀況，並且使得能夠基於經驗資料而不是基於猜測來在適當的時間更換邊緣環。
圖1A示出了根據本揭示內容的一個態樣的範例處理系統100的簡化俯視圖。處理系統100包括工廠介面91，複數個基板盒102（例如前開式晶圓傳送盒（FOUP）和側面存儲盒（SSP））可以耦合到工廠介面91，以用於傳送基板（例如，諸如矽晶圓的晶圓）進入處理系統100。在具體實施例中，除了晶圓之外，基板盒102還包括邊緣環90（例如，新的邊緣環）和診斷盤110。診斷盤110可以用於診斷當前在一個或多個處理室107內操作的邊緣環的EoL。工廠介面91還可以使用與將要解釋的相同的晶圓傳送功能，將邊緣環90和診斷盤110傳送到處理系統100中以及從處理系統100中傳送出。
處理系統100還可以包括第一真空端口103a、103b，第一真空端口103a、103b可以將工廠介面91耦合至相應的站104a、104b，站104a、104b可以例如是脫氣室和/或負載鎖。第二真空端口105a、105b可以耦合到相應的站104a、104b，並設置在站104a、104b與移送室106之間，以協助將基板傳送到移送室106中。傳送腔室106包括圍繞傳送腔室106設置並耦接到其上的多個處理室107（也稱為處理室）。處理室107透過諸如狹縫閥等的相應端口108耦接至移送室106。
處理室107可以包括蝕刻室、沉積室（包括原子層沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積或其電漿增強版本）、退火室等等中的一個或多個。一些處理室107，例如蝕刻室，可在其中包括邊緣環（也稱為晶圓邊緣環或處理套件環），邊緣環有時會進行更換。儘管在習知系統中更換邊緣環包括由操作員拆卸處理室以更換邊緣環，但是處理系統100被配置為便於更換邊緣環而無需操作員拆卸處理室107。
在各種具體實施例中，工廠介面91包括工廠介面機器人111。工廠介面機器人111可以包括機械臂，並且可以是或包括選擇性合規組裝機械臂（SCARA）機器人，例如2連桿SCARA機器人、3連桿SCARA機器人、4連桿SCARA機器人、依此類推。工廠介面機器人111可以在機械臂的一端上包括端效器。端效器可以被配置為拾取並處理諸如晶圓的特定物體。替代地，端效器可以被配置為處理諸如診斷盤與邊緣環的物體。工廠介面機器人111可以被配置為在基板盒102（例如FOUP和/或SSP）與站104a、104b之間移送物體。
移送室106包括移送室機器人112。移送室機器人112可包括機械臂，機械臂的一端具有端效器。端效器可以配置為處理特定物體，例如晶圓、邊緣環、環套件和診斷盤。移送室機器人112可以是SCARA機器人，但是在一些具體實施例中，可以比工廠介面機器人111具有更少的鏈接和/或更少的自由度。
控制器109可以控制處理系統100的各個態樣，並且可以包括或耦合到無線存取點（WAP）裝置129。WAP裝置129可以包括無線技術和一個或多個與診斷盤110通信的天線。控制器109可以是和/或包括諸如個人電腦、伺服器電腦、可編程邏輯控制器（PLC）、微控制器等的計算裝置。控制器109可以包括一個或多個處理裝置，例如微處理器、中央處理單元等。更特定而言，處理裝置可以是複雜指令集計算（CISC）微處理器、精簡指令集計算（RISC）微處理器、超長指令字（VLIW）微處理器、實施其他指令集的處理器、或實施指令集的組合的處理器。處理裝置還可以是一個或多個特別目的處理裝置，諸如特定應用積體電路（ASIC）、現場可編程閘陣列（FPGA）、數位信號系統處理器（DSP）、網路系統處理器等。
儘管未圖示，控制器109可以包括資料存儲裝置（例如一個或多個磁碟機和/或固態硬碟）、主記憶體、靜態記憶體、網路介面和/或其他組件。控制器109可以執行指令以執行本文描述的方法和/或具體實施例中的任何一個或多個，包括圖像或感測器資料處理和分析、圖像處理算法、生成一個或多個經訓練的機器學習模型的機器學習（ML）算法、深度ML算法、和其他用於分析表面感測器資料以檢測在處理室107中運行的邊緣環的侵蝕程度的成像算法。指令可以存儲在電腦可讀取儲存媒體上，電腦可讀取儲存媒體可包括主記憶體、靜態記憶體、輔助存儲和/或處理裝置（在指令執行期間）。在一些具體實施例中，用於訓練ML模型的訓練資料，可以藉由使用掃描裝置或其他類型的感測器或相機，對已經被去除並且被確定具有侵蝕磨損的EoL閾值的邊緣環進行成像來獲得。
圖1B示出了根據本揭示內容的一個態樣的圖1A的處理室107的示意性截面側視圖。處理室107包括腔室主體101和設置在其上的蓋133，腔室主體101和蓋133一起界定了內部容積。腔室主體101通常耦合到電接地137。基板支撐組件180設置在內部容積內，以在處理期間在其上支撐基板。處理室107還包括用於在處理室107內生成電漿132的感應耦合電漿設備142，以及適於控制處理室107的示例的控制器155。
基板支撐組件180包括一個或多個電極153，一個或多個電極153透過匹配網路127耦合到偏壓源119，以協助在處理期間對基板施加偏壓。舉例來說，偏壓源119可以是在例如大約13.56MHz的頻率下高達大約1000W（但不限於大約1000W）的RF能量的源，但是可以根據特定應用程序的需要提供其他頻率和功率。偏壓源119可能能夠產生連續或脈衝功率之一或兩者。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可以能夠提供多個頻率。一個或多個電極153可以耦合至吸附電源160以在處理期間促進基板的吸附。基板支撐組件180可以包括圍繞基板的處理套件（未示出）。下面描述了處理套件的各種具體實施例。
感應耦合電漿設備142設置在蓋133上方，並且被配置為將RF功率感應耦合到處理室107中以在處理室107內產生電漿。感應耦合電漿設備142包括設置在蓋133上方的第一和第二線圈116、118。每一線圈116、118的相對位置、直徑比例，及（或）每一線圈116、118中的匝數，可各自被依所需調整，以控制形成的電漿的輪廓或密度。第一線圈116和第二線圈118中的每一個經由匹配網路114經由RF饋送結構136耦合到RF電源138。RF電源138可能夠在從50 kHz至13.56 MHz的可調諧頻率下產生高達約4000 W（但不限於4000 W），雖然可對特定應用依所需提供其他頻率與功率。
在一些示例中，可以在RF饋送結構136和RF電源138之間提供諸如分壓電容器的功率分配器135，以控制提供給相應的第一和第二線圈的RF功率的相對量。在一些示例中，功率分配器135可以合併到匹配網路114中。
加熱器元件113可以設置在蓋133的頂部上，以促進加熱處理室107的內部。加熱元件113可以設置在蓋133與第一和第二線圈116、118之間。在一些示例中，加熱器元件113可以包括電阻加熱元件，並且可以耦合至電源115，諸如AC電源，電源115被配置為提供足夠的能量以將加熱器元件113的溫度控制在期望的範圍內。
在操作期間，將諸如半導體晶圓或適合於電漿處理的其他基板之類的基板放置在基板支撐組件180上，並且處理氣體從氣體面板120通過入口121供應到腔室主體101的內部空間中。藉由將來自RF電源138的功率施加到第一和第二線圈116、118，將處理氣體點燃為處理室107中的電漿132。在一些示例中，也可以透過匹配網路127將來自諸如RF或DC源的偏壓源119的功率提供給基板支撐組件180內的電極153。可以使用閥128和真空泵122來控制處理室107的內部的壓力。可以使用穿過腔室主體101的含液導管（未示出）來控制腔室主體101的溫度。
處理室107包括控制器155，以在處理期間控制處理室107的操作。控制器155包括中央處理單元（CPU）123、記憶體124和用於CPU 123的支援電路125，並且便於控制處理室107的組件。控制器155可為可用於工業設定中以控制各種腔室與子處理器的一般用途電腦處理器的任何形式之任意者。記憶體124儲存可被執行或引發以由下述方式控制處理室107作業的軟體（原始碼或物件碼）。
圖2示出了根據本揭示內容的一個態樣的診斷盤110的俯視圖。圖2A示出了根據本揭示內容的一些態樣的圖2的診斷盤110沿著線「2A」的側視截面圖。診斷盤110可包括盤主體201，盤主體201具有圍繞盤主體201的圓周的側壁202，以及至少一個從側壁202的頂部向外延伸的突起204。在所描繪的具體實施例中，存在四個突起，例如第一突起204A、第二突起204B、第三突起204C和第四突起204D，每個突起與相鄰突起成大約90度間隔，並且每個突起定位成大致垂直於側壁202。在各個具體實施例中，診斷盤110包括更多或更少數量的突起。在替代具體實施例中，診斷盤110不具有突起，並且被成形為類似於晶圓的實心盤。
在具體實施例中，診斷盤110還包括印刷電路板（PCB）203，PCB 203佈置在盤主體201的上側上，例如，在由盤主體201和側壁202形成的內部內。電路系統205可以設置在PCB上，並且可以包括多個組件，例如板載控制件209、記憶體211或其他板載電腦存儲器、無線通信電路215和電池220。蓋210可設置在側壁內的電路系統205上方，可用於真空密封電路系統205。
在各種具體實施例中，非接觸式感測器230附接到至少一個突起204中的每一個的底側。例如，診斷盤110可以進一步包括多個非接觸式感測器，例如第一非接觸式感測器230A、第二非接觸式感測器230B、第三非接觸式感測器230C和第四非接觸式感測器230D，分別附接到四個突起204A、204B、204C和204D的底側。在沒有突起的具體實施例中，每個非接觸式感測器230附接到診斷盤110的外圍的下側，使得每個非接觸式感測器230可以定向在邊緣環或處理套件環上。每個非接觸式感測器230可以例如經由PCB 203上的連結（例如通過側壁202）耦合至電路系統205。每個非接觸式感測器230可以被配置成獲取在任何給定的處理室107中使用的邊緣環的表面的一部分的感測器資料（例如，表示侵蝕的紋理和/或粗糙度資訊）。無線通信電路215可以包括或耦合到天線，以便將感測器資料無線發送到控制器109。在替代具體實施例中，感測器資料被存儲在記憶體211中，並且在從工廠介面（例如，從基板盒102之一）中提取之後，稍後被檢索。
在不同的具體實施例中，非接觸式感測器230是圖像感測器，例如具有至少四倍放大倍率（例如4X、6X、8X或更大）的變焦的相機。例如，非接觸式感測器230可以是或包括電荷耦合裝置（CCD）相機和/或互補金屬氧化物（CMOS）相機或高解析度相機。替代地，相機可以具有其他變焦能力。或者，非接觸式感測器230可以是可以掃描邊緣環的表面的微型雷達感測器。此外，非接觸式感測器230可以包括X射線發射器（例如X射線雷射）和X射線檢測器。非接觸式感測器230可或者是（或包括）一對或多對產生雷射束的雷射發射器和接收雷射束的雷射接收器。當雷射束從邊緣環的表面反射離開時，可以由一對雷射發射器和雷射接收器產生感測器測量。在各種具體實施例中，這些感測器測量值可以由電路系統205和/或控制器109轉換成感測器資料。
另外參照圖2A，診斷盤110的直徑（DIA）可以由兩個相對的突起的外周界限定，例如從第一突起204A的邊緣到第三突起204C的邊緣。在一些具體實施例中，直徑可以在大約13英寸到大約14英寸之間，或者在300毫米的10-15％之內。此外，盤主體201的直徑可以為大約11.5英寸至12.25英寸，其中至少一個突起204中的每一個突起突出直徑的大約百分之十，使得從盤主體201的中心大約6.5英寸到6.75英寸之間的區域在每個非接觸式感測器230的視野內。
此外，每個非接觸式感測器230可以被定位為使得在非接觸式感測器與盤主體201的底部之間形成間隙。例如，每個非接觸式感測器230可以被定位在相應的突起204上，使得非接觸式感測器230和盤主體201的底部之間的垂直距離使非接觸式感測器230從放置診斷盤的表面移位。診斷盤110的高度可以由側壁202的高度（H）限定，其可以在0.35英寸和0.45英寸之間。在一具體實施例中，診斷盤110的高度約為0.390英寸。在不同的具體實施例中，包括側壁202的盤主體201和蓋210可以由碳纖維或鋁製成，並且塗層由陽極氧化鋁（Al2 O3 ）、陶瓷或氧化釔中的一種製成。
在一些具體實施例中，診斷盤110還包括設置在盤主體201的底表面上的多個運動學耦接件235。運動學耦接件235可以配置為傾斜的孔或狹槽，以接收（或接合）位於處理室內的靜電吸盤（ESC）的晶圓提升銷（圖2C-3中的253）。圖2B示出了圖2的診斷盤110中的運動學耦接件235的側視截面圖。運動學耦接件是被設計為藉由提供位置的精確性和確定性來精確地約束零件（例如，晶圓提升銷）的夾具，在此，運動學耦接件235的孔或槽的大小與晶圓提升銷的銷子圓直徑（PCD）配合（圖3）。運動學耦接件235因此可以使診斷盤110在邊緣環上方居中，使得非接觸式感測器通常定向在正被成像或掃描的邊緣環上方。在一個具體實施例中，存在三個運動學耦接件，其沿盤主體201的半徑間隔開120度並且位於距離的大約三分之二處。
圖2C示出了根據本揭示內容的一個態樣的晶圓提升銷253，其將診斷盤110向下放置在ESC 150上，並且在運動學耦接件235和ESC 150之間的低接觸面積（LCA）250。如圖所示，運動學耦接件235可提供拔模斜度，以讓升降銷253容易地進行升降接合。在各種具體實施例中，運動學耦接件由瓦佩爾（vaspel）、碳纖維、方鈉石或聚醚醚酮（PEEK）之一製成。因為運動學聯軸器235不是金屬的並且接觸ESC 150的表面，所以避免了診斷盤110刮擦或損壞ESC 150。LCA 250和運動學耦接件235的材料也可以幫助減少顆粒的產生和污染。
在各種具體實施例中，控制器109（例如計算系統）可以從工廠介面機器人111、晶圓移送室機器人112和/或每個非接觸式感測器230接收信號，並將控制信號發送到工廠介面機器人111、晶圓移送室機器人112和/或每個非接觸式感測器230。以這種方式，控制器109可以發起診斷，其中，例如，處理室107之一中的邊緣環已經被操作了大約300-400 RF時數。控制器109可以發信號通知工廠介面機器人111從基板盒102之一拾取診斷盤110，並將診斷盤110傳送到例如站104b，此站可例如是裝載鎖或脫氣室。此後，移送室機器人112可以例如利用機器人手臂的端效器拾取診斷盤110，並將診斷盤110放置在處理室107中，在處理室107中，診斷盤110可以獲取感測器資料以便確定邊緣環表面的侵蝕程度。感測器資料可以例如使用無線通信電路215經由WAP裝置129被無線地發送到控制器109。
圖3示出了根據本揭示內容的一個態樣的診斷盤110的側視截面圖，診斷盤110被放置在處理室的ESC 150的晶圓提升銷253上。診斷盤110被圖示為設置在位於移送室106內的移送室機器人112的機械臂的端效器（例如機械葉片）的頂部。圍繞出ESC 150的左側部分邊緣環所在的區域311，此區域311在圖3A-3B中被放大。
圖3A是根據本揭示內容的一個態樣的圖3的診斷盤110的一部分的分解圖，其中高解析度相機擷取邊緣和支撐環的非接觸式感測器230資料。圖3中所示的晶圓提升銷253可以抬起，並且移送室機器人112的機器人臂的端效器可以將診斷盤110向下放置在晶圓提升銷253上。診斷盤上的運動學聯軸器235可確保迫使晶圓提升銷將診斷盤置於ESC 150上方的中心位置，以使每個非接觸式感測器230垂直位於邊緣環90的頂部。在一具體實施例中，晶圓提升銷253僅稍微升高，使得非接觸式感測器230到邊緣環90留下較小的間隙。當診斷盤110放在晶圓提升銷253上時，非接觸式感測器230可以採用前面討論的任何方法獲取感測器資料，並將感測器資料無線傳輸到控制器109。
圖3B是根據本揭示內容的一個態樣的圖3的診斷盤110的一部分的分解圖，其中非接觸式感測器230擷取邊緣環90和支撐環390的感測器資料。在此具體實施例中，晶圓提升銷253可被降低，使得診斷盤110擱置在ESC 150的頂部。在另一個具體實施例中，另一種機制被用於將診斷盤110引導到ESC 150上，例如使用來自非接觸式感測器的感測器資料。每個非接觸式感測器230都被帶到邊緣環90的緊密附近，但是仍然在非接觸式感測器230和邊緣環90之間保持間隙。當診斷盤110放在ESC 150上時，非接觸式感測器230可以採用前面討論的任何方法獲取感測器資料，並將感測器資料無線傳輸到控制器109。
如圖3A-3B所示，當邊緣環90的侵蝕足夠深時，位於邊緣環90下方並且在邊緣環90和ESC 150之間的支撐環390也可能具有侵蝕（或磨損）。因此，當更換邊緣環90時，支撐環390也可以例如作為處理套件環同時被更換。因此，當提及邊緣環90的更換時，這也應被理解為涉及處理套件環的更換，反之亦然。
圖4是根據本揭示內容的各個態樣的一種方法400的流程圖，此方法400將診斷盤用於診斷邊緣（或處理套件）環的壽命終止（EoL）磨損，並開始更換處理套件環。方法400的一些操作可以由處理邏輯來執行，處理邏輯可以包括硬體（電路系統、專用邏輯等）、軟體（諸如在通用電腦系統或專用機器上運行的軟體）、韌體或以上之某種組合。方法400的一些操作可以由諸如圖1的控制器109之類的計算裝置執行，控制器109控制機械臂和/或非接觸式感測器。例如，執行方法400的一個或多個操作的處理邏輯可以在控制器109上執行。
為了簡化說明，將方法描繪和描述為一系列動作。然而，根據本揭示內容的動作可以以各種順序及（或）同時發生以及與在此未呈現和描述的其他動作一起發生。此外，根據所揭示的技術主題，並非需要執行所有示出的動作來實現方法。另外，在本發明技術領域中具有通常知識者將理解並認識到，方法可替代地經由狀態圖或事件被表示為一系列相互關聯的狀態。
參照圖4，方法400可以具有處理邏輯，以將一個或一組診斷盤110裝載在一個基板盒102中（例如FOUP或SSP）（405）。在一個具體實施例中，一個或多個診斷盤被存儲在FOUP中，FOUP還包含邊緣環，或更一般而言，包含處理套件環。在一具體實施例中，多個診斷盤被存儲在被設計為容納診斷盤的FOUP中。方法400可以繼續進行處理邏輯，處理邏輯基於在基板處理系統內的處理室的操作的RF時數（例如300至400小時或更多），和/或基於其他準則（例如，自從對處理室中的處理套件環進行最後一次分析以來經過的時間）的診斷掃描，來確定處理室107中的處理套件環已經到期（410）。處理套件環的至少一部分在至少一個非接觸式感測器230的視野內。
方法400可以繼續進行處理邏輯，以與用於移動晶圓的類似的移動將診斷盤110之一從FOUP（或SSP）移動到處理室（415）。在具體實施例中，這些運動包括將診斷盤110從晶圓存儲區域裝載到基板處理系統的負載鎖中（例如藉由工廠介面機器人111），並使用機械臂的端效器在移送室內將診斷盤從負載鎖移動到處理室（例如藉由移送室機器人112）。這可以包括使用機械臂的端效器在移送室106中拾取診斷盤110並將其放置在處理室中。
另外參照圖4，方法400可以繼續進行處理邏輯，將診斷盤110從機械臂的端效器移送（或移動）到ESC 150（圖3A）的晶圓提升銷253（420）。在一個具體實施例中，方法400可以進一步包括降低晶圓提升銷，例如以將診斷盤110設置在ESC上（圖3B）（420）。方法400還可包括：處理邏輯使用位於處理套件環上的診斷盤的至少一個非接觸式感測器230，來獲取處理套件環的頂表面的感測器資料（425）。可以在診斷盤110仍位於晶圓提升銷253上時或在診斷盤110下降到ESC 150之後獲取感測器資料。
另外參照圖4，在各個具體實施例中，方法400還包括處理邏輯，處理邏輯分析感測器資料以確定處理套件環的頂表面的侵蝕程度（430），這在先前已進行了更詳細的討論。方法400可以進一步包括處理邏輯確定侵蝕程度是否滿足侵蝕或磨損的EoL閾值（435）。如果尚未達到EoL閾值，則方法400可以繼續進行，處理邏輯將診斷盤110移回至存儲區域（例如，FOUP或SSP）（440），並且在再次獲取處理套件環頂表面的新感測器資料之前繼續進行基板處理額外數量的RF時數（445）。
但是，如果滿足EoL閾值，則方法400可以繼續進行處理邏輯，以啟動自動的磨損處理套件環的去除，例如，藉由將磨損處理套件環從處理室移回存儲區域（例如，FOUP或SSP）（450）。方法400可以可選地繼續進行處理邏輯，使用處理室的加壓氣體源（例如，氮氣）吹掃圍繞（已被移除的）磨損處理套件環的靜電吸盤周圍的殘留物和顆粒（455）。方法400可以繼續進行處理邏輯，以例如藉由將新的處理套件環從存儲區域移動到處理室中來啟動自動的處理套件環更換，以替換磨損處理套件環（460）。這可能包括使用機械臂的端效器將新的處理套件環放入處理室。對於在另外的處理室中的另外的處理套件環，可以重複方法400的功能（465）。
圖5A至圖5B示出了根據本揭示內容的一個態樣的處理室507的一組側視截面圖，非接觸式感測器530通過處理室507位於端點窗口中以對邊緣環成像。處理室507可以與圖1的處理室107相同或相似。處理室507可以包括腔室主體501，層疊在主體501內部的耐電漿襯套502以及吸盤150（例如ESC 150）。處理室507還包括位於處理室507的內部空間中的基板支撐組件510，在其上設置有吸盤150。根據本揭示內容的具體實施例，吸盤150將在半導體處理期間將晶圓夾緊在適當的位置（或保持在固定位置）。邊緣環90（或處理套件環）可以圍繞吸盤150的圓周設置，可選地與吸盤150共面。
在一個具體實施例中，腔室主體501的側壁在到邊緣環90（或處理套件環）的一側的位置處限定開口。耐電漿襯套502可以包括與腔室主體的側壁中的開口大致對準的附加開口，例如，使得此開口和附加開口從腔室主體501的外部到耐電漿襯套502的內部是連續的。在此具體實施例中，開口和附加開口限定了用於處理室507的端點窗口，但是可以設想其他窗口/開口。
非接觸式感測器530的至少一部分（可以與非接觸式感測器230相同或相似，例如高解析度相機）可以定位在邊緣環90的視線內的附加開口內。換句話說，邊緣環90的至少一部分可以在非接觸式感測器530的視野中。非接觸式感測器530的前部可以被定位成與耐電漿襯套502的內表面齊平，以使得對邊緣環90具有清晰的視線。在非接觸式感測器530內使用魚眼鏡頭（具有廣角視野），可以幫助提供對邊緣環90的良好視線。非接觸式感測器530可以耦合到控制器109，例如計算系統。
耐電漿透鏡或窗口532（例如，硬寶石透鏡或窗口）可以設置在非接觸式感測器530上方，以保護非接觸式感測器530免受侵蝕性氣體的侵害。在各種具體實施例中，耐電漿的透鏡或窗口532是金剛石透鏡、剛玉透鏡（例如藍寶石透鏡）或黃玉透鏡中的一種。非接觸式感測器530可以由耐電漿的透鏡或窗口532真空密封，以防止侵蝕性氣體接觸非接觸式感測器530。
在具體實施例中，非接觸式感測器530可以代替診斷盤110上的非接觸式感測器230來使用，例如藉由獲取如圖7所示的邊緣環90的頂表面（包括邊緣）的感測器資料。如先前所討論的，然後可以將感測器資料無線地或經由有線連接傳輸到控制器109以進行圖像處理，以確定邊緣環的侵蝕是否在侵蝕的閾值程度之內，從而被分類為「壽命終止」。
圖6示出了根據本揭示內容的一個態樣的處理室607的側視截面圖，其中非接觸式感測器630位於頂部中央氣體噴嘴613處，用於對邊緣環90（或可包含邊緣環的處理套件環）成像。處理室607可以與圖1的處理室107相同或相似。處理室607可以包括腔室主體601、層疊在主體601內部的腔室襯套602、耐電漿襯套602、吸盤150（例如ESC 150）和介電窗口606。處理室607可進一步包括耦接到腔室主體601的頂部的源蓋603（或氣體輸送板）。腔室主體601和源蓋603（或氣體輸送板）一起包圍處理室607的內部容積。在一具體實施例中，源蓋603至少包括介電窗口606和介電環615。除了氣體輸送管線618A和618B以及用於將處理氣體輸送至處理室607的其他支撐結構之外，源蓋組件還可包括源蓋603。
處理室607還可包括設置在內部容積內的基板支撐組件610，基板支撐組件包括構造成在基板的處理期間將基板支撐在固定位置的吸盤150。邊緣環90（或處理套件環）圍繞吸盤150的圓周設置，可選地與吸盤150共面。
腔室主體601或蓋603中的至少一個在邊緣環90（或處理套件環）的上方或側面的至少一個位置處限定開口。如圖6所示，氣體噴嘴613可以設置在蓋603中的開口內，透過噴嘴613將氣體注入處理室607的內部。氣體噴嘴613可以位於蓋603的大致中心處。在一個具體實施例中，氣體噴嘴包括附加開口，附加開口的直徑小於開口的直徑。
在具體實施例中，非接觸式感測器630（可以與非接觸式感測器230相同或相似，例如高解析度相機）可以定位在邊緣環90的視線內的蓋603的附加開口內。邊緣環90的至少一部分可以在非接觸式感測器630的視野中。非接觸式感測器630可以位於氣體噴嘴613的內部，但與蓋603的內表面齊平，從而使對邊緣環90的視線清晰。在非接觸式感測器630內使用魚眼鏡頭（具有廣角視野），可以幫助提供對邊緣環90的良好視線。非接觸式感測器630可以耦合到控制器109，例如計算系統。
耐電漿透鏡或窗口632（例如，硬寶石透鏡）可以設置在開口處，並將非接觸式感測器630與內部空間分開。耐電漿的透鏡或窗口632可以保護非接觸式感測器免受內部體積中的侵蝕性氣體的影響。在各種具體實施例中，耐電漿的透鏡或窗口632是金剛石透鏡、剛玉透鏡（例如藍寶石透鏡）或黃玉透鏡中的一種。非接觸式感測器630可以由耐電漿的透鏡或窗口632真空密封，以防止侵蝕性氣體接觸非接觸式感測器630。
在具體實施例中，非接觸式感測器630可以代替診斷盤110上的非接觸式感測器230來使用，例如藉由獲取如圖7所示的邊緣環90的頂表面（包括邊緣）的感測器資料。如先前所討論的，然後可以將感測器資料無線地或經由有線連接傳輸到控制器109以進行圖像處理，以確定邊緣環的侵蝕是否在侵蝕的閾值程度之內，從而被分類為「壽命終止」。
圖7是根據本揭示內容的各個態樣的一種方法700的流程圖，方法700將處理室的原位非接觸式感測器（例如非接觸式感測器530或630）用於診斷邊緣（或處理套件）環的壽命終止（EoL）磨損，並開始更換處理套件環。方法700的一些操作可以由處理邏輯來執行，處理邏輯可以包括硬體（電路系統、專用邏輯等）、軟體（諸如在通用電腦系統或專用機器上運行的軟體）、韌體或以上之某種組合。方法700的一些操作可以由諸如圖1的控制器109之類的計算裝置執行，控制器109控制機械臂和/或非接觸式感測器。例如，執行方法700的一個或多個操作的處理邏輯可以在控制器109上執行。
為了簡化說明，將方法描繪和描述為一系列動作。然而，根據本揭示內容的動作可以以各種順序及（或）同時發生以及與在此未呈現和描述的其他動作一起發生。此外，根據所揭示的技術主題，並非需要執行所有示出的動作來實現方法。另外，在本發明技術領域中具有通常知識者將理解並認識到，方法可替代地經由狀態圖或事件被表示為一系列相互關聯的狀態。
繼續參照圖7，方法700可以繼續進行處理邏輯，處理邏輯基於在基板處理系統（710）內的處理室的操作的RF時數（例如300至400小時或更多），和/或基於其他準則（例如，自從對處理室中的處理套件環進行最後一次分析以來經過的時間）的診斷掃描，來確定處理室107中的處理套件環已經到期。處理套件環的至少一部分在至少一個非接觸式感測器530或630的視野內。
方法700可以繼續進行處理邏輯，使用至少一個非接觸式感測器503或630來獲取處理套件環的頂表面的感測器資料，非接觸式感測器可以是如參照圖5A-5B和圖6所討論的位於處理室內的原位非接觸式感測器（720）。當處理套件環在原位非接觸式感測器的視野內時，以及可選地當處理室至少部分地排氣時，可以在晶圓處理之間的中間時段期間獲取感測器資料。然而，方法700的一個優點在於可以在晶圓處理期間和之間連續監測處理套件環的頂表面的狀況，而無需完全排氣或拆卸處理室。
另外參照圖7，在各個具體實施例中，方法700還包括處理邏輯，處理邏輯分析感測器資料以確定處理套件環的頂表面的侵蝕程度（730），這在先前已進行了更詳細的討論。方法700可以進一步包括處理邏輯確定程度或侵蝕是否滿足侵蝕或磨損的EoL閾值（735）。如果尚未達到EoL閾值，則方法700可以繼續進行處理邏輯，繼續進行基板處理持續額外的RF時數，然後再次獲取處理套件環的上表面的新感測器資料（745）。
但是，如果滿足EoL閾值，則方法700可以繼續進行處理邏輯，以啟動自動的磨損處理套件環的去除，例如，藉由將磨損處理套件環從處理室移回存儲區域（例如，FOUP或SSP）（750）。方法700可以可選地繼續進行處理邏輯，使用處理室的加壓氣體源（例如，氮氣）吹掃圍繞（已被移除的）磨損處理套件環的靜電吸盤周圍的殘留物和顆粒（755）。方法700可以繼續進行處理邏輯，以例如藉由將新的處理套件環從存儲區域移動到處理室中來啟動自動的處理套件環更換，以替換磨損處理套件環（760）。對於在另外的處理室中的另外的處理套件環，可以重複方法700的功能（765）。
圖8示出了根據本揭示內容的一個態樣的根據本文所揭示的一種非接觸式感測器的圍繞靜電吸盤（ESC）150的邊緣環90和支撐環390的俯視平面圖。ESC 150可以沿著ESC 150的邊緣的圓周包括平坦區域800（或其他凹口或對準特徵），平坦區域800用於對準放置在其上的晶圓。以類似的方式，支撐環390可以包括對應的平坦區域（或凹口或對準特徵），使得當支撐環390和邊緣環90被替換為環套件時，整個處理環套件可以沿著平坦區域800取向，並因此適當地固定在以處理室107的ESC 150為中心的位置。
在本揭示內容的具體實施例中，控制器109可以從本文描述的任何非接觸式感測器接收感測器資料，其中控制器109可以根據感測器資料確定在套件環更換期間平坦區域是否相互對準。如果平坦區域未正確對準，則控制器109可以向移送室機器人112發出信號，以從處理室107中取出套件環，然後可以在將其重新插入處理室107之前在機械臂的端效器上重新對準。
例如，控制器109可以確定旋轉誤差（例如，θ誤差），旋轉誤差可以是在套件環的目標定向與當前定向之間的旋轉角。控制器109可以將指令發送到移送室機器人112，以使移送室機器人112將端效器（和支撐在端效器上的套件環）旋轉規定量，以校正並消除旋轉誤差。然後，移送室機器人112可以將邊緣環90透過具有正確取向的相應端口108放置到處理室107中。因此，可以在不使用對準器站的情況下使用移送室機器人112的自由度來消除邊緣環90的旋轉誤差。在替代具體實施例中，如將更詳細討論的，可以利用晶圓提升銷253的功能來校正旋轉誤差。
在一些具體實施例中，移送腔室機器人112可校正邊緣環90的最大閾值旋轉誤差。例如，一個移送腔室機器人112可能能夠校正高達5度的旋轉誤差，而其他工廠移送腔室機器人112可能能夠校正高達3度的旋轉誤差、7度旋轉誤差或一些其他的旋轉誤差量。如果檢測到的旋轉誤差大於可以由移送室機器人112校正的閾值旋轉誤差，則移送室機器人112可以以消除旋轉誤差或減小旋轉誤差的方式將套件環放置在臨時站（未顯示）、重新定位端效器然後取回套件環，以使旋轉誤差小於或等於可以根據端效器的旋轉進行校正的旋轉誤差的閾值量。
圖9A示出了根據本揭示內容的替代具體實施例的診斷盤110A的立體俯視圖。在這些替代具體實施例中，診斷盤110A包括非接觸式感測器，非接觸式感測器在盤主體901上的佈置與圖2中所示的不同，因此每個感測器可以不與另一個非接觸式感測器相對放置。例如，診斷盤110可以包括多個非接觸式感測器，諸如第一非接觸式感測器930A、第二非接觸式感測器930B、第三非接觸式感測器930C和第四非接觸式感測器930D，這些感測器分別以不同的角度附接到四個突起904A、904B、904C和904D上，此將參考圖9B更詳細地討論。在某些具體實施例中，每個非接觸式感測器可以被附接到其各自的突起的底側。
每個非接觸式感測器可以沿允許非接觸式感測器生成部件的感測器資料的方向定向。例如，每個非接觸式感測器可以定向在邊緣環、處理環、靜電吸盤等等上方，以生成用於邊緣環或處理環的對準或同心度的感測器資料（例如基於它們之間的間隙測量或靜電吸盤與處理環之間的間隙）或邊緣環或處理套件環的侵蝕或清潔程度的感測器資料。
圖9B示出了根據本揭示內容的態樣的示意圖，其描繪了診斷盤110B上的四個非接觸式感測器的位置。在所示的具體實施例中，盤主體901在盤形主體的圓周上的第一位置921處包括凹口。第一位置921可以被稱為0°的起始角。凹口可以與預對準器一起使用，使得診斷盤110可以被放置在處理室107中的選定位置和/或可以被端效器拾取。
在所描繪的具體實施例中，第一非接觸式感測器930A可以附接到第一突起904A，第一突起904A以與凹口的第一位置成大約170°-180°的角度定位。在所描繪的具體實施例中，第二非接觸式感測器930B可以被附接到第二突起904B，第二突起904B被定位成與凹口的第一位置成約225°-235°的角度，其中所描繪的175°角僅是說明在這個角度範圍內的角度。在所描繪的具體實施例中，第三非接觸式感測器930C可以附接到第三突起904C，第三突起904C以與凹口的第一位置成大約295°-305°的角度定位。在所描繪的具體實施例中，第四非接觸式感測器930D可以附接到第四突起904D，第四突起904D以與凹口的第一位置成大約55°-65°的角度定位。
第一非接觸式感測器930A可以在距盤主體901的外周約295mm至約305mm處附接至第一突起904A。分別附接到第二突起904B、第三突起904C和第四突起904D的第二非接觸式感測器930B、第三非接觸式感測器930C和第四非接觸式感測器930D，可以位於距離盤形主體901的外周約310毫米到約320毫米處。
第二突起904B、第三突起904C和第四突起904D的位置以及對應的第二非接觸式感測器930B、第三非接觸式感測器930C和第四非接觸式感測器930D的位置（如圖9A-9B所示），不應將其解釋為限制性的，因為它們的位置可以根據所使用的處理室、所使用的主機架機器人、所使用的移送室機器人、機器人的端效器等等而變化。至少一個突起和附接到其上的非接觸式感測器可以以其他角度或其他位置佈置，只要非接觸式感測器具有間隙（例如，經過端效器）而可看到所診斷的處理室內的部件或區域。
在所描繪的具體實施例中，第一非接觸式感測器930A（例如第一相機）被定位成使得其以平坦區域的邊緣（圖8中的800）和ESC 150的圓形邊緣的起點為中心。所描繪的具體實施例中的第二非接觸式感測器930B（例如第二相機）、第三非接觸式感測器930C（例如第三相機）和第四非接觸式感測器930D（例如第四相機）被定位成觀看處理套件環的環部分，例如邊緣環90和支撐環390。根據下文針對圖11和圖12A-12B進一步描述的具體實施例，在所示具體實施例中非接觸式感測器930A、930B、930C和930D的定位，允許測量ESC 150和處理套件環之間的間隙以確定處理套件環的對準和同心度。
圖10示出了根據本揭示內容的一個態樣的診斷盤（例如110A）的觀察位置，診斷盤被配置成觀察處理套件環的定位（例如對準和同心度）。在ESC（例如150）上方的垂直距離處顯示了診斷盤。當坐在移送機器人的手臂（例如移送機器人112的端效器）中或坐在晶圓提升銷253上時，診斷盤可到達所示的觀察位置。
在所描繪的具體實施例中，根據本揭示內容的示例性具體實施例，診斷盤（例如110A）具有四個高解析度相機（亦即非接觸式感測器），相機擷取處理套件環的邊緣和曲率的感測器資料。在所示的觀看位置，第一相機1030A定位在ESC 150的平坦區域800上方，相機視線在平坦區域800上，在平坦區域800上相機可以擷取套件環的曲率的起點。在所示的觀看位置，第二相機1030B、第三相機1030C和第四相機1030D均位於套件環直徑的邊緣上方。例如，如本文上文和下文針對圖8所描述的，這樣的感測器資料可以幫助控制器109確定套件環的對準和同心度。
圖11是根據本揭示內容的一個態樣的用於在處理室內用新的處理套件環替換舊的處理套件環的方法1100的流程圖。方法1100可以涵蓋用於自動更換處理套件環的至少一個具體實施例。方法1100的一些操作可以由處理邏輯來執行，處理邏輯可以包括硬體（電路系統、專用邏輯等）、軟體（諸如在通用電腦系統或專用機器上運行的軟體）、韌體或以上之某種組合。方法1100的一些操作可以由諸如圖1的控制器109之類的計算裝置執行，控制器109控制機械臂和/或非接觸式感測器。例如，執行方法1100的一個或多個操作的處理邏輯可以在控制器109上執行。
在操作1105，處理邏輯引導從處理室107中移除用過的（例如侵蝕的）處理套件環。為此，處理邏輯可以指示移送室機器人112進入處理室，以使用其端效器移除用過的處理套件環（例如晶圓邊緣環或簡稱為「邊緣環」90，以及支撐環390）。在一些具體實施例中，如果支撐環沒有損壞，則僅移除邊緣環。因此，支撐環的移除和替換是可選的，並且對處理套件環的引用可以包括僅對邊緣環90或對邊緣環90和支撐環390的引用。所使用的處理套件環可以經過站104a或104b中的一個，並由工廠介面機器人111收集，並傳遞到FOUP或SSP之一，以從處理系統100中提取。
在操作1110處，處理邏輯使操作1105的過程反轉，以例如從FOUP或SSP並通過站104a或104b裝載新的處理套件環，並以固定的X-Y偏移將新的處理套件環裝載到移送室機器人112的端效器上，偏移例如在50 µm至250 µm之間。固定的X-Y偏移是指新處理套件環相對於端效器標稱中心位置的二維偏移，例如相對於處理套件環和ESC組件側面的機械公差。
在操作1112，處理邏輯可以可選地例如藉由使用處理系統100的主機上的引線中心查找（LCF）感測器來確認固定X-Y偏移量。例如，一個或多個LCF感測器可以位於通向處理室的端口108內。處理邏輯可以藉由連接並使用通向處理室107的LCF感測器，來驗證或確認新處理套件環的固定X-Y偏移量。
在操作1115，處理邏輯引導移送室機器人112將新的處理套件環移動（或插入）到處理室107中，以替換所移除的處理套件環。以此方式，新處理套件環的移動，可以相同於將晶圓從工廠介面91中的FOUP或SSP移動通過站104a或104b之一，通過移送室106並移入處理室107，除了提供例如固定的X-Y偏移之外。
在操作1120，處理邏輯引導移送室機器人112將新的處理套件環降低到處理室107的ESC 150上，同時校正新的處理套件環的固定X-Y偏移。固定X-Y偏移的校正可以使用耦合到圖3所示的三個晶圓提升銷253的步進馬達來執行。更特定而言，新的處理套件環放置在三個晶圓提升銷253的頂部。處理邏輯可以按照預定的上升和下降指定之晶圓升降銷的預定順序，引導耦合到三個晶圓升降銷的步進馬達使其下降和上升，這將消除固定的X-Y偏移，因為新的處理套件環最終會下降到ESC 150頂部的標稱中央位置。
由於在將新的處理套件環降低到位後可能會有殘留的X-Y偏移和/或旋轉誤差，因此將使用診斷盤110或11A確認新的處理套件環在ESC 150的頂部上位於正常的中心位置，並因此適當地定位並準備支援處理晶圓（圖12B）。診斷盤可以將可能存在的任何此類殘餘X-Y偏移和/或旋轉偏移通知處理邏輯。處理邏輯可以藉由類似地引導步進馬達來控制晶圓提升銷253，以便將處理套件環移動和/或旋轉一定量，直到處理套件環位於正常的中央位置，來解決這些殘留誤差。
圖12A是根據本揭示內容的態樣的用於配對和初始化診斷盤以用於驗證新處理套件的放置的方法1200A的流程圖。方法1200A的一些操作可以由處理邏輯來執行，處理邏輯可以包括硬體（電路系統、專用邏輯等）、軟體（諸如在通用電腦系統或專用機器上運行的軟體）、韌體或以上之某種組合。方法1200A的一些操作可以由諸如圖1的控制器109之類的計算裝置執行，控制器109控制機械臂和/或非接觸式感測器。例如，執行方法1200A的一個或多個操作的處理邏輯可以在控制器109上執行。
在操作1205，處理邏輯將例如具有特定服務集標識符（SSID）的所選診斷盤與為與診斷盤通信而建立的無線個人區域網（PAN）或其他封閉無線網路配對。可以使用BluetoothTM 、ZigBeeTM 、紅外或超寬頻（UWB）等來執行這種配對。
在操作1210，處理邏輯執行POST啟動心跳過程，以確保與診斷盤的持續無線連接，診斷盤將用於將圖像和/或視頻從診斷盤傳輸到控制器109。
在操作1215，處理邏輯將腳本發送到診斷盤，以用於溫度監視和發光二極體（LED）控制。例如，這種控制可以確保診斷盤的安全操作以及非接觸式感測器使用適當的成像光來正常工作。
在操作1220，處理邏輯接收完成初始化的信號，因此診斷盤可以移動通過處理系統100並進入腔室107，以對新的處理套件環執行診斷（圖12B）。
圖12B是根據本揭示內容的各個態樣的用於使用診斷盤驗證新處理套件在處理室內部的正確放置的方法1200B的流程圖。方法1200B的一些操作可以由處理邏輯來執行，處理邏輯可以包括硬體（電路系統、專用邏輯等）、軟體（諸如在通用電腦系統或專用機器上運行的軟體）、韌體或以上之某種組合。方法1200B的一些操作可以由諸如圖1的控制器109之類的計算裝置執行，控制器109控制機械臂和/或非接觸式感測器。例如，執行方法1200B的一個或多個操作的處理邏輯可以在控制器109上執行。
在操作1225，處理邏輯引導診斷盤110A從工廠介面（例如從FOUP或SSP）通過移送室106進入處理室1225，與參考圖11中的新處理套件環和圖4的操作415的討論類似。在一組操作1230A、1230B、1230C和1230D處，處理邏輯可以串列或同時執行（新處理套件環的）邊緣環90與ESC 150之間的任何間隙的成像。診斷盤的每個非接觸式感測器（例如高解析度相機）可以例如藉由執行自動聚焦、照明（例如使用一個或多個LED燈）以及擷取圖像，來對邊緣環90和支撐環390的邊緣的不同部分成像。
在操作1240，處理邏輯從診斷盤無線接收這四個圖像。這些可以是在處理套件環的周圍的各個位置拍攝的靜止圖像。圖13A、13B、13C和13D分別是診斷盤的第一非接觸式感測器、第二非接觸式感測器、第三非接觸式感測器和第四非接觸式感測器擷取的示例高解析度圖像。因此，這些非接觸式感測器可以是捕獲高解析度圖像的高解析度相機。
在各種具體實施例中，處理套件環可以包括邊緣環90和具有平坦區域800A的支撐環1390，其可以由第一非接觸式感測器成像。平坦區域800A可以是兼容的，並且意在與ESC 150（圖8）的平坦區域800物理匹配。如果支撐環1390的平坦區域和ESC 150不匹配，則存在旋轉誤差，如果超過旋轉閾值，則可能需要校正旋轉誤差，如參考圖8所討論的。如果尚未充分消除X-Y偏移，則存在可以校正的殘留X-Y偏移。
因此，在操作1245，處理邏輯對從診斷盤接收的靜止圖像執行圖像處理，以檢測任何殘餘X-Y偏移或旋轉誤差（也稱為theta或θ旋轉）。在操作1250，處理邏輯確定圖像處理是否已經檢測到任何殘餘X-Y偏移或θ旋轉。如果在操作1250中沒有檢測到新處理套件環在ESC 150上的位置錯誤，則在操作1265中，處理邏輯將診斷盤返回到FOUP或SSP，如參考圖4所討論的操作440。
如果在操作1250中處理邏輯檢測到位置誤差，則在操作1260中，處理邏輯可以對處理室107中的ESC 150上的新處理套件環執行X-Y偏移和/或θ旋轉校正。例如，處理邏輯可以使用圖像處理來計算殘餘X-Y偏移量和/或θ旋轉量。然後，處理邏輯可以引導耦合至晶圓提升銷253的步進馬達，以計算出的順序和數量來提升和降低處理套件環，從而以消除殘留X-Y偏移和/或θ旋轉（例如旋轉誤差）的方式移動和旋轉處理套件環。
如果誤差太大，則移送室機器人112可以將處理套件環從處理室中提出，將其放到臨時站或其他處理室中，然後再次裝回，以減少殘留X-Y偏移和/或theta旋轉。但是，由於能夠設置預定的固定X-Y偏移量（包括預定的計算順序和預計在以下範圍內提升和降低晶圓提升銷253的數量）的能力，正常操作將處理套件環對準ESC 150時對這種措施的需求預計很少。
在操作1260之後，處理邏輯可以在方法1200B內循環回到操作1230A，1230B、1230C和1230D，以對新獲取的高解析度圖像重複生成並執行診斷處理。因此，圖12B的診斷方法1200B可以是迭代的，直到在操作1250中檢測到缺乏可觀的殘留X-Y偏移或θ旋轉。可以允許X-Y偏移和θ旋轉的少量公差，使得在ESC 150上的標稱居中位置的閾值百分比（例如，90％或更多百分比等）之內足夠接近於居中。如果在這些公差內，則處理邏輯可以進行到操作1265，並使診斷盤110A返回工廠介面，或者繼續在另一處理室中使用診斷盤110A（如果同時更換多個處理套件環）。
前面的描述闡述了許多特定細節，例如特定系統、組件、方法等的示例，以便提供對本揭示內容的若干具體實施例的良好理解。然而，對於本領域的技術人員將顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐本揭示內容的至少一些具體實施例。在其他情況下，未詳細描述公知的組件或方法，或者以簡單的框圖格式呈現公知的組件或方法，以避免不必要地混淆本揭示內容。因此，闡述的具體細節僅是示例性的。特定實施方式可以與這些示例性細節不同，並且仍然可以預期在本揭示內容的範圍內。
本說明書中對於「一個具體實施例」或「一具體實施例」的參照，表示所說明的相關聯於此具體實施例的特定特徵、結構或特性，係被包含在至少一個具體實施例中。因此，在整個說明書中各處出現的短語「在一個具體實施例中」或「在一具體實施例中」不一定都指的是同一具體實施例。另外，術語「或」旨在表示包括性的「或」而不是排他性的「或」。當在本文中使用術語「約」或「大約」時，這意在表示所給出的標稱值精確在±10％以內。
儘管以特定順序示出和描述了本文方法的操作，但是可以改變每種方法的操作順序，從而可以以相反的順序執行某些操作，從而可以至少部分地執行某些操作，與其他操作同時進行。在另一個具體實施例中，不同操作的指令或子操作可以以間歇和/或交替的方式進行。在一具體實施例中，多個金屬接合操作作為單個步驟執行。
應瞭解到，前述說明意為說明性的而並非限制性的。在閱讀與瞭解前述說明之後，在本發明技術領域中具有通常知識者將顯然明瞭許多其他的具體實施例。因此，發明範圍應參照附加申請專利範圍來判定，並涵蓋這些申請專利範圍的完整均等範圍。
90:邊緣環 91:工廠介面 100:處理系統 101:腔室主體 102:基板盒 106:移送室 107:處理室 108:端口 109:控制器 110:診斷盤 111:工廠介面機器人 112:移送室機器人 113:加熱器元件 114:匹配網路 115:電源 116:第一線圈 118:第二線圈 119:偏壓源 120:氣體面板 121:入口 122:真空泵 123:中央處理單元（CPU） 124:記憶體 125:支援電路 127:匹配網路 128:匹配網路 129:無線存取點（WAP）裝置 132:電漿 133:蓋 135:功率分配器 136:RF饋送結構 137:電接地 138:RF電源 142:感應耦合電漿設備 150:靜電吸盤（ESC） 153:電極 155:控制器 160:吸附電源 180:基板支撐組件 201:盤主體 202:側壁 203:印刷電路板（PCB） 204:突起 205:電路系統 209:板載控制件 210:蓋 211:記憶體 215:無線通信電路 220:電池 230:非接觸式感測器 235:運動學耦接件 250:低接觸面積（LCA） 253:晶圓提升銷 311:區域 390:支撐環 400:方法 501:腔室主體 502:耐電漿襯套 510:基板支撐組件 530:非接觸式感測器 532:耐電漿透鏡或窗口 601:腔室主體 602:腔室襯套 603:源蓋 606:介電窗口 607:處理室 610:基板支撐組件 613:氣體噴嘴 615:介電環 630:非接觸式感測器 632:耐電漿透鏡或窗口 700:方法 800:平坦區域 901:盤主體 921:第一位置 1100:方法 1390:支撐環 1030A:第一相機 1030B:第二相機 1030C:第三相機 1030D:第四相機 103a:第一真空端口 103b:第一真空端口 104a:站 104b:站 105a:第二真空端口 105b:第二真空端口 1105-1112:操作 110A:診斷盤 1200A:方法 1200B:方法 1205-1220:操作 1225-1265:操作 204A:方法 204B:第二突起 204C:第三突起 204D:第四突起 230A:第一非接觸式感測器 230B:第二非接觸式感測器 230C:第三非接觸式感測器 230D:第四非接觸式感測器 405-465:操作 618A:氣體輸送管線 618B:氣體輸送管線 710-765:操作 930A:第一非接觸式感測器 930B:第二非接觸式感測器 930C:第三非接觸式感測器 930D:第四非接觸式感測器
在附圖的圖中以示例而非限制的方式示出了本發明，在附圖中，相同的附圖標記指示相似的元件。應當注意，在本揭示內容中對「一」或「一個」具體實施例的不同引用不一定是同一具體實施例，並且這樣的引用意味著至少一個具體實施例。
圖1A示出了根據本揭示內容的一個態樣的範例處理系統的簡化俯視圖。
圖1B示出了根據本揭示內容的一個態樣的圖1A的處理室的示意性截面側視圖。
圖2示出了根據本揭示內容的一個態樣的診斷盤的俯視圖。
圖2A示出了根據本揭示內容的一些態樣的圖2的診斷盤的側視截面圖。
圖2B示出了根據本揭示內容的一個態樣的用於接合靜電吸盤（ESC）的晶圓提升銷的圖2的診斷盤中的運動學耦接件的側視截面圖。
圖2C示出了根據本揭示內容的一個態樣的晶圓提升銷，其將診斷盤向下放置在ESC上，並且在運動學耦接件和ESC之間的低接觸面積。
圖3示出了根據本揭示內容的一個態樣的診斷盤的側視截面圖，診斷盤被放置在處理室的靜電吸盤（ESC）的晶圓提升銷上。
圖3A是根據本揭示內容的一個態樣的圖3的診斷盤的一部分的分解圖，其中高解析度相機擷取邊緣和支撐環的感測器資料。
圖3B是根據本揭示內容的一個態樣的圖3的診斷盤的一部分的分解圖，其中非接觸式感測器擷取邊緣和支撐環的感測器資料。
圖4是根據本揭示內容的各個態樣的一種方法的流程圖，此方法將診斷盤用於診斷邊緣（或處理套件）環的壽命終止（EoL）磨損，並開始更換處理套件環。
圖5A至圖5B示出了根據本揭示內容的一個態樣的處理室的一組側視截面圖，非接觸式感測器通過此處理室位於端點窗口中以對邊緣環成像。
圖6示出了根據本揭示內容的一個態樣的處理室的側視截面圖，其中非接觸式感測器位於頂部中央氣體噴嘴處，用於對邊緣環成像。
圖7是根據本揭示內容的各個態樣的一種方法的流程圖，此方法將處理室的原位非接觸式感測器用於診斷邊緣（或處理套件）環的壽命終止（EoL）磨損，並開始更換處理套件環。
圖8示出了根據本揭示內容的一個態樣的根據本文所揭示的一種非接觸式感測器的圍繞靜電吸盤（ESC）的邊緣環和支撐環的俯視平面圖。
圖9A示出了根據本揭示內容的替代具體實施例的屏蔽診斷盤的立體俯視圖。
圖9B示出了根據本揭示內容的態樣的示意圖，其描繪了診斷盤上的四個非接觸式感測器的位置。
圖10示出了根據本揭示內容的一個態樣的診斷盤（例如110）的觀察位置，診斷盤被配置成觀察處理套件環的定位（例如對準和同心度）。
圖11是根據本揭示內容的一個態樣的用於在處理室內用新的處理套件環替換舊的處理套件環的方法的流程圖。
圖12A是根據本揭示內容的態樣的用於配對和初始化診斷盤以用於驗證新處理套件的放置的方法的流程圖。
圖12B是根據本揭示內容的各個態樣的用於使用診斷盤驗證新處理套件在處理室內部的正確放置的方法的流程圖。
圖13A、13B、13C和13D分別是診斷盤的第一非接觸式感測器、第二非接觸式感測器、第三非接觸式感測器和第四非接觸式感測器擷取的示例高解析度圖像。
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
700:方法
710-765:操作

Claims (20)

  1. 一種用於檢測處理套件環損耗的方法，該方法包含以下步驟：使用至少一個非接觸式感測器獲取設置在一處理室內的一處理套件環的一頂表面的感測器資料，其中該處理套件環的至少一部分在該至少一個非接觸式感測器的一視野內；藉由一計算系統分析該感測器資料以確定該處理套件環的該頂表面的一侵蝕程度；以及響應於確定該侵蝕程度達到一壽命終止閾值，開始自動更換該處理套件環，其中該感測器資料包括圖像資料，並且其中分析該感測器資料包括：對該感測器資料應用一圖像處理算法或一經訓練的機器學習模型中的一個以確定沿該處理套件環的該頂表面的該侵蝕程度。
  2. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：使用在一移送室內的一機械臂的一端效器將一診斷盤放入該處理室，其中該至少一個非接觸式感測器是該診斷盤的一部件，並且其中該診斷盤的該至少一個非接觸式感測器位於該處理套件環上方。
  3. 如請求項2所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：根據該處理室的一工作時數，確定該處理室中的該處理套件環已應進行一診斷掃描； 將該診斷盤從一存儲區域裝載到包括該移送室的一基板處理系統的一負載鎖中；以及將該診斷盤從該負載鎖移動到該處理室。
  4. 如請求項3所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：響應於確定該侵蝕程度不滿足該壽命終止閾值：將該診斷盤移回該存儲區域；以及繼續進行基板處理持續額外的數個小時，然後再獲取該處理套件環的該頂表面的新感測器資料。
  5. 如請求項2所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在該處理室中升高一基板支撐組件的多個晶圓提升銷，其中多個晶圓提升銷被配置為處理晶圓；在生成該感測器資料之前，將該診斷盤放在該晶圓提升銷上；以及在產生該感測器資料之前，降低該等晶圓提升銷以將該診斷盤放置在該基板支撐組件的一靜電吸盤上，其中在該至少一個非接觸式感測器和該處理套件環之間存在一間隙。
  6. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：使用連接到該至少一個非接觸式感測器的一無線通信電路，將該感測器資料無線傳輸到該計算系統。
  7. 如請求項1所述之方法，其中啟動自動處理 套件環更換之步驟包括以下步驟：使用一移送室內的一機械臂的一端效器將該處理套件環從該處理室中取出；和使用該機械臂的該端效器將一新處理套件環放入該處理室。
  8. 如請求項7所述之方法，其中插入該新處理套件環包括以下步驟：將該新處理套件環以一固定的二維偏移量裝載到該端效器上；和將該新處理套件環降低到該處理室的一靜電吸盤上，同時對該固定的二維偏移量進行校正，以使該處理套件環在該靜電吸盤上居中。
  9. 一種診斷盤，包括：一盤主體，該盤主體包含圍繞該盤主體的一圓周的一側壁，以及至少一個從該側壁的一頂部向外延伸的至少一個突起；一非接觸式感測器附接到該至少一個突起中的每一個突起的一底側；一印刷電路板(PCB)，該PCB佈置在由該盤主體形成的一內部中；佈置在該PCB上並耦合到每個非接觸式感測器的電路系統，該電路系統至少包括一無線通信電路、一記憶體和一電池；以及一蓋，該蓋位於該側壁內側的該電路系統上方，其中 該蓋將在該盤主體形成的該內部中的該電路系統密封而不受到該盤主體外部的一環境的影響。
  10. 如請求項9所述之診斷盤，其中該至少一個突起包括四個突起，該四個突起圍繞該盤主體定位並且大致垂直於該側壁。
  11. 如請求項9所述之診斷盤，其中該盤主體的一直徑可以為大約11.5英寸至12.25英寸，且其中該至少一個突起中的每一個突起突出該直徑的大約百分之十，使得從該盤主體的一中心大約6.5英寸到6.75英寸之間的一區域在該非接觸式感測器的一視野內。
  12. 如請求項9所述之診斷盤，其中每個非接觸式感測器被定位在一相應的突起上，使得該非接觸式感測器與該盤主體的一底部之間的一垂直距離使該非接觸式感測器移離放置該診斷盤的一表面，並且其中該側壁的一高度在大約0.350英寸和大約0.450英寸之間。
  13. 如請求項9所述之診斷盤，其中該盤主體和該蓋由碳纖維或鋁中的一種構成，並具有由陽極氧化鋁、陶瓷或氧化釔中的一種製成的一塗層。
  14. 如請求項9所述之診斷盤，其中該非接觸式感測器包括一深度相機，該深度相機具有至少四倍的一放大倍率。
  15. 如請求項9所述之診斷盤，其中該盤主體包括設置在一底表面上的多個運動學耦接件，該多個運動學耦接件中的每個運動學耦接件在一處理室內容納一靜 電吸盤的一晶圓提升銷並且在該診斷盤與該靜電吸盤之間提供一低接觸面積。
  16. 一種處理室，包括：一腔室主體；一源蓋，該源蓋耦接到該腔室主體的一頂部，其中該腔室主體和該源蓋一起封閉一內部空間；設置在該內部容積內的一基板支撐組件，該基板支撐組件包括構造成在一基板的處理期間將該基板支撐在一固定位置的一吸盤；一邊緣環，該邊緣環圍繞該吸盤的一圓周佈置，其中該腔室主體或該源蓋中的至少一個在該邊緣環上方或側面的至少一個位置處限定一開口；一非接觸式感測器，該非接觸式感測器位於該開口內和該邊緣環的一視線內，其中該邊緣環的至少一部分在該非接觸式感測器的一視野內；一耐電漿透鏡或窗口，該耐電漿透鏡或窗口設置在該開口處並將該非接觸式感測器與該內部空間隔開，其中該耐電漿透鏡或窗口用於保護該非接觸式感測器免受該內部空間中的侵蝕性氣體的侵蝕；和可操作地耦合到該非接觸式感測器的一計算裝置，其中該計算裝置將：從該非接觸式感測器接收該邊緣環的一頂表面的感測器資料；分析該感測器資料以確定該邊緣環的該頂表面的一 侵蝕程度；和響應於確定該侵蝕程度達到一壽命終止閾值，開始自動更換該邊緣環。
  17. 如請求項16所述之處理室，其中該非接觸式感測器是被該耐電漿透鏡真空密封的一相機。
  18. 如請求項16所述之處理室，該處理室進一步包括一耐電漿襯套，該耐電漿襯套襯在該腔室主體的至少一個側壁上，其中該耐電漿襯套包括一附加開口，該附加開口與該腔室主體的該側壁中的該開口大致對齊，該開口與該附加開口限定用於該處理室的一端點窗口，並且其中該非接觸式感測器的至少一部分設置在該附加開口內。
  19. 如請求項16所述之處理室，該處理室進一步包括一氣體噴嘴，該氣體噴嘴包括一附加開口，該附加開口具有比該開口小的一較小直徑，其中該非接觸式感測器設置在該附加開口內，且其中該非接觸式感測器的一前部與該源蓋的一內表面大致齊平。
  20. 如請求項16所述之處理室，該處理室進一步包含耦合到該非接觸式感測器及一計算系統的電路系統，該電路系統用以將感測器資料從該非接觸式感測器傳輸到該計算系統，其中該感測器資料包含關於該邊緣環的一頂表面的一粗糙度的資訊。
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