TWI795013B - 具有電容微感測器的晶圓處理裝備 - Google Patents

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Abstract

實施例包括用於偵測顆粒、監測蝕刻或沉積速率、或控制晶圓製造處理的操作的裝置與方法。在實施例中，用於顆粒偵測的顆粒監測裝置包括安裝在晶圓基板上的幾個電容微感測器，以在所有壓力範圍下偵測顆粒，例如在真空條件下。在實施例中，一或更多個電容微感測器係安裝在晶圓處理工具上，以在晶圓製造處理期間即時量測材料沉積與移除速率。亦描述及請求其他實施例。

Description

具有電容微感測器的晶圓處理裝備
本申請案請求2016年6月20日所提交之美國申請案第15/187,717號之權益，其全部內容藉由引用併入本文。
實施例係關於半導體處理領域，更特定關於用於晶圓製造處理與裝備的監控及控制的裝置與方法。
製造半導體裝置的主要問題在於半導體晶圓的顆粒污染。這種污染通常發生於藉由晶圓處理工具在半導體裝置的製造期間執行的一或更多個操作期間。舉例而言，晶圓處理工具可以包括幾個介面，例如藉由裝載閘相互連接的幾個腔室，而這些系統部件中之任一者的致動或操作可以產生金屬或非金屬顆粒，例如鋁、不銹鋼、鋯、或可能污染工具中的半導體晶圓的其他顆粒。該領域具有通常知識者將理解，顆粒可能來自晶圓處理工具內除了介面與移動部件之外的許多來源，並因此藉由實例的方式提供上面所述者。
為了識別顆粒污染的來源及/或根本原因，透過晶圓處理工具的一或更多個腔室週期性處理半導體晶圓，然後對半導體晶圓進行顆粒檢查操作。顆粒檢查操作要求經處理的晶圓排成佇列用於光學檢查裝備的檢查，以識別顆粒的位置與一般尺寸，然後排成佇列用於掃描電子顯微鏡、能量色散光譜儀、或其他檢查技術的檢查，以確定晶圓上的顆粒的存在及/或組成物。在偵測到顆粒的存在與組成物之後，可能需要額外的故障排除，以確定由晶圓處理工具執行的實際上導致顆粒污染的操作。
半導體裝置的製造可以涉及藉由使用例如沉積或蝕刻處理的晶圓處理工具在基板上的材料的沉積及移除，更特定為半導體材料。為了精確地沉積或移除指定量的半導體材料，可以使用膜厚度量測技術。舉例而言，可以藉由在給定量的時間內處理半導體材料的晶圓，然後使用橢偏儀量測沉積或移除的膜的量，而間接量測材料沉積及材料移除速率。此外，感測器已用於量測與沉積/移除速率相關的次要因素，以間接估計晶圓製造處理期間的沉積/移除速率。
實施例包括用於偵測晶圓處理工具內的顆粒的顆粒監測裝置。在實施例中，顆粒監測裝置包括具有晶圓電子裝置與支撐表面的晶圓基板，以及安裝在支撐表面上的一位置處的電容微感測器。實際上，幾個（例如，數千個）感測器可以分佈在支撐表面的大部分上。電容微感測器可以具有電容，而當材料沉積在電容微感測器上或從電容微感測器移除時，電容可能改變。
顆粒監測裝置可以包括一對導體，例如具有第一細長導體的第一導體以及具有第二細長導體的第二導體，第二細長導體與第一細長導體互相交錯。電容微感測器可以包括在一或更多個導體上的塗層。在實施例中，塗層包括從電容式微感測器移除以改變電容的材料。在實施例中，塗層包括表面積增加結構（例如細孔），材料係沉積於表面積增加結構內，以改變電容。
顆粒監測裝置可以製造成具有晶圓形狀因子與積層結構。舉例而言，阻隔層可以在電容微感測器與晶圓基板之間。顆粒監測裝置可以包括電互連（例如穿矽通孔），而透過阻隔層將晶圓電子裝置連接至電容微感測器。因此，可以藉由電漿或化學處理剝離阻隔層上方的電容式微感測器，並可保護阻隔層下方的晶圓電子裝置免於電漿或化學處理的影響。晶圓電子裝置可以包括可操作地耦接至電容微感測器的處理器，以用於在電容改變時記錄電容微感測器的位置，而處理器可藉由功率源供電，功率源係包覆並保護於顆粒監測裝置積層結構的頂層、底層、及阻隔密封件之間。
實施例包括具有用於監測或控制晶圓製造處理（例如，材料沉積或移除）的電容微感測器的晶圓處理工具。在實施例中，晶圓處理工具包括圍繞腔室容積的腔室壁，而電容微感測器可以安裝在晶圓處理工具上的任何位置處。舉例而言，電容微感測器可以安裝在晶圓處理工具的腔室壁、提升銷、裝載閘、氣體管線、機器人、或壓力控制閥中之一或更多者附近。那些位置中之任一者處的電容微感測器的電容可以回應於晶圓製造處理而改變，並可以量測電容改變，以監測或控制晶圓製造處理，或利用訊號通知需要修復晶圓處理工具。
具有電容微感測器的晶圓處理工具可用於各種方法。舉例而言，可以依據所偵測的電容微感測器的電容的改變以控制藉由晶圓處理工具執行的晶圓製造處理。控制步驟可以包括終止晶圓製造處理之步驟。控制步驟可以包括確保晶圓製造處理的速率之步驟。控制步驟可以包括確定晶圓製造處理的均勻性之步驟。控制步驟可以包括確定電容改變的根本原因之步驟。控制步驟可以包括從腔室壁移除一定量的材料之步驟。控制步驟可以包括量測晶圓的DC偏壓之步驟。
上述發明內容並不包括所有態樣的詳盡清單。可預期包括可以從上面總結的各種態樣的所有合適組合以及下面的實施方式所揭示與專利請求範圍中特定指出的那些而實施的所有系統與方法。這樣的組合具有上述發明內容中並未具體敘述的特定優點。
根據各種實施例描述用於顆粒偵測、蝕刻/沉積速率監測、或晶圓製造處理的其他製造或控制的裝置與方法。在下面的描述中，闡述許多具體細節，以提供對實施例的透徹理解。對於該領域具有通常知識者顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實施實施例。在其他情況下，已知態樣並未詳細描述，而不會不必要地模糊實施例。此外，應理解，隨附圖式中所示的各種實施例係為說明性表示，且不一定按比例繪製。
用於識別半導體晶圓中的顆粒污染的存在、組成物、或來源的現有技術係耗時、昂貴、且困難的。晶圓處理工具與缺陷檢查裝備之間的距離以及檢查裝備的工作佇列可能意味著檢查處理需要一個小時或更長時間，而延遲修復晶圓處理工具的平均時間。檢查設備也是昂貴的，購買花費在數百萬美元的範圍內，並且需要非加值型晶圓檢查裝備的製造設施空間。此外，用於識別造成顆粒污染的確切操作的故障排除處理相當繁瑣，並且使用每個成本超過一百美元的大量晶圓。
在一態樣中，顆粒監測裝置允許在所有壓力範圍下在晶圓處理工具中進行系統級的顆粒偵測。顆粒監測裝置可以包括內置在晶圓形狀因子中的許多微感測器（例如電容微感測器），而使得顆粒監測裝置可以在晶圓處理工具的腔室之間移動，並可以受到與半導體晶圓相同的處理操作。因此，顆粒監測裝置可以在晶圓製造處理期間（包括在真空條件下執行的處理操作期間）收集關於顆粒落在晶圓狀裝置上的精確時間（及其精確位置）的即時資訊。因此，可以快速確定顆粒污染的來源與根本原因，而不需要昂貴的檢查裝備或繁瑣的故障排除。這種快速確定可以減少修復晶圓處理工具的平均時間，或者可以減少確認用於生產的晶圓處理工具合格的時間。此外，顆粒監測裝置可以代替昂貴的缺陷檢查裝備，並釋放用於加值型晶圓處理裝備的製造設施空間。
用於監測晶圓製造處理的材料沉積或移除的現有技術並未提供晶圓製造處理的即時量測與控制，或是依據與次要因素的相關性而提供材料沉積/移除的估計，而非直接量測沉積/移除。舉例而言，可以使用橢偏儀以量測膜厚度，然而由於橢偏儀係為週期監視器，所以橢偏儀無法偵測正常生產運行中的沉積/移除速率的即時偏離或漂移。此外，裝設在晶圓處理工具的處理腔室中以量測次要因素（例如電漿中的RF匹配位置或氣體濃度）的感測器並未直接量測所關注的變量（沉積/移除速率），並且這種量測在沒有電漿的腔室內變得更具挑戰性。
在一態樣中，晶圓處理系統包括安裝在晶圓處理工具上的一位置處的微感測器（例如電容微感測器），以量測所有壓力範圍中（例如在真空條件下）以及無電漿的條件下的材料沉積或材料移除。安裝在處理腔室中的電容微感測器可以包括電容，而在材料沉積於感測器表面上或從感測器表面移除（例如塗層）時，電容可能改變。因此，可以監測材料沉積或移除量或速率的即時量測以及這種量或速率的均勻性，並用於控制藉由晶圓處理系統執行的晶圓製造處理。
應理解，下面描述的晶圓處理系統與方法可以用於將材料沉積於基板上或從基板移除的任何形狀因子或處理中。更特定言之，儘管晶圓處理系統與方法係描述為關於用於製造積體電路的晶圓處理，但是該等裝置與方法亦可適用於其他技術，例如電子工業中的顯示器及/或太陽能工業中的光伏電池。亦應進一步理解，裝備配置（例如安裝在晶圓處理工具中的各種位置處的電容微感測器）可用於偵測除了顆粒存在或沉積/移除速率之外的處理參數。舉例而言，如下所述，電容微感測器可用於偵測晶圓處理工具中晶圓的DC偏壓。因此，具有電容微感測器的晶圓處理工具可以在晶圓製造工具與處理中發現廣泛的應用。
參照第1圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的圖示。晶圓處理系統100可包括藉由通訊鏈路106通訊耦接至電腦系統104的晶圓處理工具102。通訊鏈路106可以是有線或無線連接，亦即，晶圓處理工具102可以直接或無線地與電腦系統104通訊。應理解，儘管資料可以藉由通訊鏈路106從晶圓處理工具102及/或晶圓處理工具102內的裝置傳送，但在一些實施例中，晶圓處理工具102內的裝置可以是被動式裝置。亦即，裝置可以藉由晶圓處理工具102處理，而可能經歷改變，並且可以在將裝置從晶圓處理工具102取出之後量測該改變。舉例而言，此舉可以是如下所述的顆粒偵測工具或蝕刻/沉積監測工具的特徵。
晶圓處理工具102可以包括藉由一或更多個裝載閘112實體連接至工廠介面110的緩衝腔室108。此外，一或更多個處理腔室114可以藉由一或更多個各別裝載閘112實體連接至緩衝腔室108。緩衝腔室108可以作為大於處理腔室114的各別容積的中間容積，而保持在低壓下，但緩衝腔室108的壓力係高於處理腔室114內的處理壓力。因此，可以在半導體裝置的製造期間在真空條件下在晶圓處理工具102的腔室之間移動半導體晶圓（例如矽晶圓）。這種移動可以藉由包括在晶圓處理工具102中的各種裝置實現，例如機器人、機器手臂、搬運機等。
可以在處理腔室114中執行各種製造操作。舉例而言，至少一個處理腔室114可以是蝕刻腔室、沉積腔室、半導體光刻工具的腔室、或任何其他半導體處理腔室。因此，處理腔室114可用於在真空條件、大氣條件、或任何其他壓力範圍下執行晶圓製造處理。
除了變化的壓力範圍之外，處理腔室114亦可用於執行具有不同能量條件的製造處理。舉例而言，處理腔室114可以是自由基驅動的蝕刻腔室或不包括電漿的沉積腔室。亦即，處理腔室114可以在晶圓製造處理期間為無電漿的狀態。
在晶圓製造處理期間，半導體晶圓可以透過裝載閘112從緩衝腔室108轉移到處理腔室114中之一者。處理腔室114可以具有例如使用真空泵及/或渦輪泵（第4圖）降低至真空條件的腔室壓力。在此描述的上下文中，真空條件可以是小於0.5atm的任何壓力。在實施例中，當處理腔室114具有小於緩衝腔室108的壓力的腔室壓力時（例如小於100毫托），則處理腔室114中的真空條件存在。因此，可以在真空條件下進行在處理腔室114中執行的製造操作。
在處理腔室114中執行的製造操作期間可能產生一或更多個顆粒。舉例而言，顆粒可以是當特定操作發生時發射至處理腔室114中的金屬或非金屬顆粒，例如當裝載閘112的閥打開時，當裝載閘門鎖定時，當提升銷移動時，或任何其他工具操作發生時。所發射的顆粒可能落在半導體晶圓上，而顆粒的著陸位置與時間可能對應於顆粒污染的來源。舉例而言，顆粒可能在裝載閘112關閉的時間點落在更靠近裝載閘112的半導體晶圓上，而表示裝載閘112的部件及/或裝載閘112的致動係為顆粒的來源。因此，可以看出，提供關於顆粒落在半導體晶圓上的位置與時間的資訊的顆粒監測可用於確定顆粒污染的來源。
參照第2圖，係圖示為根據實施例的顆粒監測裝置的圖示。顆粒監測裝置200可經配置以在晶圓處理工具102的多個腔室（例如緩衝腔室108及/或處理腔室114）之間移動。舉例而言，顆粒監測裝置200可以包括具有整體形狀因子及/或與半導體晶圓相同的材料與形狀的晶圓基板202。亦即，晶圓基板202可以至少部分地由半導體材料（例如，結晶矽材料）組成。此外，晶圓基板202可以具有基本上為碟狀並包括具有直徑206的支撐表面204的晶圓形狀因子。支撐表面204可以是碟的上表面，並且晶圓基板202的底表面（未圖示）可以與支撐表面204間隔開厚度208。在實施例中，晶圓基板202的晶圓形狀因子包括在95至455mm之間的直徑206，例如，直徑206可以標稱為100mm、300mm、或450mm。此外，晶圓基板202的晶圓形狀因子可以包括小於1mm的厚度208，例如525μm、775μm、或925μm。厚度208亦可大於1mm，例如幾毫米至10mm。因此，可以使用容易取得的晶圓材料以及典型的晶圓製造處理與裝備以製造顆粒監測裝置200，而可以在藉由晶圓處理工具102處理時基本上模擬半導體晶圓。
顆粒監測裝置200可以包括安裝在支撐表面204上的預定位置處的幾個微感測器。微感測器可以是以下描述的一或更多種微感測器類型。在實施例中，微感測器係為電容微感測器210。舉例而言，可以在支撐表面204上建立許多電容微感測器210，例如數千到數百萬個電容微感測器210。每一電容微感測器210可以具有已知位置。舉例而言，第一電容微感測器212可以位於第一位置處，而第二電容微感測器214可以位於第二位置。第二位置可以具有相對於第一位置或相對於顆粒監測裝置200上的一些其他參考點的已知位置。
電容微感測器210可以隨機分佈在支撐表面204上，或者可以利用預定圖案佈置。舉例而言，第2圖所示的電容微感測器210顯示為隨機分佈在支撐表面204上，儘管其絕對或相對位置可以是預定且已知的。在實施例中，電容微感測器210係以預定圖案佈置，例如網格圖案、同心圓圖案、螺旋圖案等。可以使用已知的蝕刻處理以實現這些圖案，以在顆粒監測裝置200的支撐表面204上的精確位置處建立電容微感測器210。
在實施例中，電容微感測器210係散佈在支撐表面204的表面積的大部分上。舉例而言，透過微感測器陣列的最外面的電容微感測器210所繪製的外部輪廓可以描繪至少一半的支撐表面204的表面積的陣列區域。在實施例中，陣列區域係為表面積的至少75％，例如大於支撐表面204的表面積的90％。
顆粒監測裝置200的電容微感測器210可以透過一或更多個電連接器彼此互連或與其他電路互連。舉例而言，電容微感測器210可以藉由在支撐表面204上運行的電跡線216串聯連接。可替代或附加地，幾個電容微感測器210可以藉由各別電跡線216並聯電連接。因此，可以在電容微感測器210之間進行電連接，或者電容微感測器210可以使用電跡線、電引線、通孔、及其他已知類型的電連接器連接至晶圓電子裝置（亦即電子電路218）。
顆粒監測裝置200的每一電容微感測器210可經配置以在顆粒與感測器相互作用時感測給定參數的改變。更特定言之，電容微感測器210可以具有電容，而當材料沉積在電容微感測器210上或從電容微感測器210移除時，電容可能改變。因此，當電容微感測器210接收晶圓處理工具102的腔室（例如處理腔室114）內的顆粒時，電容可能改變。此處，術語「接收」表示影響電容的顆粒與電容微感測器210之間的相互作用。應理解，如下所述，顆粒監測裝置200可以包括其他微感測器類型，而因此在藉由這些微感測器接收顆粒時可以感測不同參數。舉例而言，如下所述，參數可以是微感測器的電壓、電流、或另一物理或電特性，而在顆粒落在微感測器上，靠近或穿過微感測器，或撞擊微感測器時改變。當閱讀此描述時，該領域具有通常知識者將理解其他顆粒與感測器的相互作用。
參照第3圖，係圖示為根據實施例的顆粒監測裝置的截面圖。類似於典型的半導體晶圓的裝載與處理，電容微感測器210可以封裝在晶圓基板202上，而可自動裝載至系統中，並移動貫穿系統。因此，電容微感測器210可以經歷與生產半導體晶圓相同的環境。在實施例中，具有幾個電容微感測器210的感測器層302覆蓋晶圓基板202的至少一部分。因此，感測器層302的電容微感測器210係安裝在晶圓基板202的支撐表面204上。
在實施例中，晶圓基板202係構造成保護顆粒監測裝置200的電子電路218免於晶圓處理工具102中的電漿的侵襲。因此，晶圓基板202可以包括夾在頂層306與底層308之間的電子電路218。舉例而言，電子電路218可以包括功率源304，例如薄膜電池。薄膜電池可以包覆於矽的層306、308之間，而因此可以藉由二個矽晶圓保護而免於來自頂部或底部的電漿侵襲。此外，功率源304可以藉由阻隔密封件310保護而免於來自側面的電漿侵襲。阻隔密封件310可以夾在圍繞功率源304的頂層306與底層308之間。更特定言之，阻隔密封件310可以圍繞晶圓基板202的圓周延伸，以形成圍繞功率源304的側面的保護壁。因此，功率源304可以包覆在晶圓基板202內。
功率源304可以電連接至頂層306及/或感測器層302中的電子電路218的一或更多個部件。舉例而言，可以將電子電路218（例如控制電子裝置，如處理器、記憶體、或通訊電子裝置）構建至晶圓基板202的頂層306中。功率源304可以藉由電連接（例如透過延伸通過顆粒監測裝置200的一或更多個層的矽通孔）而連接至頂層306中的電子電路218。類似地，頂層306中的功率源304及/或電子電路218（例如處理器）可以藉由電跡線或電通孔電連接至感測器層302中的電容微感測器210。因此，功率源304可以電耦接至電子電路218的處理器、電容微感測器210、或其他電子電路218，以對電子裝置供電。
電容微感測器210可能暴露於晶圓處理工具102內的電漿，而因此感測器最終可能磨損。因此，封裝電容微感測器210而使得微感測器可回收可能是有利的。在實施例中，電容微感測器210的封裝包括電容微感測器210與底下的基板之間的阻隔層312。舉例而言，在顆粒監測裝置200的情況下，阻隔層312可以設置於電容微感測器210與晶圓基板202的支撐表面204之間。電容微感測器210可以使用已知的互連技術（例如透過矽通孔）穿過阻隔層312電連接至晶圓電子裝置（亦即電子電路218）。控制電子裝置與感測器之間的阻隔層312可以在回收期間保護電子裝置。舉例而言，電容微感測器210可以藉由剝離劑（亦即藉由電漿、氣體或液體蝕刻劑）移除，而阻隔層312可以不被相同的剝離劑剝離。亦即，阻隔層312可以是不受剝離劑（例如氣相或液體腐蝕劑）影響的任何導電或絕緣材料。因此，一旦電容微感測器210達到其使用壽命的終點，則可以施加電漿450，以將感測器層302的微感測器剝離阻隔層312，而不會讓構建於晶圓基板202中的電子電路218降級。類似地，可以使用機械剝離以移除磨損的感測器。然後，可以在阻隔層312上形成具有一組新的電容微感測器210的新的感測器層302，而相較於形成全新的顆粒監測裝置200以較低成本翻新顆粒監測裝置200。
可以使用已知的半導體處理與技術以形成顆粒監測裝置200的部件。舉例而言，如上所述，可以使用貫通矽通孔穿過阻隔層312及/或晶圓基板202形成感測器與電子電路218之間的電連接。此外，可以使用已知技術將部件構建至顆粒監測裝置200的層中。舉例而言，電容微感測器210可以單獨形成，然後在回收處理中使用翻轉晶片技術安裝在阻隔層312上。
顆粒監測裝置200中的電容微感測器210的實施方案表示將電容微感測器210用於顆粒偵測的實施例。存在晶圓製造處理裝備與方法中的電容微感測器210的其他用途。舉例而言，電容微感測器210可以安裝在晶圓處理工具102上，以偵測或量測蝕刻/沉積速率，而這樣的資料可以用於控制晶圓製造處理，如下所述。
參照第4圖，係圖示為根據實施例的安裝在晶圓處理工具上的幾個電容微感測器的截面圖。晶圓402（例如半導體材料的晶圓402或顆粒監測裝置200的晶圓基板202）可以在晶圓處理工具102的處理腔室114中接受晶圓製造處理。隨著晶圓402移動通過晶圓處理工具102，晶圓402可能經歷不同的壓力條件。舉例而言，半導體晶圓402可以在大氣條件下插入工廠介面110中。然後，隨著半導體晶圓402進入工廠介面110與緩衝腔室108之間的裝載閘112，裝載閘112可以達到120毫托的真空條件。然後，半導體晶圓402可以從裝載閘112進入緩衝腔室108，其中緩衝腔室108的壓力為100毫托。
晶圓402可以透過裝載閘112從緩衝腔室108轉移到處理腔室114中之一者。舉例而言，處理腔室114可以包括圍繞腔室容積406的腔室壁404，而腔室容積406的尺寸可以設計成接收晶圓402。因此，可以在處理腔室114內的晶圓製造處理期間將半導體材料沉積在晶圓402上或從晶圓402移除。在晶圓製造處理期間，處理腔室114的腔室容積406可以具有使用例如真空源408（例如真空泵及/或渦輪泵）降低到真空條件的腔室壓力。在此描述的上下文中，真空條件可以是小於0.5atm的任何壓力。在實施例中，當處理腔室114具有小於緩衝腔室108的壓力的腔室壓力時（例如小於100毫托），則處理腔室114中的真空條件存在。因此，在晶圓製造處理的製造操作期間，處理腔室114可以處於真空條件下。此外，真空條件可以減少或消除來自腔室容積406的氣體混合物，而因此腔室容積406可以在晶圓製造處理期間為無電漿的狀態。
一或更多個微感測器（例如電容微感測器210）可以安裝在晶圓處理工具102上。舉例而言，電容微感測器210可以安裝在腔室容積406內的處理腔室114上的一或更多個位置處。更特定言之，幾個電容微感測器210可以安裝在腔室容積406內的腔室壁404上的預定位置處。
在實施例中，電容微感測器210係安裝在晶圓處理工具102的除了腔室壁404之外的部分上。舉例而言，代替或附加於將電容微感測器210安裝在腔室壁404上，可以將一或更多個電容微感測器210安裝在處理腔室114內的晶圓托持器410上。舉例而言，晶圓托持器410可以是具有用於在晶圓製造處理期間靜電夾持晶圓402的電極的靜電卡盤。晶圓托持器410可以包括將晶圓402夾持其上的托持表面412。舉例而言，托持表面412可以是晶圓托持器410上的介電材料層，而電容微感測器210可以安裝在托持表面412上。更特定言之，電容微感測器210可以在晶圓製造處理期間安裝在拖持表面412上靠近晶圓402及/或與晶圓402橫向偏移的區域中。舉例而言，處理套件可以包括圍繞托持表面412上的晶圓402的環，而電容微感測器210可以安裝在處理套件上。
預期電容微感測器210可以足夠接近晶圓402地位於處理腔室114中，或者構建至處理腔室114的可消耗或非消耗部件中（例如晶圓托持器410），以偵測晶圓402的材料沉積或移除速率的改變。舉例而言，晶圓402可以具有面向前方的表面（亦即背離托持表面412而朝向電漿450的表面），而電容微感測器210可以安裝在托持表面412上，而使得對材料沉積/移除敏感的感測器表面亦面向前方。
應理解，電容微感測器210可以安裝在晶圓處理工具102上的在處理腔室114內的位置之外的位置處。舉例而言，一或更多個電容微感測器可以安裝在裝載閘112上、之中、或附近。類似地，電容微感測器210可以安裝在晶圓處理工具102的氣體管線（未圖示）、控制流向真空源408的流動的晶圓處理工具102的壓力控制閥414、晶圓處理工具102的機器人、或晶圓處理工具102的提升銷上、之中、或附近，以上定義幾個示例性位置。取決於所期望的特定處理量測與控制，電容微感測器210可以安裝在晶圓處理工具102的其他位置附近。此處，「附近」係作為相對術語，但應理解，電容微感測器210靠近晶圓處理工具102的特定部件的存在意欲描述一距離，而使得沉積在部件上或從部件移除的顆粒或材料可以在統計上大致與所安裝的感測器相互作用。下面所描述的方法進一步描述這些相互作用的實例。
如本文所使用的術語「微」可以指稱根據實施例的某些感測器或結構的描述尺寸。舉例而言，術語「電容微感測器」可以指稱具有奈米至100μm的標度的尺寸的電容感測器。亦即，在實施例中，如下所述的電容微感測器210可以具有0.05至100μm的範圍內的並聯或串聯連接的獨立細胞格的典型尺寸。因此，如本文所述的電容微感測器210可以容易地與其他感測器類型（例如，微量天秤）區別，微量天秤係為能夠精確量測百萬分之一克的重量的儀器。亦即，微量天秤可以在微標度上量測重量，但並非在本文所述的微感測器的相同尺寸範圍內。尺寸範圍的差異是有利的，至少因為幾個微感測器（例如，數千個）可以配合腔室容積406或晶圓處理工具102的其他處，而幾個微量天秤可能無法配合尺寸設定成接收半導體晶圓402的腔室容積406。
如本文所使用的術語「微感測器」亦可以指稱使用與微機電系統（MEMS）相關的材料與製造處理而製造的感測器。亦即，本文所述的電容微感測器210可以使用MEMS處理（例如沉積處理、圖案化、蝕刻等）而製造。因此，電容微感測器210可以是具有使用MEMS處理形成的尺寸與結構的MEMS標度感測器。然而，應理解，實施例並不一定受此限制，而實施例的某些態樣可以適用於更大尺寸及可能更小尺寸的標度。
儘管可以只在晶圓處理工具102上安裝一個微感測器，但可以將許多微感測器（例如數百到數百萬個微感測器）配合腔室容積406或者安裝在晶圓處理工具102上的其他處。亦即，考慮到下面描述的微感測器的MEMS標度尺寸，許多微感測器可以沿著晶圓處理工具102分佈（例如圍繞腔室壁404（或晶圓處理工具102的其他部件）），以監測晶圓製造處理參數，例如，即時監測在處理腔室114內沉積/移除半導體材料。
每一電容微感測器210可以具有已知位置。舉例而言，第一電容微感測器可以位於晶圓處理工具102上的第一預定位置處（例如，腔室容積406內的第一位置處），而第二電容微感測器可以位於晶圓處理工具102上的第二預定位置處（例如，腔室容積406內的第二位置處）。電容微感測器210可以隨機分佈在處理腔室114上，或者以預定圖案分佈。舉例而言，第二位置可以具有相對於第一位置或相對於處理腔室114上的一些其他參考點的已知位置。因此，藉由比較來自第一電容微感測器與第二電容微感測器的即時量測，可以如下所述確定材料沉積/移除的均勻性。
晶圓處理工具102可以包括其他感測器及/或量測儀器，以偵測晶圓製造處理的處理參數。其他感測器及/或量測儀器可能不是微感測器。舉例而言，相對於下文描述的MEMS標度感測器，晶圓處理工具102可以包括安裝在處理腔室114上或者另外安裝的光譜儀416，以在晶圓製造處理期間偵測腔室容積406的光發射光譜（OES）簽名。OES簽名可以識別腔室容積406內的元素的類型與數量。舉例而言，OES簽名可以在晶圓製造處理期間識別腔室容積406內的電漿450中存在哪些化學元素。可以使用其他感測器以偵測在腔室容積406中執行的晶圓製造處理的其他處理參數。這樣的其他感測器可以包括用於量測遞送至處理腔室114或晶圓402的功率的電感測器，用於量測晶圓托持器410的電特性的電感測器等。這樣的感測器可能無法量測半導體材料808的沉積/移除的實際量或速率，但是由於下述原因而可能與由電容微感測器210進行的實際沉積/移除量測相關。
亦可以使用其他感測器以收集與晶圓處理工具102中的顆粒的存在相關的資訊。舉例而言，一或更多個量測裝置（例如加速度計（未圖示））可以安裝在晶圓處理工具102的移動部件上。在實施例中，機器人或機器臂包括用於感測機器人的運動的加速度計。或者，裝載閘門包括加速度計。因此，晶圓製造處理的處理參數（例如表示機器人移動的運動資料）可以藉由加速度計偵測，並可以與從電容微感測器210收集的顆粒感測資料相關聯，以確定微粒的來源。這樣的其他感測器（例如加速度計）的應用在下面進一步描述。
電容微感測器210及/或晶圓處理工具102的量測儀器或裝置可以透過一或更多個電連接器彼此互連或與其他電路互連。舉例而言，電容微感測器210可以藉由在腔室壁404及/或晶圓托持器410上延伸的電跡線串聯連接。可替代或附加地，幾個電容微感測器210可以藉由各別電跡線216並聯電連接。因此，可以在電容微感測器210之間進行電連接，及/或電容微感測器210可以使用電跡線、電引線、通孔、及其他已知類型的電連接器連接至電子電路218。
參照第5圖，係圖示為根據實施例的顆粒監測裝置或晶圓處理工具的電子電路的方塊圖的圖示。顆粒監測裝置200或晶圓處理工具102的電子電路218可以藉由晶圓402或晶圓處理工具102的底下的結構支撐。舉例而言，如上所述，電子電路218可以安裝在顆粒監測裝置200的頂層306上。電子電路218可以封閉在殼體中。電子電路218的殼體及/或電子部件可以整合至晶圓402中，例如殼體可以是包覆電子電路218的晶圓基板層。或者，殼體可以安裝在晶圓處理工具102上，例如在腔室壁404或晶圓托持器410上。類似地，殼體可以安裝在晶圓處理工具102的另一部分上，例如在腔室容積406外部的外表面上。因此，電子電路218可以相對於電容微感測器210而共同定位或遠端放置。儘管如此，即使在相對於電容微感測器210遠端安裝時，電子電路218可以透過一或更多個輸入/輸出（I/O）連接502（例如電跡線、電引線、或通孔）放置，而與電容微感測器210電連接。
晶圓處理工具102的電子電路218可以包括時鐘504。如本領域中已知的，時鐘504可以是具有電子振盪器（例如石英晶體）的電子電路，以輸出具有精確頻率的電訊號。因此，時鐘504可經配置以輸出對應於透過I/O連接502接收的電訊號的時間值。時間值可以是獨立於其他操作的絕對時間值，或者時間值可以與晶圓處理工具102中的其他時鐘同步。舉例而言，時鐘504可以與晶圓處理工具102的系統時鐘或鏈接至晶圓處理工具102的製造設施的主控電腦的系統時鐘同步，而使得由時鐘504輸出的時間值對應於系統時間值及/或藉由系統時鐘輸出或控制的系統操作。時鐘504可經配置成當發生特定處理操作時啟動時間值的輸出。晶圓處理工具102的電子電路218可以包括網路介面裝置506，以在晶圓處理工具102與主控電腦之間發送及接收通訊。
晶圓處理工具102的電子電路218可以包括處理器508。處理器508可以可操作地耦接（例如藉由匯流排510及/或跡線電連接）至時鐘504。處理器508表示一或更多個通用處理裝置，例如微處理器、中央處理單元、或類似者。更特定言之，處理器508可以是複雜指令集計算（CISC）微處理器、簡化指令集計算（RISC）微處理器、非常長的指令字元（VLIW）微處理器、實現其他指令集的處理器、或實現指令集的組合的處理器。處理器508亦可以是一或更多個專用處理裝置，例如特定應用積體電路（ASIC）、現場可程式化閘陣列（FPGA）、數位訊號處理器（DSP）、網路處理器、或類似者。
處理器508經配置以執行用於執行本文所述的操作的處理邏輯。舉例而言，處理器508可經配置以接收及分析來自位於顆粒監測裝置200或晶圓處理工具102上的不同預定位置處的幾個電容微感測器210的輸入訊號。因此，處理器508可以確定及記錄與可操作地連接的電容微感測器210相關的資料。舉例而言，當微感測器的電容改變時，處理器508可以記錄電容微感測器210的位置。處理器508亦可接收來自對應於每一所接收的輸入訊號的時鐘504的時間值輸出，並且可以將輸出至記憶體的時間值記錄為時間戳記。因此，處理器508可以比較來自幾個電容微感測器210的輸入訊號，以例如確定在給定時間的晶圓製造處理的均勻性。處理器508可經配置以依據從電容微感測器210接收的訊號而確定其他類型的資訊。舉例而言，如下所述，可以使用從一或更多個電容微感測器210接收的輸入訊號，以終止晶圓製造處理或確定晶圓製造處理中的改變的根本原因。
如本文所述，處理器508可以提供其他功能。舉例而言，處理器508可以包括訊號處理功能，例如可以將來自電容微感測器210的類比訊號轉換成數位訊號。當然，亦可針對此目的使用專用的數位類比轉換器。類似地，其他電子裝置可以用於所描述的任何處理功能，例如對位移電流進行濾波，執行資料上的邏輯確定的任務（例如參照查找表），應用校正因子等。亦應理解，已知這樣的處理可以利用本端或分佈式的方式進行。因此，為了簡潔起見，這些電子與處理技術並不在本文詳細討論。
電容微感測器210的監測可藉由處理器508以單獨或以群組為基礎而執行。亦即，處理器508可以監測及記錄每一電容微感測器210的單獨資料。因此，每一電容微感測器210可以是可單獨識別，例如藉由與位置或其他感測器特定資料相關聯的唯一感測器識別號碼。在實施例中，電容微感測器210可以分組監測。舉例而言，處理器508可以監測及記錄一或更多個電容微感測器210的群組的區塊資料。這些群組可以指稱為感測器方塊，而每一感測器方塊可以具有對應的功率源與處理器。亦即，感測器方塊可以彼此獨立地工作，並被單獨監測或控制。因此，電容微感測器210的群組可以與位置或對應於整個感測器群組的其他群組特定資料相關聯。
晶圓處理工具102的電子電路218可以包括安裝在例如晶圓基板202或腔室壁404上的記憶體512。記憶體512可以包括主記憶體（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）、靜態記憶體（例如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體（SRAM）等）、或次要記憶體（例如，資料儲存裝置）。處理器508可以經由匯流排510或其他電連接而與記憶體512通訊。因此，處理器508可以可操作地耦接至記憶體512，以在記憶體512中記錄觸發的電容微感測器210的預定位置以及由時鐘504所輸出的時間值。亦即，記憶體512可以收錄顆粒或材料沉積在電容微感測器210上或從電容微感測器210上移除的時間，以及收錄當材料落在電容微感測器210上或離開電容微感測器210時受影響的微感測器所安裝的位置。
晶圓處理工具102的電子電路218可以包括如上所述的功率源304。功率源304可以包括電池、電容器區塊、或其他已知功率供應器。功率源304可以透過匯流排510電連接至電子電路218的一或更多個部件並可對其供電（例如電容微感測器210、時鐘504、處理器508、或記憶體512）。
晶圓處理工具102的電子電路218可以包括附加部件。舉例而言，電子電路218可以包括加速度計514，加速度計514在顆粒監測裝置200停止移動時（例如在裝載到晶圓處理工具102的特定處理腔室114之後）觸發時鐘504開始輸出時間值。因此，時間值可以提供關於顆粒監測裝置200何時裝載到晶圓處理工具102的特定處理站的資訊。電子電路218可以包括頻率源516（例如寬頻率源516）或偵測器518。頻率源516與偵測器518可以具有關於晶圓處理工具102的電容微感測器210的具體實施例的特定應用。舉例而言頻率源516與偵測器518可以用於驅動及監測如下所述之微諧振器型微感測器。
上述電子電路218的部件係為可以使用的感測器的範圍的說明，而非限制。舉例而言，附加感測器（例如溫度感測器520）可以整合至晶圓處理工具102的製造中。溫度感測器520可以監測晶圓處理工具102中之一或更多個部件（例如腔室容積406）的溫度。現在描述電容微感測器210的各種實施例。首先說明電容微感測器210的配置與圖示本質上為說明性，而該領域具有通常知識者可依據此描述而考慮許多附加配置。
參照第6圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器的透視圖。電容微感測器210可以具有電容，而電容微感測器210的電容可以回應於由晶圓處理工具102執行的晶圓製造處理而改變。電容微感測器210可以採用連接至量測電路的二或更多個電極。舉例而言，電容微感測器210可以具有一對導體，包括藉由介電間隙與第二導體604分離的第一導體602。第一導體602及/或第二導體604可以帶電荷。舉例而言，可以將一或更多個電極直接連結，以驅動及感測來自電子電路218的量測電路的訊號。在實施例中，電極中之一者係連接到接地電位。
第一導體602與第二導體604可以由導電材料形成，例如多晶矽、鋁、鎢等。導體可以形成於基板606上或安裝在基板606上。基板606可以是顆粒監測裝置200的晶圓基板202的一部分。或者，基板606可以安裝在晶圓處理工具102上。基板606可以是矽晶圓基板、有機材料、覆蓋玻璃基板、或另一固體介電基板（例如氧化鋁、石英、二氧化矽等）。
每一導體可以包括從導電墊608沿著各別平面延伸的幾個指狀導體。舉例而言，第一導體602可以包括幾個第一細長導體610，而第二細長導體612可以包括幾個第二細長導體612。在實施例中，第一細長導體610與第二細長導體612互相交錯。更特定言之，細長導體可以在相同平面內互鎖或相互嚙合，以在指狀結構之間形成電容。訊號可以透過導電墊608進出細長導體。因此，電容微感測器210可以包括具有平面配置的電容器。
電容微感測器210可設計成讓靈敏度最大化。舉例而言，電容微感測器210的電極可以形成為小尺寸，並藉由小空間分離。這種尺寸縮放可以藉由單獨製造感測器以實現高靈敏度與高有效面積密度，並在整體上對較小顆粒敏感，以及能夠更加離散地偵測顆粒。作為實例，每一細長導體可以藉由小於3微米的介電間隙距離來分離。在一些實施例中，介電間隙距離可以在50-100nm的範圍內。因此，電容微感測器210可以偵測電極之間的介電特性中的小的擾動。亦可以操縱監測及控制電子電路218的設計以調節靈敏度。因此，電容微感測器210的典型偵測範圍可以是低毫微微法拉到幾十微微法拉的範圍，而偵測的解析度可以在微微微法拉的數量級中。
參照第7圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器的透視圖。電容微感測器210可以包括在第一導體602或第二導體604中之一或更多者上的塗層702。舉例而言，塗層702可以施加在已經圖案化到平面交錯電容器中的導體的區域上。塗層702可以是有機或介電材料。更特定言之，塗層702可以包括選擇用於與晶圓製造處理反應的材料。舉例而言，塗層702可以包括蝕刻處理的靶材料。在實施例中，塗層702包括介電材料，例如氧化矽或氮化矽。因此，當藉由晶圓處理工具102執行蝕刻處理時，可以移除一定量的塗層702。
參照第8圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器沿第7圖的線段A-A所取得的截面圖。電容微感測器210包括在基板606上的一對導體802。舉例而言，一對導體802可以包括第一導體602的第一細長導體610與第二導體604的第二細長導體612。如上所述，一對導體802可以至少部分地藉由塗層702覆蓋。塗層702可以是如第7圖所示的覆蓋塗層。更特定言之，塗層702可以包括橫向於交錯導體之間的填料部分804（亦即，填充介電間隙）以及層疊於導體的頂表面上的外塗層部分806。塗層702可以具有積層結構，例如，填料804可以是由第一材料（例如硬介電（例如，氧化物或氮化物））形成的第一層，而外塗層806可以是由第二材料（例如有機材料）形成的第二層。應理解，塗層702的任一部分係為可選擇的。舉例而言，在實施例中，塗層702包括橫向於導體之間的填料804，而塗層702並未包括外塗層806，而使得導體的頂表面暴露。或者，塗層702可以包括在導體上方的外塗層806，而塗層702可以不包括填料804，而使得橫向於導體之間的介電間隙中存在空隙。可以使用塗層702的其他實施例。舉例而言，塗層702可以是共形的，而使得薄共形塗層（例如2奈米厚）係層疊於導體與基板606的頂表面及橫向表面上。細長導體的寬度或高度可以大於共形塗層702的厚度（例如3微米），因此塗層702可以覆蓋電容微感測器210的整個表面，而一對導體802之間的介電間隙的至少一部分可能未填充。
將材料808沉積至電容微感測器210的任何部分上可能導致電容微感測器210的電容改變。舉例而言，將材料808沉積至第6圖所示的交錯指狀結構或第7圖所示的塗層702中可以藉由變動一對導體802之間的電場而改變電容。
在實施例中，沉積在電容微感測器210上的材料808係為氣體。因此，電容微感測器210可以包括幾個表面積增加結構。舉例而言，表面積增加結構可以包括設計成截留或吸收氣體的纖維或細孔810。舉例而言，塗層702可以包括具有預定孔隙率的材料（例如多孔氮氧化物），以在處理腔室114內像海綿那樣吸收氣體。當藉由細孔810吸收氣體時，氣體可以變動塗層702的介電常數（例如藉由相較於充氣細孔810增加塊體材料的介電常數），而電容可能改變。
將材料從電容微感測器210移除可能導致電容微感測器210的電容改變。舉例而言，從交錯指狀結構或塗層702移除材料808可以藉由變動電場而改變電容。
可以感測由材料808的沉積或移除所造成的電容改變，以確定沉積的量或速率。舉例而言，電容的改變可以與所增加或移除的材料808的量直接相關。此外，當可以即時監測電容時，可以計算蝕刻速率（例如每分鐘的埃數）。初步資料表明，可以量測電容微感測器210的電容改變，以偵測電容微感測器210上的顆粒的存在。此外，幾個電容微感測器210可以多工，以偵測相對大的顆粒。類似地，組合電容微感測器210可用於確定顆粒尺寸。
可以依據電容微感測器210用於監測或控制的處理而進行導體602、604、基板606、及塗層702的材料選擇。舉例而言，一或更多個結構可能並未受到正在監測的蝕刻處理的影響。舉例而言，塗層702可以設計為藉由蝕刻處理移除，而基板606可以設計為不受到蝕刻處理的影響。類似地，塗層702可以藉由處理移除，而細長導體可能無法藉由處理移除。
電容微感測器210的結構的幾何形狀亦可以設計成對應於正在監測或控制的處理。舉例而言，當處理包括材料沉積時，指狀結構可以儘可能彼此靠近地放置，以確保在材料808沉積於導體上或導體之間時，發生可偵測的電容改變。導體的厚度亦可以變化。舉例而言，交錯指狀細長導體可以加厚，以讓結構更像平行板結構而非平面結構。
參照第9圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器的透視圖。電容微感測器210可以包括堆疊結構。舉例而言，第二導體604可以堆疊在第一導體602上方。細長導體（亦即，第一細長導體610與第二細長導體612）可以沿著相同垂直平面佈置，或者細長導體可以橫向偏移（亦即，相互交錯）。在任一情況下，塗層702可以在第一導體602與第二導體604之間，而因此填充導體之間的介電間隙。在實施例中，第一導體602與第二導體604包括網格或網狀結構（未圖示），而非指狀結構。堆疊的感測器（或所描述的任何感測器結構）可以具有不同材料的導體。舉例而言，第一導體602可以包括金屬，而第二導體604可以包括摻雜的多晶矽。
參照第10圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器的透視圖。電容微感測器210可以包括平行板結構。舉例而言，第一導體602可以是第一板層，而第二導體604可以是第二板層。塗層702可以填充板之間的介電間隙。在實施例中，板結構係為經穿孔的。舉例而言，一或更多個穿孔1002可以垂直延伸穿過第一導體602及/或第二導體604。平行板及/或穿孔平行板結構可以特別適用於感測各向同性蝕刻輪廓。在這種情況下，導體之間的塗層702可以包括介電常數為9的氧化鋁，以讓電容微感測器210對材料808的移除特別靈敏。
上述電容微感測器210的實施例係為說明而非限制。更特定言之，相對於感測器結構，該領域具有通常知識者可以想到在沉積、移除、或修改材料時經歷電容改變的其他電容微感測器結構。電容微感測器210表示可以用於本文所述應用的一種類型的微感測器。然而，可以使用其他微感測器，而與電容微感測器210組合或單獨使用。下文大致描述幾種這樣的微感測器類型。
參照第11圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的微諧振器類型的微感測器的示意圖。在實施例中，晶圓處理工具102的一或更多個微感測器包括微諧振器感測器1100。微諧振器感測器1100可以是合適的諧振質量感測器，例如石英晶體微量天秤（QCM）、表面聲波（SAW）、或膜體聲波諧振器（FBAR），所有這些量化沉積在其表面上的空氣中的顆粒的累積質量1102。為了簡明起見以及易於理解而簡化說明，在此並不描述微諧振器感測器1100的複雜性與多樣性。微諧振器感測器1100可以分佈在顆粒監測裝置200或晶圓處理工具102上的預定位置處。每一微諧振器感測器1100可以具有如本領域已知的特徵頻率，例如諧振頻率。舉例而言，不需要詳細說明，微諧振器感測器1100可以藉由簡單的質量彈簧系統表示。微諧振器感測器1100的特徵頻率可以與微諧振器系統的質量1102成反比。舉例而言，特徵頻率可以與微諧振器感測器1100的sqrt（k/M）成比例，其中「M」對應於質量1102，而「k」對應於微諧振器感測器1100的比例常數。因此，應認知，當微諧振器感測器1100接收或給出材料808時（例如在晶圓製造處理中），特徵頻率平移。舉例而言，當材料808（例如半導體材料）沉積在晶圓處理工具102的處理腔室114內的微諧振器感測器1100的感測器表面上或從其上移除時，微諧振器感測器1100的質量1102改變，並因此特徵頻率平移。
在實施例中，感測器表面包括材料808。更特定言之，感測器表面可以由與在晶圓製造處理期間沉積在晶圓402上或從晶圓402移除的材料808相同的半導體材料808形成。舉例而言，當晶圓製造處理係為將矽沉積到矽晶圓402上的沉積處理時，感測器表面可以包括矽，以確保沉積的材料808係以類似於與晶圓402的相互作用的方式與感測器表面相互作用。類似地，當晶圓製造處理係為從矽晶圓402移除矽的蝕刻處理時，感測器表面可以包括矽，以確保材料808係以與矽從晶圓402移除的速率類似的速率從感測器表面蝕刻。因此，感測器表面可以模擬晶圓402的表面，以量測在晶圓製造處理期間同時發生於晶圓402的實際沉積速率或移除速率。
參照第12圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的電晶體感測器類型的微感測器的示意圖。在實施例中，晶圓處理工具102的一或更多個微感測器包括電晶體感測器1200。電晶體感測器1200可以包括一或更多個電晶體，例如MOSFET 1202。MOSFET 1202可以包括源極1204、汲極1206、及閘極1208。電晶體感測器1200亦可包括在晶圓製造處理期間接收或發射材料808的收集器1210。收集器1210可以與MOSFET 1202實體分離，然而，子部件可以彼此電連接。舉例而言，收集器1210可以透過電跡線1212電連接到MOSFET 1202的閘極1208。因此，即使當收集器1210位於與MOSFET 1202間隔開的預定位置時，亦可將MOSFET 1202配置成偵測材料808已著陸至收集器1210或從收集器1210蒸發。
收集器1210可調整尺寸及經配置以接收材料808。舉例而言，材料808顆粒的典型尺寸可以在45奈米至1微米的範圍內，因此，收集器1210可以包括具有至少1微米直徑的外緣的外部輪廓。當以向下方向觀察時，外緣的形狀可以是圓形、矩形、或任何其他形狀。此外，收集器1210可以是平坦的，亦即可以具有平面感測器表面，或者收集器1210可以具有錐形感測器表面。在實施例中，收集器1210並非為與MOSFET 1202分離的結構，而是併入至MOSFET 1202中。舉例而言，收集器1210可以是MOSFET 1202的閘極1208上的集電區域。
類似於上述微諧振器感測器1100，電晶體感測器1200的收集器1210可以包括經配置以模擬晶圓402的表面的感測器表面。舉例而言，電晶體感測器1200可以位於靠近晶圓402（例如位於托持表面412上），而感測器表面可經定向以面向平行於晶圓表面所面向的方向的朝前方向。收集器1210可以包括多層結構，例如具有相同或不同材料的基層與頂層。
在實施例中，電晶體感測器1200的參數係對應於MOSFET 1202。更特定言之，電晶體感測器1200的參數可以是跨閘極1208量測的MOSFET 1202的閾值電壓。閾值電壓可以直接對應於收集器1210上的材料808的存在或不存在。舉例而言，當第一數量的材料808在收集器1210上時，閾值電壓可以具有第一值，而當第二數量的材料808在收集器1210上時，閾值電壓可以具有第二值（不同於第一值）。因此，可以依據電晶體感測器1200的閾值電壓而確定從收集器1210的感測器表面收集或發射的材料808。處理器508可經配置以偵測閾值電壓的改變，並因此在偵測到閾值電壓的改變時，晶圓處理工具102可以注意到顆粒偵測或材料808沉積或移除的量的改變。可以隨時間收錄閾值電壓，以確定晶圓402上的材料808的實際沉積速率或移除速率。
參照第13圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的光學感測器類型的微感測器的示意圖。在實施例中，晶圓處理工具102的一或更多個微感測器包括光學感測器1300。光學感測器1300可以是本領域已知的微光電機械系統（MOEMS），並且可以使用已知的半導體處理操作直接形成於基板上。為了簡明起見以及易於理解而簡化說明，在此並不描述MOEMS的複雜性與多樣性。光學感測器1300可以包括分佈在基板的感測器表面（未圖示）上的幾個微反射鏡或透鏡。不需要進一步描述，光學感測器1300可以包括從光源1304發出的光學路徑1302。光學路徑1302可以在光源1304與光偵測器1306之間。在實施例中，光學感測器1300的參數係對應於是否在光偵測器1306處從光源1304接收光。舉例而言，可以回應於干擾光學路徑1302的材料808而改變參數。亦即，當材料808的顆粒通過或停留在光學路徑1302中並阻擋光源1304與光偵測器1306之間的光時，可能改變參數。在實施例中，當顆粒通過光學感測器1300時，來自光源1304的光反射而沿著不同的光學路徑1302射向另一光偵測器1306。由另一光偵測器1306偵測到所反射的光可以導致光學感測器1300的參數的改變。舉例而言，參數可以是對應於光偵測的光學感測器1300的輸出電壓。處理器508可經配置以偵測輸出電壓的改變，並因此在偵測到輸出電壓的改變及/或當光學路徑1302中的干擾時，晶圓處理工具102可以注意到基板上的感測器表面的材料808的沉積或移除的改變，而因此可以即時量測及監測沉積/移除的量及/或速率。
應理解，由於上述微感測器類型係基於獨立於外部壓力的電參數而操作，所以具有一或更多個微感測器（例如電容微感測器210、微諧振器感測器1100、電晶體感測器1200、或光學感測器1300）的顆粒監測裝置200或晶圓處理工具102可以在任何壓力條件下（包括在真空條件下）工作。類似地，微感測器可以操作，而不論腔室容積406的氣體濃度如何，包括在無電漿的條件下。
顆粒監測裝置200或晶圓處理工具102可以包括上述感測器的任何組合。舉例而言，電容微感測器210可以在底下的基板上分成數千組。更特定言之，電容微感測器210可以連結成區塊，而可以藉由從區塊中選擇不同數量的電容器以選擇基底電容。這種選擇可以藉由處理器508控制。在實施例中，處理器508監測不同類型的感測器。舉例而言，可以同時監測或在晶圓製造處理的不同階段監測經配置以偵測材料沉積的電容微感測器210與經配置以偵測材料蝕刻的電容微感測器210，以收集附加資料並形成多用途感測器。類似地，可以使用類比到數位電容量測電路，以利用不同頻率監測電容微感測器210，以獲取附加資訊。舉例而言，量測電路可以利用低頻率、高頻率、或藉由掃描寬範圍的頻率以探測一或更多個電容微感測器210，以收集附加資訊。
具有安裝在例如處理腔室114上的微感測器的晶圓處理工具102可以用於監測或控制晶圓製造處理。儘管沒有限制，但是下文描述執行這種監測及控制的幾種方法。為了簡潔起見，以下描述的方法中的操作可以指稱電容微感測器210的監測，然而，該等方法可以適用於結合其他微感測器類型，例如上述的微感測器類型。
參照第14圖，係圖示為根據實施例表示終止晶圓製造處理的方法中的操作的流程圖的圖示。在一些情況下，可以藉由量測處理的參數（例如，在處理腔室114內的電漿450中發現的特定元素的濃度）以偵測晶圓製造處理的終點，以確定處理操作是否已經達到處理目標，而應該停止。然而，當腔室容積406為無電漿的狀態時，這種偵測可能困難或不可能使用傳統的感測器或量測儀器。然而，使用電容微感測器210確定終點的下述方法可以在無電漿的條件下使用。
在操作1402處，將晶圓402裝載至晶圓處理工具102的處理腔室114中。晶圓402可以由半導體材料形成，並且可以從晶圓處理工具102的第一腔室（例如緩衝腔室108）移動至晶圓處理工具102的第二腔室（例如處理腔室114）。因此，晶圓402可以在處理腔室114的腔室容積406內接受晶圓製造處理，例如沉積或蝕刻。
在操作1404處，可以在處理腔室114中啟動晶圓製造處理。舉例而言，第二腔室（例如處理腔室114）的腔室壓力可以減少到真空條件。更特定言之，腔室壓力可以降低到低於0.5atm。如上所述，晶圓處理工具102能夠在所有壓力範圍下偵測材料沉積/移除，因此可以在半導體晶圓402通常觀察到的條件下用於在晶圓處理工具102中即時監測沉積/移除量及/或速率。因此，在晶圓製造處理期間，半導體材料808可以沉積在晶圓402上或從晶圓402移除。同時，半導體材料808可以沉積在電容微感測器210上或從電容微感測器210移除。
在操作1406處，偵測電容微感測器210的電容的改變。更特定言之，當材料808沉積在第二腔室（例如處理腔室114）內的電容微感測器210上或從電容微感測器210上移除時，可以偵測電容的改變。當電容微感測器210偵測到電容的改變時，將對應的訊號提供至電子電路218。
在實施例中，依據所偵測到的電容微感測器210的電容的改變而控制晶圓製造處理。舉例而言，在操作1408處，可以使用對應於電容的改變的輸入訊號以確定晶圓製造處理的終點。舉例而言，電容改變可以對應於在沉積處理期間的電容微感測器210上的材料808的沉積。類似地，當晶圓製造處理係為蝕刻處理時，可以偵測到材料808從電容微感測器210的移除。對於晶圓處理工具102的每個處理流程，增加或移除的材料808的量可以相同。然而，若數量或速率突然變多或變少，則晶圓處理工具102可以確定已經發生晶圓製造處理或處理腔室114硬體的平移。
如上所述，顆粒監測裝置200或晶圓處理工具102的電子電路218可以包括網路介面裝置506，以在晶圓處理工具102與主控電腦之間發送及接收通訊。網路介面裝置506可以藉由有線或無線連接502工作。在實施例中，亦可以在微感測器與網路介面裝置506之間無線發射訊號。更特定言之，可以分配電子電路218，而使得無線發射器電連接至微感測器（例如電容微感測器210），並將無線接收器電連接至電子電路218的其他電路。更特定言之，無線接收器與無線發射器都可以位於晶圓處理工具102內。舉例而言，無線發射器可以安裝在支撐電容微感測器210的晶圓基板202上，而無線接收器可以安裝在腔室壁404上。資料（例如電容微感測器210的電容）可以在晶圓處理工具102內的發射器與接收器之間傳送。在接收到資料之後，無線接收器可以將所接收的訊號發送至處理器508或其他電子電路218。此外，訊號可以透過有線連接502而在電子電路218與外部電腦系統104之間傳遞。無線接收器與外部電腦之間的通訊可以是有線連接502（例如，資料纜線可以穿過處理腔室114的腔室壁404，以將資料從電子電路218傳送到主控電腦）。因此，可以即時量測晶圓製造處理的進展。因此，電腦系統104可經配置成在從電容微感測器210增加或移除期望量的材料808時，偵測處理的終點。
在操作1410處，可以回應於確定終點而停止晶圓製造處理。舉例而言，當來自電容微感測器210的輸入訊號指示晶圓製造處理已經達到期望的處理結果（例如，晶圓402的質量的預定值或改變）時，電子電路218或電腦系統104可以確定已經達到晶圓製造處理的終點，並且可以依據輸入訊號停止沉積或蝕刻處理。
參照第15圖，係圖示為根據實施例表示確定晶圓製造處理的均勻性的方法中的操作的流程圖的圖示。可以使用來自電容微感測器210的反饋以控制晶圓製造處理，例如，以偵測及控制處理均勻性。藉由將幾個電容微感測器210放置在處理腔室114中，可以偵測到瞬時均勻性以及一段時間的均勻性。更特定言之，可以感測處理腔室114中不同位置處的沉積或蝕刻速率的改變，以確定那些位置之間的沉積或蝕刻處理是否不同。
操作1502與1504可以類似於上面關於第14圖描述的操作1402與1404。亦即，晶圓402可以裝載至晶圓處理工具102的處理腔室114中，並且可以啟動晶圓製造處理。然而，在操作1504處，半導體材料808可以在晶圓製造處理期間沉積在晶圓402以及幾個電容微感測器210上或從晶圓402以及幾個電容微感測器210上移除。亦即，材料808的沉積或移除可以施加至處理腔室114中的多個電容微感測器210。舉例而言，第一電容微感測器可以安裝至晶圓處理工具102上的第一預定位置處（例如，腔室容積406內），而第二電容微感測器可以安裝至晶圓處理工具102的第二預定位置處（例如，亦在腔室容積406內）。材料808可以沉積在第一與第二電容微感測器210上或從第一與第二電容微感測器210上移除。
在操作1506處，可以偵測每一電容微感測器210的電容的各別改變。舉例而言，可以回應於沉積在第一電容微感測器的塗層702、細長導體、或基板606上的半導體材料808或從第一電容微感測器的塗層702、細長導體、或基板606上移除的半導體材料808，而偵測第一微感測器的電容的改變。類似地，可以回應於沉積在第二電容微感測器的塗層702、細長導體、或基板606上的半導體材料808或從第二電容微感測器的塗層702、細長導體、或基板606上移除的半導體材料808，而偵測第二電容微感測器的電容的改變。因此，在給定的時間處，可以量測第一電容微感測器與第二電容微感測器的電容。
在操作1508處，可以依據第一與第二電容微感測器210的電容的改變以確定晶圓製造處理的均勻性。舉例而言，可以量測幾個電容微感測器210的電容的改變，並且可以比較改變以偵測均勻性。更特定言之，當電容的改變相同或在預定的變化程度內相似（例如在5％的差異之內）時，可以確定晶圓製造處理是均勻的。然而，當電容的改變具有預定量的變化時，可以確定晶圓製造處理是不均勻的。確定不均勻性可能會觸發事件。舉例而言，可以設置用於處理腔室114中的電容微感測器210之間的標準偏差的預定閾值，而若超過閾值，則可以觸發警報及/或晶圓處理工具102可以停止處理下一個晶圓。從微感測器收集的資料亦可以保存在本端或遠端伺服器上的日誌檔案中，以供未來審查，例如輔助進行根本原因分析。因此，可以使用在幾個位置處具有電容微感測器210的晶圓處理工具102，以量測及控制處理穩定性。
參照第16圖，係圖示為根據實施例表示確定晶圓製造處理的改變的根本原因的方法中的操作的流程圖的圖示。晶圓處理工具102上（例如在處理腔室114內）的電容微感測器210可用於確定顆粒偵測或沉積或移除速率的改變的根本原因。舉例而言，電容微感測器210可以與其他機器感測器相關聯，以識別沉積或移除速率改變的可能原因。在實施例中，電容微感測器210係與量測儀器（例如光譜儀416）相關聯。或者，電容微感測器210可以與其他機器感測器相關聯，例如用於偵測溫度、傳遞至處理腔室114的功率、氣體濃度、或處理腔室114的離子密度的感測器。
操作1602至操作1606可以類似於上文關於第14圖描述的操作1402至操作1406。亦即，晶圓402可以裝載至晶圓處理工具102的處理腔室114中，並且可以啟動晶圓製造處理。此外，可以偵測電容微感測器210的電容的改變。
在操作1608處，可以藉由量測儀器或裝置偵測及/或量測晶圓製造處理的處理參數。舉例而言，量測儀器可以包括上文關於第4圖描述的光譜儀416。因此，處理參數可以是藉由光譜儀416量測的腔室容積406的OES簽名。
在操作1610處，可以依據偵測到的處理參數以確定電容微感測器210的電容的改變的根本原因。舉例而言，電容的改變可以與藉由量測儀器量測的處理參數的改變同時或時間接近。處理參數可以是特定氣體的濃度，而處理參數的改變可以指示濃度的增加。因此，同時發生的改變可以指示氣體濃度的增加係為電容微感測器210的電容的改變的根本原因（例如，顆粒偵測或電容微感測器210上的材料808的沉積速率或移除速率的改變的根本原因）。然後，可以調整或修理晶圓處理工具102，以校正顆粒來源或將氣體濃度與沉積/移除速率維持在所期望範圍內。因此，具有安裝在一或更多個位置（例如在處理腔室114上）處的電容微感測器210的晶圓處理工具102可以作為故障排除工具。
如下所述，可以使用電容微感測器210的電容的改變以及偵測到的處理參數，以確定晶圓製造處理中的事件的其他根本原因。
晶圓處理工具102可以包括承載腐蝕性材料進出處理腔室114的氣體管線。氣體管線可以放置在真空下，而因此氣體管線的腐蝕通常可以是最小的。然而，當處理腔室114打開以進行維護而沒有適當地吹掃氣體管線時，可能將濕氣及/或鹵素引入氣體管線中。當氣體管線暴露於濕氣及/或鹵素時，腐蝕可能會非常迅速地發生。這種腐蝕可能會產生顆粒。因此，在實施例中，電容微感測器210係安裝在晶圓處理工具102上的氣體管線的下游位置處，或者在氣體管線到達處理腔室114之前的位置處。電容微感測器210可以用於偵測在打開處理腔室114以進行維護之前是否適當地吹掃氣體管線。電容微感測器210亦可偵測氣體管線中的顆粒偏離以偵測腐蝕。更特定言之，氣體或腐蝕顆粒可能造成電容微感測器210的電容的改變，並且可以使用該改變以確定氣體或腐蝕顆粒存在於氣體管線中。當偵測到氣體或腐蝕顆粒時，可以在晶圓處理工具102上執行適當的維護或修理。
在晶圓製造處理（例如蝕刻或沉積處理）之後，鹵素或其他副產物可能從晶圓402放出氣體。存在減少副產物的技術，然而，難以量化減少的效率以及晶圓402是否充分放出氣體。未完全放出氣體的晶圓402可能導致佇列時間問題或凝結顆粒的污染。在實施例中，電容微感測器210係安裝在晶圓處理工具102上的裝載閘112內。因此，電容微感測器210量測被包圍在裝載閘112的容積內的鹵素或副產物的量。因此，電容微感測器210可用於確定多久及/或何時晶圓402完全放出氣體。另外，電容微感測器210可用於偵測偏離，或者甚至依據在裝載閘112中偵測到的鹵素或副產物的量而終止處理。作為實例，電容微感測器210可以包括塗層702，塗層702包括取決於暴露於哪些氣體而改變其電特性的材料。更特定言之，塗層702可以吸收具有與空氣不同的介電常數的裝載閘112中的氣體，而因此在暴露於氣體時，電容微感測器210的電容可能改變。當偵測到氣體時，可以進行適當的修理或處理操作。
晶圓處理工具102中的任何移動部件都可能是顆粒來源。在晶圓製造處理期間，提升銷將晶圓402移動至卡盤或台座上或脫離卡盤或台座。更特定言之，提升銷可以將晶圓402從卡盤移動至機器人上，反之亦然。因為銷接觸晶圓402以及因為銷可能摩擦提升銷導引件，提升銷可能是顆粒來源。亦即，可能由於升降銷操作而產生顆粒。在實施例中，電容微感測器210可以安裝在晶圓處理工具102的提升銷上或附近。因此，電容微感測器210可以例如藉由量測電容微感測器210的電容的改變以偵測由提升銷產生的顆粒。當偵測到顆粒時，可以進行適當的修理或處理操作。
在主框架或工廠介面110中，機器人意外發生故障。在發生故障時，可能導致長的停機時間以及生產中斷。這種中斷是昂貴的。因此，在實際發生之前很久就能夠預測何時機器人將會發生故障是有利的。在實施例中，加速度計係安裝在機器人上，以量測機器人的振動。振動的增加可能是即將發生故障的機器人的早期預測指標。可以藉由與歷史值或與機器人的位置變換比較而識別振動資料的偏離，以確定來自特定機器人的振動資料是否為異常值。此外，電容微感測器210可以安裝在機器人上或附近，以偵測由機器人產生的顆粒。舉例而言，當藉由電容微感測器210偵測到顆粒時（例如藉由電容微感測器210的電容的改變），可以推斷顆粒來自機器人的特定部件，例如關節、滑動件、潤滑劑等。藉由比較加速度計514的資料與電容微感測器210的資料，感測器的偏離可以相關聯，以得出機器人需要維護或修理的結論。如上所述，來自電容微感測器210的資料與晶圓處理工具102的其他量測裝置之間的比較可以允許許多不同部件的相關性與根本原因分析。舉例而言，儘管機器人作為一個實例，但是可以使用類似的感測器比較以監測其他移動部件，例如提升銷、閘鎖門等。
晶圓處理工具102的真空源408可以包括一或更多個真空泵。舉例而言，可以連接例如粗抽泵及渦輪泵的泵堆疊，以在處理腔室114中實現必要的真空等級。在某些條件下（例如，當真空泵故障時），可能有足夠的動力將顆粒從一個泵驅動至其他泵。更特定言之，可能從故障的粗抽泵將顆粒驅動至渦輪泵及/或腔室容積406中。這種回流可能對於處理腔室114具有負面影響。此外，這通常無法被偵測到，特別是當事件發生時並未收錄處理壓力計結果。在實施例中，電容微感測器210係安裝在壓力控制閥414上或附近，以偵測由回流造成的顆粒。當偵測到顆粒時（例如藉由偵測電容微感測器210的電容的改變），可以觸發警報或者收錄事件。因此，可以中止晶圓製造處理，以解決回流事件，並避免晶圓污染。
在實施例中，可以在多個處理運行中使用電容微感測器210，而因此，電容微感測器210可以自校準，以針對塗層702、細長導體、或基板606的材料808上的沉積或移除而調整。舉例而言，電子電路218或電腦系統104可經配置以在每一處理運行之後校準電容微感測器210。隨著在晶圓製造處理期間材料808沉積在電容微感測器210上或從電容微感測器210移除，電容微感測器210的電容可以增加或減少。舉例而言，電容微感測器210的質量可以在沉積處理之後增加，而因此電容可以從第一值改變到第二值。在開始後續沉積處理之前，電子電路218或電腦系統104可以將第二值設定為下一個處理運行中的初始值。因此，可以精確地量測下一個處理運行期間的電容的改變。
參照第17圖，係圖示為根據實施例表示延長電容微感測器的壽命的方法中的操作的流程圖的圖示。用於監測或控制晶圓製造處理的微感測器將理想地持續至少一個預防性維護週期。在晶圓製造處理期間，副產物可以沉積在微感測器與腔室壁404上。在運行之間，可以使用清潔處理以移除副產物，以將腔室壁404與微感測器重置到基線，而使得裝備在每一處理運行開始時基本相同。瞭解週期性腔室清潔是否過度清潔可能是有用的。更特定言之，偵測在清潔處理期間從腔室壁404中移除多少副產物可能是有用的，以確保裝備被適當地重置。此外，瞭解副產物是否有效地從感測器移除而不會過度清潔或過度移除感測器材料808可能有助於延長感測器壽命。亦即，藉由瞭解在晶圓製造處理期間增加至微感測器的材料808的量，可以使用原位電漿與化學清潔，以將感測器重置回到其基線。
操作1702至操作1706可以類似於上文關於第14圖描述的操作1402至操作1406。亦即，晶圓402可以裝載至晶圓處理工具102的處理腔室114中，並且可以啟動晶圓製造處理。此外，可以偵測電容微感測器210的電容的改變。
在操作1708處，可以依據電容微感測器210的電容的改變以確定沉積在電容微感測器210上的材料808的量。亦即，該量可以沉積在腔室容積406內的電容微感測器210上，而電容改變可以與沉積量直接相關聯。
在操作1710處，可以從腔室壁404及/或電容微感測器210移除確定沉積在電容微感測器210上的材料的量。可以從腔室壁404移除材料，以清潔處理腔室114。可以週期性清潔或更換電容微感測器210，以確保電容微感測器210的靈敏度與可靠性不受影響。舉例而言，當電容微感測器210監測沉積處理時，可以執行電容微感測器210的週期性清潔，以移除隨著時間沉積的材料808。因此，腔室壁404及/或電容微感測器210可以週期性重置成基線清潔度。
可以在並未打開處理腔室114的情況下原位清潔電容微感測器210，以延長電容微感測器210的壽命。舉例而言，可以將電漿450或自由基引入處理腔室114中，以從電容微感測器210清潔材料808。亦即，若材料808為矽，則可以引入氟自由基，以從感測器表面清潔矽。在實施例中，可以加熱電容微感測器210，以加速感測器塗層702的蝕刻速率，而不會過度清潔腔室壁404。亦即，在將電容微感測器210重置至基線時，電容微感測器210的移除速率可能比腔室壁404的移除速率更快，而使得電容微感測器210比腔室壁404具有更多副產物及/或原始材料。
電容微感測器210可以在預定的週期更換。舉例而言，當使用電容微感測器210以監測蝕刻處理時，塗層702可能隨著時間而消耗。因此，當預定量的材料808（例如外塗層806）已經從微感測器移除時，可以更換電容微感測器210。
電容微感測器210可以具有除了在晶圓製造處理期間偵測顆粒或沉積/蝕刻速率之外的用途。舉例而言，電容微感測器210可以用於在晶圓製造處理期間精確量測晶圓402的DC偏壓，並依據這種量測而控制晶圓製造處理。
在電漿腔室中，將負DC偏壓（亦即相對於接地的負DC電壓）施加至晶圓402，以排斥較輕的電子，並防止電子撞擊晶圓402。DC偏壓具有維持電漿450的準中性的重要功能。DC偏壓亦稱為Vdc ，並且用於確定施加至晶圓托持器410以夾持晶圓402的適當的卡持電壓。DC偏壓（若為已知）亦可用於估計轟擊帶負電晶圓402的離子能量。因此，Vdc 的精確量測可以有助於監測及控制晶圓製造處理。
目前，依據放置在RF阻抗調諧匹配的輸出處的電壓與電流感測器的量測估計Vdc 。然而，這樣的量測遠離量測平面，而因此包括固有的量測誤差。在更高的RF頻率（例如，高於13MHz）處或使用附加頻率時，此誤差會加劇。此外，使用AC訊號處理進行量測以估計晶圓402上的DC資訊，而這種處理容易產生誤差。因此，晶圓製造處理控制將受益於明確地量測Vdc 的方法，而沒有當前技術的誤差。
在實施例中，直接量測DC偏壓，而不需接觸晶圓402。非接觸Vdc 感測器可以結合位於靠近晶圓402的電容微感測器210，以將DC訊號轉換成AC訊號，以供量測。參照第18圖，係圖示為根據實施例的結合電容微感測器的晶圓托持器的截面圖。可以藉由接觸晶圓402的背側（例如，透過晶圓托持器410）以得到對晶圓402的直接接觸。更特定言之，在晶圓製造處理的某些操作期間，當前陰極系統的提升銷1802沿著具有提升銷孔1804的各別提升銷導引件移動，以提升晶圓402。因此，電容微感測器210可以整合至提升銷1802內及/或前進通過提升銷孔1804，以接觸晶圓402的背側。亦即，電容微感測器210可以安裝在提升銷1802上，或者可以與提升銷1802分離，並且能夠相對於提升銷1802而通過提升銷孔1804移動。因此，電容微感測器210可以移動到與晶圓400的DC偏壓表面相鄰的位置。
參照第19圖，係圖示為根據實施例表示量測晶圓製造處理期間的晶圓的DC偏壓的方法中的操作的流程圖的圖示。在操作1902與1904處，晶圓402可以裝載至晶圓處理工具102的處理腔室114中，並且可以啟動晶圓製造處理。晶圓製造處理可以包括將DC偏壓施加至晶圓402。
在操作1906處，電容微感測器210可以通過提升銷孔1804插入或前進至腔室腔室容積406內的位置。更特定言之，電容微感測器210可以位於靠近晶圓402及/或晶圓402下方。
在操作1908處，可以感應電容的變化。電容可以在晶圓402與電容微感測器210之間物理或電性變化。舉例而言，藉由在靠近晶圓402的表面處上下移動電容微感測器210，同時將電荷施加至電容微感測器210，可以讓電容物理變化。可以藉由讓施加至電容微感測器210的電荷變化而讓電容電性變化。電容微感測器210的電容可以與相關聯於晶圓402與電容微感測器210之間的DC電場的電荷成比例。因此，若電容的感應變化為週期性，則電容的變化可能導致電荷的變化，而造成週期性訊號。更特定言之，可以相關於電容的變化而產生AC電流。在實施例中，訊號的幅度係與儲存在具有負DC偏壓的晶圓402中的電荷成比例。
在操作1910處，可以依據電容的變化而偵測或量測DC偏壓。更特定言之，對應於電容的變化的AC電流可以藉由電子電路218量測。給定AC電流係在晶圓402處直接產生，則AC電流的量測可以提供晶圓402的DC電位（亦即DC偏壓）的明確量測。因此，可以取得DC偏壓的精確量測。可以藉由使用濾波器濾除RF場並產生僅與DC偏壓相關聯的電流的電子電路218以增強量測的精度。更特定言之，晶圓402可能經歷來自主RF訊號的位移電流，而電子電路218可以將位移電流濾除。
DC偏壓量測可以作為晶圓處理工具102的控制系統中的反饋。舉例而言，DC偏壓量測可以用於控制晶圓托持器410的卡持電壓。
參照第20圖，係圖示為根據實施例的晶圓處理系統的示例性電腦系統的方塊圖。所示電腦系統104的一或更多個部件可以用於晶圓處理工具102的電子電路218中。因此，上面相對於第5圖討論的電子電路218可以是電腦系統104的子集。或者，電子電路218可以在顆粒監測裝置200或晶圓處理工具102的本端，而電腦系統104可以是連接電子電路218及/或晶圓處理工具102的電腦的製造設備主控電腦。在實施例中，電腦系統104係耦接及控制機器人、裝載閘112、處理腔室114、及晶圓處理工具102的其他部件。電腦系統104亦可接收及分析由如上所述之電容微感測器210提供的顆粒偵測或材料沉積/移除資訊。
電腦系統104可以連接（例如，聯網）至區域網路（LAN）、內部網路、外部網路、或網際網路中的其他機器。電腦系統104可以在客戶端對伺服器網路環境中的伺服器或客戶端機器的功能中操作，或者作為點對點（或分佈式）網路環境中的點端機器操作。電腦系統104可以是個人電腦（PC）、平板電腦、機上盒（STB）、個人數位助理（PDA）、蜂巢式電話、網路設備、伺服器、網路路由器、交換機或橋接器、或能夠執行指定要由該機器採取的動作的一組指令（依序或其他）的任何機器。此外，儘管僅圖示用於電腦系統104的單一機器，但是術語「機器」亦應視為包括單獨或共同執行一組（或多組）指令的機器（例如，電腦）的集合，該一組（或多組）指令係用於實行本文所述的任何一或更多種方法。
電腦系統104可以包括具有指令儲存其上的非暫態機器可讀取媒體的電腦程式產品或軟體2002，而可用於對電腦系統104（或其他電子裝置）編程，以執行根據實施例的處理。機器可讀取媒體包括用於以機器（例如，電腦）可讀取的形式儲存或發送資訊的任何機制。舉例而言，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、快閃記憶體裝置等）、機器（例如，電腦）可讀取傳輸媒體（電、光、聲、或其他形式的傳播訊號（例如，紅外訊號、數位訊號等））等。
在實施例中，電腦系統104包括系統處理器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）、靜態記憶體2008（例如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體（SRAM）等）、及次要記憶體（例如，資料儲存裝置2024），其經由匯流排2009彼此通訊。
系統處理器2004表示一或更多個通用處理裝置，例如微系統處理器、中央處理單元、或類似者。更特定言之，系統處理器2004可以是複雜指令集計算（CISC）微系統處理器、簡化指令集計算（RISC）微系統處理器、非常長的指令字元（VLIW）微系統處理器、實現其他指令集的系統處理器、或實現指令集的組合的系統處理器。系統處理器2004亦可以是一或更多個專用處理裝置，例如特定應用積體電路（ASIC）、現場可程式化閘陣列（FPGA）、數位訊號系統處理器（DSP）、網路系統處理器、或類似者。系統處理器2004經配置以執行用於執行本文所述的操作的處理邏輯2010。
電腦系統104可進一步包括用於透過網路2014與其他裝置或機器（例如，晶圓處理工具102）通訊的系統網路介面裝置2012。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））、文字數字輸入裝置2018（例如，鍵盤）、游標控制裝置2020（例如，滑鼠）、及訊號產生裝置2022（例如，喇叭）。
次要記憶體可以包括具有機器可存取儲存媒體2026（或更具體地，電腦可讀取儲存媒體）的資料儲存裝置2024，其上儲存體現任何一或更多個本文所述的方法或功能的一或更多組指令（例如，軟體2002）。軟體2002亦可以完全地或至少部分地在由電腦系統104執行期間駐留於主記憶體2006及/或系統處理器2004內，主記憶體2006與系統處理器2004亦構成機器可讀取儲存媒體。軟體2002可以進一步經由系統網路介面裝置2012在網路2014上發送或接收。
儘管在示例性實施例中將機器可存取儲存媒體2026圖示為單一媒體，但是術語「機器可讀取儲存媒體」應視為包括儲存一或更多組指令的單一媒體或多個媒體（例如，集中式或分佈式資料庫，以及/或相關聯的快取與伺服器）。術語「機器可讀取儲存媒體」亦應視為包括能夠儲存或編碼一組指令以供機器執行並使機器實行任何一或更多種方法的任何媒體。因此，術語「機器可讀取儲存媒體」應視為包括但不限於固態記憶體以及光與磁媒體。
使用電容微感測器210以監測及/或控制晶圓製造處理的所述方法係為說明性而非窮舉式。更特定言之，其他方法可以使用電容微感測器210結合顆粒的偵測、沉積/蝕刻速率等，以量測及控制由晶圓處理工具102執行的晶圓製造處理的態樣。現在參照第21圖，作為實例，係圖示為根據實施例表示確定晶圓處理工具102中的顆粒的來源的方法中的操作的流程圖的圖示。在操作2102處，顆粒監測裝置200可以從晶圓處理工具102的第一腔室（例如緩衝腔室108）移動至晶圓處理工具102的第二腔室（例如處理腔室114）。顆粒監測裝置200可以具有上述結構與部件，例如，電容微感測器210可以安裝在支撐表面204上的預定位置處，而時鐘504可以安裝在基板606上。電容微感測器210可以具有電容，而時鐘504可經配置以輸出時間值。
在操作2104處，第二腔室（例如處理腔室114）的腔室壓力可以減少到真空條件。更特定言之，腔室壓力可以降低到低於0.5atm。如上所述，顆粒監測裝置200能夠在所有壓力範圍下偵測顆粒，因此可以在半導體晶圓402通常觀察到的條件下用於在晶圓處理工具102中的即時顆粒監測。
在操作2106處，偵測電容微感測器210的電容的改變。更特定言之，當電容微感測器210接收第二腔室（例如處理腔室114）內的顆粒時，可以偵測電容的改變。當電容微感測器210（或連接至電容微感測器210的電子電路218）偵測到電容的改變時，提供對應訊號。
在操作2108處，回應於偵測到電容的改變，處理器508使用對應訊號，以記錄關於顆粒事件的資訊。舉例而言，處理器508可以記錄微感測器在支撐表面204上的預定位置。因此，可以記錄顆粒與顆粒監測裝置200相互作用的精確位置。處理器508可以記錄由時鐘504輸出的時間值。因此，可以記錄顆粒與顆粒監測裝置200相互作用的精確時間。
在操作2110處，所記錄的資訊可以用於確定顆粒的來源。舉例而言，接收顆粒的電容微感測器210的所記錄預定位置及/或對應於顆粒事件的所記錄時間值可以用於確定導致了顆粒污染的晶圓處理工具102執行的部件及/或處理操作。
在實施例中，所記錄時間值係作為可以與晶圓處理工具102的日誌檔案同步的時間戳記。舉例而言，晶圓處理工具102可以維護指示每個處理操作開始及/或結束的時間的日誌檔案。因此，藉由比較由時鐘504所輸出的時間值（當電容微感測器210偵測到顆粒時）與日誌檔案，可以確定與顆粒事件同時發生的處理操作。作為實例，若時間值輸出係指示顆粒事件發生進入晶圓製造處理5分鐘，而系統日誌檔案指示裝載閘112的狹縫閥門係在5分鐘標記處打開，則可以合理推論狹縫閥門及/或打開裝載閘112的動作係為顆粒被噴射朝向顆粒監測裝置200的來源。
利用與時間戳記資訊類似的方式，可以使用關於顆粒接觸的位置的資訊以確定顆粒來源。舉例而言，當幾個處理操作同時發生時（例如，當狹縫閥門關閉時，提升銷1802上升），可以使用顆粒位置與動作部件之間的相對距離，以推斷哪個部件是顆粒的來源。亦即，若所記錄的位置更靠近提升銷1802而非狹縫閥門，則可以推斷提升銷1802係為顆粒的來源。
關於顆粒污染的資訊可以在晶圓製造處理中連續收錄，而因此可以讓資訊可用於即時或接近即時的分析。亦即，顆粒監測裝置200可以使用無線網路介面裝置506無線地連接至網路2014中的其他機器，以使用位於遠離顆粒監測裝置200的電腦系統104即時監測及分析顆粒污染資料。或者，一旦顆粒監測裝置200完成晶圓處理工具102的晶圓製造處理，顆粒監測裝置200即可經由資料傳輸電纜連接至其他機器，以接近即時分析所儲存的資訊。類似地，當顆粒監測裝置200在晶圓製造處理之後從晶圓處理工具102出來時，可以手動探測連接至電子電路218及/或電容微感測器210的觸點，以接收及收錄處理控制的資料。因此，可以在晶圓製造處理完成期間或之後快速識別顆粒污染的來源，並且可以進行適當的修理。在半導體晶圓402的運行批次通過晶圓處理工具102的晶圓製造處理之前，顆粒監測裝置200可以用作為確認處理合格操作。或者，顆粒監測裝置200可以作為處理故障排除工具，以在半導體晶圓402的批次內識別出顆粒污染時，及時修理晶圓處理工具102。因此，顆粒監測裝置200提供快速、便宜、且易於識別及消除晶圓處理工具102中的顆粒污染的來源的方法。
在前文的說明書中，已描述具體的示例性實施例。應理解，在不悖離所附請求項之範圍的情況下，可以進行各種修改。因此，說明書與圖式係視為說明性而非限制性。
100:晶圓處理系統 102:晶圓處理工具 104:電腦系統 106:通訊鏈路 108:緩衝腔室 110:工廠介面 112:裝載閘 114:處理腔室 200:顆粒監測裝置 202:晶圓基板 204:支撐表面 206:直徑 208:厚度 210:電容微感測器 212:第一電容微感測器 214:第二電容微感測器 216:電跡線 218:電子電路 302:感測器層 304:功率源 306:頂層 308:底層 310:阻隔密封件 402:晶圓 404:腔室壁 406:腔室容積 408:真空源 410:晶圓托持器 412:托持表面 414:壓力控制閥 416:光譜儀 450:電漿 502:輸入/輸出（I/O）連接 504:時鐘 506:網路介面裝置 508:處理器 510:匯流排 512:記憶體 514:加速度計 516:頻率源 518:偵測器 520:溫度感測器 602:第一導體 604:第二導體 606:基板 608:導電墊 610:第一細長導體 612:第二細長導體 702:塗層 802:一對導體 804:填料 806:外塗層 808:材料 810:細孔 1002:穿孔 1100:微諧振器感測器 1102:累積質量 1200:電晶體感測器 1202:MOSFET 1204:源極 1206:汲極 1208:閘極 1210:收集器 1212:電跡線 1300:光學感測器 1302:光學路徑 1304:光源 1306:光偵測器 1402:操作 1404:操作 1406:操作 1408:操作 1410:操作 1502:操作 1504:操作 1506:操作 1508:操作 1510:操作 1602:操作 1604:操作 1606:操作 1608:操作 1610:操作 1702:操作 1704:操作 1706:操作 1708:操作 1710:操作 1802:提升銷 1804:提升銷孔 1902:操作 1904:操作 1906:操作 1908:操作 1910:操作 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:系統網路介面裝置 2014:網路 2016:視訊顯示單元 2018:文字數字輸入裝置 2020:游標控制裝置 2022:訊號產生裝置 2024:資料儲存裝置 2026:機器可存取儲存媒體 2102:操作 2104:操作 2106:操作 2108:操作 2110:操作
第1圖係為根據實施例的晶圓處理系統的圖示。
第2圖係為根據實施例的顆粒監測裝置的圖示。
第3圖係為根據實施例的顆粒監測裝置的截面圖。
第4圖係為根據實施例的安裝在晶圓處理工具上的幾個電容微感測器的截面圖。
第5圖係為根據實施例的顆粒監測裝置或晶圓處理工具的電子電路的方塊圖的圖示。
第6圖係為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器的透視圖。
第7圖係為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器的透視圖。
第8圖係為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器沿第7圖的線段A-A所取得的截面圖。
第9圖係為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器的透視圖。
第10圖係為根據實施例的晶圓處理系統的電容微感測器的透視圖。
第11圖係為根據實施例的晶圓處理系統的微諧振器類型的微感測器的示意圖。
第12圖係為根據實施例的晶圓處理系統的電晶體感測器類型的微感測器的示意圖。
第13圖係為根據實施例的晶圓處理系統的光學感測器類型的微感測器的示意圖。
第14圖係為根據實施例表示終止晶圓製造處理的方法中的操作的流程圖的圖示。
第15圖係為根據實施例表示確定晶圓製造處理的均勻性的方法中的操作的流程圖的圖示。
第16圖係為根據實施例表示確定晶圓製造處理的改變的根本原因的方法中的操作的流程圖的圖示。
第17圖係為根據實施例表示延長電容微感測器的壽命的方法中的操作的流程圖的圖示。
第18圖係為根據實施例的結合電容微感測器的晶圓托持器的截面圖。
第19圖係為根據實施例表示量測晶圓製造處理期間的晶圓的DC偏壓的方法中的操作的流程圖的圖示。
第20圖圖示根據實施例的晶圓處理系統的示例性電腦系統的方塊圖。
第21圖係為根據實施例表示確定晶圓處理工具中的顆粒的來源的方法中的操作的流程圖的圖示。
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
200:顆粒監測裝置
202:晶圓基板
204:支撐表面
206:直徑
208:厚度
210:電容微感測器
212:第一電容微感測器
214:第二電容微感測器
216:電跡線
218:電子電路

Claims (19)

  1. 一種監測裝置，包含：一基板，具有一支撐表面與電子裝置；一感測器，安裝在該基板的該支撐表面上，其中當一材料沉積在該感測器上或從該感測器移除時，該感測器的一參數改變；以及該感測器與該基板之間的一阻隔層，其中該感測器可以藉由一電漿剝離，而該阻隔層無法藉由該電漿剝離，其中該感測器透過該阻隔層耦接至該基板的該等電子裝置。
  2. 如請求項1所述的監測裝置，其中該感測器係為一電容微感測器。
  3. 如請求項2所述的監測裝置，其中該電容微感測器包括一對導體，該對導體具有一第一導體與一第二導體，其中該第一導體包括複數個第一細長導體，且其中該第二導體包括複數個第二細長導體，該等複數個第二細長導體係與該等複數個第一細長導體互相交錯。
  4. 如請求項3所述的監測裝置，其中該電容微感測器包括在該第一導體或該第二導體中之一或更多者上的一塗層，其中該塗層包括該材料，且其中當該材料從該塗層移除時，該電容微感測器的該電容改變。
  5. 如請求項3所述的監測裝置，其中該電容微感測器包括在該第一導體或該第二導體中之一或更多者上的一塗層，其中該塗層包括複數個細孔，且其中當該 材料沉積於該等細孔時，該電容微感測器的該電容改變。
  6. 如請求項1所述的監測裝置，進一步包含：該基板上的一處理器，該處理器可操作地耦接至該感測器，以在該參數改變時，記錄一位置。
  7. 如請求項6所述的監測裝置，進一步包含：該基板上的一功率源，其中該功率源電耦接至該處理器，以供電該處理器。
  8. 如請求項7所述的監測裝置，進一步包含：一阻隔密封件，圍繞該功率源。
  9. 如請求項1所述的監測裝置，其中該基板係為包含一半導體材料的一晶圓。
  10. 一種監測裝置，包含：一基板，具有一支撐表面；一感測器，安裝在該基板的該支撐表面上，其中當一材料沉積在該感測器上或從該感測器移除時，該感測器的一參數改變；以及該感測器與該基板之間的一阻隔層，其中該感測器可以藉由一電漿剝離，而該阻隔層無法藉由該電漿剝離；該基板上的一處理器，該處理器可操作地耦接至該感測器，以在該參數改變時，記錄一位置；該基板上的一功率源，其中該功率源電耦接至該處理器，以供電該處理器；以及一阻隔密封件，圍繞該功率源。
  11. 一種處理工具，包含：一處理腔室，具有圍繞一腔室容積的一腔室壁；以及一感測器，安裝該處理工具上的一位置處，其中回應於該處理工具所執行的一基板製造處理，該感測器的一參數改變，其中該感測器係安裝在該處理工具的一氣體管線或一壓力控制閥中之一或更多者上，其中該感測器係為一電容微感測器，該電容微感測器包括一對導體，該對導體具有一第一導體與一第二導體，其中該第一導體包括複數個第一細長導體，且其中該第二導體包括複數個第二細長導體，該等複數個第二細長導體係與該等複數個第一細長導體互相交錯，且其中該電容微感測器包括在該第一導體或該第二導體中之一或更多者上的一塗層，其中該塗層包括一材料，且其中當該材料在該基板製造處理期間從該塗層移除時，該電容微感測器的一電容改變。
  12. 如請求項11所述的處理工具，其中該塗層包括複數個表面區域增加結構，且其中當一材料在該基板製造處理期間沉積於該等表面區域增加結構時，該電容微感測器的一電容改變。
  13. 一種用於監測的方法，包含以下步驟：將一基板裝載至一處理工具的一處理腔室中，其中該處理腔室包括圍繞一腔室容積的一腔室壁；在該處理腔室中啟動一基板製造處理，其中在該基板製造處理期間將一材料沉積於該基板上或從該基板移 除；回應於該基板製造處理，偵測安裝在該基板處理工具上的一位置處的一感測器的一參數的一改變，該位置包括該處理工具的一氣體管線或一壓力控制閥中之一或更多者，其中當該材料在該基板製造處理期間沉積在該感測器上或從該感測器移除時，該參數改變；依據偵測到的該改變以控制該基板製造處理；依據該參數的該改變而確定該基板製造處理的一終點；以及回應於確定該終點之步驟而停止該基板製造處理。
  14. 如請求項13所述的方法，其中該處理工具包括安裝在該處理工具上的一第二位置處的一第二感測器，並且進一步包含以下步驟：回應於該製造處理，偵測該第二感測器的一第二參數的一改變；以及依據該感測器的該參數的該改變以及該第二感測器的該第二參數的該改變而確定該基板製造處理的一均勻性。
  15. 如請求項13所述的方法，進一步包含以下步驟：藉由一測量裝置偵測該基板製造處理的一處理參數；以及依據偵測到的該處理參數以確定該感測器的該參數的該改變的一根本原因。
  16. 如請求項13所述的方法，進一步包含以下步驟：依據該感測器的該參數的該改變，確定在該基板製造處理期間在該腔室容積內沉積於該感測器上的該材料的一量；以及依據所確定的該量，從該腔室壁中移除該材料的該量，以清潔該處理腔室。
  17. 如請求項13所述的方法，其中該基板係為包含一半導體材料的一晶圓。
  18. 一種處理工具，包含：一處理腔室，具有圍繞一腔室容積的一腔室壁；以及一感測器，安裝該處理工具上的一位置處，其中回應於該處理工具所執行的一基板製造處理，該感測器的一參數改變，其中該感測器係安裝在該處理工具的一氣體管線或一壓力控制閥中之一或更多者上，其中該感測器係為一電容微感測器，該電容微感測器包括一對導體，該對導體具有一第一導體與一第二導體，其中該第一導體包括複數個第一細長導體，且其中該第二導體包括複數個第二細長導體，該等複數個第二細長導體係與該等複數個第一細長導體互相交錯，且其中該電容微感測器包括在該第一導體或該第二導體中之一或更多者上的一塗層，其中該塗層包括複數個表面區域增加結構，且其中當一材料在該基板製造處理期間沉積於該等表面區域增加結構時，該電容微感測器的一電容改變。
  19. 一種用於監測的方法，包含以下步驟：將一基板裝載至一處理工具的一處理腔室中，其中該處理腔室包括圍繞一腔室容積的一腔室壁；在該處理腔室中啟動一基板製造處理，其中在該基板製造處理期間將一材料沉積於該基板上或從該基板移除；回應於該基板製造處理，偵測安裝在該基板處理工具上的一位置處的一感測器的一參數的一改變，該位置包括該處理工具的一氣體管線或一壓力控制閥中之一或更多者，其中當該材料在該基板製造處理期間沉積在該感測器上或從該感測器移除時，該參數改變；依據偵測到的該改變以控制該基板製造處理；依據該感測器的該參數的該改變，確定在該基板製造處理期間在該腔室容積內沉積於該感測器上的該材料的一量；以及依據所確定的該量，從該腔室壁中移除該材料的該量，以清潔該處理腔室。
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