具有监测设备的处理工具的制作方法

具有监测设备的处理工具
1.本技术是申请日为2018年7月17日、申请号为201880053440.x、发明名称为“具有监测设备的处理工具”的发明专利申请的分案申请。
2.背景
3.领域
4.实施方式关于基板处理的领域，并且特别地关于用于测量处理工具中的材料沉积或材料去除的设备和方法。
5.

背景技术：
的描述
6.半导体设备的制造可涉及通过使用例如沉积或蚀刻工艺的晶片处理工具来进行的基板上的材料(特别是半导体材料)的沉积和去除。蚀刻工艺包括传统的反应离子蚀刻(rie)和基于自由基的选择性去除工艺(srp)和它们的组合。沉积工艺包括热化学气相沉积(cvd)和等离子体增强cvd工艺。为了准确地沉积或去除指定量的半导体材料，可使用膜厚度测量技术。例如，可通过处理半导体材料的晶片给定的时间量，并且接着使用偏振光椭圆率测量仪测量沉积或去除的膜量，来间接地测量材料沉积和材料去除速率。并且，已使用传感器来测量与沉积/去除速率关联的辅助因素来间接估计晶片制造工艺期间的沉积/去除速率。


技术实现要素：

7.实施方式包括具有用来检测材料沉积或去除的量或速率的传感器的处理装备。在一个实施方式中，所述处理装备包括处理工具，所述处理工具包括具有围绕腔室容积的衬垫壁的工艺腔室。所述衬垫壁包括在所述腔室容积与外衬垫面之间的孔。所述处理工具包括具有传感器的监测设备，并且所述传感器包括沿着传感器轴与所述孔对准的传感器表面。此外，所述传感器包括在从所述传感器表面去除材料时改变的参数。因此，所述监测设备可通过基于改变的参数确定工艺特性来监测晶片制造工艺。
8.在一个实施方式中，所述监测设备包括沿着中心轴延伸的设备主体。所述设备主体包括与所述中心轴正交的端面，并且所述端面包括凹槽。所述传感器被安装在所述凹槽中。并且，传感器密封件被安装在所述端面上且围绕所述凹槽而延伸。所述传感器表面经由所述传感器密封件暴露于周围环境。因此，可将所述传感器密封件围绕所述孔压缩在所述端面与所述衬垫壁之间以将所述传感器暴露于所述腔室容积。或者，可在从所述孔侧向偏移的位置处将所述传感器密封件压缩在所述端面与所述衬垫壁之间以将所述传感器与所述腔室容积隔离。
9.在一个实施方式中，一种方法包括以下步骤：将某种材料的晶片装载到处理工具的腔室容积中。所述方法包括以下步骤：在所述腔室容积中启动晶片制造工艺。可在所述晶片制造工艺期间经由所述孔从所述传感器表面去除材料。所述方法包括以下步骤：检测响应于从所述传感器表面去除所述材料的所述传感器的参数的改变。可基于所述参数的所述改变来确定从所述传感器表面去除所述材料的速率。所述方法可包括以下步骤：将所述端面的空白区域暴露于所述孔，和启动原位腔室清洁工艺以清洁所述衬垫壁。因此，所述传感
器可暴露于所述孔以监测所述晶片制造工艺(例如选择性去除工艺)，并且在原位腔室清洁工艺期间与所述孔隔离。
10.以上发明内容并不包括所有方面的穷举清单。预期的是，包括可通过上文概述的各种方面以及下文的具体描述部分中所公开的并且与本技术文件一同递交的权利要求书中所具体指出的那些方面的所有合适组合实行的所有系统和方法。这样的组合具有以上发明中未具体记载的特定优点。
11.附图简要说明
12.图1是依据一个实施方式的处理系统的图解。
13.图2是依据一个实施方式的安装在工艺腔室上的监测设备的图解。
14.图3是依据一个实施方式的监测设备的截面图，监测设备安装在工艺腔室上并且具有暴露于腔室容积的传感器。
15.图4是依据一个实施方式的监测设备的截面图，监测设备安装在工艺腔室上并且具有暴露于腔室容积的空白(blank)区域。
16.图5是依据一个实施方式的监测设备的立体图。
17.图6是依据一个实施方式的监测设备的设备头的主视立体图。
18.图7是依据一个实施方式的监测设备的设备头的后视立体图。
19.图8是依据一个实施方式的安装在工艺腔室上的监测设备的截面图。
20.图9是依据一个实施方式的监测设备的电连接的详细图解。
21.图10是依据一个实施方式的安装在工艺腔室上的自动化监测设备的截面图。
22.图11是依据一个实施方式的自动化监测设备的电连接的详细图解。
23.图12是依据一个实施方式的自动化监测设备的气动致动器的详细图解。
24.图13-15是依据一个实施方式的立体图，所述立体图示出用于监测设备的维护程序的操作。
25.图16是依据一个实施方式的用来保持处理系统的监测设备的支撑托座的详细图解。
26.图17是依据一个实施方式的流程图的图解，所述流程图表示监测晶片制造工艺的方法的操作。
27.图18a-18b为依据一个实施方式的处理系统的谐振器类型传感器的示意图。
28.图19为依据一个实施方式的处理系统的晶体管传感器类型传感器的示意图。
29.图20图示依据一个实施方式的处理系统的示例性计算机系统的方框图。
30.具体描述
31.依据各种实施方式描述了用于蚀刻和沉积工艺的实时原位监测、或晶片制造工艺的其他制造或控制的实时原位监测的系统、设备和方法。在以下的说明中，阐述许多具体细节以提供实施方式的透彻理解。对本领域中的技术人员来说显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实行实施方式。在其他的情况中，为了不会不必要地模糊实施方式，不详细描述众所周知的方面。并且，要理解，附图中所示的各种实施方式是说明性的表示而不一定是依比例绘制的。
32.现有的蚀刻和沉积工艺是开环工艺。也就是说，工艺配方包括在没有反馈测量的情况下固定的并且/或者在固定的工艺时间内执行的工艺参数。更具体而言，不存在用来控
制工艺的工艺参数的实时信息。用于测量材料沉积和去除的现有技术不提供晶片制造工艺的实时测量和控制，或者基于与辅助因素的关联来提供材料沉积/去除的估计量而不是直接测量沉积/去除。例如，可使用异位(ex-situ)偏振光椭圆率测量仪来测量膜厚度，然而，因为偏振光椭圆率测量仪是周期性的监测器，偏振光椭圆率测量仪不能针对正常生产运行检测沉积/去除速率上的实时偏移或漂移。并且，安装在处理工具的工艺腔室中用来测量辅助因素(诸如等离子体中的rf匹配位置或气体浓度)的传感器不直接测量所关心的变量(沉积/去除速率)。因此，先前在工艺监测和工艺控制方面的尝试尚未对于蚀刻工艺、选择性去除工艺和沉积工艺提供充分的实时控制方案。
33.下文描述包括监测设备以针对基板处理测量原位蚀刻和沉积速率的晶片处理装备。监测设备包括用来在所有压力状况下(例如在真空条件下)和在无等离子体(plasma-less)条件下测量材料沉积或材料去除的传感器。监测设备可选择性地将传感器暴露于腔室容积以监测晶片制造工艺。例如，传感器可包括传感器表面，并且传感器的参数(例如谐振频率)可在将材料沉积于传感器表面上或从传感器表面去除材料时改变。因此，可监测材料沉积或去除的量或速率以及这样的量或速率的均匀性的实时测量结果并且可使用所述实时测量结果来控制由晶片处理系统执行的晶片制造工艺。监测设备可为可移动的，以将传感器定位在与腔室容积隔离的密封环境中来在原位腔室清洁(icc)工艺期间保护传感器。
34.在一个方面中，监测设备包括可选择性地暴露于处理工具的腔室容积的传感器。传感器可被放置为经由围绕腔室容积延伸的衬垫壁中的孔与腔室容积流体连通，或可在监测设备的空白区域经由孔暴露于腔室容积时将传感器抵着衬垫壁的外衬垫表面密封。因此，传感器可在晶片制造工艺期间实时地经由衬垫壁中的孔监测沉积或去除速率，并且可在icc工艺期间与腔室容积隔离。即使主传感器故障或达到寿命终点，监测设备可包括若干传感器以通过提供备用传感器来提供传感器冗余。若干传感器也可通过在传感器上具有不同的牺牲材料针对不同的工艺提供选择性蚀刻速率监测器。下文进一步描述这些和其他的方面。
35.将理解到，可将下文所述的处理系统和方法用在将材料沉积在基板上或从基板去除材料的任何形状因子(form factor)或工艺中。更具体而言，虽然针对用于制造集成电路的晶片处理描述处理系统和方法，但设备和方法也可经适配用于在其他技术(诸如电子工业中的显示器和/或太阳能工业中的光生伏打电池)中使用。
36.参照图1，示出依据一个实施方式的处理系统的图解。处理系统100可包括通过通信链路105通信耦接到计算机系统104的处理工具102。通信链路105可为有线或无线的连接，例如处理工具102和/或处理工具102的部件可直接地或无线地与计算机系统104通信。
37.处理工具102可包括通过一个或多个装载锁定110物理连接到工厂接口108的缓冲腔室106。并且，可通过一个或多个相应的装载锁定110将一个或多个工艺腔室112物理连接到缓冲腔室106。缓冲腔室106可充当中间容积，所述中间容积大于工艺腔室112的相应容积，所述中间容积保持在低压下，虽然是在高于工艺腔室112内的工艺压力的压力下。因此，可在半导体设备的制造期间于真空条件下在处理工具102的腔室106、112之间移动材料基板(例如半导体晶片)。可通过包括在处理工具102中的各种设备(例如机器人臂、穿梭工具(shuttle)等等)允许此移动。
38.可在工艺腔室112中执行各种制造操作。例如，至少一个工艺腔室112可为蚀刻腔室、沉积腔室、半导体光刻工具的腔室或任何其他基板处理腔室。如此，可在真空条件、大气条件或任何其他压力状况下使用工艺腔室112来执行晶片制造工艺。晶片制造工艺可包括用来从设置在工艺腔室112的腔室容积中的基板去除材料的选择性去除工艺(srp)。
39.除了变化压力状况以外，工艺腔室112还可用来执行具有不同能量条件(energetic condition)的制造工艺。例如，工艺腔室112可为自由基驱动的蚀刻腔室或不包括等离子体的沉积腔室。也就是说，工艺腔室112在晶片制造工艺期间可为无等离子体的。
40.参照图2，示出依据一个实施方式的安装在工艺腔室上的监测设备的图解。基板可在处理工具102的工艺腔室112中经受晶片制造工艺。基板可由某种材料形成并且具有某个形状因子。例如，基板可为晶片202。晶片202可由任何材料形成，例如晶片202可为半导体材料晶片。随着晶片移动通过处理工具，晶片202可经历不同的压力条件。例如，可在大气条件下将晶片插入到工厂接口108中。接着，当晶片进入在工厂接口108与缓冲腔室106之间的装载锁定110时，可使装载锁定110处于120毫托的真空条件。晶片可接着从装载锁定110进入缓冲腔室106，缓冲腔室106具有100毫托的缓冲腔室压力。
41.可从缓冲腔室106经由装载锁定110将晶片202传送到工艺腔室112中。例如，工艺腔室112可包括被调整尺寸为接收晶片202的腔室容积204。因此，可在工艺腔室112内执行的晶片制造工艺期间将材料沉积于晶片202上或从晶片202去除。在晶片制造工艺期间，工艺腔室112的腔室容积204可具有使用例如真空源206(诸如真空泵和/或涡轮泵)来降低到真空条件的腔室压力。在此说明书的上下文中，真空条件可为小于0.5atm的任何压力。在一个实施方式中，工艺腔室112中的真空条件在工艺腔室112具有小于缓冲腔室106的压力(例如小于100毫托)的腔室压力时存在。因此，工艺腔室112可在晶片制造工艺的制造操作期间处于真空条件下。并且，真空条件可减少或消除来自腔室容积204的气态混合物，因此腔室容积204在晶片制造工艺期间可为无等离子体的。
42.可将监测设备208安装在工艺腔室112上。例如，监测设备208可穿过外腔室壁210，并且可例如通过紧固到腔室壁210的凸缘来固定到外腔室壁210，并且可通过垫片或另一机械密封件将凸缘抵着腔室壁210密封。监测设备208可具有与腔室容积204内的衬垫壁212相邻和/或接触的端。更具体而言，衬垫壁212相对于外腔室壁210可为内部的，并且可围绕腔室容积204而延伸。因此，衬垫壁212可至少部分限定容纳晶片202的腔室容积204。
43.工艺腔室112可包括腔室容积204内的晶片保持器211。晶片保持器211可例如为静电卡盘，所述静电卡盘具有电极以在晶片制造工艺期间静电夹持晶片202。晶片保持器211可包括保持表面214，晶片202被夹持在保持表面214上。例如，保持表面214可为晶片保持器211上方的介电材料层。
44.如下文所述，监测设备208可监测发生在面向上表面(例如背向保持表面214的表面)处的材料沉积或材料去除。预期的是，监测设备208包括以与面向上表面上的材料类似或相同的方式对晶片制造工艺起作用的传感器。例如，工艺腔室112的源可产生自由基以蚀刻晶片202，并且自由基可类似地蚀刻监测设备208的传感器。因此，监测设备208可在传感器经由衬垫壁212暴露于腔室容积204时检测晶片202的材料去除速率或沉积速率上的改变。因此，监测设备208可在工艺腔室112中执行的工艺期间评估蚀刻速率或沉积速率。
45.处理工具102可包括其他传感器和/或测量仪器以检测晶片制造工艺的工艺参数。例如，处理工具102可包括光谱仪216，光谱仪216安装在工艺腔室112上或以其他方式安装以在晶片制造工艺期间检测腔室容积204的光学发射光谱法(oes)特征。oes特征可识别腔室容积204内的元素的类型和量。例如，oes特征可在晶片制造工艺期间识别腔室容积204内的等离子体中存在着什么化学元素。可使用其他传感器来检测腔室容积204中执行的晶片制造工艺的其他工艺参数。这样的其他传感器可包括用来测量输送到工艺腔室112或晶片202的电力的电传感器、用来测量晶片保持器211的电特性的电传感器等等。基于下文所述的理由，这样的传感器可不测量材料(诸如半导体材料)沉积或去除的实际的量或速率，但仍然可与由监测设备208作出的实际的沉积或去除测量关联。
46.参照图3，示出依据一个实施方式的监测设备的截面图，所述监测设备安装在工艺腔室上并且具有暴露于腔室容积的传感器。在一个实施方式中，衬垫壁212具有延伸于内衬垫表面302与外衬垫表面304之间的壁厚。例如，衬垫壁212可为围绕腔室容积204的圆柱形壁，使得内衬垫表面302向内面朝腔室容积204。相较之下，外衬垫表面304可向外面朝工艺腔室112的外腔室壁210。
47.可在衬垫壁212中形成衬垫腔306。衬垫腔306可从外衬垫表面304朝向内衬垫表面302部分地延伸穿过衬垫壁212。衬垫腔306可由围绕衬垫壁212内的衬垫腔306的腔壁308限定。更具体而言，腔壁308可为外衬垫表面304围绕衬垫壁212内的衬垫腔306的一部分。
48.在内衬垫表面302内部的腔室容积204可放置为与外衬垫表面304外部的区域流体连通。更具体而言，衬垫壁212可包括延伸于腔室容积204与外衬垫表面304之间的孔310。例如，孔310可从内衬垫表面302向腔壁308延伸，以将衬垫腔306放置为与腔室容积204流体连通。
49.在一个实施方式中，监测设备208包括传感器312。传感器312可具有沿着传感器轴314与孔310对准的面向前表面(例如传感器表面)。因此，传感器312可在第一配置下经由孔310暴露于腔室容积204。第一配置可为工艺监测配置，其中传感器312要提供正在腔室容积204内执行的晶片制造工艺的原位监测。例如，传感器312可为谐振微天平以监测工艺，然而其他的传感器类型是可能的(参照图19)。在srp工艺的情况下，传感器312监测来自晶片202的选定的材料的去除速率。在蚀刻工艺的情况下，传感器312监测晶片202上的一个或多个层或晶片202本身的蚀刻速率。类似地，在沉积工艺的情况下，传感器312监测晶片202上的膜的沉积速率。通过将工艺气体、离子化气体、自由基和/或材料交换穿过孔310来容许由传感器312进行的原位监测。更具体而言，传感器312可具有在将材料沉积于传感器表面上或从传感器表面去除时改变的参数。可使用参数的改变来确定工艺特性。例如，可基于参数的改变来确定从晶片202和/或传感器表面去除材料的速率。因此，监测设备208可提供晶片制造工艺的原位监测。
50.在一个实施方式中，传感器312可为微传感器。“微”可指依据实施方式的某些传感器或结构的描述性尺寸。例如，术语“微传感器”可指具有1到100μm的规模的尺度的传感器。也就是说，在一个实施方式中，传感器312可具有包括1到100μm的最大宽度的传感器表面。因此，传感器312可为微天平，所述微天平是能够作出百万分之一克的数量级的重量的精确测量的仪器，并且传感器312可为具有微米规模尺寸的微传感器。
51.术语“微传感器”也可指使用与微机电系统(mems)有关的材料和制造工艺来制造
的传感器。也就是说，本文中所述的传感器312可(在某些实施方式中)使用mems工艺(诸如沉积工艺、图案化、蚀刻等等)来制造。因此，传感器312可为具有使用mems工艺形成的尺寸和结构的mems规模传感器。然而，要理解到，实施方式并不受限于此，并且实施方式的某些方面可适用于更大和可能更小的尺寸规模。例如，本文中所述的谐振微天平传感器312可以不是微传感器。
52.参照图4，示出依据一个实施方式的监测设备的截面图，所述监测设备安装在工艺腔室上并且具有暴露于腔室容积的空白区域。通过执行icc工艺在晶片制造工艺运行之间修复工艺腔室112是典型的。icc工艺可清洁工艺腔室112的壁和元件以使晶片制造工艺稳定。例如，icc工艺可将非常有化学活性的(aggressive)蚀刻化学物质发送到系统中以清洁工艺腔室112的工艺配件和壁。有化学活性的化学物质可缩短传感器312的寿命，因此，第二配置可为传感器保护配置。也就是说，鉴于在第一配置下将传感器312暴露于腔室容积204，可在第二配置下将传感器312与腔室容积204隔离。
53.监测设备208可包括沿着中心轴404延伸的设备主体402。更具体而言，设备主体402可从向外端延伸到与衬垫壁212相邻的端面408，所述向外端具有凸缘406以附接到外腔室壁210。端面408可与中心轴404正交并且/或者与外衬垫表面304平行。更具体而言，端面408可为符合衬垫腔306的腔壁308的表面。传感器312可在端面408上的第一位置处安装在设备主体402上。类似地，端面408可包括相对于传感器312侧向偏置的空白区域410。例如，空白区域410可相对于传感器312在中心轴404的相对侧上。空白轴412可平行于中心轴404延伸并且延伸穿过空白区域410。类似地，传感器轴314可平行于中心轴404而延伸并且延伸穿过传感器312的传感器表面。在一个实施方式中，空白轴412和传感器轴314相对于中心轴404是等距的。因此，监测设备208可围绕中心轴404而旋转以将传感器312移动为与孔310不对准并且将空白区域410移动为与孔310对准。
54.在第二配置下，空白区域410经由孔310暴露于腔室容积204。并且，传感器312不经由孔310暴露于腔室容积204。监测设备208可包括一个或多个密封件414以将传感器312和/或空白区域410抵着外衬垫表面304密封。例如，第一密封件414可围绕传感器312而延伸，并且第一密封件414可压抵腔壁308以防止来自外衬垫表面304后方的区域的气体进入传感器312前方的区域。类似地，第二密封件414可围绕空白区域410而延伸，并且第二密封件414可压抵腔壁308以防止来自腔室容积204的气体经由孔310流出到外衬垫表面304后方的区域中。
55.参照图5，示出依据一个实施方式的监测设备的立体图。在一个实施方式中，监测设备208的设备主体402包括设备头502和设备基部504。凸缘406可从设备基部504的端径向向外延伸。一个或多个紧固件孔可延伸穿过凸缘406以允许通过一个或多个紧固件(例如螺栓、螺钉、销等等)将凸缘406紧固到工艺腔室112。监测设备208可包括在凸缘406的扁平面和/或凸缘406的圆柱面上方延伸的一个或多个凸缘密封件506。凸缘密封件506可在将凸缘406紧固到工艺腔室112上时压抵工艺腔室112以防止气体从工艺腔室112外面的周围环境508泄漏到腔室容积204中或从腔室容积204泄漏到所述周围环境中。
56.设备头502可耦接到设备基部504与凸缘406相对的端。设备头502可具有从设备基部504向端面408延伸的圆柱形外表面。在一个实施方式中，设备头502的端面408包括凹槽510。凹槽510可纵向延伸到设备头502中。因此，可将传感器312安装在凹槽510中。凹槽510
可具有等于或大于传感器312的厚度的深度，使得传感器312的传感器表面512沿着中心轴404处于与端面408相同的纵向位置，或者传感器表面512沿着中心轴404纵向地在端面408与凸缘406之间。
57.在一个实施方式中，监测设备208包括安装在端面408上的传感器密封件514。传感器密封件514可为垫片以在垫片被压在端面408和外衬垫表面304之间时在这些表面之间提供机械密封。例如，传感器密封件514可为由柔性材料形成的o形环，所述o形环可被挤压在端面408与外衬垫表面304之间。因此，传感器密封件514可具有围绕传感器轴314而延伸的轮廓。更具体而言，传感器密封件514可完全围绕凹槽510而延伸。
58.端面408可纵向地在传感器密封件514的面向前表面与凸缘406之间。因此，传感器表面512可经由传感器密封件514(例如经由传感器密封件514的内径的中心通道)暴露于周围环境508。当传感器密封件514在第一配置下被挤压在端面408与外衬垫表面304之间时，传感器表面512经由孔310暴露于腔室容积204。相较之下，当传感器密封件514在第二配置下被挤压在端面408与外衬垫表面304之间时，传感器表面512被隔离在端面408、外衬垫表面304和传感器密封件514的径向向内表面之间的空腔内。
59.在一个实施方式中，监测设备208包括安装在端面408上的空白密封件516。空白密封件516可为与传感器密封件514类似的垫片，例如空白密封件516可为由柔性材料形成的o形环。因此，空白密封件516可具有围绕空白轴412而延伸的轮廓。更具体而言，空白密封件516可完全围绕端面408的空白区域410而延伸。
60.端面408可纵向地在空白密封件516的面向前表面与凸缘406之间。因此，空白区域410可经由空白密封件516(例如经由空白密封件516的中心通道或内径)暴露于周围环境508。当空白密封件516在第二配置下被挤压在端面408与外衬垫表面304之间时，空白区域410经由孔310暴露于腔室容积204。
61.参照图6，示出依据一个实施方式的监测设备的设备头的主视立体图。在一个实施方式中，可从设备基部504分离设备头502。例如，紧固件可沿着中心轴404延伸穿过设备头502且被拧紧到设备基部504中。通过去除紧固件，可去除设备头502。因此，设备头502可被制造和贩卖为包括一个或多个传感器312的替换零件，所述一个或多个传感器被装载到设备头502中并且经由相应的凹槽510而暴露。
62.设备头502可包括围绕中心轴404而分布的若干凹槽510和空白区域410。在一个实施方式中，监测设备208包括围绕中心轴404而对称分布的三个传感器312和空白区域410。更具体而言，每个传感器312的相应传感器轴和空白区域410的空白轴可在径向上从中心轴404隔开相同的距离。并且，每个轴之间用中心轴404处的顶点测量的角度可为相等的。例如，在四个旋转位置的情况下，当围绕中心轴404而测量时，每个轴可与下个轴分开90度。并且，若干传感器312和空白区域410可被相应密封件414(例如相应的传感器密封件514或空白密封件516)围绕。
63.传感器312可包括具有碟片形状的谐振主体602。碟片形状可包括经由相应凹槽510和/或孔310面朝前的传感器表面512。碟片形状也可包括背向凹槽510的后表面(图7)。
64.参照图7，示出依据一个实施方式的监测设备的设备头的后视立体图。在一个实施方式中，设备头502包括保留插入物702以将传感器312保持在设备头502内。设备头502可具有后凹槽704以接收传感器312，使得传感器312的后传感器表面706面向后。可将保留插入
物702插入到后凹槽704中并且通过一个或多个紧固件固定到设备头502。设备头502可包括压抵后传感器表面706的后触点708以向和自传感器312的谐振主体602传输电信号。
65.参照图8，示出依据一个实施方式的安装在工艺腔室上的监测设备的截面图。安装设备可以能够围绕中心轴404旋转。例如，可将设备头502接收在衬垫插入物802内。衬垫插入物802可包含衬垫腔306。衬垫腔306可为衬垫插入物802内的圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽符合设备头502的外圆柱表面。因此，通过从工艺腔室112卸除(unbolt)凸缘406，使用者可转动衬垫插入物802内的安装设备以使得端面408上的传感器位置或空白位置中不同的一个位置与孔310对准。
66.在一个实施方式中，一次只有端面408上的一个位置与孔310对准，而其他位置同一时间抵着腔壁308隔离。将传感器与腔室容积204隔离的能力可用来针对监测设备208设定取样频率。例如，可使用五取一的取样模式来在每五个受处理晶片202中取一个地在测量位置处将特定传感器312暴露于腔室容积204。可在使用者通过旋转监测设备208从一个传感器312转换位置(index)到下个传感器时为了下四个晶片202使特定传感器312处于隔离位置。设定取样频率的能力允许在数据收集速率与传感器寿命之间进行权衡。
67.在srp的情况下，旋转监测设备208可提供各种自由基蚀刻工艺的的监测。例如，传感器312可在谐振主体602上具有与正被从晶片202去除的材料对应的涂料。例如，晶片202可为半导体材料晶片202并且/或者可包括在srp期间被去除的半导体材料。传感器表面512也可包括作为要在srp期间去除的涂料的半导体材料以监测晶片制造工艺。例如，晶片202可为硅晶片，而传感器312可包括沉积于谐振主体602上的硅的薄涂层(例如15-20微米)。因此，当在srp期间从晶片202去除硅时，也经由孔310从传感器312去除硅。类似地，可由不同的半导体材料制造不同的晶片202，并且不同的传感器312可包括不同半导体材料的薄涂层。因此，当将不同的晶片202装载到腔室容积204中并且不同的传感器312与孔310对准时，可同时从不同的晶片202和不同的传感器312去除不同的半导体材料。因此，监测设备208可包括要用来针对不同类型的晶片202监测晶片制造工艺的具有不同预涂材料的若干传感器。
68.在一个示例中，晶片202可由第一材料制造并且包括第二材料的涂料。传感器312可包括第二材料的涂层。因此，当晶片202被装载到腔室容积204中并且包括第二材料的涂层的传感器312与孔310对准时，可同时从晶片202和传感器312去除第二材料。
69.监测设备208可被配置为降低自由基或气体进入设备头502与设备基部504之间的界面的可能性。例如，设备头502可包括围绕中心轴404而延伸的头密封表面804。头密封表面804可与设备基部504相邻。更具体而言，设备基部504可具有围绕中心轴404而延伸的基部密封表面806，并且头密封表面804可面向基部密封表面806。密封表面可与中心轴404平行和/或与中心轴404正交。在密封面之间可能存在着提供气体进入监测设备208的路线的间隙。为了防止气体如此进入到设备头502与设备基部504之间，可将主体密封件808设置在头密封表面804与基部密封表面806之间。主体密封件808可为安装在设备头508和/或设备基部504上且被压缩在密封表面之间的垫片或另一类型的机械密封件。主体密封件808可防止气体在icc工艺期间进入监测设备208，否则可能蚀刻设备头502的后凹槽704内的后传感器表面706。
70.在从传感器表面512去除材料或将材料沉积到传感器表面512上时，传感器312可
产生与参数上的改变对应的电传感器输出信号。例如，电传感器输出信号的频率可基于谐振主体602的质量而改变，所述质量又随着材料被沉积或去除而改变。因此，为了实时监测晶片制造工艺，经由工艺腔室112的壁向计算机系统104传输和传达电传感器输出信号。在一个实施方式中，监测设备208包括电连接到传感器312的电气真空穿通810以经由通信链路105传达电信号。电气真空穿通810可包括穿过真空密封件的一个或多个电引脚以从监测设备208向外运送电信号。电气真空穿通810可连接到纵向延伸穿过监测设备208到电力连接器814的电缆线812。
71.参照图9，示出依据一个实施方式的监测设备的电连接的详细图解。电力连接器814可电连接到传感器312的后传感器表面706，因此，电气真空穿通810可经由电力连接器814电连接到后传感器表面706。
72.在一个实施方式中，监测设备208包括与后传感器表面706接触的可压缩连接器902。可压缩连接器902可为导电结构，所述导电结构具有压抵电力连接器814的第一端和压抵与后传感器表面706接触的支撑板903的第二端。例如，可压缩连接器902可为延伸于电力连接器814与支撑板903之间的金属弹簧。支撑板903、可压缩连接器902和电力连接器814可为由导电材料(诸如铝)形成的导电元件。导电元件可形成导电路径。导电路径可被容纳在绝缘体屏蔽物950的圆柱形腔内。绝缘体屏蔽物950可为陶瓷圆柱体，所述陶瓷圆柱体具有有着孔的端壁以允许电力连接器814穿过。因此，可压缩连接器902可从支撑板903经由绝缘体屏蔽物950向电力连接器814传导电信号，并且经由端壁向外向电缆线812传导电信号。
73.在一个实施方式中，可压缩连接器902是由铝或不锈钢形成的波纹管904。波纹管904可被压缩在支撑板903与电力连接器814之间以确保良好的电接触。波纹管904可具有与弹簧连接器类似的弹性。然而，波纹管904可具有比弹簧连接器低的电感。
74.可经由上述的后触点708和/或经由沉积于后传感器表面706上的导电涂料提供支撑板903与后传感器表面706之间的电接触。例如，后传感器表面706可包括铝涂料以从传感器312向支撑板903传导电信号。
75.参照图10，示出依据一个实施方式的具有运动致动器且安装在工艺腔室上的自动化监测设备的截面图。监测设备208可沿着中心轴404在轴向方向上自动移动，和围绕中心轴404而自动旋转移动。在一个实施方式中，监测设备208包括沿着中心轴404延伸到电气真空穿通810的静止连接杆1002。连接杆1002可就所述连接杆可被固定到不围绕中心轴404旋转的滑板1004的意义而言是静止的。然而，滑板1004可通过在针对图13-16更详细描述的托座1006内滑动来线性移动。线性运动可将监测设备回缩出工艺腔室112和推进到工艺腔室112中。因此，连接杆1002可为在旋转方面静止的而可线性移动。
76.电缆线812可朝向设备基部504靠近设备头502的远端部分内的电力连接器814从电气真空穿通810延伸穿过连接杆1002。电力连接器814可为两件式电连接器，并且可被称为弹簧触点。下文针对图12更详细地描述弹簧接触结构。
77.监测设备208可包括用来围绕中心轴404旋转设备头502和设备基部504的旋转真空穿通1008。旋转真空穿通1008可包括彼此相对旋转的外壳和内部分。外壳可包括与附接到内部分的若干磁体磁性互动的若干磁体。可通过滑轮(图13)来驱动旋转真空穿通1008。更具体而言，马达(图13)可旋转滑轮和将滑轮拉过外壳的外表面以使得外壳围绕中心轴404而旋转。外壳的旋转可向内部分的磁体施加力矩，使得内部分也围绕中心轴404旋转。可
经由外壳与内部分之间的真空壳体执行磁性施加力矩的行为，使得旋转真空穿通1008不允许气体在工艺腔室112与周围环境508之间泄漏。
78.在一个实施方式中，旋转真空穿通1008的内部分附接到旋转轴杆1010的外表面。旋转轴杆1010可与连接杆1002同心。然而，与连接杆1002不同，旋转轴杆1010可在旋转真空穿通1008向外表面施加力矩时自由地围绕中心轴404旋转。并且，旋转轴杆1010可具有连接到设备基部504的远端。因此，可经由旋转轴杆1010从旋转真空穿通1008向设备基部504传输力矩。同样地，当设备基部504旋转时，设备头502旋转。
79.设备头502的线性致动是通过处理工具102的致动器来提供的。在一个实施方式中，处理工具102包括具有彼此相对移动的端的气动致动器1012。如下文针对图12所描述的，第一端1014可耦接到腔室壁210，而第二端1016可耦接到监测设备208。气动致动器1012的致动可使得第一端1014相对于第二端1016移动。例如，第一端1014与第二端1016之间的距离可在空气流进或流出这些端之间的间隙时增大或减小。因此，可致动气动致动器1012以移动端面408远离外衬垫表面304。更具体而言，可通过气动致动器1012的气动致动来使得设备头502回缩而远离衬垫壁212。
80.如上所述，可经由致动一个或多个线性致动器沿着中心轴404线性移动设备头502，并且可经由致动一个或多个旋转致动器围绕中心轴404而旋转设备头502。因此，可向前直线移动设备头502以抵着腔壁308压缩密封件414，并且可向后直线移动设备头502以在端面408与腔壁308之间形成间隙，使得可在不损伤密封件414的情况下旋转设备头502。类似地，可在间隙形成时围绕中心轴404旋转设备头502以将端面408上的一个位置(例如传感器312)移动远离孔310，同时朝向孔310旋转端面408上的另一位置(例如空白位置)。也就是说，可致动处理工具102的致动器以从腔壁308回缩设备头502、围绕中心轴404旋转设备头502和推进设备头502以抵着腔壁308压缩密封件414。设备头502的推进可包括释放致动器使得弹簧返回力引起端面408靠近腔壁308。腔室容积204中所产生的真空可因此朝向腔壁308拉动端面408以压缩密封件414。
81.参照图11，示出依据一个实施方式的自动化监测设备的电连接的详细图解。传感器312可经由一个或多个中间结构电连接到电缆线812，如上文针对图9所述的。中间结构可为弹簧类型的触点。例如，支撑板903和波纹管904可从传感器312向电力连接器814传导电输出信号。电力连接器814可具有向后延伸到连接尖头1102的纵向杆。可将连接到传感器312的电气结构固定到设备头502，因此，设备头502的直线移动可使得连接尖头1102直线移动。
82.用来从传感器312向电气真空穿通810传导信号的电气结构还可包括固定部分。更具体而言，弹簧连接器1104可附接到连接杆1002。连接杆1002相对于气动致动器1012的第二端1016可为静止的。因此，当设备头502在气动致动器1012的致动下直线移动时，弹簧连接器1104仍然在原位。也就是说，弹簧连接器1104仍然静止，而连接尖头1102移动。设备头502的直线致动可使得当抵着衬垫壁212推进设备头502时，连接尖头1102接触弹簧连接器1104。相较之下，当设备头502从衬垫壁212回缩时，可将连接尖头1102与弹簧连接器1104隔开。因此，可在推进设备头502时形成连接尖头1102与弹簧连接器1104之间的电接触，而可在回缩设备头502时形成连接尖头1102与弹簧连接器1104之间的电断路。并且，当连接尖头1102与弹簧连接器1104之间的电接触形成时，可将来自传感器312的电输出信号传达到电
气真空穿通810。相较之下，当连接尖头1102与弹簧连接器1104之间的电断路形成时，没有电信号在传感器312与电气真空穿通810之间传达。
83.将了解到，分离连接尖头1102与弹簧连接器1104的能力允许若干连接尖头1102与单个弹簧连接器1104接触。也就是说，弹簧连接器1104可朝向与附接到暴露于孔310的传感器312的任一个连接尖头1102接触的位置弯曲。更具体而言，暴露于孔310的第一传感器312结构的连接尖头1102可压抵弹簧连接器1104以形成电接触。当要将第二传感器312暴露于孔310时，回缩设备头502以将第一连接尖头1102与弹簧连接器1104分离。可接着旋转设备头502以使得第二传感器312与孔310对准，并且可释放设备头。当设备头502朝向腔壁308推进时，与第二传感器312相关联的第二连接尖头1102可与弹簧连接器1104接触。因此，可将每个连接尖头1102旋转为与弹簧连接器1104对准、接合弹簧连接器1104、脱离弹簧连接器1104和旋转为不与弹簧连接器1104对准。
84.参照图12，示出依据一个实施方式的自动化监测设备的气动致动器的详细图解。气动致动器1012可包括附接到腔室壁210的第一端1014和附接到设备基部504的第二端1016。可通过一个或多个线性弹簧1202可移动地耦接第一端1014与第二端1016。例如，左侧的线性弹簧1202可被压缩在第一端1014的第一壁与第二端1016的第一边缘之间。类似地，右侧的线性弹簧1202可被压缩在第一端1014的第二壁与第二端1016的第二边缘之间。线性弹簧可提供预加荷载以迫使第一端1014远离第二端1016。
85.线性弹簧可偏置设备头502远离腔壁308或朝向腔壁308，取决于它们的放置。在一个实施方式中，线性弹簧的偏置可能不足以克服由腔室容积204内的真空提供的端面408上的拉力。因此，可将第一端1014与第二端1016之间的间隙填以气体以将间隙增压，线性弹簧位在所述间隙里面。当间隙被增压时，间隙可迫使第二端1016远离第一端1014，因此可从腔壁308回缩设备头502。间隙可为使用例如氮气或另一净化气体来增压的腔。除了造成设备头502的直线回缩以外，所述压力可比工艺腔室112中的压力高，以确保自由基不逃脱腔室容积204并且进入第一端1014与第二端1016之间的腔。
86.参照图13，示出依据一个实施方式的示出用于监测设备的维护过程的操作的立体图。提供了用于替换设备头502和/或设备头502内的传感器312的过程。滑板1004可具有从监测设备208径向向外延伸的滑动尖头1350。在一个实施方式中，滑动尖头1350延伸穿过托座1006中的槽1302。滑动尖头1350可具有允许滑动尖头1350在槽1302内直线移动的厚度，然而，因为槽1302的宽度小于滑动尖头1350的长度，防止了滑动尖头1350的旋转。在第一配置下，当监测设备208被安装在工艺腔室112上时，滑动尖头1350在槽1302内可为完全向前的。
87.注意，图13中示出用来驱动旋转真空穿通1008的滑轮1304和马达1306。滑轮1304可围绕轮形物而延伸，并且轮形物可被安装在马达1306的驱动轴杆上。因此，马达1306可以旋转地驱动滑轮1304，并且可如上所述地将所述旋转传输到旋转真空穿通1008。
88.参照图14，示出依据一个实施方式的示出用于监测设备的维护过程的操作的立体图。托座1006的架构可允许滑动尖头1350直线滑动穿过槽1302。当滑动尖头1350直线滑动时，监测设备208可从工艺腔室112回缩。通过滑动尖头1350和托座1006的槽1302的相对尺度防止监测设备208在回缩工艺期间旋转。通过防止监测设备208旋转，防止了设备头502与工艺腔室112之间的意外冲击。因此，保护设备头502内的传感器312免于冲击直到设备头
502已离开工艺腔室112。
89.参照图15，示出依据一个实施方式的示出用于监测设备的维护过程的操作的立体图。当监测设备208已回缩并且设备头502已离开工艺腔室112时，滑板1004可在托座1006内旋转以朝向使用者定向设备头502。更具体而言，监测设备208的旋转使得使用者更容易接近设备头502以允许从设备基部504分离设备头502。因为托座1006具有比远端槽区域宽的近端槽区域，允许滑动尖头1350在托座1006内旋转。
90.参照图16，示出依据一个实施方式的用来保持处理系统的监测设备的支撑托座的详细图解。托座1006的近端槽区域1602包括关于槽中心1606而呈镜像的一对曲线表面。更具体而言，第一曲线轮廓表面1604从槽1302的顶表面朝向第一槽止动装置1608向上扫掠。类似地，第二曲线轮廓表面1604从槽1302的端朝向第二槽止动装置1608向下扫掠。曲线轮廓表面1604可关于穿过槽中心1606的水平面而呈镜像。第一曲线轮廓表面1604和第二曲线轮廓表面1604之间的径向距离可大于滑板1004的长度。因此，当滑板1004回缩到近端槽区域1602中时，跨近端槽区域1602的宽度大于滑板1004的长度，并且滑板1004可围绕槽中心1606而旋转。滑板1004的旋转将持续直到滑板1004的上表面接触第一滑动止动装置和/或滑板1004的下表面接触第二滑动止动装置。因此，托座1006包括允许滑板1004在工艺腔室112处的远端与近端槽区域1602之间直线移动的槽1302。然而，槽1302允许滑板1004在近端槽区域1602内旋转移动。
91.监测设备208的元件可由常用在工艺腔室设计中的材料形成。例如，暴露于腔室容积204和/或真空的部件中的每一个可由铝、不锈钢或合适的聚合物形成。在此以示例的方式提供若干示例。连接尖头1102可为不锈钢。连接杆1002可为铝。设备头502和设备基部504可为铝。支撑板903可为铝。因此，监测设备208的部件可安全地暴露于源于工艺腔室112中的自由基和/或真空。
92.参照图17，示出依据一个实施方式的流程图的图解，所述流程图表示监测晶片制造工艺的方法的操作。在一个实施方式中，晶片制造工艺是srp，而传感器312包括谐振微天平以监测srp的蚀刻速率。在操作1702处，某种材料的晶片202被装载到处理工具102的腔室容积204中。晶片202的材料可以是或可以不是半导体材料，如上所述。例如，晶片202可为第一材料(半导体或非半导体材料)，所述第一材料具有第二材料(半导体或非半导体材料)的涂层。晶片材料可包括：介电材料，诸如sio2、sin等等；用于互连的金属材料，诸如w和cu；硬模蚀刻材料，诸如pecvd硬模碳、玻璃、硅等等。晶片材料可为任何基板材料。可在蚀刻工艺是自由基蚀刻类型工艺时通过监测设备208来监测选择性蚀刻速率，所述自由基蚀刻类型工艺具有由远程等离子体源或微波等离子体源引入到腔室容积204中的自由基。
93.衬垫壁212可围绕腔室容积204而延伸，因此衬垫壁212可围绕晶片202。如上所述，衬垫壁212包括腔室容积204与外衬垫表面304之间的孔310，因此，当在晶片202上执行srp时，可从腔室容积204经由孔310向衬垫壁212外面的区域传达自由基和材料。因此，可将端面408上的第一区域暴露于衬垫壁212中的孔310。例如，可将第一传感器312旋转到检测位置中，在所述检测位置处，第一传感器312经由孔310暴露于腔室容积204。也就是说，监测设备208可包括具有与孔310对准的传感器表面512的传感器312。当第一传感器312处于检测位置中时，可将其他传感器312维持在隔离的位置中并且不暴露于工艺。
94.在操作1704处，在腔室容积204中启动晶片制造工艺。例如，在srp中从晶片202去
除材料。如上所述，传感器表面512可包括材料，因此，可在晶片制造工艺期间经由孔310从传感器表面512去除所述材料。
95.在操作1706处，响应于从传感器表面512去除材料而检测传感器312的参数的改变。下文进一步描述传感器312类型。然而，以示例的方式，来自传感器312的电信号的频率可随着传感器312的质量改变而改变。可使用频率上的改变来监测srp。
96.在操作1708处，可基于参数的改变来确定从传感器表面512去除材料的速率。例如，当来自传感器312的电信号的频率改变时，计算机系统104可使用频率数据来确定材料去除速率。类似地，可使用所述改变来检测从传感器312去除的材料量并且因此检测从晶片202去除的材料量。
97.在操作1710处，可将端面408上的第二区域暴露于孔310。例如，可将端面408的空白区域410暴露于孔310。可通过将传感器表面512移动为不与孔310对准并且将空白区域410移动为与孔310对准，来将空白区域410暴露于孔310。例如，如上所述，设备头502可从腔壁308回缩、围绕中心轴404旋转和朝向腔壁308推进。可在由使用者或气动致动器1012提供人工或自动化的力时在真空下执行设备头502的回缩和推进。
98.在操作1712处，启动icc工艺以清洁衬垫壁212。在icc期间，可将所有传感器312与源于腔室容积204中的自由基和气体隔离。例如，可将围绕每个传感器312的相应传感器密封件514压缩在腔壁308与端面408之间，并且因此，可保护每个传感器312免于有化学活性的icc。
99.参照图18a，示出依据一个实施方式的处理系统的谐振器类型传感器的示意图。在一个实施方式中，晶片处理工具102的一个或多个传感器312包括谐振器1802。谐振器1802可为合适的谐振质量传感器，例如石英晶体微天平(qcm)、表面声波(saw)或膜体声波谐振器(fbar)，这些谐振质量传感器都量化沉积于它们表面上的材料的累积质量。为了简洁和容易理解，有利于简化说明，在此不描述谐振器1802的复杂性和变化的说明。每个谐振器1802可具有如本领域中熟知的固有频率(例如谐振频率)。例如，在不用太详细的情况下，可通过如图18a中所示的简单质量弹簧系统来表示谐振器1802。谐振器1802的固有频率可与谐振器1802系统的质量1804成反比。例如，固有频率可与谐振器1802系统的“k”除以“m”的平方根成正比，其中“m”对应于质量1804，而“k”对应于谐振器1802系统的弹簧常数。因此，将认识到，固有频率例如在晶片制造工艺期间在谐振器1802接收或放出材料1806时变动。更具体而言，在将材料1806(例如半导体材料)沉积于晶片处理工具102内的谐振器1802的传感器表面512上或从所述传感器表面去除时，谐振器1802的质量1804改变，并且相应地，固有频率变动。
100.谐振器1802的传感器表面512可为例如面朝孔310的暴露面。然而，谐振器1802具有传感器表面512的一部分可包括若干层。例如，谐振器1802可包括具有传感器表面512的顶层1810下方的基底层1808。基底层1808和顶层1810可包括相同的材料。例如，基底层1808和顶层1810可由相同的硅材料所形成。在一个实施方式中，基底层1808由与顶层1810不同的材料形成。例如，基底层1808可为谐振主体602，而顶层1810可为沉积于基底层1808上的硅材料涂料。因此，顶层1810可覆盖基底层1808的一部分。
101.在一个实施方式中，传感器表面512包括材料1806。更具体而言，传感器312可包括由与在晶片制造工艺期间沉积于晶片202上或从所述晶片去除的材料相同的材料形成的传
voltage)。阈值电压可与收集器1912上的材料1806的存在或不存在直接对应。例如，当第一量的材料1806在收集器1912上时阈值电压可具有第一值，而当第二量的材料1806在收集器1912上时阈值电压可具有第二值(与第一值不同)。因此，可基于晶体管传感器1902的阈值电压来确定所收集的或从收集器1912的传感器表面512发射的材料1806。计算机系统104的处理器可被配置为检测阈值电压上的改变，并且因此，当检测到阈值电压上的改变时，晶片处理工具102可将所述改变记为材料沉积或去除的量。可随时间记录阈值电压以针对晶片202确定材料的实际沉积速率或去除速率。
107.传感器312可包括其他的传感器类型。例如，晶片处理工具102的一个或多个传感器312可为光传感器(未示出)。光传感器可为本领域中熟知的微光机电系统(moems)，并且可使用已知的处理操作(例如半导体处理操作)来直接形成于基板上。为了简洁和容易理解，有利于简化说明，在此不描述moems的复杂性和变化的说明。光传感器可包括跨基板的传感器表面512分布的若干微镜或透镜。在不用太详细的情况下，光传感器可包括从光源发出的光路径。光路径可在光源与光检测器之间。在一个实施方式中，光传感器的参数与是否在光检测器处接收来自光源的光对应。例如，所述参数可响应于干扰光路径的材料而改变。也就是说，当材料粒子穿过光路径或静止在光路径中而阻挡在光源与光检测器之间的光时，所述参数可改变。在一个实施方式中，当粒子穿过光传感器时，来自光源的光被朝向另一光检测器沿着不同的光路径反射。由另一光检测器检测到反射光可对于光传感器的参数造成改变。所述参数可例如为与光检测对应的光传感器的输出电压。计算机系统104的处理器可被配置为检测输出电压上的改变，并且因此，当检测到输出电压上的改变时和/或当检测到光路径中的干扰时，晶片处理工具102可将所述改变记为基板上的来自传感器表面512的沉积或去除材料，并且因此，可实时地测量和监测沉积/去除的量和/或速率。
108.将理解到，因为上述的传感器类型是在独立于外部压力的电参数的基础上操作的，具有一个或多个传感器312(诸如谐振器1802、晶体管传感器1902或光传感器)的晶片处理工具102可在任何压力状况下(包括在真空条件下)工作。类似地，无论腔室容积204的气体浓度(包括在无等离子体条件下)，传感器312皆可操作。可从所有的传感器类型向电缆线812和电气真空穿通810输出电参数以向计算机系统104传输数据。
109.参照图20，示出依据一个实施方式的处理系统的示例性计算机系统的方框图。计算机系统104可为与晶片处理工具102的电子电路对接的制造设施主机。在一个实施方式中，计算机系统104耦接到并且控制机器人、装载锁定110、工艺腔室112、监测设备208和晶片处理工具102的其他部件。计算机系统104可接收和分析如上所述地由传感器312提供的材料沉积/去除信息。
110.可在局域网(lan)、内联网、外联网或互联网中将计算机系统104连接(例如连网)到其他机器。计算机系统104可操作为客户机-服务器网络环境中的服务器或客户机，或操作为对等(或分布式)网络环境中的对等机器。计算机系统104可为个人计算机(pc)、平板pc、机顶盒(stb)、个人数字助理(pda)、移动电话、网络设备(web appliance)、服务器、网络路由器、交换机或桥接器、或能够执行(顺序的或其他方式的)一组指令的任何机器，所述一组指令指定要由所述机器采取的动作。进一步地，虽然仅针对计算机系统104图示单个机器，术语“机器”也应被视为包括个别地或联合地执行一组(或多组)指令以执行本文中所述的方法中的任意一个或多个的任何系列的机器(例如计算机)。
111.计算机系统104可包括具有非暂时性机器可读介质的计算机程序产品或软件2002，所述非暂时性机器可读介质具有储存在所述介质上的指令，这些指令可用来编程计算机系统104(或其他电子设备)以执行依据实施方式的工艺。机器可读介质包括用于以可由机器(例如计算机)读取的形式来储存或传输信息的任何机构。例如，机器可读(例如计算机可读)介质包括机器(例如计算机)可读存储介质(例如只读存储器(“rom”)、随机存取存储器(“ram”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备等等)、机器(例如计算机)可读传输介质(电气、光学、声学或其他形式的传播信号(例如红外信号、数字信号等等))等等。
112.在一个实施方式中，计算机系统104包括经由总线2009来彼此通信的系统处理器2004、主存储器2006(例如只读存储器(rom)、闪存、动态随机存取存储器(dram)(例如同步dram(sdram)或rambus dram(rdram))等等)、静态存储器2008(例如闪存、静态随机存取存储器(sram)等等)和辅助存储器(例如数据存储设备2024)。
113.系统处理器2004表示一个或多个通用处理设备，诸如微系统处理器、中央处理单元或类似物。更具体而言，系统处理器2004可为复杂指令集计算(cisc)微系统处理器、精简指令集计算(risc)微系统处理器、超长指令字(vliw)微系统处理器、实施其他指令集的系统处理器或实施指令集组合的系统处理器。系统处理器2004也可为一个或多个专用处理设备，诸如专用集成电路(asic)、现场可编程逻辑门阵列(fpga)、数字信号系统处理器(dsp)、网络系统处理器或类似物。系统处理器2004被配置为执行处理逻辑2010以执行本文中所述的操作。
114.计算机系统104可进一步包括系统网络接口设备2012以供在网路2014上与其他设备或机器(例如晶片处理工具102)通信。计算机系统104还可包括视频显示单元2016(例如液晶显示器(lcd)、发光二极管显示器(led)或阴极射线管(crt))、字母数字输入设备2018(例如键盘)、光标控制设备2020(例如鼠标)和信号产生设备2022(例如扬声器)。
115.辅助存储器可包括数据存储设备2024，所述数据存储设备具有机器可存取存储介质2026(或更具体地为计算机可读存储介质)，在所述机器可存取存储介质上储存实现本文中所述的方法或功能中的任意一个或多个的一组或多组指令(例如软件2002)。软件2002也可(完全地或至少部分地)在由计算机系统104执行所述软件期间常驻于主存储器2006内和/或系统处理器2004内，主存储器2006和系统处理器2004也构成机器可读存储介质。可进一步经由系统网络接口设备2012在网络2014上传输或接收软件2002。
116.虽然机器可存取存储介质2026在示例性实施方式中被示为单个介质，但术语“机器可读存储介质”应被视为包括储存一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如集中式或分布式数据库、和/或相关联的缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”也应被视为包括能够储存或编码用于由机器执行的一组指令并且使得机器执行方法中的任意一个或多个的任何介质。术语“机器可读存储介质”应因此被视为包括(但不限于)固态存储器和光学介质和磁介质。
117.系统处理器2004可被放置为与监测设备208的监测设备电路2030电连接。例如，总线2009可经由与系统部件(例如电缆线812和电气真空穿通810)的一个或多个输入/输出(i/o)连接来接收传感器312信号。并且，可与计算机系统104并置监测设备电路2030的部分。例如，监测设备电路2030可包括频率源(例如宽频源)或检测器。频率源和检测器可具有与晶片处理工具102的传感器312的特定实施方式相关的特定应用。例如，频率源可向谐振
器1802输出电驱动信号。检测器可从传感器312接收与沉积于传感器表面512上的质量1804对应的输出信号。为了检测谐振器1802的固有频率上的变动，可将频率源和检测器合并在晶片处理工具102的计算机系统104中。
118.监测设备电路的频率源可为用来激发谐振器1802的宽频源。监测设备电路的检测器可监测谐振器1802的固有频率和检测固有频率的变动。例如，检测器可向处理器2004输出与固有频率对应的信号(例如输出电压或电流)。处理器2004可被配置为接收输出电压和辨识固有频率的变动。因此，当检测到谐振器1802的输出电压和/或固有频率上的改变时，晶片处理工具102可将所述改变记为从谐振器1802的垫1812上的传感器表面512沉积或去除材料的情况。可随时间记录沉积和去除以检测材料的沉积速率和/或去除速率。随着谐振器1802的质量1804增大或减小(例如随着材料累积在谐振器1802上或从谐振器1802蒸发)，固有频率将变动而允许晶片处理工具102实时地监测和测量晶片制造工艺的沉积速率和/或去除速率。
119.在以上的说明书中，已描述了具体的示例性实施方式。显然，可在不脱离所附权利要求书的范围的情况下对这些实施方式作出各种变更。因此，应以说明的意义而非限制的意义看待说明书和附图。

技术特征：
1.一种监测设备，包括：微传感器，所述微传感器具有用于沿着传感器轴与工艺腔室衬垫壁的孔对准的传感器表面和在从所述传感器表面去除材料时改变的参数，其中所述微传感器能选择性地暴露于工艺腔室的腔室容积，其中所述监测设备检测在所述微传感器选择性地暴露于所述工艺腔室的所述腔室容积时改变的所述参数，并且其中所述监测设备被配置为通过旋转所述微传感器和空白密封件二者而交替地选择性地将所述微传感器和所述空白密封件暴露于所述工艺腔室的所述腔室容积。2.如权利要求1所述的监测设备，进一步包括具有凹槽的端面，其中所述微传感器被安装在所述凹槽中。3.如权利要求2所述的监测设备，进一步包括安装在所述端面上的传感器密封件，其中所述传感器密封件围绕所述凹槽而延伸，并且其中所述传感器表面经由所述孔暴露于所述腔室容积。4.如权利要求3所述的监测设备，其中所述空白密封件安装在所述端面上，其中所述空白密封件围绕所述端面的空白区域而延伸。5.如权利要求1所述的监测设备，其中所述微传感器包括具有碟片形状的谐振主体，其中所述碟片形状包括面向所述孔的所述传感器表面和后传感器表面，并且所述微传感器进一步包括电连接到所述后传感器表面的电气真空穿通。6.如权利要求5所述的监测设备，进一步包括与所述后传感器表面接触的可压缩连接器，并且其中所述可压缩连接器电连接到所述电气真空穿通。7.如权利要求6所述的监测设备，其中所述可压缩连接器是波纹管。8.一种非暂时性机器可读介质，所述非暂时性机器可读介质具有储存在所述非暂时性机器可读介质上的指令以执行工艺，所述工艺包括：将监测设备的端面上的第一区域暴露于衬垫壁中的孔，其中所述衬垫壁围绕处理工具的腔室容积而侧向延伸，其中所述监测设备的所述第一区域包括传感器，在所述第一区域暴露于所述孔时所述传感器暴露于所述处理工具的所述腔室容积，并且其中所述监测设备检测在所述微传感器选择性地暴露于所述处理工具的所述腔室容积时改变的参数；和围绕中心轴旋转所述监测设备的所述传感器和空白密封件二者以移动所述第一区域远离所述孔并且将所述端面上的所述空白密封件暴露于所述孔，其中在所述第一区域远离所述孔时所述监测设备的所述第一端的所述传感器不暴露于所述处理工具的所述腔室容积。9.如权利要求8所述的非暂时性机器可读介质，所述工艺进一步包括：将某种材料的晶片装载到所述处理工具的所述腔室容积中；在所述腔室容积中启动晶片制造工艺，其中在所述晶片制造工艺期间经由所述孔从所述传感器的传感器表面去除所述材料；和检测响应于从所述传感器表面去除所述材料的所述传感器的参数的改变。10.如权利要求9所述的非暂时性机器可读介质，所述工艺进一步包括：基于所述参数的所述改变，确定从所述传感器表面去除所述材料的速率。11.如权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中所述监测设备包括具有凹槽的端面，其中所述传感器被安装在所述凹槽中，并且所述工艺进一步包括：
将所述端面的所述空白密封件暴露于所述孔；和启动原位腔室清洁工艺以清洁所述衬垫壁。12.如权利要求11所述的非暂时性机器可读介质，其中将所述端面的所述空白密封件暴露于所述孔包括将所述空白密封件移动为与所述孔对准。13.一种非暂时性机器可读介质，所述非暂时性机器可读介质具有储存在所述非暂时性机器可读介质上的指令以执行工艺，所述工艺包括：将监测设备的端面上的第一区域暴露于衬垫壁中的孔，其中所述衬垫壁围绕处理工具的腔室容积而延伸，其中所述监测设备包括传感器，所述传感器具有与所述孔对准的传感器表面，并且其中所述传感器表面是所述第一区域；围绕中心轴旋转所述监测设备以移动所述第一区域远离所述孔并且将所述端面上的第二区域暴露于所述孔；将某种材料的晶片装载到所述处理工具的所述腔室容积中；在所述腔室容积中启动晶片制造工艺，其中在所述晶片制造工艺期间经由所述孔从所述传感器表面去除所述材料；检测响应于从所述传感器表面去除所述材料的所述传感器的参数的改变；基于所述参数的所述改变，确定从所述传感器表面去除所述材料的速率，其中所述监测设备包括具有凹槽的端面，其中所述传感器被安装在所述凹槽中，并且所述方法进一步包括：将所述端面的空白区域暴露于所述孔，其中所述空白区域是所述第二区域；和启动原位腔室清洁工艺以清洁所述衬垫壁。14.如权利要求13所述的非暂时性机器可读介质，其中将所述端面的所述空白区域暴露于所述孔包括将所述空白区域移动为与所述孔对准。

技术总结
实施方式包括用于监测蚀刻速率或沉积速率或用于控制晶片制造工艺的操作的系统、设备和方法。在一个实施方式中，一种处理工具包括：处理腔室，具有围绕腔室容积的衬垫壁；和监测设备，具有经由衬垫壁中的孔暴露于腔室容积的传感器。所述传感器能够实时地测量在晶片制造工艺期间发生在腔室容积内的材料沉积速率和去除速率。可相对于衬垫壁中的孔移动监测设备以选择性地将传感器或空白区域经由孔暴露于腔室容积。因此，可通过传感器来监测正在腔室容积中执行的晶片制造工艺，并且可在原位腔室清洁工艺期间将传感器从腔室容积密封。清洁工艺期间将传感器从腔室容积密封。清洁工艺期间将传感器从腔室容积密封。


技术研发人员：毛示旻 黄西门 阿施
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：2018.07.17
技术公布日：2023/10/8