TW201820937A

TW201820937A - 用於監視電漿處理系統與先進製程及工具控制的方法及系統

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Publication number: TW201820937A
Application number: TW106125661A
Authority: TW
Inventors: 理查亞倫古思喬
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2018-06-01
Also published as: US20190252163A1; CN107689318B; TWI799385B; JP2018026558A; CN107689318A; KR102448687B1; US11276564B2; KR20180015582A; JP7068784B2; US10269545B2; US20180040460A1

Abstract

用於操作電漿處理腔室的方法和系統係加以提供。一示例方法包含在真空下在電漿處理腔室內處理一基板。該基板之該處理產生黏附至在該電漿處理腔室之內部區域內之表面的微粒殘留物。該方法包含特徵化該基板之該處理的效能，及在沒有破壞該真空的情況下，在處理該基板之後檢查該電漿處理腔室的內部區域。該檢查步驟係配置成識別在該電漿處理腔室之內部區域的一或多個表面上之該等微粒殘留物的特性。該檢查步驟包含獲得該一或多個表面的光學資料。該方法更包含產生一工具模型以將該基板的該處理之該特徵化的效能相關於該等特徵化的微粒殘留物。在一配置中，該工具模型係藉由重複該檢查複數次而加以最佳化。該工具模型係接著可用於後續檢查腔室的內部表面且提供閉迴路控制，以基於自該工具模型識別之配方的預期效能調整配方的至少一參數。

Description

用於監視電漿處理系統與先進製程及工具控制的方法及系統

相關申請案的交互參照：本專利申請案主張於西元2016年8月3日申請之美國臨時專利申請案第62/370,658號的優先權，該臨時專利申請案的發明名稱為“Methods and Systems for Monitoring Plasma Processing Systems and Advanced Process and Tool Control”，其全部內容於此藉由參照納入本案揭示內容。

本發明實施例係關於：方法及電腦執行的製程，用於建構檢查處理工具的內部區域之工具模型，及使用所獲得的資訊，以主動地調整由該處理工具執行之製程的一個以上參數；及使用工具模型資料以預測製程效能和執行主動調整的方法。此處描述的方法係進一步關於檢查技術，可用於延長在工具濕清潔操作之間處理工具的可用操作。

長期以來電漿一直被用以處理基板（例如晶圓或平板）以形成電子產品（例如積體電路或平板顯示器）。半導體晶圓係通常置放在蝕刻腔室內，以光阻遮罩層引導下方材料的蝕刻。蝕刻製程移除未被光阻覆蓋之下方的材料。蝕刻製程亦可自電漿腔室內之部件的表面移除材料。隨著時間的推移，在處理腔室內部的部件可能累積微粒物質及/或蝕刻殘留物，其可能改變蝕刻效能。由於此原因，除了需要更換消耗性部件之外，亦需要周期性地執行濕清潔操作（即，腔室內部表面的濕清潔操作）。

在濕清潔之後，在腔室係被允許繼續進行產品晶圓處理之前，腔室必須藉由各種步驟/製程（即，針對濕清潔恢復加以處理）而加以恢復。然而，濕清潔恢復係有問題的。匹配工具係亦困難的，且變得越來越困難。工具匹配係不僅是匹配蝕刻速率監視器的問題，還是輪廓、輪廓的均勻性、CD、缺陷等的問題。因此，由於許多等待計量的閒置時間，即使當執行良好時，濕清潔仍需很長的時間。在此期間浪費能源消耗。亦損失製造生產的時間。

部分濕清潔恢復程序包含對腔室進行陳化處理。此製程試圖產生模仿穩定狀態的表面條件。當達到穩定狀態時，該解決方案往往是脆弱的，即從一製程至另一製程或從一腔室至另一腔室係非總是通用的。這需要昂貴的重新開發程序。或許更糟的是，陳化處理本身可能佔有總工具使用量的顯著部分，例如，陳化處理使用40小時而製程僅運行150-250小時。明顯地，這衝擊生產力，更不要說浪費的能源消耗、陳化處理晶圓的成本、及僅為了陳化處理晶圓而磨耗之高的消耗品成本。

無晶圓自動清潔（WAC）及預塗佈受限於類似的挑戰。系統有時被過度清潔及過度預塗佈，以允許混合的運行、穩定的運行、低缺陷、低金屬污染。這些程序的最佳化係必須在開發週期的後期加以進行，因為配方和晶圓堆疊係不斷變化，所以這些程序的最佳化係太複雜而無法最佳化。

這是本發明實施例產生的背景。

呈現用於建構工具模型的方法、裝置、系統、及電腦程式，該等工具模型係用於檢查電漿腔室之內部的狀態、檢查表面的狀態、及提供閉迴路控制以調整配方的參數，以在預期的效能窗口之內維持處理效能。以下描述幾個實施例。

在一實施例中，一種用於操作電漿處理腔室的方法係加以提供。該方法包含在真空下在電漿處理腔室內處理一基板。該基板之該處理產生黏附至在該電漿處理腔室之內部區域內之表面的微粒殘留物。該方法包含特徵化該基板之該處理的效能，及在沒有破壞該真空的情況下，在處理該基板之後檢查該電漿處理腔室的該內部區域。該檢查步驟係配置成識別在該電漿處理腔室之該內部區域的一或多個表面上之該等微粒殘留物的特徵。該檢查步驟包含獲得該一或多個表面的光學資料。該方法更包含產生一工具模型以將該基板的該處理之該特徵化的效能相關於該等特徵化的微粒殘留物。在一配置中，該工具模型係藉由重複該檢查複數次而加以最佳化。該工具模型係接著可用於後續檢查腔室的內部表面且提供閉迴路控制，以基於自該工具模型識別之配方的預期效能調整配方的至少一參數。

在另一實施例中，用於操作電漿處理腔室的方法係加以提供。該方法包含識別用於在電漿處理腔室內處理一基板的配方，該配方識別用於被供應之化學品的參數及被用於該處理之該電漿處理腔室的條件，且該處理係配置成產生預定的效能位準。該方法包含使用一觀測設備檢查該電漿處理腔室的內部區域，以判定在該內部區域內之表面的物理狀態。接著，參照用於該電漿處理腔室的一工具模型。該工具模型係與用於處理該基板的該配方相關聯。該方法亦包含基於由該工具模型提供的訊息，調整該配方之該等參數的其中至少一者，該等參數的該其中至少一者對應於基於該檢查而判定的該物理狀態。該調整步驟係配置成實質上防止在該預定的效能位準之外之效能度量指標的漂移。

在又另一實施例中，揭示一種電漿處理系統。該系統包含具有當處理一基板時曝露於電漿之一內部區域的一腔室。該內部區域具有該腔室之結構的表面及該腔室之消耗性部性的表面。一控制器係與該腔室介接，用於控制當處理該基板時使用之一配方的處理，且該配方定義待設定之用於供應化學品及設定該腔室之條件的複數參數。一偵測器模組係與該腔室介接以允許一觀測設備的控制。該觀測設備係配置成插入該腔室內以檢查該腔室的該內部區域而沒有破壞該腔室的真空。該偵測器模組包含一光學處理器，用於控制朝該腔室之該內部區域的表面之光的施加及偵測反射的光。該反射的光係藉由該光學處理器加以處理，以識別存在於藉由該觀測設備檢查之該表面上之材料的特性。一定位系統係配置成用於將該觀測設備移動至該腔室之該內部區域的一或多個位置。該定位系統係配置成在基板的處理之間將該觀測設備移入該內部區域中，且在基板的處理期間將該觀測設備移出該內部區域。一工具模型處理器係配置成接收關於識別之存在該表面上之材料特性的資訊及關於自檢查該一或多個基板而獲得之該配方之製程效能的資訊，以建構一工具模型。該工具模型維持在存在該表面上之該材料的特性與關於該配方之製程效能之資訊之間的相關性。當處理一或多個額外的基板時，該工具模型係藉由該工具模型處理器加以更新。

一旦工具模型係加以建構，該工具模型係進一步用以在處理期間定期地檢查一個以上基板，且允許針對配方的一個以上參數之閉迴路控制調整。即使在腔室內部的表面狀態係不斷地變化，調整配方允許將基板的處理維持在效能或窗口的一預定位準。有利的是，工具模型的使用進一步允許在執行下一濕清潔之前延長腔室的操作較長的時間。

其他實施態樣將從以下詳細說明及結合隨附圖式變得明顯。

以下實施例描述用於監視電漿處理系統的方法、裝置、系統及電腦程式，且特別描述用以處理半導體基板（例如晶圓）的電漿處理工具。

在一實施例中，實體模型（即，工具模型）係針對在濕清潔及晶圓的生產進展之後在腔室內部發生的事件加以建構。在一示例中，工具模型係用於特徵化表面，該表面可為新的及/或清潔的、或置放的部件、或使用過的部件。工具模型考慮到在基板係已加以電漿處理之後在表面中的變化。該等變化發生係例如由於材料積聚、在表面上積聚的反應性副產物、及例如由於磨損及/或紋理造成的表面特性改變。此外，表面反應可能發生，其決定反應性物種（例如離子、自由基、電子）至晶圓的通量。

在一實施例中，工具模型可被簡化成一組集總參數，該組集總參數將隨表面的初始狀態、製程化學品、反應器幾何形狀、及其他特性變化。該工具模型可接著使用由插入腔室進行檢查的觀測設備（scope）收集的大量資料加以校準。隨著時間的推移，更多的資料可加以收集，例如在處理越來越多的晶圓之後，其可有助於最佳化該工具模型。在一些實施例中，腔室的其他感測器亦可用以收集額外的資料。這些感測器可包含例如槽閥（vat valve）、光發射光譜學（OES）光譜、通過探針的電流/電壓（IV）特性、諧波含量等。這些資料的測量可為即時的，且可被饋送至工具模型以改進其效能。在一些實施例中，機器學習演算法可加以實施以最小化校準工作量及/或簡化實體腔室的工具模型。

在一些實施例中，若一工具係加以校準以定義一工具模組，則該製程係較佳是比目前工具陳化處理程序較不消耗時間。如下所述，經過如此處論及之校準的工具模型可用以即時調整配方，使得在短暫的校準/陳化處理之後，可在最少的WAC/預塗佈/陳化處理之情況下進行生產，且達到可接受的製程效能。

在一些實施例中，觀測設備係用以偵測處理工具的物理特性以識別在處理工具內部之表面上的殘留物（例如電漿處理聚合物）的材料積聚，識別此等殘留物的均勻性或不均勻性，識別在處理工具內部之消耗性部件的磨損程度，及物理工具特性。在一實施例中，此資訊係在基板處理操作之間（例如在基板係移除的時間期間及在下一基板係引入至處理工具之前）加以偵測。隨著基板持續在處理工具中加以處理，特徵化殘留物積聚之物理變化、殘留物的均勻性、殘留物的不均勻性、部件磨損的度量指標係加以儲存至資料庫以進行分析。

在一實施例中，資料庫係亦配置成用於收集關於製程效能的度量指標，例如：蝕刻速率均勻性、臨界尺寸（CD）效能、及隨時間推移之效能上的相關漂移、及其他參數。關於製程效能及工具中之物理變化之度量的分析將允許工具模型的建立。該工具模型係配置成藉由學習在特定表面、部件、磨損、殘留物積聚、殘留物特徵等中的改變如何影響製程效能而產生隨時間增強的關係。隨著處理越來越多的基板，工具模型將持續改善，其將允許針對某些物理變化相對於所得到的製程效能之更準確的相關性。在一實施例中，工具模型係用於動態反饋以調整製程參數。

舉例而言，可自動化進行或建議製程參數調整，以造成製程效能的調整。製程參數可為例如某些蝕刻劑的流率、或壓力設定、或功率位準、或溫度設定等。因此，藉由利用隨時間推移之作為工具模型之一部分所組合的訊息，能夠動態地調整處理工具的製程參數，使得製程效能保持在期望的範圍之內一段較長的操作期間（例如在需要下一次清潔操作及/或消耗性部件更換之前允許處理更多的基板）。

在一實施例中，觀測設備係用以在沒有將腔室對大氣開啟的情況下檢查電漿腔室的內部，如在現今半導體製造中通常所做的那樣。將腔室對大氣開啟導致生產力損失，且若部件的使用期限及在清潔之間的時間（TBC, time between clean）係不同步，則通常造成過早更換消耗性部件。而且，當腔室係對大氣加以開啟時，在腔室壁上的沉積物係通常藉由與大氣成分（諸如氧、氮、及水）反應而加以改變。如上所述，此處描述的實施例描述特徵化電漿腔室在多個基板的處理期間（例如在濕清潔循環及/或無晶圓自動清潔（WAC）之間）如何演變的工具模型。在一實施例中，該工具模型在沒有將處理腔室對大氣開啟的情況下特徵化該處理腔室的內部。

如上所述，監視一腔室在濕清潔循環之間如何演變可產生度量指標，該度量指標特徵化或識別微粒物質（例如蝕刻副產物/殘留物）係如何黏附至電漿腔室之內部的某些部件及/或位置，表現此種微粒物質之黏附的位置，在腔室內的幾何形狀係如何可能積聚較多或較少的微粒物質，及/或在腔室內的某些幾何形狀係如何有助於殘留物的積聚。此外，此處描述的實施例允許在處理各基板之後使用觀測設備以準確地追蹤微粒物質積聚、消耗性部件磨損或失效等之進展。在其他實施例中，觀測設備可在處理某些數量的基板之後週期性地加以使用。在又其他實施例中，觀測設備可在處理大量基板之後加以使用。在另一實施例中，觀測設備可在有需求時（例如當操作者需要特徵化腔室的內部物理表面時）加以使用。

在一實施例中，當處理腔室係仍在真空（例如在基板轉移進出期間）時，將觀測設備插進處理腔室內。在另一實施例中，觀測設備可以各種角度、觀察方向、掃描的、分散地配置、光柵掃描的、調整的、轉動的等加以插入及配置，以擷取在處理工具之內的一個以上預定的表面、部件、物件、或區域。在一實施例中，觀測設備可配備有光源（例如經由光纖）。該光源可包含產生由光學處理器處理之資料的光學偵測器。在一實施例中，觀測設備亦可包含產生由影像處理器處理之資料的一影像來源（例如藉由光纖耦合的相機）。在一些實施例中，觀測設備可包含下列其中一者：光學相機、成像相機、SIM（掃描式電子顯微鏡）、RGB相機、紅外線相機、深度感測相機、或可偵測顏色或反射差異的任何其他相機。

在一實施例中，觀測設備可經由電纜或無線訊號藉由定位系統加以遠程控制。在一實施例中，隔離閥係用以允許觀測設備在電漿係關閉且晶圓係進行交換時進入處理工具。如上所述，藉由觀測設備獲得大量的資訊係可能的，且此資訊可用以控制腔室條件以確保在濕清潔或維修之間最小的變異性及最大的時間。

在一實施例中，觀測設備係配置成使用光源發射光波訊號，且使用光學感測器收集表面的反射。該光學感測器將感測的資訊傳送至光學偵測器，以藉由光學處理器加以處理。該光學處理器係配置成分析反射的光強度相對於波長，該波長係對入射輻射強度及自光聚焦於其上之表面的區域之光譜加以歸一化。在使用此資訊的情況下，一實施例包含估計微粒物質的膜厚度及膜組成。在一實施例中，使用的波長可橫跨電磁光譜。

在一特定例子中，波長係紫外線紅外線（UV-IR）波長。吾人相信UV-IR波長提供關於膜特性（諸如腔室壁上的化學組成）的全面資訊。在具有此種資料的情況下，在下一次濕清潔之前最佳化基板處理應該結束之時間是可能的。廣義地說，因為由於微粒物質積聚及消耗性部件磨損之腔室表面的物理特性改變，就製程效能而言，工具模型係用以學習及預報製程配方的行為。此資訊又可用以提供與製程偏移及漂移相關的訊號。此等訊號可接著在閉迴路控制方案中藉由調整配方參數而加以使用，以補償在導致相應的製程偏移及/或漂移的壁上之殘留物積聚的影響。以此方式，製程窗口可加以擴大，且在清潔之間的時間可加以延長。

除了在自腔室壁反射之光中的光譜資訊之外，腔室之各曝露區域的影像可針對不均勻的塗層磨損、殘留物積聚、不均勻的預塗佈等加以收集及分析。如上所述，觀測設備亦可包含收集由影像處理器處理之影像資料的相機。該影像處理器可收集在多個成像時段收集的影像，其可接著加以合併成殘留物的積聚及/或消耗性部件磨損之基於時間變化的歷史。在一配置中，藉由旋轉及同時平移光源及偵測器，腔室的多個部件、腔室的特定區域、特定部件或整個內部可加以形成影像輪廓。在一實施例中，這樣的資訊亦可用以修改設計（例如幾何形狀、材料、位置、尺寸等）以延長消耗性部件的使用期限。

在進一步的實施例中，亦可能預測腔室失效及從而使用關於哪個部件係失效的特定資訊觸發預防性維修。這樣的可能性係藉由圖案缺陷偵測加以實現，即，原始圖片係與後續圖片加以比較，且若出現差異，則可設置警報或跟踪趨勢。

當這樣的影像資料係與上述光譜資料及其他感測器和設備監視資料（例如壓力控制閥位置、壓力、光學發射資料、來自晶圓的即時反射計資料、反射功率、壁溫度、晶圓溫度等）加以結合時，則多變量演算法或自學程式（諸如類神經網路）可加以使用。在一實施例中，工具模型係配置成隨時間加以改善及/或訓練以識別或辨識自一製程規範的偏離。閉迴路控制演算法可接著加以應用以針對改變腔室狀態而調整，且從而減少晶圓間、批次間、及腔室間的變異性，增加在濕清潔之間的時間，及增加製程窗口。這些資料亦可與來自上游及下游的工具和計量工作站的全廠資料加以結合，以增強多變量製程控制的控制能力。

顯然地，本發明實施例可不具有某些或全部這些具體細節而實施。另一方面，為了不要不必要地模糊本發明實施例，未詳細說明眾所周知的製程操作。

圖1根據一實施例提供一方塊圖，在該方塊圖中，半導體工具102係電漿處理系統100的一部分。在此例子中，半導體工具102係配置成用於處理基板104，該基板104係藉由處理遞送基板進出半導體工具102的機器人而被引入至半導體工具102。通常，負載鎖及閘閥係用以允許基板104轉移進出半導體工具102，且同時仍維持系統中的真空。在各種配置中，半導體工具102係可包含真空傳送模組之群組工具的一部分。真空傳送模組通常具有半導體工具102可附接於其上的各種側面。

取決於在基板104上將執行的製造操作，可變化半導體工具102的類型。舉例而言，半導體工具102可為電漿處理系統，其可用於蝕刻操作。在其他實施例中，電漿處理系統可用於沉積操作。一般而言，取決於將執行的電漿製程操作，腔室配置係針對該製程加以最佳化。舉例而言，有各種類型的蝕刻腔室，其可針對被蝕刻之材料的類型加以最佳化。

一些蝕刻腔室係針對蝕刻在基板上配置的金屬材料加以最佳化，而其他蝕刻腔室係針對蝕刻在基板上配置的介電材料加以最佳化。在任一配置中，無論半導體工具102係蝕刻工具、沉積工具、或其他類型的處理工具，半導體工具102的內部表面將經歷微粒物質的積聚，其將隨著進行更多基板104的處理而隨時間增加。此外，在半導體工具102之內的某些結構亦將經歷磨損，且可能需要定期更換。這些結構係通常被稱為消耗性部件，其係通常以若干間隔期加以更換。可變化更換消耗性部件的間隔期，但通常更換將基於消耗性部件的預期使用期限、及/或在打開半導體工具102以進行檢查或清潔時的物理檢查之後而定期地發生。

繼續圖1，顯示半導體工具102係與製程參數/設施106介接。該設施通常包含用以供應蝕刻氣體、惰性氣體、沉積氣體、真空、冷卻流體的氣體供應部、溫度控制部、電源、及其他結構和機械系統。控制器109通常係電漿處理系統100的一部分，其控制製程參數及設施106的操作，且亦與半導體工具102介接。該控制器可與電漿處理系統100的其他元件通訊，以確保操作製程係例如根據設定的製程配方加以執行。

在一實施例中，半導體工具102係配置觀測設備156，該觀測設備156可通過隔離閥103插入至半導體工具102。觀測設備156係連接至臂150，該臂150可伸進半導體工具102的內部，用於檢查在半導體工具102之內的表面。臂150可配置幾個機械接頭，該等機械接頭將允許在半導體工具102之內以各種角度及有利位置置放觀測設備156。觀測設備156係耦接至定位系統107，該定位系統107可驅動臂150通過隔離閥103進入半導體工具102。定位系統107可協助旋轉觀測設備156、轉動觀測設備156、傾斜觀測設備156、掃動觀測設備156、使觀測設備156光柵掃動、使用觀測設備156抽查、及其他位置功能。亦顯示偵測器模組108，其藉由臂150耦接至觀測設備156。

如下所述，偵測器模組108係配置成藉由觀測設備156進行一或多種類型的資料收集。資料收集可包含例如獲得自表面、及附著至在半導體工具102之腔室內之表面的材料反射的光譜資料。在另一實施例中，資料收集亦可包含獲得在半導體工具102的腔室內之表面及結構特徵的影像資料。

藉由半導體工具102之基板104的處理亦可藉由一個以上分析工具加以分析，以產生製程效能105。舉例而言，藉由半導體工具102處理的基板可針對形成具有某些臨界尺寸之特徵部的效能（例如作為蝕刻操作的結果）而加以分析。其他效能分析可包含判定蝕刻操作的均勻性。其他效能分析可包含判定整個基板表面之蝕刻速率的偏差。其他效能分析可包含判定蝕刻操作是否係正在達到期望的深寬比。其他效能分析可包含判定在執行某些蝕刻操作之後材料層的厚度。其他效能分析可包含判定是否已達成某些特徵部的蝕刻深度。其他效能分析可包含判定是否已發生特徵部崩塌。其他效能分析可包含比較晶圓的中心與晶圓的邊緣之蝕刻效能。其他效能分析可包含檢查靠近晶圓邊緣排除區域的特徵部。

若半導體工具102係沉積工具，則其他類型的效能分析可加以執行以特徵化沉積操作的效率。如在此技術領域具有通常技術者所理解，製程效能可以許多方式加以分類，且可基於預期的結果加以分類。以上效能分析特性及分析結果的列表係僅作為示例，因為許多不同類型的效能分析度量指標可加以定義，且可針對特定的配方或期望的結果加以客制化。

仍參照圖1，在檢查半導體工具102之後藉由偵測器模組108獲得的結果及藉由半導體工具102實現的製程效能105，可被傳送至工具模型處理器。工具模型處理器112係配置成針對藉由偵測器模組108在半導體工具102之表面中所物理性偵測的特性追踪製程效能105。舉例而言，偵測器模組108可產生特徵化資料，其與在半導體工具102內的物理結構、及在此等結構上之相關的微粒物質和殘留物的積聚相關聯。

在一實施例中，隨著較多的基板104係藉由半導體工具102加以處理，偵測器模組108可例如在處理特定的基板104之後加以檢查。如上所述，使用觀測設備156的檢查可在處理基板104之後發生，例如在晶圓傳送操作期間，及在下一基板係引入至半導體工具102之前。

在一實施例中，偵測器模組108可在處理每一基板104之後檢查半導體工具102。在另一實施例中，偵測器模組108可在處理若干基板104之後檢查半導體工具102。在又另一實施例中，偵測器模組108可在處理一批量晶圓之後檢查半導體工具102。更進一步，偵測器模組108可在處理預定數量的批量或晶圓之後交替地檢查半導體工具102。

在一些實施例中，半導體工具102可在有需求時藉由偵測器模組108加以檢查。舉例而言，若操作者偵測到製程效能105的偏移或漂移，則操作者可指示偵測器模組108執行半導體工具102的檢查，而沒有使半導體工具102離開真空。

繼續由工具模型處理器112執行的處理，工具模型處理器係配置成將處理的效能參數和度量與在半導體工具102內的特定條件相關聯。舉例而言，襯墊存在於蝕刻工具中係常見的，且這樣的襯墊係已知接收蝕刻副產物及殘留物的積聚。隨著蝕刻副產品及殘留物的積聚發生，有可能識別及關聯製程效能105中的變化。

在一實施例中，工具模型處理器112可將製程效能105以更細微層級（granular level）相關聯，諸如將半導體工具102的效能就使用的製程參數相關聯。舉例而言，蝕刻配方可與特定的製程參數相關聯，諸如：RF功率、偏壓功率、氣體壓力、溫度、蝕刻劑氣體的流率、惰性氣體的流率等。這些類型之參數的每一者係與特定蝕刻配方相關聯。在一實施例中，使用與該蝕刻配方之參數的關聯性及相關性追踨製程效能105係可能的。舉例而言，由於聚合物、微粒、及其他材料的聚積在腔室部件的表面上發生，所以偵測製程漂移或偏移係可能的。隨著時間的推移，工具模型處理器112將在半導體工具102內之表面中的變化分類且關聯至所得到的製程效能105。

工具模型係因而針對半導體工具102藉由工具模型處理器112加以產生。工具模型係配置成具有資訊，在給定之由偵測器模組108偵測的某些條件下，該資訊預測半導體工具102在製程效能105的未來處理變化。在一實施例中，在半導體工具102內的偵測條件與製程效能105之間的相關分析將隨著處理越來越多的晶圓而繼續。當在半導體工具102內的部件、表面、及材料的條件係加以偵測時，藉由繼續執行此相關分析，能夠使工具模型改善以針對特定製程配方對發生之事件或影響製程效能105之事件提供更準確的表徵。

製程漂移分析器114可用以自工具模型處理器112接收資訊，其將能夠識別製程漂移在製程效能105中何時發生，且將該製程漂移與在半導體工具102內的特定條件相關聯。在一實施例中，參數調整模組116係用以識別製程配方的特定參數，該製程配方的特定參數可加以調整以補償所偵測的製程漂移。參數調整模組116可識別例如需要增加腔室的壓力以抵消所偵測之製程效能105的漂移。

與製程參數/設施106通訊的控制器109及半導體工具102可針對供應至半導體工具102的壓力提供調整。此返回控制器109的控制係被視為閉迴路控制110。閉迴路控制110係因而配置成連續地監視或接收來自偵測器模組108及製程效能105的資訊。由工具模型處理器112處理的工具模型將因而被用以藉由製程漂移分析器114識別製程漂移，接著使用參數調整模組116識別特定參數進行調整，以補償製程效能105的漂移。在一些實施例中，當工具模型已在處理許多基板104之後加以改善時，該工具模型本身可用以相關於及偵測如偵測器模組108提供之在半導體工具102之表面中的變化，且甚至在分析製程效能105之前識別參數以執行調整。

在一實施例中，製程效能105可在一段時間內加以識別，以允許工具模型的建構。一旦工具模型已加以建構且係被視為穩定的，則系統將僅需要偵測器模組108檢查半導體工具102的內部表面，及接著識別及預測製程效能105將為何。製程漂移分析器114可簡單地識別由工具模型處理器112處理之工具模型預期的製程漂移，且可識別應該由參數調整模組116調整的參數或多個參數。因此，應理解一旦工具模型係加以建構，該工具模型可結合偵測器模組108加以使用，以預測製程效能中的變化，及針對特定配方提供閉迴路控制110以調整一或多個參數。

在一些實施例中，工具模型可使用複數個測試基板加以建構，該複數個測試基板可加以分析以識別製程效能105。製程效能105將接著對半導體工具102之內部部分的測得條件作相關分析。藉由運行這些測試基板104，針對特定配方，建構用於半導體工具102的工具模型係可能的。舉例而言，工具模型可配置成包含對某些製程配方特定的特徵化資訊。若需要新的製程配方被特徵化進入該工具模型，則基板可用以校準工具模型以包含用於該新配方的資訊。在其他實施例中，獨立的工具模型可針對特定配方加以建構。應理解工具模型可原位加以建構，且同時針對特定配方處理實際生產基板。工具模型亦可在處理實際生產基板之前加建構，例如使用測試或校準基板。在任一配置中，所產生之工具模型可用以預測當半導體工具102的內部表面發生變化時之製程的效能。偵測器模組108可因此週期性地、依需求時或甚至在各基板係加以處理之後提供此檢查。由偵測器模組108收集的資訊可因而與工具模型加以比較或相關聯，以產生預測的製程效能105，及識別參數調整（如果有需要的話）。

一項優點是，使用針對半導體工具102的工具模型及偵測器模組108的處理可有助於延長在半導體工具102的濕清潔操作之間的時間週期。舉例而言，以往當偵測到製程漂移時，系統將簡單地關閉以進行清潔或檢查。有時候，系統將為可程式化地關閉以進行清潔或檢查，其可能為過早的且將導致縮短濕清潔循環。藉由能夠在沒有破壞真空的情況下偵測在半導體工具102內之表面的狀態，識別該等狀態且對製程配方的參數進行調整係可能的，該調整將補償製程效能中之預測的漂移。結果是在需要啟動濕清潔循環之前，藉由半導體工具102的處理可進行於更多的晶圓。此外，當操作者經歷製程的漂移或懷疑消耗性部件磨損時，使用觀測設備156的偵測器模組108亦可有助於防止系統的不必要關閉。因此，本發明的實施例亦有助於以即時資料確認消耗性部件係正常操作或實際上需要更換（即防止誤報）。

圖2描繪腔室120的示例圖，在一實施例中，該腔室120定義半導體工具102的一部分。如圖所示，腔室120包含下電極122和上電極124、射頻（RF）電源126、匹配件128、及連接至上電極124的接地125。為了示例的目的而進一步顯示襯墊130，其包圍腔室120之腔室壁的內部表面。聚焦環131係亦顯示在下電極122上方加以設置。基板（未顯示）係配置成坐落在下電極122的表面122a上且由聚焦環131加以環繞。在此示例中，腔室120係電容耦合電漿（CCP）腔室。腔室的類型係僅作為示例，且其他類型的蝕刻腔室（例如感應耦合電漿（ICP）腔室）亦可自此處描述的實施例獲益。根據腔室的類型，內部表面、部件、及元件將有所改變。出於這樣的原因，應理解在腔室120內的示例表面係僅作為示例，且觀測設備156可用以檢查在腔室之內部區域內的任何表面，無論其係用於蝕刻、沉積、檢查、或其他處理功能。

考慮到這一點，上電極124的示例表面124a將在電漿生成時曝露於電漿，該表面124a亦可能接收及產生材料微粒及/或蝕刻殘留物。襯墊130的表面130a、聚焦環131的表面131a、及下電極122的表面122a將類似地經歷至少一些材料微粒及/或蝕刻殘留物。在一實施例中，觀測設備156係通過隔離閥103被引入腔室120的內部。隔離閥103確保在腔室120內將維持的真空，且因而可在沒有打開腔室120的情況下進行檢查。在一實施例中，觀測設備156可通過隔離閥103加以伸出及縮回。臂150可包含若干機械接頭152，該等機械接頭152將允許觀測設備156以各種方向、角度、旋轉視角、及/或位置在腔室120內移動。為了說明的目的，觀測設備156可以方向158a插入及縮回，可以方向158b垂直升起及垂直下降，可沿水平軸以方向158c旋轉，可沿垂直軸以方向158d旋轉。

定位系統107係因而顯示為包含延伸控制部140及旋轉控制部142。這些控制部可用以在期望的位置移動及調運觀測設備156。在一實施例中，定位系統107可配置成以特定的圖案掃描腔室的內部。該等圖案可為可程式化地加以定義，使得觀測設備156的掃描及定位獲得來自特定區域、部件、位置、區等的資訊。

在一實施例中，偵測器模組108包含光學處理器144，該光學處理器144係經由導管127、經由臂150耦接至觀測設備156。在一實施例中，光學處理器144係配置成控制朝觀測設備156之光波的遞送，用於投射在待檢查的期望表面之上。光波係配置成傳送至該期望表面之上且加以反射。反射光之光譜係接著藉由感測器加以獲得且傳回至光學處理器144。如上所述，光波係較佳是以紫外線紅外線光譜傳送，當該等光波係自表面及存在表面上的材料加以反射時，將產生可加以分類且與被偵測之材料的類型相關聯的資訊。在另一實施例中，偵測器模組108亦可包含影像處理器146，該影像處理器146亦經由導管127、臂150連通至觀測設備156。在此實施例中，自配置在觀測設備156上之相機的影像資料可用以獲得正受檢查之表面的影像資料。如上所述，該影像資料可用以將表面上的變化與之前獲得的影像資料加以比較。該比較結果可從而識別材料積聚中的變化在何時發生，或某些殘留物以可能產生過量微粒生成之形式在何時發生。舉例而言，影像資料可識別某些殘留物何時係沒有適當地黏附、及係更容易剝落、且從而導致更多的微粒生成。因此，藉由使用影像處理器146與光學處理器144的組合，特徵化在腔室120內的材料和表面，及識別可能指示需要清潔、維修或更換消耗性部件的條件係可能的。

圖3描繪示例性腔室部件170，其具有藉由腔室120的處理操作所致而積聚的材料微粒及/或聚合物殘留物。在一實施例中，觀測設備156可配置成在將檢查腔室120內部的特定部分、區域、部件、或區域的位置中置放。在此示例中，觀測設備156已被引導朝向腔室部件170的表面170a。在一配置中，觀測設備156可具有朝向表面170a的面部。在一實施例中，觀測設備156係以一距離加以置放，該距離足以允許光波朝表面170a進入且藉由觀測設備156的感測器184收集反射資料。舉例而言，觀測設備156的面部可在1公分與50公分之間，且較佳是在2公分與20公分之間之範圍的距離加以置放。

在一實施例中，觀測設備156包含光纖線路186，該光纖線路186終止於觀測設備156的正面表面。在一實施例中，透鏡或其他聚焦機構188可用以引導傳播通過光纖線路186的光自觀測設備156的正面離開。在一實施例中，朝向表面170a之光的波長可定向地聚焦而垂直觀測設備156的正面。在另一實施例中，光可以相對於觀測設備156的正面之特定角度加以聚焦。在任一配置中，光係在表面170a的區域200上加以聚焦。如圖所示，自表面170a反射的光係被分散且產生可橫跨電磁光譜的波長，最佳是在UV-IR波長範圍內，因為此範圍的波長將提供關於在表面170a上的膜特性及/或化學成分大部分的資訊。如圖所示，觀測設備156將較佳是包含一個以上感測器184，該一個以上感測器184係配置成獲得來自表面170a的光之反射的波長，該表面170a可能具有累積在其上的微粒物質及/或蝕刻殘留物。

在一實施例中，若微粒物質及/或蝕刻殘留物具有粗糙或多孔的結構，表面紋理將作用而產生所施加的光之色散，其係接著藉由感測器184加以收集。藉由感測器184收集的資料可接著被傳送至光學偵測器192，以藉由光學處理器144加以處理。在一實施例中，觀測設備156亦可包含相機180，該相機180係配置成獲得表面170a的影像資料。在又另一實施例中，觀測設備156可包含LED燈182，該LED燈182可用以照亮藉由相機180正在成像的區域。LED燈182可藉由光源183及影像處理器146加以控制。

影像處理器146可控制相機180的啟動，且可擷取影像資料供偵測器模組108之處理。如圖所示，定位系統107係配置成在腔室120內的各種位置上移動觀測設備156，以收集關於表面、部件、消耗性部件磨損、及其他可識別的度量的狀態之資訊。雖然觀測設備156已顯示為包含獲得光學資料及影像資料的能力，但配置觀測設備156以僅獲得光學資料、或僅獲得影像資料、或兩者係可能的。此外，取決於期望的結構配置，由光纖線路186提供之光之發射器的配置和幾何形狀、感測器184、相機180、LED燈182、及觀測設備156的形狀可加以修改。

圖4A根據一實施例描繪定位系統107係配置成移動觀測設備156以獲得腔室部件170之資料的一實施例。在此圖示中，顯示觀測設備156可藉由定位系統107置放於腔室部件170的各種位置、部分、區域、部件等。舉例而言，腔室部件170的不同區域可加以預先定義，用於檢查偵測區域204。舉例而言，為了收集與微粒材料及/或殘留物之積聚相關的準確資料，觀測設備156可加以程式化，以收集來自後續檢查中之相同位置的資料。以此方式，隨著更多的基板係加以處理，相同的位置可針對變化加以追踪。在另一實施例中，觀測設備156可水平地加以掃描或在位置上加以移動以自其他偵測區域204獲得資訊，該資訊可針對重新檢查加以預先定義或編程，以維持特定材料積聚的精確的時間方面的資料。圖4B描繪觀測設備156如何可加以配置成使偵測區域形成為可包含影像區域202及光學區域200，影像資料係自影像區域202使用相機180加以收集，光學資料係自光學區域200加以收集。在另一實施例中，光學區域200可被包含在影像區域202之內。舉例而言，光學區域200可在影像區域202之內置於中心。此可藉由將光學區域200引導至由相機180擷取的區域而加以實現。

圖4C描繪偵測區域204係針對腔室部件170之表面170a上之離散的位置加以選擇之示例。舉例而言，編程可加以提供，使得觀測設備156係從一位置加以移動，且接著到下一位置。圖4D描繪觀測設備156係連續地啟動且可從一位置至另一位置加以掃描以具有重疊之偵測區域204之示例。應理解收集資料的位置和方式可能有所變化，只要相同區域可加以重新檢查，使得隨著越來越多的基板係加以處理，或在訓練或校準操作期間處理若干基板之後，工具模型可準確地加以建構。

圖5描繪定位系統107將觀測設備156移動至在腔室120內之各種位置的示例。如圖所示，觀測設備156-1可加以配置以掃描襯墊130的偵測區域204，以擷取襯墊130的表面130a。觀測設備156-2可接著加以配置，以獲得在外緣附近之聚焦環131的表面131a。當觀測設備156-3係藉由定位系統107加以移動時，編程可接著加以設定以擷取在聚焦環131之頂部內周緣附近的表面131a。觀測設備156-4可接著以一角度加以移動，使得在傾斜部分附近之聚焦環的表面可由偵測區域204加以成像。此示例係加以提供，以顯示臂150的各種機械接頭可為可編程的以加以移動，以在腔室內之不同的可編程位置置放觀測設備156，以獲得在基板的處理期間材料積聚的狀態及/或進展。

圖6描繪製程操作的流程圖，該等製程操作可加以執行以建構工具模型，及使用工具模型預測半導體工具所需的維修操作及/或對製程配方的參數進行調整，以在清潔循環之間有成效地最佳化及/或延長該工具的功能。在一示例實施例中，基板係在操作302中在半導體工具內加以處理。一旦操作的處理係加以完成，例如蝕刻操作已加以執行，則方法移動至操作304，在該操作304中基板係自半導體工具加以移除，以準備接收下一基板進行處理。

在一實施例中，在處理基板之後，在操作308中特徵化製程效能係可能的。製程效能的特徵化可在處理各基板之後、在處理一批量基板之後、定期地、或在有需求時加以執行。在一實施例中，操作308中之製程效能的特徵化可加以執行作為半導體工具的初始校準，其中若干基板係加以處理以針對半導體工具建構工具模型。

一旦工具模型已加以建立，且其功能係基於在腔室內檢查的測得物理特性而令人滿意地預測製程效能，則在處理各基板之後，基板將不需要在操作308中的特徵化操作。在操作306中，觀測設備係插入半導體工具中以獲得用以特徵化在基板處理之間之工具表面中之變化的表面資料。

如上所述，觀測設備可加以插入半導體工具中而沒有降低真空，使得利用半導體工具的處理可繼續處理更多晶圓。具體而言，使用觀測設備的檢查可在不需打開半導體工具的情況下進行，打開半導體工具可能導致在重新校準及使工具返回真空和操作狀態的顯著延遲。在操作310中，資料庫係使用工具表面中的變化加以更新。工具表面中的變化可包含例如材料積聚的類型、材料積聚的量、積聚的紋理、材料係片狀或持續附著的、及其他特性。

如上所述，工具表面中的變化可使用光學分析及選用性的影像分析加以識別。操作312顯示關於製程效能的資料亦可更新至資料庫。在操作308中獲得製程效能及使用觀測設備進行檢查的期間加以記錄的資訊，可接著在操作314中增加至用於半導體工具的工具模型。該工具模型係藉由執行校準製程而加以產生，該校準製程將關於工具表面中的變化所獲得的資訊與特徵化的製程效能進行相關分析。該工具模型將因而具有可用以基於所偵測之物理工具表面的特徵預測製程效能的相關性資料。

隨著時間的推移，在處理更多基板期間或當複數基板係加以處理以在訓練或校準操作期間產生工具模型時，該工具模型將繼續形塑其相關性資料，直到該工具模型係基於所偵測之在表面特徵中的變化（如由觀測設備156所分析）而準確地預測製程效能。在操作316中，處理器可用以識別在製程效能中是否發生任何漂移，或模型是否正基於偵測之工具表面或表面的特徵而預測製程效能中的漂移。在操作318中，基於識別的漂移或預測的漂移判定是否應調整製程參數。若判定不需調整，則該方法將返回至操作316。若判定應調整一個以上特定參數，則該方法移至操作322，其中一個以上製程參數係加以調整以補償基於工具模型預測的漂移或偵測到的漂移。

此時，該方法返回至操作302，其中下一基板可使用調整的參數加以處理。如上所述，調整的參數可根據製程配方加以變化。該等參數可包含調節壓力、調節溫度、調節功率位準、調節偏電壓、調整在上下電極之間的距離、調整頻率、及/或調整一個或多個參數。在一實施例中，用所識別於調整的參數可基於已知的影響加以選擇，該影響可抵消製程效能中的特定漂移。此資訊可在藉由控制器可存取的記憶體中加以儲存，使得一個以上的適當參數可加以調整。如圖所示，在操作306中觀測設備係插入至半導體工具之後，判定是否應處理另一基板。若另一基板應加以處理，則下一基板係在操作321中插入至工具。若操作322中的調整係在應處理下一基板之前加以設定，則下一基板將使用針對配方調整的參數加以處理。

圖7A根據一實施例說明在清潔操作之間的基板處理期間使用之閉迴路控制的一示例。在操作330中，半導體工具係加以清潔。該清潔操作通常需要將半導體工具打開且經歷濕清潔。該濕清潔操作可包含自腔室內移除部件，以移除微粒積聚及/或殘留物。在其他實施例中，當該工具係加以打開時，該工具亦可針對消耗性部件的磨損加以檢查。若消耗性部件需要更換，則其在此時加以更換。如上所述，期望在濕清潔操作之間的時間盡可能地延長，以處理更多的基板。然而，亦期望半導體工具的操作在濕清潔循環之間的整個時段期間係最佳的。

藉由提供閉迴路控制334，可以動態地調整製程參數以補償製程中的任何漂移。因此，在操作332中，基板係加以處理。在基板係加以處理之後或在複數基板係加以處理之後，可執行閉迴路控制334。閉迴路控制334可包含工具及製程分析336。若工具及製程分析336係加以執行，則工具模型可在操作337中加以更新。

在另一實施例中，可以使用觀測設備156簡單地執行工具分析。自該工具分析收集的資訊可接著與半導體工具的工具模型相比較，如此可識別製程中之預測的漂移。參照該工具模型，製程中的漂移可在操作338中針對任何製程參數加以識別。

在操作339中，一個以上製程參數可加以調整，以補償所識別的製程漂移。在操作340中，判定下一基板是否應加以處理。可能已處理多個基板，且閉迴路控制334係在處理各基板之後加以處理。如上所述，亦可能僅在已處理一預定數量的晶圓之後操作閉迴路控制334。

若判定應處理下一基板，則該方法返回至操作332處理基板。若在操作340判定下一基板不應加以處理，則該方法返回至操作330，其中濕清潔係在半導體工具上加以執行。這可能發生在判定對製程不進行進一步的調整且建議工具進入濕清潔製程之時。

圖7B說明另一實施例，其中工具分析336’係加以執行，接著檢索工具模型337’。在此實施例中，閉迴路控制334係配置成省略製程的分析，且簡單地使用已校準的工具模型。該工具模型係因而加以檢索以根據在工具模型中存在的資訊識別是否預測任何製程漂移已發生。在操作中，閉迴路控制334可在處理每一晶圓之後、或在處理一預定數量晶圓之後、或在系統製程或程式判定應執行迴路控制的任何時候加以處理。舉例而言，程式設定可加以提供以在經過若干小時的操作之後、或當一個以上其他感測器資料指示需要執行閉迴路控制334時，執行迴路控制。

當閉迴路控制334係加以處理時，系統可使用偵測器模組108檢查在處理模組內的一或多個區域，且基於所偵測的資料/資訊，該資訊可用以索引至工具模型。該工具模型將接著產生資訊，例如指示半導體工具之預期效能的資訊。一個以上製程參數的主動調整可接著加以執行，以最佳化有效之持續進行的處理及/或進行調整以補償製程效能中之任何預期的或實際的漂移或偏移。

圖8描繪流程圖400，其顯示工具模型408可如何加以建構。如上所述，工具模型408的建構可隨著基板（1-N）係在半導體工具內加以處理而隨時間加以產生。舉例而言，基板可使用特定配方加以處理，該特定配方定義製程參數集合402。製程參數集合402可包含例如待使用之氣體的類型、流率、溫度、功率設定、腔室的結構設定、及點偵測製程、壓力設定等。在操作404中，腔室之內部表面的物理特性係加以監視。在一實施例中，在腔室內之一個以上區域的物理特性可加以監視。

基於材料積聚或聚合物累積的未知區域，待監視的區域可加以預先定義。此外，製程效能406亦可藉由分析製程執行得有多好而自基板加以監視。各種分析工具可用以測量效能，諸如蝕刻效能、均勻性效能、沉積效能、及其他效能屬性。因此，對於特定配方及參數集合402，在操作404中之所監視的物理特性係與製程效能406進行相關分析，且接著被增加至工具模型408。此製程可針對許多基板加以重複，且每一次資訊係增加至工具模型408，其導致在腔室內之監視的表面特徵與製程效能之間之相關性的精化和更準確的估計。

如上所述，建立工具模型408可在基板處理的延續時間期間使用評估幾個基板之製程效能406的計量資訊發生，或可發生在工具模型產生步驟期間。舉例而言，針對特定配方產生用於半導體工具的工具模型係可能的。該工具模型亦可加以產生，以針對多個配方模型化資料。工具模型的產生可從而當非生產晶圓係加以處理時離線地產生。在任一配置中，工具模型408係隨時間推移加以建構，且隨著更多檢查係與製程效能進行相關聯而精化。

圖9針對特定配方描繪產生整體工具模型440的示例。在一些製造設施中，相同的製造工具係以幾種方式或以相同的群組架構加以安裝。一般而言，半導體工具係用以執行相同的蝕刻操作，以增加生產率。在一實施例中，半導體工具可為相同類型（例如類型A），且可加以安裝成工具1至工具N。半導體工具的每一者可產生工具模型420-1、420-N。若模型化係用於相同的配方，則從各工具模型420產生的資訊可被傳送至工具模型校準單元430。工具模型校準單元430係配置成合成半導體工具之偵測的效能和測量的特性，以改進工具模型。

由於多個腔室係針對相同的配方加以模型化，所以此處理可加速包含更多資料點之工具模型的產生。整體工具模型440可從而針對類型A的半導體工具加以建立。因此，若將類型A的新半導體工具連線作業以處理相同的配方（整體工具模型440係針對該配方加以產生），則預測的製程效能可立即自整體工具模型440加以產生，以產生精確且快速的閉迴路控制用於在新安裝的半導體工具上調整配方的參數。在利用觀測設備156執行物理檢查之後（由偵測器模組108收集資訊），這些參數的調整係加以進行。由偵測器模組108收集的資訊係從而被饋送進整體工具模型440中，該整體工具模型440接著提供製程效能的預測和對一個以上製程參數的調整之建議及/或主動設置。

圖10描繪使用者介面500的示例，該使用者介面500可藉由電漿處理系統100的控制器109加以產生。使用者介面500可提供關於特定的半導體工具之製程效能的資訊。在此例子中，半導體工具係識別成工具類型A。在此例子中，顯示製程1係藉由半導體工具加以執行的配方。一實施例將提供關於半導體工具之特定部件的資訊。

此藉由不同的螢幕或藉由腔室部件502、504、及506提供的資料加以說明。舉例而言，腔室部件502係聚焦環，且工具模型已顯示聚焦環已使用觀測設備156加以監視，且工具模型係預測製程效能將隨著處理更多的基板而具有偏移。亦顯示迴路控制係開啟的，意味著系統將自動使用工具模型以識別一個以上配方參數以調整、以補償由聚焦環表面中的變化產生之預測的漂移。腔室部件504係用於襯墊，且此亦顯示迴路控制係關閉的。此意味著系統已加以校準而不能補償在襯墊中之材料積聚的變化。

若操作者決定迴路控制應用於偵測在襯墊中的表面變化，則設定可簡單地設成開啟。腔室部件506係定義成限制環。基於工具模型預測之在限制環中之材料積聚的變化係不會導致製程效能中的任何變化或漂移之實際情況，迴路控制係亦設成關閉的。

這些示例圖形使用者介面控制及設定已加以顯示，以說明在工具模型中包含之用於特定製程的資訊可如何被工具操作者加以使用，以控制在基板的主動處理期間何時應施加迴路控制。也就是說有可能，知道工具模型建議特定元件部件對製程效能有最小影響的操作者，可選擇避免系統應用迴路控制和改變參數。在腔室的其他部件（例如聚焦環502）中，操作者可主動地將迴路控制設成開啟，因為工具模型係隨著由聚焦環展現的聚合物積聚及/或磨損而預測在製程效能中實質上更多的漂移。

圖11描繪迴路控制110的方塊圖，該迴路控制110可用以主動地改變藉由半導體工具600使用的製程參數。在此實施例中，顯示偵測器模組108可自半導體工具600的表面收集資訊，且將資訊提供至工具模型處理器112。工具模型處理器112係配置成產生工具模型408。工具模型408包含與製程效能105相關聯之相關的資訊，該資訊係自在半導體工具600中處理一個以上基板而加以收集。在操作中，工具模型408可基於對半導體工具600內之特定部件偵測的變化而簡單地加以使用，其可接著預測製程漂移。

因此，製程效能105不需每次加以執行，且可僅加以執行以產生工具模型408。一旦用於權重的工具模型係加以產生或加以使用或加以獲得，則偵測器模組108係簡單地用以收集在腔室內部的特徵，且接著使用工具模型以預測製程效能將為何。此預測的製程效能係藉由製程漂移分析器114加以分析，該製程漂移分析器114接著與參數調整模組116交互作用。參數調整模組116可識別待調整之製程配方的一個以上參數，且從而提供此資訊作為閉迴路控制函數。

在一實施例中，閉迴路控制110及偵測器模組108和製程效能105可藉由控制器109加以控制。在一些實施例中，控制器109可以軟體或硬體的形式處理這些模組。在其他實施例中，控制器109簡單地與其他模組（諸如偵測器模組108）介接，以指示從半導體工具600內收集資訊。在一些實施例中，製程效能105係從另一工具（例如計量工具）加以檢索。

可理解一旦工具模型已加以建構，則偵測器模組108可用以定期地或基於一些編程的速率檢查半導體工具102。基於由偵測器模組108收集的資訊，工具模型可用以預測製程效能將為何。若製程效能係加以預測為漂移或可能展現漂移或偏移，則配方的特定參數係可程式化地加以調整，以補償預期的漂移或偏移。以此方式，有可能延長更多基板104之半導體工具102的處理，且可在整個或實質整個濕清潔之間的時間期間維持期望的製程效能位準。

在一實施例中，參照上述圖1描述的控制器109可包含處理器、記憶體、軟體邏輯、硬體邏輯、及對電漿處理系統100進行通訊、監視、及控制的輸入和輸出子系統。控制器109亦可控制一個以上配方的處理，該一個以上配方包含例如用於操作電漿處理系統之各種操作參數（例如電壓、電流、頻率、壓力、流率、功率、溫度等）的多個設定點。

在一些實施方式中，控制器為一系統的一部分，該系統可為上述例子的一部分。此等系統可包括半導體處理設備，其包含一個以上處理工具、一個以上腔室、用於處理的一個以上平臺、及/或特定的處理元件（晶圓基座、氣流系統等）。這些系統可與電子設備整合，該等電子設備用於在半導體晶圓或基板的處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。電子設備可稱作為「控制器」，其可控制該一個以上系統的各種元件或子部分。依據系統的處理需求及/或類型，控制器可加以編程以控制此處揭示的任何製程，包含：處理氣體的遞送、溫度設定（例如加熱及/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體遞送設定、位置及操作設定、出入一工具和其他轉移工具及/或與特定系統連接或介接的裝載鎖定部之晶圓轉移。

廣義地說，控制器可定義為電子設備，具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體，其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點量測等。積體電路可包含呈儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）的晶片、及/或執行程式指令（例如軟體）的一個以上微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定（或程式檔案）的形式與控制器通訊的指令，該等設定定義對於半導體晶圓或系統執行特殊製程的操作參數。在一些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分，以在一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒製造期間完成一個以上處理步驟。

在一些實施方式中，控制器可為電腦的一部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他方式網路連至系統、或以上方式組合。舉例而言，控制器可為在「雲端」或晶圓廠主機電腦系統的整體或部分，可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠端存取以監控製造操作的當前進度，檢查過往製造操作的歷史，檢查來自複數製造操作的趨勢或效能度量，以改變目前處理的參數，以設定目前操作之後的處理步驟，或啟動新的製程。在一些例子中，遠程電腦（例如伺服器）可經由網路提供製程配方給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠程電腦可包含使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或編程，這些參數及/或設定係接著從遠程電腦被傳遞至系統。在一些例子中，控制器接收資料形式的指令，該資料指定在一個以上操作期間將被執行之各個處理步驟的參數。應理解參數可專門用於將執行之製程的類型與配置控制器以介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，控制器可為分散式的，諸如藉由包含一個以上分散的控制器，其由網路連在一起且朝共同的目的（諸如此處描述的製程及控制）作業。一個用於此等目的之分散式控制器的例子將為腔室上的一個以上積體電路，連通位於遠端（諸如在平台級或作為遠程電腦的一部分）的一個以上積體電路，其結合以控制腔室內的製程。

不受限制地，示例系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-潤洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積（PVD）腔室或模組、化學氣相沉積（CVD）腔室或模組、原子層沉積（ALD）腔室或模組、原子層蝕刻（ALE）腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及任何可關聯或使用於半導體晶圓的製造及/或生產中之其他半導體處理系統。

如上所述，依據將由工具執行的一個以上製程步驟，控制器可與下述通訊：一或多個其他工具電路或模組、其他工具元件、群組工具、其他工具介面、毗鄰工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一控制器、或用於材料傳送的工具，該等用於材料傳送的工具將晶圓的容器攜帶進出半導體生產工廠內的工具位置及/或裝載埠。

圖12係用於執行實施例之電腦系統的簡化示意圖。應理解此處描述的方法可使用數位處理系統（諸如傳統的、通用的電腦系統）加以執行。特殊用途電腦（其係加以設計或編程以執行唯一功能）可在替代方案中加以使用。該電腦系統包含中央處理單元（CPU）804，該中央處理單元804藉由匯流排810耦接至隨機存取記憶體（RAM）828、唯讀記憶體（ROM）812、及大量儲存裝置814。系統控制器程式808位在隨機存取記憶體（RAM）828中，但亦可位在大量儲存裝置814中。

大量儲存裝置814代表可為本機的或遠端的持續資料儲存裝置，諸如軟磁碟驅動機或固定式磁碟機。網路介面830經由網路832提供連線，允許與其他裝置通訊。應理解CPU 804可體現為通用處理器、特殊用途處理器、或特別編程的邏輯裝置。輸出/輸入（I/O）介面提供與不同的週邊設備之通訊，且係藉由匯流排810與CPU 804、RAM 828、ROM 812、及大量儲存裝置814連接。示例週邊設備包含顯示器818、鍵盤822、游標控制器824、可移除式媒體裝置834等。

顯示器818係配置成顯示此處描述的使用者介面。鍵盤822、游標控制器824、可移除式媒體裝置834、及其他週邊設備係耦接至I/O介面820，以將在指令選擇中的資訊傳送至CPU 804。應理解往返外部裝置的資料可藉由I/O介面820加以傳送。實施例亦可在分散的計算環境中加以實施，其中任務係藉由基於有線的或無線的網路鍵接的遠端處理裝置加以執行。

實施例可利用各種電腦系統配置加以實施，該等各種電腦系統配置包含手持裝置、微處理器系統、基於微處理器或可程式化的消費者電子產品、迷你電腦、大型電腦等。該等實施例亦可在分散的計算環境中加以實施，在該分散的計算環境中，任務係藉由經由網路鏈接的遠程處理裝置加以執行。

在考慮上述實施例後，應理解該等實施例可使用包含儲存於電腦系統中的資料之各種可利用電腦實現的操作。這些操作係那些需要物理量之物理操縱的操作。任何此處描述之形成該等實施例之部分的操作係有用的機械操作。該等實施例亦關於用於執行這些操作的裝置或設備。該設備可針對所需之目的而特別加以建構，諸如特殊用途電腦。當被界定成特殊用途電腦時，該電腦亦可執行非為特殊用途之部分的其他處理、程式執行或常用程式，但仍然能夠針對特殊用途而加以操作。或者，該等操作可藉由通用電腦加以處理，該通用電腦係藉由儲存在電腦記憶體、快取記憶體中或透過網路獲得的一個以上電腦程式選擇性地加以啟動或配置。當資料係透過網路而獲得時，該資料可藉由在網路上的其他電腦（例如雲端計算資源）加以處理。

一個以上實施例亦可被製作成電腦可讀媒體上的電腦可讀碼。該電腦可讀媒體係任何可儲存資料的資料儲存裝置，該資料之後可藉由電腦系統加以讀取。電腦可讀媒體的示例包含硬碟、網路附接儲存器（NAS）、唯讀記憶體、隨機存取記憶體、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁帶及其他光學和非光學資料儲存裝置。該電腦可讀媒體可包含分散在網路耦合電腦系統的電腦可讀實體媒體，使得電腦可讀碼係以分散的方式加以儲存及執行。

雖然該等方法操作係以特定順序加以敘述，但應理解其他內務處理作業可在操作之間加以執行，或操作可加以調整使得該等操作發生在略微不同的時間點，或可分散於允許處理操作發生在與處理相關聯之各種間隔內的系統中，只要重疊操作的處理係以期望的方式加以執行。

關於用於檢查處理腔室及消耗性部件之方法的更多資訊，可參照於2015年12月7日申請之美國專利申請案第14/961,756號，該美國專利申請案的標題為“Estimation of Lifetime Remaining for Consumable Part in a Semiconductor Manufacturing Chamber”，其全部內容於此藉由參照納入本案揭示內容。上述藉由參照的申請案而納入本案揭示內容的實施例及特徵可結合本文描述的一個以上特徵以定義特定的實施例。

雖然上述實施例為了清楚理解的目的已以一些細節加以描述，但顯然地，某些改變與修改可在隨附申請專利範圍的範疇內加以實施。因此，本發明實施例係被視為說明性而非限制性的，且該等實施例係非限於此處給定的細節，而是可在隨附申請專利範圍的範疇及等同物之內加以修改。

100‧‧‧電漿處理系統

102‧‧‧半導體工具

103‧‧‧隔離閥

104‧‧‧基板

105‧‧‧製程效能

106‧‧‧製程參數/設施

107‧‧‧定位系統

108‧‧‧偵測器模組

109‧‧‧控制器

110‧‧‧迴路控制

112‧‧‧工具模型處理器

114‧‧‧製程漂移分析器

116‧‧‧參數調整模組

120‧‧‧腔室

122‧‧‧下電極

122a‧‧‧表面

124‧‧‧上電極

124a‧‧‧表面

125‧‧‧接地

126‧‧‧射頻（RF）電源

127‧‧‧導管

128‧‧‧匹配件

130‧‧‧襯墊

130a‧‧‧表面

131‧‧‧聚焦環

131a‧‧‧表面

140‧‧‧延伸控制部

142‧‧‧旋轉控制部

144‧‧‧光學處理器

146‧‧‧影像處理器

150‧‧‧臂

152‧‧‧機械接頭

156‧‧‧觀測設備

156-1‧‧‧觀測設備

156-2‧‧‧觀測設備

156-3‧‧‧觀測設備

156-4‧‧‧觀測設備

158a‧‧‧方向

158b‧‧‧方向

158c‧‧‧方向

158d‧‧‧方向

170‧‧‧腔室部件

170a‧‧‧表面

180‧‧‧相機

182‧‧‧LED燈

183‧‧‧光源

184‧‧‧感測器

186‧‧‧光纖線路

188‧‧‧聚焦機構

192‧‧‧光學偵測器

200‧‧‧區域

202‧‧‧影像區域

204‧‧‧偵測區域

302‧‧‧操作

304‧‧‧操作

306‧‧‧操作

308‧‧‧操作

310‧‧‧操作

312‧‧‧操作

314‧‧‧操作

316‧‧‧操作

318‧‧‧操作

320‧‧‧操作

321‧‧‧操作

322‧‧‧操作

330‧‧‧操作

332‧‧‧操作

334‧‧‧閉迴路控制

336‧‧‧工具及製程分析

336’‧‧‧工具分析

337‧‧‧操作

337’‧‧‧檢索工具模型

338‧‧‧操作

339‧‧‧操作

340‧‧‧操作

400‧‧‧流程圖

402‧‧‧參數集合

404‧‧‧操作

406‧‧‧製程效能

408‧‧‧工具模型

420‧‧‧工具模型

420-1‧‧‧工具模型

420-N‧‧‧工具模型

430‧‧‧工具模型校準單元

440‧‧‧整體工具模型

500‧‧‧使用者介面

502‧‧‧腔室部件（聚焦環）

504‧‧‧腔室部件

506‧‧‧腔室部件

600‧‧‧半導體工具

804‧‧‧中央處理單元（CPU）

808‧‧‧系統控制器程式

810‧‧‧匯流排

812‧‧‧唯讀記憶體（ROM）

814‧‧‧大量儲存裝置

818‧‧‧顯示器

820‧‧‧I/O介面

822‧‧‧鍵盤

824‧‧‧游標控制器

828‧‧‧隨機存取記憶體（RAM）

830‧‧‧網路介面

832‧‧‧網路

834‧‧‧可移除式媒體裝置

該等實施例可藉由參照結合附圖的以下敘述最能理解。圖1根據一實施例提供一方塊圖，在該方塊圖中，半導體工具係電漿處理系統的一部分。圖2描繪腔室的示例圖，在一實施例中，該腔室定義半導體工具的一部分。圖3描繪示例性腔室部件，其具有藉由腔室的處理操作所致而積聚的材料微粒及/或聚合物殘留物。圖4A-4D描繪定位系統係配置成移動觀測設備以獲得腔室部件之表面資料的實施例。圖5根據一些實施例描繪定位系統將觀測設備移動至在腔室內之各種位置的示例。圖6根據一些實施例描繪製程操作的流程圖，該等製程操作可加以執行以建構及使用工具模型。圖7A-7B根據一實施例說明在清潔操作之間的基板處理期間使用之閉迴路控制的示例。圖8根據一實施例描繪可用以建構或改善工具模型之操作的流程圖。圖9根據一實施例描繪針對特定配方產生整體工具模型的示例。圖10根據一實施例描繪使用者介面的示例，該使用者介面可藉由控制器或與電漿處理系統介接的電腦加以產生。圖11描繪迴路控制的方塊圖，該迴路控制可用以主動地改變藉由半導體工具使用的製程參數，以最佳化處理且擴展在濕清潔操作之間的時間。圖12係用於執行實施例之電腦系統的簡化示意圖。

Claims

一種用於操作電漿處理腔室的方法，包含： (a) 在真空下在一電漿處理腔室內處理一基板，該基板之該處理產生黏附至在該電漿處理腔室之內部區域內之表面的微粒殘留物； (b) 特徵化該基板之該處理的效能； (c) 在沒有破壞該真空的情況下，在處理該基板之後檢查該電漿處理腔室的該內部區域，該檢查步驟係配置成識別在該電漿處理腔室之該內部區域的一或多個表面上之該等微粒殘留物的特徵，該檢查步驟包含獲得該一或多個表面的光學資料；及 (d) 產生一工具模型以將該基板的該處理之該特徵化的效能相關於該等特徵化的微粒殘留物，該工具模型係藉由重複(a)-(c)複數次而加以更新。
如申請專利範圍第1項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，該檢查步驟更包含獲得該一或多個表面的影像資料。
如申請專利範圍第1項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，該工具模型相對於該處理的效能之變化追蹤在被檢查之該一或多個表面中之變化的進展。
如申請專利範圍第3項之用於操作電漿處理腔室的方法，更包含：識別該基板之該處理之效能中的偏移，該偏移係在可接受之效能的窗口之外；識別用於處理該基板之配方的一或多個參數；處理迴路控制以改變該配方之該識別的一或多個參數，以影響該處理的效能以移回至可接受之效能的窗口之內。
一種用於操作電漿處理腔室的方法，包含：識別用於在一電漿處理腔室內處理一基板的配方，該配方識別用於被供應之化學品的參數及被用於該處理之該電漿處理腔室的條件，該處理係配置成產生預定的效能位準；使用一觀測設備檢查該電漿處理腔室的內部區域，以判定在該內部區域內之表面的物理狀態；參照用於該電漿處理腔室的一工具模型，該工具模型係進一步與用於處理該基板的該配方相關聯；及基於由該工具模型提供的訊息，調整該配方之該等參數的其中至少一者，該等參數的該其中至少一者對應於基於該檢查步驟判定的該物理狀態，該調整步驟係配置成實質上防止在該預定的效能位準之外之效能度量指標的漂移。
如申請專利範圍第5項之用於操作電漿處理腔室的方法，更包含：重複使用該觀測設備檢查該電漿處理腔室的該內部區域，以判定該表面的該物理狀態；對於該重複的檢查，參照該工具模型；及判定是否需要調整該等參數的其中一或多者，以實質上避免在該度量指標或另一效能度量指標中的該漂移；及處理一控制迴路以指示一控制器調整該配方之該等參數的其中一或多者。
如申請專利範圍第6項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，重複檢查該電漿處理腔室之該內部區域的步驟係在沒有破壞該電漿處理腔室之真空的情況下加以執行。
如申請專利範圍第6項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，重複檢查該電漿處理腔室之該內部區域的步驟，係在沒有破壞該電漿處理腔室之真空的情況下在處理一或多個基板之間加以執行。
如申請專利範圍第5項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，檢查該電漿處理腔室之內部區域的步驟包含判定該電漿處理腔室之該內部區域之兩或多個表面的物理狀態。
如申請專利範圍第9項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，該物理狀態量化在該兩或多個表面上沉積之材料的特性，或量化曝露於該內部區域之一腔室部件的磨損水平；或量化沉積之材料的特性和該腔室部件的磨損水平。
如申請專利範圍第10項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，該量化之在該等表面上沉積之材料的特性或該腔室部件的磨損水平係與該工具模型進行相關分析，以預測使用該配方在該電漿處理腔室內處理該基板的效能。
如申請專利範圍第5項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，該工具模型係基於該電漿處理腔室的校準而加以產生，該校準包含： (a) 在該電漿處理腔室內處理複數基板，該複數基板之該處理產生黏附至在該電漿處理腔室之該內部區域內之表面的微粒殘留物； (b) 特徵化該基板之該處理的效能； (c) 在處理之後檢查該電漿處理腔室的該內部區域，以特徵化該內部區域的物理屬性，該等物理屬性係關於黏附至該等表面的微粒殘留物及/或在該電漿處理腔室內之消耗性部件的狀態；及 (d) 使用在該特徵化的效能與該特徵化的物理屬性之間的相關性更新該工具模型，其中該(a)-(d)係重複複數次以最佳化在該工具模型中的相關性。
如申請專利範圍第12項之用於操作電漿處理腔室的方法，其中，該處理效能的該特徵化步驟包含使用一計量工具以自基板的表面特性檢查該處理的屬性。
一種電漿處理系統，包含：一腔室，具有當處理一基板時曝露於電漿的一內部區域，該內部區域包含該腔室之結構的表面及該腔室之消耗性部性的表面；一控制器，與該腔室介接，用於控制當處理該基板時使用之一配方的處理，該配方定義待設定之用於供應化學品及設定該腔室之條件的複數參數；一偵測器模組，與該腔室介接以允許一觀測設備的控制，該觀測設備係配置成插入該腔室內以檢查該腔室的該內部區域而沒有破壞該腔室的真空，該偵測器模組包含一光學處理器，用於控制朝該腔室之該內部區域的表面之光的施加及偵測反射的光，該反射的光係藉由該光學處理器加以處理，以識別存在於藉由該觀測設備檢查之該表面上之材料的特性；一定位系統，配置成用於將該觀測設備移動至該腔室之該內部區域的一或多個位置，該定位系統係配置成在基板的處理之間將該觀測設備移入該內部區域中，且在基板的處理期間將該觀測設備移出該內部區域；一工具模型處理器，配置成接收關於識別之存在該表面上之材料特性的資訊及關於自檢查該一或多個基板而獲得之該配方之製程效能的資訊，以建構一工具模型，該工具模型維持在存在該表面上之該材料的特性與關於該配方之製程效能之資訊之間的相關性；其中，當處理一或多個額外的基板時，該工具模型係藉由該工具模型處理器加以更新。
如申請專利範圍第14項之電漿處理系統，其中，該偵測器模組更包含：與一相機介接的一影像處理器，該相機係與該觀測設備整合，該相機係配置成獲得該腔室的該內部區域之表面的影像，且關於獲得之該等表面的影像之資訊係被增加至該工具模型，該工具模型處理器係配置成執行該等獲得之影像的其中兩者以上之比較，以識別該腔室之該內部區域之表面的進一步特性，自該等獲得的影像識別之特性係與關於該配方之製程效能的資訊進行相關分析。
如申請專利範圍第14項之電漿處理系統，其中，該光學處理器係配置成施加在紫外線-紅外線範圍中的光，而反射的光係藉由該觀測設備的感測器而獲得，一光學偵測器係用以對反射的光取樣以供該光學處理器處理。
如申請專利範圍第16項之電漿處理系統，其中，藉由該光學處理器處理之該反射的光係配置成提供與預先定義之表面狀態對應的資訊。
如申請專利範圍第14項之電漿處理系統，其中，該觀測設備係藉由一隔離閥與該腔室介接。
如申請專利範圍第14項之電漿處理系統，其中，該控制器係配置成與該工具模型處理器一起進行處理或與該工具模型處理器介接。
如申請專利範圍第14項之電漿處理系統，更包含：一製程漂移分析器，用於識別當基板的處理已漂移出針對該配方的一可接受窗口時之基準。