专利名称：用于校准等离子体处理系统中的末端执行器对准的系统和方法
用于校准等离子体处理系统中的末端执行器对准的系统和
方法
背景技术：
在半导体衬底(例如晶圆)处理中，经常使用等离子体。在等离子体处理中， 晶圆是使用等离子体处理系统处理的，等离子体处理系统通常包括多个处理模块。在等 离子体处理过程中，衬底(例如晶圆)被置于处理模块内部的卡盘上。为了将晶圆移入和移出处理模块，晶圆通常被放置在一个末端执行器上并被传 送到卡盘上。末端执行器是一种被配置为在晶圆传送过程中支撑晶圆的结构元件。末端 执行器通常被配置在机械臂上。图1显示了用于在晶圆传送过程中支撑晶圆104的典型 的现有技术末端执行器102。为了进行说明，图中还显示了机械臂106的一部分。一般而言，在晶圆传送序列过程中，机械臂首先移动该末端执行器以从晶圆存 储箱或台上拾取该晶圆。一旦晶圆被置于该末端执行器上后，该机械臂会通过处理模块 中的门将该晶圆移动到等离子体处理模块中。然后机械臂将该末端执行器和晶圆定位在 卡盘上方，然后将晶圆放在卡盘上以进行等离子体处理。为了保证晶圆被适当处理(由此保证得到可控制和可重复的处理结果)，在等离 子体处理过程中晶圆必须被定心(centered)在该卡盘上。如果该末端执行器相对于该卡 盘完美地定心，而该晶圆相对于该末端执行器完美地定心，那么当该机械臂将该晶圆放 在该卡盘上时该晶圆会相对于该卡盘完美地定心。从机械控制器的角度看，重要的是知道该卡盘的中心以使该机械控制器将该末 端执行器定心在该卡盘上方以进行晶圆放置。相应地，对于任何给定的等离子体处理模 块，该机械控制器需要被教导该卡盘和卡盘中心的位置。换句话说，该机械控制器必须 在它自己的坐标系中确定该卡盘和该卡盘中心的精确位置，因为每个卡盘可能在每个处 理模块中被稍有不同地定位(例如，由于机械加工和/或制造和/或总成容差)。为了弥补该末端执行器/卡盘的误对准，校准过程中典型的策略包括移动该机 械臂到一个位置，在该位置处由该末端执行器限定的中心(此处称为该“末端执行器中 心”或该“末端执行器限定中心”)实际上与该卡盘的中心对准。为了完成末端执行器 校准，操作者能够确定实际的末端执行器/卡盘对准位置是必要的。在现有技术中，末 端执行器中心到该卡盘中心的对准是使用制造的机械夹具完成的，该机械夹具装配在该 卡盘边缘上或附着于该处理模块的内部。该机械夹具具有关键特征(基本上是用于该末 端执行器的位于中心的突起)，该关键特征允许该末端执行器正对着停在该校准夹具的该 关键特征上。因为该夹具是相对于该卡盘定心的，所以当该末端执行器对着该夹具的该 关键特征停放时，该末端执行器中心会定心在该卡盘上。通常，对着该关键特征定位该 末端执行器伴随有操作者对着该关键特征拉或推该末端执行器，以便该末端执行器对着 该关键特征停放。在操作者对着该关键特征定位该末端执行器后，然后该操作者使该机械臂的位 置与该自动控制系统配准(register)以便该机械控制系统能够在该机械控制的坐标系中记 录该机械臂的位置，该位置能够实现这种实际的末端执行器/卡盘对准。
在生产过程中，该机械臂将该末端执行器移动到与这个执行器/卡盘对准位置 相关联的坐标上。如果晶圆是相对于该末端执行器定心的，该末端执行器中心现在实际 与该卡盘中心对准的这个事实会使得当晶圆被机械臂放置在该卡盘上以进行晶圆处理时 该晶圆相对于该卡盘定心。然而，为了校准的目的而相对于卡盘定心末端执行器的现有技术方案有一些缺 点。首先，有许多种类型的处理模块存在。因此，为了使用机械夹具方式来执行校准， 必须制造并库存许多不同的机械夹具。而且，在卡盘上固定物理机械夹具(它可能有一 个或多个硬的金属边或金属表面)有可能损坏卡盘。另外，如果校准在处理模块中已经 执行一些等离子循环之后实地进行(例如，因为担心末端执行器在后面的制造中可能没 有设在相对该卡盘的中心)，物理校准夹具在卡盘上的附着可能导致卡盘上或卡盘附近沉 积的微粒剥落到处理室中。在后续的处理周期中，这些微粒形成微粒污染物，这是我们 不希望的。而且，因为校准是在大气压下执行的，现有技术校准方案可能不能有效地复制 生产过程中存在的条件。这是因为在生产过程中，该处理模块的各元件可以被放置在真 空下，使得一个或多个元件由于真空环境和环境大气间的压力差而移位。因为校准条件 没有准确地复制生产条件，精确的校准是不可能的。而且，如果末端执行器在末端执行器/卡盘对准位置的定位是人工执行的(例 如，包括操作者拉或推末端执行器以正对该机械夹具的关键特征停放)，当操作者放开该 机械臂并将这个末端执行器/卡盘对准位置与机械控制器配准时，机械臂位置可能有移 位。这种移位可能因为许多理由而发生，包括例如该机械马达被断开的事实。当机械臂 拉远时，即便拉远一个机械操作者难以察觉的很少的量，这种移位也可能导致校准过程 的不精确。如果校准过程不精确，生产过程中不精确的晶圆放置可能出现，带来更少的 良率和制成的产品的拒绝和/或故障率的增加。
发明内容
在一个实施方式中，本发明涉及一种用于校准末端执行器相对于等离子体处理 系统中的卡盘的对准的方法。该方法包括将该末端执行器定位在该卡盘上方并拍摄该卡 盘和该末端执行器的静止图像。该方法包括处理该静止图像以确定该卡盘的中心和由该 末端执行器限定的末端执行器限定中心。该方法包括确定该末端执行器限定中心和该卡 盘的该中心之间的位置差异。该方法还包括向机械控制器提供该位置差异以使该机械控 制器能够控制机械机构以在该末端执行器传送晶圆时调整该位置差异。上述概要只涉及此处披露的本发明的许多实施方式之一，而不是为了限制本发 明的范围，该范围在权利要求中阐明。下面在本发明的实施方式部分，结合附图，对本 发明的这些及其他特征进行更详细的描述。
在附图的各图中，本 发明是以示例的方式进行描绘的，而不是通过限制的方 式，其中类似的参考标号指示类似的元件，其中图1显示了一种用于在晶圆传送过程中支撑晶圆的典型现有技术末端执行器。
图2显示了，依照本发明的一个实施方式，一个等离子体处理系统的示意图， 其描绘了用于原地校准该末端执行器的原地光学末端执行器校准系统的至少一部分的俯 视图。图3显示了，依照本发明的一个实施方式，原地光学末端执行器校准方法的直 观流程图。
具体实施例方式现在会参考附图中所示的一些实施方式详细地描述本发明。在下面的描述中， 阐明了许多具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，显然，对于本领域的技术人员 来说，本发明没有这些具体细节中的一些或全部仍可以实现。在其它情况下，没有对熟 知的工艺步骤和/或结构进行详细描述，以免不必要地模糊本发明。本文描述了各种实施方式，包括方法和技术。应当记住，本发明还可以涵盖制 造品，包括存储有计算机可读指令的计算机可读介质，该计算机可读指令用于执行本发 明技术方案的各实施方式。计算机可读介质可包括，例如，半导体、磁的、电磁的、光 学的或其它形式的计算机可读介质，以存储计算机可读代码。进一步，本发明还可涵盖 用于实现本发明的实施方式的装置。这样的装置可包括用以执行与本发明的实施方式有 关的任务的专用的或可编程的电路。这样的装置的例子包括恰当编程过的通用计算机和 /或专用计算装置，也可包括适于执行与本发明的实施方式有关的计算机/计算装置和专 用的/可编程的电路的结合。本发明的实施方式涉及用于执行末端执行器校准原地方法和装置，而不是用机 械夹具也没有与现有技术末端执行器校准方式有关的缺点。如前所述，为了执行末端执 行器校准，该末端执行器中心或该末端执行器限定中心(即，由该末端执行器限定/确定 的中心，它可能或可能不一定是该末端执行器的质量或几何中心)需要与该卡盘中心对 准。为了确定实际的末端执行器/卡盘对准，现有技术使用机械夹具，如前所述，机械 夹具涉及许多缺点。在本发明的一个或多个实施方式中，使用原地光学技术以确定实际的末端执行 器/卡盘对准位置。这个确定过程产生数据，该数据使该机械控制器能够将该机械臂在 生产过程中移动所需的量以体现末端执行器/卡盘的误对准。在本发明的一个或多个实施方式中，该原地光学末端执行器校准技术涉及当末 端执行器和卡盘在它们的理论末端执行器/卡盘对准(也就是说，当该机械控制器相信该 末端执行器相对于该卡盘理论上定心时，该末端执行器相对于该卡盘所占据的位置)时 拍摄该末端执行器和该卡盘的静止图像。该末端执行器具有一个或多个可视指示符，该 可视指示符使得该处理单元能够从所拍摄的静止图像中确定该末端执行器限定中心。类 似地，该卡盘具有一个或多个可视指示符(比如该卡盘边缘的大体呈圆形的轮廓)以使得 该处理单元能够确定该卡盘的中心。一旦该末端执行器中心和该卡盘中心由该处理单元确定后，这两个中心之间的 偏移(即，“delta”)被计算出来。然后使该末端执行器从该理论末端执行器/卡盘对准 位置移动到实际的末端执行器/卡盘对准位置所需的位置矢量被计算出来。然后这个位 置矢量被提供到该机械控制器以使该机械控制器能够弥补末端执行器/卡盘的误对准。
在一个或多个实施方式中，该原地光学技术使用图像获取器件(例如，照相机 和/或镜头)，该图像获取器件能够获得在生产条件下该末端执行器和该卡盘位于该等离 子体处理室中时该末端执行器和该卡盘的光学图像。换句话说，在该末端执行器校准过 程中，该等离子体处理室可以被放置在基本上类似于生产过程中存在的真空状态下。照 相机和/或镜头可以被放置在该等离子体处理室的内部或优选地在该等离子体处理室的 外面，但是具有对包含上述可视指示符的该末端执行器和该卡盘的一个区域的光学通路 (例如，通过适当设计的窗或孔)。在本发明的一个或多个实施方式 中，该末端执行器具有刻痕(scribe)线。该刻 痕线被定位在该末端执行器上从而在原地光学校准过程中，可以拍摄该刻痕线的静止图 像。在一个实施方式中，该末端执行器上的刻痕线被配置为是一个圆周的弧，其中心与 该末端执行器限定中心重合。通过确定该弧和该圆周(该刻痕线/弧是其一部分)的中 心，可以确定该末端执行器限定中心。然而，在其它的实施方式中，可以想到，也可以 使用任何可以用于推导出该末端执行器限定中心的替代参考标记。而且，在原地光学校准过程中，该图像获取装置(照相机和/或镜头)被这样定 位，即该图像还拍摄到该卡盘边缘的部分或全部或该卡盘的或该卡盘上的可视指示符， 其可用于推出该卡盘的中心。跟该末端执行器的情况一样，可以为该卡盘提供一个或多 个可视指示符以允许处理单元确定该卡盘的中心。在一个实施方式中，该卡盘自身的外 部边缘组成这样的一个所需的可视指示符。通过确定由该卡盘可视指示符所描述的圆周(例如，在一个实施方式中，该卡 盘的圆形边缘)，在一个实施方式中可以确定该卡盘的中心。如同提到过的，一旦该末端 执行器中心和该卡盘中心被确定，该差(“delta” )可以被确定并且作为校正因子被提供 到机械控制系统以弥补末端执行器/卡盘的误对准。参考下面的附图和讨论，可以更好地理解本发明的特征和优点。图2显示了，依照本发明的一个实施方式，等离子体处理系统220的示意图，其 描绘了用于原地校准该末端执行器(例如，在半导体器件生产条件下在等离子体处理系 统220中)而无需机械夹具的原地光学末端执行器校准系统200的至少一部分的俯视图。 如图2所示，该原地光学末端执行器校准系统200包括末端执行器202，末端执行器202 上有划痕标记204。在图2的实施例中，该划痕标记204是代表圆周的一部分的弧，其中 心与由末端执行器202限定的中心重合。该圆周的中心的确定和与该圆周相关的弧的划 线是本领域技术人员所掌握的。图2还显示了卡盘206，表示处理模块内的卡盘。该原地光学末端执行器校准技 术被配置为使用原地光学方法确定该卡盘的中心和该末端执行器限定中心以为机械臂控 制系统222产生所需的校正矢量。在校准过程中，图像获取器件250(例如，置于末端执 行器202和卡盘206上方的照相机)可以拍摄末端执行器202 (包括划痕标记204)的至少 一部分以及卡盘206的至少一部分的至少一个静止图像。注意，如果该图像是从头顶从 照相机和/或镜头装置拍摄的，那么卡盘206的一部分可以是隐藏在末端执行器202下方 的。虽然如此，处理单元224(例如，逻辑模块210中所包括的)能够重建由卡盘206 的圆形边缘形成的圆，以及确定该圆的中心(其代表卡盘202的中心)。同样地，处理单元224(例如，逻辑模块210中所包括的)能够重建该圆(其中刻痕线/弧204是该圆周 的一部分)以及确定那个圆的中心。这个圆在图2中用虚线圆212表示。图2还显示了末端执行器中心214，表示由上述处理单元224确定的末端执行器限定中心202。还显示了卡盘中心216，表示卡盘206的中心。然后产生从末端执行器 中心214到卡盘中心216的差异矢量218。因为末端执行器中心214表示理论上的末端执 行器/卡盘对准位置而卡盘中心216表示实际的末端执行器/卡盘对准位置，所以位置差 异矢量218表示要使末端执行器中心214与卡盘中心216对准所需要的校正量。当末端 执行器214被与卡盘中心216对准时，实现了实际的末端执行器/卡盘对准。通过向机 械控制系统222提供这个差异矢量218，在生产过程中，机械控制系统222能够使该机械 从末端执行器中心214移动由该位置差异矢量218提供的距离和方向，从而有效地对该末 端执行器/卡盘误对准进行校正。图3显示了，依照本发明的一个实施方式，该原地光学末端执行器校准方法的 直观流程图。该方法可以通过，例如，使用所讨论的一个或多个元件执行。在步骤306中，采用图像处理以获得该末端执行器上的可视指示符(例如，上述 刻痕标记)并确定由该卡盘的外部边缘所形成的圆。为了协助该处理单元，该照相机和 /或镜头可以这样配置，即光频、照明条件、光圈、焦距和/或观察区域等对于该处理单 元获得该可视指示符是最佳的，该可视指示符提供用于确定该末端执行器中心和该卡盘 中心的数据。在一个实施方式中，步骤308涉及沿着该图像中的反差像素生成多个数据点并 执行曲线拟合以重新产生期望的圆。这样的图像处理技术和曲线拟合技术对精通其它领 域的本技术的人员来说是熟知的并且可以使用许多市售的处理单元套件(比如，例如， 与CV-3002系列控制器CV-H3N —起使用的Keyence通信软件，可以从WoodcliffLake的 Keyence公司得到)来完成。在步骤310中，该末端执行器限定中心是从由该处理单元从该末端执行器可视 指示符(例如，该刻痕线)重新产生的圆确定的。在步骤312中，该卡盘的中心是从由该处理单元从该卡盘可视指示符(例如，该 卡盘的外部边缘)重新产生的圆确定的。在步骤314中，确定从该末端执行器中心到该 卡盘中心的差异矢量。在步骤316中，向该机械控制系统提供这个差异矢量以使得该机 械控制系统在生产过程中移动该机械臂以弥补该末端执行器/卡盘误对准。从上文可以看出，本发明的实施方式完成了末端执行器校准，所采取的方式是 基本上没有与现有技术机械夹具校准方式有关的缺点的。通过原地执行该校准，生产过 程中的条件被忠实再现，带来了更精确的校准过程。这些条件包括，例如，类似的真空 条件和类似的机械随动系统参数。因为没有使用机械夹具，所以消除了与针对不同等离 子体处理模块的大存量的不同的机械校准夹具的制造和保存有关的成本。而且，非接触 的、非物理的校准技术的使用消除了与校准相关的卡盘损伤和与校准相关的微粒污染的 可能性，使得更频繁执行校准和/或在生产运行过程中执行校准成为可能，同时又没有 损害室和/或制造器件的危险。尽管本发明是依据几个优选实施方式描述的，然而有落 入本发明范围的变更、置换和等同。尽管此处提供了各种实施例，但是这些实施例意在 对本发明进行说明而非限制。
而且，此处提供的名称和发明内容是为了方便，不应当被用于解释此权利要求 的范围。而且，摘要是以高度浓缩的形式写成的，在这里提供是为了方便，因此不应当 被用于解释或限制整个发明，该发明用权利要求来表述。如果此处使用了术语“组”， 这种术语意在具有其通常理解的数学含义，涵盖零、一或一个以上成员。应当注意，有 许多实现本发明的方法和装置的替代方式。因此，意图是所附权利要求被解释为包括所 有这些变更、置换和等同均落入本发明的真实精神和范围。
权利要求
1.一种用于校准末端执行器相对于等离子体处理系统中的卡盘的对准的方法，所述 方法包含将所述末端执行器定位在所述卡盘上方； 拍摄所述卡盘和所述末端执行器的静止图像； 处理所述静止图像以确定所述卡盘的中心和由所述末端 执行器限定的末端执行器限定中心；确定所述末端执行器限定中心和所述卡盘的所述中心之间的位置差异；以及 向机械控制器提供所述位置差异以使所述机械控制器能够控制机械机构以在所述末 端执行器传送晶圆时调整所述位置差异。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含在所述末端执行器上提供第一可视指示符 以使处理单元能够从所述静止图像确定所述末端执行器限定中心，所述第一可视指示符 代表用于推出所述末端执行器限定中心的参考标记。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一可视指示符是刻痕线，所述刻痕线被配 置为圆周的弧从而所述圆周的中心与所述末端执行器限定中心重合。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包含在所述卡盘上提供第一可视指示符以使处 理单元能够从所述静止图像确定所述卡盘的所述中心，所述第一可视指示符用于确定由 所述第一可视指示符描述的圆周，从而使所述卡盘的所述中心能够被确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一可视指示符是所述卡盘的外部边缘。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含使用图像获取器件拍摄所述卡盘和所述末 端执行器的静止图像从而使所述末端执行器和所述卡盘在生产条件下被校准。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述图像获取器件的至少一部分是在等离子体处 理室内部实现的。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包含通过光学通路获得所述静止图像，该光学 通路允许所述静止图像包括所述末端执行器的第一可视指示符的图像的至少一部分和所 述卡盘的第一可视指示符的图像的至少一部分两者，所述末端执行器的所述第一可视指 示符代表用于推出所述末端执行器限定中心的参考标记而所述卡盘的所述第一可视指示 符用于确定由所述卡盘的所述第一可视指示符描述的该圆周。
9.一种用于校准末端执行器相对于等离子体处理系统中的卡盘的对准的末端执行器 校准系统，所述系统包含图像获取器件，所述图像获取器件被配置为拍摄所述卡盘和所述末端执行器中至少 一个的一个或多个静止图像；用于执行至少如下处理的处理单元处理所述一个或多个静止图像以确定所述末端执行器限定中心和所述卡盘的所述中心；确定所述末端执行器限定中心和所述卡盘的所述中心之间的位置差异；以及 机械控制器，所述机械控制器被配置为使用所述位置差异以使机械臂能够调整所述位置差异。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述末端执行器具有第一可视指示符，从而使 所述处理单元能够从所述一个或多个静止图像确定所述末端执行器限定中心，所述第一可视指示符表示用于推出所述末端执行器限定中心的参考标记。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一可视指示符是刻痕线，所述刻痕线被 配置为圆周的弧从而所述圆周的中心与所述末端执行器限定中心重合。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述卡盘具有第一可视指示符，从而使所述处 理单元能够从所述一个或多个静止图像确定所述卡盘的所述中心，所述第一可视指示符 号用于确定由所述第一可视指示符确定的该圆周，从而使所述卡盘的所述中心能够被确 定。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一可视指示符是所述卡盘的至少一个的 外部边缘。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述图像获取器件的至少一部分是在等离子体 处理室内部实现的。
15.根据权利要求9所述的系统，其中所述一个或多个静止图像是通过光学通路获得 的，该光学通路允许所述一个或多个静止图像包括所述末端执行器的第一可视指示符的 图像的至少一部分和所述卡盘的第一可视指示符的图像的至少一部分两者；所述末端执 行器的所述第一可视指示符代表用于推出所述末端执行器限定中心的参考标记而所述卡 盘的所述第一可视指示符用于确定由所述卡盘的所述第一可视指示符描述的圆周。
16.一种用于执行末端执行器相对于卡盘的对准的校准的等离子体处理系统，其中所 述末端执行器被配置为可以在所述卡盘上方移动，所述等离子体处理系统包含光学成像系统，所述光学成像系统被配置为获得所述卡盘和所述末端执行器中至少 一个的一个或多个静止图像；处理单元，所述处理单元被配置为确定所述卡盘的所述中心和所述末端执行器限定 中心；逻辑模块，所述逻辑模块被配置为确定所述末端执行器限定中心和所述卡盘的所述 中心之间的位置差异；以及机械控制器，所述机械控制器被配置为使用所述位置差异以使机械臂能够调整所述位置差异。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述末端执行器具有第一可视指示符，从而使 所述处理单元能够从所述一个或多个静止图像确定所述末端执行器限定中心，所述第一 可视指示符表示用于推出所述末端执行器限定中心的参考标记。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述卡盘具有第一可视指示符，从而使所述 处理单元能够从所述一个或多个静止图像确定所述卡盘的所述中心，所述第一可视指示 符用于确定由所述第一可视指示符确定的该圆周，从而使所述卡盘的所述中心能够被确 定。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述光学成像系统的至少一部分是在等离子体 处理室内部实现的。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述一个或多个静止图像是通过光学通路获得 的，该光学通路允许所述一个或多个静止图像包括所述末端执行器的第一可视指示符的 图像的至少一部分和所述卡盘的第一可视指示符的图像的至少一部分两者；所述末端执 行器的所述第一可视指示符代表用于推出所述末端执行器限定中心的参考标记而所述卡盘的所述第一可视指示符用于确定由所述卡盘的所述第一可视指示符描述的圆周。
全文摘要
提供一种用于校准末端执行器相对于等离子体处理系统中的卡盘的对准的方法。该方法包括将该末端执行器定位在该卡盘上方并拍摄该卡盘和该末端执行器的静止图像。该方法包括处理该静止图像以确定该卡盘的中心和由该末端执行器限定的末端执行器限定中心。该方法包括确定该末端执行器限定中心和该卡盘的该中心之间的位置差异。该方法还包括向机械控制器提供该位置差异以使该机械控制器能够控制机械机构以在该末端执行器传送晶圆时调整该位置差异。
文档编号H01L21/68GK102027568SQ200880124013
公开日2011年4月20日 申请日期2008年12月19日 优先权日2007年12月27日
发明者克里斯蒂娜·艾伦布兰切特, 马特·罗德尼克 申请人:朗姆研究公司