CN101523287B - 用于基板定位和检测的偏移校正方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于捕获基板图像的斜角检测模块。该模块包括与基板夹头连接的旋转马达，该旋转马达被配置为旋转该基板夹头从而使该基板旋转。该模块还包括照相机和与照相机连接的光学罩，该光学罩被配置为可以旋转的，使闪光可以朝向该基板。该照相机装载在照相机支架上，该照相机支架被配置为使该照相机可水平旋转180度，使得该照相机可以捕获图像，该图像至少包括该基板的俯视图，仰视图和侧视图之一。该模块还包括背光装置，该背光装置被配置为提供光照给该基板，从而使该照相机能捕获该图像，该图像显示基板和背景间的对比。

Description

用于基板定位和检测的偏移校正方法和装置

背景技术

等离子处理的进步促进了半导体工业的增长。一般来说，从单一处理后的基板上切割下来的裸片(die)上可以创建若干个半导体器件。为了对基板进行处理，基板需要放置在等离子处理室内的基板夹头上。基板在基板夹头上的位置决定了要对基板的哪一部分进行处理以形成器件。

现在存在将基板与基板夹头中心对齐的方法。在一个例子中，在处理模块中放置传感器以确定基板相对于基板夹头的位置。在另一个例子中，利用如制导机械臂等对位夹具(alignmentfixture)来将基板与基板夹头对齐。尽管跟硬件中心(例如基板夹头中心)对齐可以达到某种精度，但是与硬件中心对齐并不总是等同于与处理中心(process center)对齐。

这里讨论的硬件中心指的是硬件(如基板夹头)的中心。这里讨论的处理中心指的是等离子处理的焦点中心。理想情况下，在距离焦点中心的任何给定径向距离，处理结果(例如刻蚀速率)是一样的。例如，在离处理中心100mm的距离上，当沿着一个以焦点处理中心为圆心、半径为100mm的圆运动时，刻蚀速率被期望会大致维持一个常数。因为处理室配置的特性，处理中心可能不会总是与硬件中心一致。结果是，在基板处理过程中，仅仅以硬件中心作为基础进行对齐可能导致误对齐(misalignment)。随着制造商努力提高良率，他们在使等离子处理中基板中心更精确地对齐在处理中心上作出了不懈的努力，以减少基板误对齐导致的器件缺陷。

发明内容

在一个实施方式中，本发明有关于一种用于捕获基板图像的斜角检测模块。该模块包括支撑所述基板的基板夹头。该模块还包括旋转马达，该基板夹头与该旋转马达连接，该旋转马达被配置为旋转该基板夹头从而使该基板旋转。该模块还包括照相机。该模块还包括光学罩，该光学罩与该照相机连接，该光学罩被配置为可以旋转的，使光线朝向该基板。该模块还包括照相机支架，该照相机装载于该照相机支架，该照相机支架被配置为使该照相机可水平旋转180度，使得该照相机可以捕获该图像，该图像至少包括该基板的俯视图，仰视图和侧视图之一。该模块还包括背光装置，该背光装置被配置为提供光照给该基板，从而使该照相机能捕获该图像，该图像显示该基板和背景间的对比。

在另一个实施方式中，本发明有关于一种计算处理室内的夹头的处理中心的方法。该方法包括利用斜角检测模块捕获处理过的基板边沿的图像。该方法还包括测量从该处理过的基板的边沿的一组距离以得到干涉条纹，该组距离是在一组角度上测量的。该方法还包括生成离心曲线，该离心曲线为该组距离相对于该组角度的图形形式。该方法还包括对该离心曲线应用曲线拟合方程以计算该处理中心。

在另一个实施方式中，本发明有关于一种确定处理室内夹头的处理中心的图像处理方法。该方法包括利用斜角检测模块捕获处理过的基板边沿的图像。该方法还包括过滤该图像以去除该图像中的噪声并突出该处理过的基板的边沿。该方法还包括测量从该处理过的基板的边沿的一组空隙以得到干涉条纹，该组空隙是在一组角度上测量的。该方法还包括生成离心曲线，该离心曲线为该组空隙相对于该组角度的图形形式。该方法还包括对该离心曲线应用曲线拟合方程以计算该处理中心

下面通过发明的具体描述，并结合附图，对本发明的这些和其他特性作出进一步详细的描述。

附图说明

本发明是通过如附图中的图示的实施方式的方式来描述的，而不是通过限定的方式来描述的，其中类似的元件用相似的数字标号表示，其中：

图1显示了，在一个实施方式中，一种典型的基板处理系统的概貌的方框图。

图2A显示了，在一个实施方式中，处理前和处理后的基板。

图2B显示了，在一个实施方式中，一个描绘可能采样的不同的数据点的简图。数据点可能是在距基板中心的各种角度和各种距离采样的。

图2C显示了，在一个实施方式中，对每个数据点的半径测量。

图3显示了，在一个实施方式中，描绘一个角度的刻蚀曲线的简图。

图4显示了，在一个实施方式中，一个保持恒定刻蚀速率的大致的同心圆的简图。

图5显示了，在一个实施方式中，显示了一个足够离心的恒定刻蚀速率圆的径向位置/方位角度的图。

图6显示了，在一个实施方式中，描绘计算基板夹头的处理中心的步骤的简单流程图。

图7显示了，在一个实施方式中，确定处理中心的算法。

图8显示了，用光学度量工具进行基板测量的方框图。

图9显示了，在一个实施方式中，具有斜角检测模块(BIM)的等离子处理系统的概貌的方框图。

图10显示了，在一个实施方式中，BIM的系统图解。

图11显示了，在一个实施方式中，相机支架上的相机和光学罩的特写视图的系统图解。

图12显示了，在一个实施方式中，BIM的横断面视图。

图13显示了，在一个实施方式中，BIM捕获的图像示例，该图像显示了基板边缘正在发生击穿。

图14显示了，在一个实施方式中，BIM生成的可以用来识别误对齐的图像示例生成的可以用来识别的图像示例。

图15显示了，在一个实施方式中，描绘了到中心的距离/恒定刻蚀速率的角度的简图。

图16显示了，在一个实施方式中，描绘了利用BIM捕获的图像计算基板夹头的处理中心的步骤的简单流程图。

图17显示了，在一个实施方式中，处理BIM捕获的图像以进行故障检测的图像处理流程图。

图18显示了，在一个实施方式中，BIM捕获的显示阈值的图像的示例。

图19显示了，在一个实施方式中，BIM捕获的有干涉条纹的基板图像的示例。

具体实施方式

现在，参照附图中的实施方式，对本发明作出详细的描述。在下面的描述中，为了提供对本发明的完整的理解，对一些具体细节进行了描述。然而，显然对本技术领域的人员来说，没有这些具体细节的部分或全部，仍然能够实施本发明。在其他情况下，没有对熟知的处理步骤和/或装置进行详细描述，以免模糊本发明的重点。

下面描述几个具体实施方式，包括方法和技术。应当记住，本发明还可能包括含有电脑可读媒体的制造品，其中该电脑可读媒体内储存有执行本发明实施方式的电脑可读指令。该电脑可读媒体包括，例如，半导体的，磁的，光磁的，光学的，或其他形式的可以存储电脑可读代码的电脑可读媒体。而且，本发明还包括实施本发明的装置。这些装置包括专门的和/或可编程的电路，以执行与本发明实施方式有关的任务。这种装置的例子包括适当编程过的通用的和/或专用的计算器件，还可包括电脑/计算器件以及专用/可编程电路的结合，以执行与本发明实施方式有关的各种任务。

在下面的揭示中，我们讨论了刻蚀处理，作为可以用中心定位技术来改进的一个具体应用。然而，应当记住，这里揭示的中心定位技术可以应用于其他类型的处理(例如沉积处理)。甚至，本技术可以应用于任何同心式处理(一致的和/或不一致的)。

根据本发明的具体实施方式，提供一种圆形恒定刻蚀速率方法，用以计算处理室的基板夹头的处理中心。在本发明的具体实施方式中，基板偏移(例如从夹头的硬件中心到夹头的处理中心的偏移)可以从对测试基板进行的刻蚀速率测量中推出，在处理中该测试基板位于夹头的几何中心。通过计算出的基板偏移，可以对传送模块内的机械臂根据夹头处理中心坐标进行编程，以便于将后续基板对位到夹头的处理中心以改进处理中的一致性。

一般来说，可以利用机械臂将基板放置到基板夹头的硬件中心。然而，如上所述，因为给定工具的特殊性，硬件中心和处理中心可能不会总是相同。如果基板能够更准确地定位到处理中心的话，会提高处理一致性，从而可能使得更靠近基板边缘的部分获得满意的处理结果，从而对基板能够更多的加以利用来生产制造器件的裸片。在现有技术中，使用硬件中心的对位方法可以是开环定位(open loop alignment)，这通常不允许偏移信号的反馈。跟现有技术不同，本方法利用处理中心使得对基板位置有一个闭环反馈，从而能够对处理中心进行控制。

本发明的实施方式提供一种确定处理中心的方法，利用对处理中被几何定位于夹头硬件中心的基板进行的一系列测量推测数据。在一个实施方式中，在处理之前，先采集基板上一组处理前测量数据点。在一个实施方式中，在处理之后，在同一块基板上采集一组处理后测量数据点。

通过计算处理前和处理后每个点的测量数据的不同，可以确定去除了的膜层的量。也就是说，可以从改组处理前和处理后测量数据计算出刻蚀的深度。尽管在计算基板厚度的过程中，那组处理前测量的数据点不是必需的，但是通过利用包括处理前和处理后的测量数据会更准确的计算出刻蚀数据点的刻蚀深度。例如，作为获得处理前测量数据点的替代方案，也可以利用原始基板制造商提供的规格数据对处理前的厚度进行推测。

例如，考虑这种情况，计算刻蚀速率以确定基板的偏移。在一个实施方式中，用刻蚀深度除以基板处理时间，能够计算出每个数据点的刻蚀速率。在本文中，讨论几种使用刻蚀速率的实现方式。然而，本发明并不限于刻蚀速率，也可以使用刻蚀深度。

在一个实施方式中，处理前和处理后的测量还可以包括每个数据点的半径(这里定义为连接数据点位置和基板几何中心的直线测得的距离)。在一个实施方式中，数据点1距离基板中心148.2毫米。因为每个数据点的刻蚀速率都计算出来了，每个数据点的半径(R)的值和每个刻蚀速率现在就关联起来了。而且，每个数据点的角度(orientation)也可以确定。这里讨论的角度指的是从一个参考半径线的角度偏移。因此，利用下述的一种或多种数据，数据点可以被特征化：它的处理前刻蚀深度，它的处理后刻蚀深度，它的计算出的刻蚀速率，它距离基板几何中心的径向距离及它的角度。

在一个实施方式中，对每个角度(θ)都可以确定一个刻蚀曲线(profile)。此处讨论的角度(θ)指的是在基板上与一个固定的参考半径线的在0度到360度间的夹角。该角度的例子包括但不限于，0度，45度，90度，180度，270度和类似角度。

而且，在一个实施方式中，对每个刻蚀速率确定一个或多个大致的同心圆。在一个实施方式中，对每分钟1000埃(angstrom)的刻蚀速率来说，在基板上可确定多个具有每分钟1000埃的刻蚀速率的数据点。这些数据点围绕基板的处理中心形成一个大致的同心圆。注意，如果基板被放置于夹头的处理中心上的，既，如果在处理过程中该基板的几何中心与该夹头的处理中心一致，多个刻蚀速率的同心圆趋向于以该基板的几何中心为圆心。然而，因为基板的处理中心在此刻是未知的，而且测试基板的中心与该机械的几何中心对齐，所以几个刻蚀速率的同心圆会与该基板的几何中心具有偏移。本发明的实施方式利用这个事实来计算夹头的处理中心和机械的中心间的偏移。

在一个实施方式中，对于给定的刻蚀速率，基板上的每个大致的同心圆大体上呈正弦曲线。也就是说，对于给定的刻蚀速率，当围绕基板的几何中心旋转360度时，发现具有该给定刻蚀速率的半径线上的位置与基板的几何中心的距离可能呈正弦变化。对于符合该给定刻蚀速率的给定点的偏心图(off-centered plot)上的每个点，都代表一个特定角度(θ)上自基板几何中心的径向距离(E)。

在一个实施方式中，对每个刻蚀速率创建一个偏心图。知道了至少一个偏心图，就可以计算出基板的偏移。从一个偏心图，利用曲线拟合方程(例如来自傅立叶变换的傅立叶级数方程，最小方差拟合等)来在数学上计算出处理中心到硬件(例如几何)中心的偏移。一旦确定了基板偏移，就可以利用处理室的基板夹头的处理中心的新坐标对真空传送模块的机械臂进行编程。

参考附图和下面的讨论，会更好地理解本发明的特性和优点。图1显示了，在一个实施方式中，一种典型的基板处理系统的概貌的方框图，从中可以确定处理中心。等离子处理系统100可包括多个基板固定位，使得当基板从大气传送模块102传送至真空传送模块104，至一个或多个处理模块(PM)(106，108，110和112)并最终回到等离子处理系统100外面时，对基板进行处理。

例如，考虑这种情况，正在对基板进行处理。在进行处理之前，测量基板114上不同位置的基板厚度。基板114可包括折射薄膜层，这可以用度量工具116进行测量。在测量基板114的厚度时，采集多个测量位置的多个数据点。在一个实施方式中，采集两个或多个数据点。在另一个实施方式中，可以采集基板114不同位置上的大约100-200个数据点。

处理前测量完成之后，将基板114放置到前开式晶圆盒(FOUP)118上。大气传送模块102内的机械手臂120可以将基板114移动到对位机112上。在对位机112上，将基板114恰当地中心对齐到夹头的几何中心上(对于测试基板就是这种情况，因为这时候处理中心还没有确定)。中心对齐之后，机械手臂120可将基板114移动到气锁(airlock)模块(AL 124和AL 126)。气锁模块能够使大气传送模块112和真空传送模块104的环境相匹配，从而允许基板114在这两种压力环境下移动而不会被损坏。

使用真空传送模块104中的机械手臂128，可将基板114从一个气锁模块，例如AL 124，移动到其中一个处理模块内(106，108，110和112)。基板114被处理完毕之后(例如刻蚀处理)，机械手臂128将基板114从真空传送模块104经过大气传送模块102移动到FOUP 118中。

然后将基板114从FOUP 118移动到度量工具116中进行测量。测量处理后的基板114的厚度时，在处理之前测量过的一些或所有的相同的数据点位置在基板处理之后要再次测量。在一个实施方式中，如果在处理前的测量中在120个位置采集了120个数据点，那么在处理后的测量过程中，至少需要采集该120个相同位置的数据。

图2A显示了，在一个实施方式中，处理前和处理后的基板。基板202可具有一个薄膜层204。例如，薄膜层204可以是折射性材料的，允许度量工具测试基板的厚度。在处理之前，度量工具测量从基板202底部到薄膜层204(例如，距离208)。

除非在原始基板中有实质性缺陷，对基板202上每个数据点的处理前测量通常非常相似。在一个实施方式中，在数据点1处的基板的厚度可与在数据点2处的基板厚度几乎是相同的，厚度上仅仅有微小的不同，该不同是在原始基板制造过程中引入的轻微的变形。在处理之前，基板通常大体上是平的，薄膜层通常大体上平铺在基板的表面上。

在一个实施方式中，如果基板上薄膜层的厚度被认为是均匀分布的话，处理前的测量可以略过。在一个实施方式中，因为在薄膜层添加之前和之后基板可能存在潜在的厚度差异，处理前的测量使得本技术可以考虑到在基板上的不同位置的基板的厚度差异。

处理之后，薄膜层204的一部分可能要从基板114上刻蚀掉。现在，薄膜层204显示为刻蚀后的薄膜层206。该处理的结果是，现在基板上不同位置的薄膜层的厚度有了差别。例如，标记号210代表基板上给定位置的基板202的新厚度。在基板处理之后进行的处理后的测量，可以测量不同位置的基板的新厚度。

图2B显示了，在一个实施方式中，描绘可测量的不同的数据点的简图。基板视图250显示了在不同角度的(例如0度，45度，90度等)多个数据点。在处理前和处理后的测量中，都采集了相同基板位置的厚度数据。在一个实施方式中，可以是人工采集的数据。在另一个实施方式中，可以确定和利用一个扫描模式以进行处理前和处理后的测量。

在一个实施方式中，根据处理前和处理后的测量计算刻蚀深度。这里讨论的刻蚀深度这个词汇指的是覆盖了薄膜层的基板被刻蚀掉的部分。也就是说，对于给定的基板位置，刻蚀深度是处理前测量数据和处理后测量数据上的差异。

在一个实施方式中，刻蚀深度除以基板达到那个刻蚀深度的处理的时间可以用刻蚀速率表示。在一个实施方式中，一个基板位置的处理前测量可以是大约0.5毫米。在基板处理之后，相同位置的基板厚度现在大约是0.375毫米。假定刻蚀深度为处理前测量数据和处理后测量数据的差异，给定位置(例如角度为0，半径为115mm)的刻蚀深度是0.125毫米。如果基板114的处理时间是2分钟，那么该位置的刻蚀速率是每分钟0.0625埃。确定刻蚀速率之后，基板上的每个点就可以与一个刻蚀速度关联起来。

在一个实施方式中，不仅测量基板的厚度，度量工具还测量每个采集数据点距离基板几何中心的径向距离。图2C显示了，在一个实施方式中，对每个数据点的半径的测量。在一个实施例中，基板视图260显示了数据点270和272。与数据点270相关的是半径278，与数据点272相关的是半径276。对于每个采集到的数据点，测量其与基板的几何中心的径向距离(这与中心与夹头基板对齐的测试基板的硬件中心一致)。

夹头上特定的数据点的位置可以通过它的半径和与参考半径线的夹角确定。图3显示了，在一个实施方式中，描绘一个角度的刻蚀曲线的简图。正如图2B和图2C中可以看到的那样，一个角度上根据与基板的几何中心的距离的不同可以有多个不同的刻蚀速率。图形300显示了相对60度(θ)方向上多个半径(R)的刻蚀速率(η)图。在一个实施方式中，针对每个角度(例如0度，45度，90度等)都要画一个曲线(例如，刻蚀速率曲线)。

在对不同角度建立了不同的刻蚀曲线之后，可以为每个刻蚀速率确定一个大致的同心圆。在一个实施方式中，可以进行线性插值或三次样条以确定具有给定刻蚀速率的数据点的半径。在一个实施方式中，在60度的角度上每分钟1000埃的刻蚀速率可能具有145毫米的半径(参见图3)。如图3所示，在不同角度上具有相同刻蚀速率的可具有不同的半径。在每个角度上，为每分钟1000埃的相同的刻蚀速率可以确定半径的测量值。

图4显示了，在一个实施方式中，一个恒定刻蚀速率的大致的同心圆的简图。基板视图400显示了基板402和同心圆404。在一个实施方式中，对每个刻蚀速率，多个半径(例如R1 406和R2408)，其可以从多个刻蚀曲线中预测(参见图3)，可以用来创建一个大致的同心圆404。

图5显示了，在一个实施方式中，显示了一个足够离心的恒定刻蚀速率圆的径向位置/方位角度的图。图形500显示了多个半径(E)，代表具有该刻蚀速率的基板位置与基板的几何中心间的距离，相对于恒定刻蚀速率(例如每分钟1000埃)的多个角度(θ)，注意到，如果基板的几何中心与基板的处理中心重合的话，离心图(例如图5中所示)，大体上是平的。

对每个刻蚀速率，可以画类似于图5的离心图。该离心图，在一个实施方式中，大致上有正弦曲线的形状。在一个实施方式中，根据至少一个离心图可以计算出处理中心。

画出离心图之后，利用曲线拟合方程(例如来自傅立叶变换的傅立叶级数方程，最小方差拟合等)来确定方程1中的参数。

[方程1]

图6显示了，在一个实施方式中，描绘计算基板夹头的处理中心的简单流程图。

在第一个步骤602中，提供一个基板。在一个实施方式中，该基板具有一薄膜层(例如折射型薄膜层)。

在下一个步骤604中，在处理前，测量该基板。在一个实施方式中，在多个数据点上测量具有薄膜层的基板的厚度。不是人工对数据点进行测量，利用扫描方案来采集数据点。

在下一个步骤606中，基板在等离子处理室被处理，这时候基板与夹头的几何中心几何对齐，在一个实施方式中，不必对基板进行完全的处理。例如，基板仅仅需要被处理足够去除薄膜层的一部分的时间。

基板在等离子处理室中被取走之后，在下一个步骤608中，对基板进行测量。在一个实施方式中，可以采用与采集处理前的测量时利用的相同的扫描方案来采集处理后的测量数据。

在下一个步骤610中，对这些数据点进行处理，然后可以通过算法确定处理中心。图7显示了，在一个实施方式中，确定处理中心的算法。

在第一个步骤702中，计算每个刻蚀数据点的刻蚀深度。为了计算刻蚀深度，一个数据点的测试位置的处理前测量被从处理后测量中减去。

在下一个步骤704中，计算每个刻蚀数据位置的刻蚀速率。为了计算刻蚀速率，用刻蚀点的刻蚀深度除以基板处理时间。

在下一个步骤706中，对每个角度创建一个刻蚀曲线(例如刻蚀速率曲线等)。在一个实施方式中，在一个特定角度的每个数据点的刻蚀速率都被画上点以创建刻蚀曲线。

在下一个步骤708中，通过对该刻蚀曲线进行曲线拟合，可以对每个角度确定一个具有给定刻蚀速率的位置(E)。

在下一个步骤710中，对每个刻蚀速率画出离心曲线。在一个实施方式中，在一个特定角度的刻蚀速率的半径可以从刻蚀曲线中推出。在对每个刻蚀曲线推出在恒定刻蚀速率的半径之后，可以生成一个大致的正弦离心图。

在下一个步骤712中，利用曲线拟合方程(例如来自傅立叶变换的傅立叶级数方程，最小方差拟合等)来确定基板偏移的参数。注意，如果基板的几何中心与夹头的处理中心重合的话，离心图(例如图5中显示的)会大体上是平的。曲线拟合是一种数学的方式，因此对本领与的技术人员来说，有多种已知技术。

回头参见图6，确定参数之后，在最后一个步骤612，将参数教导给传送模块(例如大气传送模块，真空传送模块等)中的机械手臂。结果是，机械手臂现在具有将后续基板在基板夹头上进行偏移的正确坐标，所以在处理中基板的中心能够与夹头的处理中心对齐。

应当知道，尽管这里的方程1和图像是遵循本发明的特定实施方式的，本发明可以通过各种与圆形恒定刻蚀速率方法等同的方式实施。只要从对位于几何中心的基板能够得到处理结果测量值，从而便于创建一个或多个恒定刻蚀速率同心圆，就可以采用各种数学方法来确定同心圆的中心和夹头几何中心(对于测试基板来说，在处理中，夹头几何中心与基板的几何中心重合)的偏移。确定该偏移之后，可以提供偏移信息给该工具以使得后续的基板中心对位到夹头的处理中心(而不是夹头的几何中心)。

可以从本发明的具体实施方式中知道，该圆形恒定刻蚀速率方法提供一种确定处理室内基板夹头的处理中心的方法。通过识别基板夹头的处理中心，本方法基本上矫正了可能发生的误对齐，从而减少了基板处理中可能发生的不一致性。而且，通过利用现有的度量工具来采集处理前和处理后的测量值，本方法不需要再做其他昂贵的采购，因为这些度量工具在大多数车间都有。而且，本发明通过从方程中去除基板之间的差异，使得刻蚀中处理室性能能够更精确的特征化。

在现有技术中，用户面对的另一个问题是故障检测。在一块基板中要创建很多个半导体器件。为了确保器件的质量，在整个处理中要周期性地对基板进行测量。

一般来说，故障检测是基板处理的一个组成部分。此处讨论的故障检测指的是识别基板和/或基板处理的缺陷的过程。故障检测的例子包括但不限于，识别误对齐，识别基板上的缺陷，识别基板处理的缺陷，以及识别薄膜清洁度。

现有技术中有多种进行故障检测的方法。例如，利用光学度量工具来生成图像，并用以识别基板的缺陷。图8显示了利用现有技术中的光学度量工具对基板进行测量的方框图。例如，考虑这种情况，正在对基板802进行处理。为了进行故障检测，可以利用一个光学度量工具804。在捕获图片时，光学度量工具804依赖基板表面反射的光线来捕捉到基板802的满意的图像。

例如，在点806和808，光学度量工具804可能会获得满意的图像，因为当光从一个很平的表面反射的时候，通常不会反射到多个方向。然而，因为在一个不平(例如曲线的或呈一定夹角的)的表面上，光会反射到多个角度，所以光学度量工具804可能在沿着基板边沿(点810)捕捉基板图像时会遇到更多的困难。

为了捕捉基板边沿的图像，可以利用电子显微镜。然而，电子显微镜是捕捉基板图像的昂贵的技术方案，需要昂贵的工具和高等级的有经验的技术人员。

首先，电子显微镜需要在真空环境下对基板进行观察，因为电子显微镜通常是敏感的仪器，容易受到其他电子的影响。而且，因为采样尺寸的限制，电子显微镜通常要求将基板分割为小片。结果是，在基板处理中通常不使用电子显微镜作为线上度量工具。尽管电子显微镜也有可能足够大，能够容纳整块基板，然而要拥有它却极其昂贵。而且，电子显微镜通常要求对基板进行可能影响基板成分的特殊预处理。

在现有技术中，基板处理通常在远离基板边缘的地方进行。因此，光学度量工具在捕捉基板边沿的满意图像方面的不足不会造成问题。然而，由于不能对基板边沿的处理进行控制，基板上宝贵的空间就被浪费掉了。近年来，新的工具都关注于在基板边沿的处理。然而，现有技术中的度量工具和方法不足以提供可以用这些类型的工具进行故障检测的类型的图像。

与本发明的具体实施方式相一致，提供一种在捕获基板边沿的清晰而鲜明的图像的斜角检测模块(BIM)。在本发明的实施方式中，BIM包括用于创建更适合捕捉基板倾斜边沿的满意图像的环境的硬件。本发明的实施方式还包括，使用这些图像，对包括基板边沿在内的处理区域进行故障检测。

例如，考虑这种情况，正在对基板的沿着或靠近边沿的地方进行处理。通过基板边沿的处理，基板的有效空间可以最大化。然而，只有当在基板没有缺陷的情况下完成处理，才会出现最大化。在现有技术中，基板边沿包围的区域被浪费掉了，因为很难完成故障检测。

本发明的具体实施方式提供一种斜角检测模块(BIM)以捕捉现有技术难以捕捉的图像(例如沿着基板边沿)。一方面，发明人意识到为了创建这样的环境，BIM的几个元件需要有捕捉不同视角和角度的图像的灵活性。在一个实施方式中，向照相机，光学罩，相机支架和类似的硬件已经实现了具有可调整定位的能力，从而提供了硬件的定位的灵活性。在另一个实施例中，发明人认识到光线不足阻碍了捕捉清晰而鲜明的图像的能力。在一个实施方式中，BIM提供额外的闪光(例如背光)，因此提供背景和基板间鲜明的对比。

在一个实施方式中，BIM是连接于等离子处理系统的独立工具。通过将BIM连接到处理系统，能够在基板处理中利用BIM作为线上度量工具。

通过下面的讨论，并参考附图，可以对本发明的特点和优点作出更好的理解。图9显示了，在一个实施方式中，具有斜角检测模块(BIM)的等离子处理系统的概貌的方框图。在本文中，使用等离子处理系统来讨论各种实现方式，然而，本发明不限于等离子系统，还可以应用到想要观察倾斜边沿的任何的处理系统。

等离子处理系统900包括多个基板固定位，使得当基板从大气传送模块902传送至真空传送模块904，至一个或多个处理模块(906，908，910和912)并最终回到等离子处理系统900外面时，对基板进行处理

将基板914放置到前开式晶圆盒(FOUP)918上。大气传送模块902内的机械手臂920可以将基板914移动到对位机922上。在对位机922上，将基板914恰当地中心对齐。中心对齐之后，机械手臂920可将基板914移动到BIM 916上。在一个实施方式中，BIM 916包括对位机。如果对位机是BIM的一部分那么对位机922就不是必要的了。

在BIM 916中，拍摄基板914的处理前图像。BIM 916完成处理前图像的拍摄之后，机械手臂920将基板914移动到气锁(airlock)模块(AL 924和AL 926)。气锁模块能够使大气传送模块902和真空传送模块904的环境相匹配，从而允许基板914在这两种压力环境下移动而不会被损坏。

使用真空传送模块904中的机械手臂928，可将基板914从一个气锁模块，例如AL 924，移动到其中一个处理模块内(906，908，910和912)。在处理中，周期性地对基板914进行分析。在一个实施例中，在处理模块906中的处理完成后，机械手臂928将基板914从处理模块906经过真空传送模块904和AL 924移动到BIM 916中以进行在线检测。检测完成后，将基板914移送回处理模块之一，以继续进行处理。因为BIM 916与等离子处理系统连接，可以在处理的整个过程中进行周期性在线测量以使得操作人员能够对基板914进行分析。

在一个实施方式中，BIM 916可不与等离子处理系统900连接。尽管BIM 916仍然可以像连接的时候那样提供相同的支持，但是需要执行额外的步骤。通过将BIM 916与等离子处理系统100连接，可以在没有人工干预的情况下进行在线度量。

图10显示了，在一个实施方式中，BIM的系统图。BIM1000可以包含外壳1002，其使得BIM 1000可以直接装设到大气传送模块上。在一个实施方式中，通过与大气传送模块直接连接，BIM1000可以在基板处理中进行在线度量。

BIM 1000具有一个悬空开口(fly opening)1004，基板可以通过它放置到基板夹头1006上。BIM 1000还包括凹痕(notch)和晶圆边沿传感器1008，可以用来识别基板和基板凹痕。凹痕和晶圆边沿传感器1008与图9中的对位机922的行为方式类似。如果BIM 1000包括凹痕和晶圆边沿传感器1008的话，那么对位机就成为可选模块了。

BIM 1000还包括真空传感器和开关1010，当基板放置到基板夹头1006上方时可以识别。在一个实施例中，当真空传感器和开关1010处于“on”的位置时，基板牢牢的附着于基板夹头1006，并防止机械手臂移除基板。当真空传感器和开关1010处于“off”的位置时，机械手臂可以将基板从BIM 1000上移除。

BIM 1000还可以包括界面卡1012，这是输入/输出板。界面卡1012是BIM 1000使用的电子系统的控制器。BIM 1000包括电脑1014，它与界面卡1012相连接。

BIM 1000还包括照相机1016和光学罩1018，利用它们来拍照。光学罩1018可以是从照相机1016伸展出来的。照相机1016和光学罩1018装设在照相机支架1020上。BIM 1000还包括背光1022，对背景提供背光。

图11显示了，在一个实施方式中，，相机支架上的相机和光学罩的特写视图的系统图解。BIM 1100可包括光学罩1102，其可以自照相机1104伸展。照相机1104可与照相机支架1106连接。

在一个实施方式中，照相机支架1106可以在箭头1116所示的方向伸进伸出。通过调整照相机支架1106，相机1104和光罩1102的位置可以根据基板的尺寸和/或正在分析的基板区域的尺寸进行矫正。在一个实施方式中，随着基板的尺寸从200毫米变为300毫米，需要对照相机支架1106进行调整。

在一个实施方式中，照相机1104可以在箭头1112所示的竖直方向移动，使得照相机1104能够捕获不同角度的图像。在另一个实施方式中，照相机1104可以在箭头1114所示的侧向方向移动，使得照相机能够根据基板的尺寸和/或正在分析的基板区域的尺寸进一步进行调整。在另一个实施方式中，照相机1104可以如箭头1110所示进行旋转，使得照相机可以拍摄基板的不同视图(例如俯视、仰视和侧视)。在一个实施方式中，可以调整照相机1104以拍摄基板的俯视图。在另一个实施方式中，可以调整照相机1104以拍摄基板的斜角边沿的直接视图(例如测试图)。

在一个实施方式中，还可以对光学罩1102进行调整。在一个实施例中，光学罩1102可以如箭头1108所示进行旋转，使得光学罩能够提供不同角度的闪光。

照相机1104，光学罩1102和照相机支架1106可以调整的能力，使得BIM 1000具有在不同角度，范围和位置拍摄照片的灵活性。因此，对拍摄的照片的类型的控制可以更精确。如前所述，BIM的硬件可以用可调整的部件实现，从而提供该硬件的定位的灵活性。

图12显示了，在一个实施方式中，BIM的横断面视图。考虑这种情况，拍摄基板的图像。BIM 1200包括放置在基板夹头1204上的基板1202。基板夹头1204可以与旋转马达1206连接，旋转马达1206可以让基板1202旋转。旋转的能力使得基板夹头1204可以将基板1202移动到适合照相机1208拍摄基板1202的照片的位置，以拍摄基板1202在不同位置的照片。

BIM 1200还包括照相机支架1210。包括照相机1208和光学罩1212都与照相机支架1210连接。光学罩1212可包括透镜1214，透镜1216和分光器1218。

闪光1222可提供闪光。在一个实施方式中，闪光1222可以是发光二极管(LED)。在一个实施方式中，闪光1222是一个三波长LED。具有几种波长的光可以随着薄膜厚度，轮廓和/或指数的改变而改变。在一个实施例中，为了捕获具有更高指数的薄膜的图像，会利用较短波长的LED。通过分光镜1218，闪光1222可以从外部进入光学罩1212，分光镜使得闪光1222向下朝向透镜1214的方向。

为了增加基板边缘和背景见的对比度，提供一背光1224。因为基板可能有圆形的斜角边沿，光线可能会被反射出基板，阻碍拍到好的图像。在现有技术中，没有提供背光，导致图像可能无法清晰确定基板边沿。在一个实施方式中，BIM 1200可包括背光1224，这有助于突出基板1202的边沿。通过增加背光1224，提供了基板边沿和背景间的对比。也就是说，基板1202的边沿可以被照亮，使得照相机1208和光学罩1212能够捕捉到基板1202边沿的图像，该图像能够从背景中清晰地分辨出基板边沿。

在一个实施方式中，透镜1214的视图区域可以被改变，以增大或减小正在被照相机1208成像的区域。另外，透镜1214的放大率也可以改变。在一个实施例中，较短波长的LED可能需要较大的放大率以生成清晰的图像。

图10，图11和图12显示了BIM的不同视图。正如我们所看到的，BIM提供了一种环境，这种环境有助于提供清晰而鲜明的图像以进行故障检测。在一个实施例中，BIM包括具有可以调整，移动及/或旋转的灵活性的元件，因此，使得照相机，光学罩和基板能够定位以便于捕获清晰图像。而且，还提供了额外的背光，因此，使得拍摄的图像能够显示出基板边沿和背景间的对比。

使用BIM，可以生成更清晰更鲜明的图像，以对发生在基板边沿的故障进行检测。下面几附图显示了，如何利用BIM捕获的图像来进行故障检测。

在一个实施方式中，因为BIM生成的图像的清晰度，所以现在能够检测沿着基板边沿的故障。图13显示了，在一个实施方式中，BIM捕获的图像示例，该图像显示了基板边缘正在发生击穿。图像1300显示了坑状痕迹1302，1303，1306，1308，1310和1312，这些都是处理中发生的击穿的例子。在现有技术中，利用光学度量工具来捕获发生在远离基板边缘的地方的击穿的图像。然而，现有技术中的光学度量工具不具备捕获基板边缘的清晰图像的能力。为了识别边缘的基板的处理中的缺陷，例如击穿，可以利用BIM来捕获基板边沿的鲜明而清晰的图像。

图像14显示了，在一个实施方式中，BIM生成的可以用来识别误定位的图像示例。图像1400显示了基板边缘区域的图像。直线1402代表基板边沿。直线1404代表最后一个基板是平的的点。直线1406代表被完全除去了的薄膜层的点。曲线1408代表处理中可能出现的干涉条纹(例如1410，1412)。每个干涉条纹代表与基板边沿的距离，在该距离内，刻蚀速率恒定。

如果直线1406到直线1402的距离在不同的角度(θ)大体上相同的话，那么大体上基板中心定位于处理室内，误对齐是最小化的或者大致为零。然而，如果到基板边沿的距离，也就是从直线1402到直线1406的距离，在不同的角度(θ)不同的话，就存在误对齐。通过画出多个与基板边沿的距离/角度(θ)，可以生成一个离心曲线。如果需要更多的离心曲线，那么直线1406可以被其中一条干涉条纹取代。在一个实施例中，可以为多个到基板边沿的距离(从直线1402到干涉条纹1412生成离心曲线。

图15显示了，在一个实施方式中，描绘离心图的简图(例如，到中心的距离/恒定刻蚀速率的角度。)

图示1500显示了多个距离基板边沿的距离(E)/多个角度(θ)。正如我们所看到的，图15类似于图5。主要的区别是，在图15中，距离是到基板边沿的，而不是到基板中心的。对于每个干涉条纹可画一个离心图。在一个实施方式中，离心图大致上具有正弦曲线的形状。在一个实施方式中，从至少一个离心图中可以计算出处理中心。

画出离心图后，利用曲线拟合方程(例如来自傅立叶变换的傅立叶级数方程，最小方差拟合等)来确定方程2中的参数。

[方程2]

图16显示了，在一个实施方式中，描绘了利用BIM捕获的图像计算基板夹头的处理中心的步骤的简单流程图。

在第一个步骤1602中，提供一个基板。在一个实施方式中，该基板具有薄膜层(例如折射薄膜层)。

在下一个步骤1604中，在等离子处理室中对基板的边沿的一个区域进行处理。例如，处理的区域不包括距离基板边沿3毫米外的基板区域。

基板从等离子处理室移除之后，在下一个步骤1606中，BIM捕获基板的处理区域的多张图像。

在下一个步骤1608中，测量不同角度的到基板边缘的多个距离以得到干涉条纹。

在下一个步骤1610中，画出到基板边缘的多个距离相对于角度(θ)的点，以生成一个离心的曲线。对每个干涉条纹画出离心曲线，尽管基板偏移可能用一个离心曲线就能确定。

在下一个步骤1612中，利用曲线拟合方程(例如来自傅立叶变换的傅立叶级数方程，最小方差拟合等)来确定基板偏移的参数。本领域的技术人员对曲线拟合方程非常熟悉。所以，不在进行进一步的讨论。上述方程2的参数确定之后，在最后一个步骤1614，将参数教导给传送模块(例如大气传送模块，真空传送模块等)中的机械手臂。结果是，机械手臂现在具有将后续基板在基板夹头上进行偏移的正确坐标，所以在处理中基板能够制导到夹头的处理中心。

图17显示了，在一个实施方式中，处理BIM捕获的图像以进行故障检测的图像处理流程图。

在第一个步骤1702中，BIM捕获基板的图像。在一个实施方式中，该图像为彩色的。

在下一个步骤1704中，将图像上传到电脑系统并生成图像的数字文件。

在下一个步骤1706中，将图像转化为灰度图像，通常为8位图像。

在下一个步骤1708中，进行平滑和简化，平滑和简化指的是滤波技术，可以除去图像中的噪声，使得图像的边缘更突出。

在下一个步骤1710中，进行阈值化。阈值化指的是将图像从8位图像转化为1位图像。也就是说，现在仅仅能看到图像的边沿。图18显示了，BIM捕获的阈值化的图像的示例。区域1802代表处理前的基板图像。区域1804代表进行完阈值化之后的基板图像。如图所示，除了干涉条纹的边沿，薄膜厚度和斜角边沿之外所有的都被消去了。在一个实施方式中，进行一个额外的滤波以去除图像中存在的其它噪声，直到仅仅留下斜角边沿线和第一干涉条纹线。

在下一个步骤1712中，提取该直线并计算该空隙以确定与基板边沿的距离。此处讨论的空隙指的是基板边沿和第一干涉条纹的距离。可以重复步骤1702到1712，对于不同角度的图像。在一个实施方式中，从至少4个不同角度提取空隙数据。

在下一个步骤1714中，画出多个空隙/角度以生成离心曲线，该曲线可以是正弦曲线。

在下一个步骤1716中，利用曲线拟合方程(例如来自傅立叶变换的傅立叶级数方程，最小方差拟合等)来确定基板偏移的参数。

在最后一个步骤1718中，将调整处理中心的参数教导给传送模块中的机械手臂(例如大气传送模块，真空传送模块等)。

图19显示了，在一个实施方式中，BIM捕获的有干涉条纹的基板图像的示例。直线1902代表基板的边沿。从直线1904到直线1906，薄膜层已经在处理中被清洁掉了。曲线1908代表在处理中可能出现的干涉条纹。此处讨论的干涉条纹指的是反射光的振幅的最大点或最小点。利用下面方程3来计算两个连续的干涉条纹间的厚度。

Δt＝λ/2n      [方程3]

参数	描述
		Δt	两个连续的干涉条纹间的变化
λ	波长
		n	薄膜的指数

能够计算出两个连续的干涉条纹间的厚度变化，因为波长和指数都是已知变量。波长与BIM中用来捕捉图像的LED的波长有关。薄膜的指数是已知的，而且依赖于应用到基板的薄膜的类型。在一个实施例中，波长是500纳米，指数为2.5。本例中厚度变化为100纳米。也就是说干涉条纹(1910)间的厚度是每个100纳米。

对每个干涉条纹来说，可以计算出它到基板边沿的距离。在一个例子中，每个干涉条纹1914到基板边沿的距离(1912)是大约1875毫米。因此，曲线1908代表特定角度的基板厚度曲线。

在一个实施方式中，厚度曲线被转化为刻蚀深度曲线。因为知道薄膜层的厚度，开始的薄膜厚度去减就可以得到厚度变化(Δt)。对每个厚度变化，可以计算出刻蚀深度。确定刻蚀深度之后，就可以用前述的有创造性的圆形恒定刻蚀方法来确定基板偏移，并最终确定处理室的基板夹头的处理中心。

从本发明的具体实施方式可以看出，BIM提供了一种在线检测工具，可以捕获基板的斜角边沿的清晰而鲜明的图像，而不会浪费基板。利用这些清晰而鲜明的图像，可以对斜角边沿进行故障检测，从而可以识别并解决基板内的误对齐和缺陷。而且，进行缺陷检测的能力使得沿着基板边可能发生的处理可以更好的控制。而且，通过从方程中消去基板，可以得到处理室性能的更精确的特征。

尽管本发明采用若干实施方式的方式进行描述，然而存在变形、置换和等同替换，这些均会落入本发明的范围。而且，此处提供的题目，发明内容和摘要仅仅是为了方便，不应该用来限制权利要求的范围。而且，在本发明中，一组的“n”指的是该一组“n”中的一个或多个。应当注意的是，有很多实现本发明中的方法和装置的代替方法。因此，权利要求的范围应当被解释为涵盖这些落入本发明真实思想和范围的变形、置换和等同替换。

Claims (11)

1.一种用于捕获基板图像的斜角检测模块，该斜角检测模块包含：

支撑所述基板的基板夹头；

旋转马达，该基板夹头与该旋转马达连接，该旋转马达被配置为旋转该基板夹头从而使该基板旋转；

照相机；

光学罩，该光学罩与该照相机连接，该光学罩被配置为可以旋转的，使光线朝向该基板；

照相机支架，该照相机装载于该照相机支架，该照相机支架被配置为使该照相机可水平旋转180度，使得该照相机可以捕获该图像，该图像至少包括该基板的俯视图，仰视图和侧视图之一；及

背光装置，该背光装置被配置为提供光照给该基板，从而使该照相机能捕获该图像，该图像显示该基板和背景间的对比。

2.根据权利要求1所述的斜角检测模块，还包括外壳，该外壳使该斜角检测模块与等离子处理系统连接。

3.根据权利要求1所述的斜角检测模块，还包括凹痕和晶圆边沿传感器，该凹痕和晶圆边沿传感器被配置为识别该基板和基板凹痕。

4.根据权利要求1所述的斜角检测模块，还包括真空传感器和开关，该真空传感器和开关被配置为防止正在进行检测的该基板被取出。

5.根据权利要求1所述的斜角检测模块，其中该照相机支架被配置为可调整的，因此使该照相机支架可以根据该基板的尺寸作出调整。

6.根据权利要求1所述的斜角检测模块，其中该照相机被配置为至少在纵向，侧向和旋转方向之一是可调整的，因此使该照相机可以作出调整以捕获该图像，该图像至少包括该基板的俯视图，仰视图和侧视图之一。

7.根据权利要求1所述的斜角检测模块，其中该照相机捕获的图像区别该基板边缘与该背景。

8.根据权利要求7所述的斜角检测模块，其中根据该图像推出一组测量数据以识别该基板的缺陷。

9.根据权利要求7所述的斜角检测模块，其中利用从该图像推出的一组测量数据来生成薄膜厚度曲线。

10.根据权利要求7所述的斜角检测模块，其中利用从该图像推出的一组测量数据来识别误对齐。

11.根据权利要求10所述的斜角检测模块，其中该组测量数据被用于确定位于处理室中的所述基板夹头的处理中心，通过测量从该基板边缘的一组距离以得到干涉条纹，该组距离是在一组角度上测量的；

生成离心曲线，该离心曲线为与该组角度有关的该组距离的图形形式；

对该离心曲线应用曲线拟合方程以计算该处理中心。

Images