CN101911276B - 使用至少一个光源校准末端执行器对准的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明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。该方法包括提供从该末端执行器到该卡盘的第一光束。该方法包括使该末端执行器沿着预定校准路径移动以使该第一光束遍历该卡盘的表面。该方法还包括接收一组反射光信号，该组反射光信号是至少在该移动过程中该表面反射该第一光束时产生的。该方法包括分析该组反射光信号以识别三个或更多间断。该三个或更多间断与当该第一光束遇到该卡盘的边缘时产生的三个或更多反射光信号有关。该方法还包括根据该三个或更多间断确定三个或更多坐标数据点，该三个或更多坐标数据点代表该卡盘的该边缘上的三个或更多点。该方法包括根据该三个或更多坐标数据点确定该卡盘的中心。

Description

使用至少一个光源校准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。在名称为“SYSTEMS AND METHODS FORCALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN A PLASMAPROCESSING SYSTEM”，代理文档号为LMRX-P143/P1747和名称为“SYSTEMS AND METHODS FOR DYNAMIC ALIGNMENTBEAM CALIBRATION”，代理文档号为“LMRX-P144/P1748”的，由本申请的发明人在同一天申请的共同待定专利申请中(将其通过引用并入此处)，已经提出了解决这种末端执行器/卡盘误对准的技术。关于在上述两个专利申请“SYSTEMS AND METHODS FORCALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN A PLASMAPROCESSING SYSTEM”和“SYSTEMS AND METHODS FORDYNAMIC ALIGNMENT BEAM CALIBRATION”的细节可以在下面的讨论A和讨论B中回顾。
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。该方法包括提供从该末端执行器到该卡盘的第一光束。该方法包括使该末端执行器沿着预定校准路径移动以使该第一光束遍历(traverse)该卡盘的表面。该方法还包括接收一组反射光信号，该组反射光信号是至少在该移动过程中该表面反射该第一光束时产生的。该方法包括分析该组反射光信号以识别三个或更多间断。该三个或更多间断与当该第一光束遇到该卡盘的边缘时产生的三个或更多反射光信号有关。该方法还包括根据该三个或更多间断确定三个或更多坐标数据点，该三个或更多坐标数据点代表该卡盘的该边缘上的三个或更多点。该方法包括根据该三个或更多坐标数据点确定该卡盘的中心。
上述概述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。
附图说明
本发明是以附图中各图中的实施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2A显示，依照本发明的一个实施方式，用于相对于卡盘中心校准末端执行器的原地光学末端执行器校准装置的一部分。
图2B显示了，依照本发明的一个实施方式，用于原地校准末端执行器的竖直位置的原地光学末端执行器校准装置的一部分。
图3A显示了，依照本发明的一个实施方式，相对于卡盘中心校准末端执行器的原地光学末端执行器校准方法的直观流程图。
图3B显示了，依照本发明的一个实施方式，校准末端执行器的竖直位置的原地光学末端执行器校准方法的直观流程图。
讨论A的图A1显示了用于在晶圆传送过程中支撑晶圆的典型的现有技术末端执行器。
讨论A的图A2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。
讨论A的图A3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。
讨论B的图B1显示了用于在晶圆传送过程中支撑晶圆的典型的现有技术末端执行器。
讨论B的图B2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，其描绘了为了DA射线校准的目的产生或模拟正确定心的晶圆/末端执行器总成的光学晶圆定心系统的至少一部分的俯视图。
讨论B的图B3显示了，依照本发明的一个实施方式，使用光学晶圆定心技术以便于DA射线校准而产生或模拟相对于该末端执行器限定中心定心的晶圆的各步骤的直观流程图。
具体实施方式
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将卡盘的中心与机械臂控制器配准(register)从而该机械臂控制器可以在该机器人坐标系中确定该卡盘和该卡盘中心在该处理模块中的位置。本发明的实施方式还涉及用于校准末端执行器相对于该卡盘的上表面的竖直位置的原地方法和装置。
在本发明的一个方面中，本文的发明人意识到，在它自己的坐标系中，机械臂控制器通常该机械臂的当前位置。因为该末端执行器固定于该机械臂，该机械臂控制器还会在它自己的坐标系将该末端执行器的当前位置关联到该机械臂控制器自己的坐标系。
在本发明的一个或多个实施方式中，该末端执行器的当前位置(该机械臂控制器可以在它自己的坐标系中确定这个位置)被关联到该卡盘的某些特征以实现末端执行器校准。在一个或多个实施方式中，使用一种光学末端执行器对准技术，其中光源(例如，激光束)被固定到该末端执行器，而该末端执行器在该卡盘上方以预定校准路径传送以获得与该卡盘相关的数据点来执行末端执行器校准。
当光束从该光源沿着该校准路径遍历该卡盘上方(包括该卡盘的外部边缘)时，使用传感器来获得反射光。分析该反射光的间断(discontinuities)，该间断是当光源遭遇该卡盘外缘时反射光的变化的指示。该机械臂控制器将该间断的出现与间断发生处的机械臂坐标相关联。如果获得三个或更多的数据点(包含间断检测和相应的机械臂坐标)，就可以使用推断逻辑来在该机械臂控制器的坐标系中推断出圆周，该圆周代表了该卡盘和/或该卡盘中心。这种推断可以使用市售的软件工具执行，比如例如与从Woodcliff Lake，NJ的Keyence公司能够得到的CV-3002系列控制器CV-H3N一起使用的Keyence通信软件。
在知道了该卡盘中心的坐标的情况下，该机械臂控制器可以相对该卡盘中心校准该末端执行器。注意，使用所提出的光学末端执行器校准技术，为了定心该末端执行器而固定于该卡盘的专门硬件夹具的使用不再是必要的了。相应地，优点是消除了与现有技术专门硬件夹具方式有关的缺点和危险。
进一步，将光源(例如激光源)定位在末端执行器限定中心以执行光学末端执行器校准也不是必须的了。换句话说，如果需要的话，光源可以偏移末端执行器限定中心。只要从末端执行器上的光源位置到末端执行器限定中心的偏移是已知的，在计算代表该卡盘和/或该卡盘中心的圆周以将该末端执行器限定中心相对该卡盘中心对准或计算由该机械臂进行的实际移动以允许该末端执行器定心该卡盘上的生产晶圆时，就可以把这个偏移纳入考虑。再进一步，将该传感器定位在该末端执行器自身上也不是必须的了。只要有一个传感器是这样放置的，即那个传感器能够获得足够多的反射光以检测上述间断，那么该传感器自身可以被放置在该处理模块内部或外部的任何需要位置。
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2A显示了，依照本发明的一个实施方式，一个原地光学末端执行器校准装置的一部分，该校准装置包括安装在末端执行器204末端的激光源202(其与图2的实施例中的传感器集成在一起)。如同提到过的，为了末端执行器校准，该光源可以被配置在该末端执行器上的任何地方，只要知道该光源和末端执行器限定中心之间的偏移。
还显示了卡盘206，代表安装在等离子体处理系统的处理模块中的卡盘。在校准过程中，该机械臂控制器(未示)使该机械臂沿着预定校准路径移动以产生至少三个卡盘边缘数据点。该机械臂沿着该校准路径的移动使得由激光源202提供的光束208沿着路径210遍历，如图所示。在一个或多个实施方式中，路径210包括至少两段，这两段中每一个都包括在卡盘206的边缘250上的至少两个点。当光束208沿着路径210移动时，该传感器记录下反射光并分析该反射光的间断。
当光束206冲击到沿着卡盘206的边缘250的位置212a时，通过分析该反射光的逻辑可以确定该反射光的间断。当检测出间断事件时，该机械臂控制器在它自己的坐标系中记录它自己的机械臂位置。当光束沿着路径210移动时，该光束冲击卡盘边缘处的位置212b和212c，两个额外的间断事件被确定。再次，该机械臂控制器将该确定的间断与当时的机器人坐标关联起来。在该机械臂的移动使得光束208完成它沿着路径210的遍历之后，得到了三个间断点，以及它们相应的机器人坐标。
然后可以使用逻辑来从这三个间断点推断出代表卡盘206的圆周。注意，因为该间断点是记录在该机器人坐标系中的，代表卡盘206的该圆周在该机器人坐标系中很容易计算。进一步，卡盘206的中心在该机器人坐标系中也很容易计算。
注意，路径210可代表被配置为在三个或更多位置上遍历该卡盘的边缘以产生至少三个间断点的任何的任意路径，。一般而言，机器人操作者对卡盘会被定位在哪里有大致了解并且在一个实施方式中可以对该机械臂控制器编程以使该机械臂以能够高效地产生间隔很宽的间断点的方式移动以确保可以准确地计算代表卡盘206的圆周。执行这种计算的一个实施例工具可以是与CV-3002系列控制器CV-H3N一起使用的Keyence通信软件，能够从WoodcliffLake，NJ的Keyence公司得到。
图2B显示了，依照本发明的一个实施方式，用于相对于该卡盘的上表面校准该末端执行器的竖直位置的光学装置。图2B显示了被配置为发射穿过该处理模块的壁中的窗234的光束232(例如，激光束)的光源230(例如，激光源)。尽管图中显示该窗被配置在该处理模块的远侧壁上(例如，对着晶圆被插入和除去所通过的门的那个壁)，然而这个位置不是绝对要求。
在一个实施方式中，光束232的高度代表晶圆传送过程中用于定位末端执行器240的卡盘206上方的期望高度。传感器(未示)被配置在该末端执行器上以允许该机器人控制系统确定当末端执行器240沿着竖直校准路径(例如，在与射线232交叉的Z方向上)移动时光束232何时冲击末端执行器240。
当置于末端执行器240末端的传感器检测到光束232时，该机械臂控制器可记录在机器人坐标系中当时的机械臂的竖直位置。在晶圆传送过程中，该机械臂的记录的竖直位置可以用于竖直定位该末端执行器。
作为一个替代，光源230可以被安装在处理室242内部而可以免除窗234。
替代地或附加地，分析来自光源232的反射光以及分析其间断以校准该末端执行器的竖直位置是可能的。在一个或多个实施方式中，当该机械臂控制器命令末端执行器240沿着与光束232交叉的竖直校准路径移动时，可以使用传感器获得来自光源230的检测到的光。当光束232冲击末端执行器240时，可以确定反射光中的间断。这种间断可以与该机械臂的当前坐标关联起来，从而基本上记录下该激光束在该卡盘上方的机器人坐标。当使用反射光方式时，在任何合适的位置(包括不是配置在末端执行器240上或末端执行器240附近的位置)安装传感器以获取从光源230反射开的光是可能的。
图3A显示了，依照本发明的一个实施方式，用于相对于该卡盘中心实现光学末端执行器的简化流程图。在步骤302中，一个光源(比如激光源)被固定于该末端执行器。在步骤304中，该末端执行器与该固定的光源一起，被沿着该卡盘的上表面上方的预定轨道路径移动。
在该末端执行器在该卡盘的上表面上方移动的过程中，来自光源的光束被导向该卡盘的上表面。来自该光源的反射光被获取并分析其间断(步骤306)。如果接收到了间断(308中的路径“是”)，记录该机械臂位置的机器人坐标(310)。该处理过程继续(箭头312)，直到得到预定数量的间断和它们的相应机械臂坐标或者直到该轨道遍历完成。
在获得所需的连续点之后，可以使用推断逻辑以确定该卡盘的边缘、半径和中心。在一个或多个实施方式中，需要至少三个间断点，尽管根据由该机械臂控制器限定的轨道，也可以获得更多的点以进行相对该卡盘中心的光学末端执行器校准。
图3B显示了，依照本发明的一个实施方式，用于校准末端执行器相对于卡盘的上表面的竖直位置的简化流程图。在图3B的流程图中，确定激光束(比如图2B的激光束232)的竖直位置以在晶圆转移过程中和/或当准备将该晶圆放在该卡盘上时竖直定位该末端执行器。在步骤370中，光源(比如激光源)被固定于该卡盘上方期望高度处的该处理模块内壁或者该处理模块外面，如图2B所示。该激光源的目的是在期望高度上发射基本上平行于该卡盘的上表面的激光束以进行末端执行器竖直定位。
在步骤372中，能够感测该激光束的传感器被固定于该末端执行器并被如此配置，即当该末端执行器沿着竖直校准路径(例如，在Z方向上，向下朝着该卡盘和/或向上远离该卡盘的上表面)移动时该传感器被该激光束照射。在步骤374中，使该末端执行器(包括上述传感器)在与该激光束交叉的Z方向上移动。如果该传感器检测到该激光束，那么记录当时的机器人坐标以记录该机械臂的位置。这个竖直位置可以被该机械臂控制器用来在晶圆传送过程中和/或准备在该卡盘上放置晶圆时竖直定位该末端执行器。
从上文可以看出，本发明的实施方式使得该机械臂控制器能够在该机器人坐标系中确定该卡盘和该卡盘中心在任何给定处理模块中的位置。替代地或附加地，如果需要的话，该机械臂控制器还可以确定晶圆传送过程中对应于该机械臂的竖直位置的机器人坐标。
因为为了使末端执行器相对卡盘定心而对固定于该卡盘的专门硬件夹具的使用不再是必要的了，所以可以避免该现有技术的缺点。例如，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处理。这些条件包括，例如，类似的真空条件和类似的机器人随动系统参数。因为不使用机械夹具，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同时又没有损害室和/或制造器件的危险成为可能。
讨论A[开始]
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，该晶圆是使用等离子体处理系统处理的，该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，该衬底(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。该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。该末端执行器通常被配置在机械臂上。图A1显示了用于在晶圆传送过程中支撑晶圆A104的典型的现有技术末端执行器A102。为了进行说明，图中还显示了机械臂A106的一部分。
一般而言，在晶圆传送序列过程中，机械臂首先移动末端执行器以从晶圆存储箱或台上拾取晶圆。一旦晶圆被置于末端执行器上后，机械臂会通过处理模块中的门将晶圆移动到等离子体处理模块中。然后机械臂将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)在卡盘上。如果末端执行器相对于卡盘完美地定心，而晶圆相对于末端执行器完美地定心，那么当机械臂将晶圆放在卡盘上时晶圆会相对于卡盘完美地定心。
从机器人控制器的角度看，重要的是知道卡盘的中心以使机器人控制器将末端执行器定心在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，机器人控制器需要被教导卡盘和卡盘中心的位置。换句话说，机器人控制器必须在它自己的坐标系中确定卡盘和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，由于机器人加工和/或制造和/或总成容差)。
为了补偿末端执行器/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，末端执行器中心相对卡盘中心的对准是使用制造的机械夹具完成的，机械夹具装配在卡盘边缘上或固定于处理模块的内部。机械夹具具有关键特征(基本上是用于末端执行器的位于中心的突起)，该关键特征允许末端执行器正对着停在校准夹具的该关键特征上。因为夹具是相对于卡盘定心的，所以当末端执行器对着夹具的关键特征停放时，末端执行器中心会定心在卡盘上。通常，对着关键特征定位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。
在操作者对着关键特征定位末端执行器后，操作者使机械臂的位置与自动控制系统配准(register)以便机器人控制系统能够在机器人控制的坐标系中记录机械臂的位置，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，机械臂将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。如果晶圆是相对于末端执行器定心的，末端执行器中心现在实际与卡盘中心对准的这个事实会使得当晶圆被机械臂放置在卡盘上以进行晶圆处理时晶圆相对于卡盘定心。
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。而且，如果这种校准是在已经在该处理模块中执行了一些等离子体周期之后实地完成的(例如，响应末端执行器在生产运转之后可能不是相对于卡盘定心的考虑)，那么物理校准夹具在卡盘上的固定可能导致该卡盘上或卡盘附近沉积的微粒剥落到该处理室中。在后续的处理周期中，这些微粒形成微粒污染物，这是不想要的。
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情况。这是因为在生产过程中，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，包括操作者拉或推该末端执行器以正对该机械夹具的关键特征停放)，那么当操作者放开机械臂并将这个末端执行器/卡盘对准位置与机器人控制器配准时，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，包括例如该机器人马达被去激励(de-energized)的事实。当机械臂拉远时，即便拉远一个机器人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。如果该校准过程不精确，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。
图A1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A2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A3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。
本发明的实施方式涉及用于执行末端执行器校准而不是用机械夹具或遭受与现有技术末端执行器校准方式相关的缺点的原地方法和装置。如前所述，为了执行末端执行器校准，末端执行器中心或末端执行器限定中心(即，由末端执行器限定/确定的中心，它可能或可能不一定是末端执行器的质量或几何中心)需要与卡盘中心对准。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，该数据使机器人控制器能够使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，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，当机器人控制器相信末端执行器相对于卡盘理论上定心时，末端执行器相对于卡盘所占据的位置)时拍摄该末端执行器和该卡盘的静止图像。该末端执行器装备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(比如该卡盘圆周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向量被计算出来。然后这个位置向量被提供到该机器人控制器以使该机器人控制器能够补偿末端执行器/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。该照相机和/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)。通过在基本上等同于生产过程中经历的条件的条件下执行校准，由于压强差而产生的校准误差可以基本上被消除。
在本发明的一个或多个实施方式中，该末端执行器装备有刻痕线。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，该末端执行器上的该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圆周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，该卡盘自身的外部圆周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，该卡盘的圆形圆周)，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该机器人控制系统以补偿末端执行器/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A2显示了，依照本发明的一个实施方式，等离子体处理系统A220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A220中)而无需机械夹具的原地光学末端执行器校准系统A200的至少一部分的俯视图。如图A2所示，该原地光学末端执行器校准系统A200包括末端执行器A202，末端执行器A202上有刻痕标记A204。在图2的实施例中，该刻痕标记A204是代表圆周的一部分的弧，其中心与由末端执行器A202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刻痕是本领域技术人员所掌握的。
图A2还显示了卡盘A206，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A222产生所需的校正向量。在校准过程中，图像获取器件A250(例如，置于末端执行器A202和卡盘A206上方的摄像头)可以拍摄末端执行器A202(包括刻痕标记A204)的至少一部分以及卡盘A206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摄像头和/或镜头装置拍摄的，那么卡盘A206的一部分可以是隐藏在末端执行器A202下方的。
虽然如此，处理单元A224(例如，逻辑模块A210中所包括的)能够重建由卡盘A206的圆形外围形成的圆周，以及确定该圆周的中心(其代表卡盘A202的中心)。同样地，处理单元A224(例如，逻辑模块A210中所包括的)能够重建该圆周(其中刻痕线/弧A204是该圆周的一部分)以及确定那个圆周的中心。这个圆周在图A2中用虚线圆周A212表示。
图A2还显示了末端执行器中心A214，表示由上述处理单元A224确定的末端执行器限定中心A202。还显示了卡盘中心A216，表示卡盘A206的中心。然后产生从末端执行器中心A214到卡盘中心A216的差异向量A218。因为末端执行器中心A214表示理论上的末端执行器/卡盘对准位置而卡盘中心A216表示实际的末端执行器/卡盘对准位置，所以位置差异向量A218表示要使末端执行器中心A214与卡盘中心A216对准所需要的校正量。当末端执行器A214与卡盘中心A216对准时，实现了实际的末端执行器/卡盘对准。通过向机器人控制系统A222提供这个差异向量A218，在生产过程中，机器人控制系统A222能够使该机器人从末端执行器中心A214移动由该位置差异向量A218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A3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，使用参考图A2的实施例所讨论的一个或多个元件执行。在步骤A302中，该末端执行器被该机械臂移动到该理论上的末端执行器/卡盘对准，即，该机器人控制系统认为已经相对于该卡盘定心该末端执行器的位置。在步骤A304中，以结合图A2讨论的方式拍摄该末端执行器、该末端执行器上的该可视指示符以及该卡盘的静止图像。
在步骤A306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圆周所形成的圆周。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A308涉及沿着该图像中的对比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周。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领域技术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一起使用的Keyence通信软件，可以从Woodcliff Lake的Keyence公司得到)来完成。
在步骤A310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)重新产生的圆周确定的。在步骤A312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，该卡盘的外部圆周)重新产生的圆周确定的。在步骤A314中，确定从该末端执行器中心到该卡盘中心的差异向量。在步骤A316中，向该机器人控制系统提供这个差异向量以使得该机器人控制系统在生产过程中移动该机械臂以补偿该末端执行器/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器人随动系统参数。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同时又没有损害室和/或制造器件的危险成为可能。
讨论A[结束]
讨论B[开始]
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B1显示了用于在晶圆传送过程中支撑晶圆B104的典型的现有技术末端执行器B102。为了进行说明，图中还显示了机械臂B106的一部分。
一般而言，在晶圆传送序列过程中，机械臂首先移动末端执行器以从晶圆存储箱或台上拾取晶圆。一旦晶圆被置于末端执行器上后，机械臂会通过处理模块中的门将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。如果末端执行器相对于卡盘正确地定心，而晶圆相对于该末端执行器正确地定心，那么当机械臂将晶圆放在卡盘上时晶圆会相对于卡盘正确地定心。然而，由于各种原因(下面会讨论其中一些)，很少遇到这种理想的情形。
由于处理室的各种元件之间的机器人加工和/或制造容差，在给定处理模块中，由末端执行器限定的中心(此处称为“末端执行器中心”或“末端执行器限定中心”)相对于卡盘的中心略微偏移是可能的。因此，由末端执行器限定的中心没有与机器人控制器认为是晶圆放置的正确位置的机械臂位置处的卡盘的中心正确对准是可能的。如果在生产过程中不对这个末端执行器/卡盘误对准进行补偿的话，那么在晶圆处理过程中，晶圆相对于卡盘中心可能是不精确地放置的。在名称为“SYSTEM AND METHOD FORCALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN A PLASMAPROCESSING SYSTEM”，代理案卷号为LMRX-P143/P1747，在同一日由同一发明人申请的共同待定专利申请(其内容通过引用而并入)中，已经提出了解决这种末端执行器/卡盘误对准的技术。
然而，即使末端执行器中心是与卡盘中心正确对准的(或者使其达到正确对准的效果)，在生产过程中存在另一个可能导致晶圆/卡盘误对准的误差的潜在来源。也就是说，不同的生产晶圆可能被不同地定位在末端执行器上。如果末端执行器中心不是正确或一致地与晶圆中心对准的话，在生产过程中晶圆/卡盘误对准仍然可能发生。在这种情况下，末端执行器中心与卡盘中心正确对准，晶圆/末端执行器误对准会导致当该末端执行器将晶圆放在卡盘上以进行处理时晶圆相对于卡盘偏移。
与末端执行器/卡盘误对准问题(该问题通常对于给定处理模块中所有的晶圆是一致的误差，因为该对准误差来自室元件容差和机器人校准问题)不同，该晶圆/末端执行器误对准可能随着每个生产晶圆而变化。换句话说，每个生产晶圆可能以不同方式被定位在末端执行器上，导致误对准的差异。相应地，解决这种末端执行器/晶圆误对准的方案需要动态方法，即，一个在生产过程中可以对每个单独的生产晶圆相对于末端执行器的误差进行调整的方法。
在现有技术中，末端执行器/晶圆误对准问题是使用动态对准射线的方式解决的。动态对准(DA)射线检测系统通常使用位于该等离子体处理模块门的入口处的两条射线(即，激光束)。当晶圆移动穿过DA射线(该射线与该晶圆的移动平面呈直角)时，当该晶圆进入该射线时该DA射线被打断，然后在该晶圆不再存在的点处恢复。射线信号打断-然后-恢复的样式产生了生产DA射线样式。
在动态对准射线方式中，获得参考DA射线样式，即当被正确地定心在该末端执行器上的晶圆移动传过该DA射线时所产生的DA射线样式，是必须的。通过比较生产DA射线样式(即，对生产晶圆获得的射线样式)与参考DA射线样式，可以获得误差向量。然后该机器人控制器可以使该机械臂移动所需的量以在生产过程中对该末端执行器/晶圆误对准作出修正。关于动态对准射线的进一步的信息可以在例如获得授权的美国专利6,502,054和6,629,053中找到，将其通过引用并入此处。
获得参考DA射线样式的处理过程在此处被称为DA射线校准。为了校准该DA射线，有必要获得或得到DA射线校准总成并移动该DA射线校准总成通过该DA射线从而可以获得参考DA射线样式，其中该DA射线校准总成包括正确定心在该末端执行器上的晶圆。
在现有技术中，DA射线校准总成是使用制造的碟片(disk)得到的，碟片模拟一个晶圆。碟片具有向下凸起的法兰，该法兰适合放在末端执行器的切口上(比如图B1中的末端执行器B102的切口B110)。一旦碟片被安装到末端执行器的切口，这种结合模拟了相对于末端执行器正确定心的晶圆。然后该模拟晶圆/末端执行器的结合被机械臂移动，以朝着卡盘直线轨道路径穿过DA射线以得到参考DA射线样式。
然而，使用模拟碟片形成校准总成以获得参考DA射线样式的现有技术方案有缺点。首先，在末端执行器上固定物理机械夹具(比如模拟晶圆的碟片)有可能损害末端执行器。而且，如果这个校准是在已经在处理模块中执行了一些等离子体周期后实地完成的，那么物理或机械夹具在末端执行器上的放置有可能导致末端执行器上或附近沉积的微粒剥落到处理模块中。在后续处理周期中，这些微粒形成微粒污染物，这是我们不想要的。
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情况。这是因为在生产过程中，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。因为没有忠实再现校准条件，精确校准是不可能的。如果校准过程是不精确的，那么生产过程中不精确的晶圆放置可能出现，带来更少的良率和产品拒绝和/或故障率的增加。
本发明的实施方式涉及用于建造为了校准DA(动态对准)射线的DA射线校准总成的方法和装置。在一个实施方式中，该DA射线校准总成(相对于末端执行器校准晶圆)的晶圆定心要求被使用机械臂移动以补偿末端执行器上不正确定心的校准晶圆模拟出来。使用光学晶圆定心方法以确定为了补偿不正确的末端执行器/晶圆对准机械臂需要的校正量。通过使用机械臂移动补偿不正确的末端执行器/晶圆对准，通过模拟实现了在末端执行器上正确定心晶圆的效果。
一旦该机械臂移动了补偿不正确的末端执行器/晶圆对准所需的量后(使用通过上述光学晶圆定心方法获得的补偿数据)，产生的DA射线校准总成可以被移动穿过该DA射线以获得期望的参考DA射线样式。优点是，本发明的实施方式实现了DA射线校准而无需机械夹具(例如，模拟晶圆的碟片)或经历与现有技术DA射线校准方式有关的缺点。
在本发明的一个或多个实施方式中，使用光学晶圆定心技术以确定校准晶圆(即，用于DA射线校准的晶圆)相对于末端执行器限定中心的位置。注意，校准晶圆可代表任何晶圆或基本上类似于在生产中使用的晶圆坯件。这种光学晶圆定心处理过程产生了数据，该数据使机器人控制器能够使机械臂移动对该校准晶圆中心和该末端执行器中心之间的任何偏移进行调整所需的量。
在本发明的一个或多个实施方式中，拍摄当校准晶圆被置于末端执行器上时该校准晶圆的至少一部分和该末端执行器的至少一部分的至少一个静止图像。该末端执行器具有一个或多个可视指示符，该可视指示符使得处理单元能够从拍摄的静止图像中确定该末端执行器限定中心。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线(或形成圆周的弧的任何参考标记)。该刻痕线如此在该末端执行器上定位使得即便晶圆被配置在该末端执行器上也能拍摄该刻痕线的静止图像。在一个实施方式中，该末端执行器上的该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。通过确定该圆周的弧和中心(其中该刻痕线是该圆周的一部分)，可以确定该末端执行器限定中心。
该晶圆类似地具有一个或多个可视特征(比如该晶圆边缘的大体呈圆形的轮廓)以使得该处理单元能够确定该晶圆的中心。如同该末端执行器的情况一样，替代地或附加地，可以对该校准晶圆提供一个或多个可视指示符以允许该处理单元更高效地确定该晶圆的中心。然而，在一个优选实施方式中，该晶圆自身的外部边缘组成这种期望的可视指示符。一旦该晶圆中心和该末端执行器中心由该处理单元确定后，就计算这两个中心之间的偏移(即，“delta”)。
大体说来，有至少两种校正晶圆/末端执行器误对准的技术。第一种技术是物理校正。物理校正是通过将该末端执行器和晶圆移动到保持台完成的。然后该晶圆被放置在该保持台，然后该机械臂使该末端执行器移动距离“delta”以校正该光学晶圆定心方法所发现的偏移。然后该末端执行器再次拾起该晶圆以进行光学分析。实际上，执行该晶圆在该末端执行器上的物理重定位。该处理可以被反复执行，直到发现该晶圆已经令人满意地被定心在该末端执行器上。
校正晶圆/末端执行器误对准的第二种技术是使机械臂移动(其有效地移动该末端执行器和晶圆总成)基于由光学晶圆定心过程确定的数据的容差校正向量。对于DA射线来说，这种移动模拟了晶圆的位置，该位置是如果该校准晶圆被正确定心在该末端执行器的话该校准晶圆会占据的位置。在这种校正后，该末端执行器/晶圆总成可以被移动穿过该DA射线(优选地沿着直线)以获得期望的参考DA射线。
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B2显示了，依照本发明的一个实施方式，等离子体处理系统B220的示意图，其描绘了光学晶圆定心系统的至少一部分的俯视图，该光学晶圆定心系统用于产生和模拟用于DA射线校准的正确定心的晶圆/末端执行器总成。如图B2中所示，该光学晶圆定心系统包括末端执行器B202，末端执行器B202上面有刻痕标记B204。在图B2的实施例中，刻痕标记B204是代表圆周的一部分的弧，该圆周的中心与该末端执行器限定中心重合。
图B2还显示了晶圆B206，代表用于形成参考DA射线样式的校准晶圆。光学晶圆定心系统被配置为使用光学方法确定该晶圆的中心和该末端执行器限定中心以执行该晶圆在该末端执行器上实际的定心或模拟该末端执行器上的正确定心的晶圆以进行DA射线校准。
在光学晶圆定心过程中，图像获取器件B250(例如，置于末端执行器B202和晶圆B206上方的照相机)可以拍摄末端执行器B202(包括刻痕标记B204)的和晶圆B206的至少一个静止图像。注意，如果该静止图像是从头顶上从照相机和/或镜头装置拍摄的话，末端执行器B202的一部分可能隐藏在晶圆B206以下。不论如何，刻痕标记B204的一些或全部被捕获在该静止图像中是很重要的。
处理单元B224(例如，逻辑模块B208中包括的)可以能够重建由晶圆B206的圆形边缘形成的圆周以及确定那个圆周的中心(其代表晶圆B206的中心B210)。同样地，处理单元B224(例如，逻辑模块B210中所包括的)能够重建该圆周(其中刻痕线/弧B204是该圆周的一部分)以及确定那个圆周的中心。这个圆周在图B2中用虚线圆周B212表示。
图B2还显示了末端执行器中心B214，代表如由上述处理单元确定的末端执行器限定中心B202。然后产生delta B216(即，计算出的从晶圆中心B210到末端执行器中心B214的差异)。这个deltaB216，代表机械臂使用的校正因子，以将晶圆从它的当前位置(其是相对于该末端执行器不正确的定心的)移动到正确地定心的校准晶圆会占据的那个位置。
换句话说，一旦机械臂做出了这个校正，置于末端执行器上的晶圆对DA射线看起来像是与正确定心在末端执行器上的晶圆看起来那样。通过记录该DA射线的打断-然后-恢复样式，可以获得参考DA射线样式。如同讨论过的，在生产过程中可以使用这个参考DA射线样式来与生产DA射线样式(也就是说，在生产晶圆是产生的DA射线样式)进行比较以确定生产过程中那个生产晶圆需要的机械臂校正的量。
替代地，如同前面讨论的，机械臂可以将校准晶圆移动到保持台或保持夹具。一旦校准晶圆被放置在保持台或保持夹具中，机械臂可以使末端执行器移动位置校正向量(在光学晶圆定心处理过程中获得的)以相对于校准晶圆重新定位末端执行器。成像、对偏移的检测以及在末端执行器上重新定位晶圆的处理过程可以被反复执行，直到晶圆被令人满意地定心在末端执行器上。然后使用所产生的校准夹具(即，在该末端执行器上正确定心的晶圆)以前面讨论的那种方式获得参考DA射线样式。
在一个实施方式中，该光学晶圆定心系统可以是原地执行的(例如，使用当晶圆和末端执行器被置于处理模块内部时可以获得静止图像的照相机和/或镜头装置)。在同样的或替代的实施方式中，处理模块被放置在基本上近似生产条件的条件下。尽管不是绝对必要的，然而原地光学晶圆定心和/或原地DA射线校准有利地允许定心和/或校准可以在基本上类似于生产条件的条件下执行，从而减少与定心相关的误差和/或与校准相关的误差。
一旦原地拍摄了静止图像，包括校准晶圆和末端执行器的总成被从处理模块除去。然后可以进行任何期望的校正，以解决末端执行器/晶圆的误对准。在进行完该校正后，包括该校准晶圆和该末端执行器的总成被再一次通过该DA射线引入该处理模块以产生期望的参考DA射线样式。
在另一个实施方式中，该光学晶圆定心技术可以在该处理模块外执行。一旦拍摄并分析了该静止图像并进行了任何必要的校正，包括该校准晶圆和该末端执行器的校准总成被再一次通过该DA射线引入该处理模块以产生期望的DA射线样式。
图B3显示了，依照本发明的一个实施方式，用于使用光学晶圆定心技术产生或模拟相对于该限定中心定心的晶圆以便于进行DA射线校准的各步骤的流程图。该方法可以通过，例如，使用参考图B2的实施例讨论的元件中的一个或多个来执行。在步骤B302中，晶圆被放置在该末端执行器上从而可以拍摄静止图像(包括该末端执行器上的一个或多个可视指示符以及该晶圆的一个或多个可视指示符)。
在步骤B304中，以结合图B2讨论的方式拍摄该末端执行器、该末端执行器以及该晶圆上的一个或多个可视指示符的静止图像。
在步骤B306中，进行图像处理以确定该末端执行器上的该一个或多个可视指示符以确定由该晶圆的外部边缘形成的圆周。在一个实施方式中，分析该静止图像的对比度(contrast)。为了协助处理单元，照相机和/或镜头可以配置为光频、照明条件、光圈、焦距、观察区域等对于确定对比度是最佳的，并允许处理单元获得提供用于确定末端执行器中心和晶圆中心的数据的可视指示符。本领域的人员从上文中很容易看出，可以采取对这些参数和条件以及其它图像相关参数的控制以改善图像中的对比度并使得图像处理更准确。
在一个实施方式中，步骤B308涉及沿着该静止图像中的对比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周。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领域技术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一起使用的Keyence通信软件，可以从Woodcliff Lake的Keyence公司得到)来完成。
在步骤B310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)重新产生的圆周确定的。
在步骤B312中，该晶圆的中心是从由该处理单元从该晶圆可视指示符(例如，该晶圆的外部边缘)重新产生的圆周确定的。
在步骤B314中，然后产生那两个中心之间的差异(即，计算出的从晶圆中心到末端执行器中心的差异)。例如，在一个实施方式中，该DA射线样式被用于重建代表那两个晶圆(例如，该生产晶圆和该校准晶圆)的两个圆周以确定它们的中心(和该晶圆中心之间的差异)。然后使用一个算法来确定移动该机械臂所需的位置校正向量，以允许相对于该末端执行器不正确的定心的晶圆对该DA射线看起来像是那个晶圆相对于该末端执行器被正确的定心一样。
在步骤B316中，将这个误差向量提供到该机器人控制器以允许该机器人控制器执行该补偿。一旦该末端执行器/晶圆误对准被补偿，包括该校准晶圆和该末端执行器的该校准夹具被移动穿过该DA射线(优选地以直线方式)以获得上述参考DA射线样式。
如同从上文可以看出的，本发明的实施方式便于以没有与现有技术机械夹具方式有关的缺点的方式获得参考DA射线样式。而且，消除使用特别构造的碟片以模拟正确定心的晶圆的需要消除了将不熟悉的硬件引入该等离子体处理模块，从而减少了与校准相关的末端执行器损伤和与校准相关的微粒污染的可能性。
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，这些实施例意在对本发明进行说明而非限制。例如，尽管本文实施例的可视指示符是一个弧，然而可以使用能够使得该处理单元产生该末端执行器中心和/或该晶圆中心的任何其它可视标记。
讨论B[结束]
尽管本文提供了各种实施例，然而这些实施例意在是说明性的，而非对本发明的限制。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，因此不能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。

Claims (15)

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：
提供从所述末端执行器到所述卡盘的第一光束；
使所述末端执行器沿着预定校准路径移动以使所述第一光束遍历所述卡盘的表面；
接收一组反射光信号，所述组反射光信号是至少在该移动过程中所述表面反射所述第一光束时产生的；
分析所述组反射光信号以识别三个或更多间断，其中所述三个或更多间断与当所述第一光束遇到所述卡盘的边缘时产生的三个或更多反射光信号有关；
根据该三个或更多间断确定三个或更多坐标数据点，所述三个或更多坐标数据点代表所述卡盘的所述边缘上的三个或更多点；以及
根据该三个或更多坐标数据点确定所述卡盘的中心。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含将光源安装到所述末端执行器的末端执行器限定中心以产生所述第一光束。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包含在距离所述末端执行器的末端执行器限定中心已知的偏移距离处安装光源以产生所述第一光束。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述三个或更多间断是四个或更多间断。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包含向机器人控制器提供所述卡盘的所述中心以使所述机器人控制器能够按照所述卡盘的所述中心校准所述末端执行器。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含
提供第二光束以使所述第二光束平行于所述卡盘的上表面在所述卡盘的所述上表面上方的预定高度传输；
使所述末端执行器沿着具有竖直分量的第二预定校准路径移动；
当传感器遇到所述第二光束时检测所述第二光束，所述传感器被安装到所述末端执行器；以及
记录一个或多个坐标数据点，所述一个或多个坐标数据点代表所述第二光束的一个或多个检测。
7.一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：
光源，所述光源被配置为用于提供从所述末端执行器到所述卡盘的第一光束；
机械臂，所述机械臂被配置为用于使所述末端执行器沿着第一预定校准路径移动以使所述第一光束遍历所述卡盘的表面；
传感器，所述传感器被配置为用于接收一组反射光信号，所述组反射光信号是至少在该移动过程中所述表面反射所述第一光束时产生的；
处理单元，所述处理单元被配置为用于以下至少一项处理
分析所述组反射光信号以识别三个或更多的间断，其中所述三个或更多的间断与当所述第一光束遇到所述卡盘的边缘时产生的三个或更多的反射光信号有关，
根据该三个或更多间断确定三个或更多坐标数据点，所述三个或更多坐标数据点代表所述卡盘的所述边缘上的三个或更多点，以及
根据该三个或更多坐标数据点确定所述卡盘的中心。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述光源被配置为被安装到所述末端执行器的末端执行器限定中心以产生所述第一光束。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述光源被配置为被安装在离所述末端执行器的末端执行器限定中心已知的偏移距离处以产生所述第一光束。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述传感器的至少一部分是在等离子体处理室内部实现的。
11.根据权利要求7所述的系统，其中所述三个或更多间断是四或更多间断。
12.根据权利要求7所述的系统，进一步包含
用于提供第二光束的第二光源，所述第二光束被配置为平行于所述卡盘的上表面在所述卡盘的所述上表面上方的预定高度传输；
其中所述机械臂还被配置为使所述末端执行器沿着具有竖直分量的第二预定校准路径移动；
所述传感器和第二传感器的至少一个被配置为用于在所述传感器遇到所述第二光束时检测所述第二光束，所述第二传感器被安装到所述末端执行器，以及
所述处理单元还被配置为用于记录一个或多个坐标数据点，所述一个或多个坐标数据点代表所述第二光束的一个或多个检测。
13.一种用于在等离子体处理系统中校准末端执行器相对于卡盘的上表面的竖直位置的方法，所述方法包含：
提供光束以使所述光束平行于所述卡盘的上表面在所述卡盘的所述上表面上方的预定高度传输；
使所述末端执行器沿着预定校准路径移动；
当传感器遇到所述光束时检测所述光束，所述传感器被安装到所述末端执行器；以及
记录一个或多个坐标数据点，所述一个或多个坐标数据点代表所述光束的一个或多个检测。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包含将光源安装到所述卡盘的所述上表面上方的所述期望高度的处理模块的内壁以产生所述光束。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包含在处理模块内部安装光源的至少一部分以产生所述光束。
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