CN102782828B - 用于在高速机械手运输中成像工件表面的度量系统 - Google Patents

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Abstract

一种度量系统，具有面向机械手的工件运送路径的狭长型静态相机像素阵列，所述像素阵列具有相当于工件直径且相对于运送路径部分横向延伸的视野；和静态狭长型光发射阵列，所述静态狭长型光发射阵列大致平行于像素阵列。当机械手正在移动工件通过运送路径时，图像控制处理器使相机捕捉连续的图像画面。

Description

用于在高速机械手运输中成像工件表面的度量系统
背景
在半导体处理中，利用可同时处理数个工件的系统。工件可为用于制造极大规模集成电路，或显示面板，或太阳能阵列的半导体晶片，或者工件可为在光刻中使用的掩模。对于半导体晶片，晶片可高速地（例如，每秒1.7米）被机械手运输通过工厂接口，以运输至数个平行处理腔室或模块的任一个。将晶片置于各处理腔室内的晶片支撑台座的中央为关键且必须为前后一致的。举例而言，可利用其中的一个处理腔室在晶片表面沉积膜层，同时在晶片周围的小的环状区域被遮蔽以避免在周围区域沉积膜。此环状周围区域也可称为膜环状禁区或禁区域。可通过在薄膜沉积期间的光蚀刻掩模或通过其它适合技术而避免在环状周围禁区域中的膜沉积。举例而言，可在整体晶片表面上的膜沉积之后从环状周围禁区域去除膜层。在反应腔室中，晶片支撑台座上放置晶片的任何错误或非一致性可造成环状禁区域边界并非与晶片边缘同轴。这种非同轴性可造成位于晶片周围的环状禁区域的半径宽度随着方位角度改变，使得在某些情况中，环状禁区域的宽度可能比所需产品规格相符的所需宽度大或小。
已实施某些尝试来提供晶片放置中的改变或错误的早期警告：当晶片被运输进出在其中膜层被遮蔽或沉积膜层的处理腔室时，检测膜层的非同轴性。大多数这些技术基于当晶片在处理工具外部时的测量或检测。已找到在晶片上原位测量的特征（例如，非同轴性或不具薄膜的环状区域宽度），以便在制造范围中节省空间且提供更适时的结果。然而，薄膜边缘环状禁区域的宽度或同轴性的精确原位测量受晶片运输的高速限制。这种高速（及/或加速或减速）可造成晶片图像失真，而不是晶片的真实圆形。在先前技术中，当晶片正在移动时，无法获得需要高度精确的晶片图像。因此，一种方式为当取得晶片的图像时减缓或停止晶片移动，从而可精确测量膜层的同轴性和宽度。这种方式降低生产率。
需要一种方式，其中在晶片上的各种表面特征的几何形状（例如，薄膜层的同轴性和宽度）可精确地被测量，而无须将晶片移动从高速移动（例如，每秒1.7米）的机械手减缓。另一需求为对晶片精确成像，以便检测且定位缺陷。
发明内容
提供一种用于处理工件的系统，所述系统包含至少一个处理腔室，和工件运输机械手，所述工件运输机械手适以沿着工件运送路径传递工件进出所述至少一个处理腔室。相机布置于固定位置，且所述相机面向工件运送路径的运送路径部分，所述相机包含多个像素的像素阵列，所述像素阵列具有相当于工件直径且相对于运送路径部分横向延伸的视野，所述像素阵列对应于所述相机的图像画面。光源被提供在固定位置，所述光源面向运送路径部分且包含狭长型光发射阵列，所述狭长型光发射阵列的光源阵列长度相当于相机的像素阵列的长度，且所述光源阵列长度大致平行于像素阵列延伸。图像控制处理器耦接至相机，且机械手控制器耦接至工件运输机械手，所述图像控制处理器适以使相机撷取连续图像画面，同时所述机械手控制器使机械手将部件移动通过运送路径部分。
在一个实施例中，图像控制处理器进一步适以修正原始图像，所述原始图像包含失真的连续图像画面，所述失真的连续图像画面归因于在运送路径部分中工件的非均匀移动而造成。
在一个实施例中，使用耦接至机械手控制器的存储器实施失真修正，所述存储器含有限定机械手控制器的所需晶片传递操作的信息，所述存储器可由图像控制处理器存取，其中图像控制处理器适以从所述信息推断出沿着传递路径部分的方向的画面的真实位置，且适以用所述真实位置修正失真。
在另一实施例中，使用耦接至机械手控制器的存储器实施失真修正，所述存储器含有限定机械手控制器的所需晶片传递操作的信息，所述存储器可由图像控制处理器存取，其中图像控制处理器适以从所述信息推断出对于所述画面的每一个画面沿着运送路径部分的工件的真实速度状态（profile），且适以根据所述速度的改变而调整相机的画面更新率。
在另一实施例中，图像控制处理器适以使用工件的已知直径和工件显露于一个画面中的宽度，而推断出沿着传递路径部分的方向的各画面的真实位置，且适以用所述真实位置修正失真。
在一个实施例中，狭长型光发射阵列表现为漫射光源。在此实施例的一个实施中，狭长型光发射阵列包含单列或多个平行列的光发射元件，各列的长度大致相当于所述光源阵列长度，所述光发射元件具有相同的发射波长。在另一实施中，光发射元件的每列以一段距离与相邻列相隔开，所述距离足以提供在相机的多个像素每个处的光线入射角的范围超过所述像素每个的光锥角的范围。再者，在所述列的每列中的光发射元件相对于在所述列的相邻列中的光发射元件而交错配置。
在另一实施例中，各列发射特定波长，且不同列可发射不同波长。这些不同波长可提供关于不同材料的不同信息。或者，可有三个列发射三种不同波长，例如，蓝色、绿色和红色，所述三种不同波长在不同画面期间启动，以提供晶片的彩色图像（例如，RGB）。
附图简单说明
为了达到且可详细理解本发明的示例性实施例的方式，本发明的更具体的说明（如上简要地概括）可参考附图中图示的实施例。应了解某些熟知的处理在此处并无讨论，以免混淆本发明。
图1描绘根据第一实施例的包括晶片图像撷取装置的示例性晶片处理系统。
图2A和图2B分别为根据一个实施例的图1的系统的一部分的平面图和前视图。
图3为对应于图2A的底面视图。
图4为图3的图像撷取装置的替代实施例的底面视图。
图5A为描绘根据实施例的图1中的系统的操作方法的方框图。
图5B描绘用于执行图5A的方法的方框172–1的实施例的装置。
图5C描绘用于执行图5A的方法的方框172–2的实施例的装置。
图6为图5A的方框172–3的处理的方框图。
图7描绘当晶片被机械手运输时，由晶片的移动而失真的晶片边缘的原始图像。
图8为所观察的晶片宽度的以像素表示的图，所述宽度为相机画面数的函数，而用于计算原始图像中的最大晶片宽度。
图9示出处理原始图像的方法所利用的几何图形，以去除移动引起的失真。
图10为描绘相机错位的几何图。
图11描绘根据图像数据确定相机的错位角度的方法。
图12A、图12B和图12C一起描绘使用未失真的晶片图像来测量薄膜层的非同轴性的方法。
图13描绘对于由晶片沿着X轴振动所造成的错误进行修正图像数据的方法。
图14为沿着X轴的晶片中心位置为平移后的画面数函数的曲线图，用以执行图13的方法。
图15描绘根据图像数据对于由平面外（沿着Z轴）振动所造成的错误进行修正径向测量的方法。
图16为在图15的方法中所利用的几何图。
图17为未失真的晶片移动函数的平滑化方法的简化方框流程图。
为了促进了解，尽可能地使用相同的元件符号以表示在所有图中通用的相同的元件。应考虑一个实施例的元件和特征可有益地并入其它实施例而无须进一步叙述。然而，应注意附图仅说明此发明的示例性实施例且因此并不被考虑限制本发明的范围，因为本发明容许其它等效的实施例。
具体描述
图1描绘包括真空运输腔室102的晶片处理工具，该真空运输腔室耦接至四个晶片处理腔室104，所述腔室均维持在低于大气压力下。真空中的机械手106在处理腔室104的任一者和两个负载锁定腔室108的任一者之间运输各个晶片。工厂接口110处于大气压力下，且工厂接口110包括大气机械手112，用于在一或多个晶片盒114和负载锁定腔室108之间运输晶片。负载锁定腔室108在工厂接口110的大气压力和真空运输腔室102的真空之间提供过渡。真空中的机械手106将各晶片保持在真空中的机械手叶片116上，而大气机械手112将各晶片保持在大气机械手叶片118上。机械手106、112将各晶片沿着晶片运送路径120，以超过每秒1米的高速（例如，大约每秒1.7米）通过工厂接口而移动。机械手106、112根据存储的指令而由机械手控制器113控制，所述指令限定沿着各种晶片运送路径的各机械手叶片116、118的速度状态（加速、减速、方向等等）。
各处理腔室104具有晶片支撑台座124，通过真空中的机械手106将晶片122放置于所述晶片支撑台座124上（或移除晶片122）。在台座124上的晶片122的置中可影响靠近晶片边缘所沉积的薄膜层（例如，膜层）的同轴性。大气机械手叶片118上的晶片位置及真空中的机械手叶片116上的晶片位置，及/或晶片上的光刻掩模的排列或置中影响这种放置。
图像撷取装置130被放置于晶片运送路径120的所选部分上的固定位置。参照图2A、图2B和图3，图像撷取装置130包括相机132、聚焦光学器件133和光源134。在一个实施例中，相机132被实施为图3中所描绘的多个感光器元件150的单一行或成像阵列。相机132和光源134可在可见波长或其它波长下操作，所述其他波长例如UV、红外线或微波。在一个实施例中，光源可具有例如介于200nm和900nm之间的波长。
相机132具有狭长的窄的视野（FOV）121，所述视野的（如图2A中所描绘）长度L横切于在线相机132之下的部分的晶片运送路径120。视野121的长度L受光学器件133影响。可设计光学器件133使得视野121的长度L超过感光器元件150的狭长型阵列的长度。如图2A中所显示，视野121的长度L延伸跨越晶片122的整个直径。如图2A所描绘，在相机132的下面的晶片运送路径部分120沿着Y轴，而相机132的视野121的长度L沿着X轴延伸。图2A显示狭长型视野121的长度L横切于运送路径部分120中晶片行进的方向（Y轴），因为长度L垂直于晶片行进的方向。然而，在其它实施例中，狭长型视野121的横向被布置成相对于Y轴成锐角，或成介于约10度和约90度之间的任何角度。
图像控制处理器123控制相机132且处理由相机132提供的图像。相机132撷取晶片122的连续线图像（画面），且连续地提供这些图像至图像控制处理器123。晶片122的原始图像由涵盖整个晶片的连续的这些画面组成。图像控制处理器123从晶片的原始图像去除速度状态引起的失真。进一步，图像控制处理器123可使用未失真（经修正的）晶片图像而在晶片上实行各种特征的测量，例如（举例而言），沉积在晶片上的膜层的同轴性；或检测某些特征，例如水滴或其它缺陷。或者，图像控制处理器123可使用失真的（未修正的）晶片图像实行测量。在此替代的模式中，可从未修正的图像，及对各个单独点或相片元素（像素）实行的速度引起的失真的补偿而提取出测量数据。此修正可通过使用查找表而实行。此查找表可通过将未修正图像中的各个像素的位置与修正后的图像中的相对应像素的位置相关联，而以直接的方式建立于图像处理器123中。
在图1所描绘的实施例中，图像撷取装置130位于工厂接口110的内部且与位于工厂接口110中的部分的晶片运送路径120重叠。在替代实施例中，图像撷取装置130′与负载锁定腔室108内的晶片运送路径120′重叠。图像撷取装置130或130′可位于任何适合位置，所述适合位置与图1的晶片处理工具中的晶片运送路径重叠。
如上所述，视野121的长度L使得相机132能够撷取延伸跨越晶片122的直径的各个图像或画面。由相机132撷取的各连续图像或画面为一个（或多个）相片元素（“像素”）长（沿着晶片运送路径120或Y轴的方向），且沿着X轴的许多（例如，数千个）像素宽。相机132一次撷取一个画面。连续的许多这类画面提供整个晶片122的原始图像。尽管图描绘相机具有单列的像素，但在替代实施例中，相机可具有多列的像素。
原始图像沿着由相机132撷取的各画面的Y轴可具有位置的识别，且对各画面而言，具有在画面中所有像素的亮度值的列表。如以下将说明，晶片的原始图像由于在图像撷取期间发生的晶片的加速或减速而失真。这使原始图像中的Y轴画面位置失真。在此处所述的实施例中，通过将原始图像中给出的Y轴画面位置以正确的Y轴画面位置取代而修正失真。
图2B的侧面视图描绘从光源134发射的光束和照射在相机132上的光束。如图3的底部平面视图所描绘，在一个实施例中的相机132由各个图像感测或光敏元件150的线阵列组成，举例而言，光敏元件可为各个光敏二极管。各光敏元件150与在所撷取的图像中的相片元素或像素相对应。所以，各光敏元件150也可称为像素。光敏元件150每个耦接至传输电路512，所述传输电路512将光敏元件的平行输出信号汇编成所需格式（例如，一连串连续的各个像素值）且将格式化的信号输出至图像控制处理器123。
如上述参照图3，光源阵列134由一阵列（例如，线阵列）的各个光发射装置154组成。在一个实施例中，光发射装置154为发光二极管（LED）。光源电子电源156耦接至光源阵列134，以对各个光发射设备154供电。在一个实施例中，光发射装置154为相同的类型且发射相同的波长光谱。
图2A和图2B的光源阵列134可从数个供应商的任何一个获得。举例而言，以下的LED阵列可被用作光源阵列134：由加州的OptoDiodeCorporationofNewburyPark发射830nm波长的LED阵列；由新罕布什尔州的StokerYale,Inc.ofSalem发射620nm波长的LED阵列。线相机132可为来自英国的e2vTechnologiesofEssex，具有12,288光敏元件或像素（相对应于图3的光敏元件或像素150）的UM8CCD相机，各像素测量大约5微米乘以5微米（换言之，在各侧均为5微米）。此类型的CCD相机可具有26μ/像素的静态分辨率，及沿着移动轴（Y轴）70–80μ/像素的分辨率，其中晶片的移动大约为每秒1.7米。表面上，画面时间可为大约50微秒/像素且曝光时间可为大约35微秒。
一般而言，相机132可具有10–40μ/像素的范围的静态分辨率，在各侧为1–10微米的范围的像素尺寸，1–5个像素范围的画面宽度（沿着Y轴），及5,000–15,000个像素范围的画面长度（沿着X轴）。相机132可操作于10–100微秒/画面的范围内的画面更新率，及大约5–80微秒/画面的范围内的曝光时间。光源阵列134可由离散源组成，所述离散源发射200–900纳米的范围中的单一波长。
此类型的高分辨率相机的各像素具有非常窄的光锥角，在所述光锥角内的光束可被感测。各像素的这种光锥角可以是如1/10度这么小。举例而言，这种光锥角引起如下问题：每当从晶片反射时，因晶片弯曲（waferbowing）而偏离所希望的入射。晶片弯曲在这类应用中是常见的，因为处理腔室环境可为相对热的。结果，来自光源阵列134的光无法由相机132感测到。
通过提供图4中描绘的增强的光源阵列166而克服这种问题。图4的增强的光源阵列166模仿漫射光源的光输出，对相机132的各像素150提供横跨几乎连续范围的角度的光束。以此方式，不论归因于晶片弯曲或类似的情况所造成的对反射光的干扰，至少一个光束将落入各像素150的光锥角之内。在图4描绘的实施例中，增强的光源阵列166具有光发射设备154的多列168。列168可延伸的长度不同于相机132的长度。增强的光源阵列166可具有大约十个光发射装置154用于相机132的各像素150，从而相对于特定像素的不同角度提供光。各光发射装置154（光发射装置154可为发光二极管）以广的锥角度，举例而言如20度这么大的角度，而辐射光。因此，在图4的增强的光源阵列166中照射特定像素150的十个光发射设备154对像素150提供二维平面中的连续角度的光束，使得晶片弯曲或其它干扰不会阻碍光反射至像素的窄的光锥中。以此方式，增强的光源阵列166具有与理想漫射光源相同方式的功能。
图5A描绘一种利用以上装置测量或检测晶片上的特征的方法。当晶片由机械手以高速（图5A的方框170）传递时，利用图像撷取装置130（静置相机132和光源阵列134）撷取晶片的图像，以产生包括整个晶片的原始图像的连续的画面。在一个实施例中，晶片在图像撷取期间继续以正常的机械手运输动作高速移动（超过每秒1米）。接下来，图像处理器处理原始图像的数据，以去除由机械手传递的晶片的高速移动的速度状态所造成的图像的失真（图5A的方框172）。在撷取到的晶片图像沿着晶片运送路径120或Y轴的方向的各画面的位置由于晶片移动状态的加速或减速而失真。举例而言，圆形晶片的图像可变为非圆形。在一个实施例中，于方框172中通过将原始图像中给出的各画面的Y轴位置以各画面的实际Y轴位置取代来去除失真。这样产生未失真的图像。
在失真的或未失真的图像中定位关注的边缘的各种特征，且在未失真的图像中测量或检测各种特点（图5A的方框174）。举例而言，可检测晶片的边缘和膜层的边缘。可测量出相对于晶片边缘的膜层边缘的非同轴性，且测量到缺乏膜层的周围区域的半径宽度且将所述半径宽度与所需宽度作比较。可处理晶片图像以寻找且精确地定位关注的特征，例如污染或基准特征。
方框172的操作可根据图5A的方框172–1、172–2或172–3中表示的不同方法的任一者而执行。
在方框172–1的方法中，对图像处理器123提供信息，所述信息限定机械手叶片116或118的移动。信息可为由机械手移动控制器113所使用的存储的指令，以管理机械手终端受动器（叶片）的移动。或者，信息可来自耦接至机械手的移动编码器。在任一情况中，由图像控制处理器123使用信息，以推断出机械手终端受动器的真实位置（且因而推断出晶片的真实位置），且根据此真实位置来计算当前图像画面的经修正Y轴位置。各画面的经修正的Y轴位置结合各画面的图像数据，以形成未失真的图像。
方框172–1的处理可根据一个实施例而由图5B示出的装置执行。在图5B中，机械手移动信息是从可靠的来源而获得的。此来源可为与机械手控制器113相关联的存储器182，所述存储器182储存指令、命令或定义，由机械手控制器113利用所述指令、命令或定义，以管理机械手106或112的移动及/或图1的机械手叶片116或118的移动。或者，机械手移动信息的来源可为编码器184，所述编码器118可为机械手106或112之一的整合的部分，或所述编码器118可为分开的编码器，所述编码器耦接至机械手106或112。图像控制处理器123中的计算功能186使用来自存储器182或来自编码器184的机械手移动信息，以计算当前画面期间晶片的经修正Y轴位置，由此，当前画面的Y轴位置被推导出。在图像控制处理器123中的图像处理功能188将原始图像的Y轴画面位置以由计算功能186确定的经修正Y轴位置取代。对由相机132撷取的各画面执行这种操作。在所有撷取的画面已经因此而被修正之后，图像处理器123输出晶片的未失真的图像。
在图5A的方框172–2的方法中，图像控制处理器123使用机械手移动信息来管理相机画面更新率，以便防止由相机132得到的晶片图像的失真。如方框172–1中，图像控制处理器123存取限定机械手的移动的信息或数据。然而，图像控制处理器123使用此信息推断出在当前画面的时间期间晶片沿着Y轴的实际速度。图像控制处理器接着根据先前画面之后的晶片速度的任何改变，来调整相机132的画面更新率，以便维持沿着Y轴的晶片速度与相机画面更新率之间的固定比率。
图5A的方框172–2的处理可由根据一个实施例的图5C示出的装置而执行。在图5C中，机械手移动信息是从可靠来源而获得的。此来源可为与机械手控制器113相关联的存储器182。或者，机械手移动信息的来源可为编码器184。图像控制处理器123中的计算功能192使用来自存储器182或来自编码器184的机械手移动信息，以对下一个画面计算沿着Y轴的晶片速度。图像控制处理器123的计算功能193计算相机画面更新率与由功能192计算的晶片速度之间的比率。比较器194将画面更新率与晶片速度的比率与先前画面的画面更新率与晶片速度的比率作比较，且画面更新率计算功能195确定下一个画面的新的画面更新率，所述下一个画面将相对于先前画面或多个画面保持画面更新率与晶片速度的比率固定不变。此新的画面更新率被应用为相机132的控制输入。画面更新率的改变补偿晶片移动的加速或减速，使得由相机得到的图像无或几乎无移动状态引起的失真。画面曝光时间可调整为与画面更新率的改变成正比。
在图5A的方框172–3的方法中，晶片的原始（失真的）图像由图像控制处理器123使用，以实际计算各画面的经修正（未失真的）Y轴位置。这是通过如下步骤完成的：首先观察原始图像画面的晶片宽度，且接着使用所观察的晶片宽度和已知的晶片直径来计算画面的未失真的Y轴位置。图像控制处理器123通过将图像中各画面的经修正Y轴位置替代由原始（失真的）图像给定的Y轴位置，建构修正的或未失真的图像。
在一个实施例中，图5A的方框172–3的处理并非应用为修正晶片的整个图像。取而代之地，举例而言，仅处理失真的图像的选定的部分，以产生关于仅选定的部分的未失真图像的数据。举例而言，若希望计算膜层的周围禁区的宽度，则仅对靠近晶片的边缘的图像部分通过方框172–3的处理来修正失真。因此，结果可能不是晶片的未失真的图像，而是关于晶片的选定部分的未失真图像的数据。
或者，可对未失真的图像进行分析，且使用查找表修正特定画面数或角度位置。
图6详细描绘根据一个实施例的图5A的方框172–3的处理。在此实施例中，各画面的真实Y轴位置被计算为各画面中晶片宽度与已知晶片直径之间的比率的函数。处理由收集一张接着一张的晶片的原始画面的数据开始（图6的方框200）。如上所述，由相机132产生的各图像画面为一个像素宽且数千个像素长。连续的这类画面含有整个晶片的图像。（在替代实施例中，画面可为不只一个像素宽）。
获得晶片边缘的图像（图6的方框202）。晶片边缘图像是通过传统边缘检测图像处理技术而获得的。晶片图像的第一和最后的像素接着被确定用于各画面，产生图7描绘的晶片边缘图像。图7的图表描绘所有画面的第一和最后像素的位置（由像素数表现）。在图7中，第一像素由X标记表示且最后像素由点表示。归因于在图像撷取期间高速机械手运输的加速/减速造成的晶片形状的失真在图7中为明显的。
获得各画面中的晶片宽度（图6的方框204）。晶片宽度w为画面数f的函数，可限定为w(f)，且被计算为在相对应画面中第一晶片像素和最后晶片像素之间的距离。曲线w(f)典型地为拋物线，描绘于图8中。
最大晶片宽度w(f)max相当于晶片直径，且最大晶片宽度w(f)max由曲线w(f)的峰值确定出（图6的方框206），所述峰值使用传统技术找出。其中发生w(f)max的画面数也被标记且限定为fmax（图6的方框208）。
获得像素到毫米转换因子σ，所述转换因子σ建立像素（相对应于相机132中的各个光感测元件150）之间的距离与晶片表面上以毫米表示的实际距离的相关性（图6的方框210）。通过将像素中的最大宽度w(f)max除以已知晶片宽度（典型地为300mm）获得转换因子σ。
图7的原始晶片轮廓是失真的，因为晶片的加速、减速使沿着晶片运送路径120或图2A的Y轴的各画面的外观位置失真。可通过将各画面的外观Y轴位置以经修正的Y轴位置取代而执行对这类失真的修正。根据特定画面中所测量的晶片宽度w(f)对各画面计算沿着晶片运送路径120或Y轴的晶片移动的距离（图6的方框212）。这种计算所利用的几何图形图示于图9中。由机械手建构的图2A的晶片运送路径120为图9的Y轴。线相机132的一般方位相对应于图1的X轴。沿着晶片运送路径（Y轴）的晶片移动的距离为画面数f的函数，此处将被称为Y轴位置函数h(f)，其中h代表距离且f代表画面数。参照图9，对于300mm晶片而言，给定的画面f的晶片宽度w与h相关，表示为如下：
W(inmm)=w(inpixels)·σ(方程式1a)
θ=2sin-1(W/300mm)对于W<300mm(方程式1b)
θ=2sin-1(1)对于W≥300mm(方程式1c)
d=W/[2tan(θ/2)](方程式1d)
h(f)=150mm–d对于f<fmax(方程式1e)
h(f)=150mm+d对于f≥fmax(方程式1f)
以上可总结为如下：对于落入在晶片的直径内的W的值，Y轴位置函数按照如下计算：
对于晶片的第一半h(f)=150mm–W/[2tan(sin-1(W/300)]，
其中f<fmax，以及
对于晶片的第二半h(f)=150mm+W/[2tan(sin-1(W/300)]，
其中f≥fmax.
应理解以上定义中所给出的晶片直径和半径值（300mm和150mm）可应用至300mm晶片，且可取决于被处理的晶片的直径而做修改。
在一个实施例中，可限定在Y轴位置函数h(f)中的画面数f，使得含有晶片的前缘的画面为画面零，相对应于原点。识别含有晶片的前缘的画面（图6的方框214）。在一个实施例中，可通过首先绘制各第一和最后像素的线数（于图6的方框202的步骤得到）为靠近晶片前缘的一组画面的像素数的函数来识别含有晶片的前缘的画面。含有晶片的前缘的画面数对应于此函数的最小值且使用传统技术得到。在一个实施例中，接着平移Y轴位置函数h(f)的画面数，使得前缘画面数为零（图6的方框216）。
可选地，在本说明书中下文参照图17描述的处理中可平滑Y轴位置函数h(f)（图6的方框218）。
对由相机132输出的连续画面所获得的晶片的原始图像的由移动引起的失真进行修正（图6的方框220）。此修正包括各画面的Y轴坐标以h(f)取代。以上对各画面的Y轴坐标的修正产生晶片的图像，所述图像中归因于沿着Y轴的晶片移动的状态（加速/减速）的失真已被去除。此修正允许在高速晶片传输下进行图像撷取，而无须在图像撷取期间停止或减慢晶片传输。
方框220的操作可进一步包括缩放并修正X轴坐标。各画面中关注的任何特征的X轴坐标由像素至毫米缩放因子σ缩放，而算出线相机132的主轴与X轴之间的错位角度β。相机错位角度β的确定在本说明书中将在后面参照图11进行描述。从关注的任何特征的原始图像获得的X轴的坐标，Xrawimage，被缩放为修正的值X′，表示为如下：
X′=Xrawimage·σ–Ytanβ(方程式2)
现在描述如何确定方程式(2)中使用的相机错位角度β。相机132的长轴与X轴（图2A）之间的错位角度β被描绘于图10，且所述错位角度β可为相对地小（举例而言，小于仅仅几度）。图11描绘了根据一个实施例的用于根据未失真的晶片图像决定β的方法。图11中的第一个步骤为检查晶片图像以得到像素位置X0，在所述像素位置X0处晶片首先显露于晶片前缘画面flead中（图11的方框310）。对各画面计算晶片中心XC的像素位置（图11的方框320）。晶片中心XC为参照图6的方框202的第一与最后晶片像素之间的相差一半之处：
XC=[Xlastpixel+Xfirstpixel]/2(方程式3)
接下来，归因于错位角度的晶片中心的移动被限定（图11的方框330）如下：
P=X0+[h(f-flead)tanβ]/σ(方程式4)
利用传统非线性最小化算法，通过最小化
Σ[P-XC]2(方程式5)
以计算β，其中所表示的总和为在所有画面上执行（图11的方框340）。此最小化是通过调整β和X0而执行的。此操作对应于将晶片中心XC的移动符合tanβ的函数的曲线。参照图6的方框220，使用所计算的β的值（通过执行方程式5的最小化而获得）用于上述方程式(2)的计算，以修正X轴坐标。
在图6的方框230中，可对未失真的图像修正由晶片移动的平面内振动或干扰（沿着X轴）引起的错误，且修正晶片移动的平面外振动或干扰（沿着Z轴）引起的错误。这些修正稍后在此说明书中参照图13和图15进行描述。
可使用由以上所产生的未失真的修正的晶片图像来精确地进行各种测量。举例而言，可测量圆形膜层的半径或直径（图6的方框240）。而且，可测量在薄膜沉积期间被遮蔽的周围禁区的环状宽度（方框250）。可使用现在所述的方法测量膜层外部边界与晶片边缘的同轴性（方框260）。
参照图12A，当由图1的反应腔室104之一处理时，膜层300被沉积在晶片122上。膜层300为盘状且希望与晶片122的边缘同轴性。图12A描绘了膜层300与晶片122为非同轴性的例子。膜层300具有比晶片的半径R2小的半径R1，而留下晶片表面的周围环状区域302未被膜层300覆盖。环状区域302的宽度为WM=R2–R1。正因为膜层的非同轴性，WM随着方位角θ改变且因此为θ的函数，WM(θ)。WM(θ)为图12B中示出的正弦函数。
膜层的非同轴性根据适合的处理而被测量。此处理的实例描绘于图12C中。首先，从未失真的图像数据提取函数WM(θ)（图12C的方框280）。接着，用WM(θ)曲线拟合函数
WM(average)+Ccos(θ+α)(方程式6)
（图12C的方框285）。使用传统技术进行这种曲线拟合。WM(average)一词为在整个晶片边缘四周WM的平均值。C一词为非同轴性的振幅。角度α为非同轴性的方位角。根据曲线拟合的结果，可获得C和α的实际值，并且所述C和α的实际值作为修正错误反馈被输出给机械手控制器113，用于修正机械手106或112之一的移动（图12C的方框290）。
图13描绘根据一个实施例的一种用于执行归因于图6的方框230的步骤中，平面内（或X轴）振动的图像失真的修正的方法。首先，由晶片图像确定晶片中心XC的移动为画面数的函数（图13的方框360），这是与图11的方框320的相同操作。为画面数的函数的晶片中心XC的移动图示于图14的曲线图中。根据限定XC为画面数的函数的数据，使用传统技术来确定XC中最小值和最大值之间的XC的平均值（图13的方框365）。此平均值在图14中标记为XC(average)，且如图14所描绘，此平均值大致沿着直线。（直线XC(average)的斜率为先前所讨论相机偏移角β的函数）。通过确定对该画面的XC(average)与该画面的XC之间的差，即，差值{XC(average)-XC}，且以该差值平移画面中的所有X坐标来去除归因于X轴振动的失真，（图13的方框370）。
在一个实施例中，可对图像作上述修正，以去除平面内振动失真，且可对用于执行所需的计算（例如，周围禁区宽度的计算）的所得到的图像作上述修正。在替代实施例中，并非对晶片图像应用上述修正。取而代之地，对含有平面内振动失真的图像执行所需的计算，且接着对该计算的结果应用上述修正。
图15描绘根据一个实施例的一种用于执行归因于图6的方框230的步骤中的平面外（或Z轴）振动的图像中失真的修正的方法。对工件的各图像而言，工件（晶片）的视半径R被确定为根据上述方程式1所确定的工件宽度的一半（图15的方框380）。接着根据R和从已知晶片半径（例如，150mm）来计算放大率M为M=150mm/R（图15的方框385）。此后，根据放大修正因子Mcosθ对如图16中描绘的沿着特定方位角θ的径向距离的各测量（例如，晶片边缘的位置、膜层边缘的位置、周围区域302的宽度等等）进行缩放（图15的方框390）。这种缩放对应于在极坐标中根据放大率M缩放半径而对图像进行的缩放。
在一个实施例中，可对图像做上述的修正，以去除平面外振动失真，且可对用于执行所需的计算（例如，薄膜周围禁区宽度的计算）的所得到的图像做上述修正。在替代实施例中，并非对晶片图像应用上述的修正。取而代之地，对含有平面外振动失真的图像执行所需的计算，且接着对该计算的结果应用上述的修正。
图17描绘了根据实施例的于图6的方框218中执行的Y轴晶片移动的函数h(f)的平滑化处理。获得在图1的图像撷取装置130的视野中，沿着晶片运送路径的机械手叶片的轨道（图17的方框400）。此轨道限定沿着Y轴的机械手移动状态s(t)（在图1和图2A的图像撷取装置130之下的晶片运送路径）。通过将时间t乘以相机132的画面更新率而将为时间的函数的机械手移动状态s(t)转换为画面数的函数的移动状态（图17的方框410），以获得时间t的各值的机械手画面数fr。经转换的机械手移动状态s(fr)为具有任意起源的机械手画面数fr的函数。接着，使用两个不同方法的任一个，用由图6的方框216的步骤中的晶片图像数据所获得的晶片移动状态拟合机械手移动状态。或者，使用传统技术而不使用机械手移动状态来平滑Y轴晶片移动函数。选择出这三个方法之一（图17的方框420）。若选中的是基于机械手移动的方法，则选择出两个基于机械手移动的方法之一（方框422）。
两个基于机械手移动的方法的第一个方法（图17的方框422的分支423）通过相对于晶片移动状态h(f-flead)平移机械手移动状态s(fr)直到获得最佳拟合，来拟合机械手移动状态（图17的方框424）。在一个实施例中这是使用非线性最小化算法执行的。机械手移动状态的平移通过改变机械手画面偏移直到获得最佳拟合直到获得最佳拟合而实现，所述机械手画面偏移相对于晶片图像的画面数平移机械手移动状态的画面数。接着，平移后的机械手移动状态取代晶片图像Y轴移动状态（图17的方框432）。
在基于机械手移动的替代方法中（图17的方框422的分支426），执行上述的最佳化但加以限制，强迫在晶片的前缘和后缘之间沿着Y轴的距离（以画面数表示）等于已知晶片直径（例如，300mm）。
用平移后的机械手移动状态替代晶片图像移动状态的优点为机械手移动状态是由对机械手限定的预先确定的连续（平整的）移动状态推导出的。
作为一个替代（图17的方框420的分支434），对晶片图像移动状态平滑而不替代任何机械手移动状态，且取而代之地，使用仿样（spline）、平均、内插和/或外插的技术而利用传统平滑的方法（方框436）。可在输出平滑的晶片移动状态（方框432）之前对在晶片图像的边缘之外的数据进行平滑（方框438）。
图1至图3的装置可用于数个不同的应用。举例而言，图像撷取装置130可在所述图像撷取装置130引入特定一个处理腔室104之前获得晶片图像，以便获得先前沉积的薄膜特征的测量，且接着获得另一薄膜特征沉积以后的相同晶片的另一图像，以获得第二组测量，所述第二组测量可与第一组测量作比较。这种比较可生成对调整随后晶片的处理实用的信息。
如另一实例，在参照图12C以上述方式测量非同轴性振幅C和相位α之后，这些参数可由图像控制处理器123传送至机械手控制器113用作错误修正反馈，以修正机械手的晶片放置装置的动作（例如，图1的大气机械手112的动作），使得在机械手叶片上各晶片的初始放置提供较佳的同轴性。
以上已说明光源为在晶片122上的光源阵列134，且所述光源和相机132位于晶片122的相同侧。然而，为了在晶片122的边缘的图像的较佳对比，可放置另一光源134′在晶片122的下面，以便照射晶片的背侧。以此方式，相机132将观察到晶片边缘的更清楚轮廓图像，在图像中晶片的边缘处具有加强的对比。
以上已说明光源为光发射二极管阵列134，具有相同的单色发射光谱。因为这种单色来源，从晶片122反射的光造成的干涉效应可使用传统干涉测量技术分析，以便推断出沉积在晶片122的表面上的薄膜的厚度的改变。薄膜厚度可使用传统技术根据观察到的干涉效应计算出。此外，可对靠近薄膜边缘的连续位置的每个位置计算薄膜厚度，且观察并存储薄膜厚度的改变以限定薄膜边缘逐渐减少的分布。接着，可将膜的厚度的这种逐渐减少的分布与所需的逐渐减少的分布进行比较以评价处理。以类似的方式，也可测量晶片122的边缘的逐渐减少分布。
图3描绘LED阵列134作为具有单色发射光谱的分散光发射器154的单一列。然而，光源或LED阵列134可具有由两个（或更多）预先确定的分散波长组成的光谱。在此情况中，光源阵列134的光发射器或光发射二极管154可由两个（或更多）分开的阵列组成，所述阵列布置为光发射器或二极管的平行列，各阵列或列具有与其它阵列或列不同的单色发射光谱。各阵列或列可以不同的光波发射单色光谱，且两个阵列的各阵列可取决于晶片类型或在晶片表面上关注的一层的材料的类型而启动，以确保最佳的对比。最佳的对比依附于波长，因为不同类型的层或不同材料的层将以不同的波长发生不同的反射。举例而言，一个波长可为大约450nm且另一个波长可为大约600nm。或者，LED阵列134可具有三个列的光发射器，各列发射不同波长。举例而言，三个波长可相对应于红、蓝和绿，且每个波长可与相机同时启动，每三个画面一次，以提供晶片的彩色RGB图像。
膜的厚度的测量可与特定或所需的膜的厚度值（或边缘的逐渐减少分布）作比较，且比较结果可用以调整图1的处理腔室104之一的一或多个处理参数（例如，沉积时间、温度、前驱气体成分等等）。
尽管以上针对本发明的实施例，但可在不偏离本发明的基本范围内设计本发明的其它和进一步实施例，且本发明的范围由以下的权利要求书所确定。

Claims (22)

1.一种用于处理工件的系统，包括：
至少一个处理腔室；
工件运输机械手，适以沿着工件运送路径传递工件至所述至少一个处理腔室；
相机，布置于固定位置，在所述工件运送路径的运送路径部分上面且面向所述工件运送路径的运送路径部分，所述相机包含多个像素的像素阵列，所述像素阵列具有静态狭长视野，所述狭长视野的长度横切于所述运送路径部分且相当于工件直径，并且所述像素阵列的宽度小于所述长度，所述像素阵列对应于所述相机的图像画面；
位于固定位置的光源，面向所述运送路径部分且包含狭长型光发射阵列，所述狭长型光发射阵列的光源阵列长度相当于所述相机的所述像素阵列的长度，且所述光源阵列长度大致平行于所述像素阵列延伸；
耦接至所述相机的图像控制处理器和耦接至所述工件运输机械手的机械手控制器，所述图像控制处理器适以使所述相机通过所述视野撷取N个连续图像画面，同时所述机械手控制器使所述机械手将所述工件移动通过所述运送路径部分，所述N个连续图像画面对应于所述工件的连续部分的连续静态图像，所述连续图像画面一起对应于所述工件的静态图像，其中N是整数且是所述宽度的函数。
2.如权利要求1的系统，其中所述图像控制处理器进一步适以修正原始图像的至少选择的部分，所述原始图像包含归因于在该运送路径部分中所述工件的移动而造成的失真的所述连续图像画面。
3.如权利要求1的系统，其中所述像素阵列在沿着所述运送路径部分的方向上具有一个像素的宽度。
4.如权利要求1的系统，其中所述相机具有在10–40μ/像素的范围内的分辨率。
5.如权利要求4的系统，其中所述光源发射在200–900纳米的范围内的单一波长。
6.如权利要求5的系统，其中所述狭长型光发射阵列包含光发射元件的单一行。
7.如权利要求4的系统，其中所述狭长型光发射阵列表现为漫射光源。
8.如权利要求7的系统，其中所述狭长型光发射阵列包含多个平行列的光发射元件，各列的长度大致相当于所述光源阵列长度，所述光发射元件具有相同的发射波长。
9.如权利要求8的系统，其中所述列的光发射元件的各列以一段距离与所述列的相邻列相隔开，所述距离足以提供在所述相机的所述多个像素每个处的光线入射角的范围超过所述像素每个的光锥角。
10.如权利要求9的系统，其中在所述列的各列中的所述光发射元件相对于在所述列的相邻列中的所述光发射元件而交错配置。
11.如权利要求2的系统，所述系统进一步包含耦接至所述机械手控制器的存储器，所述存储器含有限定所述机械手控制器的所需晶片传递操作的信息，所述存储器可由所述图像控制处理器存取，其中所述图像控制处理器适以由所述信息推断出所述画面在沿着所述运送路径部分的方向上的真实位置，且适以由所述真实位置修正所述失真。
12.如权利要求2的系统，所述系统进一步包含译码器，所述译码器对所述机械手的移动反应，以提供限定所述机械手控制器的所需晶片传递操作的信息，所述译码器被耦接以提供所述信息至所述图像控制处理器，其中所述图像控制处理器适以从所述信息推断出所述画面在沿着所述运送路径部分的方向上的真实位置，且适以由所述真实位置修正所述失真。
13.如权利要求2的系统，所述系统进一步包含耦接至所述机械手控制器的存储器，所述存储器含有限定所述机械手控制器的所需晶片传递操作的信息，所述存储器可由所述图像控制处理器存取，其中所述图像控制处理器适以根据所述信息推断出对于所述画面的每个画面沿着所述运送路径部分的所述工件的真实速度，且适以根据所述速度的改变而调整所述相机的画面更新率。
14.如权利要求2的系统，其中所述图像控制处理器适以使用所述工件的已知直径和所述工件显露于所述一个画面中的宽度，而推论出各画面在沿着所述运送路径部分的方向上的真实位置，且适以用所述真实位置修正所述失真。
15.如权利要求1的系统，所述系统进一步包括：
多个处理腔室；
真空运输腔室，耦接至所述多个处理腔室；
工厂接口，耦接至所述真空运输腔室；
真空机械手，用于传递工件通过所述工厂接口和所述多个处理腔室之间的所述真空运输腔室；
大气机械手，用于将工件从外部工厂环境通过所述工厂接口传递至所述真空运输腔室；
其中所述运送路径部分、所述相机和所述光源位于所述工厂接口中。
16.一种用于处理工件的系统，包含：
至少一个处理腔室；
工件运输机械手，适以沿着工件运送路径传递工件至所述至少一个处理腔室；
相机，布置于固定位置，在所述工件运送路径的运送路径部分上面且面向所述工件运送路径的运送路径部分，所述相机包含多个像素的像素阵列，所述像素阵列的长度相当于工件直径且横切于所述运送路径部分，并且所述像素阵列的宽度小于所述长度，所述像素阵列相对应于所述相机的图像画面；
位于固定位置的光源，面向所述运送路径部分且包含狭长型光发射阵列，所述狭长型光发射阵列的光源阵列长度相当于所述相机的所述像素阵列的长度，且所述光源阵列长度大致平行于所述像素阵列延伸；
耦接至所述相机的图像控制处理器，所述图像控制处理器适以使所述相机撷取连续图像画面，所述图像控制处理器适于修正原始图像的至少一部分，所述原始图像包含，归因于在所述运送路径部分中的所述工件的动作而造成的失真的所述连续图像画面，所述连续图像画面对应于所述工件的连续部分的连续静态图像，所述连续图像画面一起对应于所述工件的静态图像。
17.如权利要求16的系统，其中所述狭长型光发射阵列包含多个平行列的光发射元件，各列的长度大致相当于所述光源阵列长度，所述光发射元件具有相同的发射波长。
18.如权利要求17的系统，其中所述列的光发射元件的各列以一段距离与所述列的相邻列相隔开，所述距离足以提供在所述相机的所述多个像素的各者处的光线入射角超过所述像素的每个的光锥角。
19.如权利要求18的系统，其中在所述列的各列中的所述光发射元件相对于在所述列的相邻列中的所述光发射元件而交错配置。
20.如权利要求16的系统，其中所述像素阵列在沿着所述运送路径部分的方向上具有一个像素的宽度。
21.如权利要求20的系统，其中：
所述相机具有在10–40μ/像素的范围内的分辨率；和
所述光源发射在200–1500纳米的范围内的单一波长。
22.如权利要求16的系统，其中所述狭长型光发射阵列包含多个平行列的光发射元件，各列的长度大致相当于所述光源阵列长度，各列中的光发射元件具有相应的发射波长，从各列所发射的波长不同于从每个其它列所发射的波长。
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