CN102782830A - 高机械手传输下减少或防止移动引起失真的工件表面成像方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于成像工件的方法，在工件由机械手传递的同时，通过撷取狭长型静态视野（相对于机械手的工件运送路径横向延伸）的连续画面来成像工件。以狭长型照明模式（相对于运送路径横向延伸）照射机械手运送路径，来获得连续画面的工件图像。通过将相机画面更新率实时调整为与沿着运送路径的工件的机械手速度状态的改变成正比，进而防止或降低由移动所引起的图像失真。

Description

高机械手传输下减少或防止移动引起失真的工件表面成像方法
背景
在半导体处理中，利用可同时处理数个工件的系统。工件可为用于制造超大规模集成电路、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）被机械手传输通过工厂接口，以传输至数个平行处理腔室或模块的任一个。将晶片置于在各处理腔室内的晶片支撑基座的中央为关键且必须为前后一致的。例如，可利用其中的一个处理腔室在晶片表面沉积膜，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域（exclusion region）或区（zone）。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区域中的膜沉积。例如，可在整体晶片表面上的膜沉积之后从环状周围区域去除膜层。在反应腔室中，晶片支撑基座上放置晶片的任何错误或非一致性可造成膜层环状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（earlywarning）：当晶片被传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（诸如，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传输的高速限制。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。在现有技术中，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（诸如，薄膜层的同轴性和宽度）可精确地被测量，而无需将晶片移动从高速移动（诸如，每秒1.7米）的机械手减缓。另一需求为晶片的精确成像，以便检测且定位缺陷。
发明内容
提供一种用于获得在处理系统中的工件的图像的方法，所述处理系统包括机械手，所述机械手用于沿着工件运输路径传递工作部件进出所述系统的处理腔室。所述方法包括以下步骤：在所述工件由所述机械手而沿着所述工件运送路径的运送路径部分传递的同时，以可变的画面更新率撷取狭长型静态视野的连续画面，所述伸长型静态视野相对于所述运送路径部分横向延伸。所述方法进一步包括以下步骤：在所述连续画面的所述撷取步骤期间，以狭长型照明模式（相对于所述运送路径部分横向延伸）照射所述运送路径部分；且限定包括所述连续画面的所述工件的图像。所述方法还包括防止或减少移动引起的图像，由以下步骤执行：获得限定所述机械手的动作的信息，且在所述连续图像的所述撷取的步骤期间，由所述信息计算所述工件的当前速度；及根据所述部件的所述当前速度及参考速度之间的差值或比率，来调整所述可变的画面更新率。例如，所述参考速度可为在先前画面期间的速度。
在一个实施例中，所述狭长型静态视野具有为至少工件直径且相对于所述运送路径部分横向延伸的长度，并且宽度为所述图像的一个相片元素的等级。
在一个实施例中，所述失真修正通过以下步骤执行：以所述连续画面的各画面中所述工作部件的宽度与已知工件直径的比率的函数，来计算所述正确位置。
在另一实施例中，所述失真修正通过以下步骤执行：从相对应于所述机械手的动作的机械手速度状态信息来计算所述正确位置。在此另一实施例中，所述机械手速度状态信息是从含有限定预先确定的机械手速度状态的数据的机械手控制器存储器而获得的，或从响应于所述机械手的动作的编码器而获得的。
在一个实施例中，所述撷取的步骤包括以下步骤：从狭长型阵列的光敏感元件撷取信号，且其中所述照射的步骤包括以下步骤：以一定范围的入射角照射所述光敏感元件的各个元件的模式，来提供阵列的光发射元件。
仍在另一实施例中，所述运送路径部分对应于平行于所述运送路径部分的Y轴及垂直于所述Y轴的X轴，所述方法进一步包括以下步骤：针对归因于所述视野及所述X轴之间的错位角的失真修正所述图像中的X轴坐标。此后者实施例可通过以下步骤执行：通过将在连续画面中晶片中心位置的移动与所述错位角的函数相匹配，来确定所述错位角；并且利用包括所述错位角的所述函数的修正因子，来修正所述X轴坐标。
仍在另一实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：修正所述图像的失真，所述失真来自所述工件在所述工件的平面内的振动。此后者实施例可通过以下步骤执行：寻找在所述画面的连续画面中所述晶片的中心的移动；通过所述连续画面限定所述晶片的所述中心的平均移动；且对于含有所述晶片中心及所述晶片的所述中心的所述平均移动之间的差值的各画面，以所述差值平移所述图像。
仍在另一个实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：修正所述图像的失真，所述失真来自所述工件在相对于所述工件的所述平面为横向的方向上的振动。此后者实施例可通过以下步骤执行：从所述图像确定工件视半径，且以所述工件视半径与已知工件半径之间的比率来确定径向修正因子；并且通过所述径向修正因子缩放所述图像中的径向位置。
在另一个实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：通过将所述机械手的预先确定的速度状态数据拟合所述正确位置的所述动作，在所述连续画面上对所述正确位置的动作平滑化，以产生拟合的机械手速度状态，且从所述拟合的机械手速度状态获得所述连续画面的各画面的所述正确位置。
在另一实施例中，所述方法通过以下步骤来测量非同轴性：确定所述画面的各画面中所述工件的中心；在所述连续画面上，确定所述工件的所述中心的移动；将所述工件的所述中心的所述移动与正弦函数相匹配，且将正弦振幅推断为所述工件的非同轴性的振幅，且将正弦相位角推断为所述工件的同轴性的方向。这些结果可通过以下步骤而被使用：将所述非同轴性的振幅和所述非同轴性的方向提供作为对所述机械手的修正反馈。
仍在另一实施例中，从各个平行列的离散光发射器发射出相应的光的波长，其中所述列的每列发射相对应于所述波长的相应波长的单色光谱。在关于第一个实施例中，取决于待照射的所述工件上的一层中的材料的类型，在撷取所述连续画面期间，选择所述平行列的光发射器中用于启动的特定列。在关于第二个实施例中，通过启动所述列的连续列的光发射器，在撷取所述画面的连续画面期间发射不同的光波长，由此产生所述工件的彩色图像。
附图简要说明
因此，获得并可详细理解本发明的各示例性实施例的方式，可参考各实施例获得上文简要概述的本发明的更具体描述，一些实施例图示于附图中。应了解某些众所周知的处理在此没有讨论，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分别是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是对应于图2A的底面视图。
图4是图3的图像撷取装置的替代实施例的底面视图。
图5A是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是图5A的方框172–3的处理的方框图。
图7描绘当晶片被机械手传输，由晶片的移动而失真的晶片边缘的原始图像。
图8是所观察的晶片宽度以像素表示的图表，所述宽度为相机画面数的函数，而用于计算在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是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是沿着X轴的晶片中心位置为平移后的画面数的函数的曲线图，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是在图15的方法中所利用的几何图。
图17是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附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实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有效实施例。
具体描述
图1描绘包括真空传输腔室102的晶片处理工具，所述真空传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的任一个和两个负载锁定腔室108的任一个之间运输各个晶片。工厂接口110是处于大气压力下，且工厂接口110包括大气机械手112，用于在一个或多个晶片盒（cassette）114和负载锁定腔室108之间传输晶片。负载锁定腔室108在工厂接口110的大气压力和真空传输腔室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的速率状态（velocity profile）（加速、减速、方向等等）。
各处理腔室104具有晶片支撑基座（pedestal）124，通过真空中的机械手106将晶片122放置于所述晶片支撑基座124上（或移除晶片122）。在基座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，所述其它波长诸如是UV、红外线或微波。在一个实施例中，光源可具有诸如介于200nm和900nm之间的波长。
相机132具有狭长型窄的视野（FOV）121，所述视野121的（如图3所绘）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所示，视野121的长度L延伸跨越晶片122的整个直径。如图2A所绘，在相机132的下面的晶片运送路径部分120沿着Y轴平放，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），且连续地将这些图像提供至图像控制处理器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，诸如（例如），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所绘的实施例中，图像撷取装置130位于在工厂接口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。尽管附图描绘具有单列的像素的相机，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，晶片的原始图像由在图像撷取期间发生的晶片的加速或减速而被失真。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轴画面以正确的的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的底部平面视图所绘，在一个实施例中的相机132由各个图像感测或光敏感元件150的线阵列组成，例如，光敏感元件可以是各个光敏二极管。各光敏感元件150与在所撷取的图像中的各个相片元素或像素相对应。所以，各光敏感元件150也可称为像素。光敏感元件150每个耦接至传输电路512，所述传输电路512将光敏感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（诸如，线阵列）的各个发光装置（light emitting device）154的组成。在一个实施例中，发光装置154为发光二极管。光源电子电源供应器156耦接至光源阵列134，以对各发光装置154供电。在一个实施例中，发光装置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。例如，以下的LED阵列可被用作光源阵列134：由加州的Opto Diode Corporation ofNewbury Park（纽伯里公园的光电二极管公司）发射830nm波长的LED阵列；由新罕布什尔州的Stoker Yale,Inc.of Salem（萨勒姆公司的斯托克耶鲁）发射620nm波长的LED阵列。线相机132可为来自英国的e2v Technologies of Essex（艾塞克斯的e2v科技）的具有12,288光敏感元件或像素（相对应于图3的光敏感元件或像素150）的UM8CCD相机，各像素测量大约5微米乘以5微米（换句话说，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/画面的范围的画面更新率，及大约5–80微秒/画面的范围的曝光时间。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1/10度这么小。例如，这种光锥角引起如下问题：每当从晶片反射时，因晶片弯曲（bowing）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具有发光装置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可具有大约十个发光装置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。各发光装置154（发光装置154可为发光二极管）以广的锥角度，例如如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的十个发光装置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5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机械手的传输动作高速移动（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所而失真。例如，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）。例如，可检测晶片的边缘及膜层的边缘。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个而执行。
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），且由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存储指令、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184可为机械手106或112之一的整合的部分，或所述编码器184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（frame rate），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中的计算的功能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及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轴位置替代至由原始（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，例如，仅处理失真的图像的选定的部分，以产生相关于仅选定的部分的未失真图像的数据。例如，如果希望计算膜层的周围区域的宽度，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传输的加速/减速造成的晶片形状的失真在图7中是明显的。
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及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（apparent）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）晶片移动的距离为画面数f的函数的，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，表示为如以下：
W(in mm=w(in pixels)·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被计算：
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）为对靠近晶片前缘的一组画面的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画面，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及修正X轴坐标。各画面中关注的任何特征的X轴坐标由像素到毫米缩放因子σ缩放，而算出在线相机132的主轴及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-Y tanβ（方程式2）
现在说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（例如，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确定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=[Xlast pixel+Xfirst pixel]/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14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的移动拟合tan β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。例如，可测量膜层的半径或直径（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并非同轴性的例子。膜层300具有半径R1，所述半径R1比晶片的半径R2小，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)+C cos(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，从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的图表中。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中最小值及最大值之间的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，周围区域宽度的计算）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）。接着由R及和由已知晶片半径（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的径向距离的每个测量（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，可对图像作上述的修正，以去除平面外振动失真，且可对用于执行所需的计算（例如，薄膜周围区域宽度的计算）的所得到图像做上述修正。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)（在第1及2A图的图像撷取装置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来执行的。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，强迫在晶片的前缘今儿后缘之间沿着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为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非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-图3的装置可用于数个不同的应用。例如，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的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，这些参数可通过图像控制处理器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，具有在图像中晶片的边缘处具有加强的对比。
以上已说明光源为发光二极管阵列134，具有相同的单色发射光谱。因为此这种单色来源，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由观察到的干涉效应计算出。此外，可对靠近薄膜边缘的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（或更多个）预先确定的分散波长组成的光谱。在此情况中，光源阵列134的光发射器或发光二极管154可由两个（或更多个）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。例如，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。例如，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，且比较结果用以调整图1的一个处理腔室504的一个或多个处理参数（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 (20)

1.一种用于获得在处理系统中的工件的图像的方法，所述处理系统包含至少一个处理腔室及机械手，所述机械手用于沿着工件运输路径传递工件进出所述至少一个腔室，所述方法包括以下步骤：
使所述机械手沿着所述工件运输路径传递所述工件；
以可变的画面更新率，来撷取狭长型静态视野的连续画面，所述狭长型静态视野相对于平放于所述视野中的所述工件运送路径的一部分横向延伸，所述视野具有不少于所述工件的直径的长度；
照射所述视野内至少一部分的所述工件；
获得限定所述机械手的动作的信息，且在所述撷取的步骤期间，从所述信息计算所述工件的当前速度；
根据所述工件的所述当前速度与参考速度或先前速度之间的差值，来调整所述可变的画面更新率；和
提供包括所述连续画面的所述工件的图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述参考速度包括在所述连续画面的先前一个期间所发生的所述工件的速度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述调整的步骤包括以下步骤：对所述连续画面的各画面，在所述可变的画面更新率与所述工件的所述当前速度之间，保持至少接近常数的比率。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述连续画面包括前导画面、尾随画面和所述前导画面之后且在所述尾随画面之前所撷取的画面，所述前导画面与所述工件的前缘重合；所述尾随画面与所述工件的后缘重合。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述狭长型静视野的宽度为所述图像的一个相片元素的等级。
6.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：从含有限定预先确定的机械手速度状态的数据的机械手控制器存储器，来获得所述机械手速度状态信息。
7.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：从响应于所述机械手的动作的编码器，来获得所述机械手速度状态信息。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述撷取的步骤包括以下步骤：从狭长型阵列的光敏感元件撷取信号，且其中所述照射的步骤包括以下步骤：以一定范围的入射角照射所述光敏感元件的各个元件的模式，来提供阵列的光发射元件。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述工件运送路径的所述部分相对应于平行于所述运送路径的所述部分的Y轴和垂直于所述Y轴的X轴，所述方法进一步包括以下步骤：针对归因于所述视野与所述X轴之间的错位角的失真，修正所述图像中的X轴坐标。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述修正X轴坐标的步骤包括以下步骤：
通过将在连续画面中的晶片中心位置的移动与所述错位角的函数相匹配，来确定所述错位角；和
通过包括所述错位角的所述函数的修正因子，来修正所述X轴坐标。
11.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：修正所述图像由所述工件在所述工件的平面内的振动引起的失真。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述修正所述图像来自所述工件在所述工件的平面内的振动的失真的步骤包括以下步骤：
寻找在所述画面的连续画面中所述晶片的中心的移动；
透过所述连续画面限定所述晶片的所述中心的平均移动；
对于含有所述晶片中心及所述晶片的所述中心的所述平均移动之间的差值的各画面，以所述差值平移所述图像。
13.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：修正所述图像由所述工件在相对于所述工件的所述平面为横向的方向上的振动引起的失真。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述修正所述图像来自所述工件在相对于所述工件的所述平面为横向的方向上的振动的失真的步骤，进一步包括以下步骤：
从所述图像确定工件视半径，且以所述工件视半径与已知工件半径之间的比率来确定径向修正因子；
按照所述径向修正因子缩放所述图像中的径向位置。
15.如权利要求4所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：通过将所述机械手的预先确定的速度状态数据拟合所述正确位置的所述动作，在所述连续画面上平滑化所述正确位置的动作，以产生拟合的机械手速度状态，且从所述拟合的机械手速度状态获得所述连续画面的各画面的所述正确位置。
16.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：
确定所述画面的各画面中所述工件的中心；
在所述连续画面上，确定所述工作部件的所述中心的移动；和
将所述工件的所述中心的所述移动与正弦函数相匹配，且将正弦振幅推断为所述工件的非同轴性的振幅，且将正弦相位角推断为所述工件的非同轴性的方向。
17.如权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：
将所述非同轴性的振幅和所述非同轴性的方向提供作为对所述机械手的修正反馈。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述照射的步骤包括以下步骤：由各个平行列的离散光发射器提供相应的光的波长，其中所述列的每列发射相对应于所述波长的相应波长的单色光谱。
19.如权利要求18所述的方法，所述方法包括以下步骤：取决于待照射的所述工件上的一层中的材料的类型，在撷取所述连续画面期间，选择所述平行列的光发射器中用于启动的特定列。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述照射的步骤包括以下步骤：在撷取所述画面的连续画面期间，以不同光的波长照射所述视野中所述工件的所述部分，由此产生所述工件的彩色图像。
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