CN105742201B - 用于在腔室内感测基板的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于在腔室中感测基板的方法、设备与系统。本发明包含发出至少两种不同波长的辐射；向着腔室的内部引导所发出的第一波长的辐射通过该腔室的视口；向着基板载具的叶片中的孔的位置引导所发出的第二波长的辐射通过该腔室的该视口；检测由该叶片、该腔室的内部、或在该叶片上的基板反射的任何所发出的辐射；以及根据检测到的反射的辐射确定在该叶片上是否存在基板。许多其他方面亦被公开。

Description

用于在腔室内感测基板的方法及设备
本申请是申请日为2012年8月10日、申请号为201280039886.X、发明名称为“用于在腔室内感测基板的方法及设备”的发明专利申请的分案申请。
相关申请
本发明要求享有在2011年8月16日申请的序列号为61/524,090的美国临时专利申请案的优先权，该美国临时专利申请案的名称为“METHODS AND APPARATUS FOR SENSING ASUBSTRATE IN A CHAMBER”(用于在腔室内感测基版的方法与设备)(代理人号为16270/L)，在此为了所有目的通过引用而将该申请作为整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于在腔室内感测基板的方法与设备。更特别地，本发明涉及用于感测不同基板的方法与设备，其中各基板可能具有不同的反射率。
背景技术
由于基板的不同反射率，故使用传统的光学传感器可能难以在电子装置处理腔室中可靠地光学检测基板。因此，需要用于在腔室中感测不同基板的可靠方法与设备，其中各基板可能具有不同的反射率。
发明内容
本发明的实施方式大体涉及用于感测基板的方法与设备。
在一些实施方式中，本发明提供了一种在腔室中感测基板的方法。该方法包含发出至少两种不同波长的辐射；向着腔室的内部引导所发出的第一波长的辐射通过该腔室的视口；向着基板载具的叶片中的孔的位置引导所发出的第二波长的辐射通过该腔室的该视口；检测由该叶片、该腔室的内部、或在该叶片上的基板反射的任何所发出的辐射；以及根据检测到的反射的辐射确定该叶片上是否存在基板。
在一些其他实施方式中，本发明提供了一种用于在腔室内感测基板的设备。该设备包含多个发射器，该多个发射器用于发出至少两种不同波长的辐射；构件，该构件用于向着腔室的内部引导所发出的第一波长的辐射通过该腔室的视口；该构件中的一个或更多个孔隙(aperture)，该一个或更多个孔隙用于向着基板载具的叶片中的孔的位置引导所发出的第二波长的辐射通过该腔室的该视口；一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器用于检测由该叶片、该腔室的内部、或在该叶片上的基板反射的任何所发出的辐射；以及逻辑件(logic)，该逻辑件耦接至这些传感器且用于根据检测到的反射的辐射来确定该叶片上是否存在基板。
在另外的其他实施方式中，本发明提供了一种用于在电子装置处理工具中感测基板的设备。该设备包含固定构件，该固定构件用于使该设备耦接至电子装置处理工具的视口；第一波长的辐射源，该第一波长的辐射源设置在该固定构件内且用于照射该电子装置处理工具的内部；第二波长的辐射源，该第二波长的辐射源设置在该固定构件内且被引导以照射在该电子装置处理工具中基板载具的叶片中的孔的位置；一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器被设置以接收从该基板、该叶片、与该电子装置处理工具的内部反射的辐射；以及逻辑件，该逻辑件耦接至该传感器且用于根据所接收的反射的辐射而确定该叶片上是否存在基板。
从下述示例性实施方式的详细说明、所附要求保护的范围和附图，本发明的这些与其他特征及方面将变得更完全显现。
附图说明
具有普通技术的技术人员将了解以下描述的附图仅为了说明的目的。附图并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
图1描绘本发明的示例设备实施方式的分解透视图。
图2描绘图1的示例设备实施方式的侧视图。
图3描绘图2的示例设备实施方式的沿着线3-3所截取的截面视图。
图4描绘图1的部件的示例实施方式的详细视图。
图5描绘图1的示例设备实施方式的一部分的详细分解透视图。
图6描绘本发明的示例设备实施方式的前视透视图。
图7描绘本发明的示例设备实施方式的底视透视图。
图8描绘本发明的示例系统实施方式的透视图。
图9描绘本发明的设备的示例实施方式，该设备在执行本发明的第一方法的操作中。
图10描绘本发明的设备的示例实施方式，该设备在执行本发明的第二方法的操作中。
图11描绘本发明的设备的示例实施方式，该设备在执行本发明的第三方法的操作中。
图12描绘用于在电子装置处理腔室中支撑基板的叶片。
图13是流程图，该流程图根据本发明的一些方面而描述本发明的示例方法实施方式。
图14是流程图，该流程图根据本发明的一些方面而描述图13的流程图的一部分的示例实施方式的各种细节。
图15与图16是部分透视图，这些部分透视图描绘使用三种辐射波长进行根据本发明的一些方面的感测的可替代实施方式。
图17A至图19B分别为三对部分透视图与截面图，该三对图描绘使用侧视光学系统(optics)进行根据本发的一些方面的感测机器人腕部的三个可替代实施方式。
具体实施方式
为了解释本说明书的目的，在任何适当的时候，使用为单数形式的用语也将包含复数形式且反之亦然。“或”的使用旨在表示“和/或”，除非另行指明。在本文中，“一”的使用旨在表示“一个或更多个”，除非另行指明或者“一个或更多个”的用法是明显不适当的。“包含(comprise、comprises、comprising)”、“包括(include、includes、including)”、“具有(has、having)”的使用是可互换的且不意为限制。此外，当一个或更多个实施方式的说明使用用语“包含”时，所属领域的普通技术的人员将了解到，在一些具体实例中，能使用语言“本质上含有”和/或“含有”来替代地说明实施方式。
虽然本文的教示内容是结合各种实施方式而加以说明的，然而本文的教示内容并不意为限制于这些实施方式。相反的，本发明的教示内容涵盖各种替代方式、修改方式及等同方式，如同被本领域普通技术的人员所将了解的那样。
本发明提供了用于在腔室中感测基板的系统、方法与设备。利用在两种不同的波长(或波长范围)下运行的至少两组不同的发射器与检测器，，本发明针对两种不同条件而平行地感测，以确定处理腔室内的叶片上是否存在基板。第一种条件为引导至腔室中的第一波长的辐射是否以高于或低于用于支撑基板的空叶片将反射回辐射的范围的水平被反射回来；若是，该系统即确定存在基板。第二种条件是，第二波长的辐射(且特别是向着该叶片中的中心孔的位置引导的第二波长的辐射)是否以大于第二波长的辐射的环境水平的水平被反射回来；若是，该系统即确定存在基板。
第一种条件覆盖了基板比叶片反射性更高或更低的情况。假设叶片具有由上临界值与下临界值界定的反射率范围，则本发明包含用来在反射辐射量高于该上临界值及低于该临界值时确定存在基板的逻辑件。然而，当基板具有在与空叶片相同反射率范围内的反射率时，则使用第二条件来确定基板是否在该叶片上。该第二条件具体地查看(look at)在基板叶片中的孔的位置以及用于确定该第二波长的辐射是否被直接反射的逻辑件，以确定是否存在基板。本发明用于同时测试两种条件，但在其他实施方式中，可依次进行这些确定。
在一个或更多个实施方式中，基板检测设备提供有单一固定构件，该单一固定构件用于容易地耦接至一个或更多个电子装置处理工具(例如移送腔室、处理腔室等)的视口，该电子装置处理工具比如为由Applied Materials Inc.of Santa Clara,California(加州圣大克劳拉市的应用材料公司)制造的或处理工具。固定构件可设计为避免基板检测设备所使用的光(例如光谱能量)离开视口的窗的反射，否则此反射会影响基板检测工艺。为可靠地检测可包含非反射材料的基板，基板检测设备包含可从红外线(约1500nm)变化至远紫外线(约150nm)的一个或更多个辐射源(例如光谱能量源)，用于检测辐射源发出的波长(或多个波长)和/或来自基板的二次发射的一个或更多个光学检测器，一个或更多个漫射器，以及在一些实施方式中，用于感测正在检测的基板类型的的一个或更多个窄带(narrow-band)过滤器。过滤器波长可不同于由光源发出的波长，因为在一些情况中，从基板反射二次或偏移(shifted)发射。选择适当的过滤器可除去对专门对准的需要。为助于检测，基板检测设备也可包含用来阻挡周围光源以减少背景信号的特征。也可包含其他装置，以修改光学路径以便降低图案形状对基板的影响。这类装置可包含但不限于透镜、窗口、准直器与漫射器。在一些实施方式中，可提供自动(例如通过控制软件)和/或手动机构以用于在运行期间控制由辐射源发出的能量强度以及检测器的增益(gain)。
基板检测设备亦包含了提高安全性与可靠性的数个特征。举例而言，在一些实施方式中，基板检测设备包含外壳，该外壳具有屏蔽，该屏蔽被设计以限制和/或防止操作者无意地暴露至光能量源，并以在开启外壳时避免电力中断的方式提供耦合。在一个或更多个实施方式中，该设备可包含安全联锁开关(safety interlock switch)，该安全联锁开关防止无意暴露至在眼睛安全波长范围外的光能。
稳定的辐射源(例如以固定波长发射的固态光源)可被单独或可适当地组合使用。这类源可被选择以便提供长且稳定的服务(例如长达传统薄膜检测装置中所使用的光源服务的500至1000倍)。这些源可被设计以于极短时间中开启，使得他们能仅在进行测量和进行确定所需的短时间中被供电(不需重复校正)，因而节省可观的能量。光源的极快速开启与短期使用提高了安全性。举例而言，在使用紫外线或红外线光源时，暴露至该光源达某些时间段会是有害的，故仅对光源短期供电，同时符合其他安全性标准(例如封闭的屏蔽、外壳)。
本发明也提供了一种控制系统和/或软件，该控制系统和/或软件用于连接并且控制根据本发明的基板检测设备。控制系统可包括一个或更多个逻辑电路，该一个或更多个逻辑电路用于：执行并记录基板检测设备的校正；确定基板的存在或不存在；以及耦接至制造设施中的其他控制系统。
在一些实施方式中，本发明可利用针对市售(例如应用材料公司的与)移送腔室盖罩视窗口(例如简单拴上)的固定方式。此固定方式被认为可容易地适用于其他类型与形式的设备。
本发明使用可容易地适用于所有类型与形式的处理腔室视口的固定方式。本发明被设计以阻挡环境光源以供均匀感测。与其他方法不同，这是本发明的一个整合特征，不需要额外的工程方法或解决办法。本发明的实施方式限制或防止操作者无意暴露至光能量源。其他特征可包含内置的安全性截止开关(视需要)以及工程安全性解决办法(比如以防止在未中断电力时外壳开启的方式设计连接缆线)。无论是单独或组合使用，这些都提升了操作者与安装者的安全。
本发明被设计为紧凑(compact)的整体(模块化)螺栓紧固(bolt-on)组件，这与用各种部件原位组装、整合为各种腔室部件、且其部件可散布于系统周围的已有技术的系统相反。
本发明被设计以与所有基板处理系统电气相接，或直接用于与所有基板处理系统相接。此相接被设计为实际上非常简单以便增强灵活性。在一些实施方式中，本发明也可包含交互式且可配置系统接口，且本发明也可使用例如序列数据传送以与主机系统通讯和/或受主机系统控制。然而，这类相接的存在与使用是视情况而定的且并非操作所必需的。
在制造期间本发明的配置简单且与适度技术套件(set)高度兼容。利用标准市售窄带滤光器与光源选择或通过主动选择特定波长带的光源与传感器的选择，该装置被调整至需要的波长带。
固态光源和/或其他固定波长的能量源可被适当组合使用。可为长期且稳定的服务(例如，已有技术源的服务寿命的500倍至1000倍)选择这些源。由于目前的源可在它们的正常服务寿命期间不明显退化，因此这些源可被视为永久性的。
在一些实施方式中，这些辐射源可“立即开启”，不需长的预热(warm up)时间且具有高能量效率。本发明所使用的立即开启源可提供安全性提升。当使用紫外线或红外线源时，可视情况在短时间段且只有在满足所有安全性联锁标准时对这些源供电。
根据本发明，不需要装设及使用特别的窗口、光纤、真空密封或任何其他的此类项目。既存的腔室真空密封在装设或使用期间并不会被破坏，这允许在不改变基板制造工艺或腔室下执行非常快速的装设与服务。
本发明可包含光谱能量源或多个源，视感测可靠度的需要，这些源在波长上可包含从远红外线(～1500纳米)至紫外线(～150纳米)的范围。在一些实施方式中将使用至少两个不同波长，而在其他实施方式中则可使用三个或更多个不同波长。在一些实施方式中，分开的基板存在辐射发射器与检测器装置/水平检测传感器(例如光能发射器与检测器/传感器)被使用且以实质不同的波长操作，以避免彼此干扰。
本发明的实施方式可提供自动或手动方式以于服务运行期间控制光能量源的强度且作为自动校正序列的部分。同样地，本发明的实施方式可提供自动或手动方式以于服务运行期间控制感测装置的增益或敏感度且作为自动校正序列的部分。
本发明可包含光学传感器或传感器群组，该光学传感器或传感器群组能够检测光能量源所发出的波长或多个波长，和/或能够检测来自正被感测的晶片的二次发射。此外，本发明可包含光学传感器或传感器群组，该光学传感器或传感器群组能够在不存在晶片时检测来自机器人叶片的背景反射。实施方式包含所述光学检测器的固定件，该固定件被设计为在需要时可容易地重新配置。本发明可包含光学路径，该光学路径将传感器或这些传感器限制在特定区域或范围。这样的路径可含有透镜、窗、准直器、漫射器与其他装置以增进此功能且还帮助消除图案形状对正被感测的晶片的影响。
实施方式包含在光学传感器与主机设备之间的相接方式，以及能够在生产中与在服务情况中执行及记录组件校正的逻辑电路。逻辑电路可用于基于校正(包括由在不同波长下运转的多个检测器所感测的条件的组合)而产生关于正被感测的基板的决定。
逻辑电路也可用于确定基板存在于或不存在于感测装置或多个感测装置的视野中，包括未提供基板叶片面开口的情况以及晶片足够暗(无反射性)而使正常感测方案失效的情况。
本发明亦可提供固定件形状，该形状避免来自真空腔室窗口的第一与第二表面反射不利地影响返回的感测光学信号。在一些实施方式中，可为自动校正提供光学整合参考目标表面，或可提供标准化的目标晶片以帮助实施所述校正。也可提供机械组(array)装置以容纳及对准这些光能量源，并用以将这些光能量源的输出引导至会聚点(convergentpoint)，且也用于受控的照射场区域。
在本发明的另外的实施方式中，可使用光谱能量源的多于一种(多色聚集源)的波长。可使用对正受检测的半导体基板膜类型敏感的专用的一个或更多个光学过滤器，或可使用用来感测具体波长而排除其他波长的一个或更多个检测器装置。注意过滤器波长可与所含的光能量源相同或不同，因为在一些情况中会检测到二次或偏移发射或二次与偏移发射的组合。在能量源中的多种光波长可在不同实施方式中同时地、依次地、或选择性地启用。
在其他实施方式中，可使用借助于分束器、多股光纤、镜体或类似装置所产生的同轴光源。同轴光源可替代会聚光源而存在，或是除了具有不同视野或波长的光源以外而存在。在一些实施方式中，同轴光源可结合会聚光源而存在，且可单独地、同时地或是结合使用以实现测量。
转向图1，现为说明的目的来描述本发明的具体示例实施方式。提供了本发明的基板检测设备100的示例实施方式的分解立体视图。示例设备100包含基部组件102，基部组件102包含非必需的上漫射器104、漫射管105，且基部组件102由外管壳(housing)106围绕。外管壳106耦接至板108，板108支撑传感器组件110且板108由屏蔽壳112围绕。传感器组件110可包含用于控制设备100的逻辑件113。基部组件102进一步包含基部固定构件114，基部固定构件114用于支撑下漫射器116与辐射源组118，以及基部固定构件114用于耦接至处理腔室的视口(将于下文中详细说明)。如上所述，基部组件102包含内漫射管105。内漫射管105支撑上支撑构件120，上支撑构件120用于固持非必需的上漫射器104。间隔件122(例如O形环)可围绕下漫射器116设置，以将下漫射器116定位在基部固定构件114内。
设备100用于在处理腔室的视口(未示)处容易地装附至该处理腔室(未示于图1，但可见于图8)(例如移送腔室、处理腔室等)。当装附了设备100时，设备100被设置以通过视口照射与查看在处理工具内的基板。光学基部组件102的下部部分被成形以匹配于视口的框架(未示)内，使得组件102的底部环状表面202(图2)与视口的透明材料(例如石英窗口)齐平，且组件102的外凸缘边缘204(图2)伸出视口的框架，以促进装附(例如，通过机械螺栓)。在一些实施方式中，设备100的结构部件(例如壳、基部板等)可由铝或任何其他可行的材料形成。
如果存在的话，非必需的上漫射器104可由蛋白石(opal)玻璃制成，蛋白石玻璃为半透明的，但对光能不是透明的。根据所使用的具体应用、强度和/或波长，非必需的上漫射器104可存在或可不存在。在一些实施方式中，蛋白石玻璃薄层(例如约0.05至约0.3mm厚，且较佳为约0.1mm厚)可被融合至较厚的透明玻璃片(例如约6mm厚)，以形成非必需的上漫射器104。非必需的上漫射器104被水平设置且与中心辐射路径一致，该中心辐射路径从该处理工具的视口延伸向上、通过基部组件102的中心、通过非必需的上漫射器104、通过基部板108中的孔隙(基部板108可包含一个或更多个光学过滤器)、而进入传感器组件110。
外管壳106(与屏蔽壳112一起)用于屏蔽基部组件102，并且用于防止周围光进入传感器组件110以及保护操作者免于暴露至来自基部组件102的辐射。虽然外管壳106被描述为管件，但也可使用任何可行的形状。
传感器组件110被设置在板108上方并由板108支撑。传感器组件110用于产生信号，该信号指示能量波长的详细目标范围检测，以响应从处理腔室接收包括在该目标范围内的辐射能量。在一些实施方式中，可使用例如从Verity Instruments,Inc.ofCarrollton,TX(德州卡罗尔顿市的维立提仪器公司)商业购买的型号为PM100-V的检测器组件作为传感器组件110。在这类实施方式中，传感器组件110可体现为可替换或可升级的模块化部件，该模块化部件独立于设备100的电路的剩余部分。在其他实施方式中，传感器组件110可体现为设备100的控制器的整合部件。在一些实施方式中，板108也支撑在传感器组件110与非必需的上漫射器104之间的孔隙中或与该孔隙相邻的光学带通(bandpass)过滤器。也可使用额外或其他类型的过滤器(如上文所述)。
屏蔽壳112覆盖设备100的顶部，并且包围传感器组件110以及逻辑件113、和设备100的其他电路。与外管壳106相同，屏蔽壳112用于防止周围光进入传感器组件110，同时保护操作者免于暴露至来自基部组件102的光能。
转向图2，图2描述设备100的侧视图，该图说明图1所示的各种部件是如何装配在一起的。注意在图1与图2中都省略了几件紧固件以求清晰。如上面所指出，设备100的下环状表面202用于与处理腔室视口的窗口表面齐平。同样如上面所指出，组件102的外凸缘边缘204适于伸出视口的框架以促进装附。外凸缘边缘204包含孔，以使该组件牢固地、但可移除地装附至该处理工具(例如通过螺栓)。
转向图3，图3描述了示例设备100的截面图。该截面是沿着图2中标示为3-3的线截取的。注意以上针对图1与图2描述的的元件是使用与图1与图2中相同的标记数字来标示的。在图3中，基部组件102与设备100的内部部件被描绘为在它们的组合位置中。具体而言，下漫射器116被绘示为设置在内漫射管105内。此外，逻辑件113(例如可编程控制器)被描绘为在传感器组件110上。逻辑件113可通过电路板线而耦接至光学传感器组件110，并可通过组118的缆线302而耦接至辐射源组118。
与非必需的上漫射器104(未示于图3)相同，下漫射器116可由蛋白石玻璃制成。在一些实施方式中，蛋白石玻璃薄层(例如约0.05mm至约0.3mm厚，且较佳为约0.1mm厚)可被融合至较厚的透明玻璃片(例如约6mm厚)，以形成下漫射器116。在一些实施方式中，下漫射器116可被设置为使得该蛋白石玻璃层在下漫射器116的顶部表面上，有效地进一步使漫射器116凹进至内漫射管105中。
内漫射管105可由铝形成，且包含涂布有无规纹理的材料的内表面，以使行进通过管105的辐射能量进一步散射且无规化。在一些实施方式中，内漫射管105的内表面可被阳极化处理(anodized)以形成粗糙氧化物层。阳极氧化层(anodized layer)的厚度可介于约20至40微英寸RMS之间，且较佳为约32微英寸RMS。
逻辑件113可包含处理器、逻辑电路和/或用于使用设备100来执行本发明的方法的硬件与软件的任何组合。举例而言，逻辑件113可包含用于为响应接收到指示应开始检测(例如，预期存在基板)的信号而启动供应基部组件102的程序代码，以照射在处理工具中的基板。在一些实施方式中，逻辑件113可包含用于使用基部组件102根据下面针对图13与图14详述的方法来检测该处理腔室中基板的存在的程序代码。在一些实施方式中，逻辑件113可包含用于根据从传感器组件110接收一个或更多个信号(该信号指示从基板反射而接收的辐射能量的某一波长的检测)而向主机系统或处理工具控制器发送信号(该信号指示存在或不存在基板)的程序代码。在一些实施方式中，逻辑件113可包含用于校正设备100、控制辐射能量源的强度、和/或调整传感器组件110中的传感器增益的程序代码。逻辑件113亦可包含接口端口(interface port)、存储器、时钟、电源、以及其他部件以支持逻辑件113的运行。
转向图4，提供了描绘辐射源组118的图。所绘示的示例组118包含六个用作为辐射源402的LED。然而，可当基部固定构件114中有对应数目的孔隙时使用任何类型与数目的可行的辐射源402。如上面所指示，可使用各种不同类型的源来产生辐射能量，例如在从红外线(约1500nm)至远紫外线(约150nm)的光谱范围中。
在如图5所示的本发明的实施方式中，辐射源组118进一步包含发射器404与传感器406，发射器404与传感器406可一起用来感测反射的辐射，该反射的辐射(1)具有与辐射源402的辐射不同的波长，且(2)专门被引导至用于在腔室内支撑基板的叶片中的中心孔的位置处。
除了缆线302以外，辐射源组118可进一步包含连接器408，用于连接至逻辑件113的接口端口，从而使设备的制造与服务更为简易。
转向图5，提供了更为详细的基部组件102的下部部分的分解透视图。除提供一种方式以使设备100容易地、可移除地、以及牢固地耦接至处理腔室视口以外，基部固定构件114包含数个孔隙以支撑下漫射器116以及辐射源组118的部件402、404、406。特别是，孔隙包含LED或其他能量源所用的多个大致垂直(normal)的开口，以及发射器/传感器对(pair)404、406所用的一对倾斜开口。图5描绘下漫射器116、内漫射管105、辐射源402、发射器404、以及传感器406的相对位置，以及各如何装配至基部固定构件114内或上。在所示例子中，发射器404与传感器406被绘示为倾斜约22.5度，以使来自发射器404的光能反射离开叶片上的基板，并且由传感器406接收。然而，也可使用其他可行角度。具体而言，发射器404与传感器406较佳为倾斜的，以位于在由腔室内叶片支撑的基板的表面上的一点相交的线上。下文针对图10提供更加详细的说明。
图6与图7分别描述基板检测设备100的前视图与底视图。注意设备100可被改成相对于其所要固定到的处理腔室的盖罩而具有低轮廓。所需的垂直尺寸很大程度上限定了内漫射管105的长度，且漫射量随着该长度增加而增加，从而增大设备100的信噪比。关于图7，注意设置于下漫射器116周围的辐射源402的相对位置发射重叠“视野”圆锥的均匀场至基板上。同时注意用于与处理腔室的视口窗齐平的平坦环形表面202。
转向图8，图8绘示了本发明的示例系统实施方式的透视图。两个基板检测设备100被绘示为耦接至处理工具(例如移送腔室)的一部分的盖罩902。盖罩902包含多个视口904，各视口904都包含框架906及透明窗材料908。本发明的设备100被绘示为用螺栓固定至两视口904的框架906，同时平坦环形表面202(图7)齐平于置于框架906内的透明窗材料908。在所描述的配置中，排除了环境光进入设备100，除非是通过透明窗材料908。
转向图9，图9提供了说明在运行中的设备100的射线(ray)轨迹的截面图。图9的射线轨迹图描绘了引导第一波长的辐射至腔室中，并且检测该辐射是否以高于或低于用于支撑基板的空叶片所将反射回的辐射的水平而被反射返回。相反，图10的射线轨迹图描绘了将第二波长的辐射引导至腔室中，具体是指向叶片中的中心孔的位置。虽然这两种方法分别绘示在不同的图中，但它们也可以同时平行地进行，以测试以上描述的两种条件来确定是否存在基板。
如图9所示，辐射从辐射源402发出，且由基部固定构件114中的孔引导通过腔室的视口904的透明窗材料908。如射线910所指，辐射可被反射离开基板912(如果存在的话)，和/或被基板912(如果存在的话)吸收。从基板912反射的辐射可通过透明窗材料908而返回至设备100，并在通过下漫射器116之后进入漫射管105。反射的辐射在经过非必需的上漫射器104之后被由板108支撑的传感器组件110的传感器914检测。发射的辐射916的部分可由视口904的透明窗材料908反射。
与图9相同，图10中所描绘的方法描绘了设备100的截面，以及从发射器404发出、经过透明窗材料908、反射离开基板表面912、返回通过透明窗材料908、并由传感器406接收的辐射能量射线1002。如图所示，当存在基板时，辐射能量射线1002反射离开基板表面912，而该基板即被检测到。若不存在基板，则射线102不反射回到传感器406，而设备100能够确定不存在基板。
注意，虽然不是描绘的确定基板存在的方法中的一项考虑，但一些射线1004朝向下漫射器116反射离开透明窗材料908。因此，在同时并行地使用图9与图10中描述的方法时，较佳使用不同的波长辐射。还要注意发射器404被倾斜以将辐射全部投射于基板912上、在支撑基板912的叶片1008的中心孔1006上方的位置处。(注意设备100的截面是在线10、11-10、11处截取的，线10、11-10、11相对于图12中所描述的与基部固定构件114的中心下方的中心孔1006对齐的叶片1008。)同样的，传感器406被倾斜以检测从基板912上、在支撑基板912的叶片1008的中心孔1006上方的位置处所反射的辐射。
转向图11，图11提供描绘当在叶片1008上没有基板912时的结果的射线轨迹图，且辐射1102因经过叶片1008中的中心孔1006而未朝向传感器406反射，且辐射1102反射离开腔室底部1104。如上面所指出，图12描述了具有中心孔1006的叶片1008的示例实施方式。许多可替代的叶片配置可与本发明的设备100一起使用。
图13是流程图，该流程图根据本发明的一些方面而描述本发明的示例方法1300的实施方式。在步骤1302中，由以上描述的辐射源发出至少两种不同波长(“A”与“B”)的辐射。在步骤1304中，波长A的辐射一般向着腔室的内部被引导通过处理腔室的视口。在步骤1306中，波长B的辐射全部向着基板载具(例如基板移送机器人)的叶片中的中心孔的位置被引导通过该处理腔室的视口。在步骤1308中，该系统尝试检测已由叶片、腔室内部、或叶片上的基板反射的任一波长的辐射。在步骤1310中，该系统根据在步骤1308中所检测到的反射的辐射而确定在该叶片上是否存在基板、以及叶片是否存在于视野中。
图14是流程图，该流程图根据本发明的一些方面而描述图13的流程图的步骤1310的示例实施方式的细节。示例方法1310开始于步骤1400。该方法包含两组并行的子方法，这些子方法可由设备100的逻辑件113同时或依次执行。图14中描述的方法1310说明这两组子方法的同时执行。从步骤1400开始，处理流程进行至步骤1402与步骤1416。首先将说明朝步骤1402进行的流程。
在步骤1402中，设备100确定在步骤1308(图13)中所检测到的波长A的反射辐射量是否低于将由空叶片反射的下临界辐射量。换言之，已知空叶片反射一范围内的辐射量，该范围能于例如校正期间予以确定。若所检测的波长A的辐射量低于此已知范围的下限(lower band)，则该设备可能够推断出有基板正在吸收辐射。在此情形中，流程继续至步骤1414，且该设备指出存在基板与叶片。否则，流程继续至步骤1404。
在步骤1404中，设备100确定在步骤1308(图13)中所检测的波长A的反射辐射量是否大于将由空叶片反射的上临界辐射量。如是，则流程继续至步骤1414，且该设备指出存在基板与叶片。否则，流程继续至步骤1406。
在步骤1406中，设备100确定在步骤1308(图13)中所检测的波长A的反射辐射量是否大于在无叶片存在时的上临界腔室环境反射量。如是，则流程继续至步骤1410，在步骤1410该设备提供存在叶片的指示，然后流程继续至步骤1412，在步骤1412该设备提供不存在基板的指示。否则，流程继续至步骤1408，在步骤1408该设备提供不存在叶片的指示，然后流程继续至步骤1412，在步骤1412该设备提供不存在基板的指示。此完成了第一组子方法。
现将说明从步骤1400至步骤1416的流程。在步骤1416中，设备100确定在步骤1308(图13)中所检测的波长B的反射辐射量(波长B原本向着叶片的中心孔位置被引导)是否大于波长B的辐射的环境水平。如是，则流程继续至步骤1414，在步骤1414该设备提供基板与叶片都存在的指示。否则，流程则继续至步骤1406。
如上所述，在步骤1406中，设备100确定在步骤1308(图13)中所检测的波长A的反射辐射量是否大于在无叶片存在时的上临界腔室环境反射量。如是，则流程继续至步骤1410，在步骤1410该设备提供存在叶片的指示；且然后流程继续至步骤1412，在步骤1412该设备提供不存在基板的指示。否则，流程继续至步骤1408，在步骤1408该设备提供不存在叶片的指示，且然后流程继续至步骤1412，在步骤1412该设备提供不存在基板的指示。此完成了第二组子方法。
在一些实施方式中，辐射或能量发射(例如从不同位置发出，该不同位置比如为402组与从图10中的404)可具有相同波长。
在一些实施方式中，可使用三重辐射(例如三种不同波长)源应用，其中略微较小的组402(包含较少的发射器，例如四个发射器)将可与第二组三角测量(triangulation)发射器/传感器对(例如，除第一组三角测量发射器/传感器对404、406以外)一起使用。举例而言，第二组三角测量发射器/传感器能替代发射器402的两个位置。在一些实施方式中，可使用六个发射器402，且额外的发射器/传感器对能设置在与这六个发射器402相邻的位置中。在这些配置中，基板检测设备100将包含两个三角测量传感器功能以及一个场(本体(bulk))传感器功能。在这些实施方式中，可使用三种不同波长来防止各传感器之间的干扰。
图15与图16描绘的实施方式说明了有两个不同辐射束会聚于叶片1008中的中心孔1006上的应用。仍使用剩余的LED位置来进行本体吸收感测。能加入额外的位置，且用于会聚功能的位置能倾斜、组合在一起、或用别的方式为适配而修改。
可使用三种不同波长，使得两个会聚(反射性)传感器并不彼此干扰，也不干扰本体(吸收)传感器。不同的波长可被最优化，以感测比两个波长可能够可靠地感测到的更宽范围的基板“颜色”与光学特性。
转向图15，该图绘示了基部固定构件114A的实施方式，该基部固定构件114A包含了供瞄准叶片1008中孔1006的位置的两组三角测量发射器/传感器对所用的孔。两不同光束1502A、1502B被绘示为从基部固定构件114A边缘以大致正交的位置发出及终止。
转向图16，该图绘示了基部固定构件114B的第二实施方式，该基部固定构件114B包含了供瞄准叶片1008中孔1006的位置的两组三角测量发射器/传感器对所用的孔。两不同光束1602A、1602B被绘示为它们的路径大致平行，但瞄准中心叶片孔1006的不同位置。
在图15与图16中所示的两个实施方式中，基部固定构件114A的中心开口保持开着以供反射的来自本体场发射器的光的通行。
另外的实施方式(未示)包含三组不同的光束发射器/传感器对，该三组不同的光束发射器/传感器对都会聚于设置在基部固定构件114的中心开口内的传感器上。在这样的实施方式中，可不提供其他实施方式的本体场感测功能。
在附加的发射器/传感器对的三角测量点瞄准叶片1008的孔1006的位置的实施方式中，该附加的发射器/传感器对能提供备用(redundant)基板覆盖孔(substrat-covering-hole)感测功能。因为该附加的发射器/传感器对将被选择，以用于在不同于其他波长的波长下发射与感测，因此基板的检测能变得更为可靠。已经观察到在处理前和处理后基板的反射率的极端变化，不仅改变反射率，同时也使基板的光谱吸收与反射偏移。举例而言，取决于观察到的基板是在哪一处理阶段，基板可从水般透明(water clear)转为浅绿至深蓝或黑色。
在一些实施方式中，该附加的发射器/传感器对可被用于在机器人腕部处倾斜地三角测量，当垂直向下看时，通常是无法从视口904看见该机器人腕部。在这类实施方式中，内部棱镜或镜体(例如固定在腔室内)可被用来产生这样的光学路径。此类实施方式能提供叶片检测功能，该叶片检测功能能被用来仅在实际上存在叶片时开启其他发射器。这将大量延长其他发射器的可用寿命。
图17A至图19B描绘用于容许感测机器人腕部的侧视式光学系统的三个实施方式。注意在图17B与图18B的实施方式中，发射器404A、404B以比整个图的截面切截线更深的剖面(cutaway)来绘示。在许多应用中，为可靠检测而修改叶片腕部不是必要的。然而，通过在叶片1008与腕部的会合点处提供倒角边缘，可进一步提升检测可靠度。特别是，如果该倒角边缘具有大致垂直于射线路径的角度，则在存在叶片时可反射更多辐射，且更进一步提高检测可靠度。
在本文描述的本发明的各实施方式中，有意使阻挡基部固定构件114的中心开口的量达最小。此外，本发明被设想与设计为避免需要对腔室的内部进行修改。该修改将实际上需要打开盖体并进行诸如钻孔之类的修改。将避免这种修改会导致的碎屑与泄漏的可能。此外，用具有内部固定孔的方式来取代整个盖罩可能不具成本效益。
查看图17B，在一些实施方式中，棱镜或镜体的固定可由包含设置在视窗908与腔室盖罩902之间的固定支撑环来完成。组的对准可通过与窗夹环固定表面上的特征对应的对准标记的方式来完成。然而，因为在叶片腕部上的目标表面可本身是弯曲的，因此该对准可并不严格。
图17A与图17B(分别为透视图与截面图)描述了第一侧视实施方式，其中视口窗908是通过将成形的透明立管(riser)1702结合或融合至窗908的下表面而加以修改。这可能通过将管件融合至窗908的一个面上、并使该管件具有封闭端部截面而完成。这允许光纤光学探针(例如连接至分光计)安全良好地延伸至处理区域中，有时多达两英寸或更多。
此方法的优点包含能达到更斜的视点，因为这些立管能向下延伸远到安全绕开(clear)所有的机器人移动。此外，一项优点是此方法避免了腔室真空密封的任何可能破坏，因为标准窗口可被简单替换。此外，立管1702的形状可被修改，以获得任何需要的视角。在一些实施方式中，根据立管材料与真空之间的临界角而可于倾斜表面涂布反射性物质。垂直表面板为光学路径提供了清楚的视窗，且垂直表面板可倾斜而与射线路径垂直。发射器与检测器可被固定至基部固定构件114，安全地远离真空且因此在标准平坦窗口配件之上并无真空泄漏的其他路径。
虽然在图17B中仅绘示了发射射线轨迹，然应清楚的是反射射线轨迹能沿着相同路径行进，或能通过调整立管1702的尖端的切面的旋转角而于具体点(如在图17A中)上被三角测量。
在图17A与图17B所示的实施方式中，发射器404A与检测器可以是分开的且也可视需要而配备有狭窄孔隙，以通过在立管1702的尖端处的棱镜镜体有效地限制视区。在图17A中所示的发射器与检测器的分离容许更精确地排除没有定位在叶片/机器人上目标点处的表面反射，且也容许因降低发射器与检测器之间的串扰而提高信噪比。在一些可替代的实施方式中，发射器与检测器也可通过单一立管而被同轴固定。
转向图18A与图18B，所示的实施方式与图17A与图17B的实施方式大部分相同，除了立管1802更易于制造以外。成形的棱镜或镜体可被结合至透明立管1802的端部，立管1802本身已被制造或结合至观看窗908。适合且可行的透明光学元件结合剂则是该领域中所熟知的。
图18A与图18B的实施方式优于图17A与图17B的实施方式的优点包含数个特征。在图18A与图18B的实施方式中的棱镜或镜体可于制造时被精确地放置，而不需要磨制立管底座或使立管底座成形。此外，相较于图17A与图17B的实施方式，棱镜或镜体表面上的角度可为所需光束路径而更容易地最佳化。此外，图18A与图18B的实施方式的制造成本将实质上低于图17A与图17B的实施方式的制造成本。
图19A与图19B的实施方式是图17A与图17B以及图18A与图18B的实施方式的变化方式。此实施方式不具有立管，而是具有结合至视窗908、或制造为视窗908的一部分的棱镜1902或镜体。此实施方式的优点在于可利用标准视窗(例如有双平坦面的窗)来制造此布置，且将仅要求为光束路径配置或定制棱镜1902或镜体。
如同在前述实施方式中，棱镜1902或镜体可被制造为具有足够的高度，以从所示位置降低视点。这将具有减少来自腔室盖罩902中圆形孔隙侧部的环境反射的效果。
同样如在前述实施方式中，发射器与检测器可为分离的或可为共轴的。在图19B所示的实施方式中，发射器404A被绘示为与垂直方向呈小角度被固定。这最佳化所绘示的进入棱镜1902的射线路径，同时尽可能不阻挡传感器基部固定构件114E中的主要中心光学口。在一些实施方式中，棱镜1902或镜体可被制造为视窗的整合部分。在这种实施方式中，可通过孔隙收缩(aperture-constricting)发射器与检测器以便限制来自腔室盖罩902中圆形孔隙的侧部处的反射来进行更可靠的感测。
本发明的教示的实施方式已以描述的方式加以说明。应了解所使用的专业术语旨在为说明用语性质，而非限制性质。根据上述教示，这些实施方式的许多修改与变化是可能的。因此，在所附要求保护的范围的范围内，能以不同于具体说明的方式来实施这些实施方式。

Claims (20)

1.一种用于在腔室中感测基板的设备，包括：
基部组件，所述基部组件包括：
外壳，
辐射源阵列，所述辐射源阵列位于所述外壳内且配置为发射至少两种不同波长的辐射，及
基部安装构件，所述基部安装构件具有一或更多个孔隙且配置为耦接至腔室的视口；
传感器组件，所述传感器组件耦接至所述基部组件且包括：
一或更多个传感器，所述一或更多个传感器配置为检测反射的所发出的辐射，及
逻辑件，所述逻辑件耦接至所述一或更多个传感器且配置为根据以下之一或两者来确定所述腔室中是否存在基板：检测到的反射的由所述辐射源阵列发出的第一波长的辐射、检测到的反射的由所述辐射源阵列发出的第二波长的辐射；及
上壳，所述上壳包围所述传感器组件。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述辐射源阵列包括多个发光二极管，每个所述发光二极管配置为发射第一波长的辐射。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述辐射源阵列包括发射器和传感器，所述发射器和所述传感器被配置为分别发射和感测第二波长的辐射。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述基部组件进一步包括漫射管，所述漫射管位于所述外壳内，所述漫射管具有涂布有无规纹理的材料的内表面，所述内表面配置成使行进通过所述漫射管的辐射能量散射且无规化。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述基部组件进一步包括上漫射器，所述上漫射器位于所述漫射管的上端。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述上漫射器被水平设置且与辐射路径一致，所述辐射路径延伸通过所述基部组件且进入所述传感器组件。
7.如权利要求5所述的设备，其中所述上漫射器包括半透明蛋白石玻璃。
8.如权利要求4所述的设备，其中所述基部组件进一步包括下漫射器，所述下漫射器由所述基部安装构件支撑且位于所述漫射管的下端。
9.如权利要求1所述的设备，进一步包括板，所述板支撑所述传感器组件且耦接至所述外壳。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述逻辑件是可编程控制器。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述上壳和所述外壳被构建为防止周围光进入所述传感器组件。
12.一种用于在腔室中感测基板的设备，包括：
多个发射器，所述多个发射器用于发射至少两种不同波长的辐射；
构件，所述构件具有一或更多个孔隙以用于向着基板载具的叶片中的孔引导所发出的第一波长和第二波长的辐射通过腔室的视口；
一或更多个传感器，所述一或更多个传感器用于检测由所述叶片、所述腔室的内部、或在所述叶片上的基板反射的任何所发出的辐射；及
逻辑件，所述逻辑件耦接至所述传感器且配置为根据检测到的反射的辐射来确定所述叶片上是否存在基板。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述逻辑件配置为确定是否存在基板的步骤包括逻辑件配置为确定检测到的反射的所述第一波长或所述第二波长的辐射的量是否大于所述第一波长或所述第二波长的辐射的环境水平。
14.如权利要求12所述的设备，其中所述构件配置为向着所述腔室的内部引导所发出的第三波长的辐射通过所述腔室的所述视口。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述逻辑件配置为确定是否存在基板的步骤包括逻辑件配置为确定所检测到的反射的所述第三波长的辐射的量是否低于将由空叶片反射的辐射的下临界量。
16.如权利要求14所述的设备，其中所述逻辑件配置为确定是否存在基板的步骤包括逻辑件配置为确定所检测到的反射的所述第三波长的辐射的量是否高于将由空叶片反射的辐射的上临界量。
17.一种用于在腔室中感测基板的设备，包括：
多个发射器，所述多个发射器用于发射多种不同波长的辐射；
构件，所述构件具有一或更多个孔隙以用于引导所发出的所述多种不同波长的辐射通过腔室的视口；
棱镜或镜体，所述棱镜或镜体耦接至所述视口以向着所述腔室内的位置倾斜地引导所发出的第一波长的辐射；
一或更多个第一传感器，所述一或更多个第一传感器用于检测由所述棱镜或镜体反射的所发出的辐射；及
逻辑件，所述逻辑件耦接至所述一或更多个第一传感器，且配置为根据所检测到的由所述棱镜或镜体反射的辐射来确定在所述位置处是否存在机器人叶片腕部，以及配置为响应所述机器人叶片腕部的检测而启动所述多个发射器的一或更多个发射器。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述构件具有至少一个孔隙以用于向着基板载具的叶片中的孔引导所发出的第二波长的辐射通过所述腔室的所述视口。
19.如权利要求17所述的设备，其中所述构件具有至少一个孔隙以用于向着所述腔室的内部引导所发出的第三波长的辐射通过所述腔室的所述视口。
20.如权利要求17所述的设备，进一步包括一或更多个第二传感器，所述一或更多个第二传感器配置为检测由基板载具的叶片、所述腔室的内部、或在所述叶片上的基板反射的所发出的辐射，其中所述逻辑件耦接至所述一或更多个第二传感器且配置为根据所检测到的反射的辐射来确定是否存在基板。
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