CN110709975B - 基于图像的基板映射器 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于检测基板中的翘曲的方法和设备。在一些实施例中，一种用于检测基板中的翘曲的翘曲检测器包括：一个或多个光源，所述一个或多个光源在存在时照射一个或多个基板；相机，所述相机用于在存在时捕捉一个或多个基板的暴露部分的图像；运动组件，所述运动组件具有用于支撑相机的安装台；和数据采集接口(DAI)，所述数据采集接口耦接至相机以处理基板图像并且基于经处理的基板图像来检测基板的翘曲。

Description

基于图像的基板映射器
技术领域
本公开的实施例总体涉及基板制造工艺。
先前技术
随着对更好、更小、更快、且更可靠的电子产品的持续需求，基板制造商必须以不断提高的处理速度生产高品质且可靠的基板。基板制造通常涉及用于检测基板不存在、基板错位、基板交叉开槽(cross-slotting)、基板双槽(double-slotting)、以及在盒和前开式标准基板储存盒(Front Opening Unified Substrate storage cassettes，FOUPs)中常见的其他类似的基板放置错误的基板映射器。
目前的基板映射技术(诸如光学映射传感器)，通常被提供以作为独立装置或作为边缘(或真空)夹持末端效应器的一部分。目前的基板映射装置和方法通常用于映射可能具有变化的涂层、边缘几何形状和厚度的基板。然而，发明人已发现目前的基板映射装置和方法在检测基板翘曲(warpage)方面差，并且因此无法维持可接受的工艺良率。
因此，本发明人已提供用于及时且精准地检测基板翘曲的改进的设备和方法。
发明内容
本文提供用于检测基板中的翘曲的方法和设备。在一些实施例中，一种用于检测基板中的翘曲的翘曲检测器包括：一个或多个光源，所述一个或多个光源在存在时照射一个或多个基板；相机，所述相机用于在存在时捕捉一个或多个基板的暴露部分的图像；运动组件，所述运动组件具有用于支撑相机的安装台；和数据采集接口(DAI)，所述数据采集接口耦接至相机以处理基板图像并且基于经处理的基板图像来检测基板的翘曲。
在一些实施例中，一种基板处理系统包括：一个或多个工艺腔室；传递腔室；一对装载锁定腔室；多个基板储存盒，所述多个基板储存盒具有前开口，并经配置以接收和保持多个基板；基板储存盒装载器，所述基板储存盒装载器用于在所述装载锁定腔室与所述多个基板储存盒之间传送基板的盒；和翘曲检测器，所述翘曲检测器用于检测在所述多个基板储存盒中的基板的翘曲。翘曲检测器可以是如本文所述的任何实施例的翘曲检测器。
在一些实施例中，一种用于检测基板中的翘曲以进行处理的方法包括以下步骤：(a)捕捉基板的边缘的图像；(b)处理基板的边缘的图像；和(c)从经处理的图像中确定基板中的翘曲的程度。
以下描述本公开的其他和进一步的实施例。
附图说明
通过参照附图中描绘的本公开的说明性实施例，可以理解在上文简要总结并在下文更详细讨论的本公开的实施例。然而，附图仅描绘本公开的典型实施例，并且因而不被认为是对范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实施例。
图1是根据本公开的一个或多个实施例的翘曲检测器的示意图。
图2描绘根据本公开的一个或多个实施例的与基板储存盒相关的示例性翘曲检测器的示意图。
图3描绘根据本公开的一些实施例的检测基板翘曲的方法。
图4描绘根据本公开的一些实施例的适合于执行用于处理基板的方法的群集工具。
为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同的附图标记来表示附图中共同的相同元件。附图不是按比例绘制的，并且为了清楚而可能被简化。一个实施例的元件和特征可以有益地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开的实施例包括用于在对基板执行一个或多个工艺之前检测基板储存盒(例如，FOUPs)中包含的基板的翘曲的系统和方法。发明人已观察到，目前的基板映射方法和设备关注于映射基板的平面主表面(例如，基板的x-y平面)上，并且不能检测沿着z轴的x-y平面外的基板翘曲。这种翘曲可能是由于例如沿着基板侧边缘的变形。
根据与本公开一致的实施例，提供翘曲检测器，并且所述翘曲检测器用以在对基板执行一个或多个工艺之前测量和分析基板的翘曲。因此，本公开的实施例通过节省可能否则花费在不能接受地翘曲的基板上的处理时间和材料来改进基板处理。
图1是根据本公开的一个或多个实施例的翘曲检测器100的示意图。翘曲检测器100包括高分辨率相机102、一个或多个光源104、运动组件106、和数据采集接口(DAI)108。
高分辨率相机102一般包括聚焦透镜110和取景器112。提供聚焦透镜110，以解析和捕捉具有介于约300微米与约3000微米之间或在一些实施例中介于约300微米与约800微米之间的厚度的基板的侧视图。在一些实施例中，高分辨率相机102可以被配置为有利地比运动组件106及其部件更小和更轻。例如，高分辨率相机102可具有小于约300克的质量。
提供一个或多个光源104以照亮将以高分辨率相机102拍摄的一个或多个基板(例如，以下讨论的基板208)的一部分。光源104被配置为传递漫射光。例如，光源104可以包括发光二极管(LED)等。光源104有利地成形以促进光漫射。例如，光源104可以是条状(bar)或环形的漫射灯泡。在一些实施例中，光源104设置在靠近将被拍摄的一个或多个基板(例如，以下讨论的基板208)附近。在一些实施例中，光源104设置在高分辨率相机102附近。例如，如图1所示，光源104可以设置在取景器112上方。
运动组件106包括垂直支撑件114、安装台116和致动器118。垂直支撑件114是用于安装台116的支撑件和枢轴。安装台116被配置成当分辨率相机于操作中时以及当安装台116在一个或多个方向上移动安装台116时，保持和支撑高分辨率相机102。致动器118向安装台116提供沿垂直支撑件向上和向下的垂直运动，如方向箭头120所示。致动器进一步向安装台提供横向旋转运动，如方向箭头122所示。
数据采集接口(DAI)108通信耦接到高分辨率相机102。DAI 108包括图像处理器124、数据存储装置125、和用户接口126。图像处理器124至少包括图像处理算法128和图像数据分析器130。用户接口126包括用户输入外壳(user input shell)132以及输出读取器134。
在执行时，图像处理算法128通过将基板图像转换成为可由图像数据分析器130解释的图像数据来处理以高分辨率相机102捕捉的基板图像。例如，图像处理算法128可以将基板图像转换成二进位制数据的像素。例如，图像数据可以是矩阵或表格形式。在一些实施例中，图像处理演算法128可以进一步包括照片改进工艺，诸如图像噪声过滤等。
图像数据分析器130通过将图像数据与翘曲阈值标准进行比较来执行由图像处理算法128产生的对图像数据的分析。翘曲阈值标准包括针对基板的被拍摄部分的尺寸(例如，基板的侧面照片)所界定的下限和上限翘曲值。在一些实施例中，在开始映射工艺之前，翘曲阈值标准可以由用户输入到用户输入外壳132中。在一些实施例中，翘曲阈值标准可以被预先编程为图像处理器的制作方法的一部分。翘曲阈值标准是基于诸如处理腔室的基板入口的公差以及使用基板的应用之类的因素来选择的。
图2示出了根据本公开的一个或多个实施例的与基板储存盒202相关的示例性翘曲检测器100。
基板储存盒202(例如，FOUP)具有底部203、前开口204和顶部205。基板储存盒202进一步包括间隔开的槽206的阵列。每个槽206被配置来接收和支撑基板208。如图2的示例性实施例所示，总共N个垂直排列的槽206可被标记为槽206-1至206-N，从底部203至顶部205，并被配置来支撑基板208，其从底部203到顶部205分别标记为基板208-1到基板208-N。在图2所示的示例性实施例中，基板储存盒202具有N＝25、垂直排列的槽206和堆叠的基板208。
如基板储存盒202的侧面上所示的x-y-z坐标示意图所描绘，通过前开口204暴露的基板208的边缘有利地促进拍摄和分析z方向的变形(如果有的话)，以用于翘曲检测。如上所述，光源104设置在适合照射将由高分辨率相机拍摄的一个或多个基板的区域中。如图2所示，光源104沿着前开口204设置在靠近底部203且靠近顶部205处，以照亮基板208的被暴露的边缘。
替代地或者是与致动器118组合，运动组件106可以包括机器人臂。图2描绘了示例性机器人臂210。如图2所示，机器人臂210从中心枢轴212延伸。中心枢轴包括基部213。在一些实施例中，中心枢轴212可固定至高度位于基板储存盒202的底部203下方的坚固支撑表面，例如桌面或地板。机器人臂210包括后端214和刀片216。后端214包括安装表面218。安装固定器220将高分辨率相机102支撑在安装表面218顶部上。安装固定器220可以是任何合适的支架，诸如托架、或夹具等。刀片216可以具有边缘夹持器222或其他合适的机构，以在传递期间(例如，在将基板208传入和传出基板储存盒202期间，如下文所讨论)固定基板。在一些实施例中，边缘夹持器222可以是真空夹持器。如方向箭头120所示，机器人臂210被设置成具有垂直运动，沿中心枢轴212向上和向下。机器人臂210进一步被设置成围绕中心枢轴212横向旋转并且面向前开口204穿过x-y方向旋转。例如，如图2所示，机器人臂210被描绘为从相机朝向基板208的被暴露的边缘的中心的中立位置顺时针旋转约90度。
如图2所示，致动器118耦接到中心枢轴212以向机器人臂210提供运动。在一些实施例中，机器人臂210的运动可以包括可远程控制的运动装置，以允许当未提供致动器时机器人臂的垂直和旋转的位移。
在根据图2中描绘的实施例的操作中，前处理基板208，高分辨率相机102例如降低到基板储存盒202的底部。以最下面的槽206(例如，槽206-1)开始，高分辨率相机102从最下面的槽206(例如，槽206-1)到最上面的槽(例如，槽206-25)执行连续的基板存在扫描。当已扫描最上面的槽(例如，槽206-25)时，相机停止。执行基板存在扫描，以验证基板208是否存在于每个槽206中。高分辨率相机102将基板存在扫描的发现转发至DAI 108。基板存在扫描也可以以任何其他合适的顺序来执行，例如从顶部到底部等。
接着且可选地，例如从第一槽(诸如最上面的槽206(例如，槽206-25))开始，高分辨率相机102开始捕捉基板208的平面主表面的图像(例如，基板208-25至208-1的x-y平面)。由于它们在基板载体中的位置，图像可以在与主平面表面成一角度处获得。高分辨率相机102在捕捉最后一个基板(例如最底部基板(例如，基板208-1))的x-y平面图像之后停止。基板208的平面主表面(例如，基板208-25至208-1的x-y平面)的图像被发送至图像处理器124以用于基板映射。输出读取器134显示x-y平面映射结果并将其发送至数据存储装置125。或者，可以在不同位置(例如，在装载至盒中之前)获得基板208的平面主表面的图像，并且可以使用不同的相机获得图像，其中x-y平面映射结果被传输至数据存储装置125。
在对包含于基板储存盒202中的每个基板208的平面主表面进行映射之后，重新调整高分辨率相机102的高度，使得取景器112是同高(1evel)并且指向第一基板(诸如最底部的基板208(例如，基板208-1))的面向前的边缘的中心。在一些实施例中，用户接口126提示操作者将翘曲阈值标准参数输入至用户输入外壳132中。翘曲阈值标准参数也可以在更早的阶段或是自动地被提供。
随后，高分辨率相机102捕捉第一基板208(例如，基板208-1)的面对边缘的图像。高分辨率相机102移动到具有基板208于其中的下一个槽，并且停止。高分辨率相机102停止在取景器112同高(1evel)并且指向将被拍摄的第二基板208(例如，基板208-2)的面向前的边缘的中心的高度。随后，高分辨率相机102捕捉第二基板208(例如，基板208-2)的边缘的图像。依序地，对于包含在基板储存盒202中的每个基板208执行操作，直到捕捉到最后一个基板(诸如最上面的基板208(例如，基板208-25))的面向前的边缘的图像为止。高分辨率相机102将存在于槽206(例如，槽206-1至206-25)中的所有基板(例如，基板208-1至208-25)的图像发送至图像处理器124以用于进行处理。
在图像处理器124中，图像处理算法128处理基板图像并将其转换成被发送至图像数据分析器130的图像数据。图像数据分析器130将图像数据与翘曲阈值标准比较。在翘曲分析之后，基板翘曲结果被输出读取器134以一种或多种形式读出和/或显示，并且被发送并存储于数据存储装置125中。例如，输出读取器134可显示通知使用者可接受(例如，“通过的”)和拒绝(例如，“失败的”)的基板的表格。
在一些实施例中，图像处理器124和图像处理算法128被设置以提供基板208的二维映射。在一些实施例中，图像处理器124和图像处理算法128被配置为提供基板208的三维映射。二维映射数据或三维映射数据存储在数据存储装置125中，并且可用以在输出读取器134上重建和显示基板的二维图形或三维图形。
图3描绘了根据本公开的一些实施例的检测包含在基板储存盒202中的基板的翘曲的方法300的流程图。以下参照图2来描述方法300。方法300可以有利地提供精确的和即时的检测设置在基板储存盒202中的基板208的翘曲。
方法300在302处由识别具有基板208设置在其中的槽206而开始。可选地，如在304处所示，可以识别错误开槽(incorrectly slotted)的基板208并且随后在306处进行校正。在308处，捕捉槽206中的基板208的被暴露的边缘的图像。可选地，在一些实施例中，为了改进图像品质，利用光(例如，漫射光)照射基板的边缘。在310处，处理基板308的被捕捉的图像。在312处，执行图像分析以检测和评估基板的翘曲量。翘曲的基板被拒绝并且接受令人满意的基板。在314处，显示并报告图像分析结果，使得只有接受的基板在根据本公开的一个或多个实施例提供的一个或多个处理腔室中被处理。
可以对设置于基板储存盒202中的基板执行方法300。方法300可使用独立设备来执行，如上文关于图1和图2所讨论的。或者，方法300可在一个或多个群集工具的界面处执行，例如，以下关于图4描述的群集工具400。在一些实施例中，方法300可以对设置于独立处理腔室的界面处提供的基板储存盒202中的基板执行。
群集工具400的示例包括可从加州圣克拉拉的应用材料公司获得的和/>群集工具。然而，本文描述的方法可以使用具有与其耦合的合适的工艺腔室的其他群集工具或者在其他合适的处理腔室中实施。例如，在一些实施例中，上文讨论的发明方法可以有利地在集成工具中执行，以使得在处理步骤之间存在有限的或不存在真空破坏。
图4描绘了适合执行本公开的部分的群集工具。通常，群集工具是包括执行各种功能的多个腔室(例如，工艺腔室402A-D，服务腔室404A-B等)的模块化系统，所述各种功能包括：基板中心寻找和定向、脱气、退火、沉积和/或蚀刻。根据本公开的实施例，群集工具可以包括诸如离子注入腔室、蚀刻腔室等的腔室。群集工具的多个腔室安装到中央真空传递腔室，所述中央真空传递腔室容纳适于在腔室之间输送基板的机器人。真空传递腔室通常保持在真空状态下并且提供中间阶段以用于将基板从一个腔室输送到另一个腔室和/或至位于群集工具的前端的装载锁定腔室。
通过图示，在图4中以平面图示出特定的群集工具400。群集工具400总体包括多个腔室和机器人，并且群集工具400配备有微处理器控制器406，所述微处理器控制器406被编程以实现在群集工具400中执行的各种处理方法。前端环境408被示出定位为与一对装载锁定腔室(装载锁定410)选择性地连通(communication)。设置在前端环境408中的基板储存盒装载器412能够进行直线和旋转运动(箭头414)，以在装载锁定410与安装在前端环境408上的多个基板储存盒202之间传送基板。装载锁定410在前端环境408与传递腔室416(例如，真空传递腔室)之间提供第一真空界面。提供两个装载锁定410以通过交替地与传递腔室416和前端环境408连通(communicating)来增加吞吐量。因此，当一个装载锁定410与传递腔室416连通时，第二装载锁定410与前端环境408连通。机器人418设置在传递腔室416中央，以将基板从装载锁定410传送到各种处理腔室402A-D和服务腔室404A-B。处理腔室402A-D可以执行各种工艺，诸如物理气相沉积、化学气相沉积、蚀刻、清洁等，而服务腔室404A-B可以适用于脱气、定向、冷却等。
为了实施本公开的实施例的目的，翘曲检测器100的高分辨率相机102安装在基板储存盒装载器412上，并且DAI 108通信耦合到微处理器控制器406。
发送到DAI 108以存储在数据存储装置125中的基板翘曲“通过”/“失败”结果被进一步发送到微处理器控制器406。微处理器控制器406指示储存盒装载器412仅选择“通过的”基板，以在各种处理腔室402A-D中进行处理。因此，通过在基板处理之前检测翘曲的基板，节省了资源并且有利地提高了工艺品质。
虽然前述内容针对的是本公开的实施例，但在不脱离本公开的基本范围下，可设想本公开的其他和进一步的实施例。

Claims (15)

1.一种用于检测基板中的翘曲的翘曲检测器，所述翘曲检测器包括：
一个或多个光源，所述一个或多个光源设置在基板储存盒的前开口中以在存在于所述基板储存盒中时照射一个或多个基板；
相机，所述相机用于在存在时捕捉一个或多个基板的暴露部分的图像；
运动组件，所述运动组件具有用于支撑所述相机的安装台；和
数据采集接口(DAI)，所述数据采集接口(DAI)耦接至所述相机以处理基板图像并且基于经处理的所述基板图像来检测基板的翘曲。
2.如权利要求1所述的翘曲检测器，其中所述安装台耦接至垂直支撑件，其中所述安装台经配置以围绕所述垂直支撑件横向地旋转，并且其中所述安装台经配置以沿着所述垂直支撑件垂直地移动。
3.如权利要求1所述的翘曲检测器，其中所述一个或多个光源设置在所述相机的取景器上方。
4.如权利要求1所述的翘曲检测器，其中所述相机具有小于300克的质量。
5.如权利要求1至4中任一项所述的翘曲检测器，其中所述一个或多个光源包括漫射光或发光二极管(LED)中的一种或多种。
6.如权利要求1至4中任一项所述的翘曲检测器，其中所述相机包括聚焦透镜，所述聚焦透镜经配置以解析和捕捉具有厚度在300微米和3000微米之间的基板的边缘。
7.如权利要求1至4中任一项所述的翘曲检测器，其中所述DAI进一步包括用户输入外壳或数据存储装置中的一种或多种。
8.如权利要求1至4中任一项所述的翘曲检测器，其中所述运动组件进一步包括机器人臂。
9.一种基板处理系统，包括：
一个或多个工艺腔室；
传递腔室；
一对装载锁定腔室；
多个基板储存盒，所述多个基板储存盒具有前开口，并经配置以接收和保持多个基板；
基板储存盒装载器，所述基板储存盒装载器用于在所述一对装载锁定腔室和所述多个基板储存盒之间传送基板的盒；和
翘曲检测器，所述翘曲检测器用于检测在所述多个基板储存盒中的基板的翘曲，所述翘曲检测器是如权利要求1至8中任一项所述的翘曲检测器。
10.如权利要求9所述的基板处理系统，其中所述一个或多个光源围绕靠近每个基板储存盒的所述前开口设置。
11.如权利要求9所述的基板处理系统，其中所述基板储存盒装载器包括机器人臂，所述机器人臂具有后端和刀片，所述后端设置为靠近中心枢轴，所述刀片具有用于在传递期间固定基板的边缘夹持器或真空夹持器。
12.一种用于检测包含在基板储存盒中的基板中的翘曲以进行处理的方法，所述基板储存盒具有前开口，所述方法包括以下步骤：
(a)在所述基板存在于所述基板储存盒中时利用设置在所述基板储存盒的所述前开口中的一个或多个光源照射所述基板；
(b)捕捉所述基板的边缘的图像；
(c)处理所述基板的所述边缘的所述图像；和
(d)从经处理的所述图像确定所述基板中的翘曲的程度。
13.如权利要求12所述的方法，其中在捕捉所述基板的所述边缘的所述图像期间，所述基板被以漫射光照亮。
14.如权利要求12所述的方法，其中确定所述基板中的翘曲的所述程度包括将基板边缘图像的图像数据与翘曲阈值标准进行比较。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中对容纳于基板储存盒中的多个基板依序执行(a)至(d)。
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