CN111699143A - 确定密闭腔室中衬底位置的方法和执行该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定密闭腔室中衬底位置的方法和装置,其中,所述衬底通过传输系统在腔室内移动,所述传输系统至少包括一个旋转轴。提供了相邻于至少一个所述旋转轴的负载转换元件,其中所述负载转换元件检测作用在所述至少一个旋转轴上的负载并将其转换成电参数。当所述至少一个旋转轴上不存在衬底时,测量对应于电参数的第一值的第一输出信号。当输出信号与第一输出信号相差至少预定量时,监测输出信号并检测所述至少一个旋转轴上是否存在衬底。

Description

确定密闭腔室中衬底位置的方法和执行该方法的装置
技术领域
本申请涉及一种确定衬底处理装置的密闭腔室中衬底位置的方法以及一种执行该方法的装置。特别地,本发明涉及确定在腔室内移动或通过腔移动的衬底的位置,该腔室所有侧面都是封闭的并且可以是真空腔。
背景技术
在许多生产过程中,尤其是对于大的平面衬底,待处理的衬底在生产线特别是在线系统的腔室内移动或通过腔室移动。这样的衬底可以用于制造光电器件(例如太阳能电池或光电传感器)、或发光装置(例如发光二极管)、或光传输装置(例如液晶显示器或触摸屏)、或其他设备。通常,使用诸如辊或轴或皮带之类的装置来移动衬底。此外,所执行的一些工艺是真空工艺,并且所使用的腔室可以是密封的,即气密的,在所有侧面上是封闭的,例如通过锁或门封闭。即使腔室不是在所有侧都封闭,而是具有用于分别向其中插入和从中移出衬底的小开口,但是从腔室外部通过眼睛进行有意识的控制来简单确定衬底在腔室内的位置是不太可能的。因此,根据现有技术,通常根据移动装置的移动来推断衬底的位置,或者使用腔室内的光学或热传感器来确定衬底的位置。
但是,外推法不能满足精确地确定位置的需要,并且当衬底运动受到某种干扰时,例如衬底的打滑或由于衬底的断裂或损坏,完全无法确定位置。由于蒸气(例如,在蒸发工艺中)或等离子工艺中的等离子体,或者仅由于腔室内的空间或视轴不足,通常不能使用光学传感器。热传感器通常不具备所需的空间分辨率。如果将传感器安装在腔室内,传感器由于在腔室内进行的工艺而承受高应力,例如承受蒸发工艺中的高温。即使传感器安装在腔室外部,如US2013/0206065A1中所述,也需要在腔室壁内安装传感器窗口,从而导致腔室结构复杂,并进一步降低传感器的分辨率和定位精度。此外,很难检测出衬底的局部损伤,例如,衬底的损坏。
申请内容
本发明的目的是提供一种以高确定精度来确定衬底在密闭腔室内的位置的方法,并且该方法避免了根据现有技术的方法的至少一些缺点。另一个目的是提供一种用于执行该方法的装置。
这些目的分别通过根据独立权利要求的方法和装置解决。在从属权利要求中给出了实施例。
根据本发明,一种确定密闭腔室中衬底位置的方法包括以下步骤:提供与至少一个旋转轴相邻的负载转换元件,所述至少一个旋转轴是传输系统的一部分,衬底在腔室内在所述旋转轴上移动;在所述至少一个旋转轴上没有衬底的情况下,测量所述负载转换元件的第一输出信号;当所述负载转换元件的输出信号与所述第一输出信号相差至少预定量时,监测所述负载转换元件的所述输出信号并检测所述至少一个旋转轴上是否存在衬底。
传输系统可以包括布置在密闭腔室内的多个旋转轴,其中衬底直接在旋转轴上移动,或者可以至少包括一条皮带,例如,传送带。传送带移动通过密闭腔室,并由腔室内的至少一个旋转轴支撑,其中,衬底位于皮带上的同时,在旋转轴上间接移动。衬底可以连续地传送,或不连续地传送,即有停止,例如以执行工艺步骤,或者振荡,即双向地或来回地摆动一次或多次。
密闭腔室可以是任何种类的真空或大气压腔室,执行该方法时,密闭腔室中可能存在任何种类的气氛,例如反应性、腐蚀性或薄雾(有雾)的气氛。该腔室可以是密封的,即气密的,例如通过锁或门在所有侧面上是封闭的,或者可以具有用于分别向其中插入或从其移出衬底的开口。然而,不可能通过在腔室外部用眼睛有意识地控制来简单地确定腔室内的衬底位置,因此该腔室被称为密闭腔室。此外或可替代地,在执行该方法时,可以将密闭腔室内部加热至高于300℃、高于400℃、高于500℃或甚至高于550℃的温度。对于这样的高温,根据现有技术的使用光学或热传感器确定衬底位置的其他方法通常不能应用。在密闭腔室内执行并作用在衬底上的工艺可以是任何种类的工艺,例如诸如退火之类的温度处理工艺,诸如CSS(封闭空间升华)的蒸发工艺,诸如CVD(化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)之类的其他沉积工艺或诸如干蚀刻的结构化工艺。即,当衬底位于腔室内时,可以对衬底进行温度处理或者可以在衬底上沉积层或从衬底上去除层,例如可以执行封闭空间升华工艺。
负载转换元件适于检测作用在旋转轴上的负载并将其转换为与该负载相对应的电参数的值。可以通过测量对应于电参数的电输出信号来确定电参数的值。负载转换元件可以是压电元件,其包括压电材料和布置在压电材料上的两个电极。压电材料将负载转换为电荷,从而在电极之间产生电压。然后可以通过测量装置测量该电压作为输出信号。在另一实施例中,负载转换元件是应变仪,该应变仪是电阻器,如果电阻器被拉伸或压缩,则其电阻会改变。可以通过测量施加到电阻器的给定电压下的电流来确定电阻,该电阻是将负载转换为的电参数,其中,电流是应变仪的输出信号,可以通过测量装置来测量。替代地,可以针对给定电流来测量电压。“邻近旋转轴”是指负载转换元件布置成使得其直接或间接邻接旋转轴,并且使得作用在旋转轴上的负载也直接或间接地作用在负载转换元件上。即,负载转换元件可以直接设置在旋转轴的表面上(例如在使用应变仪的情况下),也可以设置在直接与旋转轴相连并保持住旋转轴的轴承附近(例如在使用压电元件的情况下)。
为了检测衬底的存在,必须改变输出信号的预定量,选择该预定量,使得不会将输出信号的噪声检测为错误地对应于衬底的存在的信号。举例来说,压电元件是非常敏感和低噪声的装置,因此甚至可以检测到轻质衬底的存在或不存在。例如,可以检测到0.5mN的负载变化。应变仪也提供了良好的信噪比。
由于旋转轴的位置在腔室内是已知的,因此根据本发明的方法检测衬底的存在对应于确定衬底在密闭腔室内的位置。因此,输出信号从第一输出信号变化到与第一输出信号相差预定量的值,该变化对应于衬底的位置,在该位置处,衬底的前边缘在旋转轴的位置。如果输出信号具有与第一输出信号相差预定量的值,则预定量的值对应于衬底的位置,其中衬底覆盖腔室内的包含旋转轴的位置的区域。并且,输出信号从与第一输出信号相差预定量的值到第一输出信号的变化对应于衬底的后边缘在旋转轴的位置处的衬底的位置。
“旋转轴”是指整体上固定地布置在腔室内的每个旋转结构,并且适于当衬底在其上方移动时直接或间接地旋转和保持衬底。在这方面,“直接保持衬底”是指衬底或保持衬底的衬底载体以其表面之一直接位于旋转轴上,而“间接保持衬底”是指衬底或衬底载体以其表面之一位于至少一条皮带上,该皮带又由旋转轴保持。在后一种情况下,衬底本身通过皮带移动通过腔室,其中皮带至少由腔室内的旋转轴支撑。以任何方式,旋转轴可以由电动机驱动以旋转,即可以主动参与运送衬底通过腔室,或者可以仅通过衬底或在其上移动的皮带被动地旋转。旋转轴可以包括不同的部件,例如衬底直接或间接置于其上的衬底轴,以及穿过腔室壁并通过联轴器与衬底轴连接的驱动轴。此外,旋转轴还可以包括其他元件。例如,可以在衬底轴上形成或布置辊,其中衬底直接或间接地置于辊上。
“测量”是指在给定的时间点确定输出信号的实际值。“监测”是指确定并观察随时间变化的输出信号的值,从而允许比较不同的值并检测输出信号的值的变化,并获得随时间变化的输出信号的特性。
在一个实施例中,通过使用衬底的已知位置(例如在密闭腔室的外面),以及将衬底从已知位置移动到旋转轴的移动系统的特性,通过外推法来推断衬底应存在于旋转轴上的第一时间点。移动系统可以类似于传输系统形成,或者可以以其他方式形成。例如,移动系统可以包括传送带,而传输系统仅包括旋转轴,或者反过来,传输系统可以包括传送带,而移动系统仅包括旋转轴。移动系统还可以包括任何其他移动部件,例如将衬底供给到传输系统的机器人系统。根据用于检测腔室内衬底位置的旋转轴的位置以及传输系统和移动系统的类型,移动系统可以与传输系统相同,即移动系统是传输系统,或者可以包括传输系统以及其他移动部件,或者可以与传输系统完全分离。如果在第一时间点使用负载转换元件的输出信号未检测到衬底,则检测到衬底损坏或丢失或衬底运动受到干扰。即,在第一时间点与衬底的存在相对应的输出信号的缺乏可能是由衬底的损坏引起的,例如,衬底的前边缘破损、或衬底的全部丢失,也可能是由移动系统的缺陷引起的。损坏的衬底或衬底的移动受阻会导致输出信号的检测延迟特定时间段。衬底的全部丢失,例如由于衬底从移动系统掉落,或者移动系统完全故障,将导致根本没有检测到与衬底的存在相对应的输出信号。在这种情况下,可能需要目视检查密闭的腔室,例如通过打开腔室。
在另一实施例中,不仅观察到输出信号的变化,而且获得衬底在旋转轴上移动时输出信号的特性,并对该特性进行评估以确定衬底的其他特征。为此,对于已知的校准衬底,获得输出信号的第一特性,即输出信号随时间的变化。即,第一特性用于输出信号的校准。第一特性包括对应于校准衬底到达旋转轴的输出信号的第一梯度、对应于离开旋转轴的校准衬底的输出信号的第二梯度、以及对应于衬底完全覆盖旋转轴的最大值。对于板状且基本为矩形的衬底,当衬底覆盖旋转轴时,输出信号基本上等于整个时间内的最大值。校准衬底是与应观察其位置的其他衬底具有相同的尺寸和特性的衬底,其中已知校准衬底没有损坏。它通过密闭腔室的方式与其他衬底的移动方式相同。
如果获得了这样的第一特性,如果在衬底完全在旋转轴上移动时监测到的输出信号的第二特性的第一梯度与第一特性的第一梯度不同,则检测到衬底在其前边缘的损坏。衬底的前边缘是首先到达旋转轴的边缘,即沿传输方向的前边缘。如果前边缘被损坏,例如,如果前边缘的一部分缺失,则输出信号的第一梯度低于第一特性的第一梯度。但是,如果衬底的前边缘的损坏平行于先前未损坏的前边缘,则可能无法使用第一梯度检测到损坏。
另一方面,如果在衬底完全在旋转轴上移动时监测到的输出信号的第二特性的第二梯度与第一特性的第二梯度不同,则检测到衬底在其后边缘的损坏。衬底的后边缘是最后离开旋转轴的边缘,即沿传输方向的后边缘。如果后边缘被损坏,例如,如果后边缘的一部分缺失,则输出信号的第二梯度低于第一特性的第二梯度。同样,如果后边缘的损坏平行于先前未损坏的后边缘,则可能无法使用第二梯度检测到损坏。
此外,如果在衬底完全在旋转轴上移动时监测到的输出信号的第二特性的最大值小于第一特性的最大值,则检测到衬底在侧边缘或第一表面上的损坏。衬底的侧边缘是连接衬底的前边缘和后边缘的边缘,而衬底的第一表面可以是板状衬底的表面,在该板状衬底上衬底放置在旋转轴上或与旋转轴相反的表面上。
如果在密闭腔室内的衬底上或衬底处形成的层的厚度小于校准衬底的厚度,则获得的第二特性的最大值也可以低于第一特性的最大值。即,可以检测形成层的减薄过程,并且例如通过减小衬底穿过腔室的移动速度来抵消这种故障。
在另一个实施例中,邻近多个旋转轴设置有多个负载转换元件,其中每个负载转换元件适于检测作用在所述旋转轴之一上的负载。在至少一些旋转轴上存在衬底的情况下,在一个相同的时间点测量每个负载转换元件的输出信号。使用所测量的输出信号,使用对于本领域技术人员显而易见的计算程序来确定衬底的重量或尺寸。
在一个实施例中,负载转换元件布置在保持旋转轴的径向轴承内。如果输出信号在一段时间内出现线性或超线性漂移,包括在旋转轴上的基本相等的衬底的大量通道,则会检测到轴承的磨损。超线性漂移描述了输出信号随时间变化的函数,该函数最终的增长速度快于任何线性函数。由于从通过的衬底得到的输出信号看起来是周期性的,例如每分钟一次,可以识别出长期漂移并将其与衬底通道产生的输出信号分离开来,没有任何问题。
根据本发明的方法提供了一种简单的可能性,以高空间分辨率以及在不使用其他使用光学或热传感器的方法的条件下确定密闭腔室内的衬底的位置。此外,还可以检测衬底的损坏,并且可以相对于在密闭腔室内的衬底上沉积的或从衬底上去除的层的厚度来控制沉积或去除工艺。而且,所使用的负载转换元件显示出低噪声、高灵敏度以及来自负载的输出信号的高线性。压电元件还有其他优点。特别是它们不需要外部电源,并且耐磨。
根据本发明的另一方面,一种用于执行本发明方法的装置包括:密闭腔室,其包括传输系统,所述传输系统具有至少一个旋转轴;负载转换元件,其布置成与至少一个所述旋转轴相邻;测量装置,其用于测量所述负载转换元件的输出信号;以及控制装置,其用于监测和评估所述输出信号,并检测所述至少一个旋转轴上是否存在所述衬底。
传输系统适合于使衬底通过腔室移动和/或在腔室内移动,并且可以包括布置在密闭腔室内的多个旋转轴,其中衬底直接在旋转轴上移动,或者可以至少包括一条皮带,例如,传送带。传送带移动通过密闭腔室,并由腔室内的至少一个旋转轴支撑,其中,衬底位于皮带上的同时,在旋转轴上间接移动。负载转换元件适于检测作用在与其相邻布置的至少一个旋转轴上的负载。负载转换元件将负载转换成与负载相对应的电参数的值。可以通过使用测量装置测量对应于电参数的电输出信号来确定电参数的值。该测量装置用于获得第一输出信号,该第一输出信号在所述至少一个旋转轴上没有衬底时被测量。当输出信号与第一输出信号相差预定量时,控制装置适于监测所测量的输出信号并检测旋转轴上是否存在衬底。控制装置可以例如是计算机。然而,测量装置和控制装置也可以形成为适于执行两个装置的功能的一体的装置。
在一个实施例中,装置的所述至少一个旋转轴由布置在腔室壁内的径向轴承保持,并且负载转换元件布置在所述轴承内。在这种情况下,保护负载转换元件不受外部影响,例如腔室内的蒸气或其他侵蚀性介质或高温。此外,在轴承内容易检测到由旋转轴上的载荷引起的应变。负载转换元件的输出信号可以通过导线和真空馈通件传输到测量装置。
然而,负载转换元件可以布置在由衬底的负载引起的旋转轴的变形或应变发生并且可以被测量的任何位置。
在另一实施例中,所述装置包括多个旋转轴和多个负载转换元件,其中,每个负载转换元件与旋转轴中的一个特定旋转轴相邻布置,并且控制装置适合于评估所有负载转换元件的输出信号并且适合于确定存在于旋转轴上的衬底的重量或尺寸。
负载转换元件可以是压电元件或应变仪或任何其他合适的元件。
根据本发明的装置可以是在线系统的一部分,其中在衬底被传输系统沿着直线移动通过系统的同时对其进行处理。传输系统可以包括布置在密闭腔室内的多个旋转轴,其中衬底直接在旋转轴上移动,或者可以至少包括一条皮带,例如,传送带。传送带移动通过密闭腔室,并由腔室内的至少一个旋转轴支撑,其中,衬底位于皮带上的同时,在旋转轴上间接移动。传输系统适于将衬底进行连续地传送,或不连续地传送,即有停止,例如来执行工艺步骤,或者振荡,即双向地或来回地摆动一次或多次。
密闭腔室可以是如上所述的任何种类的真空腔室或大气压腔室。在一个实施例中,该密闭腔室是真空腔室,并且特别地可以是用于封闭空间升华(CSS)的CSS腔室,例如CdTe或CdS,以便产生薄膜太阳能电池。
附图说明
本发明包括说明书附图,以提供对本发明的实施例的进一步理解,并且说明书附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。说明书附图示出了本发明的一些实施例,并且与说明书一起用于解释原理。本发明的其他实施例和许多预期的优点将很容易理解,因为通过参考下面的详细说明可以更好地理解它们。附图的元件不一定相对于彼此成比例。相似的附图标记指代对应的相似部分。
图1示意性地示出了本发明的方法的第一实施例,其中检测了一个旋转轴上是否存在衬底。
图2A示意性地示出了本发明的方法的第二实施例,其中可以检测到衬底的损坏或丢失或衬底的运动干扰。
图2B示意性地示出了根据该方法的第二实施例的输出信号随时间的两个特性。
图3A示意性地示出了本发明的方法的第三实施例,其中可以检测到衬底的损坏。
图3B-3D每个都示意性地示出了根据该方法的第三实施例的输出信号随时间的特性。
图4A示意性地示出了本发明的方法的第四实施例,其中,可以使用多个负载转换元件来确定衬底的尺寸。
图4B示意性地示出了根据该方法的第四实施例的用于不同的负载转换元件的输出信号的值。
图5示意性地示出了根据本发明的装置的第一实施例。
图6示意性地示出了旋转轴和布置在装置的第一实施例的轴承内的负载转换元件的第一示例。
具体实施方式
图1示出了本发明的方法的第一实施例。在第一步骤S110中,负载转换元件,例如压电元件或应变仪,与密闭腔室内的旋转轴相邻设置,并且至少用于在衬底在腔室内移动和/或穿过腔室移动期间支撑衬底。旋转轴可以主动旋转,即由电动机或任何其他方式驱动,并且因此可以是移动衬底的主动部分,或者旋转轴可以被动地旋转,即,通过衬底在旋转轴上的运动而被动地旋转。在第二步骤S120中,当在旋转轴上不存在衬底时,测量负载转换元件的第一输出信号,即,第一输出信号是具有第一值的空转信号。在衬底在密封腔室内部移动或通过密封腔室移动期间,监测负载转换元件的输出信号(步骤S130),并且当输出信号与第一输出信号相差预定量时,检测旋转轴上是否存在衬底(步骤S140)。因此,如果第一次检测到衬底存在,则衬底在其运动中刚好到达旋转轴。如果连续检测到衬底存在,则衬底将其延伸的任何部分移到旋转轴上。并且,如果不再检测到衬底存在,即输出信号从与第一输出信号相差预定量的值变回到第一输出信号,则衬底刚好离开旋转轴。以此方式,可以检测衬底在密闭腔室内的位置。
图2A示出了该方法的第二实施例,其中可以检测到衬底的损坏或丢失或衬底的运动干扰。图2B示意性地示出了根据第二实施的输出信号随时间的两个特性,并有助于解释第二实施例。步骤S210和S220与图1的步骤S110和S120相同。在步骤S220中测量的第一输出信号的值在图2B中由S1表示。在步骤S230中,基于在给定时间点的衬底的已知位置和将衬底从该已知位置移动到旋转轴的移动系统的特性,尤其是运动速度,来推断衬底应存在于旋转轴上的第一时间点。第一时间点在图2A中用t11表示。然后,监测负载转换元件的输出信号(步骤S240)。如果在第一时间点t11上未检测到衬底的存在,则可以得出以下结论:衬底已损坏,即衬底的前边缘已损坏,或者衬底已丢失,即从移动系统中掉落,或衬底的移动受到干扰,例如因为移动系统发生故障。在被监测的输出信号随时间变化的第一示例性特性中,由图2B中的实线表示,输出信号达到第二值S2,第二值S2与第一输出信号S1相差预定量,因此表示衬底在旋转轴上的存在发生在第二时间点t12,第二时间点t12不同于第一时间点。在这种情况下,可以得出结论,衬底在其前边缘已损坏或移动系统受阻。在被监测的输出信号随时间变化的第二示例性特性中,如图2B中的虚线所示,输出信号从未达到第二值S2,而是保持在值S1。在这种情况下,可以得出以下结论:衬底会丢失或移动系统完全失效。显而易见的是,对于发生的情况并非总是可以做出准确的陈述。
图3A示出了该方法的第三实施例,其中,与第二实施例相比,可以检测并可以以更详细的方式确定衬底的损坏。图3B-3D分别示意性地示出了负载转换元件的输出信号随时间变化的特性以及衬底10和旋转轴20上的针对衬底10的不同类型损坏的平面图。步骤S310与图1中的步骤S110相同。在步骤S320中,不仅如图1的步骤S120所描述的那样测量第一输出信号S1,而且在校准衬底在旋转轴上移动的同时获得输出信号的第一特性。这些第一特性在图3B和3D中用虚线表示,其中这条虚线仅在“实际”衬底在旋转轴上移动时,其与通过监测输出信号而获得的输出信号的第二特性不同之处可见。示例性第二特性由图3B至图3D中的实线和图3D中的点划线表示。校准衬底是已知尺寸、重量和完整性(即没有任何损坏)的衬底。“实际”衬底是通常应与校准衬底相同的衬底,但可能会损坏,或尺寸或重量可能与校准衬底不同。用于衬底的输出信号的每个特性的特征包括,对应于衬底到达旋转轴的第一梯度、最大值S3、以及对应于衬底离开旋转轴的第二梯度。第一梯度被计算为最大值S3与第一输出信号S1之间的差和第三时间点t21与第四时间点t22之间的第一时间段的商。在第一时间段内,输出信号从第一输出信号S1变为最大值S3。第二梯度被计算为第一输出信号S1与最大值S3之间的差和第五时间点t23与第六时间点t24之间的第二时间段的商。在第二时间段内,输出信号从最大值S3变为第一输出信号S1。对于矩形的、未损坏的衬底,当衬底存在于旋转轴上(即在旋转轴上移动)时,输出信号在大多数时间内等于最大值S3。这在图3B-3D的示例性特性中示出。
在步骤S330中,通过在“实际”且可能损坏的衬底在旋转轴上移动的同时监测输出信号来获得输出信号的第二特性。在步骤S340中,将第二特性的特征与第一特性的各个特征进行比较,并且当特征彼此不同时,如下所述,检测衬底的特定损坏。
图3B示出了衬底10和旋转轴20上的平面图,其中衬底10在其前边缘11处被损坏。即,邻接前边缘11的区域11’断开,并因此被称为断开区域。前边缘11是衬底10的边缘,当衬底10沿箭头所示的方向移动时,该边缘首先到达旋转轴20。负载转换元件30邻近旋转轴20布置,并测量作用在旋转轴20上的负载。断开区域11’导致测得的输出信号的增加较慢,即,与第一特性的第一梯度相比,第二特性的第一梯度较小。因此,在延迟的第四时间点t'22处达到最大值S3,其中第二特性的第三时间点t21和延迟的第四时间点t'22之间的第一时间段大于第一特性的第三时间点t21与第四时间点t22之间的第一时间段。第二特性的其他特征可以与第一特性相同。
图3C示出了衬底10和旋转轴20上的平面图,其中衬底10在其后边缘12处被损坏。即,邻接后边缘12的区域12’断开,并因此被称为断开区域。后边缘12是衬底10的边缘,当衬底10沿箭头所示的方向移动时,该边缘最后离开旋转轴20。断开区域12’导致测得的输出信号的减小较慢,即,与第一特性的第一梯度相比,第二特性的第二梯度较小。因此,输出信号在提前的第五时间点t'23开始从最大值S3开始减小,其中第二特性在提前的第五时间点t'23和第六时间点t24之间的第二时间段特性大于第一特性的第四时间点t23和第六时间点t24之间的第二时间段。第二特性的其他特征可以与第一特性相同。
第三至第六时间点t21至t24以及延迟的第四时间点t'22和提前的第五时间点t'23只是时间的相对量度,并不表示测量各个输出信号的绝对时间点。
图3D示出了衬底10和旋转轴20上的平面图,其中衬底10在侧边缘13或在第一表面14处被损坏。即,邻接侧边缘13的区域13’断开,因此被称为断开区域。侧边缘13是衬底10的边缘,该边缘沿衬底10移动的方向(由箭头指示)延伸。作为第一表面14的一部分的侧向受限区域14’被损坏,因此被称为损坏的表面区域。第一表面14是衬底10的平面,即,与旋转轴20接触的下表面或与下表面相对的上表面。断开区域13'或损坏的表面区域14'导致测量的输出信号从最大值S3减小到适时限制减小值S31,即,如输出信号随时间变化的连续第二特性所示,在限定的时间段内输出信号低于最大值S3。然而,如果整个第一表面14被损坏,即,损坏区域没有被侧向限制,则对于由点划线所示的示例性特性中的第二特性,根本没有达到第一特性的最大值S3。即,第二特性的输出信号仅达到减小的最大值S32,该减小的最大值S32小于最大值S3。这种损坏可以例如是沉积在衬底10上的层的厚度,其中该厚度小于校准衬底的各个层的厚度。因此,衬底10的重量小于校准衬底的重量。第二特性的其他特征可以与第一特性相同。
当然,上面解释的一些损坏可能同时发生,导致输出信号特性的特征中所述变化的组合或重叠。
此外,对于本领域技术人员显而易见的是,第一和第二特性的具体过程取决于负载转换元件将负载转换成的电参数的种类,并取决于对应于电参数并被测量和监测的输出信号的种类。因此,与在不存在衬底的情况下的第一输出信号相比,在旋转轴上存在衬底的情况下,输出信号也可能降低。换句话说:第一和第二特性也可以相反的方式运行,并且上述输出信号的最大值也可以替代地是输出信号的最小值。
图4A示出了该方法的第四实施例,其中,可以使用多个负载转换元件来检测衬底的尺寸。图4B示意性地示出了在给定时间点处的不同负载转换元件的输出信号的值,以及在该给定时间点处的衬底10和多个旋转轴20a-20f上的平面图。在第一步骤S410中,提供多个负载转换元件30a至30f,其中,每个单独的负载转换元件30a-30f被布置为与多个旋转轴20a-20f中的一个相邻。即,在密闭腔室内形成传输系统的一部分的部分或全部旋转轴设置有一个负载转换元件,其中在所示示例中,每个旋转轴20a至20f都设置有一个负载转换元件30a至30f。在第二步骤S420中,类似于图1的步骤S120,在没有衬底存在于各个旋转轴20a-20f上的情况下,测量每个负载转换元件30a-30f的第一输出信号S1。在衬底10在旋转轴20a-20f上移动期间,监测负载转换元件的输出信号(步骤S430),并且当相应的输出信号与第一输出信号S1相差预定量时(例如,当相应的输出信号等于或大于第二值S2时),检测在旋转轴20a-20f中的单个旋转轴上是否存在衬底(步骤S440)。例如,由于衬底10存在于各个旋转轴20b至20d上,因此负载转换元件30b-30d的输出信号大于第二值S2。相反,由于在相应的旋转轴20a、20e和20f上不存在衬底10,因此负载转换元件30a、30e和30f的输出信号等于相应的输出信号S1。如图4B所示,由于负载转换元件及其负载转换本身的差异,或者由于作用于负载转换元件的负载(即位于各个旋转轴20b-20d上的衬底部分的重量)的差异,不同的负载转换元件30b-30d的输出信号可能彼此不同。同样,对于不同的旋转轴20a至20f,第一输出信号S1的值也可以不同。从旋转轴(其输出信号等于第一输出信号S1,并且与输出信号等于或大于第二值S2的旋转轴相邻,例如图4B中的20a和20e)之间的已知距离L201和覆盖旋转轴(其输出信号等于或大于第二值S2,例如图4B中的20b至20d)的一条线的已知延伸部L202,可以确定衬底10的长度L10。长度L10可以至少被限制为大于延伸部L202并且小于距离L201的值的范围。通过评估输出信号的最大值,还可以确定衬底10的宽度。衬底的长度L10是指衬底沿运动方向(由箭头指示)延伸的延伸部,而衬底的宽度是指衬底与长度L10正交并且沿旋转轴20a-20f的旋转轴线的方向延伸的延伸部。
图5示意性地示出了根据本发明的装置的第一实施例。装置100包括密闭腔室110和两个相邻的腔室120和130,腔室120和130通过门140与密闭腔室110连接。在密闭腔室110中,布置有多个旋转轴20a至20e,其与布置在相邻腔室120和130中的旋转轴20一起形成用于使衬底沿传输方向(由箭头所示)移动通过腔室的传输系统。在密闭腔室110中,与旋转轴20a-20e中的至少一个旋转轴相邻地设置有至少一个负载转换元件。如图5中的示例所示,两个负载转换元件30a和30b相邻旋转轴20b和20d设置。每个负载转换元件30a,30b分别与测量装置40a,40b连接,该测量装置40a,40b适于测量相应的负载转换元件30a,30b的输出信号。当然,某些或所有输出信号可以通过适用的通用测量装置来测量。所测量的输出信号被传输至控制装置50,该控制装置50适于监测和评估输出信号。为此,输出信号的值或特性以及参考值可以存储在存储单元中,该存储单元可以布置在控制装置内或控制装置外。控制装置包括比较装置,并且可以包括计算装置或其他适于评估输出信号的装置。基于该评估,控制装置确定在设置有负载转换元件30a,30b的旋转轴20b或20d中的一个上是否存在衬底,或者如图2A-4B中示例性描述的衬底的损坏、重量或尺寸。
旋转轴20和20a至20e中的至少一个与驱动装置连接,其中在图5的实施例中,未设置有负载转换元件的每个旋转轴,即在腔室120和130中的旋转轴20和密闭腔室110中的旋转轴20a、20c和20e,与各个驱动装置60连接。然而,也可以将设置有负载转换元件的旋转轴与驱动装置连接。这些旋转轴在下文中称为从动轴。一些或全部从动轴也可以连接到公共驱动装置。从动轴允许衬底移动通过腔室110、120和130。驱动装置60可以与控制装置50连接,使得控制装置50可以控制驱动装置60,从而控制衬底通过腔室110、120和130的运动,特别是速度。
图6以沿旋转轴的旋转轴线的横截面图示意性地示出了根据本发明的旋转轴和负载转换元件的第一示例。旋转轴包括不同的部分:布置在密闭腔室110内的衬底轴21,穿过密闭腔室110的第一侧壁111并适于与驱动装置连接的驱动轴24,以及联轴器25。联轴器25将衬底轴21和驱动轴24连接在一起,以使驱动轴24的旋转传递到衬底轴21,反之亦然。在衬底轴21上,布置有两个外脚轮22和一个内脚轮23,其中,脚轮22和23牢固地固定在衬底轴21上,并与衬底轴21一起移动。它们可以与衬底轴21一体地形成,即它们可以是衬底轴的突起。衬底仅或大部分位于这些脚轮22和23上,其中,外脚轮22用于引导衬底的侧边缘,以确保衬底的移动方向。衬底轴21的一端穿过密闭腔室110的第二侧壁112,第二侧壁112与第一侧壁111相对。衬底轴21的另一端位于联轴器25中,驱动轴24的另一端也位于联轴器25中。驱动轴24穿过第一侧壁111并且由布置在馈通件150内的第一轴承160保持。如果密闭腔室110是真空腔室,则馈通件150是真空馈通件。衬底轴21的一端由第二轴承161保持,该第二轴承161通过盲板法兰170对环境封闭。第一轴承160和第二轴承161可以是适合于支撑旋转轴的各个部分而不影响密闭腔室110内的环境条件,特别是真空条件的任何轴承。例如,轴承可以是球轴承。在一个实施例中,轴承160、161设置在密闭腔室的相应侧壁111或112的外侧上,即在大气侧上。邻近第一轴承160,设置有负载转换元件30,因此该负载转换元件30可以转换作用在衬底轴21上的负载,该负载由联轴器25传递到驱动轴24和第一轴承160。因此,负载转换元件30被设置在密闭腔室110的外部,并且因此被设置在处理气氛之外,这是有利的,因为负载转换元件30被保护免受腔室110内的不利环境条件的影响,例如蒸汽、电磁场或高温。然而,负载转换元件可以布置在负载引起变形的任何点处,该变形可以转换成电参数。
旋转轴20特别是衬底轴21、联轴器25和驱动轴24,负载转换元件30以及(如果适用)轴承160、161和馈通件150的材料取决于与在腔室110中处理衬底有关的条件以及负载转换元件30相对于腔室110的位置。旋转轴20,轴承160、161以及馈通件150可以由不锈钢形成。由于腔室110内的高处理温度,旋转轴20可以优选地由陶瓷制成。如果负载转换元件30是压电元件,则本领域技术人员已知诸如SiO2,GaPO4,La3Ga5SiO14,聚偏氟乙烯(PVDF)之类的不同材料。此外,具有不同时间分辨率(从准静态(0.001Hz)到高动态(GHz))和不同功率分辨率(从10-8N/cm2到105N/cm2)的不同负载转换元件是可用的。此外,已知各种不同的表面适配器,例如球或凹形顶片,以提供从旋转轴或轴承到压电元件的负载传递。衬底轴可以具有大约450mm的长度(沿着旋转轴线的延伸部)和大约45mm的直径。如果它由陶瓷制成,则其重量例如可以约为1.35kg,其中由不锈钢制成的旋转轴的重量可以约为5.4kg。驱动轴的长度可以较短(例如150mm),并且直径可以较小(例如12毫米),从而重量更轻。平面表面积为(30x50)cm2的衬底的重量约为1.2千克,而平面表面积为(60x120)cm2的衬底的重量约为5.76kg。
在前面的描述中描述的本发明的实施例是作为示范给出的示例,本发明不限于此。任何修改,变化和等同布置以及实施例的组合应被认为包括在本发明的范围内。
附图标记:
10 衬底
11 前边缘
11’ 前边缘断开区域
12 后边缘
12’ 后边缘断开区域
13 侧边缘
13’ 侧边缘断开区域
14 第一表面
20,20a-20f 旋转轴
21 衬底轴
22 外脚轮
23 内脚轮
24 驱动轴
25 联轴器
30a-30f 负载转换元件
40a,40b 测量装置
50 控制装置
60 驱动装置
100 装置
110 密闭腔室
111 密闭腔室的第一侧壁
112 密闭腔室的第二侧壁
120,130 相邻腔室
140 门
150 馈通件
160 第一轴承
161 第二轴承
170 盲板法兰
L10 衬底长度
L201 旋转轴之间的距离
L202 旋转轴的延伸部
S1 第一输出信号
S2 输出信号的第二值
S3 输出信号的最大值
S31 输出信号的适时限制减小值
S32 输出信号的减小的最大值
t11 第一时间点
t12 第二时间点
t21 第三时间点
t22 第四时间点
t’22 延迟的第四时间点
t23 第五时间点
t’23 提前的第五时间点
t24 第六时间点

Claims (17)

1.一种确定密闭腔室中衬底位置的方法,其中,所述衬底通过传输系统在腔室内移动,所述传输系统至少包括一个旋转轴,所述方法包括以下步骤:
提供相邻于至少一个所述旋转轴的负载转换元件,其中所述负载转换元件适合于检测作用在所述至少一个旋转轴上的负载并将其转换成与所述负载相对应的电参数,
在所述至少一个旋转轴上不存在衬底的情况下,测量与所述负载转换元件的所述电参数的第一值相对应的第一输出信号,
监测与所述负载转换元件的所述电参数的值相对应的输出信号,以及
当所述负载转换元件的所述输出信号与所述第一输出信号相差至少预定量时,检测所述至少一个旋转轴上是否存在衬底。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,如果在第一时间点没有检测到所述衬底的存在,则检测所述衬底的损坏或丢失或所述衬底的运动干扰,为此,通过使用所述衬底的已知位置和将所述衬底从所述已知位置移动到所述旋转轴的移动系统的特性进行推断来预测所述旋转轴上是否存在所述衬底。
3.根据权利要求1或2所述的方法,还包括:在已知的校准衬底完全在所述旋转轴上移动的同时,通过监测所述输出信号来获得用于校准的所述输出信号的第一特性,其中,所述第一特性包括对应于所述校准衬底到达所述旋转轴的第一梯度、对应于所述衬底离开的第二梯度以及最大值。
4.根据权利要求3所述的方法,还包括以下步骤中的至少一个:
如果在所述衬底完全在所述旋转轴上移动时通过监测所述输出信号获得的所述输出信号的第二特性的第一梯度与所述第一特性的第一梯度不同,则检测到所述衬底在其前边缘的损坏,
如果在所述衬底完全在所述旋转轴上移动时通过监测所述输出信号获得的所述输出信号的第二特性的第二梯度与所述第一特性的第二梯度不同,则检测到所述衬底在其后边缘的损坏,
如果在所述衬底完全在所述旋转轴上移动时通过监测所述输出信号获得的所述输出信号的第二特性的最大值小于所述第一特性的最大值,则检测到所述衬底在侧边缘或第一表面上的损坏,或者
通过在所述衬底完全在所述旋转轴上移动时通过监侧所述输出信号获得的所述输出信号的第二特性的最大值,来确定所述腔室内的所述衬底上沉积的层的厚度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,
邻近多个旋转轴设置有多个负载转换元件,其中每个负载转换元件适于检测作用在所述旋转轴之一上的负载,
在至少一些所述旋转轴上存在衬底的情况下,在一个相同的时间点测量每个负载转换元件的输出信号,以及
根据测得的输出信号确定所述衬底的重量或尺寸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述负载转换元件布置在保持所述旋转轴的径向轴承内,并且如果所述输出信号在一段时间内出现线性或超线性漂移,包括在所述旋转轴上的大量衬底通道,则检测到所述轴承的磨损。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述负载转换元件是压电元件或应变仪。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述传输系统包括多个旋转轴,并且适于移动直接位于所述旋转轴上的衬底,或者,所述传输系统包括由所述至少一个旋转轴支撑的皮带,并且适用于移动位于所述皮带上的衬底。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述密闭腔室是真空或大气压腔室,所述真空或大气压腔室适合于提供反应性、腐蚀性或薄雾性气氛和/或适合于被加热至高于300℃,特别是高于500℃的温度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述密闭腔室是封闭空间升华腔室,并且当所述衬底位于所述密闭腔室内时执行封闭空间升华工艺。
11.一种执行如权利要求1所述的方法的装置,所述装置包括:
密闭腔室,其包括传输系统,所述传输系统具有至少一个旋转轴,并且适于使衬底通过腔室移动和/或在腔室内移动,
负载转换元件,其布置成与至少一个所述旋转轴相邻,并且适于检测作用在所述至少一个旋转轴上的负载,
测量装置,其用于测量所述负载转换元件的输出信号,以及
控制装置,其用于监测和评估所述输出信号,并在所述输出信号与第一输出信号相差预定量时检测所述至少一个旋转轴上是否存在所述衬底,在所述至少一个旋转轴上没有衬底的情况下测量所述第一输出信号。
12.根据权利要求11所述的装置,其中,所述至少一个旋转轴由布置在腔室壁内的径向轴承保持,并且所述负载转换元件布置在所述轴承内。
13.根据权利要求11或12所述的装置,其中,多个负载转换元件邻近于多个旋转轴布置,并且所述控制装置适合于评估所有所述负载转换元件的所述输出信号并且适合于确定存在于所述旋转轴上的所述衬底的重量或尺寸。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置,其中,所述负载转换元件是压电元件或应变仪。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置,其中,所述传输系统包括多个旋转轴,并且适于移动直接位于所述旋转轴上的衬底,或者,所述传输系统包括由所述至少一个旋转轴支撑的皮带,并且适用于移动位于所述皮带上的衬底。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的装置,其中,所述密闭腔室是真空或大气压腔室,所述真空或大气压腔室适合于提供反应性、腐蚀性或薄雾性气氛和/或适合于被加热至高于300℃,特别是高于500℃的温度。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的装置,其中,所述密闭腔室是封闭空间升华腔室。
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