CN114127524B - 非接触式的低基板温度测量方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于测量位于半导体处理环境中的基板温度的方法及设备。基板具有顶表面及边缘表面，并且定位于半导体处理环境内的规定位置中。被定向为观察基板的边缘表面的一个侧面的红外照相机经触发以获得基板的边缘表面的一个侧面的红外图像。红外图像经处理以获得基板的温度轮廓。

Description

非接触式的低基板温度测量方法
技术领域
本公开内容的实施方式大体涉及半导体元件制造，并且更特定而言，涉及用一个或多个红外(infrared；IR)照相机测量基板温度的设备及方法。
背景技术
超大规模集成(ultra-large-scale integrated；ULSI)电路可包括多于一百万个电子元件(例如，电晶体)，这些电子元件在半导体基板(诸如硅(Si)基板)上形成，并且协作在元件内执行各种功能。在处理期间，偶尔在基板表面上执行多种热处理操作。热处理通常将精确的基板温度测量用于工艺控制。不准确的基板温度控制可导致不良处理结果，此举可能不利地影响元件性能和/或导致基板膜材料损坏。
不同类型的温度测量工具可用于在热处理期间测量基板温度。例如，热电偶经常用于通过在基板表面上的预定位置处物理接触基板来测量基板温度。然而，对于较大直径的基板，由于在测量位置之间的大距离，跨基板表面的总体温度变化难以确定。此外，热电偶到基板表面的热物理接触的可靠性难以控制并且具有污染问题。
光学温度测量技术可以用于在处理期间监控基板的实时温度。一种监控温度的技术涉及测量从被加热基板的表面发射的红外(IR)能量，随后将此测量的能量转换为温度读数。
扫描单色仪及锁定放大器已用于测量从基板反射的IR能量。反射的IR能量的光谱随着基板温度而变化，由此允许从此测量确定基板温度。为了允许单色仪跨多种反射波长准确地扫描，一系列滤波器在单色仪内旋转。此设备体积巨大、成本昂贵且速度慢。
另外，用于形成基板的材料(例如，结晶硅)可跨基板温度范围(其中期望温度测量)对IR波长而言是透明。因此，当光检测器位于基板的上方以测量反射的IR能量时，朝向基板引导的IR能量行进穿过其中，而非反射回检测器，从而不利地影响测量的准确性。红外(IR)照相机也已用来测量基板温度，其中IR照相机被定向为观察基板的顶部或底部。空白基板在低于400℃的温度下对IR波长透明。不存在已知的可以在所有类型的基板(特别是空白基板)上测量低于400℃的基板温度的非接触式测量技术。
由此，需要改进的用于低温测量基板的方法及设备。
发明内容
在一个实施方式中，公开了一种用于测量位于半导体处理环境中的基板温度的方法。基板具有定位于半导体处理环境内的规定位置中的顶表面及边缘表面。被定向为观察基板的边缘表面的一个侧面的红外照相机经触发以获得基板的边缘表面的一个侧面的红外图像。红外图像经处理以获得基板的温度轮廓。
在一个实施方式中，公开了一种用于测量基板温度的工厂接口。工厂接口包括主体。工厂接口进一步包括设置于主体中且具有端效器的机器人，端效器用于在一个或多个装载锁定腔室与工厂接口之间移送基板。工厂接口机器人用于将基板定位在工厂接口的规定位置中。红外照相机定位于工厂接口中并且与规定位置径向对准。工厂接口进一步包括控制器，该控制器用于触发红外照相机观察基板的边缘表面的一个侧面以获得基板的第一红外图像。来自第一红外图像的数据经处理以确定基板的绝对温度轮廓。
在一个实施方式中，公开了一种用于测量基板温度的工厂接口。工厂接口包括主体。工厂接口进一步包括设置于主体中的机器人，该机器人具有用于移送基板通过工厂接口的端效器。工厂接口机器人用于将基板定位在工厂接口的规定位置中。工厂接口机器人经进一步构造为定位基板，以将基板的顶表面放置在位于基板边缘附近并且与基板径向对准的红外照相机的视场中。工厂接口机器人经进一步构造为将反射性黑体元件定位在基板的底表面的下方。黑体元件被基板覆盖。工厂接口进一步包括控制器，该控制器用于触发红外照相机以获得基板的顶表面的图像，包括由红外照相机穿过基板可观察的黑体元件。控制器经进一步构造为分析图像以基于从黑体元件反射且穿过基板可观察的红外光的量来确定基板温度。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征所用方式，可参考实施方式获得对上文简要概述的本公开内容的更特定描述，一些实施方式在附图中示出。然而，将注意，附图仅示出本公开的典型实施方式，并且因此不被认为限制其范围，因为本公开可允许其他等同有效的实施方式。
图1示出了被构造为使用一个红外照相机用于获取基板边缘的绝对温度轮廓的整合平台。
图2示出了根据另一实施方式的工厂接口。
图3示出了根据另一实施方式的工厂接口。
图4示出了根据另一实施方式的工厂接口。
图5A及图5B图示了用于识别基板倾斜的第一温度轮廓及第二温度轮廓的示例。
图6A及图6B图示了用于使用已知热源测量基板温度的图1的整合平台的工厂接口的实施方式。
图7A示出了根据本公开的一个实施方式的用于机器人端效器的黑体元件。
图7B及图7C示出了耦接到机器人端效器的黑体元件。
图8示出了用于测量位于半导体处理环境的工厂接口中的基板温度并且对应于图1的方法的流程图。
图9示出了用于测量位于半导体处理环境的工厂接口中的基板温度并且对应于图2的方法的流程图。
图10示出了用于测量位于半导体处理环境的工厂接口中的基板温度并且对应于图3的方法的流程图。
图11示出了用于测量位于半导体处理环境的工厂接口中的基板温度并且对应于图4的方法的流程图。
图12示出了用于确定在半导体处理环境的工厂接口中基板是否倾斜并且对应于图5的方法的流程图。
图13示出了用于确定在半导体处理环境中的基板类型并且对应于图6A及图6B的方法的流程图。
图14示出了用于测量位于半导体处理环境的工厂接口中的基板温度并且对应于图7A至图7C的方法的流程图。
为了便于理解，相同附图标记在可能的情况下已经用于标识附图中共有的相同元件。预期在一个实施方式公开的元件可有利地并入其他实施方式中，而无需与其相关的具体叙述。
具体实施方式
针对用于成像基板顶部的现有红外成像技术而言，低于约400℃的基板的低温测量是有问题的。低于400℃时，基板看起来为透明的。在制造半导体基板的退火工艺期间特别需要低温测量。在以下公开内容中，描述了用于使用成像基板边缘的一个或多个红外照相机测量基板的低温的改进技术。测量基板边缘而非基板的顶表面的温度提供了对红外照相机而言是不透明的待测量的基板的较大有效距离或厚度。测量基板的边缘温度用于所有类型的基板：裸基板、掺杂基板、或其上制造有电路的基板。在离开退火工艺期间测量低温允许低于基板的氧化温度的测量。
图1示出了根据一个或多个实施方式的用于将一个红外照相机用于获取基板106的边缘的绝对温度轮廓的整合平台100。例如，整合平台100可沉积或蚀刻基板106上的一个或多个金属层、半导体层、和/或有机材料以制造半导体元件。包括多个处理腔室的整合平台的示例包括由加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司市售的那些平台。或者，也可根据本公开内容改良其他基板处理平台。
整合平台100可包括真空密封处理平台160、工厂接口162、及控制器150。另外，整合平台100也可被称为集群工具或多腔室处理系统。
处理平台160包括一个或多个处理腔室。例如，处理平台160可包括处理腔室112、114、116、118、132、134、138、136、及140。另外，处理平台160包括一个或多个移送腔室。例如，如图1中示出，处理平台160包括移送腔室110及130。处理平台160也可包括一个或多个贯通腔室，这些贯通腔室允许在移送腔室110、130之间移送基板106。例如，贯通腔室122、124可允许在移送腔室110及130之间移送基板106。
处理平台160也可包括一个或多个装载锁定腔室。例如，如图1中示出，处理平台160包括装载锁定腔室102、104。在从工厂接口162及移送腔室110移送基板106之前，装载锁定腔室102、104可被抽气以在真空下操作。
工厂接口162包括主体183、一个或多个工厂接口机器人185、及用于接合一个或多个前开式标准舱(front opening unified pods；FOUPS)187A–187D的接口。如箭头182示出，工厂接口机器人185能够进行线性及旋转移动，以促进移送基板106。另外，工厂接口机器人185在FOUPS 187A-D与装载锁定腔室102、104之间移送安置在机器人185的端效器188上的基板106。基板106可由工厂接口机器人185从装载锁定腔室102、104移送并且移送到FOUPS 187A-D之一。只要基板106离开装载锁定腔室102、104中的一者或两者，工厂接口机器人185就可经构造以将基板106放置在基板支撑件(未图示)上或将基板106保持在工厂接口162内的一个或多个规定位置处(例如，在端效器188上)。在规定位置处，根据本文描述的一个或多个实施方式执行基板106的成像。基板106随后通过工厂接口机器人185从基板支撑件/规定位置移送到一个或多个装载锁定腔室102、104或FOUPS 187A-D。
移送腔室110包括移送机器人111。移送机器人111移送基板106往返装载锁定腔室102、104，往返处理腔室112、114、116、及118，以及往返贯通腔室122、124。贯通腔室122及124可用于维持真空条件，同时允许在整合平台100内在移送腔室110及130之间移送基板106。移送机器人131在贯通腔室122、124与处理腔室132、134、136、138、及140之间以及在处理腔室132、134、136、138、及140之间移送基板106。
处理腔室112、114、116、118、132、134、138、136、及140以任何适宜方式被构造为处理基板106。例如，处理腔室112、114、116、118、132、134、138、136、及140可经构造以沉积一个或多个金属层、一个或多个半导体层、一个或多个有机膜、以及向基板106应用一个或多个清洁处理以产生半导体元件，诸如感光元件或类似者。处理腔室112、114、116、118、132、134、138、136、及140可额外或替代地被构造为用于蚀刻、退火、固化、释气、度量、或其他操作。
一个或多个第一处理腔室(例如，处理腔室116、118)经构造以执行预清洁工艺以在基板106被移送到另一处理腔室中之前从基板106消除污染物和/或脱除挥发性气体。处理腔室114及112可经构造以在基板106上沉积一个或多个金属层。处理腔室138可经构造以在基板106上沉积一层或多层半导体材料。处理腔室116、118、132、134、138、136、及140可经构造以使用化学沉积工艺来沉积材料(例如，金属层或有机膜)，诸如化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)、原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)、金属有机化学气相沉积(metalorganic chemical vapor deposition；MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition；PECVD)、及物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)等等。
控制器150经构造以控制整合平台100的部件。控制器150可以是用于控制操作一个或多个处理腔室、移送腔室、贯通腔室、及工厂接口的任何适宜控制器。例如，控制器150可经构造以控制移送机器人111和/或移送机器人131、以及可选地工厂接口机器人185的操作。控制器150包括中央处理单元(central processing unit；CPU)152、存储器154、及支援电路156。CPU 152可以是任何通用电脑处理器，该通用电脑处理器可用在工业环境中。支援电路156耦接到CPU 152并且可包括高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源供应器及类似者。软件例程可储存在存储器154内。软件例程可由CPU 152执行。替代地或额外地，一个或多个软件例程可由未示出的第二CPU执行。第二CPU可以是控制器150的一部分或在控制器150远端。
一个或多个红外(IR)照相机166、一个或多个照相机触发器168、和/或工厂接口162可具有专用控制器164或整合到控制器150中或与控制器150整合在一起的控制器。控制器164经构造以控制测量位于半导体处理环境(例如，整合平台100)中的基板106的温度。在一个实施方式中，控制器164被构造为使工厂接口机器人185从装载锁定腔室102、104之一移除基板106并且将基板106放置在位于工厂接口162中的基板支撑件190上。工厂接口机器人185可移动保持在机器人185的端效器188上的基板106以将具有顶表面及边缘表面的基板106放置在半导体处理环境内的一个或多个规定位置中(例如，放置在基板支撑件190上或随着基板106离开并且接近装载锁定腔室102、104之一将基板106直接保持在机器人的端效器188上)。
触发器168经构造以触发被定向为沿着基板106的径向轴观察基板106的边缘表面的一个侧面的一个或多个红外照相机166，以获得基板106的边缘表面的一个侧面的红外图像。一个或多个红外照相机166可位于基板支撑件190的边缘附近并且与基板支撑件190径向对准。触发器168可以是硬件触发器(例如，可以是接近传感器)、或软件触发器。触发器168可响应于通过工厂接口机器人185从装载锁定腔室102、104之一移除基板106而触发。控制器164经构造以处理红外图像以获得基板106的绝对或相对温度轮廓。当确定基板106的(绝对)温度轮廓时，轮廓独立于基板类型(例如，裸基板、掺杂基板、其上制造有半导体元件的基板等等)。因为红外照相机166获取基板106的侧面(例如，轮廓)图像，因此获得可检测的红外图像以供处理，甚至当基板106具有约400℃或以下的温度时。
图2图示了工厂接口262的另一实施方式，其图示了装载锁定腔室102、104用于参考。工厂接口262经构造以使用两个红外照相机166，用于获取基板106的边缘的绝对温度轮廓。工厂接口262可用于图1的整合平台100中。
工厂接口262包括控制器164(或耦接至控制器164)、红外照相机166a、166b、触发器168、及工厂接口机器人185。工厂接口机器人185具有端效器188，该端效器用于保持基板106或用于将基板106定位在红外照相机166a、166b的视场中的基板支撑件190上。工厂接口162将一个或多个基板106独立地保持在端效器188上或在工厂接口162的基板支撑件190(诸如冷却站)处。具有顶表面及边缘表面的基板106由工厂接口机器人185定位在规定位置(例如，基板支撑件190)中。发生触发事件时，(多个)触发器168经构造以触发被定向为沿着基板106的径向轴观察基板106的边缘表面的一个侧面的第一红外照相机166a，以获得基板106的边缘表面的一个侧面的第一红外图像。(多个)触发器168经构造以触发被定向为沿着基板106的径向轴观察不包括在第一红外图像中(或仅部分包括在第一红外图像中)的基板106的边缘表面的第二侧面的第二红外照相机166b，以获得基板106的边缘表面的第二侧面的第二红外图像。控制器164经构造以处理来自第一红外图像及第二红外图像的数据以获得基板106的绝对温度轮廓。当确定基板106的(绝对)温度轮廓时，轮廓独立于基板106的类型(例如，裸基板、掺杂基板、其上制造有半导体元件的基板等等)。
尽管图1示出了在图像获取期间在基板支撑件190上定位的基板106，预期可省去基板支撑件190。在此种示例中，基板106可在图像获取期间保持在端效器188上。
图3图示了用于将四个红外照相机166a、166b、170a、170d用于获取基板106的边缘及顶部的绝对温度轮廓的工厂接口362的另一实施方式。工厂基板362可用于整合平台100中，并且图示了装载锁定腔室102、104用于参考。
工厂接口362耦接到控制器164，并且包括红外照相机166a、166b、170a、170b、一个或多个触发器168a、168b(图示了两个)、及工厂接口机器人185。工厂接口机器人185具有端效器188，该端效器用于将基板106定位在相应红外照相机166a、170a或166b、170b的视场中的基板支撑件190上。注意到，工厂接口362包括两个基板支撑件190，每一个具有相应的触发器168及红外照相机166a、166b(或166c、166d)。然而，预期工厂接口362可仅包括单一基板106，该基板具有相应触发器168及照相机166a、170a。在其中仅包括单一基板支撑件190的示例中，基板支撑件190可在工厂接口内居中。在另一实施方式中，不同于将基板106放置在基板支撑件190上，而是可将基板106直接保持在机器人的端效器188上作为基板106。
触发器168a经构造以触发被定向为沿着第一基板106的径向轴观察基板106的边缘表面的一个侧面的第一红外照相机166a。第一红外照相机166a获得第一基板106的边缘表面的一个侧面的第一红外图像。触发器168a也经构造以触发第二红外照相机170a(与第一红外照相机166a同时或相继)。照相机170a被定向为垂直于第一基板106的径向轴观察第一基板106a的顶表面，以获得第一基板106的顶表面的第二红外图像。为了清晰起见，将红外照相机170a图示为从基板106横向偏移。然而，将理解基板106可在基板106的上方垂直地定位，而无任何横向偏移，以便促进图像获取。
类似地，第二基板106定位于工厂接口362的相对侧面上的第二基板支撑件190上。第三红外照相机166b(类似于第一红外照相机166a)及第四红外照相机170b(类似于第二红外照相机170a)响应于来自触发器168b的信号而获取第二基板106b的相应顶部及侧面图像。
尽管图3示出了在图像获取期间在基板支撑件190上定位的基板106，预期可省去基板支撑件190。在此种示例中，基板106可在图像获取期间保持在端效器188上。
如图3中示出，每个装载锁定腔室102、104与相应基板支撑件190、触发器传感器168a或168b、及相应红外照相机166a、170a或166b、170b相关联，因此提高产量。
图4图示了工厂接口462的另一实施方式。工厂接口462可用于整合平台100中。图示了图1的装载锁定腔室102、104用于参考。
工厂接口462类似于工厂接口362，然而，省去了红外照相机170a、170b。在此种构造中，省去了平面视图的图像(例如，自上而下的图像)的获取，并且基板106的温度的确定仅仅基于侧面(例如，轮廓)获取图像。
在一个实施方式中，可采用图1的整合平台100来使用一个红外照相机166确定基板106倾斜。当基板106的顶表面不平行于系统内的参考平面(诸如基板支撑表面)时，基板被认为是倾斜的。在另一示例中，由于基板106的顶表面上的不均匀沉积(或其他处理)，基板106的顶表面可能不平行于基板106的底表面。由于在整合平台100中的若干位置(包括但不限于一个或多个处理腔室112、114、116、118、132、134、138、136、及140)处的不均匀处理，可能发生倾斜。
当确定基板是否倾斜时，可将基板放置在基板支撑件190上。在另一实施方式中，不将基板106放置在基板支撑件190上，随着基板106离开并且接近装载锁定腔室102、104之一，基板106可持续直接保持在机器人的端效器188上。在此种示例中，触发器168a、168b经构造以触发相应红外照相机166a、166b以获得基板106的顶表面的第一红外图像。控制器164经构造以处理第一红外图像以获得第一温度轮廓。控制器164将第一温度轮廓与存储器154中储存的、已知基板不倾斜的温度轮廓进行比较，以基于轮廓之间的一个或多个差异来识别基板106倾斜。在一个实施方式中，当控制器164检测到边缘温度差异以及在顶表面的中心处的高温位置相对于已知不倾斜的基板的偏移时，将基板106识别为倾斜的。
尽管未图示，预期除了确定倾斜之外，可发生基板106的温度确定。在此种示例中，一个或多个额外红外照相机可定位于工厂接口462中以获取基板106的轮廓视图。
图5A图示了储存的温度轮廓500a及与基板106相关联的第二温度轮廓500b，用于识别基板106倾斜的示例。控制器164(经由在其上执行软件程序)识别基板在对应于不倾斜轮廓的储存的温度轮廓500a中的最大温度的位置502a。在不倾斜的定向中，与已知不倾斜的基板106的顶表面上的其他位置处相比，中心通常更热(位置502a)。控制器164识别已知不倾斜的基板的边缘504a处的温度。
一旦在工厂接口中获取基板106的图像以产生第二温度轮廓500b，控制器164在第二温度轮廓500b中识别热点502b及基板106的边缘504b的位置。第一温度轮廓500a随后与第二温度轮廓500b进行比较。在第一温度轮廓500a与第二温度轮廓500b之间的差异(或第二温度轮廓500b的缺失)指示工厂接口中的基板是否是倾斜的。控制器164通过检测高于阈值的边缘温度(在504a、504b之间)的差异和/或从最大温度的位置(502a)到离心位置的偏移来确定基板106倾斜。
图6A至图6B图示了在图1的整合平台100中使用的工厂接口662的实施方式。工厂接口662用于在使用加热元件630的同时测量基板106的温度。工厂接口662类似于工厂接口162并且可在其位置使用。工厂接口662也可包括工厂接口162的一个或多个硬件部件，该等硬件部件为了清晰可能未在图6A至图6B中图示。
在工厂接口662中，基板106定位为接近和/或横跨加热元件606。基板106定位于红外照相机170a与加热元件630之间。预热元件630的第一部分604a直接在红外照相机170a的视场中(未与基板106重叠)并且预热元件630的第二部分604b与基板106重叠。触发器168经构造以触发红外照相机170a以获得基板106的顶表面的图像，包括由红外照相机170a可直接观察的第一部分604a及由红外照相机170a穿过基板106而可观察的第二部分604b。控制器164经构造以处理红外图像以确定第一部分604a的第一温度与第二部分604b的第二温度之间的差异。控制器164经进一步经构造以基于该差异来识别基板106的类型。(例如，裸基板、掺杂基板、其上制造有半导体元件的基板等等)。
图7A示出了根据本公开的一个实施方式的用于机器人端效器的黑体元件。图7B及图7C示出了耦接到机器人端效器的黑体元件。
图7A图示了反射性黑体元件742的部分的一个实施方式。黑体元件742包含轴向对准地耦接在一起的黑体膜盘746及环形膜保持器744。环形膜保持器744包括穿过其轴向形成的中心开口，并且由聚醚醚酮(PEEK)制成。然而，也预期其他材料。
图7B及图7C示出了耦接到机器人端效器788的黑体元件742。在图7B中，黑体元件742在相对斜面770之间居中定位于(例如，工厂接口机器人185的)机器人端效器788的上表面上。在图7C中，黑体元件742在相对斜面770之间在机器人端效器788的上表面上偏移。相对斜面770在机器人端效器788的后边缘处升高，使得当基板106定位于其上时，基板106与黑体元件742间隔开。在此种示例中，基板106在黑体元件742的上方垂直地定位，使得基板106在黑体元件742与红外照相机170a之间。
在操作期间，控制器164(图1中图示)触发红外照相机170a以获得基板106的顶侧的图像，包括由红外照相机170a穿过基板106而可观察的黑体元件742。控制器164进一步经构造以基于从黑体元件702反射并且穿过基板106可观察的红外光的量来分析图像以确定基板106的温度。可通过实验确定温度与发射辐射之间的此种关系。控制器164可参考在控制器164的存储器154中储存的查找表以确定基板106的温度。
图8示出了根据一个或多个实施方式的用于测量位于半导体处理环境的工厂接口162中的基板106的温度并且对应于图1的方法800的流程图。于操作802，具有顶表面及边缘表面的基板106被定位于半导体处理环境内的规定位置中。于操作804，具有被构造为观察基板的边缘表面的一个侧面的定向的红外照相机166经触发以获得基板106的边缘表面的一个侧面的红外图像。在一个示例中，红外照相机166与基板106共面。于操作806，来自红外图像的数据被处理以获得基板106的温度轮廓。在一个实施方式中，温度轮廓是绝对温度轮廓。基板106的绝对温度轮廓独立于基板106的类型(例如，裸基板、掺杂基板、其上制造有半导体元件的基板等等)。
在一个实施方式中，红外照相机166被定向为沿着基板106的径向轴观察基板106的边缘表面。图像中获取的红外强度与基板温度之间的关系可储存在控制器164的存储器154中并且被访问以获得绝对温度轮廓。可通过实验确定该关系，并且该关系可在存储器中储存以供使用。
图9示出了根据一个或多个实施方式的用于测量位于半导体处理环境的工厂接口262中的基板106的温度并且对应于图2的方法900的流程图。于操作902，具有顶表面及边缘表面的基板106被定位于半导体处理环境内的规定位置中。于操作904，具有经构造以观察基板106的边缘表面的一个侧面的定向的第一红外照相机166a经触发以获得基板106的边缘表面的一个侧面的第一红外图像。于操作906，被定向为观察不包括(或仅部分包括)在第一红外图像中的基板106的边缘表面的第二侧面的第二红外照相机166b经触发以获得基板106的边缘表面的第二侧面的第二红外图像。于操作908，来自第一红外图像的数据及来自第二红外图像的数据被处理以获得基板106的温度轮廓。在一个实施方式中，温度轮廓是绝对温度轮廓。基板106的绝对温度轮廓独立于基板106的类型(例如，裸基板、掺杂基板、其上制造有半导体元件的基板等等)。
图10示出了根据一个或多个实施方式的用于测量位于半导体处理环境的工厂接口362中的基板106的温度并且对应于图3的方法1000的流程图。于操作1002，具有顶表面及边缘表面的第一基板106a被定位于半导体处理环境内的第一规定位置中。于操作1004，具有经构造以观察第一基板106的边缘表面的一个侧面的定向的第一红外照相机166经触发以获得第一基板106的边缘表面的一个侧面的第一红外图像。于操作1006，位于第一基板106的第一规定位置附近并且具有经构造以垂直于第一基板106的径向轴观察第一基板106的顶表面的定向的第二红外照相机170a，经触发以获得第一基板106的顶表面的第二红外图像。于操作1008，第二基板106被定位于半导体处理环境内的第二规定位置中。于操作1010，位于第二基板106b的第二规定位置附近并且具有经构造以观察第二基板106的边缘表面的第二侧面的定向的第三红外照相机166b，经触发以获得第二基板106的边缘表面的第二侧面的第三红外图像。于操作1012，定位于第二基板106的第二规定位置附近并且具有经构造以垂直于第二基板106的径向轴观察第二基板106b的顶表面的定向的第四红外照相机170b经触发以获得第二基板106的顶表面的第四红外图像。于操作1014，来自第一、第二、第三、及第四红外图像的数据被处理以获得第一基板106的温度轮廓及第二基板106的温度轮廓。在一个实施方式中，温度轮廓是绝对温度轮廓。基板106的绝对温度轮廓独立于基板106的类型(例如，裸基板、掺杂基板、其上制造有半导体元件的基板等等)。所获得的绝对温度轮廓可被进一步处理以识别在基板106的顶部上高于基板106的氧化温度的一个或多个位置。
图11示出了根据一个或多个实施方式的用于测量位于半导体处理环境的工厂接口462中的基板106的温度并且对应于图4的方法1100的流程图。于操作1102，具有顶表面及边缘表面的第一基板106被定位于半导体处理环境内的第一规定位置中。于操作1104，具有经构造以观察第一基板106的边缘表面的一个侧面的定向的第一红外照相机166a，经触发以获得第一基板106的边缘表面的一个侧面的第一红外图像。于操作1006，第二基板106被定位于半导体处理环境内的第二规定位置中。于操作1108，位于第二基板106的第二规定位置附近并且具有观察第二基板106的边缘表面的第二侧面的定向的第二红外照相机166b，经触发以获得第二基板106b的边缘表面的第二侧面的第二红外图像。于操作1110，来自第一及第二红外图像的数据被处理以获得第一基板106的相对温度轮廓及第二基板106的相对温度轮廓。相对温度轮廓独立于基板106的类型(例如，裸基板、掺杂基板、其上制造有半导体元件的基板等等)。
图12示出了根据一个或多个实施方式的用于确定在半导体处理环境的工厂接口中基板是否倾斜并且对应于图5的方法1200的流程图。于操作1202，具有顶表面及边缘表面的基板106b被定位于半导体处理环境内的规定位置中。于操作1204，具有经构造以观察基板106b的顶表面及边缘表面的一个侧面的定向的红外照相机166，经触发以获得基板106b的顶表面及边缘表面的一个侧面的第一红外图像。于操作1206，第一红外图像被用于获得基板106b的第一温度轮廓。于操作1208，比较第一温度轮廓和已知为不倾斜的基板106a的并且储存在存储器154中第二温度轮廓，以基于轮廓之间的一个或多个差异来识别第一基板106a是倾斜的。在一个实施方式中，为了识别第一基板106a是倾斜的，控制器164检测温度轮廓之间的边缘温度的改变及基板106a的顶表面的中心处的高温位置到基板106b的顶表面上的第二位置的偏移。
图13示出了根据一个或多个实施方式的用于确定在半导体处理环境中的基板类型并且对应于图6A及图6B的方法1300的流程图。于操作1302，基板106被定位为将基板106的顶表面放置在红外照相机170a的视场中。于操作1304，处于已知温度的加热元件630横跨基板106的边缘定位。基板106定位于红外照相机170a与加热元件630之间。加热元件630的第一部分604a直接在红外照相机170a的视场中，并且加热元件630的第二部分604b被基板106覆盖。于操作1306，红外照相机170a经触发以获得基板106的顶侧的图像，包括由红外照相机170a可直接观察的第一部分604a及由红外照相机170a穿过基板106而可观察的第二部分604b。于操作1308，红外图像被处理以确定在第一部分604a的第一温度与第二部分604b的第二温度之间的差异。于操作1310，基于该差异确定基板106的类型。(例如，裸基板、掺杂基板、其上制造有半导体元件的基板等等)。
图14示出了根据一个或多个实施方式的用于测量位于半导体处理环境的整合平台100中的基板106的温度并且对应于图7A至图7C的方法1400的流程图。于操作1402，基板106被定位为将基板106的顶表面放置在红外照相机166的视场中。于操作1404，反射性黑体元件702被定位于基板106的底表面的下方，其中黑体元件702被基板106覆盖。于操作1406，红外照相机166经触发以获得基板106的顶表面的图像，包括由红外照相机166穿过基板106而可观察的黑体元件702。于方块1408，红外图像被处理以基于从黑体元件702发射并且可穿过基板106观察的红外光的量来确定基板106的温度。
本公开内容的实施方式进一步关于以下段落的任何一者或多者。
1.一种用于识别位于半导体处理环境中的基板类型的方法，包含：定位基板以将基板的顶表面放置在红外照相机的视场中；紧邻基板边缘定位被预热到已知温度的元件，其中基板位于红外照相机与预热元件之间，其中预热元件的第一部分直接在红外照相机的视场中，并且预热元件的第二部分被基板覆盖；触发红外照相机以获得基板的顶表面的红外图像，包括由红外照相机直接可观察的第一部分及由红外照相机穿过基板而可观察的第二部分；处理来自红外图像的数据以确定第一部分的第一温度与第二部分的第二温度之间的差异；以及基于该差异来识别基板类型。
2.一种用于确定基板是否倾斜的方法，包含：将第一基板的顶表面定位于红外照相机的视场中；触发红外照相机以获得第一基板的顶表面的第一红外图像；处理来自第一红外图像的数据以获得第一温度轮廓；以及将第一温度轮廓与已知为不倾斜的第二基板的储存的温度轮廓进行比较以基于轮廓之间的一个或多个差异来识别第一基板是倾斜的。
3.一种用于确定基板是否倾斜的方法，包含：将第一基板的顶表面定位于红外照相机的视场中；触发红外照相机以获得第一基板的顶表面的第一红外图像；处理来自第一红外图像的数据以获得第一温度轮廓；以及将第一温度轮廓与已知为不倾斜的第二基板的储存的温度轮廓进行比较，以基于轮廓之间的一个或多个差异来识别第一基板是倾斜的，其中识别第一基板时倾斜的步骤包含：检测第一基板与第二基板之间的边缘温度的改变高于第一阈值；以及检测第二基板的顶表面的中心处的高温位置到第二基板的顶表面上的第二位置的偏移高于第二阈值。
尽管本文已经描述了实施方式，获益于本公开内容的本领域的技术人员将了解可设想不脱离本申请的发明范围的其他实施方式。据此，本申请权利要求的范围或任何后续相关权利要求的范围不应由本文描述的实施方式的说明而被不当地限制。

Claims (19)

1.一种用于测量位于半导体处理环境中的基板的一温度的方法，包含以下步骤：
将具有顶表面及边缘表面的所述基板定位在所述半导体处理环境内的规定位置中；
触发被定向为观察所述基板的所述边缘表面的一个侧面的红外照相机，以获得所述基板的所述边缘表面的所述一个侧面的红外图像，其中所述红外照相机被定向为沿着所述基板的径向轴观察所述基板的所述边缘表面；以及
处理来自所述红外图像的数据以获得所述基板的温度轮廓。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述红外照相机是第一红外照相机，所述红外图像是第一红外图像，并且所述方法进一步包含以下步骤：
触发被定向为观察不包括在所述第一红外图像中的所述基板的所述边缘表面的第二侧面的第二红外照相机，以获得所述基板的所述边缘表面的所述第二侧面的第二红外图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其中处理所述红外图像的步骤包含以下步骤：处理来自所述第一红外图像的数据及来自所述第二红外图像的数据以获得所述基板的所述温度轮廓。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述红外照相机是第一红外照相机，所述红外图像是第一红外图像，其中所述基板是第一基板，第二红外照相机位于第二基板的第二规定位置附近，并且所述方法进一步包含以下步骤：
触发被定向为观察所述第二基板的边缘表面的侧面的所述第二红外照相机，以获得所述第二基板的所述边缘表面的所述侧面的第二红外图像，
其中处理所述红外图像的步骤包含以下步骤：处理来自所述第一红外图像的数据以获得所述第一基板的第一温度轮廓以及处理来自所述第二红外图像的数据以获得所述第二基板的第二温度轮廓。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述红外照相机是第一红外照相机，所述红外图像是第一红外图像，所述规定位置是第一规定位置，所述基板是第一基板，并且所述方法进一步包含以下步骤：
触发位于所述第一基板的所述第一规定位置附近并且被定向为垂直于所述第一基板的径向轴观察所述第一基板的所述顶表面的第二红外照相机，以获得所述第一基板的所述顶表面的第二红外图像；
将第二基板定位于半导体制造环境内的第二规定位置中；
触发位于所述第二基板的所述第二规定位置附近并且被定向为观察所述基板的边缘表面的侧面的第三红外照相机，以获得所述第二基板的所述边缘表面的所述侧面的第三红外图像；以及
触发位于所述第二基板的所述第二规定位置附近并且被定向为垂直于所述第二基板的所述径向轴观察所述第二基板的所述顶表面的第四红外照相机，以获得所述第二基板的所述顶表面的第四红外图像，
其中处理所述红外图像的步骤包含以下步骤：处理来自所述第一红外图像、所述第二红外图像、所述第三红外图像、及所述第四红外图像的数据以获得所述第一基板及所述第二基板的温度轮廓。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包含以下步骤：所述数据的第二处理以辨识高于所述第一基板和/或所述第二基板的一氧化温度的所述第一基板和/或所述第二基板的所述顶表面上的一个或多个位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述基板的底表面的下方定位有反射性黑体元件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中处理来自所述红外图像的数据以基于从所述黑体元件反射并且穿过所述基板可观察到的红外光的光量来确定所述基板的温度。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述黑体元件包含黑体膜盘及环形膜保持器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中从所述黑体元件反射并且穿过所述基板可观察到的红外光是从黑体盘的、未被所述环形膜保持器遮挡的暴露部分发射的。
11.一种用于测量基板的温度的工厂接口，包含：
主体；
工厂接口机器人，设置于所述主体中并且具有用于在一个或多个装载锁定腔室与工厂接口之间移送所述基板的端效器，所述工厂接口机器人用于将所述基板定位在所述工厂接口的规定位置中；以及
红外照相机，定位于所述工厂接口中并且与所述规定位置径向对准；以及
控制器，被构造为：
触发被定向为观察所述基板的边缘表面的一个侧面的所述红外照相机以获得所述基板的第一红外图像，其中所述红外照相机被定向为沿着所述基板的径向轴观察所述基板的所述边缘表面；以及
处理来自所述第一红外图像的数据以获得所述基板的绝对温度轮廓。
12.根据权利要求11所述的工厂接口，进一步包含：触发器，经构造以响应于所述基板进入所述工厂接口而触发所述红外照相机。
13.根据权利要求11所述的工厂接口，其中所述控制器经构造以响应于来自接近度感测器的信号而触发所述红外照相机。
14.根据权利要求11所述的工厂接口，其中所述工厂接口机器人在所述工厂接口内居中。
15.根据权利要求11所述的工厂接口，其中所述红外照相机是第一红外照相机，所述红外图像是第一红外图像，并且其中所述控制器经进一步构造为：
触发被定向为观察所述基板的所述边缘表面的不包括在所述第一红外图像中的第二侧面的第二红外照相机，以获得所述基板的所述边缘表面的所述第二侧面的第二红外图像，
其中获得所述基板的绝对温度轮廓的操作包含处理来自所述第一红外图像的数据以及处理来自所述第二红外图像的数据。
16.一种用于测量基板的温度的工厂接口，包含：
主体；
工厂接口机器人，设置在所述主体中，所述工厂接口机器人具有端效器，用于移送所述基板通过所述工厂接口，所述工厂接口机器人经构造以将所述基板定位在所述工厂接口的规定位置中，所述工厂接口机器人被构造为：
将所述基板定位在所述工厂接口的规定位置中；
定位所述基板以将所述基板的顶表面放置在红外照相机的视场中，所述红外照相机定位于所述基板的边缘附近并且与所述基板径向对准；以及
将反射黑体元件定位在所述基板的底表面的下方，其中所述黑体元件被所述基板覆盖；以及
控制器，为构造为：
触发所述红外照相机以获得所述基板的所述顶表面的图像，包括由所述红外照相机穿过所述基板可观察的所述黑体元件；以及
分析所述图像以基于从所述黑体元件反射并且穿过所述基板可观察的红外光的量确定所述基板的温度。
17.根据权利要求16所述的工厂接口，其中所述黑体元件包含黑体膜盘及环形膜保持器。
18.根据权利要求17所述的工厂接口，其中从所述黑体元件反射并且穿过所述基板可观察的所述红外光是从所述黑体膜盘的、未由所述环形膜保持器遮挡暴露部分发射的。
19.根据权利要求16所述的工厂接口，其中规定位置与所述黑体元件垂直间隔开。
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