TWI507280B - 用於因高速機械手臂運輸中成像工作部件表面而具有移動引起的扭曲的減少或防止之方法 - Google Patents

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Description

用於因高速機械手臂運輸中成像工作部件表面而具有移動引起的扭曲的減少或防止之方法
本發明係關於在高速機械手臂運輸中對工作部件表面成像之量測系統。
在半導體處理中，利用可同時處理數個工作部件的系統。工作部件可為用於製造極大規模積體電路、或顯示面板、或太陽能陣列的半導體晶圓，或者工作部件可為在光蝕刻術中利用的遮罩。對於半導體晶圓，晶圓可高速地(例如，每秒1.7公尺)用機械手臂運輸通過一工廠介面，而運輸至數個平行處理腔室或模組之任一者。將晶圓置中在各處理腔室之中的晶圓支撐台座係為關鍵且必須為前後一致的。舉例而言，可利用處理腔室之一者在晶圓表面沈積一膜層，同時在晶圓周圍的一小的環狀區域被遮蔽以避免在周圍區域沈積膜。此環狀周圍區域亦可稱之為膜環狀禁區域或禁區。可藉由在薄膜沈積期間的光蝕刻遮罩或藉由其他適合技術而避免在環狀周圍禁區域中的膜沈積。舉例而言，可在整體晶圓表面上的膜沈積之後從環狀周圍禁區域移除膜層。在反應腔室中，晶圓支撐台座上放置晶圓的任何錯誤或非一致性可造成膜層環狀區域邊界並非與晶圓邊緣同軸。此非同軸性可造成於晶圓周圍的環狀禁區域的半徑寬度隨著方位角度改變，使得在某些情況中，環狀禁區域的寬度可能比所需產品規格相符的所需寬度更大或更小。
已實施某些嘗試來提供晶圓放置中的改變或錯誤的早期警告：當晶圓被運輸進出在其中遮罩或沈積膜層的處理腔室時，偵測膜層的非同軸性。大多數此等技術係基於當晶圓在處理工具外部時的量測或偵測。已找到在晶圓上原位量測的特徵(例如，非同軸性或不具薄膜的環狀區域寬度)，以便在製造範圍中節省空間且提供更適時的結果。然而，薄膜邊緣環狀禁區域的寬度或同軸性的精確原位量測被晶圓運輸的高速所阻礙。此高速(及/或加速或減速)可造成晶圓影像從晶圓的真實圓形而被扭曲。在先前技術中，當晶圓正在移動時，無法獲得需要高精確的晶圓影像。因此，一種方式係為當取得晶圓的一影像時減緩或停止晶圓移動，而可精確量測膜層的同軸性及寬度。此方式降低生產率。
所需係為一種方式，其中在晶圓上的各種表面特徵的幾何(例如，薄膜層的同軸性及寬度)可精確地被量測，而無須將晶圓從高速進行(例如，每秒1.7公尺)的機械手臂減緩。另一需求係為一晶圓的精確成像，以便偵測及定位缺陷。
提供一種用於獲得在一處理系統中的一工作部件的一影像的方法，該處理系統包括一機械手臂，該機械手臂用於沿著一工作部件運輸路徑傳遞一工作部件進出該系統的處理腔室。該方法包括以下步驟：在該工作部件藉由該機械手臂而沿著該工作部件運送路徑的一運送路徑部份傳遞的同時，以可變的畫面更新率擷取一狹長型靜態視野的連續畫面，該狹長型靜態視野相對於該運送路徑部份橫向延伸。該方法進一步包括以下步驟：在該等連續畫面的該擷取步驟期間，以一狹長型照明模式(其相對於該運送路徑部份橫向延伸)照射該運送路徑部份；且界定包括該等連續畫面的該工作部件的一影像。該方法亦包括防止或減少移動引起的影像，其藉由以下步驟執行：獲得界定該機械手臂的動作的資訊，且在該等連續影像的該擷取之步驟期間，從該資訊計算該工作部件的一當前速率；及根據該工作部件的該當前速率及一參考速率之間的一差值或比率，來調整該可變的畫面更新率。舉例而言，該參考速率可為在一先前畫面期間的一速率。
在一個實施例中，該狹長型靜態視野具有為至少一工作部件直徑且相對於該運送路徑部份橫向延伸的一長度，及該影像的一個相片元素的等級的一寬度。
在一個實施例中，該扭曲修正係藉由以下步驟執行：以介於該等連續畫面之一各別畫面中該工作部件的一寬度及一已知工作部件直徑的一比率的一函數，來計算該正確位置。
在另一實施例中，該扭曲修正係藉由以下步驟執行：從相對應於該機械手臂的動作的機械手臂速率態勢資訊來計算該正確位置。在此另一實施例中，該機械手臂速率態勢資訊係從含有界定一預先決定的機械手臂速率態勢的資料的一機械手臂控制器記憶體獲得，或從回應於該機械手臂的動作的一編碼器獲得。
在一個實施例中，該擷取的步驟包括以下步驟：從一狹長型陣列的光敏感元件擷取一訊號，且其中該照射之步驟包括以下步驟：以一範圍的入射角照射該等光敏感元件之個別元件的一模式，來提供一陣列的光發射元件。
仍在另一實施例中，該運送路徑部份相對應於平行於該運送路徑部份的一Y軸及垂直於該Y軸的一X軸，該方法進一步包括以下步驟：針對歸因於介於該視野及該X軸之間的一錯位角的扭曲修正該影像中的X軸座標。此後者實施例可界由以下步驟執行：藉由將在連續畫面中一晶圓中心位置的一移動與該錯位角的一函數相匹配，來決定該錯位角；及藉由包括該錯位角的該函數的一修正因子，來修正該等X軸座標。
仍在另一實施例中，該方法進一步包括以下步驟：修正該影像的扭曲，該扭曲係來自該工作部件在該工作部件的一平面中的振動。此後者實施例可藉由以下步驟執行：尋找在該等畫面的連續畫面中該晶圓的一中心的移動；透過該等連續畫面界定該晶圓的該中心的一平均移動；且對於含有該晶圓中心及該晶圓的該中心的該平均移動之間的一差值的各畫面，以該差值位移該影像。
仍在另一個實施例中，該方法進一步包括以下步驟：修正該影像的扭曲，該扭曲係來自該工作部件在相對於該工作部件的該平面為橫向的一方向上的振動。此後者實施例可藉由以下步驟執行：從該影像決定一工作部件視半徑，且以該工作部件視半徑及一已知工作部件半徑之間的一比率來決定一徑向修正因子；且藉由該徑向修正因子縮放該影像中的徑向位置。
在另一個實施例中，該方法進一步包括以下步驟：藉由將該機械手臂的預先決定的速率態勢資料擬合至該正確位置的該動作，在該等連續畫面上平整該正確位置的動作，以產生一擬合的機械手臂速率態勢，且從該擬合的機械手臂速率態勢獲得該等連續畫面之各者的該正確位置。
在另一實施例中，該方法藉由以下步驟來量測非同軸性：決定該等畫面之各者中該工作部件的一中心；在該等連續畫面上，決定該工作部件的該中心的一移動；將該工作部件的該中心的該移動與一正弦函數相匹配，且將該工作部件的一非同軸性的振幅推論為一正弦振幅，且將該工作部件的一非同軸性的方向推論為一正弦相位角。此等結果可藉由以下步驟而被使用：將該非同軸性的振幅及該非同軸性的方向提供作為對該機械手臂的修正回饋。
仍在另一實施例中，從各別平行列的離散光發射器發射出各別的光的波長，其中該等列之各者發射相對應於該等波長之一相應波長的一單色光譜。在關於第一個實施例中，取決於待照射的該工作部件上的一層中的材料的一類型，在擷取該等連續畫面期間，選擇該等平行列的光發射器中用於啟動的一特定列。在關於第二個實施例中，藉由啟動該等列的連續列的光發射器，在擷取該等畫面的連續畫面期間發射不同的光波長，藉此產生該工作部件的一彩色影像。
第1圖描繪包括一真空運輸腔室102的一晶圓處理工具，該真空運輸腔室耦接至四個晶圓處理腔室104，此等腔室均維持於次大氣壓力的。一真空中的機械手臂106在處理腔室104之任一者及兩個負載鎖定腔室108之任一者之間運輸個別的晶圓。一工廠介面110係在大氣壓力中，且包括一大氣機械手臂112用於在一或多個卡匣114及負載鎖定腔室108之間運輸一晶圓。負載鎖定腔室108在工廠介面110的大氣壓力及真空運輸腔室102的真空之間提供一過渡。真空中的機械手臂106將各晶圓維持於一真空中的機械手臂葉片116上，而大氣機械手臂112維持各晶圓於一大氣機械手臂葉片118上。機械手臂106、112將各晶圓沿著一晶圓運送路徑120，以超過每秒1公尺的一高速(例如，大約每秒1.7公尺)通過工廠介面而移動。機械手臂106、112係根據儲存的指令而由一機械手臂控制器113控制，該等指令界定沿著各種晶圓運送路徑的各機械手臂葉片116、118的速率態勢(加速、減速、方向等等)。
各處理腔室104具有一晶圓支撐台座124，而藉由真空中的機械手臂106將一晶圓122放置於其上(或被移除)。在台座124上的晶圓122的置中可影響靠近晶圓邊緣所沈積的薄膜層(例如，一膜層)的同軸性。此安置係因在大氣機械手臂葉片118的安置及在真空中的機械手臂葉片116的安置，及/或晶圓上的光蝕刻遮罩的排列或置中而有所影響。
一影像擷取裝置130被放置於晶圓運送路徑120的一所選位置上的一固定位置。參照第2A、2B及3圖，影像擷取裝置130包括一相機132、聚焦光鏡133及一光源134。在一個實施例中，相機132被實施為第3圖中所描繪的多重感光器元件150的一單一線或影像陣列。相機132及光源134可操作於可見波長或其他波長中，例如UV、紅外線或微波。在一個實施例中，光源可具有例如介於200nm及900nm之間的一波長。
相機132具有一狹長型窄的視野(FOV)121，其具有(如第2A圖中所描繪)一長度L橫跨於在線相機132之下的部份的晶圓運送路徑120。視野121的長度L由光鏡133所影響。可設計光鏡133使得視野121的長度L超過感光器元件150的狹長型陣列的長度。如第2A圖 中所顯示，視野121的長度L延伸跨越晶圓122的整個直徑。如第2A圖所描繪，在相機132之下面的晶圓運送路徑部份120沿著Y軸平放，而相機132的視野121的長度L沿著X軸延伸。第2A圖顯示狹長型視野121的長度L橫向對著運送路徑部份120中晶圓行進的方向(Y軸)，使其垂直於此方向。然而，在其他實施例中，狹長型視野121藉由以相對於Y軸的一精準角度，或介於10及90度之間的任何角度佈置而橫向。
一影像控制處理器123控制相機132且處理由相機132提供的影像。相機132擷取晶圓122的連續線影像(畫面)，且連續地提供此等影像至影像控制處理器123。晶圓122的一原始影像由涵蓋整個晶圓的一連續的此等畫面組成。影像控制處理器123從晶圓的原始影像移除包括速率態勢的扭曲。進一步，影像控制處理器123可使用未扭曲(經修正的)晶圓影像而在晶圓上實行各種特徵的量測，例如(舉例而言)，沈積在晶圓上的一膜層的同軸性；或偵測某些特徵，例如水滴或其他缺陷。或者，影像控制處理器123可使用扭曲的(未修正的)晶圓影像實行量測。在此替代的模式中，量測資料可從未修正的影像，及對各個個別點或相片元素(像素)實行的包括速度扭曲的補償而提取出。此修正可藉由使用一查找表而實行。此一查找表可藉由將未修正影像中的個別像素的位置與修正的影像中的相對映像素的位置連結，而以直截了當的方式建立於影像處理器123中。
在第1圖所描繪的實施例中，影像擷取裝置130係在工廠介面110之內部且與平放於工廠介面110中的部份的晶圓運送路徑120重疊。在一替代實施例中，一影像擷取裝置130’與負載鎖定腔室108內的一晶圓運送路徑120’重疊。影像擷取裝置130或130’可位於與第1圖的晶圓處理工具中的一晶圓運送路徑重疊的任何適合位置。
如上所述，視野121的長度L使得相機132能夠擷取延伸跨越晶圓122的直徑的個別影像或畫面。由相機132擷取的各連續影像或畫面係為一個(或多個)相片元素(「像素」)長(沿著晶圓運送路徑120或Y軸的方向)，且沿著X軸的許多(例如，數千個)像素寬。相機132一次擷取一個畫面。連續的許多此等畫面提供整個晶圓122的一原始影像。儘管圖式描繪一相機具有一單一列的像素，但在一替代實施例中，相機可具有多重列的像素。
原始影像沿著由相機132擷取的各畫面的Y軸可由位置的一識別所組成，且對各畫面而言，具有在畫面中所有像素的亮度值的一列表。如以下將說明，晶圓的原始影像由在影像擷取期間發生的晶圓的加速或減速而被扭曲。此係扭曲原始影像中的Y軸畫面位置。在此處所述的實施例中，扭曲藉由將給定於原始影像中的Y軸畫面位置以經修正的Y軸畫面位置取代而修正。
第2B圖的側面視圖描繪從光源134發射的光束及照射在相機132上的光束。如第3圖的底部平面視圖所描繪，在一個實施例中的相機132由個別影像感測或光敏感元件150的一線陣列組成，舉例而言，光敏感元件可為個別光敏感二極體。各光敏感元件150相對應於在所擷取的影像中的一個別相片元素或像素。所以，各光敏感元件150亦可稱為一像素。光敏感元件150個別耦接至一運輸電路512，其將光敏感元件的平行輸出訊號聚集成一所欲格式(例如，一連串連續的個別像素值)且將格式化的訊號輸出至影像控制處理器123。
如上述參照第3圖，光源陣列134由一陣列的個別光發射設備154(例如，一線陣列)組成。在一個實施例中，光發射設備154係為光發射二極體。一光源電子電源供應器156係耦接至光源陣列134，以對個別光發射設備154供電。在一個實施例中，光發射設備154係為相同的類型且發射相同的波長光譜。
第2A及2B圖的光源陣列134可從數個供應器的任何一者獲得。舉例而言，以下的LED陣列可用作為光源陣列134：由加州的Opto Diode Corporation of Newbury Park發射830 nm波長的一LED陣列；由新罕布夏州的Stoker Yale,Inc. of Salem發射620 nm波長的一LED陣列。線相機132可為來自英國的e2v Technologies of Essex，具有12,288光敏感元素或像素(相對應於第3圖的光敏感元素或像素150)的一UM8 CCD相機，各像素量測大約5微米乘以5微米(換言之，在各側均為5微米)。此類型的CCD相機可具有26μ/像素的一靜態解析度，及沿著移動軸(Y軸)70-80μ/像素的一解析度，其中晶圓的移動大約為每秒1.7公尺。表面上，畫面時間可為大約50 μ秒/像素且曝光時間可為大約35 μ秒。
一般而言，相機132可具有10-40 μ/像素的範圍的一靜態解析度，在各側為1-10微米的範圍的一像素尺寸，一至五個像素範圍的一畫面寬度(沿著Y軸)，及5,000-15,000像素範圍的一畫面長度(沿著X軸)。相機132可操作於10-100 μ秒/像素的範圍的一畫面更新率，及大約5-80μ秒/像素的範圍的曝光時間。光源陣列134可由發射於200-900奈米的範圍中的單一波長的離散源組成。
此類型的一高解析度相機的各像素具有一非常窄的光錐角，光束可透過此角而被感測。此角度對各像素可如十分之一度一般的小。舉例而言，此呈現每當從晶圓反射時，因晶圓拱起而偏斜所欲的入射的一問題。晶圓拱起常見於此等應用中，因為處理腔室環境可為相較熱的。結果，來自光源陣列134的光無法由相機132感測到。
此問題藉由提供第4圖中描繪的一增強的光源陣列166而克服。第4圖的增強的光源陣列166模仿一漫射光源的光輸出，對相機132的各像素150提供橫跨幾乎連續範圍的角度的光束。以此方式，不論歸因於晶圓拱起或類似的情況所造成的反射光的擾亂，至少一個光束將落入各像素150的光錐角之中。在第4圖描繪的實施例中，增強的光源陣列166具有光發射設備154的多重列168。列168可延伸為不同於相機132的長度的一長度。增強的光源陣列166可具有大約十個光發射設備154用於相機132的各像素150，從相對於一特定像素的一不同角度提供光。各光發射設備154(其可為一光發射二極體)以一廣的錐角度，舉例而言如20度之大的角度，而輻射光。因此，在第4圖的增強的光源陣列166中照射一特定像素150的十個光發射設備154對像素150提供二維平面中的一連續角度的光束，使得晶圓拱起或其他擾亂不會阻礙光反射至像素的窄的光錐中。以此方式，增強的光源陣列166具有與一理想漫射光源相同方式的功能。
第5圖描繪一種利用以上裝置量測或偵測一晶圓上的特徵的方法。當晶圓藉由機械手臂以高速(第5A圖的方塊170)被傳遞時，利用影像擷取裝置130(靜置相機132及光源陣列134)擷取一晶圓的一影像，以產生包括整個晶圓的一原始影像的一連續的畫面。在一個實施例中，晶圓在影像擷取期間繼續以平常機械手臂的運輸動作高速移動(超過每秒1公尺)。接下來，一影像處理器處理原始影像的資料，以移除由機械手臂傳遞的晶圓的高速移動的速率態勢所造成的影像的扭曲(第5A圖的方塊172)。在晶圓擷取到的影像沿著晶圓運送路徑120或Y軸的方向的各畫面的位置，被晶圓移動態勢的加速或減速所扭曲。舉例而言，一圓形晶圓的影像可變為非圓形。在一個實施例中，於方塊172藉由將給定於原始影像中的各畫面的Y軸位置以各畫面的實際Y軸位置取代來移除扭曲。此產生一未扭曲的影像。
在扭曲的或未扭曲的影像中定位關注的邊緣的各種特徵，且在未扭曲的影像中量測或偵測各種特點(第5A圖的方塊174)。舉例而言，可偵測晶圓的邊緣及膜層的邊緣。可量測到相對於晶圓邊緣的一膜層邊緣的非同軸性，且量測到缺乏膜層的一周圍區域的半徑寬度且與所需寬度作比較。可處理晶圓影像以尋找且精確地定位關注的特徵，例如污染或基準特徵。
方塊172的操作可根據第5A圖的方塊172-1、172-2或172-3中表示的不同方法之任一者而實行。
在方塊172-1的方法中，對影像處理器123提供資訊界定機械手臂葉片116或118的移動。資訊可為由機械手臂移動控制器113所使用的儲存的指令，以管理機械手臂終端動器(葉片)的移動。或者，資訊可來自耦接至機械手臂的一移動編碼器。在任一情況中，由影像控制處理器123使用資訊，以推論機械手臂終端動器的真實位置(且因而推論晶圓)，且從此真實位置計算當前影像畫面的經修正Y軸位置。各畫面的經修正的Y軸位置結合各畫面的影像資料，以形成一未扭曲的影像。
方塊172-1的處理可根據一個實施例而由第5B圖圖示的裝置執行。在第5B圖中，機械手臂移動資訊從一可靠的來源獲得。此來源可為與機械手臂控制器113相關聯的一記憶體182，其儲存指令、由機械手臂控制器113利用而命令或定義，以管理第1圖的機械手臂106或112的移動及/或機械手臂葉片116或118的移動。或者，機械手臂移動資訊的來源可為一編碼器184，其可為機械手臂106或112之一者的一整合的部份，或其可為一分開的編碼器耦接至機械手臂106或112。在影像控制處理器123中的一計算功能186使用來自記憶體182或來自編碼器184的機械手臂移動資訊，以計算當前畫面期間晶圓的經修正Y軸位置，其中當前畫面的Y軸位置被推論出。在影像控制處理器123中的一影像處理功能188將原始影像的Y軸畫面位置以由計算功能186決定的經修正Y軸位置取代。此操作對由相機132擷取的各畫面實行。在所有擷取的畫面已經因此而被修正之後，影像處理器123輸出晶圓的一未扭曲的影像。
在第5A圖的方塊172-2的方法中，影像控制處理器123使用機械手臂移動資訊管理相機畫面更新率，以便防止由相機132得到的晶圓影像的扭曲。如方塊172-1中，影像控制處理器123存取界定機械手臂的移動的資訊或資料。然而，影像控制處理器123使用此資訊推論在當前畫面的時間期間晶圓沿著Y軸的實際速率。影像控制處理器接著根據接續著先前畫面的晶圓速率的任何改變，來調整相機132的畫面更新率，以便維持介於沿著Y軸的晶圓速度及相機畫面更新率之間的一固定比率。
第5A圖的方塊172-2的處理根據一個實施例可由第5C圖圖示的裝置執行。在第5C圖中，機械手臂移動資訊係從一可靠來源獲得。此來源可為與機械手臂控制器113相關聯的一記憶體182。或者，機械手臂移動資訊的來源可為一編碼器184。在影像控制處理器123中的一計算的功能192使用來自記憶體182或來自編碼器184的機械手臂移動資訊，以對下一個畫面計算沿著Y軸的晶圓速度。影像控制處理器123的一計算功能193計算介於相機畫面更新率及由功能192計算的晶圓速度之間的一比率。一比較器194將畫面對晶圓速度比率與一先前畫面的相同比率作比較，且一畫面更新率計算功能195決定下一個畫面的一新的畫面更新率，其將保持畫面更新率對晶圓速度比率相對於先前畫面或多個畫面固定不變。此新的畫面更新率被應用為一控制輸入至相機132。畫面更新率的改變補償晶圓移動的加速或減速，使得由相機得到的影像無或幾乎無移動態勢引起的扭曲。畫面曝光時間可調整為與畫面更新率的改變成正比。
在第5A圖的方塊172-3的方法中，晶圓的原始(扭曲的)影像由影像控制處理器123使用，以實際計算各畫面的經修正(未扭曲的)Y軸位置。此由首先觀察原始影像畫面的晶圓寬度，且接著使用所觀察的晶圓寬度及已知的晶圓直徑來計算畫面的未扭曲的Y軸位置而完成。影像控制處理器123藉由將影像中各畫面的經修正Y軸位置替代至由原始(扭曲的)影像給定的Y軸位置，建構一修正的或未扭曲的影像。
在一個實施例中，第5A圖的方塊172-3的處理並非應用為修正晶圓的整個影像。取而代之地，舉例而言，僅處理扭曲的影像的一選定的部份，以產生相關於僅選定的部份的未扭曲影像的資料。舉例而言，若欲計算膜層的周圍禁區的寬度，則僅對靠近晶圓的邊緣的影像部份藉由方塊172-3的處理修正扭曲。因此，結果可能並非晶圓的一未扭曲的影像，而是相關於晶圓的選定部份的一未扭曲影像的資料。
或者，分析可實行於未扭曲的影像上，且使用一查找表修正特定畫面數或角度位置。
第6圖根據一個實施例，詳細描繪第5A圖的方塊172-3的處理。在此實施例中，各畫面的真實Y軸位置被計算為介於各畫面中晶圓寬度及已知晶圓直徑之間的比率的一函數。處理由收集一張接著一張的晶圓的原始畫面的資料開始(第6圖的方塊200)。如上所述，由相機132產生的各影像畫面係為一個像素寬且數千個像素長。連續的此等畫面含有整個晶圓的影像。(在一替代實施例中，畫面可為不只一個像素寬)。
獲得晶圓邊緣的影像(第6圖的方塊202)。晶圓邊緣影像係藉由傳統邊緣偵測影像處理技術而獲得。晶圓影像的第一及最後的像素接著被決定用於各畫面，產生第7圖描繪的晶圓邊緣影像。第7圖的圖表描繪所有畫面的第一及最後像素的位置(藉由像素數表現)。在第7圖中，第一像素由X標記表明且最後像素由點表明。歸因於在影像擷取期間高速機械手臂運輸的加速/減速造成的晶圓形狀的扭曲在第7圖中係為明顯的。
獲得各畫面中的晶圓寬度(第6圖的方塊204)。晶圓寬度w係為畫面數f的一函數，可界定為w(f)，且被計算為在相對應畫面中第一及最後晶圓像素之間的距離。曲線w(f)典型地為一拋物線，係描繪於第8圖中。
一最大晶圓寬度w(f)max 相當於晶圓直徑，且從曲線w(f)的高峰決定出(第6圖的方塊206)，其使用傳統技術找出。其中發生w(f)max 的畫面數亦被標記且界定為fmax (第6圖的方塊208)。
獲得一像素至毫米轉換因子σ，其建立像素(相對應於相機132中的個別光感測元件150)之間的距離與晶圓表面上以毫米表示的實際距離的相關性(第6圖的方塊210)。藉由將像素中的最大寬度w(f)max 除以已知晶圓寬度(典型地為300 nm)獲得轉換因子σ。
第7圖的原始晶圓輪廓被扭曲，因為晶圓的加速及減速扭曲沿著晶圓運送路徑120或第2A圖的Y軸的各畫面的外觀位置。此扭曲的修正可藉由將各畫面的外觀Y軸位置以經修正的Y軸位置取代而實行。從特定畫面中所量測的晶圓寬度w(f)對各畫面計算沿著晶圓運送路徑120或Y軸的晶圓移動的距離(第6圖的方塊212)。此計算所利用的幾何係圖示於第9圖中。由機械手臂建構的第2A圖的晶圓運送路徑120係為第9圖的Y軸。線相機132的一般方位相對應於第1圖的X軸。沿著晶圓運送路徑(Y軸)為畫面數f的一函數的晶圓移動的距離，此處將被稱為Y軸位置函數h(f)，其中h代表距離且f代表畫面數。參照第9圖，對於一300 mm晶圓而言，一給定的畫面f的晶圓寬度w係如以下與h相關：
W(in mm)=w(in pixels)‧σ　(方程式1a)
θ=2sin-1 (W/300mm)for W<300mm　(方程式1b)
d=W/[2tan(θ/2)]　(方程式1d)
h(f)=150mm-d for f<fmax 　(方程式1e)
以上可摘要如下：對於在晶圓的直徑中的W的值，Y軸位置函數如下被計算：對於晶圓的第一半h(f)=150 mm-W/[2tan(sin-1 (W/300)]，其中f<fmax ,and對於晶圓的第二半h(f)=150mm+W/[2tan(sin-1 (W/300)]，其中ffmax .應瞭解以上定義中所呈現的晶圓直徑及半徑值(300 mm及150 mm)可應用至一300 mm晶圓，且可取決於被處理的晶圓的直徑而修改。
在一個實施例中，可界定在Y軸位置函數h(f)中的畫面數f，使得含有晶圓的前緣的畫面係為畫面零，相對應於原點。識別含有晶圓的前緣的畫面(第6圖的方塊214)。在一個實施例中，可藉由首先標繪各第一及最後像素的線數(於第6圖的方塊202的步驟得到)為對靠近晶圓前緣的畫面的一群組的像素數的一函數來識別。含有晶圓的前緣的畫面數相對應於此函數的最小值且使用傳統技術得到。在一個實施例中，Y軸位置函數h(f)的畫面數接著被偏移，使得前緣畫面數係為零(第6圖的方塊216)。
可選地，Y軸位置函數h(f)在一處理中可被平整(第6圖的方塊218)，以下在此說明書中參照第17圖而描述。
藉由相機132輸出的連續畫面所獲得的晶圓的原始影像對包括移動的扭曲作修正(第6圖的方塊220)。此修正由將各畫面的Y軸座標以h(f)取代而組成。以上對各畫面的Y軸座標的修正產生晶圓的一畫面，其中歸因於沿著Y軸的晶圓移動的態勢(加速/減速)的扭曲已被移除。此修正准許擷取的影像以高速晶圓運輸實行，而無須在影像擷取期間停止或減慢晶圓運輸。
方塊220的操作可進一步包括縮放及修正X軸座標。各畫面中關注的任何特徵的X軸座標由像素至毫米縮放因子σ縮放，而算出在線相機132的主軸及X軸之間的一錯位角度β。相機錯位角度β的決定在此說明書中參照第11圖如後描述。從關注的任何特徵的原始影像獲得的X軸的座標，Xraw image ，被如下縮放為一修正的值X’：X’=Xraw image ．σ-Y tanβ(方程式2)
現在說描述如何決定方程式(2)中使用的相機錯位角度β。介於相機132的長軸及X軸(第2A圖)之間的錯位角度β被描繪於第10圖中，且可為相對地小(舉例而言，小於僅僅幾度)。根據一個實施例，用於從未扭曲的晶圓影像決定β的方法被描繪於第11圖中。第11圖中的第一個步驟係為檢查晶圓影像以得到一像素位置X0 ，其中晶圓首先顯露於晶圓前緣畫面flead 中(第11圖的方塊310)。對各畫面計算晶圓中心XC 的像素位置(第11圖的方塊320)。晶圓中心XC 係為參照第6圖的方塊202介於第一及最後晶圓像素之間的相差一半之處：XC =[Xlast pixel +Xfirst pixel ]/2(方程式3)
接下來，歸因於錯位角度的晶圓中心的移動被界定(第11圖的方塊330)如下：P=X0 +[h(f-flead )tan β]/σ (方程式4)
利用一傳統非線性最小化演算法，藉由最小化Σ[P-XC ]2 (方程式5)
以計算β，其中所表明的總和係為在所有畫面上執行(第11圖的方塊340)。此最小化藉由調整β及X0 而執行。此操作相對應於將晶圓中心XC 的移動擬合tan β的一函數的曲線。參照第6圖的方塊220，所計算的β的值(藉由執行方程式5的最小化而獲得)被利用至上述方程式(2)的計算，以修正X軸座標。
在第6圖的方塊230中，未扭曲的影像可修正由晶圓移動的平面中振動或擾亂(沿著X軸)引起的錯誤，且修正晶圓移動的平面外振動或擾亂(沿著Z軸)引起的錯誤。此等修正稍後在此說明書中參照第13及15圖而描述。
各種量測可使用由以上所產生的未扭曲的修正的晶圓影像而精確地被實行。舉例而言，可量測一圓形膜層的半徑或直徑(第6圖的方塊240)。而且，可量測在薄膜沈積期間被遮蔽的周圍禁區的環狀寬度(方塊250)。與晶圓邊緣同軸性的膜層外部邊界可使用現在所述的方法量測(方塊260)。
參照第12A圖，當由第1圖的反應腔室104之一者處理時，一膜層300被沈積在晶圓122上。膜層300係為盤狀且欲與晶圓122的邊緣同軸性。第12A圖描繪一範例，其中膜層300與晶圓122並非同軸性。膜層300具有比晶圓的半徑R2 更小的一半徑R1 ，而遺留晶圓表面的一周圍環狀區域302未被膜層300覆蓋。環狀區域302的寬度係為WM =R2 -R1 。正因為膜層的非同軸性，WM 隨著方位角θ改變且因此為θ的一函數，WM (θ)。WM (θ)係為第12B圖中圖示的一正弦函數。
膜層的非同軸性係根據一適合的處理而量測。此一處理的一範例係描繪於第12C圖中。首先，從未扭曲的影像資料提取函數WM (θ)(第12C圖的方塊280)。接著，函數
WM (average)+C cos(θ+α)(方程式6)
曲線擬合至WM (θ)(第12C圖的方塊285)。此曲線擬合使用傳統技術實行。WM (average)一詞係為在整個晶圓邊緣四周WM 的平均值。C一詞係為非同軸性的振幅。角度α係為非同軸性的方位角。從曲線擬合的結果，可獲得且輸出C及α的實際值作為修正錯誤回饋至機械手臂控制器113用於修正機械手臂106或112之一者的移動(第12C圖的方塊290)。
第13圖根據一個實施例，描繪一種用於執行歸因於第6圖的方塊230的步驟中，平面中(或X軸)振動的影像扭曲的修正的方法。首先，從晶圓影像決定晶圓中心XC 的移動，作為畫面數的一函數(第13圖的方塊360)，其係為第11圖的方塊320的相同操作。作為畫面數的一函數的晶圓中心XC 的移動係圖示於第14圖的圖表中。從界定XC 為畫面數的函數的資料中，使用傳統技術決定XC 中最小值及最大值之間的XC 的一平均值(第13圖的方塊365)。此平均值在第14圖中標誌為XC (average)，且如第14圖所描繪，大致沿著一直線。(直線XC (average)的斜率係為先前所討論相機偏移角β的一函數)。歸因於X軸振動的扭曲係藉由決定對該畫面的XC (average)及對該畫面的XC 之間的差，且以該差值位移畫面中的有X座標而移除，即，差值{XC (average)-XC }(第13圖的方塊370)。
在一個實施例中，可對影像作上述修正，以移除平面中振動扭曲，且所得到的影像被用於實行一所欲的計算(例如，周圍禁區寬度的一計算)。在一替代實施例中，上述的修正並非應用至晶圓影像。取而代之地，所欲的計算被實行於含有平面中振動扭曲的影像上，且接著上述的修正被應用至該計算的結果。
第15圖描繪一種根據一個實施例用於執行歸因於第6圖的方塊230的步驟中的平面外(或Z軸)振動的影像中扭曲的修正的方法。對一工作部件的各影像而言，工作部件(晶圓)的視半徑R被決定為根據上述方程式1所決定的工作部件寬度的一半(第15圖的方塊380)。接著從R及從已知晶圓半徑(例如，150 mm)計算放大率M為M=150mm/R(第15圖的方塊385)。此後，如第16圖中描繪的沿著一特定方位角θ的一徑向距離的各量測(例如，晶圓邊緣的位置、膜層邊緣的位置、周圍區域302的寬度等等)藉由一放大修正因子Mcosθ而縮放(第15圖的方塊390)。此相對應至在極座標中的影像的縮放，其藉由根據放大率M縮放半徑。
在一個實施例中，可對影像作上述的修正，以移除平面外振動扭曲，且所得到的影像被用於實行一所欲的計算(例如，薄膜周圍禁區寬度的一計算)。在一替代實施例中，上述的修正並非應用至晶圓影像。取而代之地，所欲的計算被實行於含有平面外振動扭曲的影像上，且接著上述的修正被應用至該計算的結果。
實行於第6圖的方塊218中，用於平整Y軸晶圓移動的函數h(f)，根據一實施例而被描繪於第17圖中。獲得在第1圖的影像擷取裝置130的視野中，沿著晶圓運送路徑的機械手臂葉片的軌道(第17圖的方塊400)。此軌道界定沿著Y軸的一機械手臂移動態勢s(t)(在第1及2A圖的影像擷取裝置130之下的晶圓運送路徑)。為時間的函數的機械手臂移動態勢s(t)藉由將時間t乘以相機132的畫面更新率而轉換為畫面數的函數的一移動態勢(第17圖的方塊410)，以獲得時間t的各值的一機械手臂畫面數fr 。經轉換的機械手臂移動態勢s(fr )係為具有一任意起源的機械手臂畫面數fr 的函數。機械手臂移動態勢接著使用兩個不同方法之任一者，而擬合從第6圖的方塊216的步驟中的晶圓影像資料所獲得的晶圓移動態勢。或者，使用傳統技術而非使用機械手臂移動態勢來平整Y軸晶圓移動函數。選擇出此等三個方法之一者(第17圖的方塊420)。若選中的係基於機械手臂移動的方法，則選擇出兩個基於機械手臂移動方法之一者(方塊422)。
兩個基於機械手臂移動的方法之第一者(第17圖的方塊422的分支423)藉由相對於晶圓移動態勢h(f-flead )平移機械手臂移動態勢s(fr )直到獲得一最佳擬合，而擬合機械手臂移動態勢(第17圖的方塊424)。此係在一個實施例中使用一非線性最小化演算法實行。機械手臂移動態勢的平移係藉由改變一機械手臂畫面偏移，其位移相對於晶圓影像的畫面數的機械手臂移動態勢的畫面數，直到獲得一最佳擬合而達成。位移的機械手臂移動態勢接著取代晶圓影像Y軸移動態勢(第17圖的方塊432)。
在基於機械手臂移動的替代方法中(第17圖的方塊422的分支426)，實行上述的最佳化但加以限制，其強迫在晶圓的前緣及後緣之間沿著Y軸的距離(以畫面數表示)等於已知晶圓直徑(例如，300 mm)。
位移的機械手臂移動態勢替代為晶圓影像移動態勢的一優點係為機械手臂移動態勢係從對機械手臂界定的一預先決定連續(平整的)移動態勢推導出。
如一個替代(第17圖的方塊420的分支434)，晶圓影像移動態勢被平整而非替代任何機械手臂移動態勢，且取而代之地，使用仿樣(spline)、平均、內插及/或外差的技術而利用傳統平整的方法(方塊436)。資料可在輸出平整的晶圓移動態勢(方塊432)之前而在晶圓影像的邊緣之外被平整(方塊438)。
第1-3圖的裝置可供應數個不同的應用。舉例而言，影像擷取裝置130可在其引導至特定一個處理腔室104之前獲得晶圓影像，以便獲得先前沈積的薄膜特徵的量測，且接著跟隨著另一薄膜特徵的沈積獲得相同晶圓的另一影像，以獲得第二組量測，而可與第一組量測作比較。此比較可生成對調整隨後晶圓的處理實用的資訊。
如另一範例，在參照第12C圖以上述方式量測非同軸性振幅C及相位α之後，此等參數可藉由影像控制處理器123遞送至機械手臂控制器113用作錯誤修正回饋，以修正機械手臂的一晶圓放置裝置的動作(例如，第1圖的大氣機械手臂112的動作)，使得在一機械手臂葉片上各晶圓的初始放置提供一較佳地同軸性。
以上已說明光源為在晶圓122上的一光源陣列134，且為相機132的在晶圓122的相同側。然而，為了在晶圓122的邊緣的影像的較佳對比，可放置另一光源134’在晶圓122之下面，以便照射晶圓的背側。以此方式，相機132將觀察到晶圓邊緣的一更清楚輪廓影像，具有在影像中晶圓的邊緣處加強的對比。
以上已說明光源為一陣列的光發射二極體134，其具有相同的單色發射光譜。因為此一單色來源，從晶圓122反射的光造成的干涉可使用傳統干涉測量技術分析，以便推論出沈積在晶圓122的表面上的一薄膜的厚度的改變。薄膜厚度可使用傳統技術從觀察到的干涉效應計算出。再者，薄膜厚度可對靠近薄膜邊緣的連續位置的各者計算，且觀察且儲存薄膜厚度的改變以界定薄膜邊緣逐漸減少的態勢。在膜的厚度的此逐漸減少的態勢可接著以一所欲的逐漸減少的態勢計算以評估處理。以類似的方式，亦可量測晶圓122的邊緣的逐漸減少態勢。
第3圖描繪LED陣列134作為具有一單色發射光譜的分散光發射器154的一單一列。然而，光源或LED陣列134可具有由兩個(或更多)預先決定的分散波長組成的一光譜。在此情況中，光源陣列134的光發射器或光發射二極體154可由兩個(或更多)分開的陣列組成，安排為光發射器或二極體的平行列，各陣列或列具有與其他陣列或列不同的一單色發射光譜。各陣列或列可以一不同的光波發射一單色光譜，且兩個陣列之各者可取決於晶圓類型或在晶圓表面上關注的一層的材料的類型而啟動，以確保最佳的對比。最佳的對比係依附於波長，因為不同類型的層或層的不同材料將以不同的波長而反射為不同。舉例而言，一個波長可為大約450nm且另一個波長可為大約600nm。或者，LED陣列134可具有三個列的光發射器，各列發射一不同波長。舉例而言，三個波長可相對應於紅、藍及綠，且各者可與相機同時啟動，每三個畫面一次，以提供晶圓的一有色RGB影像。
膜的厚度的量測可與特定或所欲的膜的厚度值(或邊緣的逐漸減少態勢)作比較，且比較結果可被用以調整第1圖的處理腔室104之一者的一或多個處理參數(例如，沈積時間、溫度、前導氣體成份等等)。
儘管以上導向本發明的實施例，本發明的其他及進一步實施例可被策劃而並非悖離其基本範疇，且其範疇係由以下的申請專利範圍所決定。
102．．．運輸腔室
104．．．處理腔室
106．．．機械手臂
108．．．負載鎖定腔室
110．．．工廠介面
112．．．機械手臂
114．．．卡匣
116．．．機械手臂葉片
118．．．機械手臂葉片
121．．．視野
122．．．晶圓
123．．．影像控制處理器
120．．．運送路徑
120’．．．運送路徑
124．．．支撐台座
130．．．影像擷取設備
130’．．．影像擷取設備
132．．．相機
133．．．聚焦光鏡
134．．．光源
150．．．感光器元件
152．．．運輸電路
154．．．光發射設備
156．．．LED電源供應器
166．．．光源陣列
168．．．光的多重列
182．．．記憶體
184．．．移動編碼器
186．．．計算功能
188．．．影像處理功能
192．．．計算功能
193．．．計算功能
194．．．比較器
195．．．畫面更新率計算
300．．．APF層
302．．．周圍環狀區域
為了達到且可詳細瞭解本發明的範例實施例的方式，本發明的更具體的說明(如上簡潔地摘要)可參考圖示於隨附圖式中的實施例。應瞭解某些眾所周知的處理在此處並無討論，以免混淆本發明。
第1圖根據一第一實施例，描繪包括一晶圓影像擷取裝置的一範例晶圓處理系統。
第2A及2B圖係分別為根據一個實施例的第1圖的系統的一部份的平面及前視圖。
第3圖係相對應於第2A圖的一底面視圖。
第4圖係第3圖的影像擷取裝置的一替代實施例的一底面視圖。
第5A圖係一方塊圖，根據一實施例描繪第1圖中的系統的操作方法。
第5B圖描繪用於執行第5A圖的方法的方塊172-1的實施例的一裝置。
第5C圖描繪用於執行第5A圖的方法的方塊172-2的實施例的一裝置。
第6圖係第5A圖的方塊172-3的處理的一方塊圖。
第7圖描繪當被機械手臂運輸時，由晶圓的動作所扭曲的一晶圓邊緣的原始影像。
第8圖係所觀察的晶圓寬度的以像素表示的一圖表，其係為相機畫面數的一函數，而用於在原始影像中計算最大晶圓寬度。
第9圖圖示處理原始影像的方法所利用的幾何，以移除包括動作的扭曲。
第10圖係描繪相機錯位的幾何的一圖。
第11圖描繪從影像資料決定相機的一錯位角度的方法。
第12A、12B及12C圖一起描繪使用未扭曲的晶圓影像量測薄膜層的非同軸性的方法。
第13圖描繪對於由晶圓沿著X軸振動所造成的錯誤進行修正影像資料的方法。
第14圖係為沿著X軸的晶圓中心位置的一圖，其為偏移的畫面數的一函數，用以實行第13圖的方法。
第15圖描繪從影像資料對於由平面外(沿著Z軸)振動所造成的錯誤進行修正徑向量測的方法。
第16圖係在第15圖的方法中所利用的幾何的一圖。
第17圖係為平整未扭曲的晶圓動作函數的方法的一簡化的方塊流程圖。
為了促進瞭解，盡可能地使用相同的元件符號以標定在圖式中通用的相同的元件。應考慮一個實施例的元件及特徵可有益地併入其他實施例而無須進一步列舉。然而，應注意隨附的圖式僅說明此發明的範例實施例且因此並不被考慮限制本發明的範疇，因為本發明容許其他均等的有效實施例。
113．．．機械手臂控制器
123．．．影像控制處理器
132．．．相機
182．．．記憶體
184．．．移動編碼器
186．．．計算功能
188．．．影像處理功能
192．．．計算功能
193．．．計算功能
194．．．比較器

Claims (20)

  1. 一種用於獲得在一處理系統中的一工作部件的一影像的方法，該處理系統包含至少一個處理腔室及一機械手臂，該機械手臂用於沿著一工作部件運送路徑傳遞一工作部件進出該至少一個處理腔室，該方法包含以下步驟：使該機械手臂沿著該工作部件運送路徑傳遞該工作部件；以一可變的畫面更新率，來擷取一狹長型靜態視野的連續畫面，該狹長型靜態視野相對於平放於該視野之中的該工作部件運送路徑的一部份橫向延伸，該視野具有不少於該工作部件的一直徑的一長度及該直徑之一小部分的一寬度，該連續畫面對應該工作部件之一靜止影像的各個部分；照射該視野之中至少一部份的該工作部件；獲得界定該機械手臂的動作的資訊，且在該擷取之步驟期間，從該資訊計算該工作部件的一當前速率；根據該工作部件的該當前速率及一參考速率或先前速率之間的一差值，來調整該可變的畫面更新率；及提供包含該等連續畫面的該工作部件的一靜止影像。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該參考速率包含在該等連續畫面的一先前一者期間所發生的該工作部件 的一速率。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該調整之步驟包含以下步驟：對該等連續畫面之各者，在該可變的畫面更新率及該工作部件的該當前速率之間，維持一至少接近常數的比率。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等連續畫面包含一前導畫面，該前導畫面與該工作部件的一前緣重合；一尾隨畫面，該尾隨畫面與該工作部件的一後緣重合；及在該前導畫面之後且在該尾隨畫面之前所擷取的畫面。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該狹長型靜態視野具有該影像的一個相片元素的等級的一寬度。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該狹長型視野具有該影像的一千個相片元素的等級的一長度。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含以下步驟：從含有界定一預先決定的機械手臂速率態勢的機械手臂命令資料的一機械手臂控制器記憶體，來獲得該資訊。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含以下步驟：從回應於該機械手臂的動作的一編碼器，來獲得該資訊。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該擷取的步驟包含以下步驟：從一狹長型陣列的光敏感元件擷取一訊號，且其中該照射之步驟包含以下步驟：以一範圍的一入射角照射該等光敏感元件之個別元件的一模式，來提供一陣列的光發射元件。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該工作部件運送路徑的該部份相對應於平行於該工作部件運送路徑的該部份的一Y軸及垂直於該Y軸的一X軸，該方法進一步包含以下步驟：針對歸因於介於該視野及該X軸之間的一錯位角的扭曲，修正該影像中的X軸座標。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該修正X軸座標之步驟包含以下步驟：藉由將在連續畫面中一晶圓中心位置的一移動與該錯位角的一函數相匹配，來決定該錯位角；及藉由包含該錯位角的該函數的一修正因子，來修正該等X軸座標。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含以下步 驟：修正該影像的扭曲，該扭曲係來自該工作部件在該工作部件的一平面中的振動。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該修正該影像的扭曲，該扭曲係來自該工作部件在該工作部件的一平面中的振動之步驟包含以下步驟：尋找在該等畫面的連續畫面中該晶圓的一中心的移動；透過該等連續畫面界定該晶圓的該中心的一平均移動；對於含有該晶圓中心及該晶圓的該中心的該平均移動之間的一差值的各畫面，以該差值位移該影像。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含以下步驟：修正該影像的扭曲，該扭曲係來自該工作部件在相對於該工作部件的該平面為橫向的一方向上的振動。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該修正該影像的扭曲，該扭曲係來自該工作部件在相對於該工作部件的該平面為橫向的一方向上的振動之步驟，進一步包含以下步驟：從該影像決定一工作部件視半徑，且以該工作部件視半徑及一已知工作部件半徑之間的一比率來決定一徑向修正因子； 藉由該徑向修正因子縮放該影像中的徑向位置。
  16. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含以下步驟：決定該等畫面之各者中該工作部件的一中心；在該等連續畫面上，決定該工作部件的該中心的一移動；及將該工作部件的該中心的該移動與一正弦函數相匹配，且將該工作部件的一非同軸性的振幅推論為一正弦振幅，且將該工作部件的一非同軸性的方向推論為一正弦相位角。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，進一步包含以下步驟：將該非同軸性的振幅及該非同軸性的方向提供作為對該機械手臂的修正回饋。
  18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該照射之步驟包含以下步驟：從各別平行列的離散光發射器提供各別的光的波長，其中該等列之各者發射相對應於該等波長之一各別波長的一單色光譜。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，包含以下步驟：取決於待照射的該工作部件上的一層中的材料的一類型， 在擷取該等連續畫面期間，選擇該等平行列的光發射器中用於啟動的一特定列。
  20. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該照射的步驟包含以下步驟：在擷取該等畫面的連續畫面期間，以不同光的波長照射該視野中該工作部件的該部份，藉此產生該工作部件的一彩色影像。
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