高機械手傳輸下減少或防止移動引起失真的工件表面成像方法

2023-07-03 16:55:56

專利名稱：高機械手傳輸下減少或防止移動引起失真的工件表面成像方法
高機械手傳輸下減少或防止移動引起失真的工件表面成像方法背景在半導體處理中，利用可同時處理數個工件的系統。工件可為用於製造超大規模集成電路、或顯示面板、或太陽能陣列的半導體晶片，或者工件可為在光刻中使用的掩模。對於半導體晶片，晶片可高速地(例如，每秒I. 7米)被機械手傳輸通過工廠接口，以傳輸至數個平行處理腔室或模塊的任一個。將晶片置於在各處理腔室內的晶片支撐基座的中央為關鍵且必須為前後一致的。例如，可利用其中的一個處理腔室在晶片表面沉積膜，同時在晶片周圍的小的環狀區域被遮蔽以避免在周圍區域沉積膜。此環狀周圍區域也可稱為膜環狀禁區域(exclusion region)或區(zone)。可通過 在薄膜沉積期間的光蝕刻掩模或通過其它適合技術而避免在環狀周圍區域中的膜沉積。例如，可在整體晶片表面上的膜沉積之後從環狀周圍區域去除膜層。在反應腔室中，晶片支撐基座上放置晶片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片邊緣同軸。這種非同軸性可造成位於晶片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大或小。已實施某些嘗試來提供晶片放置中的改變或錯誤的早期警告(early warning)當晶片被傳輸進出在其中膜層被遮蔽或沉積膜層的處理腔室時，檢測膜層的非同軸性。大多數這些技術基於當晶片在處理工具外部時的測量或檢測。已找到在晶片上原位測量的特徵(諸如，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測量受晶片傳輸的高速限制。這種高速(及/或加速或減速)可造成晶片圖像失真，而不是晶片的真實圓形。在現有技術中，當晶片正在移動時，無法獲得需要高度精確的晶片圖像。因此，一種方式為當取得晶片的圖像時減緩或停止晶片移動，從而可精確測量膜層的同軸性和寬度。這種方式降低生產率。需要一種方式，其中在晶片上的各種表面特徵的幾何形狀(諸如，薄膜層的同軸性和寬度)可精確地被測量，而無需將晶片移動從高速移動(諸如，每秒I. 7米)的機械手減緩。另一需求為晶片的精確成像，以便檢測且定位缺陷。

發明內容
提供一種用於獲得在處理系統中的工件的圖像的方法，所述處理系統包括機械手，所述機械手用於沿著工件運輸路徑傳遞工作部件進出所述系統的處理腔室。所述方法包括以下步驟在所述工件由所述機械手而沿著所述工件運送路徑的運送路徑部分傳遞的同時，以可變的畫面更新率擷取狹長型靜態視野的連續畫面，所述伸長型靜態視野相對於所述運送路徑部分橫向延伸。所述方法進一步包括以下步驟在所述連續畫面的所述擷取步驟期間，以狹長型照明模式(相對於所述運送路徑部分橫向延伸)照射所述運送路徑部分；且限定包括所述連續畫面的所述工件的圖像。所述方法還包括防止或減少移動引起的圖像，由以下步驟執行獲得限定所述機械手的動作的信息，且在所述連續圖像的所述擷取的步驟期間，由所述信息計算所述工件的當前速度；及根據所述部件的所述當前速度及參考速度之間的差值或比率，來調整所述可變的畫面更新率。例如，所述參考速度可為在先前畫面期間的速度。在一個實施例中，所述狹長型靜態視野具有為至少工件直徑且相對於所述運送路徑部分橫向延伸的長度，並且寬度為所述圖像的一個相片元素的等級。在一個實施例中，所述失真修正通過以下步驟執行以所述連續畫面的各畫面中所述工作部件的寬度與已知工件直徑的比率的函數，來計算所述正確位置。在另一實施例中，所述失真修正通過以下步驟執行從相對應於所述機械手的動作的機械手速度狀態信息來計算所述正確位置。在此另一實施例中，所述機械手速度狀態信息是從含有限定預先確定的機械手速度狀態的數據的機械手控制器存儲器而獲得的，或從響應於所述機械手的動作的編碼器而獲得的。在一個實施例中，所述擷取的步驟包括以下步驟從狹長型陣列的光敏感元件擷 取信號，且其中所述照射的步驟包括以下步驟以一定範圍的入射角照射所述光敏感元件的各個元件的模式，來提供陣列的光發射元件。仍在另一實施例中，所述運送路徑部分對應於平行於所述運送路徑部分的Y軸及垂直於所述Y軸的X軸，所述方法進一步包括以下步驟針對歸因於所述視野及所述X軸之間的錯位角的失真修正所述圖像中的X軸坐標。此後者實施例可通過以下步驟執行通過將在連續畫面中晶片中心位置的移動與所述錯位角的函數相匹配，來確定所述錯位角；並且利用包括所述錯位角的所述函數的修正因子，來修正所述X軸坐標。仍在另一實施例中，所述方法進一步包括以下步驟修正所述圖像的失真，所述失真來自所述工件在所述工件的平面內的振動。此後者實施例可通過以下步驟執行尋找在所述畫面的連續畫面中所述晶片的中心的移動；通過所述連續畫面限定所述晶片的所述中心的平均移動；且對於含有所述晶片中心及所述晶片的所述中心的所述平均移動之間的差值的各畫面，以所述差值平移所述圖像。仍在另一個實施例中，所述方法進一步包括以下步驟修正所述圖像的失真，所述失真來自所述工件在相對於所述工件的所述平面為橫向的方向上的振動。此後者實施例可通過以下步驟執行從所述圖像確定工件視半徑，且以所述工件視半徑與已知工件半徑之間的比率來確定徑向修正因子；並且通過所述徑向修正因子縮放所述圖像中的徑向位置。在另一個實施例中，所述方法進一步包括以下步驟通過將所述機械手的預先確定的速度狀態數據擬合所述正確位置的所述動作，在所述連續畫面上對所述正確位置的動作平滑化，以產生擬合的機械手速度狀態，且從所述擬合的機械手速度狀態獲得所述連續畫面的各畫面的所述正確位置。在另一實施例中，所述方法通過以下步驟來測量非同軸性確定所述畫面的各畫面中所述工件的中心；在所述連續畫面上，確定所述工件的所述中心的移動；將所述工件的所述中心的所述移動與正弦函數相匹配，且將正弦振幅推斷為所述工件的非同軸性的振幅，且將正弦相位角推斷為所述工件的同軸性的方向。這些結果可通過以下步驟而被使用將所述非同軸性的振幅和所述非同軸性的方向提供作為對所述機械手的修正反饋。仍在另一實施例中，從各個平行列的離散光發射器發射出相應的光的波長，其中所述列的每列發射相對應於所述波長的相應波長的單色光譜。在關於第一個實施例中，取決於待照射的所述工件上的一層中的材料的類型，在擷取所述連續畫面期間，選擇所述平行列的光發射器中用於啟動的特定列。在關於第二個實施例中，通過啟動所述列的連續列的光發射器，在擷取所述畫面的連續畫面期間發射不同的光波長，由此產生所述工件的彩色圖像。附圖簡要說明因此，獲得並可詳細理解本發明的各示例性實施例的方式，可參考各實施例獲得上文簡要概述的本發明的更具體描述，一些實施例圖示於附圖中。應了解某些眾所周知的處理在此沒有討論，以免混淆本發明。圖I描繪根據第一實施例的包括晶片圖像擷取裝置的示例性晶片處理系統。圖2A和圖2B分別是根據一個實施例的圖I的系統的一部分的平面圖和前視圖。
圖3是對應於圖2A的底面視圖。圖4是圖3的圖像擷取裝置的替代實施例的底面視圖。圖5A是描繪根據實施例的圖I中的系統的操作方法的方框圖。圖5B描繪用於執行圖5A的方法的方框172 - I的實施例的裝置。圖5C描繪用於執行圖5A的方法的方框172-2的實施例的裝置。圖6是圖5A的方框172 - 3的處理的方框圖。圖7描繪當晶片被機械手傳輸，由晶片的移動而失真的晶片邊緣的原始圖像。圖8是所觀察的晶片寬度以像素表示的圖表，所述寬度為相機畫面數的函數，而用於計算在原始圖像中的最大晶片寬度。圖9示出處理原始圖像的方法所利用的幾何圖形，以去除移動引起的失真。

圖10是描繪相機錯位的幾何圖。圖11描繪根據圖像數據確定相機的錯位角度的方法。圖12A、圖12B和圖12C —起描繪使用未失真的晶片圖像來測量薄膜層的非同軸性的方法。圖13描繪對於由晶片沿著X軸振動所造成的錯誤進行修正圖像數據的方法。圖14是沿著X軸的晶片中心位置為平移後的畫面數的函數的曲線圖，用以執行圖13的方法。圖15描繪根據圖像數據對於由平面外(沿著Z軸)振動所造成的錯誤進行修正徑向測量的方法。圖16是在圖15的方法中所利用的幾何圖。圖17是未失真的晶片移動函數的平滑化方法的簡化方框流程圖。為了促進了解，儘可能地使用相同的元件符號以表示在所有附圖中通用的相同的元件。應考慮一個實施例的元件和特徵可有益地併入其它實施例而無須進一步敘述。然而，應注意附圖僅說明此發明的實例性實施例且因此並不被考慮限制本發明的範圍，因為本發明容許其它等效的有效實施例。具體描述圖I描繪包括真空傳輸腔室102的晶片處理工具，所述真空傳輸腔室耦接至四個晶片處理腔室104，所述腔室均維持在低於大氣壓力下。真空中的機械手106在處理腔室104的任一個和兩個負載鎖定腔室108的任一個之間運輸各個晶片。工廠接口 110是處於大氣壓力下，且工廠接口 110包括大氣機械手112，用於在一個或多個晶片盒(cassette)114和負載鎖定腔室108之間傳輸晶片。負載鎖定腔室108在工廠接口 110的大氣壓力和真空傳輸腔室102的真空之間提供過渡。真空中的機械手106將各晶片保持在真空中的機械手葉片116上，而大氣機械手112將各晶片保持在大氣機械手葉片118上。機械手106、112將各晶片沿著晶片運送路徑120,以超過每秒I米的聞速(例如，大約每秒I. 7米)通過工廠接口而移動。機械手106、112根據存儲的指令而由機械手控制器113控制，所述指令限定沿著各種晶片運送路徑的各機械手葉片116、118的速率狀態(velocity profile)(力口速、減速、方向等等)。各處理腔室104具有晶片支撐基座(pede stal) 124，通過真空中的機械手106將晶片122放置於所述晶片支撐基座124上(或移除晶片122)。在基座124上的晶片122的置中可影響靠近晶片邊緣所沉積的薄膜層(例如，膜層)的同軸性。大氣機械手葉片118上的晶片位置及真空機械手葉片116上的晶片位置，及/或晶片上的光刻掩模的排列或置中影響這种放置。圖像擷取裝置130被放置於晶片運送路徑120的所選部分上的固定位置。參照圖2A、圖2B和圖3，圖像擷取裝置130包括相機132、聚焦光學器件133和光源134。在一個實施例中，相機132被實施為圖3中所繪的多個感光器元件150的單一行或成像陣列。相機132和光源134可在可見波長或其它波長下操作，所述其它波長諸如是UV、紅外線或微波。在一個實施例中，光源可具有諸如介於200nm和900nm之間的波長。相機132具有狹長型窄的視野(FOV) 121，所述視野121的(如圖3所繪)長度L橫切於在線相機132之下的部分的晶片運送路徑120。視野121的長度L受光學器件133影響。可設計光學器件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。如圖2A所示，視野121的長度L延伸跨越晶片122的整個直徑。如圖2A所繪，在相機132的下面的晶片運送路徑部分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。圖2A顯示狹長型視野121的長度L橫切於運送路徑部分120中晶片行進的方向(Y軸)，因為長度L垂直於晶片行進的方向。然而，在其它實施例中，狹長型視野121的橫向被布置成相對於Y軸成銳角，或成介於約10度和約90度之間的任何角度。圖像控制處理器123控制相機132且處理由相機132提供的圖像。相機132擷取晶片122的連續線圖像(畫面)，且連續地將這些圖像提供至圖像控制處理器123。晶片122的原始圖像由涵蓋整個晶片的連續的這些畫面組成。圖像控制處理器123從晶片的原始圖像去除速度狀態引起的失真。進一步，圖像控制處理器123可使用未失真(經修正的)晶片圖像而在晶片上實行各種特徵的測量，諸如(例如)，沉積在晶片上的膜層的同軸性；或檢測某些特徵，例如水滴或其它缺陷。或者，圖像控制處理器123可使用失真的(未修正的)晶片圖像實行測量。在此替代的模式中，可從未修正的圖像，及對各個單獨點或相片元素(像素)實行的速度引起的失真的補償而提取出測量數據。此修正可通過使用查找表而實行。此查找表可通過將未修正圖像中的各個像素的位置與修正後的圖像中的相對應像素的位置相關聯，而以直接的方式建立於圖像處理器123中。在圖I所繪的實施例中，圖像擷取裝置130位於在工廠接口 110的內部且與位於工廠接口 110中的部分的晶片運送路徑120重疊。在替代實施例中，圖像擷取裝置130'與負載鎖定腔室108內的晶片運送路徑120'重疊。圖像擷取裝置130或130'可位於任何適合位置，所述適合位置與圖I的晶片處理工具中的晶片運送路徑重疊。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片122的直徑的各個圖像或畫面。由相機132擷取的各連續圖像或畫面為一個(或多個)相片元素(「像素」)長(沿著晶片運送路徑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—次擷取一個畫面。連續的許多這類畫面提供整個晶片122的原始圖像。儘管附圖描繪具有單列的像素的相機，但在替代實施例中，相機可具有多列的像素。原始圖像沿著由相機132擷取的各畫面的Y軸可具有位置的識別，且對各畫面而言，具有在畫面中所有像素的亮度值的列表。如以下將說明，晶片的原始圖像由在圖像擷取期間發生的晶片的加速或減速而被失真。這使原始圖像中的Y軸畫面位置失真。在此處所述的實施例中，通過將原始圖像中給出的Y軸畫面以正確的的Y軸畫面位置取代而修正失真。圖2B的側面視圖描繪從光源134發射的光束和照射在相機132上的光束。如圖 3的底部平面視圖所繪，在一個實施例中的相機132由各個圖像感測或光敏感元件150的線陣列組成，例如，光敏感元件可以是各個光敏二極體。各光敏感元件150與在所擷取的圖像中的各個相片元素或像素相對應。所以，各光敏感元件150也可稱為像素。光敏感元件150每個耦接至傳輸電路512，所述傳輸電路512將光敏感元件的平行輸出信號彙編成所需格式(例如，一連串連續的各個像素值)且將格式化的信號輸出至圖像控制處理器123。如上述參照圖3，光源陣列134由一陣列(諸如，線陣列)的各個發光裝置(lightemitting device) 154的組成。在一個實施例中，發光裝置154為發光二極體。光源電子電源供應器156耦接至光源陣列134，以對各發光裝置154供電。在一個實施例中，發光裝置154為相同的類型且發射相同的波長光譜。圖2A和圖2B的光源陣列134可從數個供應商的任何一個獲得。例如，以下的LED陣列可被用作光源陣列134 :由加州的Opto Diode Corporation of Newbury Park(紐伯裡公園的光電二極體公司)發射830nm波長的LED陣列；由新罕布夏州的Stoker Yale, Inc.of Salem (薩勒姆公司的斯託克耶魯)發射620nm波長的LED陣列。線相機132可為來自英國的e2v Technologies of Essex (艾塞克斯的e2v科技)的具有12，288光敏感元件或像素(相對應於圖3的光敏感元件或像素150)的UM8CCD相機，各像素測量大約5微米乘以5微米(換句話說，在各側均為5微米)。此類型的CCD相機可具有26 μ /像素的靜態解析度，及沿著移動軸(Y軸)70 - 80 μ /像素的解析度，其中晶片的移動大約為每秒I. 7米。表面上，畫面時間可為大約50微秒/像素且曝光時間可為大約35微秒。一般而言，相機132可具有10 - 40 μ /像素的範圍的靜態解析度，在各側為I _ 10微米的範圍的像素尺寸，1-5個像素範圍的畫面寬度(沿著Y軸)，及5，000 - 15，000個像素範圍的畫面長度(沿著X軸)。相機132可操作於10 - 100微秒/畫面的範圍的畫面更新率，及大約5-80微秒/畫面的範圍的曝光時間。光源陣列134可由離散源組成，所述離散源發射200 - 900納米的範圍中的單一波長。此類型的高解析度相機的各像素具有非常窄的光錐角，在所述光錐角內的光束可被感測。各像素的這種光錐角可以是1/10度這麼小。例如，這種光錐角引起如下問題每當從晶片反射時，因晶片彎曲(bowing)而偏離所希望的入射。晶片彎曲在這類應用中是常見的，因為處理腔室環境可為相對熱的。結果，來自光源陣列134的光無法由相機132感測到。通過提供圖4中描繪的增強的光源陣列166而克服這種問題。圖4的增強的光源陣列166模仿漫射光源的光輸出，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，不論歸因於晶片彎曲或類似的情況所造成的對反射光的幹擾，至少一個光束將落入各像素150的光錐角之內。在圖4描繪的實施例中，增強的光源陣列166具有發光裝置154的多列168。列168可延伸的長度不同於相機132的長度。增強的光源陣列166可具有大約十個發光裝置154用於相機132的各像素150，從而相對於特定像素的不同角度提供光。各發光裝置154 (發光裝置154可為發光二極體)以廣的錐角度，例如如20度這麼大的角度，而輻射光。因此，在圖4的增強的光源陣列166中照射特定像素150的十個發光裝置154對像素150提供二維平面中的連續角度的光束，使得晶片彎曲或其它幹擾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具有與理想漫射光源相同方式的功能。圖5描繪一種利用以上裝置測量或檢測晶片上的特徵的方法。當晶片由機械手以高速(圖5A的方框170)傳遞時，利用圖像擷取裝置130 (靜置相機132和光源陣列134)擷取晶片的圖像，以產生包括整個晶片的原始圖像的連續的畫面。在一個實施例中，晶片在圖像擷取期間繼續以正常機械手的傳輸動作高速移動(超過每秒I米)。接下來，圖像處理器處理原始圖像的數據，以去除由機械手傳遞的晶片的高速移動的速度狀態所造成的圖像的失真(圖5A的方框172)。在擷取到的晶片圖像沿著晶片運送路徑120或Y軸的方向的各畫面的位置由於晶片移動狀態的加速或減速所而失真。例如，圓形晶片的圖像可變為非圓形。在一個實施例中，於方框172中通過將原始圖像中給出的各畫面的Y軸位置以各畫面的實際Y軸位置取代來去除失真。這樣產生未失真的圖像。
在失真的或未失真的圖像中定位關注的邊緣的各種特徵，且在未失真的圖像中測量或檢測各種特點(圖5A的方框174)。例如，可檢測晶片的邊緣及膜層的邊緣。可測量出相對於晶片邊緣的膜層邊緣的非同軸性，且測量到缺乏膜層的周圍區域的半徑寬度且將所述半徑寬度與所需寬度作比較。可處理晶片圖像以尋找且精確地定位關注的特徵，例如汙染或基準特徵。方框172的操作可根據圖5A的方框172 - I、172 - 2或172 - 3中表示的不同方法的任一個而執行。在方框172 - I的方法中，對圖像處理器123提供信息，所述信息限定機械手葉片116或118的移動。信息可為由機械手移動控制器113所使用的存儲的指令，以管理機械手終端受動器(葉片)的移動。或者，信息可來自耦接至機械手的移動編碼器。在任一情況中，由圖像控制處理器123使用信息，以推斷出機械手終端受動器的真實位置(且因而推斷出晶片的真實位置)，且由此真實位置來計算當前圖像畫面的經修正Y軸位置。各畫面的經修正的Y軸位置結合各畫面的圖像數據，以形成未失真的圖像。方框172-1的處理可根據一個實施例而由圖5B示出的裝置執行。在圖5B中，機械手移動信息是從可靠的來源而獲得的。此來源可為與機械手控制器113相關聯的存儲器182，所述存儲器182存儲指令、命令或定義，由機械手控制器113利用所述指令、命令或定義，以管理機械手106或112的移動及圖I的機械手葉片116或118的移動。或者，機械手移動信息的來源可為編碼器184，所述編碼器184可為機械手106或112之一的整合的部分，或所述編碼器184可為分開的編碼器，所述編碼器耦接至機械手106或112。圖像控制處理器123中的計算功能186使用來自存儲器182或來自編碼器184的機械手移動信息，以計算當前畫面期間晶片的經修正Y軸位置，由此，當前畫面的Y軸位置被推導出。在圖像控制處理器123中的圖像處理功能188將原始圖像的Y軸畫面位置以由計算功能186確定的經修正Y軸位置取代。對由相機132擷取的各畫面執行這種操作。在所有擷取的畫面已經因此而被修正之後，圖像處理器123輸出晶片的未失真的圖像。在圖5A的方框172 - 2的方法中，圖像控制處理器123使用機械手移動信息來管理相機畫面更新率(frame rate)，以便防止由相機132得到的晶片圖像的失真。如方框172 - I中，圖像控制處理器123存取限定機械手的移動的信息或數據。然而，圖像控制處理器123使用此信息推斷出在當前畫面的時間期間晶片沿著Y軸的實際速度。圖像控制處理器接著根據先前畫面之後的晶片速度的任何改變，來調整相機132的畫面更新率，以便維持沿著Y軸的晶片速度與相機畫面更新率之間的固定比率。 圖5A的方框172 - 2的處理可由根據一個實施例圖5C示出的裝置而執行。在圖5C中，機械手移動信息是從可靠來源而獲得的。此來源可為與機械手控制器113相關聯的存儲器182。或者，機械手移動信息的來源可為編碼器184。圖像控制處理器123中的計算的功能192使用來自存儲器182或來自編碼器184的機械手移動信息，以對下一個畫面計算沿著Y軸的晶片速度。圖像控制處理器123的計算功能193計算相機畫面更新率與由功能192計算的晶片速度之間的比率。比較器194將畫面更新率與晶片速度的比率與先前畫面的畫面更新率與晶片速度的比率作比較，且畫面更新率計算功能195確定下一個畫面的新的畫面更新率，所述下一個畫面將相對於先前畫面或多個畫面保持畫面更新率與晶片速度的比率固定不變。此新的畫面更新率被應用為相機132的控制輸入。畫面更新率的改變補償晶片移動的加速或減速，使得由相機得到的圖像無或幾乎無移動狀態引起的失真。畫面曝光時間可調整為與畫面更新率的改變成正比。在圖5A的方框172-3的方法中，晶片的原始(失真的)圖像由圖像控制處理器123使用，以實際計算各畫面的經修正(未失真的)Y軸位置。這是通過如下步驟完成的首先觀察原始圖像畫面的晶片寬度，且接著使用所觀察的晶片寬度及已知的晶片直徑來計算畫面的未失真的Y軸位置。圖像控制處理器123通過將圖像中各畫面的經修正Y軸位置替代至由原始(失真的)圖像給定的Y軸位置，建構修正的或未失真的圖像。在一個實施例中，圖5A的方框172 - 3的處理並非應用為修正晶片的整個圖像。取而代之地，例如，僅處理失真的圖像的選定的部分，以產生相關於僅選定的部分的未失真圖像的數據。例如，如果希望計算膜層的周圍區域的寬度，則僅對靠近晶片的邊緣的圖像部分通過方框172-3的處理來修正失真。因此，結果可能不是晶片的未失真的圖像，而是關於晶片的選定部分的未失真圖像的數據。或者，可對未失真的圖像進行分析，且使用查找表修正特定畫面數或角度位置。圖6詳細描繪根據一個實施例的圖5A的方框172 - 3的處理。在此實施例中,各畫面的真實Y軸位置被計算為各畫面中晶片寬度與已知晶片直徑之間的比率的函數。處理由收集一張接著一張的晶片的原始畫面的數據開始(圖6的方框200)。如上所述，由相機132產生的各圖像畫面為一個像素寬且數千個像素長。連續的這類畫面含有整個晶片的圖像。(在替代實施例中，畫面可為不只一個像素寬)。
獲得晶片邊緣的圖像(圖6的方框202)。晶片邊緣圖像是通過傳統邊緣檢測圖像處理技術而獲得的。晶片圖像的第一和最後的像素接著被確定用於各畫面，產生圖7描繪的晶片邊緣圖像。圖7的圖表描繪所有畫面的第一和最後像素的位置(由像素數表現)。在圖7中，第一像素由X標記表示且最後像素由點表示。歸因於在圖像擷取期間高速機械手傳輸的加速/減速造成的晶片形狀的失真在圖7中是明顯的。獲得各畫面中的晶片寬度(圖6的方框204)。晶片寬度w為畫面數f的函數，可限定為w(f)，且被計算為在相對應畫面中第一晶片像素及最後晶片像素之間的距離。曲線w(f)典型地為拋物線，描繪於圖8中。最大晶片寬度w(f)max相當於晶片直徑，且最大晶片寬度w(f)max由曲線w(f)的峰值確定出(圖6的方框206)，所述峰值使用傳統技術找出。其中發生w(f)max的畫面數也被標記且限定為fmax (圖6的方框208)。獲得像素到毫米轉換因子σ，所述轉換因子σ建立像素(相對應於相機132中的 各個光感測元件150)之間的距離與晶片表面上以毫米表示的實際距離的相關性(圖6的方框210)。通過將像素中的最大寬度w(f)_除以已知晶片寬度(典型地為300mm)獲得轉換因子σ。圖7的原始晶片輪廓是失真的，因為晶片的加速、減速使沿著晶片運送路徑120或圖2A的Y軸的各畫面的外觀(apparent)位置失真。可通過將各畫面的外觀Y軸位置以經修正的Y軸位置取代而執行對這類失真的修正。根據特定畫面中所測量的晶片寬度w(f)對各畫面計算沿著晶片運送路徑120或Y軸的晶片移動的距離(圖6的方框212)。這種計算所利用的幾何圖形圖不於圖9中。由機械手建構的圖2A的晶片運送路徑120為圖9的Y軸。線相機132的一般方位相對應於圖I的X軸。沿著晶片運送路徑(Y軸)晶片移動的距離為畫面數f的函數的，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。參照圖9，對於300_晶片而言，給定的畫面f的晶片寬度w與h相關，表示為如以下W(in mm=w(in pixels) · σ(方程式 la)Θ =SsirT1 (W/300mm)對於 W〈300mm (方程式 lb)Θ =SsirT1 (I)對於 W > 300mm (方程式 lc)d=ff/[2tan ( Θ /2)](方程式 Id)h(f)=150mm - d 對於 f〈fmax (方程式 le)h(f)=150mm+d 對於 f Sfmax (方程式 If)以上可總結為如下對於落入在晶片的直徑內的W的值，Y軸位置函數按照如下被計算對於晶片的第一半h (f) =150mm-ff/[2tan (sin-1 (ff/300)],其中f〈fmax，以及對於晶片的第二半h (f) =150mm+ff/[2tan (sin-1 (ff/300)],其中f 彡 fffla,應理解以上定義中所給出的晶片直徑和半徑值(300mm和150mm)可應用至300mm晶片，且可取決於被處理的晶片的直徑而做修改。在一個實施例中，可限定在Y軸位置函數h(f)中的畫面數f，使得含有晶片的前緣的畫面為畫面零，相對應於原點。識別含有晶片的前緣的畫面(圖6的方框214)。在一個實施例中，可通過首先繪製各第一和最後像素的線數(於圖6的方框202的步驟得到)為對靠近晶片前緣的一組畫面的的像素數的函數來識別含有晶片的前緣的畫面。含有晶片的前緣的畫面數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，接著平移Y軸位置函數h(f)的畫面數，使得前緣畫面數為零(圖6的方框216)。可選地，在本說明書中下文參照圖17描述的處理中可平滑Y軸位置函數h(f)(圖6的方框218)。對由相機132輸出的連續畫面所獲得的晶片的原始圖像的由移動引起的失真進行修正(圖6的方框220)。此修正包括各畫面的Y軸坐標以h(f)取代。以上對各畫面的Y軸坐標的修正產生晶片的畫面，所述圖像中歸因於沿著Y軸的晶片移動的狀態(加速/減速)的失真已被去除。此修正允許在高速晶片傳輸下進行圖像擷取，而無須在圖像擷取期間停止或減慢晶片傳輸。方框220的操作可進一步包括縮放及修正X軸坐標。各畫面中關注的任何特徵的X軸坐標由像素到毫米縮放因子σ縮放，而算出在線相機132的主軸及X軸之間的錯位角 度β。相機錯位角度β的確定在本說明書中將在後面參照圖11進行描述。從關注的任何特徵的原始圖像獲得的X軸的坐標，XMwimage，被縮放為修正的值X'，表示為如下V =Xrawimage * σ -Y tanP (方程式 2)現在說描述如何確定方程式(2)中使用的相機錯位角度β。相機132的長軸與X軸(圖2Α)之間的錯位角度β被描繪於圖10，且所述錯位角度β可為相對地小(例如，小於僅僅幾度)。圖11描繪了根據一個實施例的用於根據未失真的晶片圖像確定β的方法。圖11中的第一個步驟為檢查晶片圖像以得到像素位置Xtl,在所述像素位置Xtl處晶片首先顯露於晶片前緣畫面flead中(圖11的方框310)。對各畫面計算晶片中心Xc的像素位置(圖11的方框320)。晶片中心Xc為參照圖6的方框202的第一與最後晶片像素之間的相差一半之處Xe-[Xlast pixel+Xfirst pixel]/2 (方f王式 3 )接下來，歸因於錯位角度的晶片中心的移動被限定(圖11的方框330)如下P=X0+ [h (f-fiead) tan β ]/ σ (方程式 4)利用傳統非線性最小化算法，通過最小化Σ [P-XJ2 (方程式 5)以計算β ,其中所表示的總和為在所有畫面上執行(圖14的方框340)。此最小化是通過調整β和Xtl而執行的。此操作對應於將晶片中心Xc的移動擬合tan β的函數的曲線。參照圖6的方框220，使用所計算的β的值(通過執行方程式5的最小化而獲得)用於上述方程式(2)的計算，以修正X軸坐標。在圖6的方框230中，可對未失真的圖像修正由晶片移動的平面內振動或幹擾(沿著X軸)引起的錯誤，且修正晶片移動的平面外振動或幹擾(沿著Z軸)引起的錯誤。這些修正稍後在此說明書中參照圖13和圖15進行描述。可使用由以上所產生的未失真的修正的晶片圖像來精確地進行各種測量。例如，可測量膜層的半徑或直徑(圖6的方框240)。而且，可測量在薄膜沉積期間被遮蔽的周圍禁區的環狀寬度(方框250)。可使用現在所述的方法測量膜層外部邊界與晶片邊緣同軸性(方框260)。
參照圖12A，當由圖I的反應腔室104之一處理時，膜層300被沉積在晶片122上。膜層300為盤狀且希望與晶片122的邊緣同軸性。圖12A描繪了膜層300與晶片122並非同軸性的例子。膜層300具有半徑R1，所述半徑R1比晶片的半徑R2小，而留下晶片表面的周圍環狀區域302未被膜層300覆蓋。環狀區域302的寬度為Wm=R2-R115正因為膜層的非同軸性，Wm隨著方位角Θ改變且因此為Θ的函數，WM(0)。ffM(0)為圖12B中示出的正弦函數。膜層的非同軸性根據適合的處理而被測量。此處理的實例描繪於圖12C中。首先，從未失真的圖像數據提取函數WM(0)(圖12C的方框280)。接著，用WM(0)曲線擬合函數ffM(average) +C cos ( θ + α )(方程式 6)(圖12C的方框285)。使用傳統技術進行這種曲線擬合。Wjaverage)—詞為在整個晶片邊緣四周Wm的平均值。C 一詞為非同軸性的振幅。角度α為非同軸性的方位角。根據曲線擬合的結果，可獲得C和α的實際值，並且所述C和α的實際值作為修正錯誤反饋被輸出給機械手控制器113,用於修正機械手106或112之一的移動(圖12C的方框290)。 圖13描繪根據一個實施例的一種用於執行歸因於圖6的方框230的步驟中，平面內(或X軸)振動的圖像失真的修正的方法。首先，從晶片圖像確定晶片中心Xc的移動為畫面數的函數(圖13的方框360)，這是與圖11的方框320的相同操作。為畫面數的函數的晶片中心X。的移動圖示於圖14的圖表中。根據限定X。為畫面數的函數的數據，使用傳統技術來確定X。中最小值及最大值之間的X。的平均值(圖13的方框365)。此平均值在圖14中標記為Xc (average),且如圖14所描繪,此平均值大致沿著直線。(直線Xc (average)的斜率為先前所討論相機偏移角β的函數)。通過確定對該畫面的X。(average)與該畫面的父。之間的差，即，差值{Xc(average)-Xj，且以該差值平移畫面中的有X坐標來去除歸因於X軸振動的失真，(圖13的方框370)。在一個實施例中，可對圖像作上述修正，以去除平面內振動失真，且可對用於執行所需的計算(例如，周圍區域寬度的計算)的所得到的圖像作上述修正。在替代實施例中，並非對晶片圖像應用上述修正。取而代之地，對含有平面內振動失真的圖像執行所需的計算，且接著對該計算的結果應用上述修正。圖15描繪根據一個實施例的一種用於執行歸因於圖6的方框230的步驟中的平面外(或Z軸)振動的圖像中失真的修正的方法。對工件的各圖像而言，工件(晶片)的視半徑R被確定為根據上述方程式I所確定的工件寬度的一半(圖15的方框380)。接著由R及和由已知晶片半徑(例如，150mm)來計算放大率M為M=150mm/R (圖15的方框385)。此後，根據放大修正因子Mcos Θ對如圖16中描繪的沿著特定方位角Θ的徑向距離的每個測量(例如，晶片邊緣的位置、膜層邊緣的位置、周圍區域302的寬度等等)進行縮放(圖15的方框390)。這種縮放對應於在極坐標中根據放大率M縮放半徑而對圖像進行的縮放。在一個實施例中，可對圖像作上述的修正，以去除平面外振動失真，且可對用於執行所需的計算(例如，薄膜周圍區域寬度的計算)的所得到圖像做上述修正。在替代實施例中，並非對晶片圖像應用上述的修正。取而代之地，對含有平面外振動失真的圖像執行所需的計算，且接著對該計算的結果應用上述的修正。圖17描繪了根據實施例的於圖6的方框218中執行的Y軸晶片移動的函數h (f)的平滑化處理。獲得在圖I的圖像擷取裝置130的視野中，沿著晶片運送路徑的機械手葉片的軌道(圖17的方框400)。此軌道限定沿著Y軸的機械手移動狀態s (t)(在第I及2A圖的圖像擷取裝置130之下的晶片運送路徑)。通過將時間t乘以相機132的畫面更新率而將為時間的函數的機械手移動狀態s(t)轉換為畫面數的函數的移動狀態(圖17的方框410)，以獲得時間t的各值的機械手畫面數f；。經轉換的機械手移動狀態s (f；)為具有任意起源的機械手畫面數f；的函數。接著，使用兩個不同方法的任一個，用由圖6的方框216的步驟中的晶片圖像數據所獲得的晶片移動狀態擬合機械手移動狀態。或者，使用傳統技術而不使用機械手移動狀態來平滑Y軸晶片移動函數。選擇出這三個方法之一(圖17的方框420 )。若選中的是基於機械手移動的方法，則選擇出兩個基於機械手移動的方法之一(方框 422)。 兩個基於機械手移動的方法的第一個方法(圖17的方框422的分支423)通過相對於晶片移動狀態h(f_flMd)平移機械手移動狀態s (f；)直到獲得最佳擬合，來擬合機械手 移動狀態(圖17的方框424)。在一個實施例中這是使用非線性最小化算法來執行的。機械手移動狀態的平移通過改變機械手畫面偏移直到獲得最佳擬合而實現，所述機械手畫面偏 移相對於晶片圖像的畫面數平移機械手移動狀態的畫面數。接著，平移後的機械手移動狀態取代晶片圖像Y軸移動狀態(圖17的方框432)。在基於機械手移動的替代方法中(圖17的方框422的分支426)，執行上述的最佳化但加以限制，強迫在晶片的前緣今兒後緣之間沿著Y軸的距離(以畫面數表示)等於已知晶片直徑(例如，300mm)。用平移後的機械手移動狀態替代為晶片圖像移動狀態的優點為機械手移動狀態是由對機械手限定的預先確定連續(平整的)移動狀態推導出的。作為一個替代(圖17的方框420的分支434)，對晶片圖像移動狀態平滑而非替代任何機械手移動狀態，且取而代之地，使用仿樣(spline)、平均、內插和/或外插的技術而利用傳統平滑的方法(方框436)。可在輸出平滑的晶片移動狀態(方框432)之前對在晶片圖像的邊緣之外的數據進行平滑(方框438)。圖I-圖3的裝置可用於數個不同的應用。例如，圖像擷取裝置130可在所述圖像擷取裝置130引入特定一個處理腔室104之前獲得晶片圖像，以便獲得先前沉積的薄膜特徵的測量，且接著獲得另一薄膜特徵的沉積以後的相同晶片的另一圖像，以獲得第二組測量，所述第二組測量可與第一組測量作比較。這種比較可生成對調整隨後晶片的處理實用的信息。如另一實例，在參照圖12C以上述方式測量非同軸性振幅C和相位α之後，這些參數可通過圖像控制處理器123傳送至機械手控制器113用作錯誤修正反饋，以修正機械手的晶片放置裝置的動作(例如，圖I的大氣機械手112的動作)，使得在機械手葉片上各晶片的初始放置提供較佳的同軸性。以上已說明光源為在晶片122上的光源陣列134，且所述光源和和相機132位於晶片122的相同側。然而，為了在晶片122的邊緣的圖像的較佳對比，可放置另一光源134'在晶片122的下面，以便照射晶片的背側。以此方式，相機132將觀察到晶片邊緣的更清楚輪廓圖像，具有在圖像中晶片的邊緣處具有加強的對比。以上已說明光源為發光二極體陣列134，具有相同的單色發射光譜。因為此這種單色來源，從晶片122反射的光造成的幹涉效應可使用傳統幹涉測量技術分析，以便推斷出沉積在晶片122的表面上的薄膜的厚度的改變。薄膜厚度可使用傳統技術由觀察到的幹涉效應計算出。此外，可對靠近薄膜邊緣的的連續位置的每個位置計算薄膜厚度，且觀察並存儲薄膜厚度的改變以限定薄膜邊緣逐漸減少的分布。接著，可將膜的厚度的這種逐漸減少的分布與所需的逐漸減少的分布進行比較以評價處理。以類似的方式，也可測量晶片122的邊緣的逐漸減少分布。圖3描繪LED陣列134作為具有單色發射光譜的分散光發射器154的單一列。然而，光源或LED陣列134可具有由兩個(或更多個)預先確定的分散波長組成的光譜。在此情況中，光源陣列134的光發射器或發光二極體154可由兩個(或更多個)分開的陣列組成，所述陣列布置為光發射器或二極體的平行列，各陣列或列具有與其它陣列或列不同的單色發射光譜。各陣列或列可以不同的光波發射單色光譜，且兩個陣列的各陣列可取決於晶片類型或在晶片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。最佳的對比依附于波長，因為不同類型的層或不同材料的層將以不同的波長發生不同的反射。例如，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，各列發射不同波長。例如，三個波長可相對應於紅、藍和綠，且每個波長可與相機同時啟動，每三個畫面一次，以提供晶片的彩色RGB圖像。 膜的厚度的測量可與特定或所需的膜的厚度值(或邊緣的逐漸減少分布)作比較，且比較結果用以調整圖I的一個處理腔室504的一個或多個處理參數(例如，沉積時間、溫度、如驅氣體成分等等)。儘管以上針對本發明的實施例，但可在不偏離本發明的基本範圍內設計本發明的其它和進一步實施例，且本發明的範圍由以下的權利要求書所確定。
權利要求
1.一種用於獲得在處理系統中的工件的圖像的方法，所述處理系統包含至少一個處理腔室及機械手，所述機械手用於沿著工件運輸路徑傳遞工件進出所述至少一個腔室，所述方法包括以下步驟 使所述機械手沿著所述工件運輸路徑傳遞所述工件； 以可變的畫面更新率，來擷取狹長型靜態視野的連續畫面，所述狹長型靜態視野相對於平放於所述視野中的所述工件運送路徑的一部分橫向延伸，所述視野具有不少於所述工件的直徑的長度； 照射所述視野內至少一部分的所述工件； 獲得限定所述機械手的動作的信息，且在所述擷取的步驟期間，從所述信息計算所述工件的當前速度； 根據所述工件的所述當前速度與參考速度或先前速度之間的差值，來調整所述可變的畫面更新率；和 提供包括所述連續畫面的所述工件的圖像。
2.如權利要求I所述的方法，其中所述參考速度包括在所述連續畫面的先前一個期間所發生的所述工件的速度。
3.如權利要求I所述的方法，其中所述調整的步驟包括以下步驟對所述連續畫面的各畫面，在所述可變的畫面更新率與所述工件的所述當前速度之間，保持至少接近常數的比率。
4.如權利要求I所述的方法，其中所述連續畫面包括前導畫面、尾隨畫面和所述前導畫面之後且在所述尾隨畫面之前所擷取的畫面，所述前導畫面與所述工件的前緣重合；所述尾隨畫面與所述工件的後緣重合。
5.如權利要求I所述的方法，其中所述狹長型靜視野的寬度為所述圖像的一個相片元素的等級。
6.如權利要求I所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟從含有限定預先確定的機械手速度狀態的數據的機械手控制器存儲器，來獲得所述機械手速度狀態信息。
7.如權利要求I所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟從響應於所述機械手的動作的編碼器，來獲得所述機械手速度狀態信息。
8.如權利要求I所述的方法，其中所述擷取的步驟包括以下步驟從狹長型陣列的光敏感元件擷取信號，且其中所述照射的步驟包括以下步驟以一定範圍的入射角照射所述光敏感元件的各個元件的模式，來提供陣列的光發射元件。
9.如權利要求I所述的方法，其中所述工件運送路徑的所述部分相對應於平行於所述運送路徑的所述部分的Y軸和垂直於所述Y軸的X軸，所述方法進一步包括以下步驟針對歸因於所述視野與所述X軸之間的錯位角的失真，修正所述圖像中的X軸坐標。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述修正X軸坐標的步驟包括以下步驟 通過將在連續畫面中的晶片中心位置的移動與所述錯位角的函數相匹配，來確定所述錯位角；和 通過包括所述錯位角的所述函數的修正因子，來修正所述X軸坐標。
11.如權利要求I所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟修正所述圖像由所述工件在所述工件的平面內的振動引起的失真。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述修正所述圖像來自所述工件在所述工件的平面內的振動的失真的步驟包括以下步驟 尋找在所述畫面的連續畫面中所述晶片的中心的移動； 透過所述連續畫面限定所述晶片的所述中心的平均移動； 對於含有所述晶片中心及所述晶片的所述中心的所述平均移動之間的差值的各畫面，以所述差值平移所述圖像。
13.如權利要求I所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟修正所述圖像由所述工件在相對於所述工件的所述平面為橫向的方向上的振動引起的失真。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述修正所述圖像來自所述工件在相對於所述工件的所述平面為橫向的方向上的振動的失真的步驟，進一步包括以下步驟 從所述圖像確定工件視半徑，且以所述工件視半徑與已知工件半徑之間的比率來確定徑向修正因子； 按照所述徑向修正因子縮放所述圖像中的徑向位置。
15.如權利要求4所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟通過將所述機械手的預先確定的速度狀態數據擬合所述正確位置的所述動作，在所述連續畫面上平滑化所述正確位置的動作，以產生擬合的機械手速度狀態，且從所述擬合的機械手速度狀態獲得所述連續畫面的各畫面的所述正確位置。
16.如權利要求I所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟 確定所述畫面的各畫面中所述工件的中心； 在所述連續畫面上，確定所述工作部件的所述中心的移動；和 將所述工件的所述中心的所述移動與正弦函數相匹配，且將正弦振幅推斷為所述工件的非同軸性的振幅，且將正弦相位角推斷為所述工件的非同軸性的方向。
17.如權利要求16所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟 將所述非同軸性的振幅和所述非同軸性的方向提供作為對所述機械手的修正反饋。
18.如權利要求I所述的方法，其中所述照射的步驟包括以下步驟由各個平行列的離散光發射器提供相應的光的波長，其中所述列的每列發射相對應於所述波長的相應波長的單色光譜。
19.如權利要求18所述的方法，所述方法包括以下步驟取決於待照射的所述工件上的一層中的材料的類型，在擷取所述連續畫面期間，選擇所述平行列的光發射器中用於啟動的特定列。
20.如權利要求18所述的方法，其中所述照射的步驟包括以下步驟在擷取所述畫面的連續畫面期間，以不同光的波長照射所述視野中所述工件的所述部分，由此產生所述工件的彩色圖像。
全文摘要
提供一種用於成像工件的方法，在工件由機械手傳遞的同時，通過擷取狹長型靜態視野(相對於機械手的工件運送路徑橫向延伸)的連續畫面來成像工件。以狹長型照明模式(相對於運送路徑橫向延伸)照射機械手運送路徑，來獲得連續畫面的工件圖像。通過將相機畫面更新率實時調整為與沿著運送路徑的工件的機械手速度狀態的改變成正比，進而防止或降低由移動所引起的圖像失真。
文檔編號G01B11/04GK102782830SQ201180012563
公開日2012年11月14日 申請日期2011年1月21日 優先權日2010年2月17日
發明者亞伯拉罕·拉維德, 卡倫·林格爾, 託德·伊根 申請人:應用材料公司