用於動態對準束校準的系統和方法

2023-07-14 05:14:11 1

專利名稱：用於動態對準束校準的系統和方法
用於動態對準束校準的系統和方法
背景技術：
在半導體基片(例如，晶片)的處理中，往往採用等離子。在等離子處理，使用等 離子處理系統處理晶片，其通常包括多個處理模塊。基片(例如，晶片)在等離子處理過程 中設在處理模塊的卡盤上。為了將晶片移進移出該處理模塊，通常將晶片設在末端執行器上並傳送到卡盤 上。末端執行器是用於在晶片傳送過程中支撐該片的結構部件。末端執行器通常設在機械 臂上。圖1示出代表性的現有技術末端執行器102，用以在晶片傳送過程中支撐晶片104。 為了說明目的，還示出機械臂106的一部分。大體而言，在晶片傳送順序期間，機械臂首先移動末端執行器以從晶片存儲盒或 臺拿起該晶片。一旦將晶片設在末端執行器上，機械臂然後會移動該晶片穿過該處理模 塊中的門進入該等離子處理模塊，該機械臂然後將該末端執行器和該晶片定位在該卡盤上 方，並將該晶片放在該卡盤上用以等離子處理。為了確保正確地處理晶片(由此確保可控的和可重複的工藝結果)，晶片需要在 等離子處理過程中設在卡盤中心。如果末端執行器正確地相對卡盤定心以及晶片正確地相 對末端執行器定心，那麼當機械臂將晶片放在卡盤上，晶片將正確地相對卡盤定心。然而， 由於許多原因，其中一些將在下面討論，這個理想情況很少出現。由於處理室的各個不同部件之間的機加工和/或製造公差，在給定的處理模塊 中，末端執行器限定的中心(這裡稱作該「末端執行器中心」或該「末端執行器限定的中 心」)有可能相對該卡盤的中心稍微偏移。結果，末端執行器限定的中心有可能在機械臂 位置上不正確地與卡盤的中心對準，機器控制器認為該位置為正確的晶片設置位置。如 果這個末端執行器/卡盤的不對準沒有在生產過程中彌補，則在晶片處理期間，晶片會不 精確地相對卡盤中心設置。同時待決的專利申請中，主題為「SYSTEMSAND METHODS FOR CALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN PLASMA PROCESSING SYSTEM」，代理檔案號 LMRX-P143/P1747，由本申請的發明人在同一日期遞交，並通過引用結合在這裡，提出了解 決這個末端執行器/卡盤不對準的技術。在下面的討論部分A中回顧關於前面提到的專 利申請「SYSTEMS AND METHODS FOR CALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN PLASMA PROCESSING SYSTEM」中討論的技術的細節。然而，即使末端執行器中心與卡盤中心正確對準(或可實現正確對準的效果)，但 是還有另一潛在的誤差源可導致生產過程中晶片/卡盤不對準。也就是，不同的生產晶片 有差別地設在該末端執行器上。如果末端執行器中心沒有正確地或一致地與該晶片的中心 對準，則在生產過程中仍然會出現晶片/卡盤不對準。這種情況下，儘管末端執行器中心與 卡盤中心正確對準，但是當末端執行器將晶片設在卡盤上用以處理時，晶片/末端執行器 不對準將會導致晶片相對卡盤偏移。與末端執行器/卡盤不對準問題不同，其對於給定的處理模塊中所有晶片往往是 恆定的誤差，因為對準誤差來源與室部件公差和機器校準問題，晶片/末端執行器不對準 會隨著生產晶片變化。也就是說，每個生產晶片可有差別地設在末端執行器上，導致該不對準中的差異。因而，解決這種末端執行器/晶片不對準的方案需要動態的方法，即，一種在 生產過程中可以調節每個單獨的生產晶片相對末端執行器誤差的方法。現有技術中，該末端執行器/晶片不對準使用動態對準束方法來解決。動態對準 (DA)束檢測系統通常採用兩個位於等離子處理模塊門入口的束(即雷射束)。隨著晶片移 動通過DA束(該束與該晶片平移平面正交)，該DA束在晶片進入該束時被中斷，然後在該 晶片不再出現時恢復。這個束信號中斷_然後-恢復樣式生成生產DA束樣式。在該動態對準束方法中，必須獲得基準DA束樣式，S卩，在晶片正確地在該末端執 行器上定心的情況下移動通過該DA束所獲得的DA束樣式。通過對比該生產DA束樣式(即， 生產晶片獲得的束樣式)與該基準DA束樣式，可獲得誤差向量。該機器控制器然後將機械 臂移動所需的距離以修整在生產過程中的該末端執行器/晶片不對準。關於動態對準束的 更多信息可在，例如，公告的美國專利No. 6，502，054和6，629，053中找到，通過引用結合在 這裡。獲得基準DA束樣式的過程這裡稱作DA束校準。為了校準該DA束，那麼就需要取 得或者獲得DA束校準組件，其包括正確在該末端執行器上定心的晶片，以及移動DA束校準 組件通過該DA束，從而取得基準DA束樣式。現有技術中，使用製造的碟片(其模擬晶片)獲取該DA束校準組件。該碟片具有 向下突出的法蘭，其安裝在該末端執行器的槽口上(如圖1中末端執行器102的槽口 110)。 一旦該碟片安裝在該末端執行器的槽口，這個組合模擬正確定心的晶片相對末端執行器。 模擬的晶片/末端執行器的組合然後由該機械臂以直線軌跡路徑移動到該處理模塊中、朝 向該卡盤、穿過該DA束，以便獲得基準DA束樣式。然而，為了獲取基準DA束樣式的目的使用晶片模擬碟片來建立校準組件的現有 技術有一些缺陷。首先，將實體的機械固定裝置(如模擬晶片的碟片)貼在該卡盤上有可能 損傷該卡盤。另外，如果這個校準在該處理模塊中已經執行一些等離子循環之後實地進行， 則將實體或機械校準固定裝置貼附於該卡盤會導致在該卡盤上或附近沉積顆粒，從而會剝 落掉進處理室。在隨後的處理循環中，這種顆粒形成顆粒汙染物，這是不希望出現的。另外，因為校準是在大氣壓下進行的，所以現有的校準技術不能有效地複製製造 過程中存在的條件。這是因為製造過程中，處理模塊的部件設在真空下，使得一個或多個部 件由於真空環境和周圍大氣的壓差而出現偏移。由於該校準條件沒有如實地複製該製造條 件，所以不可能進行準確的校準。如果該校準工藝室是不準確的，在生產過程中會出現不準 確的晶片設置，導致成品率降低，以及所製造的產品的報廢和/或故障率增加。

發明內容
在一個實施方式中，本發明涉及在等離子處理系統中執行DA(動態對準)束校準 的方法。該方法包括獲得位置差，該位置差通過光學成像方法取得。該光學成像方法包括 將該晶片設在該末端執行器上，獲得該晶片在該末端執行器上的靜止圖像，處理該靜止圖 像以確定該晶片的中心和由該末端執行器限定的末端執行器限定中心，和確定該該晶片的 中心和由該末端執行器限定的末端執行器限定中心之間的位置差。該方法還包括通過利用 機器移動補償來補償該晶片和該末端執行器之間的位置差以將晶片相對末端執行器定心。 該方法包括移動該晶片和該末端執行器通過與等離子處理模塊關聯的DA束。該方法還包括通過記錄DA束的中斷-然後-恢復樣式獲得基準DA束樣式。該中斷-然後-恢復樣式 隨著該晶片和該末端執行器移動通過該DA束而出現。上述概要只涉及這裡所公開的本發明許多實施方式的一個並且不是為了限制本 發明的範圍，這裡在權利要求中闡述該範圍。本發明的這些和其他特徵在下面對本發明的 詳細說明中結合附圖更詳細的描述。


在附圖中，本發明作為示例而不是作為限制來說明，其中類似的參考標號指出相 似的元件，其中圖1示出用於在晶片傳送過程中支撐晶片的典型現有技術末端執行器。圖2示出，按照本發明的實施方式，等離子處理系統的示意表示，說明光學晶片定 心系統至少一部分的俯視圖，用以能夠創建或模擬用於DA束校準目的的正確定心的晶片/ 末端執行器組件。圖3示出，按照本發明的實施方式，使用光學晶片定心技術創建或模擬將晶片相 對該末端執行器限定中心定心以便於DA束校準的步驟的說明性流程圖。討論A的圖Al示出代表性的用於在晶片傳輸過程中支撐晶片的現有末端執行器。討論A的圖A2示出，按照本發明的實施方式，等離子處理系統的示意性表示，說明 用於原位校準該末端執行器的原位光學末端執行器校準系統至少一部分的俯視圖。討論A的圖A3示出，按照本發明的實施方式，該原位光學末端執行器校準方法的 說明性流程圖。
具體實施例方式現在將根據其如在附圖中說明的幾個實施方式來具體描述本發明。在下面的描述 中，闡述許多具體細節以提供對本發明的徹底理解。然而，對於本領域技術人員，顯然，本發 明可不利用這些具體細節的一些或者全部而實施。在有的情況下，公知的工藝步驟和/或 結構沒有說明，以避免不必要的混淆本發明。這裡描述了各種實施方式，包括方法和技術。應當記住，本發明還覆蓋包括計算機 可讀介質的製造品，在該介質上存儲有用於實施該創新性技術的實施方式的計算機可讀指 令。該計算機可讀介質可包括，例如，半導體、光磁、光學或其他形式的用於存儲計算機可讀 代碼的計算機可讀介質。進而，本發明還覆蓋執行本發明的設備或系統。這種設備包括專 用和/或可編程電路以執行與本發明實施方式有關的操作。這種設備的示例包括適當編程 的通用目的計算機和/或專用計算裝置，並且包括計算機/計算裝置和適於與本發明實施 方式有關的各種操作的專用/可編程電路的組合。本發明的實施方式涉及為了校準DA (動態對準)束的目的建立DA束校準組件的 方法和設備。在一個實施方式中，DA束校準組件的(該校準晶片相對該末端執行器的)晶 片定心要求通過使用機械臂移動以補償校準晶片在該末端執行器上的不正確定位來模擬。 光學晶片定心方法用來確定機械臂補償該不正確末端執行器/晶片對準需要的修正量。通 過使用機械臂移動來補償該不正確的末端執行器/晶片對準，在末端執行器上正確定位的 晶片的效果通過模擬來實現。
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一旦機械臂移動必須的量以補償不正確的末端執行器/晶片對準(使用前面提到 的光學晶片定心方法獲得的補償數據)，所得到的DA束校準組件可移動通過DA束以獲得所 需的基準DA束樣式。有利地，本發明的實施方式實現了 DA束校準，而不需要機械固定裝置 (例如，模擬晶片的碟片)，或存在與該現有DA束校準方法相關的缺陷。本發明的一個或多個實施方式中，光學晶片定心技術用來確定校準晶片(即，用 於DA束校準的晶片)相對末端執行器限定中心的位置。注意校準晶片可代表任何基本與 用於生產的晶片類似的晶片或晶片坯料。這個光學晶片定心工藝產生能夠使機器控制器將 機械臂移動所需量的數據，以調節校準晶片中心和末端執行器中心之間的任何偏移。本發明的一個或多個實施方式中，當校準晶片設在末端執行器上時，至少獲取該 校準晶片至少一部分和該末端執行器至少一部分的靜止圖像。該末端執行器提供有一個或 多個視覺標識，其使得處理單元能夠從獲取的該靜止圖像確定該末端執行器限定中心。本 發明的一個或多個實施方式中，該末端執行器提供有劃線(或任何形成圓弧的基準標記)。 該劃線設在該末端執行器上，從而即使晶片設在該末端執行器上也可獲取該劃線的靜止圖 像。在一個實施方式中，該末端執行器上的該劃線構造為一段圓弧，其中心與該末端執行器 限定中心一致。通過確定該圓弧和該劃線所在圓的中心，可確定該末端執行器限定中心。該晶片類似地具有一個或多個視覺特徵(如該晶片邊緣通常圓的外形)以使該處 理單元能確定該晶片的中心。在具有該末端執行器的情況下，為該校準晶片可選地或額外 地提供一個或多個視覺標識以允許該處理單元更有效地確定該晶片的中心。然而，在優選 實施方式中，該晶片的外緣本身構成這樣的所需視覺標識。一旦該晶片中心和該末端執行 器中心由該處理單元確定，計算這兩個中心之間的偏移(即，「 Δ 」)。一般而言，有至少兩種技術來修正晶片/末端執行器不對準。第一種技術是物理 修正。物理修正通過將末端執行器和晶片移動至固定臺來完成。晶片然後設在固定臺上， 然後機械臂將末端執行器移動距離「 △ 」以修正光學晶片定心方法發現的偏移。末端執行 器然後再次拾取晶片用於光學分析。實際上，執行將晶片在末端執行器上實體重定位。該 過程可反覆執行直到發現該晶片已經令人滿意地在該末端執行器上定心。第二種修正晶片/末端執行器不對準的技術是將機械臂移動基於光學晶片定心 過程確定的數據的誤差修正矢量，其有效移動末端執行器和晶片組件。這個朝向DA束的移 動模擬校準晶片出現的、使該校準晶片正確在該末端執行器上定心的晶片位置。在這種修 正之後，該末端執行器/晶片組件可移動通過該DA束(優選地以直線)，以獲得所需基準 DA束。參照下面的附圖和討論可以更好地理解本發明的特徵和優點。圖2示出，按照本發明的實施方式，等離子處理系統220的示意表示，說明光學晶 片定心系統至少一部分的俯視圖，用以能夠創建或模擬用於DA束校準目的的正確定心的 晶片/末端執行器組件。如圖2中所見，該光學晶片定心系統包括末端執行器202，其上具 有劃線標記204。圖2的例子中，該劃線標記204是表示圓的一部分的弧線，其中心與該末 端執行器限定中心一致。圖2還示出晶片206，表示待用來建立該基準DA束樣式的校準晶片。該光學晶片 定心系統構造為使用光學方法確定該晶片的中心和該末端執行器限定中心，以為執行實際 的該晶片在該末端執行器上的定心，或為了 DA束校準目的而模擬該末端執行器上正確定位的晶片。光學晶片定心期間，圖像捕獲裝置250 (例如，設在末端執行器202和晶片206上 方的攝像機)可至少獲取末端執行器202的靜止圖像，包括劃線標記204，以及晶片206的 靜止圖像。注意如果攝像機和/或透鏡裝置從上面獲取該靜止圖像，那麼一部分末端執行 器202可隱藏在晶片206下面。不論怎樣，重要的是在該靜止圖像中捕獲一些或全部劃線 標記204。處理單元224 (例如，包含在邏輯模塊208中)能夠重新構建晶片206的圓形邊緣 形成的圓，以及確定該圓的中心(其表示該晶片206的中心210)。類似地，處理單元224(例 如，包含在邏輯模塊208中)能夠重新構建劃線204所在的圓，以及確定該圓的中心。這個 圓在圖2中用虛線圓212表示。圖2還示出末端執行器中心214，表示由前面提到的處理單元確定的末端執行器 限定的中心202。然後生成Δ 216 (即計算出的晶片中心210與末端執行器中心214的差)。 這個Δ216，表示該機械臂採用的、將該校準晶片從其當前位置(相對相對該末端執行器不 正確定心)移向正確定心的校準晶片將佔據的位置的修正因數。換句話說，一旦這個修正由機械臂進行，則設在該末端執行器上的晶片將以與在 該末端執行器上正確定心所顯示出的方式相同的方式顯示於該DA束。通過記錄該DA束的 中斷-然後-恢復樣式，可獲得基準DA束樣式。如所討論的，這個基準DA束樣式可在生產 過程中用於比較該生產DA束樣式(即，利用生產晶片獲得的DA束樣式)以確定在生產過 程中生產晶片需要的機械臂修正量。或者，如之前所討論的，該機械臂可將該校準晶片移至固定臺或夾頭。一旦該校準 晶片設在該固定臺或夾頭上，該機械臂可將該末端執行器移動該位置修正向量(在該光學 晶片定心工藝過程中獲得的)以將該末端執行器相對該校準晶片重新定位。成像、分析偏 移和將該晶片在該末端執行器上重定位的過程可重複執行直到該晶片令人滿意地在該末 端執行器上定心。所得到的校準固定裝置(即，該末端執行器上正確定位的晶片)然後用 來以之前討論的方式獲得該基準DA束樣式。在一個實施方式中，該光學晶片定心系統可原位執行(例如，使用可獲得靜止圖 像的攝像機和/或透鏡系統，而該晶片和該末端執行器設在該處理模塊內)。在相同或可選 的實施方式中，該處理模塊設在基本上接近該生產條件的條件下。儘管不是絕對必要，原位 光學晶片定心和/或原位DA束校準有利地允許在基本上類似該生產條件的條件下執行定 心和/或校準，由此減少與定心有關的誤差和/或與校準有關的誤差。一旦原位獲得該靜止圖像，包括該校準晶片和該末端執行器的組件從該處理模塊 去除。然後進行任何希望的修正以解決該末端執行器/晶片不對準。在該修正進行後，將 包括該校準晶片和該末端執行器的組件再次穿過該DA束引入該處理模塊，以產生所需的 基準DA束樣式。另一實施方式中，該光學晶片定心技術可在該處理模塊外面執行。一旦獲得靜止 圖像，進行分析和任何必要的修正，將包括該校準晶片和該末端執行器的校準組件再次通 過該DA束引入該處理模塊，以產生所需的DA束樣式。圖3示出，按照本發明的實施方式，使用光學晶片定心技術創建或模擬將晶片相 對該末端執行器限定中心定心以便於DA束校準的步驟的說明性流程圖。該方法可通過例如採用一個或多個參照圖2的示例討論的部件來執行。在步驟302，晶片設在該末端執行器 上從而獲取靜止圖像，其包括該末端執行器的一個或多個視覺標識和該晶片的一個或多個 視覺標識。在步驟304，以結合圖2討論的方式獲取該末端執行器、該末端執行器的一個或多 個視覺標識和該晶片的靜止圖像。在步驟306，著手進行圖像處理以確定該末端執行器的該一個或多個視覺標識 (例如，該前面提到的劃線)，以及確定該晶片的外緣形成的圓。在一個實施方式中，分析該 靜止圖像用以對比。為了協助處理單元，該攝像機和/或透鏡可這樣構造，為確定反差優化 光頻率、照明條件、光圈、焦距、視場等，並允許該處理單元獲得提供數據以確定該末端執行 器中心和該晶片中心的視覺標識。本領域技術人員從前面所述容易認識到可對這些參數和 條件以及其他與圖像相關的參數進行控制以提高圖像的反差和/或致使圖像處理更準確。在一個實施方式中，步驟308包含沿該靜止圖像中的反差像素生成多個數據點以 及執行曲線擬合以重新建立所需的圓。這種圖像處理技術和曲線擬合技術是精通本領域其 他技術的人員所公知的，並且可使用許多通用的、非特別設計的處理單元包來進行(例如 與CV-3002系列控制器CV-H3N —起使用的Keyence通信軟體，可從Keyence Corporation Woodcliff Lake, NJ 公司獲得)。在步驟310，根據由該處理單元從該末端執行器視覺標識(例如，該劃線)建立的 圓確定該末端執行器限定中心。在步驟312，根據由該處理單元從該晶片視覺標識(例如，該晶片的外緣)建立的 圓確定該晶片的中心。在步驟314，然後生成該兩個中心之間的差(即晶片中心與末端執行器中心的計 算差)。例如，在一個實施方式中，該DA束樣式用來重新構建表示該兩個晶片的圓(例如， 該生產晶片和該校準晶片)以確定它們的中心(以及該晶片中心之間的差)。採用一種算 法來確定所需的、移動該機械臂的位置修正向量，以允許相對該末端執行器不正確定心的 晶片顯示在該DA束就像晶片相對該末端執行器正確定心。在步驟316，這個誤差向量提供給該機器控制器以允許該機器控制器執行補償。一 旦該末端執行器/晶片不對準得到補償，則包括該校準晶片和該末端執行器的校準固定裝 置移動通過該DA束，優選地以直線方式，以獲得前面提到的基準DA束樣式。如從前面所述可以認識到的，本發明的實施方式促進基準DA束樣式的獲取，並且 沒有與該現有機械固定裝置方法相關的缺陷。此外，不需要使用特別構造的碟片來模擬正 確定位的晶片避免將不相似的硬體引入該等離子處理模塊，由此減少與校準有關的末端執 行器損傷和與校準有關的顆粒汙染的可能性。討論A [開始]在半導體基片(例如，晶片)的處理中，往往採用等離子。在等離子處理，使用等 離子處理系統處理該晶片，其通常包括多個處理模塊。基片(例如，晶片)在等離子處理過 程中設在處理模塊的卡盤。為了將晶片移進移出處理模塊，晶片通常設在末端執行器上並傳送到卡盤上。末 端執行器是用於在晶片傳送過程中支撐晶片的結構部件。末端執行器通常設在機械臂上。 圖1示出代表性的現有技術末端執行器A102，用以在晶片傳送過程中支撐晶片A104。為了說明目的，還示出機械臂A106的一部分。大體而言，在晶片傳送順序期間，機械臂首先移動末端執行器以從晶片存儲盒或 臺拿起該晶片。一旦將晶片設在末端執行器上，機械臂然後會移動晶片穿過處理模塊中的 門進入等離子處理模塊，機械臂然後將末端執行器和晶片定位在卡盤上方，並將晶片放在 卡盤上用於等離子處理。為了確保正確地處理晶片(由此確保可控的和可重複的工藝結果)，晶片需要在 等離子處理過程中設在卡盤中心。如果末端執行器正確地相對卡盤定心以及晶片正確地相 對末端執行器定心，那麼當機械臂將晶片放在該卡盤上，晶片將正確地相對卡盤定心。從機器人控制器的角度看，重要的是知道卡盤的中心以使機器人控制器將末端執 行器中心定位在卡盤上方以進行晶圓放置。相應地，對於任何給定的等離子體處理模塊，機 器人控制器需要被教導卡盤和卡盤中心的位置。換句話說，機器人控制器必須在它自己的 坐標系中確定卡盤和卡盤中心的精確位置，因為每個卡盤可能在每個處理模塊中被稍有不 同地定位(例如，由於機器人加工和/或製造和/或裝配公差)。為了彌補該末端執行器/卡盤不對準，校準過程中的通常策略包括將機械臂移 到末端執行器限定的中心實際對準該卡盤的中心的位置。為了完成末端執行器校準，操作 者必須能夠確定實際的末端執行器/卡盤對準位置。現有技術中，該末端執行器限定的中 心與該卡盤中心的對準使用製造的機械固定裝置來完成，該裝置安裝在卡盤的邊緣上或連 接到處理模塊內部。該機械固定裝置具有鍵結構(實質上是對該末端執行器的中心突出)， 其允許該末端執行器就擱在該校準固定裝置的鍵結構正對面。由於該固定裝置相對該卡盤 定心，則當該末端執行器對著該固定裝置的鍵結構設置時，該末端執行器將設在該卡盤的 中心。通常，該末端執行器靠著該鍵結構定位通過操作者拉或推該末端執行器靠在該鍵結 構上來完成，從而該末端執行器靠著該鍵結構。在操作者已經將末端執行器靠著鍵結構定位之後，操作者將機械臂位置與機器控 制系統對準，從而該機器控制系統可記錄(在機器控制的坐標系統中)實現這個實際末端 執行器/卡盤對準的機械臂位置。在製造過程中，機械臂將末端執行器移至與這個執行器/卡盤對準位置相關的坐 標。如果晶片設在相對該末端執行器的中心，則當晶片由機械臂設在卡盤上用以晶片處理 時，末端執行器限定的中心現在實際上與卡盤中心對準的情況將使得該晶片設在相對該卡 盤的中心。然而，現有技術中為了校準目的將末端執行器相對卡盤定心有一些缺點。首先，有 許多種已知的卡盤和處理模塊。所以，為了使用機械固定裝置方法來進行校準，必須製造和 儲備許多不同的機械固定裝置。並且，將實體的機械固定裝置(其有一個或多個硬的金屬 邊緣或表面)貼在卡盤上有可能損傷卡盤。另外，如果校準在處理模塊中已經執行一些等 離子循環之後實地進行(例如，因為擔心末端執行器在後面的製造中可能沒有設在相對該 卡盤的中心)，則將實體校準固定裝置貼附於卡盤會導致在卡盤上或附近沉積顆粒，從而會 剝落掉進處理室。在隨後的處理循環中，這種顆粒形成顆粒汙染物，這是不希望出現的。另外，因為該校準是在大氣壓下進行的，所以現有的校準技術不能有效地複製制 造過程中存在的條件。這是因為製造過程中，處理模塊的部件設在真空下，使得一個或多個 部件由於真空環境和周圍大氣的壓差而出現偏移。由於該校準條件沒有如實地複製製造條件，所以不可能進行準確的校準。此外，如果手動將末端執行器定位在末端執行器/卡盤對準位置(例如，包括操作 者拉或推末端執行器以正對該機械固定裝置的鍵結構設置)，則當操作者放開機械臂並利 用機器控制器對準這個末端執行器/卡盤對準位置時，機械臂位置會有偏移。這個偏移出 現的原因有許多，包括例如斷開機器馬達。當機械臂離開，儘管只是少到對於機器操作者察 覺不到的量，但是這個偏移會導致校準工藝不精確。如果校準過程不準確，那麼製造過程中 會出現不準確的晶片位置，導致成品率降低，以及所製造的產品的報廢和/或故障率增加。本發明的實施方式涉及執行末端執行器校準的原位方法和設備而不使用機械固 定裝置或存在該現有末端執行器校準方法相關的缺點。如前面所提到的，為了執行末端執 行器校準，該末端執行器中心或該末端執行器限定中心(即，該末端執行器限定/確定的中 心，其可以是或者可以不必是該末端執行器的質量或集合中心)需要與該卡盤中心對準。 為了確定實際的末端執行器/卡盤對準，現有技術採用機械固定裝置，其涉及許多之前所 述的缺點。本發明的一個或多個實施方式中，原位光學技術用來確定實際的末端執行器/卡 盤對準位置。這個確定過程生成數據，該數據使該機器控制器在生產過程中能夠移動該機 械臂所需的量以解決末端執行器/卡盤不對準。本發明的一個或多個實施方式中，該原位光學末端執行器校準技術包括當該末端 執行器和該卡盤在它們的理論末端執行器/卡盤對準時(即，當該機器控制器相信該末端 執行器相對該卡盤理論上定心時，該末端執行器相對該卡盤佔據的位置)，獲取該末端執行 器和該卡盤的靜止圖像。該末端執行器提供有一個或多個視覺標識，其使得該處理單元能 從獲取的靜止圖像確定該末端執行器限定中心。該卡盤類似地具有一個或多個視覺標識 (如該卡盤邊緣通常圓的形狀)，以使得該處理單元能確定該卡盤的中心。一旦該處理單元確定該末端執行器中心和該卡盤中心，計算這兩個中心之間的偏 移(即，「△」)。然後計算將該末端執行器從該理論末端執行器/卡盤對準位置移動到該 實際的末端執行器/卡盤對準位置所需的位置向量。這個位置向量然後提供給該機器控制 器以使得該機器控制器能夠補償末端執行器/卡盤不對準。在一個或多個實施方式中，原位光學技術採用圖像捕獲裝置(例如，攝像機和/或 透鏡)，其獲得該末端執行器和該卡盤的光學圖像，而在生產條件下，將該末端執行器和該 卡盤設在該等離子處理室中。換句話說，該末端執行器校準工藝過程中，該等離子處理室 可設在真空條件下，其基本上類似於在生產過程中存在的真空條件。該攝像機和/或透鏡 可設在該等離子處理室內部，或優選地在該等離子處理室外面但是具有通到該末端執行器 和該卡盤的、包含該前面提到的視覺標識的區域的光學通道(例如，通過適當設計的窗或 孔)。通過在基本上與在生產過程中經歷的條件完全相同的條件下執行校準，則可基本上消 除由於壓力差導致的校準誤差。本發明的一個或多個實施方式中，該末端執行器提供有劃線。該劃線設在該末端 執行器上，從而在原位光學校準期間，可獲取該劃線的靜止圖像。在一個實施方式中，該末 端執行器上的劃線構造為一段圓弧，其中心與該末端執行器限定中心一致。通過確定該弧 線以及該劃線/弧線所在圓的中心，可確定該末端執行器限定中心。然而，在別的實施方式 中，設想也可以採用任何可用來導出該末端執行器限定中心的替代基準標記。
此外，原位光學校準過程中，該圖像獲取設備(攝像機和/或透鏡)設置為該圖像 還具有該卡盤邊緣的一些或全部，或者該卡盤的或其上的可用來推斷該卡盤的中心的視覺 標識。在帶有該末端執行器的情況下，可為該卡盤提供一個或多個視覺標識以允許該處理 單元確定該卡盤的中心。在一個實施方式中，該卡盤的外緣本身構成這樣的所需的視覺標 識。在一個實施方式中，通過確定由該卡盤視覺標識(例如，在一個實施方式中，該卡 盤圓形邊緣)描述的圓，可確定該卡盤的中心。如所提到的，一旦確定該末端執行器中心和 該卡盤中心，該差(「Δ 「)可確定並作為修正因子提供到機器控制系統以補償末端執行器 /卡盤不對準。參照下面的附圖和討論可以更好地理解本發明的特徵和優點。圖A2示出，按照本發明的實施方式，等離子處理系統A220的示意性表示，說明用 於原位校準末端執行器的原位光學末端執行器校準系統A200至少一部分的俯視圖，(例 如，半導體器件生產條件下，等離子處理系統A220)，而不需要機械固定裝置。如圖A2中可 見，該原位光學末端執行器校準系統A200包括末端執行器A202，其上具有劃線標記A204。 圖A2的示例中，該劃線標記A204是表示圓的一部分的弧線，其中心與該末端執行器A202 限定的中心一致。該圓中心的確定以及與該圓有關的弧線的劃線在本領域技術人員的技術 能力範圍內。圖A2還示出卡盤A206，表示該處理模塊內的卡盤。該原位光學末端執行器校準 技術構造為使用原位光學方法確定該卡盤的中心和該末端執行器限定中心，以便生成該機 械臂控制系統A222所必要的修正向量。校準過程中，圖像捕獲裝置A250(例如，設在末端 執行器A202和卡盤A206的攝像機)可至少獲取至少一部分末端執行器A202 (包括劃線標 記A204)和至少一部分卡盤A206的靜止圖像。注意如果由攝像機和/或透鏡裝置從上方 獲取圖像，那麼一部分卡盤A206可隱藏在末端執行器A202下方。不過，處理單元A224 (例如，包含在邏輯模塊A210中)能夠重新構建該由卡盤 A206的圓形邊緣形成的圓，並確定該圓的中心(其表示該卡盤A202的中心)。類似地，處 理單元A224(例如，包含在邏輯模塊A210中)能夠重新構建劃線/弧線A204所在的圓，以 及以確定該圓的中心。這個圓在圖A2中由虛線圓A212表示。圖A2還示出末端執行器中心A214，表示該末端執行器限定的中心A202由該前面 提到的處理單元A224確定。還示出卡盤中心A216，表示該中心卡盤A206。然後生成末端 執行器中心A214與卡盤中心A216的位置差向量A218。由於末端執行器中心A214表示該 理論末端執行器/卡盤對準位置，而卡盤中心A216表示該實際的末端執行器/卡盤對準位 置，所以該位置差向量A218表示將該末端執行器中心A214與卡盤中心A216對準所需的修 正。末端執行器A214與卡盤中心A216對準時，實現實際的末端執行器/卡盤對準。通過 將這個位置差向量A218提供給機器控制系統A222，該機器控制系統A222在生產過程中能 夠將機器人移動由該距末端執行器中心A214的位置差向量A218提供的距離和方向，由此 有效修正該末端執行器/卡盤不對準。圖A3示出，按照本發明的實施方式，該原位光學末端執行器校準方法的說明性流 程圖。該方法可通過例如採用一個或多個採用參照圖A2的示例討論的部件來執行。在步 驟A302，該末端執行器由該機械臂移動到該理論末端執行器/卡盤對準位置，即，該位置該機器控制系統認為將該末端執行器相對該卡盤理論上定心。在步驟A304，以關於圖A2討論 的方式獲取該末端執行器、該末端執行器上的視覺標識和該卡盤的靜止圖像。在步驟A306，進行圖像處理以獲取該末端執行器上的該視覺標識(例如，該前面 提到的劃線標記)，並確定該卡盤的外緣形成的圓。為了協助處理單元，該攝像機和/或透 鏡可這樣構造，為確定反差優化光頻率、照明條件、光圈、焦距、視場等，並允許該處理單元 獲得提供數據以確定該末端執行器中心和該晶片中心的視覺標識。在一個實施方式中，步驟A308包含沿該靜止圖像中的反差像素生成多個數據點 以及執行曲線擬合以重新建立所需的圓。這種圖像處理技術和曲線擬合技術是現有技術中 其他裡關於中所公知的，並且可使用許多通用的、非特別設計的處理單元包來進行(例如 與CV-3002系列控制器CV-H3N —起使用的Keyence通信軟體，可從Keyence Corporation Woodcliff Lake, NJ 公司獲得)。在步驟A310，根據由該處理單元從該末端執行器視覺標識(例如，該劃線)建立的 圓確定該末端執行器限定中心。在步驟A312，根據由該處理單元從該卡盤視覺標識(例如， 該卡盤的外緣)建立的圓確定該卡盤的中心。在步驟A314，確定該末端執行器中心與該卡 盤中心的差向量。在步驟A316，這個差向量提供到該機器控制系統，以使得該機器控制系統 能夠在生產過程中移動該機械臂以補償該末端執行器/卡盤不對準。如從前面所述可以認識到的，本發明的實施方式實現末端執行器校準，基本上沒 有與現有技術機械固定裝置校準方法相關的缺陷。通過執行原位校準，忠實地重現在生產 過程中的條件，得到更準確的校準工藝。這些條件包括，例如，類似的真空條件和類似的機 器人伺服電機參數。由於沒有採用機械固定裝置，可節省為不同的等離子處理模塊製造和 保持大量不同的機械校準固定裝置相關的成本。此外，使用非接觸、非實體校準技術避免了 與校準有關的卡盤損傷以及與校準有關的顆粒汙染，使得可以更頻繁地和/或在生產過程 中執行該校準而不會使室和/或所製造的器件存在風險。討論A [結束]儘管本發明依照多個實施方式描述，但是存在落入本發明範圍內的改變、置換和 各種替代等同物。儘管這裡提供多個不同示例，但是意圖是這些示例是說明性的而不是對 本發明的限制。並且，這裡為了方便提供標題和概要，不應當用來解釋這裡的權利要求的範圍。進 而，摘要是以高度概括的形式撰寫的並且在這裡為了方便而提供，因此不應當用來解釋或 者限制在權利要求中表述的總的發明。如果這裡使用了術語「組」，這種術語意圖是具有數 學意義上的一般理解，涵蓋零個、一個或多於一個元素。還應當注意，有許多實現本發明方 法和設備的方式。所以，所以，其意圖是下面所附的權利要求解釋為包括所有這樣的落入本 發明主旨和範圍內的改變、置換和各種替代等同物。
1權利要求
一種在等離子處理系統中執行DA(動態對準)束校準的方法，所述方法包括獲得位置差，所述位置差通過光學成像方法取得，所述光學成像方法包括將晶片設在末端執行器上，取得所述晶片在所述末端執行器上的靜止圖像，處理所述靜止圖像以確定所述晶片的中心和由所述末端執行器限定的末端執行器限定中心，確定所述晶片的中心和所述由所述末端執行器限定的末端執行器限定中心之間的位置差，通過利用機器移動補償來補償所述晶片和所述末端執行器之間的所述位置差而將晶片相對末端執行器定心；移動所述晶片和所述末端執行器通過與等離子處理模塊關聯的DA束；和通過記錄所述DA束的中斷 然後 恢復樣式獲得基準DA束樣式，所述中斷 然後 恢復樣式隨著所述晶片和所述末端執行器移動通過所述DA束出現。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述末端執行器上提供第一視覺標識， 使得處理單元能夠從所述靜止圖像確定所述末端執行器限定中心，所述第一視覺標識表示 用來導出所述末端執行器限定中心的基準標記。
3.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述晶片上提供第一視覺標識，使得處 理單元能夠從所述靜止圖像確定所述晶片的中心，所述第一視覺標識用來確定由所述第一 視覺標識描述的圓，由此能夠確定所述晶片的中心。
4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括採用圖像捕獲裝置來獲取所述晶片和所述 末端執行器的靜止圖像從而可在生產條件條件下校準所述DA束。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述圖像捕獲裝置的至少一部分實現在等離子處 理室內部。
6.根據權利要求1所述的方法，進一步包括通過光學通道獲得所述靜止圖像，該通道 允許所述靜止圖像包括所述末端執行器的第一視覺標識的圖像的至少一部分和所述晶片 的第一視覺標識的圖像的至少一部分兩者，所述末端執行器的所述第一視覺標識表示用來 導出所述末端執行器限定中心的基準標記，所述晶片的所述第一視覺標識用來確定由所述 晶片的所述第一視覺標識描述的圓。
7.一種用於在等離子處理系統中執行DA (動態對準)束校準的系統，所述系統包括 機器控制器，所述機器控制器構造為執行下列至少一個通過利用機器移動補償來補償晶片和末端執行器之間的位置差而將晶片相對末端執 行器定心，移動所述晶片和所述末端執行器通過與等離子處理模塊關聯的DA束； 圖像捕獲裝置，所述圖像捕獲裝置構造為取得所述晶片和所述末端執行器的至少一個 的一個或多個靜止圖像；處理單元，至少執行處理所述一個或多個靜止圖像以確定所述末端執行器限定中心 和所述晶片的中心和確定所述末端執行器限定中心和所述晶片的中心之間的所述位置差， 其中所述位置差使用原位光學成像方法獲得；和邏輯模塊，所述邏輯模塊構造用於通過記錄所述DA束的中斷-然後-恢復樣式獲得基準DA束樣式，隨著所述晶片和所述末端執行器移動通過所述DA束出現所述中斷-然後-恢復樣式。
8.根據權利要求7所述的系統，其中所述末端執行器提供有第一視覺標識，由此使得 所述處理單元能夠從所述一個或多個靜止圖像確定所述末端執行器限定中心，所述第一視 覺標識表示用來導出所述末端執行器限定中心的基準標記。
9.根據權利要求7所述的系統，其中所述晶片提供有第一視覺標識，由此使得所述處 理單元能夠從所述一個或多個靜止圖像確定所述晶片的中心，所述第一視覺標識用來確定 由所述第一視覺標識描述的圓，由此能夠確定所述晶片的中心。
10.根據權利要求7所述的系統，其中所述圖像捕獲裝置的至少一部分實現在所述處 理系統的等離子處理室內部。
11.根據權利要求7所述的系統，其中通過光學通道獲得所述一個或多個靜止圖像，該 通道允許所述一個或多個靜止圖像包括所述末端執行器的第一視覺標識的圖像的至少一 部分和所述晶片的第一視覺標識的圖像的至少一部分兩者，所述末端執行器的所述第一視 覺標識表示用來導出所述末端執行器限定中心的基準標記，所述晶片的所述第一視覺標識 用來確定由所述晶片的所述第一視覺標識描述的圓。
12.—種執行DA (動態對準)束校準的等離子處理系統，所述等離子處理系統包括 機器控制器，所述機器控制器構造為至少用於通過利用機器移動補償來補償晶片和末端執行器之間的位置差將晶片相對末端執行 器定心，移動所述晶片和所述末端執行器通過與等離子處理模塊關聯的DA束； 光學成像系統，所述原位光學系統構造為獲取所述位置差；邏輯模塊，所述邏輯模塊構造用於通過記錄所述DA束的中斷-然後-恢復樣式獲得基 準DA束樣式，所述中斷-然後-恢復樣式隨著所述晶片和所述末端執行器移動通過所述DA 束出現。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述原位光學成像系統構造為包括至少光學成像系統，所述光學成像系統構造為取得所述晶片和所述末端執行器的一個或多 個靜止圖像；處理單元，所述處理單元構造為確定所述晶片的中心和所述末端執行器限定中心；和 邏輯模塊，所述邏輯模塊構造為確定所述末端執行器限定中心和所述晶片的中心的所述位置差。
14.根據權利要求13所述的系統，其中所述末端執行器提供有第一視覺標識，由此使 得處理單元能夠從所述一個或多個靜止圖像確定所述末端執行器限定中心，所述第一視覺 標識表示用來導出所述末端執行器限定中心的基準標記。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述第一視覺標識是劃線，所述劃線構造為一 段圓弧使得該圓的中心與所述末端執行器限定中心一致。
16.根據權利要求13所述的系統，其中所述晶片提供有第一視覺標識，由此使得處理 單元能夠從所述一個或多個靜止圖像確定所述晶片的中心，所述第一視覺標識用來確定由 所述第一視覺標識所描述的圓，由此能夠確定所述晶片的中心。
17.根據權利要求16所述的系統，其中所述第一視覺標識是所述晶片的外緣。
18.根據權利要求13所述的系統，其中所述光學成像系統的至少一部分實現在等離子 處理室內部。
19.根據權利要求13所述的系統，其中通過光學通道獲得所述一個或多個靜止圖像， 所述光學通道允許所述一個或多個靜止圖像包括所述末端執行器的第一視覺標識的圖像 的至少一部分和所述晶片的第一視覺標識的圖像的至少一部分兩者，所述末端執行器的所 述第一視覺標識表示用來導出所述末端執行器限定中心的基準標記，所述晶片的所述第一 視覺標識用來確定由所述晶片的所述第一視覺標識描述的圓。
全文摘要
提供一種在等離子處理系統中執行DA(動態對準)束校準的方法。該方法包括獲得位置差，該位置差光學成像方法取得。該光學成像方法由下列步驟組成將該晶片設在該末端執行器上，獲得該晶片在該末端執行器上的靜止圖像，處理該靜止圖像以確定該晶片的中心和由該末端執行器限定的末端執行器限定中心，和確定該該晶片的中心和由該末端執行器限定的末端執行器限定中心之間的位置差。該方法還包括通過利用機器移動補償來補償該晶片和該末端執行器之間的位置差將晶片相對末端執行器定心。該方法包括移動該晶片和該末端執行器通過與等離子處理模塊關聯的DA束。該方法還包括通過記錄DA束的中斷-然後-恢復樣式獲得基準DA束樣式。隨著該晶片和該末端執行器移動通過該DA束，出現該中斷-然後-恢復樣式。
文檔編號H01L21/68GK101911279SQ200880124046
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月19日 優先權日2007年12月27日
發明者克裡斯蒂娜·艾倫布蘭切特, 馬特·羅德尼克 申請人:朗姆研究公司