台湾专利TW201312142A 用於在腔室內感測基板之方法及裝置

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专利摘要:
本發明提供了用於在一腔室中感測一基板之方法、設備與系統。本發明包含發出至少兩種不同波長之輻射；引導所發出的一第一波長之輻射在一腔室的內部處通過該腔室的一觀看口；引導所發出的一第二波長之輻射在一基板載具的一葉片之一孔的位置處通過該腔室的該觀看口；偵測由該葉片、該腔室的內部、或在該葉片上之一基板反射的任何所發出之輻射；以及根據偵測到的反射之輻射確定一基板是否存在該葉片上。各種其他構想亦被揭露。
公开号:TW201312142A
申请号:TW101129569
申请日:2012-08-15
公开日:2013-03-16
发明作者:Ronald Vern Schauer
申请人:Applied Materials Inc；
IPC主号:H01L22-00

专利说明:
用於在腔室內感測基板之方法及裝置【相關發明】
本發明主張在2011年8月16日申請之美國臨時專利申請案第61/524,090號之優先權，其名稱為「用於在一腔室內感測一基版之方法與設備」(代理人號為1627/L)，其係基於所有目的並藉由引用形式而整體併入本文。
本發明係與用於在一腔室內感測一基板之方法與設備有關。更特別地，本發明係與用於感測不同基板之方法與設備有關，其中各基板可能具有一不同反射率。
由於基板的不同反射率，使用傳統的光學感測器是難以在一電子裝置處理工具中可靠地光學感測一基板的。因此，需要可用於在一腔室中感測不同基板的可靠方法與設備，其中各基板可能具有一不同反射率。
本發明之實施例一般係與用於感測一基板之方法與設備有關。
在部分實施例中，本發明提供了一種用於在一腔室中感測一基板的方法。該方法包含發出至少兩種不同波長之輻射；引導所發出的一第一波長之輻射在一腔室的內部處通過該腔室的一觀看口；引導所發出的一第二波長之輻射在一基板載具的一葉片之一孔的位置處通過該腔室的該觀看口；偵測由該葉片、該腔室的內部、或在該葉片上之一基板反射的任何所發出之輻射；以及根據偵測到的反射之輻射確定一基板是否存在該葉片上。
在部分其他實施例中，本發明提供了一種用於在一腔室內感測一基板之設備。該設備包含複數個發射器，用於發出至少兩種不同波長之輻射；一構件，用於引導所發出的一第一波長之輻射在一腔室的內部處通過該腔室的一觀看口；該構件中的一或多個縫隙，用於引導所發出的一第二波長之輻射在一基板載具的一葉片之一孔的位置處通過該腔室的該觀看口；一或多個感測器，用於偵測由該葉片、該腔室的內部、或在該葉片上之一基板反射的任何所發出之輻射；以及邏輯元件，耦接至該等感測器且用於根據偵測到的反射之輻射來確定一基板是否存在該葉片上。
在另外的其他實施例中，本發明提供了一種用於在一電子裝置處理工具中感測一基板之設備。該設備包含一固定構件，用以使該設備耦接至該電子裝置處理工具的一觀看口；一第一波長之輻射源，設置在該固定構件內且用以照射該電子裝置處理工具的內部；一第二波長之輻射源，設置在該固定構件內且被引導以照射在該電子裝置處理工具中一基板載具的一葉片中之一孔的位置；一或多個感測器，配置以接收從該基板、該葉片、與該電子裝置處理工具的內部所反射之輻射；以及邏輯元件，耦接至該感測器且用以根據所接收之反射的輻射而確定一基板是否存在該葉片上。
從下述例示實施例、如附申請專利範圍與如附圖式的詳細說明，即可更完整了解本發明的這些與其他特徵及構想。
基於解釋本說明書之目的，在任何適當的時候，單數用語也將包含複數型態(反之亦然)。在本文中，「一」的使用係用於表示「一或多個」，除非另行指明或是「一或多個」的用法是明顯不適當的。「包含(comprise、comprises、comprising)」、「包括(include、includes、including)」、「具有(has、having)」之使用是可互換的且不用於限制意義。此外，當一或多個實施例說明使用用語「包含」時，熟習發明所屬領域技術之人將了解到，在某些具體實例中，可使用語言「本質上含有」及/或「含有」來替代地說明實施例。
本文的教示內容是結合於各種實施例而加以說明，然本文的教示內容並不限於這類實施例。相反的，本發明之教示內容係涵蓋各種替代例、修飾例及等效例，即如熟習本領域技術之人所能得知者。
本發明提供了用於在一腔室中感測一基板之系統、方法與設備。利用至少兩組發射器與偵測器、在兩種不同的波長(或波長範圍)下運作，本發明係可針對兩種不同條件而平行地感測，以確定一基板是否存在於一處理腔室內的一葉片上。第一種條件為引導至一腔室中的一第一波長之輻射所反射返回之一水平是否高於或低於用以支撐一基板之空葉片所能反射反向輻射的範圍；若是，該系統即確定有一基板存在。第二種條件是，一第二波長之輻射(特別是被引導於該葉片中的一中心孔的位置處)是否以大於第二波長之輻射的環境水平之一水平而反射回來；若是，該系統即確定有一基板存在。
第一種條件涵蓋了一基板比一葉片更具反射性、或較不具反射性的情況。假設一葉片具有由一上臨界值與一下臨界值所定義之一反射率範圍，則本發明包含用以確定在反射輻射量高於該上臨界值及低於該臨界值時是否存在一基板之邏輯元件。然而，當一基板具有在與一空葉片相同範圍內之反射率時，係使用第二條件來確定一基板是否在該葉片上。該第二條件具體地查看在基板葉片中的一孔的位置以及用以確定該第二波長之輻射是否被直接反射之邏輯元件，以確定是否存在一基板。本發明係用以同時測試兩種條件，但在其他實施例中，係可依次進行這些確認。
在一或多個實施例中，基板偵測設備係設有一單一固定構件，以輕易地耦接至一或多個電子裝置處理工具(例如移送室、處理腔室等)的觀看口，例如由加州聖塔克萊市的應用材料公司所製造之Centura®或Endura®處理工具。固定構件係設計為可避免基板偵測設備所使用的光自觀看口視窗之反射(例如光譜能量)，否則此反射會影響基板偵測程序。為能可靠地偵測包含非反射材料之基板，基板偵測設備係包含從紅外線(約1500nm)至遠紫外線(約150nm)的一或多個輻射源(例如光譜能量源)，用以偵測輻射源所發出及/或從基板二次發射之波長(或多個波長)的一或多個光學偵測器，一或多個擴散器，以及在部分實施例中、適用於正在偵測基板類型之感測的一或多個窄頻帶過濾器。過濾波長係不同於光源所發出的波長，因為在部分情況中，會自基板反射二次或偏移發射。選擇適當的過濾器係可除去對於特別對準之需要。為助於偵測，基板偵測設備也可包含用以阻擋周圍光源以減少背景訊號之特徵。也可包含其他裝置，以修改光學路徑以降低圖案形狀對基板的影響。這類裝置可包含、但不限於透鏡、視窗、準直器與擴散器。在部分實施例中，係可設置自動(例如經由控制軟體)及/或手動機構以於運作期間控制輻射源所發出之能量強度以及偵測器的增益。
基板偵測設備亦包含了可增進安全性與可靠性的數個特徵。舉例而言，在部分實施例中，基板偵測設備包含一外殼，該外殼具有屏蔽，屏蔽係經設計以限制及/或避免操作者對光學能量源的無意暴露，並以避免在開啟外殼時使電力中斷的方式提供耦合。在一或多個實施例中，該設備係包含安全聯鎖開關，安全聯鎖開關係避免對於對眼睛安全的波長範圍外之光學能量的無意暴露。
穩定的輻射源(例如以固定波長發射之固態光源)係可被單獨或適當地組合使用。這類輻射源係被選擇以提供長且穩定的服務(例如，高達傳統薄膜偵測裝置中所使用的光源服務的500至1000倍)。輻射源係設計以於一極短時間中開啟，使得他們可僅在進行測量和進行確定所需的短時間中被供給能量(不需重複校正)，因而可節省可觀能量。光源的極快速開啟與短期使用係增進了安全性。舉例而言，在使用紫外線或紅外線光源時，如對其暴露達某些時段會是有害的，故僅短期對光源供給能量、而同時符合其他安全性條件(例如，屏蔽、暴露封閉)。
本發明也提供了一種控制系統及/或軟體，以相接於、並且控制本發明之基板偵測設備。控制系統可包括一或多個邏輯電路，用以：執行並記錄基板偵測設備之校正；確定基板是否存在；以及耦接至一製造設施中的其他控制系統。
在部分實施例中，本發明係利用市售(例如應用材料公司的Centura®與Endura®)移送室蓋罩觀看口(例如簡單拴上)之一固定機制。可推知此固定機制係可輕易適用至其他類型與形式的設備。
本發明使用可輕易適用至所有類型與形式之處理腔室觀看口的固定機制。本發明係設計以阻擋周圍光源以供均勻感測。與其他方法不同，這是本發明的一個整合特徵，不需要額外的工程方法或解決機制。本發明的實施例係限制或避免操作者對光學能量源的無意暴露。其他特徵包含內建之安全性截止開關(視需要)以及工程安全性解決機制(例如將連接纜線設計為在未中斷電力下可防止外殼開啟的方式)。無論是單獨或組合使用，這些都提昇了操作者與安裝者的安全。
本發明係設計為精實的單一(模組化)拴上裝置，這與自各種部件原位組裝、整合為各種腔室構件、且其構件散佈於系統周圍的習知技藝之系統相反。
本發明係設計以與所有基板處理系統電氣相接、或直接用以與所有基板處理系統相接。此介面設計為性質非常簡單以增強靈活性。在部分實施例中，此相接介面也包含一互動式且可配置系統介面，且該介面使用例如序列資料傳送以與一主機系統通訊及/或受一主機系統控制。然而，這類介面的存在與使用是視情況而定的且並非操作所必須。
本發明在製程期間的配置是簡單且可與適度技術套件高度相容。該裝置係利用標準市售窄帶濾光器與光源選擇、或藉由自然選擇特定波長帶之光源與感測器的選擇而調整至需要的波長帶。
固態光源及/或其他固定波長之能量源係可被適當組合使用。可針對長期且穩定之服務(例如，習知來源的服務壽命的500倍至1000倍)來選擇這些來源。由於本發明之來源並不隨其正常服務壽命而明顯衰化，因此其可視為有永久性。
在部分實施例中，輻射源係「立即開啟」，不需可觀的暖機時間且具高能量效率。本發明所使用之此立即開啟來源可提供安全性提昇。當使用紫外線或紅外線來源時，可視情況而在短時段內、且僅有在滿足所有安全性聯鎖條件時對這些來源供應能量。
根據本發明，不需要裝設及使用特別視窗、光纖、真空密封或任何其他的此類項目。既存的腔室真空密封在裝設或使用期間並不會被破壞，這允許了非常快速的裝設與服務，可在不改變基板製程或腔室下執行。
本發明包含一光譜能量源或複數個來源，這些來源在波長上係包含於從紅外線(~1500nm)至紫外線(~150nm)之範圍，視感測可靠度之需要。在部分實施例中將使用至少兩個不同波長，而在其他實施例中則可使用三個或更多之波長。在部分實施例中，個別的基板存在輻射發射器與偵測器裝置/能級偵測感測器(例如光學能量發射器與偵測器/感測器)係被使用且以實質不同的波長運作，以避免彼此干擾。
本發明的實施例提供了一自動或手動機制以於服務運作期間作為一自動校正序列的部分而控制光學能量源的強度。同樣地，本發明的實施例係提供一自動或手動機制以於服務運作期間作為一自動校正序列的部分而控制偵測裝置的增益與敏感度。
本發明係包含一光學偵測器或偵測器群組，其可偵測光學能量源所發出的波長或多個波長、及/或來自正偵測之晶圓的二次發射。此外，本發明係包含一光學偵測器或偵測器群組，其可於未存在一晶圓時偵測來自一機器人脕部的背景反射。實施例包含該等光學偵測器之固定件，設計為可視需要而輕易地重新配置。本發明係包含一光學路徑，該光學路徑將偵測器限制在一特定區域或範圍。此一路徑可含有透鏡、視窗、準直器、擴散器與其他裝置以增進此功能並幫助消除圖案形狀對正偵測之晶圓的影響。
實施例包含了在光學偵測器與主機設備之間的相接介面機制，以及可在製造中與在服務情況中執行及記錄裝置校正的一邏輯電路。邏輯電路係適用以基於校正(包括由在不同波長下運作之多個偵測器所感測之條件的組合)而產生關於正偵測之基板的決定。
邏輯電路也可用以確認基板是否存在於偵測裝置的視野中，包括未設有基板葉片面開口的例子以及晶圓夠暗(無反射性)而使正常偵測方式失效的例子。
本發明亦提供一固定件形狀，該形狀可避免從真空腔視視窗的第一與第二表面反射對返回的偵測光學訊號有不良影響。在部分實施例中，係設有用於自我校正之一光學整合參考標的表面、或用以幫助產生該校正之一標準化標的晶圓。也可設有一機械陣列裝置以容納及對準該等光學能量源，並用以將光學能量源的輸出引導至一收斂點，且也供一控制照明場區域之用。
在本發明的其他實施例中，係使用一個以上之光譜能量源的波長(多色集合來源)。可使用對正受偵測之半導體基板薄膜類型或用以偵測特定波長的偵測裝置其他以外之不同敏感度專用的或多個光學過濾器。注意過濾波長係可與所含之光學能量源相同或不同，因為在某些情況中會偵測到二次或偏移發射或其組合。在能量源中的多種光學波長係可在不同實施例中同時地、連續地、或選擇性地致動。
在其他實施例中，係使用由分光器、多股光纖、鏡體或類似裝置所產生的一同軸光源。同軸光源係替代收斂光源而存在、或是除了具有不同視野或波長之光源以外而存在。在部分實施例中，同軸光源係結合收斂光源而存在，且可獨立地、同時地或是結合使用以進行測量。
轉參第一圖現將為說明目的來描述本發明之一具體例示實施例，提供本發明之一基板偵測設備100的一例示實施例之分解立體圖。例示設備100包含一基部裝置102，該基部裝置102包含一非必須之上擴散器104、一擴散管105，且由一外管外殼106所圍繞。外管外殼106係耦接至一平板108，該平板108係支撐一感測器裝置110且由一屏蔽外殼112所圍繞。感測器裝置110係包含用於控制設備100之邏輯元件113。基部裝置102更包含一基部固定構件114，用以支撐一下擴散器116與一輻射源陣列118，以及耦接至一處理腔室的觀看口(將於下文中詳細說明)。如上所述，基部裝置102包含內擴散管105。內擴散管105支撐上支撐構件120，上支撐構件120係用以固持非必須之上擴散器104。一間隔件122(例如一O型環)係設置在下擴散器116周圍，以將下擴散器116定位在基部固定構件114內。
設備100係用以在一處理腔室的觀看口(未示)處輕易地裝附至該處理腔室(未示於第1圖，但可見於第8圖)(例如一移送室、一處理腔室等)。在裝附時，設備100係配置以通過觀看口而於處理工具中照明與掃描基板。光學基部裝置102的下部部分係成形以匹配於觀看口的一框架(未示)內，使得裝置102的底部環狀表面202(第2圖)係與觀看口的透明材料(例如石英視窗)齊平，且裝置102的外凸緣邊緣204(第2圖)係突出觀看口的框架，以促進裝附(例如，經由機械螺栓)。在部分實施例中，設備100的結構元件(例如外殼、基部平板等)係可由鋁或任何其他可實施的材料所形成。
如果存在的話，非必要之上擴散器104係由蛋白石玻璃所製成，蛋白石玻璃為半透明、但未能透過光能量。根據所使用的具體應用、強度及/或波長而定，非必須之上擴散器104，係可存在或不存在。在部分實施例中，一蛋白石玻璃薄層(例如約0.05至約0.3mm厚，且較佳為約0.1mm厚)係融合至一較厚的透明玻璃件(例如約6mm厚)，以形成該非必須之上擴散器104。該非必須之上擴散器104係水平配置且與一中心輻射路徑一致，該中心輻射路徑係從該處理工具的觀看口延伸向上、通過基部裝置102的中心、通過該非必須之上擴散器104、通過該基部平板108中的一孔徑(其包含一或多個光學過濾器)、而進入該感測器裝置110。
外管外殼106(與屏蔽外殼112一起)係用以屏蔽基部裝置102，並且避免周圍光進入感測器裝置110以及保護操作者免於對來自基部裝置102的輻射暴露。雖然外管外殼106係描述為一管件，但也可使用任何可實施的形狀。
感測器裝置110係配置在平板108上方並由平板108予以支撐。感測器裝置110係用以產生一訊號，該訊號代表響應於接收的輻射能量之一能量波長特定標的範圍的偵測，該接收的輻射能量是包含來自處理腔室的標的範圍。在部分實施例中，係可使用例如德州佳樂頓市的梅瑞堤儀器公司所商業販售之型號為PM100-V之偵測器裝置作為該感測器裝置110。在這類實施例中，感測器裝置110係具體體現為一可替換或可升級之模組化元件，該模組化元件係獨立於設備100的電路的剩餘部分。在其他實施例中，感測器裝置110係具體體現為設備100的一控制器之一整合元件。在部分實施例中，平板108也支撐在感測器裝置110與該非必須之上擴散氣104間的一孔中或與該孔相鄰之一光學帶通過濾器。也可使用額外或其他類型的過濾器(如上所述者)。
屏蔽外殼112覆蓋設備100的頂部，並且包圍感測器裝置110以及邏輯元件113與設備100的其他電路。與外管外殼106相同，屏蔽外殼112係用以避免周圍光進入感測器裝置110中，同時保護操作者免於對來自基部裝置102的光學能量暴露。
轉參第2圖，其描述設備100的一側視圖，該圖說明第1圖所示的各種元件是如何配合在一起。注意在第1圖與第2圖中都省略了鎖固件以求清晰。如上所述，設備100的下環狀表面202係用以與一處理腔室觀看口的視窗表面齊平。同樣如上所述，裝置102的外凸緣邊緣204係突出觀看口的框架以增進裝附。外凸緣邊緣204包含孔洞，以使該裝置可鎖固地、但可移除地裝附至該處理工具(例如經由螺栓)。
轉參第3圖，其描述了例示設備100的一截面圖。該截面是沿著第2圖中標示為3-3的線所截取。注意上述關於第1圖與第2圖的元件是使用與第1圖與第2圖相同的元件符號來加以標示。在第3圖中，基部裝置102與設備100的內部元件係描繪為在組合位置中。具體而言，下擴散器116係描繪為配置在內擴散管105內。此外，邏輯元件113(例如一可編程控制器)係描繪為在該感測器裝置110上。邏輯元件113係經由電路板線路而耦接至該光學感測器裝置110，並經由陣列118的纜線連接302而耦接至輻射源陣列118。
與非必須之上擴散器104(未示於第3圖)相同，下擴散器116係由蛋白石玻璃所製成。在部分實施例中，一蛋白石玻璃薄層(例如約0.05至約0.3mm厚，且較佳為約0.1mm厚)係融合至一較厚的透明玻璃件(例如約6mm厚)，以形成該下擴散器116。在部分實施例中，下擴散器116係配置為使得該蛋白石玻璃層位於下擴散器116的頂部表面，有效地進一步使擴散器116凹進至內擴散管105中。
內擴散管105係由鋁所形成，且包含塗佈有一無規紋理材料之一內表面，以使運行通過內擴散管105之輻射能量進一步散射且無規化。在部分實施例中，內擴散管105的內表面係經電鍍以形成一粗糙氧化物層。電鍍層的厚度係介於約20至40微英吋RMS之間，且較佳為約32微英吋RMS。
邏輯元件113係包含一處理器、邏輯電路及/或用以使用設備100來執行本發明之方法的硬體與軟體任何組合。舉例而言，邏輯電路113係包含用以響應於接收到代表應開始偵測(例如，預期有存在一基板時)之一訊號而啟動供應基部裝置102之程式碼，以照明在一處理工具中之一基板。在部分實施例中，邏輯電路113係包含用以使用基部裝置102以根據下述關於第13圖與第14圖之方法來偵測該處理腔室中基板之存在的程式碼。在部分實施例中，邏輯元件113係包含用以根據自感測器裝置110接收一或多個訊號(表示自該基板反射接收之特定波長的輻射能量之偵測)而對一主機系統或處理工具控制器發送一訊號(表示存在、或不存在一基板)之程式碼。在某些實施例中，邏輯元件113係包含用以校正設備100之程式碼，以控制輻射能量源的強度，及/或調整感測器裝置110中的感測器增益。邏輯元件113亦包含相接介面埠、記憶體、計時器、電源供應器、以及用以支援邏輯元件113之運作的其他元件。
轉參第4圖，提供了說明輻射源陣列118之一圖。所繪示之例示陣列118包含六個LEDs作為輻射源402使用。然而，可與基部固定構件114中對應數量的孔徑一起使用任何類型與數量的可實施之輻射源402。如上所述，可使用各種不同類型的來源以產生輻射能量，例如在從紅外線(約1500nm)至紫外線(約150nm)的光譜範圍中。
在如第5圖所示之本發明實施例中，輻射源陣列118更包含一發射器404與一感測器406，發射器404與感測器406可一起用以感測反射之輻射，該反射之輻射係(1)具有與輻射源402之輻射不同的波長，且(2)係專門被引導至用於在腔室內支撐一基板之一葉片的中心孔位置處。
除了纜線連接302以外，輻射源陣列118係更包含一連接器408，用以連接至邏輯元件113的一相接介面埠，藉以使設備的製造與服務更為簡易。
轉參第5圖，提供了一個更為詳細的基部裝置102之下部部分的分解立體圖。除提供一種機制以使設備100輕易地、可移除地、以及鎖固地耦接至一處理腔室觀看口以外，基部固定構件114係包含數個孔徑以支撐下擴散器116與輻射源陣列118的元件402、404、406。特別是，孔徑係包含LEDs或其他能量源所用之複數個概呈正交開口，以及一發射器/感測器組404、406所用之一對傾斜開口。第5圖描述下擴散器116、內擴散管105、輻射源402、發射器404、以及感測器406的相對位置，以及各如何配合至基部固定構件114內或上。在所示例子中，發射器404與感測器406係繪示為傾斜約22.5度，以使來自發射器404的光學能量反射離開一葉片上的基板，並且由感測器406接收。然而，也可使用其他的可實施角度。具體而言，發射器404與感測器406係較佳為傾斜以位於與腔室內一葉片所支撐的基板之表面上的一點交錯的線上。下文提供關於第10圖之進一步詳細說明。
第6圖與第7圖分別描述基板偵測設備100的前視圖與底視圖。注意設備100係相對於其所固定之一處理腔室之蓋罩而具有一低輪廓。所需之垂直尺度係大幅定義了內擴散管105的長度，且擴散量係隨著長度而增加，藉以改善設備100的訊雜比。關於第7圖，注意輻射源402配置於下擴散器116周圍之相對位置係可發射一重疊「視野」圓錐部的均勻場至基板上。同時注意用以與一處理腔室的觀看口視窗齊平之一平坦環形表面202。
轉參第8圖，其繪示了本發明一例示系統實施例的立體圖。兩個基板偵測設備100係繪示為耦接至一處理工具(例如一移送室)的一部分之蓋罩902。蓋罩902包含複數個觀看口904，各觀看口904包含一框架906及一透明視窗材料908。本發明之設備100係繪示為螺接至兩觀看口904的框架906，其中該平坦環形表面202(第7圖)係齊平於置於框架906內的透明視窗材料908。在所描述的型態中，會排除周圍光進入設備100中，除非是通過該透明視窗材料908。
轉參第9圖，其提供了說明在運作中之設備100的一射線軌跡之截面圖。第9圖的射線軌跡圖係描述了引導一第一波長之輻射至一腔室中，並且偵測該輻射是以高於或低於用以支撐一基板之一空葉片所將反射回去的輻射的能級而反射返回。相反的，第10圖的射線軌跡圖描述了將一第二波長之輻射引導至一腔室中，具體是在葉片中的一中心孔位置處。雖然這兩種方法是分別繪示在不同的圖中，但它們也可以同時平行地進行，以測試上述兩種條件來確認是否存在基板。
如第9圖所示，輻射係自輻射源402發出，且由基部固定構件114中的孔引導通過一腔室的觀看口904的透明視窗材料908。如射線910所指，輻射係反射離開一基板912(如果存在的話)，且/或被基板912(如果存在的話)吸收。從基板912反射之輻射係經由透明窗埠材料908而轉回至設備100，並在通過下擴散器116之後進入擴散管105。反射之輻射在通過非必須之上擴散器104之後由平板108所支撐的感測器裝置110的感測器914予以偵測。發射之輻射916中有部分是由觀看口904的透明視窗材料908所反射。
如第9圖所示，第10圖中所描述之方法係說明了設備100的一截面、以及從一發射器404所發出、通過透明視窗材料908、反射離開基板表面912、返回通過透明視窗材料908、並由一感測器406接收之輻射能量射線1002。如圖所示，當存在一基板時，輻射能量射線1002係反射離開基板表面912，而該基板即被偵測到。若不存在基板時，射線102就不反射回到感測器406，而設備100即可確認不存在基板。
注意，雖然不是用於確認基板存在的方法中的一項考量，但有部分射線1004係反射離開透明視窗材料908而朝向至下擴散器116。因此，在同時並行地使用第9圖與第10圖之方法時，較佳係使用不同的波長輻射。同時注意發射器404係傾斜以將輻射全部投擲於基板912上、在支撐基板912的葉片1008的中心孔1006上方的位置處。(注意設備100的截面是取於線10、11-10、11處、相對於第12圖中所描述的與基部固定構件114的中心處下方之中心孔1006對齊的葉片1008。)同樣的，感測器406係呈傾斜以偵測從基板912上、在支撐該基板912之葉片1008的中心孔1006上方之位置處所反射的輻射。
轉參第11圖，其提供一射線軌跡圖，說明在葉片1008上沒有基板912、且輻射1102因通過葉片1008中的中心孔1006且反射離開腔室地板1104而未朝向感測器406反射的結果。如上所述，第12圖描述了具有中心孔1006之葉片1008的一例示實施例。各種替代葉片形態也可用於本發明之設備100。
第13圖是一流程圖，該流程圖係根據本發明之部分構想而說明本發明之一例示方法1300的實施例。在步驟1302中，上述輻射源係發出至少兩種不同波長(「A」與「B」)之輻射。在步驟1304中，波長A之輻射係被引導通過一處理腔室的觀看口，該觀看口一般係位於腔室的內部。在步驟1306中，波長B之輻射係被引導通過該處理腔室的觀看口、而全部在一基板載具(例如一基板傳送機器人)的葉片中之一中心孔的位置處。在步驟1308中，該系統係嘗試偵測已由葉片、腔室內部、或葉片上之一基板所反射的任一波長之輻射。在步驟1310中，該系統根據步驟1308中所偵測到的反射輻射而確認在該葉片上是否存在一基板、以及一葉片是否存在於該視野中。
第14圖是一流程圖，其根據本發明之部分構想而說明第13圖之流程圖的步驟1310之一例示實施例。例示方法1310係開始於步驟1400。該方法包含兩組並行的子方法，這些子方法係由設備100的邏輯元件113同時或連續執行。第14圖所描述的方法1310係說明這兩組子方法之同時執行。從步驟1400開始，處理流程係進行至步驟1402與步驟1416。首先將說明朝步驟1402進行之流程。
在步驟1402中，設備100確認在步驟1308(第13圖)中所偵測到的波長A之輻射的反射量是否低於一空葉片所將反射之臨界輻射量。換言之，已知一空葉片所反射的輻射量係可於例如校正期間予以確認。若所偵測之波長A的輻射量低於此一已知範圍的下限，則該設備即可歸結出有一基板正在吸收輻射。在此情形中，流程係繼續至步驟1414，且該設備係指出存在一基板與葉片。否則，流程將繼續至步驟1404。
在步驟1404中，設備100係確認在步驟1308(第13圖)中所偵測的波長A之輻射反射量是否大於一空葉片所能反射的上臨界輻射量。如是，則流程繼續至步驟1414，且該設備係指出有一基板與葉片存在。否則，流程即繼續進行至步驟1406。
在步驟1406中，設備100係確認在步驟1308(第13圖)中所偵測的波長A之輻射反射量是否大於無葉片存在下之腔室周圍反射量的上臨界值。如是，則流程繼續至步驟1410，該設備係提供關於存在一葉片之一指示，然後流程再進行至步驟1412，該設備提供關於不存在一基板之指示。否則，流程係繼續至步驟1408中該設備係提供關於不存在一葉片之一指示；然後流程再進行至步驟1412，該設備提供關於不存在一基板之指示。此完成了第一組子方法。
現將說明從步驟1400至步驟1416之流程。在步驟1416中，設備100係確認在步驟1308(第13圖)中所偵測的波長B之輻射反射量(原本被引導於葉片的中心孔位置處)是否大於波長B之輻射的一周圍能級。如是，則流程繼續至步驟1414，該設備提供關於一基板與一葉片皆存在之一指示。否則，流程則繼續至步驟1406。
如上所述，在步驟1406中，設備100係確認在步驟1308(第13圖)中所偵測的波長A之輻射反射量是否大於在無葉片存在下之腔室周圍反射的一上臨界值。如是，流程係繼續至步驟1410，該設備係提供關於存在一葉片之指示；然後流程再進行至步驟1412，該設備提供關於不存在一基板之指示。否則，流程係繼續至步驟1408，該設備係提供關於不存在一葉片之一指示；然後流程再進行至步驟1412，該設備提供關於不存在一基板之指示。此完成了第二組子方法。
在部分實施例中，輻射或能量發射(例如從不同位置所發出者，如402陣列與從第10圖之404)係可具有相同波長。
在部分實施例中，可使用三重輻射源(例如三種不同波長)應用，其中一略小陣列402(包含較少的發射器，例如四個發射器)係可用於第二組三角測量發射器/感測器(例如，除第一組三角測量發射器/感測器404、406以外)。舉例而言，第二組三角測量發射器/感測器可替代發射器402的其中兩個位置。在部分實施例中，係使用六個發射器402，且一組額外的發射器/感測器係配置在與這六個發射器402相鄰之位置中。在這些形態中，基板偵測設備100係包含兩個三角測量感測器功能以及一個場(本體)感測器功能。在這些實施例中，可使用三種不同波長來避免各感測器之間的干擾。
第15圖與第16圖描述之實施例係說明了有兩個不同輻射束收斂於葉片1008的中心孔1006上之應用。仍使用剩餘的LED位置來進行本體(bulk)吸收感測。可加入其他位置，且用於收斂功能之位置係可傾斜、群組在一起、或是為適配而進行修飾。
使用三種不同波長，使得兩個收斂(反射率)感測器並不彼此干擾、也不干擾本體(吸收)感測器。不同的波長係可被最佳化，以感測比兩個波長所能可靠地感測者更寬範圍的基板「顏色」與光學特性。
轉參第15圖，該圖繪示了基部固定構件114A的一第一實施例，該基部固定構件114A包含了瞄準葉片1008中孔1006的位置的兩個三角測量之發射器/感測器組之孔。兩不同光束1502A、1502B係繪示為從基部固定構件114A邊緣而以適當的正交位置而發出及終止。
轉參第16圖，該圖繪示了基部固定構件114B的一第二實施例，該基部固定構件114B包含了瞄準葉片1008中孔1006的位置的兩個三角測量之發射器/感測器組之孔。兩不同光束1602A、1602B係繪示為具有之路徑係大致平行、但瞄準中心葉片孔1006的不同部分處。
在第15圖與第16圖所示的兩個實施例中，基部固定構件114A的中心開口係保持開放以供自本體場發射器之反射光通行。
一另一實施例(未示)係包含三個不同的光束發射器/感測器組，其皆收斂於配置在基部固定構件114的中心開口內之感測器上方。在此一實施例中，並未提供其他實施例的本體場感測功能。
在其他的發射器/感測器組的三角測量點係瞄準葉片1008的孔1006的位置處，該另一發射器/感測器組可提供一預備基板覆蓋孔感測功能。因為該另一發射器/感測器組係可為以不同於其他之波長的發射與感測性而加以選擇，因此基板的偵測係更為可靠。已經觀察到在處理前後之基板的反射率極端變化不僅改變反射率，同時也使基板的光譜吸收與反射偏移。舉例而言，根據觀察到的基板是在哪一處理階段而定，基板可從水般透明轉為綠光至深藍或黑色。
在部分實施例中，該另一發射器/感測器組係用以在機器人腕部處傾斜地三角測量，當垂直向下看時，通常是無法從觀看口904看見該機器人腕部。在這類實施例中，內部稜鏡或鏡體(例如固定在腔室內)係用以產生此一光學路徑。此類實施例可提供用以一葉片偵測功能，該葉片偵測功能係用以僅在實際存在一葉片時才開啟其他發射器。這將大量延長其他發射器的可用壽命。
第17A圖至第19B圖描繪可用以感測該機器人腕部的側部觀看式光學元件的三個實施例。注意在第17B圖與第18B圖的實施例中，發射器404A、404B係以比整個圖面之截面切截線更深的截線來繪示。在許多應用中，不需要為可靠偵測而修改葉片腕部。然而，藉由在葉片1008與腕部會合點處設置一倒角邊緣，即可進一步提升偵測可靠度。特別是，當該倒角邊緣具有大致垂直於射線路徑之一角度，在葉片存在時即可反射更多輻射，且可更進一步增進偵測可靠度。
在本文所述之各實施例中，係有意使阻擋基部固定構件114的中心開口的量達最小。此外，本發明係被設想與設計為不需要對腔室的內部進行修改(此舉係實際上需要打開蓋體並進行如鑽孔等之修改)，即可避免此舉會導致的碎屑與洩漏可能。此外，以具有內部固定孔的方式來取代整個蓋罩可能不具成本效益。
參閱第17B圖，在部分實施例中，稜鏡或鏡體的固定件係可由包含置於觀看視窗908與腔室蓋罩902之間的一固定支撐環件來完成。陣列的對準係可藉由與視窗夾環固定表面上之特徵對應的對準標記來完成。然而，因為在葉片腕部上之標的表面本身是曲面，因此該對準並不嚴格。
第17A圖與第17B圖(分別為立體圖與截面圖)描述了一種第一側部觀看之實施例，其中該觀看口視窗908是藉由將成形的透明導管1702接合或融合至視窗908的下表面而加以修改。這或許可藉由將一管件融合至視窗908的一表面上、並使該管件具有一封閉端部截面而完成。這允許一光纖光學探針(例如連接至一分光計)可安全良好地延伸至處理區域中，有時甚至多達兩英吋以上。
此方法之優點包含可達到一更斜的觀看點，因為導管可盡可能向下延伸地更遠，使所有的機器人動作都安全撤離。此外，一項優勢是此方法避免了腔室真空密封的任何可能破壞，因為標準視窗可被簡單替換。此外，導管1702的形狀可被修改，以達到任何需要的觀看角度。在部分實施例中，係根據導管材料與真空之間的關鍵角而於傾斜表面上塗佈一反射性物質。垂直表面之平板係為光學路徑提供了清楚的觀看視窗，且其係傾斜而與射線路徑垂直。發射器與偵測器係安全地離開真空而固定至基部固定構件114，且因此在一標準平坦視窗配件上並無真空洩漏之其他路徑。
在第17B圖中雖僅繪示了發射射線軌跡，然應清楚的是反射射線軌跡係可沿著相同路徑而運行，或可藉由調整導管1702之尖端部切面的旋轉角而於一特定點(如在第17A圖中)上被三角測量。在第17A圖與第17B圖所示之實施例中，發射器404A與偵測器是分開的且也可視需要而配備有狹窄孔徑，以有效率地限制在導管1702之尖端部處之稜鏡鏡體所通過的觀看區域。在第17A圖中所示之發射器與偵測器的分離係可更精確地拒絕不在葉片/機器人上標的點處之表面反射，且也可因降低串擾而提高訊雜比。在部分替代實施例中，發射器與偵測器也可通過一單一導管而同軸固定。
轉參第18A圖與第18B圖，所示之實施例與第17A圖與第17B圖之實施例大致相同，除了導管1802係更易於製造以外。成形的稜鏡或鏡體係接合至透明導管1802的端部，導管1802本身係已製造為、或接合至觀看視窗908。適合且可實施的透明光學元件接合劑則是該領域中所習知者。
第18A圖與第18B圖之實施例更優於第17A圖與第17B圖之實施例的優勢係包含數個特徵。在第18A圖與第18B圖的實施例中之稜鏡或鏡體係於製造時即精確地置放，而不需要磨製或成形導管墊座。此外，相較於第17A圖與第17B圖之實施例，稜鏡或鏡體表面上的角度係可為所需光束路徑而更輕易地最佳化。此外，第18A圖與第18B圖的實施例之製造成本係實質低於第17A圖與第17B圖之實施例的製造成本。
第19A圖與第19B圖之實施例是第17A圖與第17B圖以及第18A圖與第18B圖所示實施例的一種變化例。此實施例不具有導管，而是具有接合至觀看視窗908、或製造為觀看視窗908的一部分之稜鏡1902或鏡體。此一實施例的一項優勢在於可利用一標準觀看視窗(例如一雙邊平坦視窗)來製造此裝置，且僅有稜鏡1902或鏡體需要針對光束路徑而配置或客製化。
如同在前述實施例中，稜鏡1902或鏡體係製造為具有充分高度，以使觀看點自所示位置降低。這具有效果或減少了自腔室蓋罩902中圓形孔側部處之周圍反射。
同樣如在前述實施例中，發射器與偵測器係可分離或可為共軸。在第19B圖所示實施例中，發射器404A係繪示為固定成與垂直間呈一小角度。這可最佳化進入稜鏡1902之射線路徑，同時盡可能不阻擋感測器基部固定構件114E中的主要中心光學口。在部分實施例中，稜鏡1902或鏡體係製造為觀看窗的一整合部件。在此一實施例中，可藉由孔限制發射器與偵測器來進行更可靠的感測，以限制自腔室蓋罩902中圓形孔側部處之反射。
本發明之實施例教示係已以描述方式加以說明。應瞭解所使用之專業術語係僅為描述用語性質，而非限制性質。鑑於上述教示，可進行實施例的諸多修飾與變化。因此，在如附申請專利範圍的範疇內，係可以不同於具體說明的方式來實施實施例。
100‧‧‧基板偵測設備
102‧‧‧基部裝置
104‧‧‧上擴散器
105‧‧‧擴散管
106‧‧‧外管外殼
108‧‧‧平板
110‧‧‧感測器裝置
112‧‧‧屏蔽外殼
113‧‧‧邏輯元件
114‧‧‧基部固定構件
114A‧‧‧基部固定構件
114B‧‧‧基部固定構件
114E‧‧‧基部固定構件
116‧‧‧下擴散管
118‧‧‧輻射源陣列
120‧‧‧上支撐構件
122‧‧‧間隔件
202‧‧‧環狀表面
204‧‧‧外凸緣邊緣
302‧‧‧纜線連接
402‧‧‧輻射源/發射器
404‧‧‧發射器
404A‧‧‧發射器
404B‧‧‧發射器
404C‧‧‧發射器
406‧‧‧感測器
408‧‧‧連接器
902‧‧‧蓋罩
904‧‧‧觀看口
906‧‧‧框架
908‧‧‧透明視窗材料
910‧‧‧射線
912‧‧‧基板
914‧‧‧感測器
916‧‧‧輻射
1002‧‧‧射線
1004‧‧‧射線
1006‧‧‧中心孔
1008‧‧‧葉片
1102‧‧‧輻射
1104‧‧‧腔室地板
1502A‧‧‧光束
1502B‧‧‧光束
1602A‧‧‧光束
1602B‧‧‧光束
1702‧‧‧導管
1802‧‧‧導管
1902‧‧‧稜鏡
具通常技藝之人將瞭解下述圖式係僅為說明之用。圖式並不用於將本發明之範疇限制為任何方式。
第1圖說明本發明一例示設備實施例之分解立體圖。
第2圖說明第1圖之例示設備實施例的側部圖。
第3圖說明第2圖之例示設備實施例沿著線3-3所示之截面圖。
第4圖說明第1圖之構件的例示實施例之細部圖。
第5圖說明第1圖之例示設備實施例的一部分的分解細部立體圖。
第6圖說明本發明之例示設備實施例的一前部立體圖。
第7圖說明本發明之例示設備實施例的一底部立體圖。
第8圖說明本發明之一例示系統實施例的立體圖。
第9圖說明本發明之設備的一例示實施例，該設備係在操作中執行本發明之一第一方法。
第10圖說明本發明之設備的一例示實施例，該設備係在操作中執行本發明之一第二方法。
第11圖說明本發明之設備的一例示實施例，該設備係在操作中執行本發明之一第三方法。
第12圖說明用於在一電子裝置處理腔室中支撐一基板之一葉片。
第13圖是一流程圖，該流程圖係根據本發明之部分構想而說明本發明之一例示方法實施例。
第14圖是一流程圖，該流程圖係根據本發明之部分構想而說明第13圖之流程圖中的一部分的例示實施例之細節。
第15圖與第16圖是部分立體圖，說明使用三種輻射波長進行根據本發明某些構想之感測的替代實施例。
第17A圖至第19B圖分別為三組部分立體圖與截面圖，說明根據本發明某些構想而使用一側部觀看之光學元件以感測一機器人腕部的三個替代實施例。
100‧‧‧基板偵測設備
116‧‧‧下擴散管
404‧‧‧發射器
406‧‧‧感測器
908‧‧‧透明視窗材料
912‧‧‧基板
1002‧‧‧射線
1004‧‧‧射線
1006‧‧‧中心孔
1008‧‧‧葉片

权利要求:
Claims (20)
[1] 一種用於在一腔室中感測一基板的方法，包含：發出至少兩種不同波長之輻射；引導所發出的一第一波長之輻射在一腔室的內部處通過該腔室的一觀看口；引導所發出的一第二波長之輻射在一基板載具的一葉片之一孔的位置處通過該腔室的該觀看口；偵測由該葉片、該腔室的內部、或在該葉片上之一基板反射的任何所發出之輻射；以及根據偵測到的反射之輻射確定一基板是否存在該葉片上。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中確定一基板是否存在係包含確定所偵測到之反射的該第一波長之輻射量是否小於由一空葉片所反射之一較低臨界輻射量。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中確定一基板是否存在係包含確定所偵測到之反射的該第一波長之輻射量是否大於由一空葉片所反射之一較高臨界輻射量。
[4] 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中確定一基板是否存在係包含確定所偵測到之反射的該第二波長之輻射量是否大於該第二波長之輻射的一環境水平。
[5] 如申請專利範圍第4項所述之方法，更包含提供關於一基板與一葉片是否存在之一指示。
[6] 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中確定所偵測到之反射的該第二波長之輻射量是否大於該第二波長之輻射的一環境水平係與確定所偵測到之反射的該第一波長之輻射量是否小於由一空葉片所反射之一較低臨界輻射量或大於由一空葉片所反射之一較高臨界輻射量平行執行。
[7] 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含根據所偵測之反射的輻射而確定一葉片是否存在於一感測器的視野中。
[8] 一種用於在一腔室中感測一基板之設備，包含：複數個發射器，用於發出至少兩種不同波長之輻射；一構件，用於引導所發出的一第一波長之輻射在一腔室的內部處通過該腔室的一觀看口；該構件中的一或多個縫隙，用於引導所發出的一第二波長之輻射在一基板載具的一葉片之一孔的位置處通過該腔室的該觀看口；一或多個感測器，用於偵測由該葉片、該腔室的內部、或在該葉片上之一基板反射的任何所發出之輻射；以及邏輯元件，耦接至該等感測器且用於根據偵測到的反射之輻射來確定一基板是否存在該葉片上。
[9] 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中用以確定是否存在一基板之該邏輯元件係包含用以確定所偵測到之反射的該第一波長之輻射量是否小於由一空葉片所反射之一較低臨界輻射量之邏輯元件。
[10] 如申請專利範圍第9項所述之設備，其中用以確定是否存在一基板之該邏輯元件係包含用以確定所偵測到之反射的該第一波長之輻射量是否大於由一空葉片所反射之一較高臨界輻射量之邏輯元件。
[11] 如申請專利範圍第10項所述之設備，其中用以確定一基板是否存在之該邏輯元件係包含用以確定所偵測到之反射的該第二波長之輻射量是否大於該第二波長之輻射的一環境水平。
[12] 如申請專利範圍第11項所述之設備，更包含用以產生一訊號之邏輯元件，該訊號係指示一基板與一葉片是否存在。
[13] 如申請專利範圍第11項所述之設備，其中用以確定所偵測到之反射的該第二波長之輻射量是否大於該第二波長之輻射的一環境水平之該邏輯元件係用以與用以確定所偵測到之反射的該第一波長之輻射量是否小於由一空葉片所反射之一較低臨界輻射量或大於由一空葉片所反射之一較高臨界輻射量之該邏輯元件平行運作。
[14] 如申請專利範圍第8項所述之設備，更包含用以根據所偵測之反射的輻射而確定一葉片是否存在於一感測器的視野中之邏輯元件。
[15] 一種用於在一電子裝置處理工具中感測一基板之設備，包含：一固定構件，用以使該設備耦接至該電子裝置處理工具的一觀看口；一第一波長之輻射源，設置在該固定構件內且用以照射該電子裝置處理工具的內部；一第二波長之輻射源，設置在該固定構件內且被引導以照射在該電子裝置處理工具中一基板載具的一葉片中之一孔的位置；一或多個感測器，配置以接收從該基板、該葉片、與該電子裝置處理工具的內部所反射之輻射；以及邏輯元件，耦接至該感測器且用以根據所接收之反射的輻射而確定一基板是否存在該葉片上。
[16] 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該固定構件包含一縫隙，該縫隙係配置以支撐該輻射源，使得僅有從該基板、該葉片、以及該電子裝置處理工具的內部反射之輻射可抵達該等感測器。
[17] 如申請專利範圍第15項所述之設備，更包含一外殼，該外殼係耦接至該固定構件且用以排除不是從該基板、該葉片與該電子裝置處理工具的內部所反射的輻射抵達該等感測器。
[18] 如申請專利範圍第17項所述之設備，更包含耦接至該外殼的複數個擴散器。
[19] 如申請專利範圍第18項所述之設備，其中該複數個擴散器包含配置在一擴散管之任一端部處的一擴散器，該擴散管係配置在該外殼內。
[20] 如申請專利範圍第15項所述之設備，更包含耦接至該固定構件之一擴散器。

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法律状态:

优先权:

申请号 | 申请日 | 专利标题

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