用于动态对准束校准的系统和方法

专利名称：用于动态对准束校准的系统和方法
用于动态对准束校准的系统和方法
背景技术：
在半导体基片(例如，晶片)的处理中，往往采用等离子。在等离子处理，使用等 离子处理系统处理晶片，其通常包括多个处理模块。基片(例如，晶片)在等离子处理过程 中设在处理模块的卡盘上。为了将晶片移进移出该处理模块，通常将晶片设在末端执行器上并传送到卡盘 上。末端执行器是用于在晶片传送过程中支撑该片的结构部件。末端执行器通常设在机械 臂上。图1示出代表性的现有技术末端执行器102，用以在晶片传送过程中支撑晶片104。 为了说明目的，还示出机械臂106的一部分。大体而言，在晶片传送顺序期间，机械臂首先移动末端执行器以从晶片存储盒或 台拿起该晶片。一旦将晶片设在末端执行器上，机械臂然后会移动该晶片穿过该处理模 块中的门进入该等离子处理模块，该机械臂然后将该末端执行器和该晶片定位在该卡盘上 方，并将该晶片放在该卡盘上用以等离子处理。为了确保正确地处理晶片(由此确保可控的和可重复的工艺结果)，晶片需要在 等离子处理过程中设在卡盘中心。如果末端执行器正确地相对卡盘定心以及晶片正确地相 对末端执行器定心，那么当机械臂将晶片放在卡盘上，晶片将正确地相对卡盘定心。然而， 由于许多原因，其中一些将在下面讨论，这个理想情况很少出现。由于处理室的各个不同部件之间的机加工和/或制造公差，在给定的处理模块 中，末端执行器限定的中心(这里称作该“末端执行器中心”或该“末端执行器限定的中 心”)有可能相对该卡盘的中心稍微偏移。结果，末端执行器限定的中心有可能在机械臂 位置上不正确地与卡盘的中心对准，机器控制器认为该位置为正确的晶片设置位置。如 果这个末端执行器/卡盘的不对准没有在生产过程中弥补，则在晶片处理期间，晶片会不 精确地相对卡盘中心设置。同时待决的专利申请中，主题为“SYSTEMSAND METHODS FOR CALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN PLASMA PROCESSING SYSTEM”，代理档案号 LMRX-P143/P1747，由本申请的发明人在同一日期递交，并通过引用结合在这里，提出了解 决这个末端执行器/卡盘不对准的技术。在下面的讨论部分A中回顾关于前面提到的专 利申请“SYSTEMS AND METHODS FOR CALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN PLASMA PROCESSING SYSTEM”中讨论的技术的细节。然而，即使末端执行器中心与卡盘中心正确对准(或可实现正确对准的效果)，但 是还有另一潜在的误差源可导致生产过程中晶片/卡盘不对准。也就是，不同的生产晶片 有差别地设在该末端执行器上。如果末端执行器中心没有正确地或一致地与该晶片的中心 对准，则在生产过程中仍然会出现晶片/卡盘不对准。这种情况下，尽管末端执行器中心与 卡盘中心正确对准，但是当末端执行器将晶片设在卡盘上用以处理时，晶片/末端执行器 不对准将会导致晶片相对卡盘偏移。与末端执行器/卡盘不对准问题不同，其对于给定的处理模块中所有晶片往往是 恒定的误差，因为对准误差来源与室部件公差和机器校准问题，晶片/末端执行器不对准 会随着生产晶片变化。也就是说，每个生产晶片可有差别地设在末端执行器上，导致该不对准中的差异。因而，解决这种末端执行器/晶片不对准的方案需要动态的方法，即，一种在 生产过程中可以调节每个单独的生产晶片相对末端执行器误差的方法。现有技术中，该末端执行器/晶片不对准使用动态对准束方法来解决。动态对准 (DA)束检测系统通常采用两个位于等离子处理模块门入口的束(即激光束)。随着晶片移 动通过DA束(该束与该晶片平移平面正交)，该DA束在晶片进入该束时被中断，然后在该 晶片不再出现时恢复。这个束信号中断_然后-恢复样式生成生产DA束样式。在该动态对准束方法中，必须获得基准DA束样式，S卩，在晶片正确地在该末端执 行器上定心的情况下移动通过该DA束所获得的DA束样式。通过对比该生产DA束样式(即， 生产晶片获得的束样式)与该基准DA束样式，可获得误差向量。该机器控制器然后将机械 臂移动所需的距离以修整在生产过程中的该末端执行器/晶片不对准。关于动态对准束的 更多信息可在，例如，公告的美国专利No. 6，502，054和6，629，053中找到，通过引用结合在 这里。获得基准DA束样式的过程这里称作DA束校准。为了校准该DA束，那么就需要取 得或者获得DA束校准组件，其包括正确在该末端执行器上定心的晶片，以及移动DA束校准 组件通过该DA束，从而取得基准DA束样式。现有技术中，使用制造的碟片(其模拟晶片)获取该DA束校准组件。该碟片具有 向下突出的法兰，其安装在该末端执行器的槽口上(如图1中末端执行器102的槽口 110)。 一旦该碟片安装在该末端执行器的槽口，这个组合模拟正确定心的晶片相对末端执行器。 模拟的晶片/末端执行器的组合然后由该机械臂以直线轨迹路径移动到该处理模块中、朝 向该卡盘、穿过该DA束，以便获得基准DA束样式。然而，为了获取基准DA束样式的目的使用晶片模拟碟片来建立校准组件的现有 技术有一些缺陷。首先，将实体的机械固定装置(如模拟晶片的碟片)贴在该卡盘上有可能 损伤该卡盘。另外，如果这个校准在该处理模块中已经执行一些等离子循环之后实地进行， 则将实体或机械校准固定装置贴附于该卡盘会导致在该卡盘上或附近沉积颗粒，从而会剥 落掉进处理室。在随后的处理循环中，这种颗粒形成颗粒污染物，这是不希望出现的。另外，因为校准是在大气压下进行的，所以现有的校准技术不能有效地复制制造 过程中存在的条件。这是因为制造过程中，处理模块的部件设在真空下，使得一个或多个部 件由于真空环境和周围大气的压差而出现偏移。由于该校准条件没有如实地复制该制造条 件，所以不可能进行准确的校准。如果该校准工艺室是不准确的，在生产过程中会出现不准 确的晶片设置，导致成品率降低，以及所制造的产品的报废和/或故障率增加。

发明内容
在一个实施方式中，本发明涉及在等离子处理系统中执行DA(动态对准)束校准 的方法。该方法包括获得位置差，该位置差通过光学成像方法取得。该光学成像方法包括 将该晶片设在该末端执行器上，获得该晶片在该末端执行器上的静止图像，处理该静止图 像以确定该晶片的中心和由该末端执行器限定的末端执行器限定中心，和确定该该晶片的 中心和由该末端执行器限定的末端执行器限定中心之间的位置差。该方法还包括通过利用 机器移动补偿来补偿该晶片和该末端执行器之间的位置差以将晶片相对末端执行器定心。 该方法包括移动该晶片和该末端执行器通过与等离子处理模块关联的DA束。该方法还包括通过记录DA束的中断-然后-恢复样式获得基准DA束样式。该中断-然后-恢复样式 随着该晶片和该末端执行器移动通过该DA束而出现。上述概要只涉及这里所公开的本发明许多实施方式的一个并且不是为了限制本 发明的范围，这里在权利要求中阐述该范围。本发明的这些和其他特征在下面对本发明的 详细说明中结合附图更详细的描述。


在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，其中类似的参考标号指出相 似的元件，其中图1示出用于在晶片传送过程中支撑晶片的典型现有技术末端执行器。图2示出，按照本发明的实施方式，等离子处理系统的示意表示，说明光学晶片定 心系统至少一部分的俯视图，用以能够创建或模拟用于DA束校准目的的正确定心的晶片/ 末端执行器组件。图3示出，按照本发明的实施方式，使用光学晶片定心技术创建或模拟将晶片相 对该末端执行器限定中心定心以便于DA束校准的步骤的说明性流程图。讨论A的图Al示出代表性的用于在晶片传输过程中支撑晶片的现有末端执行器。讨论A的图A2示出，按照本发明的实施方式，等离子处理系统的示意性表示，说明 用于原位校准该末端执行器的原位光学末端执行器校准系统至少一部分的俯视图。讨论A的图A3示出，按照本发明的实施方式，该原位光学末端执行器校准方法的 说明性流程图。
具体实施例方式现在将根据其如在附图中说明的几个实施方式来具体描述本发明。在下面的描述 中，阐述许多具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发 明可不利用这些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或 结构没有说明，以避免不必要的混淆本发明。这里描述了各种实施方式，包括方法和技术。应当记住，本发明还覆盖包括计算机 可读介质的制造品，在该介质上存储有用于实施该创新性技术的实施方式的计算机可读指 令。该计算机可读介质可包括，例如，半导体、光磁、光学或其他形式的用于存储计算机可读 代码的计算机可读介质。进而，本发明还覆盖执行本发明的设备或系统。这种设备包括专 用和/或可编程电路以执行与本发明实施方式有关的操作。这种设备的示例包括适当编程 的通用目的计算机和/或专用计算装置，并且包括计算机/计算装置和适于与本发明实施 方式有关的各种操作的专用/可编程电路的组合。本发明的实施方式涉及为了校准DA (动态对准)束的目的建立DA束校准组件的 方法和设备。在一个实施方式中，DA束校准组件的(该校准晶片相对该末端执行器的)晶 片定心要求通过使用机械臂移动以补偿校准晶片在该末端执行器上的不正确定位来模拟。 光学晶片定心方法用来确定机械臂补偿该不正确末端执行器/晶片对准需要的修正量。通 过使用机械臂移动来补偿该不正确的末端执行器/晶片对准，在末端执行器上正确定位的 晶片的效果通过模拟来实现。
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一旦机械臂移动必须的量以补偿不正确的末端执行器/晶片对准(使用前面提到 的光学晶片定心方法获得的补偿数据)，所得到的DA束校准组件可移动通过DA束以获得所 需的基准DA束样式。有利地，本发明的实施方式实现了 DA束校准，而不需要机械固定装置 (例如，模拟晶片的碟片)，或存在与该现有DA束校准方法相关的缺陷。本发明的一个或多个实施方式中，光学晶片定心技术用来确定校准晶片(即，用 于DA束校准的晶片)相对末端执行器限定中心的位置。注意校准晶片可代表任何基本与 用于生产的晶片类似的晶片或晶片坯料。这个光学晶片定心工艺产生能够使机器控制器将 机械臂移动所需量的数据，以调节校准晶片中心和末端执行器中心之间的任何偏移。本发明的一个或多个实施方式中，当校准晶片设在末端执行器上时，至少获取该 校准晶片至少一部分和该末端执行器至少一部分的静止图像。该末端执行器提供有一个或 多个视觉标识，其使得处理单元能够从获取的该静止图像确定该末端执行器限定中心。本 发明的一个或多个实施方式中，该末端执行器提供有划线(或任何形成圆弧的基准标记)。 该划线设在该末端执行器上，从而即使晶片设在该末端执行器上也可获取该划线的静止图 像。在一个实施方式中，该末端执行器上的该划线构造为一段圆弧，其中心与该末端执行器 限定中心一致。通过确定该圆弧和该划线所在圆的中心，可确定该末端执行器限定中心。该晶片类似地具有一个或多个视觉特征(如该晶片边缘通常圆的外形)以使该处 理单元能确定该晶片的中心。在具有该末端执行器的情况下，为该校准晶片可选地或额外 地提供一个或多个视觉标识以允许该处理单元更有效地确定该晶片的中心。然而，在优选 实施方式中，该晶片的外缘本身构成这样的所需视觉标识。一旦该晶片中心和该末端执行 器中心由该处理单元确定，计算这两个中心之间的偏移(即，“ Δ ”)。一般而言，有至少两种技术来修正晶片/末端执行器不对准。第一种技术是物理 修正。物理修正通过将末端执行器和晶片移动至固定台来完成。晶片然后设在固定台上， 然后机械臂将末端执行器移动距离“ △ ”以修正光学晶片定心方法发现的偏移。末端执行 器然后再次拾取晶片用于光学分析。实际上，执行将晶片在末端执行器上实体重定位。该 过程可反复执行直到发现该晶片已经令人满意地在该末端执行器上定心。第二种修正晶片/末端执行器不对准的技术是将机械臂移动基于光学晶片定心 过程确定的数据的误差修正矢量，其有效移动末端执行器和晶片组件。这个朝向DA束的移 动模拟校准晶片出现的、使该校准晶片正确在该末端执行器上定心的晶片位置。在这种修 正之后，该末端执行器/晶片组件可移动通过该DA束(优选地以直线)，以获得所需基准 DA束。参照下面的附图和讨论可以更好地理解本发明的特征和优点。图2示出，按照本发明的实施方式，等离子处理系统220的示意表示，说明光学晶 片定心系统至少一部分的俯视图，用以能够创建或模拟用于DA束校准目的的正确定心的 晶片/末端执行器组件。如图2中所见，该光学晶片定心系统包括末端执行器202，其上具 有划线标记204。图2的例子中，该划线标记204是表示圆的一部分的弧线，其中心与该末 端执行器限定中心一致。图2还示出晶片206，表示待用来建立该基准DA束样式的校准晶片。该光学晶片 定心系统构造为使用光学方法确定该晶片的中心和该末端执行器限定中心，以为执行实际 的该晶片在该末端执行器上的定心，或为了 DA束校准目的而模拟该末端执行器上正确定位的晶片。光学晶片定心期间，图像捕获装置250 (例如，设在末端执行器202和晶片206上 方的摄像机)可至少获取末端执行器202的静止图像，包括划线标记204，以及晶片206的 静止图像。注意如果摄像机和/或透镜装置从上面获取该静止图像，那么一部分末端执行 器202可隐藏在晶片206下面。不论怎样，重要的是在该静止图像中捕获一些或全部划线 标记204。处理单元224 (例如，包含在逻辑模块208中)能够重新构建晶片206的圆形边缘 形成的圆，以及确定该圆的中心(其表示该晶片206的中心210)。类似地，处理单元224(例 如，包含在逻辑模块208中)能够重新构建划线204所在的圆，以及确定该圆的中心。这个 圆在图2中用虚线圆212表示。图2还示出末端执行器中心214，表示由前面提到的处理单元确定的末端执行器 限定的中心202。然后生成Δ 216 (即计算出的晶片中心210与末端执行器中心214的差)。 这个Δ216，表示该机械臂采用的、将该校准晶片从其当前位置(相对相对该末端执行器不 正确定心)移向正确定心的校准晶片将占据的位置的修正因数。换句话说，一旦这个修正由机械臂进行，则设在该末端执行器上的晶片将以与在 该末端执行器上正确定心所显示出的方式相同的方式显示于该DA束。通过记录该DA束的 中断-然后-恢复样式，可获得基准DA束样式。如所讨论的，这个基准DA束样式可在生产 过程中用于比较该生产DA束样式(即，利用生产晶片获得的DA束样式)以确定在生产过 程中生产晶片需要的机械臂修正量。或者，如之前所讨论的，该机械臂可将该校准晶片移至固定台或夹头。一旦该校准 晶片设在该固定台或夹头上，该机械臂可将该末端执行器移动该位置修正向量(在该光学 晶片定心工艺过程中获得的)以将该末端执行器相对该校准晶片重新定位。成像、分析偏 移和将该晶片在该末端执行器上重定位的过程可重复执行直到该晶片令人满意地在该末 端执行器上定心。所得到的校准固定装置(即，该末端执行器上正确定位的晶片)然后用 来以之前讨论的方式获得该基准DA束样式。在一个实施方式中，该光学晶片定心系统可原位执行(例如，使用可获得静止图 像的摄像机和/或透镜系统，而该晶片和该末端执行器设在该处理模块内)。在相同或可选 的实施方式中，该处理模块设在基本上接近该生产条件的条件下。尽管不是绝对必要，原位 光学晶片定心和/或原位DA束校准有利地允许在基本上类似该生产条件的条件下执行定 心和/或校准，由此减少与定心有关的误差和/或与校准有关的误差。一旦原位获得该静止图像，包括该校准晶片和该末端执行器的组件从该处理模块 去除。然后进行任何希望的修正以解决该末端执行器/晶片不对准。在该修正进行后，将 包括该校准晶片和该末端执行器的组件再次穿过该DA束引入该处理模块，以产生所需的 基准DA束样式。另一实施方式中，该光学晶片定心技术可在该处理模块外面执行。一旦获得静止 图像，进行分析和任何必要的修正，将包括该校准晶片和该末端执行器的校准组件再次通 过该DA束引入该处理模块，以产生所需的DA束样式。图3示出，按照本发明的实施方式，使用光学晶片定心技术创建或模拟将晶片相 对该末端执行器限定中心定心以便于DA束校准的步骤的说明性流程图。该方法可通过例如采用一个或多个参照图2的示例讨论的部件来执行。在步骤302，晶片设在该末端执行器 上从而获取静止图像，其包括该末端执行器的一个或多个视觉标识和该晶片的一个或多个 视觉标识。在步骤304，以结合图2讨论的方式获取该末端执行器、该末端执行器的一个或多 个视觉标识和该晶片的静止图像。在步骤306，着手进行图像处理以确定该末端执行器的该一个或多个视觉标识 (例如，该前面提到的划线)，以及确定该晶片的外缘形成的圆。在一个实施方式中，分析该 静止图像用以对比。为了协助处理单元，该摄像机和/或透镜可这样构造，为确定反差优化 光频率、照明条件、光圈、焦距、视场等，并允许该处理单元获得提供数据以确定该末端执行 器中心和该晶片中心的视觉标识。本领域技术人员从前面所述容易认识到可对这些参数和 条件以及其他与图像相关的参数进行控制以提高图像的反差和/或致使图像处理更准确。在一个实施方式中，步骤308包含沿该静止图像中的反差像素生成多个数据点以 及执行曲线拟合以重新建立所需的圆。这种图像处理技术和曲线拟合技术是精通本领域其 他技术的人员所公知的，并且可使用许多通用的、非特别设计的处理单元包来进行(例如 与CV-3002系列控制器CV-H3N —起使用的Keyence通信软件，可从Keyence Corporation Woodcliff Lake, NJ 公司获得)。在步骤310，根据由该处理单元从该末端执行器视觉标识(例如，该划线)建立的 圆确定该末端执行器限定中心。在步骤312，根据由该处理单元从该晶片视觉标识(例如，该晶片的外缘)建立的 圆确定该晶片的中心。在步骤314，然后生成该两个中心之间的差(即晶片中心与末端执行器中心的计 算差)。例如，在一个实施方式中，该DA束样式用来重新构建表示该两个晶片的圆(例如， 该生产晶片和该校准晶片)以确定它们的中心(以及该晶片中心之间的差)。采用一种算 法来确定所需的、移动该机械臂的位置修正向量，以允许相对该末端执行器不正确定心的 晶片显示在该DA束就像晶片相对该末端执行器正确定心。在步骤316，这个误差向量提供给该机器控制器以允许该机器控制器执行补偿。一 旦该末端执行器/晶片不对准得到补偿，则包括该校准晶片和该末端执行器的校准固定装 置移动通过该DA束，优选地以直线方式，以获得前面提到的基准DA束样式。如从前面所述可以认识到的，本发明的实施方式促进基准DA束样式的获取，并且 没有与该现有机械固定装置方法相关的缺陷。此外，不需要使用特别构造的碟片来模拟正 确定位的晶片避免将不相似的硬件引入该等离子处理模块，由此减少与校准有关的末端执 行器损伤和与校准有关的颗粒污染的可能性。讨论A [开始]在半导体基片(例如，晶片)的处理中，往往采用等离子。在等离子处理，使用等 离子处理系统处理该晶片，其通常包括多个处理模块。基片(例如，晶片)在等离子处理过 程中设在处理模块的卡盘。为了将晶片移进移出处理模块，晶片通常设在末端执行器上并传送到卡盘上。末 端执行器是用于在晶片传送过程中支撑晶片的结构部件。末端执行器通常设在机械臂上。 图1示出代表性的现有技术末端执行器A102，用以在晶片传送过程中支撑晶片A104。为了说明目的，还示出机械臂A106的一部分。大体而言，在晶片传送顺序期间，机械臂首先移动末端执行器以从晶片存储盒或 台拿起该晶片。一旦将晶片设在末端执行器上，机械臂然后会移动晶片穿过处理模块中的 门进入等离子处理模块，机械臂然后将末端执行器和晶片定位在卡盘上方，并将晶片放在 卡盘上用于等离子处理。为了确保正确地处理晶片(由此确保可控的和可重复的工艺结果)，晶片需要在 等离子处理过程中设在卡盘中心。如果末端执行器正确地相对卡盘定心以及晶片正确地相 对末端执行器定心，那么当机械臂将晶片放在该卡盘上，晶片将正确地相对卡盘定心。从机器人控制器的角度看，重要的是知道卡盘的中心以使机器人控制器将末端执 行器中心定位在卡盘上方以进行晶圆放置。相应地，对于任何给定的等离子体处理模块，机 器人控制器需要被教导卡盘和卡盘中心的位置。换句话说，机器人控制器必须在它自己的 坐标系中确定卡盘和卡盘中心的精确位置，因为每个卡盘可能在每个处理模块中被稍有不 同地定位(例如，由于机器人加工和/或制造和/或装配公差)。为了弥补该末端执行器/卡盘不对准，校准过程中的通常策略包括将机械臂移 到末端执行器限定的中心实际对准该卡盘的中心的位置。为了完成末端执行器校准，操作 者必须能够确定实际的末端执行器/卡盘对准位置。现有技术中，该末端执行器限定的中 心与该卡盘中心的对准使用制造的机械固定装置来完成，该装置安装在卡盘的边缘上或连 接到处理模块内部。该机械固定装置具有键结构(实质上是对该末端执行器的中心突出)， 其允许该末端执行器就搁在该校准固定装置的键结构正对面。由于该固定装置相对该卡盘 定心，则当该末端执行器对着该固定装置的键结构设置时，该末端执行器将设在该卡盘的 中心。通常，该末端执行器靠着该键结构定位通过操作者拉或推该末端执行器靠在该键结 构上来完成，从而该末端执行器靠着该键结构。在操作者已经将末端执行器靠着键结构定位之后，操作者将机械臂位置与机器控 制系统对准，从而该机器控制系统可记录(在机器控制的坐标系统中)实现这个实际末端 执行器/卡盘对准的机械臂位置。在制造过程中，机械臂将末端执行器移至与这个执行器/卡盘对准位置相关的坐 标。如果晶片设在相对该末端执行器的中心，则当晶片由机械臂设在卡盘上用以晶片处理 时，末端执行器限定的中心现在实际上与卡盘中心对准的情况将使得该晶片设在相对该卡 盘的中心。然而，现有技术中为了校准目的将末端执行器相对卡盘定心有一些缺点。首先，有 许多种已知的卡盘和处理模块。所以，为了使用机械固定装置方法来进行校准，必须制造和 储备许多不同的机械固定装置。并且，将实体的机械固定装置(其有一个或多个硬的金属 边缘或表面)贴在卡盘上有可能损伤卡盘。另外，如果校准在处理模块中已经执行一些等 离子循环之后实地进行(例如，因为担心末端执行器在后面的制造中可能没有设在相对该 卡盘的中心)，则将实体校准固定装置贴附于卡盘会导致在卡盘上或附近沉积颗粒，从而会 剥落掉进处理室。在随后的处理循环中，这种颗粒形成颗粒污染物，这是不希望出现的。另外，因为该校准是在大气压下进行的，所以现有的校准技术不能有效地复制制 造过程中存在的条件。这是因为制造过程中，处理模块的部件设在真空下，使得一个或多个 部件由于真空环境和周围大气的压差而出现偏移。由于该校准条件没有如实地复制制造条件，所以不可能进行准确的校准。此外，如果手动将末端执行器定位在末端执行器/卡盘对准位置(例如，包括操作 者拉或推末端执行器以正对该机械固定装置的键结构设置)，则当操作者放开机械臂并利 用机器控制器对准这个末端执行器/卡盘对准位置时，机械臂位置会有偏移。这个偏移出 现的原因有许多，包括例如断开机器马达。当机械臂离开，尽管只是少到对于机器操作者察 觉不到的量，但是这个偏移会导致校准工艺不精确。如果校准过程不准确，那么制造过程中 会出现不准确的晶片位置，导致成品率降低，以及所制造的产品的报废和/或故障率增加。本发明的实施方式涉及执行末端执行器校准的原位方法和设备而不使用机械固 定装置或存在该现有末端执行器校准方法相关的缺点。如前面所提到的，为了执行末端执 行器校准，该末端执行器中心或该末端执行器限定中心(即，该末端执行器限定/确定的中 心，其可以是或者可以不必是该末端执行器的质量或集合中心)需要与该卡盘中心对准。 为了确定实际的末端执行器/卡盘对准，现有技术采用机械固定装置，其涉及许多之前所 述的缺点。本发明的一个或多个实施方式中，原位光学技术用来确定实际的末端执行器/卡 盘对准位置。这个确定过程生成数据，该数据使该机器控制器在生产过程中能够移动该机 械臂所需的量以解决末端执行器/卡盘不对准。本发明的一个或多个实施方式中，该原位光学末端执行器校准技术包括当该末端 执行器和该卡盘在它们的理论末端执行器/卡盘对准时(即，当该机器控制器相信该末端 执行器相对该卡盘理论上定心时，该末端执行器相对该卡盘占据的位置)，获取该末端执行 器和该卡盘的静止图像。该末端执行器提供有一个或多个视觉标识，其使得该处理单元能 从获取的静止图像确定该末端执行器限定中心。该卡盘类似地具有一个或多个视觉标识 (如该卡盘边缘通常圆的形状)，以使得该处理单元能确定该卡盘的中心。一旦该处理单元确定该末端执行器中心和该卡盘中心，计算这两个中心之间的偏 移(即，“△”)。然后计算将该末端执行器从该理论末端执行器/卡盘对准位置移动到该 实际的末端执行器/卡盘对准位置所需的位置向量。这个位置向量然后提供给该机器控制 器以使得该机器控制器能够补偿末端执行器/卡盘不对准。在一个或多个实施方式中，原位光学技术采用图像捕获装置(例如，摄像机和/或 透镜)，其获得该末端执行器和该卡盘的光学图像，而在生产条件下，将该末端执行器和该 卡盘设在该等离子处理室中。换句话说，该末端执行器校准工艺过程中，该等离子处理室 可设在真空条件下，其基本上类似于在生产过程中存在的真空条件。该摄像机和/或透镜 可设在该等离子处理室内部，或优选地在该等离子处理室外面但是具有通到该末端执行器 和该卡盘的、包含该前面提到的视觉标识的区域的光学通道(例如，通过适当设计的窗或 孔)。通过在基本上与在生产过程中经历的条件完全相同的条件下执行校准，则可基本上消 除由于压力差导致的校准误差。本发明的一个或多个实施方式中，该末端执行器提供有划线。该划线设在该末端 执行器上，从而在原位光学校准期间，可获取该划线的静止图像。在一个实施方式中，该末 端执行器上的划线构造为一段圆弧，其中心与该末端执行器限定中心一致。通过确定该弧 线以及该划线/弧线所在圆的中心，可确定该末端执行器限定中心。然而，在别的实施方式 中，设想也可以采用任何可用来导出该末端执行器限定中心的替代基准标记。
此外，原位光学校准过程中，该图像获取设备(摄像机和/或透镜)设置为该图像 还具有该卡盘边缘的一些或全部，或者该卡盘的或其上的可用来推断该卡盘的中心的视觉 标识。在带有该末端执行器的情况下，可为该卡盘提供一个或多个视觉标识以允许该处理 单元确定该卡盘的中心。在一个实施方式中，该卡盘的外缘本身构成这样的所需的视觉标 识。在一个实施方式中，通过确定由该卡盘视觉标识(例如，在一个实施方式中，该卡 盘圆形边缘)描述的圆，可确定该卡盘的中心。如所提到的，一旦确定该末端执行器中心和 该卡盘中心，该差(“Δ “)可确定并作为修正因子提供到机器控制系统以补偿末端执行器 /卡盘不对准。参照下面的附图和讨论可以更好地理解本发明的特征和优点。图A2示出，按照本发明的实施方式，等离子处理系统A220的示意性表示，说明用 于原位校准末端执行器的原位光学末端执行器校准系统A200至少一部分的俯视图，(例 如，半导体器件生产条件下，等离子处理系统A220)，而不需要机械固定装置。如图A2中可 见，该原位光学末端执行器校准系统A200包括末端执行器A202，其上具有划线标记A204。 图A2的示例中，该划线标记A204是表示圆的一部分的弧线，其中心与该末端执行器A202 限定的中心一致。该圆中心的确定以及与该圆有关的弧线的划线在本领域技术人员的技术 能力范围内。图A2还示出卡盘A206，表示该处理模块内的卡盘。该原位光学末端执行器校准 技术构造为使用原位光学方法确定该卡盘的中心和该末端执行器限定中心，以便生成该机 械臂控制系统A222所必要的修正向量。校准过程中，图像捕获装置A250(例如，设在末端 执行器A202和卡盘A206的摄像机)可至少获取至少一部分末端执行器A202 (包括划线标 记A204)和至少一部分卡盘A206的静止图像。注意如果由摄像机和/或透镜装置从上方 获取图像，那么一部分卡盘A206可隐藏在末端执行器A202下方。不过，处理单元A224 (例如，包含在逻辑模块A210中)能够重新构建该由卡盘 A206的圆形边缘形成的圆，并确定该圆的中心(其表示该卡盘A202的中心)。类似地，处 理单元A224(例如，包含在逻辑模块A210中)能够重新构建划线/弧线A204所在的圆，以 及以确定该圆的中心。这个圆在图A2中由虚线圆A212表示。图A2还示出末端执行器中心A214，表示该末端执行器限定的中心A202由该前面 提到的处理单元A224确定。还示出卡盘中心A216，表示该中心卡盘A206。然后生成末端 执行器中心A214与卡盘中心A216的位置差向量A218。由于末端执行器中心A214表示该 理论末端执行器/卡盘对准位置，而卡盘中心A216表示该实际的末端执行器/卡盘对准位 置，所以该位置差向量A218表示将该末端执行器中心A214与卡盘中心A216对准所需的修 正。末端执行器A214与卡盘中心A216对准时，实现实际的末端执行器/卡盘对准。通过 将这个位置差向量A218提供给机器控制系统A222，该机器控制系统A222在生产过程中能 够将机器人移动由该距末端执行器中心A214的位置差向量A218提供的距离和方向，由此 有效修正该末端执行器/卡盘不对准。图A3示出，按照本发明的实施方式，该原位光学末端执行器校准方法的说明性流 程图。该方法可通过例如采用一个或多个采用参照图A2的示例讨论的部件来执行。在步 骤A302，该末端执行器由该机械臂移动到该理论末端执行器/卡盘对准位置，即，该位置该机器控制系统认为将该末端执行器相对该卡盘理论上定心。在步骤A304，以关于图A2讨论 的方式获取该末端执行器、该末端执行器上的视觉标识和该卡盘的静止图像。在步骤A306，进行图像处理以获取该末端执行器上的该视觉标识(例如，该前面 提到的划线标记)，并确定该卡盘的外缘形成的圆。为了协助处理单元，该摄像机和/或透 镜可这样构造，为确定反差优化光频率、照明条件、光圈、焦距、视场等，并允许该处理单元 获得提供数据以确定该末端执行器中心和该晶片中心的视觉标识。在一个实施方式中，步骤A308包含沿该静止图像中的反差像素生成多个数据点 以及执行曲线拟合以重新建立所需的圆。这种图像处理技术和曲线拟合技术是现有技术中 其他里关于中所公知的，并且可使用许多通用的、非特别设计的处理单元包来进行(例如 与CV-3002系列控制器CV-H3N —起使用的Keyence通信软件，可从Keyence Corporation Woodcliff Lake, NJ 公司获得)。在步骤A310，根据由该处理单元从该末端执行器视觉标识(例如，该划线)建立的 圆确定该末端执行器限定中心。在步骤A312，根据由该处理单元从该卡盘视觉标识(例如， 该卡盘的外缘)建立的圆确定该卡盘的中心。在步骤A314，确定该末端执行器中心与该卡 盘中心的差向量。在步骤A316，这个差向量提供到该机器控制系统，以使得该机器控制系统 能够在生产过程中移动该机械臂以补偿该末端执行器/卡盘不对准。如从前面所述可以认识到的，本发明的实施方式实现末端执行器校准，基本上没 有与现有技术机械固定装置校准方法相关的缺陷。通过执行原位校准，忠实地重现在生产 过程中的条件，得到更准确的校准工艺。这些条件包括，例如，类似的真空条件和类似的机 器人伺服电机参数。由于没有采用机械固定装置，可节省为不同的等离子处理模块制造和 保持大量不同的机械校准固定装置相关的成本。此外，使用非接触、非实体校准技术避免了 与校准有关的卡盘损伤以及与校准有关的颗粒污染，使得可以更频繁地和/或在生产过程 中执行该校准而不会使室和/或所制造的器件存在风险。讨论A [结束]尽管本发明依照多个实施方式描述，但是存在落入本发明范围内的改变、置换和 各种替代等同物。尽管这里提供多个不同示例，但是意图是这些示例是说明性的而不是对 本发明的限制。并且，这里为了方便提供标题和概要，不应当用来解释这里的权利要求的范围。进 而，摘要是以高度概括的形式撰写的并且在这里为了方便而提供，因此不应当用来解释或 者限制在权利要求中表述的总的发明。如果这里使用了术语“组”，这种术语意图是具有数 学意义上的一般理解，涵盖零个、一个或多于一个元素。还应当注意，有许多实现本发明方 法和设备的方式。所以，所以，其意图是下面所附的权利要求解释为包括所有这样的落入本 发明主旨和范围内的改变、置换和各种替代等同物。
1权利要求
一种在等离子处理系统中执行DA(动态对准)束校准的方法，所述方法包括获得位置差，所述位置差通过光学成像方法取得，所述光学成像方法包括将晶片设在末端执行器上，取得所述晶片在所述末端执行器上的静止图像，处理所述静止图像以确定所述晶片的中心和由所述末端执行器限定的末端执行器限定中心，确定所述晶片的中心和所述由所述末端执行器限定的末端执行器限定中心之间的位置差，通过利用机器移动补偿来补偿所述晶片和所述末端执行器之间的所述位置差而将晶片相对末端执行器定心；移动所述晶片和所述末端执行器通过与等离子处理模块关联的DA束；和通过记录所述DA束的中断 然后 恢复样式获得基准DA束样式，所述中断 然后 恢复样式随着所述晶片和所述末端执行器移动通过所述DA束出现。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述末端执行器上提供第一视觉标识， 使得处理单元能够从所述静止图像确定所述末端执行器限定中心，所述第一视觉标识表示 用来导出所述末端执行器限定中心的基准标记。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述晶片上提供第一视觉标识，使得处 理单元能够从所述静止图像确定所述晶片的中心，所述第一视觉标识用来确定由所述第一 视觉标识描述的圆，由此能够确定所述晶片的中心。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括采用图像捕获装置来获取所述晶片和所述 末端执行器的静止图像从而可在生产条件条件下校准所述DA束。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述图像捕获装置的至少一部分实现在等离子处 理室内部。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过光学通道获得所述静止图像，该通道 允许所述静止图像包括所述末端执行器的第一视觉标识的图像的至少一部分和所述晶片 的第一视觉标识的图像的至少一部分两者，所述末端执行器的所述第一视觉标识表示用来 导出所述末端执行器限定中心的基准标记，所述晶片的所述第一视觉标识用来确定由所述 晶片的所述第一视觉标识描述的圆。
7.一种用于在等离子处理系统中执行DA (动态对准)束校准的系统，所述系统包括 机器控制器，所述机器控制器构造为执行下列至少一个通过利用机器移动补偿来补偿晶片和末端执行器之间的位置差而将晶片相对末端执 行器定心，移动所述晶片和所述末端执行器通过与等离子处理模块关联的DA束； 图像捕获装置，所述图像捕获装置构造为取得所述晶片和所述末端执行器的至少一个 的一个或多个静止图像；处理单元，至少执行处理所述一个或多个静止图像以确定所述末端执行器限定中心 和所述晶片的中心和确定所述末端执行器限定中心和所述晶片的中心之间的所述位置差， 其中所述位置差使用原位光学成像方法获得；和逻辑模块，所述逻辑模块构造用于通过记录所述DA束的中断-然后-恢复样式获得基准DA束样式，随着所述晶片和所述末端执行器移动通过所述DA束出现所述中断-然后-恢复样式。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述末端执行器提供有第一视觉标识，由此使得 所述处理单元能够从所述一个或多个静止图像确定所述末端执行器限定中心，所述第一视 觉标识表示用来导出所述末端执行器限定中心的基准标记。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述晶片提供有第一视觉标识，由此使得所述处 理单元能够从所述一个或多个静止图像确定所述晶片的中心，所述第一视觉标识用来确定 由所述第一视觉标识描述的圆，由此能够确定所述晶片的中心。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述图像捕获装置的至少一部分实现在所述处 理系统的等离子处理室内部。
11.根据权利要求7所述的系统，其中通过光学通道获得所述一个或多个静止图像，该 通道允许所述一个或多个静止图像包括所述末端执行器的第一视觉标识的图像的至少一 部分和所述晶片的第一视觉标识的图像的至少一部分两者，所述末端执行器的所述第一视 觉标识表示用来导出所述末端执行器限定中心的基准标记，所述晶片的所述第一视觉标识 用来确定由所述晶片的所述第一视觉标识描述的圆。
12.—种执行DA (动态对准)束校准的等离子处理系统，所述等离子处理系统包括 机器控制器，所述机器控制器构造为至少用于通过利用机器移动补偿来补偿晶片和末端执行器之间的位置差将晶片相对末端执行 器定心，移动所述晶片和所述末端执行器通过与等离子处理模块关联的DA束； 光学成像系统，所述原位光学系统构造为获取所述位置差；逻辑模块，所述逻辑模块构造用于通过记录所述DA束的中断-然后-恢复样式获得基 准DA束样式，所述中断-然后-恢复样式随着所述晶片和所述末端执行器移动通过所述DA 束出现。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述原位光学成像系统构造为包括至少光学成像系统，所述光学成像系统构造为取得所述晶片和所述末端执行器的一个或多 个静止图像；处理单元，所述处理单元构造为确定所述晶片的中心和所述末端执行器限定中心；和 逻辑模块，所述逻辑模块构造为确定所述末端执行器限定中心和所述晶片的中心的所述位置差。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述末端执行器提供有第一视觉标识，由此使 得处理单元能够从所述一个或多个静止图像确定所述末端执行器限定中心，所述第一视觉 标识表示用来导出所述末端执行器限定中心的基准标记。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一视觉标识是划线，所述划线构造为一 段圆弧使得该圆的中心与所述末端执行器限定中心一致。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述晶片提供有第一视觉标识，由此使得处理 单元能够从所述一个或多个静止图像确定所述晶片的中心，所述第一视觉标识用来确定由 所述第一视觉标识所描述的圆，由此能够确定所述晶片的中心。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一视觉标识是所述晶片的外缘。
18.根据权利要求13所述的系统，其中所述光学成像系统的至少一部分实现在等离子 处理室内部。
19.根据权利要求13所述的系统，其中通过光学通道获得所述一个或多个静止图像， 所述光学通道允许所述一个或多个静止图像包括所述末端执行器的第一视觉标识的图像 的至少一部分和所述晶片的第一视觉标识的图像的至少一部分两者，所述末端执行器的所 述第一视觉标识表示用来导出所述末端执行器限定中心的基准标记，所述晶片的所述第一 视觉标识用来确定由所述晶片的所述第一视觉标识描述的圆。
全文摘要
提供一种在等离子处理系统中执行DA(动态对准)束校准的方法。该方法包括获得位置差，该位置差光学成像方法取得。该光学成像方法由下列步骤组成将该晶片设在该末端执行器上，获得该晶片在该末端执行器上的静止图像，处理该静止图像以确定该晶片的中心和由该末端执行器限定的末端执行器限定中心，和确定该该晶片的中心和由该末端执行器限定的末端执行器限定中心之间的位置差。该方法还包括通过利用机器移动补偿来补偿该晶片和该末端执行器之间的位置差将晶片相对末端执行器定心。该方法包括移动该晶片和该末端执行器通过与等离子处理模块关联的DA束。该方法还包括通过记录DA束的中断-然后-恢复样式获得基准DA束样式。随着该晶片和该末端执行器移动通过该DA束，出现该中断-然后-恢复样式。
文档编号H01L21/68GK101911279SQ200880124046
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月19日 优先权日2007年12月27日
发明者克里斯蒂娜·艾伦布兰切特, 马特·罗德尼克 申请人:朗姆研究公司