集成发射率传感器的对准特性的制作方法

本申请要求名称为“integratedemissivitysensoralignmentcharacterization”、申请日为2016年9月30日、序列号为15/281,757的美国专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

本发明总体上涉及工件处理系统以及处理工件的方法，更具体涉及一种用于处置并对准光透射不同的工件的系统和方法。

背景技术：

在半导体处理中，可对单个工件或半导体晶片执行许多操作。一般而言，每个对工件的处理操作通常按特定顺序执行，其中每个操作等待到完成前一操作。在许多处理操作中，需要工件的特定取向和/或了解工件相对于工件保持器的位置，以便适当地处理或处置工件。例如，诸如在运送载体或存储盒与处理系统之间交换工件以及通过一个或多个装载锁定腔室将工件从大气环境转移到处理系统的处理腔室的抽空环境中等操作可能需要特定的取向或了解工件的空间位置，以便适当地处置并处理工件。

工件取向(例如，凹口对准)可在抽空环境或大气环境中经由光存在传感器来执行，凭此由发光器发射光束并且朝向工件引导光束，同时使工件旋转。然后，由受光器所接受的光的变化能够用于确定工件中界定的凹口的位置和/或工件位置的偏心率，这取决于完全或部分接受光的方式。hiroakisaeki的第5,740,034号美国专利已揭示一种这样的系统，其中利用与所接受的光信号相关联的波形来确定工件的凹口位置和/或偏心位置。

常规上，这样经由光存在传感器来定位足以精确地确定对所发射的光不透光的工件的位置，诸如在常规的硅衬底中。然而，当在相同的处理系统中进行处理的衬底或工件在材料上互不相同时(例如，硅与碳化硅)，使用常规的光存在传感器和对准器可能导致定位中的各种误差，特别是当衬底对所发射的光部分透光时。例如，使用常规的对准系统和方法，从一个衬底到另一个衬底的透射差异可能导致定位中的显著误差。工件到工件的透射率和发射率能够随特定工件上部署的选区、厚度和涂层而变化。照此，当从一种工件类型变成另一种工件类型(或从一种涂层变成另一种涂层)时，常规的对准系统无法提供足够的定位数据，除非对该对准系统本身作出显著更改，例如更改从中发射的光的波长。

技术实现要素：

本发明通过提供一种用于精确地确定具有各种发射率和/或透射率的工件的位置的系统、设备和方法而有利地克服现有技术中的局限性，从而尽量减少系统相关的所有成本。更特定而言，本发明提供一种用于有利地确定工件的透射率并利用该透射率作为对准设备的输入的系统和方法，凭此基于透射率来调整与对准设备相关联的信号。因此，本发明提供一种针对实践中任何衬底材料和厚度的定位方案，而无需考虑衬底的各种涂层或性质。

据此，下文提出本发明的简要发明内容，提供对本发明某些方面的基本理解。本发明内容并非本发明的详尽综述。既非旨在确定本发明的关键或主要元素，亦非限定本发明的范围。其目的在于，以简化形式呈现本发明的某些构思，作为下文具体实施方式的引言。

本发明总体上针对一种用于处置工件的工件处置系统和方法。特定而言，本发明提供一种工件对准系统及其使用方法。根据本发明某一示例性方面，工件对准系统包括工件支撑件，该工件支撑件配置成沿工件平面选择性支撑工件。第一发光设备定位于工件平面的第一侧上，其中该第一发光设备配置成沿第一路径朝向工件平面引导第一光束。在某一示例中，第一路径与工件的中央区域相关联，其中该工件的中央区域拦截指向工件表面的第一光束整体。在另一示例中，第一发光设备定位于使得第一路径在物理上完全被工件遮挡的任何位置。

例如，第一受光设备进一步定位于工件平面的第二侧上并沿第一路径定位，其中第二侧与第一侧相反。例如，第一受光设备配置成接受第一光束。旋转装置进一步可操作地耦接至工件支撑件，其中该旋转装置配置成选择性使工件支撑件绕支轴旋转。例如，该支轴垂直于工件平面。

根据某一方面，第二发光设备定位于工件平面的第一侧和第二侧中的一侧上，其中该第二发光设备配置成沿第二路径引导第二光束。例如，第二路径与工件的外围区域相关联。在某一特定示例中，第一发射设备和第二发射设备配置成发射等效波长的光。例如，由第一发射设备和第二发射设备所发射的光的等效波长可基于工件的选区来确定。进一步设置第二受光设备，并且该第二受光设备配置成在工件支撑件旋转的同时接受第二光束。

根据本发明，所述工件对准系统进一步包括控制器，在某一示例性方面，该控制器配置成基于第一光束的总初始发射率和由第一接受设备透过工件所接受的第一光束的透射量来确定工件透射率。例如，第一光束的透射量至少部分是基于工件的材料选区、工件上形成的一层或多层以及先前对工件执行的一个或多个操作(如先前的离子注入或先前对工件执行的其他半导体工艺)中的一个或多个方面。

本发明的控制器进一步配置成至少部分基于工件支撑件的旋转位置、由第二接受器所接受的第二光束的至少一部分以及所确定的工件透射率来确定工件相对于支轴的位置。例如，由第二接受器所接受的第二光束的至少一部分与工件支撑件的旋转位置相关联。在某一示例中，由控制器所确定的工件的位置包括工件中心沿工件平面距支轴的二维偏位。工件的位置可进一步包括工件绕支轴的旋转位置，其中该工件绕支轴的旋转位置与工件的边缘特征相关联，且其中控制器进一步配置成基于工件的边缘特征来确定工件相对于支轴的位置。例如，该边缘特征可包括与工件外围相关联的凹口、平面或其他特征。

根据另一示例性方面，控制器配置成确定第一波形，其中该第一波形通过由第二接受器在工件支撑件的多个旋转位置所接受的第二光束的至少一部分来限定。例如，控制器进一步配置成基于第一波形来确定工件相对于支轴的位置。在某一示例中，控制器进一步配置成基于工件透射率来配比第一波形。例如，控制器配置成基于工件透射率来缩放由第二接受器在工件支撑件的多个旋转位置所接受的第二光束的至少一部分，其中使第一波形归一化。在另一示例中，第一光束的至少一部分限定为占第一光束的总初始发射率的一定百分比。

根据另一示例，第一发光设备和第二发光设备包括分立的发光设备，其中第一受光设备和第二受光设备同样包括分立的受光设备。在另一示例中，单个发光设备包括第一发光设备和第二发光设备，并且单个受光设备包括第一受光设备和第二受光设备，其中第一路径与第二路径共线。

根据另一示例性方面，提供一种用于对准工件的方法。该方法包括使工件放置于工件支撑件上并沿第一路径朝向工件的第一侧引导第一光束。在某一示例中，第一光束整体在物理上被工件拦截。接受透过工件透射到工件的第二侧的第一光束的任何部分，并且基于透过工件透射的第一光束来确定工件透射率。

进一步沿第二路径朝向工件的外围引导第二光束，并且使工件绕支轴旋转。例如，第一光束和第二光束具有等效的波长。在工件旋转的同时，进一步接受第二光束，凭此至少部分基于工件绕支轴的旋转位置和所接受的第二光束来确定工件相对于支轴的位置，其中根据所确定的工件透射率来配比第二光束。例如，在工件旋转的同时，第二光束至少部分被工件的外围遮挡。

例如，朝向工件的第一侧引导第一光束包括朝向工件的中央区域引导第一光束。在另一示例中，确定工件相对于支轴的位置包括确定工件绕支轴的旋转位置和工件中心距支轴的二维偏位中的一个或多个位置。

因此，本发明达成前述及相关目的的解决方案包括在下文中整体描述且特别在权利要求书中指出的特征。下文的附图说明及具体实施方式详细阐述本发明的某些说明性实施方案。但这些实施方案是指各种方式中可运用本发明原理的几种方式。结合附图考虑时，参阅下文的具体实施方式能够更清楚地理解本发明的其他方面、优势及新颖性特征。

附图说明

图1示出根据本发明某一方面的示例性工件对准系统的框图；

图2示出示例性工件在示例性对准机构的工件支撑件上的平面图；

图3示出根据本发明另一示例性方面的工件的感测位置与工件支撑件的旋转位置的关系图；

图4示出包含图1的工件对准系统的示例性工件处置系统；

图5示出根据本发明另一示例性方面的工件的感测位置和工件的标准化位置与工件支撑件的旋转位置的关系图；

图6示出根据本发明另一示例性方面的用于对准工件的示例性方法的框图。

具体实施方式

本发明总体上涉及用于半导体工艺的工件处置系统，更具体涉及一种配置成表征并对准光透射特性变化的工件的对准设备。据此，现将参照附图对本发明予以阐述，其中相同的附图标记通篇可指相同的元件。应当理解，对这些方面的描述仅供说明，而不得解释为限定目的。出于解释目的，在下文中阐明若干具体细节，以便全面理解本发明。然而，本领域技术人员会显而易知，本发明可在不具备这些具体细节的情况下实施。

常规的对准器包括发光器和受光器，凭此发光器朝向工件的边缘引导光束，凭此当工件绕旋转轴旋转时，对准器进一步确定受阻挡而未到达受光器的发光量。例如，如果工件中心偏离对准器的旋转轴，则当工件旋转时，随着工件阻挡的发光量变化，受光器所接受的光量将会存在变化。例如，阻挡光量表示为占总发光的百分比。随后，将受光量及其变化转换成与工件相关联的尺寸(例如偏位)，凭此在某一示例中，该尺寸供末端执行器用来在工件中心取回工件。

一种将挡光的百分比转换成偏位尺寸例如利用固定机构来表征系统，凭此定义描绘工件位置的曲线。例如，固定机构模拟偏位到多个位置的工件，从而关联在这多个位置中的每个位置挡光的百分比。例如，如果受光器接受到发光的50％，则能够使用由受光器所接受的光量变化，基于工件的旋转位置以及工件阻挡到达受光器的光量来确定工件的位置。据此，能够进行确定，以基于该信息来反映工件是否居中或关键特征的位置，如工件中限定的诸如凹口或平面。

为模拟常规的硅(si)晶片，设置对于由对准器所发射的光不透光的固定机构，这是因为常规的硅晶片对于由对准器所发射的光也不透光。然而，碳化硅(sic)晶片对于这种由对准器所发射的光则部分透光。因此，在对准器上的相同位置，硅晶片和碳化硅晶片将导致两种不同的受光量。

因此，如果要处理碳化硅晶片，则还设置模拟碳化硅工件的固定机构，以关联在这多个位置中的每个位置挡光的百分比。另外，带厚度的碳化硅晶片也能改变透过碳化硅晶片的光量。此外，碳化硅晶片上的各种涂层也能导致光透射的其他变化。照此，为表征所有这些工件，需要模拟所有这些材料成分、厚度和涂层变化的大量固定机构。提供这种大量的固定机构将不理想地影响成本和生产率，并且可能导致对准系统的持续变化来适应工件的涂层、厚度等任何变化。

替代地，能够修改光源来提供不会透过预期工件的光波长。但再次指出，这样修改光源既耗时又昂贵，并且可能无法说明工件中的其他变化，例如其上形成的任何层、各种涂层厚度、自工件表面的反射率等。另外，任何这样的变化可能对光的感测造成潜在影响，因此校准对准系统就不像按特定材料校准对准器那样简单。

本发明有利地提供一种对准系统，该对准系统配置成原位测量工件的透射率，凭此进一步利用透射率测度作为对准算法中的参数。本发明提供一种传感器(例如，发射率或透射率传感器)，用于在工件定位于对准器上之前或同时感测透射，凭此确定关于从光源发射的光透过工件的光量。照此，获得透射、反射和发射率信息并将该信息反馈到对准系统，以便能够精确地对准由任何材料组成、具有任何涂层或对其任何操作的工件。

现参照附图，图1示出根据本发明一个或多个方面的示例性工件对准系统100。例如，工件对准系统100包括工件支撑件102，该工件支撑件102配置成沿工件平面106选择性支撑工件104。例如，工件支撑件102可包括任何数目的支撑机构，如销、板或可操作为选择性支撑工件104的其他机构(未示出)。

根据某一示例，第一发光设备108定位于工件平面106的第一侧110上，其中该第一发光设备配置成沿第一路径114朝向工件平面引导第一光束112。在某一示例中，第一路径114与工件104的中央区域116相关联，其中该工件的中央区域拦截指向工件表面118的整体第一光束112。在另一示例中，第一发光设备108定位于使得第一路径114在物理上完全被工件104遮挡的任何位置。

例如，第一受光设备120进一步定位于工件平面106的第二侧122上并沿第一路径112定位，其中该第二侧与工件平面的第一侧110相反。例如，第一受光设备120配置成接受第一光束112。旋转装置124进一步可操作地耦接至工件支撑件102，其中该旋转装置配置成选择性使工件支撑件绕支轴128旋转(如由箭头126所示)。例如，支轴128垂直于工件平面106。

图1中的第一发光设备108和第一受光设备120示为邻近工件对准系统100的工件支撑件102，凭此当工件支撑件支撑工件时，第一路径114与工件104的中央区域116相关联。但应当指出，第一发光设备108和第一受光设备120可位于将工件104放置于工件支撑件102上之前支撑工件104的任何位置。例如，第一发光设备108和第一受光设备120可定位于装载锁定腔室(未示出)内或旋转装置124上游的任何其他位置。照此，工件104可支撑于辅助工件支撑件(未示出)上，凭此第一路径114同样与工件的中央区域116相关联。因此，工件支撑件102可视为配置成在单个位置支撑工件104的单个结构或者配置成在多个位置支撑工件的多个独立结构。

根据某一示例性方面，第二发光设备130进一步定位于工件平面106的第一侧110和第二侧122中的一侧上，其中该第二发光设备配置成沿第二路径134引导第二光束132。例如，第二路径134与工件104的外围区域136相关联。在某一特定示例中，第一发射设备108和第二发射设备130配置成发射等效波长的光。例如，可基于工件104的选区来确定由第一发射设备108和第二发射设备130所发射的光的等效波长。进一步设置第二受光设备138并将其配置成在工件支撑件102绕支轴128旋转的同时接受第二光束132。

根据本发明几方面，工件对准系统100进一步包括控制器140，其中该控制器配置成基于第一光束112的总初始发射率(表示为第一发射率142)和由第一接受设备120透过工件所接受的第一光束的第一透射144(例如，透射量)来确定工件104的透射率。例如，第一光束112的第一透射144至少部分是基于工件104的材料选区、工件上形成的一层或多层(未示出)以及先前对工件执行的一个或多个操作(如先前的离子注入或先前对工件执行的其他半导体工艺)中的一个或多个方面。

根据另一示例，控制器140进一步配置成确定工件104相对于支轴128的位置146。例如应当指出，控制器140可包括与处理系统的各种部件相关联的多个单独的控制器(未示出)或者可为用于整个系统的单个控制器，并且所有这些控制器皆视为落入本发明的保护范围。

例如，工件104的位置146可由控制器140确定，凭此该控制器配置成相对于工件支撑件124的旋转轴128确定工件104的中心149，如图2所示。例如，如图1所示，确定工件104相对于支轴128的位置146至少部分是基于工件支撑件102的旋转位置148、至少指示由第二接受器138所接受的第二光束132的部分152的输出信号150以及所确定的工件104的透射率(基于第一透射144)。

例如，由第二受光设备138所接受的第二光束132的至少一部分152与工件支撑件102的旋转位置148相关联。在某一示例中，由控制器140所确定的工件104的位置146包括工件中心149沿工件平面106距支轴128的二维偏位，如图2所示。工件104的位置146可进一步包括工件104绕支轴128的旋转位置154，其中该工件绕支轴的旋转位置与工件的边缘特征156相关联，且其中图1的控制器140进一步配置成基于工件的边缘特征来确定工件相对于支轴的位置。例如，图2的边缘特征156可包括与工件104的外围158相关联的凹口、平面或其他特征。

例如，图3示出旋转位置162(例如由与图1的旋转装置124相关联的伺服电动机或其他设备提供)与来自图1的受光设备138的输出164的关系曲线160，其中能够从输出信号曲线166(从输出信号150)推测工件104的中心149，指示边缘特征156穿过第二光束132(例如在图3中的位置167示出)，并且了解边缘特征的尺寸。

据此，图1的控制器140能够确定与工件104的中心149相关联的偏位矢量值，能够将该值提供给图4的工件处置系统170中所示的机器人168。例如，机器人168可配置成基于偏位矢量值从工件支撑件102拾取工件104，凭此当从图1的工件对准系统100中拾取工件时，工件相对于支撑构件172大致居中。能够进一步利用工件104的旋转位置，以在机器人168拾取工件并将其转移到一个或多个工站174(如处理腔室、装载锁定腔室、传送系统或处理工件时使用的其他设备)之前使工件相对于工件对准系统100旋转地对准。

根据另一示例性方面，图1的控制器140配置成确定如图5所示的第一波形180，其中该第一波形通过由第二接受器138在工件支撑件102的多个旋转位置所接受的第二光束132的至少一部分来限定。例如，图1的控制器140进一步配置成基于图5的第一波形180来确定工件104相对于支轴128的位置。在某一示例中，图1的控制器140进一步配置成基于所确定的工件104的透射率来配比第一波形180。

例如，控制器140配置成基于所确定的工件透射率来缩放由第二接受器138在工件支撑件102的多个旋转位置所接受的第二光束132的至少一部分152，其中使第一波形180归一化成图5的第二波形182。在另一示例中，图1的第一光束132的至少一部分152限定为占总初始发射率(例如图1的第一光束112的第一透射144)的一定百分比，凭此将第一波形180按比例转换成图5的第二波形182。

根据本发明另一示例，第一发光设备108和第二发光设备130包括分立的发光设备，其中第一受光设备和第二受光设备同样包括相应分立的第一受光设备120和第二受光设备138。在另一示例中，单个发光设备(未示出)包括第一发光设备108和第二发光设备130，并且单个受光设备(未示出)包括第一受光设备120和第二受光设备138，其中第一路径114与第二路径134共线。替代地，第一发光设备108和第一受光设备120可分开定位于单独的设备中，如定位于图4的一个或多个工站174处，凭此可单独获得第一透射信号144。

根据另一示例性方面，在图6中提供一种用于对准工件的方法200。应当指出，尽管在本文中以一系列动作或事件阐述示例性方法，但将领会，本发明不仅限于这类动作或事件的所示次序，根据本发明，某些步骤会以不同顺序执行且/或与除本文所述之外的其他步骤同时进行。此外，并非所述各步骤均需用于实现根据本发明的方法。此外还应领会，所述方法可结合本文所述的系统并结合本文未示的其他系统来实施。

如图6所示，方法300始于动作302，其中使工件放置于工件支撑件上。在动作304中，沿第一路径朝向工件的第一侧引导第一光束。在某一示例中，第一光束整体在物理上被工件拦截。在动作306中，接受透过工件透射到工件的第二侧的第一光束的任何部分，在动作308中，基于透过工件透射的第一光束来确定工件透射率。

在动作310中，进一步沿第二路径朝向工件的外围引导第二光束，在动作312中，使工件绕支轴旋转。例如，第一光束和第二光束具有等效的波长。在动作314中，在工件旋转的同时，进一步接受第二光束，凭此在动作316中，确定工件相对于支轴的位置。在动作316中，至少部分基于工件绕支轴的旋转位置和所接受的第二光束来确定工件的位置，其中根据所确定的工件透射率来配比第二光束。例如，在工件旋转的同时，第二光束至少部分被工件的外围遮挡。

例如，在动作304中朝向工件的第一侧引导第一光束包括朝向工件的中央区域引导第一光束。在另一示例中，在动作316中确定工件相对于支轴的位置包括确定工件绕支轴的旋转位置和工件中心距支轴的二维偏位中的一个或多个位置。

尽管本发明的内容已就某一或某些优选实施方式得以阐明，但基于对本发明说明书及附图的阅读和理解，等同变化及修改对于本领域的技术人员而言显而易见。特别关于由上述组件(总成、装置、电路等)执行的各种功能，若非特别注明，否则用于描述这些组件的术语(包括提及“构件”)旨在对应于执行所述组件的特定功能(即功能上等同)的任意部件，即便其在结构上不等同于执行本文所述的本发明的示例性实施方案所公开的结构亦然。此外，虽然仅就多个实施方案中的一种方案公开本发明的特定特征，但若适于或利于任何指定或特定应用，则这一特征可结合其他实施方案的一个或多个其他特征。