具体实施方式

在衬底处理系统中，机械手/搬运装置(例如真空传送模块、或VTM、机械手)可用于将衬底往返处理室内的衬底支撑件传送。某些衬底处理系统可实施动态对准系统，以利用机械手使衬底支撑件上的衬底对准。使衬底在基座上对准以使得能使用机械手或其他工具更准确地抓取和/或传送衬底(例如传送至处理单元)。可利用形成于衬底外缘中的凹口以实现衬底对准。各种类型的衬底对准器可用于在衬底旋转时检测凹口的位置。例如，当利用卡盘使衬底缓慢旋转时，传感器可检测该凹口。基于检测到的凹口而计算凹口位置与衬底偏移，并将其提供至机械手。

机械手可进一步被配置成将边缘环往返于衬底支撑件传送。可根据预定的校正资料而控制机械手，以使边缘环在衬底支撑件上居中。边缘环在衬底支撑件上的准确放置可能是困难的。例如，边缘环的期望位置可以是相对于衬底支撑件的居中位置。在某些示例中，机械手可以被配置成传送边缘环至相对于衬底支撑件的预定的已知居中位置。然而，衬底支撑件的部件的放置、处理室内的维护等可能造成衬底支撑件的中心位置改变。

因此，必须定期地对机械手进行校正，以实现所传送的衬底、边缘环、和/或衬底处理室的其他部件的准确放置。常规的机械手校正方法可能易于出现人为错误以及系统和/或工艺变化，如真空偏离。

根据本公开的机械手校正系统和方法提供一种机械手校正器具，其被配置成测量设置于衬底支撑件上的衬底(例如测试衬底)与边缘环之间的距离，并据此而对机械手进行校正。例如，机械手校正器具可包含三或更多个成像装置(例如相机)，其被设置成测量由测试衬底的边缘至边缘环的边缘(例如内缘)的距离。在一示例中，机械手校正器具包含按三角形排列方式安装的三个相机。测试衬底可包含参考记号以协助计算测试衬底相对于边缘环的位置。基于测试衬底相对于边缘环的位置的计算，系统被配置成计算调整信息并且控制机械手以取回和更换测试衬底。可迭代地重复进行取回和更换操作，直到测试衬底处于期望位置而完成机械手的校正为止。

现在参考图1，示出了示例性衬底处理系统100。仅举例而言，衬底处理系统100可以用于执行使用RF等离子体的蚀刻并且/或者用于执行其他合适的衬底处理。衬底处理系统100包括处理室102，处理室102包围衬底处理系统100的其他部件并包含RF等离子体。衬底处理室102包括上电极104和衬底支撑件106，例如静电卡盘(ESC)。在操作期间，衬底108布置在衬底支撑件106上。虽然作为示例示出了特定衬底处理系统100和室102，但是本公开的原理可以应用于其他类型的衬底处理系统和室，例如原位产生等离子体的衬底处理系统、实现远程等离子体产生和输送(例如，使用等离子体管、微波管)的衬底处理系统等等。

仅举例而言，上电极104可包括气体分配装置，例如喷头109，其引入和分配处理气体。喷头109可包括杆部，杆部包括被配置成接收处理气体的一端。基部部分通常为圆柱形，并且在与处理室102的顶部表面间隔开的位置处从杆部的相对端径向向外延伸。喷头109的基部部分的面向衬底的表面或面板包括让处理气体或吹扫气体流过的多个孔。替代地，上电极104可包括导电板，并且可以以另一种方式引入处理气体。

衬底支撑件106包括用作下电极的导电基板110。基板110支撑陶瓷层112。在一些示例中，陶瓷层112可包括加热层，例如陶瓷多区加热板。热阻层114(例如，结合层)可以布置在陶瓷层112和基板110之间。基板110可以包括用于使冷却剂流过基板110的一个或多个冷却剂通道116。

RF产生系统120产生RF电压并将RF电压输出到上电极104和下电极(例如，衬底支撑件106的基板110)中的一个。上电极104和基板110中的另一个可以是DC接地的、AC接地的或浮动的。仅举例而言，RF产生系统120可以包括RF电压产生器122，其产生RF电压，该RF电压由匹配和分配网络124馈送到上电极104或基板110。在其他示例中，可以感应或远程生成等离子体。尽管为了示例目的所示出的，RF产生系统120对应于电容耦合等离子体(CCP)系统，但是本公开的原理也可以在其他合适的系统中实现，例如，仅举例而言，在变压器耦合等离子体(TCP)系统、CCP阴极系统、远程微波等离子体产生和输送系统等中实现。

气体输送系统130包括一个或多个气体源132-1、132-2、…和132-N(统称为气体源132)，其中N是大于零的整数。气体源提供一种或多种前体及其混合物。气体源还可以供应吹扫气体。也可以使用汽化的前体。气体源132通过阀134-1、134-2、…和134-N(统称为阀134)和质量流量控制器136-1、136-2、…和136-N(统称为质量流量控制器136)与歧管140连接。歧管140的输出被供给到处理室102。仅举例而言，歧管140的输出被供给到喷头109。

温度控制器142可以连接到多个加热元件144，例如布置在陶瓷层112中的热控制元件(TCE)。例如，加热元件144可以包括但不限于对应于多区域加热板中的各个区域的大加热元件和/或跨多区域加热板的多个区域设置的微加热元件阵列。温度控制器142可以用于控制多个加热元件144，以控制衬底支撑件106和衬底108的温度。

温度控制器142可以与冷却剂组件146连通以控制流过通道116的冷却剂流。例如，冷却剂组件146可以包括冷却剂泵和贮存器。温度控制器142操作冷却剂组件146以选择性地使冷却剂流过通道116以冷却衬底支撑件106。

阀150和泵152可用于从处理室102排空反应物。系统控制器160可用于控制衬底处理系统100的部件。机械手170可用于将衬底输送到衬底支撑件106上，和从衬底支撑件106去除衬底。例如，机械手170可以在衬底支撑件106和装载锁172之间传送衬底。虽然温度控制器142示出为单独的控制器，但是温度控制器142可以在系统控制器160内实现。在一些示例中，可以在陶瓷层112和基板110之间，在结合层114的外周边周围提供保护性密封176。

衬底支撑件106包含边缘环180。边缘环180可相对于衬底支撑件106而移动(例如，可在竖直方向上往上和往下移动)。例如，可响应于系统控制器160而通过致动器及升降销控制边缘环180。在一些示例中，系统控制器160和机械手170可进一步配置成取回并且更换边缘环180。

根据本发明的系统控制器160被配置成执行机械手170的校正，如以下更详细地说明的。例如，处理室102可以包含可移除的盖184。盖184和喷头109可分别移除。在一些示例中，可将喷头109或其他上电极和气体分配装置整合于盖184中，使得当移除盖184时，喷头109也从处理室102中被移除。在机械手170的校正期间，将包含成像装置(例如相机)的校正器具(未图示于图1中；以下更详细地说明)安装于处理室102上。成像装置被设置成测量衬底108(例如，测试衬底)与边缘环180之间的距离，并据此而校正机械手170。

现参照图2A、2B和2C并继续参照图1，根据本公开的示例性校正器具200包含多个成像装置，例如相机202。例如，相机202中的每一个可对应于高分辨率电荷耦合装置(或CCD)、相机阵列。在该示例中，校正器具200包含间隔120度设置的三个相机202，如图2B中的平面图所示。

校正器具200被配置成安装于处理室204上以取代盖184，以执行机械手170的校正。校正器具200可利用密封件(如O型环)206将处理室204密封。可将处理室204抽空至真空或其他期望压力以进行校正。例如，将处理室204抽空至与在其中的衬底的处理期间的处理室204中压力一致的真空压力。因此，在处理室204处于真空下时进行用于执行校正的测量，且存在因真空压力而引起的任何结构偏差(例如，处理室204内的各种部件以及表面的真空挠曲)。以此方式，根据本公开的机械手170的校正更准确地对应于在将衬底往返于处理室204实际传送以进行处理期间的处理室204的状态。

相机202各自被定位以在各自的相机视场(FOV)216中捕捉测试衬底208的外缘和边缘环212的内缘的图像。仅举例而言，相机202中的每一个的FOV216为18×22mm的矩形。接着，对所捕捉的图像(例如通过系统控制器160)进行分析以确定各个图像中测试衬底208与边缘环212的边缘之间的距离。测试衬底208可包含与待在处理室204中处理的衬底相同的材料(例如硅)。因此，测试衬底208在真空下的特性、重量和表面摩擦等与待在处理室204中处理的一般衬底一致。虽然显示在校正器具200与相机202之外，但在某些示例中系统控制器160和/或系统控制器160的专用功能部件可以被整合于相机202、校正器具200等中的一或多者内。

在一些示例中，测试衬底208可以包含一或更多参考记号220(例如，与测试衬底208的半径对齐的线)，以协助由系统控制器160所执行的分析。测试衬底208还可以包含凹口224，以用于利用合适的衬底对准系统确定测试衬底208的对准/定位。

校正器具200还可以包含一或更多个测量装置228和232，其用于分别测量校正器具200与测试衬底208(和/或衬底支撑件236的上表面)与边缘环212之间的距离。例如，测量装置228和232可实现激光传输和传感器系统。系统控制器160可对为了机械手170的校正而执行的测量进行调整，以应对衬底支撑件236及/或边缘环212的高度、倾斜等的变化。在一些示例中，校正器具200可以包含手柄240以协助安装和移除校正器具200。

在图2C中，显示了相对于边缘环212而处于非中心位置的测试衬底208。相机202在各自的FOV 216中捕捉图像，并且系统控制器160对图像进行分析以确定测试衬底208的外周上的各个点与边缘环212之间的距离d1、d2和d3。在一示例中，系统控制器160确定测试衬底208的外周上的各个点的坐标(例如x,y坐标)。例如，如果相机202被设置于校正器具200中的已知固定位置，则相机202的各个FOV 216对应于x,y坐标系的已知部分。换言之，测量距离d1、d2和d3，并因此可轻易确定测试衬底208的外缘上的三个点的对应坐标。然后，系统控制器160可基于距离d1、d2和d3和各个点的坐标而计算与测试衬底208对应的圆的中心244(例如x,y坐标)。例如，根据(x,y)＝f(d1,d2,d3)而计算中心244的坐标x,y，其中f(d1,d2,d3)对应于使用圆上的三个已知点计算圆的中心的任何函数。

边缘环212的中心248可以是已知的(和/或利用与测试衬底208的中心244类似的方式计算)。系统控制器160基于测试衬底208的中心244与边缘环212的中心248的坐标x,y之间的差而计算校正量dR,dT。例如，可根据(dR,dT)＝f(x,y,R,T)而计算校正量dR,dT，其中R,T对应于机械手坐标系中的目标中心位置。换言之，系统控制器160将测试衬底的中心244和边缘环212的中心248的坐标x,y之间的差与待应用于机械手170的目标中心位置R,T的校正量dR,dT相关联。系统控制器160将经校正的R,T坐标提供至机械手170。接着，机械手170可取回测试衬底208，并且利用经校正的R,T坐标以将测试衬底208放回至衬底支撑件上。可重复进行测试衬底208的中心244的确定、R,T坐标的校正以及测试衬底208的取回和更换，直到测试衬底208的中心244与边缘环212的中心248相匹配为止。

在测试衬底208包含参考记号220的示例中，系统控制器160被配置成分析在各个FOV 216内所捕捉的图像，以补偿与校正器具200、相机202、边缘环212等的相对定位相关的机械公差。示例性参考记号220包含参考线252和参考正方形256，如图2D所示。参考线252对应于测试衬底208的各个半径上的线。因此，参考线252与测试衬底208的中心244相交。系统控制器160分析所捕捉的图像以识别参考线252，并且测量从参考线252在测试衬底208的边缘处的端点至边缘环212的相应距离d。系统控制器基于所识别的参考线252位置和所测量的距离d1、d2、及d3而计算(例如在x,y坐标系中)测试衬底208的中心244。

提供参考正方形256以校正相机202在各自的FOV 216内的像素大小。例如，参考正方形256具有已知宽度(例如1×1mm，2×2mm等)。如图所示，参考正方形256包含1×1mm的正方形和2×2mm的正方形。在其他示例中，可提供多于两个的参考正方形256。此外，可使用参考正方形256以外的形状。

系统控制器160分析所捕捉的图像，以确定在各个参考正方形256的宽度中的像素的数目。由于参考正方形256的大小是已知的，因此可据此确定单个像素的宽度。例如，如果1×1mm的参考正方形包含116.46个像素，则一个像素的宽度可计算为1,000/116.46或8.587微米。相似地，如果2×2mm的参考正方形包含234.313个像素，则一个像素的宽度可计算为2,000/234.313或8.536微米。接着可基于所计算出的每个像素的宽度而准确地测量距离d1、d2和d3。

现在参照图3，用于校正衬底处理系统的机械手的示例性方法300开始于304。在308，将校正器具安装于处理室上。例如，校正器具包含一或更多个相机，其被设置成捕捉包含测试衬底的边缘和边缘环的处理室区域的图像。在312，利用机械手将测试衬底转移至处理室中的衬底支撑件上。在316，将处理室抽空至真空压力。在320，校正器具(例如，响应于控制器，如系统控制器160)捕捉测试衬底的边缘和边缘环的邻近边缘的一或更多个图像。仅举例而言，校正器具利用相应的相机捕捉三个图像。

在324，方法300(例如，利用系统控制器160)分析所捕捉的图像，以确定测试衬底的边缘与边缘环之间的距离。在328，方法300(例如，利用系统控制器160)基于所确定的距离而确定测试衬底的中心。例如，方法300基于所确定的距离而确定测试衬底的边缘上的三个点的坐标(例如在x-y平面中)，并据此而计算测试衬底的中心。在332，方法300(例如，系统控制器160)确定所计算的测试衬底的中心是否与边缘环的中心相匹配。如果为是，则方法300确定机械手的校正完成并且在336结束。如果为否，则方法300继续至340。

在340，方法300(例如，利用系统控制器160)确定校正量dR,dT以校正对应于标称中心点的机械手的R,T坐标。例如，方法300基于计算出的测试衬底的中心与边缘环的中心之间的差来确定校正量dR,dT。在344，方法300根据所确定的校正量而更新机械手的R,T坐标。在348，方法300(例如，系统控制器160)控制机械手以使用经校正的R,T坐标将测试衬底取回和放回。接着，方法300继续至320以重复步骤320至332，直到校正完成为止(即，直到所计算的测试衬底的中心与边缘环的中心相匹配为止)。

现在参照图4A、4B、4C和4D，显示了根据本公开的示例性校正器具400的示图。在图4D中，显示了安装在示例性处理室404上的校正器具400。校正器具400包含底部盖板408，其被配置成安装于处理室404的上端。例如，盖板408可包含螺栓孔，其被配置成与处理室404中的各个孔洞对准并容纳安装螺栓。盖板408可包含凹槽416，其被配置成压缩和容纳盖板408与处理室404之间的环形密封件(如O型环)。盖板408的底表面包含对应于相机424的相应者的开口420。相机424被设置于校正器具400的底部盖板408与上板428之间。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。

使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。

在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。

概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。

示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。

如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。