用于电子装置中的衬底(例如半导体、玻璃等)的处理通常是在处理工具的一个以上的处理腔室内完成。衬底可经由中央传送腔室而在处理腔室之间移动。狭缝阀连接该中央传送腔室至处理腔室。机械臂旋转并延伸以从处理腔室装载及卸载衬底晶片。衬底必须精准定位在该机械臂(或叶片)上的理想取放位置。距这些理想位置的偏移会随后对衬底处理造成负面后果。例如，若在拾取衬底时，衬底并未恰当地定位及坐落在机械臂上，则衬底可能在从处理腔室移出期间从机械臂上滑落。这可能导致衬底部分留在处理吸座(chuck)上，并且部分在该狭缝阀内。因此需要排气并打开传送腔室以手动移除衬底。此外，衬底可能因为与腔室部件的接触或狭缝阀的移动而污染、损坏或甚至破裂，特别是若狭缝阀过早关闭。这些负面后果会导致较长且较昂贵的处理时间，而这是不乐见的。
用来精准定位衬底的传统系统包含使用特制的配置工具(setup tool)和测量晶片(例如“晶片上摄影机(camera on wafer))，以在从处理腔室装载或卸载衬底时对机械臂的旋转和延伸进行程序化。但是，这些系统的一些问题是若非必须开启腔室方可使用该工具，就是该工具本身相当昂贵，因此使用上相当受限。
此外，机械装置(robot)会经历正常耗损，特别是在轴承处，并且也会经历温度上的改变，这因而会造成机械装置部件的膨胀和收缩。因此，腔室内衬底的“理想的”取放位置会随时间改变。但是，若将机械臂的延伸和旋转设定在特定度量，如传统系统所述，则该设定度量无法顾及工具中的这些改变。
此外，衬底在运送过程当中时，衬底本身可能会在机械臂上移动，或在其下降至处理吸座和其它设备上或从处理吸座和其它设备升起时，会在腔室内移动。拥有特别经过校准的延伸和旋转移动的机械装置无法针对衬底在机械臂上的这些错位做出调整。据此，存有对于一种容许改善的衬底中心搜寻的系统的需要。

在本发明的某些方面中，应用一种设备来定位衬底的真实中心。该设备包含：框架，其安装在衬底处理设备的狭缝阀组件和传送腔室壁之间；至少一个发射器，其容纳在框架内，并适于发射信号；至少一个传感器，其容纳在框架内，并适于接收发射的信号；以及控制器，适于基于传感器所接收到的信号来判定衬底的中心。
在本发明的另一方面，提供一种用来定位衬底的真实中心的设备。该设备包含：I/O狭缝阀组件，包含狭缝阀门，该狭缝阀门适于选择性地开启和关闭I/O狭缝阀，其中，I/O狭缝阀组件设置在半导体处理设备的阀座框架内；至少一个发射器，其一体地安装至狭缝阀门，并适于发射信号；至少一个传感器，其一体地安装至狭缝阀框架，并适于接收发射的信号，其中该至少一个发射器和该至少一个传感器是相对的光学组件；以及控制器，其适于基于传感器所接收到的信号来判定衬底的中心。
本发明的另一方面提供一种系统，该系统包含：传送腔室，其包含狭缝阀；框架，其安装在衬底处理设备中的狭缝阀组件和传送腔室壁之间；至少一个发射器，其容纳在框架内，并适于发射信号；至少一个传感器，其容纳在该框架内，并适于接收发射的信号；以及控制器，其适于基于传感器所接收到的信号来判定衬底的中心。
本发明的其它特征结构及方面可由以下详细说明、附图及权利要求而变得更加明显。

图1是本发明设备的示例实施例的前方立体视图。
图2是本发明设备的示例实施例的后方立体视图。
图3是本发明设备的示例实施例安装在衬底传送腔室内时的前方立体视图。
图4是示出使用根据本发明的示例设备实施例的示例方法的流程图。
图5是本发明设备的示例实施例的前方立体视图。
图6是本发明设备的示例实施例的前方立体视图。

本发明针对用来在运用高温条件的衬底传送腔室内改善衬底中心搜寻(例如，定位衬底的中心)的方法及设备。具体地，本发明可容许在每一个处理腔室或群集式工具(cluster tool)的入口处测量衬底并判定衬底中心。
本发明提供在衬底通过狭缝阀时用于光学定位衬底的真实中心的系统、方法及设备。可在机械臂延伸而将衬底置入腔室内及机械臂缩回而将衬底从腔室退出的两个期间定位该真实中心。换句话说，可在每一次传送衬底进入或移出处理腔室时判定衬底的真实中心。此方法可补偿热效应和机械装置部件的磨损。该真实衬底中心可用来更准确且可靠地将衬底定位在处理腔室基座或吸座上。
此外，本发明也使得对于传统系统所述的配置工具的需求最小化或消除。一旦在衬底处理腔室内建立理想的取/放位置，则可使用计算出的衬底的真实中心来自动调整机械装置的移动，以将衬底放置在理想位置上，或从理想位置上拾取衬底。
也可用衬底的真实中心将抽出的衬底更准确地定位在储存升降机(storage elevator)或其它保持装置内，这可在该储存装稍后卸载时辅助降低衬底传送误差。
此外，将衬底装载至定向(orientation)腔室时，可利用衬底的真实中心将衬底准确地定位在旋转吸座上，以辅助该腔室的快速操作。
为了进一步最佳化该腔室的操作速度，可增加机械装置的速度，并且甚至可以自动化。可利用狭缝阀中心搜寻器来增加机械装置的速度，狭缝阀中心搜寻器可用来在该腔室的入口或出口处确认衬底存在于该机械装置叶片上和适当地定位。若该狭缝阀事实上被阻塞住，也可使用该中心搜寻器来判定狭缝阀的阻塞并避免阀关闭。虽然传统设备也可以受限的方式提供此功能，但实际上总是不可能安装传统设备，因为传统设备的安装通常会需要大幅度调整该设备，以提供对于传送中的衬底的光学存取(access)。反之，本发明需要极少或不需要此种实体上的调整。此外，由于本发明的实体定位，本发明的操作无论是在衬底置入或自腔室退出时皆可同样良好地执行。
此外，通过使用既有的算法和接口硬件，可使该中心搜寻器操作能够透通(transparent)机械装置的移动(“实时处理(on the fly)”操作)。也就是说，机械装置控制器会随时知道机械臂和衬底吸座的精确位置。因此，可在移动期间，于成对(pair)传感器的光学过渡点处记录机械臂和吸座的位置信息。现代的机械装置控制器能够执行必要的算术运算以判定衬底中心，并且同时控制机械臂和吸座的移动在最大操作速度下。因为机械臂和吸座的移动在算术运算期间能够不受影响，故可将该中心判定称为“实时处理”操作。
在一些实施例中，该设备可包含支撑框架，其可定位、对准、光学遮蔽、和/或热遮蔽容纳在该框架内的部件(例如光发射器、光传感器、线路等等)。受遮蔽的部件，例如光发射器和光传感器，可用于衬底定位操作，例如中心和/或边缘搜寻。该支撑框架可让受遮蔽的部件精确对准，并改善定位准确性和衬底中心判定。用来进行光学信号比较、尺寸选择例程、校准功能、部件控制和/或其它适当功能的控制电路(例如电子逻辑板、单芯片微控制器、微处理器等)可邻接该支撑框架、与其附接、或与其相隔远距离设置。在一些实施例中，该控制电路可设置在该支撑框架的末端，以避免控制电路与散发热量的热衬底接近，该热量会伤害该控制电路。在一些实施例中，该支撑框架可利用导热托架而固定到衬底传送腔室，导热托架可有效辅助从传感器框架传递热能至周围结构以帮助散热，从而在该支撑框架主体和该传感器电路内保持相对低的温度。
图1图示本发明设备的实施例的前方立体视图，其通常系以参考符号100标示。如图1所示，在示例实施例中，该设备100可包含支撑框架102，而支撑框架102具有切除区104，以让衬底(未示出)可通过其间。如图1进一步示出，该支撑框架102可拥有一个或多个孔106，以容纳和/或暴露光学部件108(例如光传感器和/或光发射器)。该设备更可包含控制器110，其可固定而邻近该支撑框架102的末端。该控制器110可定位在任何其它适当位置。
该支撑框架102可由任何适当材料构成，例如铝、不锈钢、钛和/或陶瓷。也可使用其它适合材料。也可电镀和/或涂覆该支撑框架102，以至少改善该支撑框架102的热反射率。示例性的电镀层和/或涂层可包含金属电镀层，例如24K金电镀层、陶瓷涂层、反射式电镀层、阳极电镀和/或喷漆。可使用其它适合的电镀层/涂层。在一些实施例中，该支撑框架102的形状可实质与内部传送腔室壁的轮廓相符。在一些实施例中，该框架102可以是大约长度9”乘以高度，且其切除区104为约长度乘以高度1/2”。此种尺寸可适用于200毫米衬底。也可使用其它适合尺寸。具体地，例如，可使用适用于300毫米衬底的尺寸(例如，具有切除区104为约乘以高度1/2”的框架102)。
操作时，当衬底进出传送腔室或其它腔室时，衬底可通过该设备100(例如，通过该支撑框架102内的切除区104)。当该支撑框架102设置在传送腔室内时，该切除区104可与该传送腔室的狭缝阀符合或对准。据此，该支撑框架102可具有适当尺寸和形状，以适配相邻于传送腔室的内部腔室壁，而不会延伸入保留给衬底升降机和/或机械装置、和/或衬底留置/移动区的空间内或基于任何其它适合原因保留的空间内。
在一些实施例中，可在该支撑框架102的上部设置有呈一直线或其它间隔图案的多个孔(如7个)，并且可在该支撑框架102的下部设置额外的对应孔106。虽然在图1的设备100上示出7个孔106，但可提供任何适用数量的孔(例如，1、2、3等)。在一些实施例中，一对的孔(一个孔在上部，而对应的孔在下部)仅能提供衬底存在的感测，而两对的孔则可提供衬底存在感测和中心搜寻功能。在一些实施例中，可含有三对孔以负责衬底边缘的平坦部分及凹口部分。当衬底通过该切除区104时，可用该孔106来容纳负责搜寻衬底的前缘和/或后缘正切点的光学部件108。在一些实施例中，外侧成对的孔106可用来容纳负责定位衬底外缘的光学部件108。例如，最内部的成对孔(例如，在中心孔两侧最靠近中心孔的上方及下方孔)可用来搜寻五英寸衬底的边缘。在一些实施例中，最外侧的成对孔可用来搜寻八英寸衬底的边缘。在一些实施例中，最内侧的成对孔和最外侧的成对孔之间的成对孔可用来搜寻六英寸衬底的边缘。可使用任何其它适当的间距(例如，成对孔的位置)来判定任何尺寸或类型的衬底的边缘。本发明可通过使用适当的光学部件108装置和波长与任何类型的衬底并用(例如，半导体晶片、平面显示器的玻璃平板等)。
该光学部件108可包含串联使用的光发射器和光传感器，以判定传送的光学信号存在与否，光学信号可指示衬底的存在(例如，经由透射或反射)。另外或此外，可使用高温光纤(例如，塑料、玻璃、或光纤束)和/或影像管。当衬底通过该支撑框架102时，可使用任何其它适当的光学或其它部件来检测衬底的存在和/或不存在。可通过将光学部件108置放在该支撑框架102的孔106内而精确对准和/或定位。另外或此外，该支撑框架102可围绕光学部件108铸造和/或光学部件108可整合在该支撑框架102的构造中。
如上所述，在一些实施例中，该控制器110可固定而邻接该支撑框架102的末端。另外或此外，该控制器110可设在衬底传送腔室内的另一个位置、设在邻近该支撑框架102的另一个位置、和/或设在该衬底传送腔室外部。在示例实施例中，该控制器110与可能含有衬底的区域分隔开约1英寸或更远。该控制器110可以是电子逻辑板、例如为单芯片微控制器的微控制器、微处理器、或诸如此类。该控制器110可适于提供本发明设备100的自动校准和/或尺寸选择，和/或促进衬底中心位置的检测和计算。
转而参见图2，示出本发明设备100的实施例的后方立体视图。该光学部件108(图1)可通过线路信道112而电气连接至该控制器110，该信道112可以例如是利用不透明封装材料和/或其它热和/或光遮蔽材料而封住。容纳在该孔106内的光学和/或电气部件108可透过容纳在该支撑框架102内的线路而连接至该控制器110。该线路信道112可设置在该支撑框架102内，并且可从该支撑框架102后端进入，如图2所示。例如，线路、电气部件、和/或光学部件可利用封装材料而封在该支撑框架102内(或以其它方式固定在该支撑框架102内)。所使用的特定封装材料较佳地能够承受高幅射热温度，并且能够遮蔽容纳在该封装材料内的部件不受到热的损害效应。示例性封装材料可包含能由市面购得的产品，例如加州Palo Alto的Varian公司制造的Torr-Seal、加州Dublin的Tap Plastics制造的Marine Grade Epoxy、纽泽西州Hackensack的Master Bond公司制造的HT Epoxy等。也可使用其它适合的封装材料。
图3示出本发明设备100的实施例安装在衬底传送腔室300内时的前方立体视图。该支撑框架102可利用托架114而固定至衬底传送腔室。该托架114可由任何适合材料构成，以促进热从该支撑框架102逸散至该衬底传送腔室壁。此种材料可以是不锈钢、其它导热金属、或诸如此类。也可使用其它材料。该托架114可用来从该支撑框架102传热，因此降低该支撑框架102的温度，并进一步保护该光学部件108和该控制器110不受到热暴露及伤害。在一些实施例中，该控制器110可与托架114连接，或者与托架114分离。当与托架114连接时，该控制器110可利用绝缘材料(例如，尼龙球、塑料间隔件等)而与其绝缘。
图4示出本发明的示例方法400，其包含该设备100在传送腔室内的安装及使用。在步骤402，将传感器阵列(例如光学部件108，包含光传感器和/或发射器)安装在该支撑框架102中的孔内。可使用适于检测衬底的任何适用类型的传感器。举例来说，在传感器和控制器110之间的连接线(或成对的连接线)可穿过并封闭在该线路信道112内。该传感器可经过对准，以便能检测通过该设备100的切除区104的衬底。
在步骤404，可将该设备100安装在传送腔室内，使得该切除区104与该传送腔室的狭缝阀对准。可用导热托架114来将该设备100固定在该传送腔室300内部。与将该托架安装在该腔室底壁上(可能需要对其做出调整)相比较，而将该设备固定在该传送腔室300内部是有利的。
在步骤406，热衬底可通过该切除区104，同时遮蔽在该支撑框架102内的传感器检测该衬底。该支撑框架102的材料可将该衬底的热(和/或来自任何其它来源(例如处理腔室)的热)反射离开该传感器。另外或此外，该支撑框架102和该托架114可使该衬底(和/或任何其它热源)所辐射的热传导离开该传感器而例如至该传送腔室的壁。
在步骤408，该控制器110例如可比较传感器检测该衬底通过的相对时间来判断关于该衬底的信息(例如，该衬底的尺寸、该衬底的相对位置、该衬底的中心等)。举例来说，若对称设置在该支撑框架102两端的两个传感器指示出衬底同时通过两个传感器(例如，两个传感器同时检测到该衬底的前缘和/或后缘)，该控制器110可判定该衬底的中心(例如，相对于该衬底的宽度尺寸)落在两个传感器之间的等距离的线上。此外，在一些实施例中，该边缘检测信号的时间可指示与该衬底的移动平形的维度上的中心位置或线。在另一示例中，若对称设置在该支撑框架102的两端的两个传感器指示出衬底的边缘在不同时间通过该传感器，则该控制器110可判定例如，该衬底移动更靠近其中一个传感器，而此移动量可基于已知的衬底形状计算出(例如，特定直径的圆形衬底的边缘的已知曲率)。
在步骤410，可基于该控制器110所判定的信息来调整该衬底的位置(例如，将该衬底置中)。例如，可用端效器来移动该衬底的位置，而此移动量等于且相反于步骤408所判定的移动量。
转而参见图5，其示出本发明的示例实施例的前方立体视图。在此图所示的实施例中，设备500安装在狭缝阀组件502上。该设备500可设置在该狭缝阀组件502和该传送腔室壁(未示出)之间。该设备500可包含该切除区504，以容许衬底通过其间。与上方参照图1-3所述的传感器类似的数个传感器(未示出)可安装在该设备500的框架内，并且设置在该切除区504上方，而在标示为506的区域中。移动发射器阵列508可连接至该狭缝阀组件502的门510。
相应于传感器数量的数个光发射器(未示出)可安装在该移动发射器阵列508内。相对于该发射器的该传感器较佳地安装在该切除区504上方，因为该传感器比该发射器更易受到微粒或其它污染的阻塞所影响。也可使用其它定位。
在此位置，该传感器也可受该设备500的框架(如上述)遮蔽而不受辐射热影响。该设备500的框架也可含有光学信道或孔，其可限制该传感器的视野，因此增强准确度并减少伤害该传感器的可能性(无论该发射器/传感器的位置如何)。在一些实施例中，该传感器对于高温及光线可能比该发射器更敏感。在这些实施例中，限制该传感器的视野可对于准确性增强提供最高程度的益处。
如上所述，该光发射器和传感器可安装在该设备500上的部分位置内，因而可获得通过的衬底的准确测量。另外，如上所述，可基于所获得的测量而使用标准化的中心搜寻器软件算法来判定衬底中心。例如，可感测衬底的边缘以产生跨越衬底直径的弦线(chord)的数学表示。然后可检查弦线的垂直线以判定弦线的跨越点，并且从该跨越点，可计算出衬底的真实中心。因此，可在每一个处理腔室或群集式工具的入口处测量衬底并判定衬底中心。在其它实施例中，如上所述，可使用直径上相对的样本点的中心点来判定中心。在又其它实施例中，可组合两种方法来判定衬底中心。
如上所述，该移动发射器阵列508可连接至该狭缝阀组件502的门510上。因此，当该致动器(未示出)移动(例如，开启或关闭)该狭缝阀门510时，该移动发射器阵列508可连同该门510移动。或者，该发射器阵列508可连接至静止的致动器(未示出)，该致动器适于控制该狭缝阀组件502，因此使发射器阵列508静止不动。该设备500可设置在该狭缝阀组件502和该传送腔室之间，因此当该狭缝阀门510(“移动部分”)处于关闭位置时，该狭缝阀门510可遮蔽该光发射器和传感器不受处理化学物质和其它危害物的影响。当该狭缝阀门510处于开启位置时，由此容许衬底通过该切除区504，该发射器可与该传感器对准，以判定衬底的中心。
该移动发射器阵列508的实施例是有益的，因为该移动发射器阵列508的安装可以相当简单，并且每一个光发射器的轴可与每一个对应的传感器的轴较佳的对准，例如，与该门510的平面大约平行。另一方面，静止的发射器阵列508的优势会是在该门510的操作期间线路不会移动。
该光发射器和传感器可包含连接线512，其可被覆盖或封装，使得该连接线512固定在预设位置内，且不会受到机械、化学或电气有害物的伤害。此外，该设备500可包含保护窗口(未示出)，以覆盖该光发射器和传感器，以进一步避免处理化学物质的伤害。该保护窗口可以例如是惰性(inert)窗口、镜片、光管、或由与处理化学物质兼容的材料制成的其它部件。例如，该保护窗口可一直覆盖该光发射器和传感器。在此示例中，该保护窗口可由仍可容许衬底测量执行的材料制成。
为了进一步避免对于该光发射器和传感器的可能伤害，可使用联机或逻辑(wire-or logic)功能来限制用来连接多个传感器至该机械装置或系统控制逻辑所需的线路数量。或者，若可运用数据I/O通道，则每一个传感器组(传感器和发射器)可个别连接。此外，可将电路设计为与已存在的中心搜寻器传感器阵列平行(“联机或逻辑”)。腔室狭缝阀位置之间的操作选择可通过控制该阵列内多个中心搜寻器上的光放射器来达到。
可在例行维修停机时间将图5所述的“附加(add-in)”实施例安装在已存在的衬底处理系统上，此对生产具有最小的冲击。此外，也可在此时执行机械装置或系统控制器软件更新以适用于本发明。
转而参见图6，其示出本发明的示例实施例600的前方立体视图。在图中所示的实施例中，可将光发射器阵列602配置成与I/O狭缝阀门604为一体，而相对的光传感器装置(未示出)可一体安装在位于该组件的切除区上方的狭缝阀框架606的静止部分上(在图5标出)。或者，该光发射器阵列602本身可一体形成在狭缝阀致动器608的下主体内。当该狭缝阀门604处于开启位置时，容许衬底通过其间，该光学部件可以对准，因此如上所述能够获得衬底测量。在此所述实施例也可包含上面关于图5所述的特征结构。
上面描述仅揭示本发明的示例实施例。上面揭示的设备及方法的落入本发明范围内的调整对于熟知技术的人员而言是显而易见的。例如，在此所述的设备和方法可用于其它感测应用，例如边缘搜寻，并且也可用于其它处理环境，例如衬底装载和/或处理腔室。本发明也可利用设计成提供不会阻碍衬底并且可耐受反射的辐射热的中心搜寻器的其它材料或配置而实现。
据此，虽然本发明已关于其示例实施例做出揭示，但应了解其它实施例会落在如权利要求所界定的本发明的精神及范围内。
本申请主张以下美国暂时专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于此：
美国暂时专利申请序号第61/023,823号，其申请日为2008年1月25日，专利名称为“METHODS AND APPARATUS FOR AN INTEGRAL LOCAL SUBSTRATE CENTER FINDER FOR I/O AND CHAMBER SLIT VALVES”(代理人案卷号11224/L)。
相关申请的交叉引用
本发明与美国专利申请序号第11/561,118号为相关，其申请日为2006年11月17日，专利名称为“HIGH TEMPERATURE OPTICAL SENSOR DEVICE FOR SUBSTRATE FABRICATION EQUIPMENT”(代理人案卷号10476)，而此申请案主张美国暂时专利申请序号第60/738,077号的优先权，其申请日为2005年11月17日，专利名称为“HIGH TEMPERATURE OPTICAL SENSOR DEVICE FOR WAFER FABRICATION EQUIPMENT”。在此将上述二者的整体并入以做为参考。