晶片边缘的测量和控制

摘要

提供用于定位和/或旋转非固体接触的基板(诸如使晶片浮动于气体薄层上)的装置和方法。由于与处理腔室的各部件无固体接触，因此使用晶片上的各特征结构来确定晶片位置和旋转速度。闭环控制系统设置有电容式传感器，以监测晶片边缘在水平平面中的位置。控制系统也可以于晶片旋转时监测晶片特征结构的位置，诸如监测晶片边缘中的凹口。因为凹口的存在可能中断面向晶片边缘的传感器，因此还提供用以减少或消除这种中断的方法和装置。

权利要求

1.一种用于在处理腔室中定位和旋转基板的方法，所述方法包括：通过设置在处理腔室的内部容积中的基板定位组件支撑基板，其中所述基板在外径边缘上具有非均匀性部分，并且所述处理腔室包括：分别指向所述基板的第一和第二边缘部分的第一和第二传感器；以及可操作以监测所述基板旋转的旋转传感器；

旋转所述基板；

利用所述第一和第二传感器测量所述基板的位置；

利用所述旋转传感器，确定指示在所述基板的所述外径边缘上的所述非均匀性部分的位置的数值；以及通过控制所述基板的旋转减少所述基板定位的中断，使得所述非均匀性部分不通过所述第一或第二传感器任一者的视场。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

利用耦接至控制系统的第一组致动器，控制所述基板在X和Y方向上的位置；以及利用耦接至所述控制系统的第二组致动器，控制所述基板的旋转，其中所述第二组致动器对所述基板施加扭矩，且所述控制系统测量所述非均匀性部分的位置。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述非均匀性部分包括在所述基板的所述外径边缘上的凹口，所述第一传感器测量所述基板在X方向上的位置，所述第二传感器测量所述基板在Y方向上的位置，所述旋转传感器基于绕Z轴的角度作为相对数值，测量所述凹口的位置。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述旋转传感器包括相机。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述第一和第二传感器包括位于相同的X-Y平面上的电容式传感器，所述方法进一步包括通过第三电容式传感器，测量基板在Z方向上距所述第一和第二传感器的X-Y平面的距离，其中所述第三电容式传感器位于相同的X-Y平面上的所述第一传感器与所述第二传感器之间，而所述第三电容式传感器径向向内定位，因此所述基板的边缘不在所述第三电容式传感器的视场之内。

6.一种用于处理基板的设备，所述设备包括：

腔室主体，所述腔室主体界定内部容积；

基板定位组件，所述基板定位组件设置在所述内部容积中，其中所述基板定位组件能够至少于水平平面内定位和旋转基板；

第一电容式传感器，所述第一电容式传感器设置在所述内部容积中，其中所述第一电容式传感器被定位成于第一边缘位置处检测所述基板的边缘位置；

第二电容式传感器，所述第二电容式传感器设置在所述内部容积中，其中所述第二电容式传感器被定位成于第二边缘位置处检测所述基板的边缘位置；

第三电容式传感器，所述第三电容式传感器设置在所述内部容积中、所述第一与第二电容式传感器之间的位置处，其中所述第三电容式传感器被定位成检测所述基板的垂直位置；以及控制器，所述控制器耦接至所述第一、第二和第三电容式传感器，其中所述控制器被编程以确定在所述基板的外径边缘上的非均匀性部分通过所述第一电容式传感器的视场时的第一时间期间，以确定所述非均匀性部分通过所述第二电容式传感器的视场时的第二时间期间，和在所述第一和/或第二时间期间忽略或最小化来自所述第一和/或第二电容式传感器的输入以使由于所述非均匀性部分通过所述第一和/或第二电容式传感器的视场所造成的任何中断最小化，或消除任何中断。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述第一与第二传感器被定位成90度角，从而所述第一传感器测量所述基板在X方向上的位置，所述第二传感器测量所述基板在Y方向上的位置。

8.如权利要求6所述的设备，其中所述控制器被编程以根据测量所述基板的所述外径边缘上的所述非均匀性部分于何时通过所述第一和第二传感器的各视场，确定所述基板的每分钟旋转次数(RPM)。

9.如权利要求6所述的设备，进一步包括旋转传感器，所述旋转传感器耦接至所述控制器以监测所述基板的所述外径边缘上的所述非均匀性部分的位置。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述旋转传感器包括相机。

11.如权利要求9所述的设备，进一步包括第一组致动器，所述第一组致动器耦接至所述控制器并设置成控制所述基板在X和Y方向上的位置。

12.如权利要求11所述的设备，进一步包括第二组致动器，所述第二组致动器耦接至所述控制器并设置成施加扭矩以控制所述基板的旋转。

13.一种用于在处理腔室中定位和旋转基板的方法，所述方法包括：通过设置在处理腔室的内部容积中的基板定位组件支撑基板，其中所述基板在外径边缘上具有非均匀性部分，并且所述处理腔室包括：第一传感器，所述第一传感器指向所述基板的第一边缘部分；

第二传感器，所述第二传感器指向所述基板的第二边缘部分；以及

控制系统，所述控制系统电耦接至所述第一传感器和所述第二传感器；

利用所述第一和第二传感器测量指示所述基板位置的一个或更多个数值；

利用耦接至所述控制系统的第一组致动器定位所述基板；

利用耦接至所述控制系统的第二组致动器旋转所述基板，其中所述第二组致动器对所述基板施加扭矩；

通过确定所述基板的所述外径边缘上的所述非均匀性部分于何时通过所述第一或第二传感器任一者的视场，测量指示所述非均匀性部分的位置的数值；以及计算所述非均匀性部分将会通过所述第一或第二传感器任一者的视场的一个或更多个估计时间周期，以减少所述基板定位的中断。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述非均匀性部分包括在所述基板的所述外径边缘上的凹口，所述第一传感器测量所述基板在X方向上的位置，所述第二传感器测量所述基板在Y方向上的位置。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述控制系统基于绕Z轴的角度作为相对数值，计算所述凹口的估计位置。

说明书

晶片边缘的测量和控制

技术领域

[0001] 本发明的各方面大体涉及在半导体装置制造期间于处理腔室中定位和/或旋转基板的方法和装置。

背景技术

[0002] 集成电路是可在单一芯片上包括数百万个晶体管、电容器和电阻的复杂装置。芯片设计不断地需要更快的电路和更高的电路密度，因此要求越来越精准的制造工艺。

[0003] 在一些制造工艺(诸如离子注入法)中，在基板上的膜层产生高度的内部应力。为了释放所述应力并控制膜性质和均匀性，使膜经受诸如退火之类的热处理。快速热处理(RTP)腔室使基板经受高度控制的热循环，诸如在小于10秒内加热基板至超过1000℃。RTP释放膜层中的应力并且也可以用于调整膜性质，诸如改变膜的密度或电气特征。

[0004] 然而，RTP处理可遍及基板表面造成非均匀加热，特别是在基板与其他部件诸如基板支撑件或支撑环接触处。例如，在许多晶片(基板)处理系统中，晶片处理器可包括与晶片接触的组件。这在处理的晶片需要旋转的情况下是有利的，因为可利用在晶片处理器或旋转器中所设计的特征结构来控制位置和旋转速度。但是由于晶片接触所造成的晶片非均匀加热产生诸多问题。

[0005] 据此，已经开发多种系统以在退火处理期间在不与晶片直接接触的情况下支撑、定位和旋转晶片。转让给Applied Materials,Inc.(应用材料公司)的美国专利第8,057,602号和第8,057,601号描述了浮动(floating)、定位和旋转在空气薄层上的晶片的装置和方法，通过引用将这些专利结合在此。因为晶片不再与其他系统部件直接固体接触，因此需要精确的传感器和控制系统以监测并控制晶片的位置和旋转两者。

[0006] 对于非接触晶片定位而言，已经使用光学传感器来监测晶片外部边缘的位置。然而，当暴露于严峻的腔室条件时，由于高温暴露(在某些情况下超过1000℃)或由于处理气体在光学部件上遗留沉积物，光学传感器可能产生可靠性的问题。此外，需要一种可靠的解决方式，以追踪并控制晶片旋转。在过去，已经使用晶片外部边缘上的凹口(notch)，于处理腔室中定向晶片。然而，如果在非接触晶片定位系统中使用具有凹口的晶片，则每当凹口旋转通过光学传感器的视场(field of view)时引入误差。无论光学传感器于何时“见到”所述凹口，系统控制器尝试使晶片“回到中心位置(re-center)”，并误移所述晶片偏离中心。当特定传感器再次见到真实边缘时，便提示另一校正。因此，存在对于非直接固体接触的晶片进行定位和旋转的改良的装置和方法的需求。

发明内容

[0007] 提供用于定位和/或旋转晶片的装置和方法。在一个实施方式中，提供一种在处理腔室中定位和旋转基板的方法，所述方法包括：通过设置在处理腔室的内部容积中的基板定位组件支撑基板，其中所述基板在外径边缘上具有非均匀性，并且处理腔室具有分别指向所述基板的第一和第二边缘部分的第一和第二传感器，以及用于监测基板旋转的旋转传感器；旋转基板；利用第一和第二传感器测量基板的位置；利用旋转传感器，确定指示在基板外径边缘上非均匀性的位置的数值；以及控制基板的旋转，使得非均匀性不通过第一或第二传感器任一者的视场。

[0008] 在进一步的实施方式中，所述方法进一步包括利用耦接至控制系统的第一组致动器，控制基板在X和Y方向上的位置；以及利用耦接至控制系统的第二组致动器，控制基板的旋转，其中第二组致动器对基板施加扭矩且控制系统测量非均匀性的位置。在其他实施方式中，非均匀性包括在基板外径边缘上的凹口，第一传感器测量基板在X方向上的位置，第二传感器测量基板在Y方向上的位置，而旋转传感器基于绕Z轴的角度作为相对数值，测量凹口的位置。在更进一步的实施方式中，旋转传感器包括相机。在其他实施方式中，第一和第二传感器包括位于相同的X-Y平面上的电容式传感器，所述方法进一步包括通过利用第三电容式传感器，测量基板在Z方向上距第一和第二传感器的X-Y平面的距离，其中第三电容式传感器位于相同的X-Y平面上的第一传感器与第二传感器之间且第三电容式传感器被定位成径向向内，从而使基板边缘不在第三传感器的视场之内。

[0009] 在另一实施方式中，提供一种在处理腔室中定位和旋转基板的方法，所述方法包括：通过设置在处理腔室的内部容积中的基板定位组件支撑基板，其中所述基板在外径边缘上具有非均匀性部分，所述处理腔室包括：第一传感器，所述第一传感器指向基板的第一边缘部分；第二传感器，所述第二传感器指向基板的第二边缘部分；旋转传感器，所述旋转传感器用于监测基板的旋转；以及控制系统，所述控制系统电耦接至第一传感器、第二传感器和旋转传感器；利用第一和第二传感器测量指示基板位置的一个或更多个数值；利用耦接至控制系统的第一组致动器定位基板；利用耦接至控制系统的第二组致动器旋转基板，其中第二组致动器对基板施加扭矩；使用旋转传感器测量指示基板外径边缘上非均匀性部分的位置的数值；以及确定非均匀性部分何时会通过第一和第二传感器的一个或更多个的视场，以减少基板定位步骤的中断(disruption)。

[0010] 在进一步的实施方式中，非均匀性部分包括在基板外径边缘上的凹口，第一传感器测量基板在X方向上的位置，第二传感器测量基板在Y方向上的位置。在更多的实施方式中，控制系统使用旋转传感器，以基于绕Z轴的角度作为相对数值测量凹口的位置。而在其他实施方式中，控制系统使用旋转传感器，确定基板的每分钟旋转次数(RPM)。在其他实施方式中，第一和第二传感器包括位于相同的X-Y平面上的电容式传感器，所述方法进一步包括通过利用第三电容式传感器，测量基板在Z方向上距第一和第二传感器的X-Y平面的距离，其中第三电容式传感器位于相同的X-Y平面上的第一传感器与第二传感器之间，且第三电容式传感器被定位成径向向内，从而使基板边缘不在第三传感器的视场之内。在其他实施方式中，旋转传感器包括相机。

[0011] 对于另一实施方式而言，提供一种在处理腔室中定位和旋转基板的方法，所述方法包括：通过设置在处理腔室的内部容积中的基板定位组件支撑基板，其中所述基板在外径边缘上具有非均匀性部分，所述处理腔室包括：第一传感器，所述第一传感器指向基板的第一边缘部分；第二传感器，所述第二传感器指向基板的第二边缘部分；以及控制系统，所述控制系统电耦接至第一传感器和第二传感器；利用第一和第二传感器测量指示基板位置的一个或更多个数值；利用耦接至控制系统的第一组致动器定位基板；利用耦接至控制系统的第二组致动器旋转基板，其中第二组致动器对基板施加扭矩；通过确定基板外径边缘上的非均匀性部分何时通过第一或第二传感器任一者的视场，测量指示非均匀性部分的位置的数值；以及计算非均匀性部分将会通过第一或第二传感器任一者的视场的一个或更多个估计时间周期，以减少基板定位步骤的中断。

[0012] 在其他实施方式中，非均匀性部分包括在基板外径边缘上的凹口，第一传感器测量基板在X方向上的位置，第二传感器测量基板在Y方向上的位置。在进一步的实施方式中，控制系统基于绕Z轴的角度作为相对数值，计算凹口的估计位置。在其他实施方式中，控制系统计算基板的每分钟旋转次数(RPM)。在进一步的实施方式中，第一和第二传感器包括位于相同的X-Y平面上的电容式传感器，所述方法进一步包括通过利用第三电容式传感器，测量基板在Z方向上距第一和第二传感器的X-Y平面的距离，其中第三电容式传感器位于相同的X-Y平面上的第一传感器与第二传感器之间，且第三电容式传感器被定位成径向向内，从而使基板边缘不在第三传感器的视场之内。

[0013] 在一不同的实施方式中，提供一种用于处理基板的设备，所述设备包括：腔室主体，所述腔室主体界定内部容积；基板定位组件，所述基板定位组件设置在所述内部容积中，其中所述基板定位组件能够至少于水平平面内定位和旋转基板；第一电容式传感器，所述第一电容式传感器设置在所述内部容积中，其中所述第一电容式传感器被定位成于第一边缘位置处检测基板的边缘位置；第二电容式传感器，所述第二电容式传感器设置在所述内部容积中，其中所述第二电容式传感器被定位成于第二边缘位置处检测基板的边缘位置；第三电容式传感器，所述第三电容式传感器设置在所述内部容积中、第一和第二电容式传感器之间的位置处，其中所述第三电容式传感器被定位成检测基板的垂直位置；以及控制器，所述控制器耦接至第一、第二和第三电容式传感器，其中所述控制器被编程以确定在基板的外径边缘上的非均匀性部分通过第一电容式传感器的视场时的第一时间周期，并确定非均匀性部分通过第二电容式传感器的视场时的第二时间周期。

[0014] 在进一步的实施方式中，第一与第二传感器被定位成90度角，从而第一传感器测量基板在X方向上的位置，并且第二传感器测量基板在Y方向上的位置。在其他实施方式中，控制器被编程以根据测量基板外径边缘上的非均匀性部分于何时通过第一和第二传感器的各视场，确定基板的每分钟旋转次数(RPM)。而在其他实施方式中，所述设备进一步包括旋转传感器，所述旋转传感器耦接至控制器，并经配置以监测基板外径边缘上的非均匀性部分的位置。此外，所述旋转传感器可包括相机。在更进一步的实施方式中，所述设备包括第一组致动器，所述第一组致动器耦接至控制器并设置成控制基板在X和Y方向上的位置。而在另一实施方式中，所述设备进一步包括第二组致动器，所述第二组致动器耦接至控制器并设置成施加扭矩以控制基板的旋转。

[0015] 在另一实施方式中，提供一种用于处理基板的设备，所述设备包括：腔室主体，所述腔室主体界定内部容积；基板定位组件，所述基板定位组件设置在所述内部容积中，其中所述基板定位组件能够至少于水平平面内定位和旋转基板；第一电容式传感器，所述第一电容式传感器设置在所述内部容积中，其中所述第一电容式传感器被定位成于第一边缘位置处检测基板的边缘位置；第二电容式传感器，所述第二电容式传感器设置在所述内部容积中，其中所述第二电容式传感器被定位成于第二边缘位置处检测基板的边缘位置；第三电容式传感器，所述第三电容式传感器设置在所述内部容积中、第一和第二电容式传感器之间的位置处，其中所述第三电容式传感器被定位成检测基板的垂直位置；以及控制器，所述控制器耦接至第一、第二和第三电容式传感器，其中所述控制器被编程以控制基板的旋转，使得基板外径边缘上的非均匀性部分不通过第一电容式传感器的视场或第二电容式传感器的视场。

[0016] 在进一步的实施方式中，第一与第二传感器被定位成90度角，从而第一传感器测量基板在X方向上的位置，并且第二传感器测量基板在Y方向上的位置。在另一实施方式中，所述设备进一步包括旋转传感器，所述旋转传感器耦接至控制器并经配置以监测基板外径边缘上的非均匀性部分的位置。在进一步的实施方式中，所述旋转传感器包括相机。而在另一实施方式中，所述设备进一步包括第一组致动器，所述第一组致动器耦接至控制器并设置成控制基板在X和Y方向上的位置。在更进一步的实施方式中，所述设备包括第二组致动器，所述第二组致动器耦接至控制器并设置成施加扭矩以控制基板的旋转。

[0017] 在一不同的实施方式中，提供一种用于处理基板的设备，所述设备包括：腔室主体，所述腔室主体界定内部容积；基板定位组件，所述基板定位组件设置在所述内部容积中，其中所述基板定位组件能够至少于水平平面内定位和旋转基板；第一电容式传感器，所述第一电容式传感器设置在所述内部容积中，其中所述第一电容式传感器被定位成于第一边缘位置处检测基板的边缘位置；第二电容式传感器，所述第二电容式传感器设置在所述内部容积中，其中所述第二电容式传感器系经被定位成于第二边缘位置处检测基板的边缘位置；第三电容式传感器，所述第三电容式传感器设置在所述内部容积中、第一与第二电容式传感器之间的位置处，其中所述第三电容式传感器被定位成检测基板的垂直位置；旋转传感器，所述旋转传感器耦接至控制器；以及控制器，所述控制器耦接至第一、第二和第三电容式传感器，其中所述控制器被编程以监测在基板外径边缘上的非均匀性部分的位置。

[0018] 在进一步的实施方式中，第一与第二传感器被定位成90度角，从而第一传感器测量基板在X方向上的位置，并且第二传感器测量基板在Y方向上的位置。在另一实施方式中，所述控制器被编程以确定基板的每分钟旋转次数(RPM)。而在进一步的实施方式中，所述旋转传感器包括相机。在另一实施方式中，所述设备进一步包括第一组致动器，所述第一组致动器耦接至控制器并设置成控制基板在X和Y方向上的位置。在其他实施方式中，所述设备进一步包括第二组致动器，所述第二组致动器耦接至控制器并设置成施加扭矩以控制基板的旋转。

附图说明

[0019] 可参照实施方式(一些实施方式描绘于附图中)来详细理解上述特征以及更特定的描述。应注意，这些附图仅描绘用于讨论的示例性实施方式，因此未按比例绘制，也不用于限制要求保护的范围。

[0020] 图1描绘根据一些实施方式的晶片控制系统的示意图。

[0021] 图2描绘根据一些实施方式的用在晶片控制系统中的电容式传感器的示意图。

[0022] 图3描绘根据一些实施方式的一种用于控制晶片定位和旋转的方法的流程图。

[0023] 图4描绘根据一些实施方式的一种用于控制晶片定位和旋转的方法的流程图。

[0024] 图5描绘根据一些实施方式的一种用于控制晶片定位和旋转的方法的流程图。

[0025] 预期一个实施方式的特征可有利地结合于其他实施方式中而不需进一步详述。

具体实施方式

[0026] 在此讨论的各实施方式提供用于定位和/或旋转基板(诸如晶片)的装置和方法。进一步的实施方式涉及对不直接固体接触的基板的位置和旋转进行测量和控制。(为了建立非接触式晶片支撑系统，可以使用气体喷嘴以使晶片浮动于气体、空气或其他包括液体在内的流体的薄层上。或者，可以使用磁力悬浮。)因为不与处理腔室的各部件固体接触，因此使用晶片上的各特征结构来确定晶片位置和旋转速度。可以使用具有传感器的闭环控制系统来监测在水平平面上晶片的边缘位置。这些控制系统也可于晶片旋转时监测晶片特征结构的位置，所述晶片特征结构诸如晶片边缘中的凹口。因为凹口的存在可能中断面向晶片边缘的传感器，一些实施方式提供减少或消除这种中断的方法和装置。

[0027] 各实施方式可用于半导体处理，诸如快速热处理(RTP)。在需要使来自加热灯的辐射能量更均匀分散遍及晶片的整个区域的加热应用中，这些实施方式也是有用的。此外，在一些沉积应用中可能需要旋转，以使腔室几何形状对沉积均匀性的影响最小化。非接触(也就是，非固体接触)系统提供一种遍及晶片加热均匀性的优势，减少高成本的陶瓷硬件，并减少复杂的平面对准步骤。在化学气相沉积(CVD)真空腔室中可获得重要的优势，在此条件下温度和流动均匀性是关键。非接触系统允许晶片相对于处理气流和温度两者旋转，而不需要移动加热器或其他腔室部件。这些实施方式也可以在需要精确定位晶片，或需要建立温度均匀性的任何应用中使用。这些实施方式在一些应用中也可以减少颗粒污染。因此，也可以在预加热或冷却阶段中使用非接触系统，以避免与腔室部件直接接触而产生颗粒。

[0028] 各实施方式也可用于受益于在非接触系统中控制或监测基板或晶片的角位置的各应用中。例如，一些应用受益于能够利用凹口(或是其他非均匀性)使晶片于处理腔室中的特定位置处完全停止(或是定位晶片)。可重复性对于生产量、处理时间、传输时间和/或均匀性的最佳化是重要的。在其他应用中，可将具有某些特征结构(诸如凹口或其他非均匀性)的晶片放置于相对于边缘环的特定位置中。而在其他应用中，可以使用对准器将晶片带进处理腔室中或从处理腔室移除。在此情况中，使晶片重复对准可提高产出次数。在其他应用中，需要在特定对准情况下处理晶片。例如，当使用激光退火晶片时，有利的是成一直线或相对于某些特征结构移动激光，以改善均匀性和/或避免晶片破裂或损坏晶片。对于本领域技术人员而言，这些和其他优点都是显而易见的。

[0029] 图1描绘根据一些实施方式的在处理腔室内侧的非接触式基板或晶片控制系统101的由上往下视图。如图所示，晶片110位于晶片支撑主体124上。晶片支撑主体124具有位于晶片110下方的各种流体口(未示出)。在一些实施方式中，这些流体口为气体喷嘴。这些气体喷嘴被配置于不同方向上，从而气流可用于支撑、定位和/或旋转晶片110。这些气体喷嘴与流体输送系统132连接，流体输送系统132耦接至系统控制器136。此外，支撑主体124也可由嵌入式加热器加热。在一些实施方式中，也可以通过这些气体喷嘴来输送热气。(气体口的示例配置描绘于2011年6月2日提交的共同未决(co-pending)申请第13/152,154号中，所述申请共同转让给Applied Materials,Inc.，通过引用将这些申请作为一个整体结合在此。利用流体流的示例性基板定位组件的详细描述可见于美国专利第8,057,602号和第8,
057,601号，通过引用将上述专利结合在此。)传感器138和140测量晶片110的边缘在X和Y方向上的位置，并反馈测量位置作为控制器136的输入。控制器136可以将这些测量数值与目标位置的数值进行比较，或是与目标位置的可接受范围进行比较。接着控制器136可以向第一组致动器(诸如流量控制阀)输出指令以作用于晶片，并使晶片沿所需方向移动。虽然利用流体流(气体或液体)有效支撑和定位晶片，但由于几乎无摩擦系统，晶片会具有旋转的倾向。控制器136也可以通过向第二组致动器(诸如流量控制阀)输出指令以对晶片110施加扭矩来控制旋转的方向或速度。在一些实施方式中，系统控制器136执行闭环控制程序，以控制晶片110的位置和旋转。

[0030] 在此讨论的进一步的实施方式涉及测量晶片的旋转。在一个实施方式中，旋转传感器190可用于追踪晶片110的角位置和/或旋转。晶片位置可从参考位置零(由靠近旋转传感器190位置的凹口160或其他非均匀性的位置所描绘，所述旋转传感器190可为CCD相机)以角度“Θ”(theta)(由箭头170所描绘)的函数来追踪。旋转传感器190(诸如相机)，可在本身的视场中具有用于检测凹口160(或其他非均匀性)位置的视场。这允许在本身的视场中控制非均匀性160。可以绕着将定位晶片的区域的圆周部分，定位其他旋转传感器，以扩大整体视场，直到并包括整个圆周。旋转传感器190可被定位成垂直于晶片表面，或被定位成在晶片的垂直面与水平平面之间成一定角度。

[0031] 也可以提供光源(未示出)。例如，处理腔室可在晶片的下侧(或非处理侧)提供背光，从而传感器190可为光学检测器或光检测器。此外，一个或更多个激光束和激光检测器可用作旋转传感器，以检测非均匀性160的位置。激光检测器190可以测量从晶片表面所反射的光的发射率(emissivity)差异，或可以测量光线何时能通过非均匀性160进行照射。此外，用于引导或反射光的各镜(mirror)可定位于腔室中。在一些实施方式中，可以使用双向镜。或者，可以使用电容式传感器来监测旋转或角位置。当使用激光检测器或电容式传感器时，这些传感器可以聚焦于非均匀性160可能通过的圆周周围的一个或更多个点上。在此情况中，可以使用一系列旋转传感器190以确定晶片的角位置。

[0032] 各种形式的传感器可用于在此披露的包括旋转控制方法在内的一些控制方法。在一些实施方式中，晶片边缘传感组件包括设置在晶片一侧上的光源，以及设置在晶片相对侧上的光传感器。在其他实施方式中，一种回射传感器(retroreflective sensor)配置可用于检测基板的位置或移动，其中回射传感器向晶片发光，并测量反射回到传感器的光。这些传感器优选地设置在与处理侧相对的晶片的一侧上。在制造环境中，可以证实难以将光学传感器放置于腔室中，其中敏感电子元件和表面暴露于严峻的腔室条件或沉积材料。例如在一些应用中，可能经历1000℃或1200℃或更高的温度。可以使用窗口来保护光学部件，但这些窗口也可能因为处理气体的沉积而变得模糊，使得这些传感器在不常清洁或替换的情况下，造成传感器测量结果偏差或丧失准确性。此外，腔室空间也受到限制。因此，限制放置在处理腔室中的设备的量是有利的。

[0033] 据此，已经发现可以于非接触式晶片系统中使用电容式传感器，以在严峻条件下获得高精确测量。图1描绘非接触式晶片边缘测量和控制系统的一个实施方式，其中传感器138、140和142包括电容式传感器。因为晶片由气体支撑、定位和旋转，因此利用晶片的特征结构来确定晶片位置和旋转速度。(一般而言向晶片增添新的特征结构并非理想选择。)因此，晶片110的外径边缘受到监测，以在水平平面中控制晶片110的位置。

[0034] 在图1中，提供两个传感器138和140以分别追踪晶片110在X方向和Y方向上的位置，所述X方向和Y方向界定水平平面，晶片定位于所述水平平面上。应该理解的是，X方向与Y方向为相对的，因此可以移动或反转。此外，第三传感器142被定位成测量晶片110与传感器142的表面之间的距离，所述距离在Z方向或垂直方向上。在图1中，传感器138、140和142分别设置在支撑主体124的切口(cutout)171、173和172中，因此这些传感器的表面位于相同的水平X-Y平面中。此平面可与支撑主体124的表面一致，或与布置于支撑主体124上的各气体喷嘴一致。传感器138、140和142分别通过电引线组件181、183和182耦接至系统控制器136。此外，从传感器142测量得到的距离可用于促进传感器138和140的精确度。传感器142相较于传感器138和140而言更靠近支撑主体124的中点(与晶片的中点192一致)，使得晶片
110的边缘不进入传感器142的视场中。传感器142也可被定位成当晶片110沿箭头170所示的方向旋转时，使晶片边缘的非均匀性部分(如凹口160)不进入传感器142的视场。在图1中，传感器142位于传感器138与140之间(沿围绕支撑主体124的圆周的方向)，因为如果晶片变翘曲时，在传感器138与140之间的中点处或靠近中点处，单一传感器可以最精确地读取晶片与传感器138和140的水平平面之间的距离。

[0035] 在图1中，传感器138定位于绕着支撑主体124的圆周、对于传感器140为90°的分离角度(194)处。传感器138可作为X方向传感器，而传感器140可作为Y方向传感器。除了180°之外，传感器138和140还可被定位于任何其它方便的分离角度处。在图1所示的实施方式中，传感器138和140被定位成面向晶片110的边缘，因此这些传感器可以分别检测在X和Y方向上的移动。据此，传感器138和140被定位于沿着实质上与晶片110的圆周具有相同的尺寸的圆的两个位置处。换句话说，传感器138和140被定位于离支撑主体124的中点大约等于晶片110直径的一半的距离的两个位置处，支撑主体124的中点与晶片110的中点192对准。在此布置中，晶片110的边缘在这两个传感器138和140的中心的上方，因此每一个传感器的水平检测范围的中心与晶片110的边缘对齐，传感器138和140彼此由围绕与晶片中心192一致的点的分离角度194分隔开。在图1所示的实施方式中，所述分离角度为90°。(位于晶片110下方的每一传感器和切口的部分以点划线示出。)

[0036] 在图1中，传感器138和140每一个都垂直面向晶片110的切线。传感器138、140和142分别设置在支撑主体124的切口171、173和172中。这些切口可具有足够深度，使得每一传感器的顶表面都位于相同的水平平面。在一些实施方式中，每一传感器的顶表面可与支撑主体124的顶表面齐平。在其他实施方式中，每一传感器的顶表面可与设置在支撑主体
124中的气体喷嘴齐平。此外，电引线组件181和183用于分别将传感器138和140耦接至系统控制器136。应该理解的是，其他实施方式也是可行的，诸如使传感器138和140从晶片110的圆周外侧一位置处面朝向晶片110的边缘。可选地，在支撑主体124上、电容式传感器138、
140和142的上方可放置(未示出)窗口。所述窗口可由石英制成，并具有开口以容纳来自流体口的流体流。

[0037] 图2描绘电容式传感器202的一个实施方式的由上往下视图，所述电容式传感器202可于图1中使用。电容式传感器202具有传感器电极208，所述传感器电极208由绝缘器元件206环绕，所述绝缘器元件206由保护电极(guard electrode)204环绕。引线210耦接至保护电极204，而引线212耦接至传感器电极。这些电引线可被容纳在电引线组件240中，所述电引线组件240为这些分离的引线提供绝缘壳体(casing)。引线210和212可耦接至系统控制器136。当对保护电极204施加电压时，在保护电极与传感器电极之间产生电磁场，并可从引线212检测电压。电容数值由覆盖磁场的有效区域确定。在未电气接地的晶片110进入电容式传感器202的视场中时，会改变磁场并影响电压测量。因此，电容式传感器202可以测量晶片110边缘覆盖传感器202的覆盖比率作为电压。此外，Z方向传感器142可以通过确定晶片边缘离传感器138和140多远而确定该特定距离的数值，提高边缘传感器138和140的精确性。(可由系统控制器136进行测量和计算，系统控制器136向流体输送系统132传送输出，以控制一个或更多个致动器，以影响晶片110在X和/或Y方向上的位置。在一些实施方式中，第一组致动器为流量控制阀，用以控制传送至支撑主体124上的喷嘴的流体量。)[0038] 然而，由于晶片110也旋转(参见箭头170)，因此需要追踪旋转的测量系统。晶片的外径边缘通常是不均匀的。图1描绘具有凹口160或其他特征结构的晶片。凹口160可为直径大约1.5mm-2mm的半圆。这些凹口也可以具有其他形状，诸如三角“V”形或是方形。或者，一些圆形晶片在其圆周的一部分上具有平坦边缘。可监测所述非均匀性特征结构(诸如凹口
160)以确定晶片110的旋转速度。但是，当凹口旋转通过边缘传感器的视场时，便引入误差至定位控制系统。由凹口测量所形成的误差可能使控制系统尝试并使晶片“回到中心位置”，这实际上移动晶片偏离中心。一旦凹口已经通过传感器，传感器再次监测晶片的真实边缘，并提示另一校正。因此需要减少或消除由晶片边缘非均匀性部分的旋转移动所造成的定位误差的系统、装置和方法。

[0039] 图3至图5提供多种示例控制方法的实施方式，这些示例控制方法可以与图1的装置(或其他适合装置)一起使用，以测量并控制晶片110的旋转。在图3中，提供控制方法300，其中使用第四传感器190来确定晶片凹口160或其他非均匀性部分的位置(步骤350)，控制器136通过前后反转旋转来控制晶片的角位置和/或旋转，因此凹口160并不通过任何边缘传感器的视场(步骤360)。传感器190可为耦接至系统控制器136的相机，当凹口160绕着晶片110旋转时，追踪凹口160的位置，并以角度theta的函数表示。在一些实施方式中，相机190可由窗口保护。在进一步的实施方式中，相机190可置于处理腔室外侧。也可以使用不追踪凹口160的完整移动的其他类型的传感器。例如，可以绕着支撑主体124的圆周定位多个光学或电容式追踪传感器(未示出)，以在凹口通过这些追踪传感器的位置时进行追踪，从而控制器136可以在凹口160(或其他非均匀性)进入边缘测量传感器138或140之一的视场之前，反转晶片110的旋转。也可以计算旋转速度和/或加速度以协助此处理。在另一可能的实施方式中，可以减小传感器138与140之间的分离角度194，以提供晶片110更大的旋转移动范围。

[0040] 在方法300中，第一步骤310将晶片定位于处理腔室中的晶片支撑组件上，所述晶片于其边缘上具有凹口或其他非均匀性，所述处理腔室具有X、Y和Z方向传感器以及第一和第二组流体口(诸如与流量控制阀流体连通的各气体喷嘴)。在步骤320中，启动气流通过第一组气体口，且晶片位于晶片支撑组件上方一定距离处的非接触位置中。在步骤330中，控制器136执行闭环控制系统，以利用这些传感器测量晶片位置并利用第一组气体口控制晶片位置。在步骤340中，控制器136利用第二组气体口旋转晶片，同时利用第一组气体口维持对晶片位置的控制。如上所述，在步骤350中，控制器136利用第四传感器190确定凹口160的位置，并且在步骤360中，前后反转晶片110的旋转，使得凹口并不通过X或Y传感器任一者的视场。第四传感器190可为旋转传感器，诸如相机。第四传感器190可用于控制凹口160的角位置。此外，第四传感器190可以具有视场，而凹口160的角位置可被控制为保持在第四传感器190的视场之内。此外，可以使用更多旋转传感器以扩大整体视场，使得凹口160可被控制为保持在所述整体视场之内。

[0041] 图4描绘根据其他实施方式的另一控制方法400。在方法400中，步骤410-450与图3中的对应步骤相似。然而，在步骤460中，系统控制器136确定凹口何时通过X传感器138的视场并确定凹口何时通过Y传感器140的视场，因此控制算法可以忽略由于凹口或其他非均匀性通过所造成的测量中断，从而减少或消除定位控制回路中的中断。在此实施方式中，控制器136可以使用第二组致动器(诸如控制阀)来控制提供至第二组气体口的流体流，所述流体流影响对晶片110施加的扭矩。据此，控制器136可以在晶片110旋转时，控制晶片110的角位置、角速度和/或加速度。在一些实施方式中，控制器136根据由第四传感器190进行的凹口检测频率计算RPM。正如以上所讨论的，第四传感器190可为相机，或可以是光学或电容式传感器组件，以测量凹口检测频率。接着，控制器136可以计算凹口160或其他非均匀性分别预计通过X传感器138或Y传感器140任一者的视场的时间。接着，控制算法可以使由于凹口通过任何边缘传感器的视场所造成的任何中断最小化，或消除任何中断。

[0042] 此外，可以使用传感器138和140之一或两者来确定RPM计算和确定旋转方向。也可以根据影响晶片旋转的第二组致动器的输出得知方向。利用已知的RPM和方向信息，系统控制器136可使用此旋转速度测量以计算并预测X和Y传感器两者将于何时经历下一次“干扰(glitch)”。接着，定位控制算法可以使用此预测，以在预期发生干扰的时间段内(也就是当凹口160通过传感器时)，忽略或最小化来自X和/或Y传感器的输入。因此这可实现不受凹口通过的影响的平滑的X-Y定位控制。晶片110旋转越快，需要用于忽略X和/或Y传感器的定位控制算法的时间越少。进一步的实施方式通过保持稳定的RPM获得稳定的结果，诸如不使晶片加速或减速的方式。其他实施方式测量加速度数值，接着使用已知的加速度数值实施有效的过滤。这些方法对晶片的整体控制提供重要的优势，因为当定位控制算法对应一干扰时，由于在凹口存在期间和之后传感器信号的阶梯函数性质(step function nature)，往往会将不稳定性引入定位控制。忽略凹口移除了所述凹口引入的不稳定性，而不需使控制系统的能力为了有效响应真实晶片偏差或定位中断而进行妥协。真实的晶片定位中断相较于干扰而言，往往以更平滑并且更缓慢的方式影响传感器信号。

[0043] 图5提供另一控制方法500，以在不使用第四传感器190的情况下获得以上讨论的优势。在方法500中，步骤510-540与图3和图4的对应步骤相似。然而，在步骤550中，控制器136根据凹口160何时通过X和Y传感器的视场确定凹口160的RPM，而在步骤560中，计算预期凹口何时通过X和Y传感器的视场。因此，在步骤560中，控制器136如以上讨论的减少定位控制回路中的中断。一个或更多个旋转传感器也可用于此实施方式。

[0044] 在以上讨论的装置和方法中使用的电容式传感器相对于使用光学传感器而言具有额外的优点，其中电容式传感器更能抵抗处理材料的沉积和/或高热的严峻处理条件，并因此造成较少的传感器偏差。在进一步的实施方式中，当额外部件的成本被保证以能够提供备份或额外检测的情况下，可以使用额外数量的传感器。例如，在一个实施方式中，提供四个边缘传感器，这些传感器与相邻传感器之间以90°角度分隔开。在进一步的实施方式中，提供在支撑主体124的相对端上分隔开的两个Z传感器。

[0045] 通过选择给出所需的最小和最大灵敏度范围的传感器尺寸，可以实现设计灵活性并提高灵敏度。例如，距晶片110的垂直距离应被选择以达到良好的灵敏度。在一些实例中，检测范围可以是20mm或更多。其他实施方式可以使用从大约2mm至大约15mm的范围所选择的垂直距离。然而，具有较小距离范围的电容式灵敏度为较佳。在一些实例中，2mm的距离导致电容读数为11伏特(volt)，而15mm的距离导致电容读数为2伏特。据此，选择2mm的距离以利用建立较大电压测量范围的方式提高测量灵敏度。此外，改变这些传感器或其部件的尺寸可能改变距离范围，从而实现对不同应用的设计灵活性。在用于RTP处理的另一实例中，晶片距反射板为0.169英寸或约4.29mm。其他的距离范围可以介于大约1mm至大约6mm之间。

[0046] 虽然以上讨论针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其他和进一步的实施方式，且本发明的范围由下述要求保护的范围确定。