一种硅片分布状态光电图像组合扫描方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体加工设备技术领域，尤其涉及一种硅片分布状态光电图像组合 扫描方法，本发明还涉及一种硅片分布状态光电图像组合扫描装置。
【背景技术】
[0002] 硅片的安全存取和输运是集成电路大生产线一个非常重要的技术指标，在生产过 程中，通常要求由于输运设备自身导致的硅片破片率应小于十万分之一。并且，作为批量式 硅片热处理系统，相对于单片式工艺系统，每个生产工艺所需的硅片传输、硅片放置和取片 次数更多，因而对硅片传输、硅片放置和取片的安全性和可靠性要求更高。
[0003]目前，机械手被广泛应用于半导体集成电路制造技术领域中，机械手是硅片传输 系统中的重要设备，用于存取和输运工艺处理前和工艺处理后的硅片，其能够接受指令，精 确地定位到三维或二维空间上的某一点进行取放硅片，既可对单枚硅片进行取放作业，也 可对多枚硅片进行取放作业。
[0004] 然而，当机械手在对硅片进行取放作业时，尤其是，当硅片在传输过程或热处理过 程中导致的受热变形等情况会导致硅片在承载器上处于突出状态或者处于叠片、斜片或无 片状态时，往往会产生碰撞导致硅片或设备受损，造成不可弥补的损失。
[0005] 请参阅图1，图1为现有技术中机械手在硅片传输、硅片放置和取片时的位置结构 示意图。如图所示，当硅片2在承载器3上处于凸出等异常状态时，机械手1在自动存取硅 片2的运动处于非完全工作状态，非常容易造成娃片2及设备（包括机械手1)的损伤。
[0006] 因此，在机械手1完成硅片放置后或准备取片前，需对承载器3上硅片组2中的硅 片分布状态进行准确的识别，同时对识别出的各种异常状态提供准确应对措施，以实现安 全取放片。
[0007] 目前，批量式硅片热处理系统的硅片分布状态的识别一般是采用单纯的光电信号 运动扫描方法对硅片在承载器3上的分布状态进行识别，这种扫描方法仅对硅片组2中的 硅片处于叠片、斜片或无片等异常状态时，有一定的检测效果，但如果硅片在承载器3上处 于突出状态时，就不能很好地检测出，也就是说，通过现有技术简单的得出异常或正常的结 果，在运动扫描过程中还是易产生碰撞导致硅片或设备受损，同时经常产生漏报、误报的情 况。
[0008] 随着半导体集成电路制造技术的发展，对硅片的安全存取和输运提出了更高的要 求，即对机械手的精准控制要求也越来越高。因此，如何快速准确检测硅片半导体设备承载 区域内的硅片分布状态，避免机械手运动造成硅片及设备损伤，已成为本领域技术人员亟 待解决的技术难题。
【发明内容】
[0009] 本发明的第一个目的是提供一种硅片分布状态光电图像组合扫描方法，能够快速 准确检测硅片半导体设备承载区域内的硅片分布状态，避免机械手运动造成硅片及设备损 伤。本发明的第二个目的是提供一种半导体设备承载区域的硅片分布状态扫描装置。
[0010] 为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种硅片分布状态光电图像组合扫描方 法，在位于硅片承载器圆周侧边的机械手上，设置有光电扫描单元和图像传感单元；所述光 电传感器分别位于所述机械手的U形端部相对位置，并随机械手垂直和水平运动，所述方 法包括以下步骤：
[0011] 步骤S1、设定机械手运动扫描初始化参数并执行初始化；其中，所述运动扫描初 始化参数包括机械手水平和/或垂直扫描运动速度，硅片的间隔距离、每一次机械手水平 步进距离、水平起始点位置及终止点位置和上/下垂直起始点位置及终止点位置；
[0012] 步骤S2、所述两个光电传感器设置在互接收模式和/或自接收模式，并随机械手 垂直和水平运动，执行硅片凸片的异常状态预扫描和循环扫描指令；其中，预扫描指令用于 识别硅片组中是否有硅片凸出和凸出最多的硅片，循环扫描指令用于在预扫描结果显示有 硅片凸出时，识别整个硅片组中硅片的凸出异常状态分布；
[0013] 步骤S3 :所述图像传感单元定位于所述承载器侧边周围，且将对应第一个放置硅 片的位置作为垂直和水平起始点位置；所述图像传感单元沿硅片的平行方向，从上至下依 次拍摄所述硅片组中每片硅片的侧边平面图像；
[0014] 步骤S4 :用图像特征识别算法，在图像标定位置区间分布区域，从每个所述侧边 平面图像中提取识别对象的放置状态特征，判断相应硅片是否存在斜片、叠片和/或空片 的异常状态；如果没有异常状态，执行步骤S6 ;否则，执行步骤S5 ;
[0015] 步骤S5 :报警并等待人工处置或者按规定处置；
[0016] 步骤S6:结束。
[0017] 优选地，在本发明的一些实施例中，所述两个光电传感器设置在互接收模式，所述 步骤S2具体可以包括如下步骤：
[0018] 步骤S21 :所述机械手定位对应于所述承载器第一个放置硅片的垂直起始点和水 平起始点位置；
[0019] 步骤S22 :根据两个所述光电传感器间相互发射和接收光信号的反馈值接收时间 随遮挡范围产生强度上的变化，判断相应位置的硅片是否存在凸片的异常状态；如果是，执 行步骤S25 ;否则，执行步骤S23 ;
[0020] 步骤S23 :所述机械手依序下降或上升一个硅片的间隔距离，先判断所述位置是 否是上/下垂直终止点位置；如果是，执行步骤S24 ;否则，执行步骤S22 ;
[0021] 步骤S24 :所述机械手沿所述承载区中心方向前进一个预设的水平步进距离，判 断所述位置是否是水平终止点位置；如果是，执行步骤S3 ;否则，执行步骤S22 ;
[0022] 步骤S25 :发出凸片异常报警信息，继续执行步骤S23。
[0023] 优选地，在本发明的其它实施例中，所述步骤S2还可以具体包括如下步骤：
[0024] 步骤S21':所述机械手定位对应于所述承载器第一个放置硅片的垂直起始点和 水平起始点位置，并将两个所述光电传感器的工作模式设置成自接收模式；
[0025] 步骤S22':根据光电传感器各自沿硅片层叠的垂直方向发射和接收光信号的时 间差和预定的判断规则，判断硅片是否存在突出规定位置的异常状态，如果是，执行步骤 S24';否则，执行步骤S23';
[0026] 步骤S23':所述机械手沿所述承载区中心方向前进一个预设的水平步进距离，判 断所述位置是否是水平终止点位置；如果是，执行步骤S24';否则，执行步骤S22';
[0027] 步骤S24':测量阻挡光束传播路径上障碍物距离，得到存在突出状态硅片的位置 参数，发出凸片异常报警信息，执行步骤S25';
[0028] 步骤S25':所述机械手定位下降至所述存在突出状态硅片的位置；将所述第一和 第二光电传感器组的工作模式转换成互接收模式，判断所述位置是否是上或下垂直终止点 位置；如果是，所述机械手沿所述承载区中心方向前进一个预设的水平步进距离，执行步骤 S27';如果不是，执行步骤S26';
[0029] 步骤S26':所述机械手依序下降或上升一个硅片的间隔距离；
[0030] 步骤S27':根据两个所述光电传感器间相互水平发射和接收光信号的反馈值接 收时间随遮挡范围产生强度上的变化，判断相应位置的硅片是否存在凸片的异常状态；如 果是，执行步骤S29否则，判断所述位置是否是上/下垂直终止点位置；如果不是，执行 步骤S26';如果是，执行步骤S27';
[0031] 步骤S28';所述机械手沿所述承载区中心方向前进一个预设的水平步进距离，判 断所述位置是否是超出水平终止点位置；如果是，执行步骤S3 ;否则，执行步骤S27';
[0032] 步骤S29':发出凸片异常报警信息，继续执行步骤S26'。
[0033] 优选地，所述承载器或所述机械手包括转动单元，所述转动单元使所述机械手围 绕所述承载器作相对旋转运动，且在整个所述承载器侧周上具有N个旋转检测停止位置， 在每一个检测位置执行一次所述步骤S2,得到一组相应的检测结果；最后将N组检测结果 进行与运算，得到最终的硅片凸片的异常状态分布，其中，N为大于等于2的正整数。
[0034] 优选地，所述N个位置中相邻两个位置的旋转角度相同，选择设定如下：
[0035] A.当（360° /设定旋转角度）的余数=0时：
[0036] 累计检测位置数目=360° /设定旋转角度
[0037] 实际旋转角度=设定旋转角度
[0038] B.当（360° /设定旋转角度）的余数辛0时：
[0039] 累计检测位置数目=(360° /设定旋转角度）取整（舍去小数点后）+1
[0040] 实际旋转角度=360° /累计检测位置数目
[0041] 如果由旋转起始点和设定旋转角度生成的检测位置坐标值与所述承载器支撑点 的坐标位置冲突，则需重新设定起始点和旋转角度值。
[0042] 优选地，所述步骤Sl中，所述机械手沿水平方向每次移动水平步进距离相等或逐 渐减小；且所述水平起始位置与硅片处于跌落极限位置时的位置相关，所述水平终止点位 置与承载器的支撑结构参数和相关。
[0043] 优选地，所述步骤S4中的识别对象的放置状态特征为单个硅片侧面图像边缘的 分布特征，在图像标定位置区间分布区域，通过计算硅片左右边缘在Y方向最高点和最低 点坐标位置差值，求得识别对象的厚度，并根据识别对象的厚度，判断相应硅片是否存在斜 片、叠片和/或空片的异常状态。
[0044] 优选地，所述图像传感单元设置于机械手上并随所述机械手在垂直预设方向进行 移动并执行扫描检测，或设置于设置在端盖的支撑臂上，并沿支撑臂垂直上下移动，用于沿 硅片的平行方向从上至下依次拍摄所述硅片组中每片硅片放置状态的侧边平面图像。
[0045] 优选地，所述承载器或所述机械手包括转动单元，所述转动单元用于驱动所述承 载器作相对于所述机械手做旋转和/或定位的运动，或驱动所述机械手相对所述承载器做 旋转和/或定位的运动，以及用于驱动所述承载器作相对于所述端盖支撑臂做旋转和/或 定位的运动；且在整个所述承载器侧周上具有M个旋转检测停止位置，在每一个检测位置 执行一次所述步骤S3和S4,得到一组相应的检测结果；最后将M组检测结果进行与运算， 得到最终的硅片分布状态异常情况结果；其中，M为大于等于2正整数。
[0046] 优选地，所述M个位置点中相邻两个位置的旋转角度相同，选择设定如下：
[0047] A.当（360° /设定旋转角度）的余数=0时：
[0048] 累计检测位置数目=360° /设定旋转角度
[0049] 实际旋转角度=设定旋转角度
[0050] B.当（360° /设定旋转角度）的余数辛0时：
[0051] 累计检测位置数目=(360° /设定旋转角度）取整（舍去小数点后）+1
[0052] 实际旋转角度=360° /累计检测位置数目
[0053] 如果由旋转起始点和设定旋转角度生成的检测位置坐标值与所述承载器支撑点 的坐标位置冲突，则需重新设定起始点和旋转角度值。