基于超声的硅片分布状态识别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，尤其涉及一种基于超声的半导体设备承载 区域的硅片分布状态识别方法，本发明还涉及一种基于超声的半导体设备承载区域的硅片 分布状态识别装置。
【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，当硅片组2中的硅片在承载器3上处于突出等异常状态时，机械手1在 自动存取硅片2的运动处于非完全工作状态，非常容易造成硅片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基于超声的半导体设备承载区域的硅片分布状 态识别方法，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基于超声的半导体设备承载区域的 硅片分布状态识别装置。
[0010] 为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种基于超声的半导体设备承载区域的 硅片分布状态识别方法，在位于硅片组上方，平行设置有与所述硅片组中心对称的第一和 第二超声波传感器，所述第一和第二超声波传感器工作在自接收模式，图像传感单元定位 于承载器侧边周围；所述方法包括以下步骤：
[0011] 步骤Sl、设定第一和第二超声波传感器的运动初始化参数并执行初始化，其中，所 述第一和第二超声波传感器初始化参数包括水平扫描运动速度，硅片的间隔距离、水平步 进距离、水平起始点位置及终止点位置和两个超声波传感器的水平间隔；所述图像传感单 元初始化参数包括垂直扫描运动速度，娃片的间隔距离、水平起始点位置及终止点位置；
[0012] 步骤S2、执行硅片凸片的异常状态极限位置预扫描指令；其具体包括：
[0013] 步骤S21 :所述第一和第二超声波传感器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上方；
[0014] 步骤S22 :根据第一和/或第二超声波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 ;
[0015] 步骤S23 :控制所述第一和第二超声波传感器沿承载区中心方向同步前进一个预 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S4 ;否则，执 行步骤S22 ;
[0016] 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S3 ;
[0017] 步骤S3 :将所述图像传感单元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 放置状态的侧边平面图像；
[0018] 步骤S4 :对每个已标定位置的所述侧边平面图像，用图像特征识别算法，在图像 标定位置区间分布区域，提取识别对象的图像分布特征，根据识别对象的厚度，判断是否存 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 ;
[0019] 步骤S5 :报警并等待人工处置或者按规定处置；
[0020] 步骤S6:结束。
[0021] 优选地，所述步骤S4中的识别对象的图像分布特征为单个硅片侧面图像边缘坐 标的分布特征，即在图像标定位置区间的分布区域，计算硅片左右边缘在Y方向最高点和 最低点坐标位置的差值，以求得识别对象的厚度，从而判断是否存在凸片、斜片、叠片和/ 或空片的异常状态分布情况。
[0022] 优选地，所述步骤S22中预定的判断规则为：
[0023] A.如果第一和第二超声波传感器在极限位垂直于硅片方向的硅片放置区域皆没 有检测到障碍物，则相应位置不存在突出规定位置的异常状态；
[0024] B.如果第一和第二超声波传感器在极限位垂直于硅片方向的硅片放置区域皆检 测到障碍物，则相应位置存在突出规定位置的异常状态；
[0025] C.如果第一和第二超声波传感器在极限位垂直于硅片方向的硅片放置区域有一 个超声波传感器检测到障碍物，则判定为不确定状态，需再次检测或人工重复检测。
[0026] 优选地，所述装置还包括第一转动单元，当所述承载器端盖内表面还具有与所述 端盖中心对称的两条平行轨道和所述承载器中心同轴心的环型轨道，第一和第二超声波传 感器分别设置在所述轨道的相对位置时，所述第一转动单元驱动所述两条平行轨道沿环型 轨道转动；或当第一和第二超声波传感器分别设置在所述机械手U形端口的相对位置时， 所述第二转动单元驱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。
[0027] 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：
[0028] A.当（360° /设定旋转角度）的余数=0时：
[0029] 累计检测位置数目=360° /设定旋转角度
[0030] 实际旋转角度=设定旋转角度
[0031] B.当（360° /设定旋转角度）的余数辛0时：
[0032] 累计检测位置数目=(360° /设定旋转角度）取整（舍去小数点后）+1
[0033] 实际旋转角度= 360° /累计检测位置数目
[0034] 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。
[0035] 优选地，所述装置还包括所述承载器或所述机械手包括第二转动单元，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。
[0036] 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：
[0037] A.当（360° /设定旋转角度）的余数=0时：
[0038] 累计检测位置数目=360° /设定旋转角度
[0039] 实际旋转角度=设定旋转角度
[0040] B.当（360° /设定旋转角度）的余数辛0时：