半导体设备承载区域的硅片分布状态图像检测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，尤其涉及一种半导体设备承载区域的硅片 分布状态图像检测方法，本发明还涉及一种半导体设备承载区域的硅片分布状态图像检测 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半导体设备承载区域的硅片分布状态图像检测 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三种半导体设备承载区域的硅片分布状态 检测装置。
[0010] 为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种半导体设备承载区域的硅片分布状 态图像检测方法，其在位于硅片组的上方，设置有图像传感单元，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、超声扫描单元或图像传感单元，其中，所述光电扫描 单元包括两个互为发射端和接收端的水平对射式光电传感器，分别位于所述机械手U形端 的相对位置；所述超声扫描单元包括两个互为发射端和接收端的水平对射式超声传感器， 分别位于所述机械手U形端的相对位置；所述方法包括以下步骤：
[0011] 步骤S1、设定理想放置硅片的中心坐标和实际放置区域距所述中心坐标偏差阈 值；启动所述图像传感单元，拍摄硅片放置状态图像，利用图像特征识别算法，判断所述硅 片组中硅片放置是否位于偏差阈值区域；如果是，执行步骤S3,否则，执行步骤S2;
[0012] 步骤S2、执行硅片凸片的异常突出状态循环扫描指令，判断并获得所述硅片组中 硅片异常突出的位置；
[0013] 步骤S3 :执行硅片分布状态异常扫描指令，根据两个所述光电传感器/或超声波 传感单元间相互发射和接收的反馈值在扫描检测区域内光/超声波信号强度的分布状态， 判断是否存在斜片、叠片和/或空片的异常状态；或者，根据图像传感单元在扫描检测区域 内图像的分布状态，判断是否存在斜片、叠片和/或空片的异常状态。
[0014] 优选地，所述步骤S2可以具体包括以下步骤：
[0015] 步骤S21、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；
[0016] 步骤S22、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；
[0017] 步骤S23、根据两个所述光电传感光电扫描单元/超声传感单元器间相互发射和 接收光/超声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S26 ;否则，执行步骤S24 ;
[0018] 步骤S24: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S25 ;否则，执行步骤S23 ;
[0019] 步骤S25 :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S23 ;
[0020] 步骤S26 :发出凸片异常报警信息，继续执行步骤S23。
[0021] 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。
[0022] 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：
[0023]A?当（360° /设定旋转角度）的余数=0时：
[0024] 累计检测位置数目=360° /设定旋转角度
[0025] 实际旋转角度=设定旋转角度
[0026] B?当（360° /设定旋转角度）的余数辛0时：
[0027] 累计检测位置数目=(360° /设定旋转角度）取整（舍去小数点后）+1
[0028] 实际旋转角度= 360° /累计检测位置数目
[0029] 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。
[0030] 优选地，所述步骤S25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。
[0031] 优选地，所述步骤S3可以具体包括：
[0032] 步骤S31:根据硅片的厚度、相邻硅片的间隔距离和承载器的厚度，获得判断斜 片、萱片和空片的运动扫描区域；
[0033] 步骤S32:所述机械手定位于水平运动起始点位置和垂直终止点位置；
[0034] 步骤S33:根据两个所述光电传感器/或超声波传感器相互发射和接收光信号的 预设检测区域和在该区域的光信号遮蔽宽度情况，依次判断相应的硅片放置位置是否存在 斜片、叠片和/或空片的异常状态；如果是，执行步骤S35;否则，直接执行步骤S34;
[0035] 步骤S34:所述机械手依序下降一个硅片的间隔距离，判断所述位置是否是垂直 终止点位置；如果是，结束；否则，执行步骤S33;
[0036] 步骤S35:发出相应位置存在斜片、叠片和/或空片的异常状态信息，执行步骤 S34〇
[0037] 优选地，如果所述图像传感单元位于机械手上，那么，所述步骤S3还可以具体包 括：
[0038] 步骤S31':根据硅片的厚度、相邻硅片的间隔距离和承载器的厚度，获得判断斜 片、萱片和空片的运动扫描区域；
[0039] 步骤S32':所述机械手定位于水平起始点位置和垂直起始点位置；
[0040] 步骤S33':启动所述图像传感单元，沿硅片水平方向拍摄硅片侧边放置状态图 像，采用硅片边缘为特征提取点的图像特征识别算法，提取识别对象的分布特征，依次判断 相应的硅片放置位置是否存在斜片、叠片和/或空片的异常状态；如果是，执行步骤S35'; 否则，直接执行步骤S34';
[0041] 步骤S34':所述机械手依序下降一个硅片的间隔距离，判断所述位置是否是垂直 终止点位置；如果是，结束；否则，执行步骤S33';
[0042] 步骤S35':发出相应位置存在斜片、叠片和/或空片的异常状态信息，执行步骤 S34，。
[0043] 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,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。
[0044]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：
[0045]A?当（360° /设定旋转角度）的余数=0时：
[0046] 累计检测位置数目=360° /设定旋转角度
[0047]实际旋转角度=设定旋转角度
[0048]B?当（360° /设定