一種硅片分布狀態(tài)光電圖像組合掃描方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硅片分布狀態(tài)光電圖像組合 掃描方法，本發(fā)明還涉及一種硅片分布狀態(tài)光電圖像組合掃描裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 硅片的安全存取和輸運(yùn)是集成電路大生產(chǎn)線一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)，在生產(chǎn)過(guò) 程中，通常要求由于輸運(yùn)設(shè)備自身導(dǎo)致的硅片破片率應(yīng)小于十萬(wàn)分之一。并且，作為批量式 硅片熱處理系統(tǒng)，相對(duì)于單片式工藝系統(tǒng)，每個(gè)生產(chǎn)工藝所需的硅片傳輸、硅片放置和取片 次數(shù)更多，因而對(duì)硅片傳輸、硅片放置和取片的安全性和可靠性要求更高。
[0003]目前，機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域中，機(jī)械手是硅片傳輸 系統(tǒng)中的重要設(shè)備，用于存取和輸運(yùn)工藝處理前和工藝處理后的硅片，其能夠接受指令，精 確地定位到三維或二維空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行取放硅片，既可對(duì)單枚硅片進(jìn)行取放作業(yè)，也 可對(duì)多枚硅片進(jìn)行取放作業(yè)。
[0004] 然而，當(dāng)機(jī)械手在對(duì)硅片進(jìn)行取放作業(yè)時(shí)，尤其是，當(dāng)硅片在傳輸過(guò)程或熱處理過(guò) 程中導(dǎo)致的受熱變形等情況會(huì)導(dǎo)致硅片在承載器上處于突出狀態(tài)或者處于疊片、斜片或無(wú) 片狀態(tài)時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致硅片或設(shè)備受損，造成不可彌補(bǔ)的損失。
[0005] 請(qǐng)參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械手在硅片傳輸、硅片放置和取片時(shí)的位置結(jié)構(gòu) 示意圖。如圖所示，當(dāng)硅片2在承載器3上處于凸出等異常狀態(tài)時(shí)，機(jī)械手1在自動(dòng)存取硅 片2的運(yùn)動(dòng)處于非完全工作狀態(tài)，非常容易造成娃片2及設(shè)備（包括機(jī)械手1)的損傷。
[0006] 因此，在機(jī)械手1完成硅片放置后或準(zhǔn)備取片前，需對(duì)承載器3上硅片組2中的硅 片分布狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別，同時(shí)對(duì)識(shí)別出的各種異常狀態(tài)提供準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)措施，以實(shí)現(xiàn)安 全取放片。
[0007] 目前，批量式硅片熱處理系統(tǒng)的硅片分布狀態(tài)的識(shí)別一般是采用單純的光電信號(hào) 運(yùn)動(dòng)掃描方法對(duì)硅片在承載器3上的分布狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，這種掃描方法僅對(duì)硅片組2中的 硅片處于疊片、斜片或無(wú)片等異常狀態(tài)時(shí)，有一定的檢測(cè)效果，但如果硅片在承載器3上處 于突出狀態(tài)時(shí)，就不能很好地檢測(cè)出，也就是說(shuō)，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)單的得出異?；蛘５慕Y(jié) 果，在運(yùn)動(dòng)掃描過(guò)程中還是易產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致硅片或設(shè)備受損，同時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生漏報(bào)、誤報(bào)的情 況。
[0008] 隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)硅片的安全存取和輸運(yùn)提出了更高的要 求，即對(duì)機(jī)械手的精準(zhǔn)控制要求也越來(lái)越高。因此，如何快速準(zhǔn)確檢測(cè)硅片半導(dǎo)體設(shè)備承載 區(qū)域內(nèi)的硅片分布狀態(tài)，避免機(jī)械手運(yùn)動(dòng)造成硅片及設(shè)備損傷，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟 待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種硅片分布狀態(tài)光電圖像組合掃描方法，能夠快速 準(zhǔn)確檢測(cè)硅片半導(dǎo)體設(shè)備承載區(qū)域內(nèi)的硅片分布狀態(tài)，避免機(jī)械手運(yùn)動(dòng)造成硅片及設(shè)備損 傷。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體設(shè)備承載區(qū)域的硅片分布狀態(tài)掃描裝置。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述第一個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種硅片分布狀態(tài)光電圖像組合掃描方 法，在位于硅片承載器圓周側(cè)邊的機(jī)械手上，設(shè)置有光電掃描單元和圖像傳感單元；所述光 電傳感器分別位于所述機(jī)械手的U形端部相對(duì)位置，并隨機(jī)械手垂直和水平運(yùn)動(dòng)，所述方 法包括以下步驟：
[0011] 步驟S1、設(shè)定機(jī)械手運(yùn)動(dòng)掃描初始化參數(shù)并執(zhí)行初始化；其中，所述運(yùn)動(dòng)掃描初 始化參數(shù)包括機(jī)械手水平和/或垂直掃描運(yùn)動(dòng)速度，硅片的間隔距離、每一次機(jī)械手水平 步進(jìn)距離、水平起始點(diǎn)位置及終止點(diǎn)位置和上/下垂直起始點(diǎn)位置及終止點(diǎn)位置；
[0012] 步驟S2、所述兩個(gè)光電傳感器設(shè)置在互接收模式和/或自接收模式，并隨機(jī)械手 垂直和水平運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行硅片凸片的異常狀態(tài)預(yù)掃描和循環(huán)掃描指令；其中，預(yù)掃描指令用于 識(shí)別硅片組中是否有硅片凸出和凸出最多的硅片，循環(huán)掃描指令用于在預(yù)掃描結(jié)果顯示有 硅片凸出時(shí)，識(shí)別整個(gè)硅片組中硅片的凸出異常狀態(tài)分布；
[0013] 步驟S3 :所述圖像傳感單元定位于所述承載器側(cè)邊周圍，且將對(duì)應(yīng)第一個(gè)放置硅 片的位置作為垂直和水平起始點(diǎn)位置；所述圖像傳感單元沿硅片的平行方向，從上至下依 次拍攝所述硅片組中每片硅片的側(cè)邊平面圖像；
[0014] 步驟S4 :用圖像特征識(shí)別算法，在圖像標(biāo)定位置區(qū)間分布區(qū)域，從每個(gè)所述側(cè)邊 平面圖像中提取識(shí)別對(duì)象的放置狀態(tài)特征，判斷相應(yīng)硅片是否存在斜片、疊片和/或空片 的異常狀態(tài)；如果沒(méi)有異常狀態(tài)，執(zhí)行步驟S6 ;否則，執(zhí)行步驟S5 ;
[0015] 步驟S5 :報(bào)警并等待人工處置或者按規(guī)定處置；
[0016] 步驟S6:結(jié)束。
[0017] 優(yōu)選地，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述兩個(gè)光電傳感器設(shè)置在互接收模式，所述 步驟S2具體可以包括如下步驟：
[0018] 步驟S21 :所述機(jī)械手定位對(duì)應(yīng)于所述承載器第一個(gè)放置硅片的垂直起始點(diǎn)和水 平起始點(diǎn)位置；
[0019] 步驟S22 :根據(jù)兩個(gè)所述光電傳感器間相互發(fā)射和接收光信號(hào)的反饋值接收時(shí)間 隨遮擋范圍產(chǎn)生強(qiáng)度上的變化，判斷相應(yīng)位置的硅片是否存在凸片的異常狀態(tài)；如果是，執(zhí) 行步驟S25 ;否則，執(zhí)行步驟S23 ;
[0020] 步驟S23 :所述機(jī)械手依序下降或上升一個(gè)硅片的間隔距離，先判斷所述位置是 否是上/下垂直終止點(diǎn)位置；如果是，執(zhí)行步驟S24 ;否則，執(zhí)行步驟S22 ;
[0021] 步驟S24 :所述機(jī)械手沿所述承載區(qū)中心方向前進(jìn)一個(gè)預(yù)設(shè)的水平步進(jìn)距離，判 斷所述位置是否是水平終止點(diǎn)位置；如果是，執(zhí)行步驟S3 ;否則，執(zhí)行步驟S22 ;
[0022] 步驟S25 :發(fā)出凸片異常報(bào)警信息，繼續(xù)執(zhí)行步驟S23。
[0023] 優(yōu)選地，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述步驟S2還可以具體包括如下步驟：
[0024] 步驟S21':所述機(jī)械手定位對(duì)應(yīng)于所述承載器第一個(gè)放置硅片的垂直起始點(diǎn)和 水平起始點(diǎn)位置，并將兩個(gè)所述光電傳感器的工作模式設(shè)置成自接收模式；
[0025] 步驟S22':根據(jù)光電傳感器各自沿硅片層疊的垂直方向發(fā)射和接收光信號(hào)的時(shí) 間差和預(yù)定的判斷規(guī)則，判斷硅片是否存在突出規(guī)定位置的異常狀態(tài)，如果是，執(zhí)行步驟 S24';否則，執(zhí)行步驟S23';
[0026] 步驟S23':所述機(jī)械手沿所述承載區(qū)中心方向前進(jìn)一個(gè)預(yù)設(shè)的水平步進(jìn)距離，判 斷所述位置是否是水平終止點(diǎn)位置；如果是，執(zhí)行步驟S24';否則，執(zhí)行步驟S22';
[0027] 步驟S24':測(cè)量阻擋光束傳播路徑上障礙物距離，得到存在突出狀態(tài)硅片的位置 參數(shù)，發(fā)出凸片異常報(bào)警信息，執(zhí)行步驟S25';
[0028] 步驟S25':所述機(jī)械手定位下降至所述存在突出狀態(tài)硅片的位置；將所述第一和 第二光電傳感器組的工作模式轉(zhuǎn)換成互接收模式，判斷所述位置是否是上或下垂直終止點(diǎn) 位置；如果是，所述機(jī)械手沿所述承載區(qū)中心方向前進(jìn)一個(gè)預(yù)設(shè)的水平步進(jìn)距離，執(zhí)行步驟 S27';如果不是，執(zhí)行步驟S26';
[0029] 步驟S26':所述機(jī)械手依序下降或上升一個(gè)硅片的間隔距離；
[0030] 步驟S27':根據(jù)兩個(gè)所述光電傳感器間相互水平發(fā)射和接收光信號(hào)的反饋值接 收時(shí)間隨遮擋范圍產(chǎn)生強(qiáng)度上的變化，判斷相應(yīng)位置的硅片是否存在凸片的異常狀態(tài)；如 果是，執(zhí)行步驟S29否則，判斷所述位置是否是上/下垂直終止點(diǎn)位置；如果不是，執(zhí)行 步驟S26';如果是，執(zhí)行步驟S27';
[0031] 步驟S28';所述機(jī)械手沿所述承載區(qū)中心方向前進(jìn)一個(gè)預(yù)設(shè)的水平步進(jìn)距離，判 斷所述位置是否是超出水平終止點(diǎn)位置；如果是，執(zhí)行步驟S3 ;否則，執(zhí)行步驟S27';
[0032] 步驟S29':發(fā)出凸片異常報(bào)警信息，繼續(xù)執(zhí)行步驟S26'。
[0033] 優(yōu)選地，所述承載器或所述機(jī)械手包括轉(zhuǎn)動(dòng)單元，所述轉(zhuǎn)動(dòng)單元使所述機(jī)械手圍 繞所述承載器作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且在整個(gè)所述承載器側(cè)周上具有N個(gè)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)停止位置， 在每一個(gè)檢測(cè)位置執(zhí)行一次所述步驟S2,得到一組相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果；最后將N組檢測(cè)結(jié)果 進(jìn)行與運(yùn)算，得到最終的硅片凸片的異常狀態(tài)分布，其中，N為大于等于2的正整數(shù)。
[0034] 優(yōu)選地，所述N個(gè)位置中相鄰兩個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)角度相同，選擇設(shè)定如下：
[0035] A.當(dāng)（360° /設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度）的余數(shù)=0時(shí)：
[0036] 累計(jì)檢測(cè)位置數(shù)目=360° /設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度
[0037] 實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度=設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度
[0038] B.當(dāng)（360° /設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度）的余數(shù)辛0時(shí)：
[0039] 累計(jì)檢測(cè)位置數(shù)目=(360° /設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度）取整（舍去小數(shù)點(diǎn)后）+1
[0040] 實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度=360° /累計(jì)檢測(cè)位置數(shù)目
[0041] 如果由旋轉(zhuǎn)起始點(diǎn)和設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度生成的檢測(cè)位置坐標(biāo)值與所述承載器支撐點(diǎn) 的坐標(biāo)位置沖突，則需重新設(shè)定起始點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)角度值。
[0042] 優(yōu)選地，所述步驟Sl中，所述機(jī)械手沿水平方向每次移動(dòng)水平步進(jìn)距離相等或逐 漸減小；且所述水平起始位置與硅片處于跌落極限位置時(shí)的位置相關(guān)，所述水平終止點(diǎn)位 置與承載器的支撐結(jié)構(gòu)參數(shù)和相關(guān)。
[0043] 優(yōu)選地，所述步驟S4中的識(shí)別對(duì)象的放置狀態(tài)特征為單個(gè)硅片側(cè)面圖像邊緣的 分布特征，在圖像標(biāo)定位置區(qū)間分布區(qū)域，通過(guò)計(jì)算硅片左右邊緣在Y方向最高點(diǎn)和最低 點(diǎn)坐標(biāo)位置差值，求得識(shí)別對(duì)象的厚度，并根據(jù)識(shí)別對(duì)象的厚度，判斷相應(yīng)硅片是否存在斜 片、疊片和/或空片的異常狀態(tài)。
[0044] 優(yōu)選地，所述圖像傳感單元設(shè)置于機(jī)械手上并隨所述機(jī)械手在垂直預(yù)設(shè)方向進(jìn)行 移動(dòng)并執(zhí)行掃描檢測(cè)，或設(shè)置于設(shè)置在端蓋的支撐臂上，并沿支撐臂垂直上下移動(dòng)，用于沿 硅片的平行方向從上至下依次拍攝所述硅片組中每片硅片放置狀態(tài)的側(cè)邊平面圖像。
[0045] 優(yōu)選地，所述承載器或所述機(jī)械手包括轉(zhuǎn)動(dòng)單元，所述轉(zhuǎn)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述承 載器作相對(duì)于所述機(jī)械手做旋轉(zhuǎn)和/或定位的運(yùn)動(dòng)，或驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械手相對(duì)所述承載器做 旋轉(zhuǎn)和/或定位的運(yùn)動(dòng)，以及用于驅(qū)動(dòng)所述承載器作相對(duì)于所述端蓋支撐臂做旋轉(zhuǎn)和/或 定位的運(yùn)動(dòng)；且在整個(gè)所述承載器側(cè)周上具有M個(gè)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)停止位置，在每一個(gè)檢測(cè)位置 執(zhí)行一次所述步驟S3和S4,得到一組相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果；最后將M組檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行與運(yùn)算， 得到最終的硅片分布狀態(tài)異常情況結(jié)果；其中，M為大于等于2正整數(shù)。
[0046] 優(yōu)選地，所述M個(gè)位置點(diǎn)中相鄰兩個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)角度相同，選擇設(shè)定如下：
[0047] A.當(dāng)（360° /設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度）的余數(shù)=0時(shí)：
[0048] 累計(jì)檢測(cè)位置數(shù)目=360° /設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度
[0049] 實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度=設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度
[0050] B.當(dāng)（360° /設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度）的余數(shù)辛0時(shí)：
[0051] 累計(jì)檢測(cè)位置數(shù)目=(360° /設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度）取整（舍去小數(shù)點(diǎn)后）+1
[0052] 實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度=360° /累計(jì)檢測(cè)位置數(shù)目
[0053] 如果由旋轉(zhuǎn)起始點(diǎn)和設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度生成的檢測(cè)位置坐標(biāo)值與所述承載器支撐點(diǎn) 的坐標(biāo)位置沖突，則需重新設(shè)定起始點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)角度值。