一种基于图像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，尤其涉及一种基于图像的硅片分布状态识 别方法，本发明还涉及一种基于图像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，本发明提供了一种基于图像的硅片分布状态识别方 法，所述方法包括以下步骤：
[0011] 步骤S1、将图像传感单元设置在硅片组的上方，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，垂直于硅片层叠的方向， 俯视拍摄娃片层置图像；
[0012] 步骤S2 :从所述硅片层叠图像的放置状态特征中，识别并提取所述硅片组中所有 硅片放置状态的层叠位置区域，对比该位置区域与理想放置硅片区域的关系；以及根据比 较结果，判断所述硅片组中硅片放置是否有超出偏差阈值的情况；如果是，执行步骤S5,否 贝1J，执行步骤S3;
[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凸片、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，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凸 片、斜片、叠片和/或空片的异常状态。
[0018] 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。
[0019] 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：
[0020] A?当（360° /设定旋转角度）的余数=0时：
[0021] 累计检测位置数目=360°/设定旋转角度
[0022] 实际旋转角度=设定旋转角度
[0023] B?当（360°/设定旋转角度）的余数辛0时：
[0024] 累计检测位置数目=(360°/设定旋转角度）取整（舍去小数点后）+1
[0025] 实际旋转角度=360°/累计检测位置数目
[0026] 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。
[0027] 为了实现上述第二个目的，本发明提供了一种基于图像的硅片分布状态识别方法 的装置，其包括图像传感单元、控制单元和报警装置；图像传感单元设置于机械手上，用于 俯视拍摄层叠于所述硅片组中硅片放置状态的图像；以及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；控制单元用于启动检测并处 理俯视拍摄的所述硅片组中硅片的层叠图像和水平拍摄的所述硅片组中每片硅片放置状 态的侧边平面图像；并根据提取的层叠位置区域和放置状态特征，得到所述硅片在承载器 上的异常状态分布情况；其中，所述的异常状态包括硅片凸出、斜片、叠片和/或空片的状 态；以及报警装置与所述控制单元连接，所述控制单元根据异常状态分布情况控制所述报 警装置的启闭。
[0028] 为了实现上述第二个目的，本发明又提供了一种基于图像的硅片分布状态识别方 法的装置，其包括具有第一图像传感器和第二图像传感器的图像传感单元、控制单元和报 警装置；第一图像传感器固定设置在位于承载器端盖的内表面上，用于俯视拍摄层叠于所 述硅片组中硅片放置状态的图像；第二图像传感器设置于机械手上，并随机械手上下水平 运动，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的侧边平面图像； 控制单元用于启动检测并处理俯视拍摄的所述硅片组中硅片的层叠图像和水平拍摄的所 述硅片组中每片硅片放置状态的侧边平面图像；并根据提取的层叠位置区域和放置状态特 征，得到所述硅片在承载器上的异常状态分布情况；其中，所述的异常状态包括硅片凸出、 斜片、叠片和/或空片的状态；以及报警装置与所述控制单元连接，所述控制单元根据异常 状态分布情况控制所述报警装置的启闭。
[0029] 为了实现上述第二个目的，本发明再提供了一种基于图像的硅片分布状态识别方 法的装置，其包括图像传感单元、控制单元和报警装置；图像传感单元设置在端盖的支撑臂 上，并沿支撑臂垂直上下移动；用于俯视拍摄层叠于所述硅片组中硅片放置状态的图像； 以及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；控制单元，用于启动检测并处理俯视拍摄的所述硅片组中硅片的层叠图像和水平 拍摄的所述硅片组中每片硅片放置状态的侧边平面图像；并根据提取的层叠位置区域和放 置状态特征，得到所述硅片在承载器上的异常状态分布情况；其中，所述的异常状态包括硅 片凸出、斜片、叠片和/