CN102171806B - 基板检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的基板检测装置，具备：准直反射板，配置在所述多个基板的旁边；照明单元，朝向准直反射板呈面状地放射光，该照明单元以多个基板的端部位于其光路内的方式进行配置；摄像单元，对通过从照明单元呈面状放射的光而在准直反射板上形成的、包含多个基板的端部的照明透射像进行摄像；以及图像处理单元，对通过摄像单元取得的照明透射像的图像进行处理，检测多个基板的收容状态。

Description

基板检测装置及方法

技术领域

本发明涉及用于对收容在盒内的多个基板的收容状态进行检测的装置及方法。本发明特别适用于对收容在晶片盒（FOUP）内的多个半导体晶片的收容状态进行检测。

背景技术

历来，作为对收容在晶片盒（FOUP）内的多个晶片的收容状态进行检测的方法，已知有通过透射式光开关对晶片端部机械地进行扫描并通过遮光感测进行映射（mapping）的方式（遮光式传感器扫描）。

此外，已知也有用摄影机对收容在晶片盒内的晶片进行摄影，对其图像进行处理来检测晶片的收容状态的方式。作为利用这样的图像的映射传感器的手法，有取得并解析多条与晶片面垂直的2点间的亮度剖面（profile）线的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－5347号公报；

专利文献2：日本特表2005－520350号公报。

可是，虽然上述的遮光式传感器扫描的映射方式是简便的，但必须对机构部分安装传感器，此外，机械式扫描需要比较长的时间，而且对于凸出感测功能需要另外追加设置专用的传感器。

在此，“凸出感测”指的是感测出收容在晶片盒内的晶片比规定的收容位置向前方凸出的状态。

此外，在解析从图像取得的亮度剖面线的方法中，由于根据其峰（捕获晶片端的反射）的位置以及间隔判定晶片的有无以及交叉晶片（cross wafer）等，所以存在经受不住局部的干扰的问题。

为了解决该问题，提出了一种增加亮度剖面线并进行加法，由此去除局部的干扰的影响的方法。

但是结果是在利用晶片端部的反射的图像处理方法中，在晶片存在镀敷剂等的附着物的情况下，存在反射率降低、无法感测反射像的情况，有与透射式的晶片检测方式相比可靠性低的问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述的现有技术的问题点而完成的，其目的在于提供一种能迅速且可靠地检测盒内的多个基板的收容状态的基板检测装置及方法。

为了解决上述课题，本发明是一种用于对收容在盒内的多个基板的收容状态进行检测的装置，其特征在于，具备：准直反射板，配置在所述多个基板的旁边；照明单元，朝向所述准直反射板呈面状地放射光，其中，该照明单元以所述多个基板的端部位于其光路内的方式配置；摄像单元，对通过从所述照明单元呈面状地放射的光而在所述准直反射板上形成的、包含所述多个基板的端部的照明透射像进行摄像；以及图像处理单元，对通过所述摄像单元取得的所述照明透射像的图像进行处理，检测所述多个基板的收容状态。

优选所述照明单元包含面光源。

优选所述照明单元包含：点光源，朝向所述准直反射板放射光；以及回复反射板，将在所述准直反射板反射而平行化了的光朝向所述准直反射板反射。

优选，所述点光源和所述摄像单元相互配置在大致同轴的位置。

优选所述面光源或所述点光源包含发光二极管。

优选所述准直反射板由抛物面镜构成。

优选所述准直反射板由将多个平面镜作为整体呈大致曲面状地组合形成的曲面镜构成。

为了解决上述课题，本发明是一种对收容在盒内的多个基板的收容状态进行检测的方法，其特征在于，照明工序，朝向配置在所述多个基板的旁边的准直反射板，从照明单元放射面状的光，其中，所述多个基板的端部位于其光路内；摄像工序，利用摄像单元，对通过从所述照明单元呈面状地放射的光而在所述准直反射板上形成的、包含所述多个基板的端部的照明透射像进行摄像；以及检测工序，利用图像处理单元，对通过所述摄像单元取得的所述照明透射像的图像进行处理，检测所述多个基板的收容状态。

优选所述照明单元包含面光源。

优选在所述照明工序中，在所述照明工序中，从点光源朝向所述准直反射板放射光，将在所述准直反射板反射而平行化了的光，以所述多个基板的端部位于其光路内的方式利用回复反射板朝向所述准直反射板反射。

优选所述点光源和所述摄像单元被相互配置在大致同轴的位置。

优选所述面光源或所述点光源包含发光二极管。

优选所述准直反射板由抛物面镜构成。

优选所述准直反射板由将多个平面镜作为整体呈大致曲面状地组合形成的曲面镜构成。

附图说明

图1A是将本发明的一个实施方式的基板检测装置的概略结构和收容有多个晶片的FOUP一起进行表示的侧面图。

图1B是将本发明的一个实施方式的基板检测装置的概略结构和收容有多个晶片的FOUP一起进行表示的平面图。

图2是表示通过在图1A及图1B中示出的基板检测装置取得的图像的示意的图。

图3是表示本发明的其它的实施方式的基板检测装置的平面图。

图4是表示在图3中示出的实施方式的一个变形例的基板检测装置的平面图。

图5是用于说明本发明的第一应用例的图，是表示收容有包含下垂以及凸出状态的基板的多个基板的盒的侧面图。

图6是用于说明本发明的第一应用例的图，是用于对判断处于凸出状态的基板可否进行处理的方法进行说明的图。

图7是用于说明本发明的第一应用例的图，是用于对判断处于下垂状态的基板可否进行处理的方法进行说明的图。

图8是用于说明本发明的第二应用例的图，是表示基板检测装置的主要结构要素的平面图。

图9是用于说明本发明的第三应用例的图，是表示基板检测装置的主要结构要素的平面图。

图10是用于说明本发明的第四应用例的图，是表示基板检测装置的主要结构要素的平面图。

具体实施方式

以下，针对作为本发明的一个实施方式的基板检测装置及方法，参照附图进行说明。

如图1A及图1B所示，本实施方式的基板检测装置1是用于对收容在FOUP（晶片盒）10内的多个半导体晶片（基板）11的收容状态进行检测的装置。

再有，半导体晶片11形成为圆形平板状，通过在晶片搬送用机器人（robot）的臂前端安装的手而对FOUP10搬入搬出。

在基板检测装置1中，由发光二极管（LED）构成的高亮度的点光源2与由CCD摄影机（单目摄影机）构成的摄像单元3在大致同轴位置配置。

来自点光源2的光朝向由抛物面镜构成的准直反射板4放射，并被准直反射板4反射从而平行化。

再有，准直反射板4也能代替抛物面镜，而以将多个小型平面镜作为整体呈大致曲面状进行组合而形成的曲面镜构成。

与准直反射板4相向地配置有回复反射（retroreflective）板5，该回复反射板5以μCCR板（CCR: Corner Cube Reflector，角隅棱镜反射器）构成。

摄像单元3通过传输电缆与图像处理单元6连接，在摄像单元3取得的图像经由传输电缆向图像处理单元6传输。

在使用具备上述结构的基板检测装置1来检测晶片（基板）11的收容状态时，来自点光源2的光被放射，并被准直反射板4反射从而平行化。

进而，被准直反射板4反射的光通过与准直反射板4相向地配置的回复反射板5朝向准直反射板4反射（照射工序）。

通过被回复反射板5反射的光，在准直反射板4上形成有包含多个晶片11的端部的照明透射像。即，多个晶片11的端部位于被回复反射板5反射而朝向准直反射板4的反射光的光路内。

而且，对在准直反射板4上映出的包含多个晶片11的端部的照明透射像，通过由CCD摄影机构成的摄像单元3进行摄像（摄像工序）。

如图1B所示，准直反射板4的镜法线和摄像单元（CCD摄影机）3的摄影机光轴在平面图上相互平行，由此，晶片像在图像上成像为平行的像。

图2是由摄像单元3取得的在准直反射板4上的照明透射像20的示意图。

在照明透射像20中，被多个晶片11的各端部遮光的部分表现为多个局部的遮光部分（低亮度部分）。因此，通过由图像处理单元6解析照明透射像20，能对在盒10内的多个晶片11的收容状态进行检测。（检测工序）

具体地，通过解析遮光像素的像素数/间隔，能够进行在盒10的各插槽内是否存在晶片11的判定、双晶片的有无的判定、交叉晶片的有无的判定、以及凸出晶片的有无（凸出量）的判定。

在此，“双晶片”指的是在相同的插槽内重叠收容2枚晶片的情况。“交叉晶片”指的是晶片在左右的插槽中在不同层被收容的情况。“凸出晶片”指的是晶片比规定的收容位置向前方凸出的情况。

当参照图2的照明透射像20进行说明时，在某个插槽不存在晶片的情况下，与此处对应的遮光部分缺失。此外，在存在凸出晶片的情况下，与此处对应的遮光部分比其它的遮光部分在Y轴方向变长。在存在交叉晶片的情况下，与此处对应的遮光部分比其它的遮光部分在X轴方向变厚，且横跨2个插槽位置。在存在双晶片的情况下，与此处对应的部分比其它的遮光部分在X轴方向变厚到2倍。

根据具备上述的特征的本实施方式，能发挥如下所述那样的各种优越的效果。

· 本实施方式采用了利用摄影机的图像处理方式，但由于在原理上接近于使透射式的遮光传感器进行扫描的方式，所以不会被作为对象物的晶片11的反射率左右，能可靠地检测晶片11的收容状态。

· 在晶片11的端部中关于某个程度的宽度（Y轴方向的长度）能得到照明透射像20，所以在映射传感器的功能之外，还能可靠地感测晶片11的凸出。这在仅使现有的透射式的遮光传感器扫描1次的情况下是无法实现的。

· 对从规定位置起的晶片11的凸出根据遮光部分的Y轴方向的长度的变化进行检测，因此能够容易地进行凸出量的定量化。

· 不需要现有的透射式的遮光传感器那样的机械式扫描，能实现机构的简约化以及处理时间的缩短化。

· 通过面积值对双晶片的检测进行判定，由此在双晶片的情况下和正常的情况下检测值较大地变动。因此，与利用剖面的现有的技术相比，能更加可靠地进行双晶片的检测。

· 使用1台摄影机能一次取得全部晶片11的照明透射像20，由此能实现小型且简单的基板检测装置1。

接着，针对本发明的其它的实施方式的基板检测装置1A，参照图3进行说明。

如上所述，在图1A及图1B示出的基板检测装置1中，以准直反射板4使来自点光源2的光反射并平行化，以回复反射板5使平行化了的光反射。

相对于此，在图3示出的基板检测装置1A中，构成为在图1A及图1B示出的回复反射板5的位置配置透射型的面光源12，将来自该面光源12的平行光朝向准直反射板4放射。

透射型的面光源12具备：LED光源13，构成为将1列LED元件纵向排列；以及扩散透射板14，使从该LED光源13放射的光透射。扩散透射板14以例如毛玻璃构成。

虽然从LED光源13放射稍后的光不均匀，但通过使其透射扩散透射板14，能成为没有不均匀的具有均质的明亮度的面光源。

在图3示出的基板检测装置1A中，也对在准直反射板4上映出的包含多个晶片11的端部的照明透射像通过由CCD摄影机构成的摄像单元3进行摄像，通过图像处理单元6解析照明透射像，由此能发挥与图1A及图1B中示出的基板检测装置1相同的效果。

图4表示作为在图3中示出的实施方式的一个变形例的基板检测装置1B，在该装置1B中使用反射型的面光源15。

该反射型的面光源15构成为以扩散反射板16使从LED光源13放射的光反射。通过该面光源15也能够朝向准直反射板4放射没有不均的均质的光。

在图4示出的基板检测装置1B中，也能得到与图1A及图1B中示出的基板检测装置1相同的效果。

以上，对本发明使用其实施方式进行了说明，但本发明的技术的范围并不限定于在上述实施方式中记载的范围，能对上述实施方式施加多种变更或改良。显然从专利请求的范围的记载来看，施加那样的变更或改良的形式也能在本发明的技术的范围中包含。

以下，针对本发明的各种应用例进行说明。

第一应用例

对本发明的第一应用例参照图5～图7进行说明。

通常在对盒10内的基板11的收容状态进行检测之后，通过基板搬送机器人（以下仅称为“机器人”）将基板11从盒中或者向盒中搬送。

在现有技术中，如果基板11的收容状态是不正常的话，通过停止机器人的工作来回避机器人和基板11的碰撞、机器人对基板11的异常把持。但是在该情况下，由于只要是收容状态从正常的收容状态稍微偏移就停止机器人的工作，所以存在包含机器人的基板处理装置整体的生产能力下降的问题。

相对于此，如果通过本发明的基板检测装置检测基板11的收容状态的话，即使在基板11从正常的收容状态偏移的情况下，也能判定可否通过校正机器人的工作位置等的工作参数来进行基板11的搬送，在判定为能够进行基板11的搬送的情况下，通过基于基板11的收容状态的检测值来校正机器人的工作位置等的工作参数，从而能利用机器人进行基板11的搬送。

像这样，即使在现有技术中使机器人的工作停止来应对的那样的情况下，由于能利用机器人进行基板11的搬送，所以能够提升包含机器人的基板处理装置整体的生产能力。

在以下示出具体的处理的一个例子。

（1）通过本发明的基板检测装置检测盒10内的基板11的收容状态。

（2）在检测出基板11的凸出（参照图5）的情况下，基于检测出的凸出量，进行可否实现机器人对基板11的把持的判定（参照图6），在判定为能够把持的情况下，通过基于检测出的凸出量来校正机器人的工作位置从而进行把持。在判定为不能把持的情况下进行工作停止等的必要的处理。

（3）在检测有基板11的下垂（参照图5）的情况下，基于从该基板11到位于该基板11的下方的基板11的所检测出的距离，进行可否实现机器人对基板11的把持的判定（参照图7），在判定为能够把持的情况下，通过基于检测出的下垂量来校正机器人的工作位置等的工作参数从而进行把持。在判定为不能把持的情况下进行工作停止等的必要的处理。

（4）在基板11的凸出和下垂双方被检测出的情况下，组合进行（2）、（3）的处理。

在此，“基板的下垂”指的是收容在盒10内的基板比规定的位置向下方下垂的状态（参照图5、图6）。

可否实现机器人对基板11的把持的判定基准，能配合机器人的基板把持机构的构造等适宜地进行设定。

第二应用例

针对本发明的第二应用例，参照图8进行说明。

在应用本发明的基板检测装置时，在存在多个盒10的情况下，也可以考虑对每个盒10设置基板检测装置。

可是，如果如图8所示那样在机器人30设置摄像单元31和光源（照明单元）32，相对于检测对象的盒10使机器人30移动来检测基板11的收容状态的话，对于多个盒10以至少一套摄像单元31和光源（照明单元）32即可实现，能谋求装置的紧凑化、成本的降低。

在该例中，来自设置在机器人30的光源32的光在扩散板33朝向基板11的缘部反射，进而通过反射板34朝向摄像单元31反射。

第三应用例

针对本发明的第三应用例，参照图9进行说明。

通常，由于基板11的处理在自动化系统中进行，人不是总是监视处理工序，所以在机器人引起搬送的失败、碰撞等的异常的情况下，存在难以调查其原因的问题。

可是，如果将通过本发明的基板检测装置的摄像单元31获得的盒10等的图像在记录单元35（参照图9）进行保存的话，在机器人引起搬送的失败、碰撞等的异常的情况下能确认异常发生时的图像，并能以该图像为线索进行异常的原因调查、复发防止对策的研讨。

具体地，构成为将通过本发明的基板检测装置的摄像单元31获得的盒10等的图像在记录单元35保存，能根据需要参照过去的图像。

也可以采用如下的结构，即，仅剩余记录单元35的存储容量允许的范围的最新图像，删除（包含重写（overwrite）的情况）旧的图像。此外，如果采用在检测出异常之后中止旧的图像的删除（包括重写的情况）的结构的话，能够回避异常发生前的一定时间的图像被删除。

进而，摄像单元31以第二应用例的方式在机器人30设置也可（参照图8），在机器人以外设置也可（参照图9）。如果在机器人30设置摄像单元31的话，也能记录如图5所示那样的表示晶片11的收容状态的图像，通过使机器人30工作能从任意的角度对任意的位置进行摄像并记录，在后者的情况下为了进行异常的原因调查、复发防止对策的研讨，能选择最合适的摄像角度、位置。

如果在机器人以外设置摄像单元31的话，能和机器人30的工作无关系地进行定点观测。设置机器人以外的摄像单元的移动/旋转单元也可。

第四应用例

针对本发明的第四应用例，参照图10（以及图4）进行说明。

在现有技术中，当在由机器人30和装置等的碰撞产生机器人30的摩擦连结部的偏移、构件的变形等的状态下使机器人30进行基板搬送工作时，存在机器人30搬送基板11失败或与装置等碰撞的问题。此外，为了检测上述的偏移、变形需要设置专用的检测单元，从而也有招致装置的大型化、高成本化的问题。

如果使用本发明的基板检测装置的结构的话，取得在正常时使机器人30采取特定的姿势的情况下的图像信息并使存储单元35存储该图像信息，之后，取得使该机器人30采取所述特定的姿势的情况下的图像信息，将得到了的图像信息和使所述存储单元35存储的图像信息进行比较，由此能检测上述的偏移、变形等。而且不需要专用的检测单元，因此能避免装置的大型化、高成本化。

在以下示出具体的处理的一个例子。

（1）通过摄像单元3（参照图4、图10），取得在正常时使机器人30采取特定的姿势的情况下的图像信息（基准图像信息）（参照图10）。

（2）在存储单元35存储取得的图像信息。

（3）在检测机器人30的偏移、变形等时，取得使机器人30采取所述特定的姿势的情况下的图像信息（比较图像信息）。

（4）将比较图像信息和基准图像信息进行比较，在两者存在差异的情况下，能够判定为在机器人30产生偏移、变形等。

在比较图像信息和基准图像信息在上下方向偏移的情况下，产生手36的弯曲、螺栓的松弛的可能性高，在手长尺寸方向偏移的情况下，在驱动部产生松动的可能性高，像这样能推定机器人30的异常的原因。

异常的原因通过计算机自动地进行推定也可，显示推定结果也可。此外，对比较图像信息和基准图像信息的差异预先设置阈值，在超过比较的结果阈值的情况下判定为在机器人30产生偏移、变形等也可。此外，这样的判定在比较图像信息和基准图像信息的差异内通过铅直方向的偏移、水平方向的偏移、手的像的宽度等的各要素或者它们的组合来进行也可。

进而，基于判定结果或比较结果来校正机器人30的工作位置等的工作参数也可。如果像这样的话，在机器人30产生偏移、变形的情况下，通过工作参数的校正在能够进行搬送工作期间能够继续进行搬送工作，能使装置的停止时间缩小。进而，如果采取多个姿势作为所述特定的姿势的话，能得到更多的信息。

Claims (14)

1.一种基板检测装置，用于对收容在盒内的多个基板的收容状态进行检测，其中，具备：

准直反射板，配置在所述多个基板的旁边；

照明单元，朝向所述准直反射板呈面状地放射光，其中，该照明单元以所述多个基板的端部位于其光路内的方式配置；

摄像单元，对通过从所述照明单元呈面状地放射的光而在所述准直反射板上形成的、包含作为平行的遮光部分的所述多个基板的端部的照明透射像进行摄像；以及

图像处理单元，对通过所述摄像单元取得的所述照明透射像的图像进行处理，检测与该照明透射像中的与所述多个基板的端部对应的多个平行的遮光部分的每一个的平行方向的长度和/或厚度，从而判定所述多个基板的收容状态。

2.根据权利要求1所述的基板检测装置，其中，所述照明单元包含面光源。

3.根据权利要求1所述的基板检测装置，其中，所述照明单元包含：点光源，朝向所述准直反射板放射光；以及回复反射板，将在所述准直反射板反射而平行化了的光朝向所述准直反射板反射。

4.根据权利要求3所述的基板检测装置，其中，所述点光源和所述摄像单元相互配置在大致同轴的位置。

5.根据权利要求2～4的任一项所述的基板检测装置，其中，所述面光源或所述点光源包含发光二极管。

6.根据权利要求2～4的任一项所述的基板检测装置，其中，所述准直反射板由抛物面镜构成。

7.根据权利要求2～4的任一项所述的基板检测装置，其中，所述准直反射板由将多个平面镜作为整体呈大致曲面状地组合形成的曲面镜构成。

8.一种基板检测方法，对收容在盒内的多个基板的收容状态进行检测，其中，具备：

照明工序，朝向配置在所述多个基板的旁边的准直反射板，从照明单元放射面状的光，其中，所述多个基板的端部位于其光路内；

摄像工序，利用摄像单元，对通过从所述照明单元呈面状地放射的光而在所述准直反射板上形成的、包含作为平行的遮光部分的所述多个基板的端部的照明透射像进行摄像；以及

检测工序，利用图像处理单元，对通过所述摄像单元取得的所述照明透射像的图像进行处理，检测该照明透射像中的与所述多个基板的端部对应的多个平行的遮光部分的每一个的平行方向的长度和/或厚度，从而判定所述多个基板的收容状态。

9.根据权利要求8所述的基板检测方法，其中，所述照明单元包含面光源。

10.根据权利要求8所述的基板检测方法，其中，在所述照明工序中，从点光源朝向所述准直反射板放射光，将在所述准直反射板反射而平行化了的光，以所述多个基板的端部位于其光路内的方式利用回复反射板朝向所述准直反射板反射。

11.根据权利要求10所述的基板检测方法，其中，所述点光源和所述摄像单元被相互配置在大致同轴的位置。

12.根据权利要求9～11的任一项所述的基板检测方法，其中，所述面光源或所述点光源包含发光二极管。

13.根据权利要求9～11的任一项所述的基板检测方法，其中，所述准直反射板由抛物面镜构成。

14.所述权利要求9～11的任一项所述的基板检测方法，其中，所述准直反射板由将多个平面镜作为整体呈大致曲面状地组合形成的曲面镜构成。