CN104979245B - 半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测装置以及方法，在位于硅片承载器圆周侧边的机械手U形端部相对位置上，设置有包括发射端和接收端的第一和第二光电传感器组；且承载器和机械手间可以作相对旋转和/或定位的运动；在第一检测子阶段的自接收模式下，执行硅片凸片的异常状态极限位置预扫描指令；通过在第二和第三检测子阶段的互接收模下，执行硅片凸片的异常状态循环扫描指令和执行硅片分布状态异常扫描指令，对硅片发生处于凸片、叠片、斜片或无片等异常分布状态进行扫描检测，且在承载器的周围布设多个扫描检测点，进一步地提高了检测精度。因此，本发明可以很好地避免机械手运动造成硅片及设备损伤，技术实现简单。

Description

半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测方法及装置

技术领域

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光电检测方法，本发明还涉及一种半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测装置。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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一种半导体设备承载区域的硅片分布状态检测装置。

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光电检测方法，在位于硅片承载器圆周侧边的机械手U形端部相对位置上，设置有第一光电传感器组和第二光电传感器组，每组所述光电器包括发射端和接收端；所述第一光电传感器组和第二光电传感器组工作在互接收模式或自接收模式，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、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；

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：

步骤S21：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，并将所述第一和第二光电传感器组的工作模式设置成自接收模式；

步骤S22：根据第一和/或第二光电传感器组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；

步骤S23：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S22；

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；

步骤S3：执行硅片凸片的异常状态循环扫描指令；其具体包括：

步骤S31：所述机械手定位下降至所述步骤S2中检测出存在突出状态硅片的位置；将所述第一和第二光电传感器组的工作模式转换成互接收模式，判断所述位置是否是上/下垂直终止点位置；如果是，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，执行步骤S33；如果不是，执行步骤S32；

步骤S32：所述机械手依序下降或上升一个硅片的间隔距离；

步骤S33：根据两个所述光电传感器间相互水平发射和接收光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S35；否则，判断所述位置是否是上/下垂直终止点位置；如果不是，执行步骤S32；如果是，执行步骤S34；

步骤S34；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超出水平终止点位置；如果是，执行步骤S4；否则，执行步骤S33；

步骤S35：发出凸片异常报警信息，继续执行步骤S32；

步骤S4：执行硅片分布状态异常扫描指令，根据两个所述第一和第二光电传感器组间相互发射和接收的反馈值在扫描检测区域内光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。

优选地，所述步骤S22中预定的判断规则为：

A.如果第一和第二光电传感器组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；

B.如果第一和第二光电传感器组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；

C.如果第一和第二光电传感器组在极限位垂直于硅片方向的硅片放置区域有一组光电传感器组检测到障碍物，则判定为不确定状态，需再次检测或人工重复检测

优选的，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。

优选的，所述N个位置点中相邻两个位置的旋转角度相同，选择设定如下：A.当(360°/设定旋转角度)的余数＝0时：

累计检测位置数目＝360°/设定旋转角度

实际旋转角度＝设定旋转角度

B.当(360°/设定旋转角度)的余数≠0时：

累计检测位置数目＝(360°/设定旋转角度)取整(舍去小数点后)+1

实际旋转角度＝360°/累计检测位置数目

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。

优选的，所述步骤S3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。

优选的，所述步骤S4包括：

步骤S41：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、叠片和空片的运动扫描区域；

步骤S42：所述机械手定位于水平起始点位置和上/下垂直终止点位置；

步骤S43：根据两个所述光电传感器间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S45；否则，直接执行步骤S44；

步骤S44：所述机械手依序下降或上升一个硅片的间隔距离，判断所述位置是否是上/下垂直终止点位置；如果是，结束；否则，执行步骤S43；

步骤S45：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S44。

优选的，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。

优选的，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：A.当(360°/设定旋转角度)的余数＝0时：

累计检测位置数目＝360°/设定旋转角度

实际旋转角度＝设定旋转角度

B.当(360°/设定旋转角度)的余数≠0时：

累计检测位置数目＝(360°/设定旋转角度)取整(舍去小数点后)+1

实际旋转角度＝360°/累计检测位置数目

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。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了一种半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测装置，包括第一和第二光电传感器组、转动单元和控制单元；第一和第二光电传感器组分别设置于在所述承载器的圆周侧边的机械手U形端部相对位置上，并随所述机械手移动，在水平和/或垂直预设方向进行移动并执行扫描检测；每组所述光电器包括发射端和接收端；所述第一和第二光电传感器组工作在互接收模式或自接收模式；转动单元用于驱动所述承载器作相对所述机械手做旋转和/或定位的运动，或驱动所述机械手相对所述承载器做旋转和/或定位的运动；控制单元用于设置所述第一和第二光电传感器组的工作模式，启动检测并处理获得的光电强度和分布情况结果，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。

优选的，所述控制单元连接报警装置，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。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的半导体设备承载区域的硅片分布状态的光电检测方法及装置，在两个阶段即硅片传送片完成后和取片前，通过首先将第一和第二光电传感器组的工作模式设置成自接收模式，执行硅片凸片的异常状态极限位置预扫描指令；然后，将第一和第二光电传感器组的工作模式设置成互接收模式，执行硅片凸片的异常状态循环扫描指令，最后执行快速准确检测硅片在承载器中区域是否有硅片斜片、叠片和/或空片的异常分布状态进行诊断，且在承载器的周围布设多个扫描检测点，进一步地提高了检测精度，很好地避免了机械手运动造成硅片及设备损伤。实验证明，本发明的技术方案实现简单，效果良好。

附图说明

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示意图

图2为本发明实施例中半导体设备承载区域的硅片分布状态检测装置的光电传感器，分别位于机械手U形端部相对位置的结构示意图

图3为本发明实施例中硅片存在突出异常分布状态的检测结果示意图

图4为本发明半导体设备承载区域的硅片分布状态检测方法一较佳实施例的流程示意图

图5为本发明实施例中硅片处于硅片跌落极限位置时的位置结构示意图

图6为本发明实施例中机械手距离硅片中心之间最小安全距离时的计算原理示意图

图7为本发明实施例中半导体设备承载区域的硅片分布状态检测的整体控制流程图

图8为本发明实施例中执行硅片凸片的异常状态极限位置预扫描指令的工作模式结构示意图

图9为本发明实施例中突片异常状态循环扫描指令流程示意图

图10为本发明实施例中机械手在检测硅片存在突出异常分布状态过程中的移动轨迹示意图

图11为本发明实施例中突片异常状态循环扫描指令控制流程示意图

图12为本发明方法执行硅片分布状态异常扫描指令的流程图

图13本发明实施例中判断是否存在斜片、叠片和/或空片的异常状态的一较佳实施例的具体控制流程示意图

图14为本发明实施例中硅片和承载器的位置关系参数示意图

[图中附图标记]：

机械手1

硅片组2

承载器3

第一光电传感器组4

第二光电传感器组5

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

需要说明的是，本发明提供的半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测方法，是采用在位于硅片承载器圆周侧边的机械手U形端部相对位置上，设置有第一和第二光电传感器组，每个光电传感器组均包括发射端和接收端；且第一和第二光电传感器组可以工作在互接收模式或自接收模式。

在硅片传送片完成后和取片前，本发明通过下述三个检测子阶段完成整个检测过程的：

首先，将第一和第二光电传感器组的工作模式设置成自接收模式，执行硅片凸片的异常状态极限位置预扫描指令；

然后，将第一和第二光电传感器组的工作模式设置成互接收模式，执行硅片凸片的异常状态循环扫描指令；

最后，执行硅片分布状态异常扫描指令，即根据第一和第二光电传感器组间相互发射和接收的反馈值在扫描检测区域内光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。

请参阅图2，本发明实施例中采用的光电检测装置包括光第一光电传感器组4和第二光电传感器组5、转动单元(图未示)和控制单元(图未示)。第一和第二光电传感器组4,5设置于在承载器3(承载区域)的圆周侧边的机械手1的U形端部相对位置上，可以随机械手1在水平和/或垂直的预设方向上移动定位并实现扫描检测；也就是说，第一和第二光电传感器组4,5移动是通过机械手1的移动来实现的。另外，如果设第一和第二光电传感器组4,5间的距离为X，那么，X的取值需确保机械手1在运动过程中能够正常扫描指定尺寸硅片而不与硅片发生干涉现象。

下述实施例中，机械手1移动至极限预扫描起始位置(通常水平放置硅片可设定为上端或下端，垂直放置硅片可选择一端为起始位置)，仅以垂直放置硅片的情况叙述，其它的实施例原理相同，在此不再赘述。

控制单元(图未示)用于启动检测并处理获得的光电强度和分布情况结果，并通过判断得到硅片组2在承载器上的异常状态分布情况；其中，异常状态包括硅片凸出、斜片、叠片和/或空片的状态；并且，控制单元还可以连接报警装置，该控制单元可以根据异常状态分布情况控制报警装置的启闭。

从上述描述可以看出，在本发明中第一光电传感器组4和第二光电传感器组5均包含一个发射端和一个接收端，可按三个检测子阶段来进行功能转换配置和发射/接收方向调整，即可工作在互接收模式或自接收模式。

在自接收模式下，通过发射和接收的时间差可测量阻挡光束传播路径上障碍物距离光电传感器组的距离，即工作于第一检测子阶段的测距模式。在本发明的第一检测子阶段实施例中，如果载有第一和第二光电传感器组4,5的机械手1的起始位置先定位在承载器3放置硅片组2顶部的第一片硅片位置，在执行硅片凸片的异常状态极限位置预扫描指令时，工作在自接收模式的第一和第二光电传感器组4,5的发射端是垂直于硅片组2向下发射的；如果定位在承载器3放置底部最后一片硅片的位置时，第一和第二光电传感器组4,5的发射端是垂直于硅片组2向上发射的。

在互接收模式中，对射式第一和第二光电传感器组4,5的反馈值接收时间会随着遮挡的范围产生强度上的变化；在运行过程中，如有障碍物则光电传感器强度变化如图2所示。即在工作于第二和第三检测子阶段的测距扫描过程中，可以采用第一光电传感器组4发射，第二光电传感器组5接收的方式，也可以采用第二光电传感器组5接收的方式，第一光电传感器组4接收的方式，并且，根据传感器的工作状态，可同时自动或手动切换于一种工况。

请参阅图3，图3为本发明实施例中硅片存在突出异常分布状态的循环扫描检测结果示意图。如图所示，在第二检测子阶段中，为了获取硅片在承载结构上某一个位置有无障碍物的扫描数据，该有无障碍物的判断由光电传感器强度变化判定，即以硅片扫描示教中心值为基准，如果光电传感器接收端的光强度返回值小于指定阈值α，则认为相应区域内有物体遮挡，返回状态值为1，代表该承载器3相应位置上的硅片处于突出异常状态；如果光电传感器接收端的光强度返回值大于等于指定阈值α，则认为相应区域内无物体，返回状态值为0，代表该承载器3相应位置上的硅片处于正常状态。

如图3所示，横坐标上出现的检测时间点t1，t2，t3，t4与机械手1的运动扫描速度有关，因此，可以根据时间检测结果变化的起始点和范围即可确定硅片的状态，同时可以计算出其超过正常范围的突出程度，得到每个硅片放置位置是否可以安全进行工艺或者卸载的诊断结果。

下面检测方法的实施例是以安装在半导体热处理设备上的机械手1上的第一和第二光电传感器组4,5为例，对本发明的构思进行介绍。

请参阅图4，图4为本发明半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测方法一较佳实施例的流程示意图。如图所示，半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测方法可以包括以下步骤：

步骤S1、在检测过程中，需首先设定第一和第二光电传感器组4,5的(也可以说是设定机械手1)的扫描检测轨迹，以及确定运动扫描初始化参数并执行初始化；其中，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。

具体地，在检测过程开始前，可以通过预先示教机械手1的控制参数，这些控制参数可以通过控制机械手1预设的方向和位置，也就相应设定了两个第一和第二光电传感器组4,5的扫描检测轨迹。

机械手1扫描检测轨迹的每一次扫描检测的起始位置是由水平起始点位置和上/下垂直起始点位置决定，上/下垂直起始点位置是两个位置，上垂直起始点位置对应于硅片组2顶层硅片放置的位置，下垂直起始点位置对应于硅片组2底层硅片放置的位置。

在检测过程中，如果是从上垂直起始点位置开始，那么下一个检测位置就是依序下降一个相邻硅片的间隔距离，直到下垂直起始点位置；同理，如果是从下垂直起始点位置开始，那么下一个检测位置就是依序上升一个相邻硅片的间隔距离，直到上垂直起始点位置。

对于水平检测扫描方向的移动检测区域，是由承载器的结构参数和硅片的尺寸参数决定的，即水平起始位置与硅片处于跌落极限位置时的位置相关，水平终止点位置与承载器3的支撑结构参数相关。请参阅图5和图6，图5为本发明实施例中硅片处于跌落极限位置时的位置结构示意图；图6为本发明实施例中机械手距离硅片中心之间最小安全距离时的计算原理示意图。

如图5所示，假设硅片重心位于承载器3的支撑结构边沿时(向机械手1方向偏离正常位置Y)为硅片不会滑落支撑结构的最大位移位置，该扫描检测水平起始位置至承载器3中心的距离应该大于或等于硅片组2中硅片跌落极限位置至承载器3中心的距离。

如图所示，设定该扫描检测起始位置距离承载器3中心距离为Z，同时设定水平检测扫描的时变值为b(t)，b(t)表示机械手1上的两个光电传感器4间中心线距离支撑结构中心的实时距离，那么，在水平扫描检测起始位置，b(0)＝Z；此外，为考虑安全余量，b(t)＝Y+δ为正式获取硅片分布状态的距离承载器3结构中心的距离；其中：

X为机械手1上光电传感器4的发送端和接收端之间的距离；

Y为承载器3半径，即承载器3的中心点到其边缘的长度；

r为硅片组2中硅片的半径，即硅片中心到其边缘的长度；

s为相邻两片硅片之间的间隔距离，即硅片组2水平放置在承载器3上时两相邻硅片中心在竖直方向的距离；

γ为设定相对于绝对水平位置的硅片倾斜角，本领域技术人员清楚，通用硅片的厚度通常为0.7mm，相对于直径为300mm或200mm硅片，即其半径为150mm或100mm时，硅片2厚度d/r的比值是小于1/100。因此，在计算硅片的倾斜角度时，硅片的厚度d可近似为0，这时，该倾斜角的关系可按如下公式计算为：

tan(γ)＝s/Y,

γ(0)＝arctan(s/Y)，即γ(0)的取值大小由结构设计确定

请参阅图6，当硅片重心位于支撑结构边沿，该极限位置倾斜的硅片在绝对水平平面上的投影则为：

如果Z为极限的扫描起始位置，也就是机械手1中心在该位置距离承载器3中心距离，即在水平扫描检测起始位置，b(0)＝Z，那么考虑安全余量；

δ>0，为安全余量设定值，即机械手1此时做竖直方向的运动不会与硅片发生干涉的安全距离，该值大小也与上述X、r以及硅片中心与机械手1的U型端口中心是否在同一水平线产生影响，因此，在检测时，需尽量将U型端口上的互为发射接收的第一和第二光电传感器组4,5的中心线与硅片定位在一个平面上。并且，在同一平面内机械手1上的第一和第二光电传感器组4,5的连线与硅片2中心之间的距离需要大于：

也就是说，当极限位扫描没有检测到硅片异常时，即相当于在硅片倾斜情况下，机械手1沿水平方向运动如下距离，在竖直方向上运动依然不会与倾斜的硅片产生干涉；

水平扫描起始点设定完成后，还需设定对于机械手1每次向承载器3中心方向移动距离为c(t)，其中，t＝0,1,2,3……；机械手1沿水平方向每次移动水平步进距离可以相同也可以不同，例如，可以逐渐减小。

如果a(t)为中间长度变量，用于机械手1每次可以安全移动的距离，

a(0)＝0；b(t)为中间长度变量，即机械手1中心距硅片中心的实时距离，

b(0)＝Z；h(t)为中间长度变量，用于计算硅片倾斜的倾角，h(0)＝Y；那么，

b(t)＝b(t-1)–a(t)

请参阅图7，图7为本发明实施例中半导体设备承载区域的硅片分布状态检测的整体控制流程图。如图所示，上述的初始化参数确定并后，就可以等待并接收硅片分布状态扫描指令，得到指令后就直接开始进行实际的检测流程了。如果初始化步骤失败，则报出异常位置和结果，等待人工处置或者按规定处置。

请结合图3和图7参阅图8、9和图10，图8为本发明实施例中执行硅片凸片的异常状态极限位置预扫描指令的工作模式结构示意图；图9为本发明实施例中突片异常状态循环扫描指令流程示意图；图10为本发明实施例中机械手在检测硅片存在突出异常分布状态过程中的整个移动轨迹示意图。

步骤S2、执行硅片凸片的异常状态极限位置预扫描指令(即工作于第一检测子阶段)；

具体地，如图4所示，步骤S2可以具体包括：

步骤S21：机械手1定位对应于承载器3第一个放置硅片的垂直起始点和水平起始点位置，并将第一和第二光电传感器组4,5的工作模式设置成自接收模式；

步骤S22：根据第一光电传感器组4和/或第二光电传感器组5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(如图9所示)，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；

步骤S23：机械手1沿承载区中心方向前进一个预设的水平步进距离，判断该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S22；

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。

也就是说，请参阅图8和9，在该检测子阶段，工作模式为自接收模式的第一和第二光电传感器组4,5发射方向至垂直于硅片表面的角度，根据第一和第二光电传感器组4,5所测得极限位光束发射/接收路径上障碍物的位置可获取所有硅片放置位置的极限位置突出检测结果，检测结果的判断标准可以分以下三种情况：

A.无障碍物，即光第一和第二光电传感器组4,5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；

B.有障碍物，即第一和第二光电传感器组4,5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，同时根据光电传感器组的测量距离可测定障碍物位置；

C.不确定状态，需再次检测或人工重复检测，即第一和第二光电传感器组4,5在极限位垂直于硅片方向的硅片放置区域有一组光电传感器组检测到障碍物。

具体地，在本发明的一些实施例中，如果在上述定位检测节点(d(0)＝Y，b(0)＝Z)未检测到硅片极限突出状态，就可以进行如下位移检测操作，如图10所示：

a)、设定速度Smove和扫描检测节点间距a，机械手按设定速度向支撑结构中心方向移动

b)、如果b(t)–a>Y+δ，则机械手移动至b(t)＝b(t)–a位置，在该节点位置，根据第一和第二光电传感器组4,5在的硅片放置区域检测到障碍物的状态进行运动状态的处置：

①、无障碍物：按设定速度Smove继续移动至下一检测节点；

②、有障碍物：停止运动，根据第一和第二光电传感器组4,5的测量距离反馈障碍物位置，报警并提醒用户进行操作选择；

③、不确定状态，需再次检测或人工重复检测，报警并提醒用户进行操作选择；

c)、如果b(t)–a<＝Y+δ，则机械手移动至b(t)＝Y+δ位置，在该节点位置，根据第一和第二光电传感器组4,5在的硅片放置区域检测到障碍物的状态进行运动状态的处置：

①、无障碍物：结束步骤S2，跳至步骤S3；

②、有障碍物：停止运动，根据光电传感器组1和光电传感器组2的测量距离反馈障碍物位置，报警并提醒用户进行操作选择；

③、不确定状态，需再次检测或人工重复检测，报警并提醒用户进行操作选择；

需要说明的是，步骤S2中包括图7中的极限预扫描指令仅仅可以快速检测出硅片组2中突出最多的那片硅片的位置，其它突出程度小于那片硅片的异常状态是不能确定的，就需要执行步骤S3才能获得。

步骤S3、执行硅片凸片的异常状态循环扫描指令；其可以包括如下步骤：

步骤S31：机械手1定位下降至检测出存在突出状态硅片的位置；将第一和第二光电传感器组4,5的工作模式转换成互接收模式，判断该位置是否是上/下垂直终止点位置；如果是，机械手1沿承载区中心方向前进一个预设的水平步进距离，执行步骤S33；如果不是，执行步骤S32；

步骤S32：机械手1依序下降或上升一个硅片的间隔距离；

步骤S33：根据第一和第二光电传感器组4,5间相互水平发射和接收光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S35；否则，判断该位置是否是上/下垂直终止点位置；如果不是，执行步骤S32；如果是，执行步骤S34；

步骤S34；机械手1沿承载区中心方向前进一个预设的水平步进距离，判断该位置是否是超出水平终止点位置；如果是，执行步骤S4；否则，执行步骤S33；

步骤S35：发出凸片异常报警信息，继续执行步骤S32。

上述异常状态循环扫描指令将所有位置的扫描结果求与运算，获取所有硅片放置位置的极限位扫描结果，结果有以下两种：

A.正常，则进行正式的扫描动作，如无异常进入下一步动作，即接下来执行的其它轮扫描运动则是执行循环扫描，用于检测有无硅片处于相应突出程度的情况；

B.异常，报出异常位置和结果，等待人工处置或者按规定处置。

获取完所有硅片放置位置扫描结果后，如发现有异常位置则给出指定位置异常的报警提示，等待人工处置或者按规定处置。

由于执行单侧硅片突出异常的单侧扫描并不能完全诊断硅片在承载区突出异常的分布状态情况，因此，在本发明的一些实施例中，可以通过在承载器3或机械手1上设置一个转动单元，该转动单元使可以使机械手1围绕承载器3作相对旋转运动，且在整个承载器3的侧边周围设置多个旋转检测停止位置，在每一个检测位置执行一次步骤S2和S3的操作，得到一组相应的检测结果；最后将多组检测结果进行与运算，得到最终可以实现对硅片进行多角度的硅片凸片异常状态分布状态的检测。

根据承载器3的支撑结构特点，上述多个位置点的选择可以采用均匀分布原则，也可以采用不均匀分布原则。例如，对于多个位置点中相邻两个位置的旋转角度相同的情况，可以选择设定如下：

A.当(360°/设定旋转角度)的余数＝0时：

累计检测位置数目＝360°/设定旋转角度

实际旋转角度＝设定旋转角度

B.当(360°/设定旋转角度)的余数≠0时：

累计检测位置数目＝(360°/设定旋转角度)取整(舍去小数点后)+1

实际旋转角度＝360°/累计检测位置数目

当然，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承载器3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。例如，在一些特殊情况下，为避开承载器3的支撑柱，可以在距该支撑柱的左右10°或20°的位置重新设点检测。

上述按无冲突的起始点和设定旋转角度生成的圆周上检测位置完成后，就可以获取整个承载区域内有无硅片突出情况分布的状态，每个检测位置获取一组分布状态值，然后对所有检测位置的分布位置的状态结果求与运算，结果有两种：

A.正常，则可以进行放置硅片后的操作或者扫描后的取片操作。

B.异常，报出异常位置和结果供用户处置，同时根据异常结果提供用户操作选项。

接下来，请结合图4参阅图11，图11为本发明方法执行硅片分布状态异常扫描指令的流程图。

步骤S4：执行硅片分布状态异常扫描指令，根据第一和第二光电传感器组4,5间相互发射和接收的反馈值在扫描检测区域内光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。

请参阅图11，步骤S4可以具体包括如下步骤：

步骤S41：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、叠片和空片的运动扫描区域；

步骤S42：所述机械手定位于水平起始点位置和上/下垂直终止点位置；

步骤S43：根据两个所述光电传感器间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S45；否则，直接执行步骤S44；

步骤S44：所述机械手依序下降或上升一个硅片的间隔距离，判断所述位置是否是上/下垂直终止点位置；如果是，结束；否则，执行步骤S43；

步骤S45：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S44。

请参阅图12，图12本发明实施例中判断是否存在斜片、叠片和/或空片的异常状态的一较佳实施例的具体控制流程示意图。在该实施例中，斜片、叠片和/或空片的异常状态检测时依序进行的。

具体地，请参阅图13，图13为本发明实施例中硅片和承载器的位置关系参数示意图。如果设定硅片厚度值d，示教基准位置为d/2，相邻硅片间间距为s，承载器3的间隔厚度为t，根据不同的扫描区域内，光电传感器接收端的返回值状态1/0的情况，得到硅片的分布状态如下表1所示。

表1

从上述表1中可以看出，可以根据在预设检测区域和在该区域的光信号遮蔽宽度情况，即检测到的返回值判断相应区域内是否出现斜片、叠片或者无片现象。如对于斜片情况，在运动扫描区域[2*(d+d*1/3),S-d*1/3]范围内，如果出现检测结果中遮蔽区域的宽度>＝d，那么就可以断定该相应位置上出现了斜片现象，如果出现检测结果中遮蔽区域的宽度<0.1d，那么就可以断定该相应位置上没有出现斜片现象，如果出现检测结果中遮蔽区域的宽度不在上述两个情况范围，那么控制单元可以向报警单元发出提醒信息或发出再次执行检测的信息，直到获取所有硅片放置位置扫描结果，如有异常位置则给出指定位置异常的报警提示，等待人工处置或者按规定处置。

此外，由于执行硅片斜片、叠片和/或空片异常的单侧扫描并不能完全诊断硅片在承载区突出异常的分布状态情况，因此，同步骤S2和S3相同，在本发明的一些实施例中，可以通过在承载器3或机械手1设置转动单元，该转动单元使机械手1围绕承载器3作相对旋转运动，该旋转运动可以实现在承载器3的侧边周围设置多个检测位置，在每一个检测位置执行一次步骤S4的操作，得到一组相应的检测结果；最后将多组检测结果进行与运算，得到最终的硅片斜片、叠片和/或空片的异常状态分布，即可以对硅片在圆周上的分布状态进行更详细的检测。

且根据承载器3的支撑结构特点，多个位置点可以均匀分布，也可以不均匀分布。对于多个位置点中相邻两个位置的旋转角度相同的情况，选择设定如下：

A.当(360°/设定旋转角度)的余数＝0时：

累计检测位置数目＝360°/设定旋转角度

实际旋转角度＝设定旋转角度

B.当(360°/设定旋转角度)的余数≠0时：

累计检测位置数目＝(360°/设定旋转角度)取整(舍去小数点后)+1

实际旋转角度＝360°/累计检测位置数目

当然，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承载器3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。例如，为避开承载器3的支撑柱，可在距该支撑柱的左右10°或20°的位置重新设点检测。

上述按无冲突的起始点和设定旋转角度生成的圆周上检测位置完成后，获取整个承载区域内有无硅片存在斜片、叠片和/或空片的情况，每个检测位置获取一组分布状态值，然后对所有检测位置的分布位置的状态结果求与运算，结果有两种：

A.正常，则可以进行放置硅片后的操作或者扫描后的取片操作。

B.异常，报出异常位置和结果供用户处置，同时根据异常结果提供用户操作选项。

此外，再请参阅图7，在最后得到是否存在斜片、叠片和/或空片的检测扫描结果后，可以进行工艺的判断步骤，该步骤的具体流程步骤已在图7中呈现，在此不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。

Claims (10)

1.一种半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测方法，其特征在于，在位于硅片承载器圆周侧边的机械手U形端部相对位置上，设置有第一和第二光电传感器组，每组所述光电传感器包括发射端和接收端；所述第一和第二光电传感器组工作在互接收模式或自接收模式，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、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；

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：

步骤S21：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，并将所述第一和第二光电传感器组的工作模式设置成自接收模式；

步骤S22：根据第一和/或第二光电传感器组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；

步骤S23：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S22；

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；

步骤S3：执行硅片凸片的异常状态循环扫描指令；其具体包括：

步骤S31：所述机械手定位下降至所述存在突出状态硅片的位置；将所述第一和第二光电传感器组的工作模式转换成互接收模式，判断所述位置是否是上或下垂直终止点位置；如果是，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，执行步骤S33；如果不是，执行步骤S32；

步骤S32：所述机械手依序下降或上升一个硅片的间隔距离；

步骤S33：根据两个所述光电传感器间相互水平发射和接收光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S35；否则，判断所述位置是否是上/下垂直终止点位置；如果不是，执行步骤S32；如果是，执行步骤S34；

步骤S34；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超出水平终止点位置；如果是，执行步骤S4；否则，执行步骤S33；

步骤S35：发出凸片异常报警信息，继续执行步骤S32；

步骤S4：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间相互发射和接收的反馈值在扫描检测区域内光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。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S22中预定的判断规则为：

A.如果第一和第二光电传感器组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；

B.如果第一和第二光电传感器组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；

C.如果第一和第二光电传感器组在极限位垂直于硅片方向的硅片放置区域有一组光电传感器组检测到障碍物，则判定为不确定状态，需再次检测或人工重复检测。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，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。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，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：

A.当360°除以设定旋转角度后得到的余数＝0时：

累计检测位置数目＝360°/设定旋转角度

实际旋转角度＝设定旋转角度

B.当360°除以设定旋转角度后得到的余数≠0时：

累计检测位置数目＝360°除以设定旋转角度且舍去小数点后取整+1

实际旋转角度＝360°/累计检测位置数目

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。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S3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。

6.根据权利要求1、2、3、4或5任意一个所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

步骤S41：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、叠片和空片的运动扫描区域；

步骤S42：所述机械手定位于水平起始点位置和上/下垂直终止点位置；

步骤S43：根据两个所述光电传感器间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S45；否则，直接执行步骤S44；

步骤S44：所述机械手依序下降或上升一个硅片的间隔距离，判断所述位置是否是上/下垂直终止点位置；如果是，结束；否则，执行步骤S43；

步骤S45：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S44。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，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。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，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：

A.当360°除以设定旋转角度后得到的余数＝0时：

累计检测位置数目＝360°/设定旋转角度

实际旋转角度＝设定旋转角度

B.当360°除以设定旋转角度后得到的余数≠0时：

累计检测位置数目＝360°除以设定旋转角度且舍去小数点后取整+1

实际旋转角度＝360°/累计检测位置数目

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。

9.一种采用权利要求1～8任一所述的半导体设备承载区域的硅片分布状态光电检测方法的装置，其特征在于，包括：

第一和第二光电传感器组，分别设置于在所述承载器的圆周侧边的机械手U形端部相对位置上，并随所述机械手移动，在水平和/或垂直预设方向进行移动并执行扫描检测；每组所述光电传感器包括发射端和接收端；所述第一和第二光电传感器组工作在互接收模式或自接收模式；

控制单元，用于设置所述第一和第二光电传感器组的工作模式，启动检测并处理获得的光电强度和分布情况结果，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。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括转动单元，用于驱动所述承载器作相对所述机械手做旋转和/或定位的运动，或驱动所述机械手相对所述承载器做旋转和/或定位的运动。