專利名稱：疊層物品的檢驗設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多件物體是否已妥善安置在夾持裝置中的鑒定，特別涉及一種用光檢驗物品安置情況的設備。
在半導體的制造過程中，硅圓片在各處理工序之間都固定夾持在一個盒子里。該盒子通常是具有許多水平溝槽的一個框架，各溝槽中放著一個硅圓片。制造系統(tǒng)中的搬運機構逐一地將各圓片從盒子上卸下來處理，處理過后再將其放回盒中。
由于圓片的搬運是自動化進行的，因此需要檢查盒子，以確保所有的圓片妥善安置在盒子的各溝槽中。圓片往往會由于各圓片之間沒有精確放好或各圓片之間參差不齊(例如邊緣呈鏨平或削平狀態(tài))而可能從其溝槽中掉出來，掉到盒子中緊靠下方的圓片上。也可能圓片的一側沒有放好或從其溝槽中掉出來，而另一側仍然留在溝槽中，從而使圓片在箱子中傾斜。圓片沒有妥善放好，搬運機構可能會碰壞它，從而使其它圓片也受損。
過去的半導體圓片處理設備具有光學系統(tǒng)用來檢測盒子里沒有排列好的圓片。一般說來，這種光學系統(tǒng)在盒子的一側有一個光源將光束通過盒子射出，在另一側有一個檢測器響應該發(fā)射來的光。各圓片將光束截住，從而可以檢測出圓片的存在。某些系統(tǒng)的這些光發(fā)射體/檢測器有好幾對，將多束光束通過盒子發(fā)送出去。這類檢測系統(tǒng)需要在設備的各側有各自的窗口讓光束可以通過其中，因而很難裝進半導體處理設備中。此外，在處理設備周圍，光源與檢測器之間導線還要走線，這一切，視乎設備實際配置的情況而定，做起來往往可能很困難。
本發(fā)明的大致情況如下。
夾持器中的物品，例如盒子中的半導體圓片，其位置由一個設備檢驗，即該設備以不同角度投射兩束光束(例如紅外或可見光)使其通過盒子。夾持器與該設備彼此相對運動，從而使各物品將光束截斷。檢測光束的光電檢測器產(chǎn)生表示各物品在夾持器內(nèi)相對位置和表示各物品是否妥善安置的信號。該設備有一個位于夾持器一側的第一光源，產(chǎn)生射向夾持器的第一光束。夾持器的另一側有一個反射器將第一光束反射回夾持器，第一光束從夾持器再次出射之后投射到第一檢測器上。第一檢測器安置在夾持器設有第一發(fā)射體的一側，產(chǎn)生表示投射到檢測器上的光強的第一信號。
這里配備了一個機構，用第一光束掃描夾持器中的物品。舉例說，這種機構可以是一個驅(qū)動夾持器使其相對于第一發(fā)射體和第一檢測器運動的機構。夾持器運動時，物品將光束截住，從而在來自檢測器的信號中產(chǎn)生脈沖。這個檢測信號由電子電路接收下來并進行分析，然后產(chǎn)生表示各物品在夾持器中的位置的指示信號。
在該設備的另一個最佳實施例中，有一個第二發(fā)射體/檢測器對發(fā)送并檢測沿與第一光束不同的光路通過夾持器的第二光束。電子電路通過分析兩檢測器發(fā)來的信號就能夠確定物品在夾持器中是否偏離其標定位置傾斜。
本發(fā)明總的目的是提供一種用以檢測物品在夾持器的位置的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)的所有有源元件都安置在夾持器的同一側。有源元件的這種配置使導線無需圍繞夾持器周圍進行。


圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的半導體處理設備的剖面。
圖2是沿圖1的2-2線截取的剖視圖。
圖3是用光檢測半導體圓片在圖1設備中的位置的系統(tǒng)的原理方框圖。
圖4A和4B是圖3的電路所產(chǎn)生的輸出信號。
圖1和圖2示出了半導體圓片處理系統(tǒng)12的裝卸室10，該系統(tǒng)具有其它小室13和14由諸如門15之類的門與裝卸室10連接起來。自動裝置16是為在各不同小室之間輸運半導體圓片而設的。
許多圓片20彼此并排存放在裝卸室10的盒子22中。盒子22是傳統(tǒng)的那一種設計，其各側壁的內(nèi)表面上開有彼此相對的水平槽口26和27。各側壁內(nèi)的各對對置的平行槽口形成承接圓片的溝槽。盒子的正面21和后面23敞開著，使圓片可以插入各溝槽中并從溝槽中取出。
理想的情況是，圓片20放入箱子中時，水平滑入盒子22對置著的盒壁24和25的槽口26和27中。槽口接合處將圓片20固定在水平的位置。但實際上，圓片的邊上會有切口，甚至有的邊削平了，這些都影響圓片妥善嵌入盒子的槽口中。例如，如圖1中所示，圓片20′在盒子中傾斜。圓片安置在箱子中對還可能會產(chǎn)生其它問題。例如，多個圓片可能會插入某給定的溝槽中，或者可能出現(xiàn)空溝槽。知道有否發(fā)生任何這些情況很重要，這樣自動裝置16就可以妥善地裝卸各圓片，防止碰壞它們。
盒子22安置在平臺30上，平臺30則由驅(qū)動機構33驅(qū)動從而在裝卸室10中如箭頭33所示的那樣上下運動。在上述圓片裝卸處理系統(tǒng)中還采用了類似的一些驅(qū)動機構使不同的圓片20與自動裝置16的臂17一起上下運動。
仍然參看圖1和圖2。半導體圓片處理系統(tǒng)12中裝有光學檢驗設備，供檢驗盒子22并確定各圓片是否在各溝槽中妥善安置。裝卸室10的前壁上開有一對窗口34和36。第一窗口34外面設有激光器LA和光電檢測器DB。第二窗口36外面還設有另一個激光器LB和另一個光電檢測器DA。激光器和檢測器都對準著裝在裝卸室10內(nèi)后壁上的反射器33。光檢測器DA和DB都按一定的視野聚焦，以檢測從反射器38反射回來的光。檢測器的視野比圓片的厚度大得多，因而對檢測器精確度的要求不大苛刻。不然的話，若圓片裝卸室10的后壁37具有足夠的反射率從而起反射器的作用，也可以取消分立的反射器38。反射器38可以裝在裝卸室10另一壁37上的窗口外面。
激光器LA發(fā)射出紅外或可見光40的第一光束，該光束聚焦到圓片20′正面的邊緣41上，如圖2中所示。若第一光束40沒有投射到圓片上，那是為反射器38所反射，由光檢測器DA加以檢測。同樣，激光器LB發(fā)射出紅外或可見光42的第二光束，該光束聚焦到圓片20的邊緣41上。第二光束42除非投射到圓片上否則必然通過盒子投射到反射器38上，再通過盒子反射到光檢測器DB上。激光器LA和LB產(chǎn)生的光束都聚焦到圓片20的邊緣41上。這樣，盒子在裝卸室10內(nèi)上下運動時，盒子22內(nèi)的圓片會將光束截住。本發(fā)明可采用能產(chǎn)生聚焦到圓片20邊緣41上較細的光束的其它類型光源。
第一和第二光束40和42的光路在盒子22中平行于圓片20的各平面且垂直于圓片運動方向33的一個公共水平面。這些光束的光路也不通過圓片20的中心，因而光束40和42不會垂直射到圓片20的邊緣41上。若圓片20透明，例如液晶顯示器中使用的基片，則大部分的光會由圓片20的邊緣41反射并/或折射過來。因此，考慮到圓片內(nèi)的折射和內(nèi)部反射，有很大一部分的光不會通過透明的圓片透射到反射器38上。
為確保各激光器/光檢測器對(LA-DA和LA-DB)之間不致出現(xiàn)交叉耦合，各對可以進行時間多路傳輸，從而在任何時刻只有一對在工作。圖3示出了激光器和檢測器工作過程的控制線路。各激光器LA和LB一般是二極管式激光器，分別由分立的電源52和54驅(qū)動。電源52和54的輸出由調(diào)制器56的信號調(diào)制。
兩個光電二極管DA和DB分別由前置放大器58和60連接到二比一多路轉換器62。多路轉換器62根據(jù)多路傳輸控制器64的信號選擇前置放大器58或60的輸出信號，將其加到同步檢測器66上。多路傳輸控制信號也有選擇地供電給相應的激光器電源52或54。
同步檢測器66還接收調(diào)制器56來的輸出，在線路68上產(chǎn)生一模擬輸出信號，表示接收到的來自起作用的激光LA或LB的、并為所選取的檢測器DA或DB所檢測過的光的大小。同步檢測器66的輸出加到第一和第二取樣保持電路70和71上，第一和第二取樣保持電路70和71也由響應多路傳輸控制器64的信號的取樣保持電路72操縱。第一取樣保持電路70儲存根據(jù)光檢測器DA所檢測的光產(chǎn)生的信號電平，第二取樣保持電路71則儲存表示由光檢測器DB檢測出的光的信號電平。兩個取樣保持電路70和71的輸出信號取名為OUT A和OUT B，這些輸出信號加到例如計算機74上，由該計算機分析這些信號，以確定圓片20在盒子22內(nèi)的方位。
在檢驗盒子22內(nèi)的圓片20之前，將平臺30安置在其行程的一個終端位置，使其將盒子完全提升或完全下放。接著，驅(qū)動機構32開始將平臺和盒子22慢慢移到平臺行程的另一端。驅(qū)動機構32帶動盒子相對于光束40和42運動，從而使光束可以掃描盒中的圓片。不然也可以令盒子保持不動而令激光器和光檢測器運動來進行掃描。
運動進行的同時，光電路50也獲得供電。多路傳輸控制器64交替地使兩對激光器/光電檢測器LA-DA和LB-DB分別輪流起作用。舉例說，多路傳輸控制器64來的一個狀態(tài)的控制信號使激光器電源52接通，從而從激光器LA產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的光束40。假設圓片20沒有截住光束40，則光束為反射器38所反射之后投射到相應的光檢測器DA上，從前置放大器58產(chǎn)生輸出信號。多路轉換器62響應了多路傳輸控制器64來的信號將前置放大器58來的輸出信號耦合到同步檢測器66上。此外，多路傳輸控制器64來的信號促使取樣保持控制電路72將第一取樣保持電路70復位，以存儲待由同步檢測器66產(chǎn)生的信號電平。這時，第二取樣保持電路71保持著先前的儲存值，不受同步檢測器66輸出來的信號的影響。
多路傳輸控制器64來的信號改變狀態(tài)時，第二激光器電源54受激勵，從激光二極管LB產(chǎn)生光束42。這時，多路轉換器62將光檢測器DB和前置放大器60來的信號耦合到同步檢測器66上，同時切斷前置放大器58來的信號。激光器電源52因多路傳輸控制信號而停止供電。第二取樣保持電路72響應多路傳輸控制信號使第一取樣保持電路70不起作用，同時使第二取樣保持電路72起作用，將對應于光電檢測器DB所收到的光的信號電平儲存起來。
盒子22上下運動時，圓片20遮斷光束40和42，在反射器38上投下一個陰影。這樣，通過光電檢測器DA和DB所收到的光的消失可以檢測出圓片的存在。鑒于光束是聚焦在圓片正面邊緣41上，因而當聚焦的光點落在圓片邊緣上時，光就完全消失。若盒子運動的速度已知，例如是恒定速度，則光消失的持續(xù)時間是圓片厚度的函數(shù)。例如，光消失的時間越長，圓片的厚度越大。這樣，計算機就可以測出盒中各圓片20的厚度。此外，由于盒子22是按已知速度運動的，因而輸出信號從取樣保持電路70和71出來的時間表示各圓片相對于盒子運動起始位置和盒子溝槽的位置。
參看圖4A和圖4B。盒子通過光束40和42運動時，取樣保持電路70和71來的信號OUT A和OUT B的電平發(fā)生變化。舉例說，兩信號中同時出現(xiàn)兩個較窄脈沖81和82時表明，圓片在盒子22的凹槽中妥善排列。
脈沖83和84較寬時表明，圓片在盒子22中從前往后地傾斜(例如圓片20)，或者有一個圓片處在另一個圓片上面。若激光器LA和LB投射到反射器上的陰影和光電檢測器DA和DB的視野都相當小，則圓片從前往后的傾斜可能影響脈沖的形狀。若圓片按這種方式傾斜，則圓片的前邊緣41進入或離開光束時，脈沖形狀可能變化得較快。圓片20的后邊緣43進入或離開光束時，脈沖形狀可能交化得較慢。這樣，根據(jù)脈沖前沿和后沿的相對形狀，就可以確定圓片的傾斜情況。
沒有在信號OUT A和0UT B中同時出現(xiàn)的較短脈沖85和86或37和88，表明圓片在盒子22中從一側壁24向另一側壁25傾斜。這些不一致的脈沖在信號OUT A和OUT B中出現(xiàn)的次序表明圓片在盒中傾斜的方向。
上面說過，盒子以已知的速度運動時會使圓片溝槽的位置在特定的時段通過光束。因此，若圓片安置在盒子22的各溝槽中，則脈沖應在特定的時段內(nèi)在信號OUT A和OUT B中出現(xiàn)。若計算機在該特定時段內(nèi)檢測不出信號脈沖(如圖中虛線脈沖89和90所示)，則可以判定，圓片不處在盒子的溝槽中。
本發(fā)明的光檢測機構比先前的系統(tǒng)好在各電氣元件都裝在圓片搬運室的同一側，無需使導線從一側走線到另一側。
此外，本系統(tǒng)的計算機74還能夠分析信號OUT A和OUT B，確定圓片是否安置在盒子的各溝槽中。另外還可以確定某已知槽中的圓片是否傾斜以及傾斜的方向。
權利要求
1.一種位置檢測系統(tǒng)，用以檢測多個物品在具有第一和第二對置面的夾持器中的位置，其特征在于，它包括第一發(fā)射體，安置在夾持器的第一面上，用以產(chǎn)生第一輻射束，射向所述夾持器；一個反射器，安置在夾持器的第二面上，用以將第一輻射束至少部分地射回夾持器；第一檢測器，安置在夾持器的第一面上，用以接收經(jīng)所述反射器反射之后的第一輻射束，并產(chǎn)生表示投射到所述檢測器的輻射強度的第一信號；一個掃描機構，用第一輻射束掃描夾持器中的多件物品；和一個電子電路，用以接收來自所述檢測器的第一信號，并響應該信號以產(chǎn)生物品是否在夾持器中妥善安置的指示。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括第二發(fā)射體，安置在夾持器的第一面上，用以產(chǎn)生第二輻射束，射向夾持器；和第二檢測器，安置在夾持器的第一面上，用以接收經(jīng)所述反射器反射后的第二輻射束，并產(chǎn)生表示投射到所述第二檢測器的輻射強度的第二信號。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二輻射體產(chǎn)生波長為選自紅外和可見光譜的光束。
4.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二發(fā)射體安置得使第一和第二輻射束在通過夾持器的共平面路程中行進。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述機構移動夾持器的方向垂直于第一和第二輻射束的路程所界定的平面。
6.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子電路有一個多路轉換電路交替地使所述第一和第二發(fā)射體起作用，并交替地對第一和第二信號取樣。
7.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子電路有一個多路傳輸控制器產(chǎn)生交替使所述第一和第二發(fā)射體發(fā)出第一和第二輻射束的控制信號。
8.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子電路還包括一個調(diào)制器，與所述第一和第二發(fā)射體相連接，用以調(diào)制所述第一和第二輻射束；一個多路轉換器，有兩個接收第一和第二信號的輸入端，轉換器本身響應控制輸入端的一個信號交替地將所述兩輸入端連接到一個輸出端；一個多路傳輸控制器，用以產(chǎn)生加到所述多路轉換器的控制輸入端以便交替地將兩個輸入端連接到輸出端的控制信號；一個同步檢測器，與所述多路轉換器和所述調(diào)制器的輸出端相連接，且有一個輸出端子；第一和第二取樣保持電路，與所述同步檢測器的輸出端子相連接，且由所述多路傳輸控制器來的控制信號控制，其中所述第一取樣保持電路儲存來自所述同步檢測器來的信號電平，該信號電平是由來自所述第一檢測器的第一信號產(chǎn)生的電平，且所述第二取樣保持電路儲存所述同步檢測器來的由所述第二檢測器束的第二信號產(chǎn)生的信號電平。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子電路還有一個計算機與所述第一和第二取樣電路相連接，且分析存儲在所述第一和第二取樣保持電路中的信號電平以產(chǎn)生表示多個物品在夾持器中的位置的指示。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子電路還有一個圓片厚度測定裝置，用以響應第一信號測定圓片的厚度。
11.一種位置檢測設備，用以檢測半導體圓片在具有第一和第二對置面的夾持器中的位置，其特征在于，所述設備包括一個反射器，安置在夾持器的第一面上；第一發(fā)射體，安置在夾持器的第二面上，用以產(chǎn)生通過夾持器照射到所述反射器的第一光束，所述反射器則通過夾持器將所述第一光束反射回去；第二光源，安置在夾持器的第二面上，用以產(chǎn)生通過夾持器反射到所述反射器的第二光束，所述反射器則將第二光束通過夾持器反射回去；第一檢測器，安置在夾持器的第二面上，用以接收經(jīng)所述反射器反射過后的第一光束，并產(chǎn)生表示投射到所述第一檢測器的光強的第一信號；第二檢測器，安置在夾持器的第二面上，用以接收經(jīng)所述反射器反射回來的第一光束，且產(chǎn)生表示投射到所述第二檢測器的光強的第二信號；一個夾持器運動機構，用以使夾持器在橫切第一和第二通路的方向上運動；和一個電子電路，與所述第一和第二檢測器相連接，且根據(jù)所述第一和第二信號產(chǎn)生表示半導體圓片是否在夾持器中妥善安置的指示。
12.如權利要求11所述的設備，其特征在于，夾持器運動時，第一和第二光束都不與圓片的中心相交。
13.如權利要求11所述的設備，其特征在于，所述第一和第二發(fā)射體安置得使第一和第二光束在通過夾持器的共平面光路行進。
14.如權利要求11所述的設備，其特征在于，所述第一和第二發(fā)射體安置得使第一和第二光束在平行于夾持器中安置有圓片的各平面的公用平面內(nèi)行進。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二光束都聚焦到圓片的邊緣上。
16.如權利要求11所述的設備，其特征在于，所述電子電路包括一個調(diào)制器，與所述第一和第二發(fā)射體相連接，用以調(diào)制第一和第二光束；一個多路轉換裝置，具有兩個接收第一和第二信號的輸入端，且用以響應在控制輸入端收到的信號有選擇地將兩個輸入端的其中之一與輸出端相連接；一個多路傳輸控制器，用以產(chǎn)生加到所述多路轉換器的控制輸入端以便交替地將兩個輸入端與輸出端連接的控制信號；一個同步檢測器，與所述多路轉換器和所述調(diào)制器的輸出端相連接，且具有一個輸出端；第一和第二取樣保持電路，與所述同步檢測器的輸出端相連接，且由所述多路傳輸控制器來的控制信號控制，其中所述第一取樣保持電路存儲來自所述同步檢測器的由所述第一檢測器來的第一信號所產(chǎn)生的信號電平，且所述第二取樣保持電路存儲來自所述同步檢測器的由所述第二檢測器來的第二信號所產(chǎn)生的信號電平；和一個計算機，與所述第一和第二取樣保持電路相連接，且分析所存儲的信號電平以產(chǎn)生表示半導體圓片在夾持器中的位置的指示。
17.一種檢測多個物品在具有第一和第二對置面的夾持器中的位置的方法，其特征在于，它包括下列步驟將第一光束從第一面通過夾持器照射到第二面上；將第一光束從第二面通過夾持器反射到第一面上；檢測從盒子的第一面出現(xiàn)的第一光束的光強；將第二光束從第一面通過夾持器照射到第二面上；將第二光束從第二面通過夾持器反射到第一面上；檢測從盒子的第一面出現(xiàn)的第二光束的光強；用第一和第二光束掃描夾持器；根據(jù)第一和第二光束的光強在夾持器受掃描的過程中的變化確定各物品在夾持器中的位置。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，第一和第二光束的光路在一公共平面上。
19.一種用以檢測多個物品在夾持器中的位置的系統(tǒng)，其特征在于，它包括第一發(fā)射體，安置在夾持器的一面上，用以產(chǎn)生射入夾持器中的第一輻射束；第一檢測器，安置在夾持器的一面上，用以接收通過所述夾持器之后的第一輻射束，且所述第一檢測器產(chǎn)生表示投射到所述檢測器的輻射強度的第一信號；一個掃描機構，用第一輻射束掃描夾持器中的多個物品；和一個電子電路，用以接收所述檢測器來的第一信號，并響應該信號產(chǎn)生表示各物品在夾持器中是否妥善安置的指示。
20.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括第二發(fā)射體，安置在夾持器的一面上，用以產(chǎn)生射入夾持器中的第二輻射束；和第二檢測器，安置在夾持器的第一面上，用以接收通過夾持器反射之后的第二輻射束，且所述第二檢測器產(chǎn)生表示投射到所述第二檢測器的輻射強度的第二信號。
全文摘要
一種光投射系統(tǒng)，能投射出一對共平面的光束，令此光束從一個夾持器，例如裝半導體圓片的盒子的一側通過盒子可以確定盒中各圓片的位置。盒子一側上的反射器將該對光束都反射回去，使其通過盒中并照射到盒子另一側的分立的光電檢測器上。盒子運動時，由計算機分析各光電檢測器來的信號。盒子運動時，圓片將光束遮斷。信號中各脈沖的相對寬度和時間表示圓片在盒中的位置以及圓片是否沒有排列好。
文檔編號G01B11/00GK1142046SQ9510349
公開日1997年2月5日 申請日期1995年3月23日 優(yōu)先權日1994年3月23日
發(fā)明者C·G·布拉凱爾, K·A·蘭格蘭 申請人:易通公司