用于衬底处理系统的部件追踪的在线机器视觉系统

技术领域

本发明的实施方案涉及半导体晶片处理，尤其涉及追踪被提供至衬底处理系统内的处理模块的消耗性部件。

背景技术

典型的制造系统包括多个群集工具组件或处理站。在半导体晶片制造处理中所使用的每一处理站包括一或多个处理模块，每一处理模块用于进行特定的制造操作。在不同的处理模块内所进行的某些制造操作包括清洁操作、蚀刻操作、沉积操作、冲洗操作、干燥操作等。在处理模块中所使用的用于执行这些操作的处理化学品、处理条件以及处理对通常暴露于处理模块内的苛刻条件的某些硬件组件造成损害。需要周期性地及迅速地置换这些受到损害或磨损的硬件组件，以确保受到损害的硬件组件不会使处理模块中的其他硬件组件暴露于苛刻条件且确保半导体晶片的质量。因其位置及持续暴露于苛刻化学品与处理模块内所进行的处理而可能会受到损害的某些硬件组件包括围绕晶片的边缘环、覆盖环等。在特定数量的处理周期之后，边缘环可能会受到腐蚀而需要迅速置换，以确保被腐蚀的边缘环不会将下方的硬件组件如卡盘、接地环等暴露于苛刻的处理条件。在本文中将可被置换的硬件组件称为消耗性部件。

消耗性部件如边缘环对于处理效能而言非常关键。这些消耗性部件通常手动置换且需要排空处理模块以交换边缘环。替代地，利用涉及下列项的自动方案置换消耗性部件：将新的边缘环加载至缓冲站(如FORP(前开口环盒–边缘环交换站)中，缓冲站是类似于缓冲晶片用的前开口统一盒(FOUP)(晶片交换站)；将边缘环从FORP传输至处理站的装载端口；以及使用系统机器人从处理模块移除旧的边缘环并安装新的边缘环。置换消耗性部件是以类似于将晶片传输进出处理模块的方式在真空下进行的。边缘环可从缓冲站传输通过用于从晶片交换站传输晶片的工厂自动化材料搬运系统(AMHS)。可使用单一的缓冲站储存新的边缘环以及从处理模块所移除的已磨损的边缘环，或者可使用不同的缓冲站分别储存新的边缘环及用过的边缘环。已磨损的边缘环需要迅速处置，且当完全磨损时，必须装载新的边缘环。

基于处理应用优化边缘环的确切形状与高度。因此，使用多个不同的边缘环且必须有效率地管理这些边缘环。不同的类型的边缘环的差异通常极小且无法由肉眼察觉。此外，一旦边缘环位于缓冲站后，几乎无法分辨不同的边缘环。在制造环境中，边缘环缓冲站可包括单一类型的边缘环、一种以上的边缘环、或单一类型或多个类型边缘环与其他消耗性部件的组合。通常以手动方式将边缘环装载至缓冲站的不同的槽且在系统计算机上登记被装载的边缘环。在手动装置/登记的处理期间有犯错的空间。例如，用户可能会将边缘环装载至错误的槽中(如将边缘环装载至槽2而非槽1)。替代地，用户可能会针对被装载至缓冲站的特定槽中的边缘环输入不正确信息(例如序号、部件号、槽号、尺寸等)。这类错误可能会导致错误的边缘环被输送至群集工具内的处理模块。例如，不正确的边缘环偶然地被装置至处理模块中而导致不被接受的晶片报废。这类问题可能长期未被察觉且可能会严重地影响正在被处理的晶片的质量，由此严重冲击半导体制造商的利润率。目前，尚无有效的方式能自动验证正被装载至FORP中的正确边缘环或确定其在工具中的位置(即槽数)。

本发明实施方案正是在该背景下产生的。

发明内容

本发明的实施方案包括追踪边缘环并验证边缘环的身份以使正确的边缘环可被输送至衬底处理系统内的正确处理模块的系统和方法。追踪是利用机器视觉系统和对准器来完成的，对准器被设置在用于衬底处理系统(即例如群集工具)内的机器人的臂上。衬底处理系统或群集工具包括经由一或多个加载锁而耦合至真空传输模块(VTM)的大气传输模块(ATM)以及耦合至一或多个处理模块的VTM。使用ATM的机器人和VTM的机器人在晶片缓冲站与一或多个处理模块之间移动晶片。ATM的机器人设有对准器，对准器用于在将晶片输送至处理模块之前对准晶片。接着在衬底表面上接受经对准的晶片以进行处理。还使用ATM与VTM的机器人在处理模块与用于储存消耗性部件的消耗性部件站之间移动消耗性部件。识别符被设置在每一消耗性部件上。在一些实施方案中，识别符可以是被设置在消耗性部件的顶表面上、底表面上、顶表面与底表面两者上、或介于顶表面与底表面之间的某处的代码(如机器可读代码)。在一些实施方案中，机器视觉系统用于捕获设置在消耗性部件上的代码的图像并处理图像以识别消耗性部件，且使用机器人的对准器将消耗性部件上的代码对准机器视觉系统的上方，使得代码的图像可被相机或机器视觉系统的图像捕获装置捕获。在一些实施方案中，针对消耗性部件数据库去验证代码的图像，以确定预定被输送至处理模块的消耗性部件是否适用于处理模块。一旦成功地验证消耗性部件的身份后，将消耗性部件输送至处理模块以进行安装。

机器视觉系统提供消耗性部件的额外验证，以避免因为人类导入的错误而将不正确的消耗性部件提供至衬底处理系统内的处理模块。由于可用于不同处理模块中的消耗性部件的类型的广泛变化，为了优化处理模块中所进行的处理，持续追踪在不同处理模块中所使用的不同类型的消耗性部件(如边缘环)、将正确类型的消耗性部件输送至不同处理站内的每一处理模块是重要的。机器视觉系统进行自动化验证，由此节省可观的时间与成本。

为了协助追踪消耗性部件，例如边缘环，在一些实施方案中，将代码限定于消耗性部件上并通过相对消耗性部件数据库验证代码而追踪消耗性部件。当正在取回供输送至处理模块的消耗性部件时，在将消耗性部件输送至处理模块之前，先识别消耗性部件，接着验证消耗性部件。在一些实施方案中，作为验证的一部分，利用机器视觉系统捕获代码的图像且处理被捕获到的图像以识别代码并产生用于消耗性部件的识别符。相对于消耗性部件数据库验证消耗性部件识别符，消耗性部件数据库包括与不同类型的消耗性部件和制造设施内的不同的处理模块相关的信息，制造设施使用每一种类型的消耗性部件。在成功验证时，接着以ATM与VTM的机器人将消耗性部件传输至处理模块。持续追踪每一消耗性部件，确保正确的消耗性部件被输送至每一处理模块，由此消除任何装载错误(如在装载期间针对消耗性部件记录不正确的信息、或消耗性部件被不正确地装载至消耗性部件站的槽中)。追踪和验证确保不正确的消耗性部件不会被错误地装载至处理模块中，由此避免由此类错误所造成的不必要的晶片报废。

在一实施方案中，公开了一种在衬底处理系统中追踪和验证消耗性部件的机器视觉系统。在一些实施方案中，该机器视觉系统包括安装外壳、图像捕获系统、处理器(如边缘处理器)、以及控制器。所述安装外壳具有消耗性部件站，所述消耗性部件站用于将消耗性部件储存于其内。所述安装外壳具有开口，所述开口朝向所述衬底处理系统的设备前端模块(EFEM)以使所述EFEM中的机器人能从所述消耗性部件站取回消耗性部件。所述图像捕获系统被配置为捕获所述消耗性部件上的代码的图像。所述图像捕获系统包括相机和光源。所述图像捕获系统位于所述安装外壳的所述开口附近，并且被定位为指向所述安装外壳的所述开口。所述处理器通信连接至所述衬底处理系统的所述图像捕获系统和控制器。所述处理器被配置为处理和分析由所述图像捕获系统捕获的所述代码的所述图像，并生成所述消耗性部件的返回所述控制器的识别符。所述控制器被配置为发布命令以使所述机器人经由所述安装外壳的所述开口从所述消耗性部件站移动所述消耗性部件，以便将所述消耗性部件的所述代码定位在所述图像捕获系统的视野内。所述控制器被配置为响应于所述处理器所提供的所述识别符，验证所述消耗性部件是否适合后续操作。

在一实施方案中，所述处理器被配置成：(a)与图像增强模块交互，以增强由所述图像捕获系统捕获的所述代码的所述图像；(b)与解码器交互，以解码增强图像并产生识别所述消耗性部件的字符串；以及(c)与通信模块交互，以将识别所述消耗性部件的所述字符串传送至所述控制器以进行验证。

在一实施方案中，所述控制器被配置成：将信号提供至所述处理器以激活所述光源并启动所述相机以捕获所述代码的所述图像；以及利用由所述处理器递送的所述字符串验证所述消耗性部件。

在一实施方案中，所述光源包括多个光元件，所述多个光元件的位置被限定以照明所述代码并提供重叠区域，当所述消耗性部件被定位在读取方位时，所述重叠区域至少覆盖所述消耗性部件的表面上所述代码存在的区域。

在一实施方案中，所述机器人包括对准器，所述对准器用于将所述消耗性部件对准所述读取方位。

在一实施方案中，所述对准器被配置成检测设置于所述消耗性部件上的基准标记，其中所述基准标记被设置成相对于所述消耗性部件的所述代码呈预定角度。使所述机器人基于来自所述控制器的指令移动所述消耗性部件。来自所述控制器的所述指令指定所述预定角度以使所述消耗性部件相对于所述基准标记移动以便将所述代码在所述图像捕获系统的所述相机的所述视野内对准，所述相机用于捕获由所述光源照明的所述代码的所述图像。

在一实施方案中，所述读取方位被限定成对应于所述消耗性部件的未被所述机器人的末端执行器覆盖的开放区域，以便针对用于捕获所述图像的所述相机提供所述代码的未受阻碍的视界。

在一实施方案中，所述图像捕获系统包括透明盖，所述透明盖被限定在面对所述安装外壳的所述开口的顶部中。所述透明盖被配置成遮蔽所述图像捕获系统的所述相机与所述光源。

在一实施方案中，所述图像捕获系统的所述相机被设置于距离所述消耗性部件的在上面设置有所述代码的表面第一距离处，并且所述光源包括多个光元件，其中所述多个光元件的每一光元件与另一光元件以第二距离彼此分离。

在一实施方案中，所述第一距离与所述第二距离成比例，且被限定为介于约1:1.3与约1:1.7之间。

在一实施方案中，所述图像捕获系统包括扩散器、或偏光器、或扩散器与偏光器两者。所述光源为一对发光二极管。每一所述扩散器当存在时以预定第一距离设置在所述一对发光二极管中的每一者或两者前方。类似地，每一所述偏光器当存在时以预定第二距离设置在所述一对发光二极管中的一者或两者前方、或以预定第三距离设置在所述相机的镜头前方、或以所述预定第二距离设置在所述相机的所述镜头前方以及以所述预定第三距离设置在所述一对发光二极管中的一或两者前方。

在一实施方案中，所述消耗性部件站具有与所述安装外壳的所述开口方位相反的外侧壁。所述外侧壁具有第二开口，所述第二开口用于访问所述消耗性部件站以装载和卸除所述消耗性部件。

在一实施方案中，所述消耗性部件站中的所述消耗性部件由两个部件制成，且所述代码被设置于所述两个部件中的每一部件的表面上。所述两个部件中的第一部件中的第一代码以预定距离与第二部件中的第二代码分离。所述机器人基于来自所述控制器的指令移动所述消耗性部件。被提供给所述机器人的所述指令包括第一组指令和第二组指令，所述第一组指令用于移动所述消耗性部件以使设置于所述第一部件上的所述第一代码落入所述图像捕获系统的视野内并用于同时激活所述光源以照明所述第一代码和激活所述相机以捕获所述第一代码的图像，所述第二组指令用于移动所述消耗性部件以使设置于所述第二部件上的所述第二代码落入所述图像捕获系统的所述视野内并用于同时激活所述光源以照明所述第二代码和激活所述相机以捕获所述第二代码的图像。

在一实施方案中，所述光源为一对发光二极管，所述一对发光二极管被布置成以切线方式照明该代码。

在一实施方案中，所述两部件消耗性部件的所述第一部件和所述第二部件由相同材料制成，其中所述材料为石英或碳化硅中的一者。

在一实施方案中，所述两部件消耗性部件中的所述第一部件由与所述第二部件不同的材料制成，其中所述两部件消耗性部件中的所述第一部件由石英材料制成而所述第二部件由碳化硅材料制成。

在一实施方案中，所述处理器为边缘处理器。所述边缘处理器被配置成储存所述代码的所述图像、处理所述图像、分析所述图像、以及产生识别所述消耗性部件的字符串、以及将所述字符串传输至所述控制器以进行验证。所述边缘处理器经由以太网开关而连接至所述控制器。

在一实施方案中，所述消耗性部件为边缘环，所述边缘环被设置成与在所述衬底处理系统的处理模块内的晶片支撑表面上所接收的晶片相邻。

在一实施方案中，公开了一种用于追踪衬底处理系统中的消耗性部件的机器人。所述机器人包括末端执行器和对准器。所述末端执行器被限定在所述机器人的臂上，并且被设计用于支撑载具板，所述载具板用于支撑消耗性部件。所述对准器被设置在所述臂上。所述对准器被配置成使所述载具板与所述消耗性部件沿着轴线旋转。所述对准器具有传感器以追踪限定在所述消耗性部件的表面上的基准标记并将所述基准标记的偏离坐标提供至所述衬底处理系统的控制器。所述机器人被配置成从所述控制器接收一组指令，以使所述机器人将被支撑在所述载具板上的所述消耗性部件从消耗性部件站移动至相对于所述基准标记的读取方位，其中所述读取方位被限定成使设置在所述消耗性部件的所述表面上的代码落在所述衬底处理系统的图像捕获系统的视野内，以使所述图像捕获系统能捕获所述代码的图像。由所述图像捕获系统所捕获的所述代码的所述图像被处理以产生用于所述消耗性部件的识别符。所述识别符由所述控制器使用以验证所述消耗性部件。

在一实施方案中，所述图像捕获系统被通信连接至所述控制器。所述图像捕获系统从所述控制器接收第二组指令。所述第二组指令包括第一指令和第二指令，所述第一指令用于激活设置在所述图像捕获系统内的光源以照明所述代码，所述第二指令用于激活所述图像捕获系统的相机以启动所述代码的所述图像的捕获。

在一实施方案中，所述基准标记为限定在所述消耗性部件的所述表面上的与所述代码成预定角度的光学标记。所述读取方位被限定成对应于所述消耗性部件的开放区域，所述开放区域位于由所述载具板的臂延长部覆盖的区域的外部。

在一实施方案中，所述对准器的所述传感器为激光传感器或对射式LED光纤传感器中的一者，所述对射式LED光纤传感器在光纤上具有衬垫帘头。

在一实施方案中，所述机器人被设置在所述衬底处理系统的设备前端模块(EFEM)内。所述EFEM提供对储存在所述衬底处理系统的安装外壳的消耗性部件站中的所述消耗性部件的访问。对所述消耗性部件的所述访问经由朝向所述EFEM限定的开口提供给所述机器人。

在一实施方案中，所述基准标记的所述偏离坐标和所述代码的所述图像通过所述控制器经由处理器递送至所述图像捕获系统。所述处理器与图像增强模块交互以增强由所述图像捕获系统捕获的所述代码的所述图像，与解码器交互以解码所述代码的所述图像并产生识别所述消耗性部件的字符串，与通信模块交互以将所述字符串传送至所述控制器以验证所述消耗性部件。

在一实施方案中，所述机器人的被配置为从所述消耗性部件站移动所述消耗性部件的所述末端执行器还被配置成从晶片站移动晶片以将所述晶片输送至所述衬底处理系统内的处理模块。所述机器人的所述对准器被配置成在将所述晶片输送至所述处理模块之前检测所述晶片内的缺口并控制所述晶片相对于所述缺口的方位。

在一实施方案中，所述消耗性部件由第一部件与第二部件制成。第一代码被设置在所述第一部件的表面上且第二代码被设置在所述第二部件的表面上。所述第一部件的所述第一代码与所述第二部件的所述第二代码分离预定距离。提供至所述机器人的所述一组指令包括第三指令和第四指令，所述第三指令用于移动所述消耗性部件以使设置于所述第一部件上的所述第一代码能够到达相对于所述基准标记的所述读取方位以允许捕获所述第一代码的图像，所述第四指令用于移动所述消耗性部件以使设置于所述第二部件上的所述第二代码能够到达相对于所述基准标记的所述读取方位以允许捕获设置在所述第二部件上的所述第二代码的图像。

在另一实施方案中，公开了一种在衬底处理系统中追踪和验证消耗性部件的机器视觉系统。该机器视觉系统包括：控制器、图像捕获系统和处理器。安装外壳具有消耗性部件站，所述消耗性部件站用于将消耗性部件储存于其内。所述安装外壳具有开口，所述开口朝向所述衬底处理系统的设备前端模块(EFEM)以使所述EFEM中的机器人能从所述消耗性部件站取回消耗性部件。所述控制器被配置为使所述EFEM中的所述机器人经由所述安装外壳的所述开口从所述消耗性部件站移动所述消耗性部件并将所述消耗性部件的代码定位于图像捕获系统的视野内。所述图像捕获系统被配置为捕获所述消耗性部件上的代码的图像。所述图像捕获系统至少包括相机和光源，所述图像捕获系统位于所述安装外壳的所述开口附近。所述相机和所述光源定位为指向所述安装外壳的所述开口。所述处理器通信连接至所述图像捕获系统和所述控制器。所述处理器被配置成处理和分析由所述图像捕获系统捕获到的所述代码的所述图像并验证所述消耗性部件是否适合用于后续的操作。

追踪消耗性部件的优点在于，能确保自消耗性部件站取回的消耗性部件为针对衬底处理系统内的处理模块的正确消耗性部件。可使用从追踪所获得的信息持续追踪消耗性部件何时被提供至处理模块及消耗性部件的使用历史，因此能确定处理模块中的消耗性部件何时到达使用寿命的终点及何时应被置换。本领域技术人员在研读说明书、附图、以及权利要求书时将可明白下面将讨论的这些及其他优点。

附图说明

图1示出了在一种实施方案中的衬底处理系统的简化框图，衬底处理系统使用在衬底处理系统中追踪消耗性部件用的机器视觉系统。图1A示出了用于衬底处理系统中的消耗性部件的展开图。

图2示出了在一实施方案中的机器视觉系统的简化图，机器视觉系统包括捕获设置在消耗性部件上的代码的图像的图像捕获系统。

图3示出了在一种实施方案中的用于识别消耗性部件的机器视觉系统的处理器的各种组件的简化图。

图4示出了在一种实施方案中用于追踪消耗性部件的机器视觉系统的概貌。

图5A-5D示出了在一种实施方案中的图像捕获系统的不同视图，图像捕获系统用于捕获设置在消耗性部件上的代码的图像。

图6示出了在一种实施方案中的用于大气传输模块中的具有对准器传感器的机器人的臂的一部分，对准器传感器用于检测设置在消耗性部件的表面上的基准标记。

图7A示出了在一种实施方案中的消耗性部件的俯视图，其显示基准标记相对于用于追踪消耗性部件的代码的相对位置。

图7B示出了在一种实施方案中的消耗性部件的仰视图，其显示基准标记相对于代码的相对位置。

图8A示出了在一种实施方案中，在图像捕获系统上方对准之前，消耗部件在消耗部件站内的支撑在机器人臂上的承载板上平衡。

图8B示出了在一种实施方案中，具有代码的消耗性部件正在图像捕获系统上方对准以使得能够捕获代码。

图9A示出了在一种实施方案中，图像捕获系统捕获由一对发光二极管照明并在相机上方对准的代码的图像的简化表示。

图9B示出了在一种实施方案中，图像捕获系统的一对发光二极管的照明区域的二维表示，图像捕获系统的该对发光二极管照明消耗性部件上的代码。

图9C示出了在一种实施方案中，从由图像捕获系统捕获到的代码的图像所检测到的消耗性部件上的代码的样本部分。

图9D-1示出了在一种实施方案中，其中代码被设置在由第一材料所制成的消耗性部件上时表面特性的变化，并且图9D-2示出了设置在消耗性部件的表面上的样本代码。

图9E-1示出了在替代实施方案中，其中代码被设置在由第二材料所制成的消耗性部件上时表面特性的变化，并且图9E-2示出了设置在消耗性部件的表面上的样本代码。

图10A示出了在一种实施方案中由特定材料所制成的消耗性部件以及图像捕获系统所捕获的消耗性部件的表面上的代码的位置的示例。

图10B-1与10B-2示出了在一种实施方案中，由第一部件和第二部件所制成的消耗性部件的示例，其中第一代码位于第一部件的表面上而第二代码位于第二部件上，其中第一部件和第二部件由相同的特定材料所制成。

图10C-1与10C-2示出了在一种实施方案中，由第一部件和第二部件所制成的消耗性部件的示例，其中第一代码位于第一部件的表面上而第二代码位于第二部件的表面上，其中第一部件和第二部件由不同材料所制成且第一代码的设置深度不同于第二代码的设置深度。

图10D示出了在一种实施方案中的消耗性部件(如边缘环)的横截面图，其示出了可以在其上设置代码的不同表面。

图10E示出了在一种实施方案中，在消耗性部件的表面上所检测到的基准标记的图像的俯视图，并且图10F示出了限定在消耗性部件上的基准标记的图像的仰视图。

图11A示出了在一种实施方案中的消耗性部件站的后视图(即背面视图)，消耗性部件站用于在缓冲衬底处理系统中所用的消耗性部件。

图11B示出了在一种实施方案中，图11A中所示的消耗性部件站的俯视图，并且图11C示出了限定在消耗性部件站的顶表面上的顶部窗的展开图，其提供了消耗性部件站内部的视图。

图12A-12D示出了在一种实施方案中设置在消耗性部件的表面上的代码相对于基准标记的对准而使代码的图像被捕获，其中消耗性部件支撑于载具板上。

具体实施方式

在下面的叙述中列举许多特定细节以提供对本发明特征的完全了解。然而当明白，本领域技术人员可在缺乏这些特定细节中的部分或全部的情况下实施本发明。在其他情况中，不详细说明已知的处理操作以免不必要地使本发明难以理解。

本发明的实施方案提供利用识别符(如设置在消耗性部件的表面上的代码)追踪消耗性部件(如边缘环)的细节。代码可设置在消耗性部件的底表面或顶表面上；或者代码可设置在消耗性部件的顶表面与底表面两者上且顶表面上的代码与底表面上的代码重叠；或代码可嵌于消耗性部件的内部。代码可为数据矩阵型的代码如快速响应(QR)代码、或代码可为条形代码或印刷字符代码、或代码可为可用于识别消耗性部件(如边缘环)的任何其他类型的数据矩阵或识别标记。追踪是利用包括图像捕获系统的机器视觉系统来完成，图像捕获系统照明代码并捕获代码的图像，处理器增强图像、解码代码并产生识别消耗性部件的字符串。接着字符串识别符被递送至控制器供验证。控制器用于控制各种参数以使衬底处理系统成功运行。控制器相对于消耗性部件数据库验证信息，以确定消耗性部件的身份及使用消耗性部件的处理模块的类型。

当处理模块需要置换边缘环时，例如使用衬底处理系统的机器人从储存消耗性部件的消耗性部件站取回边缘环，消耗性部件被用于衬底处理系统的不同的处理模块中。消耗性部件站提供消耗性部件的暂时储存(即在将消耗性部件输送至处理模块之前的储存及从处理模块取回消耗性部件之后的储存)，因此在文中或可将此类储存称为“缓冲”。衬底处理系统内的处理模块及制造设施内的不同衬底处理系统内的处理模块使用不同类型的消耗性部件，其中每一类型的消耗性部件可能以微小的方式或显著的方式不同于其他类型的消耗性部件。在某些情况中，消耗性部件可为多部件型消耗性部件(如堆叠型的消耗性部件)，其中多个部件彼此互锁或可上下倚靠。在此情况中，多部件型消耗性部件中的每一部件可具有设置在对应部件的表面上的代码，且机器视觉系统被配置成检测消耗性部件中的部件数目并捕获每一部件的代码的图像以识别作为整体的消耗性部件。

在一些实施方案中，衬底处理系统中的机器人移动消耗性部件，使得代码定位成在图像捕获系统的视野内和景深中对准，以使图像捕获系统能捕获代码的图像。机器视觉系统的图像捕获系统包括用于捕获消耗性部件上的代码的图像的图像捕获装置如相机(具有镜头)及用于照明消耗性部件的设置代码的区域的至少一个光源如发光二极管，因此相机所捕获到的图像为清晰图像且可被轻易破译。控制器对处理器产生信号以捕获设置在消耗性部件上的代码的图像，以响应检测到消耗性部件与图像捕获系统对准。作为响应，处理器发送信号以(a)激活光源(如发光二极管)以照明消耗性部件上与图像捕获系统对准的具有代码的区域；及(b)激活相机以使相机可捕获设置在消耗性部件上的代码的图像。

接着分析及解码被捕获到的图像，以确定其中所包括的识别信息。使用经解码的信息产生能识别消耗性部件的字符串(也被称为“字符串识别符”)。将字符串识别符递送至控制器供验证。控制器包括被配置成进行消耗性部件的验证的软件，其通过查询消耗性部件数据库而确定消耗性部件的身份及使用消耗性部件的处理模块的类型。在以软件成功验证消耗性部件之后，接着软件指示机器人移动消耗性部件以供输送至处理模块。消耗性部件的追踪及验证确保正确的消耗性部件被输送至适当的处理模块，由此消除不正确的消耗性部件被输送至处理模块的风险。在对上面实施方案有一般性的了解后，将参考各种附图说明各种特定细节。

图1示出了在一种实施方案中的示例性衬底处理系统100的简化框图，其中各种处理模块内所用的消耗性部件如边缘环被堆叠。所示的衬底处理系统可为制造设施的一部分，制造设施中可使用多个此类衬底处理系统。衬底处理系统100包括多个模块如设备前端模块(EFEM-文中也被称为大气传输模块或ATM)102、一或多个加载锁110、真空传输模块(VTM)104、以及一或多个处理模块112-116，这些可以通过来自控制器108的信号控制。EFEM102被维持在大气条件下且包括限定在第一侧上并被配置成接收一或多个晶片站的一或多个装载端口106。可通过一或多个隔离阀所控制的开口访问装载端口106上的晶片站。晶片站缓冲多个晶片(即半导体衬底)，多个晶片被提供至处理模块112-116供处理而限定半导体装置。EFEM102的机器人(也被称为ATM机器人102a)从晶片站取回晶片。ATM机器人102a包括臂，末端执行器被设置在臂上。末端执行器被配置成支撑从晶片站取回的晶片并将晶片输送至加载锁110以向前输送至处理模块(112-116)。ATM机器人102a还配置成支撑载具板，消耗性部件可被支撑在载具板上。使用载具板可在不需要重新设计末端执行器的情况下，让用于传输晶片的ATM机器人102a的相同末端执行器也可将消耗性部件传输至加载锁110以向前传输至处理模块112-116。

在图1所示的实施方案中，衬底处理系统100包括一对加载锁110-L、110-R，加载锁110-L、110-R在一侧上耦合至EFEM102而在另一侧上耦合至VTM104。加载锁110-L、110-R具有被维持在大气条件下的EFEM102与被维持在真空下(即受控环境下)的真空传输模块(VTM)104之间的中间模块的功能。加载锁110-L、110-R被设置在EFEM102的第二侧上。在一实施方案中，限定第二侧与第一侧相对。在另一实施方案中，限定第二侧与第一侧相邻。加载锁110-L、110-R中的每一者包括在与EFEM102耦合的一侧上的第一隔离阀(未显示)且包括在与VTM104耦合的一侧上的第二隔离阀(未显示)。当待从晶片站将晶片输送至加载锁(如110-L)时，开启加载锁110-L的第一隔离阀并使第二隔离阀维持关闭状态。一旦晶片被输送至加载锁110-L后，关闭第一隔离阀。接着将加载锁泵抽至真空并同时将第一和第二隔离阀维持在关闭状态。一旦加载锁110-L到达真空后，开启第二隔离阀，接着使用VTM104的VTM机器人104a将晶片从加载锁移动至适当的处理模块112-116以供处理。

当将更换处理模块112-116中的消耗性部件122如边缘环时，遵循类似晶片输送处理的处理。在消耗性部件122的情况中，EFEM102的ATM机器人102a从消耗性部件站120取回消耗性部件并将其输送至加载锁110-L或110-R以向前输送至处理模块112-116。在一实施方案中，消耗性部件站120被设置在加载锁110-L、110-R所设置的相同侧且被限定于加载锁110-L、110-R上方。消耗性部件站120可包括多个槽，消耗性部件122在此多个槽中缓冲或储存。设置在ATM机器人的臂102a上的末端执行器到达消耗性部件站120中以先取回载具板(未显示)。在取回载具板之后，ATM机器人102a接着自消耗性部件站120的多个槽中的一者取回消耗性部件122并在载具板上平衡消耗性部件122。接着将消耗性部件122移出消耗性部件站120并移入EFEM102中。

可基于来自操作人员的信号、或来自持续追踪衬底处理系统的各种参数的控制器的信号、或来自处理模块的信号，完成置换处理模块中的消耗性部件122的处理。可基于消耗性部件的剩余使用寿命产生信号。例如，如果消耗性部件已到达其使用寿命的终点或具有短于处理模块内所进行的处理的处理周期所需的时间的使用寿命，处理模块可自动产生信号。替代地，控制器可产生信号或操作人员可手动启动信号以置换处理模块中的消耗性部件。响应于该信号，控制器可将一组指令发送至ATM机器人102a以取回储存在消耗性部件站120中的消耗性部件并将消耗性部件移出消耗性部件站120而移入EFEM102中。在一实施方案中，控制器可查询消耗性部件数据库以识别在处理模块中所用的消耗性部件的类型。消耗性部件数据库为衬底处理系统所在的制造设施内的各种工具中所用的所有消耗性部件的知识库(repository)。除了所用的消耗性部件的类型外，消耗性部件数据库还可维护在不同处理模块中所用的不同类型消耗性部件的使用历程。例如，消耗性部件数据库可维护被装载至消耗性部件站的不同槽中的消耗性部件的清单及状态(新的、用过的、剩余使用寿命、类型、使用每一类型的消耗性部件的处理模块等)。在将消耗性部件装载至消耗性部件站中的期间，在手动或通过自动系统(如通过机器人或消耗性部件自动搬运系统)的装载期间，操作人员可提供消耗性部件的清单。例如，操作人员或机器人可将新的消耗性部件装载至消耗性部件站中的槽1-5(如新部件区段内的槽)中的一者中，并且从处理模块所移除的使用过的消耗性部件可被装载至槽6-10(如使用过的部件区段内的槽)中。响应于用于置换处理模块中的消耗性部件的信号，控制器可查询消耗性部件数据库以从必须取回以输送至处理站的消耗性部件所在位置识别槽数字。控制器可将该组指令中所提供的槽数字提供至ATM机器人102a。响应于所述指令，ATM机器人102a的末端执行器进入消耗性部件站中并从被识别出的槽取回消耗性部件。在将消耗性部件输送至处理模块之前，验证经取回的消耗性部件122以确保登记在消耗性部件数据库中的消耗性部件的细节实际上对应于从被识别出的槽所取回的消耗性部件。应注意，在此申请中所使用的消耗性部件可包括在处理模块中所使用的任何可取代的部件。

消耗性部件站120中的消耗性部件122中的每一者都设有识别符如快速响应(QR)代码125(图1A)。在一些实施方案中，除了QR代码125之外，还在消耗性部件122上设置基准标记123。图1A示出了一个边缘环(即消耗性部件)122包括基准标记123和QR代码125的此类实施方案。基准标记123可以是光学标记，光学标记的设置与QR代码125成预定角度且用于对准消耗性部件122。当ATM机器人102a的末端执行器从消耗性部件站120取回消耗性部件122时，使用设置在ATM机器人102a的臂上的对准器(未显示)通过下列方式对准消耗性部件122：追踪基准标记123并相对于基准标记123对准消耗性部件122，使QR代码125在设置于EFEM102中的图像捕获系统130的视野和景深上方对准。在一实施方案中，图像捕获系统130被设置在EFEM102的开口下方并进入消耗性部件站120中。图像捕获系统130不限于设置在开口下方，也可设置在开口上方、或可设置在EFEM102中能确保捕获到消耗性部件122上的QR代码125的清楚图像的任何其他位置中。当消耗性部件在图像捕获系统130上方对准时，光源(如一对发光二极管)被激活以照明消耗性部件122的QR代码区域并且图像捕获装置(如相机)被激活以捕获QR代码125的图像。

与图像捕获系统130耦合的处理器128处理被捕获到的图像，以获得与包括消耗性部件122的识别信息的QR代码125相关的信息。在一实施方案中，处理被捕获到的图像的处理器为边缘处理器。边缘处理器限定为位于处理网络的边缘处的计算装置，其用于在生成/捕获数据处附近(即位于处理网络的边缘处)进行捕获、储存、处理、及分析数据的操作。在目前的实施方案中，在捕获(即收集)图像数据处的边缘处理器处本地处理、储存、及分析图像捕获系统所捕获的图像数据，产生代表消耗性部件的识别符的字符串。边缘处理器被配置成进行由图像捕获系统所收集的数据的基本计算并将最小的数据(即计算的结果–消耗性部件的字符串识别符)传输至控制器，由此减少在数据传输至控制器(即中央化计算装置)期间所消耗的带宽量。由于大部分的数据会在边缘处理器处进行本地过滤和处理而非被传输至控制器和/或中央化计算装置供处理及储存，因此这会造成最佳带宽消耗。使用边缘处理器(即边缘计算)的优点包括处理数据的速度(即较多数据在本地处理且较少数据被传输至其他计算装置)、最佳带宽使用、安全、可扩充性、变通性、以及可靠度。应注意，虽然在本申请中，图像数据的捕获、储存、以及分析被限定为利用“边缘处理器”完成，但各种实施方案不限于使用边缘处理器，而是也可预见其他类型的处理器，其中处理的某些部分在本地进行但剩余部分在控制器或其他计算装置(包括云端计算装置)处完成。

接着将嵌于字符串中的消耗性部件122的识别信息递送至软件126以用于进一步处理。软件126可以是耦合至控制器108的分离处理器、或可部署在控制器108上。控制器108可以是衬底处理系统100本地的计算装置的一部分、或可以是通过网络如因特网或WiFi耦合至远程计算装置(如云端计算装置)的计算装置。软件126使用被包括于字符串中的消耗性部件122的识别信息查询控制器108可用的消耗性部件数据库，以验证从消耗性部件站120所取回的消耗性部件122是衬底处理系统100中所使用的有效消耗性部件以及使用消耗性部件的处理模块(多个模块)(112-116)的规格。在成功验证时，将消耗性部件122移动至加载锁110以向前传输至处理模块112-116。除了验证消耗性部件122之外，软件126还可对处理器128发布命令。响应于来自控制器108的软件126的命令，配置于处理器128中的软件激活/去激活光源134、调整光源134的光强度、激活/去激活相机136、增强相机136所捕获的代码的图像的图像质量、解码被捕获到的代码的图像、产生识别消耗性部件122的字符串、以及将识别消耗性部件122的字符串传送至控制器108以供验证。

应注意，图1为衬底处理系统的一示例，其中设置图像捕获系统追踪及验证在衬底处理系统内使用的消耗性部件。实施方案不限于图1的衬底处理系统，也可考虑具有不同配置的模块或具有不同模块的其他类型的衬底处理系统，以部署图像捕获系统来追踪和验证衬底处理系统内使用的消耗性部件。

图2示出了在一种实施方案中用于在将消耗性部件122输送至处理模块前追踪和验证消耗性部件122的机器视觉系统132的简化框图。机器视觉系统132包括图像捕获系统130和边缘计算装置(或边缘处理器)128。图像捕获系统包括相机(具有镜头)和一对发光二极管(LED)(134a、134b)，相机用于捕获消耗性部件122上的代码的图像，所述发光二极管(LED)(134a、134b)用于针对相机136的期望位置照明以捕获受关注的目标图像。在目前的实施方案中，期望位置可以是消耗性部件122的表面上限定有关注目标(例如，诸如QR码之类的代码)125的区域。用于照明期望位置的LED的数目(即一对)仅提供作为示例，其可包括额外数目的LED，例如3个、4个、5个、6个、8个等。限定有代码125的消耗性部件122的表面可以是顶表面或底表面。在一实施方案中，消耗性部件122可由透明材料制成，QR代码125可限定在顶表面和底表面且顶表面上的QR代码125与底表面上的QR代码125重叠。相机强大到足以从下方捕获QR代码125的图像。

图像捕获系统130耦合至边缘处理器128。图像捕获系统130所捕获的代码的图像被递送至边缘处理器128。边缘处理器128处理代码以获得QR代码125中所包括的消耗性部件122的识别信息。使用消耗性部件122的识别信息产生识别消耗性部件的字符串识别符。字符串识别符被递送至控制器108，控制器108验证消耗性部件122并识别使用消耗性部件122的处理模块(多个模块)112-116。在成功验证时，消耗性部件122被输送至处理模块(112-116)。在一实施方案中，除了验证消耗性部件122是衬底处理系统100的处理模块中所使用的消耗性部件外，还可使用识别信息确定消耗性部件122是否为新的消耗性部件或使用过的消耗性部件、和/或消耗性部件122的剩余使用寿命。一般而言，当消耗性部件122到达使用寿命的终点时，从处理模块移除使用过的消耗性部件。因此，对从消耗性部件站120取回的消耗性部件是新消耗性部件的额外验证可确保：为处理模块112-116所安排的消耗性部件具有充分的使用寿命。

图3示出了在一种实施方案中的简化框图，其显示用于追踪消耗性部件122的控制器108和边缘处理器128的一些组件。控制器108和边缘处理器128是衬底处理系统100的一部分。控制器108包括用于控制衬底处理系统100的各种组件的操作的处理器。控制器可以是独立的计算装置或可以是计算装置的网络的一部分(如云系统的一部分)。控制器108连接至衬底处理系统100的各种组件，如大气传输模块(ATM)102、ATM102的ATM机器人102a、真空传输模块(VTM)104、VTM104a的机器人、加载锁110、处理模块112-116、限定在装载端口106处的隔离阀(未显示)、消耗性部件站120、晶片站(未显示)、加载锁110、VTM104等、电源(多个电源)、化学品源(多个化学品源)等。控制器108包括用于提供必要逻辑以产生适当命令及适当处理参数的软件模块(或简称为“软件”)126，命令用于控制各种组件的操作，处理参数用于在衬底处理系统100的不同处理模块112-116内进行各种处理。软件126还被配置成查询控制器108可用的消耗性部件数据库108a，以获得消耗性部件122的细节以用于验证消耗性部件122并用于识别处理模块(112-116)，在消耗性部件站120中缓冲的每一消耗性部件122被用于处理模块(112-116)中。

除了控制器108连接至衬底处理系统100的各种组件之外，控制器108还连接至边缘处理器128。在一实施方案中，将边缘处理器128耦合至控制器108是通过开关150来完成，并且此类耦合可以是经由有线连接的。例如，可使用第一缆线(如以太网或以太网控制自动化技术缆线、或其他类型的缆线)将控制器108连接至开关150，并且使用第二类似或不同类型的缆线将开关150连接至边缘处理器128。在替代的实施方案中，控制器108与边缘处理器128之间的连接可经由无线连接来完成。在一些实施方案中，开关150利用单独的缆线耦合至多个边缘处理器(如EP1128a、EP2128b、EP3128c、EP4128d等)，每一边缘处理器(EP1、EP2、EP3、EP4等)用于进行与衬底处理系统100的操作相关的不同的功能。开关150具有以太网的功能，将多个边缘处理器(如128a-128d)连接在一起并连接至控制器108，以形成计算装置的网络(如局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、或为云系统的一部分等)。在一些实施方案中，开关150可将控制器108和边缘处理器128连接至云系统。边缘处理器EP1128a中的一者用于追踪消耗性部件(122)。追踪通过下列方式完成：捕获设置在消耗性部件(122)上的代码(125)的图像、处理图像以破译代码(125)而产生识别消耗性部件(122)的字符串、及将产生的字符串递送至控制器108以供验证。

为了促进捕获消耗性部件(122)上的代码(125)的图像，边缘处理器128耦合至图像捕获系统130，其中耦合通过有线(即缆线)或无线方式完成。在一些实施方案中，处理器(如边缘处理器)128位于图像捕获系统130附近且部署在处理器128中的软件被配置成在将消耗性部件递送至不同处理模块(112-116)以供使用之前，接收不同消耗性部件(122)的代码(125)的图像；破译在图像中所捕获到的代码以产生识别对应消耗性部件(122)的字符串；以及将消耗性部件(122)的字符串识别符递送至控制器108以供验证。边缘处理器(多个处理器)128以及图像捕获系统130共同构成机器视觉系统(132)。

在一些实施方案中，除了与边缘处理器128耦合之外，控制器108还耦合至EFEM(102)的机器人(文中也被称为“ATM机器人”102a)，其中耦合可通过有线或无线方式完成。控制器108产生命令以控制EFEM(102)内的ATM机器人102a的功能。控制器108所产生的某些示例性命令可包括：第一取出命令，其用于从晶片站获取晶片并将晶片输送至加载互锁装置(110)以向前传输至处理模块(112-116)供处理；第二取出命令，其用于从加载锁(110)取回被处理过的晶片并将被处理过的晶片送回晶片站；第三取出命令，其用于从消耗性部件站(120)取出新的消耗性部件(122)并将新的消耗性部件(122)输送至加载互锁装置以安装于处理模块中；第四取出命令，其用于从加载锁取回使用过的消耗性部件(122)并将使用过的消耗性部件(122)送回消耗性部件站(120)等。当然，控制器108所产生的送至ATM机器人102a的前述命令清单仅提供作为示例而不应被认为是排他性的。

当需要追踪消耗性部件(122)时，控制器108的软件126对EFEM(102)内的ATM机器人102a发布命令，以从消耗性部件站(120)中的槽取回消耗性部件(122)并使消耗性部件(122)对准读取方位，使得设置在消耗性部件(122)的表面上的代码对准图像捕获系统130的视野上方并在一些实施方案中对准图像捕获系统130的景深，图像捕获系统130被设置在EFEM(102)的内侧壁上。在一些实施方案中，图像捕获系统130位于具有消耗性部件站的安装外壳的开口附近。限定安装外壳的开口朝向EFEM(102)。开口使EFEM102的机器人能从消耗性部件站120取回消耗性部件。图像捕获系统包括光源(如LED134)和相机136，光源和相机136定位为指向安装外壳的开口。具有消耗性部件站(120)的安装外壳被设置在EFEM(102)的外壁(也被称为外侧壁)上。在一些实施方案中，消耗性部件站(120)被设置在相同侧上且位于限定在一对加载锁(110)上方，该对加载锁(110)被限定在衬底处理系统(100)的EFEM(102)与真空传输模块(104)之间。在一些实施方案中，让该对加载锁(110)与消耗性部件站(120)耦合至EFEM(未显示)上的该侧与限定了多个装载端口(未显示)的第一侧相对。装载端口限定在EFEM的第一侧上的外壁上，且被设计用来接收用于储存在处理模块中经过处理的晶片的晶片站。在其他的实施方案中，限定了消耗性部件站和加载锁的第二侧可与第一侧相邻。消耗性部件站(120)的位置且因此消耗性部件站(120)朝向EFEM102的开口的位置被提供作为示例，其不限于被限定在加载锁(110)上方而是可位于EFEM(102)的其他侧上。因此，图像捕获系统130的位置可取决于具有消耗性部件站(120)的安装外壳的开口限定在EFEM(102)的哪一侧。类似地，图像捕获系统130的位置不限于开口下方而是可被限定于开口上方、或相对于开口的任何其他位置/方位，只要图像捕获系统130能捕获消耗性部件(122)上的代码的完整且清晰图像即可。

根据某些实施方案，响应于来自软件126的命令，ATM机器人102a延伸限定在ATM机器人102a的臂上的末端执行器，到达并通过开口取回被容纳在消耗性部件站120中的载具板162。接着承载被支撑的载具板162的末端执行器到达并进入消耗性部件站120中的槽中，取回放置于其上的消耗性部件122。在一些实施方案中，可基于来自控制器的信号提供取回消耗性部件的来源槽。接着ATM机器人102a将末端执行器收回至EFEM102中，在EFEM102处利用设置在ATM机器人102a的臂上的对准器(未显示)对准消耗性部件122。完成消耗性部件122的对准以使代码125位于不被载具板162的任何部分(包括多个臂延长部)覆盖的开放区段中。限定在消耗性部件122上的基准标记123可用于对准消耗性部件122。基准标记123与代码125分离且与代码125呈预定角度，其中预定角度可以是正交(即+/-90°)或180°或介于其间的任何角度，只要代码位于消耗性部件的开放区段中且不被载具板162的多个臂延长部覆盖即可。代码125在开放区段中的位置使LED134和图像捕获系统130的相机136对于代码125有未被阻碍的视界。图像捕获系统130的LED134用于照明代码而相机136用于捕获代码的图像。

通信连接至控制器108的边缘处理器128从控制器108接收命令。响应于来自控制器108的命令，部署在各种边缘处理器(128a-128d)中的不同软件应用程序对位于边缘处理器(128a-128d)内或耦合至边缘处理器(128a-128d)的不同组件产生相关信号，从而指示组件进行不同功能并使相关数据(如果有任何相关数据)返回控制器108。图3显示在一示例性实施方案中边缘处理器128a的某些组件，边缘处理器128a可被部署于边缘处理器128a中的软件应用程序控制以用于追踪消耗性部件122。在另一实施方案中，可程序化边缘处理器128a以与各种组件交互并提供必要信号，以使各种组件进行不同功能。可利用被配置在边缘处理器128a中的软件应用程序所产生的信号或可通过限定在边缘处理器128a内的程序控制的组件可包括图像增强件138、通信服务器140、相机驱动器142、记录器144、译代码器(如QR译代码器)146、以及LED驱动器148。提供被边缘处理器128a控制的组件的前述清单作为示例而不应被认为是排他性的。边缘处理器128a可包额外的组件以进行追踪消耗性部件122所涉及的各种功能。在一些实施方案中，被配置在边缘处理器128a中的软件应用程序是图像处理应用程序，且各种组件及其依赖性在容器如Docker容器(docker container)141中运行，因此可在任何边缘处理平台上自动且一致性地启动图像处理应用程序。

边缘处理器128a内的通信服务器140从控制器108的软件126接收命令并将命令递送至软件应用程序(如图像处理应用程序)。来自控制器的命令可用于捕获和提供设置在消耗性部件122的表面上的代码125的识别信息。在一实施方案中，来自控制器的命令可以是扫描命令。扫描命令可由控制器产生，以响应ATM机器人102a已将具有代码限定在其表面上的消耗性部件移动至读取方位(即落入图像捕获系统的视野内)。ATM机器人102a可将消耗性部件移动至读取方位以响应从控制器递送至ATM机器人102a的命令，其中命令可由控制器基于消耗性部件上剩余的使用寿命或基于来自部署有消耗性部件的处理模块的通信自动产生，或递送至ATM机器人102a的命令可基于来自操作人员的命令而产生。

响应于来自控制器108的扫描命令，例如部署在边缘处理器128a中的软件应用程序产生递送至LED驱动器148的第一信号和递送至相机驱动器142的第二信号，第一信号用于指示LED驱动器148激活光源(如一对LED134或其他类型或数目的光源)，第二信号用于指示相机驱动器142激活相机136。LED134和相机136(具有镜头)共同代表图像捕获系统130。响应于来自软件应用程序的信号，激活光源(即LED134)照明代码及激活相机。经激活的相机136捕获被ATM机器人102a带至读取方位并被LED134照明的代码125的图像。在文中所讨论的各种实施方案中，代码125被认为是QR代码。然而，实施方案不限于QR代码而是可包括其他类型的数据矩阵代码、条形代码、印刷文字代码、或在图像中可被捕获并用于获得识别信息的任何其他类型的识别标记。

相机136所捕获的图像能捕获消耗性部件的包括原生材料及被蚀刻/雕刻/印刷至原生材料中的代码(如QR代码)125的区段。在一些实施方案中，使用激光(如激光蚀刻)将代码125蚀刻至消耗性部件的顶表面或底表面上。在其他实施方案中，可利用其他方式限定代码125。在一些实施方案中，通过确定原生材料与包括代码的经蚀刻的表面之间的对比度，识别经蚀刻的代码125。确定经蚀刻的表面与具有原生材料的表面之间的对比度可能是困难的，因为对比度极小。为了正确地解码代码，必须增加经蚀刻的表面与原生材料表面之间的对比度。为了改善对比度，软件应用程序将相机所捕获的图像递送至图像增强模块138以供图像强化。图像增强模块138取得相机136所提供的原始图像并处理图像，以消除图像噪声、增加对比度、以及改善图像的整体质量。软件应用程序将来自图像增强模块138的经增强的图像递送至解码器(例如QR解码器)146以分析代码的图像、破译图像中所包括的信息、以及产生能识别消耗性部件122的字符串(即字符串识别符)。应注意，图像中所捕获到的代码125可以是QR代码、数据矩阵代码、可印刷的文字代码、条形代码等。因此在一实施方案中，单一解码器可用于进行包括QR代码的任何其他类型的代码125的图像的分析，并针对消耗性部件122产生适当的字符串识别符。在其他的实施方案中，边缘处理器128可包括对应的解码器，以用于分析消耗性部件122上所使用的每一种代码125并针对代码125产生适当的字符串识别符。解码器146破译被包括在代码125的图像中的细节并产生识别消耗性部件的字符串识别符作为分析的一部分。软件应用程序将解码器146所产生的字符串识别符递送至边缘处理器128的通信服务器140以向前传输控制器108用于验证。此外，代码的字符串识别符及对应的经增强的图像被递送至记录器144以供储存。记录器144维护图像捕获系统所捕获的不同代码的图像的历程、解码器146所破译的经解码的QR代码、不同消耗性部件的对应字符串识别符、以及消耗性部件错误等。

在一实施方案中，通信服务器140将具有消耗性部件的细节的字符串识别符递送至控制器108的软件126。软件126接收消耗性部件的字符串识别符并相对于控制器108的软件126可用的储存在消耗性部件数据库108a中的消耗性部件的细节验证被包括在字符串识别符中的细节。消耗性部件数据库108a是储存了衬底处理系统100所在的制造设施中所用的每一种消耗性部件的详细信息的知识库，其识别每一种类型的每一消耗性部件。验证可用于确保与图像捕获系统130的相机所扫描及捕获到的代码125相关的消耗性部件122是用于制造设施的一或多个处理模块中的有效消耗性部件122，并且验证可用于获得使用消耗性部件的处理模块的身份。在成功验证自消耗性部件站120所取回的消耗性部件122之后，软件126可将命令发送至ATM机器人102a，指示验证成功并且将消耗性部件122移动至待安装消耗性部件的相关处理模块。另一方面，如果验证不成功，接着产生错误信息以供在与控制器相关的显示屏幕上显示。边缘处理器128a进行消耗性部件上的代码的图像的捕获和处理、产生消耗性部件的字符串识别符、以及仅将字符串识别符递送至控制器108以供验证，由此减少或限制被传输至控制器108的数据量。

图4示出了在一种实施方案中的机器视觉系统132的特定组件以及被认为用于在追踪衬底处理系统100中使用的消耗性部件的特定组件相关的各种参数。在一实施方案中，机器视觉系统132包括具有相机(具有镜头)136与光源(如LED)134的图像捕获系统及边缘处理器128。机器视觉系统132除了图像捕获系统及边缘处理器128外还可包括额外组件。需要考虑与机器视觉系统132相关的各种参数，以获得受到关注的物件(如代码125(即QR代码))的清晰图像，以使边缘处理器128可检测被包括于图像中的更精细的细节并使用细节去破译被包括于代码中的信息而识别消耗性部件122。在图4、5所示的实施方案中，显示机器视觉系统132的主要组件以及与每一主要组件相关的各种参数。例如，机器视觉系统的主要组件可包括照明源134、受到关注的对象(如QR代码125)、镜头136a、边缘处理器(其用于进行图像/视频处理)128、以及相机136。提供前述组件作为示例而不应被视为是限制性的。当设计机器视觉系统132时可考虑更少或更多数量的组件。在一些实施方案中，显示镜头136a与相机136分离。在此类实施方案中，可将具有不同规格如焦距、视野、景深、分辨率的不同镜头用于安装在相机上。在一些实施方案中，镜头136a可以是相机136的一部分。

在照明源134的情况中，与捕获代码125的清晰图像相关的照明源134的某些相关参数包括照明源的位置、入射角度、数量、强度、光谱/颜色、视角、扩散器、和/或偏光器。在一实施方案中，照明源被限定为一对LED。LED必须被置于与相机相关的位置处，以确保来自LED的光能对包括代码的消耗性部件的区域提供最佳照明，从而使相机捕获无阴影或无眩光的代码的图像的更精细细节。阴影或眩光可能会模糊相机所捕获的代码的细节。在一实施方案中，使用一对LED照明消耗性部件上的代码。确定LED的数目(即数量)以确保代码受到充分照明。在某些其他的实施方案中，可将一圈小的LED设置在相机附近以取代一对LED。实施方案不限于一对或一圈LED，而是可根据需求包括额外的LED(如4个、6个、8个等(即多于一对))，且该对LED需要考虑的各种参数还与单一或额外的LED相关。在一些实施方案中，LED可根据颜色、强度等而程序化，以确保提供充分的光照明代码且光不会过多到饱和图像的程度。

在一些实施方案中，图像捕获系统130内的LED的位置例如包括两个LED之间的分离长度。除了LED的分离长度之外，还限定LED和相机单元距离设有代码(即受到关注的对象)125的消耗性部件的表面的分离高度(视野的深度)。在一实施方案中，两个LED的分离长度与该对LED与代码的分离高度成比例。在一示例性实施方案中，将比值限定在介于约1:1.3与约1:1.7之间，以便产生覆盖设有代码的消耗性部件的表面区域的重叠光照区域。在一些实施方案中，取决于消耗性部件的表面抛光和透明度，可使用照明技术如明场、暗场、圆顶光、轴上光(DOAL)、或背光，以明显识别标识符的所有特征。应注意，提供前述照明技术作为示例而不应被认为是排他性的，还可采用其他类型的照明技术。限定照明强度及光重叠的区域，以使相机所捕获的图像包括代码的更精细的细节。必须限定入射角度以对代码所在的消耗性部件的部分提供最佳照明。当使用一对LED时，可能必须限定入射角度，使源于该对LED中的一LED的光锥与该对LED中的另一LED的光锥重叠且重叠区域至少覆盖代码的尺寸。确定LED的数目(即数量)，以确保消耗性部件上设有代码的区域被充分照明。还必须考虑LED的强度以及光谱/颜色，以确保设有代码的消耗性部件的部分能被充分照明而确保捕获图像而无任何阴影或眩光(或具有合理/可接受的阴影量和/或不会阻碍被捕获到的图像的清晰度的眩光)。类似地，必须考虑LED的视角，以确保代码被完全照明以供相机捕获图像。在一实施方案中，可能必须提供扩散器和/或偏光器，以避免LED在图像中所提供的照明在图像中造成眩光。在一实施方案中，当扩散器存在时，扩散器可以以预定距离设置在每一LED前方。在一些实施方案中，除了扩散器之外还可提供一或多个偏光器，或提供一或多个偏光器取代扩散器。当偏光器存在时，可以和LED和/或镜头之间的预定距离在一或多个LED前方和/或相机的镜头前方提供偏光器。

在一实施方案中，在确定机器视觉系统132的其他组件的各种参数时，可能必须考虑与受到关注的对象(即代码125(如QR代码))相关的特征与参数。例如，在确定照明位置、照明强度、相机分辨率等时，可能必须都考虑代码的尺寸、代码内的各种特征的尺寸、代码的几何形状、及代码中的特征的几何形状。

在限定机器视觉系统的组件的各种参数时，可能还必须考虑用于制造消耗性部件的材料。例如，由于不同的表面特性，不同材料可能会以不同方式反射光且图像基于消耗性部件的表面上的不同部分所反射的光量而被捕获。因此，在确定用于捕获代码125的图像的LED的特征、相机的特征、镜头的特征时，必须考虑消耗性部件所用的不同材料所传输的光量、所用的材料的类型(即透明或不透明材料)、材料的颜色、表面抛光(即表面纹理)等。此外，可以用激光将代码125如QR代码蚀刻至消耗性部件122的顶表面或底表面上。因此，消耗性部件的表面特性在限定有代码的区域中可能会因为激光蚀刻而变化，其中包括原生材料的表面的部分表现出不同于包括经激光蚀刻的代码的部分的表面特性(如光反射率、光反射系数)。

除了在消耗性部件的表面上限定代码之外，还可在消耗性部件上限定基准标记。基准标记可以是被设置于消耗性部件的顶表面上、或底表面上、或顶表面与底表面两者上的光学标记。当基准标记被设置于顶表面与底表面两者上时，限定顶表面上的基准标记与底表面上的基准标记重叠。基准标记以预定距离与代码分离。基准标记具有参考点的功能，从参考点可确定代码的位置。基准标记可以是设置在ATM机器人的臂中的传感器可检测到的举升标记或经蚀刻的表面。传感器可以是激光传感器且可以是被限定在ATM机器人的臂上的对准器的一部分。在其他实施方案中，传感器可以是对射式LED传感器。在一实施方案中，传感器可以是在光纤上具有衬垫帘头的模拟对射式LED光纤传感器。可使用对准器让消耗性部件沿着轴线(如水平轴线)旋转及让传感器旋转，传感器用于检测基准标记相对于设置在ATM机器人的机器人臂上的对准器上的特定点的位置(即坐标)。一旦确定出基准标记的坐标之后，可使用对准器让消耗性部件沿着水平轴线按顺时针或逆时针方向旋转预定角度，以使代码对准图像捕获系统的视野与景深以用于LED照明消耗性部件的包括代码的区域并用于相机捕获代码的图像。代码以这样的方式对准：使代码被定位于其上接收有消耗性部件的载具板的开放区域中，因此相机可具有代码的未受阻碍的视界。

相机136中所用的镜头136a的各种特性会被关注的对象(如代码125)、LED134以及相机的特性影响。例如，镜头的焦距对于捕获微小代码(如QR代码)的特征是很必要的。例如，QR代码可具有3x3mm或4x4mm的尺寸，且每一元素(如点、线、框、矩形等)可具有约100微米的尺寸，因此选择正确的焦距使相机能够捕获QR代码的微小细节。当选择适当的镜头时，景深也是另一个必须考虑的参数。例如，当ATM机器人将消耗性部件带至图像捕获系统时，具有代码的消耗性部件被放置的距离可能并非100％精准，在对准深度中可能有轻微的变化。在此类情况中，选择具有较高景深的镜头有助于机器人捕获图像。在一实施方案中，相机的镜头可能会利用锁定环而固定至图像捕获系统的外壳内。在替代的实施方案中，可设计镜头，使镜头能在外壳内上、下移动。在此实施方案中，由于EFEM中的有限空间，可能必须预先限定镜头可移动的程度。当确定相机的镜头时，必须要考虑镜头的安装类型。镜头有不同类型的安装件且为相机的镜头选择正确的安装件是很关键的。例如，某些安装件类型包括C型安装件、S型安装件、以及CS型安装件。S型安装件针对较小尺寸的镜头而C型安装件及CS型安装件针对大镜头。较大的镜头可提供较佳的光学效能。在一些实施方案中，由于空间及尺寸的限制，镜头可考虑S型安装件，因为S型安装件镜头在尺寸上明显小于C型安装件及CS型安装件镜头。镜头的有效扫描区域可取决于图像的不同区段中所经历的失真/像差量，图像的外缘通常经历较高的失真/像差而图像的内区段具有较少的失真/像差。因此，相机选择镜头必须考虑代码可能存在的失真量，且失真可能会基于消耗性部件的材料、用于限定消耗性部件上的代码的技术类型等。镜头的尺寸取决于安装件的类型，安装件的类型则取决于EFEM内的图像捕获系统可用的空间量。

图像捕获系统选择相机136时必须考虑的某些特性除了帧速率、全局式/滚动快门、量子效率、接口等外，还包括分辨率、传感器尺寸、快门速度、像素尺寸、暗噪声、单色/颜色、尺寸与安装等。在一实施方案中，可选择具有1百万像素分辨率的相机以用于代码的图像的捕获。在另一实施方案中，可选择具有5百万像素分辨率的相机以用于代码的图像的捕获。在一实施方案中，当被捕获的图像为静止图像而非视频时，帧速率可能不那么重要。在另一实施方案中，捕获代码的图像可考虑帧速率。类似地，捕获移动图像可使用全局式/滚动快门，但由于被捕获的图像为静止图像，因此快门类型可能不那么重要。在其他的实施方案中，可考虑全局式/滚动快门作为用于捕获代码的图像的相机的参数之一。

对于图像/视频处理而言，将边缘处理器128设置在机器视觉系统132的图像捕获系统附近，以便可以在本地处理图像捕获系统所捕获的代码的图像，经处理过的信息用于产生能识别消耗性部件的字符串，并将消耗性部件的字符串识别符提供至衬底处理系统的控制器以用于消耗性部件识别。在一实施方案中，边缘处理器128可以是基于中央处理单元(CPU)的装置。在替代实施方案中，边缘处理器128可以是基于图形处理单元(GPU)的装置。GPU通常可以比CPU更快地处理图像。然而，高端CPU可比低端GPU更快地处理图像。因此，取决于图像需要经历的处理类型和CPU或GPU的处理速度，边缘处理器可以是基于CPU或基于GPU的装置。无论处理器的类型如何，选择边缘处理器128以具有执行并行计算、图像处理的能力，如颜色过滤、边缘检测、背景减除、对比度增强、二值化、形态转换等能力。类似地，作为控制器的一部分的软件被配置成在下命令使ATM机器人将消耗性部件传输至加载互锁装置以向前输送至处理模块之前，接收边缘处理器所传输的字符串识别符、查询消耗性部件数据库以验证消耗性部件。如图4中所识别的，考虑不同组件的各种参数选择或配置各种组件，以准确地追踪和验证消耗性部件，以便只有通过验证的消耗性部件会被输送至衬底处理系统内的处理模块。

图5A-5D示出了在一些实施方案中的图像捕获系统130的不同等距视图。图5A示出了图像捕获系统130的顶等距视图、图5B示出了图像捕获系统130的侧等距视图、图5C示出了图像捕获系统130的后等距视图、图5D示出了图像捕获系统130的顶透视图。同时参考图5A-5D，图像捕获系统130包括外壳156(图5D)，外壳156中安装了相机136和一对LED134a、134b。容纳相机136和LED134a、134b的外壳156利用一对托架而附接至EFEM的内侧壁。显示图像捕获系统具有设置在相机136的任一侧上的一对LED134a、134b。显示该对LED(134a、134b)以长度L1分离。在一实施方案中，限定长度L1介于约70mm与约80mm之间。排除该对托架的外壳延伸长度L2。在一实施方案中，限定长度L2介于约90mm与约110mm之间。包括该对托架的外壳延伸总长度L3。在一实施方案中，限定长度L3介于约130mm与约150mm之间。外壳延伸宽度W1。在一实施方案中，限定宽度W1介于约32mm与约38mm之间。该对托架包括左托架152-L和右托架152-R，其中左托架和右托架(152-L、152-R)中的每一者都具有孔洞以容纳用于将图像捕获系统130附接至EFEM(未显示)的内侧壁的固定/耦合装置。在一实施方案中，限定右托架152-R的高度H1介于约50mm与约60mm之间。限定左托架152-L的高度H2介于约30mm与约40mm之间。在一实施方案中，外壳的顶部包括外罩154。可使用外罩154遮蔽图像捕获系统的LED及其他组件，使其不暴露于任何污染。在一些实施方案中，可设置相机136以使相机的底表面以分离距离H3(如景深)与外壳156的底表面分离。在一实施方案中，限定分离距离H3介于约5mm与约9mm之间。应理解，针对图像捕获系统130的各种特征所提供的尺寸仅作为示例且各种尺寸可基于消耗性部件站对EFEM的开口下方的侧壁上的可用空间量而改变。

图6示出了在一种实施方案中用于在ATM与消耗性部件站之间移动消耗性部件的ATM机器人102a的臂166的视图。显示ATM机器人102a的臂166处于折叠位置并且在一端上连接至ATM机器人102a的本体而在第二端上连接至末端执行器164。末端执行器164被配置为当消耗性部件122需要在消耗性部件站与衬底处理系统的加载锁之间移动时支撑载具板162和消耗性部件122。末端执行器164还被配置成当晶片需要在晶片站与衬底处理系统的加载锁之间移动时支撑晶片。ATM机器人102a的臂166还包括对准器158，对准器158用于使消耗性部件122沿着轴线(如水平轴线)旋转，以使设置于对准器158上的对准器传感器160能够检测设置在消耗性部件122的表面上的代码的位置。为了帮助将代码定位在消耗性部件122的表面上，可以使用基准标记123。基准标记123可以是不同于代码125并且可以与代码125之间限定预定角度的光学标记。末端执行器输送载具板162上所接收的消耗性部件122并且旋转卡盘(未显示，简称为“旋转器”)上移而将具有消耗性部件的载具板提升离开末端执行器。一旦载具板被举升，末端执行器就会移开。接着对准器使旋转器与载具板一起旋转，同时在基准标记经过对准器传感器160下方时对准器传感器160(如激光传感器)检测限定在消耗性部件上的基准标记123。

当检测到基准标记123时，对准器传感器160识别基准标记123的坐标。对ATM机器人的臂166提供代码125相对于基准标记123的偏离坐标，其中利用基准标记的坐标和代码相对于基准标记123的预定角度来计算偏离坐标。接着对准器158使消耗性部件122依顺时针或逆时针方向沿着轴线旋转，以补偿偏离，从而在ATM机器人102a的臂166从消耗性部件站收回时，使代码125落在图像捕获系统的视野上方的位置处。图像捕获系统的相机捕获被对准的代码的图像并将其用于确定消耗性部件122的字符串识别符。代码125可以是QR代码等，在各种实施方案中，代码125还可互换地被称为QR代码125。应注意，代码125不限于QR代码而是还可包括条形代码或用于识别消耗性部件122的其他类型的标记。

图7A和7B示出了代码125相对于被限定在消耗性部件的表面上的基准标记123的位置的某些示例。图7A示出了在一种实施方案中，具有限定在顶表面上的基准标记123和代码125的消耗性部件122的俯视图。应注意，限定了基准标记的表面(多个表面)可以基于用于消耗性部件的材料类型。在一些实施方案中，当消耗性部件由透明材料(如石英)所制成时，顶表面和底表面具有充分的纹理来分散LED光。在这样的实施方案中，可利用激光抛光将基准标记限定在底表面与顶表面两者上，使限定在顶表面上的基准标记与限定在底表面上的基准标记重叠。此类双表面蚀刻可用于确保基准标记可被充分检测。当消耗性部件在顶表面上具有火焰抛光时，基准标记限定在底表面(由于顶表面已被抛光)。确定限定了基准标记的表面以确保基准标记可与原始表面区别。显示代码125是沿着顺时针方向与基准标记123正交限定。在图7A中央显示消耗性部件122的一部分的展开图，以示出了限定在消耗性部件的顶表面上的基准标记123及代码(如QR代码)125。图7B示出了在另一实施方案中的消耗性部件122的仰视图，其显示QR代码125相对于基准标记123的相对位置。在此实施方案中，QR代码125沿着逆时针方向与基准标记123正交限定。对准器用于基于已检测到的基准标记123对准QR代码125，使得QR代码125在图像捕获系统的相机的视野内对准。

图8A及8B示出了在一种实施方案中在将消耗性部件122用于处理模块(未显示)前从消耗性部件站120取回消耗性部件122至EFEM102并将消耗性部件122上的代码置于图像捕获系统130上方以供验证。使用ATM机器人102a从消耗性部件站120取回消耗性部件122。在一实施方案中，消耗性部件站120对多个消耗性部件提供外壳(即缓冲)且包括以竖直方位设置的多个槽以接收消耗性部件122。针对载具板162提供分离的外壳。可将用于载具板162的外壳限定在底表面的顶部上、或限定在顶表面的下侧上、或限定在消耗性部件站120的顶表面与底表面之间的分离板的顶部上。在一实施方案中，衬底处理系统的控制器(未显示)对ATM机器人102a发布第一命令以取回位于消耗性部件站120中的消耗性部件122并对边缘处理器(未显示)发布第二命令以识别消耗性部件122。响应于来自控制器的第一命令，ATM机器人102a通过前侧120f(即消耗性部件站120的在开口处耦合至EFEM102的一侧)上的开口将其配有末端执行器164的臂166延伸进入消耗性部件站120中，以从槽取回消耗性部件。ATM机器人102a先从载具板外壳(未显示)取回载具板162，接着将载具板162移动至消耗性部件站120中的槽，以取回容纳于槽中的消耗性部件122。从限定在背侧中的外侧壁中的开口120b手动将多个消耗性部件装载至消耗性部件站120中，因此限定在消耗性部件122上的基准标记123都彼此对准且对准于限定在消耗性部件站120上的特定标记。在一实施方案中，装载消耗性部件122而使基准标记123定位为对准限定在消耗性部件站120的顶表面中的透明窗的中心。显示代码(如QR代码)125沿着顺时针方向相对于基准标记123正交设置。接着使经取回的消耗性部件相对于图像捕获系统130对准。此外，消耗性部件122的对准的完成可使基准标记123及QR代码125位于载具板162的臂延伸部163所覆盖的区域的外部。这种对准用于确保QR代码125对于相机而言是可见的且不会被载具板162的任何部分阻碍。在图8A与8B所示的实施方案中为了示例的目的放大了基准标记123和QR代码125的尺寸，实际上其尺寸远远较小(如约80-120微米的尺寸)。

消耗性部件122从槽取回并于末在执行器164上平衡。接着承载了载具板162上的消耗性部件122的末端执行器164从消耗性部件站120收回，以将消耗性部件122送入EFEM102中。在EFEM102中时，使用设置在ATM机器人102a的臂166上的对准器158(图6)对准消耗性部件122，以在消耗性部件122位于图像捕获系统130上方时，消耗性部件122的QR代码125在图像捕获系统130的相机的视野和景深中(即读取位置)对准。图8B显示当具有末端执行器164的臂166将被对准的消耗性部件122定位于图像捕获系统130上方的读取位置中时，QR代码125在图像捕获系统的相机130上方限定的视野中对准。

在检测位于图像捕获系统130上方的消耗性部件(如控制器可以从位于开口附近和/或图像捕获系统130中的一或多个传感器接收信号)后，控制器向边缘控制器发布第二命令以捕获QR代码125的图像。响应于第二命令，边缘控制器向LED驱动器发布第一信号以激活LED并向相机驱动器发布第二信号以激活相机。响应于第一信号，LED驱动器启动LED以照明消耗性部件的在LED上方对准的具有QR代码125的区域。类似地，响应于第二信号，相机驱动器启动相机以捕获存在QR代码125的区域的图像。

图9A-9C示出了在一种实施方案中该LED所照明的区域及相机136的镜头的视野。图9A示出了消耗性部件的在图像捕获系统130上方对准的具有QR代码125的部分的等距视图。设置在相机136任一侧上的LED134照明消耗性部件的具有QR代码125的该部分，使来自第一LED134a的光的锥形部(即照明区域IA1)与第二LED134b的光的锥形部(即照明区域IA2)重叠。两个LED134a、134b之间的分离距离由L1限定。限定LED134a、134b之间的分离距离L1，以使IA1、IA2所限定的重叠区域至少覆盖QR代码125的尺寸。此外，限定分离距离L1以确保来自LED的光不会太少而产生阴影或太多而在受到捕获的QR代码125的区域中造成眩光。消耗性部件122的限定有QR代码125的表面与相机136之间的分离距离由SD1限定。分离距离SD1和L1成比例。在一些实施方案中，为了达到用于捕获QR代码125的图像的相机的最高有效视野，可将最佳的L1与SD1距离限定为介于约1:1.3至约1:1.7之间。当具有QR代码125的消耗性部件在图像捕获系统的视野和最佳景深内对准时，重叠区域CA1覆盖设有QR代码125的区域。相机136捕获该对LED(134a、134b)所照明的QR代码125的图像。图9B示出了该对LED所照明的区域及相对于QR代码125的重叠区域的二维表示。LED134a的照明区域IA1与LED134b的照明区域IA2重叠而限定覆盖设有QR代码125的区域的覆盖区域CA1。

图像增强模块(图3的138)接收相机136所捕获到的图像以进行进一步增强。经增强的图像被前馈至解码器(如QR解码器(136))，在解码器处经增强的图像受到分析及解码以识别QR代码125的每一特征的细节。使用QR代码125的每一特征的细节以产生用于消耗性部件的字符串识别符。图9C示出了自QR代码125的经增强的图像所识别出的特征125f1的一示例。如从QR代码125的经放大的图像可见，QR代码125包括多个特征，其中特征具有不同的形状与尺寸。可解读特征的形状与尺寸以识别QR代码125的不同的细节。使用QR代码125的细节产生能识别消耗性部件的字符串。图9D-1至9E-2示出了在一些实施方案中被蚀刻至消耗性部件122表面上的QR代码125的表面特性。在一实施方案中，图9D-1示出了由石英材料所制成的消耗性部件的一部分的表面特性，其中图9D-2中所示的QR代码125以激光蚀刻至表面上。在另一实施方案中，图9E-1示出了由碳化硅材料所制成的消耗性部件的一部分的表面特性，其中图9E-2的QR代码125以激光蚀刻至消耗性部件122的表面上。图9D-1的左手侧(LHS)显示经激光蚀刻的表面而图9D-1的右手侧(RHS)显示原生材料(即石英材料)。经激光蚀刻的表面是光滑的，而未经激光蚀刻的表面(即具有原生材料)具有表面特性(即粗糙)。由于表面纹理的变化，来自LED134的入射光会不同方式反射。

经蚀刻的表面与未经蚀刻的表面之间的表面纹理的变化(即相对粗糙度)可具有微米级的范围。相机捕获来自不同表面的光反射的变化，其中在原生材料的表面粗糙(即具有纹理)的区段中的光反射远多于经激光蚀刻以限定QR代码125的区段中的光反射。不同区段的图像利用图像增强模块138强化并用于识别不同特征，该特征包括在尺寸上仅数微米的特征125f1(图9C中所示)。图9E-1的LHS显示经激光蚀刻的表面而图9E-2的RHS显示原生材料。由碳化硅材料所制成的消耗性部件122的经蚀刻的表面的表面纹理不同于由石英材料所制成的消耗性部件的经蚀刻的表面的表面纹理，且相机能捕获来自不同表面的光反射的变化。使用边缘处理器的不同的模块以基于消耗性部件中所用的材料以及用于在消耗性部件的表面上限定代码的技术的类型来增强图像、分析图像以识别特征。组合QR代码125的各种特征，以确定限定能识别消耗性部件的字符串的消耗性部件122的细节。将消耗性部件的字符串识别符递送至控制器以进行验证。一旦验证过消耗性部件122为将使用在衬底处理系统内的特定处理模块中的有效消耗性部件，接着控制器对ATM机器人发布命令，使ATM机器人将消耗性部件传输至加载锁以向前传输至该特定处理模块而用于安装。

图10A-10C示出了在一些实施方案中，可以在衬底处理系统内的处理模块中使用的消耗性部件(如边缘环)的不同设计。诸如边缘环之类的消耗性部件可以是单一环或者可以是一组环。在一组环的情况中，这些环可彼此互锁或可彼此上下堆叠。该组环中的每一环可由单一材料或不同材料制成。取决于消耗性部件所用的材料类型，将代码限定在两个环的底表面上、或顶表面上、或限定在顶表面和底表面上并且顶表面上的代码和底表面上的代码重叠。图10A示出了在一种实施方案中的消耗性部件122，消耗性部件122是由石英材料制成的一件式消耗性部件。用于消耗性部件122的QR代码125可被限定在顶表面或底表面或顶表面和底表面两者上。在图10A中，QR代码125被限定在消耗性部件122的底表面上。当通过ATM机器人的对准器对准时，QR代码125定位为使得QR代码落入图10A中的CA1所示的重叠区域中。重叠区域CA1由LED134a的照明区域IA1和LED134b的照明区域IA2限定。重叠区域CA1提供充分的照明，使图像捕获系统130的相机136捕获QR代码125的图像但不会提供太多光而造成眩光或太少光而造成阴影。用于制造消耗性部件的材料不限于石英而可以是碳化硅或其他类似材料。

图10B-1和10B-2示出了由一对环所制成的消耗性部件的替代性实施方案，其中这些环彼此互锁。这对环中的每一环由相同材料(如石英)制成且在相应环的表面上具有各自的代码。每一环上的代码限定在不同的位置处。在图10B的实施方案中，环的互锁导致第一环122a的顶表面与第二环122b的顶表面共平面。第一环122a的第一代码125a与第二环122b的第二代码125b分别限定在第一环与第二环的底表面上。在该实施方案中，指示ATM机器人分别读取第一代码125a和第二代码125b。因此，如图10B-1中所示，ATM机器人接收第一指令和第二指令，第一指令使ATM机器人将第一环122a的第一代码125a在相机的视野内对准，第二指令使ATM机器人让消耗性部件沿着顺时针或逆时针方向移动以使第二环122b的第二代码125b与相机对准。在图10B-2所示的示例中，第二指令用于使消耗性部件沿着顺时针方向移动一段长度，该段长度由第一代码与第二代码之间的分离距离驱动。为了协助ATM机器人进行对准，控制器通过边缘处理器提供第一环122a的第一代码125a和第二环122b的第二代码125b的坐标。类似地，将第一指令和第二指令(即命令)提供至边缘计算机，第一指令激活LED以照明的消耗性部件的具有第一代码125a区域并激活相机以捕获第一环122a的第一代码125a的图像，第二指令激活LED以照明第二环122b的第二代码125b的区域，并激活相机以捕获第二代码125b的图像。在一些实施方案中，一旦相机捕获了第一代码125a的图像之后，去激活相机和LED并以第二指令重新激活相机和LED。因此一次使用LED照明一代码附近的区域而非使用LED同时照明两个代码。此外，LED以切线方式照明代码以避免产生任何阴影。

图10C-1和10C-2示出了由两部件(即一对边缘环)制成的消耗性部件的另一替代性实施方案。此外，该对环的每一部件(即每一环)由不同材料制成。例如，第一环(即第一部件)122a由石英材料制成而第二环(即第二部件)122b由碳化硅制成。此外，第二环122b堆叠在第一环122a的顶部上。因此，第一环122a的第一代码125a与第二环122b’的第二代码125b’被设置于不同深度处，且两个代码限定在每一环(122a、122b’)的底表面上。利用参考图10B-1、10B-2所限定的实施方案，对ATM机器人提供两个代码125a、125b’的坐标，以协助ATM机器人分别将两个代码在图像捕获系统的相机的视野内对准。除了提供坐标之外，还对ATM机器人提供两个代码125a、125b’的深度细节，使相机能依次捕获两个代码的图像。利用图10B-1、10B-2的实施方案，ATM机器人将第一环122a的第一代码125a在图像捕获系统的相机的视野内对准，激活LED和相机以响应来自控制器的经由边缘处理器的指令。如图10C-1中所示，相机捕获第一代码125a的图像。如图10C-2中显示，一旦捕获第一代码的图像125a后，来自控制器的第二命令使ATM机器人将第二环122b’的第二代码125b’在图像捕获系统的相机的视野内对准，激活LED和相机以让相机能捕获第二代码125b’的图像。图10B-2与10C-2之间的差异在于，图10C-2中的相机的景深和LED的照明区域大于图10B-2，这是因代码125b与125b’的深度差异而导致。选择相机中所用的镜头，使其能捕获第一深度处的第一代码的图像以及第二深度处的第二代码的图像。

图10D示出了在一种实施方案中在内直径处限定有凹穴的消耗性部件(如边缘环)的横截面图。在该实施方案中，消耗性部件的顶表面被高度抛光(即近乎光学洁净的表面)。因此，代码必须被限定在非顶表面的不同表面上。这是因为高度抛光会使顶表面的反射率低。当代码被限定在这种高度抛光的表面上时，具有代码的消耗性部件的区段与无代码的区段之间的反射率变化极小。为了确保可适当地捕获并读取代码的图像，将代码限定在底表面(125-1)上或限定在底部上该内直径处的凹穴(125-2)处。可基于来自这种表面的光的反射率变化而轻易确定限定在这种表面上的代码。在一些实施方案中，内直径凹穴限定在消耗性部件中以在具有消耗性部件的处理模块中接收晶片时对晶片提供支撑。用于对准消耗性部件的对准器还用于在衬底处理系统中接收晶片时对准晶片。在消耗性部件的情况中，对准器用于检测基准标记。在晶片的情况中，对准器可用于检测晶片中的缺口以在晶片被输送至处理模块前对准晶片。在消耗性部件上接收晶片之前，检测消耗性部件上的基准标记。此外，在一些实施方案中，对准消耗性部件以输送至处理模块包括将消耗性部件的基准标记与晶片的缺口对准。

图10E和10F示出了在一些实施方案中基准标记相对于代码的方位。图10E显示了限定在消耗性部件上的基准标记的俯视图，图10F显示了仰视图。如图10E和10F中捕获到的图像所示，当基准标记被制作在消耗性部件的顶表面上而不是底表面上时，基准标记能被更清晰地检测到。此外，在手动装载至消耗性部件站以及从消耗性部件站卸除期间，顶表面上的标记给操作者提供可视性，因此能适当地对准消耗性部件站内的消耗性部件。在图10E的俯视图中，显示限定了基准标记的阴影区域。俯视图中所示的阴影区域仅延伸至消耗性部件的特定深度，其中可使用阴影区域作为基准标记存在的指示符。可将基准标记限定为被蚀刻移除的部分，其中该部分并未被完全蚀刻贯通消耗性部件的深度。仰视图也显示了阴影。然而，仰视图中阴影的强度小于俯视图中阴影的强度。阴影的较小强度可能是因为下列事实：基准标记还没有通过消耗性部件的深度完全限定。在一些实施方案中，对准器的传感器在一实施方案中为在光纤上具有衬垫帘头的对射式LED光纤传感器或单纯的激光传感器，其能检测阴影的强度而确定在消耗性部件上限定有基准标记的位置。存在基准标记的区域比不存在基准标记的区域有更多的光传输通过。对准器传感器能检测该变化并将该变化与基准标记存在相关联。在检测到基准标记存在后，ATM机器人关联基准标记的坐标。基准标记的坐标与对准器上的参考点有关系。接着使用基准标记的坐标确定代码的位置，并且还在将消耗性部件输送至处理模块供安装时使用基准标记的坐标对准消耗性部件。检测消耗性部件上的基准标记的方式类似于检测处理模块中所用的晶片上的缺口。

图11A-11C示出了消耗性部件站，消耗性部件站用于缓冲衬底处理系统的不同处理模块中的消耗性部件。消耗性部件站120包括在前侧120f上通向EFEM的开口。消耗性部件站120可以在限定了一对加载锁的一侧上耦合至EFEM的外侧壁。在一些实施方案中，加载锁被限定在EFEM与真空传输模块之间。在一实施方案中，限定有EFEM和加载锁的侧壁可以与限定有一组装载端口的第二侧相对。装载端口限定在第二侧的外壁上。装载端口被配置为接收用于缓冲在衬底处理系统的处理模块中所处理的晶片的晶片站，并且包括允许晶片移入和移出晶片站的开口。在替代的实施方案中，消耗性部件站可被限定在与限定加载锁或限定晶片站的一侧相邻的一侧上。在一些实施方案中，消耗性部件站包括沿着竖直方向限定的多个槽，槽用于接收和缓冲处理模块中所用的消耗性部件。在一些实施方案中，当消耗性部件需要在消耗性部件站与处理模块之间移动时，消耗性部件站还容纳用于支撑消耗性部件的载具板162。载具板可容纳于底表面上或顶表面的下侧上、或顶表面与底表面之间所限定的分离板上。消耗性部件站还包括限定在外侧壁(即限定在背侧中的侧壁)上的用于将消耗性部件装载至消耗性部件站中的第二开口。图11A显示消耗性部件站120的内部的等距视图，消耗性部件站120的后门被移除以显示第二开口。消耗性部件站120还包括顶表面上的透明或可看穿的窗120W以提供消耗性部件站120的内部的视界。在一实施方案中，透明窗120W由有机玻璃制成。在一实施方案中，将消耗性部件装载至消耗性部件站120中，以使基准标记对准消耗性部件站的背部而落在公差范围(如+/-5°)内，使得ATM机器人上的对准器能进行更精细的对准。当待由ATM机器人将消耗性部件移出消耗性部件站时，ATM机器人到达并通过消耗性部件站120的前开口(未显示)并将支撑在载具板162上的消耗性部件122移出消耗性部件站而移入EFEM中。由于消耗性部件122被移出消耗性部件站120，因此设计前开口以使前开口的边缘与消耗性部件122之间有充分的空隙。在一些实施方案中，空隙介于约3mm与约7mm之间。在其他的实施方案中，空隙小于或大于前述范围。

图11B示出了在一实施方案中消耗性部件站120的顶表面的俯视图。顶表面显示限定在后开口120b(即限定在消耗性部件站120的背侧中的外侧壁中的第二开口)附近的透明(即透视)窗120W，后开口120b用于将消耗性部件装载至消耗性部件站以及从消耗性部件站卸除。窗120W具有窥视窗的作用，以提供消耗性部件站120的内部的视界。装载消耗性部件以使基准标记在背部对准并且对准窗120W的中心。在装置(如手动装载或机械装载)期间，消耗性部件的基准标记123可能并未完全精确对准且与期望的位置之间存在对准偏差。图11C显示的视角图向下看到在耗性部件站中所接收的消耗性部件(如边缘环)的堆叠。对准消耗性部件，使得在消耗性部件被装载至消耗性部件站中时，各种消耗性部件的基准标记123落在可接受的对准偏离公差内。在一实施方案中，可接受的对准偏离公差可以是偏离窗120W的中心+/-5°。提供可接受的对准偏离公差限度作为示例，还可考虑其他范围。在装载消耗性部件期间维持其对准，能在将消耗性部件移动至图像捕获系统上方时协助代码在图像捕获系统上方的快速对准。快速对准造成图像的更快速捕获与处理以及消耗性部件的更快速识别与验证。

图12A-12D示出了在一些实施方案中基准标记相对于消耗性部件上的代码以及相对于消耗性部件站的对准。基准标记对准以处于载具板162以及载具板162的臂延长部所覆盖的消耗性部件的区域的外部。如参考图11A-11C所述，当将消耗性部件装载至消耗性部件站中时，对准消耗性部件以使基准标记相对于限定在消耗性部件站的背侧中的预定位置对准。在某些情况中，消耗性部件可能不会完全与预定位置对准而是在公差限度内(如+/-5°)偏离。图12A示出了在载具板162上方所接收的消耗性部件的俯视图，载具板162被支撑在ATM机器人的末端执行器(未显示)上。图12A还显示在一实施方案中基准标记123和代码125分别相对于基准标记123的位置。在该实施方案中，代码125沿着顺时针方向与基准标记123正交(即呈90°)。对准消耗性部件以使代码和基准标记两者都位于没有被包括臂延伸部163的载具板162的任何部分覆盖的区域中，由此对相机提供代码的清晰视界以捕获代码的图像。图12B示出了基准标记在消耗性部件站120内的相对方位。如所指出的，基准标记对准消耗性部件站120的背部且对准以处于载具板162的臂延伸部163所在的区域外部。图12C示出了代码125在消耗性部件122上相对于基准标记123的其他位置。代码125可沿着顺时针(位置1)或逆时针(位置3)方向与基准标记123呈正交方位，或者可位于基准标记对面(位置2)。在一些实施方案中，代码125可沿着顺时针或逆时针方向与基准标记呈预定径向角度(如90°、180°、270°等)。在一些实施方案中，代码125并非与基准标记123正交或位于其正对面，而是设置成与基准标记123呈使代码125与基准标记123都位于消耗性部件122的区域中而不被载具板162的任何部分遮挡的角度。图12D示出了当捕获代码125的图像时图像捕获系统的相机的扫描区域(即视野)。QR代码125可具有小尺寸(如约3-5mm)，因此需要以高精度方式捕获以捕获QR代码125的细节。因此，相机用于捕获包括QR代码的消耗性部件的一部分的表面上的细节。在图12D所示的实施方案中，取决于QR代码位置的半径，相机捕获约+/-1°至约+/-1.3°的扫描区域，其从QR代码的边缘平移至约+/-3.5mm裕度处。例如，如果QR代码125的尺寸为约4mm平方，接着图像中所捕获的扫描区域针对约11mm的总扫描区域可覆盖约+/-3.5mm。图12D显示QR代码125所覆盖的区域以及围绕QR代码125的扫描区域。因此，QR代码125在消耗性部件上的位置，相机所捕获到的QR代码的图像不仅仅包括QR代码的区域还包括围绕QR代码区域的区域。可通过检测扫描区域的不同部分的表面特性的差异，确定QR代码的特征。

本文中所述的各种实施方案提供了在将消耗性部件传输至处理模块之前追踪和验证消耗性部件的方法。验证可避免将错误的消耗性部件送入处理模块中或将消耗性部件送至错误的处理模块。无论消耗性部件所用的材料、构成消耗性部件的部件的数量、限定在消耗性部件的代码的尺寸及几何特征如何，作为衬底处理系统的一部分的在线相机系统(即图像捕获系统)都能捕获限定在消耗性部件的表面上的QR代码的图像。各种实施方案以代码为QR代码来进行讨论，但可延伸至其他类型的代码(如条形代码、其他数据矩阵代码)。

为了示例性和说明性的目的提供各种实施方案的前述说明，但其并非意在穷举或限制本发明。特定实施方案的独立组件或特征通常不限于该特定实施方案而是在申请中可互换且可用于选定的实施方案，即便在本文中并未特别显示或说明也如此。同样的情况也可能有多种变化。不应视为此类变化脱离本发明，且意在将所有这种修改包括于本发明的范围内。

虽然为了清楚了解本发明的目的已在某种程度上详细说明前面的实施方案，但应明白，在权利要求的范围内可实施某些改变和修改。因此，应将本发明的实施方案视为是说明性和非限制性的，且实施方案不限于本文中所列举的细节，而是可以在其范围和权利要求的等同方案内进行修改。