CH713413B1 - Detektionseinrichtung zur Ermittlung von Positionsinformationen. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Detektionseinrichtung zur Ermittlung von Positions- und/oder Anwesenheitsinformationen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, sowie einen Greifer zur Handhabung von Substraten aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, der mit der erfindungsgemässen Detektionseinrichtung versehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion von Abweichungen einer Ist- von einer Soll-Position eines Substrats aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile. Unter Zuhilfenahme einer Detektionseinrichtung zur Ermittlung von Positions- und/oder Anwesenheitsinformationen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, die einen Sensor zur Ermittlung der Positionsinformation unter Zuhilfenahme eines auf eine Soll-Position gerichteten Lichtstrahls eines Lichtemitters aufweist, soll eine Möglichkeit geschaffen werden, mit der Fehlpositionierungen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung von elektronischen Bauteilen ermittelt werden können, insbesondere Fehlpositionen, die während oder vor einem Transportvorgang vorliegen bzw. sich ergeben. Es wird deshalb vorgeschlagen, dass der Lichtemitter mit zumindest einem Lichtstrahl (2) auf eine Oberfläche (4) eines Substrats (5) richtbar ist, sowie dass ein mit zumindest einer lichtsensitiven Sensorfläche versehener Sensor (15) vorgesehen ist, wobei mit dem Sensor Positionsinformationen zu einer Auftreffstelle des von der Oberfläche (4) des Substrats reflektierten Lichts (2a) des Lichtstrahls auf der Sensorfläche ermittelbar sind.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Detektionseinrichtung zur Ermittlung von Positions- und/oder Anwesenheitsinformationen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, die einen Sensor zur Ermittlung der Positionsinformation mittels einer Auswerteeinheit unter Zuhilfenahme eines auf eine Soll-Position gerichteten Lichtstrahls eines Lichtemitters aufweist.

[0002] In der industriellen Fertigung von elektronischen Bauteilen, wie beispielsweise elektronischen Schaltkreisen in Form von Prozessoren oder Speicherbausteinen, LCD-Displays oder von anderen Flachbildschirmen oder sonstigen Substraten etc., müssen regelmässig Objekte innerhalb einer Fabrik transportiert und zwischengelagert werden. Bei diesen Transportaufgaben können sowohl die zu fertigenden Objekte selbst zum Transport anstehen, oder aber Hilfsmittel, die zur Fertigung benötigt werden. Als Beispiel für letztgenannte Transportaufgabe sind insbesondere Reticles zu nennen, die von einer Lagerstelle, in der sie zwischen ihren Einsätzen zwischengelagert werden, zu einer Produktionseinrichtung, insbesondere einem Stepper, transportiert werden müssen. Bei solchen, so weit wie möglich zu automatisierenden Transportaufgaben, müssen die zu transportierenden Objekte in vorbestimmter Weise aufgenommen und ebenfalls vorbestimmter Weise abgesetzt werden. Hierbei treten immer wieder Fehler auf, insbesondere ein Verkippen der Objekte, die mit gängigen Sensoren zur blossen Detektierung der Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Objekte nicht erfasst werden können. Das gleiche Problem tritt insbesondere auch bei der Handhabung von Wafern auf.

[0003] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mit einer Detektionseinrichtung der eingangs genannten Art Fehlpositionierungen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung von elektronischen Bauteilen ermitteln zu können, insbesondere Fehlpositionen, die während oder vor einem Transportvorgang vorliegen bzw. sich ergeben.

[0004] Diese Aufgabe wird bei einer Detektionseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss durch den mit zumindest einem Lichtstrahl auf eine Oberfläche eines Substrats richtbaren Lichtemitter sowie den mit zumindest einer lichtsensitiven Sensorfläche versehenen Sensor gelöst, wobei mit dem Sensor Positionsinformationen und/oder Anwesenheitsinformationen über eine Auftreffstelle des von der Oberfläche des Substrats reflektierten Licht des Lichtstrahls auf der Sensorfläche ermittelbar sind.

[0005] Die Aufgabe wird zudem durch einen Greifer und ein Verfahren gemäss den Ansprüchen 9 und 10 gelöst.

[0006] Die Erfindung nutzt den sich aus einer Fehlpositionierung eines Substrats in der Regel ergebenden Kippwinkel des Substrats gegenüber seiner Soll-Position. Mittels eines auf eine Oberfläche des Substrats gerichteten Lichtstrahls ergibt sich dann aufgrund des Kippwinkels der Substratoberfläche im Vergleich zur Soll-Position des Substrats ein anderer Reflexionswinkel des Lichtstrahls. Dieser Reflexionswinkel, bzw. die Abweichung des reflektierten Lichtstrahls von einer Sollauftreffstelle auf dem Sensor, kann mittels eines hierfür geeigneten Sensors detektiert werden. Ein solcher Sensor sollte daher in der Lage sein, Lichteinfall auf dem Sensor an einer anderen Stelle als einer Sollstelle des Sensors detek-tieren zu können. Mit einer solchen Detektionseinrichtung kann zudem eine Anwesenheitskontrolle durchgeführt werden, bei der ermittelt wird, ob sich an der Soll-Position überhaupt ein Substrat befindet. Auf eine nicht vorhandene Anwesenheit eines Substrats kann beispielsweise geschlossen werden, wenn auf keines der Sensorelemente reflektiertes Licht auftrifft und die Sensorelemente dementsprechende Signale abgeben.

[0007] In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform kann der Sensor nur zwei flächige Sensorelemente aufweisen. Auf das eine der Sensorelemente sollte der Lichtstrahl auftreffen, wenn sein Reflexionswinkel dem Soll-Reflexionswinkel entspricht und sich das jeweilige Objekt damit in seiner Soll-Position befindet. Das andere Sensorelement ist hingegen so positioniert, dass der Lichtstrahl auf dieses Sensorelement auftrifft, wenn das jeweilige Objekte von seiner Soll-Position abweicht. Auf die Soll-Position oder eine Abweichung davon kann auch geschlossen werden, wenn der Lichtstrahl auf beide Sensorelemente auftritt, jedoch für die Sensorelemente unterschiedliche Anteile an auftreffenden Lichtmengen aufgrund der resultierenden Signale der Sensorelemente ermittelt werden können. Der Sensor kann hierzu für seine vorzugsweise mindestens zwei Sensorelemente beispielsweise im Wesentlichen gleichzeitig und unabhängig voneinander Informationen über von der Oberfläche des Substrats auf die Oberflächen der zumindest zwei Sensorelemente reflektiertes Licht des Lichtstrahls ermitteln. Bei solchen Ausführungsformen der Erfindung kann beispielsweise das Verhältnis der Ausgangssignalamplituden der Sensorelemente als Kriterium für einen Rückschluss auf die Einnahme der Soll-Position oder einer Abweichung davon dienen.

[0008] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sensor zumindest vier, in Form von flächigen Quadranten angeordnete, vorzugsweise identische Sensorelemente aufweisen, von denen sämtliche dazu geeignet sind, einen Zustand mit Lichtbeaufschlagung von einem solche ohne Lichtbeaufschlagung durch Abgabe von unterschiedlichen Signalen zu unterscheiden. Die Sensorelemente sollten vorzugsweise zudem in der Lage sein, Signalamplituden zu erzeugen, die zur auftreffenden Lichtmenge zumindest in etwa proportional sind. Ein solcher Sensor kann in Bezug auf eine Sollposition des jeweiligen Objekts, sowie in Bezug auf den Lichtemitter, in vorteilhafter Weise so angeordnet sein, dass der reflektierte Lichtstrahl bei einer Soll-Position des zu detektierenden Objekts bzw. Substrats im Wesentlichen im Bereich eines Zentrums der vier Quadranten auf diese auftrifft.

[0009] Da bei einer Soll-Position des jeweiligen Objekts aus der Fertigung elektronischer Bauteile auf sämtliche vier Quadranten im Bereich des Zentrums zumindest näherungsweise die gleiche Lichtmenge reflektiert wird, geben sämtliche vier Quadranten zumindest näherungsweise das gleiche Signal ab. Befindet sich das Objekt hingegen nicht in seiner erwarteten Soll-Position, so wird zumindest eines der Sensorelemente mit einer grösseren Lichtmenge als andere der vier Sensorelemente bestrahlt. Dies führt bei dem zumindest einen Sensorelement zu einem Signal, das sich von den Signalen unterscheidet, die von weniger stark bestrahlten Sensorelementen resultieren. Die Ausgangssignale der Sensorelemente können miteinander verglichen werden, beispielsweise mittels geeigneter Software, und so kann gegebenenfalls auf eine Abweichung von der Soll-Position geschlossen werden.

[0010] In einer anderen bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsform kann ein PSD-Sensor (Position Sensitive Detector) verwendet werden, der sowohl in analoger als auch in diskreter Ausführung bekannt ist. Analoge PSD-Sensoren sind beispielsweise als flächige Halbleiter bekannt und liefern im Gegensatz zu diskreten PSD-Sensoren kontinuierliche Positionsinformationen. Ein im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geeigneter analoger PSD-Sensor kann beispielsweise eine flächige, in der Regel rechteckige, pin-Diode aufweisen, deren Funktionsprinzip darauf basiert, dass sich bei einer punktförmigen Belichtung der pin-Diode ein lokaler Widerstand ändert. Dies wiederum führt zu einer Änderung der Ströme, die über vier an den Rändern angeordnete Elektroden fliessen, wobei im Bereich jeder Seitenkante der pin-Diode jeweils eine der Elektroden angeordnet ist. Mittels Messung der vier Ströme kann durch Anwendung von an sich bekannten Formeln die Auftreffstelle des Lichtstrahls auf der Sensorfläche als (x, y)-Koordinaten bestimmt werden. Derartige Sensoren werden beispielsweise von dem Unternehmen HAMAMATSU unter der Produktbezeichnung PSD S5990-01 angeboten. Derartige Sensoren haben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass die Messung in weiten Bereichen im Wesentlichen lichtintensitätsunabhängig ist und damit sowohl die Positionen von stark reflektiven als auch von schwach reflektiven Objekten bestimmt werden können.

[0011] Als diskrete PSD-Sensoren sind insbesondere CCD- oder CMOS-Kameras bekannt, die jeweils ebenfalls als Detektionseinrichtung für die vorliegende Erfindung geeignet sind. Zudem können im Zusammenhang mit der Erfindung als ebenfalls zweckmässige Ausführungsform auch Matrixsensoren eingesetzt werden, bei denen sowohl zeilen- als auch spaltenweise die Beleuchtungsstärke jedes Pixels mit einem Schwellenwert verglichen werden. Beleuchtete Pixel können somit ermittelt werden, wobei die Position der beleuchteten Pixel innerhalb der Matrix der gesuchten Positionsinformation des Lichtstrahls entspricht.

[0012] Unabhängig von den hier beschriebenen Funktionsprinzipien sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jedoch jegliche Sensoren geeignet, bei denen aufgrund einer Auftreffstelle eines Lichtstrahls auf einer Fläche Positionsinformationen über die Auftreffstelle ermittelbar sind.

[0013] Die Detektionseinrichtung lässt sich besonders kompakt gestalten, wenn Mittel vorgesehen sind, mit denen sich der auf das jeweilige Objekt gerichtete Lichtstrahl und der vom Objekt reflektierte Lichtstrahl zumindest abschnittsweise in einer Weise ausrichten lassen, durch die sie entlang des gleichen Wegs ausgerichtet sind oder zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Dies ermöglicht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Sensor in der Nähe des Lichtemitters angeordnet ist.

[0014] Prinzipiell kann die erfindungsgemässe Detektionseinrichtung als eigenständige (stand-alone) Einrichtung vorgesehen sein, die unabhängig von anderen Funktionseinheiten bewegbar und einsetzbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass die Detektionseinrichtung an einem Greifer zur Handhabung eines Objekts aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile angeordnet ist. Mit einer solchen erfindungsgemässen Ausgestaltung lassen sich die bei bzw. während einer Handhabung eines Objekts auftretenden Fehlpositionierungen der Objekte bereits während der Handhabung besonders schnell und zuverlässig detektieren. Können während der Handhabung bereits Fehlpositionierungen erkannt werden, so ermöglicht dies, in diesem Stadium Korrekturmassnahmen einzuleiten und eine fehlerhafte Übergabe des jeweiligen Objekts an beispielsweise eine Produktionseinrichtung, wie einen Stepper, zu vermeiden. Inkorrekt angeordnete Objekte, wie beispielsweise Reticles, können bei einer automatisierten Übergabe beschädigt werden, was durch Einsatz der vorliegenden Erfindung somit verhindert werden kann. Da insbesondere Reticles und bereits (teil)prozessierte Wafer einen immensen finanziellen Wert darstellen können, unterstützt die vergleichsweise sehr kostengünstig ausführbare Erfindung, den Wert solcher Substrate zu sichern.

[0015] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Greifer einen Trägerteil und einen relativ zum Trägerteil beweglichen Greiferteil aufweisen, wobei der Greiferteil zur Ausführung seiner Relativbewegungen am Trägerteil geführt sein kann. Der Greiferteil weist zumindest ein Greifelement auf, mittels dem eine Handhabung von zumindest einem Substrat durchführbar ist. Die Detektionseinrichtung kann in zumindest zwei Baugruppen unterteilt sein, wobei eine Baugruppe mit optisch wirksamen Elementen am Trägerteil und eine andere Baugruppe am Greiferteil angeordnet sein kann. Hierbei kann mit Vorteil insbesondere der Sensor am Trägerteil angeordnet sein. Zumindest ein Teil der optischen Elemente, mit denen einem Lichtstrahl eine Richtung zur Substratoberfläche und/oder von der Substratoberfläche zum Sensor gegeben wird, kann hingegen am Greiferteil angeordnet sein.

[0016] Bei einer solchen Lösung folgt einerseits die Detektionseinrichtung passiv, d.h. ohne mit einer eigenen Antriebseinrichtung versehen zu sein, jeder Bewegung des Greifers und ist daher mit besonders geringem technischen Aufwand in der Lage, in jeder Relativposition des Greiferteils in Bezug auf den Trägerteil Positionsinformation zu liefern. Andererseits ist zumindest in bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsformen bei einer günstigen Aufteilung der einzelnen Bauelemente der Detektionseinrichtung auf die beiden Baugruppen keine Datenverbindung oder sonstige kabelgebundene Verbindung zwischen der am Greiferteil angeordneten Baugruppe und der am Trägerteil angeordneten Baugruppe erforderlich. Dies reduziert sowohl den erforderlichen technischen Aufwand als auch die Gefahr von Abrieb, mit dem die empfindlichen Substrate aus dem Bereich der Fertigung von elektronischen Bauteilen kontaminiert werden könnten.

[0017] Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Die Erfindung wird anhand von einem in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert, es zeigt:

Fig. 1 eine Prinizipdarstellung für eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Detektionseinrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Sensor gemäss der Ausführungsform aus Fig. 1 ;

Fig.3 einen Greifer zur Handhabung eines Reticles, der mit der Ausführungsform einer erfindungsgemässen Detektionseinrichtung aus Fig. 1 versehen ist;

Fig.4 der Greifer aus Fig. 3 mit einem Reticle in einer Aufnahme-/Übergabeposition;

Fig. 5 einen Ausschnitt der Teildarstellung von Fig. 3.

[0018] Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer Detektionseinrichtung weist ein Laserdiodenmodul 1 auf, dessen Laserstrahl 2 mittels einer Abbildungsoptik 3 auf eine Oberfläche 4 eines Objekts 5 aus dem Bereich der Fertigung von Elektronikbauteilen bzw. -geräten gerichtet wird. Als letztgenannte kommen insbesondere Wafer, Reticles, sowie Substrate von Flachbildschirmen (-Monitoren) in Frage, wobei dies keine abschliessende Aufzählung sein soll.

[0019] Das Laserdiodenmodul 1 kann beispielsweise das von dem Unternehmen Laserex Technologies, Adelaide, Australien unter der Produktbezeichnung LDM4V-650-36 angebotene Laserdiodenmodul verwendet werden. Das Laserdiodenmodul 1 kann zur Erzielung eines möglichst parallelen Laserlichtstrahls 2 mit einer nicht dargestellten Kollimationsoptik versehen sein, und Laserlicht mit einer Wellenlänge von ca. 650 nm und mit einer Leistung von 3 mW ausstrahlen. Der durch eine Blende 6 mit einem Durchmesser von beispielsweise 1 mm durchtretende Laserlichtstrahl 2 trifft dann auf einen mit zwei parallelen Oberflächen 7a, 7b versehenen und an sich vorbekannten Polarisator 7, der in Bezug auf seine Oberflächen 7a, 7b gegenüber der optischen Achse 8 des Laserlichtstrahls um 45° nach vorne geneigt ist. Der Polarisator 7 lässt lediglich solches Licht durchtreten, das eine in der Zeichenebene von Fig. 1 liegende Schwingungsebene aufweist. Das restliche Licht des Laserlichtstrahls 2 wird an der Oberfläche 7a des Polarisators 7 nach oben abgelenkt.

[0020] Das durch den Polarisator 7 parallel zur optischen Achse 8 durchtretende Licht trifft anschiessend auf eine Bikonvexlinse 9 sowie auf ein in geringem Abstand hinter der Bikonvexlinse 9 angeordnetes λ/4-Plättchen 10. Letztgenanntes wirkt in an sich bekannter Weise als Zirkularpolarisator auf das aus dieser Richtung kommende und durchtretende Licht. Das nun hinter dem λ/4-Plättchen 10 zirkulär polarisierte Licht trifft auf einen geneigten Spiegel 12. Dieser befindet sich im Strahlengang hinter dem λ/4-Plättchen 10 in einem Abstand zur Bikonvexlinse, der geringer ist als die Brennweite der Bikonvexlinse 9. Der Spiegel 12 ist um 45° gegenüber der optischen Achse 8 geneigt und lenkt hierdurch den Laserlichtstrahl mit einem Reflexionswinkel von 90° nach oben auf eine Oberfläche 4 des jeweiligen Reticles 14, nämlich auf dessen Unterseite. Der Spiegel 12 ist zudem so angeordnet, dass sich die Oberfläche 4 des Reticles 5 in der Brennweite der Bikonvexlinse 9 befindet (zumindest in Bezug auf die Soll-Position des Reticles), d.h. die Summe der Abstände Bikonvexlinse 9-Spiegel 12 einerseits und Spiegel 12-Oberfläche 4 andererseits, entspricht der Brennweite der Bikonvexlinse 9, die beispielsweise 30 mm betragen kann.

[0021] Von der Oberfläche 4 des Reticles 5 wird der Lichtstrahl wieder auf den Spiegel 12 reflektiert, der wiederum das nun in entgegengesetzter Richtung entlang der optischen Achse 8 verlaufende Licht zum λ/4-Plättchen 10 ablenkt. In Bezug auf diese Richtung wirkt das λ/4-Plättchen 10 auf das immer noch zirkulär polarisierte Laserlicht nun als Linearpolarisator, der bei einem Durchtritt des Lichts dieses in eine Ebene polarisiert, die senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 ausgerichtet ist. Diese Wirkung tritt jedoch nur bei zuvor zirkulär polarisiertem Licht auf, weshalb eventuell vorhandenes Streulicht zumindest weitestgehend nicht in dieser Weise polarisiert wird.

[0022] Im weiteren Strahlengang bewirkt die Bikonvexlinse 9 nun eine Parallelisierung des Laserlichts, das in der Folge als Wesentlich paralleler Strahlengang auf die rückseitige Oberfläche 7b des Polarisators 7 auftrifft. Aufgrund der Polarisationsrichtung des auftreffenden Laserlichts wird dieses weitestgehend vollständig reflektiert und tritt im Wesentlichen nicht durch den Polarisator 7 hindurch. Da eventuell vorhandenes Streulicht hingegen nicht die gleiche Polarisationsrichtung aufweist wie das Laserlicht, wird das Streulicht nicht reflektiert. Solches Streulicht weist höchstens zu einem sehr geringen Anteil die gleiche Polarisationsrichtung auf wie das Laserlicht und wird zumindest weitestgehend nicht reflektiert.

[0023] Das vom Polarisator reflektierte Laserlicht trifft nun auf einen Sensor 15, der im Ausführungsbeispiel vier flächige, in einer ebenen Fläche angeordnete Sensorelemente 15a, 15b, 15c, 15d aufweist. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Sensorelemente 15a-d in Form von vier Quadranten angeordnet, die entlang von zwei zueinander senkrecht stehenden (virtuellen) Trennlinien 16, 17 voneinander getrennt sind. Die Ebene der Sensorelemente 15a-d ist hierbei senkrecht zur optischen Achse 8a des vom Polarisator 7 kommenden Laserlichts ausgerichtet. Bei den Sensorelementen handelt es sich um photosensitive Dioden, wie sie am Markt frei angeboten werden. Derartige Sensorelemente erzeugen ein proportional zu der auf sie auftreffenden Lichtmenge bestimmter Wellenlängen analoges elektrisches Signal.

[0024] Die auf die Sensorelemente auftreffende Lichtmenge kann insbesondere dann in Bezug auf die ursprünglich vom Laser emittierte Lichtmenge vergleichsweise gering sein, wenn das vermessene Substrat Glas oder einen sonstigen (teil-)durchlässigen und damit nur beschränkt reflektiv wirkenden Werkstoff aufweist. Insbesondere in diesen Fällen kann der Einfluss durch Streulicht aus der Umgebung und oder durch von der Detektionseinrichtung selbst erzeugtes Streulicht ganz erheblich sein. Derartiges nicht gewolltes Streulicht kann beispielsweise durch Reflexion oder Brechung an der Linse 9 entstehen. Mit dem λ/4-Plättchen können diese in besonders ungünstigen Fällen auftretenden Effekte weitestgehend vermieden werden.

[0025] Eine Abweichung eines in einer beliebigen (in Fig. 1 nicht dargestellten) Aufnahme angeordneten Reticles von einer Soll-Position kann nun durch eine von einer Sollstelle abweichenden Auftreffstelle des Lichtstrahls auf dem Sensor festgestellt werden. Befindet sich das Objekt, hier das Reticle 14, in seiner Soll-Position, dann trifft der vom Laserdiodenmodul kommende Laserlichtstrahl senkrecht auf die Oberfläche 4 des Reticles 5. Dies führt zu einer Reflexion des Laserlichtstrahls mit einem Reflexionswinkel von 0°. Der von der Oberfläche 4 und im Folgenden vom Spiegel 12 reflektierte Lichtstrahl 2a gelangt somit zumindest im Wesentlichen entlang der optischen Achse 8 zum Polarisator. Letztgenannter reflektiert den Laserstrahl dann ebenfalls entlang der optischen Achse 8a, die exakt in den Schnittpunkt der beiden Trennlinien 16, 17 führt. Da der reale Lichtstrahl nicht linienförmig ist, sondern eine räumliche Ausdehnung in alle Richtungen quer zur Richtung der optischen Achse aufweist, treffen im Schnittbereich der beiden Trennlinien 16, 17 auf die vier Sensorelemente im Wesentlichen jeweils gleiche Anteile des Laserlichts auf. Dies bedeutet, die vier Sensorelemente 15a-d geben zumindest näherungsweise identische Signale ab. Die Signale der Sensorelemente 15a-d können nun einer Auswerteeinheit zugeführt und dort automatisiert miteinander verglichen werden. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise Bestandteil einer Maschinensteuerung oder Anlagensteuerung sein. Wird hierbei das hier beschriebene Kriterium identischer Signale festgestellt, so kann automatisiert auf eine Übereinstimmung der Ist-Position des Reticles mit der Soll-Position geschlossen werden.

[0026] Besteht hingegen eine Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position des Reticles 5 in seiner jeweiligen Aufnahme, so wird der Laserlichtstrahl von der Oberfläche 4 unter einem von 0° abweichenden Winkel α reflektiert. Dies führt dazu, dass der reflektierte Laserlichtstrahl auf dem Spiegel 12 auf einer anderen Stelle auftrifft als der ankom-mende Lichtstrahl. Folglich wird der reflektierte Lichtstrahl 2a zwar parallel zur optischen Achse 8, aber mit Abstand zu dieser von der Bikonvexlinse 9 zum Polarisator 7 geführt. Der abweichend von der optischen Achse 8 auf den Polarisator auftreffende Lichtstrahl wird dann vom Polarisator zum Sensor 15 reflektiert. Hier trifft der Laserlichtstrahl wiederum mit Abstand zur optischen Achse 8a nicht gleichmässig auf sämtliche vier der Sensorelemente. Der Laserlichtstrahl trifft vielmehr mit zumindest einem überwiegenden Anteil auf zwei oder auf nur eines der Sensorelemente 15a-d. Durch Vergleich der Signale sämtlicher Sensorelemente kann der Unterschied der Signalhöhen festgestellt und hierdurch auf eine Verkippung, d.h. eine Abweichung, von der Soll-Position geschlossen werden.

[0027] Durch die Ermittlung des Sensorelements 15a-d mit der höchsten Signalstärke kann auch zumindest die ungefähre räumliche Ausrichtung des Kippwinkels α des Reticles 5 festgestellt werden. Da jedes Sensorelement einem Richtungsbereich des Kippwinkels α von ca. 90° zugeordnet ist, kann aufgrund eines Signals von einem der Sensorelement 15a-d auch auf die ungefähre Richtung geschlossen werden, in die das Reticle geneigt bzw. verkippt ist.

[0028] In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform kann sowohl die Richtung als auch die Grösse des Kippwinkels α relativ genau ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Sensor vorgesehen sein, der in der Lage ist, Richtung und Abstand der Auftreffstelle des Lichtstrahls in Bezug auf den Schnittpunkt 18 der optischen Achse 8a auf der Sensorfläche zu bestimmen. Hierzu kann die proportionale Abhängigkeit des Betrags des Kippwinkels α und des genannten Abstands A genutzt werden. Zudem besteht auch ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Richtung des Winkels ß, den die Verbindungslinie zwischen dem Schnittpunkt 18 und der Auftreffstelle 19 des Lichtstrahls mit einer Bezugslinie, beispielsweise der Trennlinie 17, einschliesst sowie der räumlichen Richtung des Kippwinkel a. Um diese Parameter bestimmen zu können kann beispielsweise ein nicht näher dargestelltes zweidimensionales CCD-Feld als Sensor vorgesehen sein, der eine Vielzahl von Sensorelementen aufweist, die in Spalten und Reihen angeordnet sind. Jedem der Sensorelemente ist hierbei ein bestimmter Wert des Winkels ß sowie ein bestimmter Wert des Abstand zum Schnittpunkt 18 zugeordnet. Ebenso kann als Sensor auch eine CMOS-Kamera vorgesehen sein.

[0029] Schliesslich kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch ein PSD-Sensor zur Ermittlung von Informationen über eine Abweichung der Ist- von der Soll-Position vorgesehen sein. Aufgrund der mit wenig technischem Aufwand verbundenen und der im Wesentlichen lichtintensitätsunabhängigen Auswertbarkeit der Messergebnisse eignen sich hierfür insbesondere analoge PSD-Sensoren. Bei solchen PSD-Sensoren kann beispielsweise auch eine im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung günstige Justierbarkeit möglich sein, wonach sowohl die x- als auch die y-Koor-dinate für die Soll-Position des zu vermessenden Objekts dem Mittelwert des Differenzbetrags zwischen dem maximalen und dem minimalen Messsignal entspricht oder einfach auf den Wert Null eingestellt werden kann. Die Soll-Position kann damit sowohl in x- als auch in y-Richtung exakt in die Mitte des jeweils zur Verfügung stehenden Messbereichs gelegt werden. Dies hat zur Folge, dass bei gleich grossen Abweichungen von der Soll-Position in entweder die eine oder in die andere Richtung - jeweils in Bezug auf die x- oder die y-Koordinatenachse - die Messgrössen jeweils identische Beträge aufweisen und sich diese in Abhängigkeit von der Abweichungsrichtung nur durch das Vorzeichen der Messgrössen unterscheiden. Dies gilt sowohl für Messungen in x- als auch in y-Richtung und führt ebenfalls zu einer erleichterten Aus-wertbarkeit der Messsignale. Ein im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geeigneter PSD-Sensor, der eine solche Justierbarkeit beispielsweise mittels Software ermöglicht, wird beispielsweise vom Unternehmen HAMAMATSU unter der Produktbezeichnung PSD S5990-01 angeboten.

[0030] In den Fig. 3 bis 5 ist ein Greifer 20 dargestellt, wie er für die automatisierte Handhabung von Reticles in Fabriken zur Produktion von elektronischen Bauteilen, wie beispielsweise Prozessoren, Speicherbausteinen und dergleichen, benutzt werden kann. Der Greifer 20 kann an einer an sich vorbekannten Handhabungsvorrichtung, wie beispielsweise hier einem höhenverstellbaren Drehteller 21, angeordnet und von diesem im Raum bewegt werden. Je nach Anwendungsfall können auch Handhabungsvorrichtungen (Roboter) mit zusätzlichen oder anderen Bewegungsachsen vorgesehen sein.

[0031] Der Greifer 20 weist einen Trägerteil 22 auf, der am Drehteller 21 angebracht und von diesem bewegt wird. Am Trägerteil 22 ist ein Greiferteil 23 des Greifers 20 angeordnet, der mittels eines Antriebs relativ zum Trägerteil 22 beweglich ist (Fig. 4), insbesondere um eine lineare Hubbewegung auszuführen. Der Greiferteil 23 ist gabelförmig ausgebildet und weist eine Querstrebe 24 auf, an der zwei Längsstreben 25, 26 angeordnet sind. Zwischen den beiden mit Abstand und parallel zueinander ausgerichteten Längsstreben 25, 26 kann ein Reticle 5 aufgenommen werden. Das Reticle 5 liegt hierbei mit seinem Pellicle-Teil zwischen den beiden Streben 25, 26 des Greiferteils 23, während der obere Glasteil des Reticles mit seinem Randbereich auf den beiden Streben 25, 26 aufliegt.

[0032] Um ein Reticle 5 auf diese Weise aufzunehmen wird der Greiferteil 23 mittels des Roboters zunächst vor dem Reticle positioniert, das sich in einer Aufnahme, beispielsweise eines Reticle-Stockers oder einer Transportbox, befinden kann. Anschliessend wird der Greiferteil 23 aus der in Fig. 3 gezeigten Neutralposition relativ zum Trägerteil 22 auf das Reticle in eine Aufnahme-/Übergabeposition verfahren, sodass sich der Pellicle-Teil des Reticles 5 zwischen den beiden Streben 25, 26 befindet. Anschliessend wird der Greiferteil 23 nach oben verfahren, wodurch der Glasteil des Reticles 5 zur Auflage auf den beiden Streben 25, 26 kommt und hierdurch angehoben wird. Das Reticle 5 ist nun vom Greifer 20 aufgenommen und kann durch Zurückziehen des Greiferteils 23 in dessen Neutralposition aus der Aufnahme entnommen werden. Das Reticle 5 steht nun zum Transport bzw. einer Übergabe, beispielsweise an einen Stepper, bereit.

[0033] Im Zusammenhang mit der Handhabung des Reticles 5 kann die Information von Interesse sein, ob sich das Reticle auf dem Greifer 20 in einer Soll-Position befindet. Um dies detektieren zu können ist der Greifer 20 mit einer erfindungsgemässen Detektionseinrichtung versehen, wie sie in den Fig. 1 und 2 prinzipiell gezeigt ist. Hierbei ist das Laserdiodenmodul 1, der Polarisator 7 sowie der Sensor 15 als erste Baugruppe zusammengefasst und innerhalb eines Gehäuses 27 angeordnet seitlich am Trägerteil 22 befestigt. Eine zweite Baugruppe der Detektionseinrichtung ist am Greiferteil 23 im Bereich der Querstrebe 24 und der Längsstrebe 26 angeordnet. Hierzu befindet sich in der Querstrebe eine Durchgangsbohrung 29, in der die Bikonvexlinse 9 sowie das λ/4-Plättchen 10 angeordnet sind. Wie insbesondere Fig. 5 zu entnehmen ist, ist an der Innenseite der Längsstreben 26 der Spiegel 12 angebracht. Das Laserdiodenmodul und der Polarisator einerseits, sowie die Bikonvexlinse, das λ/4-Plättchen sowie der Spiegel andererseits sind hierbei so zueinander ausgerichtet, dass sie entlang einer gemeinsamen optischen Achse 8 angeordnet sind. Daran ändert sich auch nichts, wenn der Greiferteil 23 in die Aufnahme-/Übergabeposition verfahren wird und sich damit der Abstand der beiden Baugruppen der Detektionseinrichtung vergrössert. Die Detektionseinrichtung ist sowohl in der Neutralposition (Fig. 3), als auch in der Aufnahme-/Übergabeposition (Fig. 4) als auch in jeder Position dazwischen einsatzfähig. Dies gilt sogar während Verfahrbewegungen zwischen den beiden Endpositionen des Greiferteils 23. Mittels der in den Greifer integrierten Detektionseinrichtung kann, während der Greifer ein Reticle erfasst hat, jederzeit eine eventuelle Verkippung des Reticles auf dem Greifer gegenüber einer Soll-Position durch Detektion festgestellt werden. Die Funktionsweise der in den Greifer integrierten Detektionseinrichtung stimmt hierbei mit der zuvor beschriebenen Funktionsweise überein.

[0034] Es ist hierbei bevorzugt, wenn bereits unmittelbar nach der Aufnahme des Reticles durch den Greifer eine Lagebestimmung des Reticles auf dem Greifer durchgeführt wird. Wird hierbei eine Abweichung der Anordnung des Reticles im bzw. auf dem Greifer von der Soll-Position festgestellt, so kann das Reticle unmittelbar nach seiner Aufnahme wieder abgesetzt und ein neuer Versuch zur positionsgerechten Aufnahme unternommen werden. Durch die Durchführung einer Korrektur der Fehlpositionierung unmittelbar nachdem sie entstanden ist, wird die unproduktive Zeit der Handhabungseinrichtung möglichst gering gehalten.

[0035] Der Greifer weist auf jeder Längsstrebe 25, 26 jeweils eine vordere und eine hintere Auflagestelle zur jeweils näherungsweise punktförmigen Auflage von Reticles im Greifer auf (nicht dargestellt). Die vier Auflagestellen liegen in einer gemeinsamen Ebene, welche der Soll-Position des jeweiligen Reticles entspricht. Insbesondere im Bereich der Auflagestellen können in Bezug auf diese erhabene seitliche Zentrierelemente vorgesehen sein, die verhindern sollen, dass das Reticle beim Transport verrutscht. Bei der Aufnahme eines Reticles kann es nun Vorkommen, dass das Reticle anstelle auf der Auflagestelle auf zumindest einem dieser erhöhten Zentrierelemente und/oder auf den Längsstreben 25, 26 zu liegen kommt. Das Reticle ist hierdurch für den Transport nicht gesichert. Zudem ergibt sich eine Verkippung des Reticles, die sich quantitativ aus der Länge der «angehobenen» Reticlekante (Substratkante) und der Höhe der Zentrierung ermitteln lässt. Die beschriebene Sensorik kann sich diesen Effekt zu Nutze machen und misst mittels Reflexion des Laserstrahls am Reticle genau diese Schräglage.

[0036] Mit der am Greifer angeordneten Detektionseinrichtung kann auch überprüft werden, ob ein Reticle oder ein sonstiges Substrat vom Greifer 20 verkippfrei wieder abgesetzt bzw. übergeben wurde. Hierzu kann eine Reflexionsmessung durchgeführt werden unmittelbar nachdem das Reticle vom Greifer auf eine Aufnahme abgesetzt wurde und sich die Auflagestellen des Greifers nur geringfügig unterhalb der Unterseite des Reticles befinden. Insbesondere in dieser Position des Greifers lässt sich mit der Detektionseinrichtung des Greifers eine mögliche Verkippung des Reticles in der greiferfremden Aufnahme mit ausreichender Genauigkeit bestimmen.

[0037] In nicht dargestellten anderen Ausführungsformen kann der Greifer zur Aufnahme anderer Substrate als Reticles ausgebildet sein, insbesondere zur Aufnahme von Wafern. Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise des Greifers und insbesondere der Detektionseinrichtung kann hierbei gegenüber der Ausführungsform der Fig. 3 bis 5 unverändert bleiben.

Bezugszeichenliste [0038] 1 Laserdiodenmodul 2 Laserlichtstrahl 2a reflektierter Lichtstrahl 3 Abbildungsoptik 4 Oberfläche 5 Objekt (Reticle) 6 Blende 7 Polarisator 7a Oberfläche 7b Oberfläche 8 optische Achse 8a optische Achse 9 Bikonvexlinse 10 λ/4-Plättchen 12 Spiegel 15 Sensor 15a-d Sensorelement 16 Trennlinie 17 Trennlinie 18 Schnittpunkt 19 Auftreffstelle 20 Greifer 21 Drehteller 22 Trägerteil 23 Greiferteil 24 Querstrebe 25 Längsstrebe 26 Längsstrebe 27 Gehäuse

Claims (10)

1. Patentansprüche

   1. Detektionseinrichtung zur Ermittlung von Positions- und/oder Anwesenheitsinformationen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, die einen Sensor zur Ermittlung der Positionsinformation mittels einer Auswerteeinheit unter Zuhilfenahme eines auf eine Soll-Position gerichteten Lichtstrahls eines Lichtemitters aufweist, gekennzeichnet, durch den mit zumindest einem Lichtstrahl (2) auf eine Oberfläche (4) eines Substrats richtbaren Lichtemitter sowie den mit zumindest einer lichtsensitiven Sensorfläche versehenen Sensor (15), wobei mit dem Sensor Positionsinformationen und/oder Anwesenheitsinformationen zu einer Auftreffstelle des von der Oberfläche (4) des Substrats reflektierten Lichts des Lichtstrahls auf der Sensorfläche ermittelbar sind.
2. 2. Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den mit zumindest zwei lichtsensitiven Sensorelementen (15a, 15b, 15c, 15d) versehenen Sensor (15), mit dem im Wesentlichen gleichzeitig und unabhängig voneinander Positionsinformationen zu einer Auftreffstelle des von der Oberfläche (4) des Substrats reflektierten Lichts des Lichtstrahls auf zumindest einem der mindestens zwei Sensorelementen ermittelbar sind.
3. 3. Detektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit Signale der Sensorfläche zuführbar sind und in Abhängigkeit der Signale der Sensorfläche eine mögliche Abweichung der Ist-Position des Substrats von einer Soll-Position oder eine Anwesenheit oder ein Fehlen des Substrats in einer Soll-Position automatisiert feststellbar ist.
4. 4. Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Sensorsignale das Vorhandensein eines möglichen Kippwinkels, insbesondere eines räumlichen Kippwinkels, des Substrats in Bezug auf eine Soll-Position derart feststellbar ist, dass Mittel der Detektionseinrichtung zur Ermittlung von Informationen über einen möglichen Kippwinkel vorgesehen sind, mit denen in Abhängigkeit von einer Abweichung einer Auftreffstelle des reflektierten Lichts auf dem Sensor (15) mit einer maximalen Intensität des auftreffenden Lichts von einer Sollstelle der maximalen Lichtintensität auf dem Sensor Informationen über den Kippwinkel feststellbar sind.
5. 5. Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lichtemitter, insbesondere einen Laser, dessen Licht auf eines oder mehrere folgender optisch aktiver Elemente gerichtet ist: - eine Sammellinse, - einen Zirkularpolarisator, wie beispielsweise ein λ/4-Plättchen, und - einen Spiegel (12), wobei das vom Lichtemitter ausgesandte Licht zumindest eines der optisch aktiven Elemente sowohl auf einem Weg vom Lichtemitter zur Oberfläche (4) des jeweiligen Substrats als auch auf dem Weg von der Oberfläche zum Sensor durchläuft, und eine Anordnung des Sensors (15) vorgesehen ist, bei welcher ein Polarisator (7) vom Substrat reflektiertes Licht auf den Sensor (15) reflektiert.
6. 6. Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) mit vier, vorzugsweise gleichen, in Form von Quadranten zueinander angeordneten lichtsensitiven Sensorelementen versehen ist.
7. 7. Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Sensorelemente, die in einer Ebene in Form von Reihen und Spalten angeordnet sind, und durch eine Auswerteeinheit, mit der aufgrund von Signalen der in Reihen und Spalten angeordneten Sensorelemente (15a, 15b, 15c, 15d) Informationen über die Richtung und/oder den Betrag eines räumlichen Kippwinkel des Substrats in Bezug auf eine Soll-Position ermittelbar sind.
8. 8. Greifer (20) zur Handhabung von Substraten aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, der mit Greifelementen zur Aufnahme von zumindest einem Substrat, sowie einer optischen Detektionseinrichtung zur Ermittlung einer Fehlpositionierung und/oder Anwesenheit eines Substrats versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, und einen Trägerteil (22) und einen relativ zu diesem beweglichen und mit Aufnahmeelementen zur Aufnahme von zumindest einem Substrat versehenen Greiferteil (23) aufweist, wobei eine erste Baugruppe mit optisch aktiven Elementen der Detektionseinrichtung am Trägerteil und eine zweite Baugruppe mit optisch aktiven Elementen der Detektionseinrichtung am Greiferteil angeordnet ist, und mittels der Detektionseinrichtung in jeder beliebigen Relativposition zwischen dem Trägerteil (22) und dem Greiferteil (23) Informationen über eine Fehlpositionierung und/oder Anwesenheit eines im Greifer angeordneten Substrats ermittelbar sind, wobei am Trägerteil des Greifers zumindest der Lichtemitter sowie der Sensor angeordnet sind.
9. 9. Verfahren zur Detektion von Abweichungen einer Ist- von einer Soll-Position eines Substrats aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, insbesondere bei einer Anordnung von zumindest einem Substrat in einem Greifer, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrahl (2) auf eine Oberfläche (4) des Substrats gerichtet wird und aufgrund einer Position des Auftreffens eines von der Oberfläche (4) reflektierten Lichtstrahls auf einen Sensor (15) auf eine Übereinstimmung oder Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position geschlossen wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine mögliche Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position des Substrats durch Ermittlung von zwei Koordinaten, insbesondere von kartesischen Koordinaten - oder davon abhängigen Messgrössen - der Auftreffstelle des Lichts auf einer Sensorfläche des Sensors (15) vorgenommen wird.