DD268653A1 - Verfahren und anordnung zur ermittlung der lage von haupt- und nebenfase an halbleiterscheiben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausgestaltung von Einrichtungen zur Positionierung von Halbleiterscheiben und kann angewandt werden, um Halbleiterscheiben in bezug auf ihre Haupt- und Nebenfase in technologischen Spezialausruestungen der Halbleiterfertigung auszurichten. Gemaess der Erfindung wird dies verfahrensseitig dadurch erreicht, dass nach Aufnahme einer den Scheibenrand einer Halbleiterscheibe repraesentierenden Wertefolge unter Fuehrung des Scheibenrandes in einem Sensorbereich, die eine mit Sekansfunktionen ueberlagerte Sinusfunktion darstellt, auf Knickstellen untersucht wird, deren Abstand ein signifikantes Merkmal fuer die Unterscheidung zwischen Haupt- und Nebenfase darstellt. Die lokalen Maxima der Sekansfunktionen kennzeichnen die Winkellage der Fasen. Die erfindungsgemaesse Anordnung weist einen Drehteller auf, der mindestens in einer Richtung verschiebbar ist. Die Oberseite des Tellers stellt die Halbleiterscheibenebene dar, um die ein Sensorsystem greift, welches eine lineare Weg-Intensitaets-Kennlinie besitzt, was durch den erfindungsgemaessen Aufbau erreicht wird. Fig. 3

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgem'jße Anordnung wird zum Positionieren von Halbleiterscheiben in bezug auf ihre Haupt- und Nebenfase in technologischen Sperialausrustungen für die Halbleiterfertigung, insbesondere in Handlingssystemen 'ür Justier- und Belichtufigseinrichtongen, Waferprobern, Sichtkootrollplätzen, Kennzeichnungseinrichtungen oder äh- ilichem angewendet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Mit der DE 3506782 A1 ist eine Anordnung zur Ausrichtung von Halbleiterscheiben bekannt, die eine exzentrische Ablage der Halbleiterscheiben beispielsweise bis zu 12,7 mm ermöglicht.

Hierbei wird die Halbleiterscheibe auf einem Teller abgelegt und mit Hilfe einer Welleneinrichtung gedreht. Die Kante der Halbleiterscheibe wird mit Hilfe einer Lichtsensoreinrichtung abgetastet. Aus dem dabai gewonnenen Signal werden Informationen über diä Exzentrizität der Ablage und die Winkelausrichtung der Halbleiterscheibe abgeleitet, gespeichert und anschließend dazu benutzt, die Halbleiterscheibe in eine gewünschte Winkslausiichtung zu bewegen und nachfolgend Stationen auf die Exzentrizität einzustellen.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung setzt voraus, daß die Lichtsenscreinrichtung eine lineare Erstreckung aufweist, die ausreichend lang ist, um den Schatten der Kante über den gesamten Exzentrizitätsbereich einzufangen, was bei der genannten

Exzentrizität den Einsatz eines Sensors von 2,54cm Länge erzwingt. Dieser Sensor einschließlich der zu ihrer Funktion notwendigen Steuerelektronik erfordert zum einen großen Platzbedarf, zum anderen ist eine aufwendige optische Anordnung notwendig, um diesen Sensor gleichmäßig zu beleuchten.

Zur Ableitung der Information über die Winkelausrichtung und der Exzentrizität in der Ablage Halbleiterscheibe wird von Halbleiterscheiben ausgegangen, die nur eine Abflachung, d. h. Fase, aufweisen. Diese Vorraussetzung ist im gegenwärtigen Halbleiterprozeß jedoch nicht erfüllt, da in der Regel Halbleiterscheiben verarbeitet werden, die mit zwei Fasen d. h. Haupt- und Nebenfase und nur im speziellen Fall mit einer Fase ausgestattet sind.

Zur Gewinnung der notwendigen Informationen ist in jedem Fall eine vollständige Umdrehung der Halbleiterscheibe notwendig.

Ziel dor Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, mii einem Verfahren und einer Anordnung zur Ermittlung der Lage von Haupt- und Nebenfase an Halbleiterscheiben eine Partikelgeneration zu vermeiden und den Zeitaufwand bei der Positionierung zu verringern, sowie den gerätetechnischen Aufwand bei vorgegebener Positioniergenauigkeit in Positioniereinrichtungen zu minimieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Verfahren und einer Anordnung zur Ermittlung der Lage von Haupt- und Nebenfase an Halbleiterscheiben eine Exzentrizität in der Ablage der Halbleiterscheiben innerhalb weiter Grenzen zuzulassen, und die Erfassung einer Halbleiterscheibenlage mit einfachen optischen und elektronischen Mitteln sowie mit höchstens einer Umdrehung der Halbleiterscheibe, im Mittel aber weniger zu realisieren.

Zur vorfahrensseitigen Lösung der Aufgabenstellung wird davon ausgegangen, daß die Halbleiterscheibe in der Auflageebene drehbar abgelagert wird. Anschließend wird diese in Drehung versetzt und dabei ein Signal erzeugt, welches eine Folge von Werten der Erstreckung des Randes der Halbleiterscheibe radial zum Drehmittelpunkt in Abhängigkeit vom Drehwinkel darstellt. Dieses Signal wird abgespeichert und einer Auswertung unterzogen. Eine aus aieser Auswertung gewonnene Lageinformation dient der Positionierung der Halbleiterscheibe.

E'findungsgemäß wird die Aufgabenstellung dadurch gelöst, daß genau dann, wenn bei der Drehung der Scheibenrand einen von zwei vorgegebenen Grenzwerten erreicht um einen definierten Betrag in Richtung des entgegengesetzten Grenzwertes verfahren wird.

Dc mit ist es möglich, eine Scheibenrandbewegung weitgehend unabhängig von dem Bereich zwischen den beiden Grenzwerten, die die Auswertegrenzen eines Scheibenrandsensors darstellen, zuzulassen, was der Möglichkeit einer Ablage der Halbleiterscheibe mit einer großen Exzentrizität entspricht.

Eine dabei vorgenommene Abtastung des Scheibenrandes ergibt eine Folge von Werten der Größe der Erstreckung des Randes der Halbleiterscheibe rodial zum Drehmittelpunkt in Abhängigkeit von Drehwinkel, die im Mikrorechner abgespeichert wird. Bei Verwendung einer Halbleiterscheibe ohne Fasen entspricht diese Folge in etwa einer Sinusfunktion, deren Amplitude der Grö Je der Exzentrizität entspricht. Bei einer Halbleiterscheibe mit zwei Fasen sind dieser Sinusfunktion zwei lokale Sekcinsfunktionen überlagert, deren Maximalwerte genau den Drehwinkoln zuzuordnen sind, bei denen sich die Fasen senkrecht zur Sensoreinrichtung befinden. Nach der Abtastung des Scheibenrandes besteht der nächste Verfahrensschritt darin, aus der Folge von Werten der Größe der Erstreckung, die eine Sinusfunktion mit zwei überlagerten Sekansfunktionen darstellt, die im weiteren als Knickstellen bezeichneten Übergangsbereiche zwischen Sinus- und Seksnsfunktion zu ermitteln. Anschließend werden jeweils zwei Wertepaare, die Knickstellen kennzeichnen, zu Paarsr. zusammengefaßt, die jeweils eine Fase kennzeichnen. Durch Berechnung der Fasenlängen wird danach eine Unterscheidung zwischen Haupt- und Nebenfase vorgenommen.

Aus dem Drehwinkel, der dem Maximum der der Hauptfase zugeordneten Sekansfunktion entspricht, wird schließlich das Stellsignal für die Positionierung der Halbleiterscheibe gewonnen.

Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß zur Ermittlung der Knickstellen die Folge der Werte der Größe der Erstreckung zweimal differenziert wird.

Anschließend wird die dabei erhaltene Folge von Werten der zweiten Ableitung auf das Vorhandensein von lokalen Maxima untersucht. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß die Werte der zweiten Ableitung mit einem geeignet festgelegten Mindestwert verglichen werden. Die Anzahl der Werte, die die Vergleichsbedingung erfüllen, wird zu den Werten selbst summiert.

Weiterhin werden die Wertepaare — gebildet aus der Größe der Erstreckung und des Drehwinkels —, die die Maximalwerte der iokalen Maxima repräsentieren, als Wertepaare abgespeichert, dir· die Knickstellen kennzeichnen. Dies geschiaht jedoch nur dann, wenn Anzahl und Verteilung der Werte der zweiten Ableitung, die größer als der festgelegte Mindestwert sind, innerhalb des lokalen Maximums festgelegten Kriterien entspricht oder die Summe dieser Werte einen festgelegten Mindestwert erreicht.

Parallel zu diesem Schritt werden die Maximalwerte der Größe der Erstreckung zwischen den Knickstellen ermittelt und den Wertepaaren zugeordnet, die die Knickstellen kennzeichnen.

Zur anordnungsseitigen Lösung der Aufgabenstellung wird davon ausgegangen, daß ein in Scheibenebene liegender drehbarer Teller vorhanden ist, der zumindest mittelbar eine Halbleiterscheibe aufnimmt. In einem Abstand zu diesem Teller ist ein berührungslos wirkendes Sensorsystem angeordnet, welches die Scheibanebene umgreift.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabenstellung durch eine Anordnung zur Ermittlung der Lage von Haupt- und Nebenfase an Halbleiterscheiben gelöst. Dabei ist der Teller in Richtung des Sensorsystems translatorisch verschiebbar angeordnet, was dadurch realisiert wird, daß dieser auf einem zumindest in einer Richtung verschiebbaren Tisch befestigt ist. Die Sensoreinrichtung besteht aus einer mit einer Spakblende abgedeckten Fotodiode und weist eine lineare Weg-Intensitäts-Kennlinie auf. Der Spalt der Spaltblende verläuft radial zum Drehmittelpunkt in Verschiebsrichtung des Tollers.

Der Drehantrieb und Antrieb zum Verschieben des Tellers, sowie das Sensorsystem stehen in unmittelbarer Wirkverbindung mit einer Auswerleelektronik.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß durch Drehung der Halbleiterscheibe deren Rand durch das Sensorsystem geführt wird.

Der verwendete Sensor weist geometrische Abmessungen und damit einen Meßbereich auf, der nicht groß genug ist, daß die Kante über den gesamten Exzentrizitätsbereich darin verbleibt. Aus diesem Grund wird immer dann, wenn einer von zwei Randwerten erreicht ist, die den Meßbereich begrenzen, der Teller mit der Halbleiterscheibe um einen definierten Betrag in Richtung des anderen Randwertes verschoben.

Die auf diese Weise vorgenommene Abtastung des Scheibenrandes ergibt eine Folge von Werten der Größe der Erstreckung des Randes der Halbleiterscheibe, radial zum Drehmittelpunkt in Abhängigkeit vom Drehwinkel, die abgespeichert und nach dem erfindungsgomäßen Verfahren verarbeitet wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1: eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Anordnung, in schematischer Darstellung, Fig. 2: eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Anordnung in schemaiischer Darstellung und Fig. 3: einen Kurvenverlauf der durch Abtastung des Scheibenrandes entstehenden Wertefoige.

Im realisierten Ausführungsbeispiel wird die Halbleiterscheibe 1 auf einem mit einer Vakuumsaugeinrichtung 3 versehenem Teller 2 abgelegt, der mit einom Drehantrieb gekoppelt ist. Dieser Drehantrieb besteht aus einem Schrittmotor 5 mit Getriebe 4, wodurch eine feste Zuordnung Drehwinkel-Schrittzahl gegeben ist. Der Drehantrieb ist auf einem in zwei Richtungen χ und y verschiebbaren Kreuztisch 6 ungeordnet, womit, wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen, eine vollständige Positionierung in x- und y-Richtung vorgenommen werden kann.

In der Schaibenebene ist in y-Richtung, radial zum Mittelpunkt des in Nullage befindlichen Drehantriebs, ein linienförmiges Sensorsystem 7 angeordnet. Als Empfänger 7 wird eine mit einer Spaltblende abgedeckte Fotodiode verwendet, die oberhalb der Scheibenebene angebracht ist. Die Beleuchtung 9 wird mit einer unterhalb der Scheibenebene angebrachten Infrarotdiode realisiert. Durch Bewegung des Scheibenrandes in y-Richtung kommt es zu einer Abschattung des Empfängers 7. Das Ausgangssignal des Empfängers 7 weist eine lineare Kennlinie für einen Bereich von etwa 3mm auf, der als gültiger Arbeitsbereich genutzt wird. Es wird als analoger Meßwert digitalisiert und dem Mikrorechner als 8 Bit breites Datenwort übergeben.

Der Scheibenrand wird zunächst in die Mitte des Arbeitsbereichs des Sensors positioniert, anschließend erfolgen die Drehung der Halbleiterscheibe 1 und die Erfassung der Meßwerte entsprechend der Lage des Scheibenrandes im Sensorsyster.i 7.

Aufgrund der exzentrischen Ablage der Halbleiterscheibe 1 überstreicht der Rand dabei einen Bereich, der mindestens dem doppelten Wert des Radius der Exzentrizität entspricht und somit wesentlich größer ist als der Arbeitsbereich dss Sensors ist. Es ist deshalb notwendig, die Halbleiterscheibe 1 in y-Richtung nachzuführen. Dazu wird genau dann, wenn einer der beiden Randwerte, die den gültigen Arbeitsbereich des Sensors markieren, erreicht wird, die Drehung gestoppt und die Halbleiterscheibe 1 um einen definierten Betrag in Richtung des entgegengesetzten Randwertes verschoben.

Eine auf diese Weise vorgenommene vollständige Abtastung des Scheibenrandes ergibt eine Sinusfunktion, der zwei lokale Sekansi'unktionen, die durch Haupt- und Nebenfase hervorgerufen werden, überlagert sind. Die Meßwerte Y werden im Rechner, dem aktuellen Winkelwert N zugeordnet, abgespeichert und unmittelbar ausgewertet.

Die Ermittlung der Lage der Ha.;ptfase erfolgt durch Bestimmung der Übergänge zwischen lokalen Sekaiisfunkticnen und der Sinusfunktion, die Knickstellen im Kurvenverlauf darstellen, sowie Berechnung der Fasenlängen zur Unterscheidung von Haupt- und Nebenfase.

Zur Bestimmung der Knickstellen wird für jeden Winkelschritt N die der zweiten Ableitung entsprechende Differenz DSNY im Anstieg von zwei nebeneinander liegenden Kurvenstücken ermittelt:

DSDY(N-K) = (Y(N>-Y(N-K))-(Y(N-K))-Y(N-2K))

Im realisierten Beispiel wurden K = 6 bei einer Winkelauflööung von 0,60 gewählt.

Die Werte DSDY werden mit einem vereinbart·: η Mindestwert DSDYMIN verglichen. Eine Fase kennzeichnende Knickstelle liegt vor, wenn

— SDY >= DSDYMIN für eine bestimmte vereinbarte Mindestanzahl P von aufeinanderfolgenden Winkelschritten gilt, oder

— die Summe der Werte DSDY, für die DSDY >= DSDYMIN gilt, größer als ein vereinbarter Mindestsummenwert SUM ist. Die Werte (N-K) und Y, bei denen der größte Wert DSDY auftritt, werden als Knickstellenwerte NK und YK abgelegt. Zur Erfassung der lokalen Maxima wird diesen Werten der Winkelwert NMAX, bei dem der für N < NK größte Wert Y aufgetreten ist, zugeordnet.

Die Drehung der Halbleiterscheibe 1 wird beendet, wenn vier Knickstellen erkannt wurden. Je nach Ablage der Halbleiterscheibe 1 und der Lage der Nebenfase und Hauptfase ist deshalb im Mittel weniger als eine Umdrehung der Halbleiterscheibe 1 notwendig. Falls nach einer vollständigen Umdrehung der Halbleiterscheibe 1 weniger als vier Knickstellen erkannt wurden, wird die abgespeicherte Funktion Y(N) nochmals nach Knickstellen abgesucht, indem mit kleineren Werten DSDYMIN, P und SUM alle Knickstellen, z. B. auch solche, die durch Unregelmäßigkeiten im Bewegungsablauf hervorgerufen wurden, erfaßt und durch Vergleich der Summenwerte DSDYSUM die vier bzw. zwei markantesten als Fasen kennzeichnende Knickstellen abgespeichert werden.

Die Knickstellen kennzeichnenden Wertepaare werden anschließend Fasen zugeordnet und zur Berechnung der Längen dieser Fasen verwendet. Als Hauptfase wird diejenige mit dem größeren Längenwert erkannt. Aus dem dieser Fase zugeordneten Wert NMAX wird das Stellsignal für die Positionierung der Halbleiterscheibe 1 gewonnen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Ermittlung der Lage von Haupt- und Nebenfase an Halbleiterscheiben, bei dem die Halbleiterscheibe in der Auflageebene drehbar abgelegt wird, anschließend während einer Drehung der Halbleiterscheibe ein Signal, welches eine Folge von Werten der Größe der Ersti eckung des Randes der Halbleiterscheibe radial zum Drehmittelpunkt in Abhängigkeit vom Drehwinkel darstellt, gewonnen, abgespeichert und einer Auswertung unterzogen wird, wobei eine daraus erhaltene Lageinformation der Positionierung der Halbleiterscheibe dient, dadurch gekennzeichnet, daß genau dann, wenn der Scheibenrand einen von zwei vorgegebenen Grenzwerten erreicht, der Drehmittelpunkt um einen definierten Betrag in Richtung des entgegengesetzten Grenzwertes verfahren wird, daß in der eine Sinusfunktion mit zwei überlagerten Sekansfunktionen darstellenden Folge von Werten der Größe der Erstreckung als Knickstellen bezeichnete Übernangsbereiche zwischen Sinus- und Sekansfunktionen ermittelt werden, daß jeweils zwoi Knickstellen kennzeichnende Wertepaare zu Fasen markierenden Paaren zusammengefaßt und durch eine Berechnung der Fasenlängen eine Unterscheidung zwischen Haupt- und Nebenfase vorgenommen und aus dem Drehwinkol, der dem Maximum der der Hauptfase zugeordneten Sekansfunktion entspricht, das Stellsignal für die Positionierung der Halbleiterscheibe 1 gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Knickstellen die Folge der Werte der Größe der Erstreckung über geeignete Mittel zweimal differenziert wird, daß die dabei erhaltene Folge von Werten der zweiten Ableitung auf Vorhandensein von lokalen Maxima, vorzugsweise durch Vergleich der Werte der zweiten Ableitung mit einem geeignet festgelegten Mindestwert und Summation der Anzahl der Werte, die dieso Bedingung erfüllen, sowie derWerte selbst, untersucht wird und daß die die Maximalwerte der ickalen Maxima repräsentierenden Wertepaare der Größe der Erstreckung und des Drehwinkels als Knickstellen kennzeichnende Wertepaare abgespeichert werden, wenn Anzahl und Verteilung der Werte der zweiten Ableitung innerhalb des lokalen Maximums, die größer als der festgelegte Mindostwert sind, festgelegten Kriterien entspricht oder die Summe dieser Werte einen festgelegten Mindestwert erreicht, daß parallel dazu die Maximalwerte der Größe der Erstreckung zwischen den Knickstellen ermittelt werden und den Knickstellen kennzeichnenden Wertepaaren zugeordnet werden.

3. Anordnung zur Ermittlung der Lage von Haupt- und Nebenfase an Halbleiterscheiben mit einem in Scheibenebene liegenden drehbaren Teller, der zumindest mittelbar eine Halbleiterscheibe aufnimmt, mit einem linienförmigen berührungslos wirkenden optoelektronischen Sensorsystem und einer Auswerteelektronik, gekennzeichnet dadurch, daß der Teller (2) auf einem zumindest in einer Richtung verschiebbaren Tisch (6), der mit der Auswerteelektronik in unmittelbarer Wirkungsverbindung steht, befestigt ist, daß das Sensorsystem (7) aus einer mit oinet Spaltblende abgedeckten Fotodiode besteht, deren Spalt radial zum Drehmittelpunkt in Verschieberichtung verläuft, daß das optoelektronische Sensorsystem (7) eine lineare Weg-Intonsitäts-Kennlinie aufweist.