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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Waferinspektion mit einer Einrichtung zum Transportieren von Wafern. Die Einrichtung umfasst eine Übergabestation und mindestens eine Inspektionsstation. Durch die Anordnung sind die Wafer von der Übergabestation zu der mindestens einen Inspektionsstation transportierbar. Die Einrichtung zum Transportieren der Wafer umfaßt auch einen um eine Drehachse drehbaren Zubringer mit wenigstens einer Waferablage, deren Position mit der Drehung des Zubringers zwischen der Übergabestation und der Inspektionsstation verschwenkbar ist und eine Antriebseinrichtung, die mit dem Zubringer gekoppelt ist und mit deren Ansteuerung die Drehung des Zubringers um einen vorgegebenen Soll-Drehwinkel veranlaßt wird.
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Derartige Anordnungen werden beispielsweise bei der Halbleiterherstellung zur optischen Kontrolle der Waferoberfläche auf Fertigungsfehler eingesetzt.
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Das
U.S. Patent US 4,647,764 A offenbart eine Anordnung zur Waferinspektion mit einer Einrichtung zum Transportieren von Wafern. Die Wafer werden von Kassetten entnommen und zu einer Station für die optische Inspektion transportiert. Die Wafer werden mittels eines Schwenkarms transportiert.
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Eine Inspektionsanordnung der eingangs genannten Art ist aus dem
U.S. Patent US 5,807,062 A bekannt. Bei dieser Anordnung wird ein Wafer nach seiner Entnahme aus einem Magazin mittels eines Roboterarms in einer Übergabestation auf einem Zubringer abgelegt. Nach einem Ausrichten des Wafers in eine definiert vorgegebene Waferablageposition wird der Zubringer, auch als Wafer- oder Substrathalter bezeichnet, um einen fest vorgegebenen Drehwinkel von 120° gedreht, woraufhin sich der Wafer in einer Mikro-Inspektionsstation befindet. Dort wird der Wafer auf einem Probentisch abgelegt und mittels eines Mikroskops visuell untersucht.
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Nach einer Übernahme des Wafers vom Probentisch auf den Zubringer wird der Wafer durch Weiterschaltung des Zubringers um einen Drehwinkel von 120° zu einer weiteren Inspektionsstation transportiert, in der eine visuelle Gesamtfeldbetrachtung bzw. Makro-Inspektion bei direkter Sicht eines Kontrolleurs auf die Waferoberfläche vorgenommen wird. In einem nächsten Schritt wird dann das Substrat von der Makro-Inspektionsstation durch Weiterschaltung um einen Drehwinkel von wiederum 120° zurück zu der Übergabestation geschwenkt und dort zur Weiterverarbeitung von dem Zubringer entnommen.
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Zur zielgenauen Positionierung des Wafers bei der Übergabestation und den beiden Inspektionsstationen ist am Zubringer eine Signalscheibe vorgesehen, die den entsprechenden Positionen zugeordnete Fenster aufweist. Diese Fenster werden mittels eines Sensors abgetastet, um die Drehlage des Zubringers in Bezug auf das Erreichen einer der Stationen bewerten zu können. Hierdurch ist jedoch lediglich eine grobe Positionserkennung in Bezug auf die Drehachse möglich. Deshalb ist bei der Anordnung nach
US 5,807,062 A eine zusätzliche Positioniereinrichtung vorgesehen, mit der eine Feinpositionierung vorgenommen wird, wenn der Zubringer eine der Stationen erreicht. Die zusätzliche Positioniereinrichtung umfaßt zwei Zahnstangen, welche zeitweilig mit einem an dem Zubringer vorgesehenen Zahnrad in Eingriff gebracht werden können, sowie eine separate Antriebseinrichtung für die Zahnstangen. Diese Anordnung ist verhältnismäßig aufwendig.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Waferinspektion der vorbeschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß die Positionierung der Wafer an einzelnen Inspektionsstationen mit mindestens ebenso hoher Genauigkeit, jedoch mit geringerem Aufwand erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung der eingangs genannten Art gelöst, die ausgestattet ist mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung des aktuellen Ist-Drehwinkels des Zubringers in Bezug auf seine Drehachse und mit einer Steuereinrichtung zum Generieren eines Korrektur-Stellsignales aus der Abweichung zwischen dem von der Meßeinrichtung erfaßten Ist-Drehwinkel und dem vorgegebenen Soll-Drehwinkel, wobei die Ausgabe des Korrektur-Stellsignales an die Antriebseinrichtung vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine hochgenaue Übertragung von waferbezogenen Lagekoordinaten von einer Übergabestation zu einer oder mehreren Inspektionsstationen und von diesen wieder zurück zur Übergabestation. Durch die stets aktuelle Erfassung der Winkelstellung des Zubringers werden Systemfehler, die sich beispielsweise durch mechanische Abnutzung, Längenänderungen bei Temperaturschwankungen und ähnliche Einflüssen einstellen, vermieden. Zudem ermöglicht die stetige Erfassung des aktuellen Drehwinkels und damit der aktuellen Zubringerposition in Zusammenwirkung mit einem in variabler Größe vorgebbaren Soll-Drehwinkel die hochgenaue Einstellung beliebiger Fortschaltwinkel, nicht nur von Station zu Station, sondern auch mit Haltepositionen für den Wafer zwischen der Übergabestation und einer Inspektionsstation oder auch zwischen zwei Inspektionsstationen.
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Dies ermöglicht auch einen Ausgleich von Lageabweichungen eines Wafers von seiner Soll-Lage auf der Waferablage. Beispielsweise kann ein Wafer auf einem verfahrbaren Tisch oder einem Drehteller mit ungenauer Ausrichtung abgelegt werden. Ist eine Einrichtung vorhanden, die diese Ungenauigkeit erfaßt, so kann anhand eines daraus ermittelten Stellbefehls, der eine Drehwinkelkorrektur bewirkt, die Lageabweichung bereits im nächsten Fortschaltschritt kompensiert werden, ohne daß hierzu zusätzliche Messungen erforderlich wären.
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Überdies können durch die Realisierung der freien Wählbarkeit des Fortschaltwinkels von Station zu Station optional zusätzliche Funktionen in der Inspektionsanordnung vorgesehen werden, beispielweise durch die zeitweilige Einfügung einer zusätzlichen Inspektions- oder Übergabestation in den Standardbetrieb der Anordnung.
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Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich daher durch eine sehr hohe Flexibilität der Positionierung gepaart mit einer hohen Genauigkeit aus.
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Die Antriebseinrichtung kann beispielsweise durch einen elektrischen oder pneumatischen Antrieb realisiert werden. Vorzugsweise umfaßt die Antriebseinrichtung jedoch einen Schrittmotor, mit dem sich besonders hohe Positioniergenauigkeiten erreichen lassen.
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Die Übertragung des Drehmomentes von der Antriebseinrichtung auf den Zubringer kann prinzipiell koaxial zur Drehachse des Zubringers erfolgen, so daß eine direkte Kopplung denkbar ist. Bevorzugt ist die Antriebswelle des Antriebsmotors jedoch außermittig zur Drehachse des Zubringers angeordnet. Dadurch kann die Bauhöhe der Anordnung klein gehalten werden. Dies ist im Hinblick auf die räumlichen Gegebenheiten einer Anordnung zur Waferinspektion von Vorteil, weil dadurch eine ergonomische Betrachtungsposition für die Makro-Inspektion gut gewährleistet werden kann, bei der ein Wafer durch unmittelbare visuelle Betrachtung von einer Kontrollperson begutachtet wird.
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Zur Kopplung der außenaxialen Antriebseinrichtung mit dem Zubringer ist vorzugsweise ein Zahnriemen vorgesehen, mit dem eine weitestgehend schlupffreie Übertragung der Drehbewegung auf den Zubringer erzielt wird. Anstelle des Zahnriemens ist jedoch auch ein spielfreies Zahnradgetriebe einsetzbar.
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Zur weiteren Verbesserung der Positioniergenauigkeit weist die Meßeinrichtung einen hochauflösenden Encoder auf, der vorzugsweise unmittelbar an dem Zubringer vorgesehen wird. Damit läßt sich der Zubringer in jeder gewünschten Position ohne Verwendung irgendwelcher mechanischer Anschläge sehr genau positionieren. Bei einem Abstand von 205 mm von der Drehachse Z wird eine Waferablagegenauigkeit von etwa 3 μm erzielt. Dies entspricht einer Winkelgenauigkeit von theoretisch 0,0083°.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Zubringer Haltearme auf, die an ihrem Ende jeweils eine Ablage für einen Wafer besitzen. Dadurch läßt sich die Drehmasse des Zubringers auch bei größeren Abständen der Waferablage von der Drehachse gering halten.
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Vorzugsweise ist die Anzahl der Haltearme mit der Anzahl der Stationen identisch, so daß sich mehrere Wafer gleichzeitig transportieren lassen.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Haltearme um die Drehachse gleichbeabstandet, d. h. radialsymmetrisch angeordnet sind. Der Zubringer läßt sich so gut ausbalancieren. Durch eine entsprechend radialsymmetrische Anordnung der Stationen wird überdies eine besonders effiziente Handhabung der Wafer ermöglicht, da sich so ein taktweiser Betrieb realisieren läßt, bei dem mehrere Wafer gleichzeitig transportiert werden können.
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Bevorzugt weisen die Haltearme an der Waferablageposition jeweils einen dreiviertelkreisförmigen oder C-förmigen Bügel auf, dessen offene Seite beispielsweise in Umlaufrichtung weist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur individuellen, manuellen Vorgabe eines Soll-Drehwinkels vorgesehen. Hierdurch läßt sich die Bewegung des Zubringers für einzelne Wafer gesondert steuern. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn waferbezogene Nachpositionierungen an den einzelnen Stationen bzw. dort angeordneten Meßeinrichtungen vorgenommen werden müssen.
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Die Veränderbarkeit des Soll-Drehwinkels kann weiterhin auch zu einer automatischen Lagekorrektur des Wafers ausgenutzt werden. Hierzu umfaßt die Steuereinrichtung Mittel zur Berechnung des Soll-Drehwinkels in Abhängigkeit von einer automatisch erfaßten Lage eines Wafers auf der Ablage. So können, wie oben bereits dargelegt, unter Umständen auch Lageabweichungen eines Wafers ausgeglichen werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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1 die schematische Darstellung einer Anordnung zur Waferinspektion mit einem Zubringer zum Transport der Wafer zwischen einzelnen Stationen der Anordnung, und in
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2 eine räumlichen Ansicht der Anordnung zur Waferinspektion nach dem Ausführungsbeispiel.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Inspektionsanordnung 1, mit der Wafer S unterschiedlicher Durchmesser untersucht werden können. Insbesondere lassen sich mit der Inspektionsanordnung 1 die bei der Halbleiterproduktion als fehlerhaft ausgesonderten Wafer näher untersuchen, um Fehlerursachen herauszufinden. Die Inspektionsanordnung 1 ist jedoch nicht allein auf diesen Zweck beschränkt, sondern vielmehr allgemein zur Begutachtung von Wafern S einsetzbar.
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Innerhalb eines Gehäuses 2 befinden sich hierzu mehrere Stationen, bei denen unterschiedliche Aufgaben ausgeführt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei solcher Stationen vorgesehen, die voneinander beabstandet um ein gemeinsames Zentrum angeordnet sind. Der Transport der Wafer S zwischen den Stationen erfolgt mittels einer Transfereinrichtung 3, die einen um eine Drehachse Z drehbaren Zubringer 4 aufweist.
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Eine erste Station dient als Übergabestation 5, in der mittels einer zeichnerisch nicht näher dargestellten Übergabeeinrichtung 6 einzelne Wafer S auf eine Waferablage 14 abgelegt oder von dieser entnommen werden können, die sich am radial nach außen gerichteten Ende eines von der Drehachse Z abstehenden Haltearms 13 befindet. Zu diesem Zweck können in der Übergabeeinrichtung 6 eines oder auch mehrere mit Wafern zu bestückende Magazine vorhanden sein. Dabei können die zu untersuchenden Wafer in einem ersten Magazin und die bereits untersuchten Wafer in einem weiteren Magazin gesammelt werden. Weiterhin ist es denkbar, die untersuchten Wafer S nach vorgegebenen Gütekriterien in unterschiedlichen Magazinen abzulegen.
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Eine zweite Station sei als Makro-Inspektionsstation 7 vorgesehen. Befindet sich ein Wafer S in dieser Makro-Inspektionsstation 7, so kann eine neben der Inspektionsanordnung 1 stehende oder sitzende Kontrollperson P den zu untersuchenden Wafer S unmittelbar visuell begutachten. Bei dieser Makroinspektion lassen sich insbesondere größere Fehler wie Kratzer oder auch an dem Wafer S abgelagerte Verunreinigungen schon dann erkennen, bevor eine mikroskopische Inspektion durchgeführt wird. Von letzerer kann dann gegebenenfalls abgesehen werden.
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In der Makro-Inspektionsstation 7 kann optional ein sogenannter Wobbler angeordnet werden. Dieser umfaßt unter anderem einen Drehteller mit einer Halterung für den Wafer S. Dieser hier nicht näher dargestellte Drehteller ist um eine Achse drehbar. Weiterhin kann der Teller zu der Drehachse geneigt werden, so daß bei einer Rotation des Tellers ein aufgelegter Wafer S eine Taumelbewegung vollführt. Durch eine geeignete Beleuchtung des auf dem Teller befindlichen Wafers S kann die Kontrollperson grobe Oberflächenfehler an dem Wafer S gut erkennen.
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Überdies ist es möglich, in der Makro-Inspektionsstation 7 einen Greifer vorzusehen, mit dem der Wafer S an seinem Rand erfaßt und zur Betrachtung der Rückseite gewendet werden kann, ohne daß die strukturierte Oberfläche des Wafers S berührt wird. Weiterhin ist es möglich, in einer der beiden genannten Stationen 5 oder 7 eine Identifikation des Wafers S vorzunehmen, indem eine an diesem befindliche Identifikationsmarkierung auslesen wird.
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Zudem läßt sich eine Lageabweichung des Wafers S messen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Identifikation des Wafers wie auch die Messung der Lageabweichung mittels einer entsprechend ausgebildeten und neben der Makro-Inspektionsstation 7 angeordneten Einrichtung 8.
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Die bereits erwähnte mikroskopische Begutachtung erfolgt in einer dritten Station, der Mikro-Inspektionsstation 9. Dazu ist innerhalb des Gehäuses 2 ein Mikroskop 10 angeordnet, dessen Mikroskopeinblick 11 der Kontrollperson P zugänglich ist. Das Mikroskop 10 umfaßt weiterhin einen Tisch 12, der in einer X-Y-Ebene senkrecht zu der Drehachse Z linear verfahrbar ist. Auf diesem Tisch 12 wird der zu untersuchende Wafer S abgelegt. Durch Verfahren des Tisches 12 können dann ausgewählte Abschnitte des Wafers S mittels des Mikroskops 10 genauer betrachtet werden.
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Es ist unmittelbar ersichtlich, daß für eine hochgenaue Übertragung von Lageinformationen zwischen den einzelnen Stationen hohe Anforderungen an die Positioniergenauigkeit der Transfereinrichtung 3 zu stellen sind, was nachfolgend nun näher erläutert wird. Durch eine hochgenaue Übertragung von Lageinformationen lassen sich insbesondere Koordinaten von Station zu Station übertragen, ohne daß die tatsächliche Lage des Wafers S in jeder einzelnen Station erneut ermittelt werden muß. Die dadurch entfallenden Korrekturmaßnahmen zur Nachpositionierung des Wafers bei einzelnen Stationen führen zu Zeitersparnis und damit zu einer Erhöhung der Produktivität bei der Waferproduktion.
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Die Transfereinrichtung 3 umfaßt den bereits erwähnten Zubringer 4, der drei Waferablagen 14 für jeweils einen Wafer S aufweist. Die einzelnen Waferablagen 14 befinden sich an den radial nach außen gerichteten Enden der Haltearme 13. Die drei Haltearme 13 sind um die Drehachse Z gleichbeabstandet mit je 120° zueinander fest angeordnet.
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Die Waferablagen 14 sind beispielhaft als C-förmige Bügel ausgebildet (vgl. 2), auf denen die Wafer S abgelegt werden können. Die Anordnung der einzelnen Haltearme 13 korrespondiert mit der Anordnung der Stationen 5, 7 und 9. Dadurch erreichen die Waferablagen 14 gleichzeitig eine der drei Stationen 5, 7 und 9, wodurch ein taktweiser Betrieb der Transfereinrichtung 3 möglich ist.
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Aus 2 ist ersichtlich, daß der Zubringer 4 weiterhin eine Welle 16 umfaßt, die fest mit einer Nabe 15, an der die Haltearme 13 befestigt sind, verbunden ist. Um die Welle 16 ist eine Meßeinrichtung 17 zur Erfassung der Winkelstellung des Zubringers 4 in Bezug auf die Drehachse Z in Form eines hochauflösenden Encoders vorgesehen. Damit läßt sich die tatsächliche aktuelle Winkelstellung des Zubringers 4 unmittelbar abgreifen.
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Weiterhin umfaßt die Transfereinrichtung 3 eine Antriebseinrichtung 18, um den Zubringer 4 um seine Drehachse Z zu drehen und dadurch eine Winkelfortschaltung zwischen den Stationen oder auch beliebigen Zwischenpositionen zu ermöglichen. Die Antriebseinrichtung 18 umfaßt einen Schrittmotor 19, der außerhalb der Drehachse Z angeordnet ist, um die Bauhöhe der Transfereinrichtung 3 möglichst gering zu halten. Die Übertragung der Drehbewegung des Schrittmotors 19 auf den Zubringer 4 erfolgt schlupffrei mittels eines Zahnriemens (nicht dargestellt).
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Die Antriebseinrichtung 18 wird über eine Steuereinrichtung 20 (siehe 1) betätigt, die mit der Meßeinrichtung 17 verknüpft ist. In der Steuereinrichtung 20 wird die mit der Meßeinrichtung 17 gemessene Winkelstellung ausgewertet und weiterhin in Abhängigkeit einem vorgegebenen, jedoch veränderbaren Soll-Drehwinkel eine Stellgröße für die Antriebseinrichtung 18 generiert. Bei der Vorgabe des Soll-Drehwinkels können während des Betriebs gemessene Lageabweichungen des Zubringers 4 berücksichtigt und kompensiert werden. Überdies ist es möglich, durch eine Lageerfassung des Wafers S eine Lageabweichung desselben festzustellen und durch die veränderte Vorgabe des Soll-Drehwinkels zu korrigieren.
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Weiterhin in es auch möglich, den Soll-Drehwinkel als Führungsgröße vorzugeben, auf die der Zubringer 4 oder aber auch ein an diesem befindlicher Wafer S eingeregelt wird. Dabei können beliebige Winkelstellungen auch zwischen den Stationen gezielt angefahren werden.
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Außerdem sind Eingabemittel 21 zur manuellen Vorgabe der Soll-Drehwinkel vorgesehen, die mit der Steuereinrichtung 20 verknüpft sind (1). Hierüber läßt sich die Rotationsbewegung der Transfereinrichtung 3 beliebig manipulieren. Dies ist beispielsweise dann nützlich, wenn Einrichtungen in den einzelnen Stationen 5, 7 bzw. 9 eingestellt oder justiert werden sollen.
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Im folgenden wird der Durchlauf eines Wafers S durch die vorstehend beschriebene Inspektionsanordnung 1 erläutert.
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Dazu wird zunächst ein Wafer S mittels der Übergabeeinrichtung 6 aus einem Magazin entnommen und auf der Waferablage 14 eines Haltearms 13 des Zubringers 4 abgelegt. Durch eine Drehung des Zubringers 4 um 120° um die Drehachse Z gelangt dieser Wafer S zur Makro-Inspektionsstation 7. Dort wird der Wafer S zeitweilig auf einem Drehteller abgelegt. Durch eine Rotation des Drehtellers kann in Zusammenwirkung mit der Einrichtung 8 eine an dem Wafer S befindliche Identifikationsmarkierung aufgefunden und ausgelesen werden. Überdies kann durch die Erzeugung einer Taumelbewegung die strukturierte Oberfläche S des Wafers visuell begutachtet werden. Optional kann der Wafer S gewendet werden, um dessen Rückseite zu betrachten.
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Nach Beendigung dieser Operationen wird der Wafer S an den Zubringer 4 zurück übergeben, woraufhin dieser der Wafer S in die Mikro-Inspektionsstation 9 transportiert. Dort wird der Wafer S zeitweilig auf dem Tisch 12 des Mikroskops 10 abgelegt, so daß einzelne Abschnitte des Wafers S mikroskopisch untersucht werden können. Nach dieser Untersuchung erfolgt der Weitertransport zurück zur Übergabeposition 5. Dort wird der Wafer S mit der Übergabeeinrichtung 6 entnommen und in einem Magazin abgelegt.
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Wird während der Makro-Inspektion festgestellt, daß eine Mikroinspektion des Wafers S nicht mehr erforderlich ist, wird die Mikro-Inspektionsstation 9 durch unmittelbaren Weitertransport des Wafers S übergangen. Alternativ hierzu kann der Wafer S auch auf kürzerem Wege direkt zur Übergabestation 6 zurück transportiert werden, wozu der Zubringer 4 in die Gegenrichtung gedreht wird.
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Aufgrund der freien Wählbarkeit des Drehwinkels der Transfereinrichtung 3 kann der Wafer S auch in jeder beliebigen Zwischenposition zwischen den einzelnen Stationen 5, 7 und 9 angehalten werden. So ist es beispielsweise möglich, temporär eine oder auch mehrere zusätzliche Stationen vorzusehen, in denen regelmäßige oder optionale Zusatzkontrollen durchgeführt werden.
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Die vorstehend erläuterte Inspektionsanordnung zeichnet sich durch die sehr hohe Flexibilität ihrer Transfereinrichtung 3 aus, da frei wählbare Drehwinkel verbunden mit einer hochgenauen Übertragung der Lagekoordinaten eines Wafers S zwischen den Anhaltepositionen möglich sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Inspektionsanordnung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Transfereinrichtung
- 4
- Zubringer
- 5
- Übergabestation
- 6
- Übergabeeinrichtung
- 7
- Makro-Inspektionsstation
- 8
- Einrichtung zur Identifikation von Substraten und zur Messung der Lageabweichung
- 9
- Mikro-Inspektionsstation
- 10
- Mikroskop
- 11
- Mikroskopeinblick
- 12
- Tisch
- 13
- Haltearm
- 14
- Waferablage
- 15
- Nabe
- 16
- Welle
- 17
- Meßeinrichtung
- 18
- Antriebseinrichtung
- 19
- Schrittmotor
- 20
- Steuereinrichtung
- 21
- Eingabemittel
- S
- Substrat
- Z
- Drehachse
- P
- Kontrollperson
