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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung geometrischer
Parameter eines Wafers. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des
Verfahrens in einer Vorrichtung zur optischen Inspektion eines Wafers.
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Die
Deutsche Patentanmeldung
DE 10 2005 014 595 A1 offenbart ein Verfahren
zur visuellen Inspektion einer Randentlackungskante eines scheibenförmigen
Objekts. Hierbei wird zunächst ein Bild des Randbereichs
des scheibenförmigen Objekts aufgenommen. In der Darstellung
des aufgenommenen Randbereichs kann der Benutzer mit einem Markierungselement
eine entsprechende Position auswählen. Das auf dem Tisch
abgelegte scheibenförmige Objekt wird mit dem Tisch entsprechend
verfahren, so dass sich die vom Benutzer gewählte Position im
Strahlengang des Mikroskops befindet und somit vergrößert
in einem Fenster auf dem Display dargestellt werden kann. Somit
kann der Benutzer in der vergrößerten Ansicht
die Randentlackungskante auf dem Randbereich des scheibenförmigen
Objekts besser auswählen bzw. bestimmen.
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Die
Deutsche Offenlegungsschrift
DE 196 01 708 A1 offenbart ein Verfahren
und System zur Bestimmung einer Lage auf einer Oberfläche
eines Gegenstandes. Der Gegenstand kann z. B. ein Halbleiterwafer
sein, welcher eine regelmäßige Anordnung von im
Allgemeinen senkrechten Rasterlinien auf seiner (Ober-)Fläche
und eine Vielzahl von Richtungsmerkmalen aufweist. Das Verfahren
bestimmt die Richtung der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines
Bezugskoordinatensystems. Ebenso kann ein Rasterübergang
ermittelt werden, der mit einer Richtungsänderung der Vielzahl
von Richtungsmerkmalen verbunden ist. Dabei wird die Lage des Richtungsübergangs
in den Bezugskoordinatensystem vorgesehen. Ebenso ist es mit der
Vorrichtung möglich, anhand der Richtungsmerkmale des Abstands eines
Merkmales von einem geometrischen Mittelpunkt der Oberfläche
den Mittelpunkt zu bestimmen.
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Die
deutsche Patentschrift
DE
10 2004 032 933 B3 offenbart ein Verfahren zur Mittelpunktsbestimmung
von drehsymmetrischen Justiermarken. Zur Bestimmung des Mittelpunkts
wird eine Bilderkennungssoftware bereitgestellt. Die Justiermarke wird
dabei durch Drehen der Justiermarke um einen Symmetriewinkel bzgl.
dem die Justiermarke drehsymmetrisch ist, in unterschiedlichen Ausrichtungen durch
die Bilderkennungssoftware erkannt und jeweils ein Referenzpunkt
bestimmt. Der Drehpunkt der bestimmten Referenzpunkte entspricht
dem Mittelpunkt der Justiermarke. Weiterhin wird ein Verfahren zur
Ausrichtung zweier flächiger Substrate, die jeweils eine
drehsymmetrische Justiermarke aufweisen und im Wesentlichen parallel
zueinander angeordnet sind, bereitgestellt. Hierfür werden
die Mittelpunkte der Justiermarken der beiden Substrate mit dem
Verfahren zur Mittelpunktsbestimmung bestimmt und die beiden Substrate
so durch paralleles Verschieben zumindest eines der beiden Substrate ausgerichtet,
dass die Positionen der Mittelpunkte der Justiermarken übereinstimmen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen,
mit dem eindeutig und unabhängig von der Ausgestaltung
des Waferrandes, der Mittelpunkt des Wafers bestimmt werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die Merkmale
des Anspruchs 1 umfasst.
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Ferner
ist es Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung bei einer Vorrichtung
zur optischen Inspektion von Wafern ein Verfahren zu verwenden,
mit dem zuverlässig und unabhängig von der Form
des Waferrandes der Mittelpunkt des Wafers bestimmt werden kann.
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Die
vorstehend erwähnte Aufgabe wird durch die Merkmale des
Anspruchs 19 gelöst.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass hiermit der Mittelpunkt eines Wafers,
unabhängig von der Form des Waferrandes bestimmt werden
kann. Dazu wird zunächst der Wafer in einen Waferhalter
eingelegt. Dabei wird der Rand des Wafers an mindestens drei mechanische
Knotaktelemente gedrückt, wobei die mindestens drei Kontaktelemente
derart verteilt sind, dass ein Mittelpunkt des Wafers innerhalb
einer von den Kontaktelementen aufgespannten geometrischen Form
liegt. Anschließend wird jede Position eines jeden Kontaktelements
ermittelt und aus der Position der Kontaktelemente werden dann die
geometrischen Parameter des Wafers berechnet.
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Die
geometrischen Parameter eines Wafers können z. B. sein
der Mittelpunkt oder der Radius, oder der Durchmesser oder die Rundheit
des Wafers.
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Jedes
der Kontaktelemente ist als Pin ausgebildet, wobei der Pin mit einer
Markierung oder einem Bohrloch versehen ist. Die Position eines
jeweiligen Kontaktelements wird über die Markierung, bzw.
das Bohrloch aus einem Hellfeld- oder Dunkelfeldbild ermittelt.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn mindestens eines der Kontaktelemente
mit einem Wegaufnehmer versehen ist, so dass dadurch die Position des
jeweiligen Kontaktelements ermittelt werden kann.
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Zusätzlich
zu den mindestens drei Kontaktelementen kann mindestens ein mechanischer
Taster vorgesehen sein, mit dem die Rundheit des Wafers ermittelt
werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird der Rand des Wafers
durch vier Kontaktelemente mechanisch berührt. Dabei ist
mindestens eines der vier Kontaktelemente beweglich ausgebildet,
so dass damit der Rand des Wafers in Kontakt mit den anderen Kontaktelementen
gedrückt wird.
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Die
vier Kontaktelemente sind derart am Rand des Wafers verteilt, dass
in einem durch die Kontaktelemente aufgespanntem Viereck der Mittelpunkt
des Wafers zu liegen kommt. Der Mittelpunkt des Wafers ermittelt
sich aus dem Schnittpunkt der Mittelsenkrechten der Seiten des durch
die Kontaktelemente aufgespannten Viereckes.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
wird der Rand des Wafers durch drei Kontaktelemente mechanisch berührt.
Dabei ist mindestens eines der drei Kontaktelemente beweglich ausgebildet,
so dass damit der Rand des Wafers in Kontakt mit den anderen Kontaktelementen
gedrückt wird. Die drei Kontaktelemente sind derart am Umfang
des Wafers verteilt, dass sie ein Dreieck aufspannen und der Mittelpunkt
des Wafers in dem aufgespannten Dreieck zu liegen kommt. Der Mittelpunkt
des Wafers wird aus dem Schnittpunkt der Mittelsenkrechten des durch
die drei Positionen der Kontaktelemente aufgespannten Dreiecks ermittelt.
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Die
Kontaktelemente bilden für den Waferrand einen mechanischen
Anschlag, so dass folglich die auf den Kontaktelementen vorgesehenen
Markierungen einen definierten Abstand zum Rand des Wafers besitzen.
Folglich besitzen die Markierungen der Kontaktelemente auch einen
definierten Abstand zum Mittelpunkt des Wafers. Durch den definierten Abstand
zum Rand des Wafers wird ein Abstandsvektor festgelegt, der als
gerätespezifischer Parameter eingelernt werden kann.
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Durch
das Verfahren kann der Mittelpunkt, der Radius oder der Umfang eines
unstrukturierten Wafers bestimmt werden. Ebenfalls kann durch das Verfahren
der Mittelpunkt, der Radius oder der Umfang der Vorderseite eines
unstrukturierten Wafes bestimmt werden. Ebenfalls kann durch das
Verfahren der Mittelpunkt, der Radius oder der Umfang der unstrukturierten
Rückseite eines strukturierten oder unstrukturierten Wafers
bestimmt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn das erfindungsgemäße Verfahren
in einer Vorrichtung zur optischen Inspektion eines Wafers verwendet
wird. Dabei kann die Vorrichtung aus mehreren Modulen aufgebaut
sein, von denen mindestens ein Modul die optische Inspektion der
Rückseite eines Wafers umfasst.
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Nachfolgend
wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme
der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Aus den beigefügten Zeichnungen
werden sich weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der gegenwärtigen
Erfindung ergeben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Systems zur optischen Inspektion
von Wafern,
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2 eine vergrößerte Darstellung
des Randes des Wafers;
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3 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform zur Bestimmung
des Mittelpunkts oder anderer geometrischer Parameter eines Wafers;
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4 eine
schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
zur Bestimmung des Mittelpunkts oder anderer geometrischer Parameter
eines Wafers;
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5 eine
schematische Darstellung des Scanvorgangs der Oberfläche
des Waferhalters und somit auch des Wafers;
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6 eine
Draufsicht auf ein Kontaktelement mit einer Markierung und deren
räumlichen Anordnung in Bezug auf den Rand des Wafers;
und
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7 eine
Draufsicht auf ein Kontaktelement mit einem Bohrloch und deren räumlichen
Anordnung in Bezug auf den Rand des Wafers.
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In
den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder
im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Funktionsgruppen.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Systems 1 zur optischen
Inspektion von Wafern. Das System 1 ist in Modulbauweise
aufgebaut. Um eine Zentraleinheit 2 sind mehrere Module 4, 6, 8 und 10 angeordnet,
die unterschiedliche optische und/oder nicht optische Untersuchungen
am Wafer durchführen. Die Zentraleinheit kann selbst Untersuchungen
am Wafer durchführen. Im Wesentlichen ist die Zentraleinheit 2 dafür
verantwortlich, dass die einzelnen Wafer zu den unterschiedlichen
Modulen 2, 6, 8 und 10 transportiert
werden. Mit der Zentraleinheit 2 sind ebenfalls zwei Load-Ports 12 verbunden. Über die
Load-Ports 12 können dem System 1 die
zu untersuchenden Wafer zugeführt werden. Die mit der Zentraleinheit
(2) verbundenen Module (4, 6, 8 und 10)
können für unterschiedliche optische und/oder nicht
optische Untersuchungen am Wafer vorgesehen sein. So kann z. B das
Modul 4 für eine Makroinspektion des Wafers vorgesehen
sein. Das Modul 10 kann dann für eine Mikroinspektion
genutzt werden. Dabei können z. B. Positionen auf dem Wafer,
die in dem Modul 4 für die Makroinspektion gefunden
werden, genauer untersucht und inspiziert werden. Die Zentraleinheit
(2) ist ebenfalls dafür verantwortlich, dass die
Wafer zwischen den beliebigen Modulen 4, 6, 8 und 10 hin-
und hertransportiert werden. In den mit der Zentraleinheit 2 verbundenen
Modulen 6 und/oder 8 kann z. B. eine Randinspektion
und/oder eine Inspektion der Rückseite des Wafers durchgeführt
werden. Die Integration des Verfahrens zur Bestimmung des Mittelpunkts,
bzw. geometrischer Parameter eines Wafers kann in jeder der in 1 vorhandenen
Module 4, 6, 8 und 10 integriert
sein.
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2a zeigt
eine schematische Darstellung des Randes 14 eines Wafers 16.
Der Rand 14 des Wafers 16 ist abgerundet. Eine
eckige bzw. scharfkantige Ausbildung des Randes eines Wafers ist nicht
realisierbar. Zur Bestimmung des Mittelpunkts eines Wafers 16 ist
es folglich erforderlich, dass die Lage des Randes 14 des
Wafers 16 genau und definitiv bestimmt werden kann. Aus
der Lage, bzw. Position des Randes 14 des Wafers kann man
dann den Mittelpunkt, bzw. andere geometrische Parameter des Wafers 16 ermitteln.
Wählt man, wie in 2 dargestellt,
eine rein optische Detektion der Position des Randes des Wafers
im Hell- oder Dunkelfeld, so erhält man eine nicht genaue
Position des Waferrandes. Wird der Rand 14 des Wafers 16 mit
einer Lampe 18 beleuchtet, wird das auf den Waferrand auftreffende
Licht in unterschiedliche Richtungen reflektiert. Die unterschiedliche
Reflexion in unterschiedliche Richtungen ist durch die Krümmung
des Waferrandes 14 bedingt. Somit erhält man bei
der Aufnahme des Waferrandes 14 mit einer Kamera 20 einen
hellen Bereich, bei dem gerade die optimale Reflexionsbedingung
erfüllt ist. Dieser helle Bereich muss aber nicht mit dem äußeren
Rand 14 des Wafers 16 übereinstimmen.
Somit existiert eine Abweichung vom aktuellem Waferrand und dem
mit der Kamera 20 detektierten Waferrand. Folglich kann
man aus einer reinen optischen Detektion des Randes 14 des
Wafer 16 die definierte Lage, bzw. Position des Randes 14 des
Wafers 16 nicht eindeutig ermitteln.
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2b zeigt
ein Kontaktelement 22, mit dem der Wafer 16 mechanisch
gehaltert und berührt wird. Das Kontaktelement 22 besteht
aus einem Auflageteil 24 und einem Anschlag 26.
Der Wafer 16 ist mit seinem Rand 40 in mechanischem
Kontakt mit dem Anschlag 26 des Kontaktelements 22.
Für die Auflage des Wafers 16 sorgt ein am Kontaktelement 22 angebrachtes
Auflageelement 24, dass mit dem flachen Teil 28 des
Wafers 16 in Kontakt tritt.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform zur
Bestimmung des Mittelpunkts oder anderer geometrischer Parameter
eines Wafers 16. Zur Bestimmung des Mittelpunkts oder anderer
geometrischer Parameter eines Wafers 16 ist der Wafer in
einen Waferhalter 30 eingelegt. Der Waferhalter 30 weist
eine kreisförmige Öffnung 32 auf, die
etwas größer ausgebildet ist, als der Wafer 16 selbst.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Waferhalter 30 mit
drei Kontaktelementen 22 versehen. Es ist für
einen Fachmann selbstverständlich, dass die hier dargestellte
Anzahl der Kontaktelemente 22 nicht als Beschränkung
der Erfindung aufgefasst werden soll. Es ist, wie anschließend
in 4 dargestellt, ebenfalls möglich, mehr
als drei Kontaktelemente zu verwenden. Der Wafer wird im System 1 in
die Öffnung 32 des Waferhalters 30 eingelegt
und liegt dabei auf den Auflageelementen 24 des Kontaktelements 22 auf.
Um den Rand 14 des Wafers in mechanischem Kontakt mit den
Kontaktelementen 22, bzw. deren Anschlag 26 zu
bringen, ist mindestens ein Kontaktelement beweglich ausgebildet.
Das Kontaktelement 22 kann dabei entlang einer Bewegungseinrichtung 34 bewegt
werden. Die Bewegungsrichtung ist in 3a durch
den Doppelpfeil 34a dargestellt. Durch das bewegliche Kontaktelement 22 wird der
Rand 14 des Wafers 16 in Kontakt mit den restlichen
Kontaktelementen 22 gebracht. Somit ergibt sich aus der
Lage der Kontaktelemente 22 ein definierter Abstand der
Kontaktelemente 22 zum Rand 14 des Wafers 16 und
somit folglich auch ein definierter Abstand der Kontaktelemente
zum Mittelpunkt 40 des Wafers 16. Die in 3 dargestellten
Kontaktelemente 22, welche mit dem Rand 14 des
Wafers 16 in Kontakt sind, spannen ein Dreieck 35 auf.
Sind mehr als drei Kontaktelemente 22 zur Bestimmung des
Mittelpunkts 40 des Wafers 16 vorgesehen, so spannen
diese Kontaktelemente 22 in entsprechender Weise ein Vieleck
auf. Die Kontaktelemente 22 sind dabei derart am Rand 14 des
Wafers 16 verteilt angeordnet, dass das durch die Kontaktelemente 22 aufgespannte
Vieleck derart ausgestaltet ist, dass der Mittelpunkt 40 des
Wafers 16 innerhalb dieses aufgespannten Vielecks zu liegen
kommt. In der in 3 dargestellten Ausführungsform
liegt somit der Mittelpunkt 40 innerhalb des durch die
Kontaktelemente 22 aufgespannten Dreiecks 35.
Der Mittelpunkt 40 des Wafers 16 ergibt sich aus
dem Schnittpunkt der Mittelsenkrechten 36 auf die einzelnen
Seiten 37 des aufgespannten Dreiecks 35.
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4 zeigt
eine weitere schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
zur Bestimmung des Mittelpunkts oder anderer geometrischer Parameter
eines Wafers 16. Im Gegensatz zur Darstellung der 3 sind
bei der Darstellung in 4 vier Kontaktelemente 22 vorgesehen,
die den Rand 14 des Wafers 16 berühren.
Dabei sind zwei der Kontaktelemente 22 beweglich ausgebildet.
Das jeweilige Kontaktelement 22 wird entlang einer Bewegungseinrichtung 34 in
Richtung des Doppelpfeils 34a auf den Wafer 16 zu
bewegt und drückt damit den Rand 14 des Wafers 16 an
die restlichen unbeweglichen Kontaktelemente 22. Zur mechanischen Kontaktierung
des Randes 14 des Wafers 16 ist es ebenfalls denkbar,
dass alle Kontaktelemente 22 beweglich ausgebildet sind.
Zur genauen Bestimmung der Position der Kontaktelemente 22 können
diese mit einem Wegaufnehmer (nicht dargestellt) versehen sein.
Es ist für einen Fachmann selbstverständlich,
dass nicht alle Kontaktelemente 22 beweglich ausgebildet
sein müssen. Zur Positionsbestimmung, bzw. zur Ermittlung
der Lage eines Kontaktelements 22 kann dieses mit einem
Wegaufnehmer versehen sein. In der in 4 dargestellten
Ausführungsform sind vier Kontaktelemente 22 vorgesehen,
die den Rand 14 des Wafers 16 berühren.
Die Kontaktelemente 22 sind derart um den Rand des Wafer 16 angeordnet,
dass deren Berührungspunkte mit dem Rand 14 des
Wafer 16 ein Viereck 41 aufspannen. Wie bereits
bei dem in 3 dargestellten und aufgespannten
Dreieck 35 ergibt sich der Mittelpunkt 40 des
Wafers 16 aus dem Schnittpunkt der Mittelsenkrechten 42 der
Seiten 43 des aufgespannten Vierecks 41.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Aufnahme eines
Hellfeldbildes oder eines Dunkelfeldbildes zur Ermittlung der Position
der Kontaktelemente 22, bzw. der Markierungen auf den Kontaktelementen 22.
Der Wafer 16 befindet sich im Waferhalter 30 und
wird durch die Kontaktelemente 22 mechanisch kontaktiert. Über
den Waferhalter 30 ist eine optische Abtastvorrichtung 60 angeordnet,
mit der die Oberfläche 31 des Waferhalters 30 und
somit alle auf dem Walferhalter vorhandenen Objekte bildlich aufgenommen
werden können. Die optische Einrichtung 60 wird
entlang einer Mäander 55 über der Oberfläche 31 des
Waferhalters 30 verfahren. Es ist für einen Fachmann
selbstverständlich, dass andere Anordnungen zur Aufnahme
der Oberfläche 31 des Waferhalters 30 vorgesehen
sein können. So ist auch denkbar, dass die Oberfläche 31 des Waferhalters 30 und
somit auch des Wafers in einem Arbeitsgang aufgenommen werden. Die
Anordnung zur optischen Aufnahme verfährt dabei mindestens einmal über
dem Wafer bzw. Waferhalter 30, um dabei ein Bild vom Wafer
und dem Waferhalter zu generieren. Die Anordnung zur optischen Aufnahme
der Oberfläche 31 des Waferhalters 30 umfasst
eine Lichtquelle 50, die einen Lichtstrahl 51 aussendet. Auf
der Oberfläche des Waferhalters 30 wird ein Leuchtfeld 53 ausgebildet,
das sich entsprechend der Relativbewegung zwischen dem Waferhalter 30 und
der Aufnahmeeinrichtung 60 entlang der Mäander 55 über
die Oberfläche 31 des Waferhaltes 30 bewegt.
Das von der Oberfläche 31 des Waferhalters 30 ausgehende
Licht 54 gelangt zu einer Kamera 52, die ein Bild
des jeweiligen Leuchtflecks 53 aufnimmt. Die Bilder der
einzelnen Leuchtflecke 53 werden zu einem Gesamtbild des
Waferhalters 30 zusammengesetzt. Somit sind im Gesamtbild
des Waferhalters 30 auch die Kontaktelemente 22,
bzw. die Kontaktelemente 22 mit entsprechenden Markierungen 62 versehen.
Aus dem aufgenommenen Bild wird dann die Position der Kontaktelemente 22,
bzw. der Markierungen 62 berechnet. Da der Abstand der
Kontaktelemente 22, bzw. deren Markierungen 62 vom
Rand 14 des Wafers 16 bekannt ist, kann daraus
der Abstand der Markierung 62 zum Mittelpunkt des Wafers 16 berechnet
werden.
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6 zeigt
eine Draufsicht auf ein Kontaktelement 22, das mit einer
Markierung 62 versehen ist. Das Kontaktelement 22 ist
mit einer Kontaktfläche 26 im mechanischen Kontakt mit
dem Rand 14 des Wafers 16. Aus der Ermittlung
der Markierung 62 lässt sich dann exakt ein Abstand 61 vom
Markierungselement des Kontaktelements 22 zum Rand 14 des
Wafer 16 ermitteln. Somit erhält man eine definierte Randbestimmung
des Randes 14 des Wafers 16.
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7 zeigt
eine andere Ausführungsform in der Draufsicht eines Kontaktelements 22,
wobei das Kontaktelement 22 mit einem Bohrloch 64 versehen ist.
Das Bohrloch 64 wird mittels der in 5 beschriebenen
Anordnung optisch detektiert. Somit lässt sich ebenfalls
genau der Abstand des Bohrlochs 64 zum Rand 14 des
Wafers 16 bestimmen, da die Kontaktfläche 26 des
Kontaktelements 22 in Berührung mit dem Rand 14 des
Wafers 16 ist. Dadurch ist ebenfalls ein genauer Abstand 66 vom
Bohrloch 64 zum Rand 14 des Wafers 16 ermittelt.
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Die
Erfindung wurde in Bezug auf besondere Ausführungsformen
beschrieben. Es ist dennoch für einen Fachmann selbstverständlich,
dass Abwandlungen und Änderungen der Erfindung gemacht
werden können ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005014595
A1 [0002]
- - DE 19601708 A1 [0003]
- - DE 102004032933 B3 [0004]