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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der
Position eines scheibenförmigen Objektes, insbesondere
eines Wafers, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft
die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen der Position eines scheibenförmigen
Objektes, insbesondere eines Wafers, mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 10. Die Erfindung betrifft darüber hinaus
einen Halter zum Halten einer Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff
von Anspruch 16.
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Bei
der industriellen Fertigung von Chips für die Halbleiterindustrie
werden integrierte Schaltungen auf scheibenförmigen Objekten
durch mehrere aufeinander folgende Verfahrensschritte hergestellt. Im
Rahmen dieser Fertigung ist es erforderlich, dass die einzelnen
scheibenförmigen Träger, im Folgenden auch Wafer
genannt, von einer Bearbeitungsstation zu einer anderen Bearbeitungsstation
oder einer Inspektionsstation transportiert werden müssen. Üblicherweise
wird hierzu ein so genannter Roboterarm eingesetzt, der den Wafer
aus einem Stapel vereinzelt und beispielsweise einer Einrichtung
zur Inspektion des Wafers zuführt. Ein derartiges Handhabungssystem
für Wafer mit einem zugehörigen Roboterarm ist
beispielsweise aus der
US
2003/0031537 A1 bekannt. Das dort beschriebene Handhabungssystem
weist auch einen Roboterarm auf, mit dessen Hilfe die Wafer von
einer Ladestation an eine Inspektionsstation übergeben
werden.
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Bei
der Übergabe in die Inspektionseinrichtung ist es wichtig
zu gewährleisten, dass der Wafer möglichst definiert,
insbesondere zentriert in einer Bearbei tungsstation eingelegt wird.
Hierzu ist beispielsweise aus der
US 2006/187445 A1 eine Aufnahmeeinrichtung
zum Halten eines Wafers bekannt, die vier Kontaktelemente aufweist,
auf denen der Wafer abgelegt wird. Zur weiteren Verbesserung wurde
in der
DE 10 2007 010 223 bereits
ein Verfahren zur Bestimmung geometrischer Parameter eines Wafers
vorgeschlagen. Dabei wird der Wafer von einem Roboterarm in eine
Aufnahmeeinrichtung eingelegt, die mindestens drei mechanische Kontaktelemente aufweist,
auf denen der Wafer zum Liegen kommt. Eines der Kontaktelemente
ist beweglich ausgestaltet. Die Kontaktelemente sind auf der Aufnahmeeinrichtung
so verteilt, dass sie eine geometrische Figur aufspannen, die derart
ausgestaltet ist, dass der Mittelpunkt des Wafers innerhalb der
geometrischen Figur zu liegen kommt. Die Position eines jeden Kontaktelements
wird ermittelt. Aus der Position der Kontaktelemente wird dann der
jeweilig gewünschte geometrische Parameter des Wafers berechnet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Bestimmung der Position eines scheibenförmigen Objektes
bereitzustellen, sowie einen hierzu geeigneten Halter vorzuschlagen,
wobei die Zuverlässigkeit der Positionierung des scheibenförmigen
Objektes verbessert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position
eines scheibenförmigen Objektes mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst. Im Hinblick auf das Verfahren wird die Aufgabe
durch ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines scheibenförmigen
Objektes mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst.
In Bezug auf den Halter wird die Aufgabe durch einen Halter mit
den Merkmalen gemäß Anspruch 16 gelöst.
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Demgemäß wird
mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der
Position eines scheibenförmigen Objektes vorgeschlagen, wobei
das Objekt insbesondere ein Wafer sein kann. Die Vorrichtung weist
ein bewegliches Trägerelement und einen Halter zum Aufnehmen
einer Sensoreinrichtung auf. Die Sensoreinrichtung ist bevorzugt
in den Halter eingebracht oder auf diesen aufgebracht, wobei der
Halter mit dem Trägerelement verbunden ist und das Trägerelement
beweglich ausgestaltet ist.
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Eine
häufige Einsatzmöglichkeit einer derartigen Vorrichtung
ist eine Ausführung, bei der das Trägerelement
ein Roboterarm eines End Efektor Moduls ist. Der Roboterarm kann
dabei insbesondere gabelförmig ausgestaltet sein, wobei
der Halter auf dem gabelförmigen Roboterarm befestigt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die
Sensoreinrichtung als optische Sensoreinrichtung, insbesondere als
eine Mehrzahl von CCD-Sensoren ausgestaltet. Damit kann berührungslos
die Position eines auf dem Halter liegenden Objekts über
die Abdeckung der CCD-Sensoren erkannt werden.
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Weiterhin
wird der Halter bevorzugt so ausgeführt, dass er einen
ersten und einen zweiten Schenkel aufweist. Dabei sind die CCD-Sensoren
jeweils paarweise auf je einem der Schenkel angeordnet, so dass
ein erstes Paar der CCD-Sensoren auf dem ersten Schenkel und ein
zweites Paar der CCD-Sensoren auf dem zweiten Schenkel positioniert
ist. Die CCD-Sensoren auf dem ersten Schenkel und/oder auf dem zweiten
Schenkel können zueinander in Richtung der Achse des Schenkels
versetzt angeordnet sein. Damit ergibt sich eine einfache Möglichkeit,
den Mittelpunkt oder andere geometrische Daten eines auf dem Halter
liegenden scheibenförmigen Objektes zu berechnen.
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Der
Halter kann so ausgestaltet sein, dass er einen Verbindungsarm zum
einfachen Verbinden des Halters mit dem Trägerelement sowie
eine Sensorplatte aufweist. Die Sensoreinrichtung nimmt dabei die
Sensorelemente auf.
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Zur
Bestimmung der Lage des scheibenförmigen Objektes wird
das scheibenförmige Objekt auf dem Trägerelement
so positioniert, dass es zumindest teilweise den Halter überdeckt,
wobei der Halter an dem beweglichen Trägerelement befestigt
ist. Mit einer auf dem Halter vorgesehenen Sensoreinrichtung wird
ein Signal erzeugt. Aus dem Signal werden dann Daten ermittelt,
die auf geometrische Größen, insbesondere die
Lage des Randes oder des Mittelpunktes des scheibenförmigen
Objektes schließen lassen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird als Sensoreinrichtung eine Mehrzahl optischer Elemente,
insbesondere CCD-Sensoren, verwendet. So kann der Halter mit dem
scheibenförmigen Objekt in eine Messposition gebracht werden,
wo dann eine Beleuchtung erfolgt. Damit kann ermittelt werden, ob und
gegebenenfalls welche Teile der optischen Elemente durch das scheibenförmigen
Objekt bei Beleuchtung abgeschattet werden. Damit kann berührungslos
der Rand des Objektes ebenso ermittelt werden wie dessen Mittelpunkt.
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Sobald
die geometrischen Daten ermittelt sind kann weiterhin geprüft
werden, ob das Objekt richtig, d. h. im Rahmen eines vorgegebenen
Wertebereichs für die ermittelten geometrischen Daten positioniert
ist. Sollte dies nicht der Fall sein, kann das Objekt wieder abgelegt
und/oder eine Fehlermeldung ausgegeben werden. Ebenso ist es möglich,
das Objekt nach dem Ablegen erneut aufzunehmen, um die Position
auf dem Trägerelement zu korrigieren, wobei die bereits
ermittelten geometrischen Daten über die Positionierung
des Objekts berücksichtigt werden können.
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Der
erfindungsgemäße Halter zum Aufnehmen einer Sensoreinrichtung
weist eine optische Sensoreinrichtung, insbesondere CCD-Sensoren, auf.
Beim Ablegen des scheibenförmigen Objektes auf dem Halter
werden diese zumindest teilweise abgedeckt.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Halters, in der er einen ersten
Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweist. Auf jedem der Schenkel
ist jeweils ein Paar der CCD-Sensoren angeordnet. Von besonderem
Vorteil ist dabei eine Ausgestaltung, bei der die auf dem ersten
Schenkel angeordneten CCD-Sensoren in Richtung der Schenkelachse
zueinander versetzt sind und/oder die auf dem zweiten Schenkel angeordneten
CCD-Sensoren in Richtung der Schenkelachse zueinander versetzt sind.
Damit lässt sich die Positionierung des scheibenförmigen
Objektes auf dem Halter besonders exakt und berührungsfrei
ermitteln, denn die geometrischen Daten ergeben sich aus der unterschiedlichen Abdeckung
der CCD-Sensoren, sowie deren Abstand und Versatz zueinander, wobei
beide Daten für die Ausgestaltung des Halters konstant
und bekannt sind.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile. Dabei
bezeichnen in den Figuren identische Bezugszeichen identische oder
im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Funktionsgruppen.
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Es
zeigen im Einzelnen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Handhabungseinrichtung zum Handhaben
von Wafern mit einem Roboterarm;
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2 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines scheibenförmigen
Objektes;
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3 eine
Draufsicht auf einen Halter, der eine Mehrzahl von CCD-Sensoren
aufweist;
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4 eine
schematische Darstellung zum Einbringen eines scheibenförmigen
Objektes in eine Messposition;
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5 eine
schematische Darstellung des Ablaufs zur Bestimmung der Position
eines scheibenförmigen Objektes.
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In
1 ist
schematisch eine Handhabungseinrichtung
10 zum Handhaben
von Wafern
12 mit einem Roboterarm
22 dargestellt.
Die Handhabungseinrichtung
10 wird in der Halbleiterfertigung üblicherweise
als End Efektor Module (EFEM) bezeichnet. Eine Mehrzahl von Wafern
12 ist
in einer Ladestation
24 untergebracht. Von dieser wird
jeweils ein einzelner Wafer
12 mit dem Roboterarm
22 entnommen
und in eine Bearbeitungs- oder Inspektionsstation
15 übergeführt.
In der Bearbeitungs- oder Inspektionsstation
15 wird der
Wafer
12 üblicherweise in einer Aufnahmeeinheit
gehalten, wie sie beispielsweise aus der
US 2006/187445 bekannt ist. Um
nun die Ablagegenauigkeit des Wafers in der Bearbeitungs- oder Inspektionsstation
15 zu
verbessern, ist es vor teilhaft, die Position des Wafers
12 auf
dem Roboterarm
22 bereits beim Herausnehmen aus der Ladestation
24 zu
bestimmen und gegebenenfalls zu korrigieren. Damit wird eine sichere
Ausgangsposition erreicht und der Vorgang des Ablegens des Wafers
im Hinblick auf die exakte Positionierung verbessert.
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Entsprechend
zeigt die schematische Darstellung in 2 die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines scheibenförmigen
Objektes anhand eines ebenfalls schematisch dargestellten Wafers 12.
Die Vorrichtung ist dabei so ausgeführt, dass ein Halter 14 auf
einem Trägerelement angeordnet ist, wobei das Trägerelement
im vorliegenden Beispiel als gabelförmiger Roboterarm 22 ausgestaltet
ist. Mit dem beweglichen Roboterarm 22 kann ein Wafer 12 aus
der Ladestation 24 (1) entnommen
werden. Der Halter 14 ist als zusätzliches Element
auf dem Roboterarm 22 aufgebracht und dient zum Aufnehmen
wenigstens einer Sensoreinrichtung 11. Die Sensoreinrichtung 11 ist
dazu geeignet, die Positionierung eines auf dem Roboterarm 22 liegenden
Wafers 12 zu ermitteln. Im dargestellten Beispiel überdeckt
der Wafer 12 die beiden Sensoreinrichtungen 11 zum
Teil, so dass Teile des Randes 32 des Wafers 12 geometrisch
durch die Sensoreinrichtung 11 verlaufen. Aus dem Grad
der Überdeckung der Sensoreinrichtungen 11 lässt
sich die Positionierung des Wafers 12 auf dem Roboterarm 22 ermitteln.
Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung 11 als optisches
Element ausgeführt sein, das Licht abstrahlt oder das in
der Lage ist, einfallendes Licht zu erkennen. Mit einem derartigen
optischen Element kann bereits über die Intensität
des einfallenden Lichts ein Rückschluss auf den Grad der
Abdeckung des optischen Elements gezogen werden, woraus sich wiederum
die Positionierung des Wafers 12 auf dem Roboterarm 22 ermitteln
lässt. Strahlt das optische Element Licht ab, so kann die
Positionierung des Wafers 12 auf dem Roboterarm 22 dadurch
ermittelt werden, dass mit einem geeignet positionierten Empfänger
ermittelt wird, wie viel Licht und/oder von welchen Orten Licht
vom Halter 14 empfangen wird, denn dies wird durch die
Abdeckung des Sensorelements 11 durch den Wafer 12 bestimmt.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung eines Halters 14, der eine Mehrzahl
von CCD-Sensoren 16a, 16b, 16c, 16d aufweist,
ist in 3 näher dargestellt. Der Halter 14 ist
hufeisenförmig ausgeführt. Erweist einen Verbindungsarm 28 zum
Befestigen des Halters 14 an dem Roboterarm 22 auf.
Weiterhin weist der Halter 14 eine Sensorplatte 26 auf.
Die Sensorplatte 26 und damit der Halter 14 weisen
einen ersten Schenkel 18 und einen zweiten Schenkel 20 auf,
die sich jeweils entlang einer Schenkelachse 19 erstrecken.
An den Enden der Schenkel 18 und 20 sind jeweils
ein Paar CCD-Sensoren 16a, 16b, und 16c, 16d angeordnet.
Jedes der CCD-Sensoren weist eine Mehrzahl von lichtempfindlichen
Elementen auf. Bevorzugt ist jedes Paar CCD-Sensoren 16a, 16b, und 16c, 16d in
Richtung der Schenkelachse 19 versetzt zueinander angeordnet.
Wird nun ein Wafer 12 auf dem Roboterarm 22 abgelegt,
so überdeckt der Wafer typischerweise jeden der CCD-Sensoren,
wobei der Rand 32 des Wafers 12 die CCD-Sensoren 16a, 16b, 16c, 16d an
unterschiedlichen Positionen durchläuft. Aus dem relativen
Versatz der CCD-Sensorpaare 16a, 16b, und 16c, 16d zueinander
und dem Grad der Überdeckung der einzelnen CCD-Sensoren 16a, 16b, 16c, 16d können
geometrische Größen wie beispielsweise der Verlauf
des Randes 32 des Wafers 12 oder die Lage seines
Mittelpunkts bestimmt werden, welche die Ablageposition des Wafers 12 auf
dem Roboterarm 22 charakterisieren. Zur Ermittlung dieser
Größen aus den Sensorsignalen kann auf dem Halter 14 eine
Auswerteeinrichtung 30 vorgesehen werden, die beispielsweise
als elektronischer Schaltkreis oder als Recheneinheit ausgestaltet
sein kann.
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Zur
Positionsbestimmung ist es in dieser Ausgestaltung der Erfindung
erforderlich, dass die CCD-Sensoren beleuchtet werden. Wie in 4 schematisch
dargestellt, wird daher ein Wafer 12 von dem Roboterarm 22 aus
der Ladestation 24 so entnommen, dass er zum Teil auch
auf dem Halter 14 zum Liegen kommt. Der Roboterarm 22 fährt
dann in eine Messposition, in der eine Beleuchtung 34 aktiviert
wird. So kann über die oben beschriebenen CCD-Sensoren 16a, 16b, 16c, 16d die
Lage des Wafers auf dem Roboterarm 22 ermittelt werden,
wobei die Abdeckung der CCD-Sensoren ausgewertet wird. Ist die Ablage
auf dem Roboterarm 22 hinreichend korrekt, d. h. liegen
die ermittelten geometrischen Werte im Rahmen vorgegebener Toleranzwerte,
so kann der Wafer zur Bearbeitungs- oder Inspektionsstation 15 weiter
transportiert werden. Ist dies nicht der Fall, so kann der Wafer 12 wieder
in der Ladestation 24 abgelegt und erneut vom Roboterarm 22 in
einer verbesserten Positionierung entnommen werden.
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In 5 ist
der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand
eines Ablaufdiagramms schematisch dargestellt. Am Startpunkt 36 des
Verfahrens ist der Roboterarm 22 vor der Ladestation 24 positioniert.
Hier kann im Prüfungsschritt 38 ermittelt werden,
ob eine Ablagemessung überhaupt erforderlich ist. Ist dies
nicht der Fall, wird im Schritt 40 ein Wafer 12 ohne
Messung entnommen, im Schritt 64 vollständig herausgezogen
und der Vorgang im Schritt 70 beendet.
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Vor
einer Messung ist zu berücksichtigen, dass vor der Messung
die aktuelle Position des Wafers 12 auf dem Endefektor
definiert werden muss. Die Nulllage kann hierzu beispielsweise in
einem Anlernvorgang definiert werden. Danach können die
gegebenenfalls ermittelten Ablagekorrekturwerte immer auf diese
Position bezogen werden. Die physikalische Nulllage muss als aktuelle
Nulllage wieder herstellbar sein, was bevorzugt über einen
Button in der Software erfolgt.
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Soll
eine Ablagemessung durchgeführt werden, so startet das
Messverfahren im Schritt 42. Zur Messung wird zunächst
im Schritt 44 ein Wafer 12 aus der Ladestation 24 entnommen
und in eine Messposition bewegt. Dort wir im Schritt 46 die
Beleuchtung eingeschaltet. Danach kann im Schritt 48 die
eigentliche Messung der Position des Wafers 12 auf dem
Roboterarm 22 begonnen werden. Hierzu werden im Schritt 50 zunächst
die Zeilen der CCD-Sensoren ausgelesen und anhand der ermittelten
Signale die geometrischen Werte der Ablageposition des Wafers 12 ermittelt.
Nachdem die Berechnung abgeschlossen ist, können die ermittelten
Ergebnisse oder gegebenenfalls die sich aus der Berechnung ergebenden
Fehler beispielsweise in Form von Fehlercodes im Schritt 52 übergeben
werden. Im Schritt 54 wird daher auf diese Ergebnisse gewartet.
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Die
ermittelten Ablagewerte können in Bezug auf eine zuvor
definierte oder angelernte Nulllage und eine physikalische, d. h.
kalibrierte Nulllage, gesetzt werden. Abhängig davon wird
entschieden, ob eine Korrektur der Positionierung erforderlich ist
oder nicht. Diese Daten können auch in ein Log-File geschrieben
werden.
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Fehler
können dann auftreten, wenn die Sensorüberdeckung
zu groß oder zu gering ist, so dass eine Messung nicht
möglich ist. Weiterhin kann im Rahmen einer Initialisierung
festgestellt werden, dass die oder einer der verwendeten Sensoren
defekt oder nicht kalibrierbar sind. Ebenso ist es möglich,
einen allgemeinen oder unbekannten Fehler zu übermitteln.
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Nachdem
das Ergebnis übermittelt wurde, wird im Schritt 56 die
Beleuchtung abgeschaltet. Anschließend wird im Schritt 58 geprüft,
ob die Messung erfolgreich war. Dies ist insbesondere dann nicht
der Fall, wenn ein Fehler übermittelt wurde. Für
diesen Fall wird im Schritt 60 der Wafer 12 wieder
in der Ladestation 24 abgelegt und der Entnahmevorgang
im Schritt 72 abgebrochen.
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Ergibt
sich, dass die Messung erfolgreich war, so erfolgt im Schritt 62 eine
Prüfung daraufhin, ob die ermittelte Position bzw. der
ermittelte geometrische Wert außerhalb einer vorgegeben
Toleranz liegt. Ist dies nicht der Fall, so kann der Wafer 12 im Schritt 64 vollständig
aus der Ladestation 24 entnommen werden und an die Bearbeitungs-
oder Inspektionsstation 15 übergeben werden.
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Wurde
der zulässige Toleranzwert hingegen überschritten,
so ist der Wafer 12 auf dem Roboterarm 22 so falsch
positioniert, dass eine Weitergabe an die Bearbeitungs- oder Inspektionsstation 15 nicht sicher
erfolgen kann. Der Wafer 12 wird im Schritt 66 wieder
in der Ladestation abgelegt und der Fehler im Schritt 68 korrigiert.
Die Korrektur kann durch ein erneutes Aufnehmen des Wafers mit dem
Roboterarm unter Berücksichtigung von Korrekturwerten oder durch
einen Bediener per Hand erfolgen. Im Schritt 70 ist die
Entnahme des Wafers 12 beendet.
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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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- 10
- EFEM
- 11
- Sensoreinrichtung
- 12
- Wafer
- 13
- Trägerelement
- 14
- Halter
- 15
- Bearbeitungs-
oder Inspektionsstation
- 16
- CCD-Sensor
- 16a
- CCD-Sensor
- 16b
- CCD-Sensor
- 16c
- CCD-Sensor
- 16d
- CCD-Sensor
- 18
- Schenkel
- 19
- Schenkelachse
- 20
- Schenkel
- 22
- Roboterarm
- 24
- Ladestation
- 26
- Sensorplatte
- 28
- Verbindungsarm
- 30
- Auswerteeinrichtung
- 32
- Waferrand
- 34
- Beleuchtungseinrichtung
- 36
- Start
- 38
- Prüfung
Ablage erforderlich
- 40
- Aufnahme
ohne Messung
- 42
- Aufnahme
mit Messung
- 44
- Verfahren
in Messposition
- 46
- Beleuchtung
ein
- 48
- Start
Ablagemessung
- 50
- Auslesen
der CCD-Zeilen
- 52
- Ergebnisübermittlung
- 54
- Warten
auf Ergebnis
- 56
- Beleuchtung
aus
- 58
- Prüfung
ob Messung erfolgreich
- 60
- Ablegen
Wafer in Ladestation
- 62
- Prüfung
ob Ablagetoleranz überschritten
- 64
- Wafer
vollständig entnehmen
- 66
- Ablegen
Wafer in Ladestation
- 68
- Korrektur
- 70
- Entnahme
beendet
- 72
- Entnahme
abgebrochen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2003/0031537
A1 [0002]
- - US 2006/187445 A1 [0003]
- - DE 102007010223 [0003]
- - US 2006/187445 [0023]