DE102009019452A1 - Device for measuring forces acting on a semiconductor wafer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Transport oder der Lagerung einer im Wesentlichen runden Halbleiterscheibe durch eine dafür verwendete Transportvorrichtung auf die Halbleiterscheibe ausgeübt werden, umfassend - einen aus zwei Teilen bestehenden Träger, dessen Form und Abmessungen im Wesentlichen der Form und den Abmessungen der Halbleiterscheibe entsprechen, sodass die Vorrichtung wie die Halbleiterscheibe mit der Transportvorrichtung transportiert oder in ihr gelagert werden kann, - einen Kraftsensor (3), der einen ersten Teil (1) des Trägers, auf den die zu messenden Kräfte (F) wirken, mit einem zweiten Teil (2) des Trägers verbindet und der die auf den ersten Teil (1) des Trägers wirkenden Kräfte (F) in ein elektrisches Signal umwandelt, - eine Signalverarbeitungseinheit (4), die das vom Kraftsensor (3) erzeugte elektrische Signal weiterverarbeitet, und - einen Energiespeicher (6), der den Kraftsensor (3) und die Signalverarbeitungseinheit (4) mit elektrischer Energie versorgt.The invention relates to a device for measuring forces which are exerted during the transport or storage of a substantially round semiconductor wafer by a transport device used for the semiconductor wafer, comprising - a two-part carrier whose shape and dimensions are substantially the shape and correspond to the dimensions of the semiconductor wafer, so that the device can be transported as the semiconductor wafer with the transport device or stored in it, - a force sensor (3) having a first part (1) of the carrier, act on the forces to be measured (F) is connected to a second part (2) of the carrier and that converts the forces (F) acting on the first part (1) of the carrier into an electrical signal, - a signal processing unit (4) which generates the electric power generated by the force sensor (3) Signal further processed, and - an energy storage (6), the force sensor (3) and the Signalverarbeitungse unit (4) supplied with electrical energy.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Transport oder der Lagerung einer im Wesentlichen runden Halbleiterscheibe durch eine dafür verwendete Transportvorrichtung auf die Halbleiterscheibe ausgeübt werden.The The invention relates to a device for measuring forces, during transport or storage of a substantially round semiconductor wafer by a transport device used for this purpose Semiconductor disk are exercised.

Bei seiner Herstellung durchläuft eine Halbleiterscheibe verschiedenste Prozessschritte. Um die Anforderungen bezüglich Produktivität und Qualität erfüllen zu können, wird der Transport und die Handhabung größtenteils von Robotern durchgeführt.at In its manufacture, a semiconductor wafer goes through a great variety of different types Process steps. To the requirements regarding productivity and quality will be able to meet the transport and handling mostly performed by robots.

Die Oberfläche der fertigen Halbleiterscheibe muss höchsten Anforderungen genügen, damit der Abnehmer der Halbleiterscheibe Halbleiterbauelemente der aktuellen Generation darauf produzieren kann. Um ein Berühren der Fläche zu vermeiden, werden die Halbleiterscheiben fast ausschließlich mittels Randgreifern transportiert. Die Notwendigkeit, immer geringere Strukturgrößen zu realisieren, führt bei den Bauelemente-Herstellern verstärkt zum Einsatz neuer Technologien (z. B. 193-nm-Immersionslithographie), die auch im Bereich der Scheibenkante eine hohe Qualität voraussetzen. Die zum Transport der Halbleiterscheiben eingesetzten Randgreifer dürfen daher auch an der Scheibenkante nach Möglichkeit keine Schäden wie Kratzer, Abdrücke, Randausbrüche oder Kontaminationen verursachen.The Surface of the finished semiconductor wafer must be highest Meet requirements, so that the customer of the semiconductor wafer Semiconductor devices of the current generation can produce on it. To avoid touching the surface, be the semiconductor wafers almost exclusively by means of edge grippers transported. The need for ever smaller feature sizes To realize leads, with the component manufacturers strengthened to use new technologies (eg 193 nm immersion lithography), which also in the area of the window edge a high quality provide. The used for transporting the semiconductor wafers Edge grippers may therefore also at the edge of the window Possibility of no damage such as scratches, marks, Cause edge bursts or contamination.

Eine entscheidende Einflussgröße ist dabei die Kraft, mit der das Greifelement gegen die Scheibenkante gedrückt wird. Der Stand der Technik (beispielsweise US5092645 ) kennt Kraftsensoren, die in die Greifelemente von Robotern integriert werden können. Diese werden zur Messung der von den Greifelementen auf das zu greifende Werkstück ausgeübten Kraft und damit zur Steuerung des Roboters verwendet.A decisive influencing factor is the force with which the gripping element is pressed against the edge of the pane. The state of the art (for example US5092645 ) knows force sensors that can be integrated into the gripping elements of robots. These are used to measure the force exerted by the gripping elements on the workpiece to be gripped and thus to control the robot.

Es sind jedoch nicht alle Roboter mit Kraftsensoren ausgestattet. Eine nachträgliche Ausrüstung ist unter Umständen sehr aufwendig. Insbesondere wenn die Kraftsensoren nicht dauerhaft für die Steuerung des Roboters, sondern nur zeitweise zu Testzwecken, beispielsweise zur Identifizierung der Ursachen von Kantendefekten, benötigt werden, kann dieser Aufwand nicht betrieben werden. Zudem werden Halbleiterscheiben im Zuge ihrer Herstellung oder im Rahmen der Lieferung an den Kunden in Kassetten transportiert. Auch beim Transport in Kassetten wirken Kräfte auf die Scheibenkanten, die zu Defekten führen können. Diese Kräfte sind einer Messung bisher nicht zugänglich.It However, not all robots are equipped with force sensors. A Subsequent equipment may be very expensive. Especially if the force sensors are not permanent for the control of the robot, but only temporarily for test purposes, for example, to identify the causes of edge defects, are needed, this effort can not be operated. In addition, semiconductor wafers in the course of their manufacture or in the Framework of delivery to the customer transported in cassettes. Also When transported in cassettes forces act on the window edges, which can lead to defects. These forces are not yet accessible to a measurement.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ohne großen Umrüstaufwand zum Messen von Kräften verwendet werden kann, die von verschiedensten Robotern oder auch Kassetten auf die Halbleiterscheiben ausgeübt werden.Of the The invention was therefore based on the object, a device for To provide that without much retooling can be used to measure forces of various kinds Robots or cassettes on the semiconductor wafers become.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Transport oder der Lagerung einer im Wesentlichen runden Halbleiterscheibe durch eine dafür verwendete Transportvorrichtung auf die Halbleiterscheibe ausgeübt werden, umfassend

  • – einen aus zwei Teilen bestehenden Träger, dessen Form und Abmessungen im Wesentlichen der Form und den Abmessungen der Halbleiterscheibe entsprechen, sodass die Vorrichtung wie die Halbleiterscheibe mit der Transportvorrichtung transportiert oder in ihr gelagert werden kann,
  • – einen Kraftsensor, der einen ersten Teil des Trägers, auf den die zu messenden Kräfte wirken, mit einem zweiten Teil des Trägers verbindet, und der die auf den ersten Teil des Trägers wirkenden Kräfte in ein elektrisches Signal umwandelt,
  • – eine Signalverarbeitungseinheit, die das vom Kraftsensor erzeugte elektrische Signal weiterverarbeitet und
  • – einen Energiespeicher, der den Kraftsensor und die Signalverarbeitungseinheit mit elektrischer Energie versorgt.
This object is achieved by a device for measuring forces that are exerted on the semiconductor wafer during transport or storage of a substantially round semiconductor wafer by a transport device used therefor
  • A two-part support whose shape and dimensions substantially correspond to the shape and dimensions of the semiconductor wafer, so that the device, like the semiconductor wafer, can be transported or stored in the transport device,
  • A force sensor which connects a first part of the carrier, on which the forces to be measured act, to a second part of the carrier and which converts the forces acting on the first part of the carrier into an electrical signal,
  • - A signal processing unit that further processes the electrical signal generated by the force sensor and
  • - An energy storage, which supplies the force sensor and the signal processing unit with electrical energy.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren im Detail beschrieben.The The invention will be described below with reference to figures in detail.

1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Draufsicht. 1 schematically shows the structure of a device according to the invention in plan view.

2 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Parallelbiegebalken-Kraftsensors, wie er im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden kann, in der Seitenansicht (oben) und der Draufsicht (unten). 2 shows an exemplary construction of a parallel bending beam force sensor, as it can be used in the invention, in the side view (top) and the top view (bottom).

Erfindungsgemäß ist der Kraftsensor 3 in einen zweiteiligen Träger 1, 2 integriert, der die Form und Abmessungen der Halbleiterscheiben aufweist, deren Transport oder Handhabung untersucht werden soll. Soll beispielsweise der Einfluss des Transports von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm auf die Kanten dieser Scheiben untersucht werden, so weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls eine im Wesentlichen runde Form und einen Durchmesser von 300 mm auf. Jedenfalls ist die Vorrichtung so gestaltet, dass sie wie die entsprechende Halbleiterscheibe von Robotern gegriffen oder in Kassetten transportiert werden kann.According to the invention, the force sensor 3 in a two-piece carrier 1 . 2 integrated, which has the shape and dimensions of the semiconductor wafers whose transport or handling to be examined. If, for example, the influence of the transport of silicon wafers with a diameter of 300 mm on the edges of these wafers is to be examined, then the device according to the invention likewise has a substantially round shape and a diameter of 300 mm. In any case, the device is designed so that, like the corresponding semiconductor wafer, it can be grasped by robots or transported in cassettes.

Um die wirkenden Kräfte messen zu können, ist es notwendig, den Träger zweiteilig zu gestalten. Auf den ersten, in der Regel kleineren Teil 1 des Trägers, wirken die zu messenden Kräfte F. Der erste Teil 1 des Trägers ist mit dem zweiten Teil 2 ausschließlich über den Kraftsensor 3 verbunden, sodass die auf den ersten Teil 1 des Trägers wirkenden Kräfte F durch diesen auf den Kraftsensor 3 übertragen und von diesem gemessen werden können. Da in den meisten Fällen Kräfte F gemessen werden müssen, die auf die Kante der Halbleiterscheiben einwirken, liegt der erste Teil 1 des Trägers vorzugsweise am Rand der Vorrichtung, wie in 1 dargestellt. Der Kraftsensor 3 erzeugt ein der einwirkenden Kraft F entsprechendes elektrisches Signal, das an eine Signalverarbeitungseinheit 4 weitergeleitet wird. Es können übliche Kraftsensoren verwendet werden, beispielsweise Parallelbiegebalken-Kraftsensoren.In order to measure the forces acting, it is necessary to make the carrier in two parts. At first, usually smaller part 1 of the carrier, the forces to be measured act F. The first part 1 the carrier is with the second part 2 exclusively via the force sensor 3 connected, so that on the first part 1 acting on the wearer Forces F through this on the force sensor 3 can be transmitted and measured by this. Since in most cases forces F must be measured which act on the edge of the semiconductor wafers, the first part lies 1 the carrier preferably at the edge of the device, as in 1 shown. The force sensor 3 generates an electrical signal corresponding to the applied force F, which signal to a signal processing unit 4 is forwarded. Conventional force sensors can be used, for example parallel bending beam force sensors.

Die übrigen Komponenten der Vorrichtung, beispielsweise die Signalverarbeitungseinheit 4 und der Energiespeicher 6 sowie ggf. ein Sender oder ein Datenspeicher 5 werden vorzugsweise auf dem größeren zweiten Teil 2 des Trägers untergebracht. Die Signalverarbeitungseinheit 4 sorgt dafür, dass das vom Kraftsensor 3 erzeugte elektrische Signal kontinuierlich oder in vordefinierten Intervallen ausgelesen und beispielsweise in einen Datenspeicher 5 geschrieben wird. Der Energiespeicher 6, vorzugsweise ein Akku, versorgt alle aktiven Komponenten der Vorrichtung mit elektrischer Energie. Die elektrischen Verbindungen sind in der 1 mit 8 bezeichnet.The remaining components of the device, for example the signal processing unit 4 and the energy storage 6 and possibly a transmitter or a data memory 5 are preferably on the larger second part 2 the carrier housed. The signal processing unit 4 makes sure that from the force sensor 3 generated electrical signal read continuously or at predefined intervals and, for example, in a data memory 5 is written. The energy storage 6 , preferably a rechargeable battery, supplies all the active components of the device with electrical energy. The electrical connections are in the 1 With 8th designated.

Die Komponenten der Vorrichtung (Signalverarbeitungseinheit 4, Energiespeicher 6 sowie, falls vorhanden, Datenspeicher 5, Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung, Echtzeituhr und ggf. weitere Komponenten) befinden sich aus Gründen der Reinraumtauglichkeit vorzugsweise entweder in einem Gehäuse oder sind mit einem geeigneten Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, vergossen (in 1 mit Bezugszeichen 7 bezeichnet). Dadurch kann erreicht werden, dass die Vorrichtung in einem Reinraum der ISO-Klasse 4 nach ISO 14644-1 eingesetzt werden kann. Weiterhin werden für alle Teile der Vorrichtung, die bei den Tests mit Greifelementen (z. B. Randgreifern) oder Kassetten oder anderen Gegenständen im Reinraum in Berührung kommen, nicht-kontaminierende Materialien verwendet. So wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass die gesamte Oberfläche der Vorrichtung frei von Metallen ist.The components of the device (signal processing unit 4 , Energy storage 6 and, if available, data storage 5 , Device for wireless data transmission, real-time clock and possibly other components) are located for reasons of clean room suitability preferably either in a housing or with a suitable plastic, such as polyurethane, shed (in 1 with reference number 7 designated). This can be achieved that the device in a clean room of ISO Class 4 according to ISO 14644-1 can be used. Furthermore, non-contaminating materials are used for all parts of the device that come in contact with the gripping elements (eg edge grippers) or cassettes or other objects in the clean room during the tests. Thus, it is preferably ensured that the entire surface of the device is free of metals.

Mit dieser Vorrichtung können der Betrag und der zeitliche Verlauf der Kräfte gemessen und aufgezeichnet werden, die die jeweils benutzten Transportvorrichtungen bei den verschiedensten Greif-, Transport- und Lagerungsvorgängen auf eine Halbleiterscheibe ausüben. Als Transportvorrichtung werden in diesem Zusammenhang alle Vorrichtungen bezeichnet, die für Transport und Lagerung von Halbleiterscheiben verwendet werden. Der Begriff umfasst sowohl die Greifelemente von Robotern als auch Kassetten, in denen Halbleiterscheiben transportiert oder gelagert werden. Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, dass sie nicht fest in eine bestimmte Transportvorrichtung integriert werden muss und dass sie auch für die Messung von in Kassetten wirkenden Kräften verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vielseitig einsetzbar. Der Aufwand zum Umrüsten von Robotern oder anderen Transportvorrichtungen entfällt.With This device can be the amount and the time Course of forces are measured and recorded, the the transport devices used in the most diverse gripping, Transport and storage operations on a semiconductor wafer exercise. As a transport device in this context all devices designated for transport and storage used by semiconductor wafers. The term includes both the gripping elements of robots as well as cassettes, in which semiconductor wafers be transported or stored. The main advantages of device according to the invention consist in that they are not firmly integrated into a specific transport device must be and that they are also used for measuring in cassettes acting forces can be used. The Device according to the invention is versatile. The cost of retooling robots or other transport devices eliminated.

Um die beim Transport oder bei der Lagerung wirkenden Kräfte unter möglichst realistischen Bedingungen messen zu können, sollte die erfindungsgemäße Vorrichtung so weit wie möglich der entsprechenden Halbleiterscheibe nachgebildet werden. Dies betrifft vor allem folgende Eigenschaften: Form, Abmessungen (Durchmesser, Dicke), Kantenprofil, Masse und die mechanischen Materialeigenschaften (z. B. Elastizitätsmodul).Around the forces acting during transport or storage to be able to measure under the most realistic conditions possible, should the device of the invention so far as possible copied from the corresponding semiconductor wafer become. This mainly affects the following properties: shape, dimensions (Diameter, thickness), edge profile, mass and mechanical material properties (eg elastic modulus).

Insbesondere liegt der Schwerpunkt der Vorrichtung vorzugsweise in der Mitte der Vorrichtung oder zumindest nahe der Mitte. Der Schwerpunkt einer runden Halbleiterscheibe, die in der Regel eine homogene Dicke aufweist, liegt auf der Mittelachse. Daher liegt vorzugsweise auch der Schwerpunkt der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Nähe des Punkts, der ohne Berücksichtigung der durch die Zweiteiligkeit des Trägers und die zusätzlichen Komponenten reduzierten Symmetrie die Mittelachse darstellen würde, insbesondere innerhalb eines bezüglich des Trägers konzentrischen Kreises, dessen Radius 50% des Radius des Trägers beträgt. Dies ist durch eine geeignete Anordnung der verschiedenen Komponenten auf dem Träger zu erreichen. Dadurch wird erreicht, dass die Vorrichtung plan aufliegt, nicht kippt und somit eine korrekte Messung der Kräfte gewährleistet ist.Especially the center of gravity of the device is preferably in the middle the device or at least near the middle. The focus of a round semiconductor wafer, which as a rule has a homogeneous thickness, lies on the central axis. Therefore, the focus is preferably also the device according to the invention in the vicinity of the point, without considering the by the bipartite of the carrier and the additional components reduced Symmetry would represent the central axis, in particular within a concentric with respect to the carrier Circle whose radius is 50% of the radius of the carrier. This is due to a suitable arrangement of the various components to reach on the carrier. This ensures that the device rests flat, does not tilt and thus a correct Measuring the forces is guaranteed.

Zudem sollte die auf die Fläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezogene Massenverteilung möglichst homogen sein, d. h. es sollte keine ausgeprägten isolierten Teilmassen geben. Dies ist dadurch zu erreichen, dass die Komponenten der Vorrichtung in Relation zum Träger eine möglichst geringe Masse aufweisen. Außerdem ist aus diesem Grund eine dünne und flächig ausgedehnte Bauweise der Signalverarbeitungseinheit, des Energiespeichers, des Datenspeichers oder Senders und der ggf. vorhandenen weiteren Komponenten bevorzugt. Ein weiterer Vorteil der dünnen Bauweise ist, dass die Höhe oder Dicke der Vorrichtung in diesem Fall am wenigsten von der Dicke der entsprechenden Halbleiterscheibe abweicht und die Vorrichtung daher unter den an die dünnen Halbleiterscheiben angepassten räumlichen Verhältnissen am besten eingesetzt werden kann.moreover should be on the surface of the invention Device related mass distribution as homogeneous as possible be, d. H. it should not have pronounced isolated sub-masses give. This is achieved by the components of the device in relation to the carrier as small as possible Have mass. In addition, for this reason, a thin and extensive design of the signal processing unit, the energy storage, the data memory or transmitter and the possibly existing other components preferred. Another advantage of the thin Construction is that the height or thickness of the device in this case least of the thickness of the corresponding semiconductor wafer deviates and therefore the device under the thin Semiconductors adapted spatial conditions can best be used.

Vorzugsweise hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Masse, die der Masse der zu untersuchenden Halbleiterscheiben entspricht oder zumindest nicht stark davon abweicht. Vorzugsweise beträgt die Masse der Vorrichtung 50 bis 200% der Masse einer entsprechenden Halbleiterscheibe. Damit wird vermieden, dass die Messergebnisse verfälscht werden und dass die Vorrichtung beispielsweise für bestimmte Randgreifer zu schwer wird.Preferably, the device according to the invention has a mass which corresponds to the mass of the semiconductor wafers to be examined or at least does not deviate greatly therefrom. Preferably, the mass of the device is 50 to 200% of the mass of a corresponding semiconductor wafer. There This avoids that the measurement results are falsified and that the device becomes too heavy, for example, for certain edge grippers.

Die vorgenannten Anforderungen können gut erfüllt werden, wenn als Träger eine in zwei Teile geschnittene Halbleiterscheibe der Art verwendet wird, deren Transport oder Handhabung untersucht werden soll. Dazu wird ein Teil einer geeigneten Halbleiterscheibe beispielsweise durch Fräsen oder Wasserstrahlschneiden herausgeschnitten. In diesem Fall ist die Masse der Vorrichtung insgesamt immer etwas höher als die Masse der entsprechenden Halbleiterscheibe, wobei aber die Masse der Vorrichtung in der Regel nicht mehr als doppelt so groß ist wie die Masse der Halbleiterscheibe.The The above requirements can be met well when, as a carrier, cut into two pieces Semiconductor wafer of the type is used, their transport or handling to be examined. This is a part of a suitable semiconductor wafer for example, by milling or water jet cutting cut out. In this case, the mass of the device overall always slightly higher than the mass of the corresponding semiconductor wafer, but the mass of the device is usually not more than twice as large as the mass of the semiconductor wafer.

Um die Forderung der identischen Masse noch besser zu erfüllen, kann für den Träger auch ein Material gewählt werden, das eine geringere Dichte aufweist als das Material, aus dem die Halbleiterscheiben bestehen. Auf diese Weise ist es möglich, die zusätzliche Masse der Komponenten der Vorrichtung durch eine geringere Masse des Trägers auszugleichen. Beispielsweise können Kunststoffe mit geeigneten Eigenschaften verwendet werden, z. B. Polyetheretherketon (PEEK) oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff.Around to better fulfill the requirement of the identical mass, For the wearer, a material can also be chosen are less dense than the material which consist of the semiconductor wafers. In this way it is possible the additional mass of the components of the device to compensate for a lower mass of the carrier. For example can use plastics with suitable properties be, for. As polyetheretherketone (PEEK) or a glass fiber reinforced Plastic.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so gestaltet, dass sie möglichst universell zur Bestimmung der von den verschiedensten Transportvorrichtungen auf die Halbleiterscheiben ausgeübten Kräfte einsetzbar ist. Es kann jedoch erforderlich sein, den Aufbau der Vorrichtung an die Position und die Richtung der Krafteinleitung durch eine bestimmte Transportvorrichtung anzupassen. Wenn Kräfte an mehreren Stellen gleichzeitig auf die Kante der Halbleiterscheiben wirken und diese gemessen werden sollen, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mehrere erste Teile 1 des Trägers und eine entsprechende Anzahl von Kraftsensoren 3 (beispielsweise bis zu vier) an den erforderlichen Stellen aufweisen. Die restlichen Komponenten müssen in der Regel nur einfach vorhanden sein.Preferably, the device according to the invention is designed so that it can be used as universally as possible for determining the forces exerted by the most diverse transport devices on the semiconductor wafers. However, it may be necessary to adapt the structure of the device to the position and direction of the introduction of force by a particular transport device. If forces act simultaneously on the edge of the semiconductor wafers in several places and these are to be measured, the device according to the invention can also have several first parts 1 the carrier and a corresponding number of force sensors 3 (For example, up to four) in the required places. The remaining components usually only have to be present in a simple way.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einen autarken Betrieb ausgelegt, d. h. es sind während der Messung keine Verbindungskabel zur Umgebung notwendig, weder zur Versorgung mit Strom noch zum Auslesen der Messdaten. Die Stromversorgung wird durch den Energiespeicher, vorzugsweise einen Akku (z. B. ein Lithium-Polymer-Akku) sichergestellt. Um eine Übertragungsleitung für die Messdaten zu vermeiden, gibt es zwei Möglichkeiten:
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist einen Datenspeicher 5 (1) auf, in dem die vom Kraftsensor 3 ermittelten und von der Signalverarbeitungseinheit 4 verarbeiteten Messdaten gespeichert werden. In diesem Fall ist zusätzlich eine Schnittstelle erforderlich, über die die Daten nach Beendigung der Messung ausgelesen werden können. Es eignen sich eine Vielzahl bekannter Standard-Schnittstellen, beispielsweise eine USB-Schnittstelle. Die USB-Schnittstelle kann zudem zum Laden des Energiespeichers verwendet werden. Alternativ kann dafür ein separater Anschluss vorgesehen sein.Preferably, the device according to the invention is designed for self-sufficient operation, ie no connection cables to the environment are necessary during the measurement, neither for supplying current nor for reading out the measured data. The power supply is ensured by the energy store, preferably a rechargeable battery (eg a lithium-polymer rechargeable battery). To avoid a transmission line for the measured data, there are two possibilities:
A preferred embodiment of the device according to the invention has a data memory 5 ( 1 ), in which the force sensor 3 determined and by the signal processing unit 4 processed measured data are stored. In this case, an additional interface is required via which the data can be read out after completion of the measurement. There are a variety of known standard interfaces, such as a USB interface. The USB interface can also be used to charge the energy storage. Alternatively, it may be provided for a separate connection.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform weist anstelle des Datenspeichers eine Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung auf, mit der die vom Kraftsensor ermittelten und von der Signalverarbeitungseinheit verarbeiteten Messdaten an einen externen Empfänger übermittelt werden können, vorzugsweise mittels elektromagnetischer Wellen. Auch hierfür können bekannte Übertragungstechniken wie beispielsweise Funk verwendet werden. Eine Standardschnittstelle für die Funkübertragung ist unter dem Namen Bluetooth® bekannt.Another preferred embodiment has, instead of the data memory, a device for wireless data transmission with which the measurement data determined by the force sensor and processed by the signal processing unit can be transmitted to an external receiver, preferably by means of electromagnetic waves. Again, known transmission techniques such as radio can be used. A standard interface for radio transmission is known as Bluetooth ®.

Die Frequenz der Datenerfassung und Speicherung oder Übertragung kann vorzugsweise beliebig vorgegeben werden. Die Signalverarbeitungseinheit ist daher vorzugsweise diesbezüglich programmierbar. Beispielsweise kann eine Datenerfassung zwischen ein und 100 mal pro Sekunde eingestellt werden. Die Signalverarbeitungseinheit kann jedoch auch so programmiert sein, dass nur bei Überschreitung eines vordefinierten Schwellwertes für die gemessene Kraft ein Abspeichern oder eine drahtlose Übertragung der gemessenen Daten erfolgt. Wird anschließend der definierte Schwellwert wieder unterschritten, kann vorgesehen sein, dass das Abspeichern oder die Übertragung der Daten noch für eine definierte Zeitspanne fortgesetzt wird.The Frequency of data acquisition and storage or transmission can preferably be arbitrarily specified. The signal processing unit is therefore preferably programmable in this regard. For example Data collection can be set between one and 100 times per second. However, the signal processing unit can also be programmed in this way be that only when exceeding a predefined Threshold for the measured force storing or a wireless transmission of the measured data takes place. If the defined threshold is then fallen below again, can be provided that the storage or transmission the data continues for a defined period of time becomes.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich eine Echtzeituhr auf, sodass mit jedem Kraftmesswert auch die exakte Uhrzeit und ggf. das Datum der Messung gespeichert oder übertragen werden kann. Die Echtzeituhr wird ebenfalls vom Energiespeicher mit Strom versorgt.Preferably the device according to the invention additionally a real-time clock so that with each force reading the exact Time and possibly the date of the measurement saved or transmitted can be. The real-time clock is also from the energy storage powered.

Ausführungsbeispielembodiment

Eine Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm, einer Dicke von 780 μm und einer Masse von 130 g wurde als Träger für eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet. Aus der Siliciumscheibe wurde durch Wasserstrahlschneiden ein Teil (wie in 1 dargestellt) herausgeschnitten. Dieser Teil, der den ersten Teil 1 des Trägers darstellt, wurde über einen Kraftsensor 3 wieder mit dem Rest der Siliciumscheibe (zweiter Teil 2 des Trägers) verbunden. Zur Kraftmessung werden Dehnungsmessstreifen verwendet, die als Parallelbiegebalken-Sensor aufgebaut sind. Die maximale Kraftaufnahme des Sensors beträgt 50 N, seine Messgenauigkeit ±0,1 N.A silicon wafer with a diameter of 300 mm, a thickness of 780 μm and a mass of 130 g was used as a carrier for a device according to the invention. From the silicon wafer was by water jet cutting a part (as in 1 cut out). This part, the first part 1 The carrier was over a force sensor 3 again with the rest of the silicon wafer (second part 2 of the carrier). For force measurement strain gauges are used, which are constructed as a parallel bending beam sensor. The maximum power consumption of the sensor is 50 N, its measuring accuracy ± 0.1 N.

Die Vorrichtung weist darüber hinaus eine Signalverarbeitungseinheit 4 (Komponenten: Datenlogger, Stromversorgung, Analog-Digital-Wandler) sowie einen Datenspeicher 5 (DataFlash) mit einer Kapazität von 16 MBit auf. Als Energiespeicher 6 dient ein Lithium-Polymer-Akku mit einer Kapazität von 1500 mAh und einer Spannung von 3,7 V, der eine Akkulaufzeit von wenigstens 24 h bei Dauerbetrieb garantiert. Außerdem weist die Vorrichtung eine Echtzeituhr sowie eine USB-Schnittstelle zum Auslesen der Daten aus dem Datenspeicher, zum Laden des Akkus und zum Programmieren der Signalverarbeitungseinheit 4 auf.The device also has a signal processing unit 4 (Components: datalogger, power supply, analog-to-digital converter) and a data memory 5 (DataFlash) with a capacity of 16 MBit. As energy storage 6 Serves a lithium-polymer battery with a capacity of 1500 mAh and a voltage of 3.7 V, which guarantees a battery life of at least 24 h in continuous operation. In addition, the device has a real-time clock and a USB interface for reading the data from the data memory, for charging the battery and for programming the signal processing unit 4 on.

Die Komponenten der Vorrichtung sind mit Polyurethan vergossen (7) und so auf dem zweiten Teil 2 des Trägers angeordnet, dass ihr Schwerpunkt exakt in der Mitte liegt. Die maximale Bauhöhe (ohne Träger) beträgt 8 mm. Die Masse der Vorrichtung beträgt einschließlich Träger 252 g. Die gesamte Vorrichtung ist reinraumtauglich, insbesondere einsetzbar in einem Reinraum der ISO-Klasse 4 nach ISO 14644-1 .The components of the device are potted with polyurethane ( 7 ) and so on the second part 2 arranged the carrier that their center of gravity is exactly in the middle. The maximum height (without carrier) is 8 mm. The mass of the device including carrier is 252 g. The entire device is clean room suitable, especially used in a clean room ISO Class 4 according to ISO 14644-1 ,

Die Messvorrichtung ist auf die Messung von Kräften ausgelegt, die parallel zu den Flächen der Halbleiterscheiben senkrecht auf deren Kanten einwirken. Diese Kraft wird durch den ersten Teil 1 des Trägers aufgenommen und an den Kraftsensor 3 weitergeleitet. Der Aufbau des Parallelbiegebalken-Kraftsensors ist in 2 wiedergegeben. Der eigentliche Parallelbiegebalken 33 ist auf einer Seite mit einer Befestigungsvorrichtung 32 am zweiten Teil 2 des Trägers (siehe 1) befestigt. Auf der anderen Seite ist er über einen Bügel 34 mit einer weiteren Befestigungseinrichtung 31 und über diese mit dem ersten Teil 1 des Trägers verbunden. Die parallel zur Oberfläche des ersten Teils 1 des Trägers und senkrecht zu dessen Kante wirkenden Kräfte F werden über die Befestigungseinrichtung 31 auf den Bügel 34 übertragen. Durch die Belastung werden die beiden Balken des Parallelbiegebalkens 33 deformiert. Diese Deformation kann mittels nicht dargestellter Dehnungsmessstreifen gemessen werden. Die gemessene Spannung ist ein Maß für die einwirkende Kraft F.The measuring device is designed to measure forces that act perpendicular to their edges parallel to the surfaces of the semiconductor wafers. This power is through the first part 1 taken by the wearer and the force sensor 3 forwarded. The structure of the parallel bending beam force sensor is in 2 played. The actual parallel bending beam 33 is on one side with a fastening device 32 on the second part 2 of the wearer (see 1 ) attached. On the other side he is over a hanger 34 with another fastening device 31 and about this with the first part 1 connected to the carrier. The parallel to the surface of the first part 1 the carrier and acting perpendicular to its edge forces F are on the fastening device 31 on the temple 34 transfer. The load causes the two beams of the parallel bending beam 33 deformed. This deformation can be measured by means not shown strain gauges. The measured stress is a measure of the applied force F.

Die Signalverarbeitungseinheit 4 wertet kontinuierlich die vom Kraftsensor 3 bestimmten Messwerte aus. Wird ein vordefinierter Schwellwert der Kraft überschritten, werden die entsprechenden Messwerte im Datenspeicher 5 abgelegt, bis der Schwellwert wieder unterschritten wird. Danach werden für eine festgelegte Zeitspanne weiterhin Messwerte in den Datenspeicher geschrieben. Mit jedem Kraft-Messwert wird zusätzlich Datum und Uhrzeit der Messung abgespeichert. Jeder Datensatz wird außerdem mit einer laufenden Zeilennummer versehen.The signal processing unit 4 continuously evaluates the force sensor 3 certain readings. If a predefined threshold value of the force is exceeded, the corresponding measured values are stored in the data memory 5 filed until the threshold falls below again. Thereafter, readings are still written to the data store for a specified period of time. With each force measurement value, the date and time of the measurement is additionally stored. Each record is also provided with a running line number.

Die Frequenz der Datenspeicherung ist einstellbar im Bereich von 1 bis 100 Hz. Es kann zudem vorgegeben werden, ab welchem Schwellwert der gemessenen Kraft die Messwerte abgespeichert werden und wie lange die Nachlaufzeit nach erneutem Unterschreiten des Schwellwerts dauern soll. Die Signalverarbeitungseinheit 4 kann über die USB-Schnittstelle entsprechend konfiguriert werden.The frequency of the data storage can be set in the range from 1 to 100 Hz. It can also be specified from which threshold value of the measured force the measured values are stored and how long the follow-up time is to last after falling below the threshold again. The signal processing unit 4 can be configured accordingly via the USB interface.

Die beschriebene Vorrichtung zur Kraftmessung kann wie jede Halbleiterscheibe mit den oben angegebenen Abmessungen (insbesondere mit dem selben Durchmesser, der selben Dicke und dem selben Kantenprofil) mit Roboter-Greifern am ersten Teil 1 des Trägers gegriffen und transportiert und die dabei auf den ersten Teil 1 des Trägers wirkenden Kräfte gemessen werden. Außerdem kann die Vorrichtung mit dem ersten Teil 1 des Trägers voraus in Kassetten gestellt werden, die zur Lagerung oder zum Transport der entsprechenden Siliciumscheiben verwendet werden und die während der Lagerung oder während des Transports auf den ersten Teil 1 des Trägers wirkenden Kräfte gemessen werden.The described force measuring device can, like any semiconductor wafer with the dimensions given above (in particular with the same diameter, the same thickness and the same edge profile) with robot grippers on the first part 1 the carrier gripped and transported and thereby on the first part 1 the forces acting on the wearer are measured. In addition, the device with the first part 1 the carrier in cassettes, which are used for storage or transport of the corresponding silicon wafers and during storage or during transport to the first part 1 the forces acting on the wearer are measured.

Selbstverständlich können auch andere Formen des Trägers, andere Durchmesser, Dicken, Massen etc. durch erfindungsgemäße Messvorrichtungen nachgebildet werden. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch an andere Positionen und Winkel der Krafteinwirkung angepasst werden, sodass sie zur Bestimmung aller denkbaren Kräfte verwendet werden kann, die bei der Lagerung oder beim Transport auf eine Halbleiterscheibe einwirken. Insbesondere können dadurch kritische Transportvorgänge identifiziert werden, bei denen so große Kräfte wirken, dass die Scheiben beschädigt werden.Of course can also use other forms of the carrier, others Diameter, thicknesses, masses etc. by inventive Measuring devices are modeled. In addition, the Device according to the invention also to other positions and angle of the force action are adapted to the Determination of all conceivable forces can be used which act on a semiconductor wafer during storage or during transport. In particular, this can be critical transport operations be identified, where such large forces work that the discs are damaged.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • - ISO-Klasse 4 nach ISO 14644-1 [0029] - ISO Class 4 according to ISO 14644-1 [0029]

Claims (10)

Vorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Transport oder der Lagerung einer im Wesentlichen runden Halbleiterscheibe durch eine dafür verwendete Transportvorrichtung auf die Halbleiterscheibe ausgeübt werden, umfassend – einen aus zwei Teilen bestehenden Träger, dessen Form und Abmessungen im Wesentlichen der Form und den Abmessungen der Halbleiterscheibe entsprechen, sodass die Vorrichtung wie die Halbleiterscheibe mit der Transportvorrichtung transportiert oder in ihr gelagert werden kann, – einen Kraftsensor (3), der einen ersten Teil (1) des Trägers, auf den die zu messenden Kräfte (F) wirken, mit einem zweiten Teil (2) des Trägers verbindet, und der die auf den ersten Teil (1) des Trägers wirkenden Kräfte (F) in ein elektrisches Signal umwandelt, – eine Signalverarbeitungseinheit (4), die das vom Kraftsensor (3) erzeugte elektrische Signal weiterverarbeitet und – einen Energiespeicher (6), der den Kraftsensor (3) und die Signalverarbeitungseinheit (4) mit elektrischer Energie versorgt.Device for measuring forces exerted on the semiconductor wafer during transportation or storage of a substantially round semiconductor wafer by a transport device used therefor, comprising - a two-part carrier whose shape and dimensions are substantially the shape and dimensions of the semiconductor wafer correspond, so that the device can be transported as the semiconductor wafer with the transport device or stored in it, - a force sensor ( 3 ), a first part ( 1 ) of the carrier on which the forces to be measured (F) act, with a second part ( 2 ) of the wearer, and that of the first part ( 1 ) of the carrier (F) is converted into an electrical signal, - a signal processing unit ( 4 ), that of the force sensor ( 3 ) processed electrical signal and - an energy storage ( 6 ), the force sensor ( 3 ) and the signal processing unit ( 4 ) supplied with electrical energy. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Schwerpunkt innerhalb eines bezüglich des Trägers konzentrischen Kreises liegt, dessen Radius 50% des Radius des Trägers entspricht.Device according to claim 1, characterized characterized in that their focus within a respect of the carrier concentric circle whose radius 50% of the radius of the carrier corresponds. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kantenprofil des Trägers mit dem Kantenprofil der Halbleiterscheibe identisch ist.Device according to one of the claims 1 or 2, characterized in that the edge profile of the carrier is identical to the edge profile of the semiconductor wafer. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine in zwei Teile geschnittene Halbleiterscheibe ist.Device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the carrier one in two Parts cut semiconductor wafer is. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Masse 50 bis 200% der Masse der Halbleiterscheibe beträgt.Device according to one of the claims 1 to 4, characterized in that their mass 50 to 200% of Mass of the semiconductor wafer is. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (1) des Trägers am Rand der Vorrichtung liegt.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first part ( 1 ) of the carrier is located at the edge of the device. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Datenspeicher (5), in dem die von der Signalverarbeitungseinheit (4) ermittelten Daten gespeichert werden können.Device according to one of claims 1 to 6, characterized by a data memory ( 5 ), in which the signal processing unit ( 4 ) can be stored. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung, mit der die von der Signalverarbeitungseinheit ermittelten Daten an einen externen Empfänger übermittelt werden können.Device according to one of the claims 1 to 6, characterized by a device for wireless data transmission, with the data determined by the signal processing unit to an external recipient can. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Echtzeituhr, die es ermöglicht, jedem Kraft-Messwert eine Uhrzeit zuzuordnen, zu der der Messwert ermittelt wurde.Device according to one of the claims 1 to 8, characterized by a real-time clock, which makes it possible To assign a time to each force measurement, to which the measured value was determined. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Signalverarbeitungseinheit (4), der Energiespeicher (6) sowie, falls vorhanden, der Datenspeicher (5), die Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung und die Echtzeituhr in einem Gehäuse befinden oder mit Kunststoff vergossen sind.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the signal processing unit ( 4 ), the energy storage ( 6 ) and, if available, the data memory ( 5 ), the wireless data transmission device and the real-time clock are in a housing or are encapsulated with plastic.
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