DE102011120565B4

DE102011120565B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats

Info

Publication number: DE102011120565B4
Application number: DE102011120565.2A
Authority: DE
Inventors: Ottmar Graf; Andreas Hartmann; Daniel Knöpfle
Original assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Current assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: DE102011120565A1; WO2013083289A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats (2), das wenigstens drei gerade Seitenkanten aufweist, wobei zwei der drei Kanten mit einer maximalen Abweichung von 5°parallel verlaufen, wobei die Vorrichtung (1) Folgendes aufweist:
eine Sensoranordnung mit wenigstens fünf optischen Sensoren (5, 6, 7, 8, 9), die jeweils einen linienförmigen Messbereich (25) aufweisen, wobei
ein erster Sensor (5) und ein zweiter Sensor (6) entlang einer ersten Achse beabstandet zueinander angeordnet sind und ihre linienförmigen Messbereiche (25) mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel verlaufen;
ein dritter Sensor (7) und ein vierter Sensor (8) entlang einer zweiten Achse beabstandet zueinander angeordnet sind und ihre linienförmigen Messbereiche (25) mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel verlaufen;
ein den ersten und zweiten Sensoren (5, 6) gegenüber angeordneter fünfter Sensor (9) auf einer dritten Achse angeordnet ist, wobei sein linienförmiger Messbereich (25) mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel zu den Messbereichen (25) der ersten und des zweiten Sensoren (5, 6) verläuft,
wobei die erste und die zweite Achse einen ersten Winkel einschließen und die zweite und die dritte Achse einen zweiten Winkel einschließen, und
eine Referenzplatte (11), die ortsfest zu den Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) angeordnet ist, wobei die Referenzplatte (11) in einem Teilbereich des linienförmigen Messbereichs (25) jedes Sensors (5, 6, 7, 8, 9) liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats, insbesondere eines Wafers.
In der Halbleiter- sowie der Solarzellentechnik ist es bekannt, scheibenförmige Substrate aus unterschiedlichen Materialien, die nachfolgend als Wafer bezeichnet werden, unterschiedlichen Prozessen auszusetzen.
Dabei werden die Wafer häufig sowohl Einzelbehandlungsprozessen als auch Chargenprozessen, d.h. Prozessen bei denen mehrere Wafer gleichzeitig behandelt werden, ausgesetzt. Sowohl für Einzelprozesse als auch Chargenprozesse müssen die Wafer jeweils in eine gewünschte Behandlungsposition gebracht werden. Bei Chargenprozessen geschieht dies in der Regel dadurch, dass die Wafer in sogenannte Boote eingesetzt werden, welche Aufnahmen für eine Vielzahl von Wafern besitzen. In den Booten werden die Wafer in der Regel jeweils parallel zueinander angeordnet. Solche Boote können unterschiedlich aufgebaut sein, und häufig sehen sie nur eine Aufnahme der unteren Kanten der jeweiligen Wafer derart vor, dass die Wafer nach oben freistehen. Solche Boote können beispielsweise Einführschrägen aufweisen, um das Einsetzen der jeweiligen unteren Kanten der Wafer in die Boote zu erleichtern.
Bei einer Art von Waferboot, die beispielsweise für eine Plasmanitridierung von Wafern in der Solarzellentechnologie verwendet wird, wird das Waferboot durch eine Vielzahl von elektrisch leitenden Platten gebildet, die üblicherweise aus Graphit bestehen. Die Platten sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, und zwischen benachbarten Platten werden Aufnahmeschlitze zur Aufnahme von Wafern gebildet. Die zueinander weisenden Seiten der Platten besitzen jeweils entsprechende Aufnahmeelemente für Wafer, so dass an jeder dieser Seiten Wafer aufgenommen werden können. In jedem Aufnahmeschlitz können somit zwei Wafer vollständig zwischen den Platten aufgenommen werden. Benachbarte Platten des Waferbootes sind elektrisch gegeneinander isoliert und können während des Prozesses mit unterschiedlichen Vorspannungen beaufschlagt werden. Hierdurch ist es möglich, zwischen den an den jeweiligen Platten gehaltenen Substraten ein Plasma auszubilden, um eine Plasmabehandlung wie zum Beispiel eine Plasmanitridierung derselben vorzusehen.
Als Aufnahmeelemente sind an jeder Platte üblicherweise jeweils wenigstens drei Stifte vorgesehen, die an ihrem freien Ende einen vergrößerten Kopf aufweisen, der zu der jeweiligen Platte eine sich zum Stift verjüngende Führungsschräge aufweist. Beim Einsetzen der Wafer in das Waferboot, vorzugsweise durch einen Robotergreifer, werden die Kanten des Wafers in den Bereich der Stifte bewegt, und dann durch eine Drehbewegung des Robotergreifers in Kontakt mit möglichst allen drei Stiften gebracht. Dies kann dadurch erfolgen, dass beispielsweise der Robotergreifer den Wafer mit einem oder mehreren Vakuumsaugern ansaugt, ihn so in einer festen Position relativ zum Robotergreifer hält, den Wafer zum Waferboot transportiert und ihn dann mittels einer leichten Drehbewegung in die Stifte einsetzt. Die dabei verwendeten Wafer sind beispielsweise Solarzellenwafer aus Silizium, welche annähernd quadratisch und etwa 150 µm dick sind. Die Außenabmessungen können jedoch fertigungsbedingt zwischen 155 mm x 155 mm und 157 mm x 157 mm schwanken. Da es einerseits Toleranzen bei der Positionierung der Wafer geben kann und andererseits die Wafer Außenmaßtoleranzen von +/- 1 mm aufweisen können, besteht beim Einsetzen der Wafer die Gefahr, dass die Wafer die Stifte nicht ausreichend kontaktieren oder beim Einsetzen zu Bruch gehen, weil sie vom Robotergreifer zu hart in die Aufnahmestifte eingedreht werden.
Um sicherzustellen, dass möglichst wenige dieser Wafer beim Be- oder Entladevorgang des Waferbootes beschädigt werden, wurden spezielle Greifer vorgeschlagen, die aufwändig über Federn gelagerte, bewegliche Vakuumsauger aufweisen, welche einen aufgenommenen Wafer beweglich lagern. Hierdurch können beim Einsetzen der Wafer Toleranzen automatisch ausgeglichen werden. Jedoch besteht bei solchen Greifern die Gefahr, dass sich die Wafer bei schnellen Bewegungen des Greifers zu stark relativ zum Greifer bewegen, und beispielsweise zu schwingen beginnen und beschädigt werden. Dies kann insbesondere bei Bewegungen zwischen einer Wafer-Aufnahmeposition und dem Aufnahmeschlitz des Waferbootes zu Beschädigungen des Wafers führen. Um solche Beschädigungen zu vermeiden, muss daher bei solchen Greifern die Bewegung des Greifers weich abgebremst, bzw. gedämpft werden. Dies verringert den Durchsatz der Wafer durch die Anlage, da die Beladung des Waferbootes zeitaufwändiger wird.
Außerdem ist es bekannt, dass zur Lage- und Konturerfassung von Solarwafern Kameras mit Belichtung eingesetzt werden. In einigen Systemen werden auch häufig nur zwei Kanten des Wafers an festen Anschlägen ausgerichtet, wobei die Größe und Winkligkeit der dritten Kante vernachlässigt wird.
Die bisher in der Technik verwendeten Verfahren, die Lage von Wafern mit Industriekameras zu bestimmen haben den Nachteil einer zu geringen Auflösung, oder sind zu träge, um einen schnellen Durchsatz der Wafer zu gewährleisten. Außerdem können wechselnde Lichtverhältnisse das Messergebnis beeinflussen.
Ferner wird auf die Druckschrift DE 697 32 516 T2 hingewiesen, die eine Halbleiterscheibenträgervorrichtung in Form eines beweglichen Wafertischs mit darauf plazierten Interferometern zur Positionierung des Wafertischs aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzusehen die auf einfache Weise eine Lagebestimmung von scheibenförmigen Substraten ermöglicht, so dass ein Robotergreifer die Substrate anschließend möglichst genau positionieren kann. Hierdurch soll eine rasche automatische Handhabung des Substrats/Wafers ermöglicht und gegebenenfalls die Gefahr einer Beschädigung desselben beim Einsetzen der Wafer in ein Waferboot vermieden werden. Ferner liegt eine Aufgabe der Erfindung im Vorsehen eines Verfahrens zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats, wodurch eine höhere Genauigkeit beim anschließenden Beladen eines Waferbootes durch einen Robotergreifer erzielt werden kann. Hierdurch wird die Gefahr von Beschädigungen an den Wafern durch ungenaue Kenntnis der Positionen der Wafer beim Beladen von Waferbooten verringert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats nach Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats nach Anspruch 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Insbesondere ist eine Vorrichtung zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats mit wenigstens drei geraden Seitenkanten vorgesehen, wobei zwei der drei Kanten im Wesentlichen parallel verlaufen. Die Vorrichtung weist eine Sensoranordnung mit wenigstens fünf optischen Sensoren auf, die jeweils einen linienförmigen Messbereich umfassen, wobei ein erster Sensor und ein zweiter Sensor entlang einer ersten Achse beabstandet zueinander angeordnet sind und ihre linienförmigen Messbereiche im Wesentlichen parallel verlaufen. Ein dritter Sensor und ein vierter Sensor sind entlang einer zweiten Achse beabstandet zueinander angeordnet, wobei ihre linienförmigen Messbereiche im Wesentlichen parallel verlaufen. Weiterhin ist ein dem ersten und dem zweiten Sensor gegenüber angeordneter fünfter Sensor auf einer dritten Achse angeordnet, wobei sein linienförmiger Messbereich im Wesentlichen parallel zu den Messbereichen des ersten und des zweiten Sensors verläuft, und wobei die erste und die zweite Achse einen ersten Winkel einschließen und die zweite und die dritte Achse einen zweiten Winkel einschließen, ferner sieht die Vorrichtung eine Referenzplatte vor, die ortsfest zu den Sensoren angeordnet ist, wobei die Referenzplatte in einem Teilbereich des linienförmigen Messbereichs jedes Sensors liegt.
Eine solche Vorrichtung ist geeignet, die genaue Lage der Kanten eines Wafers zu bestimmen, der beispielsweise in einem Waferboot abgelegt werden soll. Da die Wafer in ihren tatsächlichen Abmaßen eine gewisse Toleranz aufweisen kann durch die Vermessung der Lage der Kanten des Wafers eine Beschädigung des Wafers vermieden werden wenn dieser in dem Waferboot abgelegt wird. Ein Vorteil einer derartigen Vorrichtung ist, dass sie eine schnelle Erfassung der Daten des Wafers über die Sensoren ermöglicht.
Der linienförmige Messbereich der Sensoren steht vorzugsweise im 90° Winkel zu den Achsen der jeweiligen Sensoren. Ferner können die erste, die zweite und die dritte Achse, entlang derer die Sensoren angeordnet sind, in einer gemeinsamen Ebene liegen und die zweite Achse vorzugsweise senkrecht zu den anderen Achsen stehen. Diese Konfiguration ist insbesondere für rechteckige Substrate geeignet.
Vorzugsweise bestehen die Sensoren jeweils aus einem optischen Sender und Empfänger, wobei ein zwischen Sender und Empfänger erzeugtes Lichtband den linienförmigen Messbereich definiert. Derartige Sensoren haben den Vorteil, dass sie bei geringerer Datenmenge eine höherer Auflösung aufweisen als beispielsweise Industriekameras. Zudem können die Messwerte solcher Sensoren weniger stark durch wechselnde Lichtverhältnisse beeinflusst werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin ein Gehäuse aufweisen, das die Messanordnung, aus Lichtbandsensoren an wenigstens drei Seiten umschließt, wodurch eine weitere Beeinflussung der Messwerte zum Beispiel durch Streulicht verringert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung können die Sender und Empfänger jeweils an einer gemeinsamen Aufnahmeplatte befestigt sein, wobei die einzelnen Komponenten dabei starr und in bekannter Weise zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann eine robuste und zuverlässige Messanordnung gewährleistet werden, trotz der hohen Genauigkeit, die die Vorrichtung bezüglich der Bestimmung der Lage von Substratkanten bereitstellt.
Des Weiteren ist eine Vorrichtung zum Be- und Entladen von scheibenförmigen Substraten in/aus ein(em) Waferboot mit einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, die einen Robotergreifer aufweist, der geeignet ist, die scheibenförmigen Substrate in einen Substratlagenmessbereich, der von den Sensoren erfasst wird, einzubringen.
Hierbei kann eine bevorzugte Ausführungsform eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe und Neigung des Robotergreifers aufweisen, wenn dieser sich in einer Position befindet, in der er ein Substrat in einem Substratlagemessbereich anordnen würde. Dies ist insofern vorteilhaft, da das Ablegen der Wafer in das Waferboot nicht nur von der genauen Bestimmung der Kantenlage der Wafer abhängen kann, sondern auch von der genauen Lage des Robotergreifers.
Weiterhin ist ein Verfahren zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats mit wenigstens drei geraden Seitenkanten vorgesehen, wobei zwei der drei Kanten im Wesentlichen parallel verlaufen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist das Erfassen einer ersten Kante des scheibenförmigen Substrats mit einem ersten Sensor und einem zweiten Sensor auf, wobei der erste und der zweite Sensor entlang einer ersten Achse beabstandet zueinander angeordnet sind und ihre linienförmigen Messbereiche im Wesentlichen parallel verlaufen. Ferner wird eine zweite Kante des scheibenförmigen Substrats mit einem dritten Sensor und einem vierten Sensor erfasst, wobei der dritte und der vierte Sensor entlang einer zweiten Achse beabstandet zueinander angeordnet sind und ihre linienförmigen Messbereiche im Wesentlichen parallel verlaufen. Eine dritte Kante des scheibenförmigen Substrats wird mit einem dem ersten und dem zweiten Sensor gegenüber angeordneten fünften Sensor, der auf einer dritten Achse angeordnet ist, erfasst, wobei sein linienförmiger Messbereich im Wesentlichen parallel zu den Messbereichen des ersten und des zweiten Sensors verläuft, und wobei die erste und die zweite Achse einen ersten Winkel einschließen und die zweite und die dritte Achse einen zweiten Winkel einschließen. Anhand der erfassten Daten wird dann die Position des scheibenförmigen Substrats bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann ein Kalibrieren der Sensoren vorab mittels einer Referenzplatte durchgeführt werden, die ortsfest zu den Sensoren angeordnet ist, wobei die Referenzplatte in einem Teilbereich des linienförmigen Messbereichs jedes Sensors liegt, und die jeweiligen Kanten der Referenzplatte erfasst werden. Ferner können die Messwerte der Sensoren zwischen dem Vermessen von scheibenförmigen Substraten anhand der Referenzplatte kontrolliert und erneut kalibriert werden, sofern eine Abweichung der Messwerte der Sensoren einen Grenzwert überschreitet. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass eventuelle Abweichungen der Messanordnung aufgrund von thermischen oder mechanischen Änderungen in der Messanordnung kompensiert werden können wodurch die Genauigkeit im Betrieb aufrechterhalten werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Erfassen der Kanten des scheibenförmigen Substrats vorzugsweise an Stellen der Kanten des scheibenförmigen Substrats durchgeführt werden, auf denen das scheibenförmige Substrat nach dem Vermessen abgelegt wird. Dies kann dazu beitragen, dass die Gefahr von Beschädigungen der Wafer beim Ablegen derselben in dem Waferboot in einem noch weiter verringert werden kann. Die Gefahr von Beschädigungen kann ferner durch ein Einmessen des Robotergreifers zum Greifen, Positionieren und Ablegen des scheibenförmigen Substrats noch weiter verringert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann das Einmessen des Robotergreifers mittels dreier Abstandssensoren und einem Referenzwafer durchgeführt werden, wobei die Position, sowie die Höhe und Neigung des Robotergreifers bestimmt wird. Hierbei positioniert der Robotergreifer das scheibenförmige Substrat vorzugsweise in einen Substratlagenmessbereich, der sich zwischen den Sendern und Empfängern der Sensoren befindet und dadurch von den Sensoren erfasst wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vermessen von Wafern;
2 eine Schnittdarstellung durch die Vorrichtung gemäß 1 entlang der Ebene A-B-C-D;
3 eine schematische Seitenansicht eines Aufnahmestiftes eines Waferbootes;
4 A-C ein schematisches Ablaufdiagramm, das einen Einsetzvorgang für einen Wafer in ein Waferboot zeigt.

In der Beschreibung verwendete Begriffe wie oben, unten, links und rechts beziehen sich auf die Darstellung in den Zeichnungen und sind nicht einschränkend zu sehen. Sie können aber bevorzugte Ausführungen beschreiben. Die Formulierung im Wesentlichen bezogen auf parallel, senkrecht oder Winkelangaben soll Abweichungen von ≤ 5% umfassen vorzugsweise < 1%.
Die 1 und 2 zeigen unterschiedliche Darstellungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Vermessen von scheibenförmigen Substraten wie beispielsweise Wafern 2, wobei die 2 eine Schnittdarstellung der Ebene A-B-C-D aus 1 darstellt.
Die Vorrichtung 1 besteht aus fünf Lichtbandsensoren 5 bis 9, einer Referenzplatte 11, sowie zwei Sensor-Montageplatten 13, wobei nur eine Sensor-Montageplatte 13 in 2 dargestellt ist. Jeder der Lichtbandsensoren 5 bis 9 besteht aus einem Sender 15 und einem Empfänger 16. Eine der Sensor-Montageplatten 13 ist für die Sender 15 vorgesehen, und eine weitere der Sensor-Montageplatten 13 (nicht dargestellt) ist für die Empfänger 16 vorgesehen, wobei in 2 die Sensor-Montageplatte 13 für die Empfänger 16 dargestellt ist. Die Sensor-Montageplatten 13 für die Sender 15 und die Empfänger 16 sind über Verbindungsstangen 18 miteinander verbunden und starr und in bekannter Weise zueinander angeordnet. Die Anordnung der Sender 15 und Empfänger 16 kann auch umgekehrt sein, so dass die Sender 15 unterhalb der Empfänger 16 angeordnet sind.
Die Referenzplatte 11 ist fest in einer Messposition montiert, die sich zwischen den Sendern 15 und den Empfängern 16 befindet. Wie in 1 gut zu erkennen ist, ist die Referenzplatte 11 so angeordnet, dass sie jeweils einen Teil von Lichtbändern, die von den Lichtbandsensoren 5 bis 9 erzeugt werden, abdeckt. Die Referenzplatte 11 weist hierbei im Wesentlichen die Form der zu vermessenden, in den 1 und 2, nicht dargestellten scheibenförmigen Substrate, beziehungsweise Wafer 2 auf.
Die fünf Lichtbandsensoren 5 bis 9 weisen jeweils einen linearen Messbereich auf, der in Form von Lichtbändern 25 dargestellt ist, die jeweils von den Sendern 15 ausgesendet werden und von den Empfängern 16 empfangen werden. Das von den Sendern 15 ausgesandte Licht kann eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise die eines kreisförmig abgestrahlten Lichtbündels, wobei die Empfänger einen linienförmigen Messbereich aufweisen. Dieser linienförmige Messbereich „schneidet“ dann, in einer derartigen Ausführungsform des Senders, einen Teil des abgestrahlten Lichts aus dem Lichtbündel aus, wodurch ein Lichtband 25 gemessen wird. Alternativ könnte aber auch der Sender 15 tatsächlich einen bandförmigen Lichtstrahl aussenden.
Wie in 1 dargestellt sind die fünf Lichtbandsensoren 5 bis 9 so angeordnet, dass deren Lichtbänder 25 die Referenzplatte 11 an drei Kanten überlappen. Die Lichtbandsensoren 5 und 6 sind hierbei parallel beabstandet zueinander entlang einer ersten Achse derart angeordnet, dass deren Lichtbänder 25 eine erste Kante 30 der Referenzplatte 11 überlappen. Die Sensoren 7 und 8 sind parallel beabstandet zueinander entlang einer zweiten Achse derart angeordnet, dass deren Lichtbänder 25 eine zweite Kante 32 der Referenzplatte 11 überlappen. Der Sensor 9 ist so angeordnet, dass sein Lichtband 25 eine dritte Kante 34, die der ersten Kante 30 gegenüberliegt, überlappt. Wie in den 1 und 2 gut zu erkennen ist stehen die Lichtbänder 25, bzw. die linearen Messbereiche 25 hierbei jeweils in einem 90° Winkel zu den entsprechenden Kanten 30, 32, 34 der Referenzplatte 11. Wie ebenfalls in 1 gut zu erkennen ist, liegt der Sensor 9 den Sensoren 5 und 6 gegenüber und die Sensoren 7 und 8 sind jeweils rechtwinklig zu den Sensoren 5 und 6 sowie dem Sensor 9 angeordnet. Entsprechend der Lage der Kanten 30, 32, 34 der Referenzplatte 11, weist ein in der Vorrichtung 1 zu vermessender Wafer 2 Kanten 30-1, 32-1 und 34-1 auf, auf die später noch genauer eingegangen wird.
Die Sender 15 weisen weiterhin Gehäuse 40 auf, an deren Oberseite sich Justiervorrichtungen 45 befindet. Mittels dieser Justiervorrichtungen kann eine Positionierung der Lichtbandsensoren 5 bis 9 in der Vorrichtung 1 erfolgen. Die Empfänger 16 weisen Gehäuse 50 auf, wobei sich an den Unterseiten der Gehäuse 50 ebenfalls Justiervorrichtungen 55 befindet. Die Empfänger 16 weisen an einer Oberfläche des Gehäuses 50 eine Lichtbandeintrittsfläche 52 auf, in die das Lichtband 25 eintritt. Die Sender 15 weisen entsprechende Austrittsflächen auf, die jedoch in den Figuren nicht gezeigt sind, zum Aussenden der genannten Lichtbänder 25. Die Anordnung der Sensoren 5 bis 9 in der Vorrichtung 1 ist so gewählt, dass die Kanten des Wafers 2, durch die jeweiligen Sensoren 5 bis 9 an Positionen vermessen werden, die ungefähr der Position von Pins, beziehungsweise Aufnahmestiften 100 entsprechen - wie in den 3 und 4a-4c dargestellt- an denen der Wafer 2 zum Liegen kommt, nachdem er durch einen nicht dargestellten Robotergreifer in ein Waferboot eingesetzt wurde.
Die Referenzplatte 11 weist, wie in den 1 und 2 gezeigt ist, Durchgangsöffnungen 60 auf, über die der nicht dargestellte Robotergreifer zum Greifen und Positionieren der Wafer 26, wie später näher erläutert wird, justiert werden kann. Wie schon erwähnt, weist die Referenzplatte 11 im Wesentlichen die Umfangsform des zu vermessenden Wafers 2 auf, ist aber insgesamt kleiner, wobei eine ungefähre Wafermessposition anhand der gestrichelten Linie 70 in 2 dargestellt ist. Die Wafermessposition befindet sich oberhalb der Referenzplatte 11, damit der Robotergreifer den Wafer 2 ungehindert in die Wafermessposition einbringen kann. Die Referenzplatte 11 ist horizontal so zwischen den Sendern 15 und den Empfängern 16 angeordnet, dass ein Teil der jeweiligen linearen Messbereiche/Lichtbänder 25 senkrecht auf die Referenzplatte 11 auftrifft. Durch eine derart angeordnete Referenzplatte 11 kann bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 ein Nullabgleich von Messwerten der Lichtbandsensoren 5 bis 9 durchgeführt werden. Ebenfalls ist es möglich hierüber den Nullabgleich der Sensoren 5 bis 9 während des Betriebs zu überprüfen und bei einer Abweichung den Nullabgleich, sofern dieser innerhalb einer korrigierbaren Toleranz liegt, zu korrigieren. Sollte hierbei die Abweichung nicht innerhalb der korrigierbaren Toleranz liegen, wird dies als Fehler gemeldet.
Die 3 zeigt schematisch einen der Aufnahmestifte 100, deren Anordnung in den 4a-4c erkennbar ist. Die Aufnahmestifte 100 weisen, wie in 3 gut zu erkennen ist, ein Kopfteil 110, einen Sockel 120 und Führungsschrägen 130 auf. Die 4a-4c zeigen ein Eindrehen eines Wafers 26, nachdem die Lage der Kanten 30-1, 32-1 und 34-1 des Wafers 2 durch die Vorrichtung 1 vermessen wurde und der Wafer 2 durch den Robotergreifer aus der Vorrichtung 1 zu dem Waferboot transportiert wurde. In den 4a - 4c ist die Anordnung der Aufnahmestifte 100 gut zu erkennen. Die Aufnahmestifte 100 sind in einer Dreiecksanordnung auf einer Platte 140 des Waferbootes angeordnet. Die Aufnahmestifte 100, an denen die Kanten 30-1, 32-1 und 34-1 des Wafers 2 zum Liegen kommen, sind auf einer Platte 140 eines nicht gezeigten Waferbootes angeordnet. Das Eindrehen des Wafers 2 mit Hilfe des Robotergreifers geschieht zunächst in einer Position wie sie in 4a gezeigt ist. Hierbei wird der Wafer 2 frei zwischen die Aufnahmestifte 100 bewegt. Anschließend wird der Wafer 2 durch eine entsprechende Bewegung des Robotergreifers gedreht, und zwar vorzugsweise um seinen Mittelpunkt. Hierbei kontaktieren die Kanten 30-1, 32-1 und 34-1 des Wafers 2 nunmehr die Führungsschrägen 130 des Kopfteils 110 der Aufnahmestifte 100. Bei einer weitergehenden Drehung wird der Wafer 2 durch die Führungsschrägen 130 in Richtung der jeweiligen Platte 140 des Waferbootes geführt, und sicher durch die Aufnahmestifte 100 aufgenommen.
Der Betrieb der Vorrichtung 1 zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats, vorzugsweise eines Wafers 26, wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Vor der Vermessung eines Wafer 2 mittels der Vorrichtung 1 wird zunächst ein Nullabgleich der Sensoren 5 bis 9 durchgeführt. Hierbei wird mittels der Sensoren 5 bis 9 die bekannte Lage der Referenzplatte 11 vermessen und dabei die Lage der Kanten 30, 32 und 34 bestimmt. Über die bekannten Kantenpositionen der Referenzplatte 11 kann hierbei der oben erwähnte Nullabgleich der Sensoren 5 bis 9 durchgeführt werden. Hierbei sei erwähnt dass ein Nullabgleich der Sensoren 5 bis 9 auch im Betrieb der Vorrichtung 1 laufend überprüft werden kann. Sofern Abweichungen auftreten, werden diese korrigiert. Hierbei ist es jedoch notwendig, dass die Abweichungen innerhalb einer gewissen Toleranz liegen, in der die Sensoren noch korrigiert werden können. Falls die Abweichungen der Sensoren 5 bis 9 außerhalb dieser Toleranz liegen wird dies wie oben erwähnt als Fehler gemeldet. Die Durchführung des Nullabgleichs während des Betriebes kann hierbei jedoch nur dann erfolgen, wenn sich kein Wafer 2 in der Wafermessposition befindet, da sonst, wie in 2 zu erkennen ist, die Referenzplatte 11 durch den sich darüber befindlichen Wafer 2 verdeckt ist.
Ebenfalls wird bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 ein nicht dargestellter Robotergreifer in die Wafermessposition gebracht und dessen tatsächliche Position, Höhe und Neigung bestimmt. Die Positionsvermessung des Robotergreifers erfolgt hierbei in Kombination mit einem Referenzwafer, der von dem Robotergreifer in bekannter Weise in der Messposition gehalten wird, wodurch über die Vermessung des Referenzwafers die genaue Position des Robotergreifers bestimmt werden kann. Die Höhe und Neigung des Robotergreifers wird über 3 Abstandssensoren (nicht in den Figuren dargestellt) von unten, d.h. durch die Referenzplatte 11 hindurch, gemessen und mit den Ergebnissen dieser Messungen wird der Robotergreifer auf die Waferlagemessposition kalibriert. Die in den Figuren nicht dargestellten Abstandssensoren sind dabei vorzugsweise unterhalb der Referenzplatte 11 angeordnet, wobei über die Durchgangsöffnungen 60 in der Referenzplatte 11 die Vermessung des Robotergreifers erfolgt. In einem nächsten Schritt führt nun der Robotergreifer einen Wafer 2 in die Wafermessposition ein, wobei über die Sensoren 5 bis 9 die Lage der jeweiligen Kanten 30-1, 32-1 und 34-1 des Wafers 2 bestimmt werden. Die Messung der Kanten 30-1, 32-1 und 34-1 des Wafer 2 erfolgt hierbei vorzugsweise an den Punkten des Wafers 26, die später bei der Positionierung des Wafers 2 innerhalb eines nicht dargestellten Waferbootes relevant sind. Diese relevanten Punkte sind hierbei durch die Lage der Aufnahmestifte 100, wie in den 4a-4c gezeigt, definiert. Durch diesen Messvorgang, mittels dessen die genaue Lage der Kanten 30-1, 32-1 und 34-1 des Wafers 2 bestimmt wird, und die Kalibrierung der Lage des Robotergreifers, kann nun ein automatisches Einführen des Wafers 2 durch den Robotergreifer in die Aufnahmestifte 100 des Waferbootes durchgeführt werden. Durch die vorherige genaue Bestimmung der tatsächlichen Lage des Wafers 2 und des Robotergreifers kann nun das automatisierte Ablegen derart erfolgen, dass Beschädigungen des Wafers 2 beim Ablegen, aufgrund von Fertigungstoleranzen des Wafers 26, minimiert werden. Das automatisierte Ablegen des Wafers 2 erfolgt hierbei gemäß der obigen Beschreibung und den Darstellungen in den 4a-4c.
Die Anzahl der Sensoren und deren Anordnung kann von der dargestellten Form abweichen. Hierbei ist zu beachten dass durch das ändern der Lage und/oder Anzahl der Sensoren andere Substratgrößen und Formen vermessen werden können.

Claims

Vorrichtung (1) zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats (2), das wenigstens drei gerade Seitenkanten aufweist, wobei zwei der drei Kanten mit einer maximalen Abweichung von 5°parallel verlaufen, wobei die Vorrichtung (1) Folgendes aufweist: eine Sensoranordnung mit wenigstens fünf optischen Sensoren (5, 6, 7, 8, 9), die jeweils einen linienförmigen Messbereich (25) aufweisen, wobei ein erster Sensor (5) und ein zweiter Sensor (6) entlang einer ersten Achse beabstandet zueinander angeordnet sind und ihre linienförmigen Messbereiche (25) mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel verlaufen; ein dritter Sensor (7) und ein vierter Sensor (8) entlang einer zweiten Achse beabstandet zueinander angeordnet sind und ihre linienförmigen Messbereiche (25) mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel verlaufen; ein den ersten und zweiten Sensoren (5, 6) gegenüber angeordneter fünfter Sensor (9) auf einer dritten Achse angeordnet ist, wobei sein linienförmiger Messbereich (25) mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel zu den Messbereichen (25) der ersten und des zweiten Sensoren (5, 6) verläuft, wobei die erste und die zweite Achse einen ersten Winkel einschließen und die zweite und die dritte Achse einen zweiten Winkel einschließen, und eine Referenzplatte (11), die ortsfest zu den Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) angeordnet ist, wobei die Referenzplatte (11) in einem Teilbereich des linienförmigen Messbereichs (25) jedes Sensors (5, 6, 7, 8, 9) liegt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die linienförmigen Messbereiche (25) der Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) mit einer maximalen Abweichung von 5° senkrecht zu den Achsen der jeweiligen Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) stehen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste, die zweite und die dritte Achse, entlang derer die Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) angeordnet sind, in einer gemeinsamen Ebene liegen und die zweite Achse senkrecht zur ersten und dritten Achse steht.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) jeweils aus einem optischen Sender (15) und Empfänger (16) bestehen und ein zwischen Sender (15) und Empfänger (16) erzeugtes Lichtband den linienförmigen Messbereich (25) definiert.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung (1) ein Gehäuse aufweist, das die Messanordnung, aus Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) an wenigstens drei Seiten umschließt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sender (15) jeweils an einer gemeinsamen ersten Aufnahmeplatte (13) befestigt sind und die Empfänger (16) jeweils an einer gemeinsamen zweiten Aufnahmeplatte befestigt sind.
Vorrichtung zum Be- und Entladen von scheibenförmigen Substraten (2) in/aus ein(em) Waferboot mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zum Be- und Entladen von scheibenförmigen Substraten (2) ferner einen Robotergreifer aufweist, der geeignet ist, die scheibenförmigen Substrate (2) in einen Substratlagenmessbereich, der von den Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) erfasst wird, einzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe und Neigung des Robotergreifers aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine jeweilige maximale Abweichung zur einer parallelen oder einer senkrechten Anordnung kleiner als 1° ist.
Verfahren zum Vermessen eines scheibenförmigen Substrats (2) mit wenigstens drei geraden Seitenkanten (30-1, 32-1, 34-1), wobei zwei der drei Kanten des Substrats (2) mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel verlaufen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erfassen einer ersten Kante (30-1) des scheibenförmigen Substrats (2) mit einem ersten Sensor (5) und einem zweiten Sensor (6), wobei der erste Sensor (5) und der zweite Sensor (6) beabstandet zueinander entlang einer ersten Achse angeordnet sind, wobei linienförmige Messbereiche (25) der ersten und zweiten Sensoren (5, 6) mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel zueinander verlaufen; Erfassen einer zweiten Kante (32-1) des scheibenförmigen Substrats (2) mit einem dritten Sensor (7) und einem vierten Sensor (8), wobei die dritten und vierten Sensoren beabstandet entlang einer zweiten Achse angeordnet sind, wobei linienförmige Messbereiche (25) der dritten und vierten Sensoren mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel zueinander verlaufen; Erfassen einer dritten Kante (34-1) des scheibenförmigen Substrats (2) mit einem den ersten und zweiten Sensoren (5, 6) gegenüberliegenden, auf einer dritten Achse angeordneten fünften Sensor (9) mit einem linienförmigen Messbereich (25), der mit einer maximalen Abweichung von 5° parallel zu den Messbereichen (25) der ersten und zweiten Sensoren (5, 6) verläuft, und wobei die erste und die zweite Achse einen ersten Winkel miteinander einschließen und die zweite und die dritte Achse einen zweiten Winkel miteinander einschließen, Bestimmen der Position des scheibenförmigen Substrats (2) anhand der erfassten Daten, wobei das Verfahren ferner das Kalibrieren der Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) vorab mittels einer Referenzplatte (11) aufweist, die ortsfest zu den Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) angeordnet ist, wobei die Referenzplatte (5, 6, 7, 8, 9) in einem Teilbereich des linienförmigen Messbereichs (25) jedes Sensors (5, 6, 7, 8, 9) liegt, sodass jeweilige Kanten (30, 32, 34) der Referenzplatte (11) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Messwerte der Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) zwischen dem Vermessen von scheibenförmigen Substraten (2) anhand der Referenzplatte (11) kontrolliert und erneut kalibriert werden, sofern eine Abweichung der Messwerte der Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) einen Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Erfassen der Kanten (30-1, 32-1, 34-1) des scheibenförmigen Substrats (2) an Stellen der Kanten (30-1, 32-1, 34-1) des scheibenförmigen Substrats (2) durchgeführt wird, auf denen das scheibenförmige Substrat (2) nach dem Vermessen abgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Verfahren ferner das Einmessen eines Robotergreifers zum Greifen, Positionieren und Ablegen des scheibenförmigen Substrats (2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Einmessen des Robotergreifers mittels dreier Abstandssensoren und einem Referenzwafer durchgeführt wird, wobei die Position, sowie die Höhe und Neigung des Robotergreifers bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Robotergreifer das scheibenförmige Substrat (2) in einen Substratlagenmessbereich positioniert, der sich zwischen Sendern (15) und Empfängern (16) der Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) befindet und der dadurch von den Sensoren (5, 6, 7, 8, 9) erfasst wird.