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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Halbleiterfertigungsausrüstung und
spezieller Systeme und Verfahren zum Mappen von Halbleiterwafern.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Halbleiterfertigungsausrüstung dient
zum Verarbeiten von Halbleiterwafern zu elektronischen Bauelementen.
Bei dieser Ausrüstung
werden die Wafer gewöhnlich
in einem Träger
aufgenommen. Während
sich die Wafer in dem Träger
befinden, werden sie „gemappt", um die Zahl der
zu verarbeitenden Wafer sowie den Steckplatz jedes Wafers im Träger zu ermitteln.
Wafer-Mapping ermöglicht
es der Fertigungsausrüstung,
einen verarbeiteten Wafer zu dem ursprünglichen Steckplatz zurückzubringen,
von dem er kam. Das Zurückbringen des
Wafers zu seinem ursprünglichen
Steckplatz im Träger
ist deshalb wichtig, weil Bediener der Ausrüstung die Wafer nach ihren
Steckplätzen
unterscheiden. Die Kenntnis der Anzahl der im Träger enthaltenen Wafer ist auch
deshalb wichtig, weil die Fertigungsausrüstung wissen muss, wenn alle
Wafer im Träger
verarbeitet sind, um einen Ausrüstungsbediener
darüber
in Kenntnis zu setzen oder um den Träger aus einer Ladeschleuse
zu bewegen.
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Wafermapping
wurde bisher mit Laserstrahlen durchgeführt. Der Träger wird typischerweise langsam in
vertikaler Richtung bewegt, so dass er den Pfad eines horizontal
gerichteten Laserstrahls überquert.
Ein Computer verfolgt, wann und wie oft der Wafer den Strahl durchbricht.
Anhand der bekannten Distanz zwischen den Steckplätzen des
Trägers
kann der Computer die Zahl der Wafer und den Ort jedes Wafers im
Träger
ermitteln. Da jeder Wafer im Träger
so bewegt wird, dass er den Strahl durchbricht, braucht die Verwendung
eines Laserstrahls zum Ausführen
von Wafermapping Zeit. Ferner ist das Erfassen eines Steckplätze übergreifenden
Wafers (d.h. ein einzelner Wafer, der zwei Steckplätze belegt)
mit einem Laserstrahl aufgrund des begrenzten Bereiches schwierig,
den ein Strahl abdecken kann.
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Zum
technischen Hintergrund wird auf das US-Patent Nr. 5,771,308 verwiesen.
Es wird auch auf Patent Abstracts of Japan, Bd. 014, Nr. 082 (E-0889)
vom 15. Februar 1990 und auf die
JP 01 295436A (NEC Corporation) vom 29. November
1989 verwiesen, die allgemein einen Bilderkennungssensor offenbaren,
der die An- oder Abwesenheit von Wafern in Steckplätzen erfasst.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Erkennen einer Waferposition in
einem Träger
mit einer Mehrzahl von Steckplätzen
von einem erfassten Bild des Wafers durch Erkennen eines ersten Merkmals
des Wafers an einer ersten Stelle in einer ersten Spalte des Bildes
bereitgestellt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Erkennen
eines zweiten Merkmals des Wafers an einer zweiten Stelle in einer zweiten
Spalte des Bildes; und Vergleichen der ersten Stelle in der ersten
Spalte mit der zweiten Stelle in der zweiten Spalte, um die Ausrichtung
des Wafers zu ermitteln.
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Die
vorliegende Erfindung kann somit ein Verfahren zum Mappen von Halbleiterwafern
und waferähnlichen
Objekten bereitstellen, die in einem Träger oder Container enthalten
sind. In einer Ausgestaltung wird ein Bild eines einen Wafer enthaltenden
Trägers
beispielsweise mit einer Videokammer erfasst. Das Bild wird digitalisiert
und in einem Computer als eine Array (d.h. Reihe und Spalte) von
Pixeln gespeichert, wobei jedes Pixel einen Punkt auf dem Bild repräsentiert.
Die Intensitätswerte
aller Pixel in einer Spalte des Bildes werden dann extrahiert. Da
die Anwesenheit eines Wafers vor einem kontrastreichen Hintergrund
eine Intensitätsvariation
in den Pixeln des erfassten Bildes erzeugt, kann die Anwesenheit
eines Wafers durch Suchen nach Pixelintensitätsvariationen ermittelt werden.
Ein zwei Steckplätze
belegender Wafer wird ebenfalls durch Extrahieren der Intensität aller
Pixel in zwei Spalten des Bildes erkannt. Wenn ein Wafer keine zwei
Steckplätze
belegt, dann tritt die dem Wafer entsprechende Pixelintensitätsvariation
in derselben Reihe des Bildes unabhängig davon auf, welche Spalte
analysiert wird. Der Ort der Reihe einer Pixelintensitätsvariation
für einen
zwei Steckplätze
belegenden Wafer hängt
jedoch von der Spalte des Bildes ab. Der Grund ist, dass ein zwei
Steckplätze
belegender Wafer, der zwei Steckplätze im Träger einnimmt, einen Winkel
zur Ebene eines Steckplatzes bildet und somit die Spalten des Bildes
in unterschiedlichen Reihen schneidet.
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Die
Erfindung braucht lediglich ein einzelnes Bild eines Trägers zu
erfassen, um Anzahl und Positionen von Wafern im Träger zu ermitteln.
Dies ermöglicht
ein schnelles Wafermappingsystem mit einer minimalen Anzahl von
beweglichen Teilen. Dies steht im krassen Gegensatz zu Methoden
des Standes der Technik, bei denen jeder Wafer im Träger vertikal
bewegt wird, um einen Laserstrahl zu durchbrechen. Das einzelne erfasste
Bild kann auch zum Erfassen von zwei Steckplätze belegenden Wafern verwendet
werden, eine Aufgabe, die kompliziert ist und mehrere Sensoren erfordert,
wenn die Laserstrahlentechnik angewendet wird.
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Ein
Wafermappingsystem (100) verwendet eine Kamera (100)
zum Erfassen eines Bildes eines Wafer enthaltenden Trägers (201).
Das erfasste Bild wird als Reihen und Spalten von Pixeln gespeichert.
Anwesenheit und Position eines Wafers im Träger (201) werden durch
Suchen nach Pixelintensitätsvariationen
in einer Spalte des Bildes ermittelt.
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Weitere
Anwendungen, Vorteile und Variationen der vorliegenden Erfindung
werden für
die durchschnittliche Fachperson nach der Lektüre der vorliegenden Offenbarung
und der Begleitzeichnungen offensichtlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A zeigt
ein Bilddiagramm eines Wafermappingsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1B und 1C sind
Bilddiagramme, die mögliche
Montagepositionen für
das in 1A gezeigte Wafermappingsystem
zeigen.
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2 zeigt
ein Bild eines Waferträgers,
der gemäß der vorliegenden
Erfindung gemappt wurde.
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3 zeigt
einen Plot von Gesamtintensität
gegenüber
Reihenposition für
Pixel in einer Spalte des in 2 gezeigten
Bildes.
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4 zeigt
ein Bild eines Waferträgers,
der zwei Steckplätze
belegende Wafer enthält.
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5 zeigt
einen Plot von Gesamtintensität
gegenüber
Reihenposition für
Pixel in einer Spalte des in 4 gezeigten
Bildes.
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6 zeigt
einen Plot von Gesamtintensität
gegenüber
Reihenposition für
Pixel in einer anderen Spalte des in 4 gezeigten
Bildes.
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7 zeigt
den in 5 gezeigten Plot auf den in 6 gezeigten
Plot überlagert.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung
zum Erfassen von Halbleiterwafern und waferähnlichen Objekten bereit, die
in einem Träger
oder Container enthalten sind. Die Erfindung kann in einer Reihe
verschiedener Anwendungen inklusive der Fertigung von Halbleiterwafern,
Festplatten und Flüssigkristallanzeigen
zur Anwendung kommen. Zum Beispiel, die Erfindung kann beim Ätzen, beim
Auftragen, bei der chemisch-mechanischen Planarisierung und bei
schnellen thermischen Verarbeitungssystemen zum Einsatz kommen.
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1A zeigt
ein Bilddiagramm eines Wafermappingsystems 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Gemäß 1A wird
ein Bild von Wafern 103 in einem Träger 102 mit einer
Kamera 101 erfasst. Der Träger 102 kann ein fester
oder entfernbarer Träger
sein. In dieser besonderen Ausgestaltung ist die Kamera 101 eine QUICKCAMTM Heimkamera von Logitech Corporation aus
Fremont in Kalifornien. Die Kamera 101 kann auch eine beliebige
herkömmliche
Kamera wie z.B. eine Videokamera, eine Fotokamera oder eine Digitalkamera sein.
Die Kamera 101 wird so positioniert, dass sie ein Blickfeld
hat, das alle Wafer im Träger 102 beinhaltet. Die
Lichtquelle 104 sorgt für
Beleuchtung, wenn das System 100 in einer dunklen Umgebung
eingesetzt wird. Das mit der Kamera 101 erfasste Bild wird
zur nachfolgenden Bildverarbeitung zu einem Computer 105 gesandt.
Wenn die Logitech QUICKCAMTM Heimkamera
verwendet wird, dann ist der Ausgang der Kamera 101 ein
digitalisiertes Bild, das über
einen USB (Universal Serial Bus) (nicht dargestellt) zum Computer 105 gesendet
wird. Ansonsten wird das mit der Kamera 101 erfasste Bild
zunächst
mit einem konventionellen Digitalisierer digitalisiert, bevor das
Bild im Computer 105 verarbeitet wird.
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Das
System 100 kann an jeder Position einer Halbleiterfertigungsausrüstung 150 (1B)
eingesetzt werden, wo Wafermapping gewünscht wird. Wie in 1B gezeigt,
kann die Kamera 101 des Systems 100 zwischen vertikal
platzierten Reaktoren 111A und 111B montiert werden.
Die Kamera 101 erfasst ein Bild des Trägers 102 durch ein
Fenster 110 einer Transferkammer 108. Das Fenster 110 besteht
aus einem transparenten Material wie Quarz und befindet sich direkt über einer
Ladeschleuse 106, die den Träger 102 enthält. Ein
Bild des Trägers 102 kann
mit der Kamera 101 erfasst werden, während ein Roboter 112 sich
in einer abgesenkten Position befindet. Die Kamera 101 kann
auch zum Erfassen eines Bildes des Trägers 102 durch ein Fenster 107 auf
der Rückseite
der Ladeschleuse 106 wie in 1C illustriert
montiert werden. In 1C hat der Träger 102 eine
offene Rückseite 113,
durch die die Wafer sichtbar sind. Die 1B und 1C zeigen zwar
spezielle Beispiele dafür,
wie die Kamera 101 in einer Halbleiterfertigungsausrüstung positioniert
werden kann, aber die Erfindung ist darauf nicht begrenzt. So braucht
die Kamera 101 beispielsweise nicht direkt über dem
oder in einem bestimmten Abstand von dem Träger 102 montiert zu
werden. Der Grund ist, dass nach der Erfassung eines Bildes herkömmliche
Bildverarbeitungstechniken angewendet werden können (z.B. ein digitales „Kippen" oder „Zoomen" auf einen bestimmten
Teil des erfassten Bildes), um verschiedene Kameramontagekonfigurationen
aufzunehmen und ein Wafermapping gemäß der Erfindung durchzuführen.
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In
einer Ausgestaltung wird das digitalisierte Bild als Bitmap gespeichert.
Bitmaps sind in der Technik bekannt. Man kann sich eine Bitmap im
Allgemeinen als eine Anordnung von Pixeln vorstellen, wobei jedes Pixel
einen Punkt auf dem digitalisierten Bild repräsentiert. Wenn die Auflösung der
Bitmap bekannt ist, dann ist auch die Zahl der Pixel in jeder Reihe
und in jeder Spalte der Bitmap bekannt. Zum Beispiel hat eine 640×480 Bitmap
480 Reihen und 640 Spalten von Pixeln. In der vorliegenden Offenbarung
werden Reihe 1, Spalte 1 einer Bitmap so gewählt, dass sie die linke obere
Ecke des Bildes sind. Tabelle A unten zeigt ein Sourcecode-Listing
in der Programmiersprache C++ zum Extrahieren der Rot-, Grün- und Blauintensitätswerte
aller Pixel in einer Spalte einer Bitmap. Gemäß Tabelle A wird eine Bitmap-Datei „wafer0.bmp" (Tabelle A, Zeile
83) eines erfassten Bildes zum Verarbeiten geöffnet. Jedes Pixel in einer
gewählten
Spalte (Tabelle A, Zeile 96) der Bitmap-Datei „wafer0.bmp" wird extrahiert
und in Rot- Grün-
und Blau-(„RGB")Intensitätseinheiten
konvertiert (Tabelle A, Zeilen 110–115). Die resultierenden Intensitätswerte
aller Pixel in der gewählten
Spalte werden in eine temporäre
Datendatei „test.dat" geschrieben (Tabelle
A, Zeilen 101, 119–120).
Die Datei „test.dat" kann in ein Kalkulationstabellen- oder Anwendungsprogramm
zur Weiterverarbeitung geladen werden. Die Erfindung kann mit jedem
beliebigen Pixel- oder Bildformat ausgeführt werden. So kann beispielsweise
jedes Pixel in der gewählten
Spalte auch in das so genannte HSV-Format konvertiert werden (Tabelle
A, Zeilen 117, 131–164).
Ferner können
die Pixeleinheitswerte (z.B. Intensitätswerte) skaliert und normalisiert
werden, um den Kontrast zwischen einem Wafer und seinem Hintergrund
zu verbessern.
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Tabelle
B ist eine Tabelle (in einem Kalkulationstabellenformat), die die
RGB-Intensitätswerte
von Pixeln entlang einer Zeile 270 enthält, die eine Spalte eines Bildes 200 (2)
repräsentiert.
Die Intensitätswerte in
Tabelle B werden von einer Datendatei wie z.B. der oben beschriebenen „test.dat" importiert (d.h.
genommen). Die Zahlen unter den Spalten „R", „G" und „B" geben die Rot-,
Grün- und
Blauintensitätswerte
für jedes Pixel
entlang Zeile 270 an (2). Die
Einheit für
Rot, Grün
und Blau ist eine willkürliche
Einheit, die Intensität repräsentiert
und je nach der spezifischen Anwendung skaliert oder normalisiert
werden kann. Die Zahlen unter der Spalte „SUMME" geben die Gesamtzahl der Rot-, Grün- und Blauintensitäten für ein bestimmtes
Pixel an. Zum Beispiel, die erste Reihe der Zahlen in Tabelle B
gibt an, dass in der ersten Reihe von Bild 200 (Reihe 1)
ein Pixel, das auf Zeile 270 liegt, 173 Roteinheiten, 174
Grüneinheiten
und 173 Blaueinheiten für
eine Gesamtintensität
(oder SUMME) von 520 Einheiten (d.h. 173 + 174 + 173) hat. 3 zeigt
einen Plot 300 von Gesamtintensität gegenüber Reihenposition für jedes
Pixel entlang Zeile 270 von Bild 200.
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Wie
in 2 gezeigt, ist Bild 200 ein Bild eines
Trägers 201.
Der Träger 201 ist
ein Waferträger
mit 25 Steckplätzen
mit den Nummern 210 bis 234. Steckplatz 210 hat
Wafer 250, Steckplatz 211 hat Wafer 251, Steckplatz 212 hat
Wafer 252 usw. In den Steckplätzen 226 bis 232 befinden
sich keine Wafer. Wenn man Träger 201 mit
Plot 300 (3) vergleicht, dann hat jeder
Wafer in Träger 201 eine
entsprechende Pixelspitzenintensität. Wafer 250 entspricht
einem Peak 301 in Plot 300, Wafer 251 entspricht
einem Peak 302 in Plot 300 usw. Der Grund ist,
dass ein Wafer vor einem kontrastreichen Hintergrund die Intensität eines
Pixels variiert. So kann die An- oder Abwesenheit eines Wafers durch
Suchen nach Spitzenintensitäten
ermittelt werden. Eine Spitzenintensität kann mit konventionellen
Signalverarbeitungstechniken wie z.B. Einstellen eines Schwellenwertes
erkannt werden. In Block 300 (3), zum
Beispiel, zeigt jedes Pixel mit einem Gesamtintensitätswert von
mehr als 600 Einheiten (dem Schwellenwert) einen Peak und somit
die Anwesenheit eines Wafers im Träger an.
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Es
erfolgt ein Kalibrierungsvorgang, um „Hintergrundrauschen" zu unterscheiden
und den Abstand zwischen Steckplätzen
(auch „Pitch"-Teilung – genannt)
für bestimmte
Anwendungen zu ermitteln. Eine Kalibrierung erfolgt durch Erfassen
und Analysieren von Bildern von vollen und teilgefüllten Trägern. So
kann beispielsweise das Bild eines vollen Trägers erfasst werden, um die
Anzahl der Pixelreihen zwischen Steckplätzen zu ermitteln. In Plot 300 (3)
tritt ein Peak 301, der einem Wafer 250 in Steckplatz 210 entspricht
(Fig. 200), etwa in Reihe 16 auf. Somit repräsentieren
die Reihen vor Reihe 16 Hintergrundrauschen wie z.B. ein Griff 271 (2)
und kann vom Wafermappingsystem ignoriert werden. Die Steckplatz 210 entsprechende Reihe,
der erste Steckplatz von der Oberseite von Träger 201, befindet
sich direkt hinter den Reihen, die dem Hintergrundrauschen entsprechen.
In Plot 300 treten die Peaks, die Wafern in benachbarten
Steckplätzen
entsprechen, etwa alle 18 Reihen auf. Zum Beispiel, Steckplatz 211 ist
etwa 18 Reihen weit von Steckplatz 210 entfernt, Steckplatz 212 ist
etwa 36 Reihen von Steckplatz 210 entfernt usw. Daher gibt
es etwa 18 Reihen zwischen Steckplätzen. Anhand der obigen Informationen
können
die Wafer 266–267 in
den Steckplätzen 233–234 (2),
die Peaks 317 und 318 in den Reihen 449 und 467 (3)
entsprechen, erkannt werden. Fehlende Wafer in den Steckplätzen 226 bis 232,
die der Abwesenheit von Peaks zwischen Reihen 315 und 445 entsprechen,
werden ebenso ermittelt.
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Je
nach dem speziellen Wafermappingsystem und dem angewendeten Setup
kann der Rot-, Grün- oder
Blauintensitätswert
eines Pixels anstatt der Gesamtintensität verwendet werden. Andere
Formate zum Repräsentieren
von Bildern, wie z.B. das HSV-Format,
und Intensitätsinformationen
von „Schwarz-Weiß"-Kameras können ebenfalls
verwendet werden. Ferner können
Peaks mit jeder konventionellen Signalverarbeitungstechnik, einschließlich Inspektion,
erkannt werden. Die Erfindung wurde zwar durch Erkennen von Peakintensität illustriert,
aber es können
auch andere Bildsignalkomponenten, die als ein Merkmal eines Wafers anzeigend
unterschieden werden können,
zur Anwendung kommen.
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Indem
die Intensitätswerte
von Pixeln in zwei Reihen eines Bildes genommen werden, können Wafer ermittelt
werden, die zwei Steckplätze
in einem Träger
belegen. In
4 repräsentieren eine Linie
495 und eine
Linie
490 zwei Spalten eines Bildes
400. Das Bild
400 ist
ein Bild eines Trägers
401,
bei dem es sich um einen Träger
mit 25 Steckplätzen
410–
434 handelt.
Der Träger
401 enthält Wafer
450–
467,
von denen Wafer
458 und Wafer
462 zwei Steckplätze belegen.
Tabelle C ist eine Tabelle, die die Rot-(R)-Intensität, die Grün-(G)-Intensität, die Blau-(B)-Intensität und die
Gesamtintensität
(SUMME) von Pixeln entlang Linie
490 enthält. Ein
in
5 gezeigter Plot
500 ist ein Plot von
Gesamtintensität
gegenüber
Reihenposition für
jedes Pixel entlang der Linie
490. Tabelle C enthält ebenfalls
die Rot-(R)-Intensität,
die Grün-(G)-Intensität, die Blau-(B)-Intensität und die
Gesamtintensität
(SUMME) von Pixeln entlang Linie
495. Ein Plot von Gesamtintensität gegenüber Reihenposition
für Pixel
entlang Linie
495 ist in
6 als Plot
600 dargestellt.
Durch Erkennen der Spitzenintensitäten und anhand der Kenntnis
der Anzahl der Pixelreihen zwischen den Steckplätzen von Träger
401 kann die An-
oder Abwesenheit eines Wafers in einem bestimmten Steckplatz wie
oben beschrieben ermittelt werden. Tabelle 1 unten zeigt die Entsprechung
zwischen den Wafern in Träger
401 und den
Peaks in Plot
500 und Plot
600. Tabelle
1
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Anhand
der Gesamtintensitätswerte
von Pixeln entlang Linie 490 und Linie 495 auf
Bild 400 (4) werden zwei Steckplätze belegende
Wafer durch Vergleichen der Reihen erfasst, in denen die Peaks auftreten. Wie
in 7 gezeigt, die Plot 500 auf Plot 600 überlagert
zeigt, treten die Peaks, die Wafern entsprechen, die keine zwei
Steckplätze
belegen, in etwa derselben Reihe auf. Für zwei Steckplätze belegende
Wafer treten die Peaks jedoch in unterschiedlichen Reihen auf. Peak 509,
der dem zwei Steckplätze
belegenden Wafer 458 entspricht, tritt in Reihe 178 in
Plot 500 auf, während
Peak 609, der demselben Wafer 458 entspricht,
in Reihe 183 in Plot 600 auftritt. Ebenso tritt
für den
zwei Steckplätze
belegenden Wafer 462 Peak 513 in Reihe 308 in Plot 500 auf,
während
Peak 613 in Reihe 303 in Plot 600 auftritt.
Somit können
für zwei
Steckplätze
belegende Wafer durch Suchen nach Verschiebungen in Peak-Reihenpositionen
für denselben
Wafer erkannt werden. Diese Verschiebungen können mit einer Reihe verschiedener
herkömmlicher
Verfahren wie u.a. durch einen direkten Vergleich von Peak-Reihenpositionen
erfasst werden. Es können
auch konventionelle Signalverarbeitungstechniken zur Anwendung kommen.
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Da
die Erfindung Bilderfassungs- und -verarbeitungstechniken anwendet,
stellt die Erfindung ein schnelles Wafermappingsystem mit minimaler
Anzahl von beweglichen Teilen bereit. Dies steht im deutlichen Gegensatz
zu Wafermappingsystemen im Stand der Technik, wo jeder Wafer in
einem Träger
vertikal bewegt wird, um einen Laserstrahl zu durchbrechen. Die
Erfindung kann auch zum Erfassen von zwei Steckplätze belegenden
Wafern benutzt werden, eine Aufgabe, die kompliziert ist und mehrere
Sensoren erfordert, wenn herkömmliche
Laserstrahlentechniken zum Einsatz kommen. Durch Zuführen des
Ausgangs der Wafermappingkamera zu einem Display kann ein Bediener
den Status der Wafer in dem Träger
auch von einer ortsfernen Stelle aus überwachen.
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Die
oben gegebene Beschreibung der Erfindung dient lediglich zur Illustration
und ist nicht begrenzend anzusehen. Die Erfindung ist in den nachfolgenden
Ansprüchen
dargelegt. TABELLE
A
TABLE
B
TABLE
C
TABLE B
TABLE C
