WO2008154764A1 - Greifereinrichtung mit einer detektionseinrichtung zur ermittlung von positionsinformationen - Google Patents

Greifereinrichtung mit einer detektionseinrichtung zur ermittlung von positionsinformationen Download PDF

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WO2008154764A1
WO2008154764A1 PCT/CH2008/000274 CH2008000274W WO2008154764A1 WO 2008154764 A1 WO2008154764 A1 WO 2008154764A1 CH 2008000274 W CH2008000274 W CH 2008000274W WO 2008154764 A1 WO2008154764 A1 WO 2008154764A1
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substrate
light
gripper
gripper device
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PCT/CH2008/000274
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Herbert Mayer
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Tec-Sem Ag
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67259—Position monitoring, e.g. misposition detection or presence detection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68707—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a robot blade, or gripped by a gripper for conveyance

Definitions

  • Gripper device with a detection device for determining
  • the invention relates to a gripper device for handling substrates from the field of manufacturing electronic components, with gripping elements for
  • Detection device is provided, wherein the detection device at least one
  • Presence of a substrate with the aid of a directed to a desired position light beam of a light emitter Presence of a substrate with the aid of a directed to a desired position light beam of a light emitter.
  • the invention is therefore based on the object to provide a way to be able to determine with a detection device of the type mentioned incorrect positioning of substrates from the field of manufacture of electronic components, in particular misposition, which occur during or before a transport process or arise.
  • position information of a substrate may be understood to mean, preferably, any information with which an arrangement and orientation of a substrate at a specific location can be described in full or in part.
  • position information about a point of impact of the reflected light beam on the sensor surface information should be understood, at which at least one point on a at least one, but preferably in two, Directions, extending sensor which reflects reflected light.
  • point of impact is intended here to capture both punctiform and linear as well as area impact of the light on the sensor.
  • the invention makes use of the tilting angle of the substrate, which generally results from incorrect positioning of a substrate, with respect to its desired position.
  • a directed onto a surface of the substrate light beam is then due to the tilt angle of the substrate surface in comparison to the desired position of the substrate, a different angle of reflection of the light beam.
  • This reflection angle, or the deviation of the reflected light beam from a target impact location on the sensor can be detected by means of a sensor suitable for this purpose.
  • a sensor should therefore be able to detect light incidence on the sensor at a location other than a desired location of the sensor.
  • a presence check can be carried out in which it is determined whether there is any substrate at the desired position. For example, a non-existent presence of a substrate may be inferred be when incident on any of preferably a plurality of sensor elements of the sensor reflected light and emit the sensor elements corresponding signals.
  • the senor can have only two flat sensor elements. On one of the sensor elements, the light beam should strike if its reflection angle corresponds to the desired reflection angle and thus the respective object is in its desired position. The other sensor element, however, is positioned so that the light beam impinges on this sensor element when the respective object deviates from its desired position. On the desired position or a deviation thereof can also be concluded when the light beam occurs on both sensor elements, but different proportions of incident light quantities due to the resulting signals of the sensor elements can be determined for the sensor elements.
  • the sensor can determine for its preferably at least two sensor elements, for example substantially simultaneously and independently information about light reflected from the surface of the substrate onto the surfaces of the at least two sensor elements of the light beam. In such embodiments of the invention, for example, the ratio of the output signal amplitudes of the sensor elements can serve as a criterion for a conclusion on the assumption of the desired position or a deviation thereof.
  • the senor may comprise at least four, preferably in the form of flat quadrants, preferably identical sensor elements, all of which are suitable for distinguishing a state with light exposure of such without exposure to light by delivery of different signals.
  • the sensor elements should also preferably be able to generate signal amplitudes at least approximately proportional to the incident light quantity.
  • Such a sensor may advantageously be arranged with respect to a desired position of the respective object, and with respect to the light emitter, such that the reflected light beam at a desired position of the object or substrate to be detected substantially in the region of a center of the four quadrants hit this.
  • all four quadrants at least approximately the same signal.
  • the object is not in its expected desired position, then at least one of the sensor elements is irradiated with a larger amount of light than other of the four sensor elements. In the case of the at least one sensor element, this results in a signal which differs from the signals which result from sensor elements which are less heavily irradiated.
  • the output signals of the sensor elements can be compared with each other, for example by means of suitable software, and thus optionally be closed to a deviation from the desired position.
  • a PSD (Position Sensitive Detector) sensor known in both analog and discrete embodiments may be used.
  • Analog PSD sensors are known, for example, as flat semiconductors and, in contrast to discrete PSD sensors, provide continuous position information.
  • An analogue PSD sensor which is suitable in connection with the present invention can, for example, have a planar, generally rectangular, pin diode whose operating principle is based on a local resistance being changed in the case of a punctiform exposure of the pin diode. This in turn leads to a change in the currents which flow over four electrodes arranged at the edges, one of the electrodes in each case being arranged in the region of each side edge of the pin diode.
  • the impact point of the light beam on the sensor surface can be determined as (x, y) -coordinates by applying formulas known per se.
  • sensors are offered for example by the company HAMAMATSU under the product name PSD S5990 - 01.
  • PSD S5990 - 01. In the context of the present invention, such sensors have the advantage that the measurement is essentially light intensity-independent over a wide range, and thus the positions of highly reflective as well as weakly reflective objects can be determined.
  • CCD or CMOS cameras are known as discrete PSD sensors, each of which is also suitable as a detection device for the present invention are.
  • matrix sensors in which the illuminance of each of the pixels, arranged in both rows and columns, is compared with a threshold value. Illuminated pixels can thus be detected, the position of the illuminated pixels within the matrix corresponding to the searched position information of the light beam.
  • any sensors are suitable in connection with the present invention, in which position information about the point of impact can be determined on the basis of an impact point of a light beam on a surface.
  • the detection device can be designed to be particularly compact if means are provided with which the light beam directed onto the respective object and the light beam reflected by the object can be aligned, at least in sections, in a manner by which they are aligned along the same path or at least partially parallel to each other. This allows a preferred embodiment of the invention, in which the sensor is arranged in the vicinity of the light emitter.
  • the detection device according to the invention can also be provided as a stand-alone device, which can be moved and used independently of other functional units.
  • the detection device is arranged on a gripper device for handling an object from the field of manufacturing electronic components.
  • the gripper may comprise a carrier part and a gripper part which is movable relative to the carrier part, it being possible for the gripper part to be guided on the carrier part for carrying out its relative movements.
  • the gripper part has at least one gripping element, by means of which a handling of at least one substrate can be carried out.
  • the detection device may be subdivided into at least two subassemblies, wherein one subassembly with optically active elements may be arranged on the carrier part and another subassembly on the gripper part.
  • the sensor can advantageously be arranged on the carrier part.
  • at least some of the optical elements with which a light beam is given a direction to the substrate surface and / or from the substrate surface to the sensor can be arranged on the gripper part.
  • the detection device follows passively, i. without being provided with its own drive means, each movement of the gripper and is therefore with very little technical effort able to provide position information in each relative position of the gripper part with respect to the support member.
  • the detection device follows passively, i. without being provided with its own drive means, each movement of the gripper and is therefore with very little technical effort able to provide position information in each relative position of the gripper part with respect to the support member.
  • no data connection or other cable-connected connection is required between the assembly arranged on the gripper part and the assembly arranged on the carrier part. This reduces both the required technical effort and the risk of abrasion, with which the sensitive substrates from the field of manufacturing of electronic components could be contaminated.
  • Fig. 1 is a Prinizipdargna for a preferred embodiment of a detection device according to the invention
  • Fig. 2 is a plan view of a sensor according to the embodiment of
  • Fig. 3 shows a gripper for handling a Reticles
  • FIG. 4 shows the gripper from FIG. 3 with a reticle in a receiving
  • FIG. 5 shows a detail of the partial view of Fig. 3rd
  • the embodiment of a detection device shown in FIG. 1 has a laser diode module 1 whose laser beam 2 is directed by means of imaging optics 3 onto a surface 4 of an object 5 from the field of production of electronic components or devices.
  • Wafer, reticles and substrates of flat screens (monitors) are particularly suitable as the latter, although this should not be an exhaustive list.
  • the laser diode module 1 can be used, for example, the laser diode module offered by the company Laserex Technologies, Sydney, Australia, under the product name LDM4V-650-36.
  • the laser diode module 1 can be provided with collimating optics, not shown, and emit laser light with a wavelength of approximately 650 nm and with a power of 3 mW.
  • the passing through a diaphragm 6 with a diameter of for example 1 mm laser beam 2 then strikes a provided with two parallel surfaces 7a, 7b and known per se polarizer 7, with respect to its surfaces 7a, 7b relative to the optical axis 8 of the laser light beam inclined by 45 ° to the front.
  • the polarizer 7 allows only such light to pass through, which lies in the plane of the drawing of FIG Has oscillation plane.
  • the remaining light of the laser light beam 2 is deflected upward at the surface 7a of the polarizer 7.
  • the latter acts in a manner known per se as a circular polarizer on this from this direction coming and passing light.
  • the now behind the ⁇ / 4-plate 10 circularly polarized light strikes an inclined mirror 12. This is located in the beam path behind the ⁇ / 4 plate 10 at a distance from the biconvex lens, which is less than the focal length of the biconvex lens 9.
  • Der Mirror 12 is inclined by 45 ° with respect to the optical axis 8 and thereby directs the laser light beam with a reflection angle of 90 ° upwards on a surface 4 of the respective reticle 5, namely on its underside.
  • the mirror 12 is also arranged so that the surface 4 of the reticle 5 is in the focal length of the biconvex lens 9 (at least with respect to the target position of the reticle), i. the sum of the distances biconvex lens 9 - mirror 12 on the one hand and mirror 12 - surface 4 on the other hand, corresponds to the focal length of the biconvex lens 9, which may be for example 30 mm.
  • the ⁇ / 4 plate 10 acts on the still circularly polarized laser light now as a linear polarizer, which polarizes in a passage of the light of this in a plane which is aligned perpendicular to the plane of Fig. 1.
  • this effect occurs only in previously circularly polarized light, which is why any existing scattered light is at least largely polarized in this way.
  • the biconve lens 9 now effects a parallelization of the laser light, which subsequently impinges on the rear-side surface 7 b of the polarizer 7 as a substantially parallel beam path. Due to the polarization direction of the incident laser light, this is largely completely reflected and does not substantially pass through the polarizer 7. On the other hand, since scattered light which may be present does not or at most has the same direction of polarization as the laser light, the scattered light is not or largely not reflected.
  • the laser light reflected by the polarizer now strikes a sensor 15 which, in the exemplary embodiment, has four planar sensor elements 15a, 15b, 15c, 15d arranged in a planar surface.
  • the sensor elements 15a-d are arranged in the form of four quadrants which are separated from one another along two mutually perpendicular (virtual) separation lines 16, 17.
  • the plane of the sensor elements 15a-d is aligned perpendicular to the optical axis 8a of the laser light coming from the polarizer 7.
  • the sensor elements are photosensitive diodes, as they are freely available on the market. Such sensor elements generate an analog electrical signal proportional to the amount of light of particular wavelengths impinging on them.
  • the amount of light impinging on the sensor elements can be comparatively low in relation to the amount of light originally emitted by the laser, in particular if the measured substrate has glass or some other (partially) permeable or only limitedly reflective material.
  • the influence of stray light from the environment and or by stray light generated by the detection device itself can be quite significant.
  • unintended scattered light can arise, for example, by reflection or refraction on the lens 9.
  • a polarizer in particular the ⁇ / 4 plate, these effects occurring in particularly unfavorable cases can be largely avoided.
  • the preferred embodiment according to the invention is therefore particularly suitable in connection with the handling of reticles.
  • a deviation of a reticle arranged in an arbitrary receptacle 14 (such as, for example, a gripper device, a magazine, a storage space or the like) from a desired position can now be detected by an impingement point of the light beam on the sensor deviating from a reference point. If the object, in this case the reticle 5, is in its desired position, the laser light beam coming from the laser diode module strikes the surface perpendicularly 4 of the reticle 5. This leads to a reflection of the laser light beam with a reflection angle of 0 °. The light beam 2a reflected by the surface 4 and subsequently by the mirror 12 thus reaches the polarizer at least substantially along the optical axis 8.
  • the latter then likewise reflects the laser beam along the optical axis 8a, which leads exactly into the intersection of the two separating lines 16, 17. Since the real light beam is not linear but has a spatial extension in all directions transverse to the direction of the optical axis, in the intersection of the two separation lines 16, 17 on the four sensor elements in each case substantially equal proportions of the laser light.
  • the four sensor elements 15a-d emit at least approximately identical signals.
  • the signals of the sensor elements 15a-d can now be fed to an evaluation unit and compared there automatically with each other.
  • the evaluation unit can be part of a machine control or system control, for example. If in this case the criterion of identical signals described here is determined, it is possible to automatically conclude that the actual position of the reticle coincides with the desired position.
  • the laser light beam is reflected by the surface 4 at an angle ⁇ deviating from 0 °.
  • the laser light beam does not impinge uniformly on all four of the sensor elements at a distance from the optical axis 8a. Rather, the laser light beam strikes at least a predominant proportion of two or only one of the sensor elements 15a-d.
  • the difference in signal levels can be detected and thereby reduced to tilt, i. a deviation from the desired position can be closed.
  • each sensor element 15a-d By determining the sensor element 15a-d with the highest signal strength, at least the approximate spatial orientation of the tilt angle ⁇ of the reticle can also be determined 5 are found. Since each sensor element is associated with a directional range of the tilt angle ⁇ of approximately 90 °, it is also possible to deduce the approximate direction in which the reticle is tilted or tilted on the basis of a signal from one of the sensor elements 15a-d.
  • both the direction and the magnitude of the tilt angle ⁇ can be determined relatively accurately.
  • a sensor may be provided which is capable of determining the direction and distance of the point of impact of the light beam with respect to the point of intersection 18 of the optical axis 8a on the sensor surface.
  • the proportional dependence of the amount of the tilt angle ⁇ and said distance A can be used.
  • the direction of the angle ⁇ which includes the connecting line between the intersection point 18 and the point of impact 19 of the light beam with a reference line, for example, the dividing line 17 and the spatial direction of the tilt angle ⁇ .
  • a sensor which is not shown in more detail, as a sensor having a multiplicity of sensor elements which are arranged in columns and rows. Each of the sensor elements in this case a certain value of the angle ß and a certain value of the distance to the intersection point 18 is assigned.
  • a CMOS camera can be provided as a sensor.
  • a PSD sensor for determining information about a deviation of the actual position from the SoII position may also be provided. Due to the low technical complexity associated with the essentially light intensity-independent readability of the measurement results are suitable for this particular analog PSD sensors. In such PSD sensors, for example, a favorable adjustability in connection with the present invention may be possible, according to which both the x- and the y-coordinate for the desired position of the object to be measured corresponds to the mean value of the difference between the maximum and the minimum measurement signal or simply set to zero. The target position can thus be exactly in the middle of each available in both x and y direction standing measuring range are placed.
  • PSD ⁇ sensor which allows such adjustability, for example by means of software, is offered for example by the company HAMAMATSU under the product name PSD S5990 -01.
  • a gripper 20 which may be used for the automated handling of reticles in factories for the production of electronic components such as processors, memory devices and the like.
  • the gripper 20 can be arranged on a previously known handling device, such as here a height-adjustable turntable 21 and moved by this in space.
  • handling devices robots
  • the gripper 20 has a support member 22 which is mounted on the turntable 21 and moved by this.
  • a gripper part 23 of the gripper 20 is arranged, which is movable relative to the carrier part 22 by means of a drive (FIG. 4), in particular in order to carry out a linear lifting movement.
  • the gripper part 23 is fork-shaped and has a transverse strut 24 on which two longitudinal struts 25, 26 are arranged.
  • a reticle 5 can be received between the two longitudinal struts 25, 26 aligned at a distance and parallel to one another.
  • the reticle 5 lies here with its pellicle part between the two struts 25, 26 of the gripper part 23, while the upper glass part of the reticle rests with its edge region on the two struts 25, 26.
  • the gripper part 23 is first positioned by means of the robot in front of the reticle, which can be located in a receptacle, for example a reticle stocker or a transport box. Anschfiessend the gripper member 23 is moved from the neutral position shown in FIG. 3 relative to the support member 22 on the reticle in a receiving / transfer position, so that the pellicle part of the reticle 5 between the two struts 25, 26 is located. Ansch leaving the gripper member 23 is moved upward, causing the glass part of the reticle 5 comes to rest on the two provided as gripping elements struts 25, 26 and is thereby raised. The retainer 5 is now received by the gripper 20 and can be removed by retracting the gripper part 23 in its neutral position from the recording. The reticle 5 is now ready for transport or a transfer, for example, to a stepper ready.
  • a receptacle for example a reticle stocker or a transport box.
  • the gripper 20 is provided with a detection device according to the invention, as shown in principle in FIGS. 1 and 2.
  • the laser diode module 1, the polarizer 7 and the sensor 15 is combined as a first assembly and mounted within a housing 27 laterally attached to the support member 22.
  • a second assembly of the detection device is arranged on the gripper part 23 in the region of the transverse strut 24 and the longitudinal strut 26.
  • there is a through hole 29 in the transverse strut in which the biconvex lens 9 and the ⁇ / 4 plate 10 are arranged.
  • the mirror 12 is attached to the inside of the longitudinal struts 26.
  • the laser diode module and the polarizer on the one hand, and the biconvex lens, the ⁇ / 4 plate and the mirror on the other hand are aligned with each other so that they are arranged along a common optical axis 8.
  • This also changes nothing if the gripper part 23 is moved into the receiving / transfer position and thus increases the distance between the two modules of the detection device.
  • the detection device can be used both in the neutral position (FIG. 3) and in the pickup / transfer position (FIG. 4) as well as in any position therebetween. This is true even during traversing movements between the two end positions of the gripper part 23.
  • a reticle By means of the detection device integrated in the gripper, a reticle can have been detected during the gripper, any time a possible tilting of the reticle on the gripper relative to a desired position can be detected by detection, even during a transport movement.
  • the functioning of the integrated into the gripper Detection device agrees with the above-described operation.
  • a position determination of the reticle on the gripper is already carried out immediately after the reception of the reticle by the gripper. If a deviation of the arrangement of the reticle in or on the gripper from the setpoint position is detected, the reticle can be set down again immediately after it has been picked up and a new attempt can be made to positionally correct it. By performing a correction of the incorrect positioning immediately after it has arisen, the unproductive time of the handling device is kept as low as possible.
  • the gripper has on each longitudinal strut 25, 26 each have a front and a rear support point for each approximately point-like support of Reticles in the gripper (not shown).
  • the four support points lie in a common plane, which corresponds to the desired position of the respective reticles.
  • in the area of the support points can be provided with respect to these raised lateral centering, which should prevent the reticle from slipping during transport.
  • tilting of the reticle which can be quantitatively determined from the length of the "raised” reticle edge (substrate edge) and the height of the centering, can be used, and the sensor system is able to take advantage of this effect and measures precisely this by reflection of the laser beam on the reticle skew.
  • the detection device arranged on the gripper it is also possible to check whether a reticle or another substrate has been deposited or transferred again by the gripper 20 in a tilt-free manner.
  • a reflection measurement can be carried out immediately after the reticle has been deposited by the gripper on a receptacle and the support points of the gripper are only slightly below the bottom of the reticle.
  • the gripper determine a mögfi 'che Retiefes tilting of the claw external recording with sufficient accuracy.
  • the gripper for receiving other substrates may be formed as a reticle, in particular for receiving wafers.
  • the basic construction and the mode of operation of the gripper and in particular of the detection device can in this case remain unchanged with respect to the embodiment of FIGS. 3 to 5.
  • Laser diode module 21 turntable
  • Laser light beam 22 Carrier part Reflected light beam 23 Gripper part
  • Imaging optics 24 cross strut
  • Polarizer 28 a surface 29 b surface 30 optical axis 31 a optical axis 32nd
  • Biconvex lens 33 0 ⁇ / 4 plate 2 Mirror 4 Image 5 Sensor 5a-d Sensor element 6 Separation line 7 Separation line 8 Intersection point 9 Impact point 0 Gripper

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Abstract

Unter Zuhilfenahme einer Detektionseinrichtung zur Ermittlung von Positions- und/oder Anwesenheitsinformationen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, die einen Sensor zur Ermittlung der Positionsinformation unter Zuhilfenahme eines auf eine Soll-Position gerichteten Lichtstrahls eines Lichtemitters aufweist, soll eine Möglichkeit geschaffen werden, mit der Fehlpositionierungen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung von elektronischen Bauteilen ermittelt werden können, insbesondere Fehlposition, die während oder vor einem Transportvorgang vorliegen bzw. sich ergeben. Es wird deshalb vorgeschlagen, dass der Lichtemitter mit zumindest einem Lichtstrahl (2) auf eine Oberfläche (4) eines Substrats richtbar ist, sowie dass ein mit zumindest einer lichtsensitiven Sensorfläche versehenen Sensor (15) vorgesehen ist, wobei mit dem Sensor Positionsinformationen zu einer Auftreffstelle des von der Oberfläche (4) des Substrats reflektiertes Licht des Lichtstrahls auf der Sensorfläche ermittelbar sind.

Description

Greifereinrichtung mit einer Detektionseinrichtung zur Ermittlung von
Positionsinformationen
Die Erfindung betrifft eine Greifereinrichtung zur Handhabung von Substraten aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, die mit Greifelementen zur
Aufnahme von zumindest einem Substrat, sowie einer optischen
Detektionseinrichtung versehen ist, wobei die Detektionseinrichtung zumindest einen
Sensor zur Ermittlung von Positionsinformationen und/oder Informationen über eine
Anwesenheit eines Substrats unter Zuhilfenahme eines auf eine Soll-Position gerichteten Lichtstrahls eines Lichtemitters aufweist.
In der industriellen Fertigung von elektronischen Bauteilen, wie beispielsweise elektronischen Schaltkreisen in Form von Prozessoren oder Speicherbausteinen, LCD-Displays oder von anderen Flachbildschirmen oder sonstigen Substraten etc., müssen regelmäßig Objekte innerhalb einer Fabrik transportiert und zwischengelagert werden. Bei diesen Transportaufgaben können sowohl die zu fertigenden Objekte selbst zum Transport anstehen, oder aber Hilfsmittel, die zur Fertigung benötigt werden. Als Beispiel für letztgenannte Transportaufgabe sind insbesondere Reticles zu nennen, die von einer Lagerstelle, in der sie zwischen ihren Einsätzen zwischengelagert werden, zu einer Produktionseinrichtung, insbesondere einem Stepper, transportiert werden müssen. Bei solchen, so weit wie möglich zu automatisierenden Transportaufgaben, müssen die zu transportierenden Objekte in vorbestimmter Weise aufgenommen und ebenfalls vorbestimmter Weise abgesetzt werden. Hierbei treten immer wieder Fehler auf, insbesondere ein Verkippen der Objekte, die mit gängigen Sensoren zur bloßen Detektierung der Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Objekte nicht erfaßt werden können. Das gleiche Problem tritt insbesondere auch bei der Handhabung von Wafern auf.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mit einer Detektionseinrichtung der eingangs genannten Art Fehlpositionierungen von Substraten aus dem Bereich der Fertigung von elektronischen Bauteilen ermitteln zu können, insbesondere Fehlposition, die während oder vor einem Transportvorgang vorliegen bzw. sich ergeben.
Bestätigungskopϊθ Diese Aufgabe wird bei einer Greifereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lichtstrahl des Lichtemitters zur Ausrichtung auf eine Oberfläche einer Soll-Position des jeweiligen Substrats vorgesehen ist, der Sensor mit zumindest einer lichtsensitiven Sensorfläche versehen ist, wobei mittels dem Sensor Positions- und/oder Anwesenheitsinformationen über eine Auftreffstelle des von der Oberfläche des Substrats reflektiertes Licht des Lichtstrahls auf der Sensorfläche ermittelbar sind. Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren und eine Verwendung gemäß den Ansprüchen 18 und 22 gelöst.
Im Zusammenhang mit der Erfindung kann unter „Positionsinformationen eines Substrats" vorzugsweise jegliche Information verstanden werden, mit der sich eine Anordnung und Ausrichtung eines Substrates an einer bestimmten Stelle ganz oder teilweise beschreiben lässt. Hierzu können in einer nicht abschliessenden Aufzählung insbesondere Informationen bezüglich der Lage, Ausrichtung, Versatz, Verdrehung und/oder Verkippung eines Substrats verstanden werden. Unter „Positionsinformationen zu einer Auftreffstelle des reflektierten Lichtstrahls auf der Sensorfläche" sollen hingegen Informationen verstanden werden, an welcher zumindest einen Stelle auf einem sich mindestens in einer, vorzugsweise jedoch in zwei, Richtungen, erstreckenden Sensor das reflektierte Licht auftrifft. Der Begriff „Auftreffstelle" soll hierbei sowohl punkt- und linienförmige als auch flächige Auftreffstellen des Lichts auf dem Sensor erfassen.
Die Erfindung nutzt den sich aus einer Fehlpositionierung eines Substrats in der Regel ergebenden Kippwinkel des Substrats gegenüber seiner Soll-Position. Mittels eines auf eine Oberfläche des Substrats gerichteten Lichtstrahls ergibt sich dann aufgrund des Kippwinkels der Substratoberfläche im Vergleich zur Soll-Position des Substrats ein anderer Reflexionswinkel des Lichtstrahls. Dieser Reflexionswinkel, bzw. die Abweichung des reflektierten Lichtstrahls von einer Sollauftreffstelle auf dem Sensor, kann mittels eines hierfür geeigneten Sensors detektiert werden. Ein solcher Sensor sollte daher in der Lage sein, Lichteinfall auf dem Sensor an einer anderen Stelle als einer Sollstelle des Sensors zu detektieren zu können. Mit einer solchen Detektionseinrichtung kann zudem eine Anwesenheitskontrolle durchgeführt werden, bei der ermittelt wird, ob sich an der Soll-Position überhaupt ein Substrat befindet. Auf eine nicht vorhandene Anwesenheit eines Substrats kann beispielsweise geschlossen werden, wenn auf keines der vorzugsweise mehreren Sensorelemente des Sensors reflektiertes Licht auftrifft und die Sensorelemente dementsprechende Signale abgeben.
In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform kann der Sensor nur zwei flächige Sensorelemente aufweisen. Auf das eine der Sensorelemente sollte der Lichtstrahl auftreffen, wenn sein Reflexionswinkel dem Soll-Reflexionswinkel entspricht und damit sich das jeweilige Objekt in seiner Soll-Position befindet. Das andere Sensorelement ist hingegen so positioniert, dass der Lichtstrahl auf dieses Sensorelement auftrifft, wenn das jeweilige Objekt von seiner Soll-Position abweicht. Auf die Soll-Position oder eine Abweichung davon kann auch geschlossen werden, wenn der Lichtstrahl auf beide Sensorelemente auftritt, jedoch für die Sensorelemente unterschiedliche Anteile an auftreffenden Lichtmengen aufgrund der resultierenden Signale der Sensorelemente ermittelt werden können. Der Sensor kann hierzu für seine vorzugsweise mindestens zwei Sensorelemente beispielsweise im wesentlichen gleichzeitig und unabhängig voneinander Informationen über von der Oberfläche des Substrats auf die Oberflächen der zumindest zwei Sensorelemente reflektiertes Licht des Lichtstrahls ermitteln. Bei solchen Ausführungsformen der Erfindung kann beispielsweise das Verhältnis der Ausgangssignalamplituden der Sensorelemente als Kriterium für einen Rückschluß auf die Einnahme der Soll-Position oder einer Abweichung davon dienen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sensor zumindest vier, in Form von flächigen Quadranten angeordnete, vorzugsweise identische Sensorelemente aufweisen, von denen sämtliche dazu geeignet sind einen Zustand mit Lichtbeaufschlagung von einem solche ohne Lichtbeaufschlagung durch Abgabe von unterschiedlichen Signalen zu unterscheiden. Die Sensorelemente sollten vorzugsweise zudem in der Lage sein, Signalamplituden zu erzeugen, die zur auftreffenden Lichtmenge zumindest in etwa proportional sind. Ein solcher Sensor kann in Bezug auf eine Sollposition des jeweiligen Objekts, sowie in Bezug auf den Lichtemitter, in vorteilhafter Weise so angeordnet sein, dass der reflektierte Lichtstrahl bei einer Soll-Position des zu detektierenden Objekts bzw. Substrats im wesentlichen im Bereich eines Zentrums der vier Quadranten auf diese auftrifft. Da bei einer Soll-Position des jeweiligen Objekts aus der Fertigung elektronischer Bauteile auf sämtliche vier Quadranten im Bereich des Zentrums zumindest näherungsweise die gleiche Lichtmenge reflektiert wird, geben sämtliche vier Quadranten zumindest näherungsweise das gleiche Signal ab. Befindet sich das Objekt hingegen nicht in seiner erwarteten Soll-Position, so wird zumindest eines der Sensorelemente mit einer größeren Lichtmenge als andere der vier Sensorelemente bestrahlt. Dies führt bei dem zumindest einen Sensorelement zu einem Signal, das sich von den Signalen unterscheidet, die von weniger stark bestrahlten Sensorelementen resultieren. Die Ausgangssignale der Sensorelemente können miteinander verglichen werden, beispielsweise mittels geeigneter Software, und so gegebenenfalls auf eine Abweichung von der Soll-Position geschlossen werden.
In einer anderen bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsform kann ein PSD- Sensor (Position Sensitive Detector) verwendet werden, die sowohl in analoger als auch in diskreter Ausführung bekannt sind. Analoge PSD-Sensoren sind beispielsweise als flächige Halbleiter bekannt und liefern im Gegensatz zu diskreten PSD-Sensoren kontinuierliche Positionsinformationen. Ein im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geeigneter analoger PSD-Sensoren kann beispielsweise eine flächige, in der Regel rechteckige, pin-Diode aufweisen, deren Funktionsprinzip darauf basiert, dass sich bei einer punktförmigen Belichtung der pin-Diode ein lokaler Widerstand ändert. Dies wiederum führt zu einer Änderung der Ströme, die über vier an den Rändern angeordneten Elektroden fliessen, wobei im Bereich jeder Seitenkante der pin-Diode jeweils eine der Elektroden angeordnet ist. Mittels Messung der vier Ströme kann durch Anwendung von an sich bekannten Formeln die Auftreffstelle des Lichtstrahls auf der Sensorfläche als (x,y)-Koordinaten bestimmt werden. Derartige Sensoren werden beispielsweise von dem Unternehmen HAMAMATSU unter der Produktbezeichnung PSD S5990 - 01 angeboten. Derartige Sensoren haben im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass die Messung in weiten Bereichen im wesentlichen lichtintensitätsunabhängig ist und damit sowohl die Positionen von stark reflektiven als auch von schwach reflektiven Objekten bestimmt werden können.
Als diskrete PSD-Sensoren sind insbesondere CCD- oder CMOS-Kameras bekannt, die jeweils ebenfalls als Detektionseinrichtung für die vorliegende Erfindung geeignet sind. Zudem können im Zusammenhang mit der Erfindung als ebenfalls zweckmässige Ausführungsform auch Matrixsensoren eingesetzt werden, bei denen die Beleuchtungsstärke von jedem der sowohl zeilen- als auch spaltenweise angeordneten Pixel mit einem Schwellenwert verglichen wird. Beleuchtete Pixel können somit ermittelt werden, wobei die Position der beleuchteten Pixel innerhalb der Matrix der gesuchten Positionsinformation des Lichtstrahls entspricht.
Unabhängig von den hier beschriebenen Funktionsprinzipien sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jedoch jegliche Sensoren geeignet, bei denen aufgrund einer Auftreffstelle eines Lichtstrahls auf einer Fläche Positionsinformationen über die Auftreffstelle ermittelbar sind.
Die Detektionseinrichtung lässt sich besonders kompakt gestalten, wenn Mittel vorgesehen sind, mit denen sich der auf das jeweilige Objekt gerichtete Lichtstrahl und der vom Objekt reflektierte Lichtstrahl zumindest abschnittsweise in einer Weise ausrichten lassen, durch die sie entlang des gleichen Wegs ausgerichtet sind oder zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Dies ermöglicht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Sensor in der Nähe des Lichtemitters angeordnet ist.
Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Detektionseinrichtung auch als eigenständige (stand-alone) Einrichtung vorgesehen sein, die unabhängig von anderen Funktionseinheiten bewegbar und einsetzbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass die Detektionseinrichtung an einer Greifereinrichtung zur Handhabung eines Objekts aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile angeordnet ist. Mit einer solchen erfindungsgemässen Ausgestaltung lassen sich die bei bzw. während einer Handhabung eines Objekts, beispielsweise eines Reticles oder Wafers, auftretenden Fehlpositionierungen der Objekte bereits während der Handhabung besonders schnell und zuverlässig detektieren. Können während der Handhabung bereits Fehlpositionierungen erkannt werden, so ermöglicht dies in diesem Stadium Korrekturmassnahmen einzuleiten und eine fehlerhafte Übergabe des jeweiligen Objekts an beispielsweise eine Produktionseinrichtung, wie einen Stepper, zu vermeiden. Inkorrekt angeordnete Objekte, wie insbesondere Reticles, können bei einer automatisierten Übergabe beschädigt werden, was durch Einsatz der vorliegenden Erfindung somit verhindert werden kann. Da insbesondere Reticles und bereits (teil)prozessierte Wafer einen immensen finanziellen Wert darstellen können, unterstützt die vergleichsweise sehr kostengünstig ausführbare Erfindung den Wert solcher Substrate zu sichern.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Greifer einen Trägerteil und einen relativ zum Trägerteil beweglichen Greiferteil aufweisen, wobei der Greiferteil zur Ausführung seiner Relativbewegungen am Trägerteil geführt sein kann. Der Greiferteil weist zumindest ein Greifelement auf, mittels dem eine Handhabung von zumindest einem Substrat durchführbar ist. Die Detektionseinrichtung kann in zumindest zwei Baugruppen unterteilt sein, wobei eine Baugruppe mit optisch wirksamen Elementen am Trägerteil und eine andere Baugruppe am Greiferteil angeordnet sein kann. Hierbei kann mit Vorteil insbesondere der Sensor am Trägerteil angeordnet sein. Zumindest ein Teil der optischen Elemente, mit denen einem Lichtstrahl eine Richtung zur Substratoberfläche und/oder von der Substratoberfläche zum Sensor gegeben wird, kann hingegen am Greiferteil angeordnet sein.
Bei einer solchen Lösung folgt einerseits die Detektionseinrichtung passiv, d.h. ohne mit einer eigenen Antriebseinrichtung versehen zu sein, jeder Bewegung des Greifers und ist daher mit besonders geringem technischen Aufwand in der Lage, in jeder Relativposition des Greiferteils in Bezug auf den Trägerteil Positionsinformation zu liefern. Andererseits ist zumindest in bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsformen bei einer günstigen Aufteilung der einzelnen Bauelemente der Detektionseinrichtung auf die beiden Baugruppen keine Datenverbindung oder sonstige kabelge- bundene Verbindung zwischen der am Greiferteil angeordneten Baugruppe und der am Trägerteil angeordneten Baugruppe erforderlich. Dies reduziert sowohl den erforderlichen technischen Aufwand als auch die Gefahr von Abrieb, mit dem die empfindlichen Substrate aus dem Bereich der Fertigung von elektronischen Bauteilen kontaminiert werden könnten.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Die Erfindung wird anhand von einem in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert, es zeigen: Fig. 1 eine Prinizipdarstellung für eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Sensor gemäss der Ausführungsform aus
Fig. 1 ;
Fig. 3 einen Greifer zur Handhabung eines Reticles, der mit der
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung aus Fig. 1 versehen ist;
Fig.4 der Greifer aus Fig. 3 mit einem Reticle in einer Aufnahme-
/Übergabeposition;
Fig. 5 einen Ausschnitt der Teildarstellung von Fig. 3.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer Detektionseinrichtung weist ein Laserdiodenmodul 1 auf, dessen Laserstrahl 2 mittels einer Abbildungsoptik 3 auf eine Oberfläche 4 eines Objekts 5 aus dem Bereich der Fertigung von Elektronikbauteilen bzw. -geraten gerichtet wird. Als letztgenannte kommen insbesondere Wafer, Reticles, sowie Substrate von Flachbildschirmen (-Monitoren) in Frage, wobei dies keine abschließende Aufzählung sein soll.
Das Laserdiodenmodul 1 kann beispielsweise das von dem Unternehmen Laserex Technologies, Adelaide, Australien, unter der Produktbezeichnung LDM4V-650-36 angebotene Laserdiodenmodul verwendet werden. Das Laserdiodenmodul 1 kann zur Erzielung eines möglichst parallelen Laserlichtstrahls 2 mit einer nicht dargestellten Kollimationsoptik versehen sein, und Laserlicht mit einer Wellenlange von ca. 650 nm und mit einer Leistung von 3 mW ausstrahlen. Der durch eine Blende 6 mit einem Durchmesser von beispielsweise 1 mm durchtretende Laserlichtstrahl 2 trifft dann auf einen mit zwei parallelen Oberflächen 7a, 7b versehenen und an sich vorbekannten Polarisator 7, der in Bezug auf seine Oberflächen 7a, 7b gegenüber der optischen Achse 8 des Laserlichtstrahls um 45° nach vorne geneigt ist. Der Polarisator 7 lässt lediglich solches Licht durchtreten, das eine in der Zeichenebene von Fig. 1 liegende Schwingungsebene aufweist. Das restliche Licht des Laserlichtstrahls 2 wird an der Oberfläche 7a des Polarisators 7 nach oben abgelenkt.
Das durch den Polarisator 7 parallel zur optischen Achse 8 durchtretende Licht trifft anschießend auf eine Bikonvexlinse 9 sowie auf eine in geringem Abstand hinter der Bikonvexlinse 9 angeordnete λ/4-Platte 10. Letztgenanntes wirkt in an sich bekannter Weise als Zirkularpolarisator auf das aus dieser Richtung kommende und durchtretende Licht. Das nun hinter dem λ/4-Plättchen 10 zirkulär polarisierte Licht trifft auf einen geneigten Spiegel 12. Dieser befindet sich im Strahlengang hinter dem λ/4-Plättchen 10 in einem Abstand zur Bikonvexlinse, der geringer ist als die Brennweite der Bikonvexlinse 9. Der Spiegel 12 ist um 45° gegenüber der optischen Achse 8 geneigt und lenkt hierdurch den Laserlichtstrahl mit einem Reflexionswinkel von 90° nach oben auf eine Oberfläche 4 des jeweiligen Reticles 5, nämlich auf dessen Unterseite. Der Spiegel 12 ist zudem so angeordnet, dass sich die Oberfläche 4 des Reticles 5 in der Brennweite der Bikonvexlinse 9 befindet (zumindest in Bezug auf die Soll-Position des Reticles), d.h. die Summe der Abstände Bikonvexlinse 9 - Spiegel 12 einerseits und Spiegel 12 - Oberfläche 4 andererseits, entspricht der Brennweite der Bikonvexlinse 9, die beispielsweise 30 mm betragen kann.
Von der Oberfläche 4 des Reticles 5 wird der Lichtstrahl wieder auf den Spiegel 12 reflektiert, der wiederum das nun in entgegengesetzter Richtung entlang der optischen Achse 8 verlaufende Licht zum λ/4-Plättchen 10 ablenkt. In Bezug auf diese Richtung wirkt das λ/4-Plättchen 10 auf das immer noch zirkulär polarisierte Laserlicht nun als Linearpolarisator, der bei einem Durchtritt des Lichts dieses in eine Ebene polarisiert, die senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 ausgerichtet ist. Diese Wirkung tritt jedoch nur bei zuvor zirkulär polarisiertem Licht auf, weshalb eventuell vorhandenes Streulicht zumindest weitestgehend nicht in dieser Weise polarisiert wird.
Im weiteren Strahlengang bewirkt die Bikonvexünse 9 nun eine Parallelisierung des Laserlichts, das in der Folge als im wesentlich paralleler Strahlengang auf die rückseitige Oberfläche 7b des Polarisators 7 auftrifft. Aufgrund der Polarisationsrichtung des auftreffenden Laserlichts wird dieses weitestgehend vollständig reflektiert und tritt im wesentlichen nicht durch den Polarisator 7 hindurch. Da eventuell vorhandenes Streulicht hingegen nicht bzw. höchstens zu einem geringen Anteil die gleiche Polarisationsrichtung aufweist wie das Laserlicht, wird das Streulicht nicht bzw. weitestgehend nicht reflektiert.
Das vom Polarisator reflektierte Laserlicht trifft nun auf einen Sensor 15, der im Ausführungsbeispiel vier flächige, in einer ebenen Fläche angeordnete Sensorelemente 15a, 15b, 15c, 15d aufweist. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Sensorelemente 15a-d in Form von vier Quadranten angeordnet, die entlang von zwei zueinander senkrecht stehenden (virtuellen) Trennlinien 16, 17 voneinander getrennt sind. Die Ebene der Sensorelemente 15a-d ist hierbei senkrecht zur optischen Achse 8a des vom Polarisator 7 kommenden Laserlichts ausgerichtet. Bei den Sensorelementen handelt es sich um photosensitive Dioden, wie sie am Markt frei angeboten werden. Derartige Sensorelemente erzeugen ein proportional zu der auf sie auftreffenden Lichtmenge bestimmter Wellenlängen analoges elektrisches Signal.
Die auf die Sensorelemente auftreffende Lichtmenge kann insbesondere dann in Bezug auf die ursprünglich vom Laser emittierte Lichtmenge vergleichsweise gering sein, wenn das vermessene Substrat Glas oder einen sonstigen (teil-)durchlässigen bzw. nur beschränkt reflektiv wirkenden Werkstoff aufweist. Insbesondere in diesen Fällen kann der Einfluß durch Streulicht aus der Umgebung und oder durch von der Detektionseinrichtung selbst erzeugtes Streulicht ganz erheblich sein. Derartiges nicht gewolltes Streulicht kann beispielsweise durch Reflexion oder Brechung an der Linse 9 entstehen. Mit einem Polarisator, insbesondere der λ/4-Platte, können diese in besonders ungünstigen Fällen auftretenden Effekte weitestgehend vermieden werden. Die bevorzugte erfindungsgemässe Ausführungsform eignet sich deshalb in besonderem Masse im Zusammenhang mit der Handhabung von Reticles.
Eine Abweichung eines in einer beliebigen Aufnahme 14 (wie beispielsweise einer Greifereinrichtung, einem Magazin, einem Speicherplatz oder dergleichen) angeordneten Reticle von einer Soll-Position kann nun durch eine von einer Soll- Stelle abweichenden Auftreffstelle des Lichtstrahls auf dem Sensor festgestellt werden. Befindet sich das Objekt, hier das Reticle 5, in seiner Soll-Position, dann trifft der vom Laserdiodenmodul kommende Laserlichtstrahl senkrecht auf die Oberfläche 4 des Reticles 5. Dies führt zu einer Reflexion des Laserlichtstrahls mit einem Reflexionswinkel von 0°. Der von der Oberfläche 4 und im folgenden vom Spiegel 12 reflektierte Lichtstrahl 2a gelangt somit zumindest im wesentlichen entlang der optischen Achse 8 zum Polarisator. Letztgenannter reflektiert den Laserstrahl dann ebenfalls entlang der optischen Achse 8a, die exakt in den Schnittpunkt der beiden Trennlinien 16, 17 führt. Da der reale Lichtstrahl nicht linienförmig ist sondern eine räumliche Ausdehnung in alle Richtungen quer zur Richtung der optischen Achse aufweist, treffen im Schnittbereich der beiden Trennlinien 16, 17 auf die vier Sensorelemente im wesentlichen jeweils gleiche Anteile des Laserlichts auf. Dies bedeutet, die vier Sensorelemente 15a-d geben zumindest näherungsweise identische Signale ab. Die Signale der Sensorelemente 15a-d können nun einer Auswerteeinheit zugeführt und dort automatisiert miteinander verglichen werden. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise Bestandteil einer Maschinensteuerung oder Anlagensteuerung sein. Wird hierbei das hier beschriebene Kriterium identischer Signale festgestellt, so kann automatisiert auf eine Übereinstimmung der Ist-Position des Reticles mit der Soll-Position geschlossen werden.
Besteht hingegen eine Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position des Reticles 5 in seiner jeweiligen Aufnahme, so wird der Laserlichtstrahl von der Oberfläche 4 unter einem von 0° abweichenden Winkel α reflektiert. Dies führt dazu, dass der reflektierte Laserlichtstrahl auf dem Spiegel 12 auf einer anderen Stelle auftrifft, als der ankommende Lichtstrahl. Folglich wird der reflektierte Lichtstrahl 2a zwar parallel zur optischen Achse 8 aber mit Abstand zu dieser von der Bikonvexlinse 9 zum Polarisator 7 geführt. Der abweichend von der optischen Achse 8 auf den Polarisator auftreffende Lichtstrahl wird dann vom Polarisator zum Sensor 15 reflektiert. Hier trifft der Laserlichtstrahl wiederum mit Abstand zur optischen Achse 8a nicht gleichmäßig auf sämtliche vier der Sensorelemente. Der Laserlichtstrahl trifft vielmehr mit zumindest einem überwiegenden Anteil auf zwei oder auf nur eines der Sensorelemente 15a-d. Durch Vergleich der Signale sämtlicher Sensorelemente kann der Unterschied der Signalhöhen festgestellt und hierdurch auf eine Verkippung, d.h. eine Abweichung von der Soll-Position geschlossen werden.
Durch die Ermittlung des Sensorelements 15a-d mit der höchsten Signalstärke kann auch zumindest die ungefähre räumliche Ausrichtung des Kippwinkels α des Reticles 5 festgestellt werden. Da jedes Sensorelement einem Richtungsbereich des Kippwinkels α von ca. 90° zugeordnet ist, kann aufgrund eines Signals von einem der Sensorelement 15a-d auch auf die ungefähre Richtung geschlossen werden, in die das Reticle geneigt bzw. verkippt ist.
In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform kann sowohl die Richtung als auch die Größe des Kippwinkels α relativ genau ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Sensor vorgesehen sein, der in der Lage ist Richtung und Abstand der Auftreffstelle des Lichtstrahls in Bezug auf den Schnittpunkt 18 der optischen Achse 8a auf der Sensorfläche zu bestimmen. Hierzu kann die proportionale Abhängigkeit des Betrags des Kippwinkels α und des genannten Abstands A genutzt werden. Zudem besteht auch ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Richtung des Winkels ß, den die Verbindungslinie zwischen dem Schnittpunkt 18 und der Auftreffstelle 19 des Lichtstrahls mit einer Bezugslinie, beispielsweise der Trennlinie 17, einschließt sowie der räumlichen Richtung des Kippwinkel α. Um diese Parameter bestimmen zu können kann beispielsweise ein nicht näher dargestelltes zweidimensionales CCD-FeJd als Sensor vorgesehen sein, der eine Vielzahl von Sensorelementen aufweist, die in Spalten und Reihen angeordnet sind. Jedem der Sensorelemente ist hierbei ein bestimmter Wert des Winkels ß sowie ein bestimmter Wert des Abstands zum Schnittpunkt 18 zugeordnet. Ebenso kann als Sensor auch eine CMOS-Kamera vorgesehen sein.
Schließlich kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch ein PSD- Sensor zur Ermittlung von Informationen über eine Abweichung der Ist- von der SoII- Position vorgesehen sein. Aufgrund der mit wenig technischem Aufwand verbundenen und der im wesentlichen lichtintensitätsunabhängigen Auswertbarkeit der Messergebnisse eignen sich hierfür insbesondere analoge PSD-Sensoren. Bei solchen PSD- Sensoren kann beispielsweise auch eine im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung günstige Justierbarkeit möglich sein, wonach sowohl die x- als auch die y- Koordinate für die Sollposition des zu vermessenden Objekts dem Mittelwert des Differenzbetrags zwischen dem maximalen und dem minimalen Messsignal entspricht oder einfach auf den Wert Null eingestellt werden kann. Die Soll-Position kann damit sowohl in x- als auch in y-Richtung exakt in die Mitte des jeweils zur Verfügung stehenden Meßbereichs gelegt werden. Dies hat zur Folge, dass bei gleich grossen Abweichungen von der Sollposition in entweder die eine oder in die andere Richtung - jeweils in Bezug auf die x- oder die y-Koordinatenachse - die Messgrössen jeweils identische Beträge aufweisen und sich diese in Abhängigkeit von der Abweichungsrichtung nur durch das Vorzeichen der Meßgrößen unterscheiden. Dies gilt sowohl für Messungen in x- als auch in y-Richtung und führt ebenfalls zu einer erleichterten Auswertbarkeit der Messsignaie. Ein im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geeigneter PSD~Sensor, der eine solche Justierbarkeit beispielsweise mittels Software ermöglicht, wird beispielsweise vom Unternehmen HAMAMATSU unter der Produktbezeichnung PSD S5990 -01 angeboten.
In den Fig. 3 bis 5 ist ein Greifer 20 dargestellt, wie er für die automatisierte Handhabung von Reticles in Fabriken zur Produktion von elektronischen Bauteile, wie beispielsweise Prozessoren, Speicherbausteinen und dergleichen, benutzt werden kann. Der Greifer 20 kann an einer an sich vorbekannten Handhabungsvorrichtung, wie beispielsweise hier einem höhenverstellbaren Drehteller 21 angeordnet und von diesem im Raum bewegt werden. Je nach Anwendungsfall können auch Handhabungsvorrichtungen (Roboter) mit zusätzlichen oder anderen Bewegungsachsen vorgesehen sein.
Der Greifer 20 weist einen Trägerteil 22 auf, der am Drehteller 21 angebracht und von diesem bewegt wird. Am Trägerteil 22 ist ein Greiferteil 23 des Greifers 20 angeordnet, der mittels eines Antriebs relativ zum Trägerteil 22 beweglich ist (Fig. 4), insbesondere um eine lineare Hubbewegung auszuführen. Der Greiferteil 23 ist gabelförmig ausgebildet und weist eine Querstrebe 24 auf, an der zwei Längsstreben 25, 26 angeordnet sind. Zwischen den beiden mit Abstand und parallel zueinander ausgerichteten Längsstreben 25, 26 kann ein Reticle 5 aufgenommen werden. Das Reticle 5 liegt hierbei mit seinem Pellicle-Teil zwischen den beiden Streben 25, 26 des Greiferteils 23, während der obere Glasteil des Reticles mit seinem Randbereich auf den beiden Streben 25, 26 aufliegt.
Um ein Reticle 5 auf diese Weise aufzunehmen wird der Greiferteil 23 mittels des Roboters zunächst vor dem Reticle positioniert, das sich in einer Aufnahme, beispielsweise eines Reticle-Stockers oder einer Transportbox, befinden kann. Anschfiessend wird der Greiferteil 23 aus der in Fig. 3 gezeigten Neutralposition relativ zum Trägerteil 22 auf das Reticle in eine Aufnahme-/Übergabeposition verfahren, so dass sich der Pellicle-Teil des Reticles 5 zwischen den beiden Streben 25, 26 befindet. Ansch liessend wird der Greiferteil 23 nach oben verfahren, wodurch der Glasteil des Reticles 5 zur Auflage auf den beiden als Greifelementen vorgesehenen Streben 25, 26 kommt und hierdurch angehoben wird. Das Retiefe 5 ist nun vom Greifer 20 aufgenommen und kann durch Zurückziehen des Greiferteils 23 in dessen Neutralposition aus der Aufnahme entnommen werden. Das Reticle 5 steht nun zum Transport bzw. einer Übergabe, beispielsweise an einen Stepper, bereit.
Im Zusammenhang mit der Handhabung des Reticles 5 kann die Information von Interesse sein, ob sich das Reticle auf dem Greifer 20 in einer Soll-Position befindet. Um dies detektieren zu können ist der Greifer 20 mit einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung versehen, wie sie in den Fig. 1 und 2 prinzipiell gezeigt ist. Hierbei ist das Laserdiodenmodul 1 , der Polarisator 7 sowie der Sensor 15 als erste Baugruppe zusammengefasst und innerhalb eines Gehäuses 27 angeordnet seitlich am Trägerteil 22 befestigt. Eine zweite Baugruppe der Detektionseinrichtung ist am Greiferteil 23 im Bereich der Querstrebe 24 und der Längsstrebe 26 angeordnet. Hierzu befindet sich in der Querstrebe eine Durchgangsbohrung 29, in der die Bikonvexlinse 9 sowie das λ/4-Plättchen 10 angeordnet sind. Wie insbesondere Fig. 5 zu entnehmen ist, ist an der Innenseite der Längsstreben 26 der Spiegel 12 angebracht. Das Laserdiodenmodul und der Polarisator einerseits, sowie die Bikonvexlinse, das λ/4-Plättchen sowie der Spiegel andererseits sind hierbei so zueinander ausgerichtet, dass sie entlang einer gemeinsamen optischen Achse 8 angeordnet sind. Daran ändert sich auch nichts, wenn der Greiferteil 23 in die Aufnahme-/Übergabeposition verfahren wird und sich damit der Abstand der beiden Baugruppen der Detektionseinrichtung vergrössert. Die Detektionseinrichtung ist sowohl in der Neutralposition (Fig. 3), als auch in der Aufnahme-/Übergabeposition (Fig. 4) als auch in jeder Position dazwischen einsatzfähig. Dies gilt sogar während Verfahrbewegungen zwischen den beiden Endpositionen des Greiferteils 23. Mittels der in den Greifer integrierten Detektionseinrichtung kann während der Greifer ein Reticle erfasst hat, jederzeit eine eventuelle Verkippung des Reticles auf dem Greifer gegenüber einer Soll-Position durch Detektion festgestellt werden, selbst während einer Transportbewegung. Die Funktionsweise der in den Greifer integrierten Detektionseinrichtung stimmt hierbei mit der zuvor beschriebenen Funktionsweise überein.
Es ist hierbei bevorzugt, wenn bereits unmittelbar nach der Aufnahme des Reticles durch den Greifer eine Lagebestimmung des Reticles auf dem Greifer durchgeführt wird. Wird hierbei eine Abweichung der Anordnung des Reticles im bzw. auf dem Greifer von der Sollposition festgestellt, so kann das Reticle unmittelbar nach seiner Aufnahme wieder abgesetzt und ein neuer Versuch zur positionsgerechten Aufnahme unternommen werden. Durch die Durchführung einer Korrektur der Fehlpositionierung unmittelbar nach dem sie entstanden ist, wird die unproduktive Zeit der Handhabungseinrichtung möglichst gering gehalten.
Der Greifer weist auf jeder Längsstrebe 25, 26 jeweils eine vordere und eine hintere Auflagestelle zur jeweils näherungsweise punktförmigen Auflage von Reticles im Greifer auf (nicht dargestellt). Die vier Auflagestellen liegen in einer gemeinsamen Ebene, welche der Soll-Position des jeweiligen Reticles entspricht. Insbesondere im Bereich der Auflagestellen können in Bezug auf diese erhabene seitliche Zentrierelemente vorgesehen sein, die verhindern sollen, dass das Reticle beim Transport verrutscht. Bei der Aufnahme eines Reticles kann es nun vorkommen, dass das Reticle anstelle auf der Auflagestelle auf zumindest einem dieser erhöhten Zentrierelemente und oder auf den Längsstreben 25, 26 zu liegen kommt. Das Reticle ist hierdurch für den Transport nicht gesichert. Zudem ergibt sich eine Verkippung des Reticles, die sich quantitativ aus der Länge der „angehobenen" Reticlekante (Substratkante) und der Höhe der Zentrierung ermitteln lässt. Die beschriebene Sensorik kann sich diesen Effekt zu Nutze machen und misst mittels Reflexion des Laserstrahls am Reticle genau diese Schräglage.
Mit der am Greifer angeordneten Detektionseinrichtung kann auch überprüft werden, ob ein Reticle oder ein sonstiges Substrat vom Greifer 20 verkippfrei wieder abgesetzt bzw. übergeben wurde. Hierzu kann eine Reflexionsmessung durchgeführt werden unmittelbar nachdem das Reticle vom Greifer auf eine Aufnahme abgesetzt wurde und sich die Auflagestellen des Greifers nur geringfügig unterhalb der Unterseite des Reticles befinden. Insbesondere in dieser Position des Greifers lässt sich mit der Detektionsefnrichtung des Greifers eine mögfi'che Verkippung des Retiefes in der greiferfremden Aufnahme mit ausreichender Genauigkeit bestimmen.
In nicht dargestellten anderen Ausführungsformen kann der Greifer zur Aufnahme anderer Substrate als Reticles ausgebildet sein, insbesondere zur Aufnahme von Wafern. Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise des Greifers und insbesondere der Detektionseinrichtung kann hierbei gegenüber der Ausführυngsform der Figuren 3 bis 5 unverändert bleiben.
ßezugszeichenliste
Laserdiodenmodul 21 Drehteller
Laserlichtstrahl 22 Trägerteila reflektierter Lichtstrahl 23 Greiferteil
Abbildungsoptik 24 Querstrebe
Oberfläche 25 Längsstrebe
Objekt (Reticle) 26 Längsstrebe
Blende 27 Gehäuse
Polarisator 28 a Oberfläche 29 b Oberfläche 30 optische Achse 31 a optische Achse 32
Bikonvexlinse 33 0 λ/4-Plättchen 2 Spiegel 4 Aufnahme 5 Sensor 5a-d Sensorelement 6 Trennlinie 7 Trennlinie 8 Schnittpunkt 9 Auftreffstelle 0 Greifer

Claims

Patentansprüche
1. Greifereinrichtung zur Handhabung von Substraten aus dem Bereich der
Fertigung elektronischer Bauteile, die mit zumindest einem Greifelement zur Aufnahme von zumindest einem Substrat, sowie einer optischen Detektionseinrichtung versehen ist, wobei die Detektionseinrichtung zumindest einen Sensor zur Ermittlung von Positionsinformationen und/oder Informationen über eine Anwesenheit eines Substrats unter Zuhilfenahme eines auf eine Soll-
Position gerichteten Lichtstrahls eines Lichtemitters aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (2) des Lichtemitters zur Ausrichtung auf eine Oberfläche (4) einer Soli-Position des jeweiligen Substrats vorgesehen ist, der Sensor (15) mit zumindest einer lichtsensitiven Sensorfläche versehen ist, wobei mit dem
Sensor Positionsinformationen zu einer Auftreffstelle des von der Oberfläche (4) des Substrats reflektiertes Licht des Lichtstrahls auf der Sensorfläche ermittelbar sind.
2. Greifereinrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch den mit zumindest zwei lichtsensitiven Sensorelementen (15a, 15b, 15c, 15d) versehenen Sensor
(15), mit denen im wesentlichen gleichzeitig und unabhängig voneinander Positionsinformationen zu einer Auftreffstelle des von der Oberfläche (4) des Substrats reflektierten Licht des Lichtstrahls auf zumindest einem der mindestens zwei Sensorelementen ermittelbar ist.
3. Greifereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
Auswerteeinheit, der Signale der Sensorfläche zuführbar sind und mit der in Abhängigkeit der Signale der Sensorfläche eine mögliche Abweichung der Ist- Position des Substrats von einer Soll-Position und/oder der An- beziehungsweise der Abwesenheit des Substrats automatisiert feststeilbar ist.
4. Greifereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit, der Signale des Sensors zuführbar sind und mit der in Abhängigkeit der Signale des Sensors eine mögliche Anwesenheit oder ein Fehlen des Substrats an der Soll-Position automatisiert feststellbar sind.
5. Greifereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Sensorsignale das
Vorhandensein eines möglichen Kippwinkels, insbesondere eines räumlichen Kippwinkels, des Substrats in Bezug auf eine Soll-Position feststellbar ist.
6. Greifereinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Ermittlung von Informationen über einen möglichen Kippwinkel, mit denen in Abhängigkeit von einer Abweichung einer Auftreffstelle des reflektierten Lichts auf dem
Sensor mit einer maximalen Intensität des auftreffenden Lichts von einer Sollstelle der maximalen Lichtintensität auf dem Sensor Informationen über den Kippwinkel feststellbar sind.
7. Greifereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor afe analoger oder diskreter Position
Sensitive Detektor (PSD) ausgebildet ist.
8. Greifereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lichtemitter, insbesondere einen Laser, dessen Licht auf eines oder mehrere folgender optisch aktiver Elemente gerichtet ist: einen Polarisator, eine Sammellinse, einen Zirkularpolarisator - wie beispielsweise eine λ/4-Platte - und einen Spiegel.
9. Greifereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Lichtemitter ausgesandte Licht zumindest eines der optisch aktiven Elemente sowohl auf einem Weg vom Lichtemitter zur Oberfläche des jeweiligen Substrats als auch auf dem Weg von der Oberfläche zum Sensor durchläuft
10. Greifereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Anordnung des Sensors, bei dem der Polarisator vom Substrat reflektiertes Licht auf den Sensor reflektiert.
11. GreifereinricMung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mit vier, vorzugsweise gleichen, in Form von Quadranten zueinander angeordneten lichtsensitiven Sensorelementen versehen ist.
12. Greifereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Sensorelemente, die in einer Ebene im wesentlichen in Form von Reihen und Spalten angeordnet sind.
13. Greifereinrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheitrichtung, mit der aufgrund von Signalen der in Reihen und Spalten angeordneten Sensorelemente Informationen über die Richtung und/oder den Betrag eines räumlichen Kippwinkel des Substrats in Bezug auf eine Soll-Position ermittelbar sind.
14. Greifereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass daß der Sensor oder dessen Auswerteeinheit bei jeder Messung zwei Signale, Morzugsweise nur zwei Signate, ausgibt, die in
Bezug auf ein zweidimensionales Koordinatensystem eine Ermittlung von Koordinaten der Auftreffstelle des reflektierten Lichts auf der Sensorfläche ermöglicht.
15. Greifereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Trägerteil (22) und einem relativ zu diesem beweglichen und mit Aufnahmeelementen zur Aufnahme von zumindest einem Substrat versehenen Greiferteil (23), wobei eine erste Baugruppe mit optisch aktiven Elementen der Detektionseinrichtung am Trägerteil und eine zweite Baugruppe mit optisch aktiven Elementen der Detektionseinrichtung am Greiferteil angeordnet ist.
16. Greifereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Detektionseinrichtung in jeder beliebigen Relativpositionen zwischen dem Trägerteil (22) und dem Greiferteil (23) Informationen über eine Fehlpositionierung und/oder Anwesenheit eines im Greifer angeordneten Substrats ermittelbar sind.
17. Greifereinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Trägerteil des Greifers zumindest der Lichtemitter sowie der Sensor angeordnet sind.
18. Verfahren zur Detektion von Abweichungen einer Ist- von einer Soll-Position eines Substrats aus dem Bereich der Fertigung elektronischer Bauteile, insbesondere von einem auf einer Aufnahme, wie einer Greifereinrichtung, einem Magazin, einem Speicherplatz und dergleichen, angeordneten Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrahl (2) auf eine Oberfläche (4) des
Substrats gerichtet wird und aufgrund einer Auftreffstelle eines von der Oberfläche (4) reflektierten Lichtstrahls auf einen Sensor (15) auf eine An- oder Abwesenheit des Substrats und eine Übereinstimmung oder Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position geschlossen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass e'me mögtiche Abweichung der Ist- Position von der Soll-Position des Substrats durch Ermittlung von zwei Koordinaten, insbesondere von kartesischen Koordinaten - oder davon abhängigen Meßgrößen - der Auftreffstelle des Lichts auf einer Sensorfläche des Sensors (15) vorgenommen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch den Einsatz eines Sensors mit mehreren Sensorelementen, die unabhängig voneinander Sensorsignale erzeugen können und unter Berücksichtigung von mehreren, vorzugsweise sämtlichen, Sensorsignalen auf eine Übereinstimmung oder Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position geschlossen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer
Abweichung eines Sensorsignals, insbesondere einer Signalamplitude, von zumindest einem Sensorsignal des zumindest einen weiteren Sensorelements auf eine Abweichung der Ist-Position des Substrats von seiner Soll-Position geschlossen wird.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche W bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung des Ergebnisses der Detektion ein Handhabungsprozess einer Greifereinrichtung gesteuert wird.
23. Verwendung einer optischen Detektionseinrichtung, die einen Lichtemitter sowie einen Sensor mit zumindest einer lichtsensitiven Sensorfläche aufweist, wobei im Strahlengang zwischen dem Lichtemitter und dem Sensor ein optischer Polarisator, insbesondere eine λ/4.-Platte, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung an einer Greifereinrichtung zur Handhabung eines Substrats aus dem Bereich der Fertigung von Halbleiterelementen angeordnet sowie zur Bestimmung von
Positionsinformationen und/oder Informationen über eine Anwesenheit eines Substrats bezüglich einer Soll-Position des jeweiligen Substrats vorgesehen ist.
24. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mit der optischen Detektionseinrichtung Positionsinformationen und/oder Informationen über eine Anwesenheit von Wafern oder Reticles bestimmt werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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