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AT527937B1 - Vorausrichter, system mit einem vorausrichter, sowie verfahren zum vorausrichten eines substrats - Google Patents

Vorausrichter, system mit einem vorausrichter, sowie verfahren zum vorausrichten eines substrats

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Publication number
AT527937B1
AT527937B1 ATA50629/2024A AT506292024A AT527937B1 AT 527937 B1 AT527937 B1 AT 527937B1 AT 506292024 A AT506292024 A AT 506292024A AT 527937 B1 AT527937 B1 AT 527937B1
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AT
Austria
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substrate
support surface
aligner
stepper motor
camera
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Application number
ATA50629/2024A
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English (en)
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Inventor
Burgstaller Michael
Brandtner Lukas
Original Assignee
Qwer Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to ATA50629/2024A priority Critical patent/AT527937B1/de
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Publication of AT527937B1 publication Critical patent/AT527937B1/de

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vorausrichter (1) zum Ausrichten eines Substrats (100), insbesondere eines Wafers (110,120), wobei der Vorausrichter (1) umfasst: - ein Gehäuse (10) mit einem Gehäuseinnenraum (11); - im Gehäuseinnenraum (11) eine drehbar gelagerte Trägervorrichtung (20) mit einer Auflagefläche (25), die dazu eingerichtet ist, ein darauf befindliches Substrat (100) zu halten; - einen Schrittmotor (31) zur Drehung der Auflagefläche; - eine Kamera (40) zum flächigen Erfassen einer Substratoberseite (101) sowie einer Substratrandkante (103) eines Substrats (100); - eine flächige Hintergrundbeleuchtung (50); - eine Oberseitenbeleuchtung (60); - eine Steuerungseinrichtung (80), die dazu eingerichtet ist, die Hintergrundbeleuchtung (50) sowie die Oberseitenbeleuchtung (60) wahlweise zu aktivieren und anhand von zumindest einer von einer Bildauswertungseinrichtung (90) an einer Substratoberseite und/oder an einer Substratrandkante detektierten Markierung (105,106) eine Ausrichtung eines auf der Auflagefläche befindlichen Substrats (100) zu erfassen sowie bedarfsweise den Schrittmotor (31) anzusteuern und eine Abholposition (140) für das Substrat (100) zu ermitteln.

Description

Ss N
Beschreibung
VORAUSRICHTER, SYSTEM MIT EINEM VORAUSRICHTER, SOWIE VERFAHREN ZUM VORAUSRICHTEN EINES SUBSTRATS
GEBIET DER ERFINDUNG
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vorausrichter zum Ausrichten eines Substrats, insbesondere eines Wafers, vor der weiteren Verarbeitung oder Prüfung. Weiters betrifft die Erfindung ein System umfassend einen Vorausrichter mit einem Substrat, insbesondere mit einem Wafer. Außerdem wird im Rahmen der Erfindung ein Verfahren zum Vorausrichten eines Substrats, insbesondere eines Wafers, angegeben.
STAND DER TECHNIK
[0002] Zahlreiche elektronische Bauteile, sogenannte „devices“, wie diese beispielsweise in Unterhaltungsgeräten, in Steuerungen sowie in der Automobil- und Mobilfunkelektronik zum Einsatz kommen, basieren auf der Technologie integrierter elektronischer Schaltungen und werden üblicherweise mittels unterschiedlicher Dünnschichttechniken (engl. „thin film technology“) hergestellt. Neben den genannten integrierten (mikro-)elektronischen Schaltungen können beispielsweise auch mikromechanische Bauelemente und/oder Sensoren mit integrierten Schaltungen gemeinsam auf einem Substrat hergestellt werden.
[0003] Als Substrat dienen meist dünne Scheiben eines Halbleiter-Einkristalls, sogenannte Wafer. Im Folgenden wird daher unter dem Begriff „Substrat“ insbesondere solche HalbleiterWafer verstanden.
[0004] Bei der Herstellung eines Wafers aus einem Silizium-Halbleiter wird üblicherweise ein Einkristallstab in Form eines langgezogenen einkristallinen Zylinders aus Polysilizium (ein sogenannter „Ingot“) zunächst in Scheiben geschnitten sowie auf einen gewünschten Wafer-Durchmesser abgedreht und erhält anschließend je nach Kristallorientierung und Dotierung üblicherweise einen oder zwei Abflachungen, sogenannte Flats. Im Falle von zwei Abflachungen dient die größere Abflachung üblicherweise dazu, den Warfer in der Fertigung möglichst exakt ausrichten zu können. Die zweite, kleinere Abflachung dient zur Erkennung des jeweiligen Wafertyps (beispielsweise zur Bestimmung der entsprechenden Kristallorientierung oder p-/n-Dotierung), ist aber nicht immer vorhanden. Bei größeren Wafern beispielsweise ab 200 mm Durchmesser werden zur Ausrichtung meist an Stelle von Abflachungen (Flats) kerbenartige Ausnehmungen, sogenannte Notches, verwendet. Dabei handelt es sich um eine oder mehrere kleine Einkerbungen an den Randkanten am Scheibenrand, die ebenfalls eine Ausrichtung der Wafer ermöglichen, die jedoch weniger Fläche des Wafers beanspruchen als die vorgenannten Abflachungen.
[0005] Weiters sind aus dem Stand der Technik miteinander verbundene, „gebondete“ Wafer bekannt, die auch als Verbundhalbleiter (engl. compound semiconductors) bezeichnet werden. Beim sogenannten Waferbonden werden dazu zwei oder mehrere flächige Substrate, insbesondere zwei oder mehrere Wafer-Scheiben, vollflächig miteinander verbunden, um mit einem solchen Lagenaufbau die für die Integration von Sensoren oder anderen elektronischen Bauteilen nötigen Kavitäten herzustellen. Diese mehrlagigen Wafer-Scheiben sind zur vereinfachten Handhabung üblicherweise auf einer zusätzlichen Trägerschicht bzw. einem weiteren Träger-Substrat aufgebracht, welche Trägerschicht mehrfach verwendet werden kann. Solche Trägerschichten können aus transparenten bzw. lichtdurchlässigen Materialien wie beispielsweise Glas, Quarz oder Saphir hergestellt werden. Alternativ können Trägerschichten aus opaken, lichtundurchlässigen Materialien wie Keramik oder Metall eingesetzt werden, um darauf aufgebrachte mehrlagige Wafer-Scheiben zu stabilisieren und besser handhaben zu können. Üblicherweise ist ein Durchmesser der Trägerschicht größer gewählt als der Durchmesser der darauf befestigten Wafer-Scheiben.
[0006] Der Begriff „Substrat“ bezieht sich im Folgenden gleichermaßen auf einlagige, ungebon-
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dete Wafer, als auch auf zwei- bzw. mehrlagig aufgebaute, gebondete Wafer, sogenannte Verbundhalbleiter.
[0007] Zur Vorausrichtung und präzisen Positionierung solcher Substrate bzw. Wafer in automatisierten Fertigungs- oder Verarbeitungsanlagen sind entsprechende Vorausrichter (engl. „PreAligner“) erforderlich. Üblicherweise werden solche Vorausrichter bzw. Pre-Aligner zum exakten Ausrichten von Halbleiterscheiben bzw. Halbleiter-Wafer auf einer Trägerplatte, einem sogenannten „Chuck“, für nachfolgende Tests oder zur nachfolgenden Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet.
[0008] Aus dem Stand der Technik sind bereits zahlreiche Ausführungen von Vorausrichtern bekannt.
[0009] Beispielsweise betrifft die US 5 513 948 A einen Vorausrichter, mit dem ein unregelmäßig geformtes Substrat bzw. ein Wafer rasch positioniert und ausgerichtet werden kann, ohne dazu das Substrat notwendigerweise auf dem Vorausrichter zentrieren zu müssen.
[0010] Der Vorausrichter umfasst einen motorgetriebenen Drehtisch, der einen Halbleiter-Wafer lösbar hält. Der Drehtisch ist dazu eingerichtet, den Wafer um eine Drehachse, die senkrecht zur Ebene des Wafers steht, zu drehen und dabei eine Randkante des Wafers zu scannen. Beim Randkanten-Scan wird eine Polarkoordinatenkarte erstellt, die radiale Entfernungen enthält, die in vorgegebenen Winkeln von der Rotationsachse zur peripheren Kante des Wafers gemessen werden. Ein mikroprozessorgestütztes Scan-Datenverarbeitungssystem verwendet die Polarkoordinatenkarte der Waferkanten, um die Mitte des Wafers zu lokalisieren und seine Ausrichtung zu bestimmen. Das Scandatenverarbeitungssystem generiert daraufhin Vorausrichter-Steuersignale, als Reaktion darauf positioniert und richtet der Vorausrichter den Wafer in einer vorgewählten Ausrichtung für die Lieferung an eine Halbleiterwafer-Bearbeitungsstation aus. Zu solchen Bearbeitungsstationen zählen beispielsweise automatisierte Test- oder Fertigungssysteme.
[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform der US 5 513 948 A kann der Vorausrichter einen motorbetriebenen X-Y-Tisch umfassen, der den Drehtisch trägt und mit diesem zusammenwirkt, um drei Bewegungsgrade innerhalb der Ebene des Wafers bereitzustellen. Der Drehtisch und der X-Y-Tisch reagieren auf die Steuersignale des Vorausrichters, um den Wafer in der vorgewählten Ausrichtung auszurichten bzw. zu positionieren, ohne den Wafer zu lösen oder freizugeben. Die drei Bewegungsgrade ermöglichen dem Vorausrichter eine schnelle Ausrichtung des Wafers, ohne ihn auf der Rotationsachse zu zentrieren. Darüber hinaus wird durch das Ausrichten des Wafers ohne Zentrieren die Menge an Verunreinigungen verringert, die durch die Handhabung des Wafers entstehen. In nachteiliger Weise ist diese Vorrichtung jedoch sehr aufwendig und benötigt neben dem Drehtisch zusätzlich einen in X-Y-Richtung verfahrbaren Tisch, um den Wafer in eine Übergabeposition für nachfolgende Bearbeitungsschritte zu positionieren. Außerdem sind bei dieser Vorrichtung LED-Leuchten bzw. Photosensoren nur im Bereich der Randkanten angeordnet, die für den Scan der betreffenden Wafer-Randkanten vorgesehen sind. Strukturmerkmale, die von der Randkante beabstandet an der Oberseite innerhalb des jeweiligen Wafers angeordnet sind, können mit diesem Vorausrichter allerdings nicht erfasst werden.
[0012] Aus der DE 10 2009 006 340 B4 ist beispielsweise ein Vorausrichter bekannt geworden, der mit einer Lichtquelle von oben die Oberseite des jeweiligen Substrats bzw. Wafers beleuchtet, um Markierungen an den Randkanten des Substrats, also beispielsweise Abflachungen oder kerbenartige Ausnehmungen, mit einem optisch/elektrischen Wandler zu erfassen. Für die Detektion der Markierungen an den Randkanten des Substrats bzw. Wafers ist es jedoch erforderlich, dass das jeweilige Substrat auf einem Drehtisch rotiert wird, um zwischen der Reflektivität des Substrats und jener des Trägers, auf dem sich das Substrat befindet, unterscheiden zu können.
[0013] Aus der US 2017/0133253 A1 ist eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Waferbearbeitung bekannt geworden, bei der die Randkante des Substrats bzw. Wafers von unten beleuchtet wird. Eine Kamera, die oberhalb des Substrats befestigt ist, erfasst bei einer Rotation des Substrats auf dem Drehtisch die Markierungen an den Randkanten. Die Trägerplatte des Drehtisches, auf dem das Substrat bzw. der Wafer aufliegt, sollte daher einen etwas geringeren Durchmesser
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als der entsprechend darauf aufliegende Wafer aufweisen. Eine Ausrichtung des Substrats bzw. Wafers anhand von Strukturmerkmalen, die von der Randkante beabstandet an der Oberseite innerhalb des jeweiligen Substrats bzw. innerhalb der Trägerplatte angeordnet sind, ist somit auch mit dieser Vorrichtung nicht möglich.
[0014] Bei den bisher bekannt gewordenen Vorrichtungen zum Vorausrichten von Substraten bzw. Wafern ist es meist zwingend erforderlich, für die Detektion von Markierungen an den Randkanten des Substrats bzw. Wafers das jeweilige Substrat auf einem Drehtisch um eine Drehachse zu rotieren. Ebenso ist es für das Erkennen eines Versatzes des Mittelpunkts in der jeweiligen Ausgangslage erforderlich, das jeweilige Substrat um einen Drehwinkel von 360° zu rotieren. Dies ist allerdings zeitaufwendig und auch fehleranfällig, da es während des Rotierens des Substrats auf dem Drehtisch ebenfalls zum Verrutschen des Substrats bzw. Wafers kommen kann und aufgrund dieses Versatzes des Mittelpunkts des Substrats die nachfolgenden Herstellungsschritte auf dem Substrat nicht ausreichend exakt durchgeführt werden können. Markierungen, die sich von der Randkante beabstandet an der Oberseite des jeweiligen Substrats befinden, können mit den bekannt gewordenen Vorrichtungen, welche meist nur für einen RandkantenScan des jeweiligen Substrats bzw. Wafers ausgerüstet sind, nicht oder nur unzureichend erfasst werden.
[0015] Für den Fall, dass „gebondete“ Wafer, also Verbundhalbleiter, ausgerichtet werden müssen, die mehrlagig angeordnete Wafer-Scheiben samt einer Trägerschicht umfassen, ist dies umso schwieriger. So ist es bereits mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden, Markierungen an den Randkanten solcher Verbundhalbleiter zu detektieren. Eine radiale bzw. axiale Ausrichtung solcher Verbundhalbleiter kann je nach dem individuellen Aufbau des betreffenden Verbundhalbleiters an unterschiedlichen Lagen bzw. Substratschichten erfolgen. Beispielsweise kann eine Rotation des Verbundhalbleiters anhand der Wafer-Scheiben, also dem Substrat mit dem kleineren Durchmesser, ausgerichtet werden. Eine Ausrichtung des Verbundhalbleiters durch Verschiebung in X-Y-Richtung, um einen Versatz des Mittelpunkts des Verbundhalbleiters zu korrigieren, kann anhand der Trägerschicht bzw. dem weiteren Träger-Substrat mit dem größeren Durchmesser erfolgen. Eine konzentrische Orientierung der beiden Substratschichten zueinander kann allerdings dabei nicht gewährleistet werden. Je nach Materialwahl der eingesetzten Trägerschicht kann die Ausrichtung der Orientierung des Verbundhalbleiters anhand von Markierungen an der Randkante entweder nur in einem Durchlichtverfahren - sofern die Trägerschichten aus einem transparenten bzw. lichtdurchlässigen Material hergestellt sind - oder sonst bei Verwendung eines lichtundurchlässigen Trägermaterial in einem Reflexionslichtverfahren durchgeführt werden.
[0016] Mit den bisher bekannt gewordenen Vorrichtungen zur Vorausrichtung von Substraten ist es somit nicht möglich, Markierungen auf Verbundhalbleitern, die sich von der Randkante beabstandet an der Oberseite des jeweiligen Substrats befinden, zu erfassen. Ebenso können Verbundhalbleiter mit herkömmlichen Vorausrichtern nicht exakt in Richtung der Kristallachsen der Waferschichten ausgerichtet werden.
[0017] Außerdem ist es mit herkömmlichen Vorrichtungen zur Vorausrichtung von Substraten nicht oder nur unzureichend möglich, Fertigungsdefekte an der Oberseite des jeweiligen Substrats zu erkennen. Beispielsweise können während eines galvanischen Fertigungsprozesses Brandspuren auf der Oberseite eines Substrats, insbesondere eines Wafers, auftreten, weshalb das betreffende Substrat auszuscheiden ist. Aus dem Stand der Technik bekannte Vorausrichter sind für die visuelle Erkennung solcher Fertigungsdefekte nicht geeignet.
AUFGABE DER ERFINDUNG
[0018] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Vorausrichter zum Ausrichten eines Substrats, insbesondere eines Wafers, welcher Vorausrichter die oben genannten Nachteile überwindet. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Vorausrichter bereitzustellen, mit dem es zuverlässig möglich ist, Markierungen sowie Fertigungsdefekte an der Oberseite eines Substrats zu erkennen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein
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verbessertes Verfahren zum Vorausrichten eines Substrats, insbesondere eines Wafers, anzugeben.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0019] Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Vorausrichter zum Ausrichten eines Substrats, insbesondere eines Wafers, angegeben, wobei der Vorausrichter umfasst:
- ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnenraum;
- Im Gehäuseinnenraum eine um eine im Betriebszustand lotrechte Rotationsachse drehbar gelagerte Trägervorrichtung, wobei die Trägervorrichtung eine Auflagefläche umfasst, die senkrecht zur Rotationsachse verläuft, und die dazu eingerichtet ist, ein auf der Auflagefläche befindliches Substrat zu halten;
- einen mit der Trägervorrichtung mit einer Antriebswelle mechanisch gekoppelten Schrittmotor als Antriebsmotor zur Drehung der Auflagefläche;
- eine Kamera, die in einem Höhenabstand oberhalb der Auflagefläche befestigt ist und die dazu eingerichtet ist, eine Substratoberseite sowie eine Substratrandkante eines auf der Auflagefläche befindlichen Substrats flächig zu erfassen;
- eine flächige Hintergrundbeleuchtung, die im Bereich einer der Kamera gegenüberliegenden Unterseite des Gehäuseinnenraums angeordnet ist;
- eine im Gehäuseinnenraum befestigte Oberseitenbeleuchtung, die in einem Höhenabstand oberhalb der Trägervorrichtung und unterhalb der Kamera angeordnet ist, wobei die Oberseitenbeleuchtung eine mittige Ausnehmung aufweist, welche Ausnehmung den Blick von der Kamera auf die unterhalb positionierte Trägervorrichtung freilässt; sowie
- eine Steuerungseinrichtung, welche signalmäßig mit dem Schrittmotor verbunden ist sowie eine mit der Kamera signalmäßig gekoppelte Bildauswertungseinrichtung umfasst, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Hintergrundbeleuchtung sowie die Oberseitenbeleuchtung wahlweise zu aktivieren und zu deaktivieren und anhand von zumindest einer von der Bildauswertungseinrichtung an einer Substratoberseite und/oder an einer Substratrandkante des jeweiligen Substrats detektierten Markierung eine Ausrichtung eines auf der Auflagefläche befindlichen Substrats zu erfassen sowie bedarfsweise den Schrittmotor anzusteuern und eine Abholposition für das Substrat zu ermitteln.
[0020] Der erfindungsgemäße Vorausrichter ist so konzipiert, dass beispielsweise mit einem externen Roboter ein auszurichtendes Substrat, insbesondere ein beliebiger Wafer wie ein SiliziumWafer, ein gebondeter Wafer mit einem lichtdurchlässigen Substrat-Träger, oder ein gebondeter Wafer mit einem lichtundurchlässigen, opaken Substrat-Träger, jeweils von außen durch eine Gehäuseöffnung hindurch in den Gehäuseinnenraum des Vorausrichters befördert und auf der Auflagefläche der Trägervorrichtung aufgelegt werden kann.
[0021] Im Betriebszustand ist der Vorausrichter solcherart positioniert, dass die Rotationsachse der drehbar gelagerten Trägervorrichtung lotrecht, also in Richtung der wirkenden Schwerkraft, orientiert ist. Die Auflagefläche der Trägervorrichtung, auf der das jeweils auszurichtende Substrat aufgelegt wird, verläuft demnach senkrecht zur Rotationsachse. Um die Haftung zwischen der Auflagefläche und einem darauf befindlichen Substrat zu erhöhen, kann die Auflagefläche beispielsweise mit einer Saugvorrichtung ausgerüstet sein, welche Saugvorrichtung das jeweilige Substrat mittels Unterdrucks möglichst rutschfest auf der Auflagefläche festhält. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann die Auflagefläche beispielsweise mit einem rutschfesten Material beschichtet sein.
[0022] Ebenso kann die Auflagefläche beispielsweise als runder Teller mit Vertiefungen ausgeführt sein, um ein darauf befindliches Substrat vor dem Herunterfallen zu sichern. Eine solche Haltevorrichtung, die beispielsweise auch seitliche Klemmbacken umfassen kann, die das Substrat fixieren, wird auch als „Chuck“ bezeichnet.
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[0023] Die Trägervorrichtung ist mit einer Antriebswelle mit einem Schrittmotor mechanisch gekoppelt, welcher als Antriebsmotor zur Drehung der Auflagefläche dient. Im Betriebszustand des Vorausrichters kann also die Auflagefläche samt einem darauf befindlichen Substrat schrittweise um die Rotationsachse gedreht werden.
[0024] Erfindungsgemäß ist eine hochauflösende Kamera mit einer entsprechenden Kameralinse vorgesehen, die an einer Oberseite des Gehäuseinnenraums in einem Höhenabstand oberhalb der Auflagefläche der Trägervorrichtung befestigt ist und die dazu eingerichtet ist, ein auf der Auflagefläche befindliches Substrat flächig zu erfassen. Der Höhenabstand von der Auflagefläche zur Kamera kann noch genauer definiert werden als Höhenabstand, der im Betriebszustand in lotrechter Richtung von der Auflagefläche der Trägervorrichtung bis zur Linsenebene der Kameralinse gemessen wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kamera bzw. deren Kameralinse im Betriebszustand in Verlängerung der lotrechten Rotationsachse koaxial in Bezug zur Trägervorrichtung positioniert ist. Unter dem Begriff des „flächigen Erfassens“ wird hier verstanden, dass die Kamera mit einer einzigen Bildaufnahme sowohl die Substratoberseite, als auch der komplette Verlauf der Substratrandkante des jeweiligen Substrats flächig erfasst. Für den Fall, dass ein Verbundhalbleiter ausgerichtet werden soll, wird von der Kamera zusätzlich auch die Randkante eines gegebenenfalls vorhandenen Substrat-Trägers, der einen größeren Durchmesser aufweist als das darauf befindliche zumindest eine Substrat, miterfasst.
[0025] Die flächige Hintergrundbeleuchtung ist im Bereich der der Kamera gegenüberliegenden Unterseite des Gehäuseinnenraums angeordnet und hinterleuchtet im Betriebszustand - von der Kamera aus gesehen - die Auflagefläche der Trägervorrichtung mit dem darauf befindlichen Substrat. Die flächige Hintergrundbeleuchtung gewährleistet eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung des Gehäuseinnenraums sowie eine gleichmäßige Hinterleuchtung der gesamten Randkante des jeweils auszurichtenden Substrats - unabhängig von der Größe bzw. vom Durchmesser sowie der Bauweise des jeweiligen Substrats.
[0026] Die im Gehäuseinnenraum befestigte Oberseitenbeleuchtung ist in einem Höhenabstand oberhalb der Trägervorrichtung und unterhalb der Kamera angeordnet oder - in anderen Worten - zwischen der Trägervorrichtung und der Kamera positioniert und dient dazu, im Betriebszustand die Substratoberseite samt der Substratrandkante des jeweiligen Substrats zu beleuchten. Der vorgenannte Höhenabstand kann noch genauer definiert werden als Höhenabstand, der im Betriebszustand in lotrechter Richtung von der Auflagefläche der Trägervorrichtung bis zu einer Unterseite der Oberseitenbeleuchtung gemessen wird.
[0027] Damit die Kamera ein auf der Trägervorrichtung befindliches Substrat flächig erfassen kann, weist die Oberseitenbeleuchtung eine mittige Ausnehmung auf, die vorzugsweise kreisförmig geformt ist und die den Blick von der Kamera auf die unterhalb positionierte Trägervorrichtung freilässt. Die Oberseitenbeleuchtung wirkt also ähnlich wie ein Ringlicht bei einem Objektiv eines Fotoapparats und bietet den Vorteil, möglichst nahe am auszurichtenden Substrat positioniert zu sein und eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung der Substratoberseite des jeweiligen Substrats zu ermöglichen, ohne dabei in den Strahlengang der Kameralinse zu ragen.
[0028] Die mit der Kamera signalmäßig gekoppelte Bildauswertungseinrichtung kann eine oder mehrere Markierungen, die an einer Substratoberseite und/oder an einer Substratrandkante des jeweiligen Substrats positioniert ist bzw. sind, rasch und effektiv detektieren. Dazu ist die Steuerungseinrichtung eingerichtet, die Hintergrundbeleuchtung sowie die Oberseitenbeleuchtung wahlweise zu aktivieren und zu deaktivieren, um je nach Bauweise des jeweils auszurichtenden Substrats möglichst effizient die zumindest eine Markierung detektieren und eine Ausrichtung eines auf der Auflagefläche befindlichen Substrats ermitteln zu können.
[0029] Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, dass das Erfassen von zumindest einer oder von mehreren Markierungen auf dem jeweiligen Substrat bedarfsweise auch mehrere Zwischenschritte erfordern kann.
[0030] So kann beispielsweise zuerst die Hintergrundbeleuchtung aktiviert werden, um Markierungen insbesondere im Bereich der Substratrandkante des Substrats, also beispielsweise Ab-
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flachungen und/oder Einkerbungen an der Substratrandkante, zu erfassen. Ebenso kann es zweckmäßig sein, bei aktivierter Hintergrundbeleuchtung den Mittelpunkt des auszurichtenden Substrats zu erfassen.
[0031] Alternativ oder in Ergänzung zur Hintergrundbeleuchtung kann es ebenfalls zweckmäßig sein, zum Erfassen insbesondere von Markierungen, die an der Substratoberseite des jeweiligen Substrats angeordnet sind, auch die Oberseitenbeleuchtung zu aktivieren. Im Zuge der Bildauswertung ist es weiters vorgesehen, dass die Kamera auch mehrere jeweils flächige Bildaufnahmen des auszurichtenden Substrats macht. So können mehrere Bildaufnahmen des auszurichtenden Substrats bei unterschiedlichen Beleuchtungsverhältnissen aufgenommen werden. Ebenso ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, zur Kontrolle mehrere Bildaufnahmen durchzuführen, wenn erforderlichenfalls der Schrittmotor betätigt und die Auflagefläche der Trägervorrichtung gedreht wird. Damit kann anhand der Lage und Position der zumindest einen Markierung am Substrat festgestellt werden, ob durch die erfolgte Drehung der Auflagefläche das darauf befindliche Substrat bereits in die gewünschte Abholposition bewegt wurde.
[0032] Die Steuerungseinrichtung ist signalmäßig mit dem Schrittmotor verbunden. Die Steuerungseinrichtung ist weiters dazu eingerichtet, anhand von zumindest einer von der Bildauswertungseinrichtung an einer Substratoberseite und/oder an einer Substratrandkante detektierten Markierung eine Ausrichtung eines auf der Auflagefläche befindlichen Substrats zu erfassen und bedarfsweise den Schrittmotor anzusteuern und eine Abholposition für das Substrat zu ermitteln. Markierungen, die von der Bildauswertungseinrichtung an der Substratoberseite detektierbar sind, können beispielsweise spezifische Strukturen von Leiterbahnen oder mikroelektronischen Bauteilen sein oder mögliche Fertigungsdefekte wie Brandspuren auf dem Substrat. Randmarkierungen, die von der Bildauswertungseinrichtung im Bereich der Substratrandkanten erfasst werden können, können beispielsweise Abflachungen (Flats) und/oder kerbenartige Ausnehmungen (Notches) sein.
[0033] Das entsprechend ausgerichtete Substrat kann anschließend in der ermittelten Abholposition beispielsweise von einem Roboter dem Vorausrichter entnommen und zu nachfolgenden Bearbeitungsstationen gebracht werden.
[0034] Je nach Anwendungsfall und Ausrüstung des Vorausrichters kann der Schrittmotor erforderlichenfalls von der Steuerungseinrichtung zur Ausrichtung der Auflagefläche der Trägervorrichtung auf mehrere Arten angesteuert werden:
- Verfügt der Schrittmotor über ein genaues Gebersystem mit einem Drehwinkelgeber, so kann vom Drehwinkelgeber eine aktuelle Drehrichtung sowie eine aktuelle Drehwinkellage des Schrittmotors erfasst werden und der Schrittmotor so angesteuert werden, dass die Auflagefläche der Trägervorrichtung exakt um einen gemessenen Drehwinkel gedreht wird;
- Verfügt der Schrittmotor über keinen Drehwinkelgeber, so kann der Schrittmotor beispielsweise mit zumindest einem oder mit mehreren Positionssensoren, insbesondere mit zumindest einem Hall-Sensor, signalmäßig gekoppelt sein. In dieser Ausführungsvariante kann anhand der Signale des zumindest einen Positionssensors, insbesondere Hall-Sensors, eine aktuelle Position des Drehwinkels des Motors bestimmt werden. Im Zusammenwirken mit der Bildauswertungseinrichtung kann der Schrittmotor von der Steuerungsvorrichtung so angesteuert werden, dass eine Vorpositionierung der Auflagefläche durch langsames Drehen in einer Drehrichtung erfolgt und ein darauf befindliches Substrat grob ausgerichtet wird. Sobald eine charakteristische Markierung am Substrat von der Kamera bzw. der Bildauswertungseinrichtung erfasst wurde, kann der Schrittmotor bedarfsweise zur Feinausrichtung des Substrats die Auflagefläche mit einer langsamen, konstanten Drehgeschwindigkeit in derselben Drehrichtung weiterdrehen, während die aktuelle Position der jeweiligen charakteristischen Markierung kontinuierlich erfasst wird. Sobald sich diese Markierung am Substrat in der gewünschten Position befindet und eine Abholposition für das Substrat ermittelt wurde, wird der Schrittmotor gestoppt;
- Alternativ dazu kann der Schrittmotor auch ohne Positionierungssensor angesteuert werden.
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Der Schrittmotor wird in dieser Ausführung zeitabhängig mit einer geringen Geschwindigkeit betrieben, wobei sich die Auflagefläche mit einer langsamen, konstanten Drehgeschwindigkeit dreht. Sobald sich eine bestimmte Markierung am Substrat in einer gewünschten Position befindet und eine Abholposition für das Substrat ermittelt wurde, wird der Schrittmotor gestoppt.
[0035] Die Ausrichtung der Auflagefläche kann mittels eines Schrittmotors samt Drehwinkelgeber sehr rasch und exakt erfolgen. Im Vergleich dazu sind die beiden Ausführungsvarianten der Ansteuerung des Schrittmotors mittels zumindest eines Positionierungssensors oder mit einer zeitabhängigen Ansteuerung zwar jeweils langsamer, bieten jedoch den Vorteil, dass der Vorausrichter weniger Komponenten benötigt und daher kostengünstiger gestaltet werden kann.
[0036] Im Unterschied zur Erfindung bieten die bisher bekannten, herkömmlichen Vorausrichter keine Möglichkeit, eine rasche und präzise Ausrichtung von Substraten, insbesondere Wafer, anhand der Orientierung von Kristallachsen zu gewährleisten.
[0037] Gemäß dem bekannt gewordenen Stand der Technik ist insbesondere die fehlende Möglichkeit, die Ausrichtung des jeweiligen Substrats zum Abschluss des Ausrichtungsvorgangs noch einmal kontrollieren zu können, ein signifikanter Nachteil. Zur Kontrolle der bereits abgeschlossenen Ausrichtung müsste mit einem herkömmlichen Vorausrichter das jeweilige Substrat bzw. der jeweilige Wafer noch einmal um einen Drehwinkel von 360° um seine Drehachse rotiert werden, um die korrekte Ausrichtung des Substrats anhand von Randmerkmalen überprüfen zu können. Während der abschließenden Kontrolldrehung kann es aber beim Einsatz von herkömmlichen Vorausrichtern abermals zu einem Verrutschen des Substrats relativ zu einem Auflagetisch kommen, wodurch wiederum keine sichere Aussage zur korrekten Ausrichtung getroffen werden kann.
[0038] Wie eingangs bereits dargelegt besteht ein weiterer Nachteil des bekannten Stands der Technik, einen in X-Y-Richtung verfahrbaren Auflagetisch zu benötigen, falls ein Substrat mit einem Versatz seines Mittelpunkts exzentrisch auf dem jeweiligen Drehtisch aufgelegt wird.
[0039] Beim erfindungsgemäßen Vorausrichter ist ein Justieren des jeweiligen Substrats bei einem entsprechenden Versatz seines Mittelpunkts durch Bewegung in X-Y-Richtung nicht erforderlich. Durch die flächige Erfassung des gesamten Substrats mittels der Kamera kann von der Bildauswertungseinrichtung der aktuelle Versatz des Mittelpunkts des jeweiligen Substrats ermittelt werden und bei der Ermittlung der Abholposition des ausgerichteten Substrats berücksichtigt werden. Beispielsweise werden an einen externen Roboter, der das vorausgerichtete Substrat dem Vorausrichter entnimmt, die ermittelten Korrekturdaten des aktuellen Versatzes des Mittelpunkts des Substrates übergeben.
[0040] Diese Übergabe der Daten kann, je nach Hersteller eines solchen externen Roboter-Systems bzw. Waferhandling-Systems, von der Steuerungseinrichtung des Vorausrichters direkt an eine Kommunikationsschnittstelle des Roboters bzw. Waferhandlers erfolgen. Alternativ können die Übergabedaten, also die Abholkoordinaten der Abholposition des jeweiligen Substrats, von der Steuerungseinrichtung des Vorausrichters gegebenenfalls noch auf mögliche Fehler geprüft werden, bevor diese dem Waferhandling-System übergeben werden. Aktuell werden bereits Waferhandling-Systeme eingesetzt, die meist ohne Zeitverlust eine andere Position zur WaferAbholung im Vergleich zur früheren Wafer-Ablage verarbeiten können. Die vorliegende Erfindung bietet somit mit dem erfindungsgemäßen Vorausrichter, der keinen in X-Y-Richtung verfahrbaren Auflagetisch benötigt, sowohl im laufenden Betrieb eine Zeit- als auch eine Bauteilersparnis, die damit auch zu einer geringeren Komplexität und weniger möglichen Fehlerfällen des erfindungsgemäßen Vorausrichters führt.
[0041] Zusammenfassend bietet der erfindungsgemäße Vorausrichter daher eine höchstmögliche Flexibilität, um unterschiedlichste Substrate jeweils möglichst rasch und effizient zu erfassen und für nachfolgende Herstellungsschritte möglichst exakt auszurichten. Als wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Vorausrichters gegenüber dem Stand der Technik können daher eine besonders schnelle Erkennung und Ausrichtung der Lage des jeweiligen Substrats im Zusammenhang mit einer sehr gleichmäßigen Ausleuchtung und Bildauswertung des gesamten Sub-
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strats genannt werden.
[0042] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung dargelegt. Ferner dienen die im Folgenden verwendeten Positionsangaben von Bauteilen oder Komponenten, wie beispielsweise die Begriffe „oben“, „unten“, „oberhalb“, „unterhalb“, „vorne“, „hinten“, „seitlich“, „innerhalb“, „außerhalb“, „in axialer Richtung“, „in radialer Richtung“ und dergleichen, im Wesentlichen dem besseren Verständnis der Erfindung, insbesondere in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen. Die verwendeten Positionsangaben können sich möglicherweise auf bestimmte Positionen von einzelnen Substraten im Betrieb eines erfindungsgemäßen Vorausrichters oder auf einzelne Ansichten in den Figuren beziehen. In jedem Fall sind solche Positionsangaben dem Fachmann geläufig.
[0043] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei einem Vorausrichter die flächige Hintergrundbeleuchtung eine lichtleitende Beleuchtungsplatte umfassen, die zumindest einen Abschnitt der Unterseite des Gehäuseinnenraums, vorzugsweise die gesamte Unterseite des Gehäuseinnenraums, bedeckt, wobei deren Seitenränder Lichteintrittsflächen bilden und dazu eingerichtet sind, das Licht von mehreren Leuchtelementen, vorzugsweise LED-Leuchtelementen, in die Beleuchtungsplatte einzukoppeln.
[0044] Die Hintergrundbeleuchtung ist dabei so ausgelegt, dass eine gleichmäßige Ausleuchtung von unten stattfindet, um eine möglichst exakte Detektion der Lage der Randkante bzw. Außenkante des jeweiligen Substrats zu ermöglichen. Dies ist erfindungsgemäß auch bei einem Verbundhalbleiter möglich, wenn beispielsweise zumindest ein Wafer auf einem transparenten Träger-Substrat aufliegt, welches das gleichförmige Licht durchscheinen lässt und dabei von der Kamera fehlerfrei vom Wafer unterschieden werden kann. Somit ist in diesem Fall eine Ausrichtung der Rotationsachse sowohl des Träger-Substrats, als auch des darauf aufliegenden Wafers ebenfalls möglich.
[0045] Die gleichmäßige Ausleuchtung kann in dieser erfindungsgemäßen Ausführung durch eine Reihe von Leuchtelementen, die entlang der Seitenränder bzw. Seitenkanten der lichtleitenden Beleuchtungsplatte angeordnet sind, erreicht werden. Besonders bevorzugt sind dort Bänder von LED Leuchtelementen in kurzem Abstand mit einem großwinkeligen Abstrahlverhalten angeordnet.
[0046] Die Seitenränder der Beleuchtungsplatte bilden dabei Lichteintrittsflächen und sind dazu eingerichtet, das Licht der Leuchtelemente, vorzugsweise der LED-Leuchtelemente, in die Beleuchtungsplatte einzukoppeln.
[0047] Durch die gleichmäßige Beleuchtung kann die Orientierung des jeweiligen Substrats im Raum anhand einer einzelnen Bildaufnahme festgestellt werden, ohne das Substrat bzw. den Wafer rotieren zu müssen, was im Vergleich zum Stand der Technik eine deutliche Vereinfachung und Beschleunigung des Ausrichtungsprozesses darstellt.
[0048] In einer Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Vorausrichter die Beleuchtungsplatte eine raue, blendfreie Oberfläche aufweisen und aus einer oder aus mehreren Lagen aufgebaut sein, die aus einem transparenten oder transluzenten Material hergestellt ist bzw. sind.
[0049] Eine raue, blendfreie Oberfläche der Beleuchtungsplatte bietet den Vorteil, dass das in die Beleuchtungsplatte eingekoppelte Licht möglichst gleichmäßig aber diffus in Richtung des jeweils auszurichtenden Substrates ausstrahlt.
[0050] Als mögliche transparente oder transluzente Materialien für die Beleuchtungsplatte können beispielsweise Glas, Quarzglas, transparente sowie transluzente Polymerkunststoffe verwendet werden.
[0051] Beispielsweise kann die Beleuchtungsplatte aus zwei Lagen von transparenten oder transluzenten Materialien aufgebaut sein, wobei die beiden Lagen aneinander anliegen oder miteinander verklebt sind. Beispielsweise kann eine obere Lage der Beleuchtungsplatte, welche in Einbaulage den Gehäuseinnenraum begrenzt bzw. zum Gehäuseinnenraum orientiert ist, eine Diffusorplatte mit einer rauen, blendfreien Oberfläche bilden. Eine solche obere Lage der Be-
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leuchtungsplatte kann aus einem lichtstreuenden Polymerkunststoff, der im Handel unter der Bezeichnung PLEXIGLAS® Satinice erhältlich ist und einen Transmissionsgrad von rund 80%, einen Reflexionsgrad von 10%, einen Intensitätshalbwertswinkel von 25° sowie ein Streuvermögen von zumindest 0,35 (jeweils nach DIN 5036) aufweist, hergestellt sein. Eine untere Lage der zweilagigen Beleuchtungsplatte, welche zur Lichteinkoppelung der seitlich angeordneten LED-Leuchtelemente dient, kann aus einem für die Kantenbeleuchtung geeigneten Kunststoff hergestellt sein. Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein im Handel unter der Bezeichnung PLEXIGLAS® LED erhältlicher farbloser, transparenter Kunststoff verwendet werden.
[0052] Um Markierungen an der Substratoberseite und/oder entlang der Substratrandkante des jeweiligen Substrats detektieren zu können und im Falle von Verbundhalbleitern Strukturmerkmale auch des Träger-Substrats erfassen zu können, umfasst in einer weiteren erfindungsgemäBen Ausführung bei einem Vorausrichter die Oberseitenbeleuchtung mehrere jeweils von der Rotationsachse beabstandete, vorzugsweise jeweils von der Rotationsachse konzentrisch beabstandete, Leuchtelemente, die dazu eingerichtet sind, eine Substratoberseite samt einer Substratrandkante eines auf der Auflagefläche befindlichen Substrats flächig zu beleuchten.
[0053] Um beispielsweise bei einem Verbundhalbleiter mit einem transparenten Träger-Substrat auch die korrekte Zentrierung des Träger-Substrats sicherstellen zu können, kann der äußere Durchmesser des Träger-Substrats, welches an seinem Außenrand über eine Fase oder eine Abrundung verfügt, dem sogenannten „Bevel“, über eine direkte Beleuchtung der Waferkante von oben mit der Oberseitenbeleuchtung fotografisch festgestellt werden. Dazu erfolgt die Streuung des Lichts an dem Bevel um einen Winkel von mindestens 30° bis maximal 150°, bevorzugt um einen Winkel von rund 90°, nach oben in Richtung zur Kamera, während der Rest des transparenten Substrat-Trägers das Licht der Oberseitenbeleuchtung in der Ebene des Substrat-Trägers praktisch ohne Reflexion fortführt und daher von der Kamera aufgrund des fehlenden Streulichts nicht wahrgenommen wird.
[0054] Die Oberseitenbeleuchtung ist bevorzugt mit einer Anordnung von mehreren Lichtern im Kreis um das auf der Auflagefläche befindliche Substrat ausgeführt. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Oberseitenbeleuchtung ein oder mehrere LEDLeuchtbänder aufweisen, das bzw. die im gleichen Abstand zum Außendurchmesser des jeweiligen Substrats angeordnet ist bzw. sind. Die Oberseitenbeleuchtung strahlt das darunter befindliche Substrat bevorzugt mit nicht diffusem Licht unter einem Abstrahlwinkel von -30° bis +30° an, um den Kontrast zwischen der angefasten Randkante des Träger-Substrats, dem „Bevel“, und dem planen inneren Abschnitt des Träger-Substrats visualisieren zu können. Durch die gleichmäßige Beleuchtung kann auch hier wiederum die Orientierung mit Hilfe eines Bildes im Raum festgestellt werden, ohne dazu den Wafer bzw. das Substrat rotieren zu müssen.
[0055] Es gibt auch den Fall, dass bei einem Verbundhalbleiter der Wafer bzw. das Substrat auf einem nicht transparenten Substrat-Träger befestigt ist. In diesem Fall wird das Substrat durch die Oberseitenbeleuchtung ausgeleuchtet, wodurch das innere Substrat vom äußeren SubstratTräger unterschieden werden kann, da am inneren Substratrand bzw. an der inneren Waferkante das Licht wiederum gestreut wird und damit weniger Licht an der Kamera ankommt.
[0056] Die Oberseitenbeleuchtung wird bevorzugt rund ausgeführt, und zwar in einer Anordnung mit einem Durchmesser, der sich beispielsweise geometrisch aus dem Öffnungswinkel der Kameralinse und dem Abstand der Lichtebene von der der Linsenebene bestimmen lässt. Damit wird einerseits eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung der Oberseite eines auf der Auflagefläche befindlichen Substrats gewährleistet und andererseits verhindert, dass die Oberseitenbeleuchtung in den Aufnahmebereich der Kameralinse ragt.
[0057] Um eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung auch der Oberseite des auszurichtenden Substrats gewährleisten zu können, kann in einer weiteren bevorzugten Ausführung bei einem erfindungsgemäßen Vorausrichter der Höhenabstand von der Auflagefläche der Trägervorrichtung bis zur Oberseitenbeleuchtung von 30% bis 95%, vorzugsweise von 40% bis 90%, besonders bevorzugt von 50% bis 85%, des Höhenabstands von der Auflagefläche bis zur Kamera ausgewählt sein.
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[0058] Wie vorhin bereits erwähnt kann der Höhenabstand von der Auflagefläche bis zur Oberseitenbeleuchtung noch genauer definiert werden als Höhenabstand, der im Betriebszustand in lotrechter Richtung von der Auflagefläche bis zu einer Unterseite der Oberseitenbeleuchtung gemessen wird. Der Höhenabstand von der Auflagefläche bis zur Kamera kann noch genauer definiert werden als Höhenabstand, der im Betriebszustand in lotrechter Richtung von der Auflagefläche der Trägervorrichtung bis zur Linsenebene der Kameralinse gemessen wird.
[0059] Besonders bevorzugt ist in dieser Ausführung somit ein kurzer Abstand zwischen der Oberseitenbeleuchtung und der Kamera bzw. der Linsenebene der Kamera ausgewählt, wodurch eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung des jeweiligen Substrats gewährleistet ist.
[0060] Wie eingangs bereits erwähnt kann es im Rahmen der Erfindung ausreichend sein, wenn der Schrittmotor mit einem oder mehreren Positionssensoren signalmäßig gekoppelt ist, wobei die Positionssensoren dazu eingerichtet sind, Randmarkierungen am jeweiligen Substrat zu erfassen.
[0061] Eine besonders exakte Steuerung und Regelung der Ausrichtung der Trägervorrichtung kann erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Vorausrichter der Schrittmotor mit einem Drehwinkelgeber mechanisch gekoppelt ist, wobei der Drehwinkelgeber dazu eingerichtet ist, eine aktuelle Drehrichtung und eine aktuelle Drehwinkellage des Schrittmotors zu erfassen und ein entsprechendes Drehrichtungs-Ausgangssignal sowie ein Drehwinkellage-Ausgangssignal an die Steuerungseinrichtung auszugeben.
[0062] In einer Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Vorausrichter die Steuerungseinrichtung weiters einen Schrittmotortreiber umfassen, der mit dem Schrittmotor signalmäßig verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, Drehrichtungs-Ausgangssignale sowie Drehwinkellage-Ausgangssignale zu erfassen und zumindest ein Motortreiber-Steuersignal an den Schrittmotortreiber zum Ansteuern einer gewünschten Drehrichtung und/oder einer gewünschten Drehwinkellage des Schrittmotors auszugeben.
[0063] Eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist eine besonders effiziente Kompensation eines Gewinde- bzw. Drehachsenspiels. Um eine höchstmögliche Genauigkeit zu gewährleisten, wird das Ansteuern des Schrittmotors in zwei Schritten erledigt. In einem ersten Ausrichtungsschritt wird eine Grobausrichtung eines auf der Auflagefläche befindlichen Substrats auf wenige Grad genau durchgeführt. Dabei wird durch gezieltes verkürztes Ansteuern des Schrittmotors sichergestellt, dass im nachfolgenden zweiten Ausrichtungsschritt eine Feinausrichtung durch Drehung der Auflagefläche in die gleiche Drehrichtung durchgeführt wird. Durch eine Überprüfung der jeweiligen Ist-Position durch Aufnahme zumindest eines zusätzlichen Bildes mit der Kamera kann während und/oder nach der Grobausrichtung sichergestellt werden, dass die nachfolgende Feinausrichtung exakt durchgeführt wird. Durch das Verfahren während der Grobausrichtung und der anschließenden Feinausrichtung jeweils in die gleiche Richtung kann ein Toleranzspiel in der Antriebswelle bzw. des Getriebes ausgeglichen werden.
[0064] Im Gegensatz zum Stand der Technik erlaubt es der erfindungsgemäße Vorausrichter, die Ausrichtung des jeweiligen Substrats besonders schnell nur durch eine Rotation durchzuführen. Eine notwendige Lagekorrektur in der X-Richtung bzw. in der Y-Richtung ist bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, da einem externen Roboter bzw. Waferhandler die Koordinaten des jeweiligen Mittelpunkts des Substrats und somit die Abholposition nach der Ausrichtung mit größter Genauigkeit mitgeteilt werden.
[0065] Die wesentlichen Vorteile zum Stand der Technik ergeben sich daher in einer besonders schnellen Erkennung der Lage und Ausrichtung des jeweiligen Substrats infolge einer sehr gleichmäßigen Ausleuchtung und raschen Bildauswertung des gesamten Substrats.
[0066] In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch ein System umfassend einen erfindungsgemäßen Vorausrichter sowie ein Substrat, insbesondere einen Wafer, angegeben werden, wobei das Substrat im Betriebszustand des Vorausrichters auf der Auflagefläche der Trägervorrichtung anordenbar ist.
[0067] Die vorhin im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Vorausrichter genannten vor
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teilhaften Wirkungen und Effekte gelten sinngemäß ebenso für das System umfassend einen Vorausrichter sowie ein jeweiliges Substrat, das zum Ausrichten im Vorausrichter anordenbar ist.
[0068] Die eingangs genannte erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenso durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vorausrichten eines Substrats, insbesondere eines Wafers, gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
-a- Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Vorausrichters;
-D- Zuführen des auszurichtenden Substrats in den Gehäuseinnenraum und Auflegen des Substrats auf der Auflagefläche der Trägervorrichtung in einer Auflageposition;
-C- Aktivieren der flächigen Hintergrundbeleuchtung;
-d- Aufnehmen eines Bilds der gesamten Substratoberseite sowie der Substratrandkante des Substrats mit der Kamera;
-e- Senden der Bilddaten an die Bildauswertungseinrichtung;
-f- Detektieren zumindest einer Markierung und Erfassen der Ausrichtung des Substrats in seiner Auflageposition anhand der zumindest einen Markierung;
-g- gegebenenfalls Aktivieren der Oberseitenbeleuchtung;
-h- gegebenenfalls Wiederholen der Schritte -d- bis -f- mit aktivierter Oberseitenbeleuchtung
und deaktivierter Hintergrundbeleuchtung; -I- Bestimmung einer Abholposition des Substrats;
-J- bedarfsweise Ansteuern des Schrittmotors und schrittweises Drehen der Auflagefläche in einer Drehrichtung, bis die Ausrichtung des Substrats anhand der zumindest einen Markierung der Abholposition entspricht;
-k- Übergeben von Daten zur Abholposition des ausgerichteten Substrats von der Steuerungseinrichtung an eine Kommunikationsschnittstelle.
[0069] Gemäß Schritt -b- kann das Zuführen bzw. das Beladen des auszurichtenden Substrats in den Gehäuseinnenraum und das Auflegen des Substrats auf der Auflagefläche der Trägervorrichtung in einer Auflageposition beispielsweise durch einen Roboter bzw. ein Waferhandlingsystem erfolgen.
[0070] Gemäß Schritt -c- wird die flächige Hintergrundbeleuchtung durch die Steuerungseinrichtung des Vorausrichters aktiviert.
[0071] Gemäß Schritt -d- wird das Aufnehmen eines Bilds der gesamten Substratoberseite sowie der Substratrandkante des Substrats mit der Kamera von der Steuerungseinrichtung aus aktiviert.
[0072] Gemäß Schritt -e- werden die Bilddaten von der Kamera an die Bildauswertungseinrichtung als Teil der Steuerungseinrichtung gesendet.
[0073] Gemäß Schritt -f- erfolgt anschließend mittels der Bildauswertungseinrichtung das Detektieren zumindest einer Markierung und Erfassen der Ausrichtung des Substrats in seiner Auflageposition anhand der zumindest einen Markierung.
[0074] Für den Fall, dass die zumindest eine Markierung sowie die Ausrichtung des Substrats in seiner Auflageposition bereits hinreichend erfasst werden konnten, können die folgenden Schritte -g- und -h- übersprungen werden.
[0075] Andernfalls kann gemäß Schritt -g- gegebenenfalls von der Steuerungseinrichtung die Oberseitenbeleuchtung aktiviert und zweckmäßiger Weise die Hintergrundbeleuchtung deaktiviert werden.
[0076] Im nachfolgenden Schritt -h- können gegebenenfalls die vorgenannten Schritte -d- bis -f-, jedoch mit aktivierter Oberseitenbeleuchtung und deaktivierter Hintergrundbeleuchtung, zumindest einmal oder erforderlichenfalls auch mehrfach hintereinander wiederholt werden.
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[0077] Anhand der aufgenommenen Bilddaten erfolgt dann in Schritt -i- weiters die Bestimmung einer Abholposition des Substrats.
[0078] Gemäß Schritt -j- kann bedarfsweise von der Steuerungseinrichtung das Ansteuern des Schrittmotors und das schrittweise Drehen der Auflagefläche in einer Drehrichtung erfolgen, bis die Ausrichtung des Substrats anhand der zumindest einen Markierung der Abholposition entspricht. Wie vorhin bereits im Detail dargelegt wird der Schrittmotor dabei so angesteuert, dass zuerst eine Grobausrichtung der Auflagefläche in einer Drehrichtung erfolgt. Das Ergebnis dieser Grobausrichtung wird von der Kamera durch zumindest eine weitere Bildaufnahme des Substrats erfasst. Anhand der jeweiligen tatsächlichen Ausrichtung nach der Grobausrichtung des auf der Auflagefläche befindlichen Substrats erfolgt dann gegebenenfalls eine weitere Feinausrichtung, wobei die Auflagefläche dazu in derselben Drehrichtung weitergedreht wird, bis Ausrichtung des Substrats der gewünschten Abholposition entspricht.
[0079] Im abschließenden Schritt -k- erfolgt das Übergeben von Daten zur Abholposition des ausgerichteten Substrats von der Steuerungseinrichtung an eine Kommunikationsschnittstelle. Beispielsweise handelt es dabei um eine Kommunikationsschnittstelle eines externen Roboters bzw. eines Waferhandlingsystems.
[0080] In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es von Vorteil sein, wenn zum Vorausrichten eines Verbundhalbleiters mit einem Träger-Substrat, insbesondere eines Verbundhalbleiters mit einem lichtundurchlässigen Träger-Substrat, nach dem Schritt -f- die nachfolgenden Schritte -g- und -h- zumindest einmal, gegebenenfalls mehrmals hintereinander, durchgeführt werden, wobei in Schritt -h- beim Aufnehmen eines Bilds der gesamten Substratoberseite sowie der Substratrandkante des Substrats mit aktivierter Oberseitenbeleuchtung jeweils eine Belichtungszeit der Kamera angepasst wird.
[0081] Wie vorhin bereits erwähnt wurde, ist es zweckmäßig, wenn bei aktivierter Oberseitenbeleuchtung die Hintergrundbeleuchtung deaktiviert wird, um eine möglichst kontrastreiche Aufnahme der Substratoberseite ohne Gegenlicht zu ermöglichen.
[0082] Insbesondere zur Ermittlung der Ausrichtung eines Verbundhalbleiters mit einem lichtundurchlässigen Träger-Substrat kann es erforderlich sein, gemäß Schritt -h- die Schritte:
-d- Aufnehmen eines Bilds der gesamten Substratoberseite sowie der Substratrandkante des Substrats mit der Kamera;
-e- Senden der Bilddaten an die Bildauswertungseinrichtung; sowie
-f- Detektieren zumindest einer Markierung und Erfassen der Ausrichtung des Substrats in
seiner Auflageposition anhand der zumindest einen Markierung;
jeweils bei aktivierter Oberflächenbeleuchtung und deaktivierter Hintergrundbeleuchtung zumindest einmal durchzuführen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch bei einem Verbundhalbleiter mit einem lichtundurchlässigen Träger-Substrats entsprechende Markierungen am Substrat bzw. Wafer und/oder Markierungen am Träger-Substrat eindeutig detektiert und so die Ausrichtung des Verbundhalbleiters erfasst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0083] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die schematischen Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken darlegen.
[0084] Es zeigen:
[0085] Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht teilweise freigeschnitten eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Vorausrichters mit einer aktivierten Hintergrundbeleuchtung sowie mit einem auf einer Auflagefläche befindlichen Substrat;
[0086] Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Ausführung eines erfindungsgemäßen Vorausrichters mit einer aktivierten Oberseitenbeleuchtung;
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[0087] Fig. 3 in einer teilweise freigeschnittenen isometrischen Ansicht schräg von der Seite eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Vorausrichters;
[0088] Fig 4 in einer isometrischen Ansicht schräg von vorne ein auszurichtendes Substrat in Form eines Wafers bzw. eines Silizium-Halbleiters;
[0089] Fig. 5 in einer Draufsicht eine schematische Ansicht eines auszurichtenden Substrats in Form eines gebondeten Warfers bzw. eines Verbundhalbleiters mit einem Träger-Substrat aus einem lichtundurchlässigen Material;
[0090] Fig. 6 in einem Ablaufdiagramm eine Abfolge von Verfahrensschritten mit einem erfindungsgemäßen Vorausrichter zum Vorausrichten von Substraten mit unterschiedlichem Aufbau;
[0091] Fig. 8 in einem Ablaufdiagramm eine Abfolge von Verfahrensschritten mit einem erfindungsgemäßen Vorausrichter zum Vorausrichten eines Substrats, wobei das Substrat auch gedreht wird.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
[0092] Die folgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf Fig. 1 und Fig. 2. Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Vorausrichters 1 mit einem Gehäuse 10, welches einen Gehäuseinnenraum 11 umgibt. Der Gehäuseinnenraum 11 wird begrenzt von Seitenwänden 12, einer Oberseite 13 sowie einer Unterseite 14 und weist eine nicht explizit dargestellte Öffnung aus, um ein auszurichtendes Substrat von außen in den Gehäuseinnenraum 11 einführen und diesem auch wieder entnehmen zu können. Das Gehäuse 10 umfasst weiters einen Gehäusesockel 15.
[0093] Im Gehäuseinnenraum 11 ist eine um eine im Betriebszustand lotrechte Rotationsachse 21 drehbar gelagerte Trägervorrichtung 20 angeordnet, wobei die Trägervorrichtung 20 eine Auflagefläche 25 umfasst, die senkrecht zur Rotationsachse 21 verläuft, und die dazu eingerichtet ist, ein auf der Auflagefläche 25 befindliches Substrat 100 zu halten. Eine Drehrichtung der Trägervorrichtung 20 bzw. der Auflagefläche 25 ist mit einem Pfeil 22 symbolisiert.
[0094] Die Trägervorrichtung 20 ist mit einer Antriebswelle 32 mechanisch mit einem Antriebsmotor 30, genauer gesagt mit einem Schrittmotor 31 gekoppelt, wobei der Antriebsmotor 30 zur Drehung 22 der Auflagefläche 25 dient.
[0095] Der Schrittmotor 30 ist außerdem hier mit einem Drehwinkelgeber 35 mechanisch gekoppelt, wobei der Drehwinkelgeber 35 dazu eingerichtet ist, eine aktuelle Drehrichtung und eine aktuelle Drehwinkellage des Schrittmotors 30 zu erfassen und ein entsprechendes Drehrichtungs-Ausgangssignal 36 sowie ein Drehwinkellage-Ausgangssignal 37 an die Steuerungseinrichtung 80 auszugeben.
[0096] Weiters ist bei dem Vorausrichter 1 eine Kamera 40 vorgesehen, die in einem Höhenabstand 45 oberhalb der Auflagefläche 25 befestigt ist und die dazu eingerichtet ist, ein auf der Auflagefläche 25 befindliches Substrat 100 flächig zu erfassen. Je nach Bauweise 40 hat die Kamera, beispielsweise eine hochauflösende Foto-Kamera, eine Kameralinse 41, die beispielsweise in Fig. 1 etwas vom Gehäuse der Kamera 40 abragt. In diesem Fall wird der Höhenabstand 45 von der Auflagefläche 25 bis zur Linsenebene der Kameralinse 41 bestimmt.
[0097] Weiters umfasst der Vorausrichter 1 eine flächige Hintergrundbeleuchtung 50, die im Bereich einer der Kamera 40 gegenüberliegenden Unterseite 14 des Gehäuseinnenraums 10 angeordnet ist. Die flächige Hintergrundbeleuchtung 50 weist hier eine lichtleitende Beleuchtungsplatte 51 auf, die zumindest einen Abschnitt der Unterseite 14 des Gehäuseinnenraums 10, vorzugsweise die gesamte Unterseite 14 des Gehäuseinnenraums 10, bedeckt, wobei deren Seitenränder 52 Lichteintrittsflächen 53 bilden und dazu eingerichtet sind, das Licht von mehreren Leuchtelementen 54, hier beispielweise von mehreren LED-Leuchtelementen, in die Beleuchtungsplatte 51 einzukoppeln. Die lichtleitende Beleuchtungsplatte 51 weist eine raue, blendfreie Oberfläche 55 auf und ist aus einem transparenten oder transluzenten Material hergestellt.
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[0098] Im Gehäuseinnenraum 10 ist eine Oberseitenbeleuchtung 60 befestigt, die in einem H6öhenabstand 65 oberhalb der Trägervorrichtung 20 sowie unterhalb der Kamera 40 angeordnet ist. Die Oberseitenbeleuchtung 60 hat eine Breite 61 und weist eine mittige Ausnehmung 62 auf, welche Ausnehmung 62 den Blick von der Kamera 40 auf die unterhalb positionierte Trägervorrichtung 20 freilässt. In Fig. 1 ist das Blickfeld der Kamera 40 mit strichlierten Strahlen symbolisiert.
[0099] Wie in Fig. 2 gezeigt umfasst die Oberseitenbeleuchtung 60 mehrere jeweils von der Rotationsachse 21 konzentrisch beabstandete Leuchtelemente 64, die dazu eingerichtet sind, ein auf der Auflagefläche 25 befindliches Substrat 100 flächig zu beleuchten. In der Darstellung von Fig. 1 ist die Oberseitenbeleuchtung 60 nicht aktiviert.
[00100] Weiters ist eine Steuerungseinrichtung 80 vorgesehen, welche einen Schrittmotortreiber 85 umfasst, der signalmäßig mit einer Motortreiber-Steuersignal-Leitung 86 mit dem Schrittmotor 31 verbunden ist.
[00101] Weiters umfasst die Steuerungseinrichtung 80 eine Bildauswertungseinrichtung 90, die mit der Kamera 40 signalmäßig mittels einer Steuersignal-Leitung 91 gekoppelt ist. Die Steuerungseinrichtung 80 ist dazu eingerichtet, die Hintergrundbeleuchtung 50 sowie die Oberseitenbeleuchtung 60 wahlweise zu aktivieren und zu deaktivieren. Zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Hintergrundbeleuchtung 50 dient eine Steuersignal-Leitung 81.
[00102] Die Steuerungseinrichtung 80 ist dazu eingerichtet, anhand von zumindest einer von der Bildauswertungseinrichtung 90 an einem Substrat 100 detektierten Markierung eine Ausrichtung eines auf der Auflagefläche 25 befindlichen Substrats 100 zu erfassen sowie bedarfsweise den Schrittmotor 31 anzusteuern und eine Abholposition 140 für das Substrat 100 zu ermitteln.
[00103] Fig. 1 zeigt den Vorausrichter 1 mit einer aktivierten Hintergrundbeleuchtung 50 sowie mit einem auf einer Auflagefläche 25 befindlichen Substrat 100.
[00104] Je nach Ausführung des Vorausrichters 1 kann es anstelle eines Drehwinkelgebers ausreichend sein, wenn der Schrittmotor 30 bzw. der Schrittmotortreiber 85 zur Ausrichtung der Auflagefläche 25 der Trägervorrichtung 20 von der Steuerungseinrichtung 80 entweder anhand von Signalen zumindest eines oder mehrerer Positionssensoren, beispielsweise eines Hall-Sensors, oder zeitabhängig angesteuert wird. Solche an sich bekannte Positionssensoren sind in Fig. 1 nicht explizit gezeigt.
[00105] Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 gezeigte Ausführung des erfindungsgemäßen Vorausrichters 1 mit einer aktivierten Oberseitenbeleuchtung 60 mit eingeschalteten Leuchtelementen 64 sowie mit einer deaktivierten Hintergrundbeleuchtung 50 mit einem auf einer Auflagefläche 25 befindlichen Substrat 100. Zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Oberseitenbeleuchtung 60 dient eine Steuersignal-Leitung 82.
[00106] Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Vorausrichters 1. Es wird auf die vorige Figurenbeschreibung verwiesen. Gleiche oder funktionsgleiche Bauteile und Komponenten weisen jeweils gleiche Bezugszeichen auf. In Fig. 3 ist ein Durchmesser 26 der Auflagefläche 25 gekennzeichnet. Der besseren Übersicht wegen fehlt in Fig. 3 ein Substrat 100 auf der Auflagefläche 25. Der Höhenabstand 65 von der Auflagefläche 25 bis zur Oberseitenbeleuchtung 60 ist hier beispielsweise mit etwa 60% des Höhenabstands 45 von der Auflagefläche 25 bis zur Kamera 40 ausgewählt.
[00107] Fig. 4 zeigt in einer isometrischen Ansicht schräg von vorne ein auszurichtendes Substrat 100 in Form eines Wafers 110 bzw. eines Silizium-Halbleiters. Das Substrat 100 weist eine Substratoberseite 101, eine Substratunterseite 102 sowie eine umlaufende Substratrandkante 103 auf. Der Wafer 110 ist als flache Scheibe gestaltet, die im Wesentlichen kreisrund ist und einen Mittelpunkt 104 des Substrats 100 aufweist. Hier ist beispielsweise ein Abschnitt der Substratrandkante 103 abgeflacht, wobei die Abflachung (Flat) als eine erste Markierung 105 dient. Alternativ oder in Ergänzung zu einer Abflachung können auch eine oder mehrere kerbenartige Ausnehmungen (Notches) an der Substratrandkante 103 angeordnet sein. An seiner Substratoberseite 101 weist der Wafer 110 mehrere zweite bzw. weitere Markierungen 106 auf, die bei-
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spielsweise unterschiedliche Strukturabschnitte des jeweiligen Wafer 110 sein können. Ebenso können gegebenenfalls Fertigungsdefekte bei der Herstellung des jeweiligen Wafer 110 als visuell erkennbare Markierungen 1016 an der Substratoberseite 101 vorliegen.
[00108] Fig. 5 zeigt in einer Draufsicht eine Ansicht eines auszurichtenden Substrats 100 in Form eines gebondeten Wafers 120 bzw. eines Verbundhalbleiters mit einem Träger-Substrat 125 beispielsweise aus einem lichtundurchlässigen Material 127. Alternativ kann das Träger-Substrat 125 auch aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt sein. In Fig. 5 sind weiters zwei einander gegenüberliegende Haltevorrichtungen 28, sogenannte Chucks, zu sehen. Mit diesen Haltevorrichtungen 28 wird das auszurichtende Substrat 100 auf der Auflagefläche 25 des Vorausrichters 1 festgehalten.
[00109] Im Zusammenwirken mit der Steuerungseinrichtung 80 ist der Vorausrichter 1 dazu eingerichtet, anhand von zumindest einer von der Bildauswertungseinrichtung 90 an einer Substratoberseite 101 und/oder an einer Substratrandkante 103 detektierten Markierung 105,106 eine Ausrichtung eines auf der Auflagefläche 25 befindlichen Substrats 100 zu erfassen sowie bedarfsweise den Schrittmotor (31 anzusteuern und eine Abholposition 140 für das Substrat 100 zu ermitteln.
[00110] Fig. 6 zeigt in einem Ablaufdiagramm eine Abfolge von Verfahrensschritten mit einem erfindungsgemäßen Vorausrichter 1 zum Vorausrichten von Substraten 100 mit unterschiedlichem Aufbau. Verfahrensgemäß wird ein erfindungsgemäßer Vorausrichter 1 bereitgestellt.
[00111] Das Bezugszeichen 200 symbolisiert ein Zuführen 200 des auszurichtenden Substrats 100 in den Gehäuseinnenraum 11 und umfasst das Auflegen des jeweiligen Substrats 100 auf der Auflagefläche 25 der Trägervorrichtung 20 in einer Auflageposition 130, wie dies beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist.
[00112] Davon abhängig, um welches Substrat 100 es sich handelt, das erfasst und ausgerichtet werden soll, wird im Folgenden unterschieden zwischen:
- einem Wafer 110, beispielsweise einem Silizium-Halbleiter;
- einem gebondeten Wafer 120, beispielsweise einem Verbundhalbleiter mit einem Träger-Substrat 125 aus einem lichtdurchlässigen Material 126; oder
- einem gebondeten Wafer 120, beispielsweise einem Verbundhalbleiter mit einem Träger-Substrat 125 aus einem lichtdurchlässigen Material 126.
[00113] Davon abhängig sind die teilweise unterschiedlichen weiteren Verfahrensschritte in Fig. 6 als parallele Ablaufpfade nebeneinander dargestellt.
[00114] Das Bezugszeichen 210 symbolisiert das Aktivieren 210 der flächigen Hintergrundbeleuchtung 50, um Markierungen im Bereich der Randkanten 103 des jeweiligen Substrats 100 detektieren zu können.
[00115] Das Bezugszeichen 220 symbolisiert das Aufnehmen 220 eines Bilds der gesamten Substratoberseite 101 sowie der Substratrandkante 103 des jeweiligen Substrats 100 mit der Kamera 40.
[00116] Nachfolgend werden die aufgenommenen Bilddaten an die Bildauswertungseinrichtung 90 gesendet. Das Bezugszeichen 230 symbolisiert diesen Schritt des Sendens von Bilddaten an die Bildauswertungseinrichtung 90.
[00117] Das Bezugszeichen 240 symbolisiert das anschließende Detektieren 240 zumindest einer Markierung 105,106 am jeweiligen Substrat 100. Das Bezugszeichen 250 symbolisiert das Erfassen 250 der jeweiligen Ausrichtung des betreffenden Substrats 100 in seiner Auflageposition 130 anhand der zumindest einen Markierung 105,106.
[00118] Im Falle der Ausrichtung eines Wafers 110, beispielsweise eines Silizium-Halbleiters, gemäß dem linken Pfad in Fig. 6 kann damit bereits eine Bestimmung 270 einer Abholposition 140 des Substrats 100 erfolgen.
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[00119] Wie in Fig. 7 dargestellt kann dazu bedarfsweise ein Ansteuern 300 des Schrittmotors 31 und ein schrittweises Drehen der Auflagefläche 25 in einer Drehrichtung 22 erfolgen, bis die Ausrichtung des jeweiligen Substrats 100 anhand der zumindest einen Markierung 105,106 am Substrat 100 erfolgt ist und die Ausrichtung einer neuen Abholposition 140 des ausgerichteten Substrats 100 entspricht.
[00120] Zurückkommend zu Fig. 6 erfolgt anschließend das Übergeben 280 von Daten zur Abholposition 140 des ausgerichteten Substrats 100 von der Steuerungseinrichtung 80 an eine Kommunikationsschnittstelle. Das ausgerichtete Substrat 100 kann in seiner Abholposition 140 also beispielsweise mittels eines Waferhandlingsystems aus dem Vorausrichter 1 entnommen werden und weiteren nachgeordneten Fertigungsstationen zugeführt werden.
[00121] Für den in Fig. 6 im mittleren Pfad dargestellten Fall, wonach ein gebondeter Wafer 120, beispielsweise ein Verbundhalbleiter mit einem Träger-Substrat 125 aus einem lichtdurchlässigen Material 126 ausgerichtet werden soll, kann es gegebenenfalls erforderlich sein, nach dem Erfassen 250 der Ausrichtung des Substrats 100 die Oberseitenbeleuchtung 60 zu aktivieren, was mit dem Bezugszeichen 260 symbolisiert ist, um Markierungen 105,106 auf der Substratoberseite 101 detektieren zu können. Das optionale Feld 260, welches das Aktivieren der Oberseitenbeleuchtung symbolisiert, ist in Fig. 6 daher strichliert markiert.
[00122] Zweckmäßiger Weise erfolgt beim Aktivieren 260 der Oberseitenbeleuchtung 60 auch ein Anpassen 265 der Belichtungszeit der Kamera.
[00123] Gegebenenfalls können die Schritte 220 (Aufnehmen eines Bilds der Oberseite des Substrats) sowie 230 (Senden der Bilddaten an die Bildauswertungseinrichtung) mit aktivierter Oberseitenbeleuchtung 60 und deaktivierter Hintergrundbeleuchtung 50 auch mehrfach wiederholt werden. Das optionale Feld 220; 230 ist in Fig. 6 entsprechend strichliert markiert.
[00124] Anschließend erfolgt die Bestimmung 270 der Abholposition 140 des Substrats 100.
[00125] Bedarfsweise kann auch in diesem Fall des Ausrichtens eines gebondeten Wafers 120 mit einem Träger-Substrat 125 aus einem lichtdurchlässigen Material 126 wiederum ein Ansteuern 300 (siehe Fig. 7) des Schrittmotors 31 und ein schrittweises Drehen der Auflagefläche 25 in einer Drehrichtung 22 erforderlich sein, bis die Ausrichtung des Substrats 100 anhand der zumindest einen Markierung 105,106 einer neuen Abholposition 140 entspricht.
[00126] Abschließend erfolgt das Übergeben 280 von Daten zur Abholposition 140 des ausgerichteten Substrats 100 von der Steuerungseinrichtung 80 an eine Kommunikationsschnittstelle.
[00127] Für den Fall, dass ein gebondeter Wafer 120, beispielsweise ein Verbundhalbleiter mit einem Träger-Substrat 125 aus einem lichtundurchlässigen Material 127 ausgerichtet werden soll, ist es gemäß dem in Fig. 6 gezeigten rechten Pfad erforderlich, nach dem Erfassen 250 der Ausrichtung des Substrats 100 die Oberseitenbeleuchtung 60 zu aktivieren (gemäß dem Feld 260), um Markierungen 105,106 auf der Substratoberseite 101 detektieren zu können.
[00128] Die Schritte 220 (Aufnehmen eines Bilds der Oberseite des Substrats) sowie 230 (Senden der Bilddaten an die Bildauswertungseinrichtung) können erforderlichenfalls mit aktivierter Oberseitenbeleuchtung 60 und deaktivierter Hintergrundbeleuchtung 50 auch mehrfach wiederholt werden.
[00129] Anschließend erfolgt wiederum die Bestimmung 270 der Abholposition 140 des Substrats 100, wobei gegebenenfalls ein Ansteuern 300 (siehe Fig. 7) des Schrittmotors 31 und ein schrittweises Drehen der Auflagefläche 25 in einer Drehrichtung 22 erforderlich sind, bis die Ausrichtung des Substrats 100 anhand der zumindest einen Markierung 105,106 einer neuen Abholposition 140 entspricht.
[00130] Abschließend erfolgt wiederum das Übergeben 280 von Daten zur Abholposition 140 des ausgerichteten Substrats 100 von der Steuerungseinrichtung 80 an eine Kommunikationsschnittstelle.
[00131] Fig. 7 zeigt - in Ergänzung zur Fig. 6 - in einem Ablaufdiagramm eine Abfolge von Ver-
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fahrensschritten mit einem erfindungsgemäßen Vorausrichter zum Vorausrichten eines Substrats 100, wobei das Substrat 100 auch gedreht wird. Es bedeuten die in den Feldern verwendeten Bezugszeichen wie folgt:
200 Zuführen bzw. Beladen des auszurichtenden Substrats 100 in den Vorausrichter 1. 270 Bestimmung einer Abholposition 140 des Substrats 100.
300 Ansteuern des Schrittmotors 31 und Grobausrichtung des Substrats 100 durch schrittweises Drehen der Auflagefläche 25 in einer Drehrichtung 22.
310 Erfassen der Grobausrichtung des Substrats 100.
320 Ansteuern des Schrittmotors 31 und Feinausrichtung des Substrats 100 durch schrittweises Weiterdrehen der Auflagefläche 25 in derselben Drehrichtung 22 wie zuvor zur Grobausrichtung.
280 Übergeben von Daten zur neuen Abholposition 140 des Substrats.
[00132] Je nach Anwendungsfall und Ausrüstung des Vorausrichters 1 kann der Schrittmotor 31 erforderlichenfalls von der Steuerungseinrichtung 80 zur Ausrichtung der Auflagefläche 25 auf mehrere Arten angesteuert werden:
- Verfügt der Schrittmotor 31 über einen Drehwinkelgeber 35, so kann vom Drehwinkelgeber 35 eine aktuelle Drehrichtung 36 sowie eine aktuelle Drehwinkellage 37 des Schrittmotors 31 erfasst werden und der Schrittmotor 31 so angesteuert werden, dass die Auflagefläche 25 der Trägervorrichtung 20 exakt um einen gemessenen Drehwinkel gedreht wird.
- Verfügt der Schrittmotor 31 über keinen Drehwinkelgeber, so kann der Schrittmotor 31 beispielsweise mit zumindest einem Positionssensor, insbesondere mit zumindest einem an sich bekannten Hall-Sensor, signalmäßig gekoppelt sein. In dieser Ausführungsvariante kann anhand der Signale des zumindest einen Positionssensors, insbesondere Hall-Sensors, eine aktuelle Position der Drehwinkellage des Motors 31 bestimmt werden. Im Zusammenwirken mit der Bildauswertungseinrichtung 90 kann der Schrittmotor 31 von der Steuerungsvorrichtung 80 so angesteuert werden, dass eine Vorpositionierung der Auflagefläche 25 durch langsames Drehen in einer Drehrichtung 22 erfolgt und ein darauf befindliches Substrat 100 grob ausgerichtet wird. Sobald eine charakteristische Markierung 105,106 am Substrat 100 von der Kamera 40 bzw. der Bildauswertungseinrichtung 90 erfasst wurde, kann der Schrittmotor 31 bedarfsweise zur Feinausrichtung des Substrats 100 die Auflagefläche 25 mit einer langsamen, konstanten Drehgeschwindigkeit in derselben Drehrichtung 22 weiterdrehen, während die aktuelle Position der jeweiligen charakteristischen Markierung 105,106 von der Kamera 40 kontinuierlich erfasst wird. Sobald sich diese Markierung 105,106 am Substrat 100 in der gewünschten Position befindet und eine Abholposition 140 für das Substrat 100 ermittelt wurde, wird der Schrittmotor 31 gestoppt.
- Alternativ dazu kann der Schrittmotor 31 auch ohne Positionierungssensor angesteuert werden. Der Schrittmotor 31 wird in dieser Ausführung zeitabhängig mit einer geringen Geschwindigkeit betrieben, wobei sich die Auflagefläche 25 mit einer langsamen, konstanten Drehgeschwindigkeit in einer Drehrichtung 22 dreht. Sobald sich eine bestimmte Markierung 105,106 am Substrat 100 in einer gewünschten Position befindet und eine Abholposition 140 für das Substrat 100 ermittelt wurde, wird der Schrittmotor 31 gestoppt.
[00133] Wie eingangs bereits erwähnt kann die Ausrichtung der Auflagefläche 25 mittels eines Schrittmotors 31 samt Drehwinkelgeber 35 sehr rasch und exakt erfolgen. Im Vergleich dazu sind die beiden Ausführungsvarianten der Ansteuerung des Schrittmotors 31 mittels zumindest eines Positionierungssensors oder mit einer zeitabhängigen Ansteuerung zwar jeweils langsamer, bieten jedoch den Vorteil, dass der Vorausrichter 1 weniger Komponenten benötigt und daher kostengünstiger gestaltet werden kann.
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BEZUGSZEICHENLISTE
1 Vorausrichter 10 Gehäuse 11 Gehäuseinnenraum
12 Seitenwand
13 Oberseite des Gehäuseinnenraums
14 Unterseite des Gehäuseinnenraums
15 Gehäusesockel
20 Trägervorrichtung
21 Rotationsachse
22 Drehrichtung (Pfeil)
25 Auflagefläche
26 Durchmesser der Auflagefläche
28 Haltevorrichtung; Chuck
30 Antriebsmotor
31 Schrittmotor
32 Antriebswelle
35 Drehwinkelgeber
36 Drehrichtungs-Ausgangssignal
37 Drehwinkellage-Ausgangssignal
40 Kamera, Foto-Kamera
41 Kameralinse
45 Höhenabstand der Kamera(linse) von der Auflagefläche 50 Hintergrundbeleuchtung
51 Beleuchtungsplatte
52 Seitenrand der Beleuchtungsplatte
53 Lichteintrittsfläche
54 Leuchtelement
55 raue, blendfreie Oberfläche
60 Oberseitenbeleuchtung
61 Breite der Oberseitenbeleuchtung
62 Ausnehmung der Oberseitenbeleuchtung 64 Leuchtelement
65 Höhenabstand der Oberseitenbeleuchtung von der Auflagefläche 80 Steuerungseinrichtung
81 Steuersignal für Hintergrundbeleuchtung
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BEZUGSZEICHENLISTE (Fortsetzung)
82 Steuersignal für Oberseitenbeleuchtung
85 _Schrittmotortreiber
86 Motortreiber-Steuersignal
90 Bildauswertungseinrichtung
91 Steuersignal der Bildauswertungseinrichtung
100 Substrat
101 Substratoberseite
102 Substratunterseite
103 Substratrandkante
104 Mittelpunkt des Substrats
105 (erste) Markierung
106 (zweite bzw. weitere) Markierung
110 Wäafer; Silizium-Halbleiter
120 gebondeter Wafer; Verbundhalbleiter
125 Träger-Substrat
126 Träger-Substrat aus lichtdurchlässigem Material
127 Träger-Substrat aus lichtundurchlässigem Material
130 Auflageposition
140 neue Abholposition
200 Zuführen bzw. Beladen des auszurichtenden Substrats 210 Aktivieren der Hintergrundbeleuchtung
220 Aufnehmen eines Bilds der Oberseite des Substrats 230 Senden der Bilddaten an die Bildauswertungseinrichtung 240 Detektieren einer Markierung des Substrats
250 Erfassen der Ausrichtung des Substrats
260 Aktivieren der Oberseitenbeleuchtung
265 Anpassen der Belichtungszeit der Kamera
270 Bestimmung einer Abholposition des Substrats
280 Übergeben von Daten zur Abholposition des Substrats 300 Ansteuern des Schrittmotors; Grobausrichtung des Substrats 310 Erfassen der Ausrichtung des Substrats
320 Ansteuern des Schrittmotors; Feinausrichtung des Substrats

Claims (10)

A ‚hes AT 527 937 B1 2025-08-15 Ss N Patentansprüche
1. Vorausrichter (1) zum Ausrichten eines Substrats (100), insbesondere eines Wafers (110,120), wobei der Vorausrichter (1) umfasst:
- ein Gehäuse (10) mit einem Gehäuseinnenraum (11);
- im Gehäuseinnenraum (11) eine um eine im Betriebszustand lotrechte Rotationsachse (21) drehbar gelagerte Trägervorrichtung (20), wobei die Trägervorrichtung (20) eine Auflagefläche (25) umfasst, die senkrecht zur Rotationsachse (21) verläuft, und die dazu eingerichtet ist, ein auf der Auflagefläche (25) befindliches Substrat (100) zu halten;
- einen mit der Trägervorrichtung (20) mit einer Antriebswelle (32) mechanisch gekoppelten Schrittmotor (31) als Antriebsmotor (30) zur Drehung (22) der Auflagefläche (25);
- eine Kamera (40), die in einem Höhenabstand (45) oberhalb der Auflagefläche (25) befestigt ist und die dazu eingerichtet ist, eine Substratoberseite (101) sowie eine Substratrandkante (103) eines auf der Auflagefläche (25) befindlichen Substrats (100) flächig zu erfassen;
- eine flächige Hintergrundbeleuchtung (50), die im Bereich einer der Kamera (40) gegenüberliegenden Unterseite (14) des Gehäuseinnenraums (10) angeordnet ist;
- eine im Gehäuseinnenraum (10) befestigte Oberseitenbeleuchtung (60), die in einem H6öhenabstand (65) oberhalb der Trägervorrichtung (20) und unterhalb der Kamera (40) angeordnet ist, wobei die Oberseitenbeleuchtung (60) eine mittige Ausnehmung (62) aufweist, welche Ausnehmung (62) den Blick von der Kamera (40) auf die unterhalb positionierte Trägervorrichtung (20) freilässt;
- eine Steuerungseinrichtung (80), welche signalmäßig mit dem Schrittmotor (31) verbunden ist sowie eine mit der Kamera (40) signalmäßig gekoppelte Bildauswertungseinrichtung (90) umfasst, wobei die Steuerungseinrichtung (80) dazu eingerichtet ist, die Hintergrundbeleuchtung (50) sowie die Oberseitenbeleuchtung (60) wahlweise zu aktivieren und zu deaktivieren und anhand von zumindest einer von der Bildauswertungseinrichtung (90) an einer Substratoberseite (101) und/oder an einer Substratrandkante (103) detektierten Markierung (105,106) eine Ausrichtung eines auf der Auflagefläche (25) befindlichen Substrats (100) zu erfassen sowie bedarfsweise den Schrittmotor (31) anzusteuern und eine Abholposition (140) für das Substrat (100) zu ermitteln.
2. Vorausrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Hintergrundbeleuchtung (50) eine lichtleitende Beleuchtungsplatte (51) umfasst, die zumindest einen Abschnitt der Unterseite (14) des Gehäuseinnenraums (10), vorzugsweise die gesamte Unterseite (14) des Gehäuseinnenraums (10), bedeckt, wobei deren Seitenränder (52) Lichteintrittsflächen (53) bilden und dazu eingerichtet sind, das Licht von mehreren Leuchtelementen (54), vorzugsweise von mehreren LED-Leuchtelementen, in die Beleuchtungsplatte (51) einzukoppeln.
3. Vorausrichter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Beleuchtungsplatte (51) eine raue, blendfreie Oberfläche (55) aufweist und aus einer oder aus mehreren Lagen aufgebaut ist, die aus einem transparenten oder transluzenten Material hergestellt ist bzw. sind.
4. Vorausrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseitenbeleuchtung (60) mehrere jeweils von der Rotationsachse (21), vorzugsweise konzentrisch, beabstandete Leuchtelemente (64) umfasst, die dazu eingerichtet sind, eine Substratoberseite (101) samt einer Substratrandkante (103) eines auf der Auflagefläche (25) befindlichen Substrats (100) flächig zu beleuchten.
5. Vorausrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenabstand (65) von der Auflagefläche (25) bis zur Oberseitenbeleuchtung (60) von 30% bis 95%, vorzugsweise von 40% bis 90%, besonders bevorzugt von 50% bis 85%, des H6öhenabstands (45) von der Auflagefläche (25) bis zur Kamera (40) ausgewählt ist.
6. Vorausrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (30) mit einem Drehwinkelgeber (35) mechanisch gekoppelt ist, wobei der Drehwinkelgeber (35) dazu eingerichtet ist, eine aktuelle Drehrichtung und eine aktuelle Drehwinkellage des Schrittmotors (30) zu erfassen und ein entsprechendes Drehrichtungs-Ausgangssignal (36) sowie ein Drehwinkellage-Ausgangssignal (37) an die Steuerungseinrichtung (80) auszugeben.
7. VWorausrichter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (80) weiters einen Schrittmotortreiber (85) umfasst, der mit dem Schrittmotor (30) signalmäßig verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung (80) dazu eingerichtet ist, Drehrichtungs-Ausgangssignale (36) sowie Drehwinkellage-Ausgangssignale (37) zu erfassen und zumindest ein Motortreiber-Steuersignal (86) an den Schrittmotortreiber (85) zum Ansteuern einer gewünschten Drehrichtung und/oder einer gewünschten Drehwinkellage des Schrittmotors (30) auszugeben.
8. System umfassend einen Vorausrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie ein Substrat (100), insbesondere einen Wafer (110,120), wobei das Substrat (100) im Betriebszustand des Vorausrichters (1) auf der Auflagefläche (25) der Trägervorrichtung (20) anordenbar ist.
9. Verfahren zum Vorausrichten eines Substrats (100), insbesondere eines Wafers (110,120), umfassend die folgenden Schritte:
-a- Bereitstellen eines Vorausrichters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7;
-b- Zuführen (200) des auszurichtenden Substrats (100) in den Gehäuseinnenraum (11) und Auflegen des Substrats (100) auf der Auflagefläche (25) der Trägervorrichtung (20) in einer Auflageposition (130);
-C- Aktivieren (210) der flächigen Hintergrundbeleuchtung (50);
-d- Aufnehmen (220) eines Bilds der gesamten Substratoberseite (101) sowie der Substratrandkante (103) des Substrats (100) mit der Kamera (40);
-e- Senden (230) der Bilddaten an die Bildauswertungseinrichtung (90);
-f- Detektieren (240) zumindest einer Markierung (105,106) und Erfassen (250) der Ausrichtung des Substrats (100) in seiner Auflageposition (130) anhand der zumindest einen Markierung (105, 106);
-g- gegebenenfalls Aktivieren (260) der Oberseitenbeleuchtung (60);
-h- gegebenenfalls Wiederholen der Schritte -d- bis -f- mit aktivierter Oberseitenbeleuchtung (60) und deaktivierter Hintergrundbeleuchtung (50);
-i- Bestimmung (270) einer Abholposition (140) des Substrats (100);
-j- Bedarfsweise Ansteuern (300) des Schrittmotors (31) und schrittweises Drehen der Auflagefläche (25) in einer Drehrichtung (22), bis die Ausrichtung des Substrats (100) anhand der zumindest einen Markierung (105,106) der Abholposition (140) entspricht;
-k- Übergeben (280) von Daten zur Abholposition (140) des ausgerichteten Substrats (100) von der Steuerungseinrichtung (80) an eine Kommunikationsschnittstelle.
10. Verfahren nach Anspruch 9 zum Vorausrichten eines Verbundhalbleiters (120) mit einem Träger-Substrat (125), insbesondere eines Verbundhalbleiters (120) mit einem lichtundurchlässigen Träger-Substrat (127), dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt -f- die nachfolgenden Schritte -g- und -h- zumindest einmal, gegebenenfalls mehrmals hintereinander, durchgeführt werden, wobei in Schritt -h- beim Aufnehmen eines Bilds der gesamten Substratoberseite (101) sowie der Substratrandkante (103) des Substrats (100) mit aktivierter Oberseitenbeleuchtung (60) jeweils eine Belichtungszeit (265) der Kamera (40) angepasst wird.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
211727
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