DE3917260A1 - Waferinspektionseinrichtung - Google Patents
WaferinspektionseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Inspek
tion von Siliciumchips, und insbesondere für die In
spektion von Wafern mit solchen Chips (gedruckte Schal
tungen).
Die Einrichtung ist für die Inspektion von Chips geeig
net, welche mit einer Mehrzahl von Schichten hergestellt
werden, sowie für die Inspektion von Wafern, wie beispiels
weise von 203,20-mm-Wafern (das heißt 8-Zoll-Wafern), etc.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich durch ver
besserte Merkmale aus, wie beispielsweise einen einzigen
Transfer bzw. einen Einzeltransfer des Wafers, und zwar
beginnend mit der Entnahme des Wafers aus einer Kassette
und bis zu der Positionierung des Wafers in einer anderen
Kassette entsprechend der Klassifizierung, die während der
Inspektion erzielt worden ist.
Eine etwaige Kontamination des Wafers während der Inspek
tion wird minimalisiert. Es ist auch eine Einrichtung für
die extakte Zentrierung des Wafers bezüglich eines Bezugs
systems vorgesehen.
Halbleiterwafer werden durch komplizierte Mehrschrittpro
zesse hergestellt. Die Herstellung von ausgeklügelten
elektronischen Chips aus Wafern kann soviel wie etwa 150
Schritte umfassen. Technologien im Submikronbereich sind
sehr empfindlich, heikel und kritisch, und es besteht
stets die Möglichkeit eines Fehlers oder einer Fehlfunk
tion bei jeder der vielen Stufen, was so bald als möglich
erkannt werden sollte. Eine Inspektion während des Pro
duktionsprozesses und an seinem Ende ist eine unumgäng
liche Stufe des Produktionsprozesses und es besteht ein
reales Bedürfnis nach einer effektiven Inspektionsein
richtung, die in der Lage ist, eine große Anzahl von
Wafern in einer genauen Art und Weise innerhalb einer
vernünftigen Zeitdauer zu inspizieren.
Automatisierte Einrichtungen wurden in den 1960er Jahren
entwickelt, und es war üblich, die Wafer nach jedem Pro
duktionsschritt mittels eines optischen Mikroskops durch
eine Bedienungsperson zu inspizieren. In den 1970er Jah
ren wurde der Prozeß bis zu einem gewissen Grad automa
tisiert, und es wurden automatische Einrichtungen für das
Transportieren der Wafer von einer Kassette zu der In
spektionsstufe zur Verfügung gestellt, wobei in der In
spektionsstufe eine Präzisionspositionierung für die Autofokusin
spektion stattfand, und wobei weiter eine Klassifizierung
der Wafer und deren Einfügung in eine spezifische Kassette
entsprechend der Klassifizierung der speziellen Wafer er
folgte.
Dies ermöglichte es der Bedienungsperson, sich auf die
Inspektion selbst zu konzentrieren, ohne daß sie Zeit oder
Konzentration auf die Handhabung vergeuden mußte. Eine der
artige Automation erhöht die Anzahl von Wafern, die pro
Zeiteinheit inspiziert werden kann, und sie verbessert
auch die Gesamtgenauigkeit und Zuverlässigkeit der In
spektion durch die menschliche Bedienungsperson.
Es wurden weiter automatische Handhabungssysteme entwickelt,
und derartige automatische Handhabungssysteme sind der
zeit von mehreren Herstellern mit Extramerkmalen, wie bei
spielsweise Sammeln von Fehlerstatistiken und automatischer
Differenzierung inspizierter Wafer für die Annahme, die
Zurückweisung und das Zurückschicken zu bestimmten Sta
tionen, erhältlich.
Eine weitere Entwicklung auf dem Gebiet der Inspektion war
das Einführen von automatischen Inspektionsmaschinen bzw.
-einrichtungen, welche die inspizierten Wafer analysieren
und die Fehlerstelle automatisch bestimmen. Die Aufgabe
der Bedienungsperson wird auf diese Weise auf die Klassi
fizierung der Fehler und die Bestimmung ihrer Schwere mi
nimalisiert. Einige Maschinen bzw. Einrichtungen, die in
dieser Gruppe erhältlich sind, haben typischerweise einen
Preis von mehr als 750 000,- pro Maschine bzw. Ein
richtung.
Die Lücke zwischen den automatischen Handhabungssystemen
und den automatischen Hochleistungsinspektionssystemen
ist das Gebiet der vorliegenden Erfindung.
Kurz zusammengefaßt wird mit der vorliegenden Erfindung
eine automatisierte Inspektionseinrichtung zur Verfügung
gestellt, welche die effektive Inspektion einer großen
Anzahl von Wafern pro Zeiteinheit möglich macht und wel
che beträchtlich weniger kostenaufwendig ist als verfüg
bare vollautomatisierte Systeme. Das Inspektionsverfahren
ist vorteilhafterweise automatisiert, so daß auf diese
Weise menschliche Bedienungspersonen so weit wie möglich
aus der Nähe der in Inspektion befindlichen Wafer ent
fernt sind.
Das System nach der Erfindung verhindert eine Kontamina
tion und minimalisiert einen Bruch während der Handhabung.
Der Wafer wird von einer, insbesondere einer einzigen,
Handhabungseinrichtung, beginnend vom Schritt des Entneh
mens aus einer Kassette bis zur Beendigung der Inspektion
und der Einfügung des Wafers in eine andere Kassette ge
halten. Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß
ein Optoscanner bzw. eine optische Abtasteinrichtung ver
wendet wird, um in einer hochgenauen Weise die Position
der Chips auf dem Wafer mit Bezug auf die Inspektionsein
richtung zu bestimmen. Es ist eine Einrichtung vorgesehen,
um die gedruckten Schaltungen mit den Koordinaten des In
spektionssystems in Fluchtung zu bringen bzw. auf die Ko
ordinaten des Inspektionssystems auszurichten. Der Wafer
wird aus der Kassette entfernt bzw. entnommen, während er
von der Handhabungseinrichtung unter Verwendung eines Va
kuums zum Greifen des Wafers gehalten wird, er wird mit
seiner Oberseite nach abwärts gedreht, und er wird durch
ein Mikroskop oder eine andere Inspektionseinrichtung, die
nach aufwärts zeigt bzw. gerichtet ist, inspiziert, so daß
auf diese Weise eine Kontamination des Wafers durch irgend
ein Kontaminationsmittel, das sich von oben her absetzt,
minimalisiert wird. Der Wafer kann unter Verwendung eines
X-Y-Koordinatensystems oder irgendeines anderen Koordi
natensystems inspiziert werden. Wenn ein X-Y-Koordinaten
system verwendet wird, ist eine der Achsen diejenige, die
durch das Ausfahren oder Einfahren eines Roboterarms, wel
che den Wafer hält, definiert ist (Y-Achse), während die
andere, hierzu senkrechte Achse (X-Achse) in der Ebene
des Wafers durch die Bewegung des nach aufwärts sehenden
bzw. gerichteten Inspektionsinstruments in dieser Richtung
definiert ist. Die Fokussierung (in diesem Falle die Z-Rich
tung) wird durch eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des
Inspektionsinstruments, wie beispielsweise eines Fernseh
mikroskops oder eines anderen Mikroskops, bewirkt.
Der verwendete Roboterarm ist so programmiert, daß er über
einen gewissen Bogen um die Z-Achse schwingt bzw. sich
verschwenkt, den Wafer greift und aus der Kassette ent
fernt, indem er ein Vakuum an einer schmalen bzw. engen
Zone seines Umfangs anwendet, weiter ist der Roboterarm
so programmiert, daß er ihn in der Z-Richtung zurückschwingt
bzw. ihn zurückverschwenkt, daß er ihn in der Y-Richtung
ausrichtet und daß er den Wafer so bewegt, daß dieser
über der Inspektionseinrichtung positioniert wird. In
diesem Stadium wird der Wafer um 180° geschwenkt bzw. ge
dreht, so daß seine gedruckte Schaltung bzw. seine gedruck
ten Schaltungen nach abwärts gerichtet ist bzw. sind, und
es wird eine Einrichtung für die exakte Bestimmung des
Wafers bezüglich des Inspektionssystems betätigt bzw. es
wird eine Einrichtung für die genaue Festlegung des Wafers
bezüglich des Inspektionssystems betätigt.
Zu diesem Zweck wird ein Optoscanner bzw. eine optische
Abtasteinrichtung verwendet, der bzw. die sich eine Anzahl
von Malen über die Grenze des Randes bzw. der Kante des
Wafers bewegt, so daß auf diese Weise dessen Mittellinie
definiert wird und so daß mittels einer Anzahl von Mes
sungen die genaue Mitte des Wafers definiert wird. Ge
nerell wird der Wafer mit einem Abschneidesegment bzw.
mit einem abgeschnittenen Abschnitt versehen, und dieser
fehlende Sektor erleichtert die genaue Definition bzw.
Festlegung des Wafers mit Bezug auf die Inspektionsein
richtung.
Der Wafer befindet sich in einer sauberen Umgebung, und
alle die Komponenten werden in einer solchen Art und Wei
se gewählt, daß dieses Merkmal sichergestellt wird. Der
Wafer wird mittels eines Roboterarms, der auf einem vi
brations- bzw. schwingungsisolierten Tisch angebracht ist,
aus der Kassette entfernt bzw. herausgenommen. Der Roboter
arm definiert die Y-Koordinate bzw. die Y-Koordinatenrich
tung, während sich ein Mikroskop, das nach aufwärts blickt
bzw. gewandt ist, so bewegt, daß es die X-Koordinate bzw.
die X-Koordinatenrichtung abtastet. Die Fokusierung kann
manuell oder automatisch in der Z-Koordinate bzw. in der
Z-Koordinatenrichtung bewirkt werden, wann immer das er
forderlich ist. Es können auch andere Inspektionseinrich
tungen verwendet werden. Nach der Beendigung der Inspek
tion wird der Wafer wieder um 180° bewegt bzw. gedreht
bzw. flink bewegt. Eine Abtastung in den X-Y-Koordinaten
ist bevorzugt, jedoch kann eine Inspektion auch basierend
auf Winkel- oder Rotationskoordinaten ausgeführt werden.
Die Inspektion kann mittels eines optischen Mikroskops,
gewünschtenfalls unter Verwendung eines geeigneren Filters,
ausgeführt werden. Es können auch Inspektionsmittel der
Art, wie es Ultraviolettstrahlung, Infrarotstrahlung, Teil
chenstrahlen, Oberflächenabtastung etc. sind, verwendet
werden. Es kann jedes geeignete Oberflächeninspektions
mittel bzw. jede geeignete Oberflächeninspektionseinrich
tung verwendet werden.
Die Inspektion kann unter Verwendung einer Fernsehkamera
ausgeführt werden, welche nach aufwärts weist bzw. gerich
tet ist und welche in einer solchen Art und Weise fluchtet
bzw. ausgerichtet ist, daß ihre Richtung der Abtastung des
Wafers mit der Richtung der gedruckten Schaltung auf dem
Wafer übereinstimmt bzw. auf diese letztere Richtung aus
gerichtet bzw. abgeglichen ist. Der Wafer wird generell
so geschnitten, daß ein Segment entfernt wird. Die Winkel
ausrichtung bzw. Fluchtung des Wafers wird mittels eines
Optokopplers oder -abtasters ausgeführt, welcher den Rand
bzw. die Kante des Wafers an einer Mehrzahl von Punkten
kreuzt und auf diese Weise sowohl die Winkelposition des
Wafers als auch dessen extakte Mitte bestimmt. Man kann
einen Photosensor parallel zu dem Mikroskop verwenden,
der nach aufwärts weist und reflektiertes Licht von dem
Wafer mißt. Die Abtastung erfolgt in der X-Koordinate
bzw. in der X-Koordinatenrichtung bei einer Anzahl von
Messungen in parallelen Abtastungen; außerdem wird das
fehlende Segment detektiert. Das definiert die exakte
Position.
Generell ist der Druck auf dem Wafer exakt, was dessen
Position anbetrifft, und zwar mit einer Toleranz von
etwa 50 µm, wobei das Sichtfeld des Mikroskops in der
Größenordnung von etwa 500 µm ist.
Die Beleuchtung für die optische Inspektion erfolgt vor
teilhafterweise über Faseroptik bzw. Faseroptiken, um alle
möglichen Wärmestörungen zu verhindern.
Während der Inspektion bewegt sich das Mikroskop in der
X-Richtung; nach einer Abtastung bewegt sich der Roboter
arm um eine vorbestimmte Entfernung in der Y-Richtung,
hält an, und die Abtastung in der X-Richtung wird wieder
holt.
Der Roboterarm hat die folgenden vier Bewegungsachsen:
R = entlang seiner Länge, definiert die Y-Achse;
Z = Höhe;
R = um die Z-Achse; und
Q = um die R-Achse.
R = entlang seiner Länge, definiert die Y-Achse;
Z = Höhe;
R = um die Z-Achse; und
Q = um die R-Achse.
Der Roboter bzw. Roboterarm positioniert sich selbst vor
der geeigneten Kassette unter dem richtigen Winkel R bei
richtiger Höhe Z. Der Greifer ist horizontal, wobei die
Vakuumlöcher nach aufwärts zeigen (siehe Fig. 7 bis
12) .
Der Vakuumgreifer ist ein Rand- bzw. Kantengreifer, des
sen Krümmung einem bzw. dem Durchmesser des Wafers ent
spricht, für den er hergestellt bzw. vorgesehen ist, und
er ist schmal genug für den Zugang zu der Kassette. Der
Zugang des Vakuumgreifers zu der Kassette erfolgt von
unterhalb des Wafers, und der Vakuumgreifer bewegt sich
nach aufwärts, bis er den Wafer berührt, und das Vakuum
greift ihn und zieht ihn nach aufwärts bis zu einer festen
Höhe, so daß der Wafer aus der Kassette entfernt bzw. ent
nommen werden kann. Der Greifer hält sein Halten des Wafers
mittels des Vakuums aufrecht, und der Wafer wird aus der
Kassette herausgenommen und gehalten, wie in Fig. 10 ge
zeigt ist. Der Roboterarm bewegt sich um die Z-Achse
(das heißt er führt eine R-Bewegung aus) und bringt seine
R-Richtung mit der Y-Richtung in eine Linie, wie in Fig.
11 gezeigt ist. Wenn diese Bewegung vollendet ist, wen
det der Greifer den Wafer in die Position um, die in Fi
gur 12 gezeigt ist.
Der Rand- bzw. Kantengreifer ermöglicht die Inspektion
des Wafers auf beiden Seiten. Der Roboter bzw. Roboterarm
senkt und verriegelt bzw. arretiert sich selbst in seiner
Null-Position (Ruheposition) auf oder gerade über der
Tischoberfläche, wobei sich der Wafer über der Fernseh
mikroskopeinheit oder der sonstigen Inspektionseinheit
befindet. An dieser Stelle ist der Wafer in einer Posi
tion, in der er durch das Fernsehmikroskop oder die son
stige Inspektionseinrichtung abzutasten ist, wobei die
Y-Bewegung mittels des Roboterarms geliefert wird, wäh
rend die X-Abtastbewegung durch die seitliche Bewegung
der Mikroskopeinheit oder sonstigen Inspektionseinheit
geliefert wird. Das Mikroskop hat die Fähigkeit einer Z-
Bewegung zum Fokussieren des Bilds. Diese neuartige erfin
dungsgemäße Einzeltransferausbildung schaltet die Notwen
digkeit aus, einen Manipulator zu haben, der den Wafer
auf einem X-Y-Tisch für die Inspektion plaziert, und ver
mindert die Wahrscheinlichkeit eines Waferbruchs, redu
ziert die Handhabungszeit, und vermindert die Kontamina
tion auf der Waferoberfläche (durch Umwenden desselben).
Es seien nun Registriermethoden des Wafers beschrieben:
Die Waferhandhabungs-Unteranordnung weist eine Unsicher
heit bzw. Ungenauigkeit von etwa +/- 2 mm in der Relativ
position des Wafers auf dem Greifer nach dem Holen eines
Wafers aus einer Kassette auf.
Es wurden Registrierungsmethoden entwickelt, um eine ge
naue Information über diese Relativposition zu erhalten.
Eine Methode ist wie folgt: Ein externer Optokoppler-
Sensor wird mit der Mikroskopeinheit in der Nähe der Ob
jetivlinse verbunden. Der Sensor sieht nach aufwärts,
so daß er reflektiertes Licht von der nach abwärts gerich
teten Oberfläche des Wafers abfühlt bzw. detektiert. Wenn
ein Wafer über dem Sensor vorhanden ist, wird eine Refle
xion detektiert und das Ausgangssignal des Sensors ist
niedrig ("0"). Wenn kein Wafer über dem Sensor vorhanden
ist, erfolgt keine Reflexion und das Ausgangssignal ist
hoch ("1"). Während der Abtastung über eine Waferkante
wird das Signal umgekehrt, nämlich von hoch zu niedrig
oder umgekehrt. Diese Umkehrung zeigt den genauen Kanten
kreuzungspunkt an. Die Δ-Bewegung beginnt und findet in
programmierten Schritten von Δ y statt, wobei Δ y von der
gewünschten Genauigkeit abhängt. Nach jedem Δ y-Schritt
wird das Mikroskop seitlich in einem programmierten Δ x-
Schritt bewegt.
Für den i-ten Schritt, wenn zuerst bzw. erstmals eine Re
flexion detektiert wird, werden die X-Position und die Y-
Position registriert (X i¹, y). Die seitliche X-Richtungsabtastung
geht weiter, bis zuerst oder erstmals keine
Reflexion detektiert wird. Diese Position wird als (X i², y)
aufgezeichnet, und zwar für i = (1 . . .n), worin n eine
Funktion von Δ y, der Genauigkeit, der von dem Benutzer geforderten
Geschwindigkeit und der Wafergröße ist.
Bei jedem Schritt "i" werden die folgenden Berechnungen
ausgeführt:
wenn entweder
m i¹ = m i - 1¹ oder m i² = m i - 1²
ist, dann wird das X i¹, welches dem i entspricht, für das die
Gleichheit gilt bzw. bleibt, als eine Flachkantenstelle
in dem "Flachkantenverzeichnis" zusammen mit seiner Y-
Koordinate aufgezeichnet.
Wenn m i¹ ≠ m i¹ und m i² ≠ m i² sind, dann wird die Berechung
i registriert und als ein Maß bzw. eine Messung der X-
Koordinate von der Y-Mittellinie des Wafers interpretiert.
Wenn die programmierte Zahl der Δ y-Schritte vollendet ist,
wird das arithmetische Mittel der registrierten i -
Messungen berechnet und als die Koordinate der Y-Achsen-
Mittellinie des Wafers genommen.
In dem Fall, in welchem die Flachkante parallel zu der
X-Achse ist, wird dann dieses bei dem i-ten Schritt er
kannt, wenn
| x i¹ - x i² | < γ
und entweder beim (i-1)-ten Schritt oder bei dem (i+1)-ten
Schritt keine Reflexion detektiert wird, wohingegen bei
dem i-ten Schritt eine Reflexion vorhanden ist. In einem
solchen Falle beginnt oder endet die Berechnung bei dem
i 1-ten Schritt, wobei γ eine Funktion des Durchmessers
des Wafers und der Standardlänge der Kante bzw. des Rands
ist.
In einer entsprechenden Weise ist das Mikroskop (X) pro
grammiert, daß es in einer Reihe von Schritten Δ x fort
schreitet, und nach jedem solchen Schritt bewegt der Robo
terarm den Waver quer über das stationäre Mikroskop. Auf
diese Weise wird die Y-Koordinate für die X-Achsenmittel
linie (y) berechnet.
An dieser Stelle hat die Einheit den Ort der Wafermitte
relativ zu den Koordinaten x-y der Einrichtung bestimmt.
Weiter werden die Koordinatenpunkte, die sich auf der Wafer
flachkante befinden und eine Sammlung der Neigungsberech
nung bzw. -berechnungen m i aufgezeichnet. Aus dem Mittel
wert dieser Neigungen wird der Ausrichtungswinkel berech
net, sowie der Winkel zwischen der Ebene bzw. Fläche und
der X-Achse.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
beigefügten schematischen Zeichnungen, die aus Darstellungs
gründen nicht maßstabsgerecht sind, anhand von bevorzugten
Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine allgemeine perspektivische Ansicht eines
Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 2 eine Veranschaulichung des Betriebs des Roboter
arms der Einrichtung;
Fig. 3 eine Veranschaulichung des Roboterarms der Ein
richtung;
Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung, welche die
Achsen und einen Teil des Mechanismus der Ein
richtung veranschaulicht;
Fig. 5 eine Veranschaulichung der X-Stufe mit dem
Mikroskop;
Fig. 6 eine Seitenansicht des Greifmechanismus;
Fig. 7 eine Aufsicht auf den Vakuumgreifer;
Fig. 8 eine Veranschaulichung des Vakuumgreifers mit
einem von demselben gehaltenen Wafer;
Fig. 9 eine Seitenansicht des Systems, welche Wafer
kassetten und andere Komponenten des Systems
veranschaulicht;
Fig. 10 eine Veranschaulichung des Greifers mit dem Wafer
mit einer gedruckten Schaltung, die nach auf
wärts gerichtet ist;
Fig. 11 eine Veranschaulichung des Greifers mit dem
Wafer, der um 90° umgewendet ist;
Fig. 12 eine Veranschaulichung des Wafers, der um weite
re 90° umgewendet ist, wobei die gedruckte Schal
tung nach abwärts gerichtet ist; und
Fig. 13 eine Seitenansicht in Blockdarstellungsform, wel
che die Anordnung von optischen Komponenten in
einem System gemäß einer Ausführungsform der Er
findung veranschaulicht.
In der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Figuren
der Zeichnungen haben identische Teile das gleiche Bezugs
zeichen. Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, ist das System
eine integrierte Einheit mit vier Kassetten 11, 12, 13 und
14, in denen die Wafer untergebracht sind, und zwar befin
den sich in der Kassette 11 die Wafer vor der Inspektion,
während die anderen Kassetten Wafer nach der Inspektion
haben und diese entsprechend der Qualität klassifiziert enthalten.
Die Inspektion geschieht zum Beispiel mittels eines Mikro
skops, wobei das Bild auf Schirmen 15 und 16 wiedergegeben
wird, und wobei der Wafer durch einen Roboterarm 17 gehal
ten wird, und wobei ferner das Mikroskop 18 nach aufwärts
gerichtet ist.
Der Roboterarm wird durch einen Mechanismus in dem Gehäuse
19 betätigt, wobei der Arm 20, der die Z-Achse definiert,
nach aufwärts weist. Dieser Arm 20 steht nach dem Zusammen
bau über die Öffnung 21 im Tisch 22 vor. Der Arm kann sich
nach aufwärts und abwärts bewegen und sich um seine Achse
drehen, wobei er eine Schwing- bzw. Verschwenkbewegung
über einen vorbestimmten Bogen bzw. Winkel ausführt.
Wie in Fig. 2 und auch in Fig. 3 veranschaulicht ist,
steht der Arm 20 durch die Öffnung 21 im Tisch 22 vor,
und dieser Arm ist an dem oberen Robotermechanismus 23 an
gebracht, welcher einen anderen bzw. weiteren Arm 24 um
faßt, der die Y-Achse definiert und der sich um seine
Achse drehen kann, so daß er den von ihm gehaltenen Wafer
um 180° dreht.
Die Fig. 4 veranschaulicht eine auseinandergezogene Dar
stellung der Hauptkomponenten, des Tischs 22, des Kasset
tenhalters, der die Kassetten 11, 12, 13 und 14 hält, des
Roboterarms 24, des unteren Robotermechanismus im Gehäuse
19, der nach aufwärts weisenden bzw. gerichteten Inspek
tionseinrichtung, wie beispielsweise eines Mikroskops 25
(Fernsehmikroskop oder andere Einrichtung) mit dessen
Mechanismus in dem Gehäuse 26.
Die Fig. 5 veranschaulicht die X-Koordinatenstufe 26, die
an dem Tisch 22 angebracht ist, und zwar mit dem nach auf
wärts gerichteten Mikroskop 25, wobei die Einheit 26 in
der Lage ist, sich in der X-Richtung zu bewegen, wie dar
gestellt, welche senkrecht zu derjenigen der Bewegung des
oberen Roboterarms 24 ist, der sich in der Y-Richtung be
wegt.
Die Fig. 6 veranschaulicht schematisch den Greifmecha
nismus, der einen Arm 27 (Verlängerung von 24) umfaßt, wel
cher mit einer Einrichtung zum Herstellen und Aufrechter
halten eines Vakuums verbunden ist, und eine Vakuumgreif
einrichtung 28, die dazu geeignet ist, den Wafer 29 fest
und sicher zu halten.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, hat dieser Greifer 28 (von
oben gezeigt) eine Mehrzahl von Löchern 30, durch die ein
Saugen bzw. ein Sog hergestellt wird.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, greift der Greifer 27 den
Wafer 29 an dessen Rand bzw. Kante, wobei diesem Wafer
ein Segment bei 31 abgeschnitten ist.
Die Fig. 9 veranschaulicht wiederum die Hauptmerkmale des
Mechanismus: den Tisch 22, der ein schwimmender Tisch ist,
wobei die Mikroskopeinheit 19 daran angebracht ist, und wo
bei ferner das Mikroskop 25 nach aufwärts zeigt bzw. ge
richtet ist, und wobei der Greifer 28 den Wafer 29 hält,
und dieser Greifer ist an dem Roboterarm 24 angebracht,
und es sind ferner zwei der Waferkassetten gezeigt (11 und
12).
Wie in Fig. 13 veranschaulicht ist, umfaßt das optische
System ein Mikroskop 18, das an einem fokussierenden Motor
31 angebracht ist. Licht wird von einer Lichtquelle über
eine optische Faser 32 zugeführt, dieses Licht erreicht
einen Strahlteiler 33, der einen Teil des Lichts auf das
Objekt (Wafer) über dem Mikroskop richtet. Die Bildstrah
len gehen über den Strahlteiler 33, erreichen das Prisma
34, von welchem die Strahlen über das Linsensystem 35 zur
Kamera 36 verlaufen. Die Kamera ist mit einem Motoran
trieb 37 versehen, während das Linsensystem mit einem Mo
tor 38 versehen ist.
Die Fig. 10, 11 und 12 veranschaulichen den Betrieb des
Roboterarms und seines Greifers für das Drehen des Wafers
um 180°, so daß die Inspektionsposition der gedruckten
Schaltung nach abwärts gerichtet ist. Der Roboterarm 24
bewegt sich nach vorwärts, ist der Kassette 11 zugewandt,
er wird unterhalb eines zu entnehmenden Wafers positioniert,
greift den Wafer mittels des Vakuumgreifers, bewegt sich
nach rückwärts (Einfahren bzw. Zurückziehen des Arms 24),
schwingt bzw. verschwenkt sich in die korrekte Fluchtung
mit der Y-Koordinate bzw. der Y-Koordinatenachse, wie
in Fig. 11 gezeigt ist, und er dreht sich um 90° und um
weitere 90°, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Diese Bewegung
ermöglicht eine Inspektion von beiden Seiten des Wafers,
wobei die Hauptinspektion der gedruckten Schaltung, wie
in Fig. 12 gezeigt ist, ausgeführt wird, wenn die ge
druckte Schaltung nach abwärts gewandt ist, um eine Kon
tamination zu vermeiden.
Nach der Inspektion werden die Wafer klassifiziert: gute
Wafer kommen in die Kassette 12; reparierbare Wafer kom
men in die Kassette 13, und wegzuwerfende Wafer kommen in
die Kassette 14. Von der anfänglichen Entnahme aus der
Kassette 11 bis zu dem Ende der Inspektion wird der Wafer
die gesamte Zeit über von dem Greifermechanismus gehalten
und nicht zu einem anderen Mechanismus übertragen. Sowohl
der Roboterarm als auch der Inspektionsmechanismus, wel
cher die Y-Koordinate und die X-Koordinate des System de
finieren, sind starr an dem schwimmenden Tisch 22 ange
bracht, so daß auf diese Weise Vibrationen und Ungenauig
keiten eliminiert werden.
Der übergekippte bzw. umgedrehte Wafer wird zunächst mit
tels eines Abtastmechanismus abgetastet, der über die Optik
der Inspektionseinrichtung arbeiten kann oder in der Form
einer nach aufwärts gewandten fokussierten kleinen Licht
quelle, wie beispielsweise einer lichtemittierenden Diode
(LED), ist, und welcher die Kanten bzw. Ränder des Wafers
abtastet, wobei er eine Anzahl von Schritten bzw. Durch
gängen (parallel zueinander) ausführt, wobei jedesmal dann,
wenn der Lichtpunkt bzw. -strahl die Grenze des Wafers
passiert, einer der Punkte von dessen Umfang definiert
wird. Dieses und außerdem die Fläche bzw. Ebene ermög
lichen die genaue Definition des Wafers, insbesondere die
genaue Positionsdefinition des Wafers. Weiter kann eine
mechanische oder optische Einrichtung dazu verwendet wer
den, das Bild von der gedruckten Schaltung zur
Übereinstimmung bzw. Fluchtung so zu bringen, daß seine
Koordinaten bzw. Koordinatenachsen mit den Koordinaten
bzw. Koordinatenachsen der X-Y-Abtastung übereinstimmen
bzw. in Fluchtung sind.
Claims (12)
1. System für die Inspektion von gedruckten Schal
tungen und anderen Mikroelektronikelementen auf Wafern
aus Silicium und anderen Halbleitern oder geeigneten
Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß
es, insbesondere in Kombination , folgendes umfaßt:
- (a) einen Roboterarm (24) zum Ausführen einer Winkel bewegung in einer gegebenen Ebene, zum Selbstaus richten bzw. -fluchten entlang einer definierten Achse (der Y-Achse), zum Drehen um seine Achse, und zum erforderlichen Bewegen entlang der Y-Achse;
- (b) einen schwimmenden Tisch (22), der den Roboterarm (24) und Kassetten (11 bis 14) für das Aufbewahren von Wafern (29) vor und nach der Inspektion trägt und/oder hält;
- (c) eine Inspektionseinrichtung (22), die so angeordnet ist, daß sie für die Inspektion der Wafer (29), wel che nach abwärts gewandt ist, nach aufwärts gerich tet ist;
- (d) eine Einrichtung zum genauen Bestimmen der Überein stimmung bzw. Fluchtung und der Mitte des Drucks auf dem Wafer (29) vor dem Beginn der aktuellen Inspek tion seiner gedruckten Schaltung; und
- (e) eine Einrichtung zum wesentlichen Ausschalten von Vibrationen und Kontamination auf den bzw. dem Wafer (29) während des Inspektionsprozesses bzw. -vorgangs.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Roboterarm (24) und die In
spektionseinrichtung (25) auf dem gleichen schwimmenden
Tisch (22) angebracht sind.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Kassetten
(11 bis 14) zum Unterbringen der Wafer (29) vorgesehen
ist, wobei eine Kassette (11) der Behälter für die Wafer
(29) vor der Inspektion ist, und wobei die anderen Kas
setten (12 bis 14) die Behälter zum Unterbringen der
Wafer (29) entsprechend der Auswahl bzw. Sortierung ge
mäß den Ergebnissen der Inspektion sind.
4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Inspektion mittels einer
Inspektionseinrichtung (25) ausgeführt wird, die eine
oder mehrere der folgenden Einrichtungen ist: optisches
Mikroskop, Ultraviolettlichtmikroskop bzw. UV-Mikroskop,
Infrarotlichtmikroskop bzw. IR-Mikroskop, Teilchenstrahl
einrichtung, Oberflächenabtastungseinrichtung, Laser
mikroskop, Dunkelfeldinspektionseinrichtung, Tunnelmikro
skop bzw. auf dem Tunneleffekt beruhendes Mikroskop.
5. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung
in einer solchen Weise ausgeführt wird, daß die Achse des
Roboterarms (24) die Y-Richtung definiert, und daß sich
eine bzw. die optische Abtasteinrichtung senkrecht zu die
ser Richtung (in der X-Richtung) bewegt.
6. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Opto
scanner bzw. eine bzw. die optische Abtasteinrichtung da
zu verwendet wird, die Fluchtung bzw. Übereinstimmung und
Position des Wafers (29) mit Bezug auf die Inspektions
einrichtung (25) genau zu bestimmen.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Optoscanner bzw. die optische
Abtasteinrichtung den Umfang des Wafers (29) und die Flä
che bzw. Ebene für die Bestimmung der genauen Position,
der Mitte des Wafers (29) und der Mitte
des Drucks auf dem Wafer (29) verwendet.
8. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Roboterarm
(24) in der Lage ist, um einen gewünschten Winkel in der
X-Y-Ebene zu schwingen bzw. sich zu verschwenken, sowie
sich um seine Achse zu drehen bzw. zu verschwenken, und
um seine Achse auszufahren oder einzufahren.
9. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß Algorithmen
für das Fluchten bzw. In-Übereinstimmung-Bringen des
Wafers (29) und für das Positionieren der optischen In
spektionseinrichtung (25) gemäß dieser Fluchtung bzw.
Übereinstimmung vorgesehen sind.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beleuchtung für die
optische Inspektion über eine Faseroptik (32) oder mehre
re Faseroptiken erfolgt.
11. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer (29)
durch eine Vakuumgreifeinrichtung (28) ergriffen und trans
portiert wird.
12. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11,
insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Roboterarm (24) und der Inspek
tionsmechanismus sowie der Mechanismus zum Feststellen
und/oder Herstellen der exakten Position des inspizierten
Wafers (29) alle an dem gleichen schwimmenden Tisch (22)
zum Minimalisieren von Vibrationsstörungen bzw. von durch
Vibrationen bewirkten Störungen angebracht sind.
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