DE19601708A1 - Verfahren und System zum Bestimmen einer Lage auf einer Oberfläche eines Gegenstandes - Google Patents
Verfahren und System zum Bestimmen einer Lage auf einer Oberfläche eines GegenstandesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum
Bestimmen einer Lage auf der Oberfläche eines Gegenstandes im
allgemeinen und ein Verfahren und System zum Bestimmen einer
Lage auf einem Halbleiter-Wafer bzw. einer Halbleiterscheibe im
besonderen.
Wie aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, werden
Halbleiter-Chips, wie Computerchips, derart hergestellt, daß sie
ein Substrat bzw. ein Trägermaterial, typischerweise ein Halb
leiter-Wafer bzw. eine Halbleiterscheibe bzw. eine Kristall
scheibe (silicon wafer), umfassen. Es ist oftmals während des
Herstellungsverfahrens von Halbleiter-Wafern erwünscht, eine
Lage auf bzw. an dem Wafer für verschiedene Zwecke, wie eine
Qualitätskontrolle und ein nachfolgendes Zerlegen bzw. Schneiden
des Wafers in individuelle bzw. einzelne Chips, zu bestimmen.
Halbleiter-Wafer, wie solche, die von Intel Inc. oder von Inter
national Business Machines (IBM), jeweils aus den USA, herge
stellt werden, umfassen typischerweise diskrete geometrische
Merkmale und Markierungen darauf bzw. daran, wie in der Fig. 1
gezeigt ist, auf welche nunmehr Bezug genommen wird. Die Fig. 1
stellt einen im allgemeinen mit 10 bezeichneten Halbleiter-Wafer
dar, der im allgemeinen kreisförmig ausgebildet ist, jedoch eine
flache bzw. abgeflachte Kante 11 oder eine Kerbe (nicht gezeigt)
in einer Seite davon umfaßt.
Bekannte Verfahren zur Bestimmung der Ausrichtung bzw. Orientie
rung eines Halbleiter-Wafers umfassen typischerweise einen
Schritt zum Ermitteln bzw. Erfassen bzw. Detektieren der Begren
zungen der Flachstelle 11 oder der Kerbe des Halbleiter-Wafers
durch Verwendung eines Sensors, während der Wafer auf einem
Tisch bzw. einem Träger bzw. einer Plattform rotiert. Diese
Verfahren sind zeitaufwendig und erfordern, daß der Außenumfang
des Wafers oder wenigstens die Seite der Flachstelle oder der
Kerbe, welche dem Sensor zugewandt ist, nicht abgedunkelt ist.
Weiterhin sind sie nicht verwendbar, wenn der Tisch bzw. der
Träger bzw. die Plattform nicht rotierbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
verbessertes Verfahren und System zum Bestimmen einer Lage auf
bzw. an einer (Ober-)fläche eines Gegenstandes, vorzugsweise
eines Halbleiter-Wafers bzw. einer Halbleiterscheibe bzw. einer
Kristallscheibe (silicon wafer), zur Verfügung zu stellen. Wei
terhin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein verbessertes Verfahren und System zum Positionieren eines
Gegenstandes, vorzugsweise eines Halbleiter-Wafers bzw. einer
Halbleiterscheibe bzw. einer Kristallscheibe (silicon wafer),
bereitzustellen.
Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung können durch Verwen
dung geometrischer Merkmale auf bzw. an der (Ober-)fläche eines
Gegenstandes, wie die Merkmale, welche gewöhnlicherweise auf
bzw. an Halbleiter-Wafers verfügbar sind, erhalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung ist daher ein Verfahren zum Bestimmen einer Lage bzw. einer
Stelle bzw. eines Ortes auf bzw. an einem Gegenstand vorgesehen,
welcher auf bzw. an seiner Oberfläche eine regelmäßige Anordnung
bzw. ein Feld von im allgemeinen senkrechten Rasterlinien bzw.
Gitterlinien und eine Vielzahl von Richtungsmerkmalen aufweist.
Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
- a. Bestimmen der Richtungen der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines Bezugskoordinatensystems,
- b. Ermitteln eines Rasterüberganges, wobei der Abstand des Rasterüberganges von dem geometrischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche bekannt ist, und
- c. Ermitteln einer Richtung eines der Vielzahl von Richtungs merkmalen, wobei eine Lage des Rasterüberganges in dem Bezugs koordinatensystem bereitgestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung ist auch ein Verfahren zum Positionieren eines Gegenstandes
vorgesehen, welcher auf bzw. an seiner Oberfläche eine regelmä
ßige Anordnung bzw. ein Feld von im allgemeinen senkrechten
Rasterlinien bzw. Gitterlinien und eine Vielzahl von Richtungs
merkmalen aufweist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
- a. Bestimmen der Richtungen der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines Bezugskoordinatensystems,
- b. Ermitteln eines Rasterüberganges, wobei der Abstand des Rasterüberganges von dem geometrischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche bekannt ist,
- c. Ermitteln einer Richtung eines der Vielzahl von Richtungs merkmalen, wobei eine Lage des Rasterüberganges in dem Bezugs koordinatensystem bereitgestellt wird, und
- d. Positionieren des Gegenstandes in Übereinstimmung mit der bereitgestellten Lage des Rasterüberganges.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung ist ebenso ein Verfahren zum Bestimmen einer Lage auf bzw.
an einem Gegenstand vorgesehen. Der Gegenstand weist auf bzw. an
seiner Oberfläche eine regelmäßige Anordnung bzw. ein Feld von
im allgemeinen senkrechten Rasterlinien bzw. Gitterlinien und
wenigstens ein asymmetrisches Richtungsmerkmal auf. Das Verfah
ren umfaßt die folgenden Schritte:
- a. Bestimmen der Richtungen der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines Bezugskoordinatensystems,
- b. Ermitteln eines asymmetrischen Richtungsmerkmals, wobei dessen Ausrichtung in bezug auf die Richtungen der Rasterlinien und der Abstand des asymmetrischen Merkmals und von einem geome trischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche bekannt sind, und
- c. Ermitteln einer Richtung des asymmetrischen Richtungsmerk mals, wobei eine Lage des asymmetrischen Merkmals in dem Bezugs koordinatensystem bereitgestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung ist weiterhin zusätzlich ein Verfahren zum Positionieren
eines Gegenstandes vorgesehen, wobei der Gegenstand auf bzw. an
seiner Oberfläche eine regelmäßige Anordnung bzw. ein Feld von
im allgemeinen senkrechten Rasterlinien bzw. Gitterlinien und
wenigstens ein asymmetrisches Richtungsmerkmal aufweist. Das
Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
- a. Bestimmen der Richtungen der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines Bezugskoordinatensystems,
- b. Ermitteln eines asymmetrischen Richtungsmerkmals, wobei der Abstand des asymmetrischen Merkmals von einem geometrischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche bekannt ist,
- c. Ermitteln einer Richtung des asymmetrischen Richtungsmerk mals, wobei eine Lage des asymmetrischen Merkmals in dem Bezugs koordinatensystem vorgesehen ist, und
- d. Positionieren des Gegenstandes gemäß der vorgesehenen Lage des asymmetrischen Richtungsmerkmals.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung umfaßt das Verfahren weiterhin vor dem Schritt zur Bestim
mung den Schritt zur Positionierung des Gegenstandes auf einem
Träger, wobei das Koordinatensystem des Trägers das Bezugskoor
dinatensystem ist, wobei im allgemeinen der geometrische Mittel
punkt der (Ober-)fläche mit dem Ursprung des Koordinatensystems
des Trägers zusammenfällt, wobei sichergestellt wird, daß der
ermittelte Rasterübergang einer der zu dem geometrischen Mittel
punkt der (Ober-)fläche benachbarten Rasterübergänge ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung umfaßt der Schritt zur Erfassung des Rasterüberganges bzw.
Gitterüberganges zusätzlich die folgenden Schritte:
- a. Bewegen der optischen Anordnung in einer mit einer Richtung der Rasterlinien koinzidenten Richtung, bis eine sich senkrecht zu der Richtung der Bewegung erstreckende Rasterlinie ermittelt wird, und
- b. Bewegen längs der ermittelten Rasterlinie, bis ein Raster übergang ermittelt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung umfassen der Schritt zur Erfassung der Richtung der Raster
linien bzw. Gitterlinien und der Schritt zur Erfassung des Ra
sterüberganges bzw. Gitterüberganges ebenso den Schritt zur
Verwendung einer Korrelationsfunktion zwischen einer Darstellung
der (Ober-)fläche des Gegenstandes und einer Darstellung eines
Bezugs dazu. Die Darstellung kann eindimensional oder zweidimen
sional sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung ist das Richtungsmerkmal darüber hinaus in dem Rasterüber
gang bzw. Gitterübergang angeordnet und ist der Schritt der
Bewegung zu einem verschiedenartigen Rasterübergang bzw. Gitter
übergang vorgesehen, wenn das Richtungsmerkmal in diesen Über
gang nicht erfaßt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung ist der Gegenstand schließlich ein Halbleiter-Wafer bzw.
eine Halbleiterscheibe bzw. eine Kristallscheibe (silicon wa
fer), sind die Rasterlinien bzw. Gitterlinien Anreißlinien bzw.
Ritzrahmen bzw. Anreißrahmen (scribe lines) zwischen Chips (di
es) des Halbleiter-Wafers und ist der Rasterübergang bzw. Git
terübergang auf bzw. an einer Anreißlinienüberschneidung bzw.
Anreißlinienkreuzung angeordnet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung,
die in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen erfolgt, bes
ser verständlich und beurteilbar, wobei:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Halblei
ter-Wafers ist,
Fig. 2 eine schematische Blockdiagrammdarstellung eines Sy
stems zum Positionieren eines Halbleiter-Wafers ist,
welcher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ausgebildet und wirksam ist,
Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer
genauen Lage auf bzw. an einem Halbleiter-Wafer gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist,
Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer
genauen Lage auf bzw. an einem Halbleiter-Wafer gemäß
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung ist, und
Fig. 5A bis 5D schematische Darstellungen des Halbleiter-
Wafers in vier verschiedenen Ausrichtungen sind.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und System zum
Bestimmen einer Lage bzw. einer Stelle bzw. eines Ortes (loca
tion) auf bzw. an einem Gegenstand und ein Verfahren sowie Sy
stem zum Positionieren eines Gegenstandes, wie eines Halbleiter-
Wafers bzw. einer Halbleiterscheibe bzw. einer Kristallscheibe
(silicon wafer), zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung ver
wendet geometrische Merkmale auf bzw. an der (Ober-)fläche eines
Gegenstandes, wie die Merkmale, welche gewöhnlich auf bzw. an
Halbleiter-Wafern verfügbar sind, wie nachfolgend genauer be
schrieben ist.
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, umfassen Halbleiter-Wafer,
wie der Halbleiter-Wafer 10, typischerweise ein Raster bzw.
Gitter von Anreißlinien bzw. Ritzrahmen bzw. Anreißrahmen 12,
die untereinander im allgemeinen senkrecht sind. Der Halbleiter-
Wafer wird gegebenenfalls längs der Anreißlinie in Chips, wie
den Chip (die) 13, zerlegt bzw. geschnitten, welche die indivi
duellen bzw. einzelnen von dem Wafer erhaltenen Chips darstel
len. Die Anreißlinien umfassen typischerweise daran bzw. darauf
angeordnete Markierungen, wie das schwarze Quadrat und die drei
Linien, welche in der vergrößerten Darstellung 15 gezeigt sind.
Die Übergänge zwischen zwei Anreißlinien, wie der Übergang 14,
kann ebenso eine charakteristische Markierung, wie den Pfeil 20,
welcher in der vergrößerten Darstellung 16 gezeigt ist, umfas
sen.
Der Halbleiter-Wafer 10 kann ebenso wenigstens ein asymmetri
sches Richtungsmerkmal 22 auf bzw. an einem oder mehreren der
Chips 13 und/oder in bzw. an einer oder mehreren der Anreißli
nien 12 oder Übergänge 14 umfassen.
Nun wird auf die Fig. 2 Bezug genommen, die eine schematische
Blockdiagrammdarstellung eines Systems zum Positionieren eines
Halbleiter-Wafers zeigt, welcher gemäß einer bevorzugten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet und wirksam
ist. Das im allgemeinen mit 100 bezeichnete System umfaßt einen
Rechner bzw. Computer 102, wie einen Personalcomputer des Typs,
der durch International Business Machines (IBM) hergestellt ist,
und eine sich bewegende optische Anordnung 104.
Der Rechner 102 umfaßt vorzugsweise einen Zentralprozessor bzw.
eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 106, eine Bildfangschal
tungskarte 108, wie eine Cortex-I-Bildfangschaltungskarte, die
durch Imagenation of Beaverton, Oregon, USA, hergestellt und
verkauft wird, und eine Anzeige bzw. ein Display 110. Vorzugs
weise, aber nicht notwendigerweise umfaßt die Anzeige 110 zwei
Bildschirme, einen zum Anzeigen von Eingangsbefehlen an den CPU
106 und einen Video-Bildschirm zur Sichtbarmachung von Bildern.
Die sich bewegende optische Anordnung 104 umfaßt vorzugsweise
einen XY-Tisch bzw. einen XY-Träger bzw. eine XY-Plattform 112,
mit welchem bzw. welcher eine Videokamera 114 und ein optisches
Vergrößerungssystem 116 verbunden sind.
Das optische Vergrößerungssystem 116 umfaßt vorzugsweise eine
Lichtquelle, wie eine Xenon- oder eine Halogenleuchte, zum Be
leuchten der (Ober-)fläche des Wafers 10, ein Mikroskop zum Be
reitstellen einer gewünschten optischen Vergrößerung, wie eine
10-fache Vergrößerung, und eine Fokussierungsanordnung, die das
Mikroskop von dem Wafer 10 weg oder zu dem Wafer 10 hin bewegt,
um ein scharfes fokussiertes Bild in der Videokamera 114 zu
erhalten.
Die Fokussierungsanordnung kann auch mit einem Bewegungssystem
(nicht dargestellt) verbunden sein, durch welches sich das opti
sche Vergrößerungssystem 116 bewegt, um den Fokus bzw. den
Brennpunkt bzw. die Bildschärfe zu erhalten. Das Bewegungssystem
kann durch den CPU 106 gesteuert bzw. kontrolliert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung arbeitet das System 100 derart, um eine gewünschte Lage auf
bzw. an dem Halbleiter-Wafer, wie dem Halbleiter-Wafer 10, zu
bestimmen. Ein Bild eines ausgewählten Bereichs des Halbleiter-
Wafers 10, vorzugsweise eine verhältnismäßig kleine (Ober-)flä
che davon, der durch das optische Vergrößerungssystem bestimmt
ist, wird durch die Videokamera 114 abgetastet und dem CPU 106
über die Bildfangschaltungskarte 108 zur Verfügung gestellt. Der
CPU 106 analysiert das Bild und stellt die Position der sich
bewegenden optischen Anordnung 104 durch Bewegen des XY-Tisches
112 ein. Das Verfahren, das nachfolgend genauer beschrieben ist,
wird dann wiederholt, bis die gewünschte Lage gefunden ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung arbeitet das System 100 derart, um den Halbleiter-
Wafer 10 in einer gewünschten Stellung bzw. Position relativ zu
jedem gewünschten System, wie einem Halbleiter-Wafer-Schneide
system, zu positionieren.
Nun wird auf die Fig. 3 Bezug genommen, die ein Flußdiagramm
darstellt, welches ein Verfahren zum Bestimmen einer bestimmten
Lage auf bzw. an einem Halbleiter-Wafer gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Flußdia
gramm der Fig. 3 zeigt ein Verfahren zur Verwendung des Systems
der Fig. 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung. Das Verfahren sieht typischerweise eine Er
mittlungsgenauigkeit bzw. Detektiergenauigkeit bzw. Erkennungs
genauigkeit bzw. Identifizierungsgenauigkeit von etwa 1 Mikrome
ter vor.
Um das Verfahren der Fig. 3 zu verwenden, wird der Wafer 10 zum
Beispiel durch eine Bedienungsperson auf dem Tisch des Systems
100 positioniert. Diese manuelle Positionierung sieht den Mit
telpunkt des Halbleiter-Wafers mit einer Ungenauigkeit von etwa
1 Millimeter mit Bezug auf dessen Tisch oder auf die sich bewe
gende optische Anordnung vor.
Es ist verständlich, daß der Halbleiter-Wafer gemäß der vorlie
genden Erfindung zu bekannten Verfahren und Systemen verschieden
nicht rotiert bzw. gedreht werden muß. Auch kann dessen Außen
umfang teilweise abgedunkelt werden.
Die sich bewegende optische Anordnung 104 wird dann über dem
Mittelpunkt bzw. oberhalb des Mittelpunktes des Wafers positio
niert. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ge
startet, wie durch Block 202 angezeigt ist.
Es ist zu bemerken, daß der Tisch des Halbleiter-Wafers und die
sich bewegende optische Anordnung vorzugsweise ein Koordinaten
system umfassen. Vorzugsweise ist das Koordinatensystem ein
kartesisches Koordinatensystem, dessen Ursprung koinzident bzw.
zusammenfallend mit dem Mittelpunkt des Tisches ist.
Gemäß dem Verfahren der Fig. 3 werden zuerst die Hauptrichtungen
des Halbleiter-Wafers 10, d. h. die Richtung der Anreißlinien,
vorzugsweise relativ zu dem Koordinatensystem des Tisches, be
stimmt (Schritt 204). Die Ausrichtung bzw. Orientierung kann als
ein Drehwinkel relativ zu dem Koordinatensystem des Tisches
ausgedrückt werden.
Die relative Ausrichtung der Anreißlinien relativ zu dem Koor
dinatensystem des Tisches kann durch jedes geeignete Verfahren,
welches die Tatsache verwendet, daß die meisten der Elemente auf
bzw. an der Wafer-(Ober-)fläche durch Linien begrenzt sind,
welche im allgemeinen gerade bzw. geradlinig sind und im all
gemeinen parallel zu den Hauptrichtungen des Halbleiter-Wafers
sind, bestimmt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung wird eine Hough-Transformierte auf das aufgefangene Bild
angewendet, um den Inhalt der Linien an bzw. in jeder ausgewähl
ten Richtung zu erhalten, um dabei zu ermitteln, welches Anreiß
linien sind.
Wenn die Richtung der Anreißlinien einmal bestimmt ist, wird die
sich bewegende optische Anordnung 104 schrittweise bzw. einen
Schritt zu einer Zeit (one step at a time) längs einer der
Hauptrichtungen der Anreißlinien, wie durch die mit 206, 208 und
210 bezeichnete Schleife angezeigt ist, bewegt, bis eine dazu
senkrechte Anreißlinie erfaßt bzw. detektiert ist.
Es ist ersichtlich, daß es typischerweise, da der Halbleiter-
Wafer im Mittelpunkt des Tisches obschon mit einer ungenügenden
Genauigkeit von etwa 1 Millimeter positioniert wird und da der
von der sich bewegenden optischen Anordnung 104 zurückgelegte
Abstand bekannt ist, bestimmt werden kann, ob die ermittelte
Anreißlinie eine der vier zu dem Mittelpunkt des Wafers benach
barten Anreißlinien ist.
Die Anreißlinie kann durch jedes geeignete Verfahren zur Ermitt
lung eines bekannten Merkmals in einem Bild, wie durch Verwen
dung einer Korrelationsfunktion zwischen dem Bild der Halblei
ter-Wafer-(Ober-)fläche und einem in dem Rechner 102 gespeicher
ten Bezugsbild, ermittelt bzw. erfaßt werden. Da die Abmessungen
der Chips im allgemeinen ähnlich sind und die Breiten der An
reißlinien im allgemeinen ähnlich sind, kann die Korrelation
alternativ zwischen einem verbesserten bzw. verstärkten Bild,
das nur Linien anzeigt, welche eine im allgemeinen ähnliche
Breite zu derjenigen der Anreißlinien aufweisen, mit einem ähn
lichen Bezugsbild durchgeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung wird die Korrelation zwischen einer eindimensionalen Funk
tion, welche die Merkmale der Halbleiter-Wafer-(Ober-)fläche
darstellt, und einer Bezugsfunktion bzw. Referenzfunktion durch
geführt. Um die eindimensionale Funktion, welche das zweidimen
sionale Bild darstellt, zu erhalten, werden Intensitätswerte von
Bildpunkten bzw. Pixeln längs der Linien auf bzw. an dem Halb
leiter-Wafer, welche die allgemeine Richtung der Anreißlinien
aufweisen, summiert und gemittelt, wobei ein gemittelter bzw.
durchschnittlicher Intensitätswert von jeder der Linien zur
Verfügung gestellt wird. Der gemittelte Intensitätswert wird
dann gegen die Linienlage auf einer Basislinie senkrecht dazu
ausgedruckt bzw. geplottet, wobei eine eindimensionale Funktion
des Bildes bereitgestellt wird. Die Intensitätswerte sind die
Graustufenwerte eines Graustufenbildes bzw. eines Schwarz-Weiß-
Bildes oder die Rot-Grün-Blau-(RBG)-Werte eines Farbbildes.
Das Verfahren fährt mit Schritt 212 durch Bewegen der sich bewe
genden optischen Anordnung 104 längs der ermittelten Anreißlinie
zu einer Lage bzw. einer Stelle bzw. einem Ort einer Anreißli
nienüberschneidung bzw. Anreißlinienkreuzung, auch als "Über
gang" bezeichnet, fort (Schritt 214).
Die Lage des Überganges kann durch Verwendung einer zweiten
Korrelationsfunktion zwischen einem Bild, vorzugsweise einem
gezoomten bzw. skalierten bzw. maßstabsgeänderten Bild des Über
ganges, und einem in dem Rechner 102 gespeicherten ähnlichen
bzw. entsprechenden Bezugsbild ermittelt werden. Alternativ oder
kummulativ dazu kann der Übergang durch Verwendung der oben
beschriebenen Korrelationsfunktionsprozeduren an zwei senkrech
ten Anreißlinien und durch Bestimmung der Überschneidung bzw.
Kreuzung dazwischen ermittelt werden.
Der ermittelte Übergang ist einer der vier zu dem geometrischen
Mittelpunkt des Halbleiter-Wafers benachbarten Übergänge. Um zu
bestimmen, welcher der vier Übergänge ermittelt worden ist
(Schritt 216), wobei eine genaue Lage auf bzw. an dem Halblei
ter-Wafer zur Verfügung gestellt wird, sucht die sich bewegende
optische Anordnung nach einem unterscheidenden bzw. diskriminie
renden Merkmal (Schritt 218), wie dem Pfeil 20 des Überganges 16
(Fig. 1). Vorzugsweise beinhaltet einer der vier benachbarten
Übergänge, d. h. eine der Ecken des Chips, ein unterscheidendes
Merkmal.
Wenn ein unterscheidendes Merkmal ermittelt wird, wie durch den
Block 220 angedeutet ist, wird der Wafer gegenüber dem Koordina
tensystem ausgerichtet bzw. orientiert, wie durch den Block 222
angezeigt ist. Die sich bewegende optische Anordnung kann zu
jeder gewünschten Stelle auf bzw. an dem Halbleiter-Wafer bewegt
werden.
Wenn kein unterscheidendes Merkmal ermittelt wird, wie durch den
Block 224 angedeutet ist, wird die sich bewegende optische An
ordnung zu einem benachbarten bzw. naheliegenden Übergang be
wegt, bis ein unterscheidendes Merkmal ermittelt wird. Die durch
die Blöcke 218 und 220 angedeutete Schleife wird dann wieder
holt, bis ein unterscheidendes Merkmal ermittelt wird.
Nun wird auf die Fig. 4 Bezug genommen, die ein Flußdiagramm
darstellt, welches ein zweites Verfahren zum Bestimmen einer
gewünschten Lage bzw. Stelle bzw. eines Ortes auf bzw. an einem
Halbleiter-Wafer gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Flußdiagramm der Fig. 4
stellt ein Verfahren zur Verwendung des Systems der Fig. 2 in
Übereinstimmung mit einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Das Verfahren sieht typischer
weise eine Ermittlungsgenauigkeit von ungefähr 1 Mikrometer vor.
Um das Verfahren der Fig. 4 ähnlich zu dem Verfahren der Fig. 3
zu verwenden, wird der Wafer 10 zum Beispiel durch eine Bedie
nungsperson auf dem Tisch des Systems 100 positioniert. Wie oben
beschrieben ist, sieht diese manuelle Positionierung den Mittel
punkt des Halbleiter-Wafers mit einer Ungenauigkeit von etwa 1
Millimeter mit Bezug auf dessen Tisch oder auf die sich bewegen
de optische Anordnung vor.
Die sich bewegende optische Anordnung 104 wird dann über dem
Mittelpunkt bzw. oberhalb des Mittelpunktes des Wafers positio
niert. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ge
startet, wie durch Block 302, welcher ähnlich dem Block 202 ist,
angezeigt ist.
Gemäß dem Verfahren der Fig. 4 werden zunächst die Hauptrichtun
gen des Halbleiter-Wafers 10, d. h. die Richtung der Anreißli
nien, vorzugsweise relativ zu dem Koordinatensystem des Tisches
bestimmt, wie durch Schritt 304 angezeigt ist. Die Ausrichtung
bzw. Orientierung kann durch einen Drehwinkel relativ zu dem
Koordinatensystem des Tisches ausgedrückt werden.
Der Schritt 304 ist ähnlich zu dem Schritt 204 (Fig. 3). Die
relative Ausrichtung der Anreißlinien relativ zu dem Koordina
tensystem des Tisches kann durch jedes geeignete Verfahren be
stimmt werden, wie im einzelnen oben unter Bezugnahme auf das
Verfahren der Fig. 3 beschrieben ist.
Wenn die Richtung der Anreißlinien einmal bestimmt ist, wird die
sich bewegende optische Anordnung 104 (Fig. 2) zu einem der vier
erwarteten Lagen bzw. Stellen bzw. Orten bewegt, in bzw. an
welchen das asymmetrische Richtungsmerkmal 22 ermittelt werden
kann und wird ein Versuch unternommen, es in der (aus-)gewählten
Lage zu ermitteln, wie durch den Schritt 306 und im einzelnen
unten beschrieben ist.
Es ist ersichtlich, daß es typischerweise, da der Halbleiter-
Wafer im Mittelpunkt des Tisches obschon mit einer ungenügenden
Genauigkeit von etwa 1 Millimeter positioniert ist und da der
von der sich bewegenden optischen Anordnung 104 zurückgelegte
Abstand bekannt ist, bestimmt werden kann, ob sich das ermittel
te asymmetrische Richtungsmerkmal 22 an bzw. in einem der vier
zu dem Mittelpunkt des Wafers benachbarten Chips befindet.
Wenn die Ausrichtung des asymmetrischen Richtungsmerkmals 22 in
seiner Lage bzw. an seiner Stelle bekannt ist, wie in den Fig.
5A bis 5D gezeigt ist, ist es weiterhin ersichtlich, daß eine
Ermittlung des asymmetrischen Merkmals 22 eine Absolutlage auf
bzw. an den Wafer 10 vorsieht. Die Ausrichtung des asymmetri
schen Richtungsmerkmals 22 kann auf jede geeignete Weise, wie
durch Verwendung der optischen Anordnung 104, bestimmt werden,
bevor der Wafer 10 gescannt bzw. abgetastet und die Ausrichtung
des asymmetrischen Richtungsmerkmals 22 in bezug auf die Flach
stelle 11 ohne Bestimmung einer genauen Lage gespeichert werden,
wie in dem Verfahren beschrieben ist, welches durch die Fig. 4
dargestellt ist.
Die Fig. 5A bis 5D zeigen das asymmetrische Richtungsmerkmal 22
in vier verschiedenen Ausrichtungen bezüglich der Flachstelle
11. Die Fig. 5A bis 5D zeigen, daß, wenn das asymmetrische Rich
tungsmerkmal einmal ermittelt ist, dessen Ausrichtung bzw.
Orientierung mit Bezug auf die Hauptrichtungen des Wafers, d. h.
die Richtung der Anreißlinien, bekannt ist und eine einzelne
Lage bzw. Stelle bzw. ein einzelner Ort auf bzw. an dem Wafer
definiert ist.
Der Schritt 306 umfaßt eine Suche nach einem asymmetrischen
Richtungsmerkmal 22 auf jede geeignete Weise, wie die zwei unten
beschriebenen Weisen. Wenn das asymmetrische Richtungsmerkmal 22
ermittelt ist, wie durch den Schritt 308 angezeigt ist, wird die
genaue Lage auf bzw. an dem Halbleiter-Wafer zur Verfügung ge
stellt, wie durch 310 angedeutet ist. Wenn kein asymmetrisches
Richtungsmerkmal 22 in einer ersten Lage bzw. an einer ersten
Stelle ermittelt wird, wird die sich bewegende optische Anord
nung 104 zu einer zweiten Lage bzw. an eine zweite Stelle be
wegt, wie durch den Schritt 312 angezeigt ist.
Der Ermittlungsvorgang wird nun in den Schritten 306 und 308
wiederholt, um das asymmetrische Richtungsmerkmal 22 zu detek
tieren und eine genaue Lage bzw. Stelle bei 310 vorzusehen oder
die Bewegung der optischen Anordnung 104 zu einer dritten Lage
bzw. an eine dritte Stelle fortzusetzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung wird die optische Anordnung 104 zu einer einzelnen Position
in jeder Lage bzw. an jeder Stelle bewegt, werden die Schritte
zur Ermittlung 306 und 308 durchgeführt und fährt das Verfahren,
wenn nicht erfolgreich, in 312 fort, d. h. werden die Schritte
306, 308 und 312 wiederholt, nachdem das asymmetrische Rich
tungsmerkmal 22 in jeder möglichen Lage bzw. an jeder möglichen
Stelle einmal gesucht worden ist. Der Zyklus fährt fort, bis das
asymmetrische Richtungsmerkmal 22 in einer der vier erwarteten
Lagen bzw. an einer der vier erwarteten Stellen ermittelt wird,
wobei für jede Lage ein Versuch zur Ermittlung des Merkmals 22
pro Zyklus unternommen wird.
Alternativ umfaßt die Suche nach dem Merkmal in jeder Lage bzw.
an jeder Stelle eine Suche in einer Vielzahl von Lagen bzw.
Stellen in der Nachbarschaft der erwarteten Lage bzw. Stelle des
asymmetrischen Richtungsmerkmals 22, d. h. umfassen die Schritte
306 und 308 den Schritt zur Bewegung der optischen Anordnung 104
zwischen einer Vielzahl von Positionen innerhalb einer einzelnen
Lage bzw. Stelle, um das asymmetrische Richtungsmerkmal 22 zu
ermitteln. Die Schleife endet bei 310, wenn das asymmetrische
Richtungsmerkmal 22 ermittelt wird, und fährt bei 312 mit einer
zweiten Lage bzw. Stelle fort. Die Suche wird dann für die zwei
te Lage bzw. Stelle wiederholt. Wenn kein asymmetrisches Rich
tungsmerkmal 22 ermittelt wird, fährt das Verfahren in ähnlicher
Weise mit bzw. an der dritten und, wenn notwendig, der vierten
erwarteten Lage bzw. Stelle des asymmetrischen Richtungsmerkmals
22 fort.
Es ist ersichtlich, daß die unter Bezugnahme auf die Fig. 4
beschriebene Ausführungsform vorteilhaft ist, da eine absolute
Lage bzw. Stelle auf bzw. an dem Wafer 10 und ähnlicherweise
eine absolute Positionierung eines Gegenstandes darauf bzw.
daran durch Kennen der Ausrichtung eines einzelnen asymmetri
schen Richtungsmerkmals und dessen Ermittlung erreicht wird.
Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebenen bevorzugten Aus
führungsformen lediglich beispielhaft beschrieben sind und daß
zahlreiche Modifikationen dazu, die sämtlich in den Schutzbe
reich der vorliegenden Erfindung fallen, existieren. Ein nicht
beschränkendes Merkmal besteht darin, die sich bewegende opti
sche Anordnung 104 zu fixieren und den Tisch mit dem Halbleiter-
Wafer relativ dazu zu bewegen.
Es ist ebenso ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht
auf Halbleiter-Wafer ausschließlich beschränkt ist. Vielmehr
können sämtliche der oben beschriebenen Ausführungsformen und
jede Modifikation davon verwendet werden, um eine gewünschte
Lage bzw. Stelle jeder (Ober-)fläche zu ermitteln, die ein Ra
ster bzw. Gitter und ein unterscheidendes Merkmal in den Raster
übergängen bzw. Gitterübergängen aufweist.
Es ist durch den Fachmann zudem ersichtlich, daß die vorliegende
Erfindung nicht durch das beschränkt ist, was insbesondere oben
gezeigt und beschrieben worden ist. Vielmehr ist der Schutzbe
reich der Erfindung durch die Ansprüche definiert.
Claims (19)
1. Verfahren zum Bestimmen einer Lage auf einem Gegenstand,
wobei der Gegenstand auf seiner Oberfläche eine regelmäßige An
ordnung von im allgemeinen senkrechten Rasterlinien und eine
Vielzahl von Richtungsmerkmalen aufweist, mit folgenden Schrit
ten:
- a. Bestimmen der Richtungen der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines Bezugskoordinatensystems,
- b. Ermitteln eines Rasterüberganges, wobei der Abstand des Rasterüberganges von dem geometrischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche bekannt ist, und
- c. Ermitteln einer Richtung eines der Vielzahl von Richtungs merkmalen, wobei eine Lage des Rasterüberganges in dem Bezugs koordinatensystem bereitgestellt wird.
2. Verfahren zum Positionieren eines Gegenstandes, wobei der
Gegenstand auf seiner (Ober-)fläche eine regelmäßige Anordnung
von im allgemeinen senkrechten Rasterlinien und eine Vielzahl
von Richtungsmerkmalen aufweist, mit folgenden Schritten:
- a. Bestimmen der Richtungen der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines Bezugskoordinatensystems,
- b. Ermitteln eines Rasterüberganges, wobei der Abstand des Rasterüberganges von dem geometrischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche bekannt ist,
- c. Ermitteln einer Richtung eines der Vielzahl von Richtungs merkmalen, wobei eine Lage des Rasterüberganges in dem Bezugs koordinatensystem bereitgestellt wird, und
- d. Positionieren des Gegenstandes in Übereinstimmung mit der bereitgestellten Lage des Rasterüberganges.
3. Verfahren zum Bestimmen einer Lage auf einem Gegenstand,
wobei der Gegenstand auf seiner Oberfläche eine regelmäßige An
ordnung von im allgemeinen senkrechten Rasterlinien und wenig
stens ein asymmetrisches Richtungsmerkmal aufweist, mit folgen
den Schritten:
- a. Bestimmen der Richtungen der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines Bezugskoordinatensystems,
- b. Ermitteln eines asymmetrischen Richtungsmerkmals, wobei dessen Ausrichtung in bezug auf die Richtungen der Rasterlinien und der Abstand des asymmetrischen Merkmals und von einem geome trischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche bekannt sind, und
- c. Ermitteln einer Richtung des asymmetrischen Richtungsmerk mals, wobei eine Lage des asymmetrischen Merkmals in dem Bezugs koordinatensystem bereitgestellt wird.
4. Verfahren zum Positionieren eines Gegenstandes, wobei der
Gegenstand auf seiner Oberfläche eine regelmäßige Anordnung von
im allgemeinen senkrechten Rasterlinien und wenigstens ein asym
metrisches Richtungsmerkmal aufweist, mit folgenden Schritten:
- a. Bestimmen der Richtungen der Rasterlinien relativ zu der Richtung eines Bezugskoordinatensystems,
- b. Ermitteln eines asymmetrischen Richtungsmerkmals, wobei der Abstand des asymmetrischen Merkmals von einem geometrischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche bekannt ist,
- c. Ermitteln einer Richtung des asymmetrischen Richtungsmerk mals, wobei eine Lage des asymmetrischen Merkmals in dem Bezugs koordinatensystem vorgesehen ist, und
- d. Positionieren des Gegenstandes gemäß der vorgesehenen Lage des wenigstens einen asymmetrischen Richtungsmerkmals.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt zur Bestimmung vor dem Schritt zur
Bestimmung den Schritt einer Positionierung des Gegenstandes auf
einem Träger umfaßt, wobei das Koordinatensystem des Trägers das
Bezugskoordinatensystem ist, wobei im allgemeinen der geometri
sche Mittelpunkt der (Ober-)fläche mit dem Ursprung des Koor
dinatensystems des Trägers zusammenfällt, wobei sichergestellt
wird, daß der ermittelte Rasterübergang einer der zu dem geome
trischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche benachbarten Rasterüber
gänge ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt zur Ermittlung des Rasterüberganges
folgende Schritte umfaßt:
- a. Bewegen in einer mit einer Richtung der Rasterlinien koin zidenten Richtung, bis eine sich senkrecht zu der Richtung der Bewegung erstreckende Rasterlinie ermittelt wird, und
- b. Bewegen längs der ermittelten Rasterlinie, bis ein Raster übergang ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt zur Ermittlung der Richtung der Ra
sterlinien einen Schritt zur Verwendung einer Korrelationsfunk
tion zwischen einer Darstellung der (Ober-)fläche des Gegenstan
des und einer Darstellung eines Bezugs dazu umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Darstellung ein zweidimensionales Bild ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Darstellung eine eindimensionale Funktion ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich das Richtungsmerkmal in dem Rasterübergang
befindet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt der Bewegung zu einem unterschiedlichen Rasterübergang
für den Fall vorgesehen wird, daß das Richtungsmerkmal in dem
Übergang nicht ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Gegenstand ein Halbleiter-Wafer ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rasterlinien Anreißlinien zwischen Chips des Halbleiter-Wafers
sind und der Rasterübergang eine Anreißlinienüberschneidung ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt zur Bestimmung vor dem Schritt zur
Bestimmung den Schritt einer Positionierung des Gegenstandes auf
einem Träger umfaßt, wobei das Koordinatensystem des Trägers das
Bezugskoordinatensystem ist, wobei im allgemeinen der geometri
sche Mittelpunkt der (Ober-)fläche mit dem Ursprung des Koor
dinatensystems des Trägers zusammenfällt, wobei sichergestellt
wird, daß das ermittelte geometrische asymmetrische Merkmal zu
dem geometrischen Mittelpunkt der (Ober-)fläche benachbart ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt zur Ermittlung des wenigstens einen
geometrischen asymmetrischen Richtungsmerkmals folgende Schritte
umfaßt:
- a. Bestimmen, ob das asymmetrische Richtungsmerkmal in einer ersten Lage der (Ober-)fläche ermittelt wird,
- b. Bewegen zu einer zweiten Lage auf der (Ober-)fläche,
- c. Wiederholen der Schritte zur Bestimmung und Bewegung, bis das geometrische asymmetrische Richtungsmerkmal ermittelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt zur Bestimmung in einer einzelnen Position in jeder Lage
vor einer Bewegung durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt zur Bestimmung in einer Vielzahl von Positionen in jeder
Lage vor einer Drehung durchgeführt wird.
18. System, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Bestimmen einer Lage auf einem Gegenstand nach
einem der vorhergehenden Ansprüche.
19. System, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Positionieren eines Gegenstandes nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
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