DE19908980A1

DE19908980A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten eines Wafers

Info

Publication number: DE19908980A1
Application number: DE19908980A
Authority: DE
Inventors: Moshe Finarov
Original assignee: Nova Measuring Instruments Ltd
Current assignee: Nova Ltd
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 1999-11-25
Also published as: US6038029A; IL123575A0; FR2776421A1; IL123575A; JP2000068361A

Abstract

Ein Bearbeitungsgerät für Halbleiter, das in einer seiner Bearbeitungsstationen eine Ausrichtung eines Wafers ausführt, enthält ein optisches System, einen Verschiebemechanismus für den Wafer, eine Verschiebeeinheit für das Blickfeld und eine Einheit für die Bestimmung der Ausrichtung. Das optische System hat ein Blickfeld, das den Wafer erfaßt. Der Verschiebemechanismus für den Wafer bringt den Wafer wenigstens in eine vorgegebene Meßposition. Bei der vorliegenden Erfindung verschiebt die Verschiebeeinheit für das Blickfeld das Blickfeld relativ zum Wafer so, daß während eines Ausrichtungsvorgangs wenigstens ein Teil einer Waferkante erfaßt wird. Die Einheit für die Bestimmung der Ausrichtung ist während des Ausrichtungsvorgangs wirksam und bestimmt die Ausrichtung des Wafers aufgrund von Bildern, die von dem optischen System erzeugt werden, wenn dieses wenigstens einen Teil der Markierung erfaßt.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bearbeitung von Halblei tern im allgemeinen und Verfahren zum Ausrichten von Wafern in Bearbeitungsgeräten für Halbleiter, wie sie insbesondere in Fa briken zur Herstellung von Halbleitern verwendet werden.

Hintergrund der Erfindung

Bei vielen Typen von Bearbeitungsgeräten für Halbleiter ist es sehr wichtig, die Halbleiter-Wafer hinsichtlich einer internen Positionierung und/oder von Abbildungssystemen auszurichten. Die Ausrichtung erfordert üblicherweise die Berechnung von zwei wesentlichen Parametern: Die Wafer-Orientierung und die Abwei chung des Waferzentrums. Die Wafer-Orientierung wird gewöhnlich mit Hilfe einer Markierung auf dem Wafer gemessen, beispiels weise einer Ebene oder einer Kerbe, die zu bestimmten Kristall achsen in der Silizium-Unterlage orientiert ist.

Hier folgt eine kurze Bezugnahme auf die Fig. 1A, 1B und 1C. Die Fig. 1A und 1B zeigen Wafer mit einer Kerbe 10 bzw. einer Ebene 12 und die Fig. 1C Einzelheiten der Struktur einer Kerbe, die durch die Semiconductor Equipment and Materials In ternational (SEMI)-Normen für die Form eines Wafers definiert sind. Fig. 1A hat einen Kreis 14, der den äußeren Rand des Wa fers angibt, innerhalb dessen eine Bearbeitung oder Überwachung stattfinden kann. Die kleine Kerbe 10 befindet sich außerhalb des Kreises 14 und ist zu einer Orientierungs- oder Ver gleichsachse 16 des Wafers ausgerichtet. Fig. 1B zeigt, daß die Ebene 12 ebenfalls zu der Orientierungsachse 16 ausgerichtet ist.

Fig. 1C zeigt, daß die Kerbe 10 zwei Linien 20 und 22 aufweist, die sich unter einem Winkel von 90° schneiden, der durch die Orientierungsachse 16 halbiert wird. Die beiden Linien 20 und 22 treffen sich nicht in einem Punkt; sie sind vielmehr durch eine Kurve 24 verbunden.

Es gibt zwei übliche Methoden zum Ausrichten von Wafern bei der Herstellung von Halbleitern.

Die erste Methode erkennt die Mustereigenschaften, beispiels weise Reißlinien, auf einem Wafer. Eine solche Methode ist in der US-Patentschrift 5,682,242 beschrieben und basiert auf der Tatsache, daß die auf dem Wafer niedergelegten Muster exakt zum Zentrum und zu den Achsen des Wafers ausgerichtet sind. Dieses Verfahren gestattet grundsätzlich eine erfolgreiche und exakte Ausrichtung, es sei denn, daß der optische Kontrast oder die optische Auflösung nicht gut genug für das Erkennen der Mustereigenschaften ist oder daß ein ungemusterter Wafer, bei spielsweise ein Test- oder Kontrollwafer, ausgerichtet werden muß.

Das Ausrichten von ungemusterten Wafern ist während der Erzeu gung und Bearbeitung sehr oft erforderlich, vor allem für Meß- und Überwachungseinrichtungen, weil bei vielen Bearbeitungs schritten, beispielsweise beim chemisch-mechanischen Polieren (CMP), die exakte Ortsbestimmung des Meßpunktes wichtig für das Erkennen von Uneinheitlichkeiten ist, die dem Bearbeitungs schritt innewohnen.

Die zweite und meistbenutzte Methode erfordert eine zusätzliche Station vor der Meß- oder Überwachungsstation mit derselben Ausstattung. Das ist in Fig. 2 gezeigt, auf die jetzt kurz Be zug genommen wird.

Bearbeitungsgeräte, beispielsweise ein Meßinstrument, haben typischerweise drei Stationen, nämlich eine Kassettenstation 30 zum Empfang von Kassetten von einem anderen Teil der Einrich tung, einen Vor-Ausrichter 32, der den Wafer durch Auffinden der Markierung (d. h. einer Kerbe oder Ebene) ausrichtet, und eine Meßeinheit 34, die den Meßvorgang durchführt. Ein Roboter 36 befördert den zu überprüfenden Wafer von der Kassetten station 30 zum Vor-Ausrichter 32, wo der Wafer ausgerichtet wird, und dann zur Meßeinheit 34.

Ein Kerbensucher nach dem Stand der Technik, wie er in der US- Patentschrift 5,438,209 beschrieben ist, wird in der Fig. 3 ge zeigt, auf die jetzt Bezug genommen wird. Fig. 3 ist eine Kopie der Fig. 2 der US-Patentschrift 5,438,209.

Der Wafer W ist auf einem Tisch 1 angeordnet und wird schritt weise von einem Schrittmotor 2 gedreht. Ein längsgestreckter CCD-Sensor 3 ist längs der Kante des Wafers W und unterhalb von dieser angeordnet, um die Außenlinie des Wafers W zu ermitteln. Eine Lichtquelle 4 und ein optisches Systems 5 sind oberhalb des Wafers W angeordnet, um den Wafer und den längsgestreckten CCD-Sensor 3 zu beleuchten. Außerdem umfaßt das System Bildver arbeitungs- und CPU-Einheiten, die in Fig. 3 nicht dargestellt sind.

Der Schrittmotor 2 dreht den Wafer anfänglich mit relativ grober Teilung und relativ hoher Geschwindigkeit. Weil sich das vom CCD-Sensor 3 empfangene Bild ändert, wenn die Kerbe die Nachweiseinrichtung durchfährt, wird der Bereich der Kerbe er kannt. Danach dreht der Schrittmotor 2 den Wafer langsam mit einer feinen Teilung, so daß die Ortsdaten des äußeren Umfangs in der Nachbarschaft des Bereichs der Kerbe sehr genau bestimmt werden können. Die Lage der Kerbe wird aus den Ortsdaten des äußeren Umfangs berechnet und legt in umgekehrter Weise die Ausrichtung des Wafers und die Lage seines Zentrums fest.

Diese Methode hat zwei hauptsächliche Nachteile. Der erste ist der, daß der Transport des Wafers vom Vor-Ausrichter 32 (Fig. 2) zur Meßstation 34 wegen der mechanischen Toleranzen jedes Führungssystems, beispielsweise des Roboters 36, einen Verlust an Exaktheit verursacht, die Exaktheit des Roboters 36 ist typischerweise kleiner als diejenige des Vor-Ausrichters 32, die auf einer Bildverarbeitung beruht. Der zweite Nachteil ist, daß die zusätzliche Station einen zusätzlichen Standplatz benö tigt, der nicht immer verfügbar ist, besonders dann, wenn die Meßeinrichtung in eine Bearbeitungseinheit integriert werden muß.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Ausdruck "Bearbeitungsgeräte für Halbleiter" bezieht sich im weiteren auf Bearbeitungsgeräte, die in Fabriken zur Her stellung von Halbleitern verwendet werden, und schließt minde stens Bearbeitungs-, Überwachungs- und Meßsysteme ein. Der Aus druck "produktionsbezogener Arbeitsgang" bezieht sich im weite ren auf Arbeitsgänge, die in Fabriken zur Herstellung von Halbleitern vorgenommen werden, wofür Bearbeitung, Messen und Überwachen beispielhafte Arbeitsgänge sind. Der Ausdruck "Bearbeitungsstation" bezieht sich im weiteren auf eine Station, in der ein produktionsbezogener Arbeitsgang durchge führt wird.

Der Anmelder hat erkannt, daß die meisten Bearbeitungsgeräte für Halbleiter, ob für gemusterte oder ungemusterte Wafer, viele Untersysteme haben, die ebenfalls für die Ausrichtung von Wafern benutzt werden können. Beispielsweise kann das Bearbei tungsgerät für Halbleiter eine Wafer-Positionier-Einheit, eine Bildaufnahmeeinheit und eine Bildverarbeitungseinheit ein schließen, die alle auch einen Teil von Wafer-Ausrichtungsein heiten nach dem Stand der Technik bilden.

Die Anmelder haben erkannt, daß die Bearbeitungsstation eben falls zum Ausrichten von Wafern benutzt werden kann.

Deshalb wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung ein Bearbeitungsgerät für Halbleiter vorge schlagen, das die Ausrichtung eines Wafers in einer von dessen Bearbeitungsstationen zuläßt. Die Bearbeitungsstation umfaßt ein optisches System, einen Verschiebemechanismus für den Wa fer, eine Verschiebeeinheit für das Blickfeld und eine Einheit für die Bestimmung der Ausrichtung. Das optische System hat ein Blickfeld, das den Wafer erfaßt. Der Verschiebemechanismus für den Wafer bringt den Wafer wenigstens in eine vorgegebene Meß position. Bei der vorliegenden Erfindung verschiebt die Ver schiebeeinheit für das Blickfeld dieses relativ zum Wafer so, daß mindestens ein Teil einer Waferkante während eines Ausrich tungsvorganges zu sehen ist. Die Einheit für die Bestimmung der Ausrichtung ist während des Ausrichtungsvorganges wirksam und legt die Ausrichtung des Wafers aufgrund von Bildern fest, die von dem optischen System erzeugt werden, wenn dieses wenigstens einen Teil der Markierung sieht.

Außerdem umfaßt die Einheit zur Bestimmung der Ausrichtung ge mäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung eine Muster-Erkennungseinheit, die das Muster der Markie rung erkennt, und eine Ausrichtungseinheit, die die Ausrichtung des Wafers aufgrund der Ausgangssignale der Muster- Erkennungseinheit festlegt.

Darüber hinaus umfaßt die Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch eine bewegliche Vor-Ausrichtungseinheit, die abseits der Meßposition angeordnet ist. Beispielsweise umfaßt die Vor-Ausrichtungseinheit einen Markierungsdetektor, beispielsweise einen Optokoppler-Detektor, für die Ermittlung des ungefähren Aufenthaltsortes der Markie rung.

Weiterhin kann die Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung eine Beleuchtungseinrich tung umfassen, die während der Ausrichtung die Oberfläche der Waferkante beleuchtet, die derjenigen gegenüberliegt, die das optische System sieht.

Noch weiter umfaßt der Verschiebemechanismus für den Wafer ge mäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung eine Drehvorrichtung, die wirksam ist, wenn sich der Wafer in der Vor-Ausrichtungseinheit befindet.

Darüber hinaus umfaßt das optische System gemäß einer bevorzug ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine CCD-Kamera.

Schließlich umfaßt die Bearbeitungsstation gemäß einer bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein optisches Fenster, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Wafers und durch das das optische System den Wafer sieht.

Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung auch ein Verfahren zur Festlegung der Ausrichtung eines Wafers vorgeschlagen, der mit einer Markierung versehen ist. Das Verfahren umfaßt die Schritte, einen Wafer zu einer Bearbeitungsstation zu bringen, den Wafer in einer vorgegebenen Meßposition zu halten, das Blickfeld eines optischen Systems in der Nähe einer Waferkante zu verschieben, bis das optische Sy stem wenigstens einen Teil der Markierung sieht, mit dem opti schen System Bilder aufzunehmen und die Ausrichtung des Wafers aufgrund derjenigen Bilder festzulegen, die erzeugt werden, wenn das optische System mindestens einen Teil der Markierung sieht.

Außerdem umfaßt das Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Schritt des Brin gens den Schritt einer Vor-Ausrichtung des Wafers in einer be weglichen Vor-Ausrichtungseinheit, die abseits der Meßposition angeordnet ist. Der Schritt der Vor-Ausrichtung umfaßt typi scherweise den Schritt der Ermittlung des ungefähren Aufent haltsortes der Markierung, nach dem das Blickfeld des opti schen Systems zu dem ungefähren Aufenthaltsort der Markierung verschoben wird.

Kurzbeschreibung der Abbildungen

Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit den beige fügten Abbildungen im folgenden im Detail beschrieben und er läutert, wobei die Abbildungen folgendes zeigen:

Fig. 1A und 1B sind schematische Darstellungen von Wafern mit einer Markierung durch eine Kerbe bzw. eine Ebene;

Fig. 1C ist eine schematische Darstellung für die Definition einer Kerbe;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Stationen einer Überwachungs- oder Meßeinheit;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Kerbensuchers nach dem Stand der Technik;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Bearbeitungs station, die auch die Ausrichtung durchführt, aufge baut und wirksam gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine Aufsicht auf einen Wafer, die die Bereiche für Ausrichtung und produktionsbezogene Arbeitsgänge kennzeichnet, was nützlich für das Verständnis der Arbeitsweise der Station gemäß Fig. 4 ist;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines optischen Strahlenganges eines beispielhaften Schichtdickenmeß systems für dünne Schichten, wie es in die Bearbei tungsstation der vorliegenden Erfindung eingebaut werden kann;

Fig. 7A und 7B sind zwei schematische Darstellungen einer al ternativen Ausführungsform einer Bearbeitungsstation der vorliegenden Erfindung, die eine Vor-Ausrich tungseinheit aufweist, in zwei unterschiedlichen Zu ständen eines Arbeitsganges;

Fig. 7C ist eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 7B mit einer Beleuchtungseinrichtung;

Fig. 8A, 8B und 8C sind schematische Darstellungen eines Wafers in verschiedenen Zuständen seiner Ausrichtung, was nützlich für das Verständnis der Arbeitsweise der Bearbeitungsstation der Fig. 7A und 7B ist.

Detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung

Es wird nun Bezug genommen auf die Fig. 4, die eine erste be vorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, auf die Fig. 5, die deren Arbeitsweise hinsichtlich eines aus zurichtenden Wafers im Detail erläutert, und auf Fig. 6, die den optischen Strahlengang der vorliegenden Erfindung im Detail darstellt.

Fig. 4 zeigt die Bearbeitungsstation eines Bearbeitungsgerätes für Halbleiter, die auch die Ausrichtung durchführt, wobei die beispielhafte Arbeitsweise in Fig. 4 eine meßtechnische ist. Die meßtechnische Station kann irgendeine meßtechnische Station sein, beispielsweise das Integrierte Schichtdicken-Kontrollsy stem namens NOVASCAN 210, das von der Nova Measurement Systems Ltd. of Israel käuflich erworben werden kann. Die vorliegende Erfindung wird unter Verwendung der meßtechnischen Station, die die Dicke von dünnen Schichten auf einem Wafer mißt als bei spielhafte Ausführungsform beschrieben; es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Grundsätze der vorliegenden Erfindung in jedem Bearbeitungsgerät für Halbleiter angewendet werden kön nen, das Bildaufnahme und -verarbeitung benutzt.

Im allgemeinen weist die meßtechnische Station der Fig. 4 ein optisches Meßsystem 42 und eine Kontrolleinheit 44 auf, die die Bewegung und die Bildaufnahme des optischen Meßsystems 42 kon trolliert. Wenn das optische Meßsystem 42 den Wafer von unten sieht, wie im NOVASCAN 210 ITM, umfaßt die meßtechnische Sta tion ein optisches Fenster 46.

Der Wafer W wird typischerweise mittels eines Roboterarmes (hier nicht dargestellt), beispielsweise des Roboters 36 der Fig. 2, zur Station und dann durch einen Greifer 48 in die Meß position gebracht, wobei der Greifer 48 mit einem Vakuum-Saug halter 50 versehen ist, mit dem der Wafer W in der Meßposition gehalten wird. Beim NOVASCAN 210 ITM-System hält der Greifer 48 den Wafer W in einem Wasserbad in einer vorgegebenen Höhe D oberhalb des optischen Fensters 46. Es sei darauf hingewiesen, daß der Greifer 48 von einem Typ sein muß, der den Wafer in ei ner stabilen Lage hält. Solch ein Greifer ist in dem NOVASCAN 210 ITM-System vorhanden.

Das optische Meßsystem 42 enthält typischerweise eine optische Einheit 52, deren optischer Strahlengang im Detail in Fig. 6 gezeigt ist, ein Verschiebesystem 54, beispielsweise einen X-Y- Schlitten, und eine Bildverarbeitungseinheit 55, die einen Teil der Kontrolleinheit 44 ausbildet. Da die Fig. 4 eine Seitenan sicht darstellt, ist nur eine Dimension des X-Y-Schlittens 54 zu sehen; nichtsdestoweniger sei darauf hingewiesen, daß das Verschiebesystem 54 mindestens einige der optischen Elemente der optischen Einheit 52 in zwei Dimensionen unter dem Wafer W bewegt.

Im Gegensatz zu Stationen nach dem Stand der Technik führt die Bearbeitungsstation der vorliegenden Erfindung beides durch, die Ausrichtung des Wafers und den produktionsbezogenen Ar beitsgang des Bearbeitungsgerätes für Halbleiter. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, die eine Aufsicht auf den Wafer W ist, erfolgt die Ausrichtung entlang der Kanten des Wafers W in dem mit 60 ge kennzeichneten Bereich, während der produktionsbezogene Ar beitsgang im Zentralbereich des Wafers, der mit 62 gekennzeich net ist, durchgeführt wird. Fig. 4 zeigt diese beiden Bereiche ebenfalls an.

Während des Ausrichtungsvorganges verfährt das Verschiebesystem 54 (Fig. 4) die einschlägigen optischen Elemente genau entlang des Kantenbereichs 60 des Wafers, wobei diese jeweils einen kleinen Bereich 64 von der Waferkante erfassen. Die Fläche des Bereichs 64 wird durch das Blickfeld der Bildverarbeitungsein heit 55 festgelegt. Die Bildverarbeitungseinheit 55 verarbeitet die Daten von jedem Bereich 64, um festzustellen, wann die Mar kierung (hier dargestellt als eine Kerbe 10) in dem laufenden Bereich 64 auftaucht. Wenn nicht, bewegt das Verschiebesystem 54 die einschlägigen optischen Elemente weiter entlang des Kan tenbereichs 60, wie es durch den zweiten Bereich 64' angezeigt wird.

Die Bildverarbeitungseinheit 55 kann die Kerbe mit irgendeinem geeigneten Verfahren identifizieren. Beispielsweise kann die Bildverarbeitungseinheit 55 Mustererkennungselemente enthalten, die die Form der Kerbe erkennen. Für andere meßtechnische Sy steme kann es notwendig sein, zusätzliche Mustererkennungsein heiten hinzuzufügen. Nichtsdestoweniger verwenden sie die Bil der, die von dem optischen Meßsystem 42 als Eingabedaten er zeugt werden.

Die Bildverarbeitungseinheit 55 erzeugt Angaben über die Orte und Richtungen der Linien 20 und 22 (Fig. 1C), die die Kerbe 10 bestimmen. Ähnliche Angaben werden für die Ebene 12 erzeugt. Beispielsweise werden im Falle der Kerbe 10 die Linien 20 und 22 rückwärts bis zu ihrem Schnittpunkt verlängert, wie in Fig. 1C durch Strichlinierung gekennzeichnet. Der Winkel zwischen den Linien 20 und 22 wird berechnet (und sollte an sich ein rechter Winkel sein) und die Lage seiner Winkelhalbierenden durch den Schnittpunkt 25 festgelegt. Die Linie der Winkel halbierenden ist die Orientierungs-Vergleichsachse 16 des Wa fers.

Eine andere Methode zur Identifizierung der Kerbe ist die Iden tifizierung der Kurve 24. In dieser Ausführungsform vergleicht die Bildverarbeitungseinheit 55 die Kurve in jedem empfangenen Bild mit einer gespeicherten Referenzkurve 24. Wenn sich das Blickfeld entlang der Waferkante bewegt, sucht die Einheit 55 nach dem Bild, das eine maximale Entsprechung zwischen auf genommenem Bild und gespeicherter Referenzform liefert. Die Einheit 55 wechselt in typischer Weise die Orientierung und Lage der Referenzkurve, um die maximale Entsprechung pro Bild zu finden, und wählt dann das Bild aus, das entweder die wei testgehende Entsprechung oder einen Entsprechungswert oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liefert.

Die Orientierung des Wafers W ist damit ermittelt und das Zen trum des Wafers kann mit zusätzlichen Berechnungen ebenfalls aus der bekannten Form der Markierung bestimmt werden, wie es durch die SEMI-Norm vorgegeben ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ausrichtung durchgeführt wird, während der Wafer in der Bearbeitungsstation ist, und daß die Ausrichtung für den pro duktionsbezogenen Arbeitsgang aufrechterhalten wird, weil der Wafer sich zwischen der Ausrichtung und dem produktionsbezoge nen Arbeitsgang nicht bewegt. Der produktionsbezogene Arbeits gang kann nun im Bereich 62 (Fig. 5) des Wafers beginnen und wirksam werden.

Der optische Strahlengang für das beispielhafte NOVASCAN 210 ITM ist in Fig. 6 dargestellt und wird im weiteren kurz be schrieben. Der optische Strahlengang umfaßt eine Quelle weißen Lichtes 70, einen Lichtleiter 72, einen Kondensor 74, der das Licht auf einen Strahlteiler 76 leitet, eine Linse 78, ein ver schiebbares Objektiv 80 und die Waferebene W. Hinter dem Strahlteiler 76 ist ein Lochspiegel 82, eine Linse 84 und eine CCD-Kamera 86 angeordnet. Hinter dem Lochspiegel 82 befindet sich eine andere Linse 87, ein Spiegel 88 und ein Spektralpho tometer 90. Bei dem NOVASCAN 210 ITM wird nur die Objektivlinse 80 parallel zur Oberfläche des Wafers W verschoben, typischer weise gemeinsam mit einigen Spiegeln, die keine funktionellen Teile des optischen Strahlengangs sind.

Der Strahlteiler 76 empfängt einen Lichtstrahl 92, der von der Lichtquelle 70 ausgestrahlt wird, und lenkt ihn über die Linsen 78 und 80 auf den Wafer W. Der reflektierte Lichtstrahl (ohne Bezugszeichen) wird durch die Linsen 78 und 80 weitergeleitet, geht durch den Strahlteiler 76 und wird von dem Lochspiegel 82 zur CCD-Kamera 86 gelenkt, wo die Bildaufnahme stattfindet. Der Teil des Lichtes, der durch das Loch im Lochspiegel 82 hin durchgeht, erreicht das Spektralphotometer 90.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung unter Verwendung des NOVASCAN 210 ITM als Beispiel beschrieben worden ist. Nichtsdestoweniger können die Grundsätze der vorliegenden Erfindung in jedem Bearbeitungsgerät für Halbleiter angewendet werden, das mit einem Bildaufnahmesystem arbeitet.

Jetzt wird Bezug genommen auf die Fig. 7A, 7B, 7C, 8A, 8B und 8C, die eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, die eine Vor-Ausrichtungseinheit auf weist. Diese Ausführungsform ist nützlich, wenn die Ausrich tungszeit minimiert werden soll. Fig. 7A stellt eine Vor- Ausrichtungseinheit, die einen Teil der Bearbeitungsstation ausbildet, und ihre Beziehung zu dem optischen Fenster 46 dar (die übrigen Elemente der Bearbeitungsstation werden nicht ge zeigt), und die Fig. 7B und 7C zeigen die Bearbeitungsstation während zweier unterschiedlicher endgültiger Ausrichtungsmög lichkeiten. Die Fig. 8A, 8B und 8C stellen den Wafer in einem Anfangszustand (Fig. 8A), nach einer Vor-Ausrichtung (Fig. 8B) und während der endgültigen Ausrichtung (Fig. 8C) dar, wobei die beiden letzteren den in den Fig. 7A und 7B gezeigten Zu ständen entsprechen. Ähnliche Bezugszeichen entsprechen dabei ähnlichen Elementen.

In dieser Ausführungsform umfaßt die Bearbeitungsstation einen Greifer 110, der sich zusätzlich zu einer verfügbaren vertika len Verschiebung dreht (Pfeil 111), und eine Vor-Ausrichtungs einheit, die oberhalb des optischen Fensters 46 angeordnet ist und einen beweglichen Optokoppler-Detektor 112 enthält, der auf die Waferkante 60 ausgerichtet ist. Der Detektor 112 umfaßt eine punktförmige Beleuchtungseinrichtung 116, beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED), eine einzige Photodiode 118, eine Photodiodenlinse 119 und einen Verschiebemechanismus, der durch den Pfeil 121 gekennzeichnet wird. Der Verschiebemechanismus hält den Optokoppler-Detektor 112 und be wegt diesen von seiner Ruhestellung einwärts und auswärts über die Waferkante.

Die Fig. 7A zeigt den Optokoppler-Detektor 112 in einer ersten Meßstellung, in der er den Kantenbereich 60 des Wafers ein schließt, und Fig. 7B zeigt den Optokoppler-Detektor 112 in einer zweiten, nicht meßbereiten Stellung außerhalb des Blicks des optischen Meßsystems 42.

Im Betrieb bringt der Greifer 110 den Wafer W von einer Lade station zur Bearbeitungsstation und der Vakuum-Saughalter 50 hält den Wafer W auf dem Höhenniveau des Optokopplers 112. Der Optokoppler-Detektor 112 wird dann in die erste Stellung gemäß Fig. 7A gebracht. Fig. 8A stellt die ursprüngliche, zufällige Ausrichtung des Wafers W dar. Wie durch den Pfeil 120 in Fig. 8A angezeigt wird, dreht der Greifer 110 den Wafer W, bis die Markierung an dem Optokoppler-Detektor 112 vorbeiläuft, der dies dann der Kontrolleinheit 44 mitteilt.

Im speziellen Fall beleuchtet die punktförmige Beleuchtungsein richtung 116 (Fig. 7A) die Unterseite des Kantenbereichs 60 des Wafers W, während die einzige Photodiode 118 Signale oberhalb des Kantenbereichs 60 aufnimmt. Immer wenn sich die Markierung nicht zwischen den Elementen des Optokoppler-Detektors 112 be findet, kann kein Licht oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes von der punktförmigen Beleuchtungseinrichtung 116 die Photodi ode 118 erreichen. Nichtsdestoweniger, wenn die Photodiode 118 einmal ein deutliches Signal empfängt d. h. sich die Markierung zwischen den Elementen des Detektors 112 befindet, hält die Kontrolleinheit 44 die Drehung des Greifers 110 an. Der Wafer W ist nun in einer ungefähr bekannten Lage in der Nähe des De tektors 112 gemäß Fig. 8B, wobei seine präzise Orientierung aber noch unbekannt ist.

Der Optokoppler-Detektor 112 wird nun, wie in Fig. 7B gezeigt an die Seite der Bearbeitungsstation zurückgefahren und der Greifer 110 senkt den Wafer W auf die vorgegebene Höhe D ober halb des optischen Fensters 46 ab, das in der Objektivebene des Objektivs 80 (Fig. 6) angeordnet ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7B erfolgt die endgültige Ausrichtung unterhalb der Meßstellung des Optokoppler-Detektors 112 (Fig. 7A).

Wenn die Lage der Markierung nun ungefähr bekannt ist, kann der Wafer W in alternativer Weise auch gedreht werden, um die Mar kierung in eine Orientierung zu bringen, in der die endgültige Ausrichtung erfolgt. Dies ist in Fig. 7C dargestellt, wo die Markierung in einer Lage angeordnet ist, die derjenigen des Op tokoppler-Detektors 112 entgegengesetzt ist. Andere Lagen sind ebenfalls möglich und von der vorliegenden Erfindung einge schlossen.

Wie in den Fig. 7B und 7C gezeigt ist, fährt der X-Y-Schlitten 54 die einschlägigen optischen Elemente der optischen Einheit 42 nun unter die jetzt bekannte Lage der Markierung. Gemeinsam mit dem X-Y-Schlitten tastet die optische Einheit 42 dann die bekannte Nachbarschaft der Markierung ab. Die Abtastung wird in einem Bereich um die Markierung sehr enger Schrittfolge durch geführt. Fig. 8C zeigt den Abtastbereich, den Bereich 64, und das optische Fenster 46, das eine größere Fläche und einen grö ßeren Durchmesser hat als der Wafer W.

Wenn gewünscht und wie in Fig. 7C dargestellt, kann die Bear beitungsstation am Ort der endgültigen Ausrichtung und in der Nähe der Kante 60 des Wafers W eine Beleuchtungseinrichtung 100 enthalten. Die Beleuchtungseinrichtung 100 erhöht den Kontrast des Waferrandes gegenüber dem Wafer. Wenn gewünscht, kann die Beleuchtungseinrichtung 100, wie durch den Pfeil 102 angezeigt, verschiebbar sein, so daß sie während des produktionsbezogenen Arbeitsganges nicht an ihrem Platz ist.

Ein Bild der Markierung wird von der Bearbeitungsstation derart erzeugt, daß damit im allgemeinen eine genaue Position des Wa fers und seines Zentrums bestimmbar ist.

Es ist hervorzuheben, daß bei beiden bevorzugten Ausführungs formen die endgültige Ausrichtung am selben Ort durchgeführt wird an dem auch der produktionsbezogene Arbeitsgang erfolgt.

Es sei für den Fachmann darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist, was hier vorstehend im einzelnen gezeigt und beschrieben worden ist. Vielmehr ist der Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche defi niert.

Claims

1. Bearbeitungsgerät für Halbleiter, das in einer seiner Be arbeitungsstationen die Ausrichtung eines Wafers ausführt, wobei der Wafer eine Orientierungsmarkierung an seiner Kante aufweist und die Bearbeitungsstation ein optisches System mit einem Blickfeld, das den vorgenannten Wafer er faßt, einen Mechanismus, der den vorgenannten Wafer wenig stens in eine vorgegebene Meßposition bringt, und Mittel zum Verschieben des vorgenannten Blickfeldes relativ zum vorgenannten Wafer umfaßt, gekennzeichnet durch Mittel, die während eines Ausrichtungsvorganges wirksam sind und die Ausrichtung des Wafers aufgrund von Bildern bestimmen, die von dem optischen System erzeugt werden, wenn dessen Blickfeld wenigstens einen Teil der Markierung erfaßt, wobei die Mittel zum Verschieben während des Ausrichtungs vorganges das vorgenannte Blickfeld derart verschieben, daß zumindest ein Teil einer Waferkante erfaßt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Mittel zur Bestimmung der Ausrichtung Mittel zur Mustererkennung, die das Muster der Markierung erken nen, und Mittel zur Ausrichtung, die die Ausrichtung des Wafers aufgrund der Ausgangssignale der Mittel zur Mu stererkennung bestimmen, umfassen.

3. Gerät nach Anspruch 1, das außerdem eine bewegliche Vor-Ausrichtungseinheit ent hält, die abseits der Meßposition angeordnet ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, wobei die Vor-Ausrichtungseinheit einen Markierungsdetek tor zum Ermitteln der ungefähren Lage der Markierung um faßt.

5. Gerät nach Anspruch 4, wobei der Markierungsdetektor ein Optokoppler-Detektor ist.

6. Gerät nach Anspruch 3, das außerdem während des Ausrichtungsvorganges eine Be leuchtungseinrichtung aufweist, die eine erste Oberfläche der Waferkante beleuchtet, die einer zweiten, von dem op tischen System erfaßten Oberfläche gegenüberliegt.

7. Gerät nach Anspruch 3, wobei der Mechanismus Mittel zur Erzeugung einer Rotation umfaßt die wirksam sind, wenn sich der Wafer in der Vor- Ausrichtungseinheit befindet.

8. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Markierung entweder eine Kerbe oder eine Ebene ist.

9. Gerät nach Anspruch 1, wobei das optische System eine CCD-Kamera enthält.

10. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungsstation ein optisches Fenster ent hält, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Wafers und durch das das optische System den Wafer sieht.

11. Bearbeitungsgerät für Halbleiter, das in einer seiner Be arbeitungsstationen die Ausrichtung eines Wafers ausführt, wobei der Wafer eine Orientierungsmarkierung an seiner Kante aufweist und das Gerät folgendes umfaßt:

- ein optisches System mit einem Blickfeld, das den Wa fer erfaßt;
- einen Mechanismus, der den Wafer wenigstens in eine vorgegebene Meßposition bringt;
- Mittel zum Verschieben des Blickfelds relativ zum Wa fer derart, daß während eines Ausrichtungsvorgangs wenigstens ein Teil einer Waferkante erfaßt wird und während eines produktionsbezogenen Arbeitsganges Teile des Wafers innerhalb seiner Kanten erblickt werden; und
- Mittel, die während eines Ausrichtungsvorgangs wirk sam sind und die Ausrichtung des Wafers aufgrund von Bildern bestimmen, die von dem optischen System er zeugt werden, wenn dieses wenigstens einen Teil der Markierung erfaßt.

12. Verfahren zur Bestimmung der Ausrichtung eines Wafers, der eine entsprechende Markierung trägt, mit folgenden Verfah rensschritten:

- Bringen des Wafers zu einer Bearbeitungsstation;
- Halten des Wafers in einer vorgegebenen Meßposition;
- Verschieben des Blickfelds eines optischen Systems in der Nähe einer Waferkante, bis das optische System wenigstens einen Teil der Markierung erfaßt;
- Aufnahmen von Bildern durch das optische System; und
- Bestimmen der Ausrichtung des Wafers aufgrund derje nigen Bilder, die erzeugt werden, wenn das optische System wenigstens einen Teil der Markierung erfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Bestimmung den Schritt des Erkennens des Musters der Markierung umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, das außerdem nach dem Schritt des Bringens den Schritt ei ner Vor-Ausrichtung des Wafers in einer beweglichen Vor- Ausrichtungseinheit einschließt, die abseits der Meßposi tion angeordnet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt der Vor-Ausrichtung den Schritt der Er mittlung der ungefähren Lage der Markierung einschließt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Verschiebens den Schritt des Ver schiebens des Blickfelds des optischen Systems zu der un gefähren Lage der Markierung einschließt.