DE19601708A1

DE19601708A1 - Verfahren und System zum Bestimmen einer Lage auf einer Oberfläche eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE19601708A1
Application number: DE19601708A
Authority: DE
Inventors: Dan Eylon
Original assignee: Nova Measuring Instruments Ltd
Current assignee: Nova Ltd
Priority date: 1995-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 1996-07-18
Also published as: IL112313A0; US5682242A; FR2729216B1; JPH08298281A; IL112313A; FR2729216A1

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

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:

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:

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:

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.