WO2010124807A1 - Device for gauging forces impacting a semiconductor disk - Google Patents
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Abstract
The invention relates to a device for gauging forces impacting an essentially round semiconductor disk during transport or storage by way of a transport device used therefor, comprising a dual-part carrier, the shape and dimensions of which essentially correspond to the shape and dimensions of the semiconductor disk, so that both the device and the semiconductor disk can be transported with the transport device, or can be stored therein. The device further comprises a force sensor (3) connecting a first part (1) of the carrier being impacted by the forces (F) to be gauged to a second part (2) of the carrier converting the forces (F) impacting the first part (1) of the carrier to an electrical signal; a signal processing unit (4), which further processes the electrical signal generated by the force sensor (3); and an energy storage (6) supplying the force sensor (3) and the signal processing unit (4) with electrical energy.
Description
Vorrichtung zum Messen von Kräften, die auf eine Halbleiterscheibe wirken Device for measuring forces acting on a semiconductor wafer
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Transport oder der Lagerung einer im Wesentlichen runden Halbleiterscheibe durch eine dafür verwendete Transportvorrichtung auf die Halbleiterscheibe ausgeübt werden.The invention relates to a device for measuring forces which are exerted on the semiconductor wafer during transport or storage of a substantially round semiconductor wafer by means of a transport device used therefor.
Bei seiner Herstellung durchläuft eine Halbleiterscheibe verschiedenste Prozessschritte. Um die Anforderungen bezüglich Produktivität und Qualität erfüllen zu können, wird der Transport und die Handhabung größtenteils von Robotern durchgeführt .During its manufacture, a semiconductor wafer undergoes various process steps. To meet productivity and quality requirements, most of the transport and handling is done by robots.
Die Oberfläche der fertigen Halbleiterscheibe muss höchsten Anforderungen genügen, damit der Abnehmer der Halbleiterscheibe Halbleiterbauelemente der aktuellen Generation darauf produzieren kann. Um ein Berühren der Fläche zu vermeiden, werden die Halbleiterscheiben fast ausschließlich mittelsThe surface of the finished semiconductor wafer must meet the highest requirements so that the consumer of the semiconductor wafer can produce semiconductor components of the current generation on it. To avoid touching the surface, the semiconductor wafers are almost exclusively by means of
Randgreifern transportiert. Die Notwendigkeit, immer geringere Strukturgrößen zu realisieren, führt bei den Bauelemente- Herstellern verstärkt zum Einsatz neuer Technologien (z.B. 193- nm-Immersionslithographie) , die auch im Bereich der Scheibenkante eine hohe Qualität voraussetzen. Die zumTransported edge grippers. The need to realize ever smaller feature sizes has led to increased adoption of new technologies (for example, 193 nm immersion lithography) among component manufacturers, which also require high quality in the area of the edge of the window. The to
Transport der Halbleiterscheiben eingesetzten Randgreifer dürfen daher auch an der Scheibenkante nach Möglichkeit keine Schäden wie Kratzer, Abdrücke, Randausbrüche oder Kontaminationen verursachen.As a result, edge grippers that are used to transport the wafers must not cause any damage such as scratches, marks, edge breakouts or contamination at the edge of the window.
Eine entscheidende Einflussgröße ist dabei die Kraft, mit der das Greifelement gegen die Scheibenkante gedrückt wird. Der Stand der Technik (beispielsweise US5092645) kennt Kraftsensoren, die in die Greifelemente von Robotern integriert werden können. Diese werden zur Messung der von den
Greifelementen auf das zu greifende Werkstück ausgeübten Kraft und damit zur Steuerung des Roboters verwendet.A decisive influencing factor is the force with which the gripping element is pressed against the edge of the pane. The prior art (for example US5092645) has force sensors that can be integrated into the gripping elements of robots. These are used to measure the of the Gripping elements applied to the workpiece to be gripped force and thus used to control the robot.
Es sind jedoch nicht alle Roboter mit Kraftsensoren ausgestattet. Eine nachträgliche Ausrüstung ist unter Umständen sehr aufwendig. Insbesondere wenn die Kraftsensoren nicht dauerhaft für die Steuerung des Roboters, sondern nur zeitweise zu Testzwecken, beispielsweise zur Identifizierung der Ursachen von Kantendefekten, benötigt werden, kann dieser Aufwand nicht betrieben werden. Zudem werden Halbleiterscheiben im Zuge ihrer Herstellung oder im Rahmen der Lieferung an den Kunden in Kassetten transportiert. Auch beim Transport in Kassetten wirken Kräfte auf die Scheibenkanten, die zu Defekten führen können. Diese Kräfte sind einer Messung bisher nicht zugänglich.However, not all robots are equipped with force sensors. Subsequent equipment may be very expensive. In particular, if the force sensors are not permanently required for the control of the robot, but only temporarily for test purposes, for example, to identify the causes of edge defects, this effort can not be operated. In addition, semiconductor wafers are transported in cassettes as part of their manufacture or as part of the delivery to the customer. Even when transported in cassettes forces act on the window edges, which can lead to defects. These forces are not yet accessible to a measurement.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ohne großen Umrüstaufwand zum Messen von Kräften verwendet werden kann, die von verschiedensten Robotern oder auch Kassetten auf die Halbleiterscheiben ausgeübt werden.The invention therefore an object of the invention to provide a device that can be used without much retooling for measuring forces that are exerted by a variety of robots or cassettes on the semiconductor wafers.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Transport oder der Lagerung einer im Wesentlichen runden Halbleiterscheibe durch eine dafür verwendete Transportvorrichtung auf die Halbleiterscheibe ausgeübt werden, umfassendThis object is achieved by a device for measuring forces that are exerted on the semiconductor wafer during transport or storage of a substantially round semiconductor wafer by a transport device used therefor
- einen aus zwei Teilen bestehenden Träger, dessen Form und Abmessungen im Wesentlichen der Form und den Abmessungen der Halbleiterscheibe entsprechen, sodass die Vorrichtung wie die Halbleiterscheibe mit der Transportvorrichtung transportiert oder in ihr gelagert werden kann,a two-part support whose shape and dimensions substantially correspond to the shape and dimensions of the semiconductor wafer, so that the device, like the semiconductor wafer, can be transported or stored in the transport device,
- einen Kraftsensor, der einen ersten Teil des Trägers, auf den die zu messenden Kräfte wirken, mit einem zweiten Teil des
Trägers verbindet, und der die auf den ersten Teil des Trägers wirkenden Kräfte in ein elektrisches Signal umwandelt, - eine Signalverarbeitungseinheit, die das vom Kraftsensor erzeugte elektrische Signal weiterverarbeitet und - einen Energiespeicher, der den Kraftsensor und diea force sensor comprising a first part of the support, on which the forces to be measured act, with a second part of the Carrier connects, and converts the forces acting on the first part of the carrier forces into an electrical signal, - a signal processing unit, which further processes the electrical signal generated by the force sensor and - an energy storage, the force sensor and the
Signalverarbeitungseinheit mit elektrischer Energie versorgt.Signal processing unit supplied with electrical energy.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren im Detail beschrieben.The invention will be described in detail below with reference to figures.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Draufsicht.Fig. 1 shows schematically the structure of a device according to the invention in plan view.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Parallelbiegebalken-Kraftsensors, wie er im Rahmen derFig. 2 shows an exemplary structure of a parallel bending beam force sensor, as in the context of
Erfindung eingesetzt werden kann, in der Seitenansicht (oben) und der Draufsicht (unten) .Invention can be used in the side view (top) and the top view (bottom).
Erfindungsgemäß ist der Kraftsensor 3 in einen zweiteiligen Träger 1, 2 integriert, der die Form und Abmessungen derAccording to the invention, the force sensor 3 is integrated in a two-part carrier 1, 2, which has the shape and dimensions of
Halbleiterscheiben aufweist, deren Transport oder Handhabung untersucht werden soll. Soll beispielsweise der Einfluss des Transports von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm auf die Kanten dieser Scheiben untersucht werden, so weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls eine im Wesentlichen runde Form und einen Durchmesser von 300 mm auf. Jedenfalls ist die Vorrichtung so gestaltet, dass sie wie die entsprechende Halbleiterscheibe von Robotern gegriffen oder in Kassetten transportiert werden kann.Has semiconductor wafers whose transport or handling to be examined. If, for example, the influence of the transport of silicon wafers with a diameter of 300 mm on the edges of these wafers is to be examined, then the device according to the invention likewise has a substantially round shape and a diameter of 300 mm. In any case, the device is designed so that, like the corresponding semiconductor wafer, it can be grasped by robots or transported in cassettes.
Um die wirkenden Kräfte messen zu können, ist es notwendig, den Träger zweiteilig zu gestalten. Auf den ersten, in der Regel kleineren Teil 1 des Trägers, wirken die zu messenden Kräfte F. Der erste Teil 1 des Trägers ist mit dem zweiten Teil 2 ausschließlich über den Kraftsensor 3 verbunden, sodass die auf
den ersten Teil 1 des Trägers wirkenden Kräfte F durch diesen auf den Kraftsensor 3 übertragen und von diesem gemessen werden können. Da in den meisten Fällen Kräfte F gemessen werden müssen, die auf die Kante der Halbleiterscheiben einwirken, liegt der erste Teil 1 des Trägers vorzugsweise am Rand der Vorrichtung, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Kraftsensor 3 erzeugt ein der einwirkenden Kraft F entsprechendes elektrisches Signal, das an eine Signalverarbeitungseinheit 4 weitergeleitet wird. Es können übliche Kraftsensoren verwendet werden, beispielsweise Parallelbiegebalken-Kraftsensoren.In order to measure the forces acting, it is necessary to make the carrier in two parts. On the first, usually smaller part 1 of the carrier, the forces to be measured F. The first part 1 of the carrier is connected to the second part 2 exclusively via the force sensor 3, so that on the forces acting on the first part 1 of the carrier F can be transmitted by the latter to the force sensor 3 and measured by it. Since in most cases forces F must be measured which act on the edge of the semiconductor wafers, the first part 1 of the carrier is preferably located at the edge of the device, as shown in FIG. The force sensor 3 generates an electrical signal corresponding to the applied force F, which is forwarded to a signal processing unit 4. Conventional force sensors can be used, for example parallel bending beam force sensors.
Die übrigen Komponenten der Vorrichtung, beispielsweise die Signalverarbeitungseinheit 4 und der Energiespeicher 6 sowie ggf. ein Sender oder ein Datenspeicher 5 werden vorzugsweise auf dem größeren zweiten Teil 2 des Trägers untergebracht. Die Signalverarbeitungseinheit 4 sorgt dafür, dass das vom Kraftsensor 3 erzeugte elektrische Signal kontinuierlich oder in vordefinierten Intervallen ausgelesen und beispielsweise in einen Datenspeicher 5 geschrieben wird. Der Energiespeicher 6, vorzugsweise ein Akku, versorgt alle aktiven Komponenten der Vorrichtung mit elektrischer Energie. Die elektrischen Verbindungen sind in der Figur 1 mit 8 bezeichnet.The remaining components of the device, for example the signal processing unit 4 and the energy store 6 as well as possibly a transmitter or a data memory 5 are preferably accommodated on the larger second part 2 of the carrier. The signal processing unit 4 ensures that the electrical signal generated by the force sensor 3 is read continuously or at predefined intervals and written, for example, in a data memory 5. The energy store 6, preferably a rechargeable battery, supplies all the active components of the device with electrical energy. The electrical connections are designated 8 in FIG.
Die Komponenten der Vorrichtung (Signalverarbeitungseinheit 4, Energiespeicher 6 sowie, falls vorhanden, Datenspeicher 5,The components of the device (signal processing unit 4, energy storage 6 and, if present, data memory 5,
Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung, Echtzeituhr und ggf. weitere Komponenten) befinden sich aus Gründen der Reinraumtauglichkeit vorzugsweise entweder in einem Gehäuse oder sind mit einem geeigneten Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, vergossen (in Fig. 1 mit Bezugszeichen 7 bezeichnet) . Dadurch kann erreicht werden, dass die Vorrichtung in einem Reinraum der ISO-Klasse 4 nach ISO 14644-1 eingesetzt werden kann. Weiterhin werden für alle Teile der Vorrichtung, die bei den Tests mit Greifelementen (z.B. Randgreifern) oder Kassetten oder anderen Gegenständen im Reinraum in Berührung
kommen, nicht-kontaminierende Materialien verwendet. So wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass die gesamte Oberfläche der Vorrichtung frei von Metallen ist.Device for wireless data transmission, real-time clock and possibly other components) are for reasons of clean room suitability preferably either in a housing or with a suitable plastic, such as polyurethane, potted (in Fig. 1 denoted by reference numeral 7). It can thereby be achieved that the device can be used in a clean room of ISO Class 4 according to ISO 14644-1. Furthermore, for all parts of the device in the tests with gripping elements (eg edge grippers) or cassettes or other objects in the clean room in touch come using non-contaminating materials. Thus, it is preferably ensured that the entire surface of the device is free of metals.
Mit dieser Vorrichtung können der Betrag und der zeitliche Verlauf der Kräfte gemessen und aufgezeichnet werden, die die jeweils benutzten Transportvorrichtungen bei den verschiedensten Greif-, Transport- und Lagerungsvorgängen auf eine Halbleiterscheibe ausüben. Als Transportvorrichtung werden in diesem Zusammenhang alle Vorrichtungen bezeichnet, die für Transport und Lagerung von Halbleiterscheiben verwendet werden. Der Begriff umfasst sowohl die Greifelemente von Robotern als auch Kassetten, in denen Halbleiterscheiben transportiert oder gelagert werden. Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, dass sie nicht fest in eine bestimmte Transportvorrichtung integriert werden muss und dass sie auch für die Messung von in Kassetten wirkenden Kräften verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vielseitig einsetzbar. Der Aufwand zum Umrüsten von Robotern oder anderen Transportvorrichtungen entfällt.With this device, the amount and the time course of the forces can be measured and recorded, which exert the respective transport devices used in a variety of gripping, transport and storage operations on a semiconductor wafer. As a transport device in this context, all devices are referred to, which are used for transport and storage of semiconductor wafers. The term encompasses both the gripper elements of robots and cassettes in which semiconductor wafers are transported or stored. The main advantages of the device according to the invention are that it does not have to be firmly integrated into a specific transport device and that it can also be used for the measurement of forces acting in cassettes. The device according to the invention is versatile. The effort to retrofit robots or other transport devices is eliminated.
Um die beim Transport oder bei der Lagerung wirkenden Kräfte unter möglichst realistischen Bedingungen messen zu können, sollte die erfindungsgemäße Vorrichtung so weit wie möglich der entsprechenden Halbleiterscheibe nachgebildet werden. Dies betrifft vor allem folgende Eigenschaften: Form, Abmessungen (Durchmesser, Dicke) , Kantenprofil, Masse und die mechanischen Materialeigenschaften (z.B. Elastizitätsmodul) .In order to be able to measure the forces acting during transport or during storage under conditions which are as realistic as possible, the device according to the invention should as far as possible be reproduced from the corresponding semiconductor wafer. This mainly concerns the following properties: shape, dimensions (diameter, thickness), edge profile, mass and the mechanical material properties (for example modulus of elasticity).
Insbesondere liegt der Schwerpunkt der Vorrichtung vorzugsweise in der Mitte der Vorrichtung oder zumindest nahe der Mitte. Der Schwerpunkt einer runden Halbleiterscheibe, die in der Regel eine homogene Dicke aufweist, liegt auf der Mittelachse. Daher liegt vorzugsweise auch der Schwerpunkt der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Nähe des Punkts, der ohne Berücksichtigung
der durch die Zweiteiligkeit des Trägers und die zusätzlichen Komponenten reduzierten Symmetrie die Mittelachse darstellen würde, insbesondere innerhalb eines bezüglich des Trägers konzentrischen Kreises, dessen Radius 50 % des Radius des Trägers beträgt. Dies ist durch eine geeignete Anordnung der verschiedenen Komponenten auf dem Träger zu erreichen. Dadurch wird erreicht, dass die Vorrichtung plan aufliegt, nicht kippt und somit eine korrekte Messung der Kräfte gewährleistet ist.In particular, the center of gravity of the device is preferably in the middle of the device or at least near the middle. The center of gravity of a round semiconductor wafer, which as a rule has a homogeneous thickness, lies on the central axis. Therefore, preferably, the center of gravity of the device according to the invention in the vicinity of the point, without taking into account the symmetry reduced by the bipartite nature of the carrier and the additional components would represent the central axis, in particular within a circle concentric with the carrier, whose radius is equal to 50% of the radius of the carrier. This can be achieved by a suitable arrangement of the various components on the support. This ensures that the device rests flat, not tilting and thus a correct measurement of the forces is ensured.
Zudem sollte die auf die Fläche der erfindungsgemäßenIn addition, the should on the surface of the invention
Vorrichtung bezogene Massenverteilung möglichst homogen sein, d.h. es sollte keine ausgeprägten isolierten Teilmassen geben. Dies ist dadurch zu erreichen, dass die Komponenten der Vorrichtung in Relation zum Träger eine möglichst geringe Masse aufweisen. Außerdem ist aus diesem Grund eine dünne und flächig ausgedehnte Bauweise der Signalverarbeitungseinheit, des Energiespeichers, des Datenspeichers oder Senders und der ggf. vorhandenen weiteren Komponenten bevorzugt. Ein weiterer Vorteil der dünnen Bauweise ist, dass die Höhe oder Dicke der Vorrichtung in diesem Fall am wenigsten von der Dicke der entsprechenden Halbleiterscheibe abweicht und die Vorrichtung daher unter den an die dünnen Halbleiterscheiben angepassten räumlichen Verhältnissen am besten eingesetzt werden kann.Device related mass distribution should be as homogeneous as possible, i. There should be no pronounced isolated masses. This can be achieved in that the components of the device have as small a mass as possible in relation to the carrier. In addition, for this reason, a thin and extensively extended design of the signal processing unit, the energy storage device, the data memory or transmitter and possibly existing other components is preferred. Another advantage of the thin design is that the height or thickness of the device in this case differs least from the thickness of the corresponding semiconductor wafer and therefore the device can best be used under the spatial conditions adapted to the thin semiconductor wafers.
Vorzugsweise hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Masse, die der Masse der zu untersuchenden Halbleiterscheiben entspricht oder zumindest nicht stark davon abweicht. Vorzugsweise beträgt die Masse der Vorrichtung 50 bis 200 % der Masse einer entsprechenden Halbleiterscheibe. Damit wird vermieden, dass die Messergebnisse verfälscht werden und dass die Vorrichtung beispielsweise für bestimmte Randgreifer zu schwer wird.Preferably, the device according to the invention has a mass which corresponds to the mass of the semiconductor wafers to be examined or at least does not deviate greatly therefrom. Preferably, the mass of the device is 50 to 200% of the mass of a corresponding semiconductor wafer. This avoids that the measurement results are falsified and that the device is too heavy, for example, for certain edge gripper.
Die vorgenannten Anforderungen können gut erfüllt werden, wenn als Träger eine in zwei Teile geschnittene Halbleiterscheibe
der Art verwendet wird, deren Transport oder Handhabung untersucht werden soll. Dazu wird ein Teil einer geeigneten Halbleiterscheibe beispielsweise durch Fräsen oder Wasserstrahlschneiden herausgeschnitten. In diesem Fall ist die Masse der Vorrichtung insgesamt immer etwas höher als die Masse der entsprechenden Halbleiterscheibe, wobei aber die Masse der Vorrichtung in der Regel nicht mehr als doppelt so groß ist wie die Masse der Halbleiterscheibe.The aforementioned requirements can be met well if, as the carrier, a semiconductor wafer cut in two parts of the kind whose transport or handling is to be investigated. For this purpose, a part of a suitable semiconductor wafer is cut out, for example by milling or water jet cutting. In this case, the total mass of the device is always slightly higher than the mass of the corresponding semiconductor wafer, but the mass of the device is usually not more than twice as large as the mass of the semiconductor wafer.
Um die Forderung der identischen Masse noch besser zu erfüllen, kann für den Träger auch ein Material gewählt werden, das eine geringere Dichte aufweist als das Material, aus dem die Halbleiterscheiben bestehen. Auf diese Weise ist es möglich, die zusätzliche Masse der Komponenten der Vorrichtung durch eine geringere Masse des Trägers auszugleichen. Beispielsweise können Kunststoffe mit geeigneten Eigenschaften verwendet werden, z.B. Polyetheretherketon (PEEK) oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff.In order to better meet the requirement of the identical mass, a material can be selected for the carrier, which has a lower density than the material from which the semiconductor wafers consist. In this way it is possible to compensate for the additional mass of the components of the device by a lower mass of the carrier. For example, plastics having suitable properties may be used, e.g. Polyetheretherketone (PEEK) or a glass fiber reinforced plastic.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so gestaltet, dass sie möglichst universell zur Bestimmung der von den verschiedensten Transportvorrichtungen auf die Halbleiterscheiben ausgeübten Kräfte einsetzbar ist. Es kann jedoch erforderlich sein, den Aufbau der Vorrichtung an die Position und die Richtung der Krafteinleitung durch eine bestimmte Transportvorrichtung anzupassen. Wenn Kräfte an mehreren Stellen gleichzeitig auf die Kante der Halbleiterscheiben wirken und diese gemessen werden sollen, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mehrere erste Teile 1 des Trägers und eine entsprechende Anzahl von Kraftsensoren 3 (beispielsweise bis zu vier) an den erforderlichen Stellen aufweisen. Die restlichen Komponenten müssen in der Regel nur einfach vorhanden sein.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einen autarken Betrieb ausgelegt, d.h. es sind während der Messung keine Verbindungskabel zur Umgebung notwendig, weder zur Versorgung mit Strom noch zum Auslesen der Messdaten. Die Stromversorgung wird durch den Energiespeicher, vorzugsweise einen Akku (z.B. ein Lithium-Polymer-Akku) sichergestellt. Um eine Übertragungsleitung für die Messdaten zu vermeiden, gibt es zwei Möglichkeiten:Preferably, the device according to the invention is designed so that it can be used as universally as possible for determining the forces exerted by the most diverse transport devices on the semiconductor wafers. However, it may be necessary to adapt the structure of the device to the position and direction of the introduction of force by a particular transport device. If forces act simultaneously on the edge of the semiconductor wafers in several places and these are to be measured, the device according to the invention can also have a plurality of first parts 1 of the carrier and a corresponding number of force sensors 3 (for example up to four) at the required locations. The remaining components usually only have to be present in a simple way. Preferably, the device according to the invention is designed for self-sufficient operation, ie no connection cables to the environment are necessary during the measurement, neither for supplying current nor for reading out the measured data. The power supply is ensured by the energy storage device, preferably a rechargeable battery (eg a lithium polymer rechargeable battery). To avoid a transmission line for the measured data, there are two possibilities:
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßenA preferred embodiment of the invention
Vorrichtung weist einen Datenspeicher 5 (Fig. 1) auf, in dem die vom Kraftsensor 3 ermittelten und von der Signalverarbeitungseinheit 4 verarbeiteten Messdaten gespeichert werden. In diesem Fall ist zusätzlich eine Schnittstelle erforderlich, über die die Daten nach Beendigung der Messung ausgelesen werden können. Es eignen sich eine Vielzahl bekannter Standard-Schnittstellen, beispielsweise eine USB-Schnittstelle. Die USB-Schnittstelle kann zudem zum Laden des Energiespeichers verwendet werden. Alternativ kann dafür ein separater Anschluss vorgesehen sein.Device has a data memory 5 (FIG. 1) in which the measurement data determined by the force sensor 3 and processed by the signal processing unit 4 are stored. In this case, an additional interface is required via which the data can be read out after completion of the measurement. There are a variety of known standard interfaces, such as a USB interface. The USB interface can also be used to charge the energy storage. Alternatively, it may be provided for a separate connection.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform weist anstelle des Datenspeichers eine Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung auf, mit der die vom Kraftsensor ermittelten und von der Signalverarbeitungseinheit verarbeiteten Messdaten an einen externen Empfänger übermittelt werden können, vorzugsweise mittels elektromagnetischer Wellen. Auch hierfür können bekannte Übertragungstechniken wie beispielsweise Funk verwendet werden. Eine Standardschnittstelle für die Funkübertragung ist unter dem Namen Bluetooth® bekannt.Another preferred embodiment has, instead of the data memory, a device for wireless data transmission with which the measurement data determined by the force sensor and processed by the signal processing unit can be transmitted to an external receiver, preferably by means of electromagnetic waves. Again, known transmission techniques such as radio can be used. A standard interface for radio transmission is known as Bluetooth ®.
Die Frequenz der Datenerfassung und Speicherung oder Übertragung kann vorzugsweise beliebig vorgegeben werden. Die Signalverarbeitungseinheit ist daher vorzugsweise diesbezüglich programmierbar. Beispielsweise kann eine Datenerfassung
zwischen ein und 100 mal pro Sekunde eingestellt werden. Die Signalverarbeitungseinheit kann jedoch auch so programmiert sein, dass nur bei Überschreitung eines vordefinierten Schwellwertes für die gemessene Kraft ein Abspeichern oder eine drahtlose Übertragung der gemessenen Daten erfolgt. Wird anschließend der definierte Schwellwert wieder unterschritten, kann vorgesehen sein, dass das Abspeichern oder die Übertragung der Daten noch für eine definierte Zeitspanne fortgesetzt wird.The frequency of the data acquisition and storage or transmission can preferably be specified as desired. The signal processing unit is therefore preferably programmable in this regard. For example, a data collection between one and 100 times per second. However, the signal processing unit can also be programmed so that only when exceeding a predefined threshold value for the measured force storage or wireless transmission of the measured data takes place. If the defined threshold is subsequently fallen below again, it can be provided that the storage or transmission of the data is continued for a defined period of time.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich eine Echtzeituhr auf, sodass mit jedem Kraftmesswert auch die exakte Uhrzeit und ggf. das Datum der Messung gespeichert oder übertragen werden kann. Die Echtzeituhr wird ebenfalls vom Energiespeicher mit Strom versorgt.Preferably, the device according to the invention additionally has a real-time clock, so that the exact time and possibly the date of the measurement can be stored or transmitted with each force measurement. The real-time clock is also powered by the energy storage device.
Ausführungsbeispielembodiment
Eine Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm, einer Dicke von 780 μm und einer Masse von 130 g wurde als Träger für eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet. Aus derA silicon wafer with a diameter of 300 mm, a thickness of 780 μm and a mass of 130 g was used as a carrier for a device according to the invention. From the
Siliciumscheibe wurde durch Wasserstrahlschneiden ein Teil (wie in Fig. 1 dargestellt) herausgeschnitten. Dieser Teil, der den ersten Teil 1 des Trägers darstellt, wurde über einen Kraftsensor 3 wieder mit dem Rest der Siliciumscheibe (zweiter Teil 2 des Trägers) verbunden. Zur Kraftmessung werdenSilicon wafer was cut out by water jet cutting a part (as shown in Fig. 1). This part, which represents the first part 1 of the carrier, was reconnected via a force sensor 3 to the rest of the silicon wafer (second part 2 of the carrier). For force measurement
Dehnungsmessstreifen verwendet, die als Parallelbiegebalken- Sensor aufgebaut sind. Die maximale Kraftaufnahme des Sensors beträgt 50 N, seine Messgenauigkeit ± 0,1 N.Strain gauges used, which are constructed as a parallel bending beam sensor. The maximum power consumption of the sensor is 50 N, its measuring accuracy ± 0.1 N.
Die Vorrichtung weist darüber hinaus eineThe device also has a
Signalverarbeitungseinheit 4 (Komponenten: Datenlogger, Stromversorgung, Analog-Digital-Wandler) sowie einen Datenspeicher 5 (DataFlash) mit einer Kapazität von 16 MBit auf. Als Energiespeicher 6 dient ein Lithium-Polymer-Akku mit einer Kapazität von 1500 mAh und einer Spannung von 3,7 V, der
eine Akkulaufzeit von wenigstens 24 h bei Dauerbetrieb garantiert. Außerdem weist die Vorrichtung eine Echtzeituhr sowie eine USB-Schnittstelle zum Auslesen der Daten aus dem Datenspeicher, zum Laden des Akkus und zum Programmieren der Signalverarbeitungseinheit 4 auf.Signal processing unit 4 (components: data logger, power supply, analog-to-digital converter) and a data memory 5 (DataFlash) with a capacity of 16 MBit. As energy storage 6 is a lithium-polymer battery with a capacity of 1500 mAh and a voltage of 3.7 V, the guaranteed a battery life of at least 24 h in continuous operation. In addition, the device has a real-time clock and a USB interface for reading the data from the data memory, for charging the battery and for programming the signal processing unit 4.
Die Komponenten der Vorrichtung sind mit Polyurethan vergossen (7) und so auf dem zweiten Teil 2 des Trägers angeordnet, dass ihr Schwerpunkt exakt in der Mitte liegt. Die maximale Bauhöhe (ohne Träger) beträgt 8 mm. Die Masse der Vorrichtung beträgt einschließlich Träger 252 g. Die gesamte Vorrichtung ist reinraumtauglich, insbesondere einsetzbar in einem Reinraum der ISO-Klasse 4 nach ISO 14644-1.The components of the device are potted with polyurethane (7) and arranged on the second part 2 of the carrier, that their center of gravity is exactly in the middle. The maximum height (without carrier) is 8 mm. The mass of the device including carrier is 252 g. The entire device is cleanroom suitable, in particular usable in a cleanroom of ISO Class 4 according to ISO 14644-1.
Die Messvorrichtung ist auf die Messung von Kräften ausgelegt, die parallel zu den Flächen der Halbleiterscheiben senkrecht auf deren Kanten einwirken. Diese Kraft wird durch den ersten Teil 1 des Trägers aufgenommen und an den Kraftsensor 3 weitergeleitet. Der Aufbau des Parallelbiegebalken-Kraftsensors ist in Fig. 2 wiedergegeben. Der eigentlicheThe measuring device is designed to measure forces that act perpendicular to their edges parallel to the surfaces of the semiconductor wafers. This force is absorbed by the first part 1 of the carrier and forwarded to the force sensor 3. The structure of the parallel bending beam force sensor is shown in Fig. 2. The actual
Parallelbiegebalken 33 ist auf einer Seite mit einer Befestigungsvorrichtung 32 am zweiten Teil 2 des Trägers (siehe Fig. 1) befestigt. Auf der anderen Seite ist er über einen Bügel 34 mit einer weiteren Befestigungseinrichtung 31 und über diese mit dem ersten Teil 1 des Trägers verbunden. Die parallel zur Oberfläche des ersten Teils 1 des Trägers und senkrecht zu dessen Kante wirkenden Kräfte F werden über die Befestigungseinrichtung 31 auf den Bügel 34 übertragen. Durch die Belastung werden die beiden Balken des Parallelbiegebalkens 33 deformiert. Diese Deformation kann mittels nicht dargestellter Dehnungsmessstreifen gemessen werden. Die gemessene Spannung ist ein Maß für die einwirkende Kraft F.Parallel bending beam 33 is fixed on one side with a fastening device 32 on the second part 2 of the carrier (see Fig. 1). On the other hand, it is connected via a bracket 34 with a further fastening device 31 and via this with the first part 1 of the carrier. The forces F acting parallel to the surface of the first part 1 of the carrier and perpendicular to its edge are transmitted to the bracket 34 via the fastening device 31. Due to the load, the two beams of the parallel bending beam 33 are deformed. This deformation can be measured by means not shown strain gauges. The measured stress is a measure of the applied force F.
Die Signalverarbeitungseinheit 4 wertet kontinuierlich die vom Kraftsensor 3 bestimmten Messwerte aus. Wird ein vordefinierter
Schwellwert der Kraft überschritten, werden die entsprechenden Messwerte im Datenspeicher 5 abgelegt, bis der Schwellwert wieder unterschritten wird. Danach werden für eine festgelegte Zeitspanne weiterhin Messwerte in den Datenspeicher geschrieben. Mit jedem Kraft-Messwert wird zusätzlich Datum und Uhrzeit der Messung abgespeichert. Jeder Datensatz wird außerdem mit einer laufenden Zeilennummer versehen.The signal processing unit 4 continuously evaluates the measured values determined by the force sensor 3. Will be a predefined Threshold of the force exceeded, the corresponding measured values are stored in the data memory 5 until the threshold is fallen below again. Thereafter, readings are still written to the data store for a specified period of time. With each force measurement value, the date and time of the measurement is additionally stored. Each record is also provided with a running line number.
Die Frequenz der Datenspeicherung ist einstellbar im Bereich von 1 bis 100 Hz. Es kann zudem vorgegeben werden, ab welchem Schwellwert der gemessenen Kraft die Messwerte abgespeichert werden und wie lange die Nachlaufzeit nach erneutem Unterschreiten des Schwellwerts dauern soll. Die Signalverarbeitungseinheit 4 kann über die USB-Schnittstelle entsprechend konfiguriert werden.The frequency of the data storage can be set in the range from 1 to 100 Hz. It can also be specified from which threshold value of the measured force the measured values are stored and how long the follow-up time is to last after falling below the threshold again. The signal processing unit 4 can be configured accordingly via the USB interface.
Die beschriebene Vorrichtung zur Kraftmessung kann wie jede Halbleiterscheibe mit den oben angegebenen Abmessungen (insbesondere mit dem selben Durchmesser, der selben Dicke und dem selben Kantenprofil) mit Roboter-Greifern am ersten Teil 1 des Trägers gegriffen und transportiert und die dabei auf den ersten Teil 1 des Trägers wirkenden Kräfte gemessen werden. Außerdem kann die Vorrichtung mit dem ersten Teil 1 des Trägers voraus in Kassetten gestellt werden, die zur Lagerung oder zum Transport der entsprechenden Siliciumscheiben verwendet werden und die während der Lagerung oder während des Transports auf den ersten Teil 1 des Trägers wirkenden Kräfte gemessen werden.The described force measuring device, like any semiconductor wafer having the dimensions given above (in particular with the same diameter, the same thickness and the same edge profile), can be gripped and transported by robotic grippers on the first part 1 of the carrier and in this case onto the first part 1 the forces acting on the wearer are measured. In addition, the device can be placed in cassettes with the first part 1 of the support in advance, which are used for storage or transport of the corresponding silicon wafers and which are measured during storage or during transport forces acting on the first part 1 of the carrier.
Selbstverständlich können auch andere Formen des Trägers, andere Durchmesser, Dicken, Massen etc. durch erfindungsgemäße Messvorrichtungen nachgebildet werden. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch an andere Positionen und Winkel der Krafteinwirkung angepasst werden, sodass sie zur Bestimmung aller denkbaren Kräfte verwendet werden kann, die bei der Lagerung oder beim Transport auf eine Halbleiterscheibe
einwirken. Insbesondere können dadurch kritische Transportvorgänge identifiziert werden, bei denen so große Kräfte wirken, dass die Scheiben beschädigt werden.
Of course, other shapes of the carrier, other diameters, thicknesses, masses, etc. can also be simulated by measuring devices according to the invention. In addition, the device according to the invention can also be adapted to other positions and angles of the force, so that it can be used to determine all conceivable forces during storage or during transport to a semiconductor wafer act. In particular, this critical transport processes can be identified, which act so large forces that the discs are damaged.
Claims
1. Vorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Transport oder der Lagerung einer im Wesentlichen runden Halbleiterscheibe durch eine dafür verwendete Transportvorrichtung auf die Halbleiterscheibe ausgeübt werden, umfassend1. A device for measuring forces which are exerted during transport or storage of a substantially round semiconductor wafer by a transport device used thereon on the semiconductor wafer, comprising
- einen aus zwei Teilen bestehenden Träger, dessen Form und Abmessungen im Wesentlichen der Form und den Abmessungen der Halbleiterscheibe entsprechen, sodass die Vorrichtung wie die Halbleiterscheibe mit der Transportvorrichtung transportiert oder in ihr gelagert werden kann,a two-part support whose shape and dimensions substantially correspond to the shape and dimensions of the semiconductor wafer, so that the device, like the semiconductor wafer, can be transported or stored in the transport device,
- einen Kraftsensor (3), der einen ersten Teil (1) des Trägers, auf den die zu messenden Kräfte (F) wirken, mit einem zweiten Teil (2) des Trägers verbindet, und der die auf den ersten Teil (1) des Trägers wirkenden Kräfte (F) in ein elektrisches Signal umwandelt,a force sensor (3) which connects a first part (1) of the carrier to which the forces (F) to be measured are connected to a second part (2) of the carrier and which contacts the first part (1) of the carrier Carrier forces (F) converted into an electrical signal,
- eine Signalverarbeitungseinheit (4), die das vom Kraftsensor (3) erzeugte elektrische Signal weiterverarbeitet und- A signal processing unit (4) which further processes the electrical signal generated by the force sensor (3) and
- einen Energiespeicher (6), der den Kraftsensor (3) und die Signalverarbeitungseinheit (4) mit elektrischer Energie versorgt .- An energy store (6), which supplies the force sensor (3) and the signal processing unit (4) with electrical energy.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Schwerpunkt innerhalb eines bezüglich des Trägers konzentrischen Kreises liegt, dessen Radius 50 % des Radius des Trägers entspricht.2. Device according to claim 1, characterized in that its center of gravity lies within a circle concentric with respect to the carrier, whose radius corresponds to 50% of the radius of the carrier.
3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kantenprofil des Trägers mit dem Kantenprofil der Halbleiterscheibe identisch ist.3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the edge profile of the carrier with the edge profile of the semiconductor wafer is identical.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine in zwei Teile geschnittene Halbleiterscheibe ist. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier is a cut into two parts semiconductor wafer.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Masse 50 bis 200 % der Masse der Halbleiterscheibe beträgt.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that its mass is 50 to 200% of the mass of the semiconductor wafer.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (1) des Trägers am Rand der Vorrichtung liegt.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first part (1) of the carrier is located at the edge of the device.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Datenspeicher (5), in dem die von der Signalverarbeitungseinheit (4) ermittelten Daten gespeichert werden können.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized by a data memory (5) in which the signal processing unit (4) determined data can be stored.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung, mit der die von der8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized by a device for wireless data transmission, with which of the
Signalverarbeitungseinheit ermittelten Daten an einen externen Empfänger übermittelt werden können.Signal processing unit determined data can be transmitted to an external receiver.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Echtzeituhr, die es ermöglicht, jedem Kraft-Messwert eine Uhrzeit zuzuordnen, zu der der Messwert ermittelt wurde.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized by a real-time clock, which makes it possible to associate each force measurement with a time at which the measured value was determined.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Signalverarbeitungseinheit (4), der Energiespeicher (6) sowie, falls vorhanden, der Datenspeicher (5) , die Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung und die Echtzeituhr in einem Gehäuse befinden oder mit Kunststoff vergossen sind. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the signal processing unit (4), the energy store (6) and, if present, the data memory (5), the device for wireless data transmission and the real-time clock are in a housing or shed with plastic.
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