Lösung mit Laser

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Lichttaste - Der sichere Umgang mit empfindlichen Gütern erfordert ein perfektes Zusammenspiel aller beteiligten Komponenten. Eine optimale Lösung lässt sich daher nur entwickeln, wenn die Hersteller der verschiedenen Bauteile von Anfang an zusammenarbeiten.

11. Februar 2007

Empfindliche, wertvolle Bauteile müssen besonders geschützt und vorsichtig behandelt werden. Ein gutes Beispiel dafür sind die Siliziumscheiben, die als Basis für die Herstellung von Halbleitern dienen. Diese so genannten Wafer werden in Reinräumen hergestellt und innerhalb des Reinraums zusätzlich in speziellen Kunststoffkassetten gelagert und zur jeweiligen Weiterbearbeitungsstation transportiert. Diese Front Opening Unified Pods (FOUP) genannten Kassetten lassen sich an ihrer Vorderseite öffnen, um die Waferscheiben zu entnehmen. Diese Aufgabe übernimmt ein Roboterarm. Damit dabei die empfindlichen Wafer nicht zu Schaden kommen, informieren Reflexionslichttaster den Roboter über die exakte Lage und Anzahl der Wafer pro Einlegefach. Die Anforderungen an diese Laser-Lichttaster sind dabei alles andere als trivial. So variiert die Reflexion der stark spiegelnden Oberflächen je nach ihrer Beschichtung. Zudem können Orientierungskerben und -flachstellen an den Wafern, so genannte Notches und Flats, die Auswertung stören.

Eine maßgeschneiderte Lösung speziell für die Detektion von 300-Millimeter-Wafern hat deshalb der Sensorikspezialist Baumer Electric aus Frauenfeld in der Schweiz entwickelt: Deren Lichttaster OHDM 16P5651 wird dazu mit definierter Geschwindigkeit senkrecht relativ zu Kassette bewegt und ermittelt so die Positionen der Waferscheiben. Zugleich erkennt der Sensor, wenn mehrere Scheiben im selben Fach liegen.

Bei der Entwicklung des Systems arbeiteten verschiedene Komponenten-Hersteller bereits in einer frühen Phase zusammen, da für diesen Spezialfall eine Reihe von besonderen Bedingungen gilt. Ein besonderes Problem ist in diesem Falle zum Beispiel die hoch glänzende Oberfläche der Wafer: Zwar reflektiert diese das Laserlicht sehr gut, allerdings wird das Licht dabei auch in viele verschiedene Richtungen gestreut, sodass in der Regel nur sehr wenig Licht zum Empfänger zurückkommt. Um dieses wenige Licht für die Messung auszunutzen, muss der Empfänger also sehr empfindlich sein. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass der Sensor das Restlicht der Überstrahlung von einem anderen Wafer mit einem Nutzsignal verwechselt. Dieses Problem lösten die Schweizer mithilfe eines zum Patent angemeldeten optisch-elektronischen Auswerteverfahrens, das die Spiegelungen und Überstrahlungen erkennt und ausfiltert.

Tolerant gegen Unregelmäßigkeiten

Mögliche Störungen durch die Reflexion an den Notches und Flats verhindert zudem eine Aufspreizung des Laserstrahls mithilfe einer Zylinderoptik in eine zu den Waferscheiben parallele Linie. Diese Linie liefert auch dann zuverlässige Ergebnisse, wenn die Waferkante kleine Unregelmäßigkeiten aufweist oder die Linie auf Notches oder Flats trifft. Zudem erkennt dieses System auch hervorstehende Wafer zuverlässig und erlaubt damit höhere Toleranzen bei der Position des Wafers.

Schräg liegende Wafer erkennt die Lösung durch den Einsatz eines zweiten Lichttasters, der auf gleicher Höhe im 45°-Winkel angeordnet ist. Ein eingebauter Mikroprozessor gewähr-leistet dabei, dass sich die Signale der beiden Sensoren nicht gegenseitig stören. Durch Vergleich der beiden Eingangssignale lässt sich unkompliziert ermitteln, ob die Wafer waagerecht oder schräg im Kassettenschacht liegen.

Die große Tastweite von 133 Millimeter erlaubt eine Montage der Sensoren außerhalb des Arbeitsbereichs des Greifarms. Die Hintergrundausblendung stellt dabei sicher, dass die Rückseite der Kassette das Messergebnis nicht beeinflusst, egal, welche Farbe sie hat oder ob sie beschriftet ist. Zur Installation des Sensors genügt es, ihn auf die Ebene der Waferscheibe zu positionieren, weitere Anpassungen sind nicht nötig.

Dr. Peter U. Halter, Baumer Electric

Erschienen in Ausgabe: 01/2007