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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Waferauflageplatte, geeignet zum Unterstützen eines
Wafers während
eines Halbleiterbildungsprozesses; spezieller bezieht sich die Erfindung
auf eine Waferauflageplatte, die die Positionslage des Wafer auf
der Auflageplatte während
einer Wärmebehandlung
oder anderen Halbleiterbildungsprozessen erkennen kann zum Erfassen,
ob der Wafer richtig auf der Auflageplatte positioniert ist.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Gegenwärtig tendieren Halbleiterwafer
zu immer größeren Abmessungen,
wobei die Her stellungstechniken zum Ausbilden der Wafer sich von 150
mm (sechs Zoll) Wafern, 200 mm (acht Zoll) Wafern und jetzt auf
300 mm (zwölf
Zoll) Wafer hin entvickelt haben. Die Zunahme der Wafergröße bedeutet
auch, daß die
Herstellungskosten jedes Wafers erhöht werden müssen, um mit neuen Technologien mitzuhalten.
Daher ist es unvermeidlich und nicht überraschend, daß die Halbleiterindustrie
hart daran gearbeitet hat, wie die Redundanzrate an bearbeiteten
Wafern während
des Herstellungsprozesses reduziert werden kann und auch daran,
das Verschmutzungsproblem zu minimieren, das aus einer ungeeigneten
Behandlung von beschädigten
Wafern resultiert.
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Eine Situation, in der Wafer beschädigt werden,
tritt hauptsächlich
dann auf, wenn die Wafer in einer Waferaufbewahrungskammer oder
einer Reaktionskammer bearbeitet werden, oder wenn die Wafer durch
einen Träger
zu verschiedenen Orten gebracht werden. In 1 ist eine allgemeine Waferauflagevorrichtung
nach einem üblichen
aus der Praxis bekannten Verfahren für die Herstellung von Wafern
gezeigt, wobei das gezeigte Waferherstellungssystem eine Auflageplatte 10 umfaßt. Zusätzlich sind zumindestens
drei tragende Aufstützungen 15 auf der
Auflageplatte 10 vorgesehen. Die tragenden Aufstützungen 15 sind
typischerweise nicht in einer Linie angeordnet; statt dessen sind
die tragenden Aufstützungen 15 in
Form eines n-Gons
angeordnet, wobei n ≥ 3
ist. Zum Beispiel zeigen 2a und 2b eine Hexagonanordnung der tragenden
Aufstützungen 15,
wobei ein Wafer 20 auf die Auflageplatte 10 gelegt
ist. Jede der Oberflächen 11 der
tragenden Aufstützungen
trägt den
Wafer 20 durch einen Kontakt mit dem Rand, und der Wafer
bildet eine Ebene parallel zu der Ebene, die durch die Auflageplatte
gebildet wird.
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Jedoch tendiert die Auflageplatte
und der automatische Manipulator, wie etwa ein mechanischer Arm,
der den Wafer trägt,
dazu, ihre Positionierungsgenauigkeit bei langer Laufzeit zu verlieren.
Als Folge kann der Wafer nicht auf vorbestimmten Positionen abgelegt
werden, und solch ein fehlgelagerter Wafer kann z. B. bei der Verarbeitung
in einer Reaktionskammer nicht zugelassen werden, weil eine ungleiche
Temperaturverteilung, chemische Abscheidung, erratische Belichtung,
Verkratzen, oder manchmal sogar ein Zusammenstoß zwischen Wafern auftreten kann,
was sogar zu einer Zerstörung
der Reaktionskammer führen
kann.
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Darüberhinaus werden defekte Wafer üblicherweise
nicht aussortiert, bis ein großer
Teil des Herstellungsprozesses ausgeführt wurde, was in anderen Worten
heißt,
daß die
Bedienperson oder der Ingenieur, der für die Durchführung des
Verfahrens verantwortlich ist, vor oder während dem Auftreten einer Störung nicht
gut informiert sein kann. Als Folge steigen die Herstellungskosten,
während
die angestrebte Lieferzeit verzögert
wird. Das angesprochene Problem wird weiter dadurch kompliziert,
daß der
Ingenieur oder die Bedienperson einen genauen Grund des Problems,
das den fehlerhaften Wafer erzeugt, nicht rückverfolgen kann, was die Lage
noch mehr kompliziert und daher die benötigte Zeit für eine Reparatur
verlängert.
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Die
US
5,473,424 offenbart eine Waferauflageplatte, bei der ein
Rechner als Eingangssignale die durch ein Interferometer ermittelten
Koordinatenwerte der Auflagenplatte empfängt.
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Die
WO 99/05705 A1 zeigt eine Vorrichtung zur
Bestimmung, ob ein Wafer innerhalb der Zelle einer Halbleiter-Prozesskammer
korrekt positioniert ist, wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle
und einen Lichtsensor sowie Anzeigemittel zur Positionsanzeige des
Wafers umfasst.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Um die oben beschriebenen Probleme
zu lösen,
stellt eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Waferauflageplatte bereit, umfassend eine
Mehrzahl von Meßeinrichtungen,
die die Positionslage des Wafers auf der Auflageplatte während einer
Wärmebehandlung
oder eines anderen Halbleiterbildungsverfahrens erkennen können, und
beurteilen, ob der Wafer richtig auf der Auflageplatte positioniert
ist. Zum Beispiel wird die Positionslage des bearbeiteten Wafers
durch die oben erwähnten
Meßeinrichtungen
als in einem regelwidrigen Zustand befindlich erfaßt, wird
die Bearbeitung sofort abgebrochen. Diese Vorsorgemaßnahme nach
der vorliegenden Erfindung stellt eine Sicherungsmaßnahme für die bearbeiteten
Wafer bereit, so daß keiner
derselben verkratzt oder sogar zerbrochen werden kann; weiterhin
stellt die vorliegende Erfindung einen schnellen Weg bereit, die
Ursache einer regelwidrigen Positionierung eines Wafers rückzuverfolgen, um
die Zeit zum Reparieren oder Einstellen einer Maschine zu verkürzen.
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Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine
für die
Halbleiterherstellung geeignete Waferauflageplatte bereit, umfassend
einen Auflagenplattenkörper,
zumindest drei auf dem Auflagenplattenkörper angeordnete tragende Aufstützungen
zum Aufnehmen und Tragen eines Wafers, zumindest drei Meßeinrichtungen,
von denen jede neben den tragenden Aufstützungen und in einem durch
die tragenden Aufstützungen
auf dem Auflagenplattenkörper
eingeschlossenen Gebiet angeordnet ist, zum Erfassen, ob alle tragenden
Aufstützungen
den Wafer richtig oder optimal tragen.
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Zusätzlich stellt eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Waferauflageplatte bereit, weiterhin
umfassend einen mit den Meßeinrichtungen
verbundenen Logikkreis, der durch die Meßeinrichtungen ausgelöst werden
kann, um den Halbleiterbildungsprozeß, der auf dem Wafer ausgeführt wird,
anzuhalten, sobald eine der Meßeinrichtungen eine
Regelwidrigkeit in der Positionslage des Wafers am Ort der tragenden
Aufstützungen
erfaßt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird durch
die ausführliche
Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen nachfolgend noch besser
verständlich gemacht.
Dies geschieht nur zur Illustration und soll die vorliegende Erfindung
daher nicht einschränken.
- 1 zeigt
eine herkömmliche
Waferauflagevorrichtung.
- 2a zeigt eine Schnittansicht der
herkömmlichen
Waferauflagevorrichtung der 1.
- 2b ist eine perspektivische Ansicht
der herkömmlichen
Waferauflagevorrichtung der 1.
- 3a zeigt eine perspektivische
Ansicht der Waferauflageplatte nach einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
- 3b ist eine perspektivische Ansicht,
die eine tragende Aufstützung
der Waferauflageplatte von 3a zeigt.
- 3c ist eine perspektivische Ansicht,
die die bevorzugte Positionslage eines Wafers, der durch eine tragende
Aufstützung
nach der vorliegenden Erfindung getragen wird, zeigt.
- 3d ist eine Draufsicht, die die
Positionslage des Wafers aus 3c zeigt.
- 4 ist eine Seitenansicht
eines Wafers auf einer Waferauflageplatte in einer bevorzugten Positionslage
nach der vorliegenden Erfindung.
- 5a zeigt eine andere Seitenansicht
eines Wafers auf der Waferauflageplatte, in der ein Beispiel einer
nicht akzeptablen Positionslage demonstriert ist.
- 5b zeigt eine andere Seitenansicht
eines Wafers auf der Waferauflageplatte, in der ein Beispiel einer
nicht akzeptablen Positionslage demonstriert ist.
- 5c zeigt eine weitere Seitenansicht
eines Wafers auf der Waferauflageplatte, in der ein Beispiel einer
nicht akzeptablen Positionslage demonstriert ist.
- 6 zeigt eine schematische
Darstellung eines Logikschaltkreises nach einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist ein Diagramm,
das die relevanten Logikpulsverläufe
zeigt, die durch entsprechende Laseremitter/detektor-Einheiten nach
der vorliegenden Erfindung ausgegeben werden.
- 8 ist ein Diagramm,
das die relevanten Logikpulsverläufe
zeigt, die durch entsprechende Laseremitter/detektor-Einheiten nach
der vorliegenden Erfindung ausgegeben werden.
- 9 ist ein Diagramm,
das die relevanten Logikpulsverläufe
zeigt, die durch entsprechende Laseremitter/detektor-Einheiten nach
der vorliegenden Erfindung ausgegeben werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nunmehr wird im Detail auf eine Wärmebehandlungsplatte
eines TRACK-Systems Bezug genommen, um die folgenden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in ihren optimalen Ausführungen
zu illustrieren. Jedoch können
Abwandlungen gemacht werden, ohne vom Geist und der Reichweite der
vorliegenden Erfindung abzuweichen; wobei die vorliegende Erfindung
auf verschiedene Ausrüstungsteile
angewandt werden kann, die eine ähnliche Funktion
haben, einschließlich
Einzel-Wafer- oder Multi-Wafer-Transportsysteme.
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Dementsprechend ist es eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, eine Mehrzahl von Meßeinrichtungen, wie etwa mindestens
drei Laseremitter/detektor-Einheiten auf der planen Oberfläche eines
tragenden Körpers
anzuordnen, um die Positionslage eines Wafers auf der Auflageplatte
zu erfassen, wie etwa das Vorhandensein des Wafers zu überprüfen und
zu erfassen, ob der Wafer auf der Auflageplatte überhängt oder schräg steht.
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Weiterhin ist es eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, einen mit den Laseremitter/detektor-Einheiten
verbundenen Logikschaltkreis bereitzustellen, zum Erzeugen einer
Reihe von Logikanweisungen an einen Herstellungsprozeß.
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Wie in 3a gezeigt,
wird eine Waferauflageplatte 10 eines TRACK-Systems für eine Wärmebehandlung
nach der bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt, wobei das TRACK-System ein Halbleiterlithographiegerät darstellt.
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Mit Bezug auf 3c wird
ein Wafer 20 durch einen automatischen Manipulator an die
Waferauflageplatte 10 des TRACK-Systems herangeführt. Dabei
umfaßt
die Waferauflageplatte 10, wie in 3d gezeigt,
sechs tragende Aufstützungen 30, die
darauf äquidistant
in einer hexagonalen Anordnung angeordnet sind. Dabei enthält jede
der tragenden Aufstützungen 30 eine
tragende Oberfläche 31 und
einen Anschlag 32, wie in 3b gezeigt.
Wenn der Wafer 20 auf die tragende Oberfläche 31 der
tragenden Aufstützung 30 gelegt
ist, ist es der Rand des Wafers 20, der getragen wird.
Mit Bezug auf 3c ist weiterhin für jede tragende
Abstützung 30 ein
Anschlag 32 vorgesehen, der nach oben vorspringend oben
auf jeder tragenden Oberfläche 31 zur
Beschränkung
der Bewegung des Wafer 20 in horizontaler Richtung vorgesehen
ist, welcher, wenn alle Anschläge 32 zusammenwirken,
den Wafer 20 am Herunterfallen von den tragenden Oberflächen 31 hindert.
Mit Bezug auf 3d umfaßt die vorliegende Erfindung
zuletzt sechs Laseremitter/detektorpaare 231, 232, 233, 234, 235,
und 236, die auf der Waferauflageplatte 10 neben
den tragenden Aufstützungen 30 angebracht
sind. Jedes Emitter/detektorpaar ist neben einer entsprechenden
tragenden Aufstützung 30 angeordnet
und befindet sich in größerer Nähe zur Mitte
der Auflageplatte als die entsprechende tragende Aufstützung 30.
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4 ist
eine Seitenansicht eines Wafers auf der Waferauflageplatte in einer
bevorzugten Positionslage nach der vorliegenden Erfindung. Die bevorzugte
Positionslage bedeutet, daß der
getragene Wafer vorzugsweise mit allen der tragenden Oberflächen der
sechs tragenden Aufstützungen 30 in
Kontakt steht, wobei die Mitte des Wafers auf die Mitte der direkt
darunter befindlichen Auflageplatte ausgerichtet ist. Da jede der
sechs tragenden Aufstützungen 30 dieselbe
Höhe wie
die anderen aufweist, ist der auf den tragenden Aufstützungen 30 in
der bevorzugten Positionslage getragene Wafer offensichtlich parallel
zur Unterseite der Auflageplatte und ist daher eben ausgerichtet.
Dadurch kann, wenn der Wafer in der TRACK-Wärmebehandlungskammer geglüht wird,
die Wärme
gleichmäßig über den
Wafer verteilt werden.
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5a, 5b, 5c zeigen
jeweils eine Seitenansicht eines Wafers 20 auf einer Waferauflageplatte 10,
wobei Beispiele von nicht akzeptablen Positionslagen demonstriert
werden. Die gezeigte Versetzung des Wafers kann aus einem Verlust
an Positionierungsgenauigkeit in einem mechanischen Arm resultieren.
Die nicht akzeptable Positionslage kann darin bestehen, daß ein Teil
des Wafers auf einem oder mehreren der Anschläge 32 aufliegt, wodurch
der Abstand zwischen dem Wafer und der Unterseite der Auflageplatte
an verschiedenen Stellen ungleich ist. Als Folge ergibt sich eine
schlechte Gleichförmigkeit der
Wärmeabsorption
durch den Wafer, wenn der Wafer geglüht wird, was zu CD Ungleichmäßigkeiten im
späteren
Prozeß führt. Somit
wird die Ausbeuterate gesenkt und die Wafer könnten sogar aussortiert werden
müssen.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung eines Logik-Schaltkreises nach einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Danach umfaßt der gezeigte Logik-Schaltkreis
ein UND-Gatter 40, das sechs Eingänge und einen Ausgang enthält; darin
sind die sechs Eingänge
mit den entsprechenden Laseremitter/detektorpaaren 231, 232, 233, 234, 235 und 236 verbunden.
Zusätzlich umfaßt der Logik-Schaltkreis
einen Stromschalter 42, der einen Herstellungsprozeß für die Wafer
ermöglicht,
wenn jedes der Laseremitter/detektorpaare ein Signal auf hohem Pegel
einer logischen 1 gleichzeitig an das UND- Gatter 40 ausgibt,
um den Stromschalter 42 bei einem Logiksignal auf hohem
Pegel zu schließen
und um das Fließen
eines Stromes I zu erlauben. Auf der anderen Seite, wenn irgendeines
der oben beschriebenen Laseremitter/detektorpaare ein Signal auf
niedrigem Pegel einer logischen 0 an das UND-Gatter 40 ausgibt,
gibt das UND-Gatter 40 ein Signal auf niedrigem Pegel aus,
um den Stromschalter 42 zu öffnen, was den laufenden Herstellungsprozeß abschaltet.
Die Betriebsweise des Logik-Schaltkreises ist mit Bezug auf 6 wie folgt weiter erläutert.
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Mit Bezug auf 4 und 7 ist
ein Wafer 20 in einer bevorzugten Positionslage auf die
Waferauflageplatte 10 gelegt. Wenn jede der sechs Laseremitter/detektor-Einheiten 231, 232, 233, 234, 235 und 236 gleichzeitig
einen Laserstrahl L1 aussendet, fällt der Strahl vertikal auf
die Unterseite des Wafers. Nach einer teilweisen Absorption durch
den Wafer 20 wird jeweils ein Laserstrahl L2 von dem Wafer 20 auf die
entsprechende Laseremitter/detektor-Einheit reflektiert. Da die
Laserstrahlen von den sechs Laseremitter/detektoreinheiten 231, 232, 233, 234, 235 und 236 gleichzeitig
ausgesandt werden, werden die sechs Laserstrahlen alle gleichzeitig
zu den entsprechenden sechs Laseremitter/detektor-Einheiten 231, 232, 233, 234, 235 und 236 reflektiert,
falls der Wafer in einer korrekten Position auf die Waferauflageplatte 10 gelegt
ist. Weiter sendet dann jede der sechs Laseremitter/detektor-Einheiten 231, 232, 233, 234, 235 und 236 eine
logische 1 an das UND-Gatter 40, synchron in einer
Zeitspanne von t1 bis t2, wie in 7 gezeigt.
Nachdem das UND-Gatter jedes der von den sechs Laseremitter/detektor-Einheiten 231, 232, 233, 234, 235 und 236 ausgegebene
Signal 1 empfängt,
gibt das UND-Gatter ein Signal auf hohem Pegel einer logischen 1 aus,
um den Stromschalter 42 zu schalten und so den Herstellungsprozeß für die Wafer 20 zu
ermöglichen.
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Nunmehr mit Bezug auf 5a und 8, ist
der in 5a gezeigte Wafer 20 nicht
korrekt auf die Waferauflageplatte 10 gelegt, so daß ein Winkel φ zwischen
der Waferauflageplatte 10 und dem Wafer 20 entsteht,
und daß einer
der Anschläge 32 von dem
Wafer 20 überkreuzt
wird. Unter diesen Umständen
kann der Laserstrahl, der beispielsweise von dem Laseremitter/detektor 231 ausgesandt
wird, nicht auf die Unterseite des Wafers 20 fallen und
zurückreflektiert
werden. Als Folge fallen nur fünf
der sechs Laserstrahlen, die gleichzeitig von den sechs Laseremitter/detektor-Einheiten 231, 232, 233, 234, 235 und 236 ausgesandt werden,
auf die Unterseite des Wafers 20 unter einem kleinen Winkel φ. Weil der Winkel φ so klein
ist, daß die
reflektierten Strahlen noch von den Laseremitter/detektor-Einheiten
erfaßt werden,
nachdem sie teilweise von der Unterseite des Wafers absorbiert wurden,
was wiederum die fünf
Laseremitter/detektoreinheiten 232, 233, 234, 235 und 236 auslöst, jeweils
gleichzeitig in der Zeitspanne von t1 bis t2 ein Logiksignal 1 an
das UND-Gatter 40 abzusenden. Jedoch, da die Laseremitter/detektor-Einheit 231 einen
reflektierten Laserstrahl nicht erfassen kann, antwortet die Laseremitter/detektor-Einheit 231 daher
durch das Aussenden eines Logiksignals 0 an das UND-Gatter.
Nachdem das UND-Gatter 40 gemischte Signale aus logisch 1 und 0 von
den sechs Laseremitter/detektoreinheiten 231, 232, 233, 234, 235 und 236 erhalten
hat, gibt es dann ein Signal auf niedrigem Pegel einer logischen 0 aus,
um den Stromkreis 42 zu öffnen und so den laufenden
Herstellungsprozeß für Wafer
abzuschalten.
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Mit Bezug auf 5b und 9 wird ein weiteres Beispiel
einer nicht akzeptablen Projektionslage gezeigt, in der ein Wafer 20 inkorrekt
auf die Waferauflageplatte 10 gelegt ist, was bewirkt,
daß ein Winkel φ zwischen
dem Wafer 20 und der Waferauflageplatte 10 gebildet
wird. Mit Bezug auf 5b kreuzt der
Wafer 20 über
zwei der Anschläge 32 und bildet
einen Winkel φ zwischen
dem Wafer 20 und der Waferauflageplatte 10, der
zu groß ist,
daß Laserstrahlen
auf drei Laseremitter/detektor-Einheiten 234, 235 und 236 einfallen.
Das heißt,
nur drei der sechs Laseremitter/detektoreinheiten 232, 233, 234, 235 und 236,
die gleichzeitig einen Laserstrahl aussenden, können wegen des großen Winkels φ einen Laserstrahl
auf die Unterseite des Wafers einstrahlen. Weiter kann nach Snell's Gesetz keiner der
reflektierten Laserstrahlen von den entsprechenden Laseremitter/detektor-Einheiten
empfangen oder erfaßt
werden. Als Ergebnis senden alle 6 Laseremitter/detektor-Einheiten 231, 232, 233, 234, 235 und 236 ein
Logiksignal 0 an das UND-Gatter 40. Nachdem das
UND-Gatter 40 jeweils ein Logiksignal 0 von den
Laseremitter/Detektor-Einheiten 231 bis 236 erhalten
hat, wird von dem UND-Gatter 40 ein Logiksignal 0 ausgegeben,
um den Stromschalter 42 zu öffnen, um so den laufenden
Herstellungsprozeß für Wafer
abzuschalten.
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Die oben beschriebenen Logikpulsverläufe, die
in 7 bis 9 gezeigt sind, können durch
einen Computer, wie etwa einen Personalcomputer oder einer Workstation,
die in das Herstellungssystem integriert sind, analysiert und erzeugt
werden, um die Ausgabe eines analysierten Ergebnisses an einen Techniker
oder Ingenieur, der das Herstellungssystem bedient, weiter aufzuwerten.
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Andere Arten oder Ausgestaltungen
von Emittern/Detektoren, einschließlich eines Mikroemitter-Detektors,
einer Lumineszenzdiode (LED) oder eines Laseremitter-Detektors etc.
können
hier auch eingesetzt werden, um dieselbe Funktion wie die oben erwähnten Emitter-Detektoreinheiten 231 bis 236 zu
erfüllen.
Daher stellt die vorliegende Erfindung einen schnellen Weg bereit,
um die Ursache einer regelwidrigen Positionierung eines Wafers zurückzuverfolgen,
um die Zeit für
die Reparatur oder Einstellung einer Maschine zu verkürzen.