DD232348B1 - Vorrichtung zur optoelektronischen erfassung von schichtdicken - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Vorrichtung zur automatischen Erfassung von Schichtdicken mittels CCD-Linienkamera gestattet die selbsttätige Bestimmung von Abstanden optisch different ausgebildeter Strukturen und Linienabstande, insbesondere zur Bestimmung von Schichtdicken planarer Strukturen Die Vorrichtung wird insbesondere beim Messen der Schichtdicke von Glaslot auf Keramiksubstraten angewandt

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Zum Messen der о g und anderen vergleichsweise kleinen Objekte, die im Bildfeld eines Mikroskopes als Abstand erfaßt werden können, sind mehrere Vorrichtungen bekannt Dabei wird mit einem Meßnormal eine absolut zu bestimmende Meßzahl ermittelt und die gewonnenen Istwerte mit dieser Meßzahl verglichen Das manuelle Ablesen der durch die Messung gewonnenen Istwerte und das nachfolgende Vergleichen dieser mit dem Sollwert ist nicht nur umständlich und zeitraubend sondern auch von subjektiven Einflüssen der Bedienungsperson geprägt Dabei liegt es nahe, diesen Prozeß durch die Kombination Meßmikroskop-Sensor—Rechner zu objektivieren und zu automatisieren

Die Baugruppe Sensor wird vorzugsweise durch eine linienförmige Anordnung von licht- bzw infrarotempfindlichen Elementen, insbesondere durch Anwendung einer CCD-Zeile realisiert Die am Ausgang dieser Zeile vorhandenen Signale werden einer modifizierten Rechnerkonfiguration zur Weiterverarbeitung übergeben, die die ermittelten Istwerte der Messung als Ergebnis binarcodiert oder alphanumerisch ausgibt und zur Weiterverwendung zur Verfugung stellt Alle bisherigen Losungen beinhalten überwiegend die statische Messung, bei der das Meßobjekt wahrend des Meßvorganges im Strahlengang des Meßmikroskopes nicht bewegt wird So wird die Abbildung der gesamten auszumessenden Struktur im Bildfeld des Mikroskopes bzw innerhalb der Gesamtlange der Diodenzelle (CCD-Zeile) ermöglicht Bei anderen Losungen von Meßvornchtungen mittels CCD-Zeilen, die durch einen dynamischen Meßvorgang charakterisiert sind, wird das Meßobjekt unter dem Meßmikroskop hindurch bewegt, wobei das Bild der abzubildenden Struktur auf der CCD-Zeile standig in Bewegung ist

Innerhalb der dynamischen Meßvorrichtungen sind wiederum nur solche bekannt, bei denen die auszumessende Strukturkante der Meßobjekte parallel zur Objektebene des Meßmikroskopes bewegt wird Dieser Vorgang laßt sich vorteilhaft anwenden, wenn Dicken, Durchmesser oder Linienabstande von Objekten großer Langsausdehnung (Drahte, Bander und dergleichen) ausgemessen werden sollen oder wenn kürzere Meßobjekte in dichter Aufeinanderfolge die Objektebene des Meßmikroskopes durchlaufen Hierbei wird in zeitlicher Abhängigkeit, bedingt durch unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten der Meßobjekte, eine Profilabtastung in Längsrichtung vorgenommen Es ist also nicht möglich, mit Hilfe der bekannten Vorrichtungen nur bestimmte Punkte längs einer immer wiederkehrenden Strukturkante bei einer großen Zahl gleicher kleiner Meßobjekte meßtechnisch zu erfassen

Beispiele DD 153 918, DD 156 290, DE 2211 235 GB 2072333, DD 203628

Ziel der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Vorrichtung zu geben, welche die genannten Unzulänglichkeiten beseitigt Dieses Ziel soll durch die umfassende Anwendung von Bauteilen erreicht werden, welche keinerlei subjektive Einflußgroßen mehr zulassen und den Arbeitsabiauf einer vollen Automatisierung zugänglich machen

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Erfassung der Dicken von Glaslotschichten auf Keramiksubstraten mittels CCD-Linienkamera zu geben, die es gestattet automatisch möglichst viele Meßobjekte pro Zeiteinheit durch Bewegung in beliebigem Winkel zur Lage der CCD-Zeile auszumessen mit dem Ziel, nur bestimmte Punkte der Struktur zu erfassen Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß ein sagezahnformiger Meßadapter der die Bewegungsform der Meßobjekte in einem bestimmten Winkel zur optischen Achse des Meßmikroskopes zur Abbildung in diesem Meßmikroskop ermöglicht, verwendet wird Die Grenzen der Große des Flankenwinkels der Sagezahnform werden durch den Objektivringdurchmesser bzw bei Faltung oder Abwinklung der optischen Achse durch die untere, den Meßobjekten am nächsten liegende Korperkante der entsprechenden optischen Bauelemente gegeben Der sagezahnformige Meßadapter hat die

Aufgabe, den Meßobjekten die fur eine Abbildung gunstige Lage zu geben, so daß nur die zur Messung notigen Korperkanten abgebildet werden, d h , daß die bei einer Schichtdickenmessung erforderliche Abbildung der vergleichsweise geringerr Körperhöhe des Substrates meßbar ist Eine zweckmäßige gewählte Beleuchtung, die insbesondere durch eine Schlitzblende eine streifenformige Hellzone im Schärfenbereich des Meßmikroskopes schafft, unterstutzt diese Aufgabe Der die Erfindung betreffende Meßadapter ergibt bei mehrfacher Ausfuhrung hintereinander die Möglichkeit, ein in mehreren Spuren aus einer Fertigungseinheit getaktet ausgestoßenes Paket von Meßobjekten zu betrachten und auszumessen Der Adapter sorgt insbesondere dafür, daß die nebeneinanderliegenden Spuren nicht gestört werden und daß die Messung ohne Änderung des Bahnrasters erfolgen kann Der Adapter stellt demzufolge die bisher einzige Möglichkeit dar, eine echte on-line-Messung unter den Bedingungen des Mehrspurbetriebes einer Fertigungseinheit mit einer einzigen Kamera zu realisieren Die Relativbewegung zwischen Meßadapter und Kamera kann sowohl in der Weise erfolgen, daß die Kamera stationär ist und der Meßadapter seitlich aus der Transportnchtung als Meßwagen herausfahrt, als auch als Bewegung der Kamera über dem stationären Meßadapter

Wahrend des Meßvorganges durchqueren die Meßobjekte einzeln und nacheinander unter einem bestimmten Winkel zur optischen Achse einen Bereich, der als Objektebene des Objektivs angesehen werden kann, d h die Bewegung erfolgt aus einem Raum, der entfernter als die Objektebene liegt, durch diese hindurch in einem Raum, der naher als diese liegt, so daß die Abbildung aus dem unscharfen Bereich über die scharfe Abbildung in den unscharfen Bereich erfolgt Das analoge Signal am Ausgang der CCD-Zeile ändert sich bei dieser Bewegung Die hellen Stellen der abgebildeten Struktur entsprechen einem höheren Potential am Ausgang als die dunkleren Bei unscharfer Abbildung der zu messenden Struktur sind die Flanken des analogen Signales, die der Hell-Dunkel-Grenze des Meßobjektes entsprechen, flach, und sie werden mit schärferer Abbildung immer steiler Die Flankensteilheit erreicht ein Maximum, wenn die zu messende Struktursich in der Objektebene des Objektivs befindet Beim Entfernen aus der Objektebene wird die Flankensteilheit wieder geringer Diese Veränderung der Flankensteilheit wird in vorliegender Erfindung zum Erkennen der Lage der zu messenden Struktur ausgenutzt Dazu wird das analoge Ausgangssignal der CCD-Zeile digitalisiert und mittels eines Mikrorechners geeignet bewertet Die Quantisierung der Amplitude des analogen Signals erfolgt ausschließlich in zwei Amplitudenstufen mittels eines Komparators Durch geeignete Wahl der Komperatorschweile wird erreicht, daß die Impulsbreite des Komparatorausgangssignalsder Lange der zu messenden Struktur entspricht Das wird dadurch realisiert, daß das Signal zeitlich quantisiert wird, so daß jedes Teilstuck durch ein Bit charakterisiert ist

Durch Auszahlen der entsprechenden Bits erhalt man einen der zu messenden Struktur proportionalen Wert, der sich mit der Bewegung des Objektes durch die Objektebene verändert

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand der Ubersichtszeichnung zum Ausfuhrungsbeispiel erläutert werden Die, wie in Figur 1 dargestellt, aus der ausgebenden Fertigungseinrichtung 1 in mehreren Spuren nebeneinander, gleichzeitig getaktet, ausgegebenen Meßobjekte gelangen auf den sagezahnformigen Meßadapter 2 Dieser fahrt seitlich auf der Fuhrung aus der Transportrichtung heraus und nach Erreichen des Umkehrpunktes, der durch das Überstreichen aller Meßobjekte durch die optische Achse gegeben ist, wieder zum Ursprungspunkt zurück Wahrend dieser Zeit der Relativbewegung erfolgt die Messung Bei größerer Fahrgeschwindigkeit des Meßwagens muß eine Fixierung der Meßobjekte auf dem Meßwagen erfolgen Ist der Meßwagen an seinen Ursprungspunkt zurückgekehrt, werden die ausgemessenen Meßobjekte durch eine geeignete Vorrichtung, insbesondere durch einen Schieber, vom Meßadapter auf die aufnehmende folgende Fertigungseinnchtung 4 geschoben, wobei gleichzeitig die neuen auszumessenden Meßobjekte auf den Meßadapter befordert werden Um die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Meßadapters auszunutzen, befinden sich jeweils 2 Reihen Meßobjekte auf dem Wagen, wobei die eine Reihe beim Vorwartsgang, die andere Reihe im Rückwärtsgang des Wagens gemessen wird Die Kamera 5, wie in Figur 2 dargestellt, wird hierbei auf die jeweils abzutastende Reihe gerichtet Dazu ist ein an der den Meßobjekten zugewandten Seite des Objektivs 7 ein Prisma 6 angebracht, das um die senkrechte optische Achse um den notwendigen Winkel schwenkbar ist In der Bildebene des Objektivs befindet sich die CCD-Zeile 8 In der Auswerteelektronik werden die Signale der CCD-Zeile verarbeitet und zur Ausgabe an den Rechner aufgearbeitet Eine Beleuchtungseinrichtung 2 sorgt fur optimale Lichtverhaltnisse

Claims (2)

1. Vorrichtung zur optoelektronischen Erfassung von Schichtdicken wahrend des technologischen Flusses in mehreren Forderspuren mittels CCD-Linienkamera und Auswerteelektronik, gekennzeichnet dadurch, daß ein sagezahnformiger Meßadapter die Proben in mehrere Meßspuren ausspreizt und eine senkrecht zur Schichtnormalen angeordnete CCD-Zeile den zeitlich sequentiellen Durchlauf der auszumessenden Schichten erfaßt.

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2. 2 Seiten Zeichnungen