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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche eines
Substrates, welche Messvorrichtung einen Sensor aufweist, der in
einem vorbestimmten Abstand über
einer zu vermessenden Oberfläche
mittels eines Flächen-Positioniersystems
positionierbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Messsystem
mit einer Mehrzahl von oben genannten Messvorrichtungen.
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Auf
dem Gebiet der Oberflächeninspektion von
ebenen Flächen
werden Sensoren in der Regel in einem vorbestimmten Abstand oberhalb
der zu vermessenden Substratoberfläche positioniert. Die Positionierung
erfolgt üblicherweise
durch ein Positioniersystem, mit dem der Sensor innerhalb einer Ebene
parallel zu der zu vermessenden Oberfläche positioniert werden kann.
Durch eine entsprechende Ansteuerung des Positioniersystems kann
somit beispielsweise durch eine mäanderförmige Bewegung die gesamte
zu vermessende Oberfläche
abgetastet werden. Um eine hohe Messgeschwindigkeit zu erreichen,
werden auch Sensoren eingesetzt, die eine Mehrzahl von Einzelsensoren
aufweisen, so dass durch eine gleichzeitige Vermessung mehrerer
Messpunkte die Messzeit für
eine bestimmte Fläche
entsprechend der Anzahl der Einzelsensoren reduziert wird.
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Abhängig von
der Art der zu erbringenden Messaufgabe werden unterschiedliche
Sensoren eingesetzt. Bei einer optischen Inspektion wird üblicherweise
eine Kamera mit beispielsweise einem Zeilen- oder Flächensensor
verwendet. Bei einer kapazitiven Messaufgabe wird eine oder eine
Mehrzahl von Messspitzen verwendet, die mit einer bestimmten Wechsel-
oder Gleichspannung beaufschlagt wird. Als Messsignal dient ein
kleiner Stromfluss über die
jeweilige Messspitze, die von der Kapazi tät zwischen der Messspitze oder
dem jeweiligen Messpunkt der zu vermessenen Oberfläche abhängt.
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So
ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem die Leiterbahnstruktur
eines Substrates, welches für
eine Flüssigkristallanzeige
(Liquid Crystal Display, LCD) verwendet wird, vor der Fertigstellung des
LCD hinsichtlich möglicher
Defekte inspiziert werden kann. Durch eine entsprechende kapazitive Messung
zwischen einer Messspitze und einem der Messspitze gegenüberliegenden
Bereich der Leiterbahnstruktur können
somit ungewollte Kurzschlüsse, Unterbrechungen
und Einschnürungen
der Leiterbahnstruktur erkannt werden. Derartige Defekte können entweder
vor der weiteren Verarbeitung des LCD-Substrates repariert oder
das LCD-Substrat kann aus einem Produktionsprozess aussortiert werden.
Somit können
auf jeden Fall die Herstellkosten für Flüssigkristallanzeigen erheblich
reduziert werden.
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Für eine präzise Inspektion
ist in der Regel eine hochgenaue Einstellung und Einhaltung des
Abstandes zwischen Sensor und zu vermessender Substratoberfläche erforderlich.
Die Einhaltung eines genauen Abstandes ist aber dann deutlich erschwert, wenn
das zu vermessende Substrat eine unebene bzw. leicht gewellte Oberfläche aufweist.
Zur Vermessung von unebenen Oberflächen muss deshalb ein Positioniersystem
verwendet werden, welches nicht nur eine Positionierung des Sensors
in der Ebene parallel zu der zu vermessenden Oberfläche, sondern
auch eine Positionierung senkrecht zu dieser Ebene ermöglicht.
Derartige Positionierungen senkrecht zu der zu vermessenden Oberfläche führen jedoch
in der Regel zu einer Verlangsamung des Messvorgangs und zu einer
Reduzierung der Messgenauigkeit.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung zu schaffen,
welche eine präzise
Vermessung auch einer unebenen Substratoberfläche ermöglicht. Der Erfindung liegt
ferner die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem zu schaffen, welches
eine besonders zügige
Vermessung einer unebenen Substratoberfläche ermöglicht.
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Die
erste der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch
eine Messvorrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche eines
Substrates mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung
umfasst einen Messkopf, aufweisend einen Sensor zur Erfassung der
Oberfläche
und ein neben dem Sensor angeordnetes pneumatisches Element. Das
pneumatische Element weist eine Einlassöffnung und zumindest eine nach
unten gerichtete Auslassöffnung
auf. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung
umfasst ferner ein Flächen-Positioniersystem,
eingerichtet zum präzisen
Positionieren des Messkopfes innerhalb einer x-y-Ebene oberhalb
des Substrates, und eine Drucklufterzeugungseinrichtung, welche
mit der Einlassöffnung
pneumatisch gekoppelt ist, so dass bei einer Beaufschlagung des
pneumatischen Elements mit Druckluft der Messkopf in einer vorbestimmten
Höhe über dem
Substrat positionierbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine präzise Höhenjustierung
des Sensors auf einfache Weise durch eine Luftlagerung des Sensors auf
der Substratoberfläche
erfolgen kann. Die durch die Auslassöffnung austretende Luft erzeugt
ein Luftkissen, auf dem der Messkopf frei über der Substratoberfläche gleiten
kann. Durch das Flächen-Positioniersystem
wird somit lediglich die x-y-Position des Messkopfes relativ zu
dem Substrat bestimmt. Die Stärke
der Luftströmung
bestimmt die Höhe
des Luftkissens und damit den vertikalen Abstand des Messkopfes über der
Substratoberfläche.
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Ein
bedeutender Vorteil der Lagerung des Messkopfes mittels eines Luftkissens
besteht darin, dass eine automatische Höhenanpassung des Sensors auf
einfache Weise auch bei einer gewellten Oberfläche erfolgt. Diese automatische
Höhenanpassung
beruht darauf, dass sich der Messkopf stets in einer durch die Stärke des
Luftkissens bestimmten Höhe über dem
zu vermessenden Bereich des Substrates befindet.
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Gemäß Anspruch
2 weist die Messvorrichtung zusätzlich
eine Koppeleinrichtung auf, welche zwischen dem Flächen-Positioniersystem
und dem Messkopf angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass abhängig von
der jeweils zu bewältigenden
Inspektionsaufgabe die Koppeleinrichtung so gestaltet sein kann,
dass abgesehen von einer translatorischen Bewegung des Messkopfes
parallel zu der x-y-Ebene bestimmte Bewegungen des Messkopfes relativ
zu dem Positioniersystem möglich
sind. Die Koppeleinrichtung kann außerdem Federelemente aufweisen, so
dass auch bei einer ruckartigen Bewegung des Positioniersystems
ein sanftes Positionieren des Sensors gewährleistet werden kann.
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Gemäß Anspruch
3 ist die Koppeleinrichtung derart ausgebildet, dass der Messkopf
entlang einer zu der x-y-Ebene senkrechten z-Richtung zumindest innerhalb
eines bestimmten Bewegungsbereiches frei verschiebbar ist. Dies
hat den Vorteil, dass die Höhe
des Sensors über
dem Substrat ausschließlich durch
das Luftkissen bestimmt wird. Durch eine entsprechende Ansteuerung
der Drucklufterzeugungseinrichtung kann somit die Höhe des Sensors über dem
Substrat frei bestimmt werden.
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Gemäß Anspruch
4 ist die Koppeleinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Messkopf
zumindest innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches um eine Achse
frei verkippbar ist. Die Achse ist dabei parallel zu der x-y-Ebene
orientiert. Bevorzugt ermöglicht
die Koppeleinrichtung ein Verkippen um jede beliebige Achse parallel
zur Substratebene, so dass sich der Sensor durch eine entsprechende
Schrägstellung
auch an kurzwellige Unebenheiten der Substratoberfläche anpassen
kann.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Koppeleinrichtung üblicherweise
mehrere Koppelelemente aufweist, die auf den Mess kopf jeweils eine
Haltekraft ausüben.
Bevorzugt sind die Koppelelemente derart zueinander angeordnet,
dass sich die den einzelnen Haltekräften zugeordneten Kraftlinien
im Schwerpunkt des Messkopfes schneiden. Dies hat zur Folge, dass
auch bei einer ruckbehafteten translatorischen Bewegung des Messkopfes
keine Drehmomente auf den Messkopf wirken, so dass auf vorteilhafte
Weise auch bei einer hochdynamischen Bewegung des Sensors eine ungewollte
Verkippung des Messkopfes vermieden wird.
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Gemäß Anspruch
5 umfasst die Koppeleinrichtung ein oberes Koppelelement, welches
in starrer Weise mit dem pneumatischen Element verbunden ist, und
ein unteres Koppelelement, welches über eine gelenkige Aufhängung mit
dem oberen Koppelelement verbunden ist. Dabei wird das obere Koppelelement
durch das Positioniersystem entlang der x- und der y-Richtung positioniert.
Die Positionierung des oberen Koppelelements entlang der z-Richtung
wird durch die Luftlagerung bestimmt, so dass der Messkopf und damit
auch der Sensor stets in einem bestimmten Abstand zu der zu vermessenden Substratoberfläche gehalten
wird.
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Gemäß Anspruch
6 umfasst die gelenkige Aufhängung
zumindest zwei Stäbe,
deren obere Enden mit dem oberen Koppelelement und deren untere Enden
mit dem unteren Koppelelement in jeweils einem Kugelelement verbunden
sind. Diese Art der Aufhängung
hat den Vorteil, dass bei einer entsprechenden Wahl der Stablänge und
eine einer geeigneten räumlichen
Anordnung der Kugelgelenke eine Kippbewegung um eine virtuelle Drehachse
möglich ist,
welche Drehachse sich unmittelbar an der Unterseite des Sensors
befindet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich der Sensor
auch bei einer Verkippung stets im vorgegebenen Abstand oberhalb der
zu vermessenden Substratoberfläche
befindet.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass bei einer gelenkigen Aufhängung mit
drei Stäben
eine Verkippung um eine beliebige Achse möglich ist, welche parallel
zu der x-y-Ebene bzw. zu der zu vermessenden Substratoberfläche orientiert
ist. Dies ermöglicht
auf vorteilhafte Weise auch dann einen optimalen Abstand zwischen
Sensor und Substratoberfläche, wenn
die Substratoberfläche
eine unregelmäßige Welligkeit
aufweist.
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Gemäß Anspruch
7 ist das pneumatische Element, welches bevorzugt einen Luftkanal
mit entsprechenden Einlass- und Auslassöffnungen aufweist, um den Sensor
herum angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass auf den Messkopf eine
gleichmäßige Kraftwirkung
entlang der z-Richtung ausgeübt wird,
so dass durch das Luftkissen keine Drehmomente erzeugt werden, welche
eine Verkippung des Messkopfes auslösen könnten.
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Gemäß Anspruch
8 ist zumindest eine Auslassöffnung
eine Luftdüse,
welche derart ausgebildet ist, dass die Geschwindigkeit von austretender
Luft zumindest annähernd
Schallgeschwindigkeit erreicht. Eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit kann
dadurch erreicht werden, dass die Luftdüse eine strömungsmechanisch günstige Verjüngung des Düsenquerschnitts
aufweist, welche zum einen eine derart hohe Austrittsgeschwindigkeit
und zum anderen einen vertretbaren pneumatischen Strömungswiderstand
bewirkt.
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Eine
derart hohe Austrittsgeschwindigkeit hat den Vorteil, dass auch
bei einer eventuellen unerwünschten Änderung
der Höhenlage
des Messkopfes über
der zu vermessenden Substratoberfläche die Druckverhältnisse
in dem pneumatischen Element nur unwesentlich beeinflusst werden.
Insbesondere findet unter keinen Umständen ein abrupter Abfall des
Luftdrucks innerhalb des pneumatischen Elements statt. Auf diese
Weise wird sicher gestellt, dass ein unerwünschtes Abheben und Aufsetzen
des Sensorkopfes nicht möglich
ist, so dass eine besonders stabile Höhenpositionierung des Messkopfes gewährleistet
ist.
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Gemäß Anspruch
9 weist der Sensor ein optisches, ein kapazitives und/oder ein induktives
Sensorelement auf. Die Messvorrichtung mit der oben erläuterten
pneumatischen Höhenpositionierung
kann somit ohne spezifische Umbauten mit beliebigen Sensortypen
realisiert werden.
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Die
zweite der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch
ein Messsystem zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates mit den Merkmalen
des unabhängigen
Anspruchs 10. Das erfindungsgemäße Messsystem
umfasst zumindest zwei Messvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis
9. Die Messvorrichtungen sind dabei derart zueinander angeordnet,
dass die jeweiligen Sensoren entlang einer Messzeile angeordnet
sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine definierte
Aneinanderreihung von mehreren Messköpfen auf einfache Weise ein
langer Liniensensor geschaffen werden kann. Dieser kann sich an
eine unebene bzw. wellige Substratoberfläche anschmiegen, so dass jeder
Sensor automatisch in einem vorgegebenen Abstand von der zu vermessenden
Substratoberfläche
positioniert ist.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung selbstverständlich auch
ein Messsystem umfasst, bei dem eine Mehrzahl von Messköpfen in Form
eines zweidimensionalen Rasters angeordnet sind. Auf diese Weise
wird ein Flächensensor
geschaffen, welcher sich ebenso wie der oben genannte Liniensensor
derart an eine unebene Substratoberfläche anschmiegt, dass jeder
Sensor automatisch in einem vorgegebenen Höhenlage justiert ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
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In
der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen
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1 einen
pneumatisch gelagerten Messkopf in einer Draufsicht und zwei verschiedenen Querschnittsansichten,
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2 eine
pneumatisch gelagerte Messvorrichtung in einer Draufsicht,
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3a eine
Aufhängung
eines Sensors an einer pneumatisch gelagerten oberen Koppelplatte,
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3b eine
Auslenkung der in 3a dargestellten Aufhängung, bei
welcher der Sensor um eine virtuelle Drehachse gekippt ist, und
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4 ein
Messsystem mit vier zu einer Messzeile aneinander gereihten Messköpfen.
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An
dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die
Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten
lediglich in ihrer ersten Ziffer und/oder durch einen angehängten Buchstaben
unterscheiden.
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1 zeigt
einen pneumatisch gelagerten Messkopf 110 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in drei verschiedenen Ansichten. Unten links ist eine
Draufsicht des Messkopfes abgebildet, wobei die Betrachtungsrichtung
entlang einer z-Achse
verläuft.
Der obere Teil zeigt den Messkopf in einer Querschnittsansicht parallel
zu einer x-y-Ebene. Unten rechts ist der Messkopf in einer Querschnittsansicht
parallel zu einer y-z-Ebene dargestellt. Die x-, die y- und die
z-Achse bilden dabei ein rechtwinkliges Koordinatensystem, bei dem
jeweils eine Achse senkrecht auf einer durch die beiden anderen
Achsen aufgespannten Ebene steht.
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Der
Messkopf 110 weist einen Sensor 111 auf, welcher
ein beliebiger Sensor wie beispielsweise ein optischer, ein kapazitiver
oder ein induktiver Sensor sein kann. Der Sensor 111 ist
von einem pneumatischen Element 112 umgeben, welches einen
Luftkanal 113 bildet. Das pneumatische Element 112 weist
an seiner Oberseite zwei Einlassöffnungen 115 auf,
welche über
Druckluftleitungen mit einer Drucklufterzeugungs einrichtung, beispielsweise
einer Pumpe, pneumatisch gekoppelt sind. Die Druckluftleitungen
und die Drucklufterzeugungseinrichtung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit
in 1 nicht dargestellt.
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An
der Unterseite des pneumatischen Elements 112 sind eine
Mehrzahl von düsenartigen
Auslassöffnungen
ausgebildet, welche zwischen dem Messkopf 110 und einer
zu vermessenden Substratoberfläche
eine Luftströmung 195 erzeugen.
Die Luftströmung 195 erzeugt
ein Luftkissen, auf dem der Messkopf 110 in einem vorbestimmten
Abstand oberhalb des Substrates 190 gleitet. Somit bildet
sich zwischen der Unterseite des Messkopfes 110 und dem Substrat 190 ein
Luftspalt 196. Die Stärke
des Luftspaltes 196 und damit der Abstand zwischen Messkopf 110 und
Substrat 190 hängt
von der Stärke der
Luftströmung 195 ab.
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Die
Ankopplung des Messkopfes 110 an das Positioniersystem
erfolgt über
ein Federelement 130. Das Federelement 130 ist
derart ausgebildet, dass es (a) in x- und y-Richtung keine Relativbewegung
zwischen dem Positioniersystem und dem Messkopf 110 zulässt und
(b) in z-Richtung eine lose Verbindung zwischen Positioniersystem
und dem Messkopf 110 darstellt. Die lose Verbindung ermöglicht zumindest innerhalb
eines bestimmten Auslenkungsbereiches aus einer durch die Stärke des
Luftkissens vorgegebenen Nulllage eine freie Relativbewegung zwischen Positioniersystem
und Messkopf 110. Somit stellt das Federelement 130 sicher,
dass der Messkopf durch das in 1 nicht
dargestellte Positioniersystem lediglich in der x-y-Ebene genau
positioniert wird. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Positioniersystems
kann jeder Messpunkt oberhalb des Substrates 190 angefahren
werden.
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Die
Ankopplung des Messkopfes 110 an das Positioniersystem über das
Federelement 130 zeichnet sich ferner dadurch aus, dass
relativ zu dem Positioniersystem eine Verkippung des Messkopfes 110 möglich ist.
Diese Verkippungen kann um die x- Achse,
um die y-Achse oder um jede beliebige in der x-y-Ebene liegende
Achse erfolgen. Die beiden Verkippmöglichkeiten um die x- und um
die y-Achse sind in 1 jeweils durch einen Doppelpfeil
angedeutet.
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Somit
bleibt festzustellen, dass von insgesamt sechs prinzipiell möglichen
Freiheitsgraden der Bewegung des Messkopfes 110, drei translatorischen
Freiheitsgraden entlang der Achsen x, y und z und drei rotatorischen
Freiheitsgraden um die Achsen x, y und z, lediglich die x- und die
y-Translation und die Rotation um die z-Achse durch die starre Kopplung
zwischen Positioniersystem und Messkopf 110 ausgeschlossen
ist.
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Wie
in der Querschnittsansicht unten rechts angedeutet, ist das Federelement 130 ferner
so beschaffen, dass von dem Positioniersystem an dem Messkopf 110 lediglich
Haltekräfte
angreifen, deren Kraftlinien entlang der Längserstreckung des jeweiligen
Abschnitts des Federelements 130 verlaufen. Das Federelement 130 ist
dabei derart mit dem Messkopf 110 verbunden, dass sich
die Kraftlinien der von verschiedenen Seiten wirkenden Haltkräfte in dem
Schwerpunkt des Messkopfes 110 schneiden. Der Schwerpunkt
ist durch den Ausgangspunkt eines Kraftvektors G bestimmt, der die
in die z-Richtung wirkende Gewichtskraft des Messkopfes 110 darstellt.
Das Zusammentreffen der Kraftlinien im Schwerpunkt des Messkopfes 110 hat
den Vorteil, dass auch bei einer ruckbehafteten translatorischen Bewegung
des Messkopfes 110 keine Drehmomente auf den Messkopf wirken,
so dass auf vorteilhafte Weise eine ungewollte Verkippung des Messkopfes 110 zuverlässig vermieden
wird.
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2 zeigt
eine Draufsicht einer pneumatisch gelagerten Messvorrichtung, welche
den in 1 dargestellten Messkopf 110 aufweist,
der nunmehr mit dem Bezugszeichen 210 gekennzeichnet ist.
Der Messkopf 210, der u. a. einen Sensor 211 und ein
pneumatisches Element 212 mit zwei Einlassöffnungen 215 aufweist,
ist mittels eines Federelements 230 an einem Positioniersystem 220 befestigt.
Die Art der Befestigung und die durch das Federelement 230 verbliebenden
Freiheitsgrade hinsichtlich einer Bewegung des Messkopfes 210 sind
oben anhand von 1 im Detail erläutert. Somit
ist der Messkopf 210 durch eine entsprechende Ansteuerung
des Positioniersystems 220 innerhalb eines bestimmten Arbeitsbereiches
parallel zu der x-y-Ebene frei positionierbar. Das Positioniersystem 220 weist
zu diesem Zweck auf zwei gegenüberliegenden
Seiten eine x-Führung 221 auf,
an der das Federelement 230 mittels eines nicht dargestellten
Antriebs entlang der x-Richtung
verschiebbar ist. Der Messkopf 210 ist entlang des Federelements 230 mittels
eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebs entlang der y-Richtung
verschiebbar.
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Um
die für
die Erzeugung eines Luftkissens zwischen Messkopf 210 und
einem darunter liegenden Substrat erforderliche Druckluft bereitzustellen, ist
ein Druckluftgenerator 250 vorgesehen. Der Druckluftgenerator 250 ist
gemäß dem hier
beschriebenen Ausführungsbeispiel
an dem Rahmen des Positioniersystems 220 befestigt. Zur
Reduzierung von auf dem Messkopf 210 übertragenden Vibrationen ist zwischen
dem Druckluftgenerator 250 und dem Positioniersystem 220 ein
vibrationsdämpfendes
Material vorgesehen (nicht dargestellt). Das pneumatische Element 212 wird über flexible
Druckluftleitungen 251 mit Druckluft versorgt.
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3a zeigt
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine vorteilhafte Aufhängung eines Sensors 311,
welche Aufhängung
eine freie Kippbewegung des Sensors 311 um einen virtuellen
Drehpol VP ermöglicht.
Die Aufhängung
umfasst eine obere Koppelplatte 331, welche mittels eines
nicht dargestellten Flächen-Positioniersystems innerhalb
eines Arbeitsbereiches positioniert wird, der parallel zu der zu
vermessenden Oberfläche
eines Substrates 390 liegt. Die obere Koppelplatte 331 ist
entlang einer z-Richtung zumindest innerhalb eines bestimmten Auslenkungsbereiches
frei verschiebbar. Damit wird die Höhenlage des Sensors 311 bzw.
die Höhenlage
der oberen Koppelplatte 331 durch die Höhe eines Luftkissens bestimmt,
welches sich zwischen dem Substrat 390 und einem neben dem
Sensor 390 angeordneten pneumatischen Element (nicht dargestellt)
ausbildet.
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Die
Aufhängung
umfasst ferner eine untere Koppelplatte 333, welche mit
dem Sensor 311 verbunden ist. Die beiden Koppelplatten 331 und 333 sind über zwei
starre Stäbe 332a und 332b miteinander
verbunden, deren Enden jeweils in einem Kugelgelenk 334 gelagert
sind. Zwei Kugelgelenke 334 befinden sich an der Unterseite
der oberen Koppelplatte 331. Zwei Kugelgelenke 334 befinden
sich an der Oberseite der unteren Koppelplatte 333.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Aufhängung auch ohne untere Koppelplatte 333 realisiert
werden kann. In diesem Fall befinden sich die beiden unteren Kugelgelenke 334 unmittelbar
an dem Sensor 311.
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In
der in 3a dargestellten Situation,
in der sich der Sensor in seiner Ausgangslage befindet, sind die
beiden starren Stäbe 332a und 332b zueinander
symmetrisch zu einer Symmetrieachse 338 angeordnet. Die
beiden unteren Kugelgelenke 334 sind in einem Abstand l
voneinander angeordnet. Der Sensor 311 hat zusammen mit
der an dem Sensor 311 angebrachten unteren Koppelplatte 333 entlang der
z-Richtung eine Höhe
d.
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In 3b ist
der Fall schematisch dargestellt, bei dem der Sensor 311 (nicht
dargestellt) aus seiner Ausgangslage verkippt ist. Die Aufhängung ist dabei
abhängig
von der Höhe
d insbesondere hinsichtlich der Lage der oberen Kugelgelenke 334,
hinsichtlich der Länge
der beiden starren Stäbe 332a und 332b und
hinsichtlich des Abstandes l derart dimensioniert, dass sich der
Sensor um den virtuellen Drehpol verkippt. Auf diese Weise kann
gewährleistet werden,
dass sich der Sensor 311 auch bei einer welligen Substratoberfläche stets
optimal, d.h. mit dem vorgegebenen Abstand an die Substratoberfläche anschmiegt.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass anhand der beiden zweidimensionalen
Darstellungen in den 3a und 3b lediglich
die prinzipielle Wirkweise der Aufhängung des Sensors 311 verdeutlicht
ist. Um eine freie Kippbewegung um beliebige virtuelle Drehachsen
zu gewährleisten,
welche Drehachsen parallel zu der zu vermessenden Substratoberfläche und
damit parallel zu der x-y-Ebene orientiert sind, kann eine Aufhängung mit
drei starren Stäben
verwendet werden. Die drei starren Stäbe sind dann bevorzugt ebenfalls
symmetrisch um die Symmetrieachse 338 der Sensoraufhängung im
Raum angeordnet.
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4 zeigt
ein Messsystem mit vier zu einer Messzeile aneinander gereihten
Messköpfen 410a, 410b, 410c und 410d.
Den Messköpfen 410a, 410b, 410c und 410d ist
jeweils ein Positioniersystem zugeordnet, mit dem der entsprechende
Messkopf innerhalb einer x-y-Ebene positioniert werden kann. Alternativ
und besonders vorteilhaft sind zumindest einige der Messköpfe 410a, 410b, 410c und 410d entlang
der x- und entlang der y-Richtung fest miteinander verbunden. Die
Messköpfe 410a, 410b, 410c und 410d sind
auf alle Fälle
unabhängig
voneinander entlang der z-Richtung verschiebbar und jeweils um einen
virtuellen Drehpol an der Unterseite der Messköpfe 410a, 410b, 410c und 410d frei
verkippbar.
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Infolge
einer nicht dargestellten Luftlagerung der Messköpfe 410a, 410b, 410c und 410d auf
dem Substrat 490, welches eine in 4 übertrieben
start dargestellte Welligkeit aufweist, und der freien Verkippbarkeit
können
sich die einzelnen Messköpfe 410a, 410b, 410c bzw. 410d jeweils
optimal an die gewellte Substratoberfläche anschmiegen. Um dies zu
verdeutlichen, sind die Ausgangslagen der Messkopf-Mittelachsen
vor einem Anschmiegen an die gewellte Substratoberfläche dargestellt
und mit den Bezugszeichen 416a, 416b, 416c bzw. 416d versehen. Die
Endlagen der Messkopf-Mittelachsen nach einem Anschmiegen an die
gewellte Substratoberfläche
sind mit den Bezugszeichen 417a, 417b, 417c bzw. 417d versehen.
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Bei
dem in 4 dargestellten Zustand sind die Messköpfe 410a und 410b im
Vergleich zu ihrer Ausgangslage entgegen dem Uhrzeigersinn verkippt. Der
Messkopf 410c ist nicht verkippt und der Messkopf 410d ist
im Vergleich zu seiner Ausgangslage im Uhrzeigersinn verkippt.
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- 100
- Messvorrichtung
- 110
- Messkopf
- 111
- Sensor
- 112
- pneumatisches
Element
- 113
- Luftkanal
- 114
- Auslassöffnung/Düse
- 115
- Einlassöffnung
- 130
- Federelement
- 190
- Substrat
- 195
- Luftströmung
- 196
- Luftspalt
- 210
- Messkopf
- 211
- Sensor
- 212
- pneumatisches
Element
- 215
- Einlassöffnung
- 220
- Positioniersystem
- 221
- x-Führung
- 230
- Federelement
- 250
- Druckluftgenerator
- 251
- Druckluftleitung
(flexibel)
- 311
- Sensor
- 331
- obere
Koppelplatte
- 332a
- starrer
Stab
- 332b
- starrer
Stab
- 333
- untere
Koppelplatte
- 334
- Kugelgelenk
- 338
- Symmetrieachse
- 390
- Substrat
- VP
- virtueller
Drehpol
- l
- Abstand
zwischen unteren Kugelgelenken
- d
- Dicke
von Sensor plus untere Koppelplatte
- 410a,
b, c, d
- Messkopf
- 416a,
b, c, d
- Mittelachse
Ausgangslage
- 417a,
b, c, d
- Mittelachse
Endlage
- 490
- Substrat
(stark gekrümmt)