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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Messverfahren zum
Inspizieren einer Oberfläche
eines Substrates, welche Messvorrichtung einen Sensor aufweist,
der in einem vorbestimmten Abstand über einer zu vermessenden Oberfläche positionierbar
ist.
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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 Messspitze
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 Kapazität 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 und ein
Messverfahren anzugeben, welche eine präzise Vermessung auch einer unebenen
Substratoberfläche
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Gegenstände
der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Mit
dem unabhängigen
Patentanspruch 1 wird eine Messvorrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche eines
Substrates beschrieben. Die Messvorrichtung weist auf (a) ein Halteelement
und (b) ein luftgelagertes Element, welches an dem Halteelement
angebracht ist, welches derart ausgebildet ist, dass zusammen mit
der zu inspizierenden Oberfläche
des Substrates ein Luftlager bildbar ist, und welches eine Elastizität aufweist,
so dass das luftgelagerte Element an Unebenheiten der Oberfläche anpassbar
ist. Die beschriebene Messvorrichtung weist ferner auf (c) zumindest
einen Sensor, welcher an dem luftgelagerten Element angebracht ist
und welcher zum Erfassen der Oberfläche des Substrates eingerichtet
ist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das luftgelagerte
Element mittels eines flexiblen Sensorträgers realisiert ist. Der flexible
Sensorträger kann
dabei ohne die Verwendung von vollständig starren Elementen bzw.
starren Materialien aufgebaut werden. Damit ähnelt das luftgelagerte Element einem
leicht verbiegbaren Lineal, dass sich bei eventuell vorhandenen
Unebenheiten an die zu inspizierende Oberfläche anpassen kann. Die flexible
Ausgestaltung des luftgelagerten Elements ermöglicht insbesondere eine Anpassung
an langreichweitige Korrugationen bzw. Welligkeiten der zu inspizierenden
Substratoberfläche.
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Das
luftgelagerte Element kann beispielsweise mittels eines Dünnglases
realisiert werden, welches die erforderliche Flexibilität aufweist.
Ebenso kann das flexible luftgelagerte Element zumindest teilweise
aus Kunststoff wie beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) oder aus
einem faserverstärkten
Material wie beispielsweise einem Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigt
sein.
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Das
Halteelement ist beispielsweise ein Halterahmen, in welchem das
flexible luftgelagerte Element von zumindest zwei Seiten gehalten
ist. Dabei kann das luftgelagerte Element mittels flexiblen Festkörpergelenken
an dem Halterahmen befestigt sein.
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In
diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff Festkörpergelenk eine Stelle eines
Bauteils mit einer verminderten Biegesteifigkeit verstanden, welche
Stelle sich von benachbarten Zonen des Bauteils abgrenzt, die im
Vergleich zu dem Festkörpergelenk
eine deutlich höhere
Biegesteifigkeit aufweisen. Auf diese Weise können das Halteelement und das luftgelagerte
Element als kinematisches Paar einstückig beispielsweise durch mikromechanische
Strukturierverfahren hergestellt werden. Die verminderte Biegesteifigkeit
wird in der Regel durch eine lokale Querschnittsverringerung erzeugt.
Dabei kann der Querschnitt nur entlang einer oder auch entlang mehrerer
Raumrichtungen verringert sein. Die Veränderung des Querschnitts kann
unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Reduziert sich der
Querschnitt entlang des Gelenkes sprungartig auf einen geringeren
und zudem über
eine gewisse Strecke konstanten Wert, so ergibt sich ein Blattfedergelenk. Der
Querschnitt kann sich jedoch auch kontinuierlich verändern, so
dass die Verjüngung
beispielsweise die Form eines Kreisbogens aufweist.
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Die
Luftlagerung kann durch Blasdüsen
realisiert sein, welche in dem flexiblen luftgelagerten Element
ausgebildet sind. Ein vorgegebener Messabstand zwischen dem Sensor
und der zu inspizierenden Substratoberfläche kann durch ein Kräftegleichgewicht
zwischen einer pneumatischen Kraft und beispielsweise durch die
Gewichtskraft definiert sein. Die pneumatische Kraft wird dabei
durch eine Luftströmung
zwischen der zu vermessenden Substratoberfläche und dem flexiblen luftgelagerten
Element erzeugt. Die Gewichtskraft hängt von der Masse des Messkopfes
ab, welcher das luftgelagerte Element und den Sensor sowie ggf.
das Halteelement umfasst. Dabei sind Gewichtskraft und pneumatische Kraft
gegeneinander gerichtet, wobei eine Erhöhung der pneumatischen Kraft
beispielsweise durch eine Erhöhung
der Luftströmung
zu einer Vergrößerung des
Messabstands führt.
Zusätzlich
kann durch die Gegenkraft die dynamische Stabilität des Luftlagers erhöht werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass ein Kräftegleichgewicht auch zwischen
der pneumatischen Kraft und einer anderen Kraft erzeugt werden kann, so
dass auch Oberflächen
vermessen werden können,
die in Bezug auf die Schwerkraft nicht nach oben gerichtet sind.
Weiterhin bietet eine andere Kraft als die Gewichtskraft die Möglichkeit,
eine in Bezug auf die Schwerkraft nicht nach unten gerichtete Substratoberfläche zu inspizieren.
Beispielsweise durch Herandrücken
des Messkopfes von unten mittels einer Vakuumansaugung kann eine
solche Substratoberfläche
inspiziert werden, wobei in diesem Fall der Messabstand durch ein
Kräftegleichgewicht zwischen
(a) der pneumatischen Kraft und der Schwerkraft des Messkopfes auf
der einen Seite und (b) einer nach oben gerichteten Andruckkraft
der Vakuumansaugung auf der anderen Seite bestimmt wird. Selbstverständlich ist
auch eine Oberflächeninspektion
von vertikal oder auch schräg
verlaufenden Oberflächen
möglich,
sofern der Messkopf unter einem entsprechenden Winkel an die Substratoberfläche herangedrückt wird.
Selbstverständlich
sind auch andere Möglichkeiten
der Krafterzeugung als Vakuumansaugung denkbar.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung nach Anspruch 2 weist die Messvorrichtung zusätzlich ein
Positioniersystem auf, welches mit dem Halteelement und/oder mit
dem zu inspizierenden Substrat gekoppelt ist, so dass der Sensor
relativ zu der Oberfläche
positionierbar ist.
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Das
Positioniersystem kann ein so genanntes Flächenpositioniersystem sein,
welches eine zweidimensionale Bewegung des Sensors relativ zu der
Substratoberfläche
ermöglicht.
Dabei kann sowohl eine zweidimensionale Positionierung des Substrates
als auch eine zweidimensionale Positionierung des Messkopfes erfolgen,
welcher Messkopf das Halteelement, das luftgelagerte Element und
den Sensor umfasst.
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Das
Positioniersystem kann auch derart ausgestaltet sein, dass das Substrat
entlang einer ersten Richtung und der Messkopf entlang einer zweiten Richtung
bewegbar ist, welche zweite Richtung winklig, bevorzugt senkrecht,
zu der ersten Richtung orientiert ist. Auf diese Weise kann durch
eine Kombination zweier linearer Bewegungen eine präzise zweidimensionale
Abtastung der Substratoberfläche
realisiert werden.
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Selbstverständlich kann
auch lediglich eine eindimensionale Positionierung des Messkopfes
relativ zu dem Substrat erfolgen. Auch in diesem Fall kann eine
flächige
Abtastung der Substratoberfläche realisiert
werden, wenn eine Messvorrichtung bzw. ein Messkopf mit mehreren
Sensoren verwendet wird, die beispielsweise in einer Reihe angeordnet sind,
die zu der linearen Bewegungsrichtung winklig oder bevorzugt senkrecht
orientiert ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach Anspruch 3 weist die Messvorrichtung zusätzlich eine
Notlaufbeschichtung auf, welche an dem luftgelagerten Element ausgebildet ist.
Dies hat den Vorteil, dass im Falle eines ungewollten mechanischen
Kontakts zwischen dem luftgelagerten Element und der Substratoberfläche beispielsweise
durch einen Ausfall einer Glasluft-Erzeugungseinrichtung, was zu
einem Zusammenbruch der Luftlagerung führt, die zu inspizierenden
Substratoberfläche
nicht beschädigt
wird. Als Notlaufbeschichtung eignet sich beispielsweise eine Teflonschicht.
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Eine
Notlaufbeschichtung hat ferner den Vorteil, dass auch der an dem
luftgelagerten Element angebrachte Sensor vor Beschädigungen
durch das Substrat geschützt
werden kann.
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Gemäß Anspruch
4 weist die Messvorrichtung zusätzlich
eine Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung auf, welche derart eingerichtet
ist, dass das luftgelagerte Element unter einer mechanischen Vorspannung
an die Oberfläche
heranführbar
ist.
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Die
Verwendung einer derartigen Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung hat
den Vorteil, dass eine besonders gute Anpassung des luftgelagerten Elements
an die dreidimensional geformte Oberfläche des Substrats gewährleistet
werden kann. Auf diese Weise kann sowohl zeitlich als auch räumlich ein
stets konstanter Abstand zwischen dem luftgelagerten Element bzw.
dem Messkopf auf der einen Seite und der zu inspizierenden Substratoberfläche auf
der anderen Seite gewährleistet
werden. Bei Verwendung eines Messkopfes mit einer Vielzahl von Sensoren
können
diese Sensoren somit auf vergleichsweise einfache Weise in einem
konstanten Messabstand über
die Substratoberfläche
geführt werden.
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Die
Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung, welche der Luftlagerung entgegen
wirkt, kann beispielsweise eine Magnetfelderzeugungseinheit aufweisen,
so dass das luftgelagerte Element durch eine Magnetkraft in Richtung
der zu inspizierenden Substratoberfläche gedrückt wird. Die Magnetfelderzeugungseinheit
kann beispielsweise einen oder mehrere Elektromagneten umfassen,
die aus Sicht des Messkopfes hinter dem Substrat angeordnet sind. Bei
einer entsprechenden Strombeaufschlagung des Elektromagneten oder
der Elektromagnete wird eine magnetische Anziehung von magnetischen
Elementen bewirkt, die an dem flexiblen luftgelagerten Element angebracht
sind. Auf diese Weise kann eine quasi flächig wirkende Anziehungskraft
des luftgelagerten Elements hin zu der Substratoberfläche erzeugt
werden, wobei die flächig
wirkende Anziehungskraft mit der oben beschriebenen pneumatischen
Kraft ein Kräftegleichgewicht
bildet. Der Messabstand kann durch eine entsprechende Anpassung des
Verhältnisses
zwischen der pneumatischen Kraft und der Magnetanziehungskraft genau
eingestellt werden.
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Gemäß Anspruch
5 ist die Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung eine Vakuumansaugungseinrichtung.
Eine Vakuumansaugung hat den Vorteil, dass zwischen der pneumatischen
Luftlagerungskraft und der pneumatischen Vakuumansaugung auf einfache
Weise ein stabiles Gleichgewicht zugunsten der Vakuumansaugung eingestellt
werden kann. Daraus ergibt sich eine Haftung des Messkopfes an der zu
inspizierenden Substratoberfläche
mit einem genau definierten Messabstand, der beispielsweise einige
10 μm beträgt. Infolge
der intrinsischen Flexibilität
des luftgelagerten Elements kann sich der gesamte Messkopf damit
quasi exakt an die Welligkeit der zu inspizierenden Substratoberfläche anpassen.
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Die
Verwendung einer pneumatischen Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung
hat gegenüber anderen
ebenfalls denkbaren Möglichkeiten
zur Erzeugung einer weitgehend homogenen Vorspannung den Vorteil,
dass die Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung pneumatisch mit einer
Glasluft-Erzeugungseinrichtung für
die Luftlagerung des luftgelagerten Elements an der Substratoberfläche kombiniert
werden kann. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Venturidüsen oder
anderen pneumatischen Elementen erfolgen, so dass mit einer einzigen Druckluft- oder Vakuum-Erzeugungsvorrichtung
sowohl die für
die Luftlagerung erforderliche Glasluft als auch der für die pneumatische
Vorspannung erforderliche Unterdruck erzeugt werden kann.
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Gemäß Anspruch
6 weist die Messvorrichtung zusätzlich
zumindest einen Abstandsensor auf, welcher an dem luftgelagerten
Element ausgebildet ist. Dies hat dem Vorteil, dass während des
Betriebs der Messvorrichtung eine Kontrolle des Messabstands zumindest
an vorbestimmten Stellen des Messkopfes möglich ist. Somit kann beispielsweise die
Abstandsinformation bei der Auswertung der von dem Sensor erfassten
Messsignale berücksichtigt werden.
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Bevorzugt
werden eine Vielzahl von Abstandssensoren verwendet, so dass der
jeweilige Messabstand an einer Vielzahl von definierten Stellen
des Messkopfes erfasst werden kann.
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Gemäß Anspruch
7 ist der Abstandssensor ein optischer Abstandsensor und/oder ein
kapazitiver Abstandsensor.
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Als
optischer Abstandssensor eignet sich insbesondere ein konfokaler
Abstandsensor, welcher im Gegensatz zu auf dem Messprinzip der Triangulation
beruhenden Abstandssensoren eine koaxiale Führung von Beleuchtungs- und
Messstrahl aufweist, so dass die Abstandsmessung innerhalb eines
lateral sehr gering ausgedehnten Volumenbereichs realisiert werden
kann. Zudem haben konfokale Abstandssensoren den Vorteil, dass sehr
geringe Messabstände
mit einer hohen Genauigkeit, d.h. mit einer sehr hohen Tiefenauflösung in
der Größenordnung von μm gemessen
werden können.
Konfokale Abstandsensoren sind beispielsweise in der
WO 2005/078383 A1 , in
der
EP 1398597 A1 oder
in der
DE 196 08 468
A1 beschrieben. Neben dieser konfokalen Sensorik können auch
z.B. interferometrische Sensoren eingesetzt werden, die aufgrund
ihres hohen Auflösungsvermögens eine
geeignete Genauigkeit liefern.
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Gemäß Anspruch
8 weist die Messvorrichtung zusätzlich
eine Regeleinheit auf, welche gekoppelt ist mit dem Abstandsensor
und der Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung und/oder mit dem Abstandsensor
und einer Blasluft-Erzeugungseinrichtung. Dies hat den Vorteil,
dass ein geschlossener, d.h. ein eine Rückkopplung aufweisender Regelkreis zur
Höhenregulierung
gebildet werden kann, so dass stets ein definierter Messabstand
zwischen luftgelagertem Element bzw. Messkopf auf der einen Seite und
der zu inspizierenden Substratoberfläche auf der anderen Seite gewährleistet
werden kann.
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Mit
dem unabhängigen
Patentanspruch 9 wird ein Messverfahren zum Inspizieren einer Oberfläche eines
Substrates angegeben. Das Messverfahren weist den folgenden Schritt
auf: Bewegen einer oben beschriebenen Messvorrichtung relativ zu der
Oberfläche
des Substrates, wobei sich infolge der Elastizität des luftgelagerten Elements
der zumindest eine Sensor in einem vorgegebenen Messabstand von
der Oberfläche
bewegt.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich infolge der Flexibilität des luftgelagerten Elements
der Messkopf der Messvorrichtung automatisch an die dreidimensionale
Oberflächenstruktur der
Substratoberfläche
anpasst kann. Auf diese Weise kann ein sowohl zeitlich als auch
räumlich
konstanter Abstand des zumindest einen Sensors von der zu inspizierenden
Oberfläche
gewährleistet
werden.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten
Ausführungsform.
In der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen:
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1 zeigt
in einer Querschnittsdarstellung die Anpassung eines flexiblen und
pneumatisch vorgespannten Sensorträgers an die wellige Oberfläche eines
Substrates.
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2 zeigt
eine Draufsicht des in 1 dargestellten Sensorträgers.
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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 unterscheiden.
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1 zeigt
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Messvorrichtung 100, welche einen flexiblen
Sensorträger 120 aufweist,
der mittels eines Flächenpositioniersystems 115 über eine
zu inspizierende Oberfläche 141 eines
Substrates 140 bewegt werden kann. Die Positionierung kann
dabei innerhalb einer durch eine x-Achse und eine y-Achse aufgespannten
Positionierebene erfolgen.
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Die
Messvorrichtung 100 weist ein Halteelement 110 auf,
welches gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Halterahmen 110 ist. An dem Halterahmen sind zwei Befestigungselemente 111 ausgebildet. Über jeweils
ein Festkörpergelenk 112 ist
der flexible Sensorträger 120 mit
dem einem Befestigungselement 111 verbunden. Die Befestigung
des flexiblen Sensorträgers 120 mittels
Festkörpergelenken 112 hat
den Vorteil, dass der Sensorträger 120 und
die beiden Befestigungselemente 111 einstückig beispielsweise
durch mikromechanische Strukturierverfahren hergestellt werden können. Anstelle
von Festkörpergelenken 112 können selbstverständlich auch
beliebige andere Aufhängungs-
bzw. mechanische Koppelelemente verwendet werden.
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Der
flexible Sensorträger 120 ist
mit mehreren Sensoren 130 bestückt, die in einer Reihe entlang
der x-Achse angeordnet sind. Die Sensoren 130 können beliebige
Sensoren wie beispielsweise optische, kapazitive und/oder induktive
Sensoren sein. Die Sensoren 130 können auch flächig angeordnet sein,
so dass die Oberfläche 141 auf
besonders effektive Weise durch den gleichzeitigen Betrieb von einer
Vielzahl von Sensoren 130 abgetastet werden kann.
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Der
flexible Sensorträger 120 weist
ferner eine Mehrzahl von Blasluftkanälen 131 auf, die in nicht
dargestellter Weise mit einer Glasluft-Erzeugungseinrichtung 132 pneumatisch
gekoppelt sind. Durch eine entsprechende Beaufschlagung der Blasluftkanäle 131 mit
Druckluft wird somit eine Luftströmung erzeugt, die an den unteren Öffnungen
der Blasluftkanäle 131 in
Richtung der Substratoberfläche 141 austreten.
Auf diese Weise wird zwischen der Unterseite des flexiblen Sensorträgers 120 und der
Oberfläche 141 ein
Luftpolster erzeugt, welches eine Luftlagerung des Sensorträgers 120 auf
der zu inspizierenden Oberfläche 141 bewirkt.
Der flexible Sensorträger 120 wird
in diesem Zusammenhang deshalb auch als luftgelagertes Element 120 bezeichnet.
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Die
der zu inspizierenden Oberfläche 141 zugewandte
Seite des luftgelagerten Elements 120 weist eine so genannte
Notlaufbeschichtung 121 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt
es sich bei der Notlaufbeschichtung um eine Teflonschicht 121,
die bei einem versehentlichen Ausfall der Glasluft-Erzeugungseinrichtung 132 eine Beschädigung der
Sensoren 130 und/oder der Substratoberfläche 141 verhindert.
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Wie
aus 1 ersichtlich, in welcher aus Gründen des
besseren Verständnisses
die Welligkeit der Substratoberfläche 141 übertrieben
stark dargestellt ist, kann sich das luftgelagerte Element 120 aufgrund
seiner intrinsischen Flexibilität
bzw. Elastizität an
die Korrugationen der Oberfläche 141 anpassen. Auf
diese Weise wird sichergestellt, dass sich trotz der dargestellten
Welligkeit der Substratoberfläche 141 alle
Sensoren 130 im wesentlichen in dem gleichen Messabstand
oberhalb der Oberfläche 141 befinden.
Dies gilt auch für
eine Bewegung des flexiblen Sensorträgers 120, bei der
sich das luftgelagerte Element 120 dynamisch an die dreidimensionale
Struktur der Oberfläche 141 anpassen
kann.
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Bei
der Verwendung von entsprechend elastischen Materialien für das luftgelagerte
Element 120 können
somit in der Praxis problemlos Oberflächenwelligkeiten mit einer
maximalen Höhendifferenz
entlang einer z-Richtung zwischen Wellenberg und Wellental in der
Größenordnung
von 50 μm
bis 150 μm durch
eine entsprechende Anpassung des flexiblen luftgelagerten Elements 120 kompensiert
werden. Eine hohe Flexibilität
des luftgelagerten Elements 120 ermöglicht dabei auch Anpassungen an
Korrugationen mit einer vergleichsweise kurzen Reichweite innerhalb
einer zu der x-Achse und zu der z-Achse parallele Ebene.
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Um
die Anpassungsfähigkeit
des flexiblen luftgelagerten Elements 120 insbesondere
an Korrugationen mit einer kurzen Reichweite zu erhöhen, sind
in dem flexiblen luftgelagerten Element 120 zusätzlich Ansaugöffnungen 133 ausgebildet,
die in nicht dargestellter Weise pneumatisch mit einer Vakuum-Erzeugungseinrichtung 134 gekoppelt
sind. Auf diese Weise wird abgesehen von der in Richtung des Substrates 140 wirkenden
Gewichtskraft des flexiblen Sensorträgers 120 zusätzlich eine
Ansaugkraft erzeugt, die den Sensorträger 120 in Richtung
des Substrates 140 zieht. Dabei stellt sich in einem bestimmten
Messabstand ein Kräftegleichgewicht
zwischen der attraktiven Gewichtskraft und der Vakuumansaugkraft
auf der einen Seite und der repulsiven Luftlagerkraft auf der anderen
Seite, die durch die aus den Blasluftkanälen 231 austretenden
Glasluft erzeugt wird. Durch eine entsprechende Wahl des Verhältnisses
dieser Kräfte
kann der Messabstand zwischen den einzelnen Sensoren 130 und
der Substratoberfläche 141 eingestellt
werden. Aus diesem Grund ist sowohl die Blasluft-Erzeugungseinrichtung 132 als
auch die Vakuum-Erzeugungseinrichtung 134 mit einer Regeleinheit 137 gekoppelt.
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Das
luftgelagerte Element 120 kann beispielsweise mittels eines
Dünnglases
realisiert werden, welches die erforderliche Flexibilität aufweist. Ebenso
kann das flexible luftgelagerte Element zumindest teilweise aus
Kunststoff wie beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) oder aus einem
faserverstärkten
Material wie beispielsweise einem Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigt
sein. Die Verwendung von Keramik, Glas oder Kohlefaserverbundwerkstoff
zur Herstellung des luftgelagerten Elements 120 hat den Vorteil,
dass diese Materialen präzise
bearbeitet werden können,
so dass die Blasluftkanäle 131 und/oder die
Ansaugöffnungen 233 mit
einer hohen Genauigkeit in dem flexiblen Sensorträger 120 ausgebildet werden
können.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass insbesondere die Blasluftkanäle 131 mittel
Laserbearbeitung ausgebildet werden können. Auf diese Weise können beispielsweise
Blasluftkanäle 131 mit
einem Durchmesser von lediglich 4 μm und einem demzufolge entsprechend
reduzierten pneumatisch Totvolumen erzeugt werden.
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Die
beschriebene Messvorrichtung 100 kann beispielsweise bei
der Inspektion von halbfertigen Flüssigkristallanzeigen verwendet
werden. Dabei werden auf einer Substratoberfläche aufgebrachte Leiterbahnstrukturen
inspiziert, wobei das entsprechende Substrat entlang der Substratoberfläche 141 eine
laterale Ausdehnung in der Größenordnung
von 300 mm bis 400 mm aufweist. Selbstverständlich können mit der beschriebenen
Luftlagerung eines intrinsisch flexiblen Sensorträgers 120 auch
Substrate mit anderen Abmessungen inspiziert werden, wobei infolge
der Anpassungsfähigkeit
des flexiblen Sensorträgers 120 stets
für alle
Sensoren 130 ein weitgehend konstanter Messabstand zu der
zu inspizierenden Oberfläche
gewährleistet
werden kann.
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Die
beschriebene Messvorrichtung 100 hat den Vorteil, dass
abhängig
von der jeweiligen Anwendung der Sensorträger 120 auf die Größe der jeweils zu
inspizierenden Oberfläche 141 skaliert
werden kann. Somit kann für
verschiedene Inspektionsaufgaben eine geeignete Messvorrichtung 100 hergestellt werden,
welche infolge der Flexibilität
des verwendeten Sensorträgers 120 eine
dynamische Anpassung an die Welligkeit der zu inspizierenden Oberfläche ermöglicht.
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2 zeigt
eine Draufsicht des in 1 dargestellten Sensorträgers 120,
welcher nunmehr mit dem Bezugszeichen 220 versehen ist.
Gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
sind drei Sensoren 230 in dem Sensorträger 220 integriert.
Selbstverständlich
können
auch deutlich mehr Sensoren 230 verwendet werden, so dass
durch eine parallelisierte Abtastung eine Substratoberfläche auf
besonders effektive, d.h. besonders schnell inspiziert werden kann.
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Wie
aus 2 ersichtlich, sind jedem Sensor 230 zwei
Ansaugöffnungen 233 und
eine Mehrzahl von feinen Blasluftkanälen 231 zugeordnet,
die links und rechts von dem jeweiligen Sensor 230 angeordnet
sind. Gemäß der hier
dargestellten Ausführungsform
sind unmittelbar neben einem Sensor 230 zwei Ansaugöffnungen 233 ausgebildet.
Etwas weiter außerhalb
befinden sich die Blasluftkanäle 231.
Selbstverständlich
sind auch beliebige andere geometrische Anordnungen denkbar, welche
in einem vorbestimmten Messabstand ein Kräftegleichgewicht zwischen der
attraktiven Gewichtskraft und der Vakuumansaugkraft auf der einen
Seite und der repulsiven Luftlagerkraft auf der anderen Seite erlauben. Auf
diese Weise kann eine stabile Höhenpositionierung
des Sensorträgers 220 auch
bei vergleichsweise kurzreichweitigen Oberflächen-Korrugationen gewährleistet werden.
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Wie
ferner aus 2 ersichtlich, sind in dem Sensorträger 220 außerdem Abstandssensoren 235 vorgesehen.
Die Abstandsensoren sind mit der in 2 nicht
dargestellten Regeleinheit (siehe 1, Bezugszeichen 137)
verbunden, so dass ein geschlossener Regelkreis realisiert ist,
mit dem der Messabstand der Sensoren zu der zu inspizierenden Oberfläche genau
eingestellt und während
eines Messbetriebs auch beibehalten werden kann. Als Abstandssensoren
können
optische oder auch kapazitive Sensoren Abstandsensoren verwendet
werden. Als optischer Abstandssensor eignet sich insbesondere ein
konfokaler Abstandsensor, welcher im Gegensatz zu auf dem Messprinzip
der Triangulation beruhenden Abstandssensoren eine koaxiale Führung von
Beleuchtungs- und Messstrahl aufweist, so dass die Abstandsmessung
innerhalb eines lateral sehr gering ausgedehnten Volumenbereichs
realisiert werden kann.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen
lediglich eine beschränkte
Auswahl an möglichen
Ausführungsvarianten
der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner
Ausführungsformen
in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann
mit den hier expliziten Ausführungsvarianten
eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich
offenbart anzusehen sind.
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- 100
- Messvorrichtung
- 110
- Halteelement/Halterahmen
- 111
- Befestigungselement
- 112
- Festkörpergelenk
- 115
- Flächenpositioniersystem
- 120
- luftgelagertes
Element/flexibler Sensorträger
- 121
- Notlaufbeschichtung/Teflonschicht
- 130
- Sensor
- 131
- Blasluftkanäle
- 132
- Glasluft-Erzeugungseinrichtung
- 133
- Ansaugöffnung
- 134
- Vakuum-Erzeugungseinrichtung
- 137
- Regeleinheit
- 140
- Substrat
- 141
- Oberfläche
- 220
- luftgelagertes
Element/flexibler Sensorträger
- 230
- Sensor
- 231
- Blasluftkanäle
- 233
- Ansaugöffnung
- 235
- Abstandssensor