-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dickenmessung von Teilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 198 19 762 A1 ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist eine interferometrische Messeinrichtung auf, mittels der der Abstand eines Messkopfes zu einer Bauteiloberfläche erfasst werden kann. Wenn zusätzlich der Abstand des Messkopfes zu einer Referenzfläche bekannt ist, auf der das Bauteil beispielsweise aufliegt, kann daraus auf die Dicke des Bauteils geschlossen werden.
-
Insbesondere in der Halbleiterindustrie ist es wichtig, die Dicke von Wafern vermessen zu können, da eine gleichmäßige Dicke der Wafer für die Herstellung der Halbleiterelemente von großer Bedeutung ist. Gemäß der Vorrichtung der
DE 109 19 762 A1 lässt sich zwar sehr genau der Abstand des Messkopfes zu der ihr zugewandten Oberfläche des Bauteils erfassen, zur Dickenmessung ist es jedoch auch erforderlich, die Topographie der Oberfläche des Bauteils zu kennen, die sich auf der abgewandten Seite des Messkopfes befindet. Dazu muss bei der bekannten Vorrichtung das Bauteil gewendet werden, was einen zusätzlichen Handlingsaufwand verursacht. Weiterhin ist nicht ausgeschlossen, dass die Positionierung des Bauteils auf der anderen Seite von der ursprünglichen Positionierung abweicht, so dass eine Berechnung der Bauteildicke durch eine Verknüpfung der Messwerte der Abstände des Messkopfes zu den beiden Bauteiloberflächen zu Fehlern führt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Dickenmessung von Teilen, insbesondere von plattenförmigen Teilen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine einfache, genaue und schnelle Dickenmessung über der gesamten Erstreckung des Bauteils bzw. Teils ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Dickenmessung von Teilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch die Anordnung einer zweiten Messeinrichtung auf der der ersten Messeinrichtung gegenüberliegenden Seite des Bauteils den Abstand zwischen den jeweiligen Messeinrichtungen und der ihr zugewandten Oberfläche des Bauteils gleichzeitig zu erfassen und somit evtl. Fehler, die ggf. durch ein Wenden des Bauteils verursacht werden, zu vermeiden. Da beide Messungen prinzipiell gleichzeitig erfolgen können arbeitet die Vorrichtung auch besonders schnell.
-
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dickenmessung von Teilen, insbesondere von plattenförmigen Bauteilen, sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Eine besonders einfache Auswertung der Messwerte wird erzielt, wenn die beiden Messeinrichtungen identisch ausgebildet sind. In diesem Fall können die Messwerte bzw. Messsignale mittels der Auswerteeinrichtung mittels eines relativ einfachen Algorithmus verarbeitet werden.
-
In einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die beiden Messköpfe den gleichen Bereich des zu vermessenden Teils auf einander gegenüberliegenden Teileseiten erfassen. Dadurch kann die Dicke des Teils in dem betreffenden Bereich unmittelbar erfasst bzw. ausgewertet werden.
-
Ein besonders robuster Aufbau der Vorrichtung, der auch weitgehend Fehler bei der Positionierung der Messköpfe vermeidet wird erzielt, wenn die beide Messköpfe an einem gemeinsamen Trägerelement angeordnet sind und, wenn das Trägerelement in Bezug auf das zu vermessende Teil beweglich ausgebildet ist. Das bedeutet, dass bei einer Bewegung des Trägerelements beide Messköpfe gemeinsam bewegt werden und somit auch die Position der beiden Messköpfe sehr genau und einfach bestimmt werden kann.
-
Um den Messvorgang zu vereinfachen bzw. zu beschleunigen ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn das zu vermessende Teil auf einer Trägereinrichtung angeordnet ist und, wenn die Trägereinrichtung in Bezug zu den beiden Messköpfen beweglich angeordnet ist. Für den Fall, dass die beiden Messköpfe ortsfest angeordnet sind bedeutet dies, dass die Messköpfe erschütterungsfrei mit relativ wenig konstruktivem Aufwand angeordnetwerden können.
-
Hierbei ist es in einer konstruktiven Ausgestaltung und einem konkreten Anwendungsfall vorgesehen, dass das Teil insbesondere als rundes Bauteil ausgebildet ist, dass die Trägereinrichtung einen Tragrahmen für das Teil aufweist, auf dem das Teil mit seinem Randbereich zumindest teilweise aufliegt, dass der Tragrahmen in einer senkrecht zur Bauteilebene angeordneten Drehachse beweglich ist und, dass die Trägereinrichtung einen Antrieb für den Tragrahmen zum Drehen des Tragrahmens in der Drehachse aufweist.
-
Zur hochpräzisen Dickenmessung, welche durch ihre berührungslose Messmethode auch verschleißfrei arbeitet, ist es vorgesehen, dass die beiden Messeinrichtungen jeweils als interferometrische Messeinrichtung ausgebildet sind und punktartige Areale der Oberflächen des Teils erfassen.
-
Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass von jeder Messeinrichtung neben einem Messstrahl zusätzlich ein Referenzstrahl gebildet wird und, dass die beiden Messstrahlen und die beiden Referenzstrahlen gemeinsam ausgewertet werden. Dadurch lässt sich eine besonders sichere und genaue Dickenmessung des Teils durchführen, da Positionierungenauigkeiten des Teils bzw. Ungenauigkeiten aufgrund einer Bewegung zwischen dem Teil und der Messeinrichtung kompensiert werden können.
-
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die beiden Messeinrichtungen jeweils flächenartige Teilbereiche der Oberflächen des Teils erfassen und, dass die Messeinrichtungen Auswertemittel zur Aufteilung und Auswertung der Teilbereiche in kleinere Bereiche aufweisen. Mittels einer derartigen Ausgestaltung lässt sich eine besonders schnelle Dickenmessung durchführen, da eine gegenüber einer punktartigen Erfassung der Oberfläche reduzierte Anzahl von Messreihen erforderlich ist.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
-
Diese zeigen in:
-
1 eine vereinfachte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dickenmessung eines Wafers und
-
2 einen vereinfachten Schnitt in der Ebene II-II der 1.
-
Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit denselben Bezugsziffern versehen.
-
In den Figuren ist eine Vorrichtung 10 zur Dickenmessung eines Teils, insbesondere eines flachen bzw. plattenförmigen, ebenen Teils, dargestellt. Bei dem Teil kann es sich insbesondere um einen Wafer 1 handeln. Hierbei ist der Wafer 1 rund ausgebildet und weist eine Dicke d auf. Die Vorrichtung 10 hat eine Trägereinrichtung 11 für den Wafer 1, die einen Auflagering 12 umfasst. Der Auflagering 12 weist eine Auflagefläche 13 auf, auf der der Wafer 11 mit seiner Unterseite 2 in seinem Randbereich aufliegt. Ferner weist die Auflagefläche 13 einen vertikal laufenden Wandabschnitt 14 auf, über den der Wafer 1 in der Auflageebene positioniert werden kann.
-
Der Auflagering 12 wirkt mit einem Antriebsblock 15 zusammen, der beispielsweise zwei, in senkrecht zueinander angeordneten Achsen drehbar gelagerte, angetriebene Walzen 16, 17 aufweist. Die Walzen 16, 17 wirken mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor zusammen, der über die Walzen 16, 17 eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Bewegung des Auflagerings 12 und somit des Wafers 1 in einer senkrecht zur Ebene des Wafers 1 angeordneten Drehachse 18 ermöglicht. Ferner sind noch zwei weitere Auflageeinheiten 19 mit drehbar angeordneten Rollen vorgesehen, um den Auflagering 12 zu lagern.
-
Die Vorrichtung
10 weist weiterhin eine Messeinheit
20 auf. Die Messeinheit
20 umfasst eine an einem nicht dargestellten, ortsfesten Träger angeordnete Verschiebeeinheit
21. Auf der dem Wafer
1 zugewandten Seite weist die Verschiebeeinheit
21 zwei Tastarme
23,
24 auf. Die Tastarme
23,
24 enden in Messköpfen
25,
26, die jeweils mit der Unterseite
2 bzw. der Oberseite
3 des Wafers
1 zusammenwirken. Insbesondere sind die beiden identischen Tastarme
23 und
24 Bestandteile einer interferometrischen Messeinrichtung
27. Hierbei kann jeder der Tastarme
23 und
24 nach dem in der
DE 198 19 762 A1 dargestellten Messprinzip arbeiten bzw. als Messeinrichtung ausgebildet sein, d. h., dass mittels des jeweiligen Tastarms
23,
24 bzw. durch die Messköpfe
25,
26 sowohl ein Messstrahl, als auch mittels einer Referenzfläche ein sogenannter Referenzstrahl über einen kurzkohärenten Heterodyninterferometer erzeugt werden kann, die zur Auswertung des Abstandes zwischen dem jeweiligen Messkopf
23,
24 und der Unterseite
2 bzw. Oberseite
3 des Wafers
1 dienen. Hierbei werden insgesamt vier Rückreflexe bzw. Signale erzeugt, zwei Rückreflexe von der Unterseite
2 bzw. der Oberseite
3 des Wafers
1 und zwei Rückreflexe von den entsprechenden Referenzflächen. Die vier Signale unterscheiden sich durch ihre Laufzeitdifferenzen (dem sogenannten delay) und können so vom Interferometer durch Einstellen des passenden delays zur Messung ausgewählt werden. Somit wird vom Interferometer die Summe der Abstände der beiden Messköpfe
25,
26 von der Unterseite
2 bzw. der Oberseite
3 gemessen, d. h. eine mögliche Verschiebung des Wafers
1 wird nicht erfasst.
-
Die Messsignale der Messköpfe 25, 26 werden über Leitungen 28, 29 einer Auswerteeinrichtung 30 zugeführt, die aufgrund der empfangenen Signale der Messköpfe 25, 26 und eines in der Auswerteeinrichtung 30 ausgebildeten bzw. vorhandenen Messalgorithmus eine Dickenmessung des Wafers 1 ermöglicht. Hierbei ist es möglich, die Dicke d über nahezu den gesamten Bereich (mit Ausnahme des Auflagebereichs des Wafers 1 auf dem Auflagering 12) des Wafers 1 zu erfassen und den erfassten bzw. ermittelten Wert einer bestimmten Position des Wafers 1 zuzuordnen.
-
Die Verschiebeeinheit 21 ist entsprechend des Doppelpfeils 32 senkrecht zur Drehachse 18 beweglich angeordnet. Insbesondere lässt sich durch eine Bewegung der Verschiebeeinheit 21 in Richtung des Doppelpfeils 32 der gesamte radiale Bereich des Wafers 1 von der Drehachse 18 bis in den radialen Randbereich des Wafers 1 erfassen bzw. überdecken.
-
Aufgrund der bekannten Anordnung des Auflagerings 12 bzw. dessen Auflagefläche 13 zu den Messköpfen 25, 26 sowie der bekannten Anordnung der Verschiebeeinheit 21 gegenüber dem Auflagering 12 kann mittels der von den Messköpfen 25, 26 erfassten Abstände zu der Unterseite 2 bzw. Oberseite 3 des Wafers 1 mittels der Auswerteeinrichtung 30 die Dicke d des Wafers 1 in dem jeweiligen Messort der beiden Messköpfe 25, 26 berechnet werden. Insbesondere kann, bei einer zueinander fluchtenden Anordnung der Messköpfe 25, 26 auf beiden Seiten des Wafers 1, wie in den Figuren dargestellt, eine direkte Auswertung der Messwerte der Messköpfe 25, 26 durch die Auswerteeinrichtung 30 erfolgen.
-
Die Messung der Dicke d des Wafers 1 kann zum Beispiel derart erfolgen, dass bei einer Drehung des Wafers 1 über den Antriebsblock 15 die Abstände der Messköpfe 25, 26 von der Unterseite 2 bzw. der Oberseite 3 des Wafers 1 bei einem bestimmten radialen Abstand von der Drehachse 18 ermittelt werden. Sobald dies erfolgt ist, werden die beiden Messköpfe 25, 26 mittels der Verschiebeeinheit 21 auf eine andere (radiale) Stellung verbracht, worauf sich das Vorgehen wiederholt. Auf diese Weise wird der gesamte Wafer 1 abgetastet bzw. vermessen. Es ist jedoch auch beispielsweise denkbar, dass bei einer kontinuierlichen Drehung des Wafers 1 die beiden Messköpfe 25, 26 ebenfalls kontinuierlich bewegt werden, so dass Messwerte entlang einer spiralförmigen Bahn auf dem Wafer 1 erfasst werden. Diese Messwerte können dann zu einer (vereinfachten) Darstellung der Dickenverteilung über die Fläche des Wafers 1 herangezogen werden.
-
Ergänzend wird erwähnt, dass es anstelle einer punktartigen Erfassung des Abstandes zwischen den Messköpfen 25, 26 zur Unterseite 2 bzw. Oberseite 3 des Wafers 1 auch möglich ist, mittels andersartig ausgebildeter Messköpfe bzw. Messprinzipien nicht nur einen punktartigen Flächenbereich des Wafers 1 zu erfassen, sondern größere Teilbereiche bzw. Areale des Wafers 1. In diesem Fall sind noch zusätzliche Auswertemittel zur Aufteilung der flächenartigen Bereiche in kleinere Teilbereiche erforderlich. Dies hat den Vorteil, dass die Auswertung der Dickenverteilung über die gesamte Fläche des Wafers 1 beschleunigt werden kann, da eine gegenüber einer punktartigen Erfassung reduzierte Anzahl von Messreihen bzw. Messvorgängen erforderlich ist.
-
Ergänzend wird weiterhin erwähnt, dass die soweit beschriebene Vorrichtung 10 in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden kann. Insbesondere ist es auch denkbar, eine andersartig ausgebildete Aufnahme für den Wafer 1 auszubilden, mittels der eine Relativbewegung des Wafers 1 zur Messeinheit 20 ermöglicht wird. Zuletzt ist es auch denkbar, die Vorrichtung 10 in anderen Bereichen zur Vermessung von Teilen einzusetzen, zum Beispiel in der optischen Industrie.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19819762 A1 [0002, 0021]
- DE 10919762 A1 [0003]
