DE202009015084U1

DE202009015084U1 - Messsystem zur Überprüfung eines Werkstücks, insbesondere eines Halbleitersubstrats

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Publication number: DE202009015084U1
Application number: DE200920015084
Authority: DE
Original assignee: Di-Soric Industrie-Electronic & Co KG GmbH; Soric Ind Electronic & Co GmbH
Current assignee: Di-Soric & Co Kg De GmbH
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: WO2011054779A1

Abstract

Messsystem zur Überprüfung eines Werkstücks (P₁) auf wenigstens ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal, mit wenigstens
– einem Sender (S, S1, S2, S', S'', S'''), der elektromagnetische Wellen (W, W1, W2, W3) mit einer vorgegebenen Sendefrequenz aussendet,
– einem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') zum Empfangen elektromagnetischer Wellen (W, W1, W2, W3), der zu dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') derart beabstandet ist, dass das zu überprüfende Werkstück (P₁) zwischen dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') und dem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') in das Messsystem einbringbar ist,
– einer mit dem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') gekoppelten Auswerteeinheit (A), die in Abhängigkeit von durch den Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') empfangenen elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) bewertet, ob das zu überprüfende Werkstück (P₁) ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal aufweist,
wobei die von dem Sender erzeugten...

Description

Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zur Überprüfung eines Werkstücks auf wenigstens ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei der Verarbeitung von Werkstücken in einer Prozesskette muss generell sichergestellt werden, dass diese bestimmte vorgegebene Nennparameter aufweisen, bevor sie zur Weiterverarbeitung freigegeben werden können. Nur so kann eine sichere Prozessführung gewährleistet werden. Gerade bei automatisierten Prozessen muss eine Überprüfung, ob die vorgegebenen Nennparameter eingehalten wurden beziehungsweise sind, schnell und vorzugsweise berührungslos realisiert werden.
Insbesondere bei besonders hochwertigen und/oder filigranen Werkstücken, bei denen Abweichungen in beispielsweise in der Materialdicke oder den äußeren Abmessungen im Bereich weniger 100 Mikrometer (100 μm) als unerwünscht gelten, werden bevorzugt optische Messsysteme eingesetzt, die das zu überprüfende Werkstück mit einer elektromagnetischen Welle durchstrahlen, um festzustellen, ob vorgegebene Nennparameter eingehalten wurden beziehungsweise das Werkstück die damit definierten Qualitätsmerkmale einhält.
So werden beispielsweise bei der Herstellung und/oder Verarbeitung von plattenförmig ausgebildeten Halbleitersubstraten, wie sogenannten Wafern, mittels automatischer Messsysteme überprüft, ob diese innerhalb des Verarbeitungsprozesses in einer bestimmten Materialstärke, in einer bestimmten Stückzahl und/oder unversehrt vorliegen. So besteht an verschiedenen Stellen einer Prozesskette bei der Verarbeitung von derartigen plattenförmigen Halbleitersubstraten beispielsweise die Notwendigkeit, dass ausschließlich eine einzelne Halbleitersubstratplatte aus einem Los beziehungsweise Stapel mehrerer Halbleitersubstratplatten weiter verarbeitet wird. Im Zusammenhang mit Wafern spricht man hier auch von der Vereinzelung von Wafern. Hierbei treten jedoch aufgrund der Beschaffenheit der Halbleitersubstrate und der zum Teil auch unvorteilhaften Umgebungsbedingungen Fehler auf, die dazu führen können, dass mehrere (mindestens zwei) plattenförmige Halbleitersubstrate aneinander haften und sogenannte Doppellagen entstehen.
Weiterhin kann es vorkommen, dass bei der Verarbeitung eines derartigen Werkstückes einzelne plattenförmige Halbleitersubstrate beschädigt werden und lose Bruchstücke beziehungsweise Fragmente aus ihnen heraus gelöst werden. Derartige Fragmente kommen nun unter Umständen auf oder an einem anderen plattenförmigen Halbleitersubstrat zum liegen und können im Laufe einer Prozesskette an anderer Stelle, wie zum Beispiel bei einer nachfolgenden Beschichtung des Halbleitersubstrats, zu Problemen führen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Messsysteme zur Erkennung solcher Doppellagen und von Fragmenten auf plattenförmigen Halbleitersubstraten, wie zum Beispiel Siliziumwafern (Si-Wafern), bekannt.
In einer Variante werden optische Sensoren in der Form von Einweglichtschranken in einem optischen Messsystem eingesetzt. Basierend auf der energetischen Auswertung optischer Durchstrahlung erkennt ein solches Messsystem, ob ein vorgegebenes Qualitätsmerkmal, das heißt hier zum Beispiel das Vorliegen ausschließlich einer einzigen Lage eines plattenförmigen Halbleitersubstrates, erfüllt ist. Ist ein zulässiger Maximalwert für die Materialdicke des zu überprüfenden Werkstückes, hier eines Halbleitersubstrates, durchgängig und/oder in einem bestimmten Bereich überschritten, trifft die elektromagnetische Welle mit einem zu kleinen Energieinhalt oder überhaupt nicht am Empfänger auf. Ein derartiges Messsystem stellt also z. B. anhand des Energieinhalts das Halbleitersubstrat durchstrahlender und auf einen Empfänger auftreffender elektromagnetischer Wellen fest, ob die Materialdicke einen zulässigen Maximalwert überschreitet. Da bei einer unzulässigen Materialdicke davon ausgegangen werden muss, dass entweder eine weitere Lage des Halbleitersubstrates oder zumindest ein Fragment vorliegt, soll hiermit sichergestellt werden, dass einem nachfolgenden Verarbeitungsprozess ausschließlich eine einzelne Lage eines plattenförmigen Halbleitersubstrats zugeführt wird.
Da sich aber die Materialdicke eines Halbleitersubstrates, also zum Beispiel eine Waferdicke, üblicherweise innerhalb gewisser Toleranzen bewegt, muss bei der optischen Erkennung eine Hysterese vorgesehen werden. Nur so kann bei der energetischen Auswertung der empfangenen elektromagnetischen Welle beziehungsweise der empfangenen Strahlung sichergestellt werden, dass zulässige Materialdicken noch sicher erkannt werden. Hierbei muss folglich überprüft werden, ob eine Energie der empfangenen Strahlung noch innerhalb eines als zulässig erachteten Intervalls liegt, wodurch eine Auswertelogik des Messsystems komplexer ausgestaltet werden muss. Oft reicht zudem auch eine Hysterese, auch wenn sie einstellbar ausgeführt ist, nicht aus, um sichere Ein- und Ausschaltpunkte beziehungsweise Kontrollsignale zu liefern.
Weiterhin sind Messsysteme mit Ultraschallsensoren in der Form von Ultraschallschranken bestehend aus wenigstens einem Sender und einem Empfänger bekannt, die Doppellagen bei plattenförmigen Halbleitersubstraten im Durchschallungsprinzip erkennen. Auch hier geschieht die Auswertung üblicherweise energetisch und führt daher zu denselben Problemen aufgrund einer zugelassenen Toleranz in der Materialdicke des zu überprüfenden Werkstückes, wie sie bereits zuvor erläutert wurden.
Eine weitere Möglichkeit zur Überprüfung von plattenförmigen Halbleitersubstraten sind Zeilenkameras mit einer leistungsstarken Beleuchtung. Derartige Messsysteme sind allerdings sehr groß und äußerst kostenintensiv.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein möglichst preiswertes Messsystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, das das Vorliegen eines bestimmten vorgegebenen Qualitätsmerkmals an einem Werkstück sicher erkennt und die im Zusammenhang mit einer energetischen Auswertung einer empfangenen elektromagnetischen Welle auftretenden Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Messsystem des Anspruchs 1 gelöst.
Ein solches Messsystem zur Überprüfung eines Werkstückes auf wenigstens ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal weist erfindungsgemäß wenigstens einen Sender, der elektromagnetische Wellen mit einer vorgegebenen Sendefrequenz aussendet, einen Empfänger zum Empfangen elektromagnetischer Wellen, der zu dem Sender derart beabstandet ist, dass das zu überprüfende Werkstück zwischen dem Sender und dem Empfänger in das Messsystem einbringbar ist, und eine mit dem Empfänger gekoppelte Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit bewertet in Abhängigkeit von durch den Empfänger empfangenen elektromagnetischen Wellen, ob das zu überprüfende Werkstück ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal aufweist, wobei die von dem Sender erzeugten elektromagnetischen Wellen dazu geeignet sind, sich durch das Werkstück hindurch zu dem Empfänger auszubreiten. Die folglich nach der Durchstrahlung des Werkstückes von dem Empfänger empfangenen elektromagnetischen Wellen werden von der Auswerteeinheit demgemäß dahin gehend überprüft, ob das gewünschte Qualitätsmerkmal an dem zu überprüfenden Werkstück vorliegt oder nicht. Hierfür wird von der Auswerteeinheit erfindungsgemäß ein Vergleich der (Empfangs-)Frequenz der von dem Empfänger empfangenen elektromagnetischen Wellen mit der (Sende-)Frequenz der von dem Sender ausgesandten elektromagnetischen Wellen durchgeführt. Das erfindungsgemäße Messsystem arbeitet folglich nicht auf Basis einer energetischen Auswertung der empfangenen elektromagnetischen Wellen, sondern zieht ausschließlich die Frequenzen der ausgesandten und der empfangenen elektromagnetischen Wellen heran, um zu entscheiden, ob ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal an dem Werkstück vorliegt.
Vorteilhafterweise weist die Auswerteeinheit hierfür eine Auswertelogik auf, anhand derer überprüft wird, ob eine Empfangsfrequenz mit der Sendefrequenz übereinstimmt. In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Auswerteeinheit hierfür einen Phasenregelkreis auf, der gemäß des englischen Fachbegriffes auch als „Phase-locked loop” beziehungsweise kurz „PLL” bezeichnet wird.
Über einen solchen Phasenregelkreis beziehungsweise eine entsprechende PLL-Stufe in der Auswerteeinheit, die mit dem Empfänger gekoppelt ist, kann in einfacher Weise und funktionssicher festgestellt werden, ob eine Empfangsfrequenz der von dem Empfänger empfangenen elektromagnetischen Wellen mit der Sendefrequenz des Senders übereinstimmt. Hierfür wird die Sendefrequenz des Senders in die Auswerteeinheit gespeist oder ist in dieser fest einstellbar hinterlegt. Auf Basis des Frequenzvergleichs kann dann sicher detektiert werden, ob die elektromagnetischen Wellen das zu überprüfende Werkstück störungsfrei durchstrahlen konnten.
Die Auswerteeinheit generiert dementsprechend bevorzugt ein Kontrollsignal, wenn festgestellt wird, dass die Empfangsfrequenz und die Sendefrequenz übereinstimmen. Diese automatische Generierung eines Kontrollsignals mittels des Phasenregelkreises beziehungsweise der PLL-Stufe in der Auswerteeinheit hat den Vorteil, dass für die Definition eines sicheren Kontrollsignals beziehungsweise Schaltpunktes keine Hysterese benötigt wird. Entweder wird die Frequenz der elektromagnetischen Welle(n) des Senders an dem Empfänger detektiert oder nicht.
Gerade bei der Überprüfung von plattenförmigen Halbleitersubstraten, wie zum Beispiel sogenannten Wafern, muss somit die Generierung eines Kontrollsignals und daher ein Schaltpunkt nicht im Detail an die Materialsstärke beziehungsweise -dicke des Halbleitersubstrates angepasst werden. Es können dementsprechend größere Toleranzen in der Materialstärke beziehungsweise -dicke aufgefangen werden, da keine energetische Betrachtung der empfangenen elektromagnetischen Welle(n) durchgeführt wird.
Vielmehr ist die Auswertelogik der Auswerteeinheit in einem Ausführungsbeispiel nur dazu eingerichtet und vorgesehen, bei durch den Empfänger empfangener elektromagnetischer Welle automatisch festzustellen, ob die Empfangsfrequenz dieser elektromagnetischen Wellen mit der Sendefrequenz der von dem Sender ausgesandten elektromagnetischen Wellen übereinstimmt. Die Auswerteeinheit generiert dann vorzugsweise nur bei einer Übereinstimmung von Empfangsfrequenz und Sendefrequenz automatisch ein Kontrollsignal, das das Vorliegen eines bestimmten gewünschten Qualitätsmerkmals, wie zum Beispiel eine nicht überschrittene Maximaldicke des zu überprüfenden Werkstückes, mitteilt.
Wie bereits oben ausgeführt, ist ein erfindungsgemäßes Messsystem vorzugsweise dazu eingerichtet und vorgesehen, festzustellen, ob ein Werkstück durchgängig und/oder in einem bestimmten Abschnitt des Werkstückes eine zulässige Materialdicke aufweist. Die von dem Sender ausgesandten elektromagnetischen Wellen werden hierfür derart eingestellt, dass sie sich bis zu dem Empfänger nur durch einen solchen Abschnitt des Werkstückes hindurch ausbreiten können, der eine vorgegebene maximale Materialdicke nicht überschreitet. Das Messsystem überprüft folglich ein komplett zwischen dem Sender und dem Empfänger eingebrachtes und/oder an dem Sender und dem Empfänger vorbei geführtes Werkstück dahingehend, ob dieses Werkstück zumindest in einem Bereich eine vorgegebene, zulässige maximale Materialstärke überschreitet.
Bei der Überprüfung eines plattenförmigen Halbleitersubstrates kann eine solche als zulässig erachtete maximale Materialstärke, bei der noch eine sichere Durchstrahlung des Halbleitersubstrates mit der von dem Sender ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen möglich wäre, beispielsweise durch das Aufeinanderliegen mehrerer (mindestens zweier) plattenförmiger Halbleitersubstrate aufeinander oder das Haften einzelner Fragmente eines beschädigten Halbleitersubstrates an dem zu überprüfenden Halbleitersubstrat überschritten sein. Kann folglich die Auswerteeinheit des Messsystems in einem solchen Fall keine elektromagnetische Welle(n) empfangen und damit keine mit der Sendefrequenz übereinstimmende Empfangsfrequenz feststellen, bleibt ein Kontrollsignal aus und die Auswerteinheit meldet einen Fehler an dem zu überprüfenden Halbleitersubstrat. Innerhalb einer Prozesskette kann somit mittels eines solchen erfindungsgemäßen Messsystems sicher festgestellt werden, ob zum Beispiel tatsächlich ein einzelner Siliziumwafer ohne daran anhaftende Fragmente vorliegt.
Bevorzugt wird das Messsystem in einer bereits bestehenden Anlage zur Verarbeitung des Werkstückes eingesetzt, sodass sich eine Ausführung des Messsystems in der Form eines nachträglich einbaubaren Moduls anbietet. Ein erfindungsgemäßes Messsystem kann somit beispielsweise in eine Wafer als Werkstücke verarbeitende Anlage nachträglich eingebaut werden. Von der Auswerteeinheit generierte Signale, wie zum Beispiel ein Kontrollsignal für die Feststellung des Vorliegens des gewünschten Qualitätsmerkmals, kann dann an eine übergeordnete Steuereinheit der Anlage übermittelbar sein.
Da gerade innerhalb automatisierter Verarbeitungsprozesse ein festes Werkstück zur Überprüfung nicht lange ruhend vorgehalten werden soll, um eine Prozess- oder Verarbeitungsrate der Anlage nicht erheblich zu reduzieren, ist ein erfindungsgemäßes Messsystem bevorzugt so ausgestaltet, dass das Werkstück an dem Sender und dem Empfänger vorbeiführbar ist.
Ein solches Messsystem gestattet somit beispielsweise, dass das Werkstück über eine Transportvorrichtung zwischen dem Sender und dem Empfänger durch das Messsystem hindurch geführt wird. Insbesondere bei einem plattenförmigen Halbleitersubstrat als Werkstück wäre das Halbleitersubstrat dementsprechend zwischen dem Sender und dem Empfänger derart durch das Messsystem hindurchführbar, dass sich der Empfänger und der Sender während der Überprüfung aufeinander gegenüberliegenden Seiten des plattenförmigen Halbleitersubstrates befinden. Auf diese Weise wird ein plattenförmiges Halbleitersubstrat im Wesentlichen quer zu seiner Transportrichtung durch das Messsystem mit elektromagnetischen Wellen des Senders bestrahlt. Bei einer zulässigen Dicke des Halbleitersubstrats erreichen dabei von einem Sender ausgesandte beziehungsweise emittierte elektromagnetische Wellen den auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrats angeordneten Empfänger. Folglich treffen hierbei elektromagnetische Wellen des Senders im Wesentlichen senkrecht zu einer flächigen Ober- beziehungsweise Unterseite auf das Halbleitersubstrat.
In einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet das Messsystem mit Infrarotstrahlung, die von dem Sender durch ein zu überprüfendes Werkstück hindurch zu dem Empfänger ausgesandt beziehungsweise abgestrahlt wird.
Vorzugsweise weist das Messsystem Hochleistungslichtschranken bestehend aus mindestens einem Sender und einem Empfänger auf, die Infrarotstrahlung aussenden beziehungsweise empfangen. Diese Hochleistungslichtschranken können insbesondere als Gabel- oder Winkellichtschranken ausgeführt sein. Um die Lichtschranken optimal (von der Seite) an eine bestehende Antriebssektion einer das Werkstück verarbeitenden Anlage anzubringen, weisen diese je nach Anwendungsfall vorzugsweise unterschiedliche Gabelweiten und Schenkellängen auf.
Ebenso ist eine Bauform einer Einheit aus Sender und Empfänger (Sender-Empfänger-Einheit) als Einwegsystem denkbar, bei dem Sender und Empfänger mit axialer und radialer Strahlungsachse Verwendung finden können. Diese eignen sich insbesondere um Sender und Empfänger innerhalb der Antriebssektion einer Wafer verarbeitenden Anlage von oben oder unten bezogen auf die Transportrichtung der Wafer innerhalb der Anlage zu montieren.
Weiterhin kann das Messsystem dazu eingerichtet und vorgesehen sein, festzustellen, ob sich ein Werkstück in einer als zulässig vorgegebenen Lage innerhalb des Messsystems befindet. Hierfür sind wenigstens ein Sender und ein Empfänger so angeordnet, dass in Abhängigkeit von dem an diesem Empfänger empfangenen elektromagnetischen Wellen von der Auswerteeinheit bewertet werden kann, ob das Werkstück von einer als zulässig erachteten Position abweicht. Dies spielt insbesondere bei der Überprüfung von Halbleitersubstraten eine Rolle, die bei der Einbringung in das Messsystem unter Umständen leicht verdreht werden beziehungsweise verrutschen. Um sicher detektieren zu können, dass sich das zu überprüfende Werkstück außer Position befindet, ist ein Strahlengang der elektromagnetischen Wellen von einem Sender zu einem Empfänger beispielsweise so eingestellt, dass das Werkstück nur dann mit wenigstens einem Abschnitt in diesen hineinragt, wenn sich das Werkstück nicht in der vorgegebenen Lage befindet. Dies erlaubt eine einfache Kontrolle der bestimmungsgemäßen Position und/oder Lage des in das Messsystem eingebrachten Werkstücks.
So werden z. B. von der Auswerteeinheit an dem Empfänger zunächst ungestört (dauerhaft) elektromagnetische Wellen mit der Sendefrequenz festgestellt. Diese elektromagnetischen Wellen sind aber nicht geeignet, ein Werkstück, wie z. B. einen Wafer, zu durchstrahlen, sodass von der Auswerteeinheit automatisch ein Fehlersignal generiert werden kann, sobald der Empfang elektromagnetischer Wellen unterbrochen wird.
Um einen dauerhaft fehlerfreien Betrieb des Messsystems ohne häufige Wartung gewährleisten zu können, sind in dem Messsystem verwendete optische Komponenten vorteilhaft so ausgestaltet, dass sich daran nicht ohne Weiteres Verschmutzungen oder Verunreinigungen ablagern können. So definiert das Messsystem üblicherweise einen Messraum, in den das Werkstück zur Überprüfung einbringbar ist und in den (optische) Komponenten des Messsystems wenigstens teilweise hineinragen. So kann beispielsweise ein Sender einer Hochleistungslichtschranke mit seinem Gehäuse zumindest teilweise innerhalb eines nach außen abgedichteten Raumes des Messsystems oder einer das Messsystem aufnehmenden Anlage angeordnet sein, in dem der Transport und die Überprüfung des Werkstückes, insbesondere eines Halbleitersubstrats, erfolgen. Die Oberflächen solcher Komponenten, insbesondere Gehäuse- oder Optikoberflächen, werden hier bevorzugt keilförmig oder gewölbt beziehungsweise abgerundet ausgeführt, sodass gröbere Verschmutzungen daran nicht ohne Weiteres haften bleiben können. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Bezug auf von einem beschädigten Werkstück gelöste Bruchstücke beziehungsweise Fragmente, die derart nicht ohne Weiteres an einem Gehäuse oder einer optischen Oberfläche einer Komponente des Messsystems liegen und/oder haften bleiben können.
In diesem Zusammenhang wird es auch als vorteilhaft erachtet, wenn von dem Sender ausgesandte elektromagnetische Wellen nicht auf geradem Wege zu dem Empfänger geleitet werden, sondern über einen geeigneten Reflektor beziehungsweise ein geeignetes Reflektormittel umgelenkt werden. In dieser speziellen Anordnung befindet sich der Sender beispielsweise oberhalb des zu überprüfenden Werkstückes und strahlt senkrecht nach unten auf eine um 45° geneigt Platte, die als Reflektormittel dient und die elektromagnetische Wellen zu einem seitlich angebrachten Empfänger leitet. Hierbei ist das Reflektormittel folglich derart angeordnet, dass das Reflektormittel von dem Sender ausgesandte elektromagnetische Wellen in Richtung des Empfängers umlenken kann, die sich zuvor durch das Werkstück hindurch bis zu dem Reflektormittel ausgebreitet haben.
Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass weder auf dem Sender noch auf dem Empfänger Fragmente liegen bleiben können. Fragmente, die wiederum auf das Reflektormittel fallen, legen sich zwar auf dessen Oberfläche ab, verhindern aber bis zu einem gewissen Grad nicht die Reflektion.
Selbstverständlich ist auch die Umlenkung der von dem Sender ausgesandten elektromagnetischen Wellen über ein Reflektormittel z. B. in Abhängigkeit vom Einsatzort des Messsystems um einen von 45° verschiedenen Winkel möglich.
Ein Reflektormittel kann beispielsweise als herkömmlicher Spiegel oder Tripelspiegel ausgeführt sein. Beim Einsatz von durch den Sender ausgesandter Infrarot-Strahlung (IR-Strahlung) kann ein Reflektormittel aus einem beliebigen IR-Strahlung reflektierenden Material hergestellt sein.
In einer besonderen Ausführungsvariante ist das Reflektormittel aus demselben Material hergestellt wie ein plattenförmiges Halbleitersubstrat, das mit dem Messsystem auf ein bestimmtes Qualitätsmerkmal hin zu überprüfen ist. Auf das Reflektormittel heruntergefallene Fragmente des Halbleitersubstrates, zum Beispiel eines Siliziumwafers, würden dementsprechend die Funktionsweise eines Reflektormittels, bei einem Siliziumwafer dementsprechend zum Beispiel eines Siliziumreflektors, nur in geringer Weise beeinträchtigen.
Alternativ oder ergänzend können selbstverständlich Freiblaseinrichtungen an den (optischen) Komponenten des Messsystems vorgesehen werden, die bedarfs- oder ausfallgesteuert aktivierbar sind, um eine Verunreinigung an einer (optischen) Komponente zu beseitigen.
Da mit einem einzigen Sender und einem einzigen Empfänger bei größeren Werkstücken üblicherweise nur punktuelle Messungen beziehungsweise Überprüfungen möglich sind, wird es als besonders vorteilhaft erachtet, eine Mehrzahl von Sendern und Empfängern in einer Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Messsystems vorzusehen. So können insbesondere bei plattenförmigen Halbeleitersubstraten Doppellagen und nur lokal auftretende Fragmente beziehungsweise Bruchstücke mit nur einer punktuellen Messung mit einer einzigen Sender-Empfänger-Einheit nicht sicher detektiert werden.
Vorzugsweise sind mehrere Sender aneinandergereiht beziehungsweise hintereinander angeordnet, um über die gesamte Breite eines Werkstückes beziehungsweise über die Gesamtbreite einer von dem Werkstück innerhalb des Messsystems zurückgelegten Transportstrecke eine Überprüfung durchführen zu können. So sind vorzugsweise Hochleistungslichtschranken quer zur Transportrichtung eines Halbleitersubstrates durch eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante des Messsystems aneinandergereiht, um derart Fragmente bis zu einer Größe von wenigen Quadratmillimetern auf einem plattenförmigen Halbleitersubstrat detektieren zu können.
Vorzugsweise sind mehrere Sender derart hintereinander angeordnet, dass sich wenigstens die jeweils von zu einander benachbarten Sendern ausgesandten elektromagnetischen Wellen überlagern. Indem dann weiterhin die Sendefrequenzen der einzelnen Sender synchronisiert sind, kann die Gesamtdurchstrahlungsfähigkeit des Werkstückes gesteigert werden. Gerade bei dem Einsatz eines erfindungsgemäßen Messsystems zur Überprüfung von Halbleitersubstraten können damit auch vergleichsweise sehr dicke Halbleitersubstrate in einer einzelnen Lage sicher durchstrahlt werden, ohne hierfür die Leistung einzelner Sender erheblich zu steigern.
Alternativ hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die einzelnen Sender und Empfänger separat voneinander zu betreiben, um insbesondere eine eventuelle störende Beeinflussung einzelner benachbarter Sender auszuschließen. Indem beispielsweise die Sender mit zeitlicher Verzögerung nacheinander aktiv geschaltet werden und die zugeordneten Empfänger somit jeweils nur nacheinander ausgesandte elektromagnetische Wellen empfangen können, ist zudem die Verwendung einer einzigen, vergleichsweise einfach aufgebauten Auswerteeinheit für alle Empfänger möglich. Hierbei wird vorzugsweise ein Multiplexer innerhalb des Messsystems eingesetzt, der nacheinander die mit ihm gekoppelten Sender ansteuert, sodass jeweils nur ein ausgewählter Sender oder nur bestimmte ausgewählte Sender elektromagnetischen Wellen aussenden.
Um keine allzu großen zeitlichen Verzögerungen zu gestatten, bis alle vorgesehenen Sender einzeln aktiviert wurden, kann es in diesem Zusammenhang auch von Vorteil sein, mehrere Sender in gleichzeitig ansteuerbare Gruppen zusammenzufassen. Zwar sind chronologische Aktivierungen und Deaktivierungen aller Sender beziehungsweise Empfänger nacheinander elektronisch durchaus schnell zu realisieren. Jedoch können die auftretenden Schaltzeiten bei einer Vielzahl von Sendern unter Umständen so groß werden, dass eine Schadstelle eines an den Sendern vorbeigeführten Werkstücks (z. B. in Form eines Fragments auf dem Werkstück) nicht erkannt wird. Der entsprechende Sender wird unter Umständen erst aktiviert, wenn der Bereich des Werkstückes mit der Schadstelle den Sender bereits vollständig passiert hat. Hier ist eine Zusammenfassung eines Teils der vorgesehenen Sender in gemeinsam ansteuerbare Gruppen von Vorteil.
Dabei werden jeweils diejenigen Sender gemeinsam getriggert bzw. aktiv geschaltet, die soweit räumlich voneinander beabstandet sind, dass eine wechselseitige Beeinflussung der ihnen zugeordneten Empfänger sicher ausgeschlossen ist. Im Anschluss daran werden dann die weiteren ebenfalls jeweils in Gruppen zusammengefassten Sender aktiv geschaltet.
Ein erfindungsgemäßes Messsystem kann folglich dazu eingerichtet sein, nacheinander und/oder gleichzeitig zur Aussendung elektromagnetischer Wellen zu aktivieren.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, die einzelnen Sender und Empfänger jeweils oder gruppenweise mit unterschiedlichen Frequenzen von elektromagnetischen Weilen zu betreiben. Die Auswerteeinheit eines Empfängers oder mehrerer (voneinander ausreichend beabstandeter) Empfänger ist folglich auf eine bestimmte (erste) Sende-beziehungsweise Empfangsfrequenz festgelegt, während dieselbe oder eine andere Auswerteeinheit für einen weiteren oder mehrere weitere Empfänger auf eine zu der ersten Frequenz unterschiedliche (zweite) Frequenz festgelegt ist. Auf diese Weise kann ein Sender, der mit der ersten (Sende-)Frequenz elektromagnetische Wellen abstrahlt, nicht zu einer Auslösung eines Kontrollsignals an einem ihm nicht zugeordneten Empfänger beitragen, der auf die zweite (Sende-)Frequenz eines anderen Senders eingestellt ist.
Durch die Aneinanderreihung mehrere Sender beziehungsweise Sender-Empfänger-Einheiten, wird folglich ein Lichtvorhang geschaffen, durch den hindurch das zu überprüfende Werkstück, insbesondere kontinuierlich, geführt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens einer der Mehrzahl der Sender und ein diesem Sender zugeordneter Empfänger dazu eingerichtet und vorgesehen, die Einbringung eines Werkstücks in das Messsystem festzustellen. Mit anderen Worten werden ein Sender und ein Empfänger dazu genutzt, ein in das Messsystem eingebrachtes Werkstück zu detektieren. Ein solcher Sender sendet dementsprechend in einer bevorzugen Ausführungsform elektromagnetische Wellen mit geringerer Leistung als die übrigen Sender zur Überprüfung eines Qualitätsmerkmals aus, sodass von diesem Sender ausgesandte elektromagnetische Wellen das zu überprüfende Werkstück in keinem Fall durchstrahlen. So kann bei einer Unterbrechung des Empfangs von elektromagnetischen Wellen an dem zugeordneten Empfänger automatisch auf das Vorliegen eines Werkstücks innerhalb des Messsystems geschlossen werden.
Bevorzugt ist ein solcher Sender zur Detektion eines in das Messsystem eingebrachten Werkstücks platzsparend innerhalb einer Reihe mehrerer Sender angeordnet.
Zusätzlich zu einer Überprüfung eines Werkstücks ist es durch die Einbettung wenigstens eines Senders zur Detektion eines in das Messsystem eingebrachten Werkstücks somit in einfacher Weise möglich, die Anzahl der nacheinander mit einem erfindungsgemäßen Messsystem überprüften Werkstücke zu ermitteln. Auch kann in der Auswerteeinheit oder einer zugeordneten Steuereinheit bewertet und abrufbar gespeichert sein, zu welchem Zeitpunkt welche überprüften Werkstücke das gewünschte beziehungsweise erforderliche Qualitätsmerkmal (nicht) aufwiesen. Hierdurch kann z. B. analysiert werden, ob festgestellte Fehler an den Werkstücken zu einem bestimmten Zeitpunkt gehäuft auftraten und somit einer gemeinsamen Ursache zuzuordnen sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Sendeleistung eines oder mehrere Sender einstellbar und/oder automatisch regelbar ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, die Sendeleistung durch potentiometrische Einstellung an dem Messsystem vorzugeben oder diese über ein externes Potentiometer einzustellen, das über eine Steuerleitung mit dem Messsystem verbindbar ist.
Alternativ oder ergänzend kann eine Einstellung der Sendeleistung über ein integriertes Digitalpotentiometer möglich sein. Derart kann die Einstellung einer Sendeleistung auch digital und insbesondere über eine übergeordnete Steuereinheit erfolgen, die des Weiteren zum Beispiel mit einer das Werkstück verarbeitenden Anlage gekoppelt ist. Bei der Verwendung einer Lichtschranke mit Sender und Empfänger verfügt diese in einem solchen Ausführungsbeispiel über zusätzliche Eingänge für die durch die externe Steuereinheit an sie zu übertragenden (Steuer-)Signale.
Durch eine adaptive Regelung wird es in diesem Zusammenhang insbesondere möglich, über ein Messsystem automatisch eine Sendeleistung des Senders zu ermitteln, bei der sich von dem Sender ausgesandte elektromagnetische Wellen durch ein Werkstück hindurch zu dem Empfänger ausbreiten. Das Messsystem kann hierbei dazu eingerichtet und vorgesehen sein, bei einer erstmaligen Einbringung eines (Referenz-)Werkstücks oder mehrerer Werkstücke durch automatische Variation der Sendeleistung festzustellen, bei welcher Sendeleistung eine Durchstrahlung des eingebrachten Werkstücks mit den ausgesandten elektromagnetischen Wellen erfolgt und an einem Empfänger noch elektromagnetische Wellen der gleichen Frequenz ankommen.
Durch eine solche Funktionalität kann ein Messsystem beispielsweise selbsttätig erkennen, dass für nachfolgende Überprüfungen von Werkstücken die Sendeleistung eines Senders gegenüber einer vorangegangenen Messreihe dauerhaft erhöht oder erniedrigt werden sollte. Dies ist insbesondere für die Überprüfung von plattenförmigen Halbleitersubstraten wie Wafern von Vorteil, da in den diese ver- beziehungsweise bearbeitenden Anlagen regelmäßig Chargen von Halbleitersubstraten unterschiedlicher Dicke auf das Vorliegen eines bestimmten Qualitätsmerkmals überprüft werden müssen. Wurden beispielsweise in einer ersten Messreihe Wafer mit einer vergleichsweise kleinen Dicke (z. B. 150 μm) auf das Vorliegen eines einzelnen Wafers überprüft, muss eine Sendeleistung für eine nachfolgende zweite Messreihe mit Wafern größerer Dicke (z. B. 400 μm) erhöht werden, um einen einzelnen Wafer noch sicher durchstrahlen zu können. Ohne Erhöhung der Sendeleistung würde das Messsystem ansonsten auch beim Vorliegen eines gewünschten einzelnen (dickeren) Wafer noch eine Doppellage detektieren, da dessen Dicke größer ist als zwei Lagen der zuvor geprüften (dünneren) Wafer.
Das Messsystem kann nun vor der ersten Einbringung einer neuen Charge dickerer Wafer beziehungsweise allgemein eines Werkstücks mit geänderten zu überprüfenden Parametern in einen adaptiven Einstellungsmodus geschaltet werden, in dem das Messsystem anhand der Messung an einem einzelnen (Referenz-)Wafer beziehungsweise Referenz-Werkstück die Sendeleistung ermittelt, bei der von dem Sender ausgesandte elektromagnetische Wellen durch den Wafer beziehungsweise das Werkstück hindurch zu dem Empfänger gelangen. Dies geschieht anhand einer schrittweisen und/oder kontinuierlichen Änderung der Sendeleistung des Senders.
Vorzugsweise wird anhand einer Mehrzahl von nacheinander in das Messsystem eingebrachter Wafer beziehungsweise Werkstücke eine neue Sendeleistung ermittelt, sodass auch etwaige Toleranzen in deren Abmaßen berücksichtigt werden können.
Alternativ oder ergänzend zu einer derartigen weiter automatisierten Arbeitsweise eines Messsystems kann die Einstellung einer Sendeleistung auch manuell realisierbar sein, sodass ein Benutzer des Messsystems beispielsweise durch schrittweise oder kontinuierliche Erhöhung beziehungsweise Verringerung der Sendeleistung denjenigen Wert feststellt und speichert, bei dem ein bestimmtes Werkstück beziehungsweise ein bestimmter Typ eines Werkstücks sicher durchstrahlt wird und am Empfänger von der Auswerteeinheit elektromagnetische Wellen mit der Sendefrequenz detektiert werden.
Eine Steuereinheit für das Messsystem kann in einer Weiterbildung insbesondere dazu vorgesehen sein, dass hierin unterschiedliche vorgegebene Sendeleistungen speicherbar sind. Damit kann für die Überprüfung wechselnder aber vorbekannter Werkstück-Chargen, z. B. Wafer mit einer Dicke von 150 μm einerseits und mit einer Dicker von 400 μm andererseits, auf hinterlegte Werte für eine jeweils funktionssichere Sendeleistung zurückgegriffen werden.
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems kann insbesondere in einem Trockenbereich oder einem Nassbereich innerhalb einer Waferproduktion eingesetzt werden. Da insbesondere bei einem Einsatz in einem Nassbereich der Waferproduktion spezielle Anforderungen an die Beständigkeit der in diesem Bereich eingesetzten Werkstoffe erfüllt sein müssen, werden die eingesetzten Komponenten des Messsystems, insbesondere der Sender und der Empfänger, bevorzugt mit einer Beschichtung versehen. Hier können Parylene oder Teflonbeschichtungen verwendet sein, um das Eindringen von Wasser oder anderen Reinigungsflüssigkeiten in die sensiblen Komponenten des Messsystems zu verhindern. Weitere Möglichkeiten sind insbesondere Werkstoffe wie nichtrostender („rostfreier”) Stahl (V4A), Polypropylen (PP), Polycarbonate (PC) und ähnliche Kunststoffe und Metalle, die sehr korrosions-, säure-, laugen- und tensidbeständig sind. Auch kann eine Beständigkeit der verwendeten Komponenten gegen deionisiertes Wasser vorteilhaft sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Messverfahren, bei dem das Vorhandensein beziehungsweise Vorliegen eines vorgegebenen Qualitätsmerkmals eines zu überprüfenden Werkstückes, wie zum Beispiel eines Halbleitersubstrates, durch einen Vergleich einer Sendefrequenz von einem Sender ausgesandter elektromagnetischer Wellen mit einer Empfangsfrequenz von einem Empfänger empfangener elektromagnetischer Wellen festgestellt wird, wobei die elektromagnetische Welle dazu geeignet ist, sich von dem Sender durch das Werkstück hindurch zu dem Empfänger auszubreiten.
Ein solches Verfahren zur Überprüfung eines Werkstücks auf wenigstens ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal weist demnach die folgenden Schritte auf:

– Erzeugen und Aussenden elektromagnetischer Wellen mit einer vorgegebenen Sendefrequenz, wobei die erzeugten elektromagnetischen Wellen dazu geeignet sind, sich durch ein zu prüfendes Werkstück hindurch zu wenigstens einem Empfänger auszubreiten,
– Empfangen der elektromagnetischen Wellen, die sich durch das Werkstück hindurch ausgebreitet haben, durch den wenigstens einen Empfänger und
– Vergleich der Sendefrequenz der ausgesandten elektromagnetischen Wellen mit einer Empfangsfrequenz der von dem Empfänger empfangenen elektromagnetischen Wellen, um festzustellen, ob ein vorgegebenes Qualitätsmerkmal an dem zu überprüfenden Werkstück vorliegt.

Durch die bevorzugte Verwendung eines Phasenregelkreises (englischer Fachterminus „Phase-locked loop”, kurz „PLL”) führt nur eine Übereinstimmung der gesendeten und der empfangenen Frequenz zu der Feststellung, dass das gewünschte Qualitätsmerkmal, wie zum Beispiel eine als zulässig eingestufte maximale Materialdicke beziehungsweise – stärke, an dem zu überprüfenden festen Werkstück vorliegt.
Da über einen solchen Phasenregelkreis in einer mit dem Empfänger gekoppelten Auswerteeinheit nur die Übereinstimmung der empfangenen Frequenz mit der ebenfalls in die Auswerteeinheit eingespeisten Sendefrequenz des Senders zu einer automatischen Generierung eines Kontrollsignals führt, kann mit einem derartigen Messverfahren beziehungsweise einem nach diesem Messverfahren arbeitenden Messsystem das Vorliegen des gewünschten, zu überprüfenden Qualitätsmerkmals sicher festgestellt werden, ohne das hierfür die an dem Empfänger empfangenen elektromagnetischen Wellen energetisch, das heißt hinsichtlich der an dem Empfänger messbaren Leistung, ausgewertet werden müssten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Die dabei zuvor und im Folgenden angeführten vorteilhaften Ausgestaltungen des Messsystems sind in analoger Weise auch als vorteilhafte Ausgestaltungen eines Verfahrens zur Messung, ob an einem zu überprüfenden Werkstück ein bestimmtes Qualitätsmerkmal vorliegt, anzuwenden und umgekehrt.
Es zeigen:
1A–1B in perspektivischer Ansicht schematische Darstellungen von Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Messsystems mit jeweils einem Sender und einem Empfänger;
2A–2B zwei weitere Ausführungsvarianten in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt, bei denen jeweils mehrere Sender und Empfänger nebeneinander angeordnet sind;
3A–3B eine Ausführungsvariante mit einem Reflektormittel zur Umlenkung ausgesandter elektromagnetischer Wellen zu einem Empfänger;
4 schematisch drei unterschiedliche Ausführungsformen für Sender und/oder Empfänger eines erfindungsgemäßen Messsystems;
5A–5B schematisch jeweils eine Ausführungsform mit unterschiedlicher Ausbildung des Senders und Empfängers in einer Senderbeziehungsweise Empfängereinheit.
Die 1A zeigt in perspektivischer Ansicht schematisch wesentliche Teile einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems. Dieses umfasst eine in der 1A stabförmig dargestellte Sendereinheit 1 mit einem Sender S zur Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen W. Bei diesen elektromagnetischen Wellen W handelt es sich bevorzugt um infrarot-Strahlung (IR-Strahlung).
Die von dem Sender S beziehungsweise der Sendereinheit 1 ausgesandten elektromagnetischen Wellen W werden von dem Sender S in Richtung eines Empfängers E abgestrahlt, der in einer ebenfalls stabförmig dargestellten Empfängereinheit 2 angeordnet ist. Die Empfängereinheit 2 und damit der Empfänger E liegen der Sendereinheit 1 mit dem Sender S gegenüber, sodass der Sender S und der Empfänger E zueinander beabstandet sind und zwischen sich einen Messraum M definieren.
In diesen Messraum M ist ein zu überprüfendes Werkstück P₁ eingebracht. In einer bevorzugten Ausführungsvariante handelt sich bei dem zu überprüfenden Werkstück P₁ um ein plattenförmiges Halbleitersubstrat, wie zum Beispiel einen sogenannten Wafer. Mit der gezeigten Anordnung aus Sender S und Empfänger E wird das Vorliegen eines bestimmten Qualitätsmerkmals an dem Werkstück P₁ überprüft. Hierbei geht es darum, festzustellen, ob das zwischen dem Sender S und dem Empfänger E eingebrachte Werkstück P₁ eine zulässige Materialdicke nicht überschreitet.
Hierfür sind die von dem Sender S ausgesandten elektromagnetischen Wellen W derart eingestellt, dass sie sich durch das plattenförmige Werkstück P₁ hindurch zu dem Empfänger E der Empfängereinheit 2 ausbreiten können, sofern eine Materialstärke beziehungsweise Materialdicke a des Werkstückes P₁ in einem als zulässig erachteten Bereich liegt. Können somit an dem Empfänger E von dem Sender S ausgesandte elektromagnetische Wellen W festgestellt werden, ist über eine mit dem Empfänger E beziehungsweise der Empfängereinheit 2 gekoppelte Auswerteeinheit A zu bewerten, ob die gewünschte beziehungsweise zulässige Materialdicke nicht überschritten wurde.
Um hierbei keine aufwendige energetische Auswertung der empfangenen elektromagnetischen Wellen W vornehmen zu müssen, weist die Auswerteeinheit A eine Auswertelogik mit einem Phasenregelkreis, eine sogenannte „Phase-locked loop” beziehungsweise eine PLL-Stufe auf. Diese ist in der Lage, eine Empfangsfrequenz der von dem Empfänger E empfangenen elektromagnetischen Wellen W mit einer Sendefrequenz der von dem Sender S ausgesandten elektromagnetischen Wellen W zu vergleichen. Übersteigt die Materialdicke a des Werkstückes P₁ die als zulässig erachtete Materialdicke nicht, gelangen die von dem Sender S ausgesandten elektromagnetischen Wellen W nahezu unbeeinflusst durch das Werkstück P₁ hindurch zu dem Empfänger E. Durch die in der Auswerteeinheit A vorgesehene PLL-Stufe wird die Empfangsfrequenz mit der in der Auswerteeinheit A hinterlegten oder in die Auswerteeinheit A eingespeisten Sendefrequenz der von dem Sender S ausgesandten elektromagnetischen Wellen W gegenübergestellt. Der Phasenregelkreis in der Auswerteeinheit A generiert automatisch ein Kontrollsignal, wenn festgestellt wird, dass die Empfangsfrequenz und die Sendefrequenz übereinstimmen, also eine elektromagnetische Welle W an dem Empfänger E aufgetroffen ist.
In dem die von dem Sender S ausgesandten elektromagnetischen Wellen W derart ausgelegt sind, dass sie ein zu überprüfendes Werkstück P₁ nur sicher durchdringen können, sofern sich dessen Materialdicke a in einem zulässigen Toleranzbereich um einen Nennwert bewegt (zum Beispiel +/–30 μm bei einem Nennwert für die Materialdicke von 150 μm für einen Wafer als zu überprüfendes Werkstück P₁), kann mit dem gezeigten Messsystem schnell und effizient überprüft werden, ob eine einzelne Lage eines plattenförmigen Werkstückes P₁ vorliegt. Eine energetische Betrachtung der empfangenen elektromagnetischen Wellen W, das heißt eine Auswertung, ob sich beispielsweise eine empfangene Lichtstärke beziehungsweise -intensität innerhalb eines als zulässig erachteten Toleranzbereichs befindet, muss von der Auswerteeinheit A nicht vorgenommen werden. Durch den zuverlässig arbeitenden Frequenzvergleich in einer PLL-Stufe der Auswerteeinheit A kann demgegenüber schnell und vollautomatisiert ohne Hinterlegung einer Hysterese für die Generierung eines Kontrollsignals bewertet werden, ob die gewünschte Materialdicke des Werkstückes P₁ vorliegt.
Gerade bei der Überprüfung von plattenförmigen Halbleitersubstraten, wie zum Beispiel sogenannten Wafern, muss somit die Generierung eines Kontrollsignals und daher ein Schaltpunkt nicht im Detail an die Materialstärke beziehungsweise -dicke des Halbleitersubstrates angepasst werden. Es können dementsprechend größere Toleranzen in der Materialstärke beziehungsweise -dicke aufgefangen werden. Dennoch ist gleichfalls sichergestellt, dass eine sogenannte Doppellage, das heißt, das Aufeinanderliegen mehrerer (mindestens zweier) Werkstücke P₁ und P₂ ohne Weiteres detektiert wird.
In der 1A ist eine Messsituation veranschaulicht, bei der zwei solche aufeinanderliegende plattenförmige Werkstücke P₁ und P₂ in den Messraum M eingebracht wurden. Die von dem Sender S ausgesandten elektromagnetischen Wellen W treffen in einem Prüfbereich D auf die dem Sender S zugewandte Oberfläche des einen Werkstückes P₂. Da die beiden aufeinanderliegenden, gleichartigen Werkstücke P₁ und P₂ zusammen eine Materialstärke beziehungsweise -dicke b aufweisen, die folglich nahezu doppelt so groß ist wie die Materialdicke a eines einzelnen Werkstückes P₁, sind die von dem Sender S ausgesandten elektromagnetischen Wellen W nicht in der Lage beide Lagen beziehungsweise beide Werkstücke P₁ und P₂ zu durchdringen. An dem Empfänger E treffen somit keine elektromagnetischen Wellen W auf und die Auswerteeinheit A generiert kein Kontrollsignal, mit dem die Einhaltung des vorgeschriebenen Qualitätsmerkmals bestätigt wird.
Das Messsystem erkennt somit, dass bei dem aktuell zu überprüfenden in den Messraum M eingebrachten Werkstück die hinterlegten Nennparameter in keinem Fall eingehalten sein können, also wenigstens ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal nicht vorliegt. Anstelle eines bestätigenden Kontrollsignals könnte von der Auswerteeinheit A nun dementsprechend ein Fehlersignal generiert und an eine übergeordnete Steuereinheit und/oder an ein Anzeigenelement, wie zum Beispiel ein Display, übermittelt werden.
In der 1A ist weiterhin eine elektronische Steuereinheit C schematisch dargestellt, die mit der Sendereinheit 1 gekoppelt ist und gegebenenfalls über eine in der 1A gestrichelt dargestellte Steuerleitung auch mit der Auswerteeinheit A in Verbindung steht. Über die Steuereinheit C wird vorzugsweise eine Sendeleistung des Senders S eingestellt und/oder geregelt. So ist es möglich, die Sendeleistung des Senders S an die Abmaße der zu überprüfenden Werkstücke P₁ anzupassen und beispielsweise die Sendeleistung zu erhöhen, wenn Werkstücke mit einem deutlich größeren Nennmaß für die Materialdicke a überprüft werden sollen.
Vorzugsweise weist die Steuereinheit C hierfür ein Potentiometer, insbesondere ein Digitalpotentiometer auf, über das die Sendeleistung des Senders S schrittweise und/oder kontinuierlich variiert werden kann.
Über die Anpassung der Sendeleistung des Senders S kann das Messsystem manuell oder automatisch an unterschiedliche zu überprüfende Werkstücke P₁ angepasst werden. Dies bedeutet insbesondere, dass beispielsweise eine Sendeleistung des Senders S erhöht werden kann, wenn Werkstücke zu überprüfen sind, deren Materialdicke jeweils (erheblich) größer sein wird als die Materialdicke a des zuletzt überprüften Werkstücks P₁. So können ohne Veränderung der Anordnung innerhalb des Messsystems zum Beispiel unterschiedliche Chargen von Wafern untersucht werden, die sich jeweils hinsichtlich der Nennmaße der Wafer unterscheiden. Soll nach der Überprüfung mehrerer einzelner Wafer mit einer Materialdicke a von ungefähr 150 μm eine Charge von Wafern mit einer ungefähren Materialdicke von 400 μm überprüft werden, wird hierzu einfach über die Steuereinheit C die Sendeleistung des Senders S erhöht.
Für eine weitere Automatisierung des Messsystems kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit C die Sendeleistung des Senders S adaptiv aufgrund einer oder mehrerer Referenzmessungen selbsttätig einstellt. Hierzu kann beispielsweise an einem einzelnen (Referenz-)Werkstück P₁, das zwischen Sender S und Empfänger E angeordnet wurde, durch schrittweise oder kontinuierliche Erhöhung der Sendeleistung des Senders S eine Mindeststrahlungsleistung festgestellt werden, bei der der Empfänger E erstmalig elektromagnetische Wellen W empfängt und die Auswerteinheit A ein Kontrollsignal generiert, da Empfangsfrequenz und Sendefrequenz der elektromagnetischen Wellen W übereinstimmen. Um die Streuung einzelner realer Materialdicken einer zu überprüfenden Charge von Werkstücken P₁ bei einer solchen Festlegung der Sendeleistung für den Sender S zu berücksichtigen, werden vorzugsweise mehrere einzelne Referenz-Werkstücke P₁ in das Messsystem eingebracht. Anhand dieser Referenzwerkstücke P₁ wird dann eine Sendeleistung des Senders S eingestellt, bei der alle Referenzwerkstücke P₁ sicher durchstrahlt werden und an dem Empfänger E elektromagnetische Wellen W mit einer Empfangsfrequenz festgestellt werden konnten, die der Sendefrequenz der von dem Sender S ausgesandten elektromagnetischen Wellen W entsprach.
Bei einer solchen Einmessfahrt wie auch im späteren Betrieb des Messsystems werden die Werkstücke P₁ vorzugsweise entlang einer Transportrichtung T durch das Messsystem hindurch und an Sender S und Empfänger E vorbeigeführt.
Vorzugsweise ist die Steuerungseinheit C dazu eingerichtet und vorgesehen, das Messsystem in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi zu betreiben. Dabei handelt es sich bevorzugt um einen Einstellungsmodus, in dem insbesondere, wie zuvor erläutert, die zu verwendende Sendeleistung des Senders S auf die zu überprüfenden Werkstücke P₁ eingestellt wird, und um einen Überprüfungsmodus, in dem das Messsystem auf Basis der in dem Einstellungsmodus ermittelten Sendeleistung die Überprüfung von Werkstücken P₁ vornimmt.
In der 1B sind zwei unterschiedliche Varianten für eine Sender-Empfänger-Einheit 3 beziehungsweise 3' veranschaulicht, in denen jeweils ein Sender S und ein Empfänger E in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Dabei ist die Sender-Empfänger-Einheit 3 als Gabellichtschranke ausgebildet, die elektromagnetische Wellen in Form von IR-Strahlung von dem Sender S zu dem Empfänger E aussendet und in die eine Auswerteeinheit A mit einem Phasenregelkreis integriert ist. Die Sender-Empfänger-Einheit 3' ist als Winkellichtschranke ausgebildet, die ebenfalls mit IR-Strahlung arbeitet und in die eine Auswerteeinheit mit Phasenregelkreis integriert ist.
Alternativ kann selbstverständlich auch eine Auswerteeinheit A jeweils separat von den Sender-Empfänger-Einheiten 3, 3' ausgebildet sein, die dann mit den Sender-Empfänger-Einheiten 3, 3' gekoppelt ist.
Beide Lichtschranken der 1B weisen bevorzugt wenigstens einen (zusätzlichen) Signaleingang auf, über den sie mit einer Steuereinheit C zu koppeln sind. Diese Steuereinheit C weist dann wie bereits zuvor ausgeführt vorzugsweise ein (Digital-)Potentiometer auf, um die Sendeleistung eines Senders S oder mehrerer Sender S variieren zu können.
Da bei der Verwendung einer einzelnen Sender-Empfänger-Kombination ausschließlich eine im Wesentlichen punktuelle Überprüfung eines Werkstücks P₁ in dem Prüfbereich D möglich ist, wird es in einer Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Messsystems gemäß den 2A und 2B bevorzugt, eine Mehrzahl von Sendern S1 (2A) beziehungsweise S1 und S2 (2B) und eine Mehrzahl ihnen zugeordneter Empfänger E1 beziehungsweise E1 und E2 zu verwenden.
Die einzelnen Sender S1, S2 sind hierbei in einer gemeinsamen Sendereinheit 1* beziehungsweise 1** hintereinander angeordnet, während die Empfänger E1, E2 in einer der Sendereinheit 1*, 1** gegenüberliegenden Empfängereinheit 2* beziehungsweise 2** untergebracht sind.
Wie in den 2A und 2B veranschaulicht ist, kann somit über die aneinandergereihten Sender S1 beziehungsweise S1 und S2 ein sich quer zur Transportrichtung T erstreckender Strahlungs- oder Lichtvorhang mit den von den Sendern S1, S2 ausgesandten elektromagnetischen Wellen W1, W2 definiert werden. Ein zu überprüfendes Werkstück P₁ kann nun Stück für Stück durch diesen Strahlungsbeziehungsweise Lichtvorhang hindurchgeführt werden, um abschnittsweise eine großflächige Überprüfung des Werkstücks P₁ vorzunehmen. Auf diese Weise können auch an dem Werkstück P₁ anhaftende einzelne lose Fragmente F1, F2, F3 detektiert werden, die eine zulässige Materialdicke a des Werkstücks P₁ lokal derart erhöhen, dass eine elektromagnetische Welle W1 den zugeordneten Empfänger E1 nicht mehr erreicht.
Gerade bei der Verarbeitung von fragilen Wafern als Werkstücken P₁ kommt es häufig vor, dass einzelne der leicht zerbrechlichen dünnen Wafer beschädigt werden und Teile von ihnen als loses Fragment F1, F2 beziehungsweise F3 an einem anderen Wafer haften oder darauf liegen bleiben. Da derartige Fragmente F1, F2, F3 aber spätestens in nachfolgenden Verarbeitungsschritten störend sind, sollten diese funktionssicher detektiert werden können. Dies ist mit den gezeigten Ausführungsvarianten der 2A und 2B ohne Weiteres möglich, die gleichfalls nach dem bereits im Zusammenhang mit der 1A beschriebenen Messverfahren arbeiten.
In einer Variante dieser Ausführungsform werden die einzelnen Sender S1 und Empfänger E1 separat voneinander betrieben, um insbesondere eine eventuelle störende Beeinflussung einzelner benachbarter Sender S1 ausschließen zu können. Indem beispielsweise ein Sender S1 erst mit zeitlicher Verzögerung nach einem benachbarten Sender S1 aktiv geschaltet wird, kann stets nur ein zugeordneten Empfänger E1 die ausgesandten elektromagnetische Wellen W1 empfangen. Zudem wäre hierbei die Verwendung einer einzigen, vergleichsweise einfach aufgebauten Auswerteeinheit A für alle Empfänger E1 möglich. Vorzugsweise sind alle Sender S1 hierfür an eine Steuereinheit C gemäß der 1A angeschlossen, die einen Multiplexer aufweist und nacheinander die mit ihm gekoppelten Sender S1 ansteuert. Derart sendet jeweils nur ein ausgewählter Sender S1 oder senden nur bestimmte ausgewählte Sender S1 elektromagnetischen Wellen W1 aus.
Um keine allzu großen zeitlichen Verzögerungen zu gestatten, bis alle vorgesehenen einzeln Sender S1 aktiviert wurden, kann es in diesem Zusammenhang auch von Vorteil sein, mehrere Sender S1 in gleichzeitig ansteuerbare Gruppen zusammenzufassen. Dabei werden jeweils diejenigen Sender S1 gemeinsam getriggert bzw. aktiv geschaltet, die soweit räumlich voneinander beabstandet sind, dass eine wechselseitige Beeinflussung der ihnen zugeordneten Empfänger E1 sicher ausgeschlossen ist. Im Anschluss daran werden dann die weiteren ebenfalls jeweils in Gruppen zusammengefassten Sender S1 aktiv geschaltet.
Beispielsweise enthält das Ausführungsbeispiel der 2A sieben hintereinander angeordnete Sender S1 von „eins” bis „sieben”. Jeweils zwei dieser Sender S1 könnten in einer gemeinsam von einem Multiplexer ansteuerbaren (Schalt-)Gruppe zusammengefasst werden: „eins” und „vier”, „zwei” und „fünf” und „drei” und „sechs”. Der verbleibende Sender „sieben” würde in diesem Beispiel einzeln angesteuert. Derart wird über einen solches Messsystem das zu überprüfende Werkstück P₁ nicht nur abschnittsweise auf das Vorliegen eines Qualitätsmerkmals hin überprüft, sondern auch in mehreren voneinander räumlich getrennten einzelnen Abschnitten gleichzeitig.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, die einzelnen Sender S1 und Empfänger E1 jeweils einzeln oder gruppenweise mit unterschiedlichen Frequenzen von elektromagnetischen Wellen W1 zu betreiben. Die Auswerteeinheit A eines Empfängers E1 oder mehrerer (voneinander ausreichend beabstandeter) Empfänger E1 ist folglich auf eine bestimmte (erste) Sende-beziehungsweise Empfangsfrequenz festgelegt, während dieselbe oder eine andere Auswerteeinheit A für einen weiteren oder mehrere weitere Empfänger E1 auf eine zu der ersten Frequenz unterschiedliche (zweite) Frequenz festgelegt ist. Auf diese Weise kann ein Sender S1, der mit der ersten (Sende-)Frequenz elektromagnetische Wellen W1 abstrahlt, nicht zu einer Auslösung eines Kontrollsignals an einem ihm nicht zugeordneten Empfänger E1 beitragen, der auf die zweite (Sende-)Frequenz eines anderen Senders S1 eingestellt ist.
In Abwandlung von dem Ausführungsbeispiel der 2A sind in dem Ausführungsbeispiel der 2B zwei unterschiedliche Typen von Sendern S1 und S2 in einer gemeinsamen Sendereinheit 1** untergebracht. Gleiches gilt für eine der Sendereinheit 1** gegenüberliegende Empfängereinheit 2** des gezeigten Messsystems, bei dem zwei unterschiedliche Typen vom Empfängern E1 und E2 umfasst sind, die jeweils einem Sender S1 beziehungsweise S2 der Sendereinheit 1** zugeordnet sind.
Währen die Sender S1 in analoger Weise zu dem Ausführungsbeispiel der 2A über die von ihnen ausgesandten elektromagnetischen Wellen W1 den Strahlungsvorhang definieren, über den das Vorliegen einer zulässigen Materialdicke des zu überprüfenden Werkstücks P₁, das heißt zum Beispiel bei einem Wafer als Werkstück P₁ die Erkennung von Doppellagen und Fragmenten F1, F2 und F3, gestattet wird, dient die Kombination aus Sender S2 und Empfänger E2 der Detektion eines Werkstückes P₁. Der Sender S2 ist dabei zwar Teil der Reihe der nebeneinander angeordneten Sender S1, der Sender S2 strahlt jedoch eine elektromagnetische Welle W2 mit einer geringeren Sendeleistung ab als die von den Sendern S1 ausgesandten elektromagnetischen Wellen W1. Während die elektromagnetischen Wellen W1 eine ausreichende Strahlungsleistung aufweisen, um ein zu überprüfendes Werkstück P₁ sicher zu durchstrahlen, ist die Strahlungsleistung der elektromagnetischen Welle W2 geringer beziehungsweise sind elektromagnetischen Wellen W2 schwächer, sodass sich von dem Sender S2 ausgesandte elektromagnetische Wellen W2 in keinem Fall durch das Werkstück P₁ hindurch zu dem Empfänger E2 ausbreiten können.
Auf diese Weise wird bei Einbringung eines Werkstücks P₁ in den durch die Sender S1 und S2 definierten Strahlungs-beziehungsweise Lichtvorhang sofort das Ausbleiben eines Empfangs elektromagnetischer Wellen W2 an dem Empfänger E2 detektiert. Dieses Ausbleiben elektromagnetischer Wellen W2 an dem Empfänger E2 bewertet die Auswerteeinheit A umgehend als Einbringung eines Werkstücks P₁ in das Messsystem beziehungsweise in den Messraum M zwischen Sendereinheit 1** und Empfängereinheit 2**. Durch den schwächer strahlenden Sender S2 ist es somit beispielsweise möglich, die Anzahl nacheinander durch das Messsystem hindurch geführter Werkstücke P₁ in einfacher Weise zu erfassen.
Durch die Integration eines solchen funktionell unterschiedlichen Senders S2 in eine einzige Sendereinheit 1** und damit in ein einzelnes Gehäuse, in dem auch mehrere Sender S1 zur Überprüfung eines Werkstückes P₁ untergebracht sind, kann ein derartiges Messsystem trotz einer erweiterten Funktionalität vergleichsweise platzsparend ausgeführt werden.
Weiterhin kann das Messsystem dazu eingerichtet und vorgesehen sein, festzustellen, ob sich ein Werkstück P₁ in einer als zulässig vorgegebenen Lage innerhalb des Messsystems befindet. Hierfür sind wenigstens ein Sender S1, S2 und ein Empfänger E1, E2 so angeordnet, dass in Abhängigkeit von dem an diesem Empfänger E1, E2 empfangenen elektromagnetischen Wellen W1, W2 von der Auswerteeinheit A bewertet werden kann, ob das Werkstück P₁ von einer als zulässig erachteten Position abweicht. Dies spielt insbesondere bei der Überprüfung von Halbleitersubstraten eine Rolle, die bei der Einbringung in das Messsystem unter Umständen leicht verdreht werden beziehungsweise verrutschen.
Ein hierfür (zusätzlich) vorgesehener Sender S1, S2 ist vorzugsweise derart seitlich innerhalb des Messsystems angeordnet, dass die von ihm ausgesandten elektromagnetischen Wellen S1, S2 nicht auf dem Werkstück P₁ auftreffen, wenn sich diese in einer als zulässig erachteten Lage innerhalb des Messsystems befindet. Dieser Sender ist somit bevorzugt in Analogie zu dem Sender S2 ausgebildet und strahlt elektromagnetische Wellen W2 mit geringerer Leistung im Vergleich zu den Sendern S1 zur Überprüfung der Materialdicke a des Werkstücks P₁ aus. Damit kann beispielsweise durch die Unterbrechung der an einem zugeordneten Empfänger auftreffenden IR-Strahlung darauf geschlossen werden, dass sich ein Abschnitt des Werkstücks P₁ zwischen diesem Sender und diesem Empfänger befindet. Ein Abschnitt des Werkstücks P₁ kann sich aber nur dann zwischen diesem Sender und Empfänger befinden, wenn das Werkstück P₁ von seiner vorgesehenen Lage und/oder Position innerhalb des Messsystems abweicht. Von der Auswerteeinheit A wird somit automatisch ein (Fehler-)Signal generiert, sobald der Empfang elektromagnetischer Wellen an diesem Empfänger unterbrochen wird.
Eine solche Erweiterung des Messsystems dient beispielsweise einer Spurkontrolle für ein durch das Messsystem hindurchzuführendes Werkstück P₁. Hierfür werden mehrere zusätzliche Sender-Empfänger-Kombinationen oder -Einheiten (vgl. 1B) in vorgesehen, bei denen der Strahlengang der elektromagnetischen Wellen Bereiche innerhalb des Messsystems durchquert, in denen keine Abschnitte des Werkstücks P₁ vorliegen, wenn sich das Werkstück P₁ in einer bestimmungsgemäßen Lage und Position innerhalb des Messsystems befindet beziehungsweise in einer bestimmungsgemäßen Position durch das Messsystem hindurchgeführt wird. Werden von der Auswerteeinheit A an einem oder mehreren der dafür vorgesehenen Empfänger keine elektromagnetischen Wellen mit der Sendefrequenz (mehr) festgestellt, ist davon auszugehen, dass das Werkstück P₁ „außer Position” ist.
In einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels des Messsystems gemäß den 2A und 2B können demnach mehrere unterschiedliche Sender S1, S2 und Empfänger E1, E2 eingesetzt werden, die unterschiedlichen Funktionen dienen. Während einige Sender S1 die Überprüfung dahin gehend gewährleisten, dass das zu überprüfende Werkstück P₁, z. B. ein Wafer, eine zulässige Materialdicke nicht überschreitet, wird über weitere Sender S2 das Vorliegen des Werkstücks P₁ detektiert und über wiederum zusätzliche Sender S2 überprüft, dass das Werkstück P₁ bei seiner Durchführung durch das Messsystem bestimmungsgemäß positioniert ist. Vorzugsweise befinden sich die zuletzt genannten Sender jeweils quer zu Transportrichtung T weiter außen innerhalb der Sendereinheiten 1*, 1** der 2A und 2B, also am Anfang beziehungsweise Ende der dargestellten Reihe hintereinander angeordneter Sender S1 beziehungsweise S1 und S2. Es ist damit über sie ohne Weiteres möglich, zu überprüfen, dass sich das Werkstück P1 innerhalb einer virtuellen vorgegebenen Spur entlang der Transportrichtung T befindet.
In den 3A und 3B wird eine weitere Variante für ein erfindungsgemäßes Messsystem in Seitenansicht schematisch veranschaulicht. Bei dieser Variante werden elektronmagnetische Wellen W3, die von dem Sender S der Sendereinheit 1 ausgesandt wurden, über ein Reflektormittel R um einen Winkel α umgelenkt und zu dem Empfänger E der Empfängereinheit 2 geleitet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen der 3A und 3B ist das Reflektormittel R im Wesentlichen als ein Spiegel ausgebildet, der zu der Ausbreitungsrichtung der von dem Sender S kommenden elektromagnetischen Wellen W3 um 45° geneigt ist. Dementsprechend werden die elektromagnetischen Wellen W3 über das Reflektormittel R im Wesentlichen um einen Winkel α von 90° zu dem Empfänger E umgelenkt.
Die Sendereinheit 1 mit dem Sender S befindet sich weiterhin oberhalb des Reflektormittels R, sodass ein Abschnitt des Strahlengangs I₂ der elektromagnetischen Wellen W3 von dem Sender S zu dem Reflektormittel R im Wesentlichen geradlinig nach unten verläuft. Durch die Umlenkung des Reflektormittel R verläuft ein weiterer Abschnitt des Strahlengangs I₁ von dem Reflektormittel R zu dem seitlich angeordneten Empfänger E im Wesentlichen senkrecht zu dem vorangegangenen Abschnitt des Strahlengangs I₂. Wie in der 3B gezeigt ist, breiten sich somit von dem Sender S ausgesandte elektromagnetische Wellen W3 durch ein Werkstück P₁ mit einer zulässigen Materialdicke hindurch zu dem Reflektormittel R aus, von wo sie zu dem Empfänger E umgelenkt werden und dabei ein weiteres Mal das Werkstück P₁ durchdringen.
Ein Vorteil der damit realisierten Anordnung von Sender S, Reflektormittel R und Empfänger E ist die Minimierung des Risikos, das eventuelle Verschmutzungen an den (optischen) Oberflächen der genannten Komponenten des Messsystems die durchzuführenden Messungen beeinträchtigen. So können insbesondere lose Bruchstücke beziehungsweise Fragmente F1, F2, F3 zerborstener oder beschädigter Werkstücke P₁, P₂ nicht ohne Weiteres an dem Sender S und den Empfänger E zum Liegen kommen. Die Sendereinheit 1 mit dem Sender S befindet sich oberhalb eines zu überprüfenden Werkstücks P₁, sodass größere Bruchstücke beziehungsweise Fragmente F1, F2, F3 bereits aufgrund der auf sie wirkenden Schwerkraft regelmäßig von dem Sender S abfallen würden. Gleiches gilt für den seitlich angeordneten Empfänger E und das Reflektormittel R mit seiner geneigten Reflektionsfläche. Im Übrigen beeinträchtigen kleinere Fragmente F1, F2, F3 die Reflektionsfähigkeit des Reflektormittels R nicht in einem solchen Maße, dass die Funktionsfähigkeit des gezeigten Messsystems erheblich eingeschränkt würde. Da keine energetische Auswertung der an dem Empfänger E auftreffenden elektromagnetischen Wellen W3, sondern ein Frequenzvergleich durchgeführt wird, reichen auch abgeschwächte oder gestreute elektromagnetischen Wellen W3 aus, um das Vorliegen der zulässigen Materialdicke festzustellen, sofern diese über einen verschmutzten Reflektormittel R noch in Richtung des Empfängers E umgelenkt werden und sich durch das Werkstück P1 hindurch ausbreiten können.
In einer Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Messsystems, mit dem Halbleitersubstrate, insbesondere (Silizium-)Wafer, als Werkstücke P₁ überprüft werden, ist das Reflektormittel R aus demselben Halbleitersubstrat wie das zu überprüfende Werkstück P₁ hergestellt. Auf diese Weise beeinträchtigen Fragmente F1, F2, F3 eines beschädigten Werkstückes P₁, P₂ beziehungsweise eines Halbleitersubstrats die Reflektionsfähigkeit des Reflektormittels R kaum.
Mit der 4 werden des Weiteren schematisch drei Ausgestaltungsmöglichkeiten von Optikoberflächen O', O'' und O''' von zu verwendenden Empfängern E, E'', E''' beziehungsweise Sendern S', S'', S''' veranschaulicht. So weisen hier die gezeigten Optikoberflächen O', O'' und O''' in einer Seitenansicht keilförmige oder abgerundete beziehungsweise gewölbte Konturen auf, sodass gröbere Verunreinigungen, wie z. B. lose Fragmente F1, F2, F3, nicht ohne Weiteres an den Optikoberflächen O', O'' und O''' anhaften können. Dabei stellen die Optikoberflächen O', O'' und O''' jeweils die sensiblen (Sensor-)Bereiche des jeweiligen Empfängers beziehungsweise Senders dar, über den elektromagnetische Wellen W, W1, W2, W3 ausgesandt beziehungsweise empfangen werden.
Mit den 5A und 5B wird über dies veranschaulicht, dass die Ausbreitungsrichtung elektromagnetischer Wellen W von einem Sender S nicht zwingend mit einer (Längs-)Erstreckungsrichtung X der Sendereinheit 1 beziehungsweise der Empfängereinheit 2 gemäß der 1A beziehungsweise 5A zusammenfallen muss. Vielmehr kann auch anstelle eines solchen, dort gezeigten axialen Strahlaustritts der elektromagnetischen Wellen W ein radialer Strahlaustritt gemäß der 5B realisiert sein, bei dem von dem Sender S einer Sendereinheit 1' elektromagnetische Wellen W quer zu einer Längserstreckungsrichtung X der Sendereinheit 1' in Richtung des Empfängers E einer Empfängereinheit 2' abgestrahlt werden.
Im Übrigen ist es selbstverständlich möglich, dass, in Analogie zu den Ausführungsbeispielen der 2A und 2B mit einer Mehrzahl aneinandergereihter Sender S1, S2 beziehungsweise Empfänger E1, E2, auch mehrere einzelne Sendereinheiten 1, 1' und Empfängereinheiten 2, 2' wie auch mehrere einzelne Sender-Empfänger-Einheiten 3, 3' zusammen innerhalb eines einzigen Messsystems miteinander kombiniert betrieben werden können, um eine großflächigere Überprüfung eines Werkstücks P₁ zu gestatten.
Gleichfalls können auch Kombinationen aus Sendereinheiten 1*, 1** und Empfängereinheiten 2*, 2** in einem Messsystem vorgesehen sein, sodass ein zu überprüfendes Werkstück P1 mehrere hintereinander generierte Strahlungsbeziehungsweise Lichtvorhänge durchfahren muss, um auf das Vorliegen eines bestimmten Qualitätsmerkmals hin überprüft zu werden.
Insbesondere bei den aneinandergereihten Sendern S1 beziehungsweise S1 und S2 der Ausführungsvarianten gemäß den 2A und 2B sowie vergleichbarer Anordnungen von mehreren Sendern kann es vorteilhaft sein, wenn sich die elektromagnetischen Wellen benachbarter Sender S1, S2 gezielt überlagern, um derart die Durchstrahlungsfähigkeit eines Werkstücks P₁ zu erhöhen. Hierzu sind die einzelnen Sender synchronisiert.
Grundsätzlich können alle gezeigten Varianten in einfacher Weise auch in bereits bestehende, entsprechende Werkstück P₁, P₂ verarbeitende Anlagen nachträglich implementiert werden. Insbesondere durch Ausführung der Sender-Einheiten 1, 1', 1*, 1** und der Empfänger-Einheiten 2, 2', 2*, 2** beziehungsweise der Sender-Empfänger-Einheiten 3, 3' als vorgefertigte Module gegebenenfalls mit jeweils oder einzelner integrierter Auswerteeinheit A st eine schnelle und problemlose Montage gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1, 1*, 1': Sendereinheit
2, 2*, 2': Empfängereinheit
3, 3': Sender-Empfänger-Einheit
a: Materialdicke
A: Auswerteeinheit
b: Materialdicke
C: Steuereinheit
D: Prüfbereich
E, E1, E2: Empfänger
E', E'', E''': Empfänger
F1, F2, F3: Fragment
I1, I2: Strahlengang
M: Messraum
O', O'', O''': Optikoberfläche
P1, P2: Werkstück
R: Reflektormittel
S, S1, S2: Sender
S', S'', S''': Sender
T: Transportrichtung
W, W1, W2, W3: elektromagnetische Wellen
X: Erstreckungsrichtung
α: Winkel

Claims

Messsystem zur Überprüfung eines Werkstücks (P₁) auf wenigstens ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal, mit wenigstens – einem Sender (S, S1, S2, S', S'', S'''), der elektromagnetische Wellen (W, W1, W2, W3) mit einer vorgegebenen Sendefrequenz aussendet, – einem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') zum Empfangen elektromagnetischer Wellen (W, W1, W2, W3), der zu dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') derart beabstandet ist, dass das zu überprüfende Werkstück (P₁) zwischen dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') und dem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') in das Messsystem einbringbar ist, – einer mit dem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') gekoppelten Auswerteeinheit (A), die in Abhängigkeit von durch den Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') empfangenen elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) bewertet, ob das zu überprüfende Werkstück (P₁) ein bestimmtes vorgegebenes Qualitätsmerkmal aufweist, wobei die von dem Sender erzeugten elektromagnetischen Wellen (W, W1) dazu geeignet sind, sich durch das Werkstück (P₁) hindurch zu dem Empfänger (E, E1, E', E'', E''') auszubreiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, das Vorliegen eines vorgegebenen Qualitätsmerkmals des zwischen dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') und dem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') eingebrachten Werkstücks (P₁) durch einen Vergleich der Sendefrequenz der von dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') ausgesandten elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) mit einer Empfangsfrequenz der von dem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') empfangenen elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) festzustellen.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) eine Auswertelogik aufweist, anhand derer überprüft wird, ob eine Empfangsfrequenz der von dem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') empfangenen elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) mit der Sendefrequenz der von dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') ausgesandten elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) übereinstimmt.
Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) einen Phasenregelkreis zum Vergleich der Empfangsfrequenz mit der Sendefrequenz aufweist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) dazu eingerichtet und vorgesehen ist, automatisch ein Kontrollsignal zu generieren, wenn festgestellt wird, dass die Empfangsfrequenz und die Sendefrequenz übereinstimmen.
Messsystem nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertelogik der Auswerteeinheit (A) dazu eingerichtet und vorgesehen ist, bei durch den Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') empfangenen elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) automatisch festzustellen, ob die Empfangsfrequenz dieser elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) mit der Sendefrequenz der von dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') ausgesandten elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) übereinstimmt, und dass die Auswerteeinheit (A) nur bei einer Übereinstimmung von Empfangsfrequenz und Sendefrequenz automatisch ein Kontrollsignal generiert.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem dazu eingerichtet und vorgesehen ist, festzustellen, ob ein Werkstück (P₁) durchgängig und/oder in einem bestimmten Abschnitt des Werkstücks (P₁) eine zulässige Materialdicke (a) aufweist.
Messsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Sender (S, S1, S', S'', S''') ausgesandte elektromagnetische Wellen (W, W1) derart eingestellt sind, dass sie sich bis zu dem Empfänger (E, E1, E', E'', E''') nur durch einen solchen Abschnitt des Werkstücks (P₁) hindurch ausbreiten können, der eine vorgegebene maximale Materialdicke (a) nicht überschreitet.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem dazu eingerichtet und vorgesehen ist, als Werkstück ein plattenförmiges Halbleitersubstrat (P₁) auf das Vorliegen eines Qualitätsmerkmals zu überprüfen.
Messsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7 und dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem dazu eingerichtet und vorgesehen ist, festzustellen, ob das plattenförmige Halbleitersubstrat (P₁) durchgängig und/oder in einem bestimmten Abschnitt eine zulässige Materialdicke (a) aufweist, insbesondere festzustellen, ob mehrere aufeinanderliegende plattenförmige Halbleitersubstrate (P₁, P₂) und/oder ob ein plattenförmiges Halbleitersubstrat (P₁), an oder auf dem sich wenigstens ein Fragment (F1, F2, F3) eines anderen Halbleitersubstrats (P₂) befindet, zwischen Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') und Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') in das Messsystem eingebracht wurden.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem dazu eingerichtet und vorgesehen ist, festzustellen, ob sich ein Werkstück (P₁) in einer als zulässig vorgegebenen Lage innerhalb des Messsystems befindet.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') ausgesandte elektromagnetische Wellen (W, W1, W2, W3) wenigstens einmal über ein Reflektormittel (R) in Richtung des Empfängers (E, E1, E2, E', E'', E''') umgelenkt sind.
Messsystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9 und dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektormittel (R) aus demselben Material wie das plattenförmige Halbleitersubstrat (P₁) hergestellt ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektormittel (R) derart angeordnet ist, dass das Reflektormittel (R) von dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') ausgesandte elektromagnetische Wellen (W, W1, W2, W3) in Richtung des Empfängers (E, E1, E2, E', E'', E''') umlenkt, die sich durch das Werkstück (P₁) hindurch bis zu dem Reflektormittel (R) ausgebreitet haben.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem derart ausgebildet ist, dass das Werkstück (P₁) an dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') und dem Empfänger (E, E1, E2, E', E'', E''') vorbeiführbar ist.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sendeleistung des Senders (S, S1, S2, S', S'', S''') einstellbar, insbesondere adaptiv geregelt ist.
Messsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem dazu eingerichtet und vorgesehen, dass automatisch eine Sendeleistung des Senders (S, S1, S', S'', S''') ermittelbar ist, bei der sich von dem Sender (S, S1, S', S'', S''') ausgesandte elektromagnetische Wellen (W, W1) durch ein Werkstück (P₁) hindurch zu dem Empfänger (E, E1, E', E'', E''') ausbreiten.
Messsystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem eine elektronische Steuereinheit (C) zur Einstellung einer Sendeleistung aufweist, die mit dem Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') gekoppelt ist.
Messsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (C) ein Potentiometer, insbesondere ein Digitalpotentiometer aufweist.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem eine Mehrzahl von Sendern (S, S1, S2, S', S'', S''') und Empfängern (E, E1, E2, E', E'', E''') aufweist.
Messsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') derart hintereinander angeordnet sind, dass sich wenigstens die jeweils von zueinander benachbarten Sendern (S, S1, S2, S', S'', S''') ausgesandten elektromagnetischen Wellen (W, W1, W2, W3) überlagern.
Messsystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenzen der einzelnen Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') synchronisiert sind.
Messsystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenzen aller Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') unterschiedlich sind oder zumindest die Sendefrequenzen einer Gruppe von Sendern (S, S1, S2, S', S'', S''') verschieden von den Sendefrequenzen einer anderen Gruppe von Sendern (S, S1, S2, S', S'', S''') ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem dazu eingerichtet ist, Sender (S, S1, S2, S', S'', S''') nacheinander und/oder gleichzeitig zur Aussendung elektromagnetischer Wellen (W, W1, W2, W3) zu aktivieren.
Messsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer (S2) der Mehrzahl der Sender und ein diesem Sender (S2) zugeordneter Empfänger (E2) dazu eingerichtet und vorgesehen sind, die Einbringung eines Werkstücks (P₁) in das Messsystem zu detektieren.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem einen Messraum (M) definiert, in den das Werkstück (P₁) zur Überprüfung einbringbar ist, und dass eine in dem Messraum (M) befindliche Oberfläche (O', O'', O''') einer Komponente des Messsystems, insbesondere des Senders (S, S1, S2, S', S'', S''') und/oder des Empfängers (E, E1, E2, E', E'', E'''), derart ausgebildet ist, dass lose Fragmente (F1, F2, F3) eines Werkstücks (P₁, P₂) nicht an dieser Oberfläche (O', O'', O''') haften.
Messsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem wenigstens eine Lichtschranke (3, 3') mit mindestens einem Sender (S) und einem Empfänger (E) aufweist.