DE4038164A1 - Vorrichtung zur punktuellen dickenmessung duenner scheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur punktuellen Dickenmessung dünner Scheiben nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Die punktuelle Dickenmessung dünner Scheiben ist bei­ spielsweise von wesentlicher Bedeutung bei der Verarbei­ tung von Halbleiterscheiben (wafer), wobei bei Scheiben mit Durchmessern in der Größenordnung von Zentimetern Dickenschwankungen im Bereich weniger Mikrometer zuverläs­ sig zu detektieren sind.

Für derartige Dickenmessungen gebräuchlich sind Geräte mit einem feststehenden planen Meßtisch und einem senkrecht dazu verschiebbaren Taststift. Die Verschiebung des Tast­ stifts wird elektronisch erfaßt und digital angezeigt oder ausgegeben. Zur punktuellen Dickenmessung wird der Tast­ stift fest, beispielsweise mit Federkraft auf die Meß­ stelle der Scheibe aufgesetzt und der von den Auswertemit­ teln in dieser Stellung abgeleitete Meßwert wird als Scheibendicke an dieser Stelle der Scheibe angenommen. Aus einer Mehrzahl von solchen Meßwerten an verschiedenen Punkten einer Scheibe läßt sich eine Art Relief der Scheibe bestimmen und daraus eine Aussage über die Quali­ tät und evtl. das Erfordernis einer weiteren Bearbeitung der Scheibenoberfläche ableiten.

Es hat sich aber gezeigt, daß die Zuverlässigkeit der Dik­ kenmessung mit solchen Geräten nicht zuverlässig mit zu­ friedenstellender Präzision gelingt und bei der Messung Beschädigungen empfindlicher Schichten und Strukturen auf­ treten können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Anord­ nung zur schonenden punktuellen Dickenmessung dünner Scheiben anzugeben, welche reproduzierbar zuverlässige Meßergebnisse ermöglicht.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un­ teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Ab­ bildungen noch eingehend erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Meßvorrichtung aus dem Stand der Technik.

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die an sich bekannten mechanischen und elektronischen Mit­ tel zur Verschiebung des Taststiftes, zur Auswertung der Verschiebung und zur Anzeige des Meßergebnisses sind dabei der Übersichtlichkeithalber nicht dargestellt.

Bei der in Fig. 1 skizzierten Meßvorrichtung liegt eine zu vermessende Scheibe S auf einem planen Meßtisch T auf. Ein senkrecht zur Meßtischebene verschiebbarer Taststift St liegt mit seiner gerundeten Tastspitze, die beispielsweise als in den Taststift eingesetzte Kugel ausgebildet ist, fest, vorzugsweise unter der Andruckkraft einer leicht gespannten Feder im Taststift, auf der Scheibe S auf. Es hat sich gezeigt, daß durch Auflegen der Scheibe auf der Planfläche (die auch durch Rillen oder Nuten unterbrochen sein kann) Beschädigungen empfindlicher Schichten oder Strukturen auftreten können. Unebenheiten der dem Meßtisch zugewandten Scheibenfläche können zu falschen Meßergebnis­ sen führen. Die gleichen Effekte können mikroskopisch kleine Fremdkörper (Staubteilchen o. ä.) zwischen Scheibe und Meßtisch bewirken. Meßfehler können auch entstehen durch ein sich zwischen Scheibe und Meßtisch bildendes Luftpolster.

Diese störenden Effekte sind bei der in Fig. 3 skizzierten Vorrichtung beseitigt. Anstelle der Planfläche des Meßti­ sches ist hier als feste Auflage ein feststehender Körper M vorhanden, dessen dem verschiebbaren Taststift St zuge­ wandte Oberfläche zum Taststift hin konvex gewölbt ist. Der Scheitelpunkt der konvexen Wölbung liegt genau in der Bewegungsachse A des Taststifts, die auch durch die Spitze des Taststifts in Verschiebungsrichtung des Taststifts verläuft. Bei der Dickenmessung führt dies sowohl zwischen Scheibe und Körper M als auch zwischen Scheibe und Tast­ stift annähernd zu einer Punktberührung, wobei sich die beiden Berührungspunkte auf den beiden Seiten der Scheibe direkt gegenüber liegen und so die Dicke an dieser Stelle genau gemessen werden kann.

Eventuell durch den Meßvorgang verursachte Beschädigungen sind dann nur noch an den Berührungspunkten zu befürchten. Durch auf die einzelne Meßaufgabe und das Material der zu vermessenden Scheibe abgestimmte Wahl der Krümmungsradien und der Materialien an den Spitzen von Taststift und Auf­ lagekörper M kann die Gefahr von Beschädigungen weitgehend vermieden werden. Die Wahl geeigneter Werte für die ge­ nannten Parameter ist dem Fachmann geläufig.

Bei größeren Scheiben oder bei Messungen in der Nähe des Scheibenrandes ist die in der Ausführung nach Fig. 3 skiz­ zierte Ergänzung der zu Fig. 2 geschilderten Vorrichtungen durch Auflageeinrichtungen R, die einen oder mehrere, vor­ zugsweise zwei weitere Auflagepunkte für die zu vermes­ sende Scheibe bereitstellen, vorteilhaft. Die weiteren Auflagepunkte P, von denen in der Fig. 3 nur einer darge­ stellt ist, liegen im wesentlichen mit dem Berührungspunkt von Scheibe S und Körper M in einer senkrecht zur Bewe­ gungsachse A verlaufenden Ebene E, so daß die Scheibe au­ tomatisch senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Berüh­ rungspunkte der Scheibe mit dem Körper M und dem Taststift St verläuft. Um eine geringe Verschiebung des Scheitel­ punkts des Körpers M unter dem Druck des Taststifts zu kompensieren, kann der Scheitelpunkt des Körpers M in un­ belastetem Zustand geringfügig über der genannten Ebene liegen.

In den Auflageeinrichtungen R können Mittel vorgesehen sein zur Verschiebung der Lage der Berührungspunkte senk­ recht zur Ebene E, wodurch Abweichungen der Flächennormale der Scheibe im Meßpunkt von der im Idealfall mit ihr zu­ sammenfallenden Bewegungsachse A, z. B. bei einer gekrümm­ ten Scheibe oder durch Einstelltoleranzen, kompensiert werden können. Der Abstand der beiden Berührungspunkte an der Meßstelle nimmt ein Minimum an bei Zusammenfallen von Flächennormale und Bewegungsachse, so daß sich durch Verschieben der Lage der Auflagepunkte P senkrecht zur Ebene E um eine Mittelstellung und durch Bestimmen eines dabei durchlaufenen Meßwertminimums der richtige Meßwert für die gewählte Meßstelle ermitteln läßt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, an der Spitze des Körpers M eine Kugel K oder ein kugelähnliches Bauteil zu befestigen. Die Kugel kann, je nach Anwendungsfall, beispielsweise aus Metall, Keramik oder Kristall (z. B. Ru­ bin) bestehen. Der Radius der Kugel bzw. allgemein der Krümmungsradius der konvex gewölbten Oberfläche im Schei­ telpunkt kann gleichfalls auf den speziellen Einsatzfall zugeschnitten sein und liegt üblicherweise im Bereich zwi­ schen 0,1 und 5 mm.

Die Auflageeinrichtungen R sind nicht dem Anpreßpunkt des Taststiftes ausgesetzt und brauchen auch keine so speziel­ len Anforderungen wie die Taststiftspitze oder die Spitze des Körpers M erfüllen. Diese Einrichtungen können daher einfacher ausgeführt sein.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur punktuellen Dickenmessung dünner Scheiben mittels eines relativ zu einer festen Auflage für eine zu vermessende Scheibe im wesentlich senkrecht zur Scheibenfläche verschiebbaren Taststifts und Mitteln zur Ableitung eines Meßwerts für die Scheibendicke aus der Verschiebung des Taststifts, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage für die Scheibe als Körper mit in Richtung des Taststiftes konvex gewölbter Oberfläche, deren Scheitel­ punkt in der Verlängerung der Bewegungsachse des Tast­ stifts liegt, ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagekörper als eine in einer Halterung gefaßte Kugel ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Auflageeinrichtungen vorgesehen sind, die mindestens einen weiteren Auflagepunkt, vorzugsweise zwei weitere Auflagepunkte für die zu vermessende Scheibe bilden, wobei der Scheitelpunkt des Auflagekörpers und der bzw. die weiteren Auflagepunkte im wesentlichen in einer senkrecht zur Verschiebungsachse verlaufenden Ebene lie­ gen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageeinrichtungen Mittel zur Verschiebung der Lage der weiteren Auflagepunkte aus einer in der Ebene liegenden Mittellage heraus senkrecht zur Ebene aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ableitung eines Meßwerts ein bei Ver­ schiebung der Lage der weiteren Auflagepunkte sich erge­ bendes Meßwert-Minimum als gültigen Meßwert ausgeben.