Beschreibung
Messvorrichtung und Messverfahren zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Messverfahren zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates, welche Messvorrichtung einen Sensor aufweist, der in einem vorbestimmten Abstand über einer zu vermessenden Oberfläche positionierbar ist.
Auf dem Gebiet der Oberflächeninspektion von ebenen Flächen werden Sensoren in der Regel in einem vorbestimmten Abstand oberhalb der zu vermessenden Substratoberfläche positioniert. Die Positionierung erfolgt üblicherweise durch ein Positioniersystem, mit dem der Sensor innerhalb einer Ebene parallel zu der zu vermessenden Oberfläche positioniert werden kann. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Positioniersystems kann somit beispielsweise durch eine mäanderförmige Bewegung die gesamte zu vermessende Oberfläche abgetastet werden. Um eine hohe Messgeschwindigkeit zu erreichen, werden auch Sensoren eingesetzt, die eine Mehrzahl von Einzelsensoren aufweisen, so dass durch eine gleichzeitige Vermessung mehrerer Messpunkte die Messzeit für eine bestimmte Fläche ent- sprechend der Anzahl der Einzelsensoren reduziert wird.
Abhängig von der Art der zu erbringenden Messaufgabe werden unterschiedliche Sensoren eingesetzt. Bei einer optischen Inspektion wird üblicherweise eine Kamera mit beispielsweise einem Zeilen- oder Flächensensor verwendet. Bei einer kapazitiven Messaufgabe wird eine Messspitze oder eine Mehrzahl von Messspitzen verwendet, die mit einer bestimmten Wechsel- oder Gleichspannung beaufschlagt wird. Als Messsignal dient ein kleiner Stromfluss über die jeweilige Messspitze, die von der Kapazität zwischen der Messspitze oder dem jeweiligen Messpunkt der zu vermessenen Oberfläche abhängt.
So ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem die Leiterbahnstruktur eines Substrates, welches für eine Flüssigkristallanzeige (L_iquid (Crystal .Display, LCD) verwendet wird, vor der Fertigstellung des LCD hinsichtlich möglicher Defekte inspiziert werden kann. Durch eine entsprechende kapazitive Messung zwischen einer Messspitze und einem der Messspitze gegenüberliegenden Bereich der Leiterbahnstruktur können somit ungewollte Kurzschlüsse, Unterbrechungen und Einschnürungen der Leiterbahnstruktur erkannt werden. Derar- tige Defekte können entweder vor der weiteren Verarbeitung des LCD-Substrates repariert oder das LCD-Substrat kann aus einem Produktionsprozess aussortiert werden. Somit können auf jeden Fall die Herstellkosten für Flüssigkristallanzeigen erheblich reduziert werden.
Für eine präzise Inspektion ist in der Regel eine hochgenaue Einstellung und Einhaltung des Abstandes zwischen Sensor und zu vermessender Substratoberfläche erforderlich. Die Einhaltung eines genauen Abstandes ist aber dann deutlich er- schwert, wenn das zu vermessende Substrat eine unebene bzw. leicht gewellte Oberfläche aufweist. Zur Vermessung von unebenen Oberflächen muss deshalb ein Positioniersystem verwendet werden, welches nicht nur eine Positionierung des Sensors in der Ebene parallel zu der zu vermessenden Oberflä- che, sondern auch eine Positionierung senkrecht zu dieser
Ebene ermöglicht. Derartige Positionierungen senkrecht zu der zu vermessenden Oberfläche führen jedoch in der Regel zu einer Verlangsamung des Messvorgangs und zu einer Reduzierung der Messgenauigkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung und ein Messverfahren anzugeben, welche eine präzise Vermessung auch einer unebenen Substratoberfläche ermöglichen .
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .
Mit dem unabhängigen Patentanspruch 1 wird eine Messvorrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates beschrieben. Die Messvorrichtung weist auf (a) ein Halteelement und (b) ein luftgelagertes Element, welches an dem Halteele- ment angebracht ist, welches derart ausgebildet ist, dass zusammen mit der zu inspizierenden Oberfläche des Substrates ein Luftlager bildbar ist, und welches eine Elastizität aufweist, so dass das luftgelagerte Element an Unebenheiten der Oberfläche anpassbar ist. Die beschriebene Messvorrich- tung weist ferner auf (c) zumindest einen Sensor, welcher an dem luftgelagerten Element angebracht ist und welcher zum Erfassen der Oberfläche des Substrates eingerichtet ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das luftge- lagerte Element mittels eines flexiblen Sensorträgers realisiert ist. Der flexible Sensorträger kann dabei ohne die Verwendung von vollständig starren Elementen bzw. starren Materialien aufgebaut werden. Damit ähnelt das luftgelagerte Element einem leicht verbiegbaren Lineal, dass sich bei eventuell vorhandenen Unebenheiten an die zu inspizierende Oberfläche anpassen kann. Die flexible Ausgestaltung des luftgelagerten Elements ermöglicht insbesondere eine Anpassung an langreichweitige Korrugationen bzw. Welligkeiten der zu inspizierenden Substratoberfläche.
Das luftgelagerte Element kann beispielsweise mittels eines Dünnglases realisiert werden, welches die erforderliche Flexibilität aufweist. Ebenso kann das flexible luftgelagerte Element zumindest teilweise aus Kunststoff wie beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) oder aus einem faserverstärkten Material wie beispielsweise einem Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigt sein.
- A -
Das Halteelement ist beispielsweise ein Halterahmen, in welchem das flexible luftgelagerte Element von zumindest zwei Seiten gehalten ist. Dabei kann das luftgelagerte Element mittels flexiblen Festkörpergelenken an dem Halterahmen befestigt sein.
In diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff Festkörpergelenk eine Stelle eines Bauteils mit einer verminderten Biege- Steifigkeit verstanden, welche Stelle sich von benachbarten
Zonen des Bauteils abgrenzt, die im Vergleich zu dem Festkörpergelenk eine deutlich höhere Biegesteifigkeit aufweisen. Auf diese Weise können das Halteelement und das luftgelagerte Element als kinematisches Paar einstückig beispielsweise durch mikromechanische Strukturierverfahren hergestellt werden. Die verminderte Biegesteifigkeit wird in der Regel durch eine lokale Querschnittsverringerung erzeugt. Dabei kann der Querschnitt nur entlang einer oder auch entlang mehrerer Raumrichtungen verringert sein. Die Veränderung des Querschnitts kann unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Reduziert sich der Querschnitt entlang des Gelenkes sprungartig auf einen geringeren und zudem über eine gewisse Strecke konstanten Wert, so ergibt sich ein Blattfedergelenk. Der Querschnitt kann sich jedoch auch kontinuierlich verän- dern, so dass die Verjüngung beispielsweise die Form eines Kreisbogens aufweist.
Die Luftlagerung kann durch Blasdüsen realisiert sein, welche in dem flexiblen luftgelagerten Element ausgebildet sind. Ein vorgegebener Messabstand zwischen dem Sensor und der zu inspizierenden Substratoberfläche kann durch ein Kräftegleichgewicht zwischen einer pneumatischen Kraft und beispielsweise durch die Gewichtskraft definiert sein. Die pneumatische Kraft wird dabei durch eine Luftströmung zwi- sehen der zu vermessenden Substratoberfläche und dem flexiblen luftgelagerten Element erzeugt. Die Gewichtskraft hängt von der Masse des Messkopfes ab, welcher das luftgelagerte
Element und den Sensor sowie ggf. das Halteelement umfasst. Dabei sind Gewichtskraft und pneumatische Kraft gegeneinander gerichtet, wobei eine Erhöhung der pneumatischen Kraft beispielsweise durch eine Erhöhung der Luftströmung zu einer Vergrößerung des Messabstands führt. Zusätzlich kann durch die Gegenkraft die dynamische Stabilität des Luftlagers erhöht werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Kräftegleichgewicht auch zwischen der pneumatischen Kraft und einer anderen Kraft erzeugt werden kann, so dass auch Oberflächen vermessen werden können, die in Bezug auf die Schwerkraft nicht nach oben gerichtet sind. Weiterhin bietet eine andere Kraft als die Gewichtskraft die Möglichkeit, eine in Bezug auf die Schwerkraft nicht nach unten gerichtete Substratoberfläche zu inspizieren. Beispielsweise durch Herandrücken des Messkopfes von unten mittels einer Vakuumansaugung kann eine solche Substratoberfläche inspiziert werden, wobei in diesem Fall der Messabstand durch ein Kräftegleichgewicht zwischen (a) der pneumatischen Kraft und der Schwerkraft des Messkopfes auf der einen Seite und (b) einer nach oben gerichteten Andrückkraft der Vakuumansaugung auf der anderen Seite bestimmt wird. Selbstverständlich ist auch eine Oberflächeninspektion von vertikal oder auch schräg verlaufenden Oberflä- chen möglich, sofern der Messkopf unter einem entsprechenden Winkel an die Substratoberfläche herangedrückt wird. Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten der Krafterzeugung als Vakuumansaugung denkbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 2 weist die Messvorrichtung zusätzlich ein Positioniersystem auf, welches mit dem Halteelement und/oder mit dem zu inspizierenden Substrat gekoppelt ist, so dass der Sensor relativ zu der Oberfläche positionierbar ist.
Das Positioniersystem kann ein so genanntes Flächenpositio- niersystem sein, welches eine zweidimensionale Bewegung des
Sensors relativ zu der Substratoberfläche ermöglicht. Dabei kann sowohl eine zweidimensionale Positionierung des Substrates als auch eine zweidimensionale Positionierung des Messkopfes erfolgen, welcher Messkopf das Halteelement, das luftgelagerte Element und den Sensor umfasst.
Das Positioniersystem kann auch derart ausgestaltet sein, dass das Substrat entlang einer ersten Richtung und der Messkopf entlang einer zweiten Richtung bewegbar ist, welche zweite Richtung winklig, bevorzugt senkrecht, zu der ersten Richtung orientiert ist. Auf diese Weise kann durch eine Kombination zweier linearer Bewegungen eine präzise zweidimensionale Abtastung der Substratoberfläche realisiert werden .
Selbstverständlich kann auch lediglich eine eindimensionale Positionierung des Messkopfes relativ zu dem Substrat erfolgen. Auch in diesem Fall kann eine flächige Abtastung der Substratoberfläche realisiert werden, wenn eine Messvorrich- tung bzw. ein Messkopf mit mehreren Sensoren verwendet wird, die beispielsweise in einer Reihe angeordnet sind, die zu der linearen Bewegungsrichtung winklig oder bevorzugt senkrecht orientiert ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach
Anspruch 3 weist die Messvorrichtung zusätzlich eine Notlauf- beschichtung auf, welche an dem luftgelagerten Element ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass im Falle eines ungewollten mechanischen Kontakts zwischen dem luftgelagerten Element und der Substratoberfläche beispielsweise durch einen Ausfall einer Blasluft-Erzeugungseinrichtung, was zu einem Zusammenbruch der Luftlagerung führt, die zu inspizierenden Substratoberfläche nicht beschädigt wird. Als Notlaufbe- schichtung eignet sich beispielsweise eine Teflonschicht.
Eine Notlaufbeschichtung hat ferner den Vorteil, dass auch der an dem luftgelagerten Element angebrachte Sensor vor Beschädigungen durch das Substrat geschützt werden kann.
Gemäß Anspruch 4 weist die Messvorrichtung zusätzlich eine Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung auf, welche derart eingerichtet ist, dass das luftgelagerte Element unter einer mechanischen Vorspannung an die Oberfläche heranführbar ist.
Die Verwendung einer derartigen Vorspannungs-Erzeugungs- einrichtung hat den Vorteil, dass eine besonders gute Anpassung des luftgelagerten Elements an die dreidimensional geformte Oberfläche des Substrats gewährleistet werden kann. Auf diese Weise kann sowohl zeitlich als auch räumlich ein stets konstanter Abstand zwischen dem luftgelagerten Element bzw. dem Messkopf auf der einen Seite und der zu inspizierenden Substratoberfläche auf der anderen Seite gewährleistet werden. Bei Verwendung eines Messkopfes mit einer Vielzahl von Sensoren können diese Sensoren somit auf vergleichsweise einfache Weise in einem konstanten Messabstand über die Substratoberfläche geführt werden.
Die Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung, welche der Luftlagerung entgegen wirkt, kann beispielsweise eine Magnetfelder- zeugungseinheit aufweisen, so dass das luftgelagerte Element durch eine Magnetkraft in Richtung der zu inspizierenden Substratoberfläche gedrückt wird. Die Magnetfelderzeugungseinheit kann beispielsweise einen oder mehrere Elektromagneten umfassen, die aus Sicht des Messkopfes hinter dem Sub- strat angeordnet sind. Bei einer entsprechenden Strombeaufschlagung des Elektromagneten oder der Elektromagnete wird eine magnetische Anziehung von magnetischen Elementen bewirkt, die an dem flexiblen luftgelagerten Element angebracht sind. Auf diese Weise kann eine quasi flächig wirkende Anzie- hungskraft des luftgelagerten Elements hin zu der Substratoberfläche erzeugt werden, wobei die flächig wirkende Anziehungskraft mit der oben beschriebenen pneumatischen Kraft ein
Kräftegleichgewicht bildet. Der Messabstand kann durch eine entsprechende Anpassung des Verhältnisses zwischen der pneumatischen Kraft und der Magnetanziehungskraft genau eingestellt werden.
Gemäß Anspruch 5 ist die Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung eine Vakuumansaugungseinrichtung. Eine Vakuumansaugung hat den Vorteil, dass zwischen der pneumatischen Luftlagerungskraft und der pneumatischen Vakuumansaugung auf einfache Weise ein stabiles Gleichgewicht zugunsten der Vakuumansaugung eingestellt werden kann. Daraus ergibt sich eine Haftung des Messkopfes an der zu inspizierenden Substratoberfläche mit einem genau definierten Messabstand, der beispielsweise einige 10 μm beträgt. Infolge der intrinsischen Flexibilität des luftgelagerten Elements kann sich der gesamte Messkopf damit quasi exakt an die Welligkeit der zu inspizierenden Substratoberfläche anpassen.
Die Verwendung einer pneumatischen Vorspannungs-Erzeugungs- einrichtung hat gegenüber anderen ebenfalls denkbaren Möglichkeiten zur Erzeugung einer weitgehend homogenen Vorspannung den Vorteil, dass die Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung pneumatisch mit einer Blasluft-Erzeugungseinrichtung für die Luftlagerung des luftgelagerten Elements an der Substratober- fläche kombiniert werden kann. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Venturidüsen oder anderen pneumatischen Elementen erfolgen, so dass mit einer einzigen Druckluftoder Vakuum-Erzeugungsvorrichtung sowohl die für die Luftlagerung erforderliche Blasluft als auch der für die pneumati- sehe Vorspannung erforderliche Unterdruck erzeugt werden kann .
Gemäß Anspruch 6 weist die Messvorrichtung zusätzlich zumindest einen Abstandsensor auf, welcher an dem luftgelagerten Element ausgebildet ist. Dies hat dem Vorteil, dass während des Betriebs der Messvorrichtung eine Kontrolle des Messabstands zumindest an vorbestimmten Stellen des Messkopfes
möglich ist. Somit kann beispielsweise die Abstandsinformation bei der Auswertung der von dem Sensor erfassten Messsignale berücksichtigt werden.
Bevorzugt werden eine Vielzahl von Abstandssensoren verwendet, so dass der jeweilige Messabstand an einer Vielzahl von definierten Stellen des Messkopfes erfasst werden kann.
Gemäß Anspruch 7 ist der Abstandssensor ein optischer Ab- standsensor und/oder ein kapazitiver Abstandsensor.
Als optischer Abstandssensor eignet sich insbesondere ein konfokaler Abstandsensor, welcher im Gegensatz zu auf dem Messprinzip der Triangulation beruhenden Abstandssensoren eine koaxiale Führung von Beleuchtungs- und Messstrahl aufweist, so dass die Abstandsmessung innerhalb eines lateral sehr gering ausgedehnten Volumenbereichs realisiert werden kann. Zudem haben konfokale Abstandssensoren den Vorteil, dass sehr geringe Messabstände mit einer hohen Genauigkeit, d.h. mit einer sehr hohen Tiefenauflösung in der Größenordnung von μm gemessen werden können. Konfokale Abstandsensoren sind beispielsweise in der WO 2005/078383 Al, in der EP 1398597 Al oder in der DE 19608468 Al beschrieben. Neben dieser konfokalen Sensorik können auch z.B. interferometri- sehe Sensoren eingesetzt werden, die aufgrund ihres hohen Auflösungsvermögens eine geeignete Genauigkeit liefern.
Gemäß Anspruch 8 weist die Messvorrichtung zusätzlich eine Regeleinheit auf, welche gekoppelt ist mit dem Abstandsensor und der Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung und/oder mit dem Abstandsensor und einer Blasluft-Erzeugungseinrichtung. Dies hat den Vorteil, dass ein geschlossener, d.h. ein eine Rückkopplung aufweisender Regelkreis zur Höhenregulierung gebildet werden kann, so dass stets ein definierter Messabstand zwischen luftgelagertem Element bzw. Messkopf auf der einen Seite und der zu inspizierenden Substratoberfläche auf der anderen Seite gewährleistet werden kann.
Mit dem unabhängigen Patentanspruch 9 wird ein Messverfahren zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates angegeben. Das Messverfahren weist den folgenden Schritt auf: Bewegen einer oben beschriebenen Messvorrichtung relativ zu der
Oberfläche des Substrates, wobei sich infolge der Elastizität des luftgelagerten Elements der zumindest eine Sensor in einem vorgegebenen Messabstand von der Oberfläche bewegt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich infol¬ ge der Flexibilität des luftgelagerten Elements der Messkopf der Messvorrichtung automatisch an die dreidimensionale Oberflächenstruktur der Substratoberfläche anpasst kann. Auf diese Weise kann ein sowohl zeitlich als auch räumlich kon- stanter Abstand des zumindest einen Sensors von der zu inspi¬ zierenden Oberfläche gewährleistet werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform. In der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen:
Figur 1 zeigt in einer Querschnittsdarstellung die Anpassung eines flexiblen und pneumatisch vorgespannten Sensorträgers an die wellige Oberfläche eines Substrates.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht des in Figur 1 dargestellten Sensorträgers .
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden .
Figur 1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Messvorrichtung 100, welche einen flexiblen Sensorträger 120 aufweist, der mittels eines Flächenpositioniersystems 115 über eine zu inspizierende Oberfläche 141 eines Substrates 140 bewegt werden kann. Die Positionierung kann dabei innerhalb einer durch eine x-Achse und eine y-Achse aufgespannten Positionierebene erfolgen.
Die Messvorrichtung 100 weist ein Halteelement 110 auf, welches gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Halterahmen 110 ist. An dem Halterahmen sind zwei Befestigungselemente 111 ausgebildet. Über jeweils ein Festkörpergelenk 112 ist der flexible Sensorträger 120 mit dem einem Befestigungselement 111 verbunden. Die Befestigung des fle- xiblen Sensorträgers 120 mittels Festkörpergelenken 112 hat den Vorteil, dass der Sensorträger 120 und die beiden Befestigungselemente 111 einstückig beispielsweise durch mikromechanische Strukturierverfahren hergestellt werden können. Anstelle von Festkörpergelenken 112 können selbstverständlich auch beliebige andere Aufhängungs- bzw. mechanische Koppelelemente verwendet werden.
Der flexible Sensorträger 120 ist mit mehreren Sensoren 130 bestückt, die in einer Reihe entlang der x-Achse angeordnet sind. Die Sensoren 130 können beliebige Sensoren wie beispielsweise optische, kapazitive und/oder induktive Sensoren sein. Die Sensoren 130 können auch flächig angeordnet sein, so dass die Oberfläche 141 auf besonders effektive Weise durch den gleichzeitigen Betrieb von einer Vielzahl von Sensoren 130 abgetastet werden kann.
Der flexible Sensorträger 120 weist ferner eine Mehrzahl von Blasluftkanälen 131 auf, die in nicht dargestellter Weise mit einer Blasluft-Erzeugungseinrichtung 132 pneumatisch gekop- pelt sind. Durch eine entsprechende Beaufschlagung der Blasluftkanäle 131 mit Druckluft wird somit eine Luftströmung erzeugt, die an den unteren Öffnungen der Blasluftkanäle 131
in Richtung der Substratoberfläche 141 austreten. Auf diese Weise wird zwischen der Unterseite des flexiblen Sensorträgers 120 und der Oberfläche 141 ein Luftpolster erzeugt, welches eine Luftlagerung des Sensorträgers 120 auf der zu inspizierenden Oberfläche 141 bewirkt. Der flexible Sensorträger 120 wird in diesem Zusammenhang deshalb auch als luftgelagertes Element 120 bezeichnet.
Die der zu inspizierenden Oberfläche 141 zugewandte Seite des luftgelagerten Elements 120 weist eine so genannte Notlaufbe- schichtung 121 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Notlaufbeschichtung um eine Teflonschicht 121, die bei einem versehentlichen Ausfall der Blasluft-Erzeugungseinrichtung 132 eine Beschädigung der Sensoren 130 und/oder der Substratoberfläche 141 verhindert.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, in welcher aus Gründen des besseren Verständnisses die Welligkeit der Substratoberfläche 141 übertrieben stark dargestellt ist, kann sich das luftge- lagerte Element 120 aufgrund seiner intrinsischen Flexibilität bzw. Elastizität an die Korrugationen der Oberfläche 141 anpassen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich trotz der dargestellten Welligkeit der Substratoberfläche 141 alle Sensoren 130 im wesentlichen in dem gleichen Messabstand oberhalb der Oberfläche 141 befinden. Dies gilt auch für eine Bewegung des flexiblen Sensorträgers 120, bei der sich das luftgelagerte Element 120 dynamisch an die dreidimensionale Struktur der Oberfläche 141 anpassen kann.
Bei der Verwendung von entsprechend elastischen Materialien für das luftgelagerte Element 120 können somit in der Praxis problemlos Oberflächenwelligkeiten mit einer maximalen Höhendifferenz entlang einer z-Richtung zwischen Wellenberg und Wellental in der Größenordnung von 50 μm bis 150 μm durch eine entsprechende Anpassung des flexiblen luftgelagerten
Elements 120 kompensiert werden. Eine hohe Flexibilität des luftgelagerten Elements 120 ermöglicht dabei auch Anpassungen
an Korrugationen mit einer vergleichsweise kurzen Reichweite innerhalb einer zu der x-Achse und zu der z-Achse parallele Ebene .
Um die Anpassungsfähigkeit des flexiblen luftgelagerten
Elements 120 insbesondere an Korrugationen mit einer kurzen Reichweite zu erhöhen, sind in dem flexiblen luftgelagerten Element 120 zusätzlich Ansaugöffnungen 133 ausgebildet, die in nicht dargestellter Weise pneumatisch mit einer Vakuum- Erzeugungseinrichtung 134 gekoppelt sind. Auf diese Weise wird abgesehen von der in Richtung des Substrates 140 wirkenden Gewichtskraft des flexiblen Sensorträgers 120 zusätzlich eine Ansaugkraft erzeugt, die den Sensorträger 120 in Richtung des Substrates 140 zieht. Dabei stellt sich in einem bestimmten Messabstand ein Kräftegleichgewicht zwischen der attraktiven Gewichtskraft und der Vakuumansaugkraft auf der einen Seite und der repulsiven Luftlagerkraft auf der anderen Seite, die durch die aus den Blasluftkanälen 231 austretenden Blasluft erzeugt wird. Durch eine entsprechende Wahl des Verhältnisses dieser Kräfte kann der Messabstand zwischen den einzelnen Sensoren 130 und der Substratoberfläche 141 eingestellt werden. Aus diesem Grund ist sowohl die Blasluft- Erzeugungseinrichtung 132 als auch die Vakuum-Erzeugungseinrichtung 134 mit einer Regeleinheit 137 gekoppelt.
Das luftgelagerte Element 120 kann beispielsweise mittels eines Dünnglases realisiert werden, welches die erforderliche Flexibilität aufweist. Ebenso kann das flexible luftgelagerte Element zumindest teilweise aus Kunststoff wie beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) oder aus einem faserverstärkten Material wie beispielsweise einem Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigt sein. Die Verwendung von Keramik, Glas oder Kohlefaserverbundwerkstoff zur Herstellung des luftgelagerten Elements 120 hat den Vorteil, dass diese Materialen präzise bearbeitet werden können, so dass die Blasluftkanäle 131 und/oder die Ansaugöffnungen 233 mit einer hohen Genauigkeit in dem flexiblen Sensorträger 120 ausgebildet werden können.
Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere die Blasluftkanäle 131 mittel Laserbearbeitung ausgebildet werden können. Auf diese Weise können beispielsweise Blasluftkanäle 131 mit einem Durchmesser von lediglich 4 μm und einem demzufolge entsprechend reduzierten pneumatisch Totvolumen erzeugt werden .
Die beschriebene Messvorrichtung 100 kann beispielsweise bei der Inspektion von halbfertigen Flüssigkristallanzeigen verwendet werden. Dabei werden auf einer Substratoberfläche aufgebrachte Leiterbahnstrukturen inspiziert, wobei das entsprechende Substrat entlang der Substratoberfläche 141 eine laterale Ausdehnung in der Größenordnung von 300 mm bis 400 mm aufweist. Selbstverständlich können mit der beschriebenen Luftlagerung eines intrinsisch flexiblen Sensorträgers 120 auch Substrate mit anderen Abmessungen inspiziert werden, wobei infolge der Anpassungsfähigkeit des flexiblen Sensorträgers 120 stets für alle Sensoren 130 ein weitgehend kon- stanter Messabstand zu der zu inspizierenden Oberfläche gewährleistet werden kann.
Die beschriebene Messvorrichtung 100 hat den Vorteil, dass abhängig von der jeweiligen Anwendung der Sensorträger 120 auf die Größe der jeweils zu inspizierenden Oberfläche 141 skaliert werden kann. Somit kann für verschiedene Inspektionsaufgaben eine geeignete Messvorrichtung 100 hergestellt werden, welche infolge der Flexibilität des verwendeten Sensorträgers 120 eine dynamische Anpassung an die Welligkeit der zu inspizierenden Oberfläche ermöglicht.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht des in Figur 1 dargestellten Sensorträgers 120, welcher nunmehr mit dem Bezugszeichen 220 versehen ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbei- spiel sind drei Sensoren 230 in dem Sensorträger 220 integriert. Selbstverständlich können auch deutlich mehr Sensoren 230 verwendet werden, so dass durch eine parallelisierte
Abtastung eine Substratoberfläche auf besonders effektive, d.h. besonders schnell inspiziert werden kann.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind jedem Sensor 230 zwei Ansaugöffnungen 233 und eine Mehrzahl von feinen Blasluftkanälen 231 zugeordnet, die links und rechts von dem jeweiligen Sensor 230 angeordnet sind. Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform sind unmittelbar neben einem Sensor 230 zwei Ansaugöffnungen 233 ausgebildet. Etwas weiter außerhalb befinden sich die Blasluftkanäle 231. Selbstverständlich sind auch beliebige andere geometrische Anordnungen denkbar, welche in einem vorbestimmten Messabstand ein Kräftegleichgewicht zwischen der attraktiven Gewichtskraft und der Vakuumansaugkraft auf der einen Seite und der repulsiven Luftlager- kraft auf der anderen Seite erlauben. Auf diese Weise kann eine stabile Höhenpositionierung des Sensorträgers 220 auch bei vergleichsweise kurzreichweitigen Oberflächen- Korrugationen gewährleistet werden.
Wie ferner aus Figur 2 ersichtlich, sind in dem Sensorträger 220 außerdem Abstandssensoren 235 vorgesehen. Die Abstandsensoren sind mit der in Figur 2 nicht dargestellten Regeleinheit (siehe Figur 1, Bezugszeichen 137) verbunden, so dass ein geschlossener Regelkreis realisiert ist, mit dem der Messabstand der Sensoren zu der zu inspizierenden Oberfläche genau eingestellt und während eines Messbetriebs auch beibehalten werden kann. Als Abstandssensoren können optische oder auch kapazitive Sensoren Abstandsensoren verwendet werden. Als optischer Abstandssensor eignet sich insbesondere ein konfokaler Abstandsensor, welcher im Gegensatz zu auf dem Messprinzip der Triangulation beruhenden Abstandssensoren eine koaxiale Führung von Beleuchtungs- und Messstrahl aufweist, so dass die Abstandsmessung innerhalb eines lateral sehr gering ausgedehnten Volumenbereichs realisiert werden kann .
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Bezugszeichenliste
100 Messvorrichtung
110 Halteelement / Halterahmen 111 Befestigungselement
112 Festkörpergelenk
115 Flächenpositioniersystem
120 luftgelagertes Element / flexibler Sensorträger
121 Notlaufbeschichtung / Teflonschicht 130 Sensor
131 Blasluftkanäle
132 Blasluft-Erzeugungseinrichtung
133 Ansaugöffnung
134 Vakuum-Erzeugungseinrichtung 137 Regeleinheit
140 Substrat
141 Oberfläche
220 luftgelagertes Element / flexibler Sensorträger 230 Sensor
231 Blasluftkanäle
233 Ansaugöffnung
235 Abstandssensor