WO2008058869A2 - Messvorrichtung und messverfahren zum inspizieren einer oberfläche eines substrates - Google Patents

Messvorrichtung und messverfahren zum inspizieren einer oberfläche eines substrates Download PDF

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Hagen Klausmann
Karl Kragler
Martin Neusser
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01R31/2812—Checking for open circuits or shorts, e.g. solder bridges; Testing conductivity, resistivity or impedance

Definitions

  • the invention relates to a measuring device and a measuring method for inspecting a surface of a substrate, which measuring device has a sensor which can be positioned at a predetermined distance above a surface to be measured.
  • sensors are usually positioned at a predetermined distance above the substrate surface to be measured.
  • the positioning is usually carried out by a positioning system with which the sensor can be positioned within a plane parallel to the surface to be measured. By appropriate control of the positioning can thus be scanned, for example, by a meandering movement, the entire surface to be measured.
  • sensors are also used which have a plurality of individual sensors, so that the measuring time for a certain area is reduced in accordance with the number of individual sensors by simultaneously measuring a plurality of measuring points.
  • a camera with, for example, a line or area sensor is usually used.
  • a measuring tip or a plurality of measuring tips is used, which is subjected to a specific AC or DC voltage.
  • the measuring signal used is a small current flow over the respective measuring tip, which depends on the capacitance between the measuring tip or the respective measuring point of the surface to be measured.
  • a method is known in which the wiring pattern of a substrate used for a liquid crystal display (L_iquid (Crystal .Display, LCD) can be inspected for possible defects prior to completion of the LCD.)
  • Liquid Crystal .Display, LCD
  • capacitive measurement between a measuring tip In this way, unwanted short circuits, interruptions and constrictions of the printed conductor structure can be detected and a defect can either be repaired before the further processing of the LCD substrate or the LCD substrate can be sorted out of a production process In any case, the manufacturing costs for liquid crystal displays are significantly reduced.
  • a highly accurate adjustment and compliance with the distance between the sensor and the substrate surface to be measured is usually required.
  • the observance of an exact distance is significantly more difficult when the substrate to be measured has an uneven or slightly wavy surface.
  • a positioning system must be used, which not only has a positioning of the sensor in the plane parallel to the surface to be measured, but also a positioning perpendicular to this
  • the invention has for its object to provide a measuring device and a measuring method, which allow a precise measurement of an uneven substrate surface. This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
  • Independent claim 1 describes a measuring device for inspecting a surface of a substrate.
  • the measuring device has (a) a holding element and (b) an air-bearing element, which is attached to the holding element, which is designed such that an air bearing can be formed together with the surface of the substrate to be inspected, and which has an elasticity so that the air-bearing element is adaptable to surface irregularities.
  • the described measuring device further comprises (c) at least one sensor, which is attached to the air-bearing element and which is set up to detect the surface of the substrate.
  • the invention is based on the finding that the air-stored element is realized by means of a flexible sensor carrier.
  • the flexible sensor carrier can be constructed without the use of completely rigid elements or rigid materials.
  • the air-bearing element thus resembles an easily bendable ruler, which can adapt to the surface to be inspected if there are any unevennesses.
  • the flexible design of the air-bearing element makes it possible to adapt to long-range corrugations or ripples of the substrate surface to be inspected.
  • the air-bearing element can be realized for example by means of a thin glass, which has the required flexibility.
  • the flexible air-bearing element may at least partially be made of plastic such as polyvinyl chloride (PVC) or of a fiber-reinforced material such as a carbon fiber composite material.
  • PVC polyvinyl chloride
  • a fiber-reinforced material such as a carbon fiber composite material.
  • the holding element is for example a holding frame, in which the flexible air-bearing element is held by at least two sides.
  • the air-bearing element can be secured by means of flexible solid joints on the support frame.
  • solid-state joint is understood to mean a position of a component with a reduced bending stiffness, which point is located adjacent to one another
  • Zones of the component delimits, which have a significantly higher bending stiffness compared to the solid-state joint.
  • the holding element and the air-bearing element can be produced as a kinematic pair in one piece, for example by micromechanical structuring.
  • the reduced bending stiffness is usually generated by a local reduction in cross-section.
  • the cross section can be reduced only along one or else along several spatial directions.
  • the change in the cross section may have different geometric shapes. Reduces the cross section along the joint abruptly to a lower and also over a certain distance constant value, this results in a leaf spring joint.
  • the cross-section can also change continuously so that the taper, for example, has the shape of a circular arc.
  • the air bearing can be realized by blowing nozzles, which are formed in the flexible air-bearing member.
  • a predetermined measuring distance between the sensor and the substrate surface to be inspected may be defined by a force equilibrium between a pneumatic force and, for example, by the weight force.
  • the pneumatic force is generated by an air flow between see to be measured substrate surface and the flexible air-bearing element.
  • the weight depends on the mass of the measuring head, which is the air bearing Element and the sensor and possibly the holding element comprises. In this case, weight and pneumatic force are directed against each other, wherein an increase in the pneumatic force, for example, by increasing the air flow leads to an increase in the measuring distance.
  • the counterforce can increase the dynamic stability of the air bearing.
  • a balance of forces can also be generated between the pneumatic force and another force, so that surfaces can be measured that are not directed upwards in terms of gravity.
  • a force other than the force of gravity provides the opportunity to inspect a non-downward-facing substrate surface with respect to gravity. For example, by pressing the measuring head from the bottom by means of a vacuum suction, such a substrate surface can be inspected, in which case the measuring distance by an equilibrium of forces between (a) the pneumatic force and the gravity of the measuring head on one side and (b) an upward Pressing force of the vacuum suction on the other side is determined.
  • a surface inspection of vertically or obliquely extending surfaces is also possible, provided that the measuring head is pushed down at a corresponding angle to the substrate surface.
  • other ways of generating power as Vakuumansaugung conceivable.
  • the measuring device additionally comprises a positioning system, which is coupled to the holding element and / or with the substrate to be inspected, so that the sensor is positionable relative to the surface.
  • the positioning system may be a so-called congressnpositioniti- niersystem, which is a two-dimensional movement of the Sensor allows relative to the substrate surface.
  • both a two-dimensional positioning of the substrate and a two-dimensional positioning of the measuring head can take place, which measuring head comprises the holding element, the air-bearing element and the sensor.
  • the positioning system can also be configured such that the substrate is movable along a first direction and the measuring head along a second direction, which second direction is oriented at an angle, preferably perpendicular, to the first direction. In this way, a precise two-dimensional scanning of the substrate surface can be realized by a combination of two linear movements.
  • a one-dimensional positioning of the measuring head can take place relative to the substrate.
  • a planar scanning of the substrate surface can be realized if a measuring device or a measuring head with a plurality of sensors is used, which are arranged, for example, in a row which is oriented at an angle or preferably perpendicular to the linear direction of movement.
  • the measuring device additionally an emergency running coating, which is formed on the air-bearing member.
  • an emergency running coating which is formed on the air-bearing member.
  • This has the advantage that in the case of an unwanted mechanical contact between the air-bearing element and the substrate surface, for example, by a failure of a blown air generating device, which leads to a collapse of the air bearing, the substrate surface to be inspected is not damaged.
  • a runflat coating for example, a Teflon layer is suitable.
  • a runflat coating also has the advantage that the sensor mounted on the air-bearing element can also be protected from damage by the substrate.
  • the measuring device additionally comprises a bias voltage generating device, which is set up in such a way that the air-bearing element can be brought to the surface under mechanical pretension.
  • the use of such a prestressing-generating device has the advantage that a particularly good adaptation of the air-bearing element to the three-dimensionally shaped surface of the substrate can be ensured. In this way, both in terms of time and space, a constantly constant distance between the air-bearing element or the measuring head on the one side and the substrate surface to be inspected on the other side can be ensured. When using a measuring head with a large number of sensors, these sensors can thus be guided over the substrate surface in a comparatively simple manner at a constant measuring distance.
  • the bias voltage generating device which counteracts the air bearing, may for example comprise a magnetic field generating unit, so that the air-bearing element is pressed by a magnetic force in the direction of the substrate surface to be inspected.
  • the magnetic field generating unit may comprise, for example, one or more electromagnets which are arranged behind the substrate from the viewpoint of the measuring head. With a corresponding current application of the electromagnet or the electromagnets, a magnetic attraction of magnetic elements is effected, which are attached to the flexible air-bearing member. In this way, a virtually planar attractive force of the air-bearing element can be generated towards the substrate surface, wherein the area-acting attraction force with the above-described pneumatic force a Forces of equilibrium form. The measurement distance can be accurately adjusted by appropriately adjusting the ratio between the pneumatic force and the magnetic attraction force.
  • the bias voltage generating means is a vacuum suction device.
  • a vacuum suction has the advantage that between the pneumatic air bearing force and the pneumatic vacuum suction in a simple way a stable balance in favor of vacuum suction can be adjusted. This results in an adhesion of the measuring head to the substrate surface to be inspected with a precisely defined measuring distance, which is for example a few 10 ⁇ m. Due to the intrinsic flexibility of the air-bearing element, the entire measuring head can thus almost exactly adapt to the waviness of the substrate surface to be inspected.
  • a pneumatic prestressing-generating device has the advantage over other equally conceivable possibilities for generating a substantially homogeneous bias that the biasing device can be pneumatically combined with a blown air generating device for the air bearing of the air-bearing element on the substrate surface. This can be done for example by the use of venturi or other pneumatic elements, so that with a single compressed air or vacuum generating device both the required for the air storage blown air and the required for the pneumatic see-pressure can be generated negative pressure.
  • the measuring device additionally comprises at least one distance sensor which is formed on the air-bearing element.
  • a plurality of distance sensors are used, so that the respective measuring distance can be detected at a plurality of defined locations of the measuring head.
  • the distance sensor is an optical distance sensor and / or a capacitive distance sensor.
  • a confocal distance sensor which, in contrast to distance sensors based on the measuring principle of triangulation, has a coaxial guidance of illumination and measuring beam is suitable as the optical distance sensor, so that the distance measurement can be realized within a laterally very slightly expanded volume range.
  • confocal distance sensors have the advantage that very small measuring distances with a high accuracy, i. can be measured with a very high depth resolution on the order of ⁇ m.
  • Confocal distance sensors are described, for example, in WO 2005/078383 A1, in EP 1398597 A1 or in DE 19608468 A1.
  • interferometric sensors are used, which provide a suitable accuracy due to their high resolution.
  • the measuring device additionally comprises a control unit, which is coupled to the distance sensor and the bias voltage generating device and / or with the distance sensor and a blown air generating device.
  • a closed loop that is to say a loop for regulating the height, can be formed so that a defined measuring distance between air-bearing element or measuring head on the one side and the substrate surface to be inspected on the other side can always be ensured.
  • Independent claim 9 specifies a measuring method for inspecting a surface of a substrate. The measuring method comprises the following step: moving a measuring device described above relative to the
  • the at least one sensor at a predetermined measuring distance from the surface.
  • the invention is based on the finding that infol ⁇ ge the flexibility of the air-bearing member of the measuring head of the measuring device can automatically adapts to the three-dimensional surface structure of the substrate surface. In this way a stant both temporally and spatially con- distance of the at least one sensor from the at inspi ⁇ ornamental surface can be ensured.
  • FIG. 1 shows, in a cross-sectional representation, the adaptation of a flexible and pneumatically prestressed sensor carrier to the wavy surface of a substrate.
  • FIG. 2 shows a plan view of the sensor carrier shown in FIG.
  • FIG. 1 shows, according to an embodiment of the invention, a measuring device 100 which has a flexible sensor carrier 120 which can be moved by means of a surface positioning system 115 over a surface 141 of a substrate 140 to be inspected. The positioning can take place within a positioning plane spanned by an x-axis and a y-axis.
  • the measuring device 100 has a retaining element 110 which, according to the embodiment shown here, is a retaining frame 110. On the holding frame two fastening elements 111 are formed. In each case via a solid-state joint 112, the flexible sensor carrier 120 is connected to a fastening element 111.
  • the attachment of the flexible sensor carrier 120 by means of solid-state hinges 112 has the advantage that the sensor carrier 120 and the two fastening elements 111 can be produced in one piece, for example by micromechanical structuring methods. Of course, instead of solid joints 112, any other suspension or mechanical coupling elements can be used.
  • the flexible sensor carrier 120 is equipped with a plurality of sensors 130 arranged in a row along the x-axis.
  • the sensors 130 may be any sensors, such as optical, capacitive and / or inductive sensors.
  • the sensors 130 can also be arranged flat, so that the surface 141 can be scanned in a particularly effective manner by the simultaneous operation of a plurality of sensors 130.
  • the flexible sensor carrier 120 also has a plurality of blown air ducts 131, which are pneumatically coupled in a manner not shown with a blown air generating device 132.
  • a blown air generating device 132 By an appropriate action on the Blas Kunststoffkanäle 131 with compressed air thus an air flow is generated, which at the lower openings of the Blas Kunststoffkanäle 131st emerge in the direction of the substrate surface 141.
  • an air cushion is created between the underside of the flexible sensor carrier 120 and the surface 141, which causes an air bearing of the sensor carrier 120 on the surface 141 to be inspected.
  • the flexible sensor carrier 120 is therefore also referred to as air-bearing element 120 in this context.
  • the side of the air-bearing element 120 facing the surface 141 to be inspected has a so-called emergency coating 121.
  • the runflat coating is a Teflon layer 121, which prevents damage to the sensors 130 and / or the substrate surface 141 in the event of an accidental failure of the blown air generating device 132.
  • the air-supported element 120 can adapt to the corrugation of the surface 141 due to its intrinsic flexibility or elasticity. In this way, it is ensured that, despite the illustrated undulation of the substrate surface 141, all the sensors 130 are located substantially at the same measuring distance above the surface 141. This also applies to a movement of the flexible sensor carrier 120, in which the air-bearing element 120 can dynamically adapt to the three-dimensional structure of the surface 141.
  • Elements 120 are compensated.
  • a high flexibility of the air-bearing element 120 also allows adjustments Corrugations with a comparatively short range within a plane parallel to the x-axis and to the z-axis.
  • suction ports 133 are additionally formed in the flexible air bearing member 120, which are pneumatically coupled to a vacuum generator 134 in a manner not shown.
  • weight force of the flexible sensor carrier 120 additionally generates a suction force that pulls the sensor carrier 120 in the direction of the substrate 140.
  • an equilibrium of forces arises between the attractive weight force and the vacuum suction force on the one side and the repulsive air bearing force on the other side, which is generated by the blown air emerging from the blown air ducts 231.
  • the measuring distance between the individual sensors 130 and the substrate surface 141 can be adjusted. For this reason, both the blown air generator 132 and the vacuum generator 134 are coupled to a control unit 137.
  • the air-bearing element 120 can be realized for example by means of a thin glass, which has the required flexibility.
  • the flexible air-bearing element may at least partially be made of plastic such as polyvinyl chloride (PVC) or of a fiber-reinforced material such as a carbon fiber composite material.
  • PVC polyvinyl chloride
  • the use of ceramic, glass or carbon fiber composite material to manufacture the air bearing member 120 has the advantage that these materials can be precisely machined so that the blast air channels 131 and / or the suction ports 233 can be formed with high accuracy in the flexible sensor carrier 120.
  • the blast air channels 131 can be formed by means of laser processing. In this way, for example, blast air channels 131 can be produced with a diameter of only 4 microns and thus a correspondingly reduced pneumatic dead volume.
  • the described measuring device 100 can be used for example in the inspection of semi-finished liquid crystal displays.
  • printed conductor structures applied to a substrate surface are inspected, wherein the corresponding substrate along the substrate surface 141 has a lateral extent of the order of 300 mm to 400 mm.
  • substrates with other dimensions can be inspected, whereby due to the adaptability of the flexible sensor carrier 120 always a substantially constant measuring distance to the surface to be inspected can be ensured for all sensors 130.
  • the measuring device 100 described has the advantage that, depending on the particular application, the sensor carrier 120 can be scaled to the size of the surface 141 to be inspected in each case. Thus, for various inspection tasks, a suitable measuring device 100 can be produced which, due to the flexibility of the sensor carrier 120 used, enables a dynamic adaptation to the waviness of the surface to be inspected.
  • FIG. 2 shows a top view of the sensor carrier 120 shown in FIG. 1, which is now provided with the reference number 220.
  • three sensors 230 are integrated in the sensor carrier 220.
  • significantly more sensors 230 can be used, so that by a parallelized Scanning a substrate surface on particularly effective, ie can be inspected very quickly.
  • each sensor 230 is assigned two suction openings 233 and a plurality of fine blown air channels 231, which are arranged to the left and to the right of the respective sensor 230.
  • two intake openings 233 are formed directly next to a sensor 230.
  • a little further outside are the blast air ducts 231.
  • any other geometric arrangements are conceivable, which allow a force balance between the attractive weight and the Vakuumansaugkraft on the one hand and the repulsive Lucaslager- force on the other side at a predetermined measuring distance. In this way, a stable height positioning of the sensor carrier 220 can be ensured even with comparatively short-range surface corrugations.
  • distance sensors 235 are also provided in the sensor carrier 220.
  • the distance sensors are connected to the control unit, not shown in FIG. 2 (see FIG. 1, reference numeral 137), so that a closed control loop is realized with which the measuring distance of the sensors to the surface to be inspected can be precisely set and maintained during a measuring operation .
  • distance sensors optical or capacitive sensors distance sensors can be used.
  • a confocal distance sensor which, in contrast to distance sensors based on the measuring principle of triangulation, has a coaxial guidance of illumination and measuring beam is suitable as the optical distance sensor, so that the distance measurement can be realized within a laterally very slightly extended volume range.

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Abstract

Es wird eine Messvorrichtung (100) zum Inspizieren einer Oberfläche (141) eines Substrates (140) beschrieben. Die Messvorrichtung (100) weist auf ein Halteelement (110) und ein luftgelagertes Element (120, 220), welches an dem Halteelement (110) angebracht ist, welches derart ausgebildet ist, dass zusammen mit der zu inspizierenden Oberfläche (141) des Substrates (140) ein Luftlager bildbar ist, und welches eine Elastizität aufweist, so dass das luftgelagerte Element (120, 220) an Unebenheiten der Oberfläche (141) anpassbar ist. Die Messvorrichtung (100) weist ferner auf zumindest einen Sensor (130, 230), welcher an dem luftgelagerten Element (120, 220) angebracht ist und welcher zum Erfassen der Oberfläche (141) des Substrates (140) eingerichtet ist. Infolge der Flexibilität des luftgelagerten Elements (120, 220) kann der zumindest eine Sensor (130, 230) auch bei einer Welligkeit der zu inspizierenden Oberfläche (141) stets in einem konstanten Messabstand relativ zu der Oberfläche (141) bewegt werden. Es wird ferner ein Messverfahren zur Oberflächeninspektion beschrieben, bei dem die beschriebene Messvorrichtung (100) relativ zu der Oberfläche (141) bewegt wird.

Description

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

Claims

Patentansprüche
1. Messvorrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche (141) eines Substrates (140), die Messvorrichtung aufweisend • ein Halteelement (110),
• ein luftgelagertes Element (120, 220), welches an dem Halteelement (110) angebracht ist, welches derart ausgebildet ist, dass zusammen mit der zu inspizierenden Oberfläche (141) des Substrates (140) ein Luftlager bildbar ist, und welches eine Elastizität aufweist, so dass das luftgelagerte Element (120, 220) an Unebenheiten der Oberfläche (141) anpassbar ist, und
• zumindest einen Sensor (130, 230), welcher an dem luftgelagerten Element (120, 220) angebracht ist und welcher zum Erfassen der Oberfläche (141) des Substrates (140) eingerichtet ist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, zusätzlich aufweisend
• ein Positioniersystem (115), welches mit dem Halteelement (110) und/oder mit dem zu inspizierenden Substrat
(140) gekoppelt ist, so dass der Sensor (130, 230) relativ zu der Oberfläche (141) posi- tionierbar ist.
3. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, zusätzlich aufweisend
• eine Notlaufbeschichtung (121), welche an dem luftgela- gerten Element (120) ausgebildet ist.
4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich aufweisend
• eine Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung (133, 134, 233), welche derart eingerichtet ist, dass das luftgelagerte Element (120, 220) unter einer mechanischen Vorspannung an die Oberfläche (141) heranführbar ist.
5. Messvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Vorspannungs-Erzeugungseinrichtung eine Vakuumansaugungs- einrichtung (133, 134, 233) ist.
6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, zusätzlich aufweisend
• zumindest einen Abstandsensor (235), welcher an dem luftgelagerten Element (220) ausgebildet ist.
7. Messvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Abstandssensor ein optischer Abstandsensor (235) und/oder ein kapazitiver Abstandsensor ist.
8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, zusätzlich aufweisend
• eine Regeleinheit (137), welche gekoppelt ist mit dem Abstandsensor (235) und der Vorspannungs- Erzeugungseinrichtung (133, 134, 233) und/oder mit dem Abstandsensor (235) und einer Blasluft- Erzeugungseinrichtung (131, 132, 231).
9. Messverfahren zum Inspizieren einer Oberfläche (141) eines Substrates (140), das Messverfahren aufweisend den folgenden Schritt:
• Bewegen einer Messvorrichtung (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 relativ zu der Oberfläche (141) des Substrates (140), wobei sich infolge der Elastizität des luftgelagerten Elements (120, 220) der zumindest eine Sensor (130, 230) in einem vorgegebenen Messabstand von der Oberfläche (141) bewegt.
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