WO2009046960A1 - Vorrichtung und verfahren zur dickenmessung - Google Patents

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WO2009046960A1
WO2009046960A1 PCT/EP2008/008444 EP2008008444W WO2009046960A1 WO 2009046960 A1 WO2009046960 A1 WO 2009046960A1 EP 2008008444 W EP2008008444 W EP 2008008444W WO 2009046960 A1 WO2009046960 A1 WO 2009046960A1
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WO
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measuring
liquid
housing
measurement
measuring device
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/008444
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin SCHÖNLEBER
Christoph Dietz
Armin Muth
Original Assignee
Precitec Optronik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Precitec Optronik Gmbh filed Critical Precitec Optronik Gmbh
Publication of WO2009046960A1 publication Critical patent/WO2009046960A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating using interferometry

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for optical, in particular interferometric, thickness measurement, in particular for use in wet grinding processes, comprising a housing, a measuring head with a lens housing, which is at least partially accommodated in the housing, a transparent outlet element, from which a measuring light beam can escape comprises liquid-tight, and at least one liquid outlet provided in the housing for forming a liquid film between the measuring device and a measuring object, wherein the measuring light beam and the liquid outlet are at least substantially coaxially aligned with each other.
  • the invention further relates to a method for thickness measurement using such a measuring device.
  • BESTATIGUNGSKOPIE US Pat. No. 6,768,552 B2 discloses a device and a method for measuring thickness using optical measuring principles, in particular interferometry.
  • a measuring head is equipped with an optical system which allows a targeted loading of the object to be measured with a measuring light beam, in particular laser light, and transmits the signal response caused by reflection to an evaluation device.
  • the measurement light beam passes through an air gap and a liquid film before it hits the measurement object.
  • a thickness of an optically transparent layer applied to the body or the thickness of an optically transparent body can be determined.
  • Such a device and a method to be used therewith are used, for example, in the production of semiconductors, in which the observance of tight tolerances for the thickness of wafers or layers applied thereto plays an essential role in the yield in the production process.
  • carrier substrates in particular silicon wafers
  • carrier substrates are modified in their properties in a production process by means of various process steps.
  • the thickness of the carrier substrate must be checked at regular intervals to ensure compliance with the desired target thickness.
  • a liquid film can be built up between the measuring head and the measurement object, through which the desired thickness is determined. This can be carried out particularly advantageously for process control during a process step in which a process fluid is used, since complete removal of the process fluid is not necessary to carry out the measurement.
  • the process liquid used in the production process can either be used for the formation of the liquid film between the measuring device and the object to be measured or it is displaced by the supply of another liquid.
  • the liquid provided displaces particles of dirt from the surface of the DUT that could affect the measurement accuracy.
  • the object of the invention is to improve a device and a method of the type mentioned in such a way that the measurement accuracy is increased.
  • the lens housing with the housing defines at least one substantially circumferential cavity above the outlet element. From the cavity, a liquid forming the liquid film can flow down into the liquid outlet below the outlet element via channels which allow the liquid to flow past the outlet element.
  • the invention is based on the discovery that in the known measuring devices often with the incoming liquid smaller air bubbles and turbulence in the
  • Gap can be brought between the measuring device and the measurement object, which may affect the measurement result of the thickness measurement.
  • the inventively at least substantially circumferentially designed cavity above the outlet element provides a remedy.
  • substantially circumferential means that it is possible to provide quite small openings in the cavity, but that an at least partial flow around a section of the measuring head with liquid can be ensured.
  • the lens housing for example, partially wear longitudinal ribs, with which it is centered in the housing of the measuring device and which break through the circumferential cavity.
  • the liquid flowing in via a liquid inlet can be distributed evenly between the housing and the lens housing.
  • the volume of the hollow space is many times larger than the volume of the air flowing during the period of measurement liquid to be such that a sufficient flow calming the liquid ⁇ ness can take place in the cavity. Due to the arrangement of the cavity between the housing and the lens housing, a simple and compact construction of the housing is nevertheless ensured.
  • the arrangement of the circumferential cavity above the Austrittelement and thus also above the liquid outlet bubbles contained in the liquid can rise due to the hydrostatic pressure during the flow calming within the cavity upwards. There, the bubbles can pass through an opening or escape a venting device from the cavity. In the lower region of the cavity thus accumulates a largely bubble-free liquid.
  • the bubble-free liquid can then flow downwards over the channels, such as one or more recesses, past the exit element in the direction of the measurement object.
  • This allows a substantially turbulence-free liquid flow, which is caused by gravity or at least supported and therefore particularly evenly flowing, which prevents the formation of new air bubbles.
  • the measurement light beam and the liquid outlet are aligned substantially coaxially with one another ensures that contaminants on the surface of the measurement object are washed away by the liquid flow emerging concentrically to the measurement light beam in the manner of a radial source flow, thereby ensuring an undisturbed thickness measurement.
  • it can be provided to adjust the liquid to a predeterminable temperature, so that the portion of the measuring head flowed around by the liquid likewise essentially lies at the predetermined temperature, in order thus to ensure a particularly good measuring precision.
  • the measuring device further enables at least partial immersion of the measuring device in a liquid film formed on the measuring object, wherein the optical thickness measurement is carried out through the liquid film.
  • the number of optical interfaces is reduced because no air-liquid interface needs to be considered for the measurement process.
  • the regional immersion of the measuring device in the liquid film avoids optical imaging errors that could lead to impairment of the measuring accuracy.
  • effects such as vibrations on the surface of the liquid film which may occur in particular during the performance of the measuring method during a process step, remain without negative influence on the measuring method, since no measurement takes place through an air-water interface.
  • the outlet element is formed by an optically transparent cover plate, the liquid-tight on
  • the measuring head can be designed as an independent unit that the contains necessary for performing the measurement optical components.
  • the measuring head can be sealed in a liquid-tight manner with respect to the liquid used for the measurement by means of the housing in the region of the exit of the measurement light beam.
  • the cover plate serves as a passage window for the measuring light beam and ensures the desired sealing of the measuring head with respect to the liquid.
  • the cover plate is a plane parallel plate made of glass or plastic, which at least partially rests on the measuring head such that a sealing effect is achieved.
  • an optical system for a thickness measurement is set up by the liquid film formed between the measuring device and the measurement object.
  • the design of the optical system is optimized for a thickness measurement by a fluid film between the measuring device and the object to be measured.
  • the housing has at least one liquid inlet to the cavity. This allows the supply of additional liquid.
  • the cavity is assigned at least one, in particular provided in the housing, venting device.
  • the venting device is above in the vertical direction of the measuring range determined by the measuring object.
  • the venting device can be designed as a bore extending at least substantially in the vertical direction, as a cavity provided with a pressure-relief valve, or as a filter membrane, preferably at the upper end of the cavity.
  • a liquid column is formed whose height is proportional to the liquid pressure in the cavity. Through the liquid column, air bubbles contained in the liquid can escape.
  • a pressure relief valve In the case of a pressure relief valve, it is possible to increase the volume flow of the fluid in each case for a short time in such a way that the pressure relief valve opens and air accumulated in the cavity can escape.
  • a filter membrane In a filter membrane, a gas-permeable and liquid-tight filter serves to separate the air bubbles contained in the liquid.
  • the measuring head sealing means are assigned for sealing reception in the housing.
  • the housing sealing devices which may for example be designed as annular seals with round or profiled cross-section or flat gaskets, an uncontrolled outflow of liquid from the limited by the measuring head and the housing cavity is avoided.
  • the Sealing devices arranged so that a gap between a lens assembly in the measuring head or an optically transparent protective window on the measuring head and the optically transparent cover plate can be kept liquid-free.
  • the housing has a wall portion which is provided with at least one recess which serves as a passage for a metered from the measuring head measurement light beam and / or as a liquid outlet for the liquid.
  • An outer surface of the wall portion is disposed immediately adjacent to the surface of the measuring object during the measuring operation.
  • the recess in the wall section allows either an undisturbed passage of the measuring light beam, which is emitted from the measuring head to the object, and / or serves as a liquid outlet between the housing and the measurement object and can be communicatively connected to the cavity and the liquid inlet. If both the measuring light beam of the measuring head and the liquid provided via the liquid inlet pass through the recess, the optical path between the measuring head and the measuring object is constantly supplied with fresh, contamination-free liquid, which ensures high measuring accuracy.
  • the circumferential cavity is substantially annular is.
  • an annular cavity in which the cross section does not change in the circumferential direction there is a uniform flow calming.
  • An exactly annular cavity results particularly simple from the design of the housing of the measuring device and the lens housing of the measuring head as a rotational body. Depending on the configuration of the housing and the lens housing, however, an only substantially annular cavity may be provided.
  • a method comprising the steps of: forming a liquid film between the measuring head and the measuring object by supplying the liquid outlet between the measuring device and the measuring object in the manner of a radial source flow during the measuring operation; Emitting a measuring light beam from the measuring head through the liquid film to the measuring object; and evaluating the portions of the measuring light beam reflected by the measuring object for thickness measurement. It is advantageous that by the formation of the liquid film between the measuring head and the object to be measured, a process control, for example, during a wet grinding process or between successive wet chemical processing steps for the measurement object can be done without having to cause a complete drying of the test object.
  • the constant supply of fresh, contaminant-free liquid to the measuring point ensures constant measuring conditions.
  • the thickness of the liquid film in an interval of 0.5 mm to 5 mm, preferably from 1.5 mm to 3.5 mm is set.
  • a thickness of the liquid film in the specified interval only a small impairment for the optical scanning with the aid of the measuring light is.
  • water in particular deionized water
  • water is used as the liquid.
  • Water, especially deionized water is used as a rinsing solution in various wet-chemical processes as well as in wet grinding anyway Elimination of process residues and / or used as a coolant.
  • an interferometric method is used to measure the thickness. It is a highly accurate, yet robust, optical measuring method that can be used to reliably determine the thickness of layers on substrates or the thickness of substrates.
  • a confocal distance measuring method in particular a chromatic confocal measuring method or a Z-scanning method, is used to measure the layer thickness of the measuring object.
  • a confocal distance measuring method in particular a chromatic confocal measuring method or a Z-scanning method.
  • the measuring light beam has a wavelength at an interval of 1100 nm to 1500 nm, preferably from 1200 nm to 1400 nm, in particular from 1300 nm. With wavelengths of light at the indicated intervals, the thickness of silicon substrates can be advantageously determined.
  • the measuring process is carried out during or after a machining process carried out on the test object, in particular a wet grinding process. This enables a very exact process control or
  • Control for the machining process since the success of the machining process can be checked frequently, without requiring the measurement object elaborately prepared, for example dried, must be.
  • FIG. 1 shows an axial sectional representation of a measuring device for measuring thickness
  • Figure 2 is a plan view of the housing
  • FIG. 3 shows a detail enlargement from FIG. 1.
  • a measuring device 10 shown in FIG. 1 comprises a measuring head 12, a housing 14 for the partial Receiving the measuring head 12, a light guide 16 and a liquid conductor 18th
  • the measuring head 12 comprises a cubic, one-sided bevelled mirror housing 20 with a ümlenkapt screwed into the inclined region 21 and a lens housing 22 connected to the mirror housing 20.
  • the lens housing 22 is designed substantially rotationally symmetrical and encloses a lens assembly 23 for focusing the on the Light guide 16 and the deflecting mirror 21 coupled measuring light beam.
  • the lens housing 22 has a first, substantially cylindrically shaped portion with an integrally formed, circumferential shoulder on which a pressure ring 24 rests.
  • the pressure ring 24 is provided with holes for receiving fastening screws, which allow a determination of the measuring head 12 on the housing 14.
  • the lens housing 22 has a circumferential groove 25 which is provided for receiving a sealing ring 26 which sealingly abuts against the inner surface 27 of a stepped bore 28 formed in the housing 14.
  • the lens housing 22 tapers and forms a second, cylindrical portion.
  • the second cylindrical section is followed by a third section, referred to as adapter section 30.
  • the contour of the Adapter portion 30 is shown in more detail in FIG.
  • the adapter portion 30 is provided according to the figure 3 at an end face 32 with a circumferential, annular groove 34 which serves as a bearing surface for a designed as O-ring sealing ring 36.
  • the sealing ring 36 rests on a circular disk-shaped cover plate 38 made of glass, which serves as a transparent outlet element for the measuring beam.
  • the cover plate 38 is in turn received in a smaller bore second bore portion of the stepped bore 28 and, in cooperation with the sealing ring 36 and the sealing surface 34, ensures that the lens assembly 23 remains unaffected by environmental influences. In this way, a liquid-tight trained exit region of the measuring light beam is generated.
  • the depth of the groove 34, the depth of the second bore for the cover plate 38, the thickness of the cover plate 38 and the cord diameter of the sealing ring 36 are matched in terms of their dimensions such that a sealing effect between the cover plate 38 and sealing ring 36 ensuring deformation of the sealing ring 36 ensures is.
  • the end face 32 of the circumferential collar 40 encounters the first step in the stepped bore 28 when the screws of the pressure ring 24 are tightened, and thus limits the deformation of the sealing ring 36.
  • the housing 14 has a perpendicular to the central longitudinal axis of the housing 14 introduced inlet bore 44 into which a detachable hose coupling 42 is screwed, the rapid, tool-free coupling and decoupling of the liquid conductor 18 to the or made possible by the housing 14.
  • a liquid in particular water
  • the liquid flows around the lens housing 22 up to the sealing ring 26 which seals upwards and flows through a plurality of channels 64, which are shown in more detail in FIG. 2, into the lower section of the stepped bore 28, which is formed there as an outlet nozzle 48.
  • the channels 64 are formed in the housing 14 as extending in the radial direction of grooves, which are fed starting from the stepped bore 28 with liquid.
  • the channels 64 allow the liquid to flow past the cover plate 38 accommodated in the stepped bore 28, so that the liquid can flow in an at least almost laminar flow through a liquid outlet in the form of the outlet nozzle 48 into the intermediate space between the housing 14 and the measuring object 54, and thus favors an exact thickness measurement.
  • the liquid forms in the manner of a ⁇ r a Dialen source flow, that is, starting from the outlet nozzle 48 uniformly in the radial direction emanating, the desired for the measurement liquid film 55th
  • the optical axis of the measuring head 12 and the bore axis 50 of the outlet nozzle 48 are arranged concentrically to each other, so that the liquid flowing downwards, which flows as a source flow in the radial direction into the gap 52 between the housing 14 and the measuring object 54, the liquid film 55 between housing 14 and measuring object 54 forms. Dirt particles are displaced by the liquid from the surface of the measuring object 54 from the impact area of the measuring light beam emitted by the measuring head and partially reflected back into the measuring head 12. Thus, a reliable and trouble-free measurement of the thickness of the measurement object 54 is ensured.
  • a ventilation device 56 is provided in one of the inlet bore 44 opposite wall portion. This comprises a vertically extending vent bore 58, a transverse bore 60 which communicates with the vent bore 58 and the cavity 46, and a closure plug 62 arranged in the transverse bore 60.
  • the purpose of the aeration device 56 is to remove air bubbles which are in contact with the inflowing liquid the cavity are promoted and accumulate in the upper region of the cavity 46, to lead. This is made possible by the transverse bore 60 and the venting bore 58. By contrast, the liquid flowing into the cavity 46 can not escape due to the hydrostatic pressure of the liquid column present in the venting bore 58.
  • the liquid column in the vent hole 58 also allows a pressure limit for the inflowing liquid, so that the flow rate of the liquid through the outlet nozzle 48 is within a predeterminable interval. As the flow of liquid into the cavity 46 increases, the pressure increase in the cavity increases an outflow of excess liquid through the vent hole 58th
  • the measuring object 54 is a wafer made of silicon, as it is used for the production of semiconductors. This wafer is sliced from a single crystal by sawing and then reduced in thickness in a wet grinding process step, the measuring device 10 being used to detect the thickness of the wafer during or after the wet grinding processing step and possibly continuing or terminating the wafer Wet grinding process to bring about.
  • An application of the measuring device (10) and the measuring method for other wet processes such as etching processes or coating processes is also conceivable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zur optischen, insbesondere interf erometrischen, Dickenmessung, insbesondere zur Verwendung bei Nassschleifprozessen. Die Messvorrichtung umfasst dazu ein Gehäuse (14), einen Messkopf (12) mit einem Linsengehäuse (22), das in dem Gehäuse (14) aufgenommen ist, sowie ein transparentes Austrittselement (38), aus dem ein Messlichtstrahl austreten kann und das flüssigkeitsdicht aufgenommen ist. Erfindungsgemäß begrenzt das Linsengehäuse (22) mit dem Gehäuse (14) einen umlaufenden Hohlraum (46) oberhalb des Austrittselements (38), wobei aus dem Hohlraum (46) eine den Flüssigkeitsfilm (55) bildende Flüssigkeit über Kanäle, die ein Vorbeiströmen der Flüssigkeit an dem Austrittselement (38) ermöglichen, nach unten in einen Flüssigkeitsauslass (48) unterhalb des Austrittselements (38) strömen kann.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Dickenmessung
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur optischen, insbesondere interferometrischen, Dickenmessung, insbesondere zur Verwendung bei Nassschleifprozessen, die ein Gehäuse, einen Messkopf mit einem Linsengehäuse, das wenigstens teilweise in dem Gehäuse aufgenommen ist, ein transparentes Austrittselement, aus dem ein Messlichtstrahl austreten kann und das flüssigkeitsdicht aufgenom- men ist, und wenigstens einen im Gehäuse vorgesehenen Flüssigkeitsauslass zur Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms zwischen der Messvorrichtung und einem Messobjekt umfasst, wobei der Messlichtstrahl und der Flüssigkeitsauslass zumindest im Wesentlichen koaxial zueinander aus- gerichtet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Dickenmessung unter Verwendung einer derartigen MessVorrichtung.
Eine Vorrichtung sowie ein Verfahren dieser Art sind aus der US 6,628,397 Bl bekannt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
BESTATIGUNGSKOPIE Aus der US 6,768,552 B2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dickenmessung unter Verwendung von optischen Messprinzipien, insbesondere der Interferometrie, bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung ist ein Messkopf mit einem optischen System ausgestattet, das eine gezielte Beaufschlagung des zu vermessenden Objekts mit einem Messlichtstrahl, insbesondere Laserlicht, ermöglicht und die durch Reflexion hervorgerufene Signalantwort zu einer Auswerteeinrichtung überträgt. Der Messlichtstrahl durch- tritt hierbei einen Luftspalt und einen Flüssigkeitsfilm, bevor er auf das Messobjekt auftrifft. Durch Interferenz der vom Messobjekt reflektierten Lichtwellen mit Lichtwellen, die in ein Referenzsystem eingekoppelt wurden, kann eine Dicke einer auf dem Körper aufgebrachten, op- tisch transparenten Schicht oder die Dicke eines optisch transparenten Körpers bestimmt werden. Anwendung findet eine derartige Vorrichtung und ein damit durchzuführendes Verfahren beispielsweise bei der Produktion von Halbleitern, bei denen die Einhaltung von engen Toleranzen für die Dicke von Wafern oder darauf aufgebrachten Schichten eine wesentliche Rolle für die Ausbeute beim Produktions- prozess spielt.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen werden Trägersubstrate, insbesondere Siliziumwafer, in einem Her- stellungsprozess mittels verschiedener Prozessschritte in ihren Eigenschaften modifiziert. Vor dem Beginn, während oder nach einem solchen Herstellungsprozess kann insbesondere vorgesehen werden, die Dicke des Trägersubstrats zu reduzieren. Dies kann beispielsweise durch einen Materialabtrag mittels Schleifen, insbesondere durch Nassschleifen, erfolgen. Dabei muss die Dicke des Trägersubstrats in regelmäßigen Abständen überprüft werden, um ein Einhalten der gewünschten Zieldicke zu gewährleisten.
Für eine robuste Dickenmessung kann dabei ein Flüssigkeitsfilm zwischen dem Messkopf und dem Messobjekt aufgebaut werden, durch den hindurch die gewünschte Dicke ermittelt wird. Besonders vorteilhaft kann dies zur Pro- zesskontrolle während eines Prozessschritts, bei dem eine Prozessflüssigkeit eingesetzt wird, erfolgen, da zur Durchführung der Messung keine vollständige Entfernung der Prozessflüssigkeit notwendig ist. Die beim Herstel- lungsprozess verwendete Prozessflüssigkeit kann entweder für die Bildung des Flüssigkeitsfilms zwischen Messvorrichtung und Messobjekt genutzt werden oder sie wird durch Zuführung einer anderen Flüssigkeit verdrängt. Durch die bereitgestellte Flüssigkeit werden Schmutzpartikel von der Oberfläche des Messobjekts verdrängt, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen könnten.
Ein Beispiel für eine solche Messvorrichtung ist in der eingangs genannten US 6,628,397 Bl beschrieben. Bei dieser Messvorrichtung, die in einen Poliertisch für Wafer integriert ist, wird in den Raum zwischen dem letzten op- tischen Element der Messvorrichtung und dem Wafer mittels einer Pumpe eine Flüssigkeit gepumpt, die auf der gegenüberliegenden Seite des optischen Elements wieder abge- pumpt wird. Dadurch werden Prozessflüssigkeiten und etwaige Verunreinigungen entfernt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die Messgenauigkeit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkma¬ len des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Linsengehäuse mit dem Gehäuse wenigstens einen im Wesentlichen umlaufenden Hohlraum oberhalb des Austrittselements begrenzt. Aus dem Hohlraum kann eine den Flüssigkeitsfilm bildende Flüssigkeit über Kanäle, die ein Vorbeiströmen der Flüssigkeit an dem Austrittselement ermöglichen, nach unten in den Flüssigkeitsauslass unterhalb des Austrittselements strömen.
Die Erfindung basiert auf der Entdeckung, dass bei den bekannten Messvorrichtungen häufig mit der zuströmenden Flüssigkeit kleinere Luftblasen und Turbulenzen in den
Spalt zwischen die Messvorrichtung und das Messobjekt gebracht werden, die das Messergebnis der Dickenmessung beeinträchtigen können. Der erfindungsgemäß zumindest im Wesentlichen umlaufend gestaltete Hohlraum oberhalb des Austrittselements schafft hier Abhilfe. Im Wesentlichen umlaufend bedeutet dabei, dass durchaus kleiner Durchbrechungen des Hohl- raums vorgesehen sein können, jedoch eine zumindest teilweise Umströmung eines Abschnitts des Messkopfs mit Flüssigkeit gewährleistbar ist. So kann das Linsengehäuse beispielsweise abschnittsweise Längsrippen tragen, mit welchen es im Gehäuse der Messvorrichtung zentriert ist und welche den umlaufenden Hohlraum durchbrechen.
Durch die umlaufende Gestaltung des Hohlraumes kann die über einen Flüssigkeitseinlass zuströmende Flüssigkeit gleichmäßig zwischen Gehäuse und Linsengehäuse verteilt werden. Im allgemeinen wird dabei das Volumen des Hohl- raums um ein Vielfaches größer als das Volumen der während des Messzeitraums ausströmenden Flüssigkeit sein, so dass eine ausreichende Strömungsberuhigung der Flüssig¬ keit im Hohlraum stattfinden kann. Durch die Anordnung des Hohlraums zwischen dem Gehäuse und dem Linsengehäuse ist trotzdem ein einfacher und kompakter Aufbau des Gehäuses gewährleistet.
Durch die Anordnung des umlaufenden Hohlraums oberhalb des Austrittelements und damit auch oberhalb des Flüssigkeitsauslasses können in der Flüssigkeit enthaltene Luft- blasen aufgrund des hydrostatischen Drucks während der Strömungsberuhigung innerhalb des Hohlraums nach oben steigen. Dort können die Luftblasen durch eine Öffnung oder eine Entlüftungseinrichtung aus dem Hohlraum entweichen. Im unteren Bereich des Hohlraums sammelt sich somit eine weitgehend blasenfreie Flüssigkeit an.
Ausgehend von dem Hohlraum kann die blasenfreie Flüssig- keit dann über die Kanäle, wie beispielsweise eine oder mehrere Ausnehmungen, an dem Austrittselement vorbei in Richtung des Messobjekts nach unten abströmen. Dies ermöglicht einen im Wesentlichen turbulenzfreien Flüssigkeitsstrom, der durch die Schwerkraft hervorgerufen oder zumindest unterstützt wird und deswegen besonders gleichmäßig fließt, was die Bildung neuer Luftblasen verhindert.
Der Einfluss von Druckschwankungen der strömenden Flüssigkeit, die beispielsweise von eventuell vorhandenen Flüssigkeitszufuhrpumpen herrühren, auf das Messergebnis wird durch die Zwischenspeicherung in dem umlaufenden Hohlraum ebenfalls reduziert.
Dadurch, dass der Messlichtstrahl und der Flüssigkeits- auslass im Wesentlichen koaxial zueinander ausgerichtet sind, ist gewährleistet, dass Verschmutzungen an der Oberfläche des Messobjekts durch den konzentrisch zum Messlichtstrahl in der Art einer radialen Quellströmung austretenden Flüssigkeitsstrom weggespült werden, wodurch eine ungestörte Dickenmessung gewährleistet ist. Ergänzend kann vorgesehen sein, die Flüssigkeit auf eine vorgebbare Temperatur einzustellen, so dass der vom Flüssigkeit umströmte Abschnitt des Messkopfs ebenfalls im Wesentlichen auf der vorgegebenen Temperatur liegt, um somit eine besonders gute Messpräzision zu gewährleisten.
Die Messvorrichtung ermöglicht ferner ein zumindest teilweises Eintauchen der Messvorrichtung in einen auf dem Messobjekt ausgebildeten Flüssigkeitsfilm, dabei erfolgt die optische Dickenmessung durch den Flüssigkeitsfilm hindurch. Somit wird die Anzahl von optischen Grenzflächen verringert, weil für den Messvorgang keine Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit berücksichtigt werden muss. Zudem werden durch das bereichsweise Eintauchen der Messvorrichtung in den Flüssigkeitsfilm optische Abbil- dungsfehler vermieden, die zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit führen könnten. Insbesondere bleiben Effekte wie Schwingungen an der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms, wie sie insbesondere bei der Durchführung des Messverfahrens während eines Prozessschrittes auftreten können, ohne negativen Einfluss auf das Messverfahren, da keine Messung durch eine Luft-Wasser-Grenzfläche hindurch erfolgt .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Austrittselement von einer optisch transparenten Abdeckplatte gebildet wird, die flüssigkeitsdicht am
Messkopf und/oder am Gehäuse angeordnet ist. Der Messkopf kann als eigenständige Einheit ausgebildet sein, die die zur Durchführung des Messverfahrens notwendigen optischen Komponenten enthält. Der Messkopf kann mit Hilfe des Gehäuses im Bereich des Austritts des Messlichtstrahls flüssigkeitsdicht gegenüber der für die Messung verwende- ten Flüssigkeit abgeschottet werden. Die Abdeckplatte dient als Durchtrittsfenster für den Messlichtstrahl und gewährleistet die gewünschte Abdichtung des Messkopf gegenüber der Flüssigkeit. Vorzugsweise handelt es sich bei der Abdeckplatte um eine Planparallelplatte aus Glas oder Kunststoff, die zumindest bereichsweise derart am Messkopf anliegt, dass eine abdichtende Wirkung erzielt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein optisches System für eine Dickenmessung durch den zwischen Messvorrichtung und Messobjekt ausgebildeten Flüssigkeitsfilm eingerichtet ist. Die Auslegung des optischen Systems ist auf eine Dickenmessung durch einen Fluidfilm zwischen Messvorrichtung und Messobjekt hin optimiert .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse wenigstens einen Flüssigkeitseinlass zu dem Hohlraum aufweist. Dies ermöglicht die Zuführung weiterer Flüssigkeit.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Hohlraum wenigstens eine, insbesondere im Gehäuse vorgesehene, Entlüftungseinrichtung zugeordnet. Vorzugsweise ist die Entlüftungseinrichtung in vertikaler Richtung oberhalb des durch das Messobjekt bestimmten Messbereichs angeordnet. Somit können Luftblasen, die mit der zuströmenden Flüssigkeit in den Hohlraum eingebracht werden, nach oben durch die Entlüftungsvorrichtung entweichen, ohne zu Stö- rungen des Messvorgangs zu führen. Die Entlüftungseinrichtung kann als zumindest im Wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufende Bohrung, als mit einem Überdruckventil versehene Kavität oder als Filtermembran, vorzugsweise am oberen Ende des Hohlraums, ausgebildet sein. In ei- ner vertikalen Bohrung bildet sich eine Flüssigkeitssäule aus, deren Höhe proportional zum Flüssigkeitsdruck im Hohlraum ist. Durch die Flüssigkeitssäule können in der Flüssigkeit enthaltene Luftblasen entweichen. Bei einen Überdruckventil kann vorgesehen werden, den Volumenstrom der Flüssigkeit jeweils kurzzeitig derart zu erhöhen, dass das Überdruckventil öffnet und im Hohlraum angesammelte Luft entweichen kann. Bei einer Filtermembran dient ein gasdurchlässiger und flüssigkeitsdichter Filter zur Abtrennung der in der Flüssigkeit enthaltenen Luftblasen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Messkopf Dichteinrichtungen zur abdichtenden Aufnahme im Gehäuse zugeordnet sind. Durch die am Messkopf und/oder im Gehäuse vorgesehenen Dichteinrichtungen, die beispielsweise als Ringdichtungen mit rundem oder profiliertem Querschnitt oder als Flachdichtungen ausgeführt sein können, wird ein unkontrolliertes Abströmen von Flüssigkeit aus dem durch den Messkopf und das Gehäuse begrenzten Hohlraum vermieden. Vorzugsweise sind die Dichteinrichtungen so angeordnet, dass ein Zwischenraum zwischen einer Linsenanordnung im Messkopf oder einem optisch transparenten Schutzfenster am Messkopf und der optisch transparenten Abdeckplatte flüssigkeitsfrei gehal- ten werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen Wandabschnitt aufweist, der mit wenigstens einer Ausnehmung versehen ist, die als Durchtritt für einen vom Messkopf abgebaren Messlichtstrahl und/oder als Flüssigkeitsauslass für die Flüssigkeit dient. Eine Außenfläche des Wandabschnitts ist während des Messvorgangs unmittelbar benachbart zur Oberfläche des Messobjekts angeordnet. Die Ausnehmung im Wandabschnitt ermöglicht entweder einen ungestörten Durchtritt des Messlichtstrahls, der vom Messkopf auf das Objekt abgegeben wird, und/oder dient als Flüssigkeitsauslass zwischen das Gehäuse und das Messobjekt und kann kommunizierend mit dem Hohlraum und dem Flüssigkeitseinlass verbunden sein. Wenn sowohl der Messlichtstrahl des Messkopfs als auch die über den Flüssigkeitseinlass zur Verfügung gestellte Flüssigkeit durch die Ausnehmung hindurchtreten, so wird der optische Weg zwischen Messkopf und Messobjekt ständig mit frischer, verunreinigungsfreier Flüssigkeit versorgt, wodurch eine hohe Messgenauigkeit ge- währleistet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der umlaufende Hohlraum im Wesentlichen ringförmig ist. Bei einem ringförmigen Hohlraum, bei dem sich der Querschnitt in Umfangsrichtung nicht verändert, kommt es zu einer gleichmäßigen Strömungsberuhigung. Ein exakt ringförmiger Hohlraum ergibt sich dabei besonders einfach aus der Ausgestaltung des Gehäuses der Messvorrichtung und des Linsengehäuses des Messkopfes als Rotationskörper. Je nach Ausgestaltung des Gehäuses und des Linsengehäuses kann jedoch auch ein nur im Wesentlichen ringförmiger Hohlraum vorgesehen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren mit den Schritten: Ausbilden eines Flüssigkeitsfilms zwischen dem Messkopf und dem Messobjekt, indem während des Messvorgangs die Flüssigkeitsauslass zwischen die Messvorrichtung und das Messobjekt in der Art einer radi- alen Quellströmung zugeführt wird; Aussenden eines Messlichtstrahls vom Messkopf durch den Flüssigkeitsfilm zum Messobjekt; und Auswerten der vom Messobjekt reflektierten Anteile des Messlichtstrahls zur Dickenmessung vorgesehen. Dabei ist vorteilhaft, dass durch die Ausbildung des Flüssigkeitsfilms zwischen dem Messkopf und dem zu vermessenden Objekt eine Prozesskontrolle beispielsweise während eines Nassschleifprozesses oder zwischen aufeinanderfolgenden nasschemischen Bearbeitungsschritten für das Messobjekt erfolgen kann, ohne eine vollständige Trocknung des Messobjekts herbeiführen zu müssen. Durch die ständige Zufuhr von frischer, verunreinigungsfreier Flüssigkeit an die Messstelle werden konstante Messbedingungen gewährleistet. Darüber hinaus können an der Ober- fläche des Messobjekts anhaftende Verunreinigungen oder Schmutzpartikel, die negativen Einfluss auf die Genauigkeit des Messverfahrens haben könnten, durch die radiale Quellströmung zuverlässig aus dem Zentrum des Messflecks des Messstrahls herausgespült werden. Zudem kann durch die permanente Zufuhr von frischer Flüssigkeit ein homogener Flüssigkeitsfilm gewährleistet werden, so dass die optischen Bedingungen für den Messkopf zur Dickenmessung am Messobjekt eindeutig vorhersagbar sind.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Dicke des Flüssigkeitsfilms in einem Intervall von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise von 1,5 mm bis 3,5 mm, eingestellt wird. Mit einer solchen Dicke des Flüssigkeitsfilms kann eine berührungsfreie Abtastung des Mess- Objekts gewährleistet werden, ohne eine Führung des Messkopfs über das Messobjekt mit aufwändiger und teuerer Hochpräzisionsmechanik vornehmen zu müssen. Darüber hinaus stellt eine Dicke des Flüssigkeitsfilms in dem angegebenen Intervall nur eine geringe Beeinträchtigung für das optische Abtastverfahren unter Zuhilfenahme des Messlichts dar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Flüssigkeit Wasser, insbesondere deionisiertes Wasser, verwendet wird. Wasser, insbesondere deionisier- tes Wasser, wird bei verschiedenen nasschemischen Prozessen sowie beim Nassschleifen ohnehin als Spüllösung zur Beseitigung von Prozessrückständen und/oder als Kühlmittel eingesetzt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Vermessung der Dicke ein interferometrisches Verfahren eingesetzt wird. Dabei handelt es sich um ein hochgenaues und dennoch robustes, optisches Messverfahren, mit dessen Hilfe zuverlässig die Dicke auf Schichten auf Substraten oder die Dicke der Substrate bestimmt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Vermessung der Schichtdicke des Messobjekts ein konfokales Abstandmessverfahren, insbesondere ein chromatisch konfokales Messverfahren oder ein Z-Scanverfahren, eingesetzt wird. Derartige Verfahren werden in der deut- sehen Patentanmeldung DE 10 2004 049 541 Al näher beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der Offenbarung gemacht wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Messlichtstrahl eine Wellenlänge in einem Inter- vall von 1100 nm bis 1500 nm, vorzugsweise von 1200 nm bis 1400 nm, insbesondere von 1300 nm, aufweist. Mit Lichtwellenlängen in den angegebenen Intervallen kann in vorteilhafter Weise die Dicke von Siliziumsubstraten bestimmt werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Messvorgang während oder nach einem an dem Messobjekt vorgenommenen Bearbeitungsverfahren, insbesondere einem Nassschleifverfahren, durchgeführt wird. Dies er- möglicht eine sehr exakte Prozesssteuerung oder
-regelung für das Bearbeitungsverfahren, da der Erfolg des Bearbeitungsverfahrens häufig abgeprüft werden kann, ohne dass dazu das Messobjekt aufwendig präpariert, beispielsweise getrocknet, werden muss.
KÜRZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnung wiedergegeben ist. Dabei zeigt:
Figur 1 eine axiale Schnittdarstellung einer Messvor- ' richtung zur Dickenmessung,
Figur 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse, und
Figur 3 eine Ausschnittvergrößerung aus der Figur 1.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Eine in der Figur 1 dargestellte Messvorrichtung 10 um- fasst einen Messkopf 12, ein Gehäuse 14 zur teilweisen Aufnahme des Messkopfs 12, einen Lichtleiter 16 und einen Flüssigkeitsleiter 18.
Der Messkopf 12 umfasst ein kubisches, einseitig abgeschrägtes Spiegelgehäuse 20 mit einem in den abgeschräg- ten Bereich eingeschraubten ümlenkspiegel 21 sowie ein mit dem Spiegelgehäuse 20 verbundenes Linsengehäuse 22. Das Linsengehäuse 22 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt und umschließt eine Linsenanordnung 23 zur Fokussierung des über den Lichtleiter 16 und den Um- lenkspiegel 21 eingekoppelten Messlichtstrahls.
Das Linsengehäuse 22 weist einen ersten, im Wesentlichen zylindrisch geformten Abschnitt mit einer einstückig angeformten, umlaufenden Schulter auf, auf der ein Andruckring 24 aufliegt. Der Andruckring 24 ist mit Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben versehen, die eine Festlegung des Messkopfs 12 am Gehäuse 14 ermöglichen.
Unterhalb der umlaufenden Schulter weist das Linsengehäuse 22 eine umlaufende Nut 25 auf, die zur Aufnahme eines Dichtungsrings 26 vorgesehen ist, der abdichtend an der Innenfläche 27 einer im Gehäuse 14 eingebrachten Stufenbohrung 28 anliegt. Unterhalb der umlaufenden Nut 25 verjüngt sich das Linsengehäuse 22 und bildet einen zweiten, zylindrischen Abschnitt. An den zweiten zylindrischen Abschnitt schließt sich ein, dritter Abschnitt, der als A- dapterabschnitt 30 bezeichnet wird, an. Die Kontur des Adapterabschnitts 30 ist in der Figur 3 näher dargestellt.
Der Adapterabschnitt 30 ist gemäß der Figur 3 an einer Stirnfläche 32 mit einer umlaufenden, kreisringförmigen Nut 34 versehen, die als Anlagefläche für einen als Rundschnurring ausgeführten Dichtring 36 dient. Der Dichtring 36 liegt auf einer aus Glas hergestellten, kreisscheibenförmigen Abdeckplatte 38 auf, die als transparentes Austrittselement für den Messstrahl dient. Die Abdeckplatte 38 ist ihrerseits in einem mit kleinerem Durchmesser ausgeführten zweiten Bohrungsabschnitt der Stufenbohrung 28 aufgenommen und gewährleistet in Zusammenwirkung mit dem Dichtring 36 und der Dichtfläche 34, dass die Linsenanordnung 23 unbeeinflusst von Umwelteinflüssen bleibt. Auf diese Weise wird ein flüssigkeitsdicht ausgebildeter Austrittsbereich des Messlichtstrahls erzeugt.
Die Tiefe der Nut 34, die Tiefe der zweiten Bohrung für die Abdeckplatte 38, die Dicke der Abdeckplatte 38 und der Schnurdurchmesser des Dichtrings 36 sind hinsichtlich ihrer Dimensionierung derart abgestimmt, dass eine die Dichtwirkung zwischen Abdeckplatte 38 und Dichtring 36 gewährleistende Deformation des Dichtrings 36 gewährleistet ist. Die Stirnfläche 32 des umlaufenden Bunds 40 trifft auf die erste Stufe in der Stufenbohrung 28 auf, wenn die Schrauben des Andruckrings 24 angezogen werden, und begrenzt somit die Deformation des Dichtrings 36. Wie aus der Darstellung der Figur 1 zu entnehmen ist, weist das Gehäuse 14 eine senkrecht zur Mittellängsachse des Gehäuses 14 eingebrachte Zulaufbohrung 44 auf, in die eine lösbare Schlauchkupplung 42 eingeschraubt ist, die eine rasche, werkzeuglose An- und Abkopplung des Flüssigkeitsleiters 18 an das bzw. von dem Gehäuse 14 ermöglicht. Über den Flüssigkeitsleiter 18 kann durch die Zulaufbohrung 44 in einen zwischen der im Gehäuse 14 vorgesehenen Stufenbohrung 28 und dem Linsengehäuse 22 gebil- deten Hohlraum 46 eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, einströmen. Die Flüssigkeit umströmt hierbei das Linsengehäuse 22 bis zum nach oben abdichtenden Dichtungsring 26 und strömt durch mehrere, in der Fig. 2 näher dargestellte Kanäle 64 in den unteren Abschnitt der Stufenboh- rung 28, die dort als Austrittsdüse 48 ausgeformt ist.
Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, sind die Kanäle 64 in dem Gehäuse 14 als in radialer Richtung verlaufende Nuten ausgebildet, die ausgehend von der Stufenbohrung 28 mit Flüssigkeit gespeist werden. Die Kanäle 64 ermögli- chen ein Vorbeiströmen der Flüssigkeit an der in der Stufenbohrung 28 aufgenommenen Abdeckplatte 38, so dass die Flüssigkeit in einer zumindest nahezu laminaren Strömung durch einen Flüssigkeitsauslass in Form der Austrittsdüse 48 in den Zwischenraum zwischen Gehäuse 14 und Messobjekt 54 einströmen kann und somit eine exakte Dickenmessung begünstigt . Vorzugsweise bildet die Flüssigkeit in der Art einer ra¬ dialen Quellströmung, also ausgehend von der Austrittsdüse 48 gleichmäßig in radialer Richtung ausströmend, den für die Messung gewünschten Flüssigkeitsfilm 55.
Die optische Achse des Messkopfs 12 und die Bohrungsachse 50 der Austrittsdüse 48 sind konzentrisch zueinander angeordnet, so dass die nach unten abströmende Flüssigkeit, die als Quellströmung in radialer Richtung in den Spalt 52 zwischen dem Gehäuse 14 und dem Messobjekt 54 ein- strömt, den Flüssigkeitsfilm 55 zwischen Gehäuse 14 und Messobjekt 54 bildet. Schmutzpartikel werden durch die Flüssigkeit von der Oberfläche des Messobjekts 54 aus dem Auftreffbereich des vom Messkopf ausgesendeten und teilweise in den Messkopf 12 zurückreflektierten Messlicht- Strahls verdrängt. Somit ist eine zuverlässige und störungsfreie Vermessung der Dicke des Messobjekts 54 gewährleistet .
In dem Gehäuse 14 ist in einem der Zulaufbohrung 44 gegenüberliegenden Wandabschnitt eine Belüftungseinrichtung 56 vorgesehen. Diese umfasst eine in vertikaler Richtung verlaufende Entlüftungsbohrung 58, eine mit der Entlüftungsbohrung 58 und dem Hohlraum 46 kommunizierende Querbohrung 60 und einen in der Querbohrung 60 angeordneten Verschlussstopfen 62. Die Aufgabe der Belüftungseinrich- tung 56 besteht darin, Luftblasen, die mit der zuströmenden Flüssigkeit in den Hohlraum gefördert werden und die sich im oberen Bereich des Hohlraums 46 ansammeln, abzu- führen. Dies wird durch die Querbohrung 60 und die Entlüftungsbohrung 58 ermöglicht. Die in den Hohlraum 46 einströmende Flüssigkeit kann hingegen aufgrund des hydrostatischen Drucks der in der Entlüftungsbohrung 58 vor- liegenden Flüssigkeitssäule nicht entweichen.
Dadurch ist mit geringem Aufwand gewährleistet, dass bei der Befüllung des Hohlraums 46 mit Flüssigkeit die zu verdrängende Luft oder Luftblasen, die mit der Flüssigkeit über die Zulaufbohrung 44 in den Hohlraum 46 eintre- ten, aus dem Hohlraum abgeführt werden können. Bedingt durch das große Volumen des Hohlraums 46 und die dort vorherrschende, geringe Strömungsgeschwindigkeit, die eine Beruhigung des Flüssigkeitsstroms gewährleistet, können die Luftblasen in den oberen Bereich des Hohlraums 46 aufsteigen Somit wird vermieden, dass Luftblasen von strömender Flüssigkeit nach unten in Richtung der Austrittsdüse 48 mitgerissen werden, wo sie auf Grund ihrer optischen Brechkraft in der Flüssigkeit zu einer unerwünschten Beeinträchtigung der Dickenmessung führen könn- ten.
Die Flüssigkeitssäule in der Entlüftungsbohrung 58 ermöglicht auch eine Druckbegrenzung für die zuströmende Flüssigkeit, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Austrittsdüse 48 in einem vorgebbaren Intervall liegt. Bei zunehmendem Zustrom von Flüssigkeit in den Hohlraum 46 führt der Druckanstieg im Hohlraum zu einem Ausströmen überschüssiger Flüssigkeit durch die Entlüftungsbohrung 58.
Das Messobjekt 54 ist ein Wafer aus Silizium, wie er zur Herstellung von Halbleitern eingesetzt wird. Dieser Wafer wird als Scheibe von einem Einkristall durch Sägen abgetrennt und anschließend in einem Nassschleifverfahrens- schritt in seiner Dicke reduziert, wobei die Messvorrichtung 10 dazu eingesetzt wird, die Dicke des Wafers während des oder nach dem Nassschleifbearbeitungsschritt festzustellen und ggf. eine Fortführung oder Beendigung des Nassschleifvorgangs herbeizuführen. Eine Anwendung der Messvorrichtung (10) und des Messverfahrens für andere Nassprozesse wie Ätzprozesse oder Beschichtungsprozes- se ist ebenfalls denkbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Messvorrichtung (10) zur optischen, insbesondere interferometrischen, Dickenmessung, insbesondere zur Verwendung bei Nassschleifprozessen, die
a) ein Gehäuse (14),
b) einen Messkopf (12) mit einem Linsengehäuse
(22) , das wenigstens teilweise in dem Gehäuse (14) aufgenommen ist,
c) ein transparentes Austrittselement (38), aus dem eine Messlichtstrahl austreten kann und das flüssigkeitsdicht aufgenommen ist, und
d) wenigstens einen im Gehäuse (14) vorgesehenen Flüssigkeitsauslass (48) zur Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms (55) zwischen der Messvorrichtung (10) und einem Messobjekt (54) um- fasst, wobei der Messlichtstrahl und der
Flüssigkeitsauslass (48) zumindest im Wesent¬ lichen koaxial zueinander ausgerichtet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
e) das Linsengehäuse (22) mit dem Gehäuse (14) wenigstens einen im Wesentlichen umlaufenden Hohlraum (46) oberhalb des Austrittselements (38) des Messlichtstrahls begrenzt, und dass
f) aus dem Hohlraum (46) eine den Flüssigkeitsfilm (55) bildende Flüssigkeit über Kanäle (64), die ein Vorbeiströmen der Flüssigkeit an dem Austrittselement (38) des Messlichtstrahls ermöglichen, nach unten in den Flüs- sigkeitsauslass (48) unterhalb des Austrittselements (38) strömen kann.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Austrittselement (38) von einer optisch transparenten Abdeckplatte (38) gebildet wird, die flüssigkeitsdicht am Messkopf (12) und/oder am Gehäuse (14) angeordnet ist.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches System (16, 23, 38) für eine Dickenmessung durch den zwischen Messvorrichtung (10) und Messobjekt (54) ausgebildeten Flüssigkeitsfilm (55) eingerichtet ist.
4. Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) wenigstens einen Flüssigkeitseinlass (44) zu dem Hohlraum (46) aufweist.
5. Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hohlraum (46) wenigstens eine, insbesondere im Gehäuse (14) vorgesehene, Entlüftungseinrichtung (56) zugeordnet ist.
6. Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messkopf (12) Dichteinrichtungen (26, 36) zur abdichtenden Aufnahme im Gehäuse (14) zugeordnet sind.
7. Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) einen Wandabschnitt aufweist, der mit wenigstens einer Ausnehmung (48) versehen ist, die als Durch¬ tritt für den vom Messkopf (12) abgebbaren Mess- lichtstrahl und/oder als Flüssigkeitsauslass (48) für die Flüssigkeit dient.
8. Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Hohlraum (46) im Wesentlichen ringförmig ist.
9. Verfahren zur Dickenmessung mit einer optischen
Messvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit den Schritten:
a) Ausbilden des Flüssigkeitsfilms (55) zwischen dem Messkopf (12) und dem Messobjekt (54), indem während des Messvorgangs die Flüssig¬ keit ausgehend von dem Flüssigkeitsauslass (48) zwischen die Messvorrichtung (10) und das Messobjekt (54) in der Art einer radialen Quellströmung zugeführt wird;
b) Aussenden eines Messlichtstrahls vom Messkopf
(12) durch den Flüssigkeitsfilm (55) zum Messobjekt (54) ;
c) Auswerten der vom Messobjekt reflektierten Anteile des Messlichtstrahls.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Flüssigkeitsfilms (55) in einem Intervall von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise von 1,5 mm bis 3,5 mm, eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dass Wasser, insbesondere deionisiertes Wasser, als Flüssigkeit verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermessung der Schichtdicke des Messobjekts (54) ein interfero- metrisches Verfahren eingesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da¬ durch gekennzeichnet, dass zur Vermessung der Schichtdicke des Messobjekts (54) ein konfokales Abstandmessverfahren, insbesondere ein chromatisch konfokales Messverfahren oder ein Z-Scanverfahren, eingesetzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Messlichtstrahl eine Wellenlänge in einem Intervall von 1100 nm bis 1500 nm, vorzugsweise von 1200 nm bis 1400 nm, insbesondere von 1300 nm, aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Messvorgang während oder nach einem an dem Messobjekt (54) vorgenommenen Bearbeitungsverfahren, insbesondere einem Nass- schleifverfahren, durchgeführt wird.
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