ROMBAUER, Theodoro (Kissinger Str. 1, Mering, 86415, DE)
DROBNER, Franz (Ritterland 27, Ottenhofen, 85570, DE)
ROMBAUER, Theodoro (Kissinger Str. 1, Mering, 86415, DE)
Patentansprüche
1. Messvorrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche eines
Substrates (190) mit • einem Messkopf (110), aufweisend einen Sensor (111) zur Erfassung der Oberfläche und ein neben dem Sensor (111) angeordnetes pneumatisches Element (112), welches eine Ein ¬ lassöffnung (115) und zumindest eine nach unten gerichtete Auslassöffnung (114) umfasst, • einem Flächen-Positioniersystem (220), eingerichtet zum präzisen Positionieren des Messkopfes (110, 210) innerhalb einer x-y-Ebene oberhalb des Substrates (190), und
• einer Drucklufterzeugungseinrichtung (250), welche mit der
Einlassöffnung (115, 215) pneumatisch gekoppelt ist, so dass bei einer Beaufschlagung des pneumatischen Elements (112, 212) mit Druckluft der Messkopf (110, 210) in einer vorbestimmten Höhe über dem Substrat (190) positionierbar ist .
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, zusätzlich mit einer Koppeleinrichtung (130, 230), welche zwischen dem Flächen-Positioniersystem (220) und dem Messkopf (110, 210) angeordnet ist.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Koppeleinrichtung (130) derart ausgebildet ist, dass der Messkopf (110) entlang einer zu der x-y-Ebene senkrechten z-Richtung zumindest innerhalb eines bestimmten Bewegungsbereiches frei verschiebbar ist.
4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Koppeleinrichtung (130) derart ausgebildet ist, dass der Messkopf (110) zumindest innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches um eine Achse (VP) frei verkippbar ist, welche Achse (VP) parallel zu der x-y-Ebene orientiert ist.
5. Messvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Koppeleinrichtung aufweist
• ein oberes Koppelelement (331), welches in starrer Weise mit dem pneumatischen Element verbunden ist, und
• ein unteres Koppelelement (333), welches über eine gelenki ¬ ge Aufhängung mit dem oberen Koppelelement (331) verbunden ist .
6. Messvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die gelenkige Aufhängung zumindest zwei Stäbe (332a, 332b) umfasst, deren obere Enden mit dem oberen Koppelelement (331) und deren untere Enden mit dem unteren Koppelelement (333) in jeweils einem Kugelelement (334) verbunden sind.
7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das pneumatische Element (112) um den Sensor (111) herum angeordnet ist.
8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zumindest eine Auslassöffnung (114) eine Luftdüse ist, welche derart ausgebildet ist, dass die Geschwindigkeit von austretender Luft zumindest annähernd
Schallgeschwindigkeit erreicht.
9. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sensor (111) ein optisches, ein kapazitives und/oder ein induktives Sensorelement aufweist.
10. Messsystem zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates mit zumindest zwei Messvorrichtungen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welche derart zueinander angeordnet sind, dass die jeweiligen Sensoren entlang einer Messzeile angeordnet sind. |
Beschreibung
Messvorrichtung und Messsystem zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates, welche Messvorrichtung einen Sensor aufweist, der in einem vorbestimmten Abstand über einer zu vermessenden Oberfläche mittels eines Flächen- Positioniersystems positionierbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Messsystem mit einer Mehrzahl von oben genannten Messvorrichtungen .
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 Positio ¬ niersystem, 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 mehre ¬ rer 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 oder eine Mehrzahl von Messspit ¬ zen verwendet, die mit einer bestimmten Wechsel- oder Gleich- Spannung beaufschlagt wird. Als Messsignal dient ein kleiner Stromfluss über die jeweilige Messspitze, die von der Kapazi-
tät 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 Flüs ¬ sigkristallanzeige (Liquid 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. Derartige 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 Einhal ¬ tung eines genauen Abstandes ist aber dann deutlich erschwert, 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 Messvorrich- tung zu schaffen, welche eine präzise Vermessung auch einer unebenen Substratoberfläche ermöglicht. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem zu schaffen,
welches eine besonders zügige Vermessung einer unebenen Substratoberfläche ermöglicht.
Die erste der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Messvorrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst einen Mess ¬ kopf, aufweisend einen Sensor zur Erfassung der Oberfläche und ein neben dem Sensor angeordnetes pneumatisches Element. Das pneumatische Element weist eine Einlassöffnung und zumin ¬ dest eine nach unten gerichtete Auslassöffnung auf. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst ferner ein Flächen- Positioniersystem, eingerichtet zum präzisen Positionieren des Messkopfes innerhalb einer x-y-Ebene oberhalb des Sub- strates, und eine Drucklufterzeugungseinrichtung, welche mit der Einlassöffnung pneumatisch gekoppelt ist, so dass bei einer Beaufschlagung des pneumatischen Elements mit Druckluft der Messkopf in einer vorbestimmten Höhe über dem Substrat positionierbar ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine präzi ¬ se HöhenJustierung des Sensors auf einfache Weise durch eine Luftlagerung des Sensors auf der Substratoberfläche erfolgen kann. Die durch die Auslassöffnung austretende Luft erzeugt ein Luftkissen, auf dem der Messkopf frei über der Substratoberfläche gleiten kann. Durch das Flächen-Positioniersystem wird somit lediglich die x-y-Position des Messkopfes relativ zu dem Substrat bestimmt. Die Stärke der Luftströmung be ¬ stimmt die Höhe des Luftkissens und damit den vertikalen Abstand des Messkopfes über der Substratoberfläche.
Ein bedeutender Vorteil der Lagerung des Messkopfes mittels eines Luftkissens besteht darin, dass eine automatische Höhenanpassung des Sensors auf einfache Weise auch bei einer gewellten Oberfläche erfolgt. Diese automatische Höhenanpas ¬ sung beruht darauf, dass sich der Messkopf stets in einer
durch die Stärke des Luftkissens bestimmten Höhe über dem zu vermessenden Bereich des Substrates befindet.
Gemäß Anspruch 2 weist die Messvorrichtung zusätzlich eine Koppeleinrichtung auf, welche zwischen dem Flächen- Positioniersystem und dem Messkopf angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass abhängig von der jeweils zu bewältigenden Inspektionsaufgabe die Koppeleinrichtung so gestaltet sein kann, dass abgesehen von einer translatorischen Bewegung des Messkopfes parallel zu der x-y-Ebene bestimmte Bewegungen des Messkopfes relativ zu dem Positioniersystem möglich sind. Die Koppeleinrichtung kann außerdem Federelemente aufweisen, so dass auch bei einer ruckartigen Bewegung des Positioniersystems ein sanftes Positionieren des Sensors gewährleistet werden kann.
Gemäß Anspruch 3 ist die Koppeleinrichtung derart ausgebil ¬ det, dass der Messkopf entlang einer zu der x-y-Ebene senk ¬ rechten z-Richtung zumindest innerhalb eines bestimmten Bewegungsbereiches frei verschiebbar ist. Dies hat den Vor ¬ teil, dass die Höhe des Sensors über dem Substrat ausschließ ¬ lich durch das Luftkissen bestimmt wird. Durch eine entspre ¬ chende Ansteuerung der Drucklufterzeugungseinrichtung kann somit die Höhe des Sensors über dem Substrat frei bestimmt werden.
Gemäß Anspruch 4 ist die Koppeleinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Messkopf zumindest innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches um eine Achse frei verkippbar ist. Die Achse ist dabei parallel zu der x-y-Ebene orientiert. Bevorzugt ermöglicht die Koppeleinrichtung ein Verkippen um jede beliebige Achse parallel zur Substratebene, so dass sich der Sensor durch eine entsprechende Schrägstellung auch an kurzwellige Unebenheiten der Substratoberfläche anpassen kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Koppeleinrichtung üblicherweise mehrere Koppelelemente aufweist, die auf den Mess-
köpf jeweils eine Haltekraft ausüben. Bevorzugt sind die Koppelelemente derart zueinander angeordnet, dass sich die den einzelnen Haltekräften zugeordneten Kraftlinien im Schwerpunkt des Messkopfes schneiden. Dies hat zur Folge, dass auch bei einer ruckbehafteten translatorischen Bewegung des Messkopfes keine Drehmomente auf den Messkopf wirken, so dass auf vorteilhafte Weise auch bei einer hochdynamischen Bewegung des Sensors eine ungewollte Verkippung des Messkop ¬ fes vermieden wird.
Gemäß Anspruch 5 umfasst die Koppeleinrichtung ein oberes Koppelelement, welches in starrer Weise mit dem pneumatischen Element verbunden ist, und ein unteres Koppelelement, welches über eine gelenkige Aufhängung mit dem oberen Koppelelement verbunden ist. Dabei wird das obere Koppelelement durch das Positioniersystem entlang der x- und der y-Richtung positioniert. Die Positionierung des oberen Koppelelements entlang der z-Richtung wird durch die Luftlagerung bestimmt, so dass der Messkopf und damit auch der Sensor stets in einem be- stimmten Abstand zu der zu vermessenden Substratoberfläche gehalten wird.
Gemäß Anspruch 6 umfasst die gelenkige Aufhängung zumindest zwei Stäbe, deren obere Enden mit dem oberen Koppelelement und deren untere Enden mit dem unteren Koppelelement in jeweils einem Kugelelement verbunden sind. Diese Art der Aufhängung hat den Vorteil, dass bei einer entsprechenden Wahl der Stablänge und eine einer geeigneten räumlichen Anordnung der Kugelgelenke eine Kippbewegung um eine virtuel- Ie Drehachse möglich ist, welche Drehachse sich unmittelbar an der Unterseite des Sensors befindet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich der Sensor auch bei einer Verkippung stets im vorgegebenen Abstand oberhalb der zu vermessenden Substratoberfläche befindet.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei einer gelenkigen Aufhängung mit drei Stäben eine Verkippung um eine beliebige Achse
möglich ist, welche parallel zu der x-y-Ebene bzw. zu der zu vermessenden Substratoberfläche orientiert ist. Dies ermög ¬ licht auf vorteilhafte Weise auch dann einen optimalen Ab ¬ stand zwischen Sensor und Substratoberfläche, wenn die Sub- stratoberflache eine unregelmäßige Welligkeit aufweist.
Gemäß Anspruch 7 ist das pneumatische Element, welches bevor ¬ zugt einen Luftkanal mit entsprechenden Einlass- und Auslass ¬ öffnungen aufweist, um den Sensor herum angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass auf den Messkopf eine gleichmäßige Kraft ¬ wirkung entlang der z-Richtung ausgeübt wird, so dass durch das Luftkissen keine Drehmomente erzeugt werden, welche eine Verkippung des Messkopfes auslösen könnten.
Gemäß Anspruch 8 ist zumindest eine Auslassöffnung eine
Luftdüse, welche derart ausgebildet ist, dass die Geschwin ¬ digkeit von austretender Luft zumindest annähernd Schallge ¬ schwindigkeit erreicht. Eine derart hohe Strömungsgeschwin ¬ digkeit kann dadurch erreicht werden, dass die Luftdüse eine strömungsmechanisch günstige Verjüngung des Düsenquerschnitts aufweist, welche zum einen eine derart hohe Austrittsge ¬ schwindigkeit und zum anderen einen vertretbaren pneumatischen Strömungswiderstand bewirkt.
Eine derart hohe Austrittsgeschwindigkeit hat den Vorteil, dass auch bei einer eventuellen unerwünschten änderung der Höhenlage des Messkopfes über der zu vermessenden Substrat ¬ oberfläche die Druckverhältnisse in dem pneumatischen Element nur unwesentlich beeinflusst werden. Insbesondere findet unter keinen Umständen ein abrupter Abfall des Luftdrucks innerhalb des pneumatischen Elements statt. Auf diese Weise wird sicher gestellt, dass ein unerwünschtes Abheben und Aufsetzen des Sensorkopfes nicht möglich ist, so dass eine besonders stabile Höhenpositionierung des Messkopfes gewähr- leistet ist.
Gemäß Anspruch 9 weist der Sensor ein optisches, ein kapazitives und/oder ein induktives Sensorelement auf. Die Messvor ¬ richtung mit der oben erläuterten pneumatischen Höhenpositionierung kann somit ohne spezifische Umbauten mit beliebigen Sensortypen realisiert werden.
Die zweite der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Messsystem zum Inspizieren einer Oberfläche eines Substrates mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 10. Das erfindungsgemäße Messsystem umfasst zumindest zwei Mess ¬ vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Die Messvorrichtungen sind dabei derart zueinander angeordnet, dass die jeweiligen Sensoren entlang einer Messzeile angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine definierte Aneinanderreihung von mehreren Messköpfen auf einfache Weise ein langer Liniensensor geschaffen werden kann. Dieser kann sich an eine unebene bzw. wellige Substrat ¬ oberfläche anschmiegen, so dass jeder Sensor automatisch in einem vorgegebenen Abstand von der zu vermessenden Substratoberfläche positioniert ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung selbstverständlich auch ein Messsystem umfasst, bei dem eine Mehrzahl von Messköpfen in Form eines zweidimensionalen Rasters angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein Flächensensor geschaf ¬ fen, welcher sich ebenso wie der oben genannte Liniensensor derart an eine unebene Substratoberfläche anschmiegt, dass jeder Sensor automatisch in einem vorgegebenen Höhenlage justiert ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
In der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen
Figur 1 einen pneumatisch gelagerten Messkopf in einer
Draufsicht und zwei verschiedenen Querschnittsansichten,
Figur 2 eine pneumatisch gelagerte Messvorrichtung in einer Draufsicht,
Figur 3a eine Aufhängung eines Sensors an einer pneumatisch gelagerten oberen Koppelplatte,
Figur 3b eine Auslenkung der in Figur 3a dargestellten Aufhängung, bei welcher der Sensor um eine virtuelle Drehachse gekippt ist, und
Figur 4 ein Messsystem mit vier zu einer Messzeile aneinander gereihten Messköpfen.
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeich- nung die Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer und/oder durch einen angehängten Buchstaben unterscheiden.
Figur 1 zeigt einen pneumatisch gelagerten Messkopf 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in drei verschiedenen Ansichten. Unten links ist eine Draufsicht des Messkopfes abgebildet, wobei die Betrachtungsrichtung entlang einer z- Achse verläuft. Der obere Teil zeigt den Messkopf in einer Querschnittsansicht parallel zu einer x-y-Ebene . Unten rechts ist der Messkopf in einer Querschnittsansicht parallel zu einer y-z-Ebene dargestellt. Die x-, die y- und die z-Achse bilden dabei ein rechtwinkliges Koordinatensystem, bei dem jeweils eine Achse senkrecht auf einer durch die beiden anderen Achsen aufgespannten Ebene steht.
Der Messkopf 110 weist einen Sensor 111 auf, welcher ein beliebiger Sensor wie beispielsweise ein optischer, ein kapazitiver oder ein induktiver Sensor sein kann. Der Sensor 111 ist von einem pneumatischen Element 112 umgeben, welches einen Luftkanal 113 bildet. Das pneumatische Element 112 weist an seiner Oberseite zwei Einlassöffnungen 115 auf, welche über Druckluftleitungen mit einer Drucklufterzeugungs-
einrichtung, beispielsweise einer Pumpe, pneumatisch gekoppelt sind. Die Druckluftleitungen und die Drucklufterzeu ¬ gungseinrichtung sind aus Gründen der übersichtlichkeit in Figur 1 nicht dargestellt.
An der Unterseite des pneumatischen Elements 112 sind eine Mehrzahl von düsenartigen Auslassöffnungen ausgebildet, welche zwischen dem Messkopf 110 und einer zu vermessenden Substratoberfläche eine Luftströmung 195 erzeugen. Die Luft- Strömung 195 erzeugt ein Luftkissen, auf dem der Messkopf 110 in einem vorbestimmten Abstand oberhalb des Substrates 190 gleitet. Somit bildet sich zwischen der Unterseite des Mess ¬ kopfes 110 und dem Substrat 190 ein Luftspalt 196. Die Stärke des Luftspaltes 196 und damit der Abstand zwischen Messkopf 110 und Substrat 190 hängt von der Stärke der Luftströmung 195 ab.
Die Ankopplung des Messkopfes 110 an das Positioniersystem erfolgt über ein Federelement 130. Das Federelement 130 ist derart ausgebildet, dass es (a) in x- und y-Richtung keine
Relativbewegung zwischen dem Positioniersystem und dem Messkopf 110 zulässt und (b) in z-Richtung eine lose Verbindung zwischen Positioniersystem und dem Messkopf 110 darstellt. Die lose Verbindung ermöglicht zumindest innerhalb eines bestimmten Auslenkungsbereiches aus einer durch die Stärke des Luftkissens vorgegebenen Nulllage eine freie Relativbewe ¬ gung zwischen Positioniersystem und Messkopf 110. Somit stellt das Federelement 130 sicher, dass der Messkopf durch das in Figur 1 nicht dargestellte Positioniersystem lediglich in der x-y-Ebene genau positioniert wird. Durch eine entspre ¬ chende Ansteuerung des Positioniersystems kann jeder Mess ¬ punkt oberhalb des Substrates 190 angefahren werden.
Die Ankopplung des Messkopfes 110 an das Positioniersystem über das Federelement 130 zeichnet sich ferner dadurch aus, dass relativ zu dem Positioniersystem eine Verkippung des Messkopfes 110 möglich ist. Diese Verkippungen kann um die x-
Achse, um die y-Achse oder um jede beliebige in der x-y-Ebene liegende Achse erfolgen. Die beiden Verkippmöglichkeiten um die x- und um die y-Achse sind in Figur 1 jeweils durch einen Doppelpfeil angedeutet.
Somit bleibt festzustellen, dass von insgesamt sechs prinzi ¬ piell möglichen Freiheitsgraden der Bewegung des Messkopfes 110, drei translatorischen Freiheitsgraden entlang der Achsen x, y und z und drei rotatorischen Freiheitsgraden um die Achsen x, y und z, lediglich die x- und die y-Translation und die Rotation um die z-Achse durch die starre Kopplung zwischen Positioniersystem und Messkopf 110 ausgeschlossen ist.
Wie in der Querschnittsansicht unten rechts angedeutet, ist das Federelement 130 ferner so beschaffen, dass von dem
Positioniersystem an dem Messkopf 110 lediglich Haltekräfte angreifen, deren Kraftlinien entlang der Längserstreckung des jeweiligen Abschnitts des Federelements 130 verlaufen. Das Federelement 130 ist dabei derart mit dem Messkopf 110 ver- bunden, dass sich die Kraftlinien der von verschiedenen
Seiten wirkenden Haltkräfte in dem Schwerpunkt des Messkopfes 110 schneiden. Der Schwerpunkt ist durch den Ausgangspunkt eines Kraftvektors G bestimmt, der die in die z-Richtung wirkende Gewichtskraft des Messkopfes 110 darstellt. Das Zusammentreffen der Kraftlinien im Schwerpunkt des Messkopfes 110 hat den Vorteil, dass auch bei einer ruckbehafteten translatorischen Bewegung des Messkopfes 110 keine Drehmomente auf den Messkopf wirken, so dass auf vorteilhafte Weise eine ungewollte Verkippung des Messkopfes 110 zuverlässig vermieden wird.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht einer pneumatisch gelagerten Messvorrichtung, welche den in Figur 1 dargestellten Messkopf 110 aufweist, der nunmehr mit dem Bezugszeichen 210 gekenn- zeichnet ist. Der Messkopf 210, der u. a. einen Sensor 211 und ein pneumatisches Element 212 mit zwei Einlassöffnungen 215 aufweist, ist mittels eines Federelements 230 an einem
Positioniersystem 220 befestigt. Die Art der Befestigung und die durch das Federelement 230 verbliebenden Freiheitsgrade hinsichtlich einer Bewegung des Messkopfes 210 sind oben anhand von Figur 1 im Detail erläutert. Somit ist der Mess- köpf 210 durch eine entsprechende Ansteuerung des Positio ¬ niersystems 220 innerhalb eines bestimmten Arbeitsbereiches parallel zu der x-y-Ebene frei positionierbar. Das Positio ¬ niersystem 220 weist zu diesem Zweck auf zwei gegenüberlie ¬ genden Seiten eine x-Führung 221 auf, an der das Federelement 230 mittels eines nicht dargestellten Antriebs entlang der x- Richtung verschiebbar ist. Der Messkopf 210 ist entlang des Federelements 230 mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebs entlang der y-Richtung verschiebbar.
Um die für die Erzeugung eines Luftkissens zwischen Messkopf 210 und einem darunter liegenden Substrat erforderliche Druckluft bereitzustellen, ist ein Druckluftgenerator 250 vorgesehen. Der Druckluftgenerator 250 ist gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel an dem Rahmen des Positio- niersystems 220 befestigt. Zur Reduzierung von auf dem Mess ¬ kopf 210 übertragenden Vibrationen ist zwischen dem Druckluftgenerator 250 und dem Positioniersystem 220 ein vibrati- onsdämpfendes Material vorgesehen (nicht dargestellt) . Das pneumatische Element 212 wird über flexible Druckluftleitun- gen 251 mit Druckluft versorgt.
Figur 3a zeigt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung eine vorteilhafte Aufhängung eines Sensors 311, welche Aufhängung eine freie Kippbewegung des Sensors 311 um einen virtuellen Drehpol VP ermöglicht. Die Aufhängung um- fasst eine obere Koppelplatte 331, welche mittels eines nicht dargestellten Flächen-Positioniersystems innerhalb eines Arbeitsbereiches positioniert wird, der parallel zu der zu vermessenden Oberfläche eines Substrates 390 liegt. Die obere Koppelplatte 331 ist entlang einer z-Richtung zumindest innerhalb eines bestimmten Auslenkungsbereiches frei ver ¬ schiebbar. Damit wird die Höhenlage des Sensors 311 bzw. die
Höhenlage der oberen Koppelplatte 331 durch die Höhe eines Luftkissens bestimmt, welches sich zwischen dem Substrat 390 und einem neben dem Sensor 390 angeordneten pneumatischen Element (nicht dargestellt) ausbildet.
Die Aufhängung umfasst ferner eine untere Koppelplatte 333, welche mit dem Sensor 311 verbunden ist. Die beiden Koppel ¬ platten 331 und 333 sind über zwei starre Stäbe 332a und 332b miteinander verbunden, deren Enden jeweils in einem Kugelge- lenk 334 gelagert sind. Zwei Kugelgelenke 334 befinden sich an der Unterseite der oberen Koppelplatte 331. Zwei Kugelge ¬ lenke 334 befinden sich an der Oberseite der unteren Koppelplatte 333.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Aufhängung auch ohne untere Koppelplatte 333 realisiert werden kann. In diesem Fall befinden sich die beiden unteren Kugelgelenke 334 unmittelbar an dem Sensor 311.
In der in Figur 3a dargestellten Situation, in der sich der Sensor in seiner Ausgangslage befindet, sind die beiden starren Stäbe 332a und 332b zueinander symmetrisch zu einer Symmetrieachse 338 angeordnet. Die beiden unteren Kugelgelen ¬ ke 334 sind in einem Abstand 1 voneinander angeordnet. Der Sensor 311 hat zusammen mit der an dem Sensor 311 angebrachten unteren Koppelplatte 333 entlang der z-Richtung eine Höhe d.
In Figur 3b ist der Fall schematisch dargestellt, bei dem der Sensor 311 (nicht dargestellt) aus seiner Ausgangslage ver ¬ kippt ist. Die Aufhängung ist dabei abhängig von der Höhe d insbesondere hinsichtlich der Lage der oberen Kugelgelenke 334, hinsichtlich der Länge der beiden starren Stäbe 332a und 332b und hinsichtlich des Abstandes 1 derart dimensioniert, dass sich der Sensor um den virtuellen Drehpol verkippt. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass sich der Sensor 311 auch bei einer welligen Substratoberfläche stets optimal,
d.h. mit dem vorgegebenen Abstand an die Substratoberfläche anschmiegt .
Es wird darauf hingewiesen, dass anhand der beiden zweidimen- sionalen Darstellungen in den Figuren 3a und 3b lediglich die prinzipielle Wirkweise der Aufhängung des Sensors 311 ver ¬ deutlicht ist. Um eine freie Kippbewegung um beliebige virtu ¬ elle Drehachsen zu gewährleisten, welche Drehachsen parallel zu der zu vermessenden Substratoberfläche und damit parallel zu der x-y-Ebene orientiert sind, kann eine Aufhängung mit drei starren Stäben verwendet werden. Die drei starren Stäbe sind dann bevorzugt ebenfalls symmetrisch um die Symmetrie ¬ achse 338 der Sensoraufhängung im Raum angeordnet.
Figur 4 zeigt ein Messsystem mit vier zu einer Messzeile aneinander gereihten Messköpfen 410a, 410b, 410c und 410d. Den Messköpfen 410a, 410b, 410c und 410d ist jeweils ein Positioniersystem zugeordnet, mit dem der entsprechende Messkopf innerhalb einer x-y-Ebene positioniert werden kann. Alternativ und besonders vorteilhaft sind zumindest einige der Messköpfe 410a, 410b, 410c und 410d entlang der x- und entlang der y-Richtung fest miteinander verbunden. Die Messköpfe 410a, 410b, 410c und 410d sind auf alle Fälle unabhän ¬ gig voneinander entlang der z-Richtung verschiebbar und jeweils um einen virtuellen Drehpol an der Unterseite der Messköpfe 410a, 410b, 410c und 410d frei verkippbar.
Infolge einer nicht dargestellten Luftlagerung der Messköpfe 410a, 410b, 410c und 410d auf dem Substrat 490, welches eine in Figur 4 übertrieben start dargestellte Welligkeit auf ¬ weist, und der freien Verkippbarkeit können sich die einzel ¬ nen Messköpfe 410a, 410b, 410c bzw. 410d jeweils optimal an die gewellte Substratoberfläche anschmiegen. Um dies zu verdeutlichen, sind die Ausgangslagen der Messkopf-Mittel- achsen vor einem Anschmiegen an die gewellte Substratoberflä ¬ che dargestellt und mit den Bezugszeichen 416a, 416b, 416c bzw. 416d versehen. Die Endlagen der Messkopf-Mittelachsen
nach einem Anschmiegen an die gewellte Substratoberfläche sind mit den Bezugszeichen 417a, 417b, 417c bzw. 417d verse ¬ hen .
Bei dem in Figur 4 dargestellten Zustand sind die Messköpfe 410a und 410b im Vergleich zu ihrer Ausgangslage entgegen dem Uhrzeigersinn verkippt. Der Messkopf 410c ist nicht verkippt und der Messkopf 410d ist im Vergleich zu seiner Ausgangslage im Uhrzeigersinn verkippt.
Bezugszeichenliste
100 Messvorrichtung
110 Messkopf 111 Sensor
112 pneumatisches Element
113 Luftkanal
114 Auslassöffnung / Düse
115 Einlassöffnung 130 Federelement
190 Substrat
195 Luftströmung
196 Luftspalt
210 Messkopf
211 Sensor
212 pneumatisches Element 215 Einlassöffnung
220 Positioniersystem 221 x-Führung
230 Federelement
250 Druckluftgenerator
251 Druckluftleitung (flexibel)
311 Sensor
331 obere Koppelplatte
332a starrer Stab
332b starrer Stab
333 untere Koppelplatte 334 Kugelgelenk
338 Symmetrieachse
390 Substrat
VP virtueller Drehpol
1 Abstand zwischen unteren Kugelgelenken d Dicke von Sensor plus untere Koppelplatte
a, b, c, d Messkopf a, b, c, d Mittelachse Ausgangslage a, b, c, d Mittelachse Endlage Substrat (stark gekrümmt)