Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Dicke von in einer Bearbeitungsmaschine bearbeiteten scheibenförmigen Werkstücken, die als Substrat für elektronische Bauelemente dienen, wobei die Bearbeitungsmaschine eine obere rotierend antreibbare Arbeitsscheibe mit einer ringförmigen Arbeitsfläche aufweist, die einer unteren Arbeitsfläche zugekehrt ist, und wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden, in dem mehrere Läuferscheiben angeordnet sind, die in Ausnehmungen Werkstücke aufnehmen und mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzbar sind, wodurch die Läuferscheiben und damit die in ihnen aufgenommenen Werkstücke sich entlang einer zykloidischen Bahn bewegen,.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Bearbeitungsmaschine mit einer oberen rotierend antreibbaren Arbeitsscheibe mit einer ringförmigen Arbeitsfläche, die einer unteren Arbeitsfläche zugekehrt ist, wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden, in dem mehrere Läuferscheiben angeordnet sind, die in Ausnehmungen Werkstücke aufnehmen und mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzbar sind, wodurch die Läuferscheiben und damit die in ihnen aufgenommenen Werkstücke sich entlang einer zykloidischen Bahn bewegen.

Bei Arbeitsmaschinen mit oberer und unterer Arbeitsscheibe spricht man von Dop- pelseitenbearbeitungsmaschinen. Mit ihnen erfolgt eine planparallele Bearbeitung von Werkstücken, beispielsweise von Halbleiterscheiben (Wafer). Die Bearbeitung kann in einem Schleifen, Läppen, Polieren oder dergleichen bestehen. Je nach Bearbeitungsvorgang weisen die Arbeitsflächen Arbeitsbeläge auf, die mit den Werkstückflächen in Eingriff gelangen. Ebenfalls je nach Bearbeitungsvorgang kann in den Arbeitsspalt ein Kühlschmiermittel eingeleitet werden, das gegebenenfalls Polier- bzw. Läppmaterial enthält. Die Geometrie der dabei erzeugten Werkstücke ist von großer Bedeutung für den weiteren Einsatz. So werden die fertig bearbeiteten Werkstücke häufig durch optische Abbildeverfahren mit integrierten Schaltungen versehen. Unerwünschte Dickenschwankungen der Werkstücke verringern die Abbildungsschärfe und damit die Qualität der integrierten Schaltungen.

Zum Ende des Bearbeitungsvorgangs, wenn das Werkstück eine vorgegebene Dicke erreicht hat, wird die Maschine abgeschaltet. Die sogenannte Abschaltgenauigkeit von Doppelseitenbearbeitungsmaschinen unterliegt diversen Einflüssen, beispielsweise Temperaturdrift, Werkzeugverschleiß, Verschmutzung und mechanischer Nachgiebigkeit. Bekannt sind indirekte Messverfahren, um die Dicke von Werkstücken während des Bearbeitungsprozesses abzuschätzen. Diese bieten jedoch nicht immer eine ausreichende Genauigkeit. Darüber hinaus ist vorgeschlagen worden, die Dicke von Werkstücken durch mechanische, taktile Messverfahren direkt und während des Bearbeitungsprozesses zu messen. Die auf diese Weise erreichbaren Genauigkeiten sind jedoch ebenfalls in der Praxis häufig nicht ausreichend. Außerdem kann es durch die mechanische Messung zu unerwünschten Einwirkungen auf das Werkstück kommen.

Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Bearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen eine höhere Messgenauigkeit ohne unerwünschte Rückwirkung auf das Werkstück erreicht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren. Für ein Verfahren der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass mittels eines optischen Messverfahrens die Dicke mindestens eines in der Bearbeitungsmaschine befindlichen Werkstücks gemessen wird. Für die Bearbeitungsmaschine löst die Erfindung die Aufgabe entsprechend dadurch, dass die Bearbeitungsmaschine mindestens eine optische Messeinrichtung aufweist, mit der die Dicke mindestens eines in der Bearbeitungsmaschine befindlichen Werkstücks messbar ist.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine optische Messeinrichtung in oder an der Bearbeitungsmaschine anzuordnen. Die Messeinrichtung und insbesondere ein entsprechender Messkopf sind also in einen Bereich der Maschine integriert, der während der Bearbeitung zeitweise eine direkte Dickenmessung erlaubt. Dabei wird die mechanische Werkstückdicke ermittelt. Dies kann beispielsweise mittels eines Kennfelds erfolgen, das zuvor im Rahmen einer Kalibrierung erstellt wurde. Durch die direkte optische Messung wird erfindungsgemäß eine im Vergleich zum Stand der Technik genauere Dickenmessung während der Bearbeitung ermöglicht, so dass beispielsweise der bei einer materialabtragenden Werkstückbearbeitung entscheidende Abschaltzeitpunkt der Maschine genauer ermittelt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine sind Messgenauigkeiten von 1 ?m und besser möglich. Verfälschende Einflüsse wie Temperaturdrift, Werkzeugverschleiß, Verschmutzung und mechanische Nachgiebigkeit des Werkstücks können erfindungsgemäß weitgehend ausgeschlossen werden. Im Vergleich zu taktilen Messverfahren findet erfindungsgemäß keinerlei Einwirkung auf die Werkstücke durch die Messung statt.

Die Doppelseitenbearbeitungsmaschine kann eine obere und eine untere Arbeitsscheibe besitzen und dient beispielsweise zum Schleifen, Läppen, Polieren, oder dergleichen, der Werkstücke. Die dünnen Werkstücke können eine Dicke von weniger als 1,5 mm besitzen. Bei den Werkstücken kann es sich um Halbleiterscheiben (Wafer), insbesondere Silizium- Wafer, handeln, auf die beispielsweise eine integrierte Schaltung aufgebracht werden kann. Es sind aber auch andere Werkstücke denkbar, beispielsweise Saphirscheiben ("Silicon On Insulator, SOI"), auf die eine integrierte Schaltung oder ein einzelnes Bauelement, wie beispielsweise eine Diode aufgebracht werden kann. Die Werkstücke können eine zylindrische bzw. kreisförmige Geometrie besitzen. Gegebenenfalls kann eine kapazitive Vormessung der Werkstückdicke am Maschineneingang erfolgen.

Erfindungsgemäß kann ein (teilweises) laterales, insbesondere radiales, Dickenprofil erstellt werden. Die Dickenmessung kann also entlang verschiedener auf einer lateralen Linie auf der Werkstückoberfläche verteilter Punkte durchgeführt werden. Gerade bei Doppelseitenbearbeitungsmaschinen besteht in der Regel die Aufgabe, eine unerwünscht konkave oder unerwünscht konvexe Oberflächen- oder Dickenform durch die Bearbeitungsteller, beispielsweise Polierteller, zu vermeiden. Aufgrund der in solchen Bearbeitungsmaschinen vorherrschenden rotierenden Bearbeitung kann dabei davon ausgegangen werden, dass die Werkstücke im Wesentlichen rotationssymmetrisch bearbeitet werden, so dass auch gegebenenfalls auftretende Abweichungen von der vorgegebenen Geometrie rotationssymmetrisch sind. Eine laterale bzw. radiale Dickenmessung liefert somit eine ausreichende Genauigkeit.

Bei ihrer zykloidischen Bahnbewegung können die Werkstücke einen Bereich außerhalb des Arbeitsspalts durchlaufen, beispielsweise bei Schleif- oder Läppvorgängen. Dieser wird fachsprachlich als Überlauf bezeichnet. Er befindet sich beispielsweise an der Außenseite des Arbeitsspalts. Bei einem ringförmigen Arbeitsspalt kann sich der Überlauf aber auch an der Innenseite des Arbeitsspalts befinden. Nach einer Ausgestaltung kann daher vorgesehen sein, dass die optische Dickenmessung in dem Bereich außerhalb des Arbeitsspalts erfolgt, bzw. dass die Bearbeitungsmaschine mindestens eine optische Messeinrichtung im Bereich außerhalb des Arbeitsspalts aufweist, mit der die Dicke mindestens eines Werkstücks in dem Bereich außerhalb des Arbeitsspalts messbar ist. Der Überlauf ist gut zugänglich und eignet sich daher besonders für eine Dickenmessung in diesem Bereich.

Nach einer alternativen Ausgestaltung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsmaschine mindestens eine in einer Arbeitsscheibe der Bearbeitungsmaschine angeordnete optische Messeinrichtung aufweist, mit der die Dickenmessung erfolgt bzw. erfolgen kann. Doppelseitenbearbeitungsmaschinen weisen üblicherweise eine obere und eine untere Arbeitsscheibe auf. Dieser Ausgestaltung liegt also die Idee zugrunde, eine Messeinrichtung in einer dieser Arbeitsscheiben, wegen möglicher Verschmutzungen bevorzugt in der oberen Arbeitsscheibe, anzuordnen und auf diese Weise eine optische Dickenmessung während der Bearbeitung zu ermöglichen. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere bei Poliervorgängen an, bei denen ein Überlauf unerwünscht sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Dicke mittels eines interferometri- schen Messverfahrens gemessen werden, die Messeinrichtung also eine interferometrische Messeinrichtung sein. Dabei kann beispielsweise die Infrarotin- terferometrie zum Einsatz kommen, bei der Infrarotlicht zur Interferenz gebracht wird. Dazu können die Werkstücke, beispielsweise Halbleiterscheiben (Silizium- Wafer o.a.) für Infrarotlicht teiltransparent sein. Sie sind dann auch für eine interne Infrarotinterferometrie geeignet. Dies erlaubt eine besonders genaue Messung.

Gemäß einer Fortbildung dieser Ausgestaltung des Verfahrens können weiterhin die folgenden Schritte vorgesehen sein:

Infrarotstrahlung wird auf die Werkstückoberseite gerichtet, wobei ein erster Strahlungsanteil an der Werkstückoberseite reflektiert wird und ein zweiter Strahlungsanteil die Werkstückdicke durchdringt, an der Werkstückunterseite reflektiert wird und wieder an der Werkstückoberseite austritt, der erste und der zweite Strahlungsanteil interferieren unter Bildung eines

Interferenzmusters, anhand des Interferenzmusters wird die optische Werkstückdicke zwischen der

Werkstückoberseite und der Werkstückunterseite bestimmt, aus einer Messung der Intensität der von dem Werkstück reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung wird unter Berücksichtigung der optischen

Werkstückdicke die mechanische Werkstückdicke ermittelt.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine kann entsprechend weiter dadurch gekennzeichnet sein, dass die Messeinrichtung eine Infrarotstrahlungsquelle aufweist, mit der Infrarotstrahlung auf die Werkstückoberseite gerichtet werden kann, so dass ein erster Strahlungsanteil an der Werkstückoberseite reflektiert wird und ein zweiter Strahlungsanteil die Werkstückdicke durchdringt, an der Werkstückunterseite reflektiert wird und wieder an der Werkstückoberseite austritt, und der erste und der zweite Strahlungsanteil unter Bildung eines Interferenzmusters interferieren, die Messeinrichtung weiterhin eine Auswerteeinrichtung aufweist, mit der anhand des Interferenzmusters die optische Werkstückdicke zwischen der Werkstückoberseite und der Werkstückunterseite bestimmt werden kann, die Messeinrichtung weiterhin eine Intensitätsmesseinrichtung aufweist, mit der die Intensität der von dem Werkstück reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung gemessen werden kann, wobei mit der Auswerteeinrichtung aus der gemessenen Intensität unter Berücksichtigung der optischen Werkstückdicke die mechanische Werkstückdicke gemessen werden kann. Bei dieser Ausgestaltung ist erkannt worden, dass es beispielsweise aufgrund von Materialschwankungen (Dotierungsschwankungen) zu Abweichungen des Brechungsindexes und dadurch zu einer Verfälschung der Dickenmessung kommen kann. Es ist weiter erkannt worden, dass sich eine Änderung des Brechungsindexes auf den Reflexions- bzw. Absorptionsgrad des Werkstücks auswirkt und es somit bei verändertem Brechungsindex zu einer entsprechenden Änderung in der reflektierten bzw. transmittierten Strahlungsintensität kommt. Dieser Effekt wird ausgenutzt, um bei der Bestimmung der mechanischen Werkstückdicke aus der ermittelten optischen Werkstückdicke Brechungsindexschwankungen zu kompensieren.

Abhängig von dem jeweiligen Material des Werkstücks kann dabei in den meisten Fällen ein Einfluss auf den Brechungsindex durch eine veränderte Absorption aufgrund veränderter Werkstückdicke vernachlässigt werden. Dies gilt insbesondere bei Infrarotstrahlung nur gering absorbierenden Werkstoffen, wie Silizium. Bei anderen Werkstoffen ist es möglich, dass sich bei einer Dickenänderung die Absorption des Werkstücks ebenfalls ändert. Dann kann der Brechungsindex ermittelt werden, indem die gemessene Intensität um einen im Rahmen einer Kalibrierung ermittelten, die veränderte Absorption anzeigenden Skalenfaktor korrigiert wird.

Bei Schwankungen des Brechungsindexes zum Beispiel aufgrund von Dotierungsschwankungen werden mit dieser Ausgestaltung im Vergleich zum Stand der Technik eine genauere Dickenmessung und so verbesserte Eigenschaften für das Aufbringen von integrierten Schaltungen oder einzelnen elektronischen Bauelementen erreicht.

Mit dieser Ausgestaltung werden dünne scheibenförmige teiltransparente Werkstücke vermessen. Die mechanische Werkstückdicke kann als Quotient aus der optischen Werkstückdicke und dem Brechungsindex berechnet werden. Die Bestimmung der optischen Werkstückdicke zwischen der Werkstückoberseite und der Werkstückunterseite sowie eine gegebenenfalls erfolgende Bestimmung des Brechungsindexes kann jeweils unter Verwendung geeigneter Kalibrationskenn- linien beziehungsweise geeigneter Kalibrationskennfelder erfolgen. Als Werkstückoberseite wird dabei die der einfallenden Strahlung zugewandte Seite des Werkstücks bezeichnet, während als Werkstückunterseite die der einfallenden Strahlung abgewandte Seite des Werkstücks bezeichnet wird. Selbstverständlich ist diese Ausgestaltung unabhängig von der Ausrichtung des Werkstücks im Raum bzw. von der Einfallrichtung der Infrarotstrahlung. Sie kann beispielsweise auch in vertikaler Richtung von unten nach oben auf das Werkstück gerichtet werden.

Bei der erfindungsgemäß genutzten internen Interferometrie kann der zweite Strahlungsanteil die Werkstückdicke natürlich mehrfach durchlaufen und entsprechend mehrfach an der Unter- und gegebenenfalls Innenfläche der Oberseite reflektiert worden sein, bevor er wieder aus dem Werkstück austritt. Die Aufnahme des Interferenzmusters erfolgt insbesondere auf der der Werkstückoberseite zugewandten Seite. Dabei kann die Infrarotstrahlung beispielsweise in eine Glasfaser eingekoppelt werden und durch diese auf das Werkstück geleitet werden bzw. die von dem Werkstück kommende Strahlung kann von der Glasfaser aufgenommen und einer Sensor- und Auswerteeinrichtung zugeführt werden. Für die Auswertung des Interferenzmusters kann ein geeigneter Detektor mit einer geeigneten Auswerteelektronik vorgesehen sein.

Das scheibenförmige Werkstück kann Teil einer Sandwichstruktur sein, wobei dann die Werkstückunterseite die Grenzfläche zu der nächsten darunterliegenden Schicht bildet. Ebenso kann die Werkstückoberseite die Grenzfläche zu einer nächsten darüber liegenden Schicht sein. Das durch die Interferenz der Strahlungsanteile erzeugte Interferenzmuster kann beispielsweise ein Beugungsmuster oder auch ein beispielsweise spektral aufgefächertes Interferenzmuster analog zur Weißlichtinter- ferometrie sein. Auf die Art der Interferenz kommt es nicht an.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann ein Infrarotstrahlungsspektrum auf die Werkstückoberseite gerichtet werden, die Infrarotstrahlungsquelle also ein Infrarotstrahlungsspektrum erzeugen. Dieses Spektrum kann insbesondere senkrecht auf die Werkstückoberseite gerichtet werden. Es ist dann weiter möglich, die durch Interferenz der ersten und zweiten Strahlungsanteile entstandene Strahlung mittels eines Spektrometers, beispielsweise eines Gitterspektrometers, spektral zu analysieren. Dabei können als Infrarotstrahlungsquellen zum Beispiel Infrarotlampen, insbesondere Infrarotglühlampen oder Infrarotgasentladungslampen, verwendet werden. Dabei kommt es zur Interferenz der beiden Strahlungsanteile. Insbesondere ist für bestimmte Wellenlängen des Spektrums der durch die Werkstückdicke erzeugte Gangunterschied gerade so, dass destruktive oder konstruktive Interferenz auftritt. Dieses Interferenzmuster kann dann mittels eines Spektrometers spektral analysiert werden und ausgewertet werden. Beispielsweise aus dem Abstand zweier Maxima oder Minima kann die optische Werkstückdicke bestimmt werden.

Selbstverständlich sind erfindungsgemäß auch andere Interferenzverfahren denkbar, beispielsweise mit Strahlung hoher Kohärenzlänge (zum Beispiel Laserstrahlung) und schrägem Strahlungseinfall.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann zur Messung der Intensität der von dem Werkstück reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung die Intensität der durch Interferenz der ersten und zweiten Strahlungsanteile entstandenen Strahlung nach ihrer Reflexion an der Werkstückoberseite beziehungsweise nach ihrem Austritt aus der Werkstückoberseite gemessen werden. Die Intensitätsmesseinrichtung ist dazu entsprechend ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung kann also die Intensitätsmessung auf derselben Seite erfolgen, auf der die beiden interferierenden Strahlungsanteile empfangen und ausgewertet werden. So kann in vorteilhafter Weise für die Intensitätsmessung und die Auswertung des Interferenzmusters dieselbe Messanordnung genutzt werden. Eine besonders hohe Genauigkeit kann erreicht werden, wenn zur Messung der Intensität ein Intensitätsunterschied zwischen zwei definierten Punkten des Interferenzmusters, beispielsweise einem Interferenzmaximum und einem Interferenzminimum, ermittelt wird. Das Minimum kann insbesondere auch eine Intensität gleich Null aufweisen.

Gemäß einer alternativen diesbezüglichen Ausgestaltung kann ein dritter Strahlungsanteil an der Werkstückunterseite aus dem Werkstück austreten und zur Messung der Intensität der reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung die Intensität des dritten Strahlungsanteils nach seinem Austritt aus dem Werkstück gemessen werden. Wieder ist die Intensitätsmesseinrichtung entsprechend dazu ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung wird also die Intensität der das Werkstück durchstrahlenden Strahlung aufgenommen und daraus auf den Reflektions- beziehungsweise Absorptionsgrad geschlossen. Diese Ausgestaltung bietet sich zum Beispiel an, wenn die Unterseite des Werkstücks von außen zugänglich ist und entsprechend durchgehende Strahlung aufgenommen werden kann.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der Brechungsindex des Werkstücks bestimmt werden, und die mechanische Werkstückdicke unter Berücksichtigung des ermittelten Brechungsindexes aus der optischen Werkstückdicke ermittelt werden. Der Brechungsindex kann beispielsweise aus einer den Brechungsindex in Abhängigkeit von der Intensität beziehungsweise dem Intensitätsunterschied der von dem Werkstück reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung darstellenden Kennlinie ermittelt werden. Eine solche Kennlinie kann im Rahmen einer Kalibrierung erstellt werden und beispielsweise in der Auswerteeinrichtung hinterlegt sein. Es ist auch denkbar, die mechanische Werkstückdicke mittels eines Kennfelds zu ermitteln. Ein solches Kennfeld kann zum Beispiel die Werkstückdicke in Abhängigkeit von der Intensität beziehungsweise dem Intensitätsunterschied und dem Brechungsindex darstellen. Auch ein solches Kennfeld wird üblicherweise im Rahmen einer Kalibration erstellt. Der Einsatz von Kennlinien bzw. Kennfeldern führt zu einer besonders einfachen Auswertung der aufgenommenen Strahlung.

Die Werkstückdicke kann alternativ auch gemessen werden, indem mittels mindestens zweier oberhalb und unterhalb des Bereichs außerhalb des Arbeitsspalts angeordneter optischer Messeinrichtungen die Abstände zwischen der jeweiligen Messeinrichtung und der Ober- bzw. Unterseite eines den Bereich durchlaufenden Werkstücks gemessen werden und die Werkstückdicke aus den gemessenen Abständen mittels einer Differenzmessung bestimmt wird. Es kann bei dieser Ausgestaltung beispielsweise eine Laufzeitmessung mittels zweier Laser erfolgen, wobei ein Laser oberhalb des Werkstück angeordnet ist und ein Laser unterhalb. Aus der jeweiligen Laufzeit der Laserstrahlung von der Laserquelle zu dem Werkstück und zurück kann auf den Abstand geschlossen werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Bearbeitungsmaschine im Bereich außerhalb des Arbeitsspalts eine entlang der von einem Werkstück durchlaufenen Bahn vor der Messeinrichtung angeordnete Reinigungsvorrichtung, beispielsweise eine Spülvorrichtung, aufweisen, mit der auf dem Werkstück befindliches Prozessmedium, beispielsweise Polier- oder Läppmittel, vor einer Dickenmessung entfernt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, für die optische Dickenmessung störendes Prozessmedium vor der Messung von dem Werkstück zu entfernen. Um das Werkstück nach dem Durchlaufen des Überlaufs wieder problemlos der weiteren Bearbeitung zufuhren zu können, kann weiter vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsmaschine im Bereich außerhalb des Arbeitsspalts eine entlang der von einem Werkstück durchlaufenen Bahn hinter der Messeinrichtung angeordnete Einrichtung zum (Wieder-)Aufbringen von Prozessmedium, beispielsweise Polier- oder Läppmittel, auf das Werkstück nach einer Dickenmessung aufweist. Es kann nach Durchführung der Messung also das vor der Messung entfernte Prozessmedium wieder auf das Werkstück aufgebracht werden. Entlang der Bahn der Werkstücke durch den Überlauf können also hintereinander eine Reinigungsvorrichtung, eine Messeinrichtung und eine Einrichtung zum Wiederaufbringen von Prozessmedium vorgesehen sein.

Weiterhin kann die Messeinrichtung eine Messreinigungsvorrichtung aufweisen, mit der zumindest ein Teil der Messeinrichtung mit einem Reinigungsmedium, insbesondere einem Reinigungsfluid (Gas oder Flüssigkeit), umspült werden kann. Dabei kann eine Spülung eines optischen Messkopfes erfolgen, um diesen vor das Messergebnis verfälschenden Verschmutzungen zu schützen. Als Reinigungsfluid kommt beispielsweise saubere Luft oder ein entsprechendes wasserhaltiges Fluid in Frage. Die Spülung eines Messkopfs kann aber auch mit dem auf dem Werkstück befindlichen Prozessmedium erfolgen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die Läuferscheiben für die Zeitdauer der Dickenmessung mit einer im Vergleich zur normalen Bearbeitungsgeschwindigkeit verminderten Rotationsgeschwindigkeit betrieben werden. Die Läuferscheiben können für die Messung natürlich auch vollständig angehalten werden. Die Werkstücke durchlaufen den für die optische Messung genutzten Bereich, beispielsweise den Überlauf, bei dieser Ausgestaltung also langsamer. Auf diese Weise ist eine genauere Messung der Dicke möglich. Es kann weiterhin vorgesehen sein, die Position der zur Dickenmessung eingesetzten Messeinrichtung in Abhängigkeit von einem Verschleiß der Bearbeitungsmaschine, insbesondere der Arbeitsscheiben, anzupassen. Die Arbeitsscheiben bzw. Arbeitsbeläge nutzen sich im Betrieb ab. Beispielsweise die obere Arbeitsscheibe wird dann entsprechend neu auf die Werkstücke zugestellt, so dass wieder der gewünschte Druck auf das Werkstück ausgeübt wird. Je nach Verschleiß kann sich dadurch der Arbeitsspalt beispielsweise insgesamt nach unten verschieben. Erfolgt beispielsweise eine Abstandsmessung mit Lasern zur Dickenmessung beeinflusst eine Verschiebung des Arbeitsspalts das Messergebnis. Deshalb ist bei dieser Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen, dass die Messeinrichtung entsprechend der Verlagerung des Arbeitsspalts ebenfalls verlagert werden kann. Durch ein solches Nachführen der Messeinrichtung wird die Genauigkeit auch bei einem Verschleiß der Maschine jederzeit aufrechterhalten.

Die Bearbeitungsmaschine kann weiterhin eine Steuereinrichtung aufweisen, mit der in Abhängigkeit von einer ermittelten Werkstückdicke und/oder eines ermittelten Werkstückdickenprofils die Bearbeitungsparameter der Bearbeitungsmaschine an- gepasst werden können. Die Steuereinrichtung kann selbstverständlich auch eine Regeleinrichtung sein. Aus einer Rückmeldung der Werkstückdicke an die Maschinensteuerung kann eine Steuerung und/oder Regelung der Maschinenparameter ("Rezeptempfehlung/-variation") erfolgen. Eine solche Anpassung der Parameter der Maschine kann beispielsweise ein Abschalten der Maschine bei Erreichen eines vorgegebenen Materialabtrags, also einer vorgegebenen Werkstückdicke, sein. Ein anderes Beispiel ist das Auftreten einer unerwünschten Konvexität oder Konkavität eines gemessenen radialen Dickenprofils der Werkstücke. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass die Arbeitsscheiben bzw. die Arbeitsbeläge entsprechend eine unerwünschte Konkavität bzw. Konvexität aufweisen. Um dies zu korrigieren, kann dann als Bearbeitungsparameter die Geometrie der Arbeitsscheiben beispielsweise durch Ausüben mechanischen Drucks in gewünschter Weise beeinflusst werden. Ein weiteres Beispiel sind sogenannte segmentierte Arbeitsbeläge, z.B. bei Poliertellern. Bei solchen Arbeitsbelägen kann entsprechend einer gemessenen Geometrie des Werkstücks gezielt Druck auf einzelne Segmente des Arbeitsbelags ausgeübt werden, so dass eine gezielte Geometrieeinstellung möglich ist.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine in einer Draufsicht,

Fig. 2 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine in einer Draufsicht,

Fig. 3 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine in einem Querschnitt,

Fig. 4 einen Aufbau der erfindungsgemäßen Messeinrichtung nach einem Ausfuhrungsbeispiel, und

Fig. 5 eine Skizze zur Veranschaulichung der Strahlengänge bei der Erfindung.

Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. In Fig. 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Doppel- seitenbearbeitungsmaschine 10 in einer Draufsicht dargestellt. Zu erkennen ist die untere Arbeitsscheibe 11 mit einer unteren Arbeitsfläche 12, die zusammen mit einer nicht näher dargestellten Arbeitsfläche einer oberen Arbeitsscheibe einen Arbeitsspalt begrenzt. In dem Arbeitsspalt sind mehrere Läuferscheiben 14 angeordnet, die jeweils mehrere Ausnehmungen 16 für in Fig. 1 nicht dargestellte Werkstücke, beispielsweise Halbleiterscheiben, wie Silizium- Wafer, aufweisen. In dem dargestellten Beispiel besitzt jede Läuferscheibe 14 vier Ausnehmungen 16. Die Läuferscheiben 14 sind mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzbar, wodurch sie zusammen mit den in ihren Ausnehmungen 16 aufgenommenen Werkstücken eine zykloidische Bahn beschreiben.

Ln Zuge der zykloidischen Bahnbewegung durchlaufen die Ausnehmungen 16 und mit ihnen darin aufgenommene Werkstücke teilweise einen Bereich 18 außerhalb des durch die untere Arbeitsfläche 12 und obere Arbeitsfläche begrenzten Arbeitsspalts. Dieser Bereich 18 wird auch als Überlauf 18 bezeichnet. In der Draufsicht in Fig. 2 ist dieser an der Außenseite des ringförmigen Arbeitsspalts angeordnete Überlauf 18 vergrößert dargestellt. Ein zweiter Bereich 19 außerhalb des ringförmigen Arbeitsspalts befindet sich in Fig. 1 an der Innenseite des Arbeitsspalts. Obgleich im Folgenden eine Dickenmessung an dem Überlauf 18 an der Spaltaußenseite beschrieben wird, wäre eine solche Dickenmessung in analoger Weise auch in dem Überlauf 19 an der Innenseite des Spalts möglich.

In Fig. 2 ist darüber hinaus als obere Arbeitsscheibe 20 eine Läppscheibe 20 dargestellt, hi dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel durchläuft ein Werkstück den Überlauf 18 entlang einer durch den Pfeil 22 veranschaulichten Bahn 22. Entlang dieser Bahn 22 sind in dem Überlauf 18 hintereinander eine Reinigungsvorrichtung 24, in dem dargestellten Beispiel eine Spülvorrichtung 24, eine optische Messeinrichtung 26 sowie eine Einrichtung 28 zum Aufbringen von Prozessmedium, in dem dargestellten Beispiel einem Läppmittel, auf das Werkstück angeordnet. Mit der Spülvorrichtung 24, vorliegend einer Wasserspülung, wird auf dem Werkstück befindliches Läppmittel vor dem Durchlaufen der optischen Messeinrichtung 26 von dem Werkstück entfernt. Anschließend wird mit der optischen Messeinrichtung 26 im Überlauf 18 direkt die Dicke des Werkstücks gemessen. Um das Werkstück anschließend wieder dem normalen Bearbeitungsprozess zuführen zu können, wird mit der Einrichtung 28 das zuvor entfernte Läppmittel wieder auf das Werkstück aufgebracht. Zumindest während des Messvorgangs kann dabei die Drehzahl der Bearbeitungsmaschine 10 und insbesondere der Läuferscheiben 14 gegenüber dem normalen Betrieb reduziert werden.

In Fig. 3 ist die Messeinrichtung 26 genauer dargestellt. Dabei ist zu erkennen, wie ein in einer Läuferscheibe 14 aufgenommenes Werkstück 30, vorliegend ein Silizium- Wafer 30, den Überlauf 18 durchläuft. Der Wafer 30 befindet sich zwischen der Läppscheibe 20 und der unteren Arbeitsscheibe 11 und insbesondere in dem zwischen der oberen Arbeitsfläche 21 der Läppscheibe 20 und der unteren Arbeitsfläche 12 der unteren Arbeitsscheibe 11 begrenzten Arbeitsspalt 31. In dem Bereich des Überlaufs 18 ist die optische Messvorrichtung 26, vorliegend eine infra- rotinterferometrische Messeinrichtung 26 angeordnet. Mit der Messeinrichtung 26 wird ein Infrarotstrahlungsspektrum 32, also Infrarotstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Frequenzen, auf die Oberseite 34 des Wafers 30 gerichtet. Die Messvorrichtung 26 besitzt ein Gehäuse 36, das an seiner Unterseite durch einen magnetisch getriebenen Deckel 38 verschließbar ist. Die Messvorrichtung 26 besitzt weiterhin eine Messreinigungsvorrichtung, die in dem dargestellten Beispiel einen Luftstrom 40 zum Freihalten des Messkopfes von Verunreinigungen erzeugt.

Die von der Messeinrichtung 26 und insbesondere einer Infrarotstrahlungsquelle auf die Werkstückoberseite 34 gerichtete Infrarotstrahlung 32 wird mit einem ersten Strahlungsanteil an der Werkstückoberseite 34 reflektiert, während ein zweiter Strahlungsanteil die Werkstückdicke durchdringt, an der Werkstückunterseite reflektiert wird und direkt bzw. nach mehreren Reflektionen an der Innenseite der Oberseite 34 und der Werkstückunterseite 42 wieder an der Werkstückoberseite 34 austritt. Die von dem Werkstück 30 zurückkommenden ersten und zweiten Strahlungsanteile gelangen zu einer in Fig. 3 lediglich schematisch dargestellten Sensor- und Auswerteeinrichtung 44.

In Fig. 4 ist der Aufbau der Messeinrichtung 26 und insbesondere der Sensor- und Auswerteeinrichtung 44 genauer dargestellt. Dabei ist der Silizium- Wafer 30 gezeigt, dessen mechanische Dicke d gemessen werden soll. Eine Infrarotstrahlungsquelle 46, vorliegend eine Infrarotlampe 46 erzeugt die Infrarotstrahlung 32. Durch einen Strahlteiler 48, beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel 48, gelangt die durch eine Optik 50 fokussierte Infrarotstrahlung 32 unter senkrechtem Einfall auf die Oberseite 34 des Wafers 30.

Der Strahlengang beim Auftreffen auf den Wafer 30 ist in Fig. 5 genauer dargestellt. Ein erster Strahlungsanteil 52 wird an der Werkstückoberseite 34 reflektiert und läuft senkrecht zum Strahlteiler 48 zurück. Ein weiterer Strahlungsanteil 53 durchdringt die Werkstückdicke d, wird an der Werkstückunterseite 42 (teil-)reflektiert, durchläuft die Werkstückdicke d nochmals von der Unterseite 42 zu der Oberseite 34 und tritt zumindest teilweise als zweiter Strahlungsanteil 54 wieder an der Werkstückoberseite 34 aus. Die die Werkstückdicke d von der Werkstückunterseite 42 zur Oberseite 34 zurück durchlaufende Strahlung 53 wird an der Oberseite 34 wiederum teilreflektiert, so dass ein weiterer Strahlungsanteil 56 die Werkstückdicke d wieder von der Oberseite 34 zur Werkstückunterseite 42 durchläuft, und so weiter. Diese Strahlengänge sind an sich bekannt. Da die Strahlung 53 an der Werkstückunterseite 42 nur teilreflektiert wird, tritt bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ein dritter Strahlungsanteil 58 an der Werkstückunterseite 42 aus. Der erste und zweite Strahlungsanteil 52, 54 (und gegebenenfalls weitere reflektierte Strahlungsanteile) treffen nach ihrer Reflexion bzw. nach ihrem Wiederaustritt aus dem Werkstück 30 erneut auf den Strahlteiler 48 und werden von diesem senkrecht abgelenkt und zu einem Spektrometer 60 geführt. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Spektrometer 60 um ein Gitterspekrometer 60. Durch dieses Spektrometer 60 wird die auf das Spektrometer 60 treffende Infrarotstrahlung 32 spektral aufgefächert, wie dies in Fig. 4 schematisch als Spektrum 62 dargestellt ist. In dem Spektrum 62 ist lediglich zur Veranschaulichung die Strahlungsintensität in beliebigen Einheiten über der Wellenlänge aufgetragen.

Der von dem Wafer 30 zurückkommende Teil der Infrarotstrahlung 32, insbesondere der erste und zweite Strahlungsanteil 52, 54 interferieren miteinander in ebenfalls an sich bekannter Weise. Je nach dem durch die Waferdicke d verursachten Gangunterschied der Strahlungsanteile 52, 54 kommt es zu konstruktiver oder destruktiver Interferenz. Ein entsprechendes Interferenzdiagramm ist in allgemeiner und schematischer Weise in Fig. 4 bei dem Bezugszeichen 64 dargestellt. In dem Interferenzdiagramm 64 ist wiederum die Intensität in beliebigen Einheiten über der Wellenlänge aufgetragen. Es ergibt sich ein Interferenzmuster 66. Durch eine Auswertung des Intensitätssignals in dem Interferenzdiagramm 64 wird die Dicke d des Werkstücks 30 bestimmt. Beispielsweise aus dem Abstand 68 zweier Interferenz- maxima kann in dem Fachmann an sich bekannter Weise die optische Werkstückdicke L als Produkt der mechanischen Werkstückdicke d und des Brechungsindexes des Wafers 30 ermittelt werden. Der Intensitätsunterschied 70 zwischen einem Interferenzmaximum und einem Interferenzminimum enthält eine Information über die Reflektivität des Wafers 30. Auf Grundlage des gemessenen Intensitätsunterschieds 70 kann z.B. anhand einer im Rahmen einer Kalibrierung erstellten Kennlinie der Brechungsindex des Wafers 30 bestimmt werden. Auf dieser Grundlage kann die mechanische Werkstückdicke d als Quotient aus der ermittelten optischen Werkstückdicke L und dem ebenfalls ermittelten Brechungsindex n berechnet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine ist online während der Bearbeitung eines Werkstücks 30 eine im Vergleich zum Stand der Technik genauere Dickenmessung möglich. Dabei kann zumindest der in dem Überlauf 18 befindliche Teil des Werkstücks 30 radial vermessen werden, wobei entlang einer radialen Oberflächenlinie auf dem Werkstück nacheinander das Verfahren zur Dickenmessung durchgeführt wird und so ein radiales Dickenprofil erstellt wird.

Auf Grundlage dieser Dickenmessung können Rückschlüsse auf die Geometrie des Werkstücks 30 und insbesondere ein Vergleich der gemessenen Geometrie mit einer vorgegebenen Geometrie erfolgen. Auf dieser Grundlage können von einer nicht näher dargestellten Steuer- und/oder Regeleinrichtung ein oder mehrere Parameter der Bearbeitungsmaschine angepasst werden, um die Werkstückgeometrie in der gewünschten Weise zu beeinflussen.

Es wird darauf hingewiesen, dass obgleich in dem in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispiel eine optische Messung der Werkstückdicke in dem von den Werkstücken durchlaufenen Bereich außerhalb des Arbeitsspalts beschrieben ist, erfindungsgemäß in analoger Weise auch eine Dickenmessung mittels einer oder mehrerer in den Arbeitsscheiben der Maschine, beispielsweise der oberen Arbeitsscheibe, angeordneten optischen Messeinrichtungen erfolgen kann.