Z-Höhenmessung mit berührungslosen Sensoren

WEISSES PAPIER

Anwendungshinweis LA03-0055

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Zusammenfassung

Z-Höhenmessungoder jede hochauflösende, berührungslose Messung der kritischen Position in einer Achse mit hoher Genauigkeit ist in vielen Branchen ein häufiger Bedarf. Viele Ingenieure haben Mühe gehabt, eine genaue Messung mit hoher Auflösung zu erzielen, während sie mit den Konstruktionsanforderungen und Implementierungsproblemen fertig wurden, die durch begrenzten Platz, Temperaturänderungen, Vakuum, Interferenzen der Zieloberfläche und Beschädigungen der Messsonden infolge eines zufälligen Kontakts mit dem Ziel verursacht wurden. Kapazitive und berührungslose Wirbelstromsensoren werden aufgrund ihrer geringen Größe, Flexibilität, Benutzerfreundlichkeit, hohen Auflösung, berührungslosen Beschaffenheit und robusten Konstruktion zu einer Standardtechnologie für die Messung der Z-Höhe. Kapazitive Sensoren und Wirbelstromsensoren können auch problemlos an bestimmte Z-Höhen-Messanwendungen angepasst werden.

Empfohlene Z-Höhenmessgeräte

Kapazitive Sensoren der Elite-Serie

<1 nm Auflösung Erfordert eine saubere, trockene Umgebung

Elite-Serie

 

ECL202 Wirbelstromsensor

<100 nm Auflösung Funktioniert in feuchter Umgebung. Erkennt keine Nichtleiter

ECL202

 

Technologies

Viele Technologien wurden auf diese angewendet z-Höhenmessungen, jeder mit seinen eigenen Herausforderungen. Die Kontaktmessung kann die Zieloberflächen beschädigen. Das optische Messen kann unter thermischer Empfindlichkeit und inkonsistentem Reflexionsvermögen des Targetmaterials leiden und es kann schwierig sein, es in den erforderlichen Raum einzupassen. Einige kapazitive Produkte können die interne Elektronik beschädigen, wenn das Ende der Sonde eine geerdete Oberfläche berührt (kapazitive Wegsensoren von Lion Precision haben dieses Problem nicht).
Kapazitive und Wirbelstromsensoren von Lion Precision sind robust, thermisch kompensiert, können Auflösungen von weniger als einem Nanometer und Bandbreiten von bis zu 15 kHz aufweisen. Sie können im Vakuum verwendet werden und ihre geringe Verlustleistung führt zu keiner Erwärmung Ihrer empfindlichen Umgebung. Sie können auch für eine perfekte Passform angepasst werden. Kapazitive Sensoren bieten die absolut höchste Auflösung, müssen jedoch in einer sauberen Umgebung verwendet werden. Wirbelstromsensoren können in feuchten Umgebungen eingesetzt werden und bieten Auflösungen unter 100 nm.

Anwendungen und Branchen

Z-Höhenmessung ist in Branchen üblich, in denen eine präzise Positionierung für die optische und nichtoptische Verarbeitung erforderlich ist. Einige der vielen Anwendungen umfassen: Halbleiterwafer-Bearbeitung und -Inspektion, Mikrolithographie, optische und nichtoptische Mikroskopie, Fokussierung und Vorfokussierung, Positionierung und Ausrichtung der Maske, Abtaststeuerung und Planarisierung. Diese Anwendungen erfordern häufig eine kritische Positionierung, wenn Nanometer eine Rolle spielen. Sie können auch anspruchsvolle Umgebungen umfassen, von mit Schlamm gefüllten Umgebungen mit chemisch-mechanischer Planarisierung bis zu Vakuumumgebungen, die eine geringe Ausgasung und eine geringe Verlustleistung erfordern.

Maskenausrichtung Z-Höhe

Bei der Halbleiterverarbeitung verwendete Masken müssen präzise ausgerichtet werden, um die heutigen Schaltungsdichten zu erreichen. Vier berührungslose Sonden können montiert werden, um die z-Höhe und Parallelität der Maske relativ zum Wafer zu überwachen. Die Aufrechterhaltung gleicher Ausgänge der Sensoren sorgt für Parallelität, während der tatsächliche Ausgangswert die kritische Spaltdimension angibt.

Sensordiagramm

Chemisch-mechanische Planarisierung (CMP Z-Höhe)

Ein präziser Läppprozess wird in Halbleiter-, Plattenlaufwerks- und anderen Industrien verwendet, die eine genau kontrollierte Tiefe der Materialentfernung erfordern. Der chemisch-mechanische Planarisierungsprozess verwendet eine Schleifaufschlämmung auf einer Präzisionsplatte, die sich gegen das zu läppende Objekt dreht. Wenn Material entfernt wird, bewegt sich der Träger, der das zu überlappende Objekt hält, näher an die Walze heran. Wirbelstromsensoren erfassen die Aufschlämmung nicht und liefern dadurch eine genaue Messung der relativen Position der Walze zum Träger (z-Höhe), um festzustellen, wie viel Material entfernt wurde. Die hohe Auflösung der Sensoren ermöglicht Messungen bis zu 100 nm. Bei Halbleiterwafern können die Wirbelstromsensoren den Wafer und die Aufschlämmung „durchschauen“, um den Abstand zur Walze zu messen.

Diagramm

Fokus / Vorfokus

Optische und nichtoptische Mikroskopie erfordern präzise z-höhe positionierung um den richtigen Fokus beizubehalten. Es gibt zwar optische Algorithmen zur Steuerung des Fokus, diese können jedoch bei der Suche nach dem richtigen Fokus langsam sein. Berührungslose Sensoren können verwendet werden, um schnell zu einer Position mit genauer Brennweite zu gelangen, an der die optischen Algorithmen den Prozess schneller abschließen können.
Aufgrund des begrenzten Raums und des extremen Leistungsbedarfs bei vielen Mikroskopieanwendungen ergeben sich erhebliche Vorteile bei der Verwendung kundenspezifische Sonden; Diese Zeichnung zeigt kapazitive Sonden, die bei 45 ° konfiguriert sind.

Diagramm

Scannen

Einige Verarbeitungs- und Inspektionsanwendungen verwenden einen Scankopf, um die Oberfläche des Zielobjekts zu behandeln oder zu inspizieren. Z-Höhenabstand und Ausrichtung sind immer noch kritisch, aber anstelle einer statischen Steuerung ist diese Anwendung dynamisch. Kapazitive und Wirbelstromsensoren von Lion Precision haben große Bandbreiten von 15 kHz und bei Bedarf Bandbreiten von bis zu 80 kHz. Die schnelle Reaktionszeit und die hervorragende Phasenreaktion ermöglichen eine präzise und stabile Servosteuerung in dynamischen Anwendungen.

Diagramm

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