Start
Baza wiedzy
Automatyka pomiarowa i inspekcyjna Bezstykowy pomiar wysokości Z za pomocą czujników pojemnościowych i wiroprądowych

Bezstykowy pomiar wysokości Z za pomocą czujników pojemnościowych i wiroprądowych

Bezstykowy pomiar wysokości Z lub jakikolwiek inny pomiar istotnego położenia w danej osi, charakteryzujący się wysoką rozdzielczością i dokładnością, jest powszechną potrzebą w wielu branżach. Wielu inżynierów ma problemy z wdrożeniem pomiaru charakteryzującego się ww. cechami, jednocześnie radząc sobie z wymaganiami projektowymi i problemami z implementacją spowodowanymi m.in. ograniczoną przestrzenią montażu, zmianami temperatury w środowisku produkcyjnym, próżnią, niejednorodnością mierzonej powierzchni oraz uszkodzeniami czujników wynikającymi z przypadkowych kolizji z obiektem wykrywanym. Bezstykowe czujniki przemieszczenia, działające w oparciu o technologię pojemnościową i wiroprądową, stają się standardową technologią pomiaru wysokości Z ze względu na mały rozmiar, elastyczność, łatwość użycia, wysoką rozdzielczość i bezstykowy charakter pomiaru oraz solidną konstrukcję.

Zalecany sprzęt do pomiaru wysokości Z

Czujniki pojemnościowe serii Elite:

  • rozdzielczość < 1 nm
  • wymagają czystego, suchego środowiska


Czujnik wiroprądowy serii ECL202:

  • rozdzielczość < 100 nm
  • możliwość pracy w wilgotnym środowisku
  • nie wykrywa materiałów nieprzewodzących

Technologie pomiaru

Do pomiarów wysokości Z stosowanych jest wiele różnych technologii, przy czym każda z nich charakteryzuje się innymi wadami. Pomiar stykowy może uszkodzić mierzone powierzchnie. Pomiar optyczny wrażliwy jest na niestabilność temperaturową, nierównomierne odbicie światła od powierzchni oraz wymaga dużej, wolnej przestrzeni pomiarowej. Natomiast w niektórych czujnikach pojemnościowych może dochodzić do uszkodzenia elektroniki, jeśli końcówka sondy dotknie uziemionej powierzchni (w czujnikach Lion Precision problem ten został wyeliminowany).

Czujniki pojemnościowe i wiroprądowe Lion Precision charakteryzują się dużą wytrzymałością, kompensacją temperaturową, wysoką rozdzielczością na poziomie poniżej 1 nm oraz szerokością pasma pomiarowego do 15 kHz. Mogą być używane w próżni ze względu na niskie rozpraszanie ciepła we wrażliwym środowisku. Istnieje możliwość dopasowania czujnika ściśle do danego zadania pomiarowego. Czujniki pojemnościowe zapewniają najwyższą rozdzielczość, jednakże wymagają pracy w czystym środowisku. Czujniki wiroprądowe mogą być używane w wilgotnym środowisku, jednocześnie zapewniając rozdzielczość na poziomie poniżej 100 nm.

Aplikacje i przemysł

Pomiar wysokości Z jest powszechny w branżach wymagających precyzyjnego pozycjonowania, przeznaczonego w aplikacjach wykorzystujących metody przetwarzania optycznego i nieoptycznego. Niektóre z nich obejmują: obróbkę i kontrolę płytek półprzewodnikowych, mikrolitografię, mikroskopię optyczną i nieoptyczną, ogniskowanie i wstępne ustawianie ostrości systemów optycznych, pozycjonowanie i wyrównywanie maski, kontrola skanowania lub planaryzacja chemiczno-mechaniczna. Aplikacje te wymagają często bardzo dokładnego (rzędu nanometrów) pozycjonowania. Pomiary mogą być realizowane w trudnych, zanieczyszczonych lub agresywnych środowiskach, począwszy od zawiesiny wypełniającej środowisko planaryzacji chemiczno-mechanicznej po środowiska próżniowe wymagające niskiego odgazowania i rozpraszania małej mocy.

Dopasowanie maski do wysokości Z

Maski stosowane w produkcji półprzewodników muszą być dokładnie dopasowane, aby móc uzyskać obecne parametry dotyczące gęstości nanoszonych ścieżek na wytwarzanych układach scalonych. Cztery bezstykowe czujniki mogą służyć do monitorowania wysokości Z i równoległości maski w stosunku do wytwarzanej płytki. Utrzymanie równych wartości na wyjściach czujników zapewnia równoległość; podczas gdy faktyczna wartość wyjściowa informuje o wielkości szczeliny pomiędzy czujnikiem a kontrolowanym obiektem.

Planaryzacja chemiczno- mechaniczna (wysokość CMP)

W produkcji półprzewodników, napędów dyskowych i innych gałęziach przemysłu, stosowany jest precyzyjny proces polerowania. Wymaga on precyzyjnej kontroli ilości usuwanego materiału. Proces chemiczno-mechanicznej planaryzacji wykorzystuje zawiesinę ścierną na precyzyjnej tarczy polerującej, która obraca się w kierunku przeciwnym do polerowanego obiektu. Po usunięciu warstwy materiału, nośnik utrzymujący polerowny obiekt przesuwa się bliżej tarczy. Zastosowane czujniki wiroprądowe nie wykrywają zawiesiny, a tym samym umożliwiają precyzyjny pomiar względnego położenia tarczy polerującej względem nośnika (wysokość Z) w celu ustalenia ilości usuniętego materiału. Wysoka rozdzielczość czujników umożliwia pomiary z dokładnością do 100 nm. W przypadku płytek półprzewodnikowych czujniki wiroprądowe mogą wykryć płytkę półprzewodnikową i zawiesinę w celu pomiaru odległości do tarczy polerującej.

Ogniskowanie/ogniskowanie wstępne

Mikroskopia optyczna i nieoptyczna wymaga precyzyjnego pozycjonowania wysokości Z w celu utrzymania prawidłowego ustawienia ostrości. Mimo, że istnieją algorytmy optyczne przeznaczone do kontroli ostrości, mogą one okazać się zbyt wolne podczas wyszukiwania prawidłowych ustawień. Czujniki bezstykowe mogą być wykorzystywane w celu szybkiego przejścia do pozycji, w której uzyskana zostanie dokładna wartość ogniskowej systemu, a wówczas algorytmy optyczne mogą szybciej zakończyć proces kontroli i ustawienia ostrości. Ze względu na ograniczoną przestrzeń montażu oraz zwiększone wymagania wydajnościowe, zastosowanie czujników w układach mikroskopowych charakteryzuje się wieloma zaletami. Rysunek przedstawia czujniki pojemnościowe zaprojektowane pod kątem 45° do powierzchni.

Skanowanie

Niektóre zastosowania w przemyśle przetwórczym lub kontroli jakości używają głowic skanujących w celu inspekcji powierzchni sprawdzanego obiektu. W tym przypadku wartościami krytycznymi jest wielkość szczeliny w osi Z oraz korekta systemu w stosunku do powierzchni, a sam pomiar wykonywany jest dynamicznie. Czujniki pojemnościowe i wiroprądowe Lion Precision charakteryzują się szerokimi pasmami pomiarowymi na poziomie 15 kHz, a w razie potrzeby nawet 80 kHz. W aplikacjach dynamicznych szybki czas reakcji oraz dokładna odpowiedź fazowa umożliwiają precyzyjne i stabilne sterowanie serwomechanizmem.

Treść powyższego artykułu korzysta z ochrony udzielanej przez przepisy ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych (j.t. Dz. U. z 2006 r. Nr 90, poz. 631 ze zm.). Każdy z Klientów zobowiązany jest do poszanowania praw autorskich pod rygorem odpowiedzialności cywilnoprawnej oraz karnej wynikającej z przepisów tej ustawy. Treść artykułu – w całości bądź jakiejkolwiek części – może być wykorzystywana tylko w zakresie dozwolonego użytku osobistego. Wykorzystanie tego artykułu - w całości bądź jakiejkolwiek części - do innych celów a w szczególności - komercyjnych, w tym kopiowanie, publiczne odtwarzanie, lub udostępnianie osobom trzecim w jakikolwiek inny sposób, może następować tylko pod warunkiem uzyskania wyraźnego pisemnego zezwolenia ITA i na warunkach określonych przez ITA. W celu uzyskania zgody na wykorzystanie zawartości Strony, należy skontaktować się z ITA za pośrednictwem formularza kontaktowego dostępnego w zakładce Kontakt. Korzystanie z powyższej treści w celu innym niż do użytku osobistego, a więc do kopiowania, powielania, wykorzystywania w innych publikacjach w całości lub w części bez pisemnej zgody ITA jest zabronione i podlega odpowiedzialności cywilnoprawnej oraz karnej wynikającej z przepisów ustawy o prawie autorskim i prawach pokrewnych.

ITA spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp. k. ul. Poznańska 104, Skórzewo,  
60-185 Poznań

Kontakt

+48612225800 +48612225800