(57)【要約】      （修正有）【課題】単純な設計と低い故障率を特徴とする改良された距離測定デバイスを提供する。【解決手段】距離測定デバイスの測定ヘッドが、広帯域測定光から形成された少なくとも１つの測定光ビーム５によって測定対象物４に対して光学測定プロセスを行うための光学測定システム１を有する。測定ヘッドは、さらに、液体入口、及び測定対象物に向けられた液体ジェットを生成するための液体出口を有する液体ガイド２を有し、この液体ガイドは、特定の区間で、少なくとも測定光ビームが本質的に液体ジェットに沿って進むように設計されている。測定ヘッドは、層流チャネル８を有する流れ要素３をさらに有し、流れ要素は、層流チャネルを通過することによって少なくとも１つの測定光ビームが測定対象物に到達することができるように設計されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
距離測定デバイスの測定ヘッドであって、
広帯域測定光から形成された少なくとも１つの測定光ビーム（５）によって測定対象物（４）に対して光学測定プロセスを行うための光学測定システム（１）と、
液体入口（２８）、及び前記測定対象物（４）に向けられた液体ジェットを生成するための液体出口（２７）を有する液体ガイド（２）であって、特定の区間で少なくとも前記測定光ビーム（５）が本質的に液体ジェットに沿って進むように設計された、液体ガイド（２）と、
層流チャネル（８）を有する流れ要素（３）であって、前記層流チャネル（８）を通過することによって前記少なくとも１つの測定光ビーム（５）が前記測定対象物（４）に到達することができるように設計された、流れ要素（３）と、
を備える測定ヘッド。
【請求項２】
前記光学測定システム（１）が、スペクトル干渉型又は色収差式共焦点距離測定プロセスを行うように設計されている、請求項１に記載の測定ヘッド。
【請求項３】
前記液体出口（２７）が、前記液体ジェットが前記測定光ビーム（５）と本質的に同軸に前記測定ヘッド（２０）から出ることができるように設計されている、請求項１又は２に記載の測定ヘッド。
【請求項４】
前記液体出口（２７）が、ノズルチャンバ（２６）を有するノズル（２５）のノズル開口として設計され、前記流れ要素（３）が、ノズルチャンバ挿入部として設計されている、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の測定ヘッド。
【請求項５】
前記流れ要素（３）が、少なくとも部分的に液体透過性の壁（７）を有する、前記測定光ビーム（５）に本質的に同軸に向けられた中空円筒体の形で設計されている、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の測定ヘッド。
【請求項６】
前記壁（７）に、本質的に対称に配置された径方向の穴（９）が設けられている請求項５に記載の測定ヘッド。
【請求項７】
前記壁（７）が特定の多孔率を有する、請求項５に記載の測定ヘッド。
【請求項８】
前記流れ要素（３）が、焼結プロセスを使用して製造された要素である、請求項７に記載の測定ヘッド。
【請求項９】
前記壁（７）が、１０％〜４０％の範囲内、特に１５％〜３０％の範囲内の多孔率を有する、請求項７又は８に記載の測定ヘッド。
【請求項１０】
前記流れ要素（３）が、２０μｍ〜２００μｍの間、特に５０μｍ〜１００μｍの間の直径を有する焼結粒子（１０）を有する、請求項７、８、又は９に記載の測定ヘッド。
【請求項１１】
前記焼結粒子（１０）が本質的に同じ粒径である、請求項１０に記載の測定ヘッド。
【請求項１２】
前記光学測定システム（１）が偏向ミラー（１６）を備える、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の測定ヘッド。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の少なくとも１つの測定ヘッドを備える距離測定デバイスであって、広帯域光を前記測定ヘッド（２０）に送給し、測定対象物（４）によって反射されて戻された測定光を減結合するための光学ユニット（３１）を有し、前記光学ユニット（３１）が、前記測定ヘッド（２０）に液密に接続することができるように設計されている、距離測定デバイス。
【請求項１４】
前記光学ユニット（３１）が、シースを設けられたマルチモードファイバを前記測定ヘッドに接続するためのファイバ接続部を有し、前記マルチモードファイバの前記シースが、空気供給ホースを受け入れるように設計された、請求項１３に記載の距離測定デバイス。
【請求項１５】
前記シースが、前記マルチモードファイバ及び前記空気供給ホースによって占有されていない自由空間を含むように設計された、請求項１４に記載の距離測定デバイス。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの測定ヘッド（２０）が、半導体ウェハの表面までの距離を取得するための第１の測定ヘッドと、前記半導体ウェハの縁部に隣接する接触面までの距離を取得するための第２の測定ヘッドとを備える、請求項１３〜１５のうちいずれか一項に記載の距離測定デバイス。
【請求項１７】
測定対象物に対する距離を取得するための方法であって、
光学測定システムを備える少なくとも１つの測定ヘッドから、広帯域測定光から形成された少なくとも１つの測定光ビームを放出して、測定対象物に対して光学測定プロセスを行うステップと、
液体ガイドによって、前記測定対象物に向けられる液体ジェットを生成するステップであって、前記液体ガイドが、特定の区間で、少なくとも前記測定光ビームが液体を通って前記液体ジェットに沿って進むように設計された、ステップと、
前記測定対象物に対する前記距離を把握するために、前記測定対象物によって反射された前記測定光ビームの成分を評価するステップであって、前記液体ガイドが、層流チャネルを有する流れ要素を備え、前記少なくとも１つの測定光ビームが、前記流れ要素の前記層流チャネルを通過することによって前記測定対象物に到達する、ステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
半導体ウェハの薄化中、特に前記半導体ウェハの湿式研削中に、前記半導体ウェハの厚さを監視するために、前記測定対象物としての前記半導体ウェハに対して行われる、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記液体として、水、特に脱イオン水が使用される、請求項１７又は１８に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの測定光ビームが、半導体ウェハの表面までの距離を取得するために第１の測定ヘッドから放出される第１の測定光ビームと、前記半導体ウェハの縁部に隣接する接触面までの距離を取得するために第２の測定ヘッドから放出される第２の測定光ビームとを含み、前記プロセスが、前記測定対象物によって反射された前記第１の測定光ビーム及び前記第２の測定光ビームの前記成分の評価を含む、請求項１７、１８、又は１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記液体ジェットが、０．５ｌ／ｍ〜５ｌ／ｍの間、特に１．５ｌ／ｍ〜３ｌ／ｍの間の流速を有する、請求項１７〜２０のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学距離測定デバイス、特に広帯域光源を用いて動作する光学距離測定デバイスと、距離及び距離差を測定するため、特に半導体ウェハ薄化中の半導体ウェハの厚さを監視するための対応する距離測定プロセスとに関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域光の反射スペクトルを使用して試料の表面及び境界までの距離及びそれらの距離差を把握することを可能にする、広帯域光源を備える光学距離測定デバイスが知られている。広帯域光の反射スペクトルの把握に基づくこの種の距離測定デバイスに関して、使用される測定プロセスに応じて、ＯＣＴ（光コヒーレンストモグラフィ）又はスペクトル干渉型構成を有する距離測定デバイスと、色収差式共焦点構成を有する距離測定デバイスとが区別される。独国特許発明第１０２０１００１６８６２号明細書には、走査距離測定のためのスペクトル干渉測定原理の使用が記載されている。独国特許発明第１０３２５９４２号明細書には、透明体の厚さの測定における色収差式共焦点測定原理の使用が記載されている。
【０００３】
既知の距離測定デバイスは、半導体ウェハ薄化中に半導体ウェハの厚さを監視するには不適当である又は適性が限られている。特に、研削粒子及び放出されたウェハ粒子が、測定を損ない、さらには測定デバイスの損傷を引き起こすことさえある。
【０００４】
液密の光放射領域と、不純物を洗い流すための液体ノズルとを備えるデバイスが、独国特許出願公開第１０２００７０４８２９５号明細書から知られている。しかし、このデバイスは故障しやすく、したがってその距離測定の信頼性及び精度が損なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第１０２０１００１６８６２号明細書
【特許文献２】独国特許発明第１０３２５９４２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００７０４８２９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、単純な設計と低い故障率を特徴とする改良された距離測定デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、第１の態様による距離測定デバイスの測定ヘッドが提供され、この測定ヘッドは、広帯域測定光から形成された測定光ビームによって測定対象物に対して光学測定プロセスを行うための光学測定システムを備える。この目的のために意図された広帯域光源によって放射される光を、特に広帯域測定光として使用することができる。
【０００８】
測定ヘッドは、液体入口、及び測定対象物に向けられた液体ジェットを生成するための液体出口を有する液体ガイドを備え、液体ガイドは、特定の区間で、少なくとも測定光ビームが本質的に液体ジェットに沿って進むように設計されている。
【０００９】
測定ヘッドは、層流チャネルを有する流れ要素をさらに備え、流れ要素は、特に層流チャネルに沿って層流チャネルを通過することによって少なくとも１つの測定光ビームが測定対象物に到達することができるように設計されている。
【００１０】
測定光ビームは、液体ジェットに沿って進むので、所期通りに、したがって効率的に、擾乱不純物の影響を受けないようにしておくことができる。層流チャネルを有する流れ要素を設けることにより、測定光ビームに沿った液体乱流を抑制又は低減することが可能になる。したがって、液体ジェットを旋回防止又は層流化することができ、それにより、液体ジェットは、高い流量でさえほぼ均質な光学媒体として作用し続ける。特に、これにより、擾乱を及ぼす密度勾配及び気液転移を回避又は低減することが可能となり、それにより、測定精度と測定信頼性との両方を高めることが可能になる。特に、これは、液体ジェットが崩壊して液滴になることがない、したがってこれが通常生み出す気液転移によって測定が著しく損なわれることない状態で、液体ジェットの流量を増加させることを可能にする。
【００１１】
光学測定システムは、スペクトル干渉型及び／又は色収差式共焦点距離測定プロセスを行うように設計することができる。この光学測定システムは、特に、半導体ウェハ薄化中又は湿式研削中に半導体ウェハの厚さを把握又は監視するように設計することができる。測定要件及び用途に応じて、これら２つの光学的構成を時として相補的に使用することができる。これらのプロセスでは、特に、測定対象物から反射されて戻される光を分光計又は光検出器（特に調整可能な光源の場合）によって取得し、スペクトル干渉型又は色収差式共焦点プロセスを使用する評価ユニットによって評価して、研削プロセス中に半導体ウェハの厚さを把握する、又は半導体ウェハの厚さを監視することができる。
【００１２】
特に、光学測定システムは、１．５ｍｍ〜３．０ｍｍの間、特に２．２ｍｍ〜２．４ｍｍの間の測定範囲を有する色収差式共焦点光学測定システムとして設計することができる。そのような測定範囲は、特に、半導体ウェハ薄化プロセスを監視するのに適している。
【００１３】
また、層流チャネルを有する流れ要素を使用することにより、水出口を拡大することもでき、特に、高い開口数を有する光学測定システムを使用することが可能になる。これは、特に、色収差式距離測定の測定精度を高めることを可能にする。
【００１４】
液体出口は、液体ジェットが測定光ビームに対して本質的に同軸に、特に測定対象物の測定表面に対して垂直に測定ヘッドから出ることができるように設計することができる。測定光ビームと液体ジェットとを同軸に配置することにより、測定光ビームの光路が、本質的に、研削粒子をほぼ含まない液体を通って又はリンス液を通って確実に進むことが可能である。測定表面に対する液体ジェットの垂直な配置により、リンス液が測定表面の全面に広がることができ、したがって、研磨粒子及び他のプロセス残渣を、測定光ビームの光路から全ての側に洗い流すことができる。
【００１５】
液体出口は、ノズルチャンバを有するノズルのノズル開口として設計することができ、流れ要素は、ノズルチャンバ挿入部として設計することができる。このようにして、流れ要素を簡単に測定ヘッドに組み込むことができる。
【００１６】
流れ要素は、少なくとも部分的に液体透過性の壁を有する、測定光ビームに本質的に同軸に向けられた中空円筒体の形で設計することができる。液体は、少なくとも部分的に液体透過性の壁を通って中空円筒体の内部に流入することができ、それにより、中空円筒体の内部の層流を促し、中空円筒体の内部が層流チャネルとして機能できるようにする。
【００１７】
少なくとも部分的に液体透過性の壁は、特に、円筒軸又は円筒体の対称軸に対して対称的に配置された径方向の穴又は壁穴を有することができる。径方向の穴の対称的な配置は、液体が層流チャネルに流入するときの乱流を促す渦の発生を抑制又は低減する効果を有し、それにより、層流チャネルから流出する液体ジェットの安定性を高めることを可能にする。特に、これにより、液体ジェットの早期の崩壊を防止することが可能になる。
【００１８】
壁は、特に、少なくとも部分的に多孔質である又は多孔質材料を有するように設計することができる。壁の多孔性により、全ての側から層流チャネルへの均質な、さらには径方向の液体の流入を実現し、液体が層流チャネルに入る最大の流入速度を低下させることが可能である。流入速度のこの低下は、特に層流チャネル内での層流の生成に有利であり、それにより、液体ジェットの完全性又は光学的特性を損なうことなく液体ジェットの流量又は流速を増加させることができる。さらに、流れ要素の多孔質の壁は、液体入口を通って液体ガイド内に進む洗浄された粒子が測定光ビームに到達することを防止する液体フィルタとして機能することができる。
【００１９】
流れ要素は、焼結プロセスを使用して製造された任意の流れ要素でよい。特に、この流れ要素は、金属粒子から成る焼結中空円筒体として設計することができる。このプロセスでは、金属又は金属粒子又は焼結粒子は、焼結プロセスにおいて一緒に焼成されて、凝集性多孔質材料を形成する。焼結プロセスは、制御された様式で、金属粒子から所望の多孔率を有する流れ要素の製造を可能にする。製造プロセスは、特に加圧下での炉内ステップを含むことができ、そのステップ中、対応する形状の工具で焼結粒子が圧密される。流れ要素の孔径は、金属粒子の粒径及び炉工程中に選択される圧力によって調節することができる。
【００２０】
流れ要素の選択される多孔率は、１０％〜４０％、特に１５％〜３０％の範囲内でよい。１０％〜４０％の間、特に１５％〜３０％の間の多孔率範囲は、高い液体流れ均一性での高い液体透過性を特徴とし、これは、高い液体流量でさえ層流を維持することができることを意味する。
【００２１】
焼結粒子及び金属粉末又は金属粒子は、２０μｍ〜２００μｍの間、特に５０μｍ〜１００μｍの間の直径を有していてよい。この粒径の粉末粒子は、層流を促す低い孔径を、壁の高い多孔率又は高い液体透過性と組み合わせるのに特に適している。
【００２２】
焼結粒子は本質的に同じ粒径でよい。等しい粒径の粒子は、焼結プロセス中に本質的に全ての粒子が互いに連係又は結合されるように一緒に焼成することができる。これは、特に、脱落した焼結粒子によってリンス液が汚染される可能性を低減するのに役立つ。
【００２３】
光学測定システムは、偏向ミラーを備えることができる。特に、光学測定システムのビーム経路内に、互いに対して９０°に向けられた２つの区間にビーム経路を分割する偏向ミラーを配置することが可能である。偏向ミラーを測定ヘッドに設けることによって、特にコンパクトな測定ヘッド設計を実現することができる。したがって、特に、液体供給部と光供給部を互いに平行に配置すると同時に特に低い測定ヘッド設計高さを実現することが可能である。このようにして、測定ヘッドは、ウェハ処理機械、特に湿式研削機に容易に組み込むことができる。
【００２４】
第２の態様によれば、少なくとも１つの測定ヘッドを有する距離測定デバイスが第１の態様に従って提供され、この距離測定デバイスは、広帯域光を測定ヘッドに送給し、測定対象物から反射されて戻された測定光を減結合するための光学ユニットをさらに有する。光学ユニットは、測定ヘッドに液密に接続することができるように設計することができる。特に、光学ユニットは、測定ヘッドに液密に接続されたハウジングを有することができる。
【００２５】
光学ユニットの液密接続により、作業液又はリンス液が光学測定システムに損傷を及ぼしたり測定を損なったりすることがあり得ないようにすることができる。
【００２６】
光学ユニットは、シースを設けられたマルチモードファイバを測定ヘッドに接続するためのファイバ接続部を有することができ、シースは、マルチモードファイバに隣接して位置決めされて、空気供給ホースを受け入れる。マルチモードファイバ接続を使って、空気供給ホースによって空気を光学計測システムに簡単に供給することができる。
【００２７】
シースはさらに、マルチモードファイバ又は空気供給ホースによって占有されていない自由空間を含むように設計することができる。この自由空間により、マルチモードファイバ接続を使って空気を光学測定システムに簡単に供給することができる。
【００２８】
ファイバ接続は、歪緩和機能を有するプラグとして設計することができる。これにより、マルチモードファイバにおける歪みの蓄積を抑制又は低減することができる。
【００２９】
距離測定デバイスの少なくとも１つの測定ヘッドは、半導体ウェハの表面までの距離を取得するための第１の測定ヘッドと、半導体ウェハの縁部に隣接する接触面までの距離を取得するための第２の測定ヘッドとを備えることができる。第１の測定ヘッド及び第２の測定ヘッドによって把握された距離を使用して、簡単に距離の差として半導体ウェハの絶対厚さを把握することが可能である。
【００３０】
さらなる態様によれば、測定対象物に対する距離を取得するためのプロセスが提供される。このプロセスは、
−光学測定システムを備える少なくとも１つの測定ヘッドから、広帯域測定光から形成された少なくとも１つの測定光ビームを放出して、測定対象物に対して光学測定プロセスを行うステップと、
−液体ガイドによって、測定対象物に向けられる液体ジェットを生成するステップであって、液体ガイドが、特定の区間で少なくとも測定光ビームが液体を通って液体ジェットに沿って進むように設計された、ステップと、
−測定対象物に対する距離を把握するために、測定対象物によって反射された測定光ビームの成分を評価するステップであって、液体ガイドが、層流チャネルを有する流れ要素を備え、少なくとも１つの測定光ビームが、流れ要素の層流チャネルを通過することによって測定対象物に到達する、ステップと
を含む。
【００３１】
プロセスは、特に、上述した距離測定デバイスの１つを用いて行うことができる。液体ジェットを層流チャネルによって旋回防止することができ、それにより、液体ジェットは、高い流量でさえほぼ均質な光学媒体として作用し続ける。特に、これにより、擾乱を及ぼす密度勾配及び気液転移を回避又は低減することが可能となり、それにより測定精度と測定信頼性との両方を高めることが可能になる。
【００３２】
特に、このプロセスは、測定対象物としての半導体ウェハに対して行うことができ、半導体ウェハ薄化中、特に半導体ウェハ研削中に半導体ウェハの厚さを監視する。
【００３３】
液体として、水、特に脱イオン水を使用することができる。脱イオン水は、半導体産業においてリンス剤として通常的に使用されている。さらに、脱イオン水は、低い吸収係数及び有利な屈折特性を有する。
【００３４】
このプロセスでは、少なくとも１つの測定光ビームが、半導体ウェハの表面までの距離を取得するために第１の測定ヘッドから放出される第１の測定光ビームと、半導体ウェハの縁部に隣接する接触面までの距離を取得するために第２の測定ヘッドから放出される第２の測定光ビームとを含むことができ、このプロセスが、測定対象物によって反射された第１の測定光ビーム及び第２の測定光ビームの成分の評価を含むことも可能にする。
【００３５】
第１の測定ヘッド及び第２の測定ヘッドによって把握された距離を使用して、簡単に距離の差として半導体ウェハの絶対厚さを把握することが可能である。
【００３６】
液体ジェットは、１．５ｌ／ｍを超える、特に２ｌ／ｍを超える流量又は流速を有することができる。流量を１．５ｌ／ｍ超又は２ｌ／ｍ超に増加させることにより、擾乱不純物を光路から効率的に洗い流すことができ、プロセス中の液体ジェットの光学的特性を著しく損なうことがない。
【００３７】
図面を参照していくつかの実施形態を以下でより詳細に説明するが、同一又は同等の構成要素を示すために同一の参照番号が使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】一実施形態による距離測定デバイスの測定構成を概略的に示す図である。
【図２】一実施形態による流れ要素の概略断面を示す図である。
【図３】一実施形態による流れ要素の概略断面を示す図である。
【図４】一実施形態による色収差式光学測定システムを備える距離測定デバイスの測定構成を概略的に示す図である。
【図５】一実施形態による距離測定デバイスの測定ヘッドの概略断面を示す図である。
【図６】図５の拡大断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、一実施形態による距離測定デバイスの測定構成を概略的に示す。この図は、特に、光学測定プロセスを行うための光学測定システム１と、流れ要素３を有する液体ガイド２と、光学測定プロセスを施すことができる測定対象物４とを示す。さらに、図１は、光学測定システム１から測定対象物４まで延びる測定光ビーム５を幅広の矢印として記号で示している。測定光ビーム５は、広帯域光源（図示せず）から発する広帯域測定光から光学測定システム１によって形成される。図１は、液体の流れを示すために、湾曲した矢印の形で流れ線６も示す。
【００４０】
図１に示す例では、光学測定システム１は、色収差式距離測定プロセスを行うように設計されている。他の実施形態では、光学測定システムは、スペクトル干渉法による距離測定プロセスを行うように設計することができる。
【００４１】
流れ要素３は、少なくとも部分的に液体透過性の壁７を有する中空円筒体の形で設計され、中空円筒体の内部は、層流チャネル８又は層流チャネルを形成する。流れ要素３は、測定光ビーム５が流れ要素３の層流チャネル８を通って測定対象物４まで延びることができるように配置される。流れ線６によって示されるように、液体は、流れ要素３の壁７を通って外側から径方向に流れて層流チャネル８に入り、層流チャネル８内で、測定光ビームに沿って測定対象物４に向かって流れる。
【００４２】
測定対象物に向かって流れる液体は、測定対象物の表面上又は作業液中に存在する不純物を洗い流すことができ、不純物によって測定が損なわれないようにする。
【００４３】
図１に示す測定構成は、特に、測定光ビーム５の光路上での液体乱流を低減又は抑制し、それにより光学測定の信頼性及び精度を高めることを可能にする。特に、流れ要素３は、測定光ビーム５に沿った液体中で一様な層流を確実に生成する。層流チャネル８内での層流の生成により、液体の流れの中に乱流を生み出す液体ガイド内での液体の流量又は流速を上昇させることができ、したがって高い流量で光学測定を行うことが可能になる。乱流を低減することによって、特に、光学測定システムと測定対象物との間の測定光ビームに沿って、気泡又は液滴のない本質的に連続した液体の流れを実現することができ、それにより、不良な結果を伴わずに又はわずかしか伴わずに一連の測定を行うことが可能になる。これは、異なる流速での複数の測定シリーズにおいて検証されている。それらの測定シリーズ中、不良な結果の数を実質的にゼロに減少させることに加えて、測定精度の大幅な改良を実現することができた。
【００４４】
図２は、一実施形態による流れ要素の概略断面を示す。図１に示す流れ要素と同様に、流れ要素は、液体透過性の壁７を有する中空円筒体の形で設計される。壁７は壁穴９を有し、壁穴９を通って液体が層流チャネル８に流入することができる。壁穴９は、壁７にわたって本質的に対称的に分布し、中空円筒体の対称軸線に対して径方向に向けられている。
【００４５】
壁穴９の対称的な配置は、液体が層流チャネル８に流入するときに渦が発生しない又はほとんど発生しないことを意味する。したがって、渦によって引き起こされる乱流の発生、及びその結果生じる、測定対象物に向けられた液体ジェットの早期の崩壊を回避することができる。
【００４６】
図３は、一実施形態による流れ要素の概略断面を示す。図１及び２に示す流れ要素と同様に、流れ要素は、液体透過性の壁７を有する中空円筒体の形で設計される。この実施形態では、壁７は設計上多孔質であるか、又は層流チャネル８にリンス液が流入することができる孔を備える。壁７は、本質的に一様な多孔率を有し、したがって、液体は、渦を発生して乱流を促すことなく、径方向で全ての側から層流チャネル内に一様に流れることができる。
【００４７】
この実施形態では、壁の多孔率は３０％である。必要な流速に応じて、壁の多孔率は、１０％〜３５％の範囲から選択することができる。この範囲内の壁の多孔率の選択は、層流チャネル内での層流の発生に特に好適であり得る。この多孔率範囲は、特に、高い液体流れ均一性での高い液体透過性によって特徴付けられ、高い液体流量でさえ流れの層流性を維持することができることを意味する。
【００４８】
中空円筒体は、外径が１０ｍｍ、内径が６ｍｍ、高さが６．５ｍｍである。中空円筒体のアスペクト比、すなわち高さと内径の比は１．０８であり、それに応じて、中空円筒体の壁厚は１０ｍｍ、６．５ｍｍ、及び２ｍｍである。他の実施形態では、流れ要素のアスペクト比は、測定範囲が本質的に完全に流れ要素３の外側にあるように、光学測定システムに合わせて調整することができる。
【００４９】
中空円筒体の内部のアスペクト比は、１．６２である。このアスペクト比は、特に計測ヘッドのカバーガラス又は保護ガラスを使用するときに測定範囲が実質的に完全に中空円筒体の外側にあるように、測定ヘッドの開口数に適合される。中空円筒体の壁厚は、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内、特に１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの間の範囲内でよい。そのような壁厚により、中空円筒体を光学測定システムの開口数に適合させ、それと同時に、十分な度合いの流れの層流化を実現することが可能になる。選択されるカバーガラスは、１０ｍｍを超える、特に１４ｍｍ〜２５ｍｍの間の直径を有していてよい。これにより、特に、大きな開口数を有するコンパクトな測定ヘッド設計を実現することが可能になる。
【００５０】
図３での流れ要素は、焼結プロセスを使用して冶金学的に製造することができ、特に、この流れ要素は、金属粒子から成る焼結中空円筒体として設計することができる。この場合、金属粒子は、焼結プロセスにおいて一緒に焼成されて、凝集性多孔質材料を形成する。図３は、金属粒子又は焼結粒子１０を小さな円として概略的に示す。前のステップにおいて、焼結粒子をふるいにかけて、焼結粒子の粒径分布を制限することができる。焼結前の粒径分布のこの制限は、特に、焼結プロセス後に本質的に全ての焼結粒子を互いに永久的に結合することによって実現することができる。多孔質材料の安定性に加えて、これはまた、特に、流れ要素３から脱落した焼結粒子が測定プロセス中にリンス液を汚染する又は光学的擾乱を引き起こす可能性を低減する。焼結中の温度及び焼成時間を適切に制御することによって、全ての金属粒子が本質的に同じ温度になることを確実にすることができ、それにより、金属粒子が同様に良好に又は本質的に同時に溶融することを確実にする。製造プロセスは、加圧下でのプロセスステップを含むことができ、そのプロセスステップ中、対応する形状の工具で粒子が圧密される。制限された粒径分布は、本質的に全ての粒子がそれらの隣接する粒子と接触することを意味する。孔径は、金属粒子又は粉末粒子の粒径、及び押圧力によって影響を及ぼされ得る又は調節され得る。圧密後、焼結粒子から成形された部品は、特別な炉内で焼結される。
【００５１】
図４は、一実施形態による色収差式光学測定システムを備える距離測定デバイスの測定構成を概略的に示す。図４は、光学測定システム１と、流れ要素３を有する液体ガイド２と、測定対象物４とを概略的に示す。光学測定システム１は、広帯域光のビーム１２を拡大するための拡散レンズ１１と、第１の集光レンズ１３と、先細りする測定光ビーム５を形成するための第２の集光レンズ１４とを備える。光学測定システム１は、光放射窓１５及び偏向ミラー１６も有する。光学測定システム１、特に第１の集光レンズ１３及び第２の集光レンズ１４に使用される光学素子の少なくとも１つは顕著な色収差を示し、したがって、光学測定システム１によって、光学測定システム１の光軸に沿って空間的に広げられた焦点領域又は測定範囲に広帯域測定光をコリメートすることができる。光軸は、一点鎖線で示されている。図４では、測定範囲は両方向矢印で示されている。この実施形態では、光学測定システム１は、２．０ｍｍの測定範囲内で、４５０ｎｍ〜８００ｎｍの広帯域測定光のスペクトル範囲にわたって測定するように設計される。
【００５２】
光放射窓１５又はカバーガラスは液密に取り付けられ、液体の侵入から光学測定システムを保護する。
【００５３】
偏向ミラー１６又は９０°ミラーは、広帯域光が第１の集光レンズ１３と第２の集光レンズ１４との間で９０°の偏向を受けるように配置される。９０°ミラーによる広帯域光の偏向により、低い設計高さを有する特にコンパクトな距離測定デバイス設計を実現することができる。図４から分かるように、カバーガラスでの光屈折は、光学測定システムの実効開口数を減少させる効果を有し、層流チャネルを広げることを可能にする。さらに、光学測定システムの色収差効果を強化するために、集光レンズ１３及び１４に適合されたクロマチックガラスをカバーガラスとして設けることができる。光学測定システム１は、ビームスプリッタ１７をさらに備え、ビームスプリッタ１７は、測定対象物４によって反射されて戻される光の少なくとも一部を分光計に向けることを可能にする。
【００５４】
図５は、一実施形態による距離測定デバイスの測定ヘッドの概略断面を示す。図５に示す距離測定デバイスの測定ヘッド２０には、図４に示す測定構成による光学測定システム１と、流れ要素を有する液体ガイド２とが収容されている。測定ヘッド２０は、面取りされた直方体のような形状の測定ヘッドフレーム２１又は測定ヘッドハウジングを備え、この測定ヘッドフレーム２１は、光学測定システム１の個々の光学構成要素を受け入れるように設計されている。光学測定システム１は、広帯域光のビームを拡大するための拡散レンズ１１と、第１の集光レンズ１３と、先細りする測定光ビームを形成するための第２の集光レンズ１４とを備える。光学測定システム１は、カバーガラスの形での光放射窓１５と、偏向ミラー１６とをさらに備える。第１の集光レンズ１３及び第２の集光レンズ１４は顕著な色収差を示し、したがって、光学測定システム１によって、光学測定システム１の光軸に沿って空間的に広げられた焦点領域又は測定範囲に広帯域測定光をコリメートすることができる。
【００５５】
拡散レンズ１１は、レンズマウント２２に取り付けられ、レンズマウント２２は、レンズねじ接続部４１によって測定ヘッドフレーム２１に固定される。光放射窓１５は、Ｏリングの形でのシール３７によって測定ヘッドフレーム２１に液密に封止される。
【００５６】
液体ガイド２は、本質的に軸方向で対称のノズルチャンバ２６と、液体ジェットを形成するためのノズル開口２７とを有するノズル２５を有する。ノズル２５は、測定ヘッドフレーム２１の上部として設計され、光放射窓１５の側から測定ヘッドフレーム２１に配置される。ノズルチャンバ２６は、ノズルチャンバ２６の側方又は径方向開口の形での入口２８を有し、入口２８に液体供給ホース２９がねじ接続部３０によって接続される。ノズル開口２７の直径は、２ｍｍ〜６ｍｍの範囲内でよい。ノズル開口２７の直径は３ｍｍである。
【００５７】
偏向ミラー１６又は９０°ミラーは、広帯域光が第１の集光レンズ１３と第２の集光レンズ１４との間で９０°の偏向を受けるように配置される。一実施形態では、偏向ミラー１６は、調節することができるように測定ヘッドフレーム２１に液密に取り付けられる。
【００５８】
測定ヘッド２０は、マルチモードファイバ（図示せず）を受け入れるためのファイバ送給部３２を有する調節可能な光学ユニット３１を備える。マルチモードファイバは、プラグによって光学ユニット３１に接続することができる。プラグは、特に歪緩和機能を備えたファイバプラグとして設計することができる。光学ユニット３１は、ビームスプリッタ１７をさらに備え、ビームスプリッタ１７によって、測定対象物から反射されて戻される光の少なくとも一部を分光計に向けることができる。
【００５９】
ノズルチャンバ２６の入口２８には、液体供給ホース２９が螺合されている。液体供給ホース２９は、光学ユニット３１に本質的に平行に向けられる。液体供給ホース２９と光学ユニット３１との平行な向きは、測定ヘッドの平坦な又は省スペースの設計を可能にし、これは、第１の集光レンズ１３と第２の集光レンズ１４との間のビーム経路内の偏向ミラー１６によって促される。
【００６０】
ファイバ送給部３２は、シース（図示せず）を有することができ、シースは、空気を光学測定システム１に供給するための空気供給ホースと、シース及びマルチモードファイバの長さの自由空間とを取り囲む。ここで、自由空間は、空気放出ラインとして働くことができる。したがって、単一のホースのみで光学計測システムに空気を供給し、且つ光学測定システムから空気を放出することができる。
【００６１】
ノズルチャンバ２６は、流れ要素３を収容するための凹部３４を有する。流れ要素３は、ノズルチャンバ２６と同軸に配置される。ここで、入口２８を通ってノズルチャンバ２６に流入する液体は、流れ要素３を側方で取り囲むことができ、それにより、流れ要素３の液体透過性の壁を通って径方向で全ての側から層流チャネル８に流れることができる。層流チャネルの一端は、保定リング３５によって光放射窓１５に固定されて封止され、それにより、層流チャネル８に流入する液体は、本質的に、光放射窓１５とは逆側の流れ要素３の端部を通って、ノズル開口２７の方向でのみ層流チャネル８から出ることができる。
【００６２】
ノズル２５は、保定リング３５でのシール３６によって流れ要素がノズルチャンバ２６の内壁から封止されるように設計される。保定リング３５は、光放射窓１５を押圧し、それにより、測定ヘッドフレームでのシール３７によって光放射窓１５を封止する。このようにして、光放射窓１５側の流れ要素３の端部と光学測定システム１とはどちらも、追加の固定手段としての光放射窓１５によってさらに封止することができる。これにより、液体中に気泡を放出して測定を損なう可能性のある空気包含点の数を減少することができる。
【００６３】
測定ヘッド２０はミラーカバー３８を有し、ミラーカバー３８は、偏向ミラー１６を外部から覆い、外部の影響から保護することができる。
【００６４】
光学ユニット３１は、測定ヘッドフレーム２１に対してシール４３によって液密に封止されたハウジング４２を備える。
【００６５】
図６は、図５の断面の拡大図を示す。特に、図６に示される拡大図は、特に、光放射窓１５及び流れ要素３を保定及び封止するための保定リング３５の取付けを示す。測定ヘッドフレーム２１は、Ｏリングとして設計されたシール３７を受け入れるための円形溝３９を有し、シール３７は、光放射窓１５から円形溝３９に押し込まれる。保定リング３５は、流れ要素３と光放射窓１５との間のコネクタとして働き、これらの要素の同軸向きを確実に保ち、それにより、流れ要素３の端面でのシール３６によって保定リング３５を封止する。この実施形態では、保定リング３５は、ねじ接続部４０によって測定ヘッドフレーム２１に螺合される。他の実施形態では、保定リング３５は、追加の固定手段を用いずに保定リング３５が光放射窓１５と流れ要素３との両方を保持することができるように、正確に嵌まるように寸法設定される。
【００６６】
測定ヘッド２０は容易に組み立てることができる。第１のステップにおいて、測定ヘッドフレーム２１は、本質的に面取りされた中空直方体の形で提供され、この測定ヘッドフレーム２１は、光学測定システム構成要素を受け入れるように形作られる。特に、測定ヘッドフレーム２１は、第１の集光レンズ１３、第２の集光レンズ１４、偏向ミラー１６、レンズマウント２２、及び光放射窓１５を受け入れるための開口及び凹部を有することができる。偏向ミラー１６を受け入れるように設計された測定ヘッドフレーム２１の面取りされた側に設けられた開口を通して又は側方開口を通して、第１の集光レンズ１３及び第２の集光レンズ１４を測定ヘッドフレーム２１に導入し、内部の対応する凹部に配置することができる。測定ヘッドフレーム２１の面取りされた側に偏向ミラー１６を固定し、接着剤、特にシリコン接着剤で封止することができる。拡散レンズ１１をレンズマウント２２に挿入し、レンズねじ接続部４１によって測定ヘッドフレームに外部から固定することができる。
【００６７】
光放射窓１５又はカバーガラスを測定ヘッドフレーム２１に取り付け、保定リング３５によって固定することができる。流れ要素３を封止するためのシール３６を保定リング３５内に配置することができ、その後、図６に示すように、流れ要素３を保定リング３５内に挿入することができる。
【００６８】
光学ユニット３１にはハウジング４２を設けることができ、シール４３によって測定ヘッドフレーム２１に液密に封止することができる。
【００６９】
実施形態の１つによる測定デバイスが動作しているとき、液体ガイド２によって、ノズル開口２７から出る液体ジェットが生成され、測定対象物の処理によって生成された処理残渣を洗い流すことができ、それにより、測定光ビームは、本質的に処理残渣を含まない液体を通過する。層流チャネル８を有する流れ要素３は、液体ジェットの完全性及び光学的特性を損なうことなく、高い流量又は流速を実現することを可能にする。
【００７０】
いくつかの実施形態では、距離測定デバイスは、半導体ウェハの表面からの距離を取得するための第１の測定ヘッドと、半導体ウェハの縁部に隣接する接触面からの距離を取得するための第２の測定ヘッドとを有することができる。このタイプの測定構成により、特に、処理中、特に半導体ウェハ薄化中に、半導体ウェハの絶対厚さを正確に決定又は監視することが可能である。
【００７１】
上記の説明は、少なくとも１つの例示的実施形態を示しているが、様々な変更及び修正を行うことが可能である。記載した実施形態は単なる例にすぎず、本開示の有効性、適用性、又は構成の範囲を限定するものではない。実際、前述の説明は、少なくとも１つの例示的実施形態を実施するための計画を当業者に提示するものであり、添付の請求項及びそれらの法的な均等物の範囲から逸脱することなく、例示的実施形態で述べた要素の機能及び配置に対して多くの変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  光学測定システム
２  液体ガイド
３  流れ要素
４  測定対象物
５  測定光ビーム
６  流れ線
７  流れ要素の壁
８  層流チャネル
９  壁穴
１０  焼結粒子
１１  拡散レンズ
１２  広帯域光ビーム
１３  第１の集光レンズ
１４  第２の集光レンズ
１５  光放射窓
１６  偏向ミラー
１７  ビームスプリッタ
２０  測定ヘッド
２１  測定ヘッドフレーム
２２  レンズマウント
２５  ノズル
２６  ノズルチャンバ
２７  ノズル開口
２８  入口
２９  液体供給ホース
３０  ねじ接続部
３１  光学ユニット
３２  ファイバ送給部
３４  凹部
３５  保定リング
３６  シール
３７  シール
３８  ミラーカバー
３９  円形溝
４０  ねじ接続
４１  レンズねじ接続部
４２  光学ユニットのハウジング
４３  シール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2019124682000001.pdf