Konfokale Messtechnik auf einem neuen Level

Konfokal-chromatische Messsysteme zählen zu den präzisesten berührungslosen Verfahren für die Erfassung von Abstand, Position und Dicke. Mit den neuen Hochtemperatur-Sensoren IFS2407-HT/VAC (HT-Sensoren) erweitert Micro-Epsilon den Einsatzbereich dieser Technologie deutlich. Die HT-Sensoren wurden für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen entwickelt, wie sie zum Beispiel in der Halbleiterfertigung oder im Präzisionsmaschinenbau vorherrschen.

Messprinzip

Konfokal-chromatische Sensoren nutzen das Prinzip der chromatischen Aberration in Kombination mit der konfokalen Abbildung: Eine Optik mit mehreren Linsen zerlegt Weißlicht in seine monochromatischen Wellenlängen, die entlang der Messachse in unterschiedlichen Abständen fokussieren. Um den richtigen Abstand zu bestimmen, zieht man diejenige Lichtwellenlänge heran, die sich exakt auf dem Messobjekt fokussiert. Im Anschluss wird das reflektierte Licht auf ein lichtempfindliches Sensorelement abgebildet, welches die entsprechende Farbe auswertet. Über die werkseitige Kalibrierung ergibt sich daraus der Abstand. Werden mehrere Reflexe detektiert, lassen sich zusätzlich Schichtdicken bestimmen.

Bei dem Messprinzip der chromatischen Aberration wird Weißlicht durch eine Optik mit mehreren Linsen auf die Objektoberfläche gesendet.
Bild: Micro-Epsilon

Stabile Messwerte bei Hitze und Vakuum

Die konfokalen HT-Sensoren setzen neue Maßstäbe für Abstands- und Dickenmessungen unter anspruchsvollen Bedingungen. Erstmals stehen im Produktportfolio von Micro-Epsilon optische Sensoren zur Verfügung, die Umgebungstemperaturen bis zu 200 °C dauerhaft standhalten – bei unverändert hoher Genauigkeit und Signalstabilität.

Die Hochtemperatur-Sensoren sind speziell für den Einsatz im Ultrahochvakuum und im Reinraum konzipiert: Durch den Verzicht auf organische Klebstoffe reduziert sich das Ausgasungsverhalten auf ein Minimum. Außerdem geben die Sensoren dank ihres passiven Aufbaus keine Wärmestrahlung an die Umgebung ab. Damit erfüllen sie die hohen Anforderungen moderner Vakuum- und Reinraumanwendungen und können auch direkt in thermisch belasteten Prozessbereichen eingesetzt werden.

Die konfokalen HT-Sensoren sind für anspruchsvolle Vakuum- und Reinraumanwendungen ausgelegt.
Bild: Micro-Epsilon

Kompakte Bauform trifft höchste Messgenauigkeit

Der kompakte und äußerst robuste Edelstahlaufbau der HT-Sensoren ermöglicht eine Integration selbst in sehr beengte Einbausituationen. Neben Sensoren mit axialem Strahlengang stehen auch Varianten mit 90°-Strahlengang zur Verfügung, mit denen sich die erforderliche Bauraumtiefe weiter reduzieren lässt. Zusätzliche Flexibilität bieten die verschiedenen Messbereiche – 0,8 mm, 2 mm und 4 mm – wodurch je nach Anwendung unterschiedliche Genauigkeitsanforderungen bedient werden können.

Die HT-Modelle sind auch mit 90°-Strahlengang verfügbar, der die Integration in enge Vakuumkammern erleichtert. So lässt sich die Abstandsmessung zum Wafer prozesssicher realisieren.
Bild: Micro-Epsilon

Präzision und Stabilität für anspruchsvolle Messaufgaben

Die innovativen HT-Sensoren sind nicht nur temperaturstabil bis zu 200 °C, sondern erzielen dabei auch Auflösungen im Nanometerbereich und sind vielseitig einsetzbar. Neben Weg- und Abstandsmessungen auf spiegelnden, diffusen sowie transparenten Oberflächen können sie auch für Dickenmessungen verwendet werden. Die konfokalen Sensoren überzeugen mit einer sehr guten Linearität von bis zu < ±0,18 µm und einer hervorragenden Temperaturstabilität von bis zu < 0,1 µm/°C. So können auch bei schwankenden Umgebungstemperaturen hochpräzise Messergebnisse erzielt werden. Der sehr kleine Lichtpunktdurchmesser von bis zu 11 µm ermöglicht die präzise Erfassung feiner Strukturen, selbst auf spiegelnden oder stark reflektierenden Oberflächen.

Die HT-Sensoren sind mit allen Controllern von Micro-Epsilon kompatibel und können einfach in bestehende Anlagen integriert werden. Zusammen bilden sie ein leistungsstarkes Messsystem, das Messraten bis zu 30 kHz zulässt und damit eine schnelle und zuverlässige Prozessüberwachung ermöglicht. Die volle Kompatibilität aller Sensoren der confocalDT-Reihe mit den Controllern erleichtert die Konfiguration und erlaubt die Zusammenstellung optimaler Systemarchitekturen – vom kompakten OEM-Einsatz bis zu hochdynamischen High-End-Fertigungsprozessen.