Flexible Sensorfamilie sichert Qualität von Solar-Wafern: Inline-Qualitätsinspektion im Mikrometerbereich

Die ATMvision AG aus Salem im Bodenseekreis hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von Bildverarbeitungssystemen zur Qualitätssicherung sowie auf den Anlagenbau spezialisiert. Ziel des Unternehmens ist es, mit teil- und vollautomatisierter Produktion die Produktionsqualität zu erhöhen bei gleichzeitig gesenkten Fertigungskosten. Dazu haben die Salemer verschiedene Standardprodukte im Programm, die bei Anwenderwunsch individuell an spezielle Anforderungen angepasst werden können. Zum Produktportfolio des Unternehmens gehört u.a eine Anlage zur Qualitätssicherung von Solar-Wafern (Bild 1). Komplexe Messaufgaben auf kleinstem Raum in kurzer Zeit Der Prüfstand zur Ermittlung der Qualität von Solar-Wafern untersucht einerseits deren Oberfläche auf Mikrorisse und ermittelt andererseits ihre genaue Geometrie. Zudem überprüft die Anlage verschiedene Parameter, die die Dicke des Wafers betreffen, dazu gehören z.B. die Dicke selbst, Dickenabweichungen, die Dickenvarianz, die Durchbiegung oder lokale Steigungen. Für die Vermessung dieser Dicken-Werte setzt das Unternehmen auf eine Sensorlösung aus dem Hause Omron. In der Anlage sind immer zwei Sensoren einander gegenüber angeordnet. Je nach Anlagentyp sind es insgesamt zwischen sechs und zehn Sensoren. Die Herausforderung lag vor allem in den geforderten hohen Geschwindigkeiten. Die Werte müssen nicht nur schnell gemessen, sondern auch in kurzer Zeit miteinander verrechnet werden, um die Dicke an einzelnen Punkten sowie den Dickenverlauf im gesamten Solar-Wafer zu ermitteln. Um hier ausreichend genaue Ergebnisse zu erzielen, müssen genug Messpunkte über die gesamte Länge verteilt ausgelesen werden. Dabei dauert der Messvorgang für einen Wafer gerade mal eine Sekunde. Daneben war eine sehr gute Höhenauflösung gefordert, da die zu messenden Abweichungen im Mikrometerbereich liegen. Hochpräzise High-Speed-Messungen Für eine solch anspruchsvolle Messaufgabe bietet die modulare Sensor-Produktfamilie ZS der Firma Omron Electronics GmbH eine Lösung (Bild 2). Die ZS-Serie bietet Sensorköpfe und Controller für dynamische Erfassungsbereiche bei Oberflächen aller Art. Hier stehen Sensorköpfe mit bis zu 2.000mm Tastweite zur Verfügung. Damit kann eine Präzision von 0,25µm bei einer Linearität von 0,05% erreicht werden. Da in der Anlage zur Wafer-Prüfung \’nur\‘ Auflösungen von 1 bis 2µm gefordert werden, kommt das System hier also noch nicht an seinen Grenzen. Mithilfe des modular erweiterbaren Plattformkonzeptes lassen sich bis zu neun Sensoren kombinieren. Anwendung, Installation und Wartung wurden für alle Benutzerebenen bewusst einfach gehalten. Bei den Qualitätssicherungsanlagen für Solar-Wafer vermessen je nach Ausführung der Anlage zwischen sechs und zehn Sensorköpfe die Waferdicke. Bei der Prüfung der Solar-Wafer werden die Messdaten aller Sensoren über einen speziellen Highspeedbus am Kommunikationscontroller gesammelt, der die einzelnen Messwerte miteinander verrechnet und diese Daten an den in der Anlage eingebauten Industrie-PC übergibt. Der Multi-Controller bietet standardmäßig \’Messwerkzeuge\‘ zur Höhenmessung, Stufen- und Zwischenraummessung, Dickenmessung, Messung der Ebenheit (Min. und Max.), Mittelwertmessung, Messung der Exzentrizität als Berg-Tal-Wert sowie Messung von Verzug und Planheit. Insgesamt können bis zu neun Sensorköpfe an den Multi-Controller angeschlossen werden. 2D-CMOS-Technologie