本发明涉及一种用于测量在双面加工机中加工的扁平的工件的厚度的方法。在双面加工机、例如双面抛光机中对平的工件、如晶片、尤其是硅晶片材料去除地进行加工。在工件的该去除抛光中，工件厚度的控制有必要的意义，以用于达到质量要求。用于达到尽可能好的工件几何结构的目标窗口为大约100nm。如果错过目标尺寸，例如因为加工过程过长地持续，则边缘几何结构通常不足够满足晶片顾客的要求。尤其是对工件的平面度提出高的要求。典型地，对晶片几何参数sfqrmax、即在硅晶片上的局部的平整度(“siteflatness”)的最高值的要求处于15nm或甚至已经处于10nm。在其他的加工过程、例如无雾抛光亦或磨削中同样存在对相应的工件厚度的准确的认识的需求。
背景技术：
已知，借助涡流传感器对工作盘的距离并且借此间接对工件厚度进行测量。借此当然不总是可以达到开头解释的精度要求。此外这种测量依赖于在工作盘上的工作衬片、如抛光布的厚度和磨损。因此常见的是借助许多外部的参数、如抛光剂的特性(温度、ph值、时效、稀释、固体浓度、固体颗粒尺寸)和抛光布的特性(调节的类型、金刚石修整的类型、平整度、形状、磨损、上光)以及过程和处理时间预告工件厚度。通过控制这些外部的参数尝试，维持尽可能恒定的过程条件(可重复的去除率)。厚度控制然后通过过程时间和已知的初步测量进行。当然利用该方法开头提到的精度要求通常也不能够达到。尤其是外部的参数在加工期间例如通过磨损改变。由此出现预测的工件厚度的偏差。因此通常在双面加工机中的加工之后实施工件的外部的厚度测量。这不仅在测量技术上而且在过程技术上是的复杂的。尤其是晶片必须在测量之前在净化设备中净化。依赖于双面加工机的生产能力必须提供显著的测量能力。此外可以以这种方式在加工之后才确定不允许的厚度偏差。加工机的过程参数的校正对应地时间延迟地进行并且产生废品。
由wo2010/037452a1总体地已知扁平的工件、如晶片的厚度的干涉的测量。以这种方式能够高精度地确定工件厚度。例如由us2006/0037699a1、ep1970163b1、de112009001875t5或us6437868b1同样已知用于扁平的工件的厚度确定的光学的测量方法。厚度测量设备在此固定地设置在加工机上并且例如通过例如在机器的例如旋转的部分中的测量开口测量在机器中加工的工件的厚度。所述测量在此当然只在如下情况下是可能的，即，测量装置的光学的轴线正好朝测量开口定向。这在结构和过程技术方面是复杂的并且只可提供相对少量的测量点。这又影响测量的可靠性和精确性。
技术实现要素：
因此从解释的现有技术出发，本发明的任务是，提供一种开头所述类型的方法，利用其以过程技术上简单地方式使在双面加工机中加工的工件的可靠的并且高精度的厚度确定成为可能。
本发明通过权利要求1的主题解决所述任务。有利的设计在从属权利要求、说明书和附图中得出。
本发明通过一种用于测量在双面加工机中加工的扁平的工件的厚度的方法解决该任务，具有步骤：
—工件在双面加工机的上面的工作盘和下面的工作盘之间形成的工作间隙中在工作盘相对彼此相对旋转的情况下材料去除地加工，
—在加工工件期间，工件厚度借助至少一个在上面的工作盘和/或下面的工作盘上设置的光学的厚度测量设备光学地测量，其中，所述至少一个厚度测量设备穿过上面的工作盘和/或下面的工作盘中的至少一个通孔测量处于工作间隙中的工件的工件厚度，
—所述至少一个厚度测量设备的测量结果输送给双面加工机的控制设备，
—在达到工件的之前确定的目标厚度时，控制设备结束工件的加工过程。
所述双面加工机可以例如是双面抛光机。但也可以是其他双面加工机、例如双面磨床。在双面加工机的工作间隙中可以同时对多个工件在两侧材料去除地加工。为此工作盘通常设有工作衬片、例如抛光衬片。已知转子盘，所述转子盘分别具有用于接纳一个或多个工件、如半导体晶片的开口，工件漂浮地保持在所述开口中。转子盘在其外周边上具有齿部，所述齿部与工作间隙的外侧和内侧的对应的齿部啮合。由此转子盘在工作间隙中旋转并且工件沿圆形的轨道引导通过工作间隙。以这种方式可以实现特别均匀的加工。在加工期间工作盘之一可以被驱动或两个工作盘可以于是反向旋转地被驱动。这样的双面加工机本身已知。
按照本发明借助至少一个固定地与上面的工作盘和/或下面的工作盘连接的光学的厚度测量设备在工件在工作间隙中的加工期间进行对工件厚度的光学的测量。为此，装备有厚度测量设备的上面的和/或下面的工作盘具有通孔，穿过所述通孔，与相应的工作盘一起旋转的厚度测量设备检测工件厚度。因此通孔从光学的厚度测量设备延伸至工作间隙，工件处于所述工作间隙中。工作盘也可以两部分式地构造，包括限定工作间隙的第一部分和按照承载盘的型式保持第一部分的第二部分。厚度测量设备可以于是对应地也在构成为支架的第二部分上固定。
如解释的那样，按照本发明的厚度测量设备光学地工作并且达到对应高的精确性。其为此具有光学的辐射源、例如激光器。光学的辐射源的辐射可以输入耦合到光导体、如玻璃纤维中，所述光导体将光学的辐射、必要时通过具有例如透镜的聚焦光学系统穿过通孔定向到待测量的工件上。厚度测量设备通过其测量的通孔或贯通孔可以尤其是分散地构成在上面的和/或下面的工作盘上。当然，在工作盘上存在工作衬片时，该工作衬片对应地同样必须具有通孔，借此可以测量处于工作间隙中的工件。
所述至少一个厚度测量设备的在加工期间检测的测量结果同样在工件的加工期间输送给控制设备。所述控制设备可以将所述测量值例如与对于工件提前确定的目标厚度比较。一旦达到目标厚度，则控制设备可以结束当前的加工过程。这可以总体上是在加工机中的工件的加工过程的结束。然而也可能的是，在当前的加工过程结束之后，开始另一个后续的加工过程，再次由控制设备控制。当然测量结果可以在发送给控制设备之前也被处理。这样测量结果可以例如首先输送给中间连接的计算机或类似物，其进一步处理厚度测量设备的厚度值并且由此确定过滤的、平滑化
厚度测量设备与工作盘的按照本发明的固定的连接提供优点，即，已经在工作盘中的唯一的通孔的情况下在任何时间不通过旋转的工作盘中断的光路指向到包括工件的过程区域、亦即工作间隙中。借此相反于在机器的框架或壳体上不旋转地设置的测量装置，如其在现有技术中提出的，连续的厚度测量也是可能的。在任何情况下，获得的测量值的范围和数量不在结构上被限制，如在现有技术中的情况。
此外本发明提供如下优点，则通孔可以从厚度测量设备那侧被密封，从而污物和湿气不可以到达厚度测量设备的光路或聚焦光学系统中。同时通过按照本发明的直接的光学的厚度测量在加工期间原地的精确的厚度检测是可能的，其中取消耗费的初步测量和外部的随后测量。而是控制设备可以在达到预定的目标厚度或预定的最小去除之后自动地结束加工过程。通过工件厚度的按照本发明的可靠的并且精确的原地的确定，省去了耗费的外部的测量仪器的测量能力
如已经提到的，按照本发明的方法可以以特别有利的方式在加工晶片、例如(单晶的)硅晶片时使用，并且更确切地说是不仅在低p型掺杂的而且在高p型掺杂的晶片中。这在硼掺杂、磷掺杂、砷掺杂或其他的、也混合的掺杂中也适用。当然按照本发明的方法也可在其他的工件中有利地使用，例如由硅、碳化硅、氧化铝、硅酸盐或其他的材料制成的单晶的、多晶的或玻璃状的工件。
所述工件是扁平的、优选平面的工件，其可以是圆的亦或有角的。特别优选是在大约100mm和大约450mm之间的直径范围中的晶片，在按照准标准分级的直径100mm、125mm、150mm、200mm、300mm和450mm中，其中尤其是具有直径300mm的硅晶片。典型的厚度范围处于300μm至950μm的范围中，在具有300mm的直径的硅晶片中，尤其是在770μm和800μm之间。在这里工件的力争达到的目标厚度在完整的晶片加工过程链之后典型地处于770μm与780μm之间并且工件厚度在双面抛光期间由于需要的加工余量通常超过其0μm与最大20μm之间。依赖于例如硅工件的掺杂，在工件中的光学的辐射的吸收变化，同样如材料的光学的密度变化。两者、然而尤其是后者影响测量结果。如果对应的工件特性提前已知，则控制设备可以对应地适配测量方法或将测量结果以合适的方式改变，以便考虑这些工件特性。为此可以设置为，将工件划分成不同的类并且在控制设备中为双面加工机的操作者能够实现类的选择。备选地可以将工件特性、例如掺杂浓度作为数值在控制设备中存储，所述控制设备然后对测量结果以合适的方式适配。另一种备选方案是在双面加工机中对这样的工件特性或与其相关的特性的测量，例如在晶片的掺杂浓度的情况中的导电性，从而控制设备可以再次以合适的方式修改测量结果。依赖于工件的温度，特别是材料的光学的密度变化。这又影响测量结果。如果工件温度在测量期间已知，则这可以再次以对应的方式在控制设备中被考虑。可设想通过操作者将对于相应的加工过程期待的温度存储在控制设备中，对不同的温度范围分类和/或选择温度范围。走向控制设备的温度测量设备的温度测量值的利用也是可能的。在这里例如提供冷却介质的温度，所述冷却介质通常输送给工作盘。这些温度可以例如借助合适的测量装置在双面加工机的入口或出口亦或在冷却剂贮器中测量。也可以基于如下温度，所述温度借助合适的测量装置在工作间隙中、工作间隙上或工作间隙附近被测量。
当然，按照本发明尤其是可以确定光学的工件厚度。在已知的或确定的折射率时可以然后由此确定(机械的)工件厚度。
测量的工件厚度可以按照本发明特别是用于，将分别当前的加工过程在达到或低于确定的工件厚度时结束或转换到后续的加工过程中。对应地预定给控制设备的加工程序可以为此包含多个加工过程，所述加工过程可以依次分别在达到或低于工件之前确定的目标厚度时结束或转换到下一个加工过程中。这样的加工过程可以直接或具有中断地彼此相继。当然测量的工件厚度也可以用于，确定当前的工件去除率并且对工件加工期间的过程参数以合适的方式、例如通过算法适配，以便将去除率置于预定的程度。
所述至少一个厚度测量设备传输给控制设备的许多数据优选利用统计学的或基础数学的方法、数据过滤、平均、外插法或趋势确定或其他的数据评估尤其是借助算法这样评估，使得评估的结果是工件厚度的时间分辨的好的表述。这样的算法包含优选基于如上所述的校准和校正对测量结果的改变。
按照一种特别优选的设计，所述至少一个厚度测量设备可以借助干涉测量的厚度测量方法测量工件的厚度。借助干涉测量的测量方法，可以以特别精确的方式确定工件厚度。前提是对于所述至少一个厚度测量设备的光学的射束部分透明的并且部分反射的工件，亦即其能够使光学的辐射的相关的份额穿过工件并且返回经过。干涉测量的厚度测量方法例如由开头所述的wo2010/037452a1已知。该方法可以原则上在本发明的范围中使用。在此光学的辐射指向到工件上侧上，其中，第一辐射部分在上侧上反射并且第二辐射部分穿透工件厚度，在工件下侧上反射并且再次在工件上侧上出射。第一和第二辐射部分于是在形成干涉图案的情况下干涉。借助该干涉图案可以以在wo2010/037452a1中所述的方式确定工件上侧和工件下侧之间的光学的工件厚度。在已知的或例如如在wo2010/037452a1中说明的确定的折射率时，可以由此此外确定机械的工件厚度。也可能的是，将红外线辐射光谱定向到工件上侧上，其中，然后可以借助光谱仪分析通过各辐射部分的干扰出现的辐射。
所述至少一个厚度测量设备的光学的辐射源可以尤其是发射红外线辐射。这在尤其是高度掺杂的硅工件、也就是说针对性地设有外来原子如硼或磷的硅工件的厚度测量中是特别有利的。优选光学的辐射源发射在1050nm和1600nm之间的波长范围中的红外线辐射，因为硅在该波长范围中特别透明。进一步优选地，该波长范围处于1150nm和1350nm之间。
所述至少一个厚度测量设备的至少一个聚焦光学系统可以设置在所述至少一个通孔中。在例如可以具有合适的透镜或类似物的聚焦光学系统和要测量的工件之间的距离的减少提高光效率并且借此提高可获得的信号质量。尤其是具有高的光吸收度的工件可以只在足够的光效率时以充分的精确性确定。工作盘的厚度可以在这里已经是有问题的。因此在该设计中以有利的方式设置为，聚焦光学系统引入工作盘中并且因此相对于工件具有小的距离。
聚焦光学系统可以按照另一种设计具有至少1mm、优选至少2mm的焦深。厚度测量方法的困难是聚焦光学系统和工件之间的改变的距离。尤其是工作盘的通常处于其间的工作衬片、如抛光布的厚度依赖于工作衬片类型和磨损变化。但在测量技术上确定的工件厚度应该以尽可能少于+/-0.1μm、尤其是大约+/-0.05μm的偏差独立于所述情况确定。因此在该设计中设置聚焦光学系统，其具有大的焦深。为了提高可获得的精确性，聚焦光学系统可以此外机械地这样可调节，使得焦深完全包括过程区域或将过程区域设置到焦深的中心中，所述区域也就是工件在不同的加工状态期间所处的区域。机械的调节可以在此这样实现，使得其例如可以在加工过程之间的中断中进行。原则上也可设想被操控的机械装置，所述机械装置在加工过程期间或按照调节规定使用，所述调节规定包括其他的参数、例如抛光布厚度。
所述至少一个通孔可以在其通向工作间隙的入口的区域中以压缩空气吹扫。也可能的是，在所述至少一个通孔中相对于工作间隙产生过压。两者用于保护厚度测量设备、尤其是聚焦光学系统，以防来自工作间隙的污染物。该保护也可以与光闸组合，所述光闸只对于测量过程的持续时间释放光路。
然而特别优选的是，在厚度测量设备和工作间隙之间的所述至少一个通孔中设置至少一个对于所述至少一个厚度测量设备的光学的辐射源的光学的辐射至少部分透明的保护窗。所述保护窗可以尤其是对于光学的辐射源的辐射基本上完全透明。这样的保护窗的厚度优选处于0.5mm和20mm之间、特别优选2mm和10mm之间的范围中。尤其是在硅工件的情况下，在红外线辐射的范围中透明的材料对于保护窗是适合的。用于保护窗的优选的材料是氧化铝或氟化钙。此外有利的是，保护窗尤其是相对于碱性的介质的高的化学的耐久性，所述介质典型地作为抛光剂在双面抛光机中使用。原则上有利的特性是小的或与工作盘材料类似的热膨胀、高的抗划伤强度和小的断裂倾向。
按照另一种设计，所述至少一个保护窗可以相对于设有所述至少一个通孔的工作盘的限定工作间隙的表面以最多10mm、优选最多3mm、进一步优选最多1mm、最优选最多0.3mm后移。通过保护窗的工件侧的表面处于工作盘表面附近，在工作间隙和保护窗之间的空间在运行中快速均一地以一种工作介质、例如抛光剂填充。此外工作介质均匀、较少紊流地并且在小的起泡的情况下在保护窗旁流动经过。这否则会导致不稳定的测量结果。保护窗的只少的后移也可以是有益的，以便帮助避免例如基于在工件和保护窗之间的工作介质薄膜、例如抛光剂薄膜的干扰的测量信号。其厚度然后对应地被限定并且测量信号能够与工件厚度的信号区分并且从工件厚度的信号中滤出。
在另一种实施方式中，所述至少一个保护窗可以相对于设有所述至少一个通孔的工作盘的限定工作间隙的表面以至少2mm并且最多10mm后移。不同于在以上解释的设计中，保护窗的较大的后移也可能是有利的，在以上所述设计中为至少2mm，从而工作介质薄膜特别厚。其厚度然后向下被限定并且必要时出现的测量信号能够然后与工件厚度的信号区分并且从工件厚度的信号滤出。
也关于以上上述的设计还要指出，保护窗不是必须具有平的表面，尤其是朝工作间隙的方向。上述的数值于是涉及保护窗的最远的伸出的部分的后移。在这里可能足够的是，光的大部分引导通过保护窗的区域，所述区域在几何结构方面对应于以上所述的设计。
所述至少一个保护窗可以从工作间隙的一侧通过净化设备借助净化液净化。附加于或代替在加工过程期间或其将要结束时以自由冲洗的过程介质、例如去电离的水或碱液对工作间隙的冲洗，保护窗也可以在加工过程之后、在两个加工过程之间或在加工过程之前以净化设备自由冲洗。这可以在小的压力的情况下手动进行。优选的当然是如下方法，其中保护窗从工件侧通常以压力加载的净化液、例如去电离的水或碱液自由冲洗。这可以自动化地通过控制设备进行。优选可以在这里涉及用于自由冲洗或修整工作盘的工作衬片使用的相同的设备。工作间隙和保护窗之间的空间也可以在加工过程期间针对性地提供以液体、优选水、碱液或工作介质本身，以便应对之前所述问题，即，工作介质紊流地并且在起泡的情况下在保护窗旁流经。
按照另一种设计可以规定，工件厚度在工件的加工期间通过多个在上面的工作盘和/或下面的工作盘中构成的通孔光学地测量。通过不同的通孔的厚度测量在此原则上(每个工作盘)能以一个共同的厚度测量设备实现，其中，厚度测量设备的光学的辐射源的辐射然后以合适的方式、例如借助分束器可以分开。但当然也可设想，为此将多个厚度测量设备设置在上面的工作盘或下面的工作盘上。在加工期间通过不同的通孔对工件厚度的测量可以同时进行。但在加工期间通过不同的通孔对工件厚度的测量也在不同的时刻、亦即彼此错开地实现。
如已经解释的，可以在双面加工机中同时加工多个工件。在此可以分拣错误测量，从而只或优选考虑如下测量值，其在实际上工件处于光学的厚度测量设备的光路中期间被确定。然后进一步可能的是，将所述至少一个厚度测量设备的测量结果分别唯一(明确)配置给工件。这要求以高的时间上的精确性对位置和在最好的情况下还有转子盘以及工作盘的转动的认识。但这些信息依赖于机器配置被提供。附加地，测量值的数量也可以以其他方式被限制、例如通过脉冲的厚度测量，其中，辐射脉冲可以通过光路中的光闸、电路或基于算法的分拣进行。
按照另一种设计可以规定，将所述至少一个厚度测量设备减振地设置在上面的工作盘和/或下面的工作盘上。通过厚度测量设备、例如厚度测量设备的评估单元的光谱仪的减振的、在最好的情况下隔振的支承，测量结果由于振荡的歪曲可以被减少或避免。在这里涉及的加工过程中，出现具有10hz和1000hz之间、尤其是100hz和1000hz之间的典型的频率的振荡。与相关的频带协调地，减振可以是主动的电子的减振或被动的减振、例如弹性的支承。可以以这种方式也避免工作盘和厚度测量设备、例如厚度测量设备的评估单元之间的机械的或热诱导的机械的拉紧。
控制设备可以设置在与工作盘分离的地点上。在所述至少一个厚度测量设备和控制设备之间的数据传输和对所述至少一个厚度测量设备的供电可以然后通过至少一个滑动触点进行。在上面的和/或下面的工作盘上设置的至少一个厚度测量设备的评估单元通常具有光学的栅格和例如ccd传感器。必须一方面保证处于旋转的工作盘上的厚度测量设备和双面加工机的未旋转的、与工作盘分开设置的控制设备之间的数据传输、即电的测量信号的传输。作为合适的滑动触点考虑滑环，尤其是包括金触点的滑环。相同的另一方面也适用于对厚度测量设备的供电。信号交换可以在此直接或间接或通过总线系统、例如profibus或profinet进行。
附图说明
接着借助附图进一步解释本发明的实施例。其中，示意性地：
图1示出用于实施按照本发明的方法的双面加工机；
图2示出用于形象说明现有技术的方法的直方图；以及
图3示出用于形象说明按照本发明的方法的直方图。
具体实施方式
只要没有另外给出，在附图中相同的附图标记表示相同的物体。
在图1中示出的双面加工机可以例如是双面抛光机。双面加工机具有上面的工作盘10和与上面的工作盘10对置的下面的工作盘12。上面的工作盘10和下面的工作盘12的一部分可以分别是工作衬片14、例如抛光布。利用所述工作衬片14，上面的和下面的工作盘10、12在其之间限定工作间隙16，以用于工件的材料去除的加工。在附图标记18处示例性地形象地说明地示出工件、例如晶片。当然，在实际中在工作间隙16中可以例如设置可旋转地设置的转子盘，所述转子盘分别接纳多个工件，以用于在工作间隙16中的同时加工。
在上面的工作盘10中在示出的示例中构成通孔20、尤其是贯通孔。在上面的工作盘10上紧固的厚度测量设备的聚焦光学系统22处于通孔20中。聚焦光学系统22可以例如具有合适的透镜。在聚焦光学系统22和工作间隙16之间在示出的示例中在通孔20中设置保护窗24。通孔20的另一个端部通过合适的密封元件26构成(abgebildet)。厚度测量设备此外具有测量和评估单元28，所述测量和评估单元通过减振器30紧固在上面的工作盘10的上侧上。
在测量和评估单元28中一方面设置光学的辐射源、例如激光器、优选红外线激光器。由光学的辐射源发射的辐射通过光波导体32、尤其是玻璃纤维引导至聚焦光学系统22并且从该聚焦光学系统通过对于光学的辐射至少部分透明的保护窗24聚焦到工件18上。此外光学的辐射传感器、例如ccd传感器和例如光学的栅格处于测量和评估单元28中。测量和评估单元28控制辐射源，以用于发射光学的辐射。所述辐射部分地在工件18的上侧上反射，部分地进入工件18中，在工件18的下侧上反射并且在重新穿过工件18之后再次在上侧上出射。从工件上侧和工件下侧回来的光学的辐射通过聚焦光学系统22和光波导体32引导至设置在测量和评估单元28中的传感器并且进入干涉。由传感器接收的测量信号可以在测量和评估单元28中被评估，以便确定工件厚度18。尤其是工件厚度可以以干涉仪确定，如例如在wo2010/037452a1中说明的。
通过信号线34，测量值到达旋转传输器36、例如滑环，所述滑环设置在双面加工机的传动轴38的区域中，通过所述传动轴，上面的工作盘10在运行中被旋转驱动。旋转传输器36以其另一个端部通过另一个信号线40与双面加工机的控制设备42(sps)连接。在附图标记44处此外示出用于厚度测量设备的电压馈电。供电通过第一电压导线46、另一个旋转传输器48和与厚度测量设备连接的第二电压导线50进行，所述另一个旋转传输器例如也是滑环，所述滑环也设置在驱动轴38上。
利用以该双面加工机实施的按照本发明的方法能够在加工期间以可靠的并且精确的方式确定工件厚度。如果控制设备42借助提供的测量结果确定之前确定的目标厚度的达到，则控制设备42结束当前的加工过程。随后控制设备42可以开始预定的接着的加工步骤或总体上结束工件的加工。
出于示图显示原因在图1中示出仅一个厚度测量设备，所述厚度测量设备通过仅一个通孔测量工件厚度。当然可能的是，同时或在时间上彼此错开地穿过多个通孔测量工件厚度，不管是借助多个在上面的工作盘10和/或下面的工作盘12上设置的厚度测量设备或只借助一个厚度测量设备，其光路以合适的方式分开，其如原则上在上面说明的。
在图2中对于没有按照本发明的厚度测量的常规的双面加工方法对于多个加工的工件、在这里晶片示出对于工件在加工之后确定的厚度测量值或其与目标厚度的偏差的频率分布。在图3中对于相同的双面加工机，而在该情况中，利用按照本发明的厚度确定，对于多个加工的工件、这里又是晶片示出在加工之后确定的厚度测量值或其与目标厚度的偏差的频率分布。可看出，在使用按照本发明的方法时的厚度偏差显著小于在常规的方法中。尤其是双倍的标准偏差2σ在按照本发明的方法只为0.25μm，而在常规的方法中为1.11μm。