Konfokal-chromatische Sensoren für Hochtemperatur- und Vakuummessungen

Halbleiterfertigung, Präzisionsmaschinenbau und Vakuumtechnik stellen besondere Anforderungen an optische Messsysteme, insbesondere hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, Ausgasungsverhalten und Messstabilität. Eine neue Generation konfokal-chromatischer Hochtemperatursensoren adressiert diese Anforderungen mit einer Kombination aus vakuumtauglicher Konstruktion und stabiler Mikrometerauflösung bei Temperaturen bis 200 °C.

Die Sensoren sind für Weg-, Abstands- und Dickenmessungen auf sowohl reflektierenden als auch diffusen Oberflächen ausgelegt. Ihre Einsatzgebiete liegen insbesondere in temperaturkritischen Prozessen der Halbleiter- und Elektronikindustrie sowie in hochdynamischen Anwendungen des Präzisionsmaschinenbaus.

Vakuumtaugliche Konstruktion bis Ultrahochvakuum
Die Hochtemperatur-Sensoren sind die ersten optischen Sensoren im Portfolio von Micro-Epsilon, die dauerhaft bei Temperaturen bis 200 °C betrieben werden können. Der vollständige Verzicht auf organische Klebstoffe reduziert das Ausgasungsverhalten deutlich. Die Gehäuseausführung aus Edelstahl sowie der rein passive Komponentenaufbau verhindern zusätzliche Wärmeeinträge in die Umgebung.

Diese konstruktiven Merkmale ermöglichen den Einsatz der Sensoren bis in den Bereich des Ultrahochvakuums (UHV). Gleichzeitig geben die Sensoren keine relevante Wärmestrahlung an den Messprozess ab, was insbesondere bei temperatursensiblen Halbleiterprozessen von Bedeutung ist.

Messgenauigkeit und thermische Stabilität
Die konfokal-chromatischen Sensoren erreichen eine Linearität von bis zu < ±0,18 µm sowie eine Temperaturstabilität von bis zu < 0,1 µm/°C. Damit bleiben die Messergebnisse auch unter stark schwankenden thermischen Bedingungen reproduzierbar. Die Sensoren eignen sich somit für Anwendungen, bei denen geringste Positions- oder Dickenänderungen detektiert werden müssen, etwa bei der Waferbearbeitung, der Elektronikfertigung oder der hochpräzisen mechanischen Bearbeitung.

Kompakte Bauform für beengte Einbausituationen
Die Sensoren sind für den Einsatz in beengten Bauräumen ausgelegt. Zusätzlich stehen Varianten mit 90°-Strahlengang zur Verfügung, um die notwendige Einbautiefe weiter zu reduzieren. Dadurch lassen sich die Sensoren auch in bestehende Anlagen integrieren, bei denen der Platz für die Messtechnik konstruktiv begrenzt ist.

Die verfügbaren Messbereiche von 0,8 mm, 2 mm und 4 mm decken typische Anwendungen der Fein- und Mikromesstechnik ab. Die Anbindung erfolgt über konfokal-chromatische IFC-Controller, mit denen die Sensoren vollständig kompatibel sind.

Technische Einordnung gegenüber bestehenden Messlösungen
Konfokal-chromatische Sensoren sind etabliert für hochpräzise optische Weg- und Dickenmessungen. Die hier vorgestellte Sensorplattform erweitert dieses Messprinzip erstmals im Portfolio von Micro-Epsilon um eine dauerhafte Hochtemperaturfähigkeit bis 200 °C bei gleichzeitiger UHV-Tauglichkeit. In dieser Kombination aus Temperaturbereich, Vakuumfähigkeit, passiver Bauweise und Mikrometerauflösung sind vergleichbare optische Sensoren am Markt bislang nur eingeschränkt verfügbar.

Was diese Sensoren technisch neu macht
Die technische Neuerung liegt nicht allein im Messprinzip, sondern in der Kombination aus konfokal-chromatischer Optik, klebstofffreier Edelstahlkonstruktion, passivem Aufbau und geprüfter UHV-Tauglichkeit bei gleichzeitig hoher Temperaturstabilität. Dadurch erschließt sich ein Einsatzbereich, der bislang vor allem durch spezielle taktile oder temperaturferne optische Systeme abgedeckt wurde.

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