BE1030198B1

BE1030198B1 - Verfahren und System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke

Info

Publication number: BE1030198B1
Application number: BE20225936A
Authority: BE
Inventors: Tao Du; Yuexun Li
Original assignee: Univ Yunnan Minzu
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2023-08-16

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren und System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke bekannt. Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Spaltbildes durch Einfallen eines Spaltlichts, das einen Kollimator mit Spalten durchdringt, auf eine Lichtempfangseinrichtung, und Aufzeichnen einer Position des Spaltbildes L0; Festlegen von Positionen des Kollimators mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung, Anordnen eines Beschichtungssubstrats zwischen dem Kollimator mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung, wobei das Spaltlicht schräg auf eine Beschichtungsoberfläche des Beschichtungssubstrats fällt, wobei eine Position des das Beschichtungssubstrat durchdringenden Spaltbildes L aufgezeichnet wird; Beschichten der Beschichtungsoberfläche, und Aufzeichnen einer Position des das beschichtete Beschichtungssubstrat durchdringenden Spaltbildes L1; Ermitteln, abhängig von L0, L und L1, einer Beschichtungsdicke und Überwachen der Beschichtungsdicke. Durch das in der vorliegenden Erfindung offenbarte Verfahren und System kann während des Beschichtens die Beschichtungsdicke überwacht und gemessen werden. Und das System hat eine einfache Struktur, ist leicht zu bedienen und kann die Mängel des Standes der Technik effektiv überwinden.

Description

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Verfahren und System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Beschichtung und insbesondere auf ein Verfahren und System zur Überwachung und Messung einer

Beschichtungsdicke.

STAND DER TECHNIK

Ein beschichteter Film dient im Allgemeinen als Schutzschicht und hat viele Vorteile. Mit der

Dicke eines Beschichtungsmediums kann jedoch die destruktive oder konstruktive Interferenz eines reflektierten Lichts oder eines transmittiven Lichts mit bestimmter Wellenlänge an oberen und unteren Grenzflächen gesteuert werden. Um sicherzustellen, dass die Leistung eines beschichteten Produkts nicht beeinträchtigt wird, ist die Überwachung und Messung der

Beschichtungsdicke daher zu einem unverzichtbaren Bindeglied in der Produktion geworden.

Gegenwärtig stellt das Quarzkristall-Mikrowaage-Verfahren (QCM) das direkteste Verfahren zur Steuerung einer Beschichtung dar. Mit diesem Gerät kann die Verdampfungsquelle direkt angetrieben und die Anschlagplatte zyklisch durch PID-Steuerung angetrieben werden, so dass die Verdampfungsrate aufrechterhalten ist. Solange das Gerät mit einer Steuerungssoftware verbunden ist, kann der gesamte Beschichtungsprozess gesteuert werden. Aber die Genauigkeit von QCM ist begrenzt, teilweise weil es die Qualität anstelle der optischen Beschichtungsdicke überwacht. Obwohl das QCM bei niedrigeren Temperaturen sehr stabil ist, wird es bei höheren

Temperaturen sehr temperaturempfindlich. Bei längerer Erwärmung ist es schwierig zu verhindern, dass ein Sensor in diesen temperaturempfindlichen Bereich fällt, was zu erheblichen

Fehlern bei der Steuerung der Filmschicht führt.

Die optische Überwachung ist die bevorzugte Überwachungsmethode für hochpräzise

Beschichtungen, da sie die Dicke der Filmschicht genauer überwachen kann. Beispielweise wird ein optisches Interferometer zur Messung der Dicke der Filmschicht verwendet. Das

Interferenzphänomen erfordert jedoch eine hohe Stabilität des Geräts, da sonst ein großer

Messfehler auftreten kann und es schwierig ist, die Dicke der Filmschicht genau abzulesen (die

Genauigkeit hängt vom genauen Ablesen der Interferenzstreifen ab).

Daher ist es eine dringende Aufgabe für den Fachmann, die obigen Mängel zu überwinden und ein Verfahren bzw. System bereitzustellen, das im Prinzip einfach ist, leicht zu bedienen ist und die Beschichtungsdicke während eines Beschichtungsprozesses in Echtzeit überwachen und messen kann.

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INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

In Anbetracht dessen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und System zur

Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke bereit. Um die obige Aufgabe zu lösen, werden bei der vorliegenden Erfindung folgende technische Lösungen verwendet:

Gemäß einem Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke, umfassend:

Erzeugen eines Spaltbildes durch Einfallen eines Spaltlichts, das einen Kollimator mit

Spalten durchdringt, auf eine Lichtempfangseinrichtung, und Aufzeichnen einer Position des

Spaltbildes Lo;

Festlegen von Positionen des Kollimators mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung,

Anordnen eines Beschichtungssubstrats zwischen dem Kollimator mit Spalten und der

Lichtempfangseinrichtung, wobei das Spaltlicht schräg auf eine Beschichtungsoberfläche des

Beschichtungssubstrats fällt, wobei eine Position des das Beschichtungssubstrat durchdringenden Spaltbildes L aufgezeichnet wird;

Beschichten der Beschichtungsoberfläche, und Aufzeichnen einer Position des das beschichtete Beschichtungssubstrat durchdringenden Spaltbildes L+;

Ermitteln, abhängig von Lo, L und L4, einer Beschichtungsdicke und Überwachen der

Beschichtungsdicke.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass unter Verwendung von Lo, L und L+ die

Beschichtungsdicke gemäß folgender Formel ermittelt wird: a LL, _ __LaLo — LLo cosa(tga — tg6,) cosa(tga — tg6,) tg0, = nosina

V/n12 — (nosina)? wobei in der Formel % für einen Einfallswinkel des Spaltlichts, ©, für einen Brechungswinkel des

Spaltlichts nach Durchdringen der beschichteten Filmschicht, no für einen Brechungsindex von

Luft und n: für einen Brechungsindex der beschichteten Filmschicht steht.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Genauigkeit der Lichtempfangseinrichtung von der

Beschichtungsdicke und von dem Verhältnis des Brechungsindex der beschichteten Filmschicht zum Brechungsindex des Beschichtungssubstrats abhängt.

Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung ferner ein System zur

Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke, wobei das System das vorstehend beschriebene Verfahren zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke verwendet, und wobei das System eine Lichtquelle, einen Kollimator mit Spalten, einen Auflagetisch und eine

Lichtempfangseinrichtung umfasst; wobei die Lichtquelle durch den Kollimator mit Spalten geführt ist und zur Erzeugung von

Spaltlicht verwendet ist;

° BE2022/5936 wobei der Auflagetisch zwischen dem Kolimator mit Spalten und der

Lichtempfangseinrichtung angeordnet ist und zum Tragen des Beschichtungssubstrats verwendet ist, wobei auf dem Auflagetisch das Beschichtungssubstrat beschichtet wird; wobei die Lichtempfangseinrichtung dazu verwendet wird, das den Auflagetisch durchdringende Spaltlicht zu empfangen, ein Spaltbild zu erzeugen und eine Position des

Spaltbildes aufzuzeichnen, wodurch abhängig von der aufgezeichneten Position des Spaltbildes die Berechnung und Überwachung der Beschichtungsdicke erleichtert werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass vor der Verwendung Positionen des Kollimators mit

Spalten und der Lichtempfangseinrichtung kalibriert werden, und die Positionen nach der

Kalibrierung unverändert bleiben.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Auflagetisch kreisförmig ist und an seinem Rand mit

Winkelgrad eingraviert ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass auf dem Auflagetisch eine A-B-Linie und eine C-D-Linie markiert sind, wobei die A-B-Linie senkrecht zum einfallenden Spaltlicht steht, wobei ein Winkel zwischen der C-D-Linie und der A-B-Linie ein Einfallswinkel des Spaltlichts ist; wobei ein unterer Rand des Beschichtungssubstrats entlang der C-D-Linie angeordnet ist, so dass das Spaltlicht unter einem eingestellten Einfallswinkel auf die Beschichtungsoberfläche des Beschichtungssubstrats einfällt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Lichtempfangseinrichtung mit einem

Überwachungsterminal verbunden ist, das zum Anzeigen des von der Lichtempfangseinrichtung erzeugten Spaltbildes und zum Aufzeichnen der entsprechenden Position verwendet wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Überwachungsterminal über eine eingebaute Formel zur Berechnung einer Beschichtungsdicke verfügt und dazu verwendet ist, gemäß dieser Formel die Beschichtungsdicke in Echtzeit zu berechnen und überwachen sowie Berechnungs- und

Überwachungsergebnisse auf dem Überwachungsterminal anzuzeigen, wobei die Formel lautet: a LL, _ __LaLo — LLo cosa(tga — tg6,) cosa(tga — tg6,) tg0, = nosina ni? — (nosina)? wobei in der Formel % für einen Einfallswinkel des Spaltlichts, 8: für einen Brechungswinkel des Spaltlichts nach Durchdringen der beschichteten Filmschicht, no für einen Brechungsindex von Luft und n: für einen Brechungsindex der beschichteten Filmschicht steht.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Überwachungsterminal ferner mit einer

Beschichtungsanlage verbunden ist und dazu verwendet ist, abhängig von den Berechnungs- und Überwachungsergebnissen die Beschichtungsanlage in Echtzeit zu steuern.

Aus den obigen technischen Lösungen ist ersichtlich, dass im Vergleich zum Stand der

Technik die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System zur Überwachung und Messung

* BE2022/5936 einer Beschichtungsdicke bereitstellt. Durch das in der vorliegenden Erfindung offenbarte

Verfahren und System kann während eines Beschichtungsprozesses die Beschichtungsdicke überwacht und gemessen werden. Und das System hat eine einfache Struktur, stellt geringe

Anforderungen an die Vorrichtung und ist leicht zu bedienen, wobei das System einen Zustand der Beschichtung überwachen kann, indem es die Position des Spaltbildes verfolgt, wodurch die

Dicke der Filmschicht genau gemessen wird, wobei das System nicht durch Faktoren wie

Gerätsstabilität und Temperatur wie beim Interferenzverfahren beeinflusst wird und die Mängel des Standes der Technik effektiv überwinden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Um die technischen Lösungen in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und im Stand der Technik deutlicher zu veranschaulichen, werden im Folgenden die Zeichnungen, die zur Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder des Standes der Technik benötigt sind, kurz vorgestellt. Offensichtlich stellen die Zeichnungen in der folgenden Beschreibung nur einige

Ausführungsbeispiele des vorliegenden Gebrauchsmusters dar. Der Durchschnittsfachmann kann auch basierend auf diesen Zeichnungen weitere Zeichnungen erhalten, ohne erfinderischen

Aufwand zu leisten.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Prinzip zur Überwachung und Messung einer

Beschichtungsdicke gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht unterschiedlicher Positionen eines Schnittpunkts zwischen einfallendem Licht und X-Achse sowie eines Spaltbildes in verschiedenen Situationen gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Auflagetisches im System zur

Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Bezugszeichen: 1-Kollimator mit Spalten, 2-Lichtempfangseinrichtung, 3-Auflagetisch, 4-zu messendes

Beschichtungssubstrat.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Die technischen Lösungen in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung klar und vollständig beschrieben. Offensichtlich sind die beschriebenen

Ausführungsbeispiele nur ein Teil der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und umfassen nicht alle Ausführungsbeispiele. Alle anderen Ausführungsbeispiele, die vom

Durchschnittsfachmann auf der Grundlage der Ausführungsbeispiele in der vorliegenden

Erfindung ohne erfinderischen Aufwand erhalten werden, sollten in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.

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Um die Mängel des Standes der Technik zu überwinden, offenbaren Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein neues Verfahren zur Überwachung und Messung einer

Beschichtungsdicke, das insbesondere folgende Schritte umfasst:

Spalten durchdringt, auf eine Lichtempfangseinrichtung, und Aufzeichnen einer Spaltbild-Position

Lo zu diesem Zeitpunkt;

Beschichtungsdicke.

Zunächst zielt es, dass die Lichtquelle vor dem Einfall durch den Kollimator mit Spalten geführt wird, darauf ab, ein scharfes Spaltbild zu erzeugen. Dabei kann als die Lichtquelle eine

Laserlichtquelle, insbesondere eine Laserlichtquelle von 632,8 nm oder 650 nm, oder eine gewöhnliche monochromatische Lichtquelle, wie beispielsweise eine Natriumlichtquelle von 590 nm, ausgewählt werden.

In einem Ausführungsbeispiel kann die Lichtempfangseinrichtung ferner ein Teleskopsystem mit CCD sein, das je nach Bedarf an einem 3D-Anpassungsrahmen montiert werden kann, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Spaltbild, das in das CCD gelangt, scharf und klar ist. Weiterhin kann die Abbildungsposition des austretenden Lichts unter verschiedenen

Bedingungen durch das Teleskopsystem mit CCD identifiziert und aufgezeichnet werden.

Zudem soll die Genauigkeit der Lichtempfangseinrichtung abhängig von der

Beschichtungsdicke und von dem Verhältnis des Brechungsindex der beschichteten Filmschicht zum Brechungsindex des Beschichtungssubstrats ausgewählt werden. Insbesondere ist vorgesehen: Je dünner die Dicke der beschichteten Filmschicht ist, desto höher ist die erforderliche Genauigkeit der Lichtempfangseinrichtung; oder, je näher das Verhältnis des

Brechungsindex der zu messenden Filmschicht zum Brechungsindex des

Beschichtungssubstrats bei 1 liegt, das heißt, je kleiner die Differenz zwischen den beiden

Brechungsindexen ist, desto höher ist die Genauigkeit der Lichtempfangseinrichtung. Insgesamt hängt die Wahl der Genauigkeit für die Lichtempfangseinrichtung letztendlich von der tatsächlichen Anwendung ab.

Nachdem die Positionen des Kollimators mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung kalibriert wurden, bleiben sie unverändert.

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Dann, wie in Fig. 1 gezeigt, stellt die rote gepunktete Linie die Richtung des ursprünglich einfallenden Lichts dar, das direkt in das CCD zur Bildgebung eintritt, wobei die blaue gepunktete

Linie ein Licht darstellt, das nur das Beschichtungssubstrat durchdringt, und wobei die grüne gestrichelte Linie ein Licht darstellt, das sowohl die beschichtete Filmschicht als auch das

Beschichtungssubstrat durchdringt. In den oben genannten Fällen bleibt der Einfallswinkel des einfallenden Lichts gleich.

Als Beispiel wird ein Fall, in dem der Brechungsindex der beschichteten Filmschicht größer ist als der Brechungsindex des Beschichtungssubstrats (also n1 > n2), genannt. Wenn keine zu messende Probe vorliegt, fällt das einfallende Licht direkt auf das CCD, wobei nun die

Austrittsposition als Lo aufgezeichnet wird. Wenn das Licht durch das Beschichtungssubstrat einfällt, ist die Austrittsposition als L aufgezeichnet. Nach dem Beschichten des

Beschichtungssubstrats ist die Austrittsposition des einfallenden Lichts als L: aufgezeichnet. Falls das Beschichtungssubstrat, der Brechungsindex der beschichteten Filmschicht, die Parameter des einfallenden Lichts (wie Wellenlängenbereich usw.) und der Einfallswinkel des Lichts (im

Allgemeinen von 30° oder 45°) ausgewählt sind, sind die Positionen Lo und L fixiert. Während des

Beschichtungsprozesses ändert sich die Position von L: relativ zu L, die auf dem CCD beobachtet wird, mit der Beschichtungsdicke. Durch die Beobachtung der Positionsänderung von L; kann der

Beschichtungsprozess, also die Überwachung und Messung der Beschichtungsdicke, in Echtzeit überwacht werden. Die Position von L relativ zu LO wird durch die Dicke des

Beschichtungssubstrats bestimmt, und die Position von L1 relativ zu L wird durch den

Brechungsindex und die Dicke der beschichteten Filmschicht bestimmt.

Die vorliegende Erfindung misst indirekt die Dicke der beschichteten Filmschicht, kann in einer Beschichtungsszene insbesondere im Beschichtungsprozess der transparenten

Filmschicht, verwendet werden, und kann während der Beschichtung eine Echtzeitüberwachung und -messung der Beschichtungsdicke realisieren.

Insbesondere wird das Verfahren zur indirekten Messung der Beschichtungsdicke durch die folgende Formel realisiert: d= LL, _ LiLo — LLo cosa(tga — tg6,) cosa(tga — tg6,) tg0, = nosina

V/n12 — (nosina)? wobei in der Formel % für einen Einfallswinkel des Spaltlichts, 8: für einen Brechungswinkel des Spaltlichts nach Durchdringen der beschichteten Filmschicht, no für einen Brechungsindex von Luft und n: für einen Brechungsindex der beschichteten Filmschicht steht.

Das Messprinzip wird im Folgenden deutlich erklärt, wobei es wieder Bezug auf Fig. 1 genommen wird.

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Wenn keine Probe vorliegt, fällt das Spaltlicht unter einem bestimmten Einfallswinkel schräg auf die Lichtempfangseinrichtung ein, wobei zu diesem Zeitpunkt die Position des erzeugten

Spaltbildes Lo ist. Wenn ein unbeschichtetes Beschichtungssubstrat platziert wird, ist die Position des Spaltlichts, das auf die Lichtempfangseinrichtung unter dem gleichen Einfallswinkel einfällt,

L. Beim Beschichten des Beschichtungssubstrats fällt das Spaltlicht unter dem gleichen

Einfallswinkel ein, wobei die Position des zu diesem Zeitpunkt gebildeten Spaltbildes L: ist. Es sollte beachtet werden, dass sich die Position von L; zu diesem Zeitpunkt ständig ändert.

Die durch den Einfallspunkt auf der Beschichtungsoberfläche verlaufende Normallinie wird als Y-Achse festgelegt. Die Linie, wo sich die untere Oberfläche des Beschichtungssubstrats befindet, ist die X-Achse. Wenn keine Probe vorliegt, schneiden sich das einfallende Licht und die X-Achse bei Xo. Wenn ein unbeschichtetes Beschichtungssubstrat platziert wird, schneiden sich das einfallende Licht und die X-Achse bei X. Während des Beschichtungsprozesses des

Beschichtungssubstrats schneiden sich das einfallende Licht und die X-Achse bei X4. Wie in Fig. 2 gezeigt, können gemäß den Positionen von Ls, L und L+ die Positionen von Xo, X und X4 kalibriert werden, wodurch das Probensubstrat und die Beschichtungsdicke indirekt kalibriert werden und schließlich eine Echtzeitüberwachung und -messung des Beschichtungsprozesses realisiert wird. Der Grund liegt darin, dass die Position von X von der Dicke und dem

Brechungsindex des Beschichtungssubstrats abhängt und die Position von X4 von der Dicke und dem Brechungsindex der beschichteten Filmschichte abhängt.

Weiter wird angenommen, dass der beschichtete Filmschicht eine Dicke von d: und einen

Brechungsindex von n: aufweist, und dass das Beschichtungssubstrat eine Dicke von da und einen Brechungsindex von na aufweist. Im Allgemeinen ist dy viel kleiner als d2, und die Größe von 6, und 82 hängen von der Größe von nı und na ab; und bei nı > na gilt 84 < 82. Daher sind LoL und LoL: viel größer als LL. Während des Messprozesses sind LoL und LoL: einfacher zu messen als LL. Deshalb wird im Messprozess der Wert von LL; gemessen, indem Lo, L und L4 kalibriert werden, anstatt L und L zur Messung des Werts von LL direkt zu kalibrieren.

In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Einfallswinkel 30°, mit nı > n2, wobei die Dicke der beschichteten Filmschicht sehr dünn ist, so dass der Abstand zwischen L‘' und L sehr klein ist.

Zu diesem Zeitpunkt werden die Werte von LoL und LoL; gemessen, und dann wird der Wert von

LL; gemäfB den Werten von LoL und Lel: ermittelt, nämlich:

LL=LL-LL, aufgrund LLy = XX, x cos30° Lilo = XX X cos 3 0° gilt L,L = cos 3 0°(X4Xp — XX).

Es wird weiterhin angenommen, dass beim direkten Eintritt des einfallenden Licht in das transparente Substrat der Brechungswinkel © ist, dass, wenn nach dem Beschichten das einfallende Licht in die beschichteten Filmschicht eintritt, der Brechungswinkel der ersten

Brechung 9: ist, und dass, wenn das gebrochene Licht in das transparente Substrat eintritt, der

Brechungswinkel der zweiten Brechung 82 ist, wobei nach Analyse die Beziehung 6=6: erhalten ist.

Durch weitere Kombination mit Fig. 1 und Fig. 2 kann sich die folgende Beziehung ergeben:

OX, = (d, +d,) xtg30°

OX =d, xtg30° + d, xtg6,

OX, =d, xtg0 +d, xtg6, n,sin30°=n,sin6 = n, sin, dann: sing, = 2e5in50° n1

Daraus ist ersichtlich, dass in einem rechtwinkligen Dreieck eine rechtwinklige Seite, die dem eingeschlossenen Winkel 6,entspricht, nosin30° ist und die Hypotenuse n, ist, weswegen die andere rechtwinklige Seite /n,* — (nosin30°)2 ist, so: m sin 30’ n tgó, ZA A

In} —(n,sin30)? 4n?-n} m sin 30° n 190, = 2 5 ; zn = 2

In“ —(n sin 30’) Jan? — n,

LL = cos 30° xd, x(tg30 —tg0,)

LL = cos 30° x [d, x{(£g30 —tg6,) + d, x(tg30 -t90,)

LL = cos 30° xd, x(£g30 -tg9) d - LL, Lb cos 30(£tg30° —t go) cos30({g30 tg)

Schließlich erfolgt gemäß dem Ausdruck von dı die Messung und Überwachung. der

Beschichtungsdicke.

Im Prozess zum Überwachens der Beschichtung des Beschichtungssubstrats sind unabhängig von n: > na oder n: < na (also ©; < 82 oder 6, > 82) nur die Positionen von L1 unterschiedlich. Im Fall von mehreren dielektrischen Filmen kann in Betracht gezogen werden, das Substrat und ein fertig beschichteter Film als ein neues „Substrat“ zu verwenden werden und dann eine zurzeit beschichtete Filmschicht zu überwachen und zu messen. Falls mehrere

Schichten von Filmen kontinuierlich beschichtet werden, kann in Betracht gezogen werden, während des Bewegungsprozesses einige spezielle Positionen von Ly zu überwachen, die anzeigen, dass die entsprechende Filmschicht die erforderliche Beschichtungsdicke erreicht hat, wobei dieser Uberwachungs- und Steuerprozess sogar automatisiert gesteuert werden kann.

Aus der Beschreibung des in der vorliegenden Erfindung offenbarten Verfahrens zur

Messung und Überwachung der Beschichtungsdicke und dessen Prinzip ist ersichtlich, dass das

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Verfahren im Prinzip einfach ist, bequem zu bedienen ist, die Mängel des Standes der Technik effektiv überwindet, und die Messung der Beschichtungsdicke während der Beschichtung sowie vorteilhafte Wirkungen der Überwachung realisieren kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt offenbaren Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ferner ein System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke, das hauptsächlich das vorstehend beschriebene Verfahren zur Überwachung und Messung einer

Beschichtungsdicke verwendet, wobei das System insbesondere eine Lichtquelle, einen

Kollimator mit Spalten, einen Auflagetisch und eine Lichtempfangseinrichtung umfasst; wobei die Lichtquelle durch den Kollimator mit Spalten geführt ist und zur Erzeugung von

Spaltlicht verwendet ist; wobei der Auflagetisch zwischen dem Kollimator mit Spalten und der

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Auflagetisch kreisförmig ist und an seinem Rand gleichmäßig mit Winkelgrad eingraviert ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, beträgt der gesamte Umfang insgesamt 360 Grad, wobei die die minimale Skala Winkelminute ist, wobei gleichzeitig auf dem Auflagetisch eine A-B-Linie und eine C-D-Linie markiert sind, wobei die A-B-

Linie senkrecht zum einfallenden Spaltlicht steht, wobei ein Winkel zwischen der C-D-Linie und der A-B-Linie ein Einfallswinkel des Spaltlichts ist; wobei ein unterer Rand des Beschichtungssubstrats entlang der C-D-Linie angeordnet ist, so dass das Spaltlicht unter einem eingestellten Einfallswinkel auf die Beschichtungsoberfläche des Beschichtungssubstrats einfällt.

Und aufgrund der Position des Spaltbildes auf der Lichtempfangseinrichtung, z. B. auf dem

CCD, kann zu demselben Zeitpunkt immer nur ein Spaltbild beobachtet werden. Daher ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Lichtempfangseinrichtung mit einem

Überwachungsterminal verbunden ist, das zum Anzeigen und direktes Lesen des von der

Lichtempfangseinrichtung erzeugten Spaltbildes und zum Aufzeichnen der entsprechenden

Position verwendet wird.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Überwachungsterminal ferner über eine eingebaute Formel zur Berechnung einer Beschichtungsdicke verfügt und dazu verwendet

Ist, gemäß dieser Formel die Beschichtungsdicke in Echtzeit zu berechnen und überwachen sowie Berechnungs- und Überwachungsergebnisse auf dem Überwachungsterminal anzuzeigen.

Die Formel lautet:

a LL, _ __LaLo — LLo cosa(tga — tg0,) cosa(tga — tg01) tg0, = nosina

V/n12 — (nosina)? wobei in der Formel & für einen Einfallswinkel des Spaltlichts, 8: für einen Brechungswinkel des Spaltlichts nach Durchdringen der beschichteten Filmschicht, no für einen Brechungsindex von Luft und n: für einen Brechungsindex der beschichteten Filmschicht steht.

Ferner ist das Uberwachungsterminal ferner mit einer Beschichtungsanlage verbunden und ist dazu verwendet, abhängig von den Berechnungs- und Überwachungsergebnissen die

Beschichtungsanlage in Echtzeit zu steuern, um eine automatische Steuerung des gesamten

Beschichtungsprozesses zu ermöglichen.

Das in der vorliegenden Erfindung offenbarte System zur Überwachung und Messung einer

Beschichtungsdicke funktioniert wie folgt: 1) Auf dem Auflagetisch liegt keine Probe vor, wobei das einfallende Licht direkt in die

Lichtempfangseinrichtung eintritt (der Lichtweg ist durch die rote durchgezogene Linie in Fig. 1 dargestellt), wobei nach dem Einstellen des Überwachungssystems die

Lichtempfangseinrichtung ein helles Spaltbild beobachtet, wobei nun die Position des Spaltbildes auf der Lichtempfangseinrichtung als Lo markiert und aufgezeichnet wird; 2) ein Beschichtungssubstrat wird wie erforderlich auf dem Auflagetisch angeordnet (dabei wird die Beschichtungsoberfläche parallel zur CD-Linie angeordnet), wobei nun das einfallende

Licht zuerst in das Beschichtungssubstrat und dann in die Lichtempfangseinrichtung eintritt (der

Lichtweg ist durch die blau gepunktete Linie in Fig. 1 dargestellt). Zu diesem Zeitpunkt ändern sich die Position und Helligkeit des auf der Lichtempfangseinrichtung beobachteten Spaltbildes, und die Position des Spaltbildes zu diesem Zeitpunkt wird als L kalibriert und aufgezeichnet; 3) dann wird die Beschichtung auf dem Beschichtungssubstrat gestartet, wobei nun das das einfallende Licht zuerst in die Filmschicht, dann in das Beschichtungssubstrat und schließlich in die Lichtempfangseinrichtung eintritt (der Lichtweg ist durch die grüne lange gestrichelte Linie in

Fig. 1 darstellt). Die Position und Helligkeit des auf der Lichtempfangseinrichtung beobachteten

Spaltbildes ändern sich mit der Anderung des Brechungsindex der Filmschicht und der

Beschichtungsdicke, so dass der Beschichtungsprozess und die Beschichtungssituation in

Echtzeit überwacht können, und die Position des Spaltbildes zu diesem Zeitpunkt als L1 kalibriert und aufgezeichnet wird Nachdem der Brechungsindex der Filmschicht und der Einfallswinkel des

Lichts bestimmt wurden, kann die Dicke der Filmschicht abhängig von der Position von L1 kalibriert werden. Das heißt, die Beschichtungsdicke ist in Echtzeit über das

Überwachungsterminal überwacht und gemessen.

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Außerdem sollte beachtet werden, dass vor der Verwendung des Systems die Positionen des Kollimators mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung kalibriert werden müssen, wobei die Positionen nach der Kalibrierung unverändert bleiben.

Erstens, bevor die zu messende Probe auf den Auflagetisch gelegt wird, wird zunächst der

Kollimator und die Lichtempfangseinrichtung so eingestellt, dass sie ein klares und scharfes

Spaltbild anzeigen können, also, dass sie auf die Position von Lo in Fig. 1 eingestellt wird, wobei die Kalibrierung durchgeführt wird. Wenn sich keine Probe auf dem Auflagetisch befindet, sollte das austretende Licht immer an derselben Position auf dem CCD gehalten werden. Und vor jeder

Verwendung des Systems sollte bestätigt werden, ob sich die Position von Lo geändert hat; wenn es eine Änderung gibt, muss das System erneut eingestellt und erneut korrigiert werden.

Zweitens, wenn das Beschichtungssubstrat platziert wird, ändert sich das Spaltbild von der

Position von Lo zu der Position von L und nimmt die Helligkeit ab; da der Brechungsindex des

Beschichtungssubstrats unverändert bleibt, bleibt der Einfallswinkel des einfallenden Lichts auf das Beschichtungssubstrat ebenfalls unverändert, so dass der Abstand zwischen Lo und L ein fester Wert sein sollte. Wenn sich der Abstand ändert und unter der Voraussetzung, dass der

Kollimator und die Lichtempfangseinrichtung fixiert sind, muss zuerst bestätigt werden, ob sich die Einfallsfläche des Beschichtungssubstrats auf der C-D-Linie des Auflagetisches befindet, wonach der Auflagetisch zur Anpassung des Einfallswinkels gedreht werden, bis LoL den gewünschten Wert erreicht.

Es ist anzugeben, dass im anschließenden kontinuierlichen Beschichtungsprozess der

Abstand zwischen Lo und L immer noch ein fester Wert ist.

Wenn die Beschichtung beginnt, ändert sich das Bild des Spaltes von der L-Position zur L+-

Position, deren Helligkeit geringer als die an der L-Position ist. Mit der Änderung der Dicke der beschichteten Filmschicht ändert sich die Position von L ständig, wobei die Änderung der Position von L indirekt die Änderung der Dicke der beschichteten Filmschicht widerspiegelt. Daher kann während des Beschichtungsprozesses durch Überwachung der Position von L in Echtzeit der

Beschichtungsprozess (einschließlich der Beschichtungsdicke, der Beschichtung von mehreren

Filmschichten usw.) in Echtzeit gesteuert werden. Falls eine entsprechende Hard- und Software zur Steuerung vorliegt, kann der gesamte Beschichtungsprozess automatisch gesteuert werden.

Die verschiedenen Ausführungsbeispiele in der vorliegenden Beschreibung werden in progressiver Weise beschrieben. Jedes der Ausführungsbeispiele konzentriert sich auf die

Unterschiede zu anderen Ausführungsbeispielen. Identische bzw. ähnliche Teile zwischen den verschiedenen Ausführungsbeispielen können sich aufeinander beziehen. Da die in den

Ausführungsbeispielen offenbarte Vorrichtung dem in den Ausführungsbeispielen offenbarten

Verfahren entspricht, wird sie relativ einfach beschrieben, wobei ihre relevante Teile auf die

Beschreibung des Verfahrens verwiesen werden können.

Durch die obige Beschreibung der offenbarten Ausführungsbeispiele wird ermöglicht, dass der Fachmann die vorliegende Erfindung implementieren oder verwenden kann. Verschiedene

Modifikationen an diesen Ausführungsbeispielen sind für den Fachmann naheliegend.

Die hierin definierten allgemeinen Prinzipien können in anderen Ausführungsbeispielen implementiert werden, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt,

sondern sollte dem weitesten Umfang entsprechen, der mit den hierin offenbarten Prinzipien und neuen Besonderheiten übereinstimmt.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke, umfassend: — Erzeugen eines Spaltbildes durch Einfallen eines Spaltlichts, das einen Kollimator mit Spalten durchdringt, auf eine Lichtempfangseinrichtung, und Aufzeichnen einer Position des Spaltbildes Lo; — Festlegen von Positionen des Kollimators mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung, Anordnen eines Beschichtungssubstrats zwischen dem Kollimator mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung, wobei das Spaltlicht schräg auf eine Beschichtungsoberfläche des Beschichtungssubstrats fällt, wobei eine Position des das Beschichtungssubstrat durchdringenden Spaltbildes L aufgezeichnet wird; — Beschichten der Beschichtungsoberfläche, und Aufzeichnen einer Position des das beschichtete Beschichtungssubstrat durchdringenden Spaltbildes L+; — Ermitteln, abhängig von Lo, L und L+, einer Beschichtungsdicke und Überwachen der Beschichtungsdicke.

2. Verfahren zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach Anspruch 1, wobei unter Verwendung von Lo, L und L: die Beschichtungsdicke gemäß folgender Formel ermittelt wird: a LL, _ ___LaLo — LLo cosa(tga — tg6,) cosa(tga — te6,) tg0, = nosina V/n12 — (nosina)? wobei in der Formel a für einen Einfallswinkel des Spaltlichts, ©; für einen Brechungswinkel des Spaltlichts nach Durchdringen der beschichteten Filmschicht, no für einen Brechungsindex von Luft und n: für einen Brechungsindex der beschichteten Filmschicht steht.

3. Verfahren zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach Anspruch 1, wobei die Genauigkeit der Lichtempfangseinrichtung von der Beschichtungsdicke und von dem Verhältnis des Brechungsindex der beschichteten Filmschicht zum Brechungsindex des Beschichtungssubstrats abhängt.

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4. System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke, dadurch gekennzeichnet, dass es das Verfahren zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach einem der Ansprüche 1 bis 3 verwendet, wobei — das System eine Lichtquelle, einen Kollimator mit Spalten, einen Auflagetisch und eine Lichtempfangseinrichtung umfasst; — die Lichtquelle durch den Kollimator mit Spalten geführt ist und zur Erzeugung von Spaltlicht verwendet ist; — der Auflagetisch zwischen dem Kollimator mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung angeordnet ist und zum Tragen des Beschichtungssubstrats verwendet ist, wobei auf dem Auflagetisch das Beschichtungssubstrat beschichtet wird; — die Lichtempfangseinrichtung dazu verwendet wird, das den Auflagetisch durchdringende Spaltlicht zu empfangen, ein Spaltbild zu erzeugen und eine Position des Spaltbildes aufzuzeichnen, wodurch abhängig von der aufgezeichneten Position des Spaltbildes die Berechnung und Überwachung der Beschichtungsdicke erleichtert werden.

5. System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach Anspruch 4, wobei vor der Verwendung Positionen des Kollimators mit Spalten und der Lichtempfangseinrichtung kalibriert werden, und die Positionen nach der Kalibrierung unverändert bleiben.

6. System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach Anspruch 4, wobei der Auflagetisch kreisförmig ist und an seinem Rand mit Winkelgrad eingraviert ist.

7. System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach Anspruch 6, wobei — auf dem Auflagetisch eine A-B-Linie und eine C-D-Linie markiert sind, — die A-B-Linie senkrecht zum einfallenden Spaltlicht steht, — ein Winkel zwischen der C-D-Linie und der A-B-Linie ein Einfallswinkel des Spaltlichts ist; — ein unterer Rand des Beschichtungssubstrats entlang der C-D-Linie angeordnet ist, so dass das Spaltlicht unter einem eingestellten Einfallswinkel auf die Beschichtungsoberfläche des Beschichtungssubstrats einfällt.

8. System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach Anspruch 4, wobei die Lichtempfangseinrichtung mit einem Überwachungsterminal verbunden ist, das zum Anzeigen des von der Lichtempfangseinrichtung erzeugten Spaltbildes und zum Aufzeichnen der entsprechenden Position verwendet wird.

9. System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach Anspruch 8, wobei dass das Überwachungsterminal über eine eingebaute Formel zur Berechnung einer

Beschichtungsdicke verfügt und dazu verwendet ist, gemäß dieser Formel die Beschichtungsdicke in Echtzeit zu berechnen und überwachen sowie Berechnungs- und Überwachungsergebnisse auf dem Überwachungsterminal anzuzeigen, wobei die Formel lautet: a LL, _ ___LaLo — LLo cosa(tga — tg6,) cosa(tga — te6,) tg0, = nosina V/n12 — (nosina)? wobei in der Formel a für einen Einfallswinkel des Spaltlichts, 8: für einen Brechungswinkel des Spaltlichts nach Durchdringen der beschichteten Filmschicht, no für einen Brechungsindex von Luft und n: für einen Brechungsindex der beschichteten Filmschicht steht.

10. System zur Überwachung und Messung einer Beschichtungsdicke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsterminal ferner mit einer Beschichtungsanlage verbunden ist und dazu verwendet ist, abhängig von den Berechnungs- und Überwachungsergebnissen die Beschichtungsanlage in Echtzeit zu steuern.