CN103917861B - 确定层厚度和/或确定带的污染程度的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定沿着供给方向移动的带(8)的层厚度(d)的设备(1a)，包含：移动单元(9)，沿着所述供给方向移动带(8)；发光单元(2a至2c)，产生光束(3)；光束成形单元(4)，布置在发光单元(2a至2c)下游，用于成形至少一个带形光束(7)，用于关于供给方向横向地线性照明带(8)；检测器单元(5)，检测带(8)反射和/或透射的光束(R)；以及评估单元(6)，基于所检测的光束(R)确定层厚度(d)。设备(1a)还可通过检测带(8)散射的光束而用于确定带的表面被粒子污染的程度。

Description

确定层厚度和/或确定带的污染程度的设备
相关申请的交叉引用
本申请依照35U.S.C.§119(a)要求申请日为2011年9月15日的德国专利申请DE102011082793.0的优先权，通过引用将其全部公开内容并入本申请内容中。
技术领域
本发明涉及确定带上的层厚度和/或确定带的表面污染程度的设备，所述表面被粒子污染。
背景技术
带或带形体可具有多个层，并可用于例如半导体制造中，用于生产属于有机电子学的组件，例如，有机LED或太阳能电池。在这些应用中，带通常设计为非常薄或为膜状，即，带具有通常在微米范围中的厚度。
可由带形基板制造的属于有机电子学的组件例如对水和氧等敏感，因此必须相对于环境封装这些组件。这种封装可由玻璃实现或借助于金属罩实现。然而，这种封装由于其硬度而通常不能用于柔韧的、膜状和/或印刷的电子组件。
为了封装属于有机电子学的由具有多个层的带形基板制造的柔韧组件，可在组件的两侧上使用薄的阻挡层(例如，由Al2O3和/或ZrO2构成的多层)，其具有充分低的水蒸气传输率(WVTR)，参考J.Meyer等人的文章“Al2O3/ZrO2Nanolaminates as Ultra-high GasDiffusion Barriers–a Strategy for Reliable Encapsulation of OrganicElectronics”，Adv.Mater.18,1845(2009)或Thomas Riedl等人的文章“Thin FilmEncapsulation of Top-Emitting OLEDs using Atomic Layer Deposition”,in Solid-State and Organic Lighting”,OSA Technical Digest(CD)(Optical Society ofAmerica,2010),paper SOWB5。
然而，如果在阻挡层意图施加其上的表面上存在粒子，则因为所述粒子首先可形成能够使来自环境的水和/或氧通过阻挡层的微通道，其次可导致有机组件的电极之间的电短路，所以制造有机电子组件存在问题。水和氧尤其在制造有机LED(OLED)时是致命的，因为它们可导致阴极的氧化，阴极在OLED中通常由贱金属(例如，铝)构成，因此电流不再局部流动(参考“White Paper on the Characterization of Thin-film Barrier Layerfor Protection of Organic Light-Emitting Diodes”，Peter van de Weijer,Ton vonMol,2009年9月10日,在因特网上可从www.fast2light.org获得)。这可导致表面发射极上的黑点并可能导致OLED故障。
通常在清洁室(例如，具有最大0.5μm的可允许的粒子尺寸)中，或在真空中，或在保护气体环境下处理有机电子组件。在该情况中，应注意确保所用基板或表面免受粒子影响。特别地，不应有穿透阻挡层和电极，尤其是阴极(在OLED的情况中)的粒子出现在电子组件的区域中。相比之下，仍由阻挡层覆盖的或仅出现在组件的内层中的较小粒子较不致命。因此，最小临界粒子尺寸为阻挡层和电极的最小出现的层厚度的和，即，通常在0.15μm附近。
在制造OLED的过程中，在通过溅射工艺将阳极(通常由铟锡氧化物(ITO)构成)施加到载体材料上时产生最大的粒子，其中，在该工艺步骤中的粒子尺寸为约5μm，参考“Impact of Particulate Contaminants on the Current Leakage Defect in OLEDDevices”，Masaru Nagai,J.Electrochemical Soc.154,J387(2007)。然而，通过清洁可轻易移除这些粒子。残余的ITO粒子在短路方面可能是致命的，但通常对于阳极侧上的水的扩散是不致命的，因为在ITO层之前施加阻挡层，因此阻挡层未被粒子穿透(因为粒子直到ITO溅射才出现)。相比之下，未穿透导电层(ITO阳极、分流线、导电聚合物层)的较小的粒子相对不致命。
已知借助于照相机来观察基板表面。然而，所述照相机的分辨率(>10μm)通常不足以识别或检测小于10μm的小粒子尺寸。具有高分辨率的其他方案使用点型测量(参考“Light Scattering by Sub-half Micron Spherical Particles on Silicon andOxidized Silicon Surfaces”,Bawolek等.Proc.,ICCCS485(1992))，并因此通常太慢而不能在制造工艺期间(以扫描方式)原位检查整个表面，或通常不适合用于工艺监视(例如，使用电子显微镜的方案)。
除了确定带形体的表面被粒子污染的程度或确定表面上的粒子密度，对于带的处理而言，还有利的是以高空间分辨率确定带或带的各单独层的厚度或折射率。通常，在该情况中已知带的粗糙层构造。然而，确定层厚度(在约100nm的数量级的平均厚度的情况下)时的测量精度应尽可能高(通常<2nm)，并且应能够以高速度且以约100μm的数量级的空间分辨率(栅格)进行测量，该测量不能通过目前用于厚度测量的常规设备来实现。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提供一种确定带上的层厚度和/或确定带的表面污染程度的设备，所述表面被粒子所污染，该设备尤其还可直接(原位或在线(inline))用于制造工艺中。
发明的主题
根据第一方面，该目的通过确定带的表面污染程度的设备来实现，该带沿着供给方向移动，所述表面被粒子污染，该设备包含：发光单元，产生照明辐射；光束成形单元，位于发光单元下游且用于成形至少一个带形照明光束以关于供给方向横向地照明带形样品；检测器单元，检测在带形样品处散射的照明辐射；以及评估装置，使用检测的照明辐射确定表面的污染程度。
本发明提出提供原位监测污染程度或检测带的表面上的粒子的(固定的)设备，其中，检测的同时带相对于设备沿着供给方向移动。为此，使用线性照明，其通常在待检查的带的整个宽度上延伸，以便确定在带的整个宽度上的污染程度。在该情况中，可利用例如从动辊而在供给方向上移动带。在该情况中的线性照明使得能够关于供给方向横向地在多个测量位置处进行并行测量。
在该申请的含义中，表达“关于供给方向横向地”应理解为表示带形照明光束的以相对于供给方向有角度(不同于0°)地延伸的取向，其中该角度通常为90°或者可与90°偏离(例如，偏离+/-30°)。“线性照明”应理解为表示在带上产生一条线的照明，该线的长度基本上对应于带的宽度且线的宽度在微米或亚微米范围中，例如不超过约50μm或约5μm的线宽。
样品在供给方向上的移动结合线性照明使得能够关于污染粒子快速检查或监测样品。利用检测粒子的杂散光测量使得可在该情况中甚至针对具有小于约10μm(例如，6μm或更小)的小粒子尺寸的粒子测量污染程度。在该情况中，监测污染程度的一个或多个设备可安装在有机组件(例如，OLED)的制造装置中的不同位置处。该设备使得可确保表面在随后的制造步骤(例如，随后的涂覆步骤)中充分摆脱粒子。
在一个实施例中，光束成形单元被设计用于带的线性照明，该带的线宽在供给方向上是可变的。特别地，可借助于杂散光测量检测的粒子的(平均)粒子尺寸取决于带形照明光束的线宽。在该方面，取决于例如在约0.5μm和10μm间的范围中的线宽，可分开检测在约0.1μm的尺寸范围至约6μm的尺寸范围内的粒子。
在一个实施例中，光束成形单元包含具有可调焦距的至少一个光学元件。例如，光学元件可为在形状或几何形状方面可变的透镜元件或反射镜，使得其焦距是可调的。不用说，为了调焦的目的，还可提供具有可变焦距的变焦透镜，以改变带形照明光束在表面上的线宽。
在另一实施例中，光束成形单元具有用于照明辐射的在供给方向上的光束扩展的至少一个望远镜布置。这种望远镜布置具有两个光学元件，其布置为彼此相距它们的焦距。光学元件可为反射或折射光学单元。在一个有利的发展中，望远镜布置的光学元件中的至少一个具有可调焦距，以在带上设置带形照明光束的线宽。扩展的照明光束通常具有小于1:50，通常小于1:10的宽高比(宽度：长度)。利用调焦单元，照明光束在其线宽方面通常以因子100缩小，如果合适，以大于1000的因子缩小，例如以约85000的因子缩小。
在一个实施例中，评估装置设计为检测对表面的污染程度的极限值和/或表面的污染程度的变化的极限值的超出。粒子的污染程度在下文中理解为尤其表示粒子密度，即，带的表面上的每面积单元上的粒子数量。如果粒子位于带上或表面上，那么它们导致杂散光强度的局部增加，基于此，可推导出粒子密度以及因此可推导出表面污染程度。由于线性照明或检测，来自不同粒子的杂散光可能彼此叠加。因此，通常不能确定精确的粒子密度以及同时确定粒子的尺寸分布。然而，评估单元可改为将累积的杂散光强度分配给均匀粒子尺寸的样本粒子分布，其被预先测量用于各类型的带或基板的校准且存储在评估单元中。可检测该分配的粒子密度的变化以及尤其是该分配的粒子密度的波动，并且例如，如果超出极限值，则发出警报，使得机器或操作者可以发动减少粒子密度的措施。
在另一实施例中，评估单元设计为确定各自在供给方向上延伸的多个带部分上的表面的污染程度，也就是说，针对通常具有相同长度的各个带部分，整体地确定粒子密度，其中，结果可存储在存储装置中。如果带以恒定速度移动，那么存储的结果可以特别简单的方式(利用时间测量)分配给各个带部分。如果带的速度变化，那么有利的是在带上设置标记，该标记例如可由照相机检测，从而可将检测的粒子密度明确地分配给各带部分。
在其上确定了过度高的粒子密度的带部分上，利用在供给方向上布置在粒子检测设备下游的清洁装置，可进行清洁(如果合适，为更新的清洁)。替代地，还可对其中污染程度的极限值被超过的带部分不进行进一步的处理。不用说，为了限制存储的数据量，如果合适，仅显著的结果应被存储，例如，仅在极限值之上的部分的粒子密度。
在另一实施例中，设备包含参考检测器，用于确定由发光单元产生的照明辐射的强度。借助于由参考检测器记录的信号，在测量期间由发光单元产生的照明辐射的强度的波动可被检测并因此通过与检测器单元检测的杂散光强度的比较而消除。该检测的杂散光强度取决于表面粗糙度和表面的相关长度。粗糙度越大，表面的相关长度越短，则杂散光强度越大。可针对不同入射角和检测角将典型表面粗糙度和/或相关长度的杂散光强度存储在评估单元中，并且典型表面粗糙度和/或相关长度的杂散光强度可用作粒子的杂散光强度的参考，以确定粒子关于总杂散光强度(粒子+表面)的比例。理想上可完全消除表面对确定粒子强度的贡献，即，在没有粒子的表面上仅测量到强度噪声(在零线上)。
本发明的另一方面涉及确定沿着供给方向移动的带上的层厚度的设备，包含：移动单元，沿着供给方向移动带；发光单元，产生照明辐射；光束成形单元，位于发光单元下游，用于成形至少一个带形照明光束，以关于供给方向横向地线性照明带；检测器单元，检测在带处反射和/或透射的照明辐射；以及评估装置，使用检测的照明辐射确定层厚度。为了确定带的单独层或整个带(如果合适的话)的层厚度，检测由带反射和/或透射的照明辐射，而不是在带处散射的辐射，即，带上的照明辐射的入射角对应于检测角。依靠线性并行照明和检测，在该情况中可执行快速且同时精确的厚度确定，其尤其可被在制造电子组件的工艺中原位使用。在该情况中，可利用产生具有宽带光谱的照明辐射的发光装置，或借助于在一个或多个离散波长处的照明辐射，确定带的反射和/或透射。
在一个实施例中，设备附加地包含偏振滤波器装置，用于设置照明辐射的偏振。在该情况中，可利用合适的滤波器将偏振方向设置为例如与带上的照明辐射的入射面垂直或平行(s-偏振或p-偏振)。
在一个发展中，偏振滤波器装置可在两个互相正交的偏振态(例如，s-偏振或p-偏振)之间转变。这是有利的，因为照明辐射的反射率或透射率不仅由波长影响，而且由入射照明辐射的偏振影响(参考菲涅尔等式)。偏振的附加自由度使得可增加测量精度，以及还可增加测量范围，在该测量范围中可以高精度地进行厚度测量。
在一个实施例中，移动单元设计为用于以至少1m/min，优选至少10m/min，尤其50m/min或更多的速度移动带。这种速度需要记录测量数据的相应高速度(例如，50m/min时为0.12ms)，这可通过线性照明(以及线性检测)来实现，因为其使得能够在带的整个宽度上进行层厚度的并行检测。
本发明的另一方面在确定被粒子污染的表面的污染程度和/或沿着供给方向移动的带上的层厚度的设备中实现，该设备包含：发光单元，产生照明辐射；光束成形单元，位于发光单元下游，成形至少一个带形照明光束，以及关于供给方向横向地线性照明带的表面；检测器单元，检测在带处散射、反射和/或透射的照明辐射；以及评估装置，使用检测的照明辐射确定表面的污染程度和/或层厚度。有利地，同一个设备可用于确定带的表面上的粒子密度以及带或带的单独层的厚度两者。在该情况中，可通过改变入射角或检测角(例如从用于检测杂散光的检测角变化至用于检测(镜面)反射的照明辐射的检测角)顺序地测量粒子密度和厚度。
不用说，设备中的检测器单元(如果合适)还可具有两个或更多的检测器，以使得能够并行确定粒子密度和层厚度二者。在该情况中，例如在对应于入射角的检测角处布置一个检测器，而在偏离入射角的检测角处布置另一检测器，以检测在带处散射的照明辐射。
不用说，上文指明的与用于确定污染程度或用于层厚度测量的各个设备关联的附加特征还可用于该组合设备中。特别地，在该情况中，可调适线性照明的线宽，因为用于确定粒子密度和用于层厚度测量的线宽可能彼此偏离。
在一个实施例中，发光单元具有产生在300nm和1000nm之间的波长范围中的照明辐射的至少一个光源。使用在该波长范围中的照明辐射已被证明有利于本申请。可由光源以宽带方式提供照明辐射，即，在例如从400nm至800nm的宽光谱范围上(白光光谱，例如由灯产生)。
在另一实施例中，发光单元具有产生预定波长的照明辐射的至少一个光源。举例来说，激光器、激光二极管、LED或气体放电灯可用作产生离散波长的辐射的光源。对于杂散光测量，有利的是使用在单个预定波长处或在有限波长范围中的照明辐射。
在一个发展中，发光装置具有产生具有不同波长的照明辐射的至少两个光源。特别地，对于层厚度确定，已证实有利的是使用两个或更多，尤其是三个光源，其波长例如可在红、绿和蓝光谱范围中，以增加测量精度和/或测量范围。
在一个实施例中，检测器装置具有至少一个光谱解析(通常还是空间解析)检测器，用于同时检测在两个或更多波长处的照明辐射。在该情况中，检测器尤其可具有传感器元件，其对红、绿以及蓝光谱范围中的照明辐射敏感或将白光分为这三个成分。可以该方式对于使用的所有三个波长进行照明辐射的同时检测。
在一个实施例中，检测器装置具有至少一个空间解析检测器，用于关于供给方向横向地空间解析检测照明辐射。例如，检测器可具有成一直线的多个传感器，以执行照明辐射的一维、线状检测。然而，检测器还可具有以栅格布置的多个传感器或传感器线，以能够执行照明辐射的二维、带状检测。在该情况中，检测器区域具有对应于检测的照明辐射的检测角的法线方向。如果检测器具有至少100μm的空间分辨率，则有利于精确的层厚度确定。
在一个实施例中，带形照明光束在带的表面上的入射角和/或检测在带处反射、透射和/或散射的照明辐射的(相应)检测角是可调的。为了调整入射角，光束成形单元可在合适时与发光单元或光源一起移动和/或转动。为此目的，可在设备中设置例如旋转的和/或平移的驱动器和/或发动机形式的移动单元。因此，通过转动和/或移动检测器单元的一个或多个检测器，可相对于带调整相应检测器区域的取向并因此调整检测角。
当检测粒子时，为了影响表面杂散光与粒子杂散光的局部比率，可调整入射角和/或检测角，该局部比率取决于相应表面构成或材料类型。为了能够可靠地检测粒子杂散光，应选择入射角和/或检测角使得所述比率大于一。在任何情况中都应将检测角选择为使得镜面反射(入射角＝反射角)或在带处透射的照明辐射照在检测器上。此外，在基板的厚度测量的情况中，可选择入射角和/或检测角，使得在层厚度的期望测量范围中，取决于层厚度的反射变化特别大。
参考示出本发明重要细节的附图，由本发明示例实施例的以下说明以及权利要求，可知本发明的其它特征和优点。各单独特征在各个情况中可通过其自身来实现，或在本发明的变型中作为多个以期望的组合实现。
附图说明
示例实施例被以示意图示出且在下面的描述中得到说明。图中：
图1示出一设备的示意图，在该设备中进行用于检测沿着供给方向移动的带的表面上的粒子的杂散光测量；
图2示出具有两个光束望远镜的光束成形单元的一个示例实施例的示意图，该两个光束望远镜用于使图1的设备的带形照明光束成形；
图3示出具有两个光束望远镜的光束成形单元的另一示例实施例，该两个光束望远镜各具有两个柱形透镜；
图4示出具有三个光束望远镜的光束成形单元的一个示例实施例；
图5示出一设备的示意图，为了确定带上的层厚度，该设备执行在带处反射的照明辐射的测量；
图6示出一设备，其中，附加地检测在带处透射的照明辐射；以及
图7a-d示出在带处反射的照明辐射的比例与带的层厚度关系的图。
具体实施方式
图1示意性示出设备1，其包含：发光单元2，具有He-Ne激光器形式的单个光源，用于产生照明辐射3；光束成形单元4，位于光束路径的下游；以及检测器单元5，其信号连接至例如为计算机形式的评估装置6。
光束成形单元4用于成形带形照明光束7以及用于以入射角α将照明光束7聚焦在带8上，带8在本示例中为用于制造有机LED(OLED)的基板。光束成形单元4具有两个部分，即，成形带形照明光束7的扩展单元4a和将带形照明光束7聚焦在带8上以在那获得线性照明的聚焦单元4b。
利用由箭头指示的常规移动装置9(例如，利用从动辊(driven roller))，将带8以基本恒定的速度v沿着供给方向X移动。带8例如可从卷轴(未示出)上释放或可从例如用于施加涂层的先前工艺站传送到设备1的区域中。带8的速度v通常为约1m/min至约50m/min的数量级。
在本示例中，检测器单元5由具有垂直于带8的供给方向X(即，在Y方向上)延伸的检测器线(即，平行于由带形照明光束7在带8上形成的聚焦线)的线性检测器构成。不用说，尽管已证实垂直取向在实践中是有利的，但带形照明光束7或聚焦线不必须垂直于供给方向X取向。
检测器单元5(或检测器区域的法线)相对于带8取向为关于带的表面8a具有检测角β。在图1示出的设备1的情况中，检测角β(≠α)与入射角α偏离，使得仅在带8处散射的照明辐射S以及仅镜面反射的照明辐射R和透射的照明辐射T的极小部分照在检测器单元5上。
在图1示出的示例中，单独(cw)激光器2用作光源。不用说，替代地，如果(cw)激光二极管的输出功率足以在带8的整个宽度上(在Y方向上)照明带8，还可使用(cw)激光二极管。替代地，例如，为了在带的整个宽度上照明带，还可使用在一条线上以在Y方向上偏移方式布置的多个光源，其中，相应光源分配给沿着带8的宽度方向(Y方向)的相应宽度范围。当多个光源用作发光单元时，单独光源的功率可变得较低，因此，这种方案尤其对于带8的大宽度B(例如，大于1至2米)而言是合适的。
用于杂散光测量的照明辐射3的波长通常应在约600nm和900nm之间，其中，可任意选择激光辐射的偏振，但是优选使激光辐射垂直于入射面偏振(s偏振)。在本示例中，用作发光单元2的He-Ne激光器具有在约635nm周围的波长和2瓦特的输出功率，并且可用于例如具有约30cm的宽度B的带8。替代地，对于照明30cm的宽度B，还可使用布置在一条线上且各自具有500mW的功率的四个激光二极管。
不用说，有利地具有至少一个光谱线的(气体放电)灯也可用作光源，该光谱线具有在约600nm和900nm之间的光谱范围中的波长。在产生带形照明光束7之前，可借助于光学元件(例如，透镜元件等)准直由灯产生的照明辐射。如果使用具有宽带发射的光源(例如，白炽灯)，则应借助于滤波器将照明辐射的光谱限制在杂散光测量所需的波长范围。
由发光单元2产生的照明辐射3的强度的小部分(通常<10％)通过分束器11偏转且照在参考检测器12上。分束器11可由一侧有涂层或两侧都有涂层或没有涂层的基板构成。举例而言，激光功率测量仪器或光电二极管(如果合适的话)可用作参考检测器12。当测量激光功率时，应注意确保检测器区域大于照射光束截面。如合适，为此目的必须聚焦耦合出的照明辐射，这可例如通过凸透镜元件(未示出)实现。
当使用具有多个光源的发光单元2时，可使用单个参考检测器12用于所有光源，或者可提供两个或更多的参考检测器，其分别分配给多个光源。在花费最高的情况中，专用参考检测器被分配给各个光源。由参考检测器12提供的强度信号和来自检测器5的相应信号被馈送给放大器13，并在A/D变换器13a中数字化之前在放大器13处放大，并馈送给评估单元6。
评估单元6用于确定表面8a的由沉积在那里的粒子产生的污染程度。在本示例中，污染程度由带8的表面8a上的粒子密度确定。在该情况中，表面8a上粒子10的出现导致杂散光强度的局部增加，基于此，可推导出粒子密度。存储在评估单元6中的具有已知粒子分布的样品的杂散光强度可用于校准目的。通过针对不同入射角α和检测角β存储典型表面粗糙度和相关长度的杂散光强度，还可考虑表面对散射的贡献。在该情况中，尤其可选择入射角α和检测角β，使得在表面8a上局部散射的照明辐射S与在粒子10处局部散射的照明辐射S之间的比率变得尽可能高，至少大于1。
因为可能具有不同粒子尺寸的多个粒子10的杂散光由于按线或按带的检测而彼此叠加，所以同时确定粒子10的粒子密度和精确尺寸分布通常是有问题的。因此，评估单元6将累积的(integral)粒子杂散光强度分配给具有均匀粒子尺寸的粒子分布，基于此，可确定在带8的移动期间粒子密度变化的极限值的超出和/或粒子密度的极限值的超出。
在图1所示的示例中，针对带部分A执行这种确定，带部分A分别在供给方向X上延伸约10cm的长度，为此分别累积地确定粒子密度或杂散光强度。如果带8以恒定速度v移动，则存储的结果可以特别简单的方式(利用时间测量)分配给相应带部分A。如果带8的速度v变化，则有利的是在带上设置标记，例如可利用照相机(未示出)检测该标记，使得检测的粒子密度可明确分配给带部分A。
在确定了粒子10的过高密度的这些带部分A处，例如可利用在供给方向X上位于设备1的下游的清洁装置进行(更新的)清洁。替代地，还可将其中污染程度的极限值被超过的带部分A排除在进一步的处理之外。不用说，为了限制数据的存储量，如合适，仅应存储显著结果，例如，仅带部分A的超出极限值的粒子密度。粒子密度的突变(例如粒子密度的骤升)也可在评估单元6中被识别且被用于发动警报，使得操作员可在合适时追踪到粒子源并消除粒子源。
下面参考图2至图4描述光束成形单元4的扩展单元4a的示例实施例。这里假设从发光单元2发出的照明辐射3以准直方式且平行于光轴进入扩展单元4a。不用说，所用光源(激光器、激光二极管或准直的灯光束)具有较大或较小的发散，其由光学单元(未示出)通过相应适配所用光学单元的焦距或间距而补偿。为此目的所用的光学单元应设计为使得照明光束未被削减(trim)。
图2示出投影到XY平面中的扩展单元4a的示例实施例。扩展单元4a具有两个望远镜布置T1、T2，其各具有两个透镜元件20a、20b、21a、21b，以扩展图2底部左侧所示的照明辐射3的圆形光束截面。第一望远镜T1具有两个球面凸透镜20a、20b，其布置为相距与它们的焦距b1+b2一致的距离。如果光束截面意在例如被放大因子8(8x)，则第一球面透镜元件20a可具有10mm的焦距，第二球面透镜元件20b可具有80mm的焦距。不用说，如果例如第一透镜元件20a由具有焦距b1＝-10mm的(球面)凹透镜元件代替，则也可实现八倍放大率。
第二望远镜T2由两个柱透镜元件21a、21b构成，其垂直于带8的入射面(即，垂直于供给方向X)进一步放大将照明辐射3。为了实现例如将照明辐射3扩展因子37.5，第一柱透镜元件21a使用10mm的焦距b1，第二柱透镜元件21b使用375mm的焦距b2，使得从圆形光束截面产生椭圆形光束截面，所述椭圆形光束截面在图2底部右侧(未按真实比例)示出。不用说，在该情况中，为了实现光束扩展因子37.5，第一凸柱透镜元件21a也可由具有-10mm的焦距b1的凹柱透镜元件替代。
利用图2中的扩展单元4a，因此在本示例中，具有圆形光束截面和1mm直径的照明辐射3在第一望远镜T1处可扩展为具有8mm直径的圆形光束截面，并在第二望远镜T2处可扩展为具有300mm长度和8mm宽度的椭圆形光束截面，其通过聚焦单元4b聚焦为带8上的带形照明光束7且在该情况中其在供给方向X上的范围减少(见下文)。
图3示出扩展单元4a的进一步的示例实施例，其中两个望远镜布置T1、T2都由柱透镜元件22a、22b、23a、23b构成。在该情况中，第一望远镜布置T1平行于带8上的入射面扩展照明辐射3，第二望远镜布置T2与其垂直地(在Y方向上)扩展照明辐射3，导致出现在图3底部右侧示出的椭圆形光束截面。如果该光束截面意在与图2示出的示例相同，则可采用图2的扩展单元4a的第一望远镜布置T1的焦距，而对于第二望远镜布置T2而言，第一柱透镜元件23a的焦距为b1＝10mm(或-10mm)，第二柱透镜元件23b的焦距b2为b2＝3000mm。
如图4所示，在扩展单元4a的一个示例实施例中，对于光束扩展使用三个望远镜布置T1、T2、T3，其各具有两个透镜元件24a、24b、25a、25b、26a、26b。第一望远镜布置T1具有两个球面透镜元件24a、24b，例如可具有焦距b1＝+10mm(-10mm)和b2＝+60mm，用于以因子6(6倍)放大光束截面。具有柱透镜元件25a、25b的第二望远镜布置T2平行于带8上的带形照明光束7的入射面例如以因子14.3扩展照明辐射3(b1＝+10mm或-10mm，b2＝+143mm)。具有两个柱透镜元件26a、26b的第三望远镜布置T3垂直于入射面(在Y方向上)例如以因子50扩展照明辐射3(b1＝+10mm或b1＝-10mm，b2＝500mm)。
因此，在图4的扩展单元4a的情况中，首先，具有直径为1mm的圆形光束截面的照明辐射3转变为直径为6mm的圆形光束截面，然后转变为长度为86mm且宽度为6mm的椭圆形光束截面，随后转变为宽度为86mm且长度为300mm的椭圆形。
为了在用于相应应用的粒子检测期间优化可检测的最小粒子尺寸或速度，有利的是能够改变带形照明光束7在供给方向X上的线宽。为了执行图3和图4中示出的扩展单元4a的各示例的这种变化，有利的是，例如通过提供在其几何形状方面可变的透镜元件，将图3中的第一柱透镜元件望远镜T1的至少一个柱透镜元件22a、22b的焦距或图4中的第二望远镜T2的柱透镜元件24a、24b的焦距实施为可变的。在图4中示出的示例实施例中，在第二望远镜布置T2的第二柱透镜元件25b的焦距b2变化时产生的光束宽度在下表(表1)中示出：
表1
如上面进一步所述，聚焦单元4b跟随扩展单元4a，该聚焦单元4b设计为柱透镜元件，其将照明辐射3或照明光束7聚焦在带8上，光束截面在供给方向X上减小。柱透镜元件形式的聚焦单元4b可具有例如100mm的焦距，其中，带8应该位于尽可能接近聚焦单元4b的焦线处。从对于入射照明辐射3的不同宽度的下表(表2)可收集光束截面通过柱透镜元件形式的聚焦单元4b的变化：
表2
如可从表2所收集的，在本示例中，聚焦导致带8上的光束截面的宽度以约500的因子减少，其中还可使用高达约90000的因子。对于杂散光测量，线性照明光束应不超过约10μm至20μm的线宽，其中检测亚微米范围的粒子需要显著较小的线宽(小于1μm或0.1μm)。
不用说，对于照明具有大宽度B的带8，还可以平行方式(即，在Y方向上彼此并排)使用多个光束成形单元4，使得较大的合成光束长度出现。例如，通过图2至图4中示出的300mm的光束长度的五重平行，可产生Y方向上1500mm的光束长度。
散射进带8处或位于线性照明区域中的粒子10处的立体角范围中的照明辐射S在另一柱透镜元件形式的准直装置14处准直。在该情况中，准直装置14的焦距或柱透镜元件的焦距通常对应于离带8的距离，例如100mm。不用说，准直装置14也可具有例如沿着在Y方向上延伸的线的多个柱透镜元件，以能够甚至在带8具有大宽度B(具有米的数量级)的情况下准直散射的照明辐射S。
从而，检测器单元5具有沿着行布置的(在Y方向上)一个或多个CCD线性检测器(1维检测)或CCD阵列(2维检测)。光波导(未示出)可布置在检测器上游，所述光波导以线性方式布置或以2维栅格布置，并用于收集散射的照明辐射S。
作为确定带8的表面8a上的污染程度或粒子密度的附加或替代，还可有利的是在处理带8期间获得关于带8的厚度的信息或关于带8的各单独层的厚度的信息。
图5示出确定膜状带8的层的厚度D的设备1a。与图1中的设备1一样，图5中的设备1a包含发光单元，其在本示例中由三个光源2a至2c构成。光源2a至2c被设计为激光二极管，其产生具有在红、绿和蓝波长范围中的波长λR、λG、λB(即，在约610nm、550nm和450nm)的照明辐射3。照明辐射3在光束成形单元4中，更确切地说是在扩展单元4a中叠加，并且在设计为凹面反射镜的聚焦单元4b中聚焦之后转变为具有三个波长λR、λG、λB的带形照明光束7，其在带8上产生线性照明。
从带8反射的照明辐射R通过用作准直装置14的凹面反射镜准直或聚焦到线性检测器5上(带形检测)。为了测量在带8处镜面反射的照明辐射R，线性照明光束3的入射角α和检测角β相等(α＝β)。连接至检测器5的评估单元6用于确定带8的层的厚度d，该带8在本示例中具有层结构。如合适，也可确定多个层的厚度或带的总厚度。
为了确定层厚度d，将反射的照明辐射R的强度或带8的对于照明辐射3的反射率与具有相同层结构的带8的已知的取决于厚度的反射率曲线进行比较。对于包含薄铝层上的薄PMMA层的带8的示例，图7b示出作为PMMA层的厚度d(在80nm和200nm之间)的函数的、针对在相应三个波长处的反射率R(单位％)以及α＝90°的入射角(即，垂直入射)的三个反射率曲线(R、G、B)。
相比之下，图7a同样针对垂直入射(α＝90°)示出带8在利用具有白光光谱(约400nm至约800nm)的宽带光源情况下的反射率(单位％)。图7c示出用于α＝60°的入射角的相应示图。参考图7a、7c，显然，对于在约100nm和约160nm之间的层厚度，反射率基本上线性变化，准确的约为5％，使得可以良好精度确定在该厚度范围中的厚度d。如果检测器5具有约0.1％的强度分辨率，则在该情况中可分辨约1.1nm的厚度波动。
如参考图7b所见，其中出现反射率R的重大变化的厚度范围取决于选择的波长。因此，有利的是选择具有一波长的照明辐射，该波长在待检测的厚度范围中具有反射率曲线的基本线性分布或反射率的最大可能变化。尤其有利的是在多个波长(例如，在红、绿和蓝光谱范围中)执行同时测量，以获得其中可进行厚度测量的最大可能范围，以及增加测量精度。在该情况中被证明有利的是检测器5包含针对不同波长(例如，450nm、550nm和610nm)的选择性接收器元件(传感器像素)，所述接收器元件例如将白光光谱分解为三种颜色，使得可进行快速RGB光谱测量法。
如果照明辐射附加地分离为垂直于和平行于入射面偏振(椭圆偏光法)的照明辐射3，则可进行关于测量范围和测量精度的进一步改进。为此目的，如图6所示，设备1a的变型包含偏振滤波器17，其可通过位移装置(未更明确地指出)而被引入照明辐射3的光束路径中，并且允许可选地仅s偏振照明辐射通过或仅p偏振照明辐射通过，其中该切换应与检测器5的读出期间的线时钟同步。在检测器5的线信号的同步读出期间，因此获得六个信号Rs,Gs,Bs,RP,GP,BP，将其与取决于厚度的反射率曲线相比，如图7d所示，以确定由PMMA构成的层的厚度d。
不用说，可以根据相应应用(即，分别待检查的层结构或相应层材料)调整入射角α和检测角β，例如通过利用转动单元15将光源2a至2c与光束成形单元4一起转动或通过利用相应转动单元16将准直单元14与检测器5一起转动。
而且，作为检测在带8处反射的照明辐射R的附加或替代，也可测量在带8处透射的照明辐射T。图6中同样示出设备1a，其中反射的和透射的照明辐射R、T都通过相应线性或矩阵型检测器5a、5b来检测。
在联系图5和图6所描述的方式中，可在带上或在薄膜上执行快速且高精度层厚度测量。不用说，在该情况中，与图5和图6中所示不同的，可使用折射光束成形单元4和/或准直单元14(或者可组合使用折射光学单元和反射光学单元)。如联系图1已在上文进一步示出的，所用的检测器5可为在带8的整个宽度B上延伸的连续线性传感器(例如，具有大于20000个像素)，或者替代地为多个线性传感器，其检测区域彼此在边缘上相邻接或者在合适时彼此边缘重叠。
此外，可在同一个设备1、1a上进行结合图5和图6描述的层厚度测量以及带8的表面8a上的污染程度或粒子密度的确定。为此目的，必须改变检测角β和/或入射角α，使得光学上反射和/或散射的照明辐射R、S通过检测器5来检测。特别地，可由一个或多个参考检测器12补充如图5所示的用于杂散光测量的设备1a，如果它们还未出现在设备1a中。此外，当然可以使用来自图1的设备，用于通过适当地选择检测角β和入射角α来测量厚度。特别地，已证实有利的是将光束成形单元4设计为使得带8上的线性照明的线宽是可变的，以能够在用于杂散光测量的约1μm的相当小线宽和用于厚度测量的在约100μm的范围中的相当大线宽之间转变。

Claims (16)

1.一种确定沿着供给方向(X)移动的带(8)上的由粒子(10)污染的表面(8a)的污染程度和/或层厚度(d)的设备，包含：
发光单元(2)，产生照明辐射(3)，
光束成形单元(4)，位于所述发光单元(2)下游，成形至少一个带形照明光束(7)，用于关于所述供给方向(X)横向地线性照明所述带(8)的所述表面(8a)，
检测器单元(5)，检测在所述带(8)处散射、反射和/或透射的照明辐射(S，R，T)，以及
评估装置(6)，使用所检测的照明辐射(S，R，T)确定所述表面(8a)的污染程度和/或所述层厚度(d)，
其中，所述光束成形单元(4)利用具有可变线宽线性的所述带形照明光束(7)照明所述带(8)，所述光束成形单元(4)具有至少一个望远镜布置(T1，T2)，该望远镜布置(T1，T2)具有两个柱透镜元件(22a，22b；25a，25b)，用于所述照明辐射(3)在所述供给方向(X)上的光束扩展，且其中该望远镜布置(T1，T2)的两个柱透镜元件中的至少一个具有可调焦距。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述发光单元具有至少一个光源，用于产生在300nm和1000nm之间的波长范围中的照明辐射。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述发光单元具有至少一个光源(2a至2c)，用于产生预定波长(λR，λG，λB)的照明辐射(3)。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述发光单元具有至少两个光源(2a至2c)，用于产生具有不同波长(λR，λG，λB)的照明辐射(3)。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述检测器单元具有至少一个光谱解析检测器，用于在两个或更多不同波长(λR，λG，λB)同时检测所述在所述带(8)处散射、反射和/或透射的照明辐射(S，R，T)。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述检测器单元具有至少一个空间解析检测器，用于关于所述供给方向(X)横向地空间解析检测所述在所述带(8)处散射、反射和/或透射的照明辐射(S，R，T)。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述带形照明光束(7)在所述带(8)的表面(8a)上的入射角(α)是可调的。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其中，用于检测在所述带(8)处散射、反射和/或透射的照明辐射(S，R，T)的检测角(β)是可调的。
9.根据权利要求1或2所述的设备，还包含：
偏振滤波器装置(17)，用于设定所述照明辐射(3)的偏振。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述偏振滤波器装置(17)设计为产生具有能够在两个相互正交的偏振态之间转变的偏振态(s，p)的线性偏振照明辐射(3)。
11.根据权利要求1或2所述的设备，还包括移动单元(9)，设计为以至少1m/min的速度(v)移动所述带(8)。
12.根据权利要求1或2所述的设备，其中，具有可调焦距的所述望远镜布置(T1，T2)的两个柱透镜元件中的至少一个的几何形状可变。
13.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述评估装置(6)设计为检测对所述表面(8a)的污染程度的极限值的超出和/或所述表面(8a)的污染程度的变化的极限值的超出。
14.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述评估装置(6)设计为确定各自在所述供给方向(X)上延伸的多个带部分(A)上的所述表面(8a)的污染程度。
15.根据权利要求1或2所述的设备，还包含：参考检测器(12)，其确定由所述发光单元(2)产生的所述照明辐射(3)的强度。
16.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述线宽在1μm到100μm的范围内变化。
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