CN105115432A - 一种涂布膜厚的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涂布膜厚的检测系统包括：探针，用于扫描PR膜层表面；反馈电路，用于控制扫描头在垂直方向上移动，以使扫描过程中每一点上所述探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定；光电检测器，用于将反射的激光束转化成电脉冲信号；计算机，用于将所述电脉冲信号转换成或明或暗的区域，以作为所述PR膜层厚度的原始数据。本发明量测时间更短，无需设置复杂的光学系统，量测与涂布过程同步进行，实现涂布膜厚的实时在线测量，可实时控制和调整涂布的膜厚，对监控涂布工艺的稳定性起着至关重要的作用。

Description

一种涂布膜厚的检测系统及方法

【技术领域】

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种涂布膜厚的检测系统及方法。

【背景技术】

在TFT-LCD的彩膜基板涂布工艺中，涂布机涂布完成后的PR膜厚检测一般是在经过真空干燥及前烘工艺后通过THK(ThicknessMeasure)进行光学量测，该流程对涂布膜厚的检测存在滞后性，对膜厚异常情况的发生通常无法及时发现，确认及后续改善工作都需花费较多的时间进行再确认，随着市场对高精细及高分辨率产品的需求，彩膜基板涂布工艺上的膜厚均一性要求越来越严格，涂布膜厚Matrix分布情况实时监测也变得更为重要，传统THK光学膜厚量测的方法在检测时效性及改善的及时性上都存在一定的弊端，滞后进行改善时不仅会对产品的品质及良率提高产生影响，降低生产产能，另外由于经过了真空干燥及前烘工艺，所量测膜厚需要建立Database进行参考，工艺条件发生变化，THK的数据往往还难以真实的反应实际膜厚的准确度。

故，有必要提出一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种涂布膜厚的检测系统及方法，旨在解决现有技术存在的THK光学量测方式的膜厚检查滞后性的问题，同时避免过长的确认时间及工艺参数变化时对产品品质及良率提升的影响。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种涂布膜厚的检测系统，所述涂布膜厚的检测系统包括：

一探针，用于扫描PR膜层表面；

一反馈电路，用于控制扫描头在垂直方向上移动，以使扫描过程中每一点上所述探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定；

一光电检测器，用于将反射的激光束转化成电脉冲信号；

一计算机，用于将所述电脉冲信号转换成或明或暗的区域，以作为所述PR膜层厚度的原始数据。

优选的，在所述的涂布膜厚的检测系统中，所述涂布膜厚的检测系统还包括：

一微悬臂，用于固定所述探针。

优选的，在所述的涂布膜厚的检测系统中，所述微悬臂由氮化硅及金合成材料制成。

优选的，在所述的涂布膜厚的检测系统中，所述涂布膜厚的检测系统还包括：

一激光器，用于向所述微悬臂发射激光束；

一反光镜，用于将所述激光束反射至所述光电检测器。

优选的，在所述的涂布膜厚的检测系统中，所述涂布膜厚的检测系统还包括：

一扫描头，与所述微悬臂连接，用于控制探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定。

一种涂布膜厚的检测方法，所述涂布膜厚的检测方法包括：

扫描PR膜层表面；

控制扫描头在垂直方向上移动，以使扫描过程中每一点上探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定；

将反射的激光束转化成电脉冲信号；

将所述电脉冲信号转换成或明或暗的区域，以作为所述PR膜层厚度的原始数据。

优选的，在所述的涂布膜厚的检测方法中，通过微悬臂来固定探针，探针扫描PR膜层表面。

优选的，在所述的涂布膜厚的检测方法中，所述微悬臂由氮化硅及金合成材料制成。

优选的，在所述的涂布膜厚的检测方法中，所述涂布膜厚的检测方法还包括：

向所述微悬臂发射激光束；

将所述激光束反射至光电检测器，光电检测器将反射的激光束转化成电脉冲信号。

优选的，在所述的涂布膜厚的检测方法中，所述涂布膜厚的检测方法还包括：

将扫描头与所述微悬臂连接，扫描头控制探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定。

相对现有技术，本发明在涂布机机架的喷嘴后端配置涂布膜厚的检测系统，涂布膜厚的检测系统在涂布过程中随喷嘴一起运动并实时量测涂布膜厚，通过探测探针与涂布PR之间微弱的相互作用力来获得PR膜层的表面形貌的信息，从而得到涂布PR膜厚的信息。本发明相比较与传统的膜厚量测的方法更加准确，量测时间更短，无需设置复杂的光学系统，量测与涂布过程同步进行，实现涂布膜厚的实时在线测量，可实时控制和调整涂布的膜厚，对监控涂布工艺的稳定性起着至关重要的作用。另外，检测时效性及时迅速，系统响应速度快，膜厚异常时极大的降低风险时间及glassloss数量，涂布过程易控，避免了THK量测膜厚另需建立database的情况，同时避免在发生工艺条件变化时引起的膜厚变化需要做大量的再确认工作。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

【附图说明】

图1为本发明实施例提供的涂布膜厚的检测系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的涂布膜厚的检测系统的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的涂布膜厚的检测系统的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的探针检测膜厚的示意图。

图5为本发明实施例提供的涂布膜厚的检测方法的实现流程示意图。

【具体实施方式】

本说明书所使用的词语“实施例”意指用作实例、示例或例证。此外，本说明书和所附权利要求中所使用的冠词“一”一般地可以被解释为意指“一个或多个”，除非另外指定或从上下文清楚导向单数形式。

在本发明实施例中，为了避免涂布膜厚量测的滞后性产生，通过设计一种非接触式微悬臂探针的涂布膜厚的检测系统来实时量测涂布过程中膜厚的变化，该系统直接架设在涂布机机架(Gantry)侧面的linerguide上，可同时横向移动测量，实时在线量测时移至涂布喷嘴(Nozzle)后端一侧，PR膜厚的检测与涂布过程同步进行，通过探针与涂布后的膜面之间微弱的相互作用力来获得膜面的表面状态，从而得到在涂布过程中喷嘴涂布PR膜厚的数据，每一张玻璃基板完成涂布后，所得到的膜厚Matrix分布情况随即产生，根据所得到膜厚Matrix分布情况，即可实时判断涂布系统的稳定性及膜厚的均一性，发生问题可以在第一时间进行相应的调整和改善。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1，为本发明实施例提供的涂布膜厚的检测系统的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

所述涂布膜厚的检测系统包括：一探针102、一反馈电路105、一光电检测器104、以及一计算机106。所述探针102与所述反馈电路105连接，所述光电检测器104分别与所述反馈电路105和计算机106连接。

一探针102，用于扫描PR膜层表面；

一反馈电路105，用于控制扫描头在垂直方向上移动，以使扫描过程中每一点上所述探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定；

一光电检测器104，用于将反射的激光束转化成电脉冲信号；

一计算机106，用于将所述电脉冲信号转换成或明或暗的区域，以作为所述PR膜层厚度的原始数据。

在本发明实施例中，所述涂布膜厚的检测系统的工作原理如下：

请参阅图2、图3及图4，在涂布过程中，玻璃基板108放置在涂布平台101上，采用喷嘴110在玻璃基板108上涂布PR膜层107，在涂布的同时，采用显微制作的探针102扫描PR膜层表面，探针102被固定在一根有弹性的微悬臂103的末端，微悬臂103由氮化硅及金合成材料制成。涂布机机架109(Gantry)带动喷嘴110(Nozzle)进行涂布时，探针102在PR膜层表面采用非接触式方式进行扫描，不会破坏PR膜层107表面的表面状态，通过测量探针102与PR膜层表面之间的相互作用力，随着探针尖与PR膜层表面之间距离的不同，相应产生微小的作用力，就会引起微悬臂103的偏转。其中，扫描头111与所述微悬臂连接，扫描头111用于控制探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定。反馈电路105通过控制扫描头111在垂直方向上的移动，使扫描过程中每一点上探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定，激光器112向所述微悬臂发射激光束；激光束照射在微悬臂的末端，反光镜113将所述激光束反射至所述光电检测器104。探针尖与PR膜层表面的距离不同使得激光束的方向发生改变，这就使光电检测器104接收到的信号变化，送入计算机106的电脉冲也产生相应的变化，光电检测器104将反射的激光束转化成电脉冲信号，电脉冲信号经过计算机106处理，然后计算机106将这些信息转换成或明或暗的区域，这样扫描头111在每一点上的垂直位置被记录，作为PR膜厚的原始数据。

在本发明实施例中，微悬臂和探针是涂布膜厚的检测系统最主要的传感单元。根据物理学原理，施加到微悬臂末端力的表达式为

F＝KΔZ(1)

(1)式中，ΔZ表示探针尖相对于试样间的距离，K是微悬臂的弹性系数。力的变化均可以通过微悬臂被检测。为了能准确迅速反映出PR膜面的表面形貌及膜厚信息，本设计的微悬臂和探针满足以下几个要求：

1)在探针尖与PR膜的接近接触过程中，为了不使探针尖损坏膜层，微悬臂有相对较低的力弹性常数，即受到很小的力就能产生可检测的位移；

2)为了降低仪器对低频噪音的敏感性，并使其有较高的扫描速度，微悬臂设计有高的固有共振频率；

3)因为微悬臂上的探针尖与膜面的摩擦力会引起微悬臂的横向弯曲，从而导致检测图像失真，要求微悬臂要有高的横向刚性，本设计中将微悬臂制成V字形就可提高其横向刚性；

4)本设计中采用光学反射方式检测微悬臂位移，微悬臂做到尽可能的短，这样微悬臂一端的线性平移量不变时，其微悬臂的弯曲度就越大，检测的灵敏度就越好。

在本发明实施例中，该涂布膜厚的检测系统与涂布喷嘴是一体化设计，由系统PLC联动控制涂布及检测过程，当探针尖移动到涂布start端时，探针尖随即下移到PR膜面上方开始检测膜厚，随着涂布过程完成，实时的膜厚信息同时获取，一般情况下，涂布MD方向(MovingDirection)的膜厚是CF涂布工艺过程主要的膜厚监控对象，本系统主要实时在线检测MD方向的膜厚数据，由于TD方向(TansferDirection)的膜厚由nozzletip狭缝决定，一般在喷嘴新组装时即确定和调整好，TD数据基本不会发生改变，通过该微悬臂探针系统在系统运转初期可一次横向进行测量即可，当获取MD膜厚数据后，则整个涂布膜厚的Matrix分布情况即可得知。

请参阅图5，为本发明实施例提供的涂布膜厚的检测方法的实现流程示意图。其主要包括以下步骤：

在步骤S101中，扫描PR膜层表面；

在本发明实施例中，通过微悬臂来固定探针，探针扫描PR膜层表面。所述微悬臂由氮化硅及金合成材料制成。

在步骤S102中，控制扫描头在垂直方向上移动，以使扫描过程中每一点上探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定；

在本发明实施例中，将扫描头与所述微悬臂连接，扫描头控制探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定。

在步骤S103中，将反射的激光束转化成电脉冲信号；

在本发明实施例中，向所述微悬臂发射激光束；将所述激光束反射至光电检测器，光电检测器将反射的激光束转化成电脉冲信号。

在步骤S104中，将所述电脉冲信号转换成或明或暗的区域，以作为所述PR膜层厚度的原始数据。

综上所述，本发明实施例在涂布机机架的喷嘴后端配置涂布膜厚的检测系统，涂布膜厚的检测系统在涂布过程中随喷嘴一起运动并实时量测涂布膜厚，通过探测探针与涂布PR之间微弱的相互作用力来获得PR膜层的表面形貌的信息，从而得到涂布PR膜厚的信息。本发明相比较与传统的膜厚量测的方法更加准确，量测时间更短，无需设置复杂的光学系统，量测与涂布过程同步进行，实现涂布膜厚的实时在线测量，可实时控制和调整涂布的膜厚，对监控涂布工艺的稳定性起着至关重要的作用。另外，检测时效性及时迅速，系统响应速度快，膜厚异常时极大的降低风险时间及glassloss数量，涂布过程易控，避免了THK量测膜厚另需建立database的情况，同时避免在发生工艺条件变化时引起的膜厚变化需要做大量的再确认工作。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本发明，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本发明包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本说明书的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或多个其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种涂布膜厚的检测系统，其特征在于，所述涂布膜厚的检测系统包括：

一探针，用于扫描PR膜层表面；

一反馈电路，用于控制扫描头在垂直方向上移动，以使扫描过程中每一点上所述探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定；

一光电检测器，用于将反射的激光束转化成电脉冲信号；

一计算机，用于将所述电脉冲信号转换成或明或暗的区域，以作为所述PR膜层厚度的原始数据。

2.根据权利要求1所述的涂布膜厚的检测系统，其特征在于，所述涂布膜厚的检测系统还包括：

一微悬臂，用于固定所述探针。

3.根据权利要求2所述的涂布膜厚的检测系统，其特征在于，所述微悬臂由氮化硅及金合成材料制成。

4.根据权利要求2所述的涂布膜厚的检测系统，其特征在于，所述涂布膜厚的检测系统还包括：

一激光器，用于向所述微悬臂发射激光束；

一反光镜，用于将所述激光束反射至所述光电检测器。

5.根据权利要求2所述的涂布膜厚的检测系统，其特征在于，所述涂布膜厚的检测系统还包括：

一扫描头，与所述微悬臂连接，用于控制探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定。

6.一种涂布膜厚的检测方法，其特征在于，所述涂布膜厚的检测方法包括：

扫描PR膜层表面；

控制扫描头在垂直方向上移动，以使扫描过程中每一点上探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定；

将反射的激光束转化成电脉冲信号；

将所述电脉冲信号转换成或明或暗的区域，以作为所述PR膜层厚度的原始数据。

7.根据权利要求6所述的涂布膜厚的检测方法，其特征在于，通过微悬臂来固定探针，探针扫描PR膜层表面。

8.根据权利要求7所述的涂布膜厚的检测方法，其特征在于，所述微悬臂由氮化硅及金合成材料制成。

9.根据权利要求7所述的涂布膜厚的检测方法，其特征在于，所述涂布膜厚的检测方法还包括：

向所述微悬臂发射激光束；

将所述激光束反射至光电检测器，光电检测器将反射的激光束转化成电脉冲信号。

10.根据权利要求7所述的涂布膜厚的检测方法，其特征在于，所述涂布膜厚的检测方法还包括：

将扫描头与所述微悬臂连接，扫描头控制探针和PR膜层表面之间的作用力保持恒定。