CS272042B1

CS272042B1 - equipment for optoelectronic thin film thickness control

Info

Publication number: CS272042B1
Application number: CS891891A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Ing Csc Reichel
Original assignee: Frantisek Ing Csc Reichel
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1990-12-13
Also published as: CS189189A1

Abstract

Účelem řešení je dosažení vysoké přesnosti měřeni nebo zpracování tenkých vrstev bez použití dotykových čidel a dále zjednodušení a zrychlení procesu v automatických zařízeních, podstata řešení spočívá v tom, že v držáku (17) je upevněna zpracovávaná tenká vrstva (14). Před její přední stranou je umístěn vysílač (1) svazku (2) světelných paprsků a za její zadní stranou je umístěna odrazná plocha (16) odrážející svazek (3) světelných paprsků zpět do optoelektronického reflexního snímače (15) přes zpracovávanou tenkou vrstvou (14). Výstup optoelektronického reflexního snímače (15) je připojen na elektronickou část (25), • Jejíž řídicí část (11) určená pro ovládání trysky (6) je připojena jednak na periferní zařízení (13) a jednak přes spít nací část (7) s mediem (5) na trysku (6). Elektronická část (25) je výstupem (24) připojena na vysílač (1) svazku (2) svěf , telných paprsku a svým vstupem je připo- * jena na optoelektronický reflexní snímač (15) přijímací svazek (3) světelných pa» prsků procházejících tenkou vrstvou (14) • od odrazné plochy (16). Řešení lze využít v měřicí, regulační a automatizační technice.The purpose of the solution is to achieve high accuracy in measuring or processing thin layers without the use of touch sensors and further simplify and accelerate the process in automatic devices, the essence of the solution lies in the fact that the processed thin layer (14) is fixed in the holder (17). In front of its front side is placed the transmitter (1) of the beam (2) of light rays and behind its back side is placed the reflecting surface (16) reflecting the beam (3) of light rays back to the optoelectronic reflective sensor (15) through the processed thin layer (14). The output of the optoelectronic reflective sensor (15) is connected to the electronic part (25), • The control part (11) of which is intended for controlling the nozzle (6) is connected both to the peripheral device (13) and to the nozzle (6) via the switching part (7) with the medium (5). The electronic part (25) is connected by its output (24) to the transmitter (1) of the beam (2) of light rays and by its input it is connected to the optoelectronic reflective sensor (15) receiving beam (3) of light rays passing through a thin layer (14) from the reflective surface (16). The solution can be used in measuring, control and automation technology.

Description

Vynález ee týká zařízení pro optoelektronickou kontrolu tloušťky tenkých-vrstev, obsahující optoelektronický reflexní snímač opatřený na svém výstupu elektronickou částí, jehož optická osa je společná s vysílačem optického signálu.The invention relates to a device for optoelectronic thin-film thickness control, comprising an optoelectronic reflection sensor provided at its output with an electronic part, the optical axis of which is common to an optical signal transmitter.

V současné době je známé zařízení pro optoelektronickou kontrolu tloušťky tenkých vrstev, obsahující optoelektronický hranolový odrážecí systém, opatřený na svém výstupu elektronickou částí, jehož optická osa je souhlasná s vysílačem optického signálu, u kterého je výstup elektronické části optoelektronického čidla připojen k řídicím obvodům zařízení. U tohoto známého zařízení je uzavřená regulační smyčka, tvořená optoelektrickým systémem β řídicími obvody trysek a převodníku odraženého signálu, který řídí proces opracování materiálu tenké vrstvy. Informace o okamžité tloušťce se nachází na výstupu elektronické části snímače tloušťky vrstvy. Tento výstup je současně měřicím výstupem zařízení.There is currently known a device for optoelectronic control of the thickness of thin films, comprising an optoelectronic prismatic reflecting system provided at its output with an electronic part, the optical axis of which coincides with an optical signal transmitter. In this known device, a closed control loop is formed by an optoelectric system β controlling the circuits of the nozzles and the reflected signal converter, which controls the process of processing the thin film material. The instantaneous thickness information can be found at the output of the electronic part of the layer thickness sensor. This output is also the measuring output of the device.

Nevýhodou tohoto známého zařízení Je nutnost použití speciální měřicí plochy obyčejně se nacházející v důležité části opracovávané součásti. Tímto se zvětšuje nepřesnost měření užitné opracovávané vrstvy a je zapotřebí synchronizace měření s otáčející se tenkou vrstvou, z nutnosti nastavení zkušebního vzorku do určité polohy vyplývá dále zpomalení kontrolního procesu. Pro tuto zpomalenou činnost, technickou náročnost a složitost není zařízení vhodné pro průběžnou tloušťkovou kontrolu v automatických zařízeních.The disadvantage of this known device is the need to use a special measuring surface usually located in an important part of the workpiece. This increases the inaccuracy of the measurement of the useful layer to be treated and it is necessary to synchronize the measurement with the rotating thin layer. Due to this slow operation, technical complexity and complexity, the device is not suitable for continuous thickness control in automatic devices.

Tyto nevýhody odstraňuje zařízení pro optoelektronickou kontrolu tloušťky tenkých vrstev podle vynálezu, které obsahuje světelný zdroj a držák, na kterém je osově upevněn reflexní odražeč světelných paprsků a u světelného zdroje Je připevněn optoelektronický snímač, jehož podstata vynálezu spočívá v tom, že vysílač svazku světelných paprsků je umístěn před přední stranou zpracovávané tenké vrstvy upevněné v držáku, za jejíž zadní stranou je umístěna odrazná plocha odrážející svazek světelných paprsků zpět do optoelektronického reflexního snímače přes zpracovávanou tenkou vrstvu. Výstup optoelektronického reflexního snímače je připojen na elektronickou část, jejíž řídicí část pro ovládání trysky je připojena jednak na periferní zařízení a jednak přes spínací část s médiem na trysku. Výstupem je elektronická část připojena na vysílač světelných paprsků a svým vstupem je připojena na optoelektronický reflexní snímač přijímající svazek světelných paprsků procházející tenkou vrstvou od odrazné plochy.These disadvantages are eliminated by the device for optoelectronic control of the thickness of thin films according to the invention, which comprises a light source and a holder on which the reflective light reflector is axially mounted and an optoelectronic sensor mounted on the light source. placed in front of the processed thin film mounted in the holder, behind the rear side of which is a reflecting surface reflecting the light beam back to the optoelectronic reflective sensor through the processed thin layer. The output of the optoelectronic reflection sensor is connected to the electronic part, the control part for controlling the nozzle of which is connected both to the peripheral device and via the switching part with the medium to the nozzle. The output is the electronic part connected to the light beam transmitter and its input is connected to an optoelectronic reflective sensor receiving a beam of light rays passing through a thin layer from the reflecting surface.

Znakem vynálezu je to, že výstup elektronické části optoelektronického Reflexního snímače je spojen se vstupem elektroniky pro ovládání trysek, které řídí opracování tenkých vrstev. Řídicí část je rovněž opatřena vstupem pro ovládání zařízení počítačem. Hlavní výhodou je to, že se nemusí vytvářet kontrolní plocha měřené tloušťky vrstvy a že není třeba synchronizace opracovávané tenké vrstvy ani její orientace.A feature of the invention is that the output of the electronic part of the optoelectronic reflection sensor is connected to the input of the electronics for controlling the nozzles which control the processing of the thin films. The control part is also provided with an input for controlling the device by a computer. The main advantage is that a control surface of the measured layer thickness does not have to be created and that there is no need for synchronization of the processed thin layer or its orientation.

Výhodou zařízení podle vynálezu je i jeho jednoduchost a snadná technická realizovatelnost, vyplývající z použití reflexního koutového odrážeče za zadní stranou opracovávané tenké vrstvy a elektronické části k nastavení nebo měření tenké vrstvy bez nastavení orientace od kontrolovaného povrchu součásti, což zvyěuje rychlost činnosti automatického zařízení.An advantage of the device according to the invention is its simplicity and easy technical feasibility, resulting from the use of a reflective corner reflector behind the machined thin film and electronic part to adjust or measure the thin layer without adjusting the orientation from the inspected surface of the part.

Vynález je zobrazen na připojeném obrázku a bude objasněn pomocí součástí označených vztahovými značkami.The invention is illustrated in the accompanying figure and will be elucidated by means of components indicated by reference numerals.

Vysílač j. světelných paprsků je umístěn nad zpracovávanou tenkou vrstvou 14, upevněnou v držáku 17, pod kterou Je umístěna odrazná plocha 16 odrážející svazek 3 světelných paprsků zpět do optoelektronického reflexního snímače 15 přes zpracovávanou vrstvu. Výstup optoelektronického snímače 15 je připojen na elektronickou část 25 sestávající ze zesilovače 4, řídicí části 22 kontroly, měřicí části 10 pro zjišťování tloušťky tenké vrstvy a řídicí části 11 pro ovládání trysky 6 připojené Jednak na periferní zařízení 13 a jednak přes spínací část 7 s médiem 5 na trysku 6. Výstupem 24 Je elektronická část 25 připojena na vysílač 1^ světelných paprsků a svým vstupem je připojena na optoelektronický reflexní snímač 15 přijímající svazek 3 světelných paprsků procházející tenkou vrstvou 14 od odrazné plochy 16.The light beam transmitter is placed above the processed thin layer 14, fixed in a holder 17, under which a reflecting surface 16 reflecting the light beam 3 is placed back into the optoelectronic reflection sensor 15 via the processed layer. The output of the optoelectronic sensor 15 is connected to an electronic part 25 consisting of an amplifier 4, a control part 22, a thin film thickness measuring part 10 and a nozzle control part 11 connected to the peripheral device 13 and via the medium switching part 7. 5 to the nozzle 6. Through the output 24 the electronic part 25 is connected to the light beam transmitter 1 and by its input is connected to an optoelectronic reflection sensor 15 receiving a beam 3 of light rays passing through a thin layer 14 from the reflecting surface 16.

CS 272042 BlCS 272042 Bl

Odražený svazek 3 světelných paprsků prochází přes měřenou tloušíku tenké vrstvy * ' 14 a dopadá na optoelektronický reflexní snímač 15. Optoelektronický reflexní snímač 15 je spojen se zesilovačem 4 optoelektronického signálu. Optoelektronický reflexní snímač 15 není zpravidla umístěn kolmo k opracovávané nebo měřené tenké vrstvě 14, která může být a výhodou upevněna na držáku 17. Přitom optická osa optoelektronického reflexního snímače 15 je rovnoběžná s osou vysílače ji světelných paprsků vysílajícího svazek 2 světelných paprsků souběžně s odraženým svazkem 3 světelných paprsků. Zesilovač 4 je zapojen svým výstupem 24 pro řízení vysílače světelných paprsků a tak řídí intenzitu vysílaného světla vysílače £ světelných paprsků. Druhým výstupem 21 zesilovače 4 je připojena řídicí část 22 kontroly, která nastavuje měřicí zařízení do výchozí polohy. 3ako počáteční hodnota bývá zpravidla určena nula nebo taková konstanta, že na měřícím výstupu 12 řídicí části 11 pro ovládání trysky 6 je po ukončení měřicího cyklu odchylka kontrolované tloušťky tenké vrstvy. Tato konstanta se nastavuje měřením automaticky, což může být provedeno podle vynálezu na povel do vstupu 23 zesilovače 4. Při tomto měření se nastaví v řídicí části 22 kontroly počáteční hodnota, stanovení případně odečtení této hodnoty je možno provést v periferním zařízení 13.The reflected beam 3 of light rays passes through the measured thickness of the thin layer 14 and impinges on the optoelectronic reflection sensor 15. The optoelectronic reflection sensor 15 is connected to an optoelectronic signal amplifier 4. The optoelectronic reflection sensor 15 is generally not perpendicular to the processed or measured thin film 14, which can and is preferably mounted on the holder 17. The optical axis of the optoelectronic reflection sensor 15 is parallel to the axis of the light beam transmitter emitting the light beam 2 parallel to the reflected beam. 3 light rays. The amplifier 4 is connected by its output 24 to control the light beam transmitter and thus controls the intensity of the transmitted light of the light beam transmitter 6. The second output 21 of the amplifier 4 is connected to a control part 22 of the control, which sets the measuring device to the initial position. 3, the initial value is usually determined to be zero or such a constant that at the measuring output 12 of the control part 11 for controlling the nozzle 6 there is a deviation of the controlled thickness of the thin layer after the end of the measuring cycle. This constant is set by measurement automatically, which can be done according to the invention on command to the input 23 of the amplifier 4. During this measurement, the initial value is set in the control part 22 of the control, this value can be determined or read in the peripheral device 13.

Před zahájením kontrolního nebo řízeného cyklu je tryska 6 s médiem 5 v klidu. Kontrolní cyklus začíná na místní nebo na dálkový povel, přičemž se otáčí držák 17 s tenkou vrstvou 14 a odraznou plochou 16, která je umístěna pod deskou. Popsaná část obyčejně tvoří kompaktní celek s hřídelí 18 motoru 19 a měřičem 20 otáček. Měřicí část 10 pro zjišťování tloušťky tenké vrstvy dává ze svého výstupu do vstupu řídicí části 11 pro ovládání trysky 6 přes spínací část 7 trysce 6 povel k zahájení automatického řízení cyklu. Na tento povel se může roztočit motor 19 a nastaví se počáteční hodnota vstupu 23 zesilovače 4. Optoelektronický reflexní snímač 15 snímá kontrolovanou plochu tenké vrstvy 14, jehož signál zpracuje zesilovač 4, který dává signály pro vysílač £ světelných paprsků. Řídicí část 22 kontroly vyhodnocuje během cyklu průběh velikosti přírůstku zeslabení tloušťky tenké vrstvy 14 od nastavené hodnoty na vstupu 23 zesilovače 4 a v okamžiku, kdy velikost odražených světelných paprsků prochází maximem, vysílá řídicí Část 22 kontroly ze svého výstupu na řídicí vstup 8 kontroly tloušťky povel k zahájení automatického cyklu^Sěřicí části 10 pro zjišťování tloušťky tenké vrstvy a porovnává úbytek s druhým řídicím vstupem 9 tloušťky a svým výstupem řídí část 11 pro ovládání trysky 6 s pomocí spínací části 7 trysky 6. Řídicí část 11 pro ovládání trysky 6 vysílá okamžitě ze svého výstupu povel pro trysku 6 a může dávat povel k zastavení a ukončení řídicího kontrolního cyklu. Na základě toho jsou údaje^změřlcí části 10 pro zjišťování tloušťky tenké vrstvy a z řídicí části 11 pro ovládání trysky 6 zapamatovány, popřípadě s výhodou přenášeny do periferního zařízení 13 přes měřící výstup 12 řídicí části 11 pro ovládání trysky 6. Zařízení se může nastavit po tomto cyklu opět do výchozí polohy, čímž je cyklus ukončen. .Before starting the control or controlled cycle, the nozzle 6 with the medium 5 is at rest. The inspection cycle begins on a local or remote command, with the holder 17 rotating with the thin layer 14 and the reflecting surface 16, which is located under the plate. The described part usually forms a compact unit with the shaft 18 of the motor 19 and the speed meter 20. The measuring part 10 for determining the thickness of the thin layer gives a command from its output to the input of the control part 11 for controlling the nozzle 6 via the switching part 7 of the nozzle 6 to start the automatic cycle control. At this command, the motor 19 can be rotated and the initial value of the input 23 of the amplifier 4 is set. The control section 22 evaluates during the cycle the course of the magnitude of the thin film thickness attenuation increment from the set value at the input 23 of the amplifier 4 and at the moment when the magnitude of the reflected light rays passes the maximum to start the automatic cycle, the thin film thickness measuring part 10 compares the decrease with the second thickness control input 9 and controls the nozzle control part 11 with its output by means of the nozzle switching part 7 of the nozzle 6. The nozzle control part 11 transmits immediately from its output a command for the nozzle 6 and can give a command to stop and end the control inspection cycle. On this basis, the data ^{from the} thin film thickness measuring section 10 and the nozzle control section 11 are stored or preferably transmitted to the peripheral device 13 via the measuring output 12 of the nozzle control section 11. The device can be set after this. cycle back to the home position, ending the cycle. .

V zařízení může být použitý optoelektronický reflexní snímač 15, ze kterého se světelný paprsek šíří ke kontrolované ploše tenké vrstvy 14 a zpět po stejné dráze, anebo ze kterého se světelný paprsek šíří ke kontrolované ploše tenké vrstvy 14 a zpět po různých drahách.An optoelectronic reflective sensor 15 may be used in the device, from which the light beam propagates to the controlled surface of the thin film 14 and back along the same path, or from which the light beam propagates to the controlled surface of the thin film 14 and back along different paths.

Zařízení pro kontrolu tloušťky tenkých vrstev podle vynálezu je zejména vhodné pro použití v automatických zařízeních nebo v kontrolních stanicích, kde se nanáší nebo obrábí tenké vrstvy a kde se dají tyto vrstvy těžko kontrolovat dotykovými snímači. Mohou zde být vrstvy na součástech křehkých a pružných, u nichž-hrozí také znečišťování. Popsané zařízení může sloužit jak pro ruční, tak i automatickou kontrolu převážně při výrobě a zpracování materiálů pro mikroelektroniku, ale i u jiných výrobců.The device for controlling the thickness of thin layers according to the invention is particularly suitable for use in automatic devices or in control stations, where thin layers are applied or machined and where these layers are difficult to control by touch sensors. There may be layers on the brittle and flexible components, which are also at risk of contamination. The described device can be used for both manual and automatic control, mainly in the production and processing of materials for microelectronics, but also at other manufacturers.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Device for optoelectronic thin film thickness control comprising a reflective reflector holder and an electronic part consisting of an amplifier, a control part, a thin film thickness part and a nozzle control part, characterized in that the light beam transmitter (1) is placed in front of the processed thin film (14) mounted in a holder (17), behind the rear side of which is a reflecting surface (16) reflecting the light beam (3) back to the optoelectronic reflective sensor (15) via the processed thin film (14) , wherein the output of the optoelectronic reflection sensor (15) is connected to an electronic part (25), the control part (11) for controlling the nozzle (6) being connected both to the peripheral device (13) and through the switching part (7) with the medium ( 5) to the nozzle (6), the electronic part (25) being connected by an output (24) to the transmitter (1) of the light beam (2) and by its input is connected to an optoelectronic reflection sensor ( 15) receiving a beam (3) of light rays passing through a thin layer (14) from the reflecting surface (16).