DE102012017606A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Auflage auf einem bewegten Körper - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Auflage auf einem bewegten Körper Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Auflage auf einem bewegten Körper mit einem Detektor zur Detektion eines von dem Körper reflektierten Lichtstrahls, wobei zwei Detektoren und ein Polarisationsstrahlteiler zur Aufteilung des reflektierten Lichtstrahls in zwei Teilstrahlen vorgesehen sind, wobei einem Teilstrahl ein Detektor zugeordnet ist und der Polarisationsstrahlteiler eine fixierte Ausrichtung bei der Bestimmung der Auflage aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Auflage auf einem bewegten Körper, insbesondere einem flächigen Körper, beispielsweise einem Metallband.
  • Die Bandsauberkeit ist beispielsweise bei metallischen und organischen Beschichtungsprozessen ein Schlüssel-Parameter. Um eine gleichbleibend gute Bandoberflächenqualität zu erzielen, ist es daher notwendig, Verschmutzungen beispielsweise durch Öl, Kohlenstoff- und Eisenabrieb durch geeignete Meßsysteme zu erfassen und gezielte Gegenmaßnahmen einzuleiten. Neben der Bandsauberkeit, d. h. dem Entfernen von Öl und Eisenabrieb in Reinigungslinien vor der Bandbeschichtung, ist auch der umgekehrte Fall von Bedeutung, nämlich beispielsweise die lückenlose Beölung von Weißblechband mit Ölauflage im Nanometerbereich. Auch hierfür ist es notwendig, die Ölauflage zu messen und bei Abweichungen von den Zielgrößen gezielte Gegenmaßnahmen einzuleiten.
  • Aus der Praxis ist es bekannt, optische Materialeigenschaften oder die Dicke dünner Schichten mittels der Ellipsometrie zu bestimmen. Die theoretischen Vorteile der Methode sind die hohe Empfindlichkeit, die zerstörungs- und sogar berührungsfreie Messung. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass diese Vorteile nicht ohne weiteres in allen Anwendungsgebieten erzielt werden können. So hat es sich insbesondere auf dem Gebiet der Untersuchung rasch bewegter Metallbänder, die häufig in einer Umgebung mit starker Wasser- und Nebelbildung behandelt werden, als schwierig erwiesen, mit den herkömmlichen Verfahren brauchbare Messergebnisse zu erzielen. Die Schwierigkeiten werden mit dem in der EP 1 835 257 B1 beschriebenen Verfahren überwunden, bei dem ein Detektor verwendet wird, der einen vom Metallband reflektierten Lichtstrahl aufnimmt und beispielsweise dessen Polarisation vollständig über ein dem Detektor vorgeschaltetes rotierendes Polarisationsfilter ermittelt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Auflage auf einem bewegten Metallband vorzuschlagen, die bzw. das mit noch einfacheren Mitteln eine Online-Bestimmung erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung geht von dem überraschenden Grundgedanken aus, die Polarisation des reflektierten Lichtstrahls zu ermitteln, indem auf eine vollständige Analyse der Ellipse bei einem reflektierten elliptisch polarisierten Lichtstrahl verzichtet wird und die von den Erfindern gewonnene Erkenntnis ausgenutzt wird, dass die Lage der Ellipse bei sich ändernden Schichtdicken annähernd konstant verbleibt und somit lediglich vorzugsweise die Intensität der Teilstrahlen mit Polarisationsrichtung in Richtung der Halbachsen der Ellipse ermittelt werden kann.
  • Es sind zwei Detektoren und ein Polarisationsstrahlteiler zur Aufteilung des von dem zu untersuchenden Körper reflektierten Lichtstrahls in zwei Teilstrahlen vorgesehen, wobei einem Teilstrahl ein Detektor zugeordnet ist und der Polarisationsstrahlteiler eine fixierte Ausrichtung bei der Bestimmung der Auflage aufweist. Die fixierte Ausrichtung des Polarisationsstrahlteilers wird während der Messung nicht verändert, insbesondere verbleibt die nach einer Kalibrierung bzw. ersten Einrichtung des Polarisationsstrahlteilers gewählte Ausrichtung auf dem gewählten Wert für die Bestimmung der Auflage auf dem Körper. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau ohne bewegte Teile während der Messung ermöglicht. Ein Verzicht auf bewegte Teile führt zu einer nahezu verschleißfreien oder zumindest wartungsärmeren Vorrichtung, die zudem durch kostengünstige Komponenten ermöglicht ist, wobei genaue Messergebnisse erzielbar sind. Ferner ist eine hohe Messfrequenz im kHz-Bereich ermöglicht, wodurch die erreichbare örtliche Auflösung und/oder die Geschwindigkeit des bewegten Körpers erhöht werden kann. Die Erfinder haben erkannt, dass es ausreichend sein kann, die Intensität für zwei Teilstrahlen des reflektierten Lichtstrahls mit definiertem Polarisationszustand zueinander, insbesondere die Intensität von Teilstrahlen im Bereich der Halbachsen der Polarisationsellipse, zu bestimmen.
  • In der Regel wird linear oder zirkular polarisiertes Licht auf den bewegten Körper gestrahlt, um elliptisch polarisiertes Licht zu erhalten, das in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird und je einem Detektor zugeführt wird. Vorzugsweise kann die Polarisierung des auf den Körper gestrahlten Lichts über ein Polarisationsfilter erfolgen.
  • Der Begriff Polarisationsstrahlteiler umfasst im Sinne der Erfindung ein optisches Element, das Licht in Teilstrahlen hinsichtlich des jeweiligen Polarisationszustands des Teilstrahls aufteilt. Es wird eine Selektion von Polarisationszuständen des einfallenden Lichts vorgenommen, so dass zwei Teilstrahlen mit unterschiedlichem Polarisationszustand erzeugt werden. Insbesondere kann ein Polarisationsstrahlteiler das einfallende Licht in zwei zueinander senkrecht polarisierte Anteile aufspalten. Umfasst von dem Begriff Polarisationsstrahlteiler sind auch mehrere optische Elemente, die einen einfallenden Lichtstrahl in mehrere Teilstrahlen mit den unterschiedlichen Polarisationszuständen des einfallenden Lichtstrahls aufspalten. Unabhängig davon kann der Polarisationszustand des einfallenden Lichtstrahls zunächst verändert oder nachfolgend beim Teilstrahl modifiziert werden. Vorzugsweise wird die komplette Lichtmenge des reflektierten Lichts durch den Polarisationsstrahlteiler in zwei Teile aufgespalten, die eine Differenz des Polarisationszustands von 90° zueinander aufweisen. Insbesondere können die Detektoren direkt am Polarisationsstrahlteiler angeordnet sein, um die Einheit aus Detektoren und Polarisationsstrahlteiler in einem Stück zu bewegen. Der Polarisationsstrahlteiler kann insbesondere als ein optisches Glas mit aufgedampfter Zwischenschicht ausgestaltet sein.
  • Sofern Zahlen angegeben werden, so sind diese Zahlen nicht zwingend als Maximalwerte zu verstehen. In der Regel sind die Angaben als untere Bereichsangabe zu verstehen, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass auch genau der angegebene Werte ohne einen Bereich – also nur den Einzelwert – Anwendung finden kann.
  • Auch bedeutet die Angabe, dass ein Detektor pro Teilstrahl vorgesehen ist, keine Beschränkung darauf, dass nur ein Detektor pro Teilstrahl vorliegt, sondern, dass es (mindestens) zwei Teilstrahlen gibt, für die jeweils (mindestens) ein Detektor vorgesehen ist. Es kann auch vorgesehen sein, das Licht in mehr als zwei Teilstrahlen aufzuspalten und einen oder einige Teilstrahlen nicht einem Detektor zuzuführen.
  • Unter Aufnehmen des Teilstrahls durch den Detektor bzw. Zuführen des Teilstrahls zum Detektor wird auch die Möglichkeit umfasst, dass der Teilstrahl hinsichtlich seines Polarisationszustands verändert wird, sofern die Intensitäten der beiden Teilstrahlen – auch bei verändertem Polarisationszustand – so zueinander in Beziehung gesetzt werden können, dass die Intensität von Teilstrahlen mit bekanntem Polarisationszustand bzw. bekannter Polarisationsbeziehung zueinander ermittelbar sind.
  • Vorzugsweise wird eine Laserdiode im Wellenlängenbereich von 630 nm bis 670 nm verwendet, die einfach handhabbar und störunanfällig ist, und mit der Schichtdicken im Bereich von 0 nm bis 100 nm bestimmt werden können. Mit einer Laserdiode kann ein relativ großer Spektrumsbereich an Lichtwellenlängen von infrarot bis ultraviolett abgedeckt werden, so dass mit einer Veränderung der Wellenlänge auch der Messbereich verändert bzw. vergrößert werden kann. Die Wellenlänge kann dabei so gewählt werden, dass der obere Messwert in den linearen Bereich der Kennlinie geschoben wird.
  • Vorzugsweise sind die zwei Detektoren und der Polarisationsstrahlteiler als eine Einheit mit einer festen örtlichen Relativbeziehung zueinander angeordnet, um eine Detektoreinheit zu bilden, die einfach handhabbar ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Auflage auf einem bewegten Körper sieht vor, dass ein von dem Körper reflektierter Lichtstrahl auf einen Polarisationsstrahlteiler mit einer fixierten Ausrichtung gesendet wird, wobei mit dem Polarisationsstrahlteiler zwei Teilstrahlen erzeugt werden. Jeder der beiden Teilstrahlen wird von einem Detektor aufgenommen und in einer Auswerteeinheit wird aus den Messsignalen der Detektoren mindestens eine ellipsometrische Kenngröße des reflektierten Lichtstrahls als ein Messwert ermittelt. Dieser Messwert ist proportional zu der zu bestimmenden Schichtdicke der Auflage. Um aus dem Messwert einen absoluten Ergebniswert zu erzeugen, wird von der Auswerteeinheit auf Grundlage mindestens eines Auswahlfaktors aus einer Mehrzahl von in einer Datenbank abgelegten Umrechnungsfunktionen eine Umrechnungsfunktion und/oder Parameter für eine Umrechnungsfunktion ausgewählt, und der Messwert wird mittels der ausgewählten Umrechnungsfunktion in einen Ergebniswert umgerechnet.
  • Über die Datenbank können Einflussfaktoren, wie beispielsweise die Rauheit des Körpers, das Verhältnis der Messwerte zum absoluten Ergebniswert beeinflussen. Es kann daher in einer Datenbank eine Mehrzahl von Umrechnungsfunktionen abgelegt sein und abhängig von mindestens einem Auswahlfaktor, beispielsweise der Bandtemperatur, die Umrechnungsfunktion für die durchzuführende Umrechnung der Messwerte in einen Ergebniswert ausgewählt werden, die den vorhandenen Bedingungen am ehesten entspricht. Die in der Datenbank abgelegten Umrechnungsfunktionen können in Probeläufen durch Vergleich der aus dem Winkel DELTA und/oder PSI in der Auswerteeinheit ermittelten Messwerten mit den Ergebniswerten anderer Messmethoden für die Oberflächenrauhigkeit oder die Auflage eines Körpers erzeugt werden. Ferner kann die Auswerteeinheit als selbstlernendes System ausgebildet sein und die abgelegten Umrechnungsfunktionen mit zunehmender Zahl der bearbeiteten Prozesse selbständig anpassen.
  • In einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform kann auf Grundlage mindestens eines Auswahlfaktors für eine bevorzugt ebenfalls aufgrund des Auswahlfaktors ausgewählte oder alternativ fest vorgegebene Umrechnungsfunktion mindestens ein Parameter ausgewählt werden. Die eingesetzten Umrechnungsfunktionen können beispielsweise Polynom- bzw. Geraden-Funktionen sein, deren Steigung als Parameter auf Grundlage von Auswahlfaktoren ausgewählt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Lichtstrahl in einem festgelegten Winkel zwischen 50 bis 80° Grad zur Oberflächennormalen auf die zu untersuchende Oberfläche gesendet. Besonders bevorzugt wird der Lichtstrahl jedoch in einem Winkel von 60° Grad zur Oberflächennormalen auf die zu untersuchende Oberfläche gesendet. Zwar wird bei ellipsometrischen Verfahren davon ausgegangen, dass die größte Messgenauigkeit bei einem Einstrahlwinkel von 70° Grad zur Oberflächennormalen realisiert wird; es hat sich jedoch gezeigt, dass auch bei einem Einstrahlwinkel von 60° Grad oder weniger hinreichend genaue Messergebnisse erzielt werden. Die Wahl des Einstrahlwinkels von 60° Grad bringt aber den zusätzlichen Vorteil, dass die Strahlenquelle weiter beabstandet vom Band angeordnet werden kann. Dadurch wird das Risiko verringert, dass die Strahlenquelle durch einen stark bewegten Körper oder den stark bewegten Anfang des Körpers oder das stark bewegte Ende des Körpers berührt und beschädigt wird.
  • Der Polarisationsstrahlteiler wird vorzugsweise in der Ausrichtung fixiert, in der ein an einer sauberen Oberfläche reflektierter Lichtstrahl an einem Detektor einen Maximalwert ergibt. Sofern der Polarisationsstrahlteiler eine Selektion von Teilstrahlen mit einer Winkeldifferenz von 90° im Polarisationszustand zueinander durchführt, so wird am anderen Detektor ein Minimalwert gemessen. Es kann dann eine Kalibrierung erfolgen, in der die Dicke bekannter Auflagen auf vorbestimmten Körpern vermessen bzw. die Messsignale der Detektoren abgespeichert werden. Es können weitere Stützstellen mit Referenzoberflächen ermittelt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Lichtstrahl eine Wellenlänge von 632,8 nm haben und wird vorzugsweise von einem He-Ne-Laser erzeugt.
  • Vorzugsweise werden die Messsignale an den Detektoren im kHz-Bereich ermittelt, wodurch die erreichbare örtliche Auflösung und/oder die Geschwindigkeit des bewegten Körpers erhöht werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform messen die Detektoren die Teilstrahlen mit einer Messrate von 1 kHz bis 100 kHz, so dass mit den auf dem Anwendungsgebiet der Auflagenbestimmung auf Metallbändern und den dort üblichen Bandgeschwindigkeiten von 50 bis 3000 m/min eine erhöhte Genauigkeit bei den Online-Messwerten erreichbar ist. Wobei auch Anwendungen bei stehendem Körper oder Bändern beim Hochfahren der Anlage (Bandgeschwindigkeit ca. 1 bis 2 m/min) denkbar sind, genauso wie mit dem Fortschreiten der Technologie theoretisch auch höhere Bandgeschwindigkeiten denkbar sind.
  • Die in der Auswerteeinheit von den Detektoren ermittelten Messsignale bzw. Messwerte können stark schwanken. Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz stark schwankender Messsignale bzw. Messwerte der Mittelwert dieser Messsignale bzw. Messwerte eine sehr zuverlässige Information über die zu bestimmende Auflage enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermittelt die Auswerteeinheit das Messsignal bzw. den Messwert deshalb als Mittelwert aus mindestens zehn Werten der aus den einzelnen Messungen der Detektoren ermittelten Messsignale bzw. Messwerte, wobei die Auswerteeinheit besonders bevorzugt einen Mittelwert aus hundert Werten bildet.
  • Die Genauigkeit der von dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Ergebniswerte steigt mit der Zahl der zu berücksichtigenden Auswahlfaktoren und der dazugehörigen Zahl der in der Datenbank abgelegten Umrechnungsfunktionen. Auswahlfaktor für eine Umrechnungsfunktion kann beispielsweise ein oder können beispielsweise mehrere der nachfolgend genannten Parameter sein:
    • – Bandoberflächenstruktur (Rauhigkeit, Textur),
    • – Temperatur des Bandes,
    • – Materialeigenschaften des Bandes, wie beispielsweise die Art des Materials, also beispielsweise ob es sich um Stahl, Edelstahl, Weißblech(Stahl-Feinstblech, verzinnt bzw. verchromt), Aluminium, Kupfer und sonstige Metalle handelt oder beispielsweise die Stahlmarke, Materialklasse oder Oberflächenkennzahl,
    • – Informationen aus Voranlage, wie zum Beispiel vorgeschaltete Glühprozess (Hauben- bzw. Durchlaufglühofen),
    • – Informationen über durch die Vorbehandlung entstandene Eigenschaften, wie beispielsweise die Härte, Festigkeit und Korngröße,
    • – Informationen über die Vorbehandlungsschichten, wie beispielsweise Phosphatierung, Chromatierung, chromfreie No-Rinse-Vorbehandlungschichten,
    • – Materialeigenschaft der Bandauflage bzw. Bandverschmutzung, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoff (organisch, anorganisch), Öl-, Rostschutz-, Emulsion, Oxide, Eisenabrieb, Partikel, Öl-Eisenverbindungen (Eisenseifen),
    • – Bandgeschwindigkeit.
  • Die Art der zur Verfügungstellung des Auswahlfaktors kann vielfältig und gemischt sein. So kann ein Auswahlfaktor manuell in die Auswerteeinheit eingegeben werden, beispielsweise ein firmeninternes Stichwort für einen bestimmten Metalltyp bzw. einen bestimmten Behandlungsschritt. Alternativ oder ergänzend kann ein Auswahlfaktor aus einem Messsignal bzw. einem Messwert eines weiteren Messgeräts ermittelt werden, wie beispielsweise der Messwert eines Temperaturmessgeräts. Das weitere Messgerät kann jedoch auch ein weiteres Ellipsometer, insbesondere bevorzugt ein weiteres Einwellen-Ellipsometer sein, das an einem anderen Messort installiert ist. Beispielsweise kann in einer Bandbehandlungsanlage ein erstes Einwellen-Ellipsometer, beispielsweise mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, kurz nach dem Bandeinlauf vorgesehen sein. Mit diesem ersten Einwellen-Ellipsometer werden erste Messwerte bestimmt. Diese ersten Messwerte können Grundlage für die Auswahl der Umrechnungsfunktion in einer Auswerteeinheit eines zweiten Einwellen-Ellipsometers, beispielsweise mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sein, das nach der Bandbehandlungsanlage installiert ist. Die ausgewählte Umrechnungsfunktion kann als Einflussgröße dann beispielsweise auch das Messergebnis des ersten Einwellen-Ellipsometers haben.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann ein Auswahlfaktor aus einer Datenbank für Prozessabläufe ausgelesen werden. Bandbehandlungsanlagen, in denen das Verfahren zur Bestimmung der Auflage Anwendung finden kann, werden häufig nach so genannten Stichplänen betrieben. In dem Stichplan ist beispielsweise angegeben, welches Band zu welchem Zeitpunkt von der Bandbehandlungsanlage behandelt wird. Die Auswerteeinheit kann für die Auswahl der Umrechnungsfunktion auf diese Informationen zurückgreifen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Auswahlfaktor auf Grundlage der Messung der Detektoren und/oder auf Grundlage des in der Auswerteeinheit ermittelten Messwerts, beispielsweise also auch auf Grundlage eines gemittelten Werts, ermittelt.
  • Die in der Datenbank abgelegten Umrechnungsfunktionen können einfache Kalibrierwerte sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Umrechnungsfunktion ein Polynom, wobei auch andere Umrechnungsfunktionen eingesetzt werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ergebniswert durch Synchronisierung mit einer Information über die Bandposition einer bestimmten Bandposition zugeordnet. Dies ermöglicht es, dem Prozessleitsystem oder der grafischen Anzeige der Ergebniswerte die zusätzliche Information beizugeben, an welcher Stelle des Bandes der gerade eingespeiste bzw. gerade angezeigte Ergebniswert vorliegt.
  • Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn der Lichtstrahl auf einen Bereich des Metallbandes gerichtet wird, in dem das Metallband auf einer Rolle aufliegt. Dies führt zu einer Stabilisierung des Bandes und damit einer geringeren Schwankung der mittels der Detektoren ermittelten Messwerte.
  • Die Quelle des Lichtstrahls, beispielsweise der Laser, und/oder der Detektor können fest installiert oder beispielsweise senkrecht zur Bandlaufrichtung in Bandbreitenrichtung traversierend ausgebildet sein. Durch ein Traversieren über die Bandbreite kann die Bandauflage über die gesamte Bandbreite gemessen werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden bevorzugt zur Ermittlung einer Oberflächenauflage bei einer Trägerrauhigkeit mit einem Rauhigkeitswert von 0,05 bis 4 Mikrometer Ra eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass das vorgeschlagene Verfahren bei diesen Rauhigkeitswerten besonders gute Ergebnisse erzielt.
  • Ferner wird das Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Ermittlung einer Bandauflage mit einer Schichtdicke von 1 bis 100 nm verwendet. Auch hier hat es sich gezeigt, dass die ermittelten Ergebniswerte in diesem Schichtdickenbereich besonders präzise sind.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können zur Bestimmung der Auflage auf einem bewegten Metallband eingesetzt werden, bei der das Metallband mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 3000 m/min. bewegt wird. Der einfache Aufbau und die einfachen Auswerteschritte ermöglichen es, auch bei diesen Bandgeschwindigkeiten eine für das Einsatzgebiet ausreichende Präzision zur Verfügung zu stellen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
  • Fig. eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eine Oberfläche eines zu untersuchenden Körpers sowie eine Lichtquelle und eine Auswerteeinheit.
  • Dargestellt ist ein Ellipsometer, das eine Detektionseinheit 1 und eine Lichtquelle 2 mit einem Polarisationsfilter 3 aufweist. Das Ellipsometer ist oberhalb eines Körpers 4 angeordnet, auf dem eventuell vorhandene Auflagen ermittelt bzw. gemessen werden sollen. Der Körper 4 ist als Band ausgestaltet, das im Bereich des Ellipsometers über eine Rolle geführt wird.
  • Das Ellisometer ist als Einwellen-Ellisometer ausgebildet. Die Lichtquelle 2 ist eine Laserdiode, die Licht mit einer festen Wellenlänge im Bereich von 630 nm bis 670 nm, insbesondere 632,8 nm, emittiert. Der Lichtstrahl der Lichtquelle 2 wird mit dem Polarisationsfilter 3 polarisiert, insbesondere linear polarisiert.
  • Von der Lichtquelle 2 wird ein einwelliger Lichtstrahl 6 in einem Winkel, insbesondere 60°, auf die zu untersuchende Oberfläche des Körpers 4 gesendet. Eine Auflage 5 des Körpers 4 ist dargestellt, deren Dicke ermittelt werden kann. Der Lichtstrahl 6 wird von der Oberfläche des Körpers reflektiert. Bei einem linear polarisierten Lichtstrahl, der auf den Körper auftrifft, ist das reflektierte Licht im Allgemeinen beim Vorliegen einer Auflage elliptisch polarisiert.
  • Der reflektierte Lichtstrahl 7 fällt auf einen Polarisationsstrahlteiler 8, der zwei Teil(licht)strahlen 9a, 9b erzeugt. Der Polarisationsstrahlteiler 8 erzeugt die Teillichtstrahlen 9a, 9b derart, dass der reflektierte Lichtstrahl 7 in zwei Teilstrahlen 9a, 9b unterschiedlicher Polarisation des reflektierten Lichtstrahls 7, insbesondere mit einem Winkel von 90° zueinander, aufgespalten wird. Dem Polarisationsstrahlteiler 8 ist für die beiden Teilstrahlen 9a, 9b je ein Detektor 10a, 10b nachgeschaltet. Der Teilstrahl 9a wird von dem Detektor 10a aufgenommen, und der Teilstrahl 9b wird von dem Detektor 10b aufgenommen. Die Detektoren 10a, 10b sind zur Messung der Intensität des jeweiligen Teilstrahls 9a, 9b ausgestaltet.
  • Die von den Detektoren 10a, 10b ermittelten Signale werden über eine Datenleitung 11a, 11b einer Auswerteeinheit 12 zugeführt. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt aus den Signalen, die die Intensität der Teilstrahlen 9a, 9b repräsentieren, einen Messwert. Aufgrund eines der Auswerteeinheit 12 zugeführten Auswahlfaktors wählt die Auswerteeinheit 12 aus einer Mehrzahl von in einer Datenbank 13 abgelegten Umrechnungsfunktionen eine Umrechnungsfunktion aus und rechnet den Messwert mittels der ausgewählten Umrechnungsfunktion in einen Ergebniswert um. In der Fig. ist dargestellt, dass die Datenbank 13 Teil der Auswerteeinheit sein kann, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Datenbank 13 separat zur Auswerteeinheit ausgestaltet ist und die Auswerteeinheit 12 über eine weitere Leitung mit der Datenbank 13 verbunden ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1835257 B1 [0003]

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung der Auflage (5) auf einem bewegten Körper (4) mit einem Detektor (10a, 10b) zur Detektion eines von dem Körper (4) reflektierten Lichtstrahls (7), dadurch gekennzeichnet, dass zwei Detektoren (10a, 10b) und ein Polarisationsstrahlteiler (8) zur Aufteilung des reflektierten Lichtstrahls (7) in zwei Teilstrahlen (9a, 9b) vorgesehen sind, wobei einem Teilstrahl (9a, 9b) ein Detektor (10a, 10b) zugeordnet ist und der Polarisationsstrahlteiler (8) eine fixierte Ausrichtung bei der Bestimmung der Auflage (5) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (2) eine Laserdiode im Wellenlängenbereich von 630 nm bis 670 nm vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (12) und eine Datenbank (13) vorgesehen sind, wobei mit der Auswerteeinheit (12) auf Grundlage eines Auswahlfaktors aus einer Mehrzahl von in der Datenbank (13) abgelegten Umrechnungsfunktionen eine Umrechnungsfunktion und/oder Parameter für eine Umrechnungsfunktion auswählbar sind und der Messwert der zwei Detektoren (10a, 10b) mittels der ausgewählten Umrechnungsfunktion in einen Ergebniswert umrechenbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Detektoren (10a, 10b) und der Polarisationsstrahlteiler (8) als eine Einheit mit einer festen örtlichen Relativbeziehung zueinander angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Detektoren (10a, 10b) zur Messung der Intensität des jeweiligen Teilstrahls (9a, 9b) ausgestaltet sind.
  6. Verfahren zur Bestimmung der Auflage (5) auf einem bewegten Körper (4), bei dem: – ein von dem Körper (4) reflektierter Lichtstrahl (7) auf einen Polarisationsstrahlteiler (8) mit einer fixierten Ausrichtung gesendet wird, wobei mit dem Polarisationsstrahlteiler (8) zwei Teilstrahlen (9a, 9b) erzeugt werden, – die zwei Teilstrahlen (9a, 9b) von je einem Detektor (10a, 10b) aufgenommen werden, – in einer Auswerteeinheit (12) aus den Messsignalen der Detektoren (10a, 10b) mindestens eine ellipsometrische Kenngröße des reflektierten Lichtstrahls (7) als ein Messwert ermittelt wird, – von der Auswerteeinheit (12) auf Grundlage mindestens eines Auswahlfaktors aus einer Mehrzahl von in einer Datenbank (13) abgelegten Umrechnungsfunktionen eine Umrechnungsfunktion und/oder Parameter für eine Umrechnungsfunktion ausgewählt wird, – der Messwert mittels der ausgewählten Umrechnungsfunktion in einen Ergebniswert umgerechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (6) in einem Winkel von 60° zur Oberflächennormalen auf die zu untersuchende Oberfläche des Körpers (4) gesendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsstrahlteiler (8) vor der Bestimmung derart ausgerichtet und fixiert wird, dass an einem Detektor (10a, 10b) ein Maximalwert gemessen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des reflektierten Lichtstrahls (7) eine einwellige Lichtquelle, insbesondere eine Laserdiode, verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal im kHz-Bereich ermittelt wird.
  11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 10 zur Ermittlung einer Auflage (5) einer Körpers (4) mit einer Schichtdicke von 1 bis 100 nm.
  12. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 10 zur Bestimmung der Auflage (5) auf einem bewegten Körper (4), bei der der Körper (4) mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 3000 m/min bewegt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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