DE19830794A1 - Schichtdickenmeßsystem und -verfahren - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Inline-Meßsystem zur Bestimmung von Schichtdicken und Schichtdickenverteilungen auf Substraten während des Produktionsablaufs zur Herstellung von vorzugsweise CDs oder DVDs. Die Meßwertermittlung erfolgt durch Bestimmung der Transmission von Strahlung durch das Substrat. Dazu wird vorzugsweise eine Lichtquelle und ein dazugehöriger Empfänger benutzt. Mittels einer Signalleitung können die Meßwerte zwischengespeichert und weiterverarbeitet werden, z. B. für einen Regelkreis zur Regelung einer Beschichtungseinrichtung.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schichtdickenmeß
system und -verfahren zur Bestimmung von Schichtdicken auf
Substraten. Insbesondere soll ein schnelles Inline-Schicht
dickenmeßsystem für beschichtete optische Datenträger, wie
CDs (Compakt Disks) oder DVDs (Digital Versatile Disks = di
gitales, vielseitig verwendbares Speichermedium) bereitge
stellt werden.
Bei der Herstellung von CDs und DVDs werden die Substrate
üblicherweise mit einer reflektierenden und/oder
teilreflektierenden Beschichtung versehen.
Dazu ist z. B. in der DE-A-196 54 000 eine Vorrichtung zur
Kathodenzerstäubung für die Herstellung von Schichten auf
einem Substrat mittels einer in einer Vakuumkammer
vorgesehenen Zerstäubungskathode bekannt, die mindestens
einen konzentrisch bzw. ringförmig zur Mittelachse der
Zerstäubungskathode Polschuhe, ein Target und Magnete
aufweist. Insbesondere für teilreflektierende Schichten ist
eine genaue Schichtdickenbestimmung vorteilhaft.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Meßsystem und Verfahren zur Bestimmung von Schichtdicken auf
Substraten bereitzustellen, das in der Lage ist, die Messung
Inline, d. h. während des Produktionsablaufs durchzuführen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, daß das
Meßsystem einen Meßkopf aufweist, der die Transmission oder
Reflexion einer Strahlung durch das Substrat mißt und da
durch auf die Schichtdicke des Beschichtungsmaterials
schließt. Diese Messung erfolgt erfindungsgemäß während des
Produktionsablaufs (Inline). Zur Meßwertermittlung wird das
Substrat durch das Meßsystem entlang eines auf einem Trans
portweg liegenden Meßwegs zwischen einem Eintritts- und Aus
trittspunkt bewegt. Der Transportweg ist durch eine in der
Fertigungseinrichtung bereits vorhandene Transporteinrich
tung festgelegt. Die ermittelten Schichtdickeninformationen
bezüglich einzelner Meßpunkte, vorzugsweise aber bezüglich
eines kontinuierlichen Meßwegs können angezeigt, gespeichert
oder zur weiteren Verarbeitung einer Datenverarbeitungsan
lage und/oder Regeleinrichtung zugeführt werden.
Durch die Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt,
daß durch die Messung von Schichtdicken auf dem Substrat an
verschiedenen Punkten entlang des Meßweges bzw. Transportwe
ges eine Schichtdickenverteilung oder ein Schichtdickenpro
fil während des Transports des Substrats bereitgestellt
wird. In vorteilhafter Weise ist neben dem ohnehin erforder
lichen Transport des Substrats keine zusätzliche Bewegung
zum Durchführen der Schichtdickenmessung erforderlich. Auf
grund der exakten Ermittlung der Schichtdickenverteilung
kann eine Qualitätskontrolle mit maximaler Sicherheit durch
geführt werden. Die gewonnenen Meßwerte können als Eingangs
größe für die Parameter einer Schichtdickenregelung, wie
z. B. der Nachregelung der Kathode und/oder der Steuerung der
Magneten einer Zerstäubungseinrichtung verwendet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Ausführungsform
beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schichtdickenmeßsystems ge
mäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht des Schichtdickenmeßsystems von Fig. 1;
und
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Ergebnisses der
Schichtdickenmessung.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Meßsystem 2 dient
zur Bestimmung von Schichtdicken auf einem Substrat 4. Das
Substrat 4 wird von einem Substratträger 6 getragen, der mit
einem Schwenkarm 8 einer Transportvorrichtung (nicht darge
stellt) verbunden ist. Die Transportvorrichtung ist vorzugs
weise eine Schwenkvorrichtung, die vorzugsweise mehrere
Schwenkarme 8 und Substratträger 6 aufweist, um Substrate 4
zwischen verschiedenen Stationen zu transportieren. Das Sub
strat 4 beschreibt einen bogenförmigen Transportweg 10, um
den Drehpunkt der Schwenkvorrichtung.
Geradlinige Transportwege oder Transportwege mit anderer
Geometrie sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich,
wobei nur sichergestellt werden muß, daß beim Durchlauf des
Substrats durch den Meßkopf ein wesentlicher Teil der Be
schichtungsfläche durch den Meßkopf überstrichen wird.
Das Meßsystem 2 ist vorzugsweise an mindestens einer Stelle
zwischen zwei Stationen einer Fertigungseinrichtung zur Her
stellung von CDs und/oder DVDs vorgesehen. Das Meßsystem 2
kann jedoch auch innerhalb einer oder mehrerer Bearbeitungs
stationen vorgesehen sein.
Das Meßsystem 2 besteht vorzugsweise aus einem U-förmigen
Träger 12, durch dessen Aussparung 14 das Substrat 4 auf dem
z. B. bogenförmigen Transportweg 10 bewegt wird. Der Träger
12 ist mit einem Stützelement 16 versehen, der an der Ferti
gungseinrichtung montierbar ist. Ein Schenkel 18 des U-för
migen Trägers 12 weist eine Strahlungsquelle 20, vorzugs
weise eine Lichtquelle auf. Der gegenüberliegende Schenkel
22 des U-förmigen Trägers 12 ist mit einem Empfänger 24 ver
sehen. Der Empfänger 24 kann z. B. eine optoelektronische
Photodiode, ein Phototransistor oder ähnliches sein. Die
Strahlungsquelle 20 und/oder der Empfänger 24 sind über Sig
nalleitungen 26 und 28 mit einer Auswerteeinrichtung (nicht
dargestellt) verbunden.
Zur Ermittlung von Schichtdicken bzw. einer Schichtdicken
verteilung auf dem Substrat 4 bewegt die Transporteinrich
tung das Substrat 4 entlang des bogenförmigen Transportweges
10, wie vorstehend erläutert, durch die Aussparung 14 des
U-förmigen Trägers 12 und beschreibt dabei einem Meßweg 30
zwischen einem Eintrittspunkt 32 und einem Austrittspunkt
34. Entlang des Meßwegs 30 kann die Schichtdicke auf dem
Substrat 4 vorzugsweise kontinuierlich bestimmt werden. Es
ist jedoch auch möglich, die Schichtdicken nur an bestimmten
Punkten zu ermitteln.
Die Meßwertaufnahme erfolgt vorzugsweise durch Ermittlung
der Strahlungstransmission durch das Substrat 4 zwischen der
Lichtquelle 20 und dem Empfänger 24 des Meßkopfes, kann je
doch auch durch Reflexionsmessung erfolgen. Die Transmission
bzw. Reflexion der Strahlung ist mit der Schichtdicke des
Substrats 4 bzw. mit der Gesamtdicke des Substrats 4 korre
lierbar. Das Meßsystem 2 erfaßt die jeweilige Schichtdicke
bzw. den Schichtdickenverlauf inline während des Sub
stattransports entlang des Meßweges 30. Die während des
Meßvorgangs aufgenommenen Meßwerte können anhand der durch
den Eintrittspunkt 32 und den Austrittspunkt 34 definierten
Meßzeit (Meßweg) und der bekannten Transportbewegung eindeu
tig dem jeweiligen Ort der Messung auf dem Substrat 4 zuge
ordnet werden. Hieraus ergibt sich ein eindeutiges Schicht
dickenprofil mit bekannter Längenskalierung.
Der Meßweg 30 auf dem Substrat 4 beschreibt z. B. eine bogen
förmige Bahn entlang des Transportweges 10, so daß im we
sentlichen jede beschichtete radiale Position auf dem Sub
strat 4 abgetastet werden kann. Dadurch kann durch eine ein
zige punktförmige Sender-Empfänger-Anordnung 20 und 24 ein
Schichtdickenprofil entlang des Radius bzw. Durchmessers des
Substrats 4 erfaßt werden.
Zur Kalibrierung des Meßsystems 2 wird vorzugsweise vor dem
Eintritt des Substrats 4 in den Meßweg 30 eine Referenzmes
sung durchgeführt. Das heißt, es erfolgt eine Transmissions
messung zwischen der Lichtquelle 20 und dem Empfänger 24
ohne Substrat 4. Eine solche Referenzmessung kann in vorbe
stimmten Intervallen oder vorzugsweise zwischen jedem zu
messenden Substrat 4 durchgeführt werden.
In der Auswerteeinrichtung wird die zunächst vorzugsweise
kontinuierlich aufgenommene Meßwertverteilung (Schicht
dickenprofil) zwischengespeichert. Anschließend werden aus
diesem Schichtdickenprofil z. B. bestimmte diskrete Werte
ausgewählt und über eine Rechnerschnittstelle an ein überge
ordnete s Datenverarbeitungssystem und/oder eine Regelein
richtung (nicht dargestellt) weitergegeben. Ein solches
Schichtdickenprofil ist z. B. in Fig. 3 dargestellt. Das Dia
gramm zeigt das Meßsignal bzw. die Transmission über der
Zeit. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß vor dem Eintritt
des Substrats 4 in den Meßbereich des Meßsystems 2 die Refe
renzmessung mit einer Transmission von 100% erfolgt. Beim
Eintritt des Substrats 4 in den Meßbereich zwischen der
Lichtquelle 20 und dem Empfänger 24 sinkt die Transmission
sprunghaft auf einen der Dicke des unbeschichteten Sub
stratrandes 36 entsprechenden Wert ab. Wird das Substrat
weiter bewegt, sinkt die Transmission beim Eintritt in die
beschichtete Substratfläche 38 erneut. Entlang des Meßweges 30
zwischen dem Eintrittspunkt 32 und dem Austrittspunkt 34
ist der Transmissionswert entsprechend der Schichtdickenver
teilung auf dem Substrat 4 dargestellt. Am Austrittspunkt 34
springt die Transmission, ähnlich wie am Eintrittspunkt, auf
einen Wert von 100% zurück. Dieser Vorgang wiederholt sich
bei jedem weiteren Substrat.
Wird bei der Bestimmung der Schichtdickenverteilung auf dem
Substrat 4 ein Fehler festgestellt, so kann dieses Substrat
bzw. diese Substrate aus dem weiteren Fertigungsablauf aus
geschleust werden. Dadurch kann eine maximale Qualitätskon
trolle hinsichtlich der Schichtdicken auf Substraten 4
durchgeführt werden. Ferner können die gewonnenen Meßwerte
z. B. mittels der Auswerteeinrichtung und dem Datenverarbei
tungssystem bzw. der Regeleinrichtung als Eingangsgröße für
eine Schichtdickenregelung verwendet werden. Eine solche Re
gelung dient z. B. dem Nachregeln der Kathode bzw. der Magne
ten einer Kathodenzerstäubungsanlage (vgl. DE-A-196 54 000).
Als weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Meßsystems der
vorliegenden Erfindung kann anstelle des U-förmigen
Meßkopfträgers 12 z. B. ein kammförmiger Träger verwendet
werden, durch den gleichzeitig oder zeitversetzt mehrere
Substrate 4 transportiert werden können. Das Meßprinzip der
Transmission entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist
dann auf jede Aussparung des kammförmigen Trägers anzu
wenden.
Anstelle des bogenförmigen Transportweges 10 kann die Trans
porteinrichtung das Substrat auch entlang jeder anderen
denkbaren Bewegungsbahn transportieren, entlang der das Sub
strat 4 durch den Meßbereich eines erfindungsgemäßen Meß
systems geführt wird.
Die Anordnung der Strahlungsquelle 20 und des Empfängers 24
kann ebenso an einem bereits vorhandenen Teil der
Fertigungseinrichtung angebracht werden, durch den das
Substrat 4 mittels der Transporteinrichtung geführt wird;
das erfindungsgemäße Meßsystem eignet sich daher besonders
gut auch zum Nachrüsten vorhandener CD-/DVD-Fertigungsan
lagen.
Claims (16)
1. Meßsystem (2) zum Bestimmen der Schichtdickenverteilung
auf Substraten (4) mit einem Schichtdicken-Meßkopf (20,
24) zum Abtasten des Substrats in einem Meßbereich durch
kontinuierlichen Transport des Substrats relativ zum
Meßkopf, so daß die Schichtdicke entlang eines dem
Transportweg (10) entsprechenden Meßweges (30) zwischen
einem Eintrittspunkt (32) und einem Austrittspunkt (34)
kontinuierlich erfaßbar ist.
2. Meßsystem (2) nach Anspruch 1, wobei der Meßkopf eine
Strahlungsquelle (20) und einen Empfänger (24) aufweist.
3. Meßsystem (2) nach Anspruch 2, wobei die Strahlungs
quelle (20) eine Lichtquelle und der Empfänger (24) eine
Photodiode ist.
4. Meßsystem (2) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Strah
lungsquelle (20) und der Empfänger (24) auf einem U-för
migen Träger (12) auf sich gegenüberliegenden Schenkeln
(18, 22) angeordnet sind und das Substrat (4) durch eine
Aussparung (14) des U-förmigen Trägers (12) bewegbar
ist.
5. Meßsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
der Meßweg (30) durch den Transportweg (10) einer Trans
porteinrichtung, mit der das Substrat (4) befördert
wird, definiert ist.
6. Meßsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
eine Referenzmessung zum Kalibrieren des Meßsystems (2)
vor dem Eintritt des Substrats (4) in den Meßweg (30)
vorgesehen ist.
7. Meßsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer
Auswerteeinrichtung, die mit dem Meßkopf in Verbindung
steht.
8. Meßsystem (2) nach Anspruch 7, wobei die Auswerteein
richtung mit einem Speicher und einer über eine Rechner
schnittstelle mit einem Datenverarbeitungssystem
und/oder eine Regeleinrichtung zur Nachregelung einer
Beschichtungseinrichtung in Verbindung steht.
9. Meßsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
das Substrat (4) ein Rohling zur Herstellung einer CD
(Compact Disk) oder einer DVD (digital Versatile disk)
ist.
10. Verfahren zum Bestimmen von Schichtdicken auf Substraten
(4) mit den Schritten:
- (a) Bereitstellen eines Meßsystems (2) mit einem Meß kopf, durch den die Transmission oder Reflexion und damit die Schichtdicke während des Produktionsab laufs bestimmt wird;
- (b) Bewegen des Substrats (4) durch das Meßsystem (2) entlang eines auf einem Transportweg (10) liegenden Meßwegs (30) zwischen einem Eintrittspunkt (32) und einem Austrittspunkt (34); und
- (c) Auswerten der durch den Meßkopf (20, 24) ermittelten Transmissionssignale zum Gewinnen von Schicht dickeninformationen bezüglich bestimmter Meßpunkte auf dem Meßweg (30).
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Meßkopf zur Be
stimmung der Transmission oder Reflexion durch das
beschichtete Substrat (4) durch eine Strahlungsquelle
(20) Strahlung aussendet, die von einem im Meßkopf
ausgebildeten Empfänger (24) empfangen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Substrat
(4) durch eine Aussparung (14) in einem U-förmigen Trä
ger (12) des Meßkopfes geführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem
die Messung kontinuierlich entlang des Meßwegs (30) er
folgt, um eine Schichtdickenverteilung der Beschichtung
auf dem Substrat (4) zu erhalten.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem
das Substrat (4) von einer Transporteinrichtung bewegt
wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem
das Meßsystem (2) vor dem Eintritt in den Meßweg (30)
durch eine Referenzmessung kalibriert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem
die ausgewerteten Transmissionssignale gespeichert und
einem Datenverarbeitungssystem und/oder einer Regelein
richtung zur Nachregelung einer Beschichtungseinrichtung
zugeführt werden.
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