DE4227734A1 - Anordnung zur berührungslosen Messung der Dicke von dünnen Schichten - Google Patents
Anordnung zur berührungslosen Messung der Dicke von dünnen SchichtenInfo
- Publication number
- DE4227734A1 DE4227734A1 DE19924227734 DE4227734A DE4227734A1 DE 4227734 A1 DE4227734 A1 DE 4227734A1 DE 19924227734 DE19924227734 DE 19924227734 DE 4227734 A DE4227734 A DE 4227734A DE 4227734 A1 DE4227734 A1 DE 4227734A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- measured
- layer
- voltage
- film
- electromagnets
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
- G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
- G01B7/10—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
- G01B7/105—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance for measuring thickness of coating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beschichtete Bänder, Folien oder Scheiben werden auf zahlreichen Gebieten benötigt. So
werden beispielsweise Kunststoffolien mit einer besonderen Schicht versehen, um diese
Folien gegen Geruchsdiffusion zu sperren. Auch Fensterscheiben werden mit einer dünnen
Metallschicht versehen, um gegen eine unerwünschte Infrarotstrahlung zu sperren. Das
Aufbringen von dünnen Schichten erfolgt dabei in der Praxis mittels verschiedener Verfah
ren, z. B. mittels galvanischer Prozesse oder mittels Aufdampfen im Vakuum. Wichtig ist
in allen Fällen, daß die jeweils notwendige Schichtdicke eingehalten wird. Dies wiederum
erfordert eine entsprechende Messung der Dicke der Schicht.
Es ist bereits eine Anordnung zur berührungslosen Messung der Dicke elektrisch leitfähi
ger Schichten bekannt, die eine Induktionsspule mit einem Wechselspannungsgenerator
(sowie eine Meßeinrichtung für die Erfassung des Induktivitätswertes der Induktionsspule
aufweist (DE-A-23 45 849). Bei dieser Anordnung ist eine zweite Induktionsspule vorge
sehen, die mit der ersten einen Luftspalt bildet. Durch diesen Luftspalt wird ein Band mit
einer zu messenden Schicht geführt. Beide Spulen, die gewissermaßen eine Gabel bilden,
werden von einem gleichsinnigen Strom durchflossen, und die Ausgangssignale beider Spu
len werden additiv einer Meßeinrichtung aufgeschaltet. Nachteilig ist bei dieser Anord
nung, daß eine Nullung oder Nullmessung wegen der Ortsfestigkeit der Sensoren relativ
zum bandförmigen Meßobjekt nicht möglich ist.
Außer der gabelförmigen Meßanordnung gibt es auch noch Meßanordnungen mit einer
Umlenkwalze, über die ein Band geführt ist (DE-A-33 35 766). Hierbei weist die Umlenk
walze mehrere Sensoren auf, die in der Umlenkwalze an deren Oberfläche und auf die
Länge der Umlenkwalze verteilt angeordnet und durch eine Übertragungseinrichtung mit
einer Auswerteschaltung verbunden sind. Die Schichtdicke kann dabei kapazitiv (US-A-
49 68 947), induktiv (DE-A-38 15 009) oder kapazitiv/induktiv (US-A 49 58 131) erfol
gen. Die Null-Messung, d. h. die Messung, wenn keine Schicht vorliegt, und die Objekt-
Messung, d. h. die Messung bei vorliegender Schicht, werden hierbei zeitmultiplex durch
geführt. Da der Sensor in die sich drehende Umlenkwalze eingebaut ist, über die Endlos
band geführt ist, gelangt der Sensor einmal in die Nähe des Bands und einmal in einen Ab
stand von dem Band. Durch Auswertung des Null-Signals und des Meßsignals kann auf
die Dicke der jeweiligen Schicht geschlossen werden.
Nachteilig ist bei der Meßwalzen-Methode, bei der die Messung entsprechend dem Um
fang der Meßwalze in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgt, daß bei hohen Bandge
schwindigkeiten und damit hohen Umdrehungszahlen der Walze Unwuchtprobleme an der
Walze auftreten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum berührungslosen
Messen der Dicke von Schichten zu schaffen, mit welcher eine einwandfreie Nullmessung
und Kalibrierung möglich ist.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß eine genaue Mes
sung der Schichtdicke auch bei Bändern durchgeführt werden kann, die mit hoher Ge
schwindigkeit durch eine Meßanordnung hindurchlaufen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol
genden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzip-Darstellung eines Schichtdicken-Meßsystems mit ortsfesten
Sensoren;
Fig. 2 Meßkurven, welche die Abhängigkeit der Meßgenauigkeit von der Lage einer
Folie zwischen zwei Sensoren zeigen;
Fig. 3a einen Schnitt durch zwei einander gegenüberliegende Sensoren und durch eine
Folie, die eine Beschichtung trägt;
Fig. 3b einen Schnitt durch die in Fig. 3a dargestellten Sensoren, die jedoch um 180°
relativ zur Beschichtung gedreht sind;
Fig. 4 eine induktive Schaltungsanordnung zum Messen und Kalibrieren einer
Schichtdicke;
Fig. 5a zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Elektromagnete, deren un
gleichnamige Pole einander gegenüberliegen;
Fig. 5b ein elektrisches Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 5a mit einem zusät
lichen Schwingkreiskondensator;
Fig. 5c eine Darstellung, bei welcher die Serienwiderstände als umgerechnete Parallel
widerstände gezeigt sind;
Fig. 5d eine der Fig. 5c entsprechende Darstellung, jedoch mit weggedrehten Elektro
magneten;
Fig. 6 eine Vorrichtung mit mehreren drehbaren Sensoren;
Fig. 7 ein Blockschaltbild, das die Verarbeitung der Signale von mehreren Sensoren
zeigt.
In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt 19 aus einer Anlage dargestellt, in der die Dicken von
Schichten gemessen werden, die auf einer Folie 1 oder dergleichen aufgebracht sind. Die
Folie 1 wird an insgesamt vier Sensoren 2 bis 5 mit einer Geschwindigkeit v vorbeibewegt,
was durch einen Pfeil 6 angedeutet ist. Jeweils zwei der vier Sensoren, z. B. 2 und 3 bzw. 4
und 5, liegen einander gegenüber, so daß die Folie 1 durch den Spalt bewegt wird, den die
se Sensoren bilden. Die Sensoren 2 bis 5 sind an Schienen 7, 8 angeordnet, die gleichzeitig
als Kabelkanäle dienen, in denen die elektrischen Zuleitungen 9, 10, 11, 12 zu den Senso
ren geführt sind.
Bei den Sensoren 2 bis 5 handelt es sich um induktive Sensoren, die ein Wechselfeld er
zeugen, das in der elektrisch leitenden und zu messenden Schicht Wirbelströme erzeugt,
die wiederum auf das Wechselfeld rückwirken.
In der Fig. 2 ist dargestellt, wie die Dickenmessung in einer Anordnung gemäß Fig. 1
durch "Flattern" der Folie zwischen den Sensoren verfälscht werden kann. Mit Pos. 4 ist die
räumliche Position des Sensors 4 bezeichnet, während mit Pos. 5 die räumliche Position
des Sensors 5 bezeichnet ist. Der Abstand a zwischen den beiden Sensoren 4, 5 beträgt im
dargestellten Beispiel 20 mm. Die ideale Mittenposition der Folie ist mit 40 angegeben.
Die in der Fig. 2 dargestellten drei Kurven I, II, III stellen die Meßspannungen dar, die
proportional zu den Dicken von drei verschiedenen Schichten sind, und zwar in Abhängig
keit von der Auslenkung einer mit einer Schicht versehenen Folie aus der idealen Mittenla
ge dar. Die Kurve I zeigt die Meßwerte bei einer Schichtdicke von 100 nm, während die
Kurven II und III die Meßwerte für Schichtdicken von 32 bzw. 18 nm darstellen. Fünfzig
Nanometer entsprechen fünfhundert Angströmeinheiten und damit etwa der Dicke einer
Aluminiumschicht, welche den elektrischen Widerstand von einem Ohm besitzt. Wird die
Folie 1 beispielsweise um 4 mm aus der Mittenlage zum Sensor 5 ausgelenkt, so werden
die Werte bei 41, 42, 43 gemessen. Man erkennt hieraus, daß erhebliche Meßfehler erst bei
Auslenkungen auftreten, die über 4 mm hinausgehen, d. h. das Meßsystem weist eine hohe
Lageunempfindlichkeit auf. Beträgt die Auslenkung etwa 1 mm, so ergibt sich ein Meß
fehler von nur 0,5%.
Das in der Fig. 1 dargestellte und auch schon aus der DE-A-23 45 849 bekannte Meßprin
zip, das für hohe Bandgeschwindigkeiten, z. B. 20 m/s, geeignet ist, führt somit zu sehr ge
nauen Werten. Der Nachteil besteht, wie bereits erwähnt, lediglich darin, daß das Nullen
und Kalibrieren mit Schwierigkeiten verbunden ist.
Die Fig. 3a zeigt einen Schnitt durch die beiden Sensoren 4, 5, die Folie 1 und die Schie
nen 7, 8. Man erkennt hierbei, daß die Sensoren jeweils eine Magnetspule 13, 14 enthalten,
die mit einer E-förmigen Ferritschalenkernhälfte 15, 16 einen Elektromagneten bildet, der
ein Wechselfeld abgibt. Die Ferritschalenkernhälfte 15, 16 hat vom U-förmigen Sensorge
häuse 4, 5 einen vorgegebenen Abstand und ist mittels einer Schraube 17, 18 mit diesem
und mit der Schiene 7, 8 verbunden.
Die Fig. 3b zeigt die gleiche Anordnung wie die Fig. 3a, jedoch mit um 180° gedrehten
Sensoren 4, 5. Die Magnetfelder dieser Sensoren sind somit nicht mehr auf die Folie 1 ge
richtet. An den Spulen 13, 14 der Sensoren können jetzt Spannungen abgegriffen werden,
die sich von den Spannungen unterscheiden, die bei der Anordnung gemäß Fig. 3a abge
griffen werden konnten. Fig. 3a stellt gewissermaßen die eigentliche Messung des Wider
stands der Schicht dar, während Fig. 3b eine Null-Messung darstellt. Mit Hilfe von
Drehachsen 38, 39 können die Sensoren aus der Position der Fig. 3a in die Position der
Fig. 3b gedreht werden.
In der Fig. 4 ist die Schaltungsanordnung näher dargestellt, mit der das durch eine Spule
13, 14 fließende Signal ausgewertet wird. Eine dortige Schaltungsanordnung ist bereits
bekannt und z. B. in der DE-A-38 15 009 beschrieben. Die Spulen 13 und 14 sind hierbei
ein Teil eines Parallelschwingkreises 20, der einen Kondensator 21 aufweist. Parallel zur
Spule 13 ist ein Kupferwiderstand 33 dargestellt. Die zu messende dünne Schicht, die sich
auf der Folie 1 befindet, ist durch ein Ersatzschaltbild dargestellt, das eine Spule 22 auf
weist, die Parallel zu einem ohmschen Widerstand 23 geschaltet ist. Der aus den Spule 13
und 14 und dem Kondensator 21 bestehende Parallelschwingkreis ist mit einem Oszillator
24 verbunden, der auf einer Frequenz von z. B. 1,8 MHz schwingt und der am Schwing
kreis 20 eine konstante Spannung USensor erzeugt. Die Einkopplung der Oszillatorspan
nung UOSZ in den Parallelschwingkreis 13, 14, 21 erfolgt über einen Widerstand 25, der als
Meßwiderstand für den Strom 11 dient. Die über diesem Widerstand 25 abfallende Span
nung U1 wird auf einen Verstärker 26 gegeben. Eine zwischen der Spannung UOSZ des Os
zillators 24 und der Spannung des Parallelschwingkreises 13, 14, 21 auftretende Phasen
verschiebung wird über ein Phasenkorrekturglied 27 auf den Oszillator 24 rückgekoppelt.
Dieses Phasenkorrekturglied 27 bringt die Phasenabweichung durch Nachregelung der
Frequenz auf Null. Die Bezugsspannung, für die ϕ = 0 gilt, tritt am Punkt 28 auf. Das Pha
senkorrekturglied 27 regelt somit den Phasenunterschied zwischen UOSZ und USensor auf
Null zurück, d. h. der cos ϕ der Last 13, 14, 21 ist stets 1. Ohne die Korrektur durch das
Phasenkorrekturglied 27 würde am Punkt 15, also zwischen dem Schwingkreis 13, 14, 21
und dem Widerstand 25, eine Phasenverschiebung auftreten. Durch die Korrektur auf ϕ =
0 wird die Last des Schwingkreises 13, 14, 21 rein ohmisch, so daß die Induktivität der
Spule 13 bzw. die Kapazität des Kondensators 21 außer Betracht bleiben können. Befindet
sich der Parallelschwingkreis in Resonanz, so sind alle Blindkomponenten kompensiert,
und die Hochfrequenzspannung des Schwingkreises hat denselben Phasenwinkel wie die
Spannung UOSZ.
Hierdurch verbleibt im Parallelschwingkreis 13, 21 neben dem Kupferwiderstand der Spu
len 13, 14 ein rein ohmscher Widerstand 29, der ein Maß für die Dicke der zu messenden
Schicht ist, denn der rein ohmsche Widerstand 23 der Schicht wird über die Spulen 22, 13,
14, die als Transformator dienen, in den Schwingkreis 13, 21 herübertransformiert. Parallel
zu den Spulen 13, 14 kann noch ein Kalibrierungswiderstand 30 mittels eines Schalters 31
geschaltet werden, der seinerseits von einer externen Steuereinrichtung 32 gesteuert wird.
Beim Empfang eines Kalibrierungssignals von der Steuereinrichtung 32 schließt der Schal
ter 31 und fügt den Widerstand 30 in den Schwingkreis ein, der eine normale Last darstellt,
(d. h. er stellt einen Sollwert-Widerstand dar, der seinerseits ein Maß für die Sollwert-Dicke
der zu messenden Schicht ist. Die Steuereinrichtung wirkt auch auf den Operationsver
stärker 26 und stellt dessen Verstärkungsgrad z. B. stufenweise ein.
Die Spulen 13, 14 entsprechen z. B. den Spule 13, 14 in Fig. 2. Beide Spulen 13, 14 sind in
Reihe geschaltet und werden im Normalbetrieb mit derselben Hochfrequenzspannung des
Oszillators 24 beaufschlagt. Von Zeit zu Zeit findet jedoch ein Wegdrehen der Sensoren
von der Beschichtung 100 der Folie 1 statt. Dabei ist dann auch der Strom, der in den
Schwingkreis fließt, am Widerstand 25 als Spannungsabfall meßbar.
In der Fig. 5a sind die in den Fig. 3a, 3b dargestellten Ferritkerne 15, 16 noch einmal ge
zeigt, wobei die Spulen der Einfachheit halber weggelassen sind. Man erkennt hierbei die
drei Schenkel 50, 51, 52 des Ferritkerns 15 sowie die drei Schenkel 53, 54, 55 des Ferrit
kerns 16. Die beiden äußeren Schenkel 50, 52 bzw. 53, 55 sind dann, wenn die Weichei
senteile nicht länglich, sondern topfförmig ausgebildet sind, Bestandteile desselben Rings.
Die dargestellten Feldlinien 56 zeigen den Verlauf für den Fall, daß der obere Weicheisen
teil 15 einen inneren magnetischen Südpol und einen äußeren magnetischen Nordpol hat,
während der untere Weicheisenteil einen inneren Nordpol und einen äußeren Südpol auf
weist.
Das Ersatzschaltbild eines Ferrit-Schalenkernpaares mit Spulen ist in der Fig. 5b darge
stellt, wo mit 60 und 65 zwei Streu-Induktivitäten bezeichnet sind, die keine Kopplung zu
der zu messenden Schicht oder zueinander besitzen. Zwei Induktivitäten, die zu 100%
miteinander und mit der zu messenden Schicht gekoppelt sind, sind mit 61 und 64 bezeich
net. Mit 62 und 63 sind die ohmschen Zusatzverluste durch die zu messende Schicht be
zeichnet, die anteilig auf die beiden Teile 15, 16 entfallen. Die Kupferverluste der Spule
sind durch die Bezugszahlen 66 und 67 symbolisiert. Mit 21 ist die Kapazität zwischen den
beiden Spulen bezeichnet.
In der Fig. 5c ist ein Ersatzschaltbild gezeigt, bei dem die Serienwiderstände 62, 63 und
66, 67 der Fig. 5b in Parallelwiderstände 70, 71 umgerechnet sind. Der Widerstand 70 ent
spricht den Kupferwiderständen 66, 67, während der Widerstand 71 den Widerständen
62, 63 entspricht. Die parallel umgerechneten Widerstände 62, 63 entsprechen dem Wider
stand 29 in Fig. 4.
Eine der Darstellung gemäß Fig. 5c entsprechende Darstellung, bei welcher jedoch die
Elektromagnete weggedreht sind, zeigt die Fig. 5d. Mit 72 ist hierbei der Kupferwider
stand bezeichnet. Die Induktivitäten parallel zu dem Widerstand 72 entsprechen im Prinzip
den Induktivitäten 60 und 65 der Fig. 5c. Sie haben jedoch wegen der geänderten Feldgeo
metrie einen anderen Wert.
An den Anschlüssen der beiden in Reihe geschalteten Spulen 13, 14 kann man folgende
Spannungen abgreifen:
UN = Spannung, wenn sich kein Meßobjekt zwischen den beiden Wechselstrom-Magneten 15, 16 befindet
UM = Spannung, wenn sich ein Meßobjekt zwischen den beiden Wechselstrom-Magneten 15, 16 befindet
UK = Spannung, wenn sich ein geeichtes Meßobjekt zwischen den beiden Wechselstrom- Magneten 15, 16 befindet
UN = Spannung, wenn sich kein Meßobjekt zwischen den beiden Wechselstrom-Magneten 15, 16 befindet
UM = Spannung, wenn sich ein Meßobjekt zwischen den beiden Wechselstrom-Magneten 15, 16 befindet
UK = Spannung, wenn sich ein geeichtes Meßobjekt zwischen den beiden Wechselstrom- Magneten 15, 16 befindet
Die Messungen, welche bei zur Folie gerichteten Sensoren ausgeführt werden, lassen sich
in einer Tabelle wie folgt darstellen:
Die Größe UKW ist hier nur aus formellen Gründen genannt, denn es ergibt keinen Sinn,
ein Kalibrier-Normal zwischen zwei voneinander abgewandten Sensorhälften zu bringen.
Es wird also schon ohne Meßobjekt, d. h. die dünne Schicht, eine Messung der "Null-
Spannung" UN durchgeführt. Der dabei ermittelte Wert ist als Null-Größe von jeder der
danach folgenden Objektmessungen zu subtrahieren, denn jeder tatsächlich gemessenen
Spannung ist die Null-Spannung linear überlagert. Es gilt somit
UM - UN = UMD (Meßspannung für Dicke).
In entsprechender Weise wird eine Kalibrierung mit einer Schichtprobe durchgeführt, de
ren Parameter bekannt sind
UK - UN = UKD (Kalibrierung der Dicke).
Für UK soll die Anzeige des Meßergebnisses auch zu späteren Zeitpunkten, etwa wenn
eine Nachkalibrierung durchgeführt wird, immer wieder den Anfangswert ergeben, was
z. B. mit Hilfe eines Einstell-Potentiometers als "Faktor"-Speicher möglich ist. Im rechner
gesteuerten Betrieb wird ein entsprechender Faktor zur Korrektur der Kalibrierungs-Mes
sung auf den Eichwert hin ermittelt und gilt dann bis zur nächsten Eichung.
Beim rechnergesteuerten Betrieb ist es auch möglich, durch einen Festwiderstand 30, der
zu dem Sensor-Schwingkreis parallelgeschaltet ist (vgl. Fig. 4) einen Kalibrierungsvor
gang zu simulieren. Der Vorteil der simulierten Kalibrierung besteht darin, daß die Simula
tion ferngeschaltet werden kann, was besonders während eines laufenden Meßvorgangs die
Nachkalibierung ermöglicht. Für die simulierte Kalibrierung gilt:
US - UN = USD (Simulation einer Dicke).
Gegenüber der vorangegangenen Gleichung ist also nur die Kalibrierungsspannung UK
durch die Simulationsspannung USD ersetzt. Durch diesen Abgleich wird die Steilheit,
d. h. die Empfindlichkeit der gesamten Meßanordnung immer wieder auf den am Anfang
der Messung festgelegten Wert eingestellt, d. h. die Meßempfindlichkeit wird auf diese
Weise stabilisiert.
UKD*FK = const. = UKA (Kalibrier-Wert zu Beginn der Messung)
bzw.
USD*FS = const. = USB (Wert der Simulation zu Beginn der Messung).
Hierbei sind FK bzw. FS die Korrektur-Faktoren, welche die Verstärkungsänderung der
Gesamtmeßanordnung wieder auf den Anfangswert zurückführen. Aus den ermittelten
Meßspannungen ergibt sich schließlich mit Hilfe der Stellheits-Faktoren
SL: Flächen-Leitwert/Spannung
SR: Flächen-Widerstand x Spannung bzw.
Sd: Schichtdicken-Wert/Spannung
SR: Flächen-Widerstand x Spannung bzw.
Sd: Schichtdicken-Wert/Spannung
das Ergebnis des Meßvorgangs:
Flächen-Leitfähigkeit; | ||
G = UMD * SL | ||
Flächen-Widerstand | R = SR * 1/UMD | |
oder @ | Schicht-Dicke | d = UMD * Sd |
Hierbei gelten auch die allgemeinen Beziehungen G = *d bzw. R = ρ/d, worin die
spezifische Leitfähigkeit und r der spezifische Widerstand sind.
Die hier gezeigte Weise, eine Schichteigenschaft zu messen, eignet sich für die Messung
an Einzelobjekten, welche auf einer festen Bahn zwischen den beiden Spulen 13, 14 hin
durch transportiert werden. Sehr günstig wirkt sich hierbei die Tatsache aus, daß zwischen
den einzelnen Meßobjekten die Möglichkeit zur Nullung oder zur Kalibrierung besteht,
wobei zur Kalibrierung auch die erwähnte automatische Simulation einer Schicht-Probe
mittels eines Widerstands verwendet werden kann.
In der Fig. 6 ist eine Anordnung dargestellt, bei der mehrere Sensoren einer Folie gegen
überliegen, die mit einer Beschichtung 100 versehen ist, deren Dicke gemessen werden
soll. Die Bewegung von Folie 1 und Beschichtung 100 erfolgt hierbei in die Zeichenebene
hinein, was durch das Symbol 101 angedeutet ist. Die Fig. 6 zeigt somit eine Variante der
Anordnung nach Fig. 1, bei der statt vier Sensoren 2 bis 5 insgesamt acht Sensoren 102 bis
109 vorgesehen sind. Außerdem sind die Sensoren 102 bis 109 von oben und nicht von der
Seite gehalten. Diese vertikale Halterung wird durch zwei Schienen 110, 111 bewirkt, die
parallel zur Folie 1 verlaufen. Diese Schienen 110, 111 können von der Folie 1 weg und
auf diese zu bewegt werden, was durch die Doppelpfeile 112, 113 angedeutet ist. Hierzu
dienen zwei Laufschienen 114, 115, auf denen die Schienen 110, 111 über nicht dargestell
te Rollen oder Räder ruhen.
Da die Sensoren 102 bis 109 um 180 Grad gedreht werden können - was durch die Dreh
pfeile 116 bis 119 symbolisiert ist -, um ihre auf die Folie gerichteten Magnetfelder von
dieser abzuwenden, könnte es vorkommen, daß die Sensoren bei einer solchen Drehung
gegen die Folie 1 stoßen. Damit dies vermieden wird, werden sie mit den Schienen 110,
111 von der Folie weggefahren. Die Drehung um 180° kann auf verschiedene Weise vor
genommen werden. Beispielsweise kann eine Drehachse, die mit einem Sensor 102 ver
bunden ist, durch einen mit dieser Achse 120 gekoppelten Schrittmotor um 180° gedreht
werden. Auf eine lineare Bewegung gemäß den Pfeilen 112, 113 kann verzichtet werden,
wenn der Abstand der Sensoren 102-109 hinreichend groß von der Folie 1 ist. Es ist auch
eine Drehbewegung möglich, wie sie durch die Pfeile 130, 132 angedeutet ist.
Mit den Anordnungen gemäß Fig. 1, 3a und 6 wird eine Basiskalibrierung in der Weise
durchgeführt, daß eine Eichprobe zwischen die beiden Sensoren 4, 5 eingebracht und der
Meßwert ermittelt wird. Von diesem Meßwert wird der Nullwert abgezogen, d. h. derjeni
ge Wert, der sich bei nicht vorhandender Eichprobe ergibt. Da man jedoch während eines
laufenden Meßvorgangs, wenn sich z. B. ein Band mit hoher Geschwindigkeit zwischen
den beiden Sensoren 4, 5 bewegt, keine Eichprobe an den Meßort bringen kann, wird die
Kalibrierung simuliert, indem ein Meßwiderstand 30 in die Meßschaltung gemäß Fig. 4
eingebracht wird, dessen Wert bei der Basiskalibrierung ermittelt wurde.
Weil die Simulation immer durchführbar ist, kann die Steilheit oder Empfindlichkeit der
Meßanordnung jederzeit bestimmt werden, und zwar auch dann, wenn sich eine zu mes
sende Schicht zwischen den Sensoren 4, 5 befindet. In der Praxis wird die Empfindlichkeit
in bestimmten Zeitabständen gemessen und im Auswertungsverfahren als aktueller Kor
rekturfakor berücksichtigt. Die erwähnte Basiskalibrierung wird dagegen als Absolutwert-
Kalibrierung für jedes Sensorpaar getrennt durchgeführt. Von diesem Wert unterscheidet
sich die Simulationseichung nur durch einen Faktor, der auch in die Auswertung eingear
beitet wird.
In der Fig. 7 ist das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung in 8-kanaliger
Ausführung dargestellt.
Es sind hierbei acht Sensorpaare vorgesehen, von denen nur das erste und das achte Paar
durch die Bezugszahlen 4, 5 bzw. 80 und 81 dargestellt ist. Alle Sensorpaare 4, 5 . . . 80,
81 werden jeweils einer eigenen Auswerteelektronik 82, . . . 83 zugeführt, die über eine
Anpassungsschaltung 84 und eine Schnittstelle 85 mit einem Rechner 86 verbunden ist. An
den Rechner sind ein Bildschirm 87, eine Regelungsschaltung 88 und ein Drucker 89 an
geschlossen. Die Energieversorgung der Anordnung erfolgt aus dem Netz 90, an das ein
Netzteil 91 angeschlossen ist. Der oberen Teil der in der Fig. 7 dargestellten Anordnung
mit den Bauteilen 4, 5, 80, 81, 82, 83, 84, 85 befindet sich im Vakuum, während der untere
Teil mit den Bauteilen 86-91 in Luft angeordnet ist.
Claims (11)
1. Anordnung zum berührungslosen Messen der Dicke von Schichten, wobei die zu mes
sende Schicht einen vorgegebenen Abstand von einem Sensor hat, der ein Feld erzeugt,
das in der zu messenden Schicht einen physikalischen Effekt bewirkt, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Sensor (2-5) wenigstens zwei Positionen einnehmen kann, wobei in der
ersten Position ein Feld auf die zu messende Schicht (1) gerichtet ist und in der zweiten
Position dieses Feld von der Schicht (1) weggerichtet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (102) drehbar
an einer Haltevorrichtung (111) befestigt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (111)
linear verschiebbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Sensoren
(102, 106) beidseitig zu der zu messenden Schicht (100) angeordnet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren (102-109)
an einer Haltevorrichtung (110, 111) angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld des Sensors (4)
ein magnetisches Wechselfeld ist und daß die zu messende Schicht (100) elektrisch leitend
ist.
7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander gegen
überliegenden und ein Sensorpaar bildenden Sensoren (102, 106), zwischen denen sich die
zu messende Schicht (100) befindet, zu einem ersten Zeitpunkt ungleichnamige und auf
die zu messende Schicht (100) gerichtete Felder aufweisen, und daß zu einem zweiten
Zeitpunkt das Feld beider Sensoren (102, 106) von der Schicht (100) weggerichtet ist, wo
bei die zu beiden Zeitpunkten auftretenden Meßwerte miteinander verglichen werden.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Wechsel
feld durch einen Elektromagneten (15) erzeugt wird, der einen äußeren Pol (50, 52) und ei
nen inneren Pol (51) aufweist, und daß um den inneren Pol (51) eine mit einer Wechsel
spannungsquelle verbundene Spule (13) gelegt ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet die
Form eines Topfes (50, 52) mit einem koaxialen Steg (54) in der Mitte des Topfes (50, 52)
hat.
10. Verfahren zum Messen der Dicke einer Schicht mit einer Anordnung, die wenigstens
zwei einander gegenüberliegende Elektromagneten mit jeweils zwei Polen aufweist, wobei
sich das zu messende Objekt zwischen den beiden Elektromagneten befindet, gekenn
zeichnet durch folgende Schritte:
- a) es wird eine erste Spannung an den Spulen der beide in Reihe geschalteten Elektro magnete gemessen, wenn sich ungleichnamige Polaritäten der beiden Elektromagnete ge genüberstehen und sich keine zu messende Schicht zwischen den Elektromagneten befin det;
- b) es wird das Magnetfeld in eine Richtung gebracht, in der die beiden Elektromagnete nicht mehr miteinander gekoppelt sind, und es wird eine zweite Spannung an der Reihen schaltung beider Elektromagnete gemessen;
- c) es wird eine dritte Spannung an der Reihenschaltung der Spulen beider Elektromagnete gemessen, wenn sich ungleichnamige Polaritäten der beiden Elektromagnete gegenüberlie gen und sich die zu messende Schicht zwischen den Elektromagneten befindet;
- d) es wird das Magnetfeld beider Elektromagnete in eine Richtung gebracht, in der es nicht mehr mit der zu messenden Schicht in Wirkkontakt ist, und es wird eine vierte Spannung an der Reihenschaltung der beiden Elektromagnete gemessen;
- e) die vier Spannungen werden in einer Auswertespannung ausgewertet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) die zweite Spannung und die erste Spannung werden voneinander abgezogen (UN), UNW = Ukorr), wodurch sich eine Korrekturspannung ergibt;
- b) von der Differenz zwischen dritter und vierter Spannung wird die Korrekturspannung (UM - UMW - (UN - UNW) = UMD) abgewogen, wodurch sich eine Spannung (UMD) er gibt, die nur noch von der Dicke bzw. von der Leitfähigkeit einer Schicht abhängig ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924227734 DE4227734C2 (de) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | Anordnung und Verfahren zum Messen der Dicke einer Schicht |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924227734 DE4227734C2 (de) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | Anordnung und Verfahren zum Messen der Dicke einer Schicht |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4227734A1 true DE4227734A1 (de) | 1994-02-24 |
DE4227734C2 DE4227734C2 (de) | 1996-05-15 |
Family
ID=6466075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924227734 Expired - Fee Related DE4227734C2 (de) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | Anordnung und Verfahren zum Messen der Dicke einer Schicht |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4227734C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004055471A1 (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-01 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for measuring thickness of a test object between two eddy current sensor heads |
EP1543316A1 (de) * | 2002-09-25 | 2005-06-22 | Lam Research Corporation | Auf wirbelströme basierende messungsfähigkeiten |
CN101524829B (zh) * | 2003-12-30 | 2011-12-07 | 应用材料股份有限公司 | 通过耦合涡流传感器测量薄膜厚度的方法和设备 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE20307042U1 (de) * | 2003-05-07 | 2003-09-11 | Grecon Greten Gmbh & Co Kg | Vorrichtung zum Zuordnen von Meßsensoren zu einer an den Sensoren vorbeigeführten Materialmenge |
US8337278B2 (en) | 2007-09-24 | 2012-12-25 | Applied Materials, Inc. | Wafer edge characterization by successive radius measurements |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2842737A (en) * | 1954-02-27 | 1958-07-08 | Villamosipari Kozponti Kutato | Continuous thickness gauge for ferromagnetic materials |
DE2345849A1 (de) * | 1973-09-12 | 1975-03-20 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Anordnung zur beruehrungslosen messung der dicke elektrisch leitfaehiger schichten |
DE2111213C2 (de) * | 1970-03-11 | 1982-12-23 | Zumbach Electronic AG, 2552 Orpund | Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke einer Schicht aus Isoliermaterial über einem metallischen Teil |
DE3300320A1 (de) * | 1982-02-10 | 1983-09-01 | VEB Kombinat Polygraph "Werner Lamberz" Leipzig, DDR 7050 Leipzig | Kontroll- und auswerteeinrichtung zur fehl- und mehrfachbogenkontrolle sowie dickenmessung |
DE3324701A1 (de) * | 1982-08-09 | 1984-02-09 | Twin City International, Inc., 14150 Amherst, N.Y. | Vorrichtung zur messung von schichtdicken an ausgewaehlten bereichen eines beweglichen bandartigen materials |
DE3335766A1 (de) * | 1983-10-01 | 1985-04-11 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Anordnung zur elektrischen messung von schichtdicken an laufenden baendern |
DE3815009A1 (de) * | 1988-04-30 | 1989-11-09 | Leybold Ag | Einrichtung und verfahren zum zerstoerungsfreien messen des ohmschen widerstands duenner schichten nach dem wirbelstrom-prinzip |
US4958131A (en) * | 1988-04-30 | 1990-09-18 | Leybold Aktiengesellschaft | Circuit arrangement for the combined application of an inductive and capacitative device for the non-destructive measurement of the ohmic resistance of thin layers |
US4968947A (en) * | 1988-04-30 | 1990-11-06 | Leybold Aktiengesellschaft | Apparatus for the non-destructive measurement of the ohmic resistance of thin layers |
DE4011717A1 (de) * | 1990-04-11 | 1991-10-17 | Micro Epsilon Messtechnik | Verfahren zum kalibrieren einer dickenmesseinrichtung und dickenmesseinrichtung zur dickenmessung bzw. ueberwachung von schichtdicken, baendern, folien o. dgl. |
-
1992
- 1992-08-21 DE DE19924227734 patent/DE4227734C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2842737A (en) * | 1954-02-27 | 1958-07-08 | Villamosipari Kozponti Kutato | Continuous thickness gauge for ferromagnetic materials |
DE2111213C2 (de) * | 1970-03-11 | 1982-12-23 | Zumbach Electronic AG, 2552 Orpund | Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke einer Schicht aus Isoliermaterial über einem metallischen Teil |
DE2345849A1 (de) * | 1973-09-12 | 1975-03-20 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Anordnung zur beruehrungslosen messung der dicke elektrisch leitfaehiger schichten |
DE3300320A1 (de) * | 1982-02-10 | 1983-09-01 | VEB Kombinat Polygraph "Werner Lamberz" Leipzig, DDR 7050 Leipzig | Kontroll- und auswerteeinrichtung zur fehl- und mehrfachbogenkontrolle sowie dickenmessung |
DE3324701A1 (de) * | 1982-08-09 | 1984-02-09 | Twin City International, Inc., 14150 Amherst, N.Y. | Vorrichtung zur messung von schichtdicken an ausgewaehlten bereichen eines beweglichen bandartigen materials |
DE3335766A1 (de) * | 1983-10-01 | 1985-04-11 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Anordnung zur elektrischen messung von schichtdicken an laufenden baendern |
DE3815009A1 (de) * | 1988-04-30 | 1989-11-09 | Leybold Ag | Einrichtung und verfahren zum zerstoerungsfreien messen des ohmschen widerstands duenner schichten nach dem wirbelstrom-prinzip |
US4958131A (en) * | 1988-04-30 | 1990-09-18 | Leybold Aktiengesellschaft | Circuit arrangement for the combined application of an inductive and capacitative device for the non-destructive measurement of the ohmic resistance of thin layers |
US4968947A (en) * | 1988-04-30 | 1990-11-06 | Leybold Aktiengesellschaft | Apparatus for the non-destructive measurement of the ohmic resistance of thin layers |
DE4011717A1 (de) * | 1990-04-11 | 1991-10-17 | Micro Epsilon Messtechnik | Verfahren zum kalibrieren einer dickenmesseinrichtung und dickenmesseinrichtung zur dickenmessung bzw. ueberwachung von schichtdicken, baendern, folien o. dgl. |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1543316A1 (de) * | 2002-09-25 | 2005-06-22 | Lam Research Corporation | Auf wirbelströme basierende messungsfähigkeiten |
WO2004055471A1 (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-01 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for measuring thickness of a test object between two eddy current sensor heads |
US7355394B2 (en) | 2002-12-13 | 2008-04-08 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method of dynamically measuring thickness of a layer of a substrate |
US7777483B2 (en) | 2002-12-13 | 2010-08-17 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for measuring a thickness of a layer of a wafer |
CN101524829B (zh) * | 2003-12-30 | 2011-12-07 | 应用材料股份有限公司 | 通过耦合涡流传感器测量薄膜厚度的方法和设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4227734C2 (de) | 1996-05-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19610844C2 (de) | Verfahren und System zum Messen von physikalischen Parametern eines Werkstückes | |
DE19631438C2 (de) | Wirbelstromsensor | |
DE4334380C2 (de) | Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors und zur Meßwertverarbeitung | |
DE3404720A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur schichtdickenmessung | |
DE1473696B2 (de) | Vorrichtung zur zerstoerungsfreien werkstoffpruefung | |
DD201435A1 (de) | Verfahren und einrichtung zur bestimmung von falzabweichungen | |
DE2550427A1 (de) | Abstandsmess-system und verfahren zum messen von abstaenden | |
DE3335766A1 (de) | Anordnung zur elektrischen messung von schichtdicken an laufenden baendern | |
DE3815009C2 (de) | ||
EP2331980A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur detektion von kurzschlüssen im stator-blechpaket von elektromaschinen | |
DE2735214C2 (de) | Meßkopf zum kontinuierlichen Messen der magnetischen Eigenschaften eines sich bewegenden Materialbandes | |
DE3815011C2 (de) | ||
DE4227735C2 (de) | Anordnung zum berührungslosen Messen der Dicke von Schichten | |
DE19937387C1 (de) | Vorrichtung zur Überwachung eines Auftrags eines flüssigen bis pastenförmigen Mediums auf ein Substrat | |
DE3815010C2 (de) | ||
DE19832854C2 (de) | Einrichtung zum Messen linearer Verschiebungen | |
DE4227734C2 (de) | Anordnung und Verfahren zum Messen der Dicke einer Schicht | |
DE4413840C2 (de) | Vorrichtung zur berührungslosen Messung an einem Objekt | |
DE7017823U (de) | Geraet zur messung des ferritgehaltes mit einer pruefsonde. | |
DE1573837B2 (de) | Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung magnetisierbarer Materialien | |
DE1959406A1 (de) | Wirbelstrommessvorrichtung | |
DE4021358A1 (de) | Verfahren und einrichtung zum messen eines elektrischen stromes | |
DE2246927C3 (de) | Vorrichtung zum Erfassen von Widerstandsänderungen eines in einem rotierenden Körper befindlichen variablen Widerstandselementes | |
DE4328712A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zum Prüfen von langgestreckten Gegenständen ggf. mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt | |
DE3826024A1 (de) | Schichtdickenmessgeraet zum messen duenner schichten |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BALZERS UND LEYBOLD DEUTSCHLAND HOLDING AG, 63450 |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: UNAXIS DEUTSCHLAND HOLDING GMBH, 63450 HANAU, DE |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: APPLIED FILMS GMBH & CO. KG, 63755 ALZENAU, DE |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: APPLIED MATERIALS GMBH & CO. KG, 63755 ALZENAU, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |