WO2015007804A1 - Method for ascertaining a layer thickness - Google Patents

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WO2015007804A1
WO2015007804A1 PCT/EP2014/065316 EP2014065316W WO2015007804A1 WO 2015007804 A1 WO2015007804 A1 WO 2015007804A1 EP 2014065316 W EP2014065316 W EP 2014065316W WO 2015007804 A1 WO2015007804 A1 WO 2015007804A1
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WO
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layer
layer thickness
intensity
determined
measured
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PCT/EP2014/065316
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German (de)
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Edgar Dörsam
Nils BORNEMANN
Philipp URBAN
Hans Martin Sauer
Peter NEUROTH
Robert TONE
Dominik DAUME
Robert THIEME
Original Assignee
Technische Universität Darmstadt
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0625—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
    • G01B11/0633—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection using one or more discrete wavelengths

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a layer thickness of a thin layer applied flat to a substrate by measuring optical
  • Thin-film interference wherein the layer is illuminated, the light reflected from boundary surfaces of the layer measured and based on the measured values of the reflected light, the layer thickness is determined.
  • Electroplating can be produced.
  • the application of thin functional layers by means of suitable printing processes is the subject of current research.
  • Optical measurement methods such as ellipsometry or interference measurements, enable non-destructive measurement of the
  • the layer thickness of the thin film it would be desirable if the layer thickness of the thin film to be measured for a large area in the shortest possible time can be determined. Only with suitable methods for determining the layer thickness can be carried out in the laboratory or in practice proven manufacturing processes for thin films on an industrial scale and with sufficient accuracy. It is therefore considered to be an object of the present invention to provide a method for determining a layer thickness by measuring optical thin-film interference in such a way that in as short a time as possible
  • Layer thickness can be determined in the largest possible area of a layer.
  • This object is achieved in that with an optical image capture device a
  • Interfaces of the thin layer reflected light from an initial value with increasing
  • Layer thickness initially changes only slightly and by comparing a measured intensity value with a theoretically calculated intensity reference value
  • measured layer thickness can be determined comparatively precise.
  • the theoretically determined intensity reference value can vary greatly with increasing layer thickness and become ambiguous.
  • the inventive method is therefore particularly well suited for low layer thicknesses.
  • the thin layer to be measured should be translucent, or
  • Interfaces reflected intensities as well as filters or other optical components are taken into account.
  • the measured intensity value can be over a
  • Wavelength range are integrated so that even a very short exposure time is sufficient to with a
  • optical image capture device to record a sufficient for the subsequent evaluation and layer thickness determination areal faithful imaging of the thin layer.
  • a spectral or wavelength-dependent detection of the reflected light is not necessary, so that it is possible to dispense with spectral measuring devices or spectral decompositions of the reflected light. It is
  • the layer thickness of a sheet applied layer can be determined.
  • the method can be used to continuously determine the layer thickness of a surface-applied layer in a spatially resolved manner within the scope of a production process in order to control the coating processes during the process
  • the illumination intensity value can be before each
  • Measurement or for a given and subsequently no longer changeable structure of a measuring apparatus are determined and stored. It is also conceivable that before or in the course of each measurement of an integrated measuring apparatus
  • an illumination intensity value is measured and stored. By normalizing the measured intensity value with the illumination intensity value, it is achieved that the actual illumination as well
  • Layer thickness can have no or at least only a secondary importance.
  • the illumination intensity value used for the normalization can also have a
  • the intensity reference value can for example be measured at the same time on a spatially adjacent thin layer with a known layer thickness.
  • Contrast values are expediently normalized to the measured intensities, or related, for example, by the quotient of the difference of the measured
  • Intensity reference value on the one hand and the sum of the measured intensity value and intensity reference value on the other hand is calculated.
  • normalized contrast formation for example, time-dependent
  • the known or predetermined layer thickness can be used to match the theoretically determined
  • Layer thickness the measured intensity value as well as the theoretically determined intensity reference value may differ significantly from the initial value.
  • Area around the known or predetermined layer thickness around the deviation of the measured intensity value is initially linear and then increasingly non-linear, but still one-way. Only with big ones
  • Deviations of the unknown layer thickness from the known layer thickness can cause ambiguities in the measured intensity value, or in the case of the theoretically determined
  • Intensity reference value occur that make a reliable determination of the layer thickness difficult or impossible.
  • the known layer thickness of the reference layer can be any known layer thickness of the reference layer.
  • the respective previously determined layer thickness of the respectively last-produced layer as the reference layer For example, be determined spatially spaced to the unknown layer thickness. It is also possible that during the production of a multi-layered structure, the respective previously determined layer thickness of the respectively last-produced layer as the reference layer and
  • the predetermined or previously determined layer thickness of the reference layer represents a reference zero value.
  • Layer thickness for example, a portion of the substrate which is not covered by the thin layer whose layer thickness is to be measured. It is also possible with complex layer sequences or unknown
  • Substrate selectively or at selected positions with other methods to determine the layer structure and the respective layer thicknesses, which are then assumed to be known, or as given. Subsequent thereto, for example, a spatial variation of the layer thickness to be measured around the known layer thickness or the application of a thin layer during a production process can be carried out with the method according to the invention described above.
  • the determination of the layer thickness can be significantly improved and the layer thickness range in which a reliable determination of the layer thickness is possible can be significantly extended by determining several intensity values integrated over different wavelength ranges and with respectively assigned theoretically calculated values
  • Intensity reference values are compared.
  • the layer is illuminated with light from a source of illumination, which
  • Image information separated into red, blue and green Capture wavelength ranges. For each of these
  • Wavelength ranges an intensity value can be measured and an assigned intensity reference value theoretically calculated. Depending on the layer thickness, the respective intensity values change and, with increasing layer thickness, produce a spatial curve in a three-dimensional coordinate system generated by the three wavelength ranges red, green and blue. In an environment around a known layer thickness, the smallest distance to the theoretically determined intensity reference value can be determined on the basis of the measured three intensity values for the red, the green and the blue wavelength range.
  • Wavelength range can, by comparing the measured for a layer thickness to be determined
  • Wavelength ranges of the maximum range of the uniquely determined layer thickness significantly increased before at the same time for all wavelength ranges ambiguities in the comparison between the theoretically determined
  • Intensity reference values and the actually measured intensity values occur. It is also possible to specify only two or significantly more than three wavelength ranges and to use them for determining the layer thickness. In many cases, for the determination of the layer thickness, a distance between the at least one measured
  • Intensity reference value can be determined. The one
  • Layer thickness value for which the theoretically determined intensity reference value has the smallest distance to the measured intensity value corresponds to the layer thickness determined by this method. If a plurality of intensity values are measured for different wavelength ranges, the measured intensity values as well as the theoretically determined intensity reference values can be combined into n-tuples or vectors in a multi-dimensional space and a suitable calculation routine for distance determination, for example a determination of the Euclidean distance, be carried out.
  • Illumination source radiated light through a
  • the optical image capturing device can detect the entire reflected light because of the
  • the filter device can, for example, a
  • Layer thickness determination can use that of the Lighting source radiated light can be filtered sequentially with different filtering devices. For everyone with a filter device specified
  • Wavelength range an integrated intensity value is determined and the plurality of integrated intensity values, each associated with theoretically calculated
  • the various filter devices may be different edge filters or interference filters or other already known optical filter devices or combinations thereof
  • the layer is illuminated with light from a plurality of illumination sources, each emitting light from different wavelength ranges. With the help of several different ones
  • Illumination sources can be emitted at the same time light simultaneously with wavelengths from the different wavelength ranges, with a possibly desired distinction of the
  • Image capture device can be done. At a
  • the layer thickness of a layer applied to the substrate Due to the low design requirements for the measuring device required for the method, it is cost-effective to determine the layer thickness for a plurality of spatially-spaced regions of the layer. In this way, for a large surface area the Layer thickness of a layer applied to the substrate simultaneously, or be determined within a very short time.
  • large-area substrates can be coated very quickly and at a very low cost with a layer whose layer thickness during or immediately after its production is precisely known or can be controlled to a to supply such coating process of an economically useful use.
  • the optical image capture device at least one cell-shaped or planar
  • a cell-shaped detection element for example, suitable components of a commercial
  • Scanner device or a fax machine or similar optical components are used. As areal
  • Detection element can be used, for example, CCD chips or CMOS chips of commercially available digital cameras. It is also conceivable other matrix-shaped
  • Detection element can cover a large area of the layer and optionally the complete layer with a single shot and the layer thickness of the layer
  • Layer thickness range of the layer is determined and that over a wavelength range integrated intensity value of the reflected light is compared only with theoretically determined intensity reference values that were determined for a layer thickness in the layer thickness range.
  • a transmission light measurement can be performed.
  • the intensity of the light emitted by a lighting device and transmitted through the layer can be measured and compared with reference values for known layer thicknesses of a same layer material in order to increase a layer thickness range
  • Layer thickness determination method possible and suitable to determine additional information about the layer thickness and to specify a layer thickness range.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an optical
  • Measuring device for determining the layer thickness of a thin layer of a coating coated with two thin layers
  • FIG. 2 is a schematic view of an area-like image of the light reflected from the substrate shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic view of an area-like image of the light reflected from the substrate shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of theoretically determined intensity reference values C R , C G and C B for a red wavelength range, a green wavelength range and for a blue wavelength range of the light reflected at the thin layer as a function of a layer thickness of the thin layer
  • FIG. 4 3 shows a schematic representation of the course of the theoretically determined intensity reference values shown in FIG. 3 as well as superposed averaged intensity values for a plurality of intensity values measured in each case with the optical measuring device
  • Fig. 5 is a schematic representation of a deviating from Fig. 1 designed optical measuring device for Schichtdickenbeées, wherein the layer with a planar detection element of the optical
  • FIG. 6 is a schematic representation of a again
  • a measuring device 1 shown by way of example and schematically in FIG. 1 has a light source 2 whose light falls through a diaphragm 3 onto a partially transparent mirror 4. The light reflected by the partially reflecting mirror 4 is directed by a collimator device 5 onto a thin layer 6, which is supported on a carrier substrate 7 and directly on the carrier substrate 7
  • Boundary surface 10 of the thin layer 6 reflected light is through the collimator 5 and through the
  • various filters 13 can optionally be arranged, with which a respective assigned wavelength range can be transmitted and reflected light with a wavelength outside the permitted wavelength range can be filtered out of the beam path.
  • the diaphragm 3 can produce a substantially strip-shaped light curtain.
  • the intensity of the at the Interfaces 9 and 10 of the thin layer 6 of reflected light can also be strip-shaped
  • Intensity sensor 12 are measured. As an intensity sensor
  • a cellular CCD sensor or CMOS sensor as used in commercially available scanner devices or fax machines known in the art, may be used.
  • the light source 2 the aperture 3
  • the partially transparent light source 2 the aperture 3
  • Filters 13 form the optical components of
  • All of these optical components 2, 3, 4, 5, 11, 12 and 13 can be arranged together in a housing 14 and displaced substantially parallel to the lower boundary surface 10 of the thin layer 6. It is also possible, for example, to position the light source 2, the diaphragm 3, the filters 13 and the intensity sensor 12 in a stationary manner and to displace only the collimator device 5, the partially transmissive mirror 4 and the mirror arrangement 11 relative to the thin layer 6.
  • 5 and 11 can be displaced either one-dimensionally along a spatial direction or two-dimensionally in two spatial directions in each case parallel to the thin layer 6.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a true-to-area depiction of the intensity of the reflected light measured by the measuring device 1, that of the boundary surfaces 9 and 10 of the thin layer 6 and of further
  • Boundary surfaces of the reference layer 8 and the carrier substrate 7 has been reflected.
  • a layer thickness of the thin layer 6 or of the reference layer 8 can be determined for which
  • a measured contrast value can be determined as the difference between the measured light intensity and the light intensity
  • Intensity value at the thin layer 6 minus a measured intensity reference value can be determined, which was measured at the reference layer 8.
  • Contrast value is then compared with a theoretically determined contrast reference value, which is also referred to as
  • Reference layer 8 is determined.
  • the theoretically determined contrast reference values are respectively for a red wavelength range predetermined with suitable filters 13, for a green wavelength range and for a blue wavelength range C R , C g and C B of the light reflected on the thin layer 6 as a function of a layer thickness ⁇ of the thin layer 6.
  • the contrast reference values were determined as the difference between the theoretically determined intensity value and the
  • Contrast reference values C R , C G and C B are one-to-one
  • the individual contrast reference values C R , C g and C B can be ambiguous for larger layer thicknesses ⁇ > 100 nm and are no longer uniquely associated with a single layer thickness ⁇ .
  • the contrast reference values C R , C G and C B are jointly supplied to a uniform evaluation, even for slice thicknesses ⁇ in a range up to ⁇ > 600 nm, each value triple of the contrast reference values C R , C g and C B can clearly have a single slice thickness ⁇
  • the measured contrast value triple # 0 to # 6 agree within the scope of the measurement accuracy with the theoretically determined contrast reference values. Even at low
  • Contrast reference values C R , C G and C B would be for each
  • Contrast reference values C R , C G and C B can be assigned, which has the smallest distance to the actually measured contrast value triple. The this one
  • the value of the layer thickness ⁇ assigned theoretically to the contrast reference values C R , C G and C B then corresponds to the layer thickness of the thin layer 6 responsible for the measured contrast values.
  • the value of the layer thickness ⁇ assigned theoretically to the contrast reference values C R , C G and C B then corresponds to the layer thickness of the thin layer 6 responsible for the measured contrast values.
  • Illumination sources 14, 15 and 16 are respectively
  • the individual illumination sources 14, 15 and 16 can also be monochromatic or coherent illumination sources such as, for example, suitable
  • Image capture device is detected, which has a flat detection element. In this way, a precise and spatially resolved determination of the layer thickness of the thin layer 6 can be carried out with a single image of the optical intensity sensor 18 of the optical image capture device and thus very quickly.
  • the optical image acquisition device can be arranged directly or vertically above the thin layer 6 and, depending on the lens system 17 used, at a large or small distance from the thin layer 6.
  • a transmission measurement can be carried out with a further illumination source 21 and that of this illumination source 21 can be performed by means of the illumination source 21
  • Transparent carrier substrate 22 applied thin layer 6 transmitted transmission intensity can be detected time-displaced with the optical image capture device.
  • Layer thickness determined transmission intensities can be determined with the transmission measurement, a layer thickness range within which the actual
  • Layer thickness of the thin layer 6 must be.
  • the measuring range for the method according to the invention can be extended by an additional consideration of the slice thickness range determined in this way, and a reliable and precise determination of the slice thickness can also be carried out for layer thicknesses that can no longer be determined unambiguously.
  • an optical sensor which transmits the transmission intensity transmitted by the illumination sources 14, 15 and 16
  • the optical image capture device can detect and perform an evaluation.

Abstract

The invention relates to a method for ascertaining the thickness of a thin layer (6) applied face to face on a substrate (7), wherein the layer (6) is illuminated, the light reflected from boundary surfaces (9, 10) of the layer (6) is measured, and the measured values of the reflected light are used to ascertain the layer thickness. A truly flat image of the reflected light is captured using an optical image detecting device, and an intensity value of the reflected light, said value being integrated over a wavelength range, is compared with a theoretically ascertained intensity reference value in order to ascertain the thickness of the layer (6). A measured contrast value is ascertained as the difference of the measured intensity value minus a measured intensity reference value and compared with a theoretically ascertained contrast reference value which is likewise ascertained as the difference of the theoretically ascertained intensity reference value minus a theoretically ascertained reference value. Multiple intensity values integrated over different wavelength ranges can be ascertained and compared with respective assigned theoretically calculated intensity reference values. A respective layer thickness is determined for multiple spatially distanced regions of the layer (6).

Description

Verfahren zur Ermittlung einer Schichtdicke Method for determining a layer thickness
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Schichtdicke einer flächig auf ein Substrat aufgetragenen dünnen Schicht durch Messung von optischen The invention relates to a method for determining a layer thickness of a thin layer applied flat to a substrate by measuring optical
DünnschichtInterferenzen, wobei die Schicht beleuchtet wird, das von Grenzflächen der Schicht reflektierte Licht gemessen und anhand der Messwerte des reflektierten Lichtes die Schichtdicke ermittelt wird. Es sind verschiedene im Labor erprobte sowie industriell nutzbare Verfahren zum Auftragen einer dünnen Schicht aus einem vorgegebenen Schichtmaterial auf einem Substrat bekannt, das seinerseits aus einem nahezu beliebigen Thin-film interference, wherein the layer is illuminated, the light reflected from boundary surfaces of the layer measured and based on the measured values of the reflected light, the layer thickness is determined. There are various known in the laboratory and industrially usable method for applying a thin layer of a given layer material on a substrate known, in turn, from an almost arbitrary
Material bestehen kann. Bereits seit vielen Jahren können dünne Schichten beispielsweise durch Bedampfen oder Material can exist. For many years, thin layers, for example, by steaming or
Galvanisieren hergestellt werden. Das Auftragen dünner funktionaler Schichten mittels geeigneter Druckverfahren ist Gegenstand der aktuellen Forschung. In der industriellen Herstellung dünner Schichten oder Electroplating can be produced. The application of thin functional layers by means of suitable printing processes is the subject of current research. In the industrial production of thin layers or
Beschichtungen ist es oftmals notwendig, die Dicke der mit einem geeigneten Fertigungsverfahren hergestellten Schicht möglichst präzise zu messen. Die aus der Praxis bekannten Verfahren zur Ermittlung einer Schichtdicke, wie beispielsweise die Schichtdicken¬ bestimmung mit einem Elektronenmikroskop oder mit Hilfe von hoch energetischen Strahlen erfordern oftmals eine Coatings, it is often necessary to measure the thickness of the layer produced by a suitable manufacturing process as precisely as possible. The methods known from practice for determining a layer thickness, such as the layer thickness ¬ determination with an electron microscope or with the aid of Highly energetic rays often require one
vorausgehende Präparation der Messproben und benötigen üblicherweise eine lange Messdauer. Optische Messverfahren, wie beispielsweise die Ellipsometrie oder Interferenz- messungen, ermöglichen eine zerstörungsfreie Messung derpreliminary preparation of the test samples and usually require a long measurement period. Optical measurement methods, such as ellipsometry or interference measurements, enable non-destructive measurement of the
Schichtdicke einer dünnen Schicht, benötigen jedoch oftmals lange Messdauern sowie komplexe und kostspielige Layer thickness of a thin layer, however, often require long measurement times as well as complex and costly
Messvorrichtungen . In vielen Anwendungsbereichen und insbesondere bei derMeasuring devices. In many applications and especially in the
Herstellung dünner Schichten wäre es wünschenswert, wenn die Schichtdicke der zu messenden dünnen Schicht für einen großen Flächenbereich in einer möglichst kurzen Zeit ermittelt werden kann. Erst mit geeigneten Verfahren zur Ermittlung der Schichtdicke können die im Labor oder in der Praxis erprobten Herstellungsverfahren für dünne Schichten in einem industriellen Maßstab und mit einer ausreichenden Genauigkeit durchgeführt werden. Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verfahren zur Ermittlung einer Schichtdicke durch Messung von optischen DünnschichtInterferenzen so auszugestalten, dass in möglichst kurzer Zeit die Production of thin layers, it would be desirable if the layer thickness of the thin film to be measured for a large area in the shortest possible time can be determined. Only with suitable methods for determining the layer thickness can be carried out in the laboratory or in practice proven manufacturing processes for thin films on an industrial scale and with sufficient accuracy. It is therefore considered to be an object of the present invention to provide a method for determining a layer thickness by measuring optical thin-film interference in such a way that in as short a time as possible
Schichtdicke in einem möglichst großen Flächenbereich einer Schicht ermittelt werden kann. Layer thickness can be determined in the largest possible area of a layer.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit einer optischen Bilderfassungseinrichtung eine This object is achieved in that with an optical image capture device a
flächengetreue Abbildung des an zwei gegenüberliegenden Grenzflächen der dünnen Schicht reflektierten Lichts aufgenommen wird, und dass ein über einen Wellenlängenbereich integrierter Intensitätswert des reflektierten Lichts mit einem theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwert verglichen wird, um die Schichtdicke der zu messenden Schicht zu ermitteln. Es hat sich gezeigt, dass sich die Intensität des an zwei gegenüberliegenden true-to-area image of the light reflected at two opposite interfaces of the thin film, and that an intensity value of the reflected light integrated over a wavelength range Light is compared with a theoretically determined intensity reference value to determine the layer thickness of the layer to be measured. It has been shown that the intensity of the opposite two
Grenzflächen der dünnen Schicht reflektierten Lichts ausgehend von einem Ausgangswert mit zunehmender Interfaces of the thin layer reflected light from an initial value with increasing
Schichtdicke zunächst nur geringfügig ändert und durch einen Vergleich eines gemessenen Intensitätswerts mit einem theoretisch berechneten Intensitätsreferenzwert die Layer thickness initially changes only slightly and by comparing a measured intensity value with a theoretically calculated intensity reference value
gemessene Schichtdicke vergleichsweise präzise ermitteln lässt . measured layer thickness can be determined comparatively precise.
Der theoretisch ermittelte Intensitätsreferenzwert kann mit zunehmender Schichtdicke stark schwanken und mehrdeutig werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb für geringe Schichtdicken besonders gut geeignet. Weiterhin sollte die zu messende dünne Schicht transluzent, bzw. The theoretically determined intensity reference value can vary greatly with increasing layer thickness and become ambiguous. The inventive method is therefore particularly well suited for low layer thicknesses. Furthermore, the thin layer to be measured should be translucent, or
semi-transparent sein, um eine ausreichende Reflexion des einfallenden Lichts an den beiden gegenüberliegenden be semi-transparent, to provide sufficient reflection of the incident light at the two opposite
Grenzflächen und insbesondere an der der Lichtquelle abgewandten Grenzfläche der dünnen Schicht zu ermöglichen, damit Interferenzen zwischen dem an beiden Grenzflächen reflektierten Licht auftreten und Intensitätswerte des reflektierten Lichts zuverlässig gemessen werden können. To allow interfaces and in particular at the surface of the thin layer facing away from the light source, so that interference between the reflected light at both interfaces and light intensity values of the reflected light can be reliably measured.
Um den als Vergleichswert herangezogenen To the reference value used
Intensitätsreferenzwert theoretisch berechnen zu können sind zweckmäßigerweise die hierfür erforderlichen  To be able to theoretically calculate the intensity reference value are expediently the ones required for this purpose
Eigenschaften und Parameter des Schichtaufbaus mit der zu bestimmenden dünnen Schicht bekannt oder durch Properties and parameters of the layer structure with the thin layer to be determined or known
vorausgehende Messungen ermittelt worden. Die als bekannt vorausgesetzten und für die Berechnung des theoretischen Intensitätsreferenzwertes verwendeten Eigenschaften und Parameter umfassen beispielsweise die relevanten previous measurements have been determined. The assumed as known and for the calculation of the theoretical Intensity reference value used properties and parameters include, for example, the relevant
Brechungsindizes in dem Wellenlängenbereich der zur Refractive indices in the wavelength range of the
Beleuchtung verwendeten Lichtquelle, und die spektralen Übertragungsfunktionen des Messsystems, mit denen die Lighting used light source, and the spectral transfer functions of the measuring system with which the
Lichtquelle, der optische Weg der an verschiedenen Light source, the optical path at different
Grenzflächen reflektierten Intensitäten sowie Filter oder andere optische Komponenten berücksichtigt werden. Der gemessene Intensitätswert kann dabei über einen Interfaces reflected intensities as well as filters or other optical components are taken into account. The measured intensity value can be over a
Wellenlängenbereich integriert werden, so dass bereits eine sehr kurze Belichtungszeit ausreicht, um mit einer  Wavelength range are integrated so that even a very short exposure time is sufficient to with a
handelsüblichen optischen Bilderfassungseinrichtung eine für die nachfolgende Auswertung und Schichtdickenbestimmung ausreichende flächengetreue Abbildung der dünnen Schicht aufzunehmen. Eine spektrale, bzw. wellenlängenabhängige Erfassung des reflektierten Lichts ist nicht notwendig, so dass auf spektrale Messgeräte oder Spektralzerlegungen des reflektierten Lichts verzichtet werden kann. Es ist Commercially available optical image capture device to record a sufficient for the subsequent evaluation and layer thickness determination areal faithful imaging of the thin layer. A spectral or wavelength-dependent detection of the reflected light is not necessary, so that it is possible to dispense with spectral measuring devices or spectral decompositions of the reflected light. It is
ebenfalls nicht notwendig, eine Lichtquelle mit also not necessary to use a light source
monochromatischem oder kohärentem Licht zu verwenden, wodurch die apparativen Anforderungen erheblich gesenkt und Kosten reduziert werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann innerhalb kurzermonochromatic or coherent light, whereby the apparatus requirements can be significantly reduced and costs can be reduced. With the method according to the invention can within a short time
Zeit von vergleichsweise großen Flächen eines Substrats die Schichtdicke einer flächig aufgetragenen Schicht ermittelt werden. Das Verfahren kann dazu verwendet werden, im Rahmen eines Herstellungsprozesses kontinuierlich die Schichtdicke einer flächig aufgetragenen Schicht ortsaufgelöst zu ermitteln, um die Beschichtungsprozesse während des Time of comparatively large areas of a substrate, the layer thickness of a sheet applied layer can be determined. The method can be used to continuously determine the layer thickness of a surface-applied layer in a spatially resolved manner within the scope of a production process in order to control the coating processes during the process
Auftragens der Schicht zu kontrollieren. Damit ist es unter anderem möglich, das bislang lediglich unter experimentellen Laborbedingungen mögliche Aufdrucken dünner Schichten auf ein Substrat industriell nutzbar und Applying the layer to control. That's it under Another possible, the so far only under experimental laboratory conditions possible printing thin layers on a substrate industrially usable and
wirtschaftlich durchführbar werden zu lassen. be economically feasible.
Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des A particularly advantageous embodiment of
Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass der gemessene Intensitätswert mit einem Beleuchtungs¬ intensitätswert normiert und mit einem theoretisch The inventive idea, it is provided that the measured intensity value illumination intensity value normalized with a ¬ and theoretically with a
ermittelten normierten Intensitätsreferenzwert verglichen wird. Der Beleuchtungsintensitätswert kann vor jeder determined normalized intensity reference value is compared. The illumination intensity value can be before each
Messung oder für einen vorgegebenen und im Nachhinein nicht mehr veränderbaren Aufbau einer Messapparatur ermittelt und abgespeichert werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass vor oder im Verlauf jeder Messung eines integrierten Measurement or for a given and subsequently no longer changeable structure of a measuring apparatus are determined and stored. It is also conceivable that before or in the course of each measurement of an integrated
Intensitätswertes ein Beleuchtungsintensitätswert gemessen und abgespeichert wird. Durch die Normierung des gemessenen Intensitätswert mit dem Beleuchtungsintensitätswert wird erreicht, dass die tatsächliche Beleuchtung sowie  Intensity value, an illumination intensity value is measured and stored. By normalizing the measured intensity value with the illumination intensity value, it is achieved that the actual illumination as well
Eigenschaften der für die Messung verwendeten Leuchtquelle und der Umgebungsbedingungen für die Ermittlung der Characteristics of the luminous source used for the measurement and the ambient conditions for the determination of the luminous flux
Schichtdicke keine oder jedenfalls nur eine nachrangige Bedeutung haben können. Der für die Normierung verwendete Beleuchtungsintensitätswert kann ebenfalls über einen Layer thickness can have no or at least only a secondary importance. The illumination intensity value used for the normalization can also have a
Wellenlängenbereich integriert sein. Die experimentelle Ermittlung des Beleuchtungsintensitätswerts , der für die Normierung verwendet wird, muss bei der rechnerischen Wavelength range integrated. The experimental determination of the illumination intensity value, which is used for the normalization, must be used in the computational
Ermittlung des normierten Intensitätsreferenzwertes berücksichtigt werden, der für die Normierung des Determination of the normalized intensity reference value to be used for the normalization of the
theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwertes verwendet wird . In besonders vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass ein gemessener Kontrastwert als Differenz des gemessenen theoretically determined intensity reference value is used. In a particularly advantageous manner, it is provided that a measured contrast value as the difference of the measured
Intensitätswertes abzüglich eines gemessenen Intensity value less a measured
Intensitätsreferenzwertes ermittelt und mit einem Intensity reference value determined and with a
theoretisch ermittelten Kontrastreferenzwert verglichen wird, der ebenfalls als Differenz des theoretisch theoretically determined contrast reference value, which is also a difference of the theoretical
ermittelten Intensitätsreferenzwertes abzüglich eines theoretisch ermittelten Referenzwertes ermittelt wird. Der Intensitätsreferenzwert kann beispielsweise zeitgleich an einer räumlich benachbart angeordneten dünnen Schicht mit einer bekannten Schichtdicke gemessen werden. Die determined intensity reference value minus a theoretically determined reference value is determined. The intensity reference value can for example be measured at the same time on a spatially adjacent thin layer with a known layer thickness. The
Kontrastwerte werden zweckmäßigerweise auf die gemessenen Intensitäten normiert, bzw. bezogen, indem beispielsweise der Quotient aus der Differenz des gemessenen Contrast values are expediently normalized to the measured intensities, or related, for example, by the quotient of the difference of the measured
Intensitätswertes und des gemessenen Intensity value and the measured
Intensitätsreferenzwertes einerseits und der Summe des gemessenen Intensitätswertes und Intensitätsreferenzwertes andererseits berechnet wird. Durch eine derartig normierte Kontrastbildung können beispielsweise zeitabhängige  Intensity reference value on the one hand and the sum of the measured intensity value and intensity reference value on the other hand is calculated. By such normalized contrast formation, for example, time-dependent
Intensitätsschwankungen der verwendeten Lichtquelle oder der Umgebungsbedingungen reduziert bzw. vollständig eliminiert werden. Intensitätsschwankungen the light source used or the ambient conditions are reduced or eliminated completely.
Um die Genauigkeit des Verfahrens, bzw. der mit dem To the accuracy of the procedure, or with the
Verfahren ermittelten Schichtdicke zu verbessern, ist vorgesehen, dass in einem weiteren Verfahrensschritt eine bekannte oder vorgegebene Schichtdicke einer To improve the method determined layer thickness, it is provided that in a further process step, a known or predetermined layer thickness of a
Referenzschicht gemessen wird, um anschließend die Reference layer is measured, then the
unbekannte Schichtdicke zu ermitteln. Die bekannte oder vorgegebene Schichtdicke kann dazu verwendet werden, eine Übereinstimmung zwischen dem theoretisch ermittelten to determine unknown layer thickness. The known or predetermined layer thickness can be used to match the theoretically determined
Intensitätsreferenzwert und dem über einen Wellenlängenbereich integrierten Intensitätswert Intensity reference value and that via a Wavelength range integrated intensity value
vorzugeben, bzw. zu bestätigen. Mit einer zunehmend von der bekannten Schichtdicke abweichenden unbekannten to pretend or to confirm. With an unknown from the known layer thickness unknown
Schichtdicke kann sich der gemessene Intensitätswert ebenso wie der theoretisch ermittelte Intensitätsreferenzwert deutlich von dem Ausgangswert unterscheiden. In einem Layer thickness, the measured intensity value as well as the theoretically determined intensity reference value may differ significantly from the initial value. In one
Bereich um die bekannte, bzw. vorgegebene Schichtdicke herum ist die Abweichung des gemessenen Intensitätswertes zunächst linear und im Anschluss daran zunehmend nicht linear, jedoch noch eineindeutig. Erst bei großen Area around the known or predetermined layer thickness around the deviation of the measured intensity value is initially linear and then increasingly non-linear, but still one-way. Only with big ones
Abweichungen der unbekannten Schichtdicke von der bekannten Schichtdicke können Mehrdeutigkeiten bei dem gemessenen Intensitätswert, bzw. bei dem theoretisch ermittelten  Deviations of the unknown layer thickness from the known layer thickness can cause ambiguities in the measured intensity value, or in the case of the theoretically determined
Intensitätsreferenzwert auftreten, die eine zuverlässige Bestimmung der Schichtdicke erschweren oder unmöglich werden lassen. Intensity reference value occur that make a reliable determination of the layer thickness difficult or impossible.
Die bekannte Schichtdicke der Referenzschicht kann The known layer thickness of the reference layer can
beispielsweise räumlich beabstandet zu der unbekannten Schichtdicke ermittelt werden. Es ist ebenfalls möglich, dass während der Herstellung eines mehrschichtigen Aufbaus die jeweils vorangehend ermittelte Schichtdicke der jeweils zuletzt hergestellten Schicht als Referenzschicht und For example, be determined spatially spaced to the unknown layer thickness. It is also possible that during the production of a multi-layered structure, the respective previously determined layer thickness of the respectively last-produced layer as the reference layer and
Ausgangswert für die im Anschluss daran zu ermittelnde Schichtdicke einer neu aufgebrachten Schicht zu verwenden, die auf der dann bereits fertiggestellten Schicht To use initial value for the subsequently to be determined layer thickness of a newly applied layer on the then already completed layer
aufgebracht wird. is applied.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die vorgegebene oder vorangehend ermittelte Schichtdicke der Referenzschicht einen Referenz-Nullwert darstellt. Die vorgegebene Appropriately, it is provided that the predetermined or previously determined layer thickness of the reference layer represents a reference zero value. The default
Schichtdicke kann beispielsweise ein Bereich des Substrats sein, der nicht von der dünnen Schicht bedeckt wird, deren Schichtdicke gemessen werden soll. Es ist ebenfalls möglich, bei komplexen Schichtfolgen oder unbekannten Layer thickness, for example, a portion of the substrate which is not covered by the thin layer whose layer thickness is to be measured. It is also possible with complex layer sequences or unknown
Beschichtungen eines ebenfalls nicht näher bekannten Coatings of a likewise not known
Substrats punktuell oder an ausgewählten Positionen mit anderen Verfahren den Schichtaufbau und die jeweiligen Schichtdicken zu ermitteln, die dann als bekannt, bzw. als vorgegeben vorausgesetzt werden. Im Anschluss daran können beispielsweise eine räumliche Variation der zu messenden Schichtdicke um die bekannte Schichtdicke herum oder der während eines Herstellungsprozesses erfolgende Auftrag einer dünnen Schicht mit dem vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden. Substrate selectively or at selected positions with other methods to determine the layer structure and the respective layer thicknesses, which are then assumed to be known, or as given. Subsequent thereto, for example, a spatial variation of the layer thickness to be measured around the known layer thickness or the application of a thin layer during a production process can be carried out with the method according to the invention described above.
Die Bestimmung der Schichtdicke kann deutlich verbessert und der Schichtdickenbereich, in dem eine zuverlässige Bestimmung der Schichtdicke möglich ist, kann deutlich erweitert werden, indem mehrere, jeweils über verschiedene Wellenlängenbereiche integrierte Intensitätswerte ermittelt und mit jeweils zugeordneten theoretisch berechneten The determination of the layer thickness can be significantly improved and the layer thickness range in which a reliable determination of the layer thickness is possible can be significantly extended by determining several intensity values integrated over different wavelength ranges and with respectively assigned theoretically calculated values
Intensitätsreferenzwerten verglichen werden. Intensity reference values are compared.
Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Schicht mit Licht einer Beleuchtungsquelle beleuchtet wird, die For this purpose it can be provided that the layer is illuminated with light from a source of illumination, which
gleichzeitig Licht mit Wellenlängen aus den verschiedenen Wellenlängenbereichen abstrahlt. Die Unterteilung der für die Auswertung verwendeten Wellenlängenbereiche findet dann im Bereich der optischen Bilderfassungseinrichtung statt. Es können handelsübliche optoelektronische Sensoren simultaneously emits light with wavelengths from the different wavelength ranges. The subdivision of the wavelength ranges used for the evaluation then takes place in the region of the optical image capture device. It can be commercially available optoelectronic sensors
eingesetzt werden, die beispielsweise auch bei Fotokameras oder Videokameras verwendet werden, und farbige used, for example, in photo cameras or video cameras, and colored
Bildinformationen getrennt nach roten, blauen und grünen Wellenlängenbereichen erfassen. Für jeden dieser Image information separated into red, blue and green Capture wavelength ranges. For each of these
Wellenlängenbereiche kann ein Intensitätswert gemessen und ein zugeordneter Intensitätsreferenzwert theoretisch berechnet werden. In Abhängigkeit von der Schichtdicke verändern sich die jeweiligen Intensitätswerte und ergeben bei zunehmender Schichtdicke eine räumliche Kurve in einem von den drei Wellenlängenbereichen rot, grün und blau erzeugten dreidimensionalen Koordinatensystem. In einer Umgebung um eine bekannte Schichtdicke kann anhand der gemessenen drei Intensitätswerte für den roten, den grünen und den blauen Wellenlängenbereich der kleinste Abstand zu dem theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwert bestimmt werden. Wavelength ranges, an intensity value can be measured and an assigned intensity reference value theoretically calculated. Depending on the layer thickness, the respective intensity values change and, with increasing layer thickness, produce a spatial curve in a three-dimensional coordinate system generated by the three wavelength ranges red, green and blue. In an environment around a known layer thickness, the smallest distance to the theoretically determined intensity reference value can be determined on the basis of the measured three intensity values for the red, the green and the blue wavelength range.
Da die gemessenen Intensitäten für einen beispielsweise roten Wellenlängenbereich eine deutlich abweichende Since the measured intensities for a red wavelength range, for example, a significantly different
Abhängigkeit von der Schichtdicke als die gemessenen Dependence on the layer thickness as the measured
Intensitäten eines beispielsweise blauen Intensities of a blue, for example
Wellenlängenbereichs aufweisen, kann durch einen Vergleich der für eine zu ermittelnde Schichtdicke gemessenen Wavelength range can, by comparing the measured for a layer thickness to be determined
Intensitäten verschiedener Wellenlängenbereiche eine deutlich genauere Aussage getroffen werden. Zudem wird durch eine Messung der Intensitäten in verschiedenen Intensities of different wavelength ranges are made a much more accurate statement. In addition, by measuring the intensities in different
Wellenlängenbereichen der maximale Bereich der eindeutig ermittelbaren Schichtdicke erheblich vergrößert, bevor für alle Wellenlängenbereiche gleichzeitig Mehrdeutigkeiten bei dem Vergleich zwischen den theoretisch ermittelten Wavelength ranges of the maximum range of the uniquely determined layer thickness significantly increased before at the same time for all wavelength ranges ambiguities in the comparison between the theoretically determined
Intensitätsreferenzwerten und den tatsächlich gemessenen Intensitätswerten auftreten. Es können auch lediglich zwei oder deutlich mehr als drei Wellenlängenbereiche vorgegeben und für die Bestimmung der Schichtdicke verwendet werden. In vielen Fällen kann für die Ermittlung der Schichtdicke ein Abstand zwischen der mindestens einen gemessenen Intensity reference values and the actually measured intensity values occur. It is also possible to specify only two or significantly more than three wavelength ranges and to use them for determining the layer thickness. In many cases, for the determination of the layer thickness, a distance between the at least one measured
Intensität und dem mindestens einen für verschiedene Intensity and the at least one for different
Schichtdickenwerte theoretisch ermittelten Layer thickness values determined theoretically
Intensitätsreferenzwert bestimmt werden. Derjenige Intensity reference value can be determined. The one
Schichtdickenwert, für welchen der theoretisch ermittelte Intensitätsreferenzwert den geringsten Abstand zu dem gemessenen Intensitätswert aufweist, entspricht der mit diesem Verfahren ermittelten Schichtdicke. Falls mehrere Intensitätswerte für verschiedene Wellenlängenbereiche gemessen werden, können die gemessenen Intensitätswerte wie auch die theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwerte zu n-Tupeln bzw. Vektoren in einem mehrdimensionalen Raum zusammengefasst und eine geeignete Berechnungsroutine zur Abstandsbestimmung, beispielsweise eine Bestimmung des euklidischen Abstands, durchgeführt werden. Layer thickness value for which the theoretically determined intensity reference value has the smallest distance to the measured intensity value corresponds to the layer thickness determined by this method. If a plurality of intensity values are measured for different wavelength ranges, the measured intensity values as well as the theoretically determined intensity reference values can be combined into n-tuples or vectors in a multi-dimensional space and a suitable calculation routine for distance determination, for example a determination of the Euclidean distance, be carried out.
Es ist grundsätzlich möglich, dass das von der  It is possible in principle that of the
Beleuchtungsquelle abgestrahlte Licht durch eine Illumination source radiated light through a
Filtereinrichtung geführt wird, sodass die Schicht nur mit Licht aus einem Wellenlängenbereich beleuchtet wird. In diesem Fall kann die optische Bilderfassungseinrichtung das gesamte reflektierte Licht erfassen, da der Filter device is guided so that the layer is illuminated only with light from a wavelength range. In this case, the optical image capturing device can detect the entire reflected light because of the
Wellenlängenbereich auf der Beleuchtungsseite vorgegeben wird. Die Filtereinrichtung kann beispielsweise ein Wavelength range is specified on the lighting side. The filter device can, for example, a
Kantenfilter oder ein Interferenzfilter sein. Edge filter or an interference filter.
Um mehrere verschiedene Wellenlängenbereiche für die To several different wavelength ranges for the
Schichtdickenbestimmung zu verwenden kann das von der Beleuchtungsquelle abgestrahlte Licht nacheinander mit verschiedenen Filtereinrichtungen gefiltert werden. Für jeden mit einer Filtereinrichtung vorgegebenen Layer thickness determination can use that of the Lighting source radiated light can be filtered sequentially with different filtering devices. For everyone with a filter device specified
Wellenlängenbereich wird ein integrierter Intensitätswert ermittelt und die mehreren integrierten Intensitätswerte mit jeweils zugeordneten theoretisch berechneten Wavelength range, an integrated intensity value is determined and the plurality of integrated intensity values, each associated with theoretically calculated
Intensitätsreferenzwerten verglichen. Die verschiedenen Filtereinrichtungen können verschiedene Kantenfilter oder Interferenzfilter oder andere bereits bekannte optische Filtereinrichtungen bzw. Kombinationen derartiger Intensity reference values compared. The various filter devices may be different edge filters or interference filters or other already known optical filter devices or combinations thereof
Filtereinrichtungen sein. Be filter devices.
Es ist ebenfalls möglich und für verschiedene It is also possible and for different
Anwendungsbereiche vorteilhaft, dass die Schicht mit Licht aus mehreren Beleuchtungsquellen beleuchtet wird, die jeweils Licht aus unterschiedlichen Wellenlängenbereichen abstrahlen. Mit Hilfe von mehreren verschiedenen Application areas advantageous that the layer is illuminated with light from a plurality of illumination sources, each emitting light from different wavelength ranges. With the help of several different ones
Beleuchtungsquellen kann bei einem gleichzeitigen Betrieb gleichzeitig Licht mit Wellenlängen aus den verschiedenen Wellenlängenbereichen abgestrahlt werden, wobei eine gegebenenfalls gewünschte Unterscheidung der Illumination sources can be emitted at the same time light simultaneously with wavelengths from the different wavelength ranges, with a possibly desired distinction of the
Wellenlängenbereiche im Bereich der optischen Wavelength ranges in the range of optical
Bilderfassungseinrichtung erfolgen kann. Bei einem Image capture device can be done. At a
wechselnden Betrieb der einzelnen Beleuchtungsquellen erfolgt die Unterscheidung von Wellenlängenbereichen auf der Beleuchtungsseite. changing operation of the individual illumination sources is the distinction of wavelength ranges on the lighting side.
Aufgrund der geringen konstruktiven Anforderungen an die für das Verfahren erforderliche Messvorrichtung ist es kostengünstig möglich, für mehrere, räumlich beabstandete Bereiche der Schicht die Schichtdicke zu bestimmen. Auf diese Weise kann für einen großen Flächenbereich die Schichtdicke einer auf das Substrat aufgebrachten Schicht gleichzeitig, bzw. innerhalb kürzester Zeit ermittelt werden. In Verbindung mit Druckverfahren, mit denen dünne Schichten auf das Substrat aufgedruckt werden, können großflächige Substrate sehr rasch und äußerst kostengünstig mit einer Schicht beschichtet werden, deren Schichtdicke während oder unmittelbar im Anschluss an deren Herstellung präzise bekannt ist bzw. kontrolliert werden kann, um einen derartigen Beschichtungsprozess einer wirtschaftlich sinnvollen Nutzung zuzuführen. Due to the low design requirements for the measuring device required for the method, it is cost-effective to determine the layer thickness for a plurality of spatially-spaced regions of the layer. In this way, for a large surface area the Layer thickness of a layer applied to the substrate simultaneously, or be determined within a very short time. In connection with printing processes, with which thin layers are printed on the substrate, large-area substrates can be coated very quickly and at a very low cost with a layer whose layer thickness during or immediately after its production is precisely known or can be controlled to a to supply such coating process of an economically useful use.
Im Hinblick auf eine möglichst rasche Bestimmung der With a view to determining as soon as possible the
Schichtdicke für einen großen Bereich der Schicht ist es vorteilhaft, dass die optische Bilderfassungseinrichtung mindestens ein zellenförmiges oder flächiges Layer thickness for a large portion of the layer, it is advantageous that the optical image capture device at least one cell-shaped or planar
Erfassungselement aufweist, um einen möglichst großen  Detection element has the largest possible
Bereich der Schicht gleichzeitig erfassen zu können. Als zellenförmiges Erfassungselement können beispielsweise geeignete Komponenten einer handelsüblichen Be able to detect the area of the layer simultaneously. As a cell-shaped detection element, for example, suitable components of a commercial
Scannereinrichtung oder eines Faxgerätes bzw. vergleichbare optische Komponenten verwendet werden. Als flächiges Scanner device or a fax machine or similar optical components are used. As areal
Erfassungselement können beispielsweise CCD-Chips oder CMOS-Chips von handelsüblichen digitalen Kameras verwendet werden. Es ist ebenso denkbar, andere matrixförmige Detection element can be used, for example, CCD chips or CMOS chips of commercially available digital cameras. It is also conceivable other matrix-shaped
optische Flächensensoren einzusetzen. Mit einem flächigento use optical surface sensors. With a flat
Erfassungselement können ein großer Bereich der Schicht und gegebenenfalls die vollständige Schicht mit einer einzigen Aufnahme erfasst und die Schichtdicke der Schicht Detection element can cover a large area of the layer and optionally the complete layer with a single shot and the layer thickness of the layer
ortsaufgelöst bestimmt werden. Im Vergleich zu den bereits bekannten punktförmigen Schichtdickenbestimmungsmethoden kann die Verfahrensdauer erheblich reduziert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des be determined spatially resolved. Compared to the already known punctiform layer thickness determination methods, the process time can be significantly reduced. According to an advantageous embodiment of
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass mit einem Erfindungsgedankenens is provided that with a
alternativen Schichtdickenbestimmungsverfahren ein alternative layer thickness determination method
Schichtdickenbereich der Schicht bestimmt wird und dass der über einen Wellenlängenbereich integrierter Intensitätswert des reflektierten Lichts nur mit theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwerten verglichen wird, die für eine Schichtdicke in dem Schichtdickenbereich ermittelt wurden. Als alternatives Schichtdickenbestimmungsverfahren kann beispielsweise eine Transmissionslichtmessung durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann die Intensität des von einer Beleuchtungseinrichtung abgestrahlten und durch die Schicht transmittierten Lichts gemessen und mit Referenzwerten bei bekannten Schichtdicken eines gleichen Schichtmaterials verglichen werden, um einen Schichtdickenbereich zu Layer thickness range of the layer is determined and that over a wavelength range integrated intensity value of the reflected light is compared only with theoretically determined intensity reference values that were determined for a layer thickness in the layer thickness range. As an alternative layer thickness determination method, for example, a transmission light measurement can be performed. For this purpose, the intensity of the light emitted by a lighting device and transmitted through the layer can be measured and compared with reference values for known layer thicknesses of a same layer material in order to increase a layer thickness range
ermitteln, in welchem sich die tatsächliche Schichtdicke befindet. Es sind natürlich auch andere alternative Determine in which the actual layer thickness is. There are of course other alternatives
Schichtdickenbestimmungsverfahren möglich und geeignet, um zusätzliche Informationen zur Schichtdicke zu ermitteln und einen Schichtdickenbereich vorzugeben. Layer thickness determination method possible and suitable to determine additional information about the layer thickness and to specify a layer thickness range.
Zur Bestimmung der Schichtdicke werden die tatsächlich gemessenen Intensitätswerte nur mit theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwerten verglichen, die sich für In order to determine the layer thickness, the actually measured intensity values are compared only with theoretically determined intensity reference values that are suitable for
Schichtdickenwerte innerhalb des auswertbaren Layer thickness values within the evaluable
Schichtdickenbereichs ergeben. Auf diese Weise können  Layer thickness range result. That way you can
Mehrdeutigkeiten vermieden werden, die sich bei einem Ambiguities are avoided, which can be at a
Vergleich der gemessenen Intensitätswerte mit theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwerten ergeben können, die außerhalb des vorab durch das alternative Comparison of the measured intensity values with theoretically determined intensity reference values, which may be outside the advance by the alternative
Schichtdickenbestimmungsverfahren vorgegebenen  Layer thickness determination method given
Schichtdickenbereichs liegen. Dies kann zu einer erheblichen Erweiterung des Messbereichs führen, innerhalb dessen eine zuverlässige Schichtdickenbestimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist. Nachfolgend werden verschiedene Aspekte und Layer thickness range lie. This can become one lead to considerable extension of the measuring range, within which a reliable determination of the layer thickness is possible with the method according to the invention. Below are various aspects and
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher  Embodiments of the inventive concept closer
erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt: explained, which are shown in the drawing. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer optischen Fig. 1 is a schematic representation of an optical
Messvorrichtung zur Schichtdickenbestimmung einer dünnen Schicht eines mit zwei dünnen Schichten beschichteten Measuring device for determining the layer thickness of a thin layer of a coating coated with two thin layers
Substrats , Substrate,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer flächengetreuen Abbildung des von dem in Fig. 1 dargestellten Substrat reflektierten Lichts, FIG. 2 is a schematic view of an area-like image of the light reflected from the substrate shown in FIG. 1. FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung von theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwerten CR, CG und CB für einen roten Wellenlängenbereich, einen grünen Wellenlängenbereich und für einen blauen Wellenlängenbereich des an der dünnen Schicht reflektierten Lichts in Abhängigkeit von einer Schichtdicke der dünnen Schicht, Fig. 4 eine schematische Darstellung des Verlaufs der in Fig. 3 gezeigten theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwerte sowie überlagert dargestellte gemittelte Intensitätswerte für jeweils mehrere mit der optischen Messvorrichtung gemessene Intensitätswerte, 3 shows a schematic representation of theoretically determined intensity reference values C R , C G and C B for a red wavelength range, a green wavelength range and for a blue wavelength range of the light reflected at the thin layer as a function of a layer thickness of the thin layer, FIG. 4 3 shows a schematic representation of the course of the theoretically determined intensity reference values shown in FIG. 3 as well as superposed averaged intensity values for a plurality of intensity values measured in each case with the optical measuring device,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer abweichend zu Fig. 1 ausgestalteten optischen Messvorrichtung zur Schichtdickenbestimmung, wobei die Schicht mit einem flächigen Erfassungselement der optischen Fig. 5 is a schematic representation of a deviating from Fig. 1 designed optical measuring device for Schichtdickenbestimmung, wherein the layer with a planar detection element of the optical
Bilderfassungseinrichtung vollständig erfasst wird, und Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erneut Image capture device is completely detected, and Fig. 6 is a schematic representation of a again
abweichend ausgestalteten optischen Messvorrichtung zur Schichtdickenbestimmung, wobei die Beleuchtung und die optische Bilderfassungseinrichtung jeweils telezentrisch ausgestaltet sind. deviating designed optical measuring device for determining layer thickness, wherein the illumination and the optical image capture device are each designed telecentric.
Eine in Figur 1 exemplarisch und schematisch dargestellte Messvorrichtung 1 weist eine Lichtquelle 2 auf, deren Licht durch eine Blende 3 auf einen teildurchlässigen Spiegel 4 fällt. Das von dem teildurchlässigen Spiegel 4 reflektierte Licht wird durch eine Kollimatoreinrichtung 5 auf eine dünne Schicht 6 gerichtet, die auf einem Trägersubstrat 7 und auf einer unmittelbar auf dem Trägersubstrat 7 A measuring device 1 shown by way of example and schematically in FIG. 1 has a light source 2 whose light falls through a diaphragm 3 onto a partially transparent mirror 4. The light reflected by the partially reflecting mirror 4 is directed by a collimator device 5 onto a thin layer 6, which is supported on a carrier substrate 7 and directly on the carrier substrate 7
angeordneten Referenzschicht 8 aufgebracht ist. Das von einer oberen Grenzfläche 9 und von einer unteren arranged reference layer 8 is applied. That of an upper interface 9 and a lower
Grenzfläche 10 der dünnen Schicht 6 reflektierte Licht wird durch die Kollimatoreinrichtung 5 und durch den Boundary surface 10 of the thin layer 6 reflected light is through the collimator 5 and through the
teildurchlässigen Spiegel 4 mit Hilfe einer Sensor- Spiegelanordnung 11 auf einen optischen Intensitätssensor 12 gerichtet. Unmittelbar vor dem Intensitätssensor 12 können wahlweise verschiedene Filter 13 angeordnet werden, mit denen ein jeweils zugeordneter Wellenlängenbereich durchgelassen und reflektiertes Licht mit einer Wellenlänge außerhalb des zugelassenen Wellenlängenbereichs aus dem Strahlengang herausgefiltert werden kann. partially reflecting mirror 4 with the aid of a sensor mirror assembly 11 directed to an optical intensity sensor 12. Immediately before the intensity sensor 12, various filters 13 can optionally be arranged, with which a respective assigned wavelength range can be transmitted and reflected light with a wavelength outside the permitted wavelength range can be filtered out of the beam path.
Die Blende 3 kann einen im Wesentlichen streifenförmigen Lichtvorhang erzeugen. Die Intensität des an den Grenzflächen 9 und 10 der dünnen Schicht 6 reflektierten Lichts kann mit einem ebenfalls streifenförmigen The diaphragm 3 can produce a substantially strip-shaped light curtain. The intensity of the at the Interfaces 9 and 10 of the thin layer 6 of reflected light can also be strip-shaped
Intensitätssensor 12 gemessen werden. Als IntensitätssensorIntensity sensor 12 are measured. As an intensity sensor
12 kann beispielsweise eine zellenförmiger CCD-Sensor oder CMOS-Sensor verwendet werden, wie er in aus der Praxis bekannten handelsüblichen Scanner-Einrichtungen oder Fax- Geräten eingesetzt wird. For example, a cellular CCD sensor or CMOS sensor, as used in commercially available scanner devices or fax machines known in the art, may be used.
Die Lichtquelle 2, die Blende 3, der teildurchlässige The light source 2, the aperture 3, the partially transparent
Spiegel 4, die Kollimatoreinrichtung 5, die Mirror 4, the collimator 5, the
Spiegelanordnung 11, der Intensitätssensor 12 und die  Mirror assembly 11, the intensity sensor 12 and the
Filter 13 bilden die optischen Komponenten der Filters 13 form the optical components of
Messvorrichtung 1. Alle diese optischen Komponenten 2, 3, 4, 5, 11, 12 und 13 können gemeinsam in einem Gehäuse 14 angeordnet und im Wesentlichen parallel zu der unteren Grenzfläche 10 der dünnen Schicht 6 verlagert werden. Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise die Lichtquelle 2, die Blende 3, die Filter 13 und den Intensitätssensor 12 ortsfest anzuordnen und lediglich die Kollimatoreinrichtung 5, den teildurchlässigen Spiegel 4 und die Spiegelanordnung 11 relativ zu der dünnen Schicht 6 zu verlagern. Die verlagerbaren optischen Komponenten 2, 3, 4, 5, 11, 12 undMeasuring Device 1. All of these optical components 2, 3, 4, 5, 11, 12 and 13 can be arranged together in a housing 14 and displaced substantially parallel to the lower boundary surface 10 of the thin layer 6. It is also possible, for example, to position the light source 2, the diaphragm 3, the filters 13 and the intensity sensor 12 in a stationary manner and to displace only the collimator device 5, the partially transmissive mirror 4 and the mirror arrangement 11 relative to the thin layer 6. The displaceable optical components 2, 3, 4, 5, 11, 12 and
13 bzw. 4, 5 und 11 können dabei entweder eindimensional längs einer Raumrichtung oder zweidimensional in zwei Raumrichtungen jeweils parallel zu der dünnen Schicht 6 verlagert werden. 13 or 4, 5 and 11 can be displaced either one-dimensionally along a spatial direction or two-dimensionally in two spatial directions in each case parallel to the thin layer 6.
Mit der Messvorrichtung 1 kann innerhalb kürzester Zeit eine flächengetreue Abbildung der von den Grenzflächen 9 und 10 der dünnen Schicht 6 reflektierten LichtIntensität erzeugt und gemessen werden. In Figur 2 ist exemplarisch eine flächengetreue Abbildung der mit der Messvorrichtung 1 gemessenen Intensität des reflektierten Lichts dargestellt, das von den Grenzflächen 9 und 10 der dünnen Schicht 6 sowie von weiteren With the measuring device 1, a true-to-area image of the light intensity reflected by the interfaces 9 and 10 of the thin layer 6 can be generated and measured within a very short time. FIG. 2 shows, by way of example, a true-to-area depiction of the intensity of the reflected light measured by the measuring device 1, that of the boundary surfaces 9 and 10 of the thin layer 6 and of further
Grenzflächen der Referenzschicht 8 und des Trägersubstrats 7 reflektiert wurde. Anhand eines Vergleichs der gemessenen Intensitätswerte mit in Abhängigkeit von einer angenommenen Schichtdicke theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwerten kann eine Schichtdicke der dünnen Schicht 6 oder der Referenzschicht 8 ermittelt werden, für welche der Boundary surfaces of the reference layer 8 and the carrier substrate 7 has been reflected. On the basis of a comparison of the measured intensity values with intensity reference values theoretically determined as a function of an assumed layer thickness, a layer thickness of the thin layer 6 or of the reference layer 8 can be determined for which
tatsächlich gemessene Intensitätswert bestmöglich mit dem theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwert actually measured intensity value best possible with the theoretically determined intensity reference value
übereinstimmt . Um die Auswirkungen von zeitlich veränderlichen Größen wie beispielsweise Intensitätsschwankungen der Lichtquelle 2 möglichst zu reduzieren oder zu eliminieren kann ein gemessener Kontrastwert als Differenz des gemessenen matches. In order to reduce or eliminate as far as possible the effects of variables which vary over time, such as, for example, intensity fluctuations of the light source 2, a measured contrast value can be determined as the difference between the measured light intensity and the light intensity
Intensitätswertes an der dünnen Schicht 6 abzüglich eines gemessenen Intensitätsreferenzwertes ermittelt werden, der an der Referenzschicht 8 gemessen wurde. Dieser Intensity value at the thin layer 6 minus a measured intensity reference value can be determined, which was measured at the reference layer 8. This
Kontrastwert wird dann mit einem theoretisch ermittelten Kontrastreferenzwert verglichen, der ebenfalls als Contrast value is then compared with a theoretically determined contrast reference value, which is also referred to as
Differenz des theoretisch ermittelten Difference of the theoretically determined
Intensitätsreferenzwertes für die dünne Schicht 6 abzüglich eines theoretisch ermittelten Referenzwertes der Intensity reference value for the thin layer 6 minus a theoretically determined reference value of
Referenzschicht 8 ermittelt wird. Reference layer 8 is determined.
In Figur 3 sind jeweils für einen mit geeigneten Filtern 13 vorgegebenen roten Wellenlängenbereich, für einen grünen Wellenlängenbereich und für einen blauen Wellenlängenbereich die theoretisch ermittelten Kontrastreferenzwerte CR, Cg und CB des an der dünnen Schicht 6 reflektierten Lichts in Abhängigkeit von einer Schichtdicke λ der dünnen Schicht 6 dargestellt. Die Kontrastreferenzwerte wurden in Abhängigkeit von der Schichtdicke als Differenz des theoretisch ermittelten Intensitätswerts und des In FIG. 3, the theoretically determined contrast reference values are respectively for a red wavelength range predetermined with suitable filters 13, for a green wavelength range and for a blue wavelength range C R , C g and C B of the light reflected on the thin layer 6 as a function of a layer thickness λ of the thin layer 6. The contrast reference values were determined as the difference between the theoretically determined intensity value and the
theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwerts bei einer Referenzschichtdicke bestimmt und auf eine GesamtIntensität normiert. Während für kleine Schichtdicken λ < 100 nm für alle Wellenlängenbereiche die theoretisch ermittelten determined theoretically intensity reference value at a reference layer thickness and normalized to a total intensity. While for small layer thicknesses λ <100 nm for all wavelength ranges the theoretically determined
Kontrastreferenzwerte CR, CG und CB eine eineindeutige Contrast reference values C R , C G and C B are one-to-one
Funktion der Schichtdicke λ darstellen, können für größere Schichtdicken λ > 100 nm die einzelnen Kontrastreferenzwerte CR, Cg und CB für sich betrachtet mehrdeutig werden und nicht mehr eindeutig einer einzigen Schichtdicke λ zugeordnet werden. Werden die Kontrastreferenzwerte CR, CG und CB jedoch gemeinsam einer einheitlichen Auswertung zugeführt, kann auch für Schichtdicken λ in einem Bereich bis λ > 600 nm jedem Wertetriple der Kontrastreferenzwerte CR, Cg und CB eindeutig eine einzige Schichtdicke λ Represent the function of the layer thickness λ, the individual contrast reference values C R , C g and C B can be ambiguous for larger layer thicknesses λ> 100 nm and are no longer uniquely associated with a single layer thickness λ. However, if the contrast reference values C R , C G and C B are jointly supplied to a uniform evaluation, even for slice thicknesses λ in a range up to λ> 600 nm, each value triple of the contrast reference values C R , C g and C B can clearly have a single slice thickness λ
zugeordnet werden. be assigned.
In Figur 4 ist für einen Bereich der Schichtdicke λ von 0 nm < λ < 600 nm ein Vergleich zwischen der theoretisch ermittelten Kontrastreferenzwerte CR, Cg und CB und den gemittelten Kontrastwert-Triplen für jeweils mehrere mit der optischen Messvorrichtung gemessene Intensitätswerte bzw. für die Kontrastwerte eines Referenz-Schichtaufbaus mit vorgegebenen Schichtdicken von 0 nm (gemittelter gemessener Kontrastwert #0) bis 500 nm (gemittelter In FIG. 4, for a range of the layer thickness λ of 0 nm <λ <600 nm, a comparison is made between the theoretically determined contrast reference values C R , C g and C B and the averaged contrast value triplets for a plurality of intensity values respectively measured with the optical measuring device. for the contrast values of a reference layer structure with predetermined layer thicknesses of 0 nm (averaged measured contrast value # 0) to 500 nm (averaged
gemessener Kontrastwert #6) in Schritten von 100 nm. Für die Darstellung wurden die theoretisch ermittelten measured contrast value # 6) in steps of 100 nm. For the representation, the theoretically determined
Kontrastreferenzwerte CR, Cg und CB in ein durch die drei Kontrastreferenzwerte CR, Cg und CB aufgespanntes Contrast reference values C R , C g and C B in one of the three Contrast reference values C R , C g and C B spanned
dreidimensionales Koordinatensystem eingetragen. entered three-dimensional coordinate system.
Die gemessenen Kontrastwert-Triple #0 bis #6 stimmen im Rahmen der Messgenauigkeit mit den theoretisch ermittelten Kontrastreferenzwerten überein. Selbst bei geringen The measured contrast value triple # 0 to # 6 agree within the scope of the measurement accuracy with the theoretically determined contrast reference values. Even at low
Abweichungen der im Einzelfall tatsächlich gemessenen Deviations of actual measured in individual cases
Kontrastwerte von den theoretisch ermittelten Contrast values of the theoretically determined
Kontrastreferenzwerten CR, CG und CB würde für jeden Contrast reference values C R , C G and C B would be for each
tatsächlich gemessenen Kontrastwert-Triple eindeutig ein zugeordnetes Werte-Triple der theoretisch ermittelten actually measured contrast value triple clearly an associated value triple of the theoretically determined
Kontrastreferenzwerte CR, CG und CB zugeordnet werden können, welches den geringsten Abstand zu dem tatsächlich gemessenen Kontrastwert-Triple aufweist. Der diesem Contrast reference values C R , C G and C B can be assigned, which has the smallest distance to the actually measured contrast value triple. The this one
theoretisch ermittelten Kontrastreferenzwerte CR, CG und CB zugeordnete Wert der Schichtdicke λ entspricht dann der für die gemessenen Kontrastwerte verantwortlichen Schichtdicke der dünnen Schicht 6. Bei einer in Figur 5 exemplarisch und schematisch The value of the layer thickness λ assigned theoretically to the contrast reference values C R , C G and C B then corresponds to the layer thickness of the thin layer 6 responsible for the measured contrast values. In an example and schematically in FIG
dargestellten Messvorrichtung 1 ' werden die dünne Schicht 6 und die Referenzschicht 8 mit Licht aus mehreren shown measuring device 1 ', the thin layer 6 and the reference layer 8 with light from several
verschiedenen Beleuchtungsquellen 14, 15, 16 beleuchtet, die jeweils Licht aus unterschiedlichen illuminated different sources of light 14, 15, 16, each light from different
Wellenlängenbereichen abstrahlen. Die einzelnen Radiate wavelength ranges. The single ones
Beleuchtungsquellen 14, 15 und 16 sind jeweils Illumination sources 14, 15 and 16 are respectively
verschiedenfarbige LEDs. Die einzelnen Beleuchtungsquellen 14, 15 und 16 können auch monochromatische oder kohärente Beleuchtungsquellen wie beispielsweise geeignete different colored LEDs. The individual illumination sources 14, 15 and 16 can also be monochromatic or coherent illumination sources such as, for example, suitable
Lasereinrichtungen sein. Es ist jedoch auch möglich, anBe laser devices. However, it is also possible to
Stelle der einzelnen Beleuchtungsquellen 14, 15 und 16 eine einzelne Beleuchtungsquelle zu verwenden, die Licht in einem großen Wellenlängenbereich emittiert, und das emittierte Licht durch geeignete Filtereinrichtungen nacheinander auf jeweils verschiedene Wellenlängenbereiche zu beschränken. Place the individual illumination sources 14, 15 and 16 to use a single illumination source, the light in emits a large wavelength range, and to limit the emitted light successively by suitable filter means to each different wavelength ranges.
Durch geeignete Blenden 3 und optische Linsensysteme 17 kann erreicht werden, dass die dünne Schicht 6 gleichzeitig vollständig ausgeleuchtet wird und das von der dünnen By suitable diaphragms 3 and optical lens systems 17 can be achieved that the thin layer 6 is simultaneously fully illuminated and that of the thin
Schicht 6 reflektierte Licht von einem optischen Layer 6 reflected light from an optical
Intensitätssensor 18 der optischen Intensity sensor 18 of the optical
Bilderfassungseinrichtung erfasst wird, der ein flächiges Erfassungselement aufweist. Auf diese Weise kann mit einer einzigen Aufnahme des optischen Intensitätssensors 18 der optischen Bilderfassungseinrichtung und damit sehr rasch eine präzise und ortsaufgelöste Ermittlung der Schichtdicke der dünnen Schicht 6 durchgeführt werden. Die optische Bilderfassungseinrichtung kann unmittelbar bzw. senkrecht oberhalb der dünnen Schicht 6 und in Abhängigkeit von dem verwendeten Linsensystem 17 in einem großen oder geringen Abstand zu der dünnen Schicht 6 angeordnet sein.  Image capture device is detected, which has a flat detection element. In this way, a precise and spatially resolved determination of the layer thickness of the thin layer 6 can be carried out with a single image of the optical intensity sensor 18 of the optical image capture device and thus very quickly. The optical image acquisition device can be arranged directly or vertically above the thin layer 6 and, depending on the lens system 17 used, at a large or small distance from the thin layer 6.
Bei dem in Fig. 6 exemplarisch dargestellten In the example shown in Fig. 6
Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung 1 ' ' zwischen den Beleuchtungsquellen 14, 15 und 16 und der dünnen Embodiment, the measuring device 1 '' between the illumination sources 14, 15 and 16 and the thin
Schicht 6, bzw. dem teildurchlässigen Spiegel 4 und Layer 6, or the partially transmitting mirror 4 and
zwischen der dünnen Schicht 6, bzw. dem teildurchlässigen Spiegel 4 und dem optischen Intensitätssensor 18 jeweils ein optisches Linsensystem 19, 20 zur Erzeugung eines telezentrischen Strahlengangs auf. Auf diese Weise kann die Präzision der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren between the thin layer 6, or the partially transparent mirror 4 and the optical intensity sensor 18 in each case an optical lens system 19, 20 for generating a telecentric beam path. In this way, the precision of the method according to the invention
durchgeführten Ermittlung der Schichtdicke verbessert werden . Mit einer weiteren Beleuchtungsquelle 21 kann zusätzlich eine Transmissionsmessung durchgeführt werden und die von dieser Beleuchtungsquelle 21 durch die auf einem performed determination of the layer thickness can be improved. In addition, a transmission measurement can be carried out with a further illumination source 21 and that of this illumination source 21 can be performed by means of the illumination source 21
transparenten Trägersubstrat 22 aufgebrachte dünne Schicht 6 transmittierte Transmissionsintensität zeitversetzt mit der optischen Bilderfassungseinrichtung erfasst werden. Durch einen Vergleich mit vorab für vorgegebene Transparent carrier substrate 22 applied thin layer 6 transmitted transmission intensity can be detected time-displaced with the optical image capture device. By comparing with in advance for given
Schichtdicken ermittelten Transmissionsintensitäten kann mit der Transmissionsmessung ein Schichtdickenbereich ermittelt werden, innerhalb dessen die tatsächliche Layer thickness determined transmission intensities can be determined with the transmission measurement, a layer thickness range within which the actual
Schichtdicke der dünnen Schicht 6 liegen muss. Auf diese Weise kann durch eine zusätzliche Berücksichtigung des derart ermittelten Schichtdickenbereichs der Messbereich für das erfindungsgemäße Verfahren erweitert und auch für ansonsten nicht mehr eindeutig bestimmbare Schichtdicken eine zuverlässige und präzise Ermittlung der Schichtdicke durchgeführt werden. Es ist ebenfalls möglich, an der Stelle der weiteren Beleuchtungsquelle 21 einen optischen Sensor anzuordnen, der die von den Beleuchtungsquellen 14, 15 und 16 transmittierte Transmissionsintensität Layer thickness of the thin layer 6 must be. In this way, the measuring range for the method according to the invention can be extended by an additional consideration of the slice thickness range determined in this way, and a reliable and precise determination of the slice thickness can also be carried out for layer thicknesses that can no longer be determined unambiguously. It is also possible, at the location of the further illumination source 21, to arrange an optical sensor which transmits the transmission intensity transmitted by the illumination sources 14, 15 and 16
gleichzeitig zu der Messung der Reflexionsintensitäten mit der optischen Bilderfassungseinrichtung erfassen und einer Auswertung zuführen kann. simultaneously with the measurement of the reflection intensities with the optical image capture device can detect and perform an evaluation.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Ermittlung einer Schichtdicke einer flächig auf einem Substrat (7) aufgetragenen dünnen Schicht (6) durch Messung von optischen DünnschichtInterferenzen, wobei die Schicht (6) beleuchtet wird, das von Grenzflächen (9, 10) der Schicht (6) reflektierte Licht gemessen und anhand der Messwerte des reflektierten Lichts die Method for determining a layer thickness of a thin layer (6) applied flatly to a substrate (7) by measuring optical thin-layer interferences, wherein the layer (6) which reflects from boundary surfaces (9, 10) of the layer (6) is illuminated Measured light and based on the measured values of the reflected light the
Schichtdicke ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer optischen Bilderfassungseinrichtung eine  Layer thickness is determined, characterized in that with an optical image capture device a
flächengetreue Abbildung des an zwei gegenüberliegenden Grenzflächen der dünnen Schicht (6) reflektierten Lichts aufgenommen wird, und dass ein über einen true-to-life image of the light reflected at two opposite boundary surfaces of the thin layer (6) light is recorded, and that one over a
Wellenlängenbereich integrierter Intensitätswert des reflektierten Lichts mit einem theoretisch ermittelten Intensitätsreferenzwert verglichen wird, um die  Wavelength range integrated intensity value of the reflected light is compared with a theoretically determined intensity reference value to the
Schichtdicke der Schicht (6) zu ermitteln. Layer thickness of the layer (6) to determine.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Intensitätswert mit einem 2. The method according to claim 1, characterized in that the measured intensity value with a
Beleuchtungsintensitätswert normiert und mit einem Illumination intensity value standardized and with a
theoretisch ermittelten normierten Intensitätsreferenzwert verglichen wird. theoretically determined normalized intensity reference value is compared.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein normierter gemessener Kontrastwert als normierte Differenz des gemessenen Intensitätswertes abzüglich eines gemessenen Intensitätsreferenzwertes ermittelt und mit einem normierten theoretisch ermittelten 3. The method according to claim 2, characterized in that a normalized measured contrast value is determined as a normalized difference of the measured intensity value less a measured intensity reference value and with a normalized theoretically determined
Kontrastreferenzwert verglichen wird, der ebenfalls als Differenz des theoretisch ermittelten Contrast reference value is also compared as Difference of the theoretically determined
Intensitätsreferenzwertes abzüglich eines theoretisch ermittelten Referenzwertes ermittelt wird.  Intensity reference value minus a theoretically determined reference value is determined.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in a further
Verfahrensschritt eine bekannte oder vorgegebene Process step a known or predetermined
Schichtdicke einer Referenzschicht (8) gemessen wird, um anschließend die unbekannte Schichtdicke zu ermitteln. Layer thickness of a reference layer (8) is measured to then determine the unknown layer thickness.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannte oder vorgegebene Schichtdicke der 5. The method according to claim 4, characterized in that the known or predetermined layer thickness of
Referenzschicht (8) beabstandet zu der Schicht (6) mit der zu ermittelnden Schichtdicke gemessen wird. Reference layer (8) spaced from the layer (6) is measured with the layer thickness to be determined.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Schichtdicke einen Referenz-Nullwert darstellt. 6. The method according to claim 4 or claim 5, characterized in that the predetermined layer thickness represents a reference zero value.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere jeweils über 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that several each over
verschiedene Wellenlängenbereiche integrierte integrated different wavelength ranges
Intensitätswerte ermittelt und mit jeweils zugeordneten theoretisch berechneten Intensitätsreferenzwerten Intensity values determined and associated with each theoretically calculated intensity reference values
verglichen werden. be compared.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) mit Licht einer Beleuchtungsquelle (2) beleuchtet wird, die gleichzeitig Licht mit Wellenlängen aus den verschiedenen Wellenlängenbereichen abstrahlt. 8. The method according to claim 7, characterized in that the layer (6) is illuminated with light of an illumination source (2) which simultaneously emits light having wavelengths from the different wavelength ranges.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Beleuchtungsquelle (2) abgestrahlte Licht durch eine Filtereinrichtung geführt wird, sodass die Schicht (6) nur mit Licht aus einem Wellenlängenbereich beleuchtet wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that the light emitted by the illumination source (2) light is passed through a filter device, so that the layer (6) is illuminated only with light from a wavelength range.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Beleuchtungsquelle (2) abgestrahlte Licht nacheinander mit verschiedenen Filtereinrichtungen 10. The method according to claim 9, characterized in that the of the illumination source (2) emitted light in succession with different filter devices
gefiltert wird. is filtered.
11. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) mit Licht aus mehreren Beleuchtungsquellen (14, 15, 16) beleuchtet wird, die jeweils Licht aus unterschiedlichen 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer (6) is illuminated with light from a plurality of illumination sources (14, 15, 16), each of light from different
Wellenlängenbereichen abstrahlen . Radiate wavelength ranges.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere räumlich 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that spatially for several
beabstandete Bereiche der Schicht (6) die jeweilige spaced areas of the layer (6) the respective
Schichtdicke bestimmt wird. Layer thickness is determined.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical
Bilderfassungseinrichtung mindestens ein zellenförmiges oder flächiges Erfassungselement aufweist, um einen möglichst großen Bereich der Schicht (6) gleichzeitig erfassen zu können. Image detection device has at least one cell-shaped or planar detection element in order to be able to detect the largest possible area of the layer (6) simultaneously.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem alternativen 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that with an alternative
Schichtdickenbestimmungsverfahren ein Schichtdickenbereich der Schicht (6) bestimmt wird und dass der über einen Wellenlängenbereich integrierter Intensitätswert des reflektierten Lichts nur mit theoretisch ermittelten Layer thickness determination method, a layer thickness range the layer (6) is determined and that the integrated over a wavelength range intensity value of the reflected light only theoretically determined
Intensitätsreferenzwerten verglichen wird, die für eine Schichtdicke in dem Schichtdickenbereich ermittelt wurden. Intensity reference values determined for a layer thickness in the layer thickness range.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3299799A1 (en) * 2016-09-27 2018-03-28 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Method and measuring system for measuring molecular interactions in a thin layer

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5365340A (en) * 1992-12-10 1994-11-15 Hughes Aircraft Company Apparatus and method for measuring the thickness of thin films
US5619330A (en) * 1995-12-22 1997-04-08 Thomson Consumer Electronics, Inc. Method and apparatus for determining thickness of an OPC layer on a CRT faceplate panel

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5365340A (en) * 1992-12-10 1994-11-15 Hughes Aircraft Company Apparatus and method for measuring the thickness of thin films
US5619330A (en) * 1995-12-22 1997-04-08 Thomson Consumer Electronics, Inc. Method and apparatus for determining thickness of an OPC layer on a CRT faceplate panel

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIRNIE D P: "Optical video interpretation of interference colors from thin transparent films on silicon", MATERIALS LETTERS, NORTH HOLLAND PUBLISHING COMPANY. AMSTERDAM, NL, vol. 58, no. 22-23, 1 September 2004 (2004-09-01), pages 2795 - 2800, XP004524862, ISSN: 0167-577X, DOI: 10.1016/J.MATLET.2004.04.018 *
NILS BORNEMANN ET AL: "A flatbed scanner for large-area thickness determination of ultra-thin layers in printed electronics", OPTICS EXPRESS, vol. 21, no. 19, 23 September 2013 (2013-09-23), pages 21897, XP055141947, ISSN: 1094-4087, DOI: 10.1364/OE.21.021897 *

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