Ziel der Entwicklung
Das Vorhaben zielte auf die Entwicklung eines neuartigen Sensors zur Bestimmung von Schichtdicke und Brechungsindex dünner Oberflächenbeschichtungen. Solche Beschichtungen sind heute in zahlreichen Anwendungen wie beispielsweise der Glasveredelung (Entspiegelung) oder Display-Fertigung nicht mehr wegzudenken.
Ziel war es, eine kompakte und kostengünstige Alternative zu etablierten spektroskopischen oder polarimetrischen Methoden (zum Beispiel Ellipsometer) zu entwickeln, die komplett ohne bewegliche Komponenten auskommt. Damit sollte ein Messkopf erreicht werden, der unkompliziert und robust in die Prozessüberwachung solcher Beschichtungsanlagen integriert werden kann. Bereits zu Beginn der Entwicklung waren interessierte Unternehmen beteiligt, die einen großen Bedarf für solche Sensoren für die Prozess- und Anlagenüberwachung in industriellen Fertigungsanlagen bekundet, und konkrete Marktbedürfnisse an einen solchen Sensor geäußert haben.
Vorteile und Lösungen
Die Sensoren zeigen eine hervorragende Signalstabilität mit einer Standardabweichung im Bereich zwischen 0,1 bis 0,2 Prozent (100 Einzelmessungen). Damit kann beispielsweise die Schichtdicke eines Oxides auf Silizium mit einer Genauigkeit von kleiner als 2,5 Prozent bestimmt werden. Neben den reduzierten Kosten ist eine hohe Messgeschwindigkeit eines der Hauptargumente für den Sensor.
Erreicht wurde dies durch eine innovative Montagetechnologie, bei der zwei Laserdioden verschiedener Wellenlänge mit Mikrooptiken, Strahlteilern und Polarisationsteilern zu einer äußerst kompakten Bauform vereinigt wurden. Diese kommt vollständig ohne bewegliche Teile oder komplexe Detektorzeilen aus, sodass Messfrequenzen über 100 kHz erreichbar sind. Dies stellt einen enormen Vorteil, insbesondere für Messungen an vorbeifahrenden Objekten dar – wie es in Fertigungsstrecken häufig der Fall ist.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Zielgruppe der entwickelten Sensorlösung sind Hersteller, Betreiber und Automatisierungsunternehmen von und für Beschichtungsanlagen sowie für Messgerätehersteller zur Qualitätskontrolle optischer und dünner mechanischer Funktionsschichten – beispielsweise bei der Glasbeschichtung oder Displayherstellung.
Bereits zu Beginn der Projektbearbeitung wurde ein interessiertes Transferunternehmen aus der Branche der Messtechnik und Prozessüberwachung gefunden. Dort wurden erste Demonstratoren des Sensors bereits erfolgreich erprobt. Angestrebt wird eine gemeinsame Weiterentwicklung des Sensors zu einem marktreifen Produkt. Das CiS Forschungsinstitut ist in der Lage, die darin eingesetzten Detektoren und Montageabläufe auch in Kleinserie bereit zu stellen, wodurch direkte wirtschaftliche Effekte am CiS erwartet werden. Diese werden bei den Transferunternehmen noch um ein Vielfaches übertroffen, da dort der Sensor-Messkopf nur einen kleinen Teil von komplexen Analyse- und Messgeräten darstellt.
