AT398638B - Arrangement for measuring optical parameters of a layer - Google Patents
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Abstract
Description
AT 398 638 BAT 398 638 B
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung optischer Parameter, z.B. der Phasendicke, von einer auf einem Träger ausgebildeten bzw. sich ausbildenden, insbesondere aufgedampften, aufgesputter-ten, ionenplattierten od.dgl. Schicht bzw. von Schichten, wobei die vorzugsweise (licht)-strahlungsdurchlässige(n) Schicht(en) mit vorzugsweise monochromatischer (Licht) Strahlung beleuchtet bzw. angestrahlt wird (werden) und die reflektierte Strahlung jeweils mit einem Detektor empfangen und insbesondere bezüglich Interferenzerscheinungen bzw. Intensität in einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, wobei zur Beleuchtung der Schicht(en) Licht von zumindest einer Lichtquelle, vorzugsweise einer Hochlei-stungsluminiszenzdiode, einer Laserdiode od.dgl., mit einer Lichtleitung, vorzugsweise einem Lichtwelienlei-ter, herangeieitet ist und zum Empfang der reflektierten Strahlung zumindest eine zum Detektor führende Lichtleitung, vorzugsweise ein Lichtwellenleiter, vorgesehen ist, wobei die Lichtleitungen vorzugsweise knapp bzw. nahe vor der zu untersuchenden Schicht(en) enden.The invention relates to an arrangement for measuring optical parameters, e.g. the phase thickness of a carrier formed or developing, in particular vapor-deposited, sputtered-on, ion-plated or the like. Layer or of layers, the (light) radiation - permeable layer (s) being (or being) illuminated with preferably monochromatic (light) radiation and the reflected radiation being received with a detector and in particular with respect to interference phenomena or Intensity is evaluated in an evaluation unit, for illuminating the layer (s) light from at least one light source, preferably a high-power luminescent diode, a laser diode or the like, with a light guide, preferably a light guide, being brought in and received the reflected radiation is provided with at least one light line leading to the detector, preferably an optical waveguide, the light lines preferably ending just before or near the layer (s) to be examined.
Optische Geräte zur Messung von Schichtdicken in Vakuumaufdampfprozessen sind z.B. aus der DEOS 1 548 262 bekannt. Dabei wird der aus einer Meßlichtquelle austretende Meßlichtstrahl von einem der Empfänger des Empfängersystems aufgenommen und das Meßlicht vom Grundlicht durch Kompensation getrennt; die Meßlichtquelle und das Empfängersystem sind unmittelbar im Vakuumraum angeordnet und die Messung erfolgt bei stehendem oder rotierendem Objektträger. Dieses Gerät kommt vom Aufbau her der eingangs genannten Anordnung nicht nahe.Optical devices for measuring layer thicknesses in vacuum evaporation processes are e.g. known from DEOS 1 548 262. The measuring light beam emerging from a measuring light source is received by one of the receivers of the receiver system and the measuring light is separated from the basic light by compensation; the measuring light source and the receiver system are arranged directly in the vacuum space and the measurement is carried out with the slide stationary or rotating. The construction of this device does not come close to the arrangement mentioned at the beginning.
Ein z.B. aus der DD-PS 48 066 bekannter Monitor für optische Parameter von Schichten ist in Fig.1 beispielsweise näher dargestellt. Als Lichtquelle 3 dient eine Halogenlampe, deren Licht über einen Chopper 4 und ein Filter 5 durch eiri Fenster 1' in das Innere eines Rezipienten 1 eingestrahlt wird und dort auf einen Probenträger bzw. ein Probeplättchen 6 trifft, auf dem die zu untersuchende Schicht ausgebiidet wird. Die Schichtausbildung erfolgt durch Verdampfen von Material mit einem Aufdampfschiffchen 2. Der von der Schicht bzw. vom Träger 6 reflektierte Lichtstrahl tritt durch ein Fenster 1' im Rezipienten 1 aus und gelangt über ein Filter 47 in einen Detektor 38, in dem die reflektierte Strahlung untersucht bzw. ausgewertet wird. Die die Schicht bzw. den Träger 6 durchsetzende Strahlung tritt durch ein weiteres Fenster 1' aus dem Rezipienten 1 aus und gelangt über ein weiteres Filter 47 in einen Detektor 9 zur Untersuchung bzw. Auswertung. Die Filter 47 dienen zur Auswahl der gewünschten Wellenlänge. Der Chopper dient zur Ausschaltung von Störsignalen, wie z.B. Fremdlicht, das durch die Fenster 1' in den Rezipienten 1 fällt bzw. zur Ausschaltung des Glühens des Aufdampfschiffchens 2. Die Detektoren sind z.B. Photomultiplier oder Photodioden.A e.g. A monitor for optical parameters of layers known from DD-PS 48 066 is shown in more detail in FIG. 1, for example. A halogen lamp serves as the light source 3, the light of which is irradiated via a chopper 4 and a filter 5 through a window 1 'into the interior of a recipient 1 and meets a sample carrier or sample plate 6 there, on which the layer to be examined is formed . The layer is formed by evaporating material with an evaporation boat 2. The light beam reflected from the layer or from the support 6 exits through a window 1 'in the recipient 1 and passes through a filter 47 into a detector 38, in which the reflected radiation is examined or evaluated. The radiation passing through the layer or the carrier 6 emerges from the recipient 1 through a further window 1 'and passes via a further filter 47 into a detector 9 for examination or evaluation. The filters 47 are used to select the desired wavelength. The chopper is used to switch off interference signals, e.g. Extraneous light that falls through the windows 1 'into the recipient 1 or to switch off the glow of the evaporation boat 2. The detectors are e.g. Photomultiplier or photodiodes.
Schwierigkeiten bei derartigen Anlagen bereitet die Erstellung der optischen Geometrie bzw. die Einspeisung des Lichtes in den Rezepienten bzw. der Empfang des reflektierten bzw. durchgehenden Lichtes. Ferner bereitet das Umjustieren des Probenträgers 6 beträchtliche Schwierigkeiten, da damit der gesamte Strahlengang neu justiert werden muß. Aufgrund der Anordnung der Fenster 1' ist überdies nur eine einzige Position des Proben- bzw. Schichtträgers 6 in der Beschichtungsanlage möglich. Das Aufwachsen des aufzudampfenden Materials kann somit nicht im gesamten Rezipienten 1 untersucht werden. Abgesehen davon ist ein ungehinderter Strahlengang im Rezipienten durch eine Vielzahl anderer notwendiger Einbauten, z.B. von Temperatur- und Druckmeßeinrichtungen, Abschattungsblechen für die aufzudampfenden Materialien usw., oft nur mit Schwierigkeiten zu erreichen.Difficulties with such systems are the creation of the optical geometry or the feeding of the light into the receivers or the reception of the reflected or continuous light. Furthermore, the readjustment of the sample carrier 6 presents considerable difficulties since the entire beam path has to be readjusted. Due to the arrangement of the windows 1 ', only a single position of the sample or layer support 6 in the coating system is possible. The growth of the material to be vapor-deposited cannot therefore be examined in the entire recipient 1. Apart from this, an unobstructed beam path in the recipient is due to a large number of other necessary installations, e.g. of temperature and pressure measuring devices, shading plates for the materials to be evaporated, etc., often difficult to achieve.
Schließlich ist aus der DE-OS 1 623 319 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke von lichtdurchlässigen Schichten mit einer Interferenz-Methode bekannt, bei der die Lichtstrahlen einen vorgegebenen Weg einnehmen, wobei für das bei der Messung verwendete Licht der Weg wenigstens teilweise durch einen Leiter mit lichtleitenden Eigenschaften vorgegeben ist. Dabei kann dieser Leiter optisch voneinander getrennte Lichtwege für das von der Lichtquelle ausgesandte und das von der Meßprobe reflektierte Licht bestimmen. Über eine zweckmäßige Halterung der Proben werden jedoch im Stand der Technik keine Angaben gemacht.Finally, from DE-OS 1 623 319 a device for determining the thickness of translucent layers with an interference method is known, in which the light beams take a predetermined path, the path used for the measurement at least partially through a conductor is specified with light-guiding properties. This conductor can determine optically separate light paths for the light emitted by the light source and the light reflected by the test sample. However, no information is given in the prior art about an appropriate holding of the samples.
Ziel der Erfindung ist es, eine einfach und exakt zu bedienende Anordnung der eingangs genannten Art zu erstellen, mit der rasch eine Vielzahl von Parametern möglichst ohne Umrüstarbeiten gemessen werden können. Dieses Ziel wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Lichtleitungen von einer vorzugsweise auch den Träger der Schicht(en) abstützenden Halteeinrichtung gehalten sind, die Köpfe trägt, in die jweils ein Ende einer Lichtleitung eingesetzt ist und daß die Köpfe auf der Halteeinrichtung in einer Ebene senkrecht zum Träger bzw. zur Schicht verschwenk-bar sind oder daß die Lichtleitungen bezüglich des Trägers ortsinvariant gehalten bzw. befestigt, z.B. am Träger und/oder der Halteeinrichtung festgeklebt sind. Durch Verwendung der biegsamen Lichtwellenieiter kann eine Überprüfung und Messung der Beschichtungsrate an beliebigen Stellen des Rezipienten erfolgen, wobei ein ungehinderter Strahlengang ohne nennenswerten Intensitätsverlust gewährleistet ist. Insbesondere kann derart vorgegangen werden, daß die Halteeinrichtung neben einem zu beschichtenden Gegenstand 2The aim of the invention is to create a simple and precise to operate arrangement of the type mentioned, with which a large number of parameters can be measured as quickly as possible without retrofitting. This object is achieved according to the invention in an arrangement of the type mentioned at the outset in that the light lines are held by a holding device, which preferably also supports the support of the layer (s), which carries heads, in each of which one end of a light line is inserted, and in that the heads are pivotable on the holding device in a plane perpendicular to the support or to the layer or that the light lines are held or fixed in place-invariant with respect to the support, for example are glued to the carrier and / or the holding device. By using the flexible light waveguide, the coating rate can be checked and measured at any point in the recipient, an unobstructed beam path being ensured without any appreciable loss of intensity. In particular, the procedure can be such that the holding device next to an object 2 to be coated
AT 398 638 B angeordnet wird und so durch Vergleichsmessung die auf dem Gegenstand ausgebildete Schicht während ihres Aufbringens überwacht werden kann. Während des Aufdampfungsvorganges auf den zu beschichtenden Gegenstand kann die erfindungsgemäße Anordnung in ihrer Lage im Rezipienten verstellt werden, ohne daß Justierarbeiten erforderlich werden. Darüber hinaus erfolgt die Strahlungsführung zu der zu untersuchenden Schicht ohne Beeinträchtigung durch die aufzudampfenden Materialien, Einbauten im Rezipienten oder Störlicht verursachende Fenster. Die erfindungsgemäße Anordnung kann überdies auch außerhalb eines Rezipienten, z.B. in oder außerhalb eines Labors, zu Untersuchungszwecken eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet exakten Halt für alle Bauteile und gewährleistet eine genaue Einstrahlung und Aufnahme der reflektierten Strahlung sowohl bei variablen Einstrahlungs- bzw. Reflexionswinkeln, als auch bei einer Anordnung mit festgelegtem Winkel.AT 398 638 B is arranged and so by comparison measurement the layer formed on the object can be monitored during its application. During the vapor deposition process on the object to be coated, the arrangement according to the invention can be adjusted in its position in the recipient without the need for adjustment work. In addition, the radiation is guided to the layer to be examined without being adversely affected by the materials to be vapor-deposited, built-in components in the recipient or windows causing interference light. The arrangement according to the invention can also be used outside of a recipient, e.g. be used in or outside of a laboratory for research purposes. The arrangement according to the invention provides an exact hold for all components and ensures precise irradiation and absorption of the reflected radiation both at variable irradiation or reflection angles, as well as in an arrangement with a fixed angle.
Die Köpfe, in die jeweils ein Ende eines Lichtwellenleiters eingesetzt sind, erlauben die beliebige Verstellung der Halteeinrichtung in einem Rezipienten oder relativ zur Auswerteeinrichtung. Zur Einhaltung der Spiegelgeometrie kann vorgesehen sein, daß der Kopf mit der die Schichten) beleuchtenden Lichtleitung und der Kopf mit der für die Aufnahme der reflektierten Strahlung vorgesehenen Lichtleitung gemeinsam von einem Stelltrieb, z.B. einem symmetrischen Gewindetrieb, gleichmäßig bezüglich ihrer Winkellage zur Ebene der Schicht, jedoch in entgegengesetzter Richtung, verstellbar sind bzw. daß der Kopf mit der die Schichten) beleuchtenden Lichtleitung und der Kopf mit der für die Aufnahme der durchgehenden Strahlung vorgesehenen Lichtleitung bezüglich einer Schwenkbewegung starr verbunden sind. Durch diese Ausbildung wird es möglich, den Einfallswinkel (und damit auch den Reflexionswinkel) der Strahlung bezüglich der zu untersuchenden Schicht zu verändern und somit verschiedene Versuchsbedingungen einzustellen. Da der durchgehende Strahl die Schicht bzw. den Schichtträger ungebrochen durchsetzt, können die Köpfe für die Lichtwelienleiter für die beleuchtende und für die durchgehende Strahlung starr verbunden werden, wodurch sich der Aufbau der Anordnung vereinfacht. Insbesondere bei dickeren Schichten bzw. Schichtträgern kann es zweckmäßig sein, daß zum Ausgleich der Strahlversetzung der durchgehenden (Licht)Strahlung ein Antrieb zur seitlichen Versetzung des Kopfes in seiner Schwenkebene vorgesehen ist.The heads, in each of which one end of an optical waveguide is inserted, allow any adjustment of the holding device in a recipient or relative to the evaluation device. To maintain the mirror geometry it can be provided that the head with the light guide illuminating the layers) and the head with the light guide provided for receiving the reflected radiation are jointly operated by an actuator, e.g. a symmetrical screw drive, even with respect to their angular position to the plane of the layer, but in the opposite direction, are adjustable or that the head with the light guide illuminating the layers) and the head with the light guide provided for receiving the continuous radiation are rigidly connected with respect to a pivoting movement are. This configuration makes it possible to change the angle of incidence (and thus also the angle of reflection) of the radiation with respect to the layer to be examined and thus to set different test conditions. Since the continuous beam penetrates the layer or the layer support uninterruptedly, the heads for the optical waveguides for the illuminating and for the continuous radiation can be rigidly connected, which simplifies the structure of the arrangement. In the case of thicker layers or layer supports in particular, it may be expedient to provide a drive for lateral displacement of the head in its swivel plane in order to compensate for the beam displacement of the continuous (light) radiation.
Wenn Lichtwellenleiter aus Kunststoff eingesetzt werden, so ist es insbesondere bei unter Hochvakuum arbeitenden Anlagen nicht einfach, diese Lichtwellenleiter direkt aus dem Rezipienten herauszuführen, weshalb erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß insbesondere bei Ausbildung der Schichten in einer Vakuumbeschichtungsanlage innerhalb eines Rezipienten an der Innenwandfläche des Rezipienten Kopplungsteile für die Lichtwellenleiter vorgesehen sind, die vor einer vakuumdicht in der Wand des Rezipienten eingesetzten (licht)strahlungsdurchlässigen Platte, z.B. Glasplatte, angeordnet sind, und daß diesen Kopplungsteilen gegenüber an der anderen Seite dieser Platte außerhalb des Rezipienten weitere Kopplungsteile zur Weiterführung der Lichtwellenleiter zur Lichtquelle bzw. zu dem(n) Detektor(en) vorgesehen sind. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Kopplungsteile an einem in die Wand des Rezipienten eingesetzten Flanschteil ausgebildet sind. Es ist auch möglich, daß die Detektoren und die Lichtquelle direkt an der Innenseite oder der Außenseite des Flansches bzw. der Platte angeordnet sind und mit den Lichtwellenleitern entweder direkt oder über die (licht)strahlungsdurchlässige Platte in Verbindung stehen.If plastic optical fibers are used, it is not easy, especially in systems operating under high vacuum, to lead these optical fibers directly out of the recipient, which is why the invention provides that coupling parts, in particular when the layers are formed in a vacuum coating system, within a recipient on the inner wall surface of the recipient are provided for the optical waveguides, which are used in front of a (light) radiation-permeable plate, eg Glass plate, are arranged, and that these coupling parts are provided on the other side of this plate outside the recipient further coupling parts for continuing the optical waveguide to the light source or to the detector (s). It may be expedient if the coupling parts are formed on a flange part inserted into the wall of the recipient. It is also possible that the detectors and the light source are arranged directly on the inside or the outside of the flange or the plate and are connected to the optical waveguides either directly or via the (light) radiation-transmissive plate.
Um allen Erfordernissen gerecht zu werden, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß Verstell-und/oder Dreh- und/oder Kippeinrichtungen für die Halteeinrichtung und/oder den (Schicht) Träger und/oder die Köpfe vorgesehen sind, die von außerhalb des Rezipienten betätigbar sind.In order to meet all requirements, it can be provided according to the invention that adjusting and / or rotating and / or tilting devices are provided for the holding device and / or the (layer) support and / or the heads, which can be actuated from outside the recipient .
Optimale Untersuchungsbedingungen bzw. Meßergebnisse erhält man, wenn die Lichtleitungen, vorzugsweise Lichtwellenleiter, im Abstand von einigen Millimetern, vorzugsweise 0,5 bis 10 mm, insbesondere 0,5 bis 6 mm, vorteilhafterweise 0,5 bis 3 mm, vor der Schicht enden.Optimal examination conditions or measurement results are obtained if the light lines, preferably optical waveguides, end at a distance of a few millimeters, preferably 0.5 to 10 mm, in particular 0.5 to 6 mm, advantageously 0.5 to 3 mm, before the layer.
Weiters ist es zweckmäßig, zeitlich konstante und variable Schadlichtanteile (z.B. von glühenden Verdampfungsschiffchen, Heizfäden, Lichtemissionen aus einem Plasma) zu eliminieren. Solches Schadiicht ist meist aufgrund der Netzfrequenz der eingesetzten Wechselspannung ebenfalls periodisch variabel. Erfindungsgemäß wird dazu vorgesehen, daß die Lichtquelle als gepulste (Licht)Strahlenquelle (Pulsdauer z.B. 60 us), z.B. als gepulste Halbleiterlichtquelle, als gepulste Gasentladungslichtquelle od.dgl. ausgebildet ist, wobei vorteilhafterweise die Pulsfolgeperiode ganzzahlige Vielfache der Netzperiode (zumindest aber das Doppelte der Netzperiode T) beträgt. Ferner wird vorgesehen, daß die Messungen der reflektierten und/oder durchgehenden Strahlung mit den Detektoren zu den entsprechenden Zeiten, zu denen beleuchtet wird, erfolgt. Dazu wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur Detektion der reflektierten und/oder durchgehenden (Licht) Strahlung abgestellt auf den Zeitpunkt ihres Eintreffens öffenbare Zeitfensterschaltungen (z.B. für Öffnungszeiten von 12 us) im jeweiligen Detektor vorgesehen sind, wobei die Detektionszeitpunkte allfälligen Schadlichtes im jeweiligen Detektor jeweils um eine ganze Netzperiode oder Vielfache davon gegenüber dem Zeitpunkt der Beleuchtung versetzt sind. Es stehen somit zwei Meßwerte zur Verfügung, wobei ein Meßwert sich auf die Summe von Nutzsignalen und Schadlicht bezieht und der andere Meßwert 3Furthermore, it is advisable to eliminate temporally constant and variable harmful light components (e.g. from glowing evaporation boats, filaments, light emissions from a plasma). Such damage is usually also periodically variable due to the network frequency of the AC voltage used. According to the invention it is provided that the light source as a pulsed (light) radiation source (pulse duration e.g. 60 us), e.g. as a pulsed semiconductor light source, or the like as a pulsed gas discharge light source. is formed, the pulse repetition period advantageously being integer multiples of the network period (or at least twice the network period T). It is further provided that the measurements of the reflected and / or continuous radiation with the detectors take place at the corresponding times at which the illumination takes place. For this purpose, it is provided according to the invention that for the detection of the reflected and / or continuous (light) radiation, based on the time of their arrival, openable time window circuits (for example for opening times of 12 microseconds) are provided in the respective detector, the detection times of any harmful light in the respective detector an entire network period or multiples of it are offset from the time of lighting. Two measured values are thus available, one measured value relating to the sum of useful signals and harmful light and the other measured value 3
AT 398 638 B sich lediglich auf das Schadiicht bezieht; durch entsprechende Signalverarbeitung, z.B. Subtraktion der Meßwerte, erhält man das Nutzsignal. Dabei kann vorgesehen sein, daß jeder Detektor zwei Speicher aufweist, wobei in einem der Speicher ein einlangendes Meßsignal (Nutzlicht + Schadlicht) gespeichert wird und der andere Speicher zur Speicherung eines genau eine oder mehrere Netzperiode(n) später 5 eintreffenden Meßsignals, das dem Schadlicht allein entspricht, vorgesehen ist, daß die Ausgänge der beiden Speicher an einen Differenzbildner geführt sind, und daß das dem Nutzsignal entsprechende Ausgangssignal des Differenzbildners, gegebenenfalls über Verstärker, der Auswerteeinheit zugeführt ist.AT 398 638 B refers only to the harmful; by appropriate signal processing, e.g. Subtraction of the measured values gives the useful signal. It can be provided that each detector has two memories, an incoming measurement signal (useful light + harmful light) being stored in one of the memories and the other memory for storing an exactly one or more network period (s) 5 arriving measurement signal that the harmful light alone corresponds, it is provided that the outputs of the two memories are routed to a difference former and that the output signal of the difference former corresponding to the useful signal is fed to the evaluation unit, possibly via an amplifier.
Um die Parameter der zu untersuchenden Schicht, z.B. Brechungsindex, Schichtdicke, Dispersion, Wellenlängencharakteristik usw., für verschiedene Wellenlängen mit geringem Aufwand feststellen zu io können, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß insbesondere zur Messung von spektralen Reflexionsfaktoren, Transmissionsfaktoren od.dgl. zur Beleuchtung der Schicht(en) eine bzw. eine Anzahl (zumindest zwei) von verschiedene Wellenlängen abgebende(n) Lichtquelle(n) vorgesehen ist (sind), deren Pulsfolge vorzugsweise in zeitlich konstantem Abstand, jedoch innerhalb der halben oder ganzen Netzperiode aufeinanderfolgen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Strahlung der einzelnen Lichtquellen über eigene 15 Lichtwellenleiter getrennt oder in einen einzigen Lichtwellenleiter eingekoppelt der Schicht zugeführt ist.In order to determine the parameters of the layer to be examined, e.g. Refractive index, layer thickness, dispersion, wavelength characteristics, etc., to determine io for different wavelengths with little effort, can be provided according to the invention that, in particular for measuring spectral reflection factors, transmission factors or the like. one or a number (at least two) of different wavelengths emitting light source (s) are provided for illuminating the layer (s), the pulse sequence of which preferably follow one another at a constant time interval, but within half or the entire network period. It is expedient if the radiation from the individual light sources is supplied to the layer separately via its own 15 optical waveguides or coupled into a single optical waveguide.
Zur Veränderung der Wellenlänge der beleuchtenden Strahlung kann ferner vorgesehen sein, daß beim Einsatz von Laserdioden zur Veränderung der Wellenlänge des abgegebenen Lichtes eine Schalteinrichtung zur Veränderung der Temperatur der Dioden vorgesehen ist. Damit kann eine gewisse Durchstimmung des Wellenlängenspektrums der eingesetzten beleuchtenden Strahlung erzielt werden. 20 Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß zur Beleuchtung der Schichten) eine mit der doppelten Netzperiode gepulste Weißlichtquelle (Gasentladungsröhre) vorgesehen ist, wobei zwischen der Lichtquelle und dem Detektor ein auf bestimmte, vorzugsweise aufeinanderfolgende, Wellenlängenbereiche (Farbkanäle) periodisch netzsynchron durchstimmbare Filter vorgesehen ist, wobei sich das Nutzsignal aus der phasenrichtigen Zuordnung von Detektorsignal i'd Wellenlänge aus der 25 ersten und zweiten Halbperiode der Messung ergibt.To change the wavelength of the illuminating radiation, it can further be provided that when using laser diodes to change the wavelength of the emitted light, a switching device is provided to change the temperature of the diodes. A certain tuning of the wavelength spectrum of the illuminating radiation used can thus be achieved. In one embodiment of the invention it can further be provided that a white light source (gas discharge tube) pulsed with twice the mains period is provided for illuminating the layers), with a periodically synchronized network between the light source and the detector based on certain, preferably successive, wavelength ranges (color channels) tunable filter is provided, the useful signal resulting from the in-phase assignment of the detector signal i'd wavelength from the first and second half-periods of the measurement.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine aufwendige Justierarbeit, die bei jedem Wechsel des Trägers neu vor sich genommen werden müßte, entfallen. Da die Enden der Lichtleiter nur einige Millimeter von der Schicht entfernt sind, ist für die Messung einer Schichtfläche von wenigen mm2 ausreichend, sodaß auf einem einzigen Träger die Schicht(en) zu (an) verschiedenen Zeiten und Stellen untersucht werden 30 kann (können). Durch den Einsatz von mehrfärbigen Leuchtdioden können ohne zusätzliche Farbfilter die Reflexionsfaktoren bzw. andere Parameter bei den entsprechenden Wellenlängen ohne Umjustierung gemessen werden. Ein Einbau der erfindungsgemäßen Anordnung in eine Vakuumverdampfungsanlage ist einfach. Es muß lediglich ein Flansch, der die Kopplungselemente für die Lichtleiter trägt, vorgesehen werden. Wenn die Halteeinrichtung nicht von außerhalb des Rezipienten verstellt werden muß, kann diese 35 am gewünschten Ort im Rezipient befestigt werden. Durch die erfindungsgemäße Auswertung der Meßsignale wird auch der störende Einfluß eines Fremdiichteinfalls von außen, herrührend von netzspanungsge-speisten Lichtquellen, eliminiert.In the arrangement according to the invention, complex adjustment work, which would have to be carried out anew each time the carrier is changed, can be dispensed with. Since the ends of the light guides are only a few millimeters away from the layer, it is sufficient to measure a layer area of a few mm 2, so that the layer (s) can be examined at different times and locations on a single carrier. . By using multi-colored light-emitting diodes, the reflection factors or other parameters can be measured at the corresponding wavelengths without readjustment without additional color filters. Installation of the arrangement according to the invention in a vacuum evaporation plant is simple. It is only necessary to provide a flange which carries the coupling elements for the light guides. If the holding device does not have to be adjusted from outside the recipient, it can be attached to the desired location in the recipient. The evaluation of the measurement signals according to the invention also eliminates the disruptive influence of external light from the outside, originating from light sources fed by mains voltage.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig.1 eine bereits erläuterte bekannte Anordnung, Fig.2 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung, Fig.3 40 eine Halteeinrichtung, Fig.4 einen Kopf für einen Lichtwellenleiter, Fig.5 eine Wanddurchführung für Lichtwellenleiter, Fig.6 und Fig.7 verschiedene Schaltschemata, Fig.7a,b und c ein Pulsfolge- und Meßzeitendiagramm, Fig.8 eine weitere schematische Schaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung und Fig.9 und 10 verschiedene Ausführungsformen von Lichtleitungsanordnungen.The invention is explained in more detail below, for example, with reference to the drawing. 1 shows a known arrangement already explained, FIG. 2 schematically shows an arrangement according to the invention, FIG. 3 40 a holding device, FIG. 4 a head for an optical waveguide, FIG. 5 a wall bushing for optical waveguide, FIG. 6 and FIG. 7 7a, b and c a pulse sequence and measurement time diagram, Fig. 8 a further schematic circuit of an arrangement according to the invention and Fig. 9 and 10 different embodiments of light guide arrangements.
Fig.2 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Vakuumbedampfungsanlage mit einer erfindungsge-45 mäßen Meßanordnung zur Untersuchung von aufwachsenden (z.B. aufgedampften bzw. aufgesputterten) Schichten. Innerhalb des Rezipienten 1, der ein Aufdampfschiffchen 2 enthält, ist eine Halteeinrichtung 7 für einen Träger 6 angeordnet, auf welchem Träger 6 die zu untersuchende Schicht 17 ausgebildet wird. An der Halteeinrichtung 7 (siehe auch Fig.3) werden mittels in Fig.4 näher dargestellten Köpfen 18,18',18" Lichtwellenleiter 8,8' und 8" gehalten, welche zur Beleuchtung und zur Aufnahme der reflektierten und zur so Aufnahme der durchtretenden Strahlung vorgesehen sind. Über Kopplungsteile 39 und 40, welche in einem in der Wand des Rezipienten 1 eingesetzten Flansch 41 angeordnet sind, werden die Lichtwellenleiter 8,8',8" zu entsprechenden Lichtquellen 3 bzw. Detektoren 38,9 geführt.Fig. 2 shows schematically a section through a vacuum vapor deposition system with a measuring arrangement according to the invention for examining growing (e.g. vapor-deposited or sputtered) layers. Arranged within the recipient 1, which contains a vapor deposition boat 2, is a holding device 7 for a carrier 6, on which carrier 6 the layer 17 to be examined is formed. On the holding device 7 (see also FIG. 3), heads 18, 18 ', 18 " Optical fibers 8,8 'and 8 " held, which are provided for illuminating and for receiving the reflected and thus for receiving the penetrating radiation. The optical waveguides 8, 8 ', 8 " are connected via coupling parts 39 and 40 which are arranged in a flange 41 inserted in the wall of the recipient 1. led to corresponding light sources 3 or detectors 38.9.
In Fig.3 ist eine erfindungsgemäße Halteeinrichtung näher dargestellt. Von der von einer Rückwand 7 und einer abgewinkelten Tragplatte 24 gebildeten Halteeinrichtung sind die drei Köpfe 18,18' und 18" für 55 die Lichtwellenleiter 8,8' und 8" getragen. Dabei ist vorgesehen, daß die Halteeinrichtung 7,24 mittels einer Verstelleinrichtung 20 in X-, Y- und Z-Richtung gemäß den Pfeilen 26 im Rezipienten 1 verstellbar geführt ist. Ferner sind die Köpfe 18 und 18' mittels einer Verstelleinrichtung 19 in Richtung des Pfeiles 46 derart verstellbar, daß sie im gleichen Ausmaß bezüglich ihrer Winkellage zur Schichtebene verstellbar sind, sodaß 4A holding device according to the invention is shown in more detail in FIG. From the holding device formed by a rear wall 7 and an angled support plate 24, the three heads 18, 18 'and 18 " for 55 the optical fibers 8,8 'and 8 " carried. It is provided that the holding device 7, 24 is guided in an adjustable manner in the X, Y and Z directions according to the arrows 26 in the recipient 1 by means of an adjusting device 20. Furthermore, the heads 18 and 18 'can be adjusted in the direction of arrow 46 by means of an adjusting device 19 such that their angular position with respect to the layer plane can be adjusted to the same extent, so that 4th
AT 398 638 B die Bedingung Einfallswinkel = Ausfallswinkel immer ausreichend erfüllt ist, um den reflektierten Strahl empfangen zu können. Ferner sind die Köpfe 18 und 18" starr verbunden und gemeinsam verschwenkbar bzw. rotierbar; damit ist sichergestellt, daß bei verändertem Einfallswinkel immer der durchtretende Strahl vom Kopf 18" detektiert werden kann. Ferner kann eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) für den Träger 6 vorgesehen sein, mit dem dieser auf der Tragplatte 24 in Richtung der Pfeile 48 in der Ebene verschiebbar beweglich ist. Schließlich ist ein Antrieb 21 für den Kopf 18" vorgesehen, mit dem der Kopf 18" in seiner Schwenkebene parallel zum Lichtstrahl verschoben werden kann, um die Parallelverschiebung der die Schicht 17 durchsetzenden Strahlung ausgleichen zu können.AT 398 638 B the condition angle of incidence = angle of reflection is always sufficiently fulfilled to be able to receive the reflected beam. Furthermore, the heads 18 and 18 " rigidly connected and jointly pivotable or rotatable; this ensures that the beam passing through the head 18 " can be detected. Furthermore, a drive device (not shown) can be provided for the carrier 6, with which the carrier 6 can be moved in the plane on the support plate 24 in the direction of the arrows 48. Finally, a drive 21 for the head 18 " provided with which the head 18 " can be shifted parallel to the light beam in its swivel plane in order to be able to compensate for the parallel shift of the radiation passing through the layer 17.
In der Tragplatte 24 befindet sich eine Öffnung 22, sodaß der Träger 6 im vorliegenden Fall von unten beschichtet werden kann. Mit 27 ist der Auftreffpunkt der beleuchtenden Strahlung auf der Schicht dargestellt, auf den die Köpfe 18' bzw. 18" justiert sind.There is an opening 22 in the support plate 24 so that the carrier 6 can be coated from below in the present case. With 27 the point of incidence of the illuminating radiation on the layer is shown, on which the heads 18 'and 18 " are adjusted.
Bei entsprechender Ausbildung der Köpfe bzw. durch entsprechende Lagerung kann vorgesehen sein, daß die Tragplatte 24 und/oder die Halteeinrichtung 7 schwenkbar bzw. kippbar (entsprechend den Pfeilen 25) angeordnet sind, um eine Aufdampfung auch unter schrägem Winkel auf dem Träger 6 zu ermöglichen.With an appropriate design of the heads or by appropriate storage, it can be provided that the support plate 24 and / or the holding device 7 are arranged pivotably or tiltably (in accordance with the arrows 25) in order to enable vapor deposition on the carrier 6 even at an oblique angle .
Fig.4 zeigt einen Kopf 18 zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters, der darin durch Kleben befestigt wird, um definierte Lageverhältnisse zu bieten.4 shows a head 18 for receiving an optical waveguide, which is fastened therein by gluing in order to offer defined positional relationships.
Fig.5 zeigt eine Durchführung für die zur Beleuchtung bzw. Detektierung vorgesehenen Lichtwellenleiter 8,8',8" durch die Wand des Rezipienten 1. In der Wand des Rezipienten 1 ist eine Bohrung 30 ausgebildet, die vakuumdicht mittels einer Glasplatte 29, z.B. durch Kleben, verschlossen ist. Zu beiden Seiten der Bohrung 30 sind Anschlußstücke 39 und 40 befestigt, welche einen Lichtleiter, z.B. 8, aufnehmen. Die Kopplungsbauteile 39,40 werden derart justiert, daß das Licht durch die Wand des Rezipienten 1 mit den geringsten Verlusten vakuumdicht übertragen werden kann.5 shows an implementation for the optical waveguides 8, 8 ', 8 " through the wall of the recipient 1. In the wall of the recipient 1 a bore 30 is formed which is vacuum-tight by means of a glass plate 29, e.g. is sealed by gluing. On both sides of the bore 30, connectors 39 and 40 are attached, which a light guide, e.g. 8, record. The coupling components 39, 40 are adjusted in such a way that the light can be transmitted through the wall of the recipient 1 with the least losses in a vacuum-tight manner.
Fig.6 zeigt ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Anordnung. Von einer Lichtquelle bzw. einem Sender 3 wird Licht (Strahlung) (z.B. sichtbares IR- oder UV-Licht) durch den Lichtwellenleiter 8 zum Träger 6 bzw. zur Schicht 17 geführt. Es ist ersichtlich, daß die zu untersuchende Schicht 17 durch den Träger 6 hindurch beleuchtet wird und daß der den durchtretenden Strahl aufnehmende Lichtleiter 8" in einem gewissen Abstand von der Schicht 17 angeordnet ist, um das Aufwachsen der Schicht 17 nicht zu behindern. Der den reflektierenden Strahl aufnehmende Lichtwellenleiter 8' ist zu einem Detektor 38 geführt und der den transmittierten Strahl aufnehmende Lichtwellenleiter 8" ist zu einem Detektor 9 geführt, wobei die Detektoren 38 und 9 eine gemeinsame Einheit bilden können. Es ist nunmehr ein Schaltungsaufbau vorgesehen, demzufolge die Lichtquelle 3 von einer Regeleinrichtung 10 zu bestimmten Zeitpunkten gepulst wird und Strahlung abgibt. Die Regeleinrichtung 10 steuert in der gleichen Weise den Detektor 38 bzw.9 über Abtastglieder 12, sodaß die Beleuchtung und Detektion bzw. Signalregistrierung zum selben Zeitpunkt erfolgen. Dazu ist auch eine Synchronisations- und Logikschaltung 11 (Steuerschaltung für die Detektion) vorgesehen, welche das Bindeglied zwischen der Regeleinrichtung 10 für die Lichtquelle 3 und den Abtastgliedern 12 für den Detektor 38 bzw.9 darstellt. Ferner ist vorgesehen, daß zu Zeitpunkten, zu denen keine Beleuchtung der Schicht 17 erfolgt, eine Messung des Störlichtes erfolgt, das z.B. durch das Rauschen des Lichtes, das vom Aufdampfschiffchen 2 emittiert wird, und durch einfallendes Fremdlicht verursacht ist. Durch entsprechende Signalauswertung kann aus den Meßwerten zu den Zeitpunkten, in denen die Schicht(en) beleuchtet wurde(n) (Schadlicht + Nutzlicht) und den Meßwerten betreffend nur das Schadlicht das Nutzsignal extrahiert werden. Dazu ist jedoch erforderlich, daß die Messung der Strahlung (Nutzlicht + Schadlicht) und die Messung des Schadlichtes allein phasengleich in aufeinanderfolgenden Netzperioden erfolgt.6 shows a circuit diagram of an arrangement according to the invention. Light (radiation) (e.g. visible IR or UV light) is guided from a light source or transmitter 3 through the optical waveguide 8 to the carrier 6 or to the layer 17. It can be seen that the layer 17 to be examined is illuminated through the carrier 6 and that the light guide 8 " is arranged at a certain distance from the layer 17 so as not to impede the growth of the layer 17. The optical waveguide 8 'receiving the reflecting beam is guided to a detector 38 and the optical waveguide 8 " is led to a detector 9, wherein the detectors 38 and 9 can form a common unit. A circuit structure is now provided, according to which the light source 3 is pulsed by a control device 10 at certain times and emits radiation. The control device 10 controls the detector 38 or 9 in the same way via scanning elements 12, so that the lighting and detection or signal registration take place at the same time. For this purpose, a synchronization and logic circuit 11 (control circuit for the detection) is also provided, which represents the link between the control device 10 for the light source 3 and the scanning elements 12 for the detector 38 and 9, respectively. It is further provided that at times when the layer 17 is not illuminated, the stray light is measured, e.g. caused by the noise of the light emitted by the vapor deposition boat 2 and by incident external light. By means of appropriate signal evaluation, the useful signal can be extracted from the measured values at the times in which the layer (s) were illuminated (harmful light + useful light) and the measured values relating only to the harmful light. For this, however, it is necessary that the measurement of the radiation (useful light + harmful light) and the measurement of the harmful light are carried out in phase alone in successive network periods.
In Fig.6 erkennt man ferner eine Spannungsversorgung 13 sowie Subtrahierglieder 32 für die Nutzsigna· le und Störlichtsignale für zwei verschiedene Wellenlängen (rot, grün) sowohl für die transmittierte als auch die reflektierte Strahlung; die vom Störlicht bereinigten Meßsignale werden einer Auswerteschaltung 15 und einer daran angeschlossenen Anzeigeeinheit 16 zugeführt.6 also shows a voltage supply 13 and subtracting elements 32 for the useful signals and stray light signals for two different wavelengths (red, green) both for the transmitted and the reflected radiation; The measurement signals cleaned of the stray light are fed to an evaluation circuit 15 and a display unit 16 connected to it.
In Fig.7a ist der Verlauf von z.B. vier gepulsten Beieuchtungssignalen gegebenenfalls unterschiedlicher Wellenlänge (Bel) und in Fig.7b der periodische Verlauf des am Detektor eintreffenden Signals (Nutzlicht N + Schadlicht Sch) dargestellt, wobei die Intensität J über der Zeit t aufgetragen ist. Fig.7c zeigt den Verlauf der Netzperiode T. Man erkennt, daß im vorliegenden Fall die Lichtquellen während einer Netzperiode vier Beleuchtungsimpulse (Bel) abgeben und daß daher am Detektor ein Signal entsprechend Fig.7b vorliegt. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, während einer Netzperiode auch nur einmal einen Beleuchtungsimpuls auszusenden.In Fig.7a the course of e.g. four pulsed illumination signals of possibly different wavelengths (Bel) and in FIG. 7b the periodic course of the signal arriving at the detector (useful light N + harmful light Sch) is shown, the intensity J being plotted over time t. 7c shows the course of the network period T. It can be seen that in the present case the light sources emit four illumination pulses (Bel) during a network period and that a signal corresponding to FIG. 7b is therefore present at the detector. However, it is easily possible to transmit an illumination pulse only once during a network period.
Das Detektorsignal J ist die Summe aus Nutzlicht N und Schadlicht Sch. Zur Bestimmung des Nutzlichtes ist vorgesehen, daß korrespondierend zu den Zeitpunkten der Beleuchtung, und zwar genau eine oder um ein Vielfaches der Netzperiode T später, jeweils eine Detektion des Schadlichtes Sch erfolgt. Durch entsprechende Auswertung dieser Meßwerte, betreffend das Nutzsignal mit Schadlichtanteil und 5The detector signal J is the sum of useful light N and harmful light Sch. In order to determine the useful light, it is provided that the harmful light Sch is detected in each case corresponding to the times of the lighting, exactly one or a multiple of the network period T later. By appropriate evaluation of these measured values, relating to the useful signal with harmful light component and 5
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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AT146889A AT398638B (en) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | Arrangement for measuring optical parameters of a layer |
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Publication Number | Publication Date |
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ATA146889A ATA146889A (en) | 1994-05-15 |
AT398638B true AT398638B (en) | 1995-01-25 |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE1548262B2 (en) * | 1966-10-13 | 1970-05-06 | Leybold-Heraeus GmbH & Co KG, 5OOO Köln-Bayenthal | Optical device for measuring layer thicknesses in vacuum evaporation processes |
DE1623319A1 (en) * | 1967-06-22 | 1971-03-18 | Telefunken Patent | Device for determining the thickness of air permeable layers |
-
1989
- 1989-06-15 AT AT146889A patent/AT398638B/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1548262B2 (en) * | 1966-10-13 | 1970-05-06 | Leybold-Heraeus GmbH & Co KG, 5OOO Köln-Bayenthal | Optical device for measuring layer thicknesses in vacuum evaporation processes |
DE1623319A1 (en) * | 1967-06-22 | 1971-03-18 | Telefunken Patent | Device for determining the thickness of air permeable layers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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ATA146889A (en) | 1994-05-15 |
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