CH616502A5

CH616502A5 -

Info

Publication number: CH616502A5
Application number: CH721877A
Authority: CH
Inventors: Horst Dr Dipl Phys Schwiecker; Gernot Dipl Ing Thorn; Hans-Peter Ehrl
Original assignee: Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-13
Publication date: 1980-03-31
Also published as: SE8204900L; ATA434977A; NL186235C; SE456775B; SE7707141L; JPS5322456A; SU845804A3; FR2356191B1; AU520695B2; FR2356191A1; SE8204900D0; GB1567555A; NL186235B; IT1086231B; SE433003B; DE2627753A1; ZA773609B; NL7706712A; ES459933A1; DE2627753C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine entsprechende Messanordnung ist in der GB-PS Nr. 1 387 607, jedoch ohne Steuerung der Stärke der optischen Schichten dargelegt, während Merkmale der Steuerung aus der DE-PS 1 214 970 bzw. der DE-AS 1 276 976 entnommen sind.

Die Zuverlässigkeit einer derartigen Messanordnung und die Reproduzierbarkeit der mit ihrer Hilfe hergestellten dünnen Schichten hängt in hohem Masse von der optischen und elektrischen Stabilität aller Elemente dieser Anordnung ab. Die Stabilität ist insbesondere gefährdet und durch eine Vielzahl optischer Elemente, durch das Driften von Empfängern und Verstärkern und die nahezu unvermeidbaren Instabilitäten der Messlichtquelle.

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Es ist somit bekannt, die Messwerte einer gattungsgemäs-sen Messanordnung zu differenzieren, um definierte Nulldurchgänge des differenzierten Signals zu erhalten und den Beschichtungsvorgang beim Auftreten von Maxima oder Minima des nicht differenzierten Signals (Ursprungssignal) unterbrechen zu können (DT-PS 1214 970 und DT-AS 1276 976). Bei dieser beschriebenen Anordnung wurde jedoch auf die Stabilität der verwendeten Messsignale und Messanordnungen nicht besonders geachtet.

Es ist ferner eine Messanordnung aus der DT-AS Nr. 1079 920 vorbekannt, bei der die Achse des Messlichtempfängers unter einem rechten Winkel zur Achse des Messlichtstrahls so auf den Strahlenteiler ausgerichtet ist, dass das vom Messobjekt reflektierte Licht auf den Messlichtempfänger auftrifft. Diese vorbekannte Anordnung ist mithin ausschliesslich zur Messung des Reflexionsverhaltens optischer Dünnschichten geeignet. Es gelangt dabei ein zweiter Lichtstrahl, ein sogenannter Standardstrahl, auf dem Umweg über eine komplizierte optische Einrichtung mit einer Vielzahl von Umlenkspiegeln über einen kontinuierlichen Strahlabschwächer auf den gleichen Messlichtempfänger wie der eigentliche Messlicht- oder Kontrollstrahl. Die komplizierte Strahlführung des Standardstrahls bedingt aber nicht nur Umlenkspiegel, sondern auch optische Linsensysteme, um den Fokus-sierungszustand des Lichtstrahls zu erhalten. Die vorbekannte Anordnung dient dazu, zu Beginn des Aufbaus einer jeden Einzelschicht eines Mehrschichtensystems einen Nullabgleich vorzunehmen. Ein etwaiges Driften der Messlichtquelle (Helligkeitsschwankungen), der Verstärker und des Messlichtempfängers können auf diese Weise nicht kompensiert werden. Jede Veränderung von Helligkeit, Verstärkungsgrad und/oder Empfindlichkeit, die sich auch additiv auswirken können, verfälscht das Messergebnis und damit die Schichteigenschaften insbesondere bei Mehrfach- bzw. Interferenzsystemen. Da wegen der Instabilität der vorbekannten Anordnung jede Schicht einzeln durch Bedampfen einer neuen Stelle eines Testglases gemessen werden muss, besteht die erhebliche Gefahr, dass sich etwaige Messfehler bei allen Schichten mit gleicher Tendenz wiederholen, so dass das Endergebnis des Schichtsystems nicht dem errechneten Wert entspricht und nicht reproduzierbar ist. Mit der bekannten Vorrichtung ist der Effekt der optischen Autokompensation aus den genannten Gründen nicht durchführbar. Hierunter versteht man den Effekt, Abweichungen hinsichtlich der Eigenschaften einzelner Schichten durch die gezielte Beeinflussung nachfolgender Schichten mit entgegengesetztem Vorzeichen auszugleichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Schichtdickenmessung und -Steuerung der eingangs genannten Art anzugeben, das sich durch hohe Stabilität während langdauernder Beschichtungsvorgänge auszeichnet und damit eine gute Reproduzierbarkeit der erhaltenen Ergebnisse auch bei Mehrfachschichten ermöglicht.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Anordnung, erfin-dungsgemäss durch die Vereinigung der in der Kennzeichnung des Anspruchs 1 genannten Merkmale a bis d, auf die bei der Zeichnungsbeschreibung noch näher eingegangen wird,

Eine solche Anordnung zeichnet sich durch eine geringstmögliche Zahl optischer Elemente aus, die zudem noch sehr kompakt und unverrückbar zueinander angeordnet werden können. Durch den Referenzlichtempfänger und die angegebenen schaltungstechnischen Massnahmen werden Schwankungen, die durch Strahlenempfänger, Verstärker und Messlichtquelle bedingt sind, zu jeder Zeit während des Aufdampfvorganges kompensiert, so dass ein Nullabgleich bei Mehrfachschichten nach dem Aufbringen jeder einzelnen Schicht nicht erforderlich ist. Es ist auf diese Weise möglich,

das Mehrfachschichtsystem auf einem einzigen Testglas bzw. der gleichen Stelle eines Testglases aufzudampfen, so dass sich automatisch eine sogenannte optische Autokompensation ergibt, da die optische Gesamtwirkung aller bisher niederge-5 schlagenen Schichten gemessen werden kann. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass auf die angegebene Weise Einfach- und Mehrfachschichtensysteme niedergeschlagen werden können, deren Schichtdicke bis zum 20fachen der Wellenlänge des verwendeten Messlichts entspricht. Eine der-10 artige Auflösung von Maxima und Minima der gemessenen Interferenzkurven ist mit den bisher bekannten Verfahren und Anordnungen nicht möglich.

Durch die erfindungsgemässe Anordnung können Schichtsysteme reproduzierbar hergestellt werden, so dass es nicht 15 erforderlich ist, grössere Mengen von optischen Produkten zu erzeugen, deren Eigenschaften innerhalb gewisser Grenzen dem Zufall überlassen bleiben, so dass Endprodukte mit annähernd gleichen Eigenschaften aus der Vielzahl von Arbeitsergebnissen ausgewählt werden müssen. 20 Die erfindungsgemässe Anordnung lässt sich in einfacher Weise sowohl für Reflexions- als auch für Transmissionsmessungen verwenden. Dies geschieht ganz einfach durch einen unterschiedlichen Anbringungsort des Messlichtempfängers, während der Referenzlichtempfänger am gleichen Ort 25 verbleibt. Im Falle einer Reflexionsmessung wird der Erfindungsgegenstand in der Weise ausgestaltet, dass die Achse des Messlichtempfängers unter einem rechten Winkel zur Achse des Messlichtstrahls so auf den Strahlenteiler ausgerichtet ist, dass das vom Messobjekt reflektierte Licht auf den Mess-30 lichtempfänger auftrifft.

Im Falle einer Transmissionsmessung wird der Messlichtempfänger umgesetzt, und zwar so, dass seine Achse mit der Achse des Messlichtstrahls identisch ist, und dass er von der Messlichtquelle aus gesehen hinter dem Messobjekt ange-35 ordnet ist. Bei einer solchen Anordnung befinden sich Messlichtquelle und Messlichtempfänger im allgemeinen auf verschiedenen Seiten der Vakuumkammer.

Der Referenzlichtempfänger kann dem Messlichtstrahl auf verschiedene Weise zugeordnet sein. Denkbar wäre ein 40 weiterer Strahlenteiler, der im Messlichtstrahl angeordnet ist, bevor dieser zum Messobjekt gelangt, so dass ein Teil des Messlichts als Referenzlicht ausgeblendet wird. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, auch die Achse des Referenzlichtempfängers unter einem rechten Winkel zur Achse des Mess-45 lichtstrahls so auf den Strahlenteiler auszurichten, dass das unmittelbar von der Messlichtquelle kommende Licht auf den Referenzlichtempfänger auftrifft. In einem solchen Falle kann der gleiche Strahlenteiler sowohl für die Beaufschlagung des Messlichtempfängrs als auch für diejenige des 50 Referenzlichtempfängers herangezogen werden. Die Gesamtanordnung aller optisch wirksamen Elemente bildet auf diese Weise eine Art Kreuz von sehr exakter geometrischer Konfiguration.

Um die Gesamtanordnung für die Messung mit verschie-55 denen Wellenlängen des Messlichts einsetzbar zu machen,

wird der benötigte Monochromator durch ein Interferenzverlauffilter gebildet, welches mittels Schrittmotor verstellbar ist. Auf die angegebene Weise wird eine Ferneinstellung ermöglicht, die auf einer Schalttafel digital zur Anzeige ge-60 bracht werden kann. Auch die Einstellung der Wellenlänge des Messlichts erfolgt durch digitale Einstellmittel von der Schalttafel her, wobei durch eine entsprechende Anzeige die Übereinstimmung von Ist- und Sollwert jederzeit leicht kontrolliert werden kann.

65 Weiterhin ist es besonders zweckmässig, der Differenzier-und Unterbrechungseinrichtung für den Beschichtungsvorgang ein Codierglied für die Veränderung der Zeitkonstante des Differenziervorganges in Abhängigkeit von der Beschich-

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tungsdauer zuzuordnen. Mit Hilfe eines solchen Codiergliedes können beispielsweise mehrere verschiedene Zeitkonstanten für verschiedene Beschichtungsmaterialien eingestellt werden, die der Beschichtungsdauer entsprechen. Für die einzelnen Zeitkonstanten werden zweckmässig besondere Taster verwendet.

Schliesslich hat auch die Konstanz der Zerhackerfrequenz einen erheblichen Einfluss auf die Stabilität der Anordnung. Um einen grossen Gleichförmigkeitsgrad der Zerhackerfrequenz zu erhalten, wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Zerhackervorrichtung durch einen quarzgesteuerten Motor angetrieben wird.

Die erfindungsgemässe Anordnung schafft besonders günstige konstruktive Voraussetzungen für die Zusammenfassung der optischen Teile des Fotometers, d. h. von Messlichtquelle, Zerhackervorrichtung, Strahlenteiler, Messlichtempfänger und Referenzlichtempfänger in einem etwa kreuzförmigen Gehäuse, an dessen Kreuzungspunkt der Strahlenteiler angeordnet ist, wobei der der Messlichtquelle abgekehrte Schenkel mit Mitteln zum Einbau in eine Wand einer Vakuumkammer versehen ist. Der Ausdruck «kreuzförmiges Gehäuse» schliesst alle möglichen Gehäuseausbildungen ein. Es genügt im Prinzip, in einem relativ starren Gehäuse vier Kanäle anzuordnen, die für den Messlichtstrahl, dessen optisches System (Objektiv), für den Messlichtempfänger und für den Referenzlichtempfänger vorgesehen sind.

Ein derartiges Fotometer wird einfach von aussen an eine Vakuumkammer angesetzt, beispielsweise an die Basisplatte einer Glocken-Aufdampfanlage, wobei am Anbringungsort lediglich eine Gehäuseöffnung mit entsprechenden Befestigungsmitteln vorgesehen werden muss. Sämtliche Einzelteile eines solchen Fotometers sind von aussen leicht zugänglich. Wenn dabei zusätzlich die Verbindung zwischen Messlichtempfänger und Gehäuse leicht lösbar ausgebildet ist, lässt sich der Messlichtempfänger leicht auf ein entsprechendes Verbindungsglied an einer gegenüberliegenden Öffnung der Vakuumkammer anbringen, so dass die gesamte Fotometeranordnung sofort für die Durchführung von Transmissionsmessungen einsatzbereit ist.

Der Erfindungsgegenstand ist sowohl anwendbar bei Messungen unmittelbar am beschichteten Substrat als auch bei Messungen an Hilfsträgern wie beispielsweise Testgläsern in Verbindung mit einem Testglas Wechsler. Auch diese Wahlmöglichkeit steht im Gegensatz zum Stande der Technik, bei dem die betreffenden Messungen nur an Testgläsern möglich ist, weil bei Mehrfachschichten jede Schicht einzeln messtechnisch erfasst werden muss.

Je ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung und des Fotometers für diese Anordnung seien nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vakuumauf dampf anlage mit der erfindungsgemässen Fotometer- und Auswerteanordnung;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine zu einer Baueinheit zusammengefassten Fotometeranordnung gemäss Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 2 entlang der Linie III—III, und

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den Gegenstand gemäss Fig. 2 entlang der Linie IV—IV.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Vakuum-Aufdampfanlage bezeichnet, die als sogenannte Glockenanlage ausgeführt ist und aus einer Vakuumkammer 11 in Form einer Glocke besteht, die nach unten hin durch eine Wandung 12 abgeschlossen ist, die als Basisplatte für die Vakuumkammer 11 dient. In der Vakuumkammer sind ein Verdampfer 13, eine Unterbrechungseinrichtung 14 für den Dampfstrahl, ein Substrathalter 15 und ein Messobjekt 16 angeordnet, welches beispielsweise ein Testglas ist, welches aus dem Magazin eines

Testglaswechslers 17 stammt. Die Unterbrechungseinrichtung 14 besteht aus einer über den Verdampfer 13 schwenkbaren Blende 18 und einem Blendenantrieb 19. Die bisher beschriebene Anordnung ist Stand der Technik und daher nur sehr schematisch dargestellt.

In der Vakuumkammer 11 befinden sich in axialer Ausrichtung zueinander zwei lichtdurchlässige Fenster 20 und 21, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass sich das untere Fenster 21 in der Wandung 12 befindet. Unterhalb der Vakuumkammer 11 befindet sich in Richtung der durch beide Fenster gehenden Achse eine Messlichtquelle 22, der in Richtung des Messlichtstrahls 23 eine Zerhackervorrichtung 24 für den Messlichtstrahl nachgeschaltet ist, die häufig auch als «Chopper» bezeichnet wird. Die Zerhackervorrichtung besteht aus einer durch einen quarzgesteuerten Motor angetriebenen zylindrischen Trommel, die an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen Ausnehmungen für den Durchtritt des Lichtstrahls aufweist.

Zwischen Zerhackervorrichtung 24 und dem unteren Fenster 21 befindet sich in der Achse des Messlichtstrahls 23 ein Strahlenteiler 25, der aus einem teildurchlässigen Spiegel besteht und unter einem Winkel von 45 Grad zur Achse des Messlichtstrahls ausgerichtet ist. Durch den Strahlenteiler wird ein Teil des Messlichtstrahls unter einem Winkel von 90 Grad in Richtung des Pfeils 23a abgelenkt und trifft hier auf einen Referenzlichtempfänger 26, der seinerseits auf den Strahlenteiler 25 ausgerichtet ist.

Der den Strahlenteiler 25 durchdringende Teil des Messlichtstrahls 23 tritt durch das Fenster 21 hindurch und trifft auf das Messobjekt 16 auf, welches gleichfalls an der optischen Achse des Systems angeordnet ist. Am Messobjekt 16 wird der verbleibende Teil des Messlichtstrahls 23 wiederum — mindestens teilweise — reflektiert und in der optischen Achse 27 auf den Strahlenteiler 25 zurückgelenkt. Am Strahlenteiler 25 wird der von oben kommende Teil des Messlichtstrahls gleichfalls unter einem Winkel von 90 Grad abgelenkt, und zwar in Richtung des Pfeils 23b, die der Richtung des Pfeils 23a entgegengesetzt ist. Optische Achse und Strahlenwege bilden infolgedessen ein rechtwinkliges Kreuz.

Im Strahlenweg (Pfeil 23b) befindet sich ein Messlichtempfänger 28a, dem ein Monochromator 29 vorgeschaltet ist, durch welchen der Messlichtempfänger für eine ganz bestimmte Lichtwellenlänge sensibilisierbar ist.

Der Monochromator 29 besteht aus einem Interferenzverlauffilter, welches durch einen Schrittmotor 30 in eine definierte Lage zu dem Messlichtstrahl bringbar ist, welcher auf den Messlichtempfänger 28a auftrifft. Der Schrittmotor 30 ist gleichfalls nur symbolisch dargestellt. Er erhält seine Stellbefehle von einem digitalen Steuerblock 31, welcher durch einen digitalen Geber 32 beeinflussbar ist und eine Sollwertanzeige 33 und eine rückgemeldete Istwert-Anzeige 34 besitzt.

Der Messlichtempfänger 28a kann auch an die Stelle des Messlichtempfängers 28b gebracht werden, in der er den durch das Messobjekt 16 und das obere Fenster 20 durchgehenden Anteil des Messlichtstrahls 23 erfasst. Der Monochromator 29 wird hierbei auch dem Messlichtempfänger 28b zugeordnet.

Der Testglaswechsler 17 ist gleichfalls mit einem Steuerblock 35 verbunden, der mit einer Drucktaste 36, einem nicht dargestellten Zähler und einer Zähleranzeige 37 ausgestattet ist.

Das vom Messlichtempfänger 28a (Reflexionsmessung) oder 28b (Transmissionsmessung) kommende elektrische Signal wird über eine Leitung 38 einem Eingangsverstärker 39 zugeführt. Das vom Referenzlichtempfänger 26 erzeugte Signal wird über eine Leitung 40 einem Kompensationsverstärker 41 und parallel dazu über eine Leitung 42 einer Triggerstufe 43 zugeführt, die die für den nachfolgend näher erläu-

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terten phasenempfindlichen Fotometerverstärker benötigten 56 einen Impuls, der die Blende in den Dampfstrom des

Steuerimpulse liefert. Dem Kompensationsverstärker 41 wird Verdampfers 13 schwenkt und den Dampfstrom in Richtung

über eine Leitung.44 eine veränderbare Spannung zur Beein- auf den Substrathalter 15 und das Messobjekt 16 unterbricht,

flussung des Verstärkungsgrades zugeführt. Die vorstehend unter III. angegebene Betriebsweise er-

Die Ausgänge der Verstärker 39 und 41 sind einer Ver- s möglicht in vorteilhafter Weise eine Unterbrechung des Begleicherstufe 45 aufgeschaltet, in der entweder die Differenz schichtungsvorgangs, sobald die gewünschte Schichtdicke eroder der Quotient aus beiden Yerstärker-Ausgangssignalen reicht wird, ohne dass hierbei auf die Nulldurchgänge Rückgebildet werden kann. Das Ausgangssignal der Vergleicher- sieht genommen werden muss und komplizierte Umrechnun-stufe 45 ist einem phasenempfindlichen Fotometerverstärker gen im Hinblick auf Zwischenwerte vorgenommen werden 46 aufgeschaltet, der seine Steuersignale bezüglich der Pha- io müssen.

senlage;über. eine Leitung 47 von der Triggerstufe 43 erhält. (jeil pjg_ 2 bis 4 werden gleiche Bezugszeichen wie

Der Fotometerverstärker 46 erhält seinerseits Signale für eine bisher beibehalten

Veränderung des Verstärkungsgrades über einen weiteren In Fi 2 ist erkennbar, dass Messlichtquelle 22, Zerhak-

Eingang 48 m Fonfl emer analogen Spannung. kervorrichtung 24, Strahlenteiler 25, Messlichtempfänger 28a

Das Ausgangssignal des Fotometerverstärkers 46 ist ein is uncj Referenzlichtempfänger 26 in einem etwa kreuzförmi-kontinuierliches Signal und wird einerseits einem Differenzier- gen Gehäuse 60 untergebracht sind. Das Gehäuse selbst ist glied 49 zugeführt, dem über einen weiteren Eingang 50 ein aus mebreren Einzelteilen zusammengesetzt; wie aus einem Digitalsignal von einem Codierglied 51 zugeführt wird, Hauptkörper 60a und drei eingesetzten Rohrstutzen 60b, 60c durch welches die Zeitkonstante des Differenziergliedes 49 und 60d. Die optische Achse 27 (Fig. 1) fällt mit der Längsveränderbar ist. Dem Differenzierglied ist ein Nulldetektor 52 20 achse des Hauptkörpers 60a zusammen. Die Achsen der nachgeschaltet, der immer dann an seinem Ausgang ein Signal Rohrstutzen 60b und 60d schneiden die Achse des Haupt-abgibt, wenn das differenzierte Signal am Ausgang des Dif- körpers 60a im rechten Winkel. Koaxial zur optischen Achse ferenziergliedes 49 einen Nulldurchgang aufweist. Der Null- verläuft auch der Rohrstutzen 60c, in dem sich ein Objektiv detektor 47^enthalt einen integrierten Zähler, der die Zahl der gx befindet. Der Rohrstutzen 60c ist mit einem Aussenge-Nulldurchgänge festhält, mit einer vorgewählten Zahl ver- 25 winde versehen, durch welches er mit einem Anschlussstut-gleicht und bei Erreichen dër vorgewählten Zahl ein Signal zen 62 in der Wandung 12 der Vakuumkammer verschraubt an seinem Ausgang entstehen lässt. werden kann. Hierzu dient eine Überwurfmutter 63. Im

Parallel dazu ist ein Komparator 53 angeordnet, in dem Innern des Anschlussstutzens 62 befindet sich auch das untere der Ist-Intensitätswert des Fotometerverstärkers 46 mit einem Fenster 21, welches zur optischen Achse geneigt verläuft, um

über einen weiteren Eingang 54 vorgegebenen analogen Soll- 30 störende Reflexionen zu vermeiden. Bis zum Fenster 21 sind

Iritensitätswert verglichen wird. Sobald der Ist-Intensitätswert sämtliche Teile unter Zwischenschaltung nicht näher bezeich-

den Söll-Intensitätswert erreicht, wird ein kurzzeitiger Impuls neter Dichtungen vakuumdicht gegeneinander abgedichtet,

abgegeben und einer Logikschaltung 55 zugeführt^ die auch Der Rohrstutzen 60c bildet einen Schenkel des kreuz-

? Ausgangssignale des Nulldetektors 52 erhalt. Die Logik- förmi Gehäuses. Diesem Schenkel gegenüberliegend ist

Schaltung 55 kann wahlweise als UND- oder als ODER-Glied 35 an dem H .. 60à ^ 64 et die ein geschaltet werden und zwar in Verbindung mit der Aktivie- nicht dargestellteS Kühlgebläse mit Antriebsmotor für die rung oder Nicht-Aktivierung des NuUdetektors 52 und des Kühlung der Messlichtquelle 22 besitzt. Für die Luftzirkula-

Komparators 53. Diese Anordnung erfüllt folgende Auf- ^ sind Gehäusedurchbrüche 65 vorgesehen. Zwischen Mess-

ga ®ni, „ , . . . . „ , . , lichtquelle 22 und Zerhackervorrichtung 24 befindet sich eine

I. Soll die Abschaltung bei emem bestimmten Schicht- 40 ische Blmde 6g die ^ Hilfe von Justierschrauben 67 in dickenwert genau bei einem oder mehreren Nulldurchgangen radialer Richt gegenüber dem Hauptkörper 60a verschieb-

des Differenaerghedes 49 erfolgen so wird der Komparator bar ist Die Justiermöglichkeiten gehen aus Fig. 3 hervor.

53 inaktiviert. Die Abschaltung erfolgt dann genau beim vor- . ,

gewählten Zählerstand. Eine derartige Betriebsweise der An- . An dem in Fig. 2 nach links weisenden Rohrstutzen 60b

Ordnung wird von Hand eingeschaltet, wenn ganzzahlige Viel- 45 der Referenzhchtempfän ger 26 angeordnet. Der elektri-

fache von Schichtdicken von Lambda-Viertel erzeugt wer- ®c^e Anschluss wird über eine Steckverbindung 68 ermög-

den sollen. licht. An dem in Fig. 2 nach rechts weisenden Rohrstutzen

II. Soll die Abschaltung vor dem ersten Nulldurchgang ^ innerhalb einer schlitzförmigen Ausnehmung der Mo-am Differenzierglied 49 erfolgen, so wird der Nulldetektor 52 nochromator 29 untergebracht. Am äussersten Ende ist mitinaktiviert, und der Komparator 53 führt die Abschaltung 50 e'ner leicht lösbaren Schraubverbindung 69 eine Kapsel herbei, sobald Ist- und Sollwert übereinstimmen. Eine der- angebracht, in der der Messlichtempfänger 28a unterge-artige Betriebsweise wird dann eingestellt, wenn Schicht- bracht ist. Für den elektrischen Anschluss dient eine Steckdicken erzeugt werden sollen, die zwischen dem Wert 0 und Verbindung 71. Als Mess- und Referenzlichtempfänger dienen einer V4-Wellenlange des verwendeten Messlichts liegen. Bereich ^es ultravioletten Lichts vorzugsweise Fotodioden,

III. Soll jedoch die Abschaltung bei bestimmten Schicht- 55 tS**?f\Berdch vorzuSsweise »genannte pyro-dicken zwischen zwei beliebigen Nulldurchgängen erfolgen, so 6 U ne er-

werden der Nulldetektor 52 und der Komparator 53 aktiviert Die in Fig. 2 dargestellte Gehäuseform bildet zwei sich so dass sie in Verbindung mit der Logikschaltung 55 als rechtwinklig kreuzende Kanäle, an deren Enden die aktiven

UND-Schaltung wirken. Dies hat zur Folge, dass ein Signal Tei|e des Fotometers angeordnet sind. Der Strahlenteiler 25

nur dann durchgegeben werden kann, wenn die vorgewählte eo befindet sich am Kreuzungspunkt und ist hinsichtlich seiner

Zahl der Nulldurchgänge erreicht ist und danach eine neue Winkellage justierbar. Diese Justierung geschieht gemäss Fi-

Übereinstimmung von Ist-Intensitätswert und Soll-Intensitäts- Sur 4 dadurch, dass der Strahlenteiler 25 in einem Halter 72

wert auftritt. Da die Impulse am Ausgang des Nulldetektors befestigt ist, der an einer den Hauptkörper 60a durchdringen-

52 und des Komparators 53 nicht gleichzeitig auftreten, wird dea Einstellwelle 73 fliegend gelagert ist.

der erste dieser Impulse (Zählimpuls) in der Logikschaltung 6S Aus Fig. 4 ist auch der Antrieb der Zerhackervorrich-

55 festgehalten, bis der Impuls des Komparators 53 eintrifft. tung 24 zu entnehmen. Der Antriebsmotor 74 befindet sich in

Sobald die Logikschaltung 55 durchgeschaltet.wird, er- - einem seitlich angeflanschten Gehäusefortsatz 75 und ist über hält der Blendenantrieb 19 der Blende 18 über eine Leitung eine Welle 76 mit dem rotierenden, zylindrischen Teil der

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Zerhackervorrichtung verbunden. Für den Durchtritt des Messlichtstrahls dienen Durchbrüche 77.

Ergänzende Erläuterung zu dem im Anspruch 1 angegebenen Merkmale a) bis d): Merkmal a) besagt, dass der phasenempfindliche Fotometerverstärker durch eine Triggerstufe 43 gesteuert wird. Dies bedeutet, dass der Verstärker 46 nur dann durchgeschaltet wird, wenn ein Impuls des Referenzsignals erscheint. Im Zeitraum zwischen zwei Impulsen ist der Verstärker 46 nicht durchgeschaltet, d. h. ein etwaiges Störsignal, hervorgerufen durch Umgebungslicht, wird nicht verstärkt und der Ausgang des Verstärkers 46 ist Null. Dies führt zu einem weitaus zuverlässigeren Ausgangssignal. Der parallele Kompensationsverstärker 41 kann auf ein solches Verstärkungsverhältnis eingestellt werden, dass jedes Rauschen, Umgebungssignal usw. vollständig unterdrückt wird. Die Wirkung des Verstärkers 41 ist im Zusammenhang mit der Vergleichseinrichtung 45 zu sehen.

Auch das Merkmal b), die Verstärkung des Ausgangssignals des Messlichtempfängers, ist im Zusammenhang mit der Vergleichseinrichtung 45 zu sehen. Diese Vergleichseinrichtung kann entweder die Differenz oder den Quotienten von Messlicht- und Referenzsignal bilden. Solange wie die Differenz klein genug ist, besteht kein erheblicher Unterschied zwischen der Differenz- oder Quotientenbildung. Daraus ergibt sich, dass das Referenzsignal im Verstärker 41 so verstärkt werden sollte, dass es sehr nahe an das Messsignal heran kommt. Der zeitliche Verlauf des Messsignals ist beispielhaft in der DE-AS 1079 920, Fig. 1 und 3 dargestellt; es handelt sich um eine sinusähnliche Kurve mit Maxima und Minima, wobei die Amplitudendifferenz mit zunehmender Schichtdicke abnimmt. Im Gegensatz dazu ist das Referenzsignal ein im wesentlichen konstantes Signal, dessen Grösse nur von langsamen Veränderungen in der Helligkeit der Lichtquelle abhängig ist. Wenn, wie beim Erfindungsgegenstand und beim Prototyp die beiden Signale zerhackt werden, ist die sinusähnliche Kurve die Hüllkurve der Impulse.

Das ideale Verhältnis von Messsignal und Referenzsignal ist dann gegeben, wenn die (konstante) Amplitude der Referenz-Impulse genau so gross ist wie die kleinste Amplitude der Messimpulse. Die Differenz von Mess- und Referenzsignal ist an der Stelle Null, wo die Amplituden von Messsignal und Referenzsignal gleich sind. Falls ein solches Signal verstärkt wird, wird eine eindeutige Kurve erhalten, welche die Maxima und Minima sehr ausgeprägt und sauber zeigt.

Die Weiterverarbeitung der impulsförmigen Signale wird gemäss Merkmal c) in der Vergleicherstufe 45 und im phasenempfindlichen Fotometer-Verstärker 46 durchgeführt. Für den Fall, dass in der Vergleicherstufe 45 der Quotient aus Mess- und Referenzsignal gebildet wird, ist das Ergebnis praktisch das gleiche mit der Ausnahme, dass bei Amplitudengleichheit der Signale der Wert «1» gebildet wird. Der Vergleich der Messsignale kompensiert in absoluter Weise jegliche Abweichungen im Verhalten der Messlichtquelle ohne jede Zeitverzögerung, weil die Abweichungen hinsichtlich der Lichtintensität zum gleichen Zeitpunkt sowohl in den Messsignalen als auch in den Referenzsignalen auftreten.

Am Ausgang des Fotometer-Verstärkers 46 steht ein im wesentlichen kontinuierliches Signal an, welches gemäss Merkmal d) einem Differenzierglied 49 und nachfolgend einem Null-Detektor 52 für die Steuerung der Unterbrechungseinrichtung 14 aufgeschaltet ist. Die Arbeitsweise der Unterbrechungseinrichtung 14 ist Stand der Technik, beispielsweise aufgrund der DE-PS 1214 970 und DE-AS 1 276 976, so dass sich weitere Einzelheiten erübrigen dürften.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Anordnung zur Messung und Steuerung der Stärke optisch wirksamer Dünnschichten während ihres Aufbaues in Vakuum-Beschichtungsanlagen durch Erfassung des Reflexions- bzw. des Transmissions-Verhaltens von Schichtdicken 5 zwischen Bruchteilen sowie einigen Vielfachen der Wellenlänge des verwendeten — im wesentlichen monochromatischen

— Messlichtes und durch Unterbrechung des Beschichtungs-vorganges bei Erreichen einer vorbestimmten Schichtdicke, welche Anordnung aus einer Messlichtquelle zur Aussendung 10 eines fokussierten Messlichtstrahles, einem Zerhacker, einem im Messlichtstrahl unter einem Winkel von 45 Grad angeordneten Strahlenteiler zur Abspaltung eines Referenzlichtstrahls vom anfänglichen Messlichtstrahl, einem Messlicht-Empfänger mit vorgeschaltetem Monochromator, einem Re- 15 ferenzlichtempfänger, einem Differenzierglied für das Messsignal und aus einem Unterbrecher für den Beschichtungs-vorgang besteht, wobei der hinter dem Strahlenteiler verlaufende Teil des Messlichtstrahls und die Achse des von der Messlichtquelle kommenden Messlichtstrahles auf das Mess- 20 objekt ausgerichtet sind, gekennzeichnet durch Kombination folgender Merkmale:

a) das Ausgangssignal des Referenzlichtempfängers (26) ist einer Triggerstufe (43) für einen phasenempfindlichen Fotometerverstärker (46) und parallel dazu einem Kompen- 25 sationsverstärker (41) zum Ausgleich von Helligkeitsschwankungen der Messlichtquelle (22) aufgeschaltet;

b) das Ausgangssignal des Messlichtempfängers (28a, 28b) ist einem Eingangsverstärker (39) auf geschaltet;

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c) die Ausgangssignale des Kompensationsverstärkers (41) und des Eingangsverstärkers (39) sind über eine Vergleicherstufe (45) dem phasenempfindlichen Fotometerverstärker (46) aufgeschaltet, und d) der Ausgang des phasenempfindlichen Fotometerver- 35 stärkers (49) ist dem genannten Differenzierglied (49) und dieses einem Nulldetektor (52) für die Steuerung der Unterbrechungseinrichtung (14) aufgeschaltet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des phasenempfindlichen Fotometerver- 4Q stärkers (46) einerseits einem Differenzierglied (49) mit nachgeschaltetem Nulldetektor (52) und andererseits einem Komparator (53) für den Vergleich des Istwerts des Fotometersignals mit einem vorgegebenen Sollwert aufgeschaltet ist, wobei die Ausgänge des Nulldetektors (52) und des Kom- 45 parators (53) einer Logikschaltung (55) zugeführt sind, die in der Weise ausgelegt ist, dass ein Ausgangssignal für die Unterbrechungseinrichtung (14) wahlweise entweder bei einem bestimmten Nulldurchgang oder beim ersten Erreichen des Sollwerts oder beim Erreichen des Sollwerts nach einer vor-

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bestimmten Zahl von Nulldurchgängen gebildet wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Messlichtempfängers (28a) unter einem rechten Winkel zur Achse des Messlichtstrahls (23) so auf den Strahlenteiler (25) ausgerichtet ist, dass das vom Messobjekt 5S (16) reflektierte Licht auf dem Messlichtempfänger auf trifft.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Messlichtempfängers (28b) mit der Achse des Messlichtstrahls (23) identisch ist und dass der Messlichtempfänger, von der Messlichtquelle (22) aus gesehen, so hin- fi0 ter dem Messobjekt (16) angeordnet ist, dass das durch das Messobjekt hindurchgehende Licht auf den Messlichtempfän-ger auftrifft.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Referenzlicht- 65 empfängers (26) unter einem rechten Winkel zur Achse des Messlichtstrahls (23) so auf den Strahlenteiler (25) ausgerichtet ist, dass das unmittelbar von der Messlichtquelle

(22) kommende Licht auf den Referenzlichtempfänger auftrifft.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Monochromator (29) aus einem mittels Schrittmotor (30) verstellbaren Interferenzverlauffilter besteht.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzier- und Unterbrechungseinrichtung (49, 55,18) ein Codierglied (51) für die Veränderung der Zeitkonstante des Differenziervorganges in Abhängigkeit von der Beschichtungsdauer zugeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerhackervorrichtung (24) durch einen quarzgesteuerten Motor (74) angetrieben ist.

9. Fotometer für eine Messanordnung zur Messung und Steuerung der Stärke optisch wirksamer Dünnschichten während ihres Aufbaues in Vakuum-Beschichtungsanlagen durch Erfassung des Reflexions- bzw. des Transmissionsverhaltens von Schichtdicken zwischen Bruchteilen sowie einigen Vielfachen der Wellenlänge des verwendeten — im wesentlichen monochromatischen — Messlichtes und durch Unterbrechung des Beschichtungsvorganges bei Erreichen einer vorbestimmten Schichtdicke, welches Fotometer aus einer Messlichtquelle zur Aussendung eines fokussierten Messlichtstrahles, einem Zerhacker, einem im Messlichtstrahl unter einem Winkel von 45 Grad angeordneten Strahlenteiler zur Abspaltung eines Referenzlichtstrahls vom anfänglichen Messlichtstrahl, einem Messlichtempfänger mit vorgeschaltetem Monochromator und einem Referenzlichtempfänger besteht, wobei der hinter dem Strahlenteiler verlaufende Teil des Messlichtstrahls und die Achse des von der Messlichtquelle kommenden Messlichtstrahles auf das Messobjekt ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Messlichtquelle (22), Zerhackervorrichtung (24), Strahlenteiler (25), Messlichtempfänger (28a) und Refe-renzlichtempfänger (26) in einem etwa kreuzförmigen Gehäuse (60) untergebracht sind, an dessen Kreuzungspunkt der Strahlenteiler (25) angeordnet ist, und dass der der Messlichtquelle (22) abgekehrte Schenkel des Gehäuses mit Mitteln zum Einbau in eine Wand (12) einer Vakuumkammer (11) versehen ist.

10. Fotometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Verbindung zwischen Messlichtempfänger (28a) und Gehäuse (60) leicht lösbar ausgebildet ist.

11. Fotometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Messlichtquelle (22) zugeordnete Blende (66) durch die Wandung des Gehäuses (60) hindurch radal verstellbar ist.

12. Fotometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenteiler (25) durch die Wandung des Gehäuses (60) hindurch hinsichtlich seiner Winkellage verstellbar ist.