CH669662A5

CH669662A5 -

Info

Publication number: CH669662A5
Application number: CH4339/82A
Authority: CH
Inventors: Horst Dr Dipl-Phys Schwiecker; Alfons Zoeller
Original assignee: Leybold Ag
Priority date: 1981-09-08
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1989-03-31
Also published as: JPS5855706A; GB2105461A; US4469713A; JPH0439004B2; FR2512545B1; GB2105461B; NL191186C; NL191186B; SU1584759A3; FR2512545A1; CA1203598A; NL8203211A; DE3135443C2; DE3135443A1; JPH0318121B2; JPH03135703A

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine fotometrische Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Derartige Gegenstände sind unter anderem durch die DE-OS 26 27 753 bekannt. Bei den bisher bekannten Verfahren wurden die Messungen bzw. Auswertungen auf der optischen und/oder

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elektrischen Seite der Anordnung unter laufendem oder intermittierendem Vergleich der Vorgänge in einem sogenannten Referenzlichtstrahl durchgeführt. Beispielsweise wurde ein Teil des Messlichtstrahls durch einen teildurchlässigen Spiegel abgespalten und einem besonderen Referenzlichtempfänger zugeführt. Auf diese Weise wurden Helligkeitsschwankungen der Messlichtquelle weitgehend kompensiert (DE-OS 26 27 753). Bestehen bleibt hier jedoch der Einfluss unterschiedlicher Kennlinien bzw. unterschiedlicher Arbeitspunkte auf den Kennlinien der beiden Lichtempfänger.

Es ist weiterhin bekannt, einen abgespaltenen Referenzlichtstrahl nach mehrfacher Umlenkung und Reflexion an Spiegelsystemen dem gleichen Fotoempfänger zuzuleiten wie den eigentlichen Messlichtstrahl. Dies geschieht aufgrund eines Zerhak-kervorgangs alternierend, so dass durch eine entsprechende Abfrage am Ausgang des Fotoempfängers durch eine Auswerteschaltung die dadurch gebildeten, getrennten Impulsfolgen im Hinblick auf den gewünschten Kompensationseffekt ausgewertet werden können. Es ist dabei auch bekannt, für beide Impulsfolgen den gleichen Verstärker zu verwenden, um den Nachteil zweier getrennter Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungseigenschaften bzw. Kennlinien auszuschalten.

Sämtlichen bisher bekannten Verfahren ist jedoch gemeinsam, dass sie nur sogenannte relative Messergebnisse liefern, d.h. solche, die nur im Vergleich mit bestimmten Bezugswerten aussagekräftig sind. Wird beispielsweise die spektrale Verteilung von Reflexion und/oder Transmission eines Messobjekts aufgenommen, so liefert nur ein Vergleich mit einem Muster, dem ideale Eigenschaften unterstellt werden, Anhaltspunkte über Abweichungen des Messobjekts vom Muster, d.h. relative Unterschiede gegenüber dem Muster.

Selbst wenn es gelingen würde, durch eine Einzelmessung innerhalb eines Spektrums einen absoluten Messwert zu erhalten, was für die Bedienungsperson ohne Vergleichsobjekt (Muster) nicht erkennbar ist, so gilt dies nicht notwendigerweise für Messungen bei anderen Wellenlängen des Messlichts bzw. über einen bestimmten ausgewählten Spektralbereich. Der Grund hierfür ist einerseits in einer unterschiedlichen Intensitätsverteilung in den einzelnen Wellenlängen des zunächst polychromatischen Messlichts zu sehen, vor allem aber die mangelhafte Line-arität der Kennlinie der bisher für diese Messzwecke verwendeten Verstärker.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine fotometrische Anordnung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, mit denen die Dickenmessung und die Anzeige von absoluten Werten für das Transmissionsund/oder Reflexionsverhalten optisch wirksamer Schichten beschichteter Objekte bei beliebigen Schichtdicken möglich ist, und zwar sowohl für einzelne Wellenlängen des verwendeten Messlichts als auch — wahlweise — für ein bestimmtes Spektrum, um beispielsweise die spektralen Eigenschaften des Objekts in Form einer Kurve mit absoluten Werten darstellen zu können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren durch die im Kennzeichen des Anspruchs I angegebenen Massnahmen und bei der eingangs beschriebenen fotometrischen Anordnung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale.

Von ganz besonderer Bedeutung ist hierbei die Linearität der Kennlinie für den Verstärkungsgrad G, die über mindestens zwei Zehnerpotenzen mit einer Abweichung von höchstens 2%, vorzugsweise von höchstens 1%, linear sein muss. Ein solcher Verstärker kann beispielsweise durch Verwendung einer Silizium-Fotozelle, die im Kurzschlussbetrieb arbeitet, und eines quartzstabilisierten Lock-In-Verstärkers gebildet werden. Mit einer derartigen Verstärkeranordnung ist eine Linearität des Fotometers über vier Zehnerpotenzen mit einem Fehler erreichbar, der kleiner als 1% (Absolutprozent) ist. Die Verwendung eines derartigen Verstärkers ist keineswegs trivial, zumal bei den in der Vergangenheit angewandten relativen Messverfahren eine derart weitgehende Forderung nicht bestand und auch nicht erkannt worden war.

Die Wahl des Verstärkers steht in einem ursächlichen Zusammenhang mit der Bildung des ersten Vergleichswerts II und des zweiten Vergleichs wert I0, die einen beträchtlichen, nämlich den maximal möglichen, Abstand voneinander haben. Die sogenannten Vergleichs werte sind Intensitätswerte des auf den Fotoempfänger auftreffenden Teils des Messlichtstrahls, wobei dieser Teil zwischen 0% und 100% schwanken kann, wie nachstehend noch aufgezeigt wird.

Die genannten Vergleichswerte sind für die Kalibrierung des Messvorgangs bzw. der Anordnung von Bedeutung. Die Anordnung wird durch eine Zweipunkt-Kalibrierung geeicht. Im Falle der Transmissionsmessung wird dabei zur Festlegung des ersten Kalibrierpunkts für II entweder kein Testglas im Strahlengang angeordnet, d.h. der Messlichtstrahl ist ungeschwächt und seine Energie beträgt am Fotoempfänger IL = 100%, oder es wird ein unbeschichtetes Testglas in den Strahlengang eingeführt. Durch den bekannten Brechwert des verwendeten Testglases ergibt sich eine difinierte Transmission, z.B. Il = 92% für einen Brechwert n = 1,5. Bei der Reflexionsmessung wird ein unbeschichtetes Testglas verwendet, jedoch mit einer angerauhten Rückseite, damit dort das Licht diffus reflektiert wird.

Infolgedessen braucht nur die Reflexion an einer Oberfläche berücksichtigt zu werden. Aus dem bekannten Brechwert des Testglases lässt sich wiederum der Reflexionswert errechnen, z.B. 42% bei einem Brechwert von n = 1,5.

Der zweite Vergleichs wert l0 bezieht sich gleichfalls auf die am Fotoempfänger ankommende Intensität, die jedoch sehr viel niedriger ist und im günstigsten Fall bei 0 liegt. Um den zweiten Vergleichs wert l0 zu erhalten, wird bei der Transmissionsmessung der Verstärkereingang an Masse gelegt und so abgeschaltet, oder es wird eine sogenannte Nullblende in den Strahlengang eingeführt. Bei der Reflexionsmessung kommt hingegen nur die Einschaltung einer Nullblende in den Messlichtstrahl in Frage. Unter «Nullblende» wird ein undurchsichtiger Körper verstanden, der keinerlei Licht durchlässt und/oder reflektiert. Im einfachsten Fall handelt es sich um eine beweglich gelagerte schwarze Platte mit matter Oberfläche. Um jeden Rest von Reflexion zu unterdrücken, wird die schwarze Platte zweckmässig auch noch keilförmig ausgebildet, damit mindestens eine Oberfläche unter einem Winkel zum Strahlengang verläuft.

Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, dass die Vergleichswerte II und I0 einen beträchtlichen Abstand voneinander haben. Dieser Abstand lässt sich noch dadurch vergrös-sern und im Sinne einer möglichst genauen Anzeige der Messwerte auswerten, wenn der auf das unbeschichtete Testglas bezogene Verstärkungsgrad Gl des Verstärkers so weit erhöht wird, bis der erste Vergleichswert II im wesentlichen ein Maximum erreicht. Diese Aussage bedeutet, dass der erste Vergleichswert Il möglichst gross sein soll, ohne dass der Verstärker jedoch in den Sättigungsbereich gelangt.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass durch zwei Punkte eine Gerade festgelegt ist. Aufgrund des Abstands des ersten und des zweiten Vergleichswerts lässt sich die erforderliche Linearität nur mit einem Verstärker erreichen, der die genannten Eigenschaften besitzt.

Durch die Speicherung der Grössen Gl, Il und I0 nach Massgabe der zugehörigen Wellenlänge, gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von der Wellenlänge als Kurvendarstellung, lassen sich die betreffenden Werte jederzeit von einer Recheneinheit abfragen und durch Rechenoperationen eines Mikroprozessors mit dem Messwert I des beschichteten oder im Beschich-tungsprozess befindlichen Objekts mathematisch verknüpfen. Während vorstehend die Kalibrierung der Anordnung beschrieben wurde, beziehen sich die nachstehenden Ausführungen auf

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die Bildung des endgültigen Messwerts. Nach der Kalibrierung sind — wellenlängenabhängig — die Werte für II (jeweils grösstmöglich) und für I0 ebenso gespeichert, wie die Werte für den Verstärkungsgrad Gl für das unbeschichtete Testglas. Es versteht sich, dass der Verstärkungsgrad Gl keineswegs über das gesamte Spektrum konstant ist. Vielmehr ergibt sich, dass der Verstärkungsgrad gerade in der Mitte des spektralen Bereichs des sichtbaren Lichts der Messlichtquelle ein Minimum aufweist, weil nämlich die spektrale Intensität der Messlichtquelle an dieser Stelle ein Maximum besitzt. Wird nun der erste Vergleichs wert II auf einen grösstmöglichen Wert eingestellt, was automatisch durch die Recheneinheit der Auswerteschaltung geschieht, so ergibt sich zwar im wesentlichen eine Konstanz der Werte für II, keineswegs aber für Gl. Dies wird in der Detailbeschreibung noch durch ein Diagramm erläutert.

Die mathematische Verknüpfung ergibt sich nun wie folgt:

Für die absolute Transmission T

^ I - Io • Tl

T =

Il - Io

(als dimensionslose Zahl zwischen 0 und 1)

bzw.

für die absolute Reflexion R

R=lZV^

Il-Io

(als dimensionslose Zahl zwischen 0 und 1).

Hierbei ist

I = der Messwert des beschichteten Objekts, gemessen am-Fotoempfänger,

Rl = die errechenbare Reflexion des unbeschichteten Testglases, errechnet aus dem bekannten Brechwert,

Tl = die Transmission des unbeschichteten Testglases, errechnet aus dem bekannten Brechwert, oder — in Abwesenheit eines Testglases = 1,0.

Im Anschluss an die beschriebenen, durch die Recheneinheit automatisch durchgeführten Rechenoperationen wird nun der gespeicherte Wert bzw. werden die gespeicherten Werte für Gl von der Recheneinheit abgefragt, und es wird der variable Verstärkungsgrad G aufgrund folgender Beziehungen gebildet:

Für die Transmission:

G = Gl • Tl und für die Reflexion

G = Gl • RL

Nunmehr wird in der Recheneinheit der Messwert I mit dem jeweiligen Verstärkungsgrad G verstärkt bzw. multipliziert und in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt. Es handelt sich bei den Recherchenergebnissen um absolute Transmissionswerte T und absolute Reflexionswerte R, die mittels eines Bildschirms in Form einer Grafik oder mittels eines Druckers oder eines digitalen Anzeigesystems zahlenmässig dargestellt werden können. Die betreffenden Werte und Kurven sind — für sich genommen — voll aussagekräftig für die optischen Eigenschaften des betreffenden Objekts und bedürfen keinerlei Vergleichsmessungen mit Mustern etc.

Dies ist — wie gesagt — nur dann durch die Verwendung eines Verstärkers möglich, wenn die Signale am Ausgang des

Fotoempfängers und der Verstärkungsgrad über mehrere Zehnerpotenzen in einem linearen Zusammenhang stehen. Durch den Erfindungsgegenstand wird eine sehr hohe Auflösung der Messergebnisse erreicht, die für die Reflexionsmessung besser ist als l%o.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass auch der Messwert I des beschichteten Objekts, gemessen am Fotoempfänger, gleichfalls in einem Speicher gespeichert wird. Nach einer Kalibrierung der Anordnung ist es ohne weiteres möglich, den Messwert I sofort mit den genannten Rechenoperationen umzuformen und zur Anzeige zu bringen. Es ist aber besonders zweckmässig, den Messwert I gleichfalls in einem Speicher zu speichern, so dass er für unterschiedliche Rechenoperationen oder auch zu einem späteren Zeitpunkt abgefragt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, und insbesondere vorteilhafte Einzelheiten der fotometrischen Anordnung gehen aus den übrigen abhängigen Ansprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sowie seine Wirkungsweise sind nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der fotometrischen Anordnung in Verbindung mit einer Vakuum-Beschichtungsan-lage,

Fig. 2 die wesentlichen Teile der Figur 1 in Verbindung mit der Auswerteschaltung und einer Anzeigeeinrichtung,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Relationen zwischen dem ersten und dem zweiten Vergleichs wert sowie dem Verstärkungsgrad bei unbeschichtetem Testglas, aufgetragen über der Wellenlänge und

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Relation des Messwerts des beschichteten Objekts, gemessen am Fotoempfänger, zu den absoluten Transmissions- bzw. Reflexionswerten, gleichfalls aufgetragen über der Wellenlänge.

In Figur 1 ist eine Vakuum-Beschichtungsanlage 1 dargestellt, die als Vakuumaufdampfanlage oder Katodenzerstäubungsanlage ausgebildet sein kann. Die Quellen zur Erzeugung des Beschichtungsmaterials (Verdampfer oder Zerstäubungskatoden) sind nicht dargestellt; sie gehören im übrigen zum Stand der Technik. Zur Vakuum-Beschichtungsanlage gehört eine Vakuumkammer 2, die mit lichtdurchlässigen Fenstern 3 und 4 versehen ist. Innerhalb der Vakuumkammer 2 ist ein zunächst noch unbeschichtetes Testglas 5 angeordnet, das als Messobjekt anzusehen ist und stellvertretend für eine Vielzahl von Messobjekten steht, die in der Vakuumkammer 2 gleichzeitig oder nacheinander beschichtet werden können. Die Träger für die Schichten werden auch als Substrate bezeichnet, und es ist sowohl möglich, die Messungen an den Substraten durchzuführen als auch an einem besonderen Testglas. Da das Beschichtungs-verfahren in der Praxis meist mittels Testgläsern überwacht wird, wird hierbei auf das Testglas Bezug genommen. Der im Bereich des Testglases in der Regel vorhandene Substrathalter ist gleichfalls nicht gezeigt.

Ausserhalb der Vakuumkammer 2 ist eine Lichtquelle 6 angeordnet, von der ein gebündelter Messlichtstrahl 7 in Richtung auf die Fenster 3 und 4 verläuft. Der Messlichtstrahl 7 definiert einen Strahlengang 8, in dem zunächst unter 45° ein einseitig durchlässiger Spiegel 9 angeordnet ist. Im Strahlengang 8 befindet sich noch eine Abbildungslinse 10. Es ist hierbei wesentlich, dass für eine Reflexionsmessung das Fenster 3 in der Weise schräg eingebaut ist, dass kein vom Fenster 3 reflektiertes Licht im Strahlengang 8 reflektiert werden kann.

Hinter dem Fenster 3 trifft der Messlichtstrahl 7 auf das Testglas 5 auf, wobei (zunächst) der kleinste Teil des Messlichts als reflektierter Messlichtstrahl 7a bis zum teildurchlässigen Spiegel 9 zurückgeworfen wird. Es handelt sich im vorliegenden Falle um eine Reflexionsmessung. Zu diesem Zweck besitzt das

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Testglas 5 eine ebene Vorderseite 5a, jedoch eine aufgerauhte bzw. diffus reflektierende Rückseite 5b, damit nur das an der Vorderseite 5a reflektierte Licht zum Spiegel 9 zurückkehrt.

Am Spiegel 9 wird der verbliebene Messlichtstrahl 7a unter 90° reflektiert und trifft alsdann auf einen einstellbaren Monochromator 11 auf. Durch den Monochromator 11 wird nur derjenige Teil des Messlichtstrahls 7a, auf dessen Wellenlänge der Monochromator 11 eingestellt ist, in Richtung auf den Fotoempfänger 12 durchgelassen. Es handelt sich hierbei um einen Siliziumempfänger, dessen Ausgang über eine nicht gezeigte Auswerteschaltung einer Anzeigeeinrichtung 13 aufgeschaltet ist.

Es ist bei der gezeigten Anordnung von Bedeutung, dass der Messlichtstrahl 7 absolut senkrecht auf das Testglas 5 auftrifft, da jede Abweichung hiervon zu unkontrollierbaren Verhältnissen hinsichtlich des Reflexionsverhaltens führt.

Von der Lichtquelle 6 aus gesehen ist hinter dem Fenster 4 ein weiterer Monochromator 14 angeordnet, der die gleiche Funktion hat, wie der Monochromator 11. Als Monochromatoren kommen entweder Interferenzlinienfilter, Interferenzverlauffilter oder Gittermonochromatoren in Frage. Die Durchlasswellenlänge eines Interferenzverlauffilters sowie eines Git-termonochromators kann mit Hilfe eines Schrittmotors variiert werden, der hier jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.

Der hinter dem Testglas 5 verbliebene Messlichtstrahl ist durch die gestrichelte Linie 7b dargestellt. Es handelt sich hierbei um die sogenannte Transmissionsmessung, d.h. der vom Testglas 5 durchgelassene Teil des Messlichts gelangt über den Monochromator als Licht bestimmter Wellenlänge zum Fotoempfänger 15, der die gleiche Beschaffenheit hat wie der Fotoempfänger 12. Der Ausgang dieses Fotoempfängers ist über eine gleichfalls nicht gezeigte Auswerteschaltung der Anzeigeeinrichtung 16 aufgeschaltet.

Das Testglas 5 besitzt für die Transmissionsmessung zwei ebene, bzw. glatte Oberflächen; es kann gemäss den einleitend gemachten Ausführungen bei der Transmissionsmessung während des Kalibriervorgangs auch weggelassen werden, so dass ein um wenige Prozente grösserer Lichtanteil zum Fotoempfänger 15 gelangt.

In Figur 1 sind noch zwei Nullblenden 17a und 17b gezeigt, von denen jedoch zur Messung nur jeweils eine benötigt wird. Um Falschmessungen zu vermeiden, müssen diese Nullblenden bei Verwendung des schräg eingebauten Fensters 3 entweder als Nullblende 17a eingebaut werden, d.h. zwischen der Linse 10 und dem Fenster 3, oder die Nullblende muss als Nullblende 17b unmittelbar vor dem Testglas 5 angeordnet sein, d.h. zwischen dem Fenster 3 und dem Testglas 5. Die Nullblenden sind an den genannten Stellen erforderlich, weil eine Reflexion nicht nur am Testglas bzw. Messobjekt, sondern auch an der Linse erfolgt, die nicht schief eingesetzt werden kann.

Bei der Messung des zweiten Vergleichswerts I0 wird eine der beiden Nullblenden 17a oder 17b in Richtung der eingezeichneten Pfeile in den Strahlengang 8 eingeschwenkt, so dass grösstenteils eine Auslöschung des Messlichtstrahls erfolgt. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, bestehen die Nullblenden vorzugsweise aus einer matten schwarzen Platte, vorzugsweise in Keilform, die ein Maximum an Lichtabsorption verursacht.

In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausgänge der beiden Fotoempfänger 12 und 15 sind mit einem Umschalter 18 verbunden. In der gezeigten Schalterstellung findet eine Reflexionsmessung statt, nach Umschaltung in die andere Position kann eine Transmissionsmessung mittels des Fotoempfängers 15 durchgeführt werden. Vom Umschalter 18 führt eine Leitung 19 zu einem einstellbaren Verstärker 20, der die weiter oben beschriebenen Eigenschaften besitzt. Für die Einstellung eines definierten Verstärkungsgrads Gl ist dem Verstärker 20 über eine Leitung 21

ein Geber 22 vorgeschaltet, dessen Ausgang über eine Leitung 23 einem Speicher 24 für die Speicherung des Verstärkungsgrads Gl aufgeschaltet ist, der bei unbeschichtetem Testglas (oder bei fehlendem Testglas) bei der weiter oben beschriebenen Maximierung des ersten Vergleichs werts II ermittelt wurde.

Vom Ausgang des Verstärkers 20 führt eine Leitung 25 zu einem Umschalter 26, dessen Ausgänge über Leitungen 27, 28 und 29 mit Speichern 30, 31 und 32 in Verbindung stehen. Der Speicher 30 dient für die Speicherung des ersten Vergleichs werts II, der bei einer maximal möglichen Verstärkung gefunden wurde, ohne dass der Verstärker in den Sättigungsbereich geriet. Der Speicher 31 dient für die Speicherung des zweiten Vergleichswerts I0, der unter Zuhilfenahme der Nullblende (oder, analog, durch Erdung des Verstärkereingangs) gewonnen und mit gleichem Verstärkungsgrad Gl verstärkt wurde, wie der erste Vergleichs wert II. Der Speicher 32 dient für die Speicherung des eigentlichen Messwerts I des beschichteten Objekts, wie dieser am Fotoempfänger gemessen wurde.

Sämtliche Speicher 24, 30, 31 und 32 sind über entsprechende Leitungen mit einer Auswerteschaltung 33 verbunden, in der eine nicht näher bezeichnete Recheneinheit angeordnet ist,

durch die die bereits beschriebenen Rechenoperationen ausgeführt werden.

Von der Auswerteschaltung 33 führt eine Steuerleitung 34 zu den beiden Monochromatoren 11 und 14, damit diese entweder auf eine bestimmte Wellenlänge eingestellt werden oder zum Durchfahren eines bestimmten Wellenlängenspektrums angesteuert werden. Eine Rückführung 35 führt zu dem Geber 22 für den Verstärkungsgrad. Durch die Auswerteschaltung 33 wird auf diese Weise erreicht, dass der Verstärkungsgrad gerade eben so hoch gewählt wird, dass der erste Vergleichswert II einen eben noch zulässigen Wert erreicht, bevor der Verstärker 20 in die Sättigung geht.

Die Auswerteschaltung 33 ist über eine Leitung 36 mit einer Anzeigeeinrichtung 13 verbunden, die als Bildschirm dargestellt ist, jedoch ebenso gut durch einen Koordinaten-Zeichner, einen Drucker oder eine Digitalanzeige ersetzt werden kann, wenn es beispielsweise darum geht, nur einen einzigen Messwert bei einer bestimmten Wellenlänge anzuzeigen.

In Figur 3 verkörpert die Abszisse die Wellenlänge, während auf der Ordinate der erste und der zweite Vergleichs wert sowie der Verstärkungsgrad Gl der Tendenz nach angegeben sind. Auf Masseinheiten wurde verzichtet, da nur das Messprinzip verdeutlicht werden soll. Es ist zu erkennen, dass die Kurve 36 für den ersten Vergleichs wert II nach Anhebung durch entsprechende Verstärkung nahezu horizontal verläuft. Einen etwa ähnlichen Verlauf hat die Kurve 37 für den zweiten Vergleichswert l0. Völlig anders hingegen verhält sich die Kurve 38 für den Verstärkungsgrad Gl, die den erforderlichen Verstärkungsgrad darstellt, der eingestellt werden muss, um die maximal möglichen Werte für II zu erhalten. Diese Kurve besitzt ein deutlich ausgeprägtes Minimum.

In Figur 4 symbolisiert die Abszisse wiederum die Wellenlänge, während die Ordinate die Tendenz des Messwerts I, gemessen bei beschichtetem Testglas am Fotometerausgang sowie die absoluten Transmissions- bzw. Reflexionswerte zeigt. Die Kurve 39 symbolisiert den spektralen Verlauf des Messwerts I, der zwar die spektrale Abhängigkeit von Reflexion bzw. Transmission wiedergibt, wobei es sich jedoch nur um relative Werte handelt, die nur eine grundsätzliche Beurteilung des Ergebnisses des Beschichtungsverfahrens erlauben. Aufgrund der weiter oben beschriebenen Rechenoperationen wird jedoch als Kurve 40 die spektrale Abhängigkeit der Transmissions- bzw. Reflexionswerte T, R als absolute Werte gezeigt. Die Kurve 40 ist der Kurve 39 zwar ähnlich, jedoch aufgrund des variablen Verstärkungsgrads (Kurve 38 in Figur 3) entsprechend korrigiert, d.h. die Kurve 39 ist gegenüber der absoluten Kurve 40 «verzerrt».

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Dickenmessung und -Steuerung optisch wirksamer vorzugsweise transparenter Schichten während ihres Aufbaus auf Substraten in Vakuum-Beschichtungsanlagen durch Erfassung mindestens eines Vergleichswerts und mindestens eines Messwerts für das Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten des beschichteten Objekts unter Verwendung eines Messlichtstrahls, eines Monochromators, eines Fotoempfängers, eines Verstärkers, und einer Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass

A) ein einstellbarer Verstärker mit einem Verstärkungsgrad G verwendet wird, der über mindestens zwei Zehnerpotenzen mit einer Abweichung von höchstens 2% eine lineare Kennlinie aufweist, und dass zu Kalibrierzwecken bei jeder Wellenlänge

B) ein erster Vergleichswert II

a) bei der Transmissionsmessung durch die Messung des ungeschwächten oder nur durch ein unbeschichtetes Testglas hindurchgehenden Messlichtstrahls bzw.

b) bei der Reflexionsmessung durch die Messung des von einem unbeschichteten Testglas mit diffus reflektierender Rückseite reflektierten Messlichtstrahls gebildet wird,

C) der Verstärkungsgrad G bei unbeschichtetem Testglas so weit erhöht wird, bis der erste Vergleichs wert II im wesentlichen ein Maximum erreicht,

D) der maximale erste Vergleichs wert II und der jeweils zugehörige Verstärkungsgrad Gl für das unbeschichtete Testglas in je einem Speicher gespeichert werden,

E) ein zweiter Vergleichs wert I0

a) bei der Transmissionsmessung durch Abschalten des Verstärkereingangs oder durch Einschalten einer Nullblende in den Messslichtstrahl,

b) bei der Reflexionsmessung durch Einschalten einer Nullblende in den Messlichtstrahl gebildet wird,

F) der zweite Vergleichs wert I0, mit dem gleichen Verstärkungsgrad verstärkt wie der erste Vergleichs wert II in einem weiteren Speicher gespeichert wird, so dass nunmehr alle Grössen Gl, Il und I0 nach Massgabe der zugehörigen Wellenlänge gespeichert sind, und dass zu Messzwecken bei jeder Wellenlänge

G) der Messwert I von Transmission T oder Reflexion R gebildet wird, die gespeicherten Werte für II und I0 sowie der Wert für I von einer Recheneinheit abgefragt werden, wobei zunächst a) die absolute Transmission T nach der Beziehung

Il — Io b) die absolute Reflexion R nach der Beziehung r= I-I^

Il-Io bestimmt wird, wobei

I der Messwert des beschichteten Objekts, gemessen am Fotoempfänger,

Rl die Reflexion des unbeschichteten Testglases und Tl die Transmission des unbeschichteten Testglases oder in Abwesenheit eines Testglases 1,0 ist,

H) der gespeicherte Wert für Gl von der Recheneinheit abgefragt wird und der variable Verstärkungsgrad G nach der Beziehung a) G = Gl • Tl für die Transmission b) G = Gl • Rl für die Reflexion bestimmt wird, und dass der Messwert I mit dem Verstärkungsgrad G verstärkt und in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert I gleichfalls in einem Speicher gespeichert und für die Rechenoperation nach Teil G des Anspruchs 1 von der Recheneinheit abgefragt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Fotometrische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Lichtquelle für die Aussendung eines Messlichtstrahls, einem Monochromator, einem Fotoempfänger, einem Verstärker und einer Auswerteschaltung mit einem Ausgang für eine Anzeigeeinrichtung und/oder einen Regelkreis, dadurch gekennzeichnet, dass

A) der Verstärker (20) bezüglich seines Verstärkungsgrads .eine Kennlinie aufweist, die über mindestens zwei Zehnerpotenzen mit einer Abweichung von höchstens 2% linear ist,

B) zur Bildung eines ersten Vergleichswerts II für die Intensität des vom Fotoempfänger (12, 15) empfangenen Messlichts ein in den Strahlengang (8) einführbares unbeschichtetes Testglas (5) vorhanden ist, welches im Falle der Reflexionsmessung mit einer diffusen Rückseite versehen ist,

C) zur Bildung eines zweiten Vergleichs werts I0 für die Intensität des vom gleichen Fotoempfänger empfangenen Messlichts eine in den Strahlengang (8) einführbare Nullblende (17a, 17b) vorhanden ist, welche eine praktisch vollständige Auslöschung des auf den Fotoempfänger (12, 15) auftreffenden Messlichts bewirkt,

D) je ein Speicher (30, 31, 24) für den ersten II und zweiten Vergleichs wert I0 sowie für ein dem Verstärkungsgrad proportionales Signal vorhanden ist, wobei die Speicher (30, 31) für die beiden Vergleichs werte dem Verstärker (20) und der Speicher (24) für den Verstärkungsgrad einem Geber (22) für den Verstärkungsgrad nachgeschaltet sind bzw. ist,

E) die Speicher (30, 31, 24) für die beiden Vergleichs werte und den Verstärkungsgrad einer zur Auswerteschaltung (33) gehörenden Recheneinheit aufgeschaltet sind,

F) die Recheneinheit eine Rückführung (35) zum Geber (22) für den Verstärkungsgrad aufweist, derart, dass der Verstärkungsgrad entsprechend einem möglichst grossen Wert für II einstellbar ist,

G) die Recheneinheit in der Weise ausgelegt ist, dass aus den in den Speichern (30, 31) befindlichen Signalen für den ersten und den zweiten Vergleichs wert sowie aus dem Messwert I die absolute Transmission bzw. Reflexion für den jeweils gleichen Verstärkungsgrad bestimmbar ist und dass aüs den in dem Speicher (24) befindlichen Signalen für die Verstärkungsgrade Gl unter Berücksichtigung der Transmissions- und Reflexionswerte Tl und Rl für den ersten Vergleichswert durch Multiplikation des Messwerts I mit dem Verstärkungsgrad G die absoluten Transmissions- und Reflexionswerte bestimmbar sind.

4. Fotometrische Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verstärker (20) und der Recheneinheit (33) ein weiterer Speicher (32) für den Messwert I angeordnet ist.

5. Fotometrische Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (33) über eine Steuerleitung (34) mit dem Monochromator (11, 14) verbunden ist, derart, dass wahlweise eine bestimmte Wellenlänge des Messlichts einstellbar oder ein ausgewähltes Spektrum durchfahrbar ist.