DE102005025385B4 - Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung flächiger Substrate mit einer Messeinrichtung zur Transmissions- oder/und Reflexionsmessung - Google Patents

Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung flächiger Substrate mit einer Messeinrichtung zur Transmissions- oder/und Reflexionsmessung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung flächiger Substrate mit einer Messeinrichtung, insbesondere zur Transmissionsmessung und/oder Reflexionsmessung an transparenten Substraten, umfassend einen Messkopf mit einem Lichtsendeelement zum Aussenden eines Lichtstrahls und einem Lichtempfangselement zur Erfassung eines einfallenden Lichtstrahls und ist dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Retroreflektor zur Reflexion des ausgesandten Lichtstrahls vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung erlaubt die Durchführung von Transmissionsmessungen an transparenten Substraten mit nur einem Messkopf, und zwar einem Reflexionsmesskopf, der sowohl Licht aussenden als auch einfallendes Licht erfassen kann. Gleichzeitig erlaubt die Messeinrichtung weiterhin die Durchführung von Reflexionsmessungen, beispielsweise an nicht transparenten Substraten oder durch Kippen des Messkopfs und Abdecken des Retroreflektors. Die Messeinrichtung benötigt nur einen Messkopf und ist daher kostengünstiger herstellbar als herkömmliche Messeinrichtungen für Transmissionsmessungen. Sie ist justagefrei, da der Retroreflektor das Licht auch bei schrägem Einfall und bei prozess- oder betriebsbedingten Lageänderungen (Vibrationen etc.) in die Ursprungsrichtung reflektiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung flächiger Substrate mit einer Messeinrichtung zur Transmissions – oder/und Reflexionsmessung an transparenten Substraten, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zur in-situ-Prozessüberwachung bei Vakuumanlagen zur Beschichtung von Substraten, insbesondere zur Schichtdickenmessung an Substraten, werden Messungen durchgeführt, die auf der Erfassung der Extinktion, d.h. der durch Absorption bei der Reflexion oder der Transmission des Lichts verursachten Abschwächung des Lichts eines auf das Substrat gerichteten Lichtstrahls beruhen.
  • Für derartige Messungen werden zwei verschiedene Ansätze verfolgt.
  • Bei einer auf transmissionsbedingter Extinktion beruhenden Messung sind auf beiden Seiten des transparenten Substrats Messköpfe angeordnet, wobei ein Messkopf eine Sendeeinheit zum Aussenden von Licht umfasst und der andere Messkopf eine Empfangseinheit zum Empfang des durch das Substrat tretenden Anteils des ausgesendeten Lichts umfasst. Beide Messköpfe sind meist so zueinander ausgerichtet, dass der ausgesendete Lichtstrahl senkrecht auf das Substrat auftrifft und nach dem Passieren des Substrats auf den zweiten Messkopf trifft.
  • Nachteilig an dieser Lösung sind der relativ hohe apparative Aufwand durch die Verwendung zweier Messköpfe sowie die Gefahr von Messfehlern aufgrund ungewollter Beschichtung zumindest eines der beiden Messköpfe. Darüber hinaus ist die Justage der Einrichtung aufwändig und empfindlich.
  • Bei einer auf reflexionsbedingter Extinktion beruhenden Messung ist auf einer Seite des Substrats (bei nicht transparenten Substraten zwingend auf der beschichteten Seite) ein Messkopf angeordnet, der eine Sendeeinheit zum Aussenden von Licht und eine Empfangseinheit zum Empfang des vom Substrat reflektierten Anteils des ausgesendeten Lichts umfasst. Der Messkopf ist so zum Substrat ausgerichtet, dass der ausgesendete Lichtstrahl senkrecht auf das Substrat auftrifft, so dass der reflektierte Lichtstrahl zum Messkopf zurückkehrt. Eine derartige Messeinrichtung ist aus EP 0 553 004 B1 bekannt.
  • Nachteilig an dieser Lösung ist, dass Transmissionsmessungen nicht durchführbar sind und damit der absorbierende Einfluss des Substrats selbst nicht ermittelbar ist. Auch bei dieser Einrichtung ist die Justage der Einrichtung aufwändig und empfindlich.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Messeinrichtung zur Transmissions – oder/und Reflexionsmessung an transparenten Substraten, anzugeben, die bei einfachem und kostengünstigem apparativem Aufbau Transmission – oder/und Reflexionsmessungen ermöglicht sowie einen geringen Bauraumbedarf aufweist, zu Reinigungs- und Wartungszwecken gut zugänglich ist und tolerant gegenüber Justagefehlern ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vakuumbeschichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung flächiger Substrate mit einer Messeinrichtung zur Transmissions – oder/und Reflexionsmessung an transparenten Substraten, umfasst einen auf einer Seite der Substratebene angeordneten ersten Messkopf mit einem Lichtsendeelement zum Aussenden eines Lichtstrahls und einem Lichtempfangselement zur Erfassung eines einfallenden Lichtstrahls und ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der anderen Seite der Substratebene weiterhin ein erster Retroreflektor zur Reflexion des ausgesandten Lichtstrahls vorgesehen ist.
  • Unter einem Retroreflektor soll im Sinne dieser Anmeldung ein so genannter Tripelspiegel oder eine gleichsinnige Anordnung mehrerer Tripelspiegel verstanden werden. Derartige Tripelspiegel weisen drei Spiegelflächen auf, die zueinander so angeordnet sind, dass jede Spiegelfläche mit jeder der beiden anderen Spiegelflächen einen rechten Winkel einschließt. Tripelspiegel haben die Eigenschaft, Licht mit geringem seitlichem Versatz in dieselbe Richtung zu reflektieren, aus der es eintrifft. Dieses Prinzip liegt beispielsweise den als „Katzenauge" bekannten Reflektoren zu Grunde.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung der Messeinrichtung in der Vakuumbeschichtungsanlage erlaubt die Durchführung von Transmissionsmessungen an transparenten Substraten mit nur einem Messkopf, und zwar einem Reflexionsmesskopf, der sowohl Licht aussenden als auch einfallendes Licht erfassen kann. Gleichzeitig erlaubt die Messeinrichtung weiterhin die Durchführung von Reflexionsmessungen, beispielsweise an nicht transparenten Substraten oder durch Abdecken des Retroreflektors.
  • Die Messeinrichtung benötigt nur einen Messkopf und ist daher kostengünstiger herstellbar als herkömmliche Messeinrichtungen für Transmissionsmessungen. Sie ist justagefrei, da der Retroreflektor das Licht auch bei schrägem Einfall in die Ursprungsrichtung reflektiert.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Retroreflektor als Cube-Corner-Prisma ausgeführt.
  • Die Anordnung der drei Spiegelflächen in einem Cube-Corner-Prisma entspricht der oben erläuterten, d.h. jede Spiegelfläche steht wie bei den im Eckpunkt eines Würfels zusammentreffenden Würfelflächen senkrecht auf jeder der beiden anderen Spiegelflächen. Die Vorteile von Prismen, insbesondere aus optischem Glas, sind die geringen Energieverluste und die einfache Reinigung.
  • Vorteilhaft ist der Messkopf unter einem von Null verschiedenen Winkel zur Hauptachse des Retroreflektors angeordnet.
  • Insbesondere bei der Durchführung von Transmissionsmessungen ist es vorteilhaft, den Lichtstrahl nicht senkrecht auf das Substrat auftreffen zu lassen, um verfälschte Messergebnisse auf Grund von Lichtanteilen, die vom Substrat reflektiert werden, zu vermeiden. Wird der Messkopf unter einem von Null verschiedenen Winkel zur Hauptachse des Retroreflektors angeordnet, so dass der Lichtstrahl ebenfalls unter einem von Null verschiedenen Winkel zur Flächennormalen des Substrats auf das Substrat trifft, so wird vom Lichtempfangselement nur der Anteil des ausgesendeten Lichts erfasst, der durch das Substrat tretend auf den Retroreflektor trifft und nach nochmaligem Durchtreten des Substrats zum Messkopf zurückkehrt. Vom Substrat reflektierte Lichtanteile dagegen werden vom Messkopf weg gelenkt und gehen somit nicht in die Messung ein.
  • Die erfindungsgemäße Messeinrichtung ist in der Vakuumanlage zur Beschichtung flächiger Substrate so angeordnet, dass der erste Messkopf auf der einen Seite der Substratebene und der erste Retroreflektor auf der anderen Seite der Substratebene angeordnet ist.
  • Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung der Messeinrichtung in derartigen Anlagen sowohl zu Transmissionsmessungen wie auch zu Reflexionsmessungen. Vakuumanlagen, die die erfindungsgemäße Messeinrichtung aufweisen, ermöglichen hochgenaue in-situ-Messungen von Schichtdicken, Lichtdurchlässigkeit bzw. Absorption der beschichteten Substrate usw.
  • Vorteilhaft wird das vom Lichtsendeelement ausgesandte Licht unter einem von Null verschiedenen Winkel zur Flächennormalen der Substratebene auf das Substrat gelenkt, wenn die Messeinrichtung in Betrieb ist.
  • Wie oben bereits erläutert wurde, kann es vorteilhaft sein, den Lichtstrahl nicht senkrecht auf das Substrat auftreffen zu lassen, um verfälschte Messergebnisse auf Grund von Lichtanteilen, die vom Substrat reflektiert werden, zu vermeiden. Aus Gründen der Bauraumersparnis kann es dennoch notwendig sein, den Retroreflektor in einer hiervon abweichenden Art anzuordnen.
  • Daher ist es weiterhin von Vorteil, den Retroreflektor so anzuordnen, dass die Hauptachse des Retroreflektors im Wesentlichen senkrecht zur Substratebene verläuft.
  • Bevorzugt sind der Messkopf oder/und der Retroreflektor schwenkbar bezüglich der Substratebene gelagert.
  • Hierdurch ist die Messeinrichtung leicht und schnell an verschiedene Messmodi wie Transmissionsmessung und Reflexionsmessung anpassbar.
  • Zur Transmissionsmessung ist der Messkopf bevorzugt unter einem von Null verschiedenen Winkel zur Substratoberfläche angeordnet, um zu verhindern, dass die Messung durch reflektiertes Licht verfälscht wird.
  • Zur gleichzeitigen Messung von Transmission und Reflexion kann ein zweiter Messkopf vorgesehen sein. Beide Messköpfe sind unter einem von Null verschiedenen Winkel zur Substratoberfläche so auszurichten, dass der reflektierte Anteil des vom ersten Messkopf ausgesandten Lichts vom zweiten Messkopf empfangen werden kann.
  • Alternativ kann statt des zweiten Messkopfs ein zweiter Retroreflektor vorgesehen sein, der das von der Substratoberfläche reflektierte Licht wiederum reflektiert, so dass es zum ersten Messkopf zurückkehrt. Wenn beide Retroreflektoren abdeckbar ausgeführt sind, kann wahlweise durch Abdecken des ersten Reflektors eine Reflexionsmessung und durch Abdecken des zweiten Reflektors eine Transmissionsmessung durchgeführt werden, ohne Bestandteile der Vorrichtung justieren zu müssen.
  • Sind nur ein Messkopf und ein Retroreflektor vorgesehen, so kann eine Transmissionsmessung durchgeführt werden, indem der Messkopf unter einem von Null verschiedenen Winkel auf den unter dem Substrat angeordneten Retroreflektor gelenkt wird und eine Reflexionsmessung durchgeführt werden, indem der Messkopf senkrecht zur Substratoberfläche ausgerichtet und gegebenenfalls der Retroreflektor aus dem Lichtstrahl herausgeschwenkt oder abgedeckt wird.
  • Wird der Retroreflektor bei Ausrichtung des Messkopfs senkrecht zur Oberfläche abgedeckt, so enthält das gemessene Signal nur reflektierte Anteile. Wird dagegen der Retroreflektor bei Ausrichtung des Messkopfs senkrecht zur Oberfläche nicht abgedeckt, so enthält das gemessene Signal reflektierte und transmittierte Anteile. Aus diesen beiden Signalen lässt sich auf einfache Weise der transmittierte Anteil durch Rechnung ermitteln.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schematisch den Aufbau der Transmissionsmesseinrichtung.
  • In einer Vakuumanlage zur Beschichtung flächiger Substrate sind ein Messkopf 1 mit einem Lichtsendeelement zum Aussenden eines Lichtstrahls und einem Lichtempfangselement zur Erfassung eines einfallenden Lichtstrahls sowie ein Retroreflektor 2 so angeordnet, dass der Messkopf 1 auf der einen Seite der Substratebene 3 und der Retroreflektor 2 auf der anderen Seite der Substratebene 3 angeordnet ist.
  • Der Retroreflektor 2 ist im Ausführungsbeispiel als Cube-Corner-Prisma aus optischem Glas ausgeführt.
  • Die Lichtaussenderichtung 4 des vom Lichtsendeelement des Messkopfs 1 ausgesandten Lichts schließt mit der Flächennormalen 6 der Substratebene 3 einen von Null verschiedenen Winkel 7 ein, so dass das Licht unter diesem Winkel 7 auf das Substrat 3 gelenkt wird, wenn die Messeinrichtung in Betrieb ist.
  • Der Retroreflektor 2 ist so angeordnet, dass seine Hauptachse 5 mit der Lichtaussenderichtung 4 des vom Lichtsendeelement des Messkopfs 1 ausgesandten Lichts einen von Null verschiedenen Winkel 7 einschließt.
  • Die Hauptachse 5 des Retroreflektors 2 verläuft senkrecht zur Substratebene 3 und fällt daher mit der Flächennormalen 6 der Substratebene 3 zusammen.
  • Der Messkopf 1 und der Retroreflektor 2 sind schwenkbar bezüglich der Substratebene 3 gelagert.
    • 1
    Messkopf
    2
    Retroreflektor
    3
    Substrat, Substratebene
    4
    Lichtaussenderichtung
    5
    Hauptachse des Retroreflektors
    6
    Flächennormale der Substratebene
    7
    Winkel

Claims (9)

  1. Vakuumbeschichtungsanlage zur Beschichtung flächiger Substrate mit einer Messeinrichtung zur Transmissions- oder/und Reflexionsmessung an transparenten Substraten (3), umfassend einen auf einer Seite der Substratebene angeordneten ersten Messkopf (1) mit einem Lichtsendeelement zum Aussenden eines Lichtstrahls und einem Lichtempfangselement zur Erfassung eines einfallenden Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, dass auf der anderen Seite der Substratebene weiterhin ein erster Retroreflektor (2) zur Reflexion des ausgesandten Lichtstrahls vorgesehen ist.
  2. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite der Substratebene ein zweiter Messkopf (1) mit einem Lichtempfangselement zur Erfassung eines einfallenden Lichtstrahls vorgesehen ist.
  3. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite der Substratebene ein zweiter Retroreflektor (2) vorgesehen ist.
  4. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messkopf (1) relativ zur Substratebene schwenkbar ausgeführt ist.
  5. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Retroreflektor (2) abdeckbar oder relativ zur Substratebene schwenkbar ausgeführt ist.
  6. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Retroreflektor (2) als Cube-Corner-Prisma ausgeführt ist.
  7. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messkopf (1) unter einem von Null verschiedenen Winkel (7) zur Hauptachse (5) eines Retroreflektors (2) angeordnet ist.
  8. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Lichtsendeelement ausgesandte Licht unter einem von Null verschiedenen Winkel zur Flächennormalen (6) der Substratebene (3) auf das Substrat (3) gelenkt wird, wenn die Messeinrichtung in Betrieb ist.
  9. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachse (5) des ersten Retroreflektors (2) im Wesentlichen senkrecht zur Substratebene (3) verläuft.
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