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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der optischen Eigenschaften
einer bewegten Probe in einer Beschichtungsanlage.
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Aus
der Druckschrift
DE
10 2005 010 681 A1 ist eine Messanordnung zum optischen
Monitoring von Beschichtungsprozessen bekannt. Darin wird eine Messanordnung
beschrieben, die eine Lichtquelle und einen Detektor zur Messung
der Transmission einer im Lichtstrahl der Lichtquelle angeordneten
Probe umfasst. Die Messanordnung ist in eine Beschichtungsanlage
integriert, die einen rotierbaren Substrathalter aufweist. Die Lichtquelle
und der Transmissionsdetektor sind derart angeordnet, dass die Probe
während der Rotation des Substrathalters bei einem Beschichtungsvorgang
den Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle und dem Transmissionsdetektor
durchquert. Auf diese Weise ist es möglich, die Transmission
der Probe einschließlich der beim Beschichtungsvorgang
aufgebrachten Schichten zum Beispiel bei jeder Rotation des Substrathalters
einmal zu messen.
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Eine
derartige in situ-Messung an einer Probe während des Beschichtungsprozesses
ermöglicht es, die optischen Konstanten und/oder die Schichtdicken
einer oder mehrerer auf ein Substrat aufgebrachter Schichten während
des Beschichtungsprozesses zu bestimmen und auf diese Weise den
Beschichtungsprozess zu steuern.
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Derartige
spektralphotometrische Messungen an einer bewegten Probe sind bislang
nur in Transmission möglich. Bei der numerischen Auswertung
so erhaltener Transmissionsspektren von Proben, die ein Substrat
mit einem darauf aufgebrachten Schichtsystem aufweisen, treten oftmals
Mehrdeutigkeiten auf, die zu einer fehlerhaften Interpretation der Spektren
führen können. Insbesondere ist bei der numerischen
Auswertung von Transmissionsspektren oftmals schwierig zu unterscheiden,
ob Absorptionsverluste oder Inhomogenitäten in der Brechzahl
in dem Schichtsystem vorliegen.
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Weiterhin
ist die optische Charakterisierung von Proben allein mittels Transmissionsmessungen nicht
möglich, wenn die zu beschichtenden Substrate im Messbereich
intransparent sind oder aufgrund einer komplizierten Substratgeometrie
eine Transmissionsmessung ausschließen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur Messung der optischen Eigenschaften einer bewegten Probe in
einer Beschichtungsanlage anzugeben, das eine zuverlässige
Ermittlung der optischen Konstanten der Probe während des
Beschichtungsprozesses ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei
dem Verfahren werden die optischen Eigenschaften einer Probe in
einer Beschichtungsanlage gemessen. Die Probe ist vorzugsweise beweglich in
der Beschichtungsanlage angeordnet, insbesondere auf einem rotierbaren
Substrathalter.
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Gemäß einer
Ausgestaltung weist die Beschichtungsanlage eine Messanordnung auf,
die eine Lichtquelle, einen Transmissionsdetektor zur Messung der
Transmission eines im Lichtstrahl der Lichtquelle angeordneten Objekts,
und einen Reflexionsdetektor zur Messung der Reflexion eines im Lichtstrahl
der Lichtquelle angeordneten Objekts umfasst.
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Der
Transmissionsdetektor und der Reflexionsdetektor müssen
nicht notwendigerweise in die Beschichtungsanlage integriert sein,
sondern können beispielsweise auch über Lichtleitfasern
mit jeweils einem Messpunkt in der Beschichtungsanlage verbunden
sein. An den Messpunkten, an denen in der Beschichtungsanlage die
reflektierte oder die transmittierte Intensität eines Objekts
gemessen werden soll, befindet sich in diesem Fall bevorzugt eine
Einkoppeloptik, mit der der zu messende Lichtstrahl in eine Lichtleitfaser
eingekoppelt wird, wobei die Lichtleitfaser zu dem jeweils außerhalb
der Beschichtungsanlage angeordneten Detektor geführt wird. Wenn
der Reflexionsdetektor und/oder der Transmissionsdetektor außerhalb
der Beschichtungsanlage angeordnet sind, ist im Rahmen dieser Anmeldung unter
der „Intensität an dem Reflexionsdetektor” oder der „Intensität
an dem Transmissionsdetektor” die Intensität an
dem Messpunkt gemeint, der mit dem jeweiligen Detektor verbunden
ist.
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Vorzugsweise
umfasst das Messverfahren mindestens folgende Verfahrensschritte:
- – Messung der Intensität
IT3 der von der Probe transmittierten Strahlung an dem Transmissionsdetektor,
- – Messung der Intensität IR3 der von der Probe reflektierten
Strahlung an dem Reflexionsdetektor,
- – Messung der Intensität IT2 an dem Transmissionsdetektor
ohne Objekt im Lichtstrahl,
- – Messung der Intensität IR2 an dem Reflexionsdetektor
ohne Objekt im Lichtstrahl, und
- – Messung der Intensität IT1 an dem Transmissionsdetektor
bei blockiertem Lichtstrahl.
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Insgesamt
werden also bei einem Messvorgang mindestens fünf Intensitätsmessungen
durchgeführt.
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Die
Intensität IT3 der von der Probe transmittierten Strahlung
und die Intensität IR3 der von der Probe reflektierten
Strahlung sind Messgrößen, die zur Berechnung
der Reflexion R und der Transmission T der Probe herangezogen werden.
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Die
Messung der Intensität IT2 an dem Transmissionsdetektor
ohne Objekt im Lichtstrahl dient dazu, die Intensität der
Lichtquelle zu ermitteln. Dazu wird die zu vermessende Probe vollständig
aus dem Lichtstrahl entfernt, so dass der Strahlengang zwischen
der Lichtquelle und dem Detektor frei ist. Die Messung der Intensität
IR2 an dem Reflexionsdetektor ohne Objekt im Lichtstrahl dient dazu,
ein Dunkelsignal an dem Reflexionsdetektor zu bestimmen.
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Weiterhin
dient die Messung der Intensität IT1 an dem Transmissionsdetektor
bei blockiertem Lichtstrahl dazu, ein Dunkelsignal an dem Transmissionsdetektor
zu bestimmen. Für diese Messung wird der Lichtstrahl durch
ein nicht transparentes Objekt zwischen der Lichtquelle und dem
Transmissionsdetektor blockiert.
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Die
Dunkelsignale IR2 an dem Reflexionsdetektor ohne Objekt im Lichtstrahl
und IT1 an dem Transmissionsdetektor bei blockiertem Lichtstrahl können
beispielsweise durch Detektorrauschen, Streulicht oder andere in
der Beschichtungsanlage vorhandene Lichtquellen, beispielsweise
Verdampfungs- oder Plasmaquellen, entstehen.
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Aus
den gemessenen Intensitäten IT1, IT2, IR2, IT3 und IR3
können die Transmission T und die Reflexion R der Probe
wie folgt ermittelt werden: T = (IT3 – IT1)/(IT2 – IT1),
und R = K0(IR3 – IR2)/(IT2 – IT1).
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Die
Transmission T der Probe wird also aus dem Quotienten der Intensität
IT3 der von der Probe transmittierten Strahlung abzüglich
des Dunkelsignals IT1 an dem Transmissionsdetektor, und der gemessenen
Intensität IT2 der Lichtquelle abzüglich des Dunkelsignals
IT1 an dem Transmissionsdetektor bestimmt.
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Zur
Berechnung der Reflexion R der Probe wird der Quotient aus der Intensität
IR3 der von der Probe reflektierten Strahlung abzüglich
des Dunkelsignals IR2 an dem Reflexionsdetektor, und der gemessenen
Intensität IT2 der Lichtquelle abzüglich des Dunkelsignals
IT1 verwendet. Dieser Quotient ist mit einem Kalibrierfaktor K0 zu multiplizieren, um die Reflexion R der
Probe zu berechnen.
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Die
Einführung des Kalibrierfaktors K0 ist
notwendig, da bei der Berechnung der Reflexion R die Messgröße
IR3 – IR2 durch das Referenzsignal ITref =
IT2 – IT1, also die gemessene Maxi malintensität am
Transmissionsdetektor abzüglich des Dunkelsignals, dividiert
wird. Ein derartiges Referenzsignal, das die Intensität
der Lichtquelle an dem Transmissionsdetektor angibt, kann für
den Reflexionsdetektor nicht ohne weiteres gemessen werden, da sich
der Reflexionsdetektor nicht direkt im Lichtstrahl der Lichtquelle
befindet. Aus diesem Grund wird das Referenzsignal ITref =
IT2 – IT1 am Transmissionsdetektor auch als Referenzsignal
für die Reflexionsmessung genutzt. Es wird dabei angenommen,
dass sich das nicht messbare Referenzsignal IRref an
dem Reflexionsdetektor durch den Kalibrierfaktor K0 von
dem Referenzsignal ITref unterscheidet,
d. h. ITref = IT2 – IT1 = K0IRref.
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Somit
folgt aus R = (IR3 – IR2)/IRref durch Einsetzen
die bereits zuvor genannte Gleichung R = K0(IR3 – IR2)/(IT2 – IT1).
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Wie
im Folgenden noch näher erläutert wird, kann der
Kalibrierfaktor K0 zur Berechnung der Reflexion
R durch Messungen an einer Probe mit bekannter Reflexion vor dem
Beschichtungsvorgang ermittelt werden.
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Aus
den zuvor genannten Intensitätsmessungen können
sowohl die Transmission T als auch die Reflexion R der Probe während
des Beschichtungsvorgangs bestimmt werden. Die gleichzeitige Messung
der Transmission und der Reflexion hat gegenüber reinen
Transmissionsmessungen den Vorteil, dass die optischen Konstanten
und Schichtparameter des auf die Probe bei der Beschichtung aufgebrachten
Schichtsystems durch eine numerische Auswertung zuverlässiger
bestimmt werden können. Insbesondere können Inhomogenitäten
der Brechzahl und Absorptionsverluste des Schichtsystems bei der
Auswertung der Messkurven besser unterschieden werden, als wenn
nur die Transmissionsdaten vorliegen würden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Probe auf einem rotierbaren
Substrathalter angeordnet. Der rotierbare Substrathalter weist vorzugsweise mindestens
drei zur Aufnahme von Proben geeignete Ausnehmungen auf, die jeweils
in den Lichtstrahl der Lichtquelle rotierbar sind.
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Dabei
ist vorzugsweise in der ersten Ausnehmung eine nicht transparente
Probe zum Blockieren des Lichtstrahls angeordnet, zum Beispiel eine
hochreflektierende Metallschicht. Die zweite Ausnehmung des rotierbaren
Substrathalters ist vorteilhaft frei von jeglichem Objekt und ermöglicht
so eine Freigabe des Lichtstrahls zur Messung der Referenzintensität der
Lichtquelle mit dem Transmissionsdetektor oder des Dunkelsignals
mit dem Reflexionsdetektor. Weiterhin ist in der dritten Ausnehmung
des rotierbaren Substrathalters bevorzugt die Probe angeordnet,
so dass die Reflexions- und/oder Transmissionsintensität
der Probe gemessen werden kann, wenn die dritte Ausnehmung des Substrathalters
in den Lichtstrahl der Lichtquelle rotiert ist.
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Bei
einem Messvorgang werden vorzugsweise die erste Ausnehmung zur Messung
der Intensität IT1, die zweite Ausnehmung zur Messung der
Intensitäten IT2 und IR2, und die dritte Ausnehmung zur Messung
der Intensitäten IT3 und IR3 jeweils mindestens einmal
in den Lichtstrahl rotiert.
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Der
rotierbare Substrathalter kann insbesondere die Form einer Kugelkalotte
aufweisen, wobei die drei Ausnehmungen derart auf der Kugelkalotte angeordnet
sind, dass die Ausnehmungen bei einer Umdrehung des rotierbaren
Substrathalters je weils einmal den Strahlenvorgang der Messvorrichtung durchqueren.
Auf diese Weise ist es möglich, dass die zuvor genannten
fünf Intensitätsmessungen, aus denen die Transmission
und die Reflexion der Probe bestimmt werden können, bei
jeder Umdrehung des Substrathalters einmal gemessen werden können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Intensitäten
IT1, IT2, IR2, IT3 und IR3 mehrfach gemessen, während in
der Beschichtungsanlage ein Beschichtungsvorgang durchgeführt wird,
bei dem die Probe mit einer oder mehreren Schichten beschichtet
wird. Da aus jeweils einer Messung der fünf Intensitätswerte
die Reflexion R und die Transmission T der Probe bestimmt werden können,
können die optischen Eigenschaften und die aus den Messgrößen
ableitbaren Schichtparameter und optischen Konstanten der auf die
Probe aufgebrachten Schicht oder Schichten während des
Beschichtungsvorgangs verfolgt werden. Auf diese Weise ist es vorteilhaft
möglich, bei Abweichungen der bestimmten Schichtparameter
von Sollwerten Einfluss auf den laufenden Beschichtungsvorgang zu nehmen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Reflexion RSub eines unbeschichteten Substrats der Probe
vor dem Beschichtungsvorgang gemessen. Die Messung der Reflexion
RSub des unbeschichteten Substrats kann
vorteilhaft außerhalb der Beschichtungsanlage an einem
herkömmlichen Spektralphotometer erfolgen. Die auf diese
Weise ermittelte Reflexion RSub des unbeschichteten
Substrats kann zur Bestimmung des Kalibrierfaktors K0 verwendet
werden.
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Vorzugsweise
werden vor dem Beschichtungsvorgang die Intensitäten IT1,
IT2, IR2 und IR3 gemessen. Aus der zuvor bestimmten bekannten Reflexion
RSub und den gemessenen Intensitäten IT1, IT2,
IR2 und IR3 kann der Kalibrierfaktor K0 = RSub(IT1 – IT2)/(IR3 – IR2)bestimmt
werden.
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Der
auf diese Weise bestimmte Kalibrierfaktor K0 kann
mit einer vergleichsweise großen Ungenauigkeit behaftet
sein, wenn das unbeschichtete Substrat nur eine geringe Reflexion
aufweist, weil in diesem Fall die Differenz der gemessenen Intensitäten
IR3 und IR2 sehr gering ist.
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Es
ist daher vorteilhaft, wenn anstelle des unbeschichteten Substrats
eine Referenzprobe mit bekannter Reflexion RC zur
Bestimmung des Kalibrierfaktors K0 herangezogen
wird. Vorzugsweise wird die Reflexion RC einer
Referenzprobe, insbesondere einer hochreflektierenden Probe, die
beispielsweise eine Metallschicht aufweist, vor dem Beschichtungsvorgang
gemessen. Wie bei dem unbeschichteten Substrat kann die Reflexion
RC der Referenzprobe vor dem Beschichtungsvorgang
außerhalb der Beschichtungsanlage, beispielsweise in einem
herkömmlichen Spektralphotometer gemessen werden.
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Mittels
der Messvorrichtung in der Beschichtungsanlage wird vorzugsweise
vor dem Beschichtungsvorgang die Intensität IR1 der von
der Referenzprobe reflektierten Strahlung mit dem Reflexionsdetektor
gemessen. Weiterhin werden vor dem Beschichtungsvorgang auch die
Intensitäten IT1, IT2 und IR2 gemessen. In diesem Fall
berechnet sich der Kalibrierfaktor aus der Gleichung K0 = RC(IT1 – IT2)/(IR1 – IR2)
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Insbesondere
bei Verwendung einer stark reflektierenden Referenzprobe ist der
auf diese Weise bestimmte Kalibrierfaktor mit einer nur geringen
Ungenauigkeit behaftet, da das im Nenner der zuvor genannten Gleichung
stehende Messsignal IR1 abzüglich des Dunkelsignals IR2
vergleichsweise groß ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Referenzprobe, die zur
Bestimmung des Kalibrierfaktors verwendet wird, bei der Messung
der Intensität IT1 zum Blockieren des Lichtstrahls verwendet.
Dies ist dann möglich, wenn die Referenzprobe nicht transparent
ist, was insbesondere der Fall ist, wenn die Referenzprobe eine
hochreflektierende Schicht wie zum Beispiel eine Metallschicht enthält. Wenn
die Referenzprobe zum Blockieren des Lichtstrahls verwendet wird,
wird vorteilhaft die Referenzprobe in eine erste Ausnehmung des
Substrathalters eingesetzt, eine zweite Ausnehmung des Substrathalters
freigelassen, und eine dritte Ausnehmung des Substrathalters mit
dem zu beschichtenden Substrat der Probe bestückt.
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Die
Intensitätsmessungen mit dem Transmissions- und Reflexionsdetektor
erfolgen werden vorteilhaft in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in einem
Wellenlängenbereich λ1 ≤ λ ≤ λ2. Die Intensitätsmessungen umfassen
vorzugsweise mindestens den Wellenlängenbereich 400 nm ≤ λ ≤ 800
nm. In diesem Fall deckt der Messbereich vorteilhaft den gesamten
sichtbaren Spektralbereich ab. Selbstverständlich ist es
bei der Auswahl einer geeigneten Lichtquelle und geeigneter Detektoren
auch möglich, größere oder andere Wellenlängenbereiche
für die Messung heranzuziehen.
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Als
Lichtquelle für die Reflexions- und Transmissionsmessungen
kann beispielsweise eine Halogenlampe verwendet werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 3 näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich
einer Beschichtungsanlage, die eine Messvorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens aufweist,
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2 eine
schematische Darstellung des rotierbaren Substrathalters der Beschichtungsanlage, und
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3 schematische
Darstellungen der Intensitätsmessungen bei blockiertem
Lichtstrahl (a), ohne Objekt im Lichtstrahl (b) und mit der Probe
im Lichtstrahl (c).
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Gleiche
oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sowie die Größenverhältnisse
der Elemente untereinander sind nicht als maßstabsgerecht
anzusehen.
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In 1 ist
ein Teil einer Beschichtungsanlage 1 im Querschnitt dargestellt.
Die Beschichtungsanlage 1 ist mit einer Messanordnung ausgerüstet, die
eine Lichtquelle 3 und einen Transmissionsdetektor 4 zur
Messung der transmittierten Strahlung 10 eines im Lichtstrahl 9 der
Lichtquelle 3 angeordneten Objekts 2 enthält.
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Weiterhin
enthält die Messanordnung einen Reflexionsdetektor 5 zur
Messung der reflektierten Strahlung 11 eines im Lichtstrahl 9 der
Lichtquelle 3 angeordneten Objekts 2. Die Messanordnung,
die die Lichtquelle 3, den Transmissionsdetektor 4 und den
Reflexionsdetektor 11 umfasst, kann beispielsweise mittels
einer Befestigungsvorrichtung 7 in der Beschichtungsanlage 1 befestigt
sein.
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Die
Beschichtungsanlage 1 kann insbesondere eine Beschichtungsanlage
sein, in der Beschichtungen, insbesondere optische Beschichtungen
wie beispielsweise Antireflexionsbeschichtungen, mittels eines PVD
(Physical Vapor Deposition)-Verfahrens auf Substrate aufgebracht
werden. Bei den Substraten handelt es sich bevorzugt um transparente
Glas- Oder Kunststoffsubstrate. Die Beschichtungsanlage ist vorteilhaft
als Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumanlage ausgeführt,
in der die Schichten beispielsweise mittels thermischer Verdampfung,
Elektronenstrahlverdampfung oder Plasma-Ionen-gestützter
Verdampfung (PIAD) aufgebracht werden.
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Die
Beschichtungsanlage enthält vorzugsweise einen rotierbaren
Substrathalter
6, der um eine Drehachse
8 rotierbar
ist. Durch die Rotation des Substrathalters
6 während
des Beschichtungsvorgangs wird die Homogenität der aufgebrachten Schichten
verbessert. Der Substrathalter
6 kann insbesondere die
Form einer Kalotte aufweisen, die eine Vielzahl von Ausnehmungen
zur Aufnahme von Substraten
2 aufweist. Ein derartiger
kalottenförmiger Substrathalter
6 ist an sich
beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2005 010 681 A1 bekannt.
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Ein
Ausführungsbeispiel eines kalottenförmigen Substrathalters
ist in 2 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
Der kalottenförmige Substrathalter 6 ist um eine
Drehachse 8 rotierbar. Bei der Kalotte muss es sich nicht
notwendigerweise um eine Kugelkalotte handeln, sondern sie kann
beispielsweise auch eine asphärische Form aufweisen. Die Kalotte
kann eine Vielzahl von Ausnehmungen 13, 14, 15 aufweisen,
die zur Aufnahme von Substraten 2 dienen. Die in 2 dargestellten
Ausnehmungen 13, 14, 15 sind auf dem
gleichen Kleinkreis der Kalotte angeordnet, das heißt sie
sind so auf der Kalotte angeordnet, dass ihre Mittelpunkte auf einer
Schnittlinie zwischen einer senkrecht zur Drehachse des Substrathalters
verlaufenden Ebene und der Kalotte liegen. Die Ausnehmungen 13, 14, 15 weisen
daher den gleichen Abstand von der Drehachse 8 auf.
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Durch
eine Rotation des Substrathalters 6 um die Drehachse 8 ist
es möglich, die verschiedenen Ausnehmungen 13, 14, 15 des
Substrathalters 6 in den Lichtstrahl 9 der Lichtquelle 3 zu
bewegen. So ist es beispielsweise möglich, verschiedene
Proben 2, die in unterschiedlichen Ausnehmungen 15 angeordnet
sind, nacheinander in die Messanordnung zu rotieren. Weiterhin ist
es auch möglich, eine Ausnehmung 13, die kein
Objekt und somit eine freie Öffnung 12 aufweist,
oder eine zum Blockieren des Lichtstrahls vorgesehene Ausnehmung 14,
in die beispielsweise eine nicht transparente Referenzprobe 16 eingelegt
ist, in die Messanordnung zu rotieren.
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Wie
in 1 dargestellt, ist die Messanordnung bevorzugt
derart zu dem rotierbaren Substrathalter 6 ausgerichtet,
dass der Lichtstrahl 9 der Lichtquelle 3 bei der
Rotation des Substrathalters 6 nacheinander jeweils auf
eine der Ausnehmungen 13, 14, 15 in dem
Substrathalter trifft. Im Beispiel der 1 befindet
sich gerade die in einer Ausnehmung 15 angeordnete Probe 2 in
dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle 3 und dem Transmissionsdetektor 4.
Der Transmissionsdetektor 4 ist auf einer von der Lichtquelle 3 abgewandten
Seite des Substrathalters 6 angeordnet und der Reflexionsdetektor 5 ist auf
einer der Lichtquelle 3 zugewandten Seite des Substrathalters 6 angeordnet.
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Mit
der beschriebenen Messanordnung ist es möglich, die optischen
Eigenschaften an einer mittels des rotierenden Substrathalters 6 bewegten
Probe 2 während eines Beschichtungsvorgangs zu
messen. Da die Probe 2 bei jeder vollen Umdrehung des rotierenden
Substrathalters 6 jeweils einmal in den Lichtstrahl der
Lichtquelle 9 gelangt, kann bei jeder Umdrehung eine Charakterisierung
der optischen Eigenschaften der Probe 2 erfolgen. Wenn
die bei dem Messvorgang ermittelten optischen Eigenschaften von
Sollwerten abweichen, kann insbesondere Einfluss auf den laufenden
Beschichtungsvorgang genommen werden.
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Die
Messanordnung ist insbesondere dazu ausgelegt, gleichzeitig die
Transmission und die Reflexion an einer in der Beschichtungsanlage 1 bewegten
Probe 2 zu bestimmen.
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Die
für die Bestimmung der Transmission T und der Reflexion
R einer Probe 2 erforderlichen Messungen werden im Folgenden
anhand der 3(a) bis (c) näher
erläutert.
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Wie
in 3(a) dargestellt, wird mit dem Transmissionsdetektor 4 die
Intensität IT3 der von der Probe transmittierten Strahlung 10 gemessen, während
die Probe 2 auf dem rotierenden Substrathalter 6 den
Lichtstrahl 9 der Lichtquelle 3 durchquert. Weiterhin
wird in dieser Position des Substrathalters 6 mit dem Reflexionsdetektor 5 die
Intensität IR3 der von der Probe 2 reflektierten
Strahlung 11 gemessen.
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Wie
in 3(b) dargestellt, werden zwei weitere
Messungen durchgeführt, während sich eine Ausnehmung
des Substrathal ters ohne Objekt, also eine freie Öffnung 12,
im Strahl der Lichtquelle 9 befindet. Da sich in dieser
Position des Substrathalters kein Objekt im Lichtstrahl zwischen
der Lichtquelle 3 und dem Transmissionsdetektor 4 befindet,
kann die Intensität IT2 des Lichtstrahls 9 der
Lichtquelle 3 gemessen werden. Weiterhin wird in dieser
Position des Substrathalters die Intensität IR2 an dem
Reflexionsdetektor 5 gemessen. Die ohne Objekt im Lichtstrahl gemessene
Intensität IR2 an dem Reflexionsdetektor 5 stellt
das Dunkelsignal an dem Reflexionsdetektor dar, das beispielsweise
von außen in die Beschichtungsanlage eintretendes Fremdlicht
und/oder von Beschichtungsquellen in der Beschichtungsanlage erzeugtes
Licht enthalten kann.
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Wie
in 3(c) dargestellt, wird weiterhin
die Intensität IT1 an dem Transmissionsdetektor 4 gemessen,
wenn der Lichtstrahl 9 zwischen der Lichtquelle 3 und
dem Transmissionsdetektor 4 durch ein nicht transparentes
Objekt blockiert ist. Dazu kann beispielsweise eine stark reflektierende
Probe 16 in eine Ausnehmung des Substrathalters eingesetzt sein.
Die Intensität IT1, die gemessen wird, während sich
das nicht transparente Objekt 16 zwischen der Lichtquelle 9 und
dem Transmissionsdetektor 4 befindet, stellt das Dunkelsignal
an dem Transmissionsdetektor 4 dar, das beispielsweise
von außen in die Beschichtungsanlage eintretendes Fremdlicht und/oder
von den Beschichtungsquellen erzeugtes Licht enthalten kann.
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Aus
den auf diese Weise gemessenen Intensitäten IT1, IT2, IT3,
IR2 und IR3 können die Transmission T und die Reflexion
R der Probe 2 wie folgt berechnet werden: T
= (IT3 – IT1)/(IT2 – IT1), und R
= K0(IR3 – IR2)/(IT2 – IT1)
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Der
in die Gleichung für die Reflexion R enthaltene Kalibrierfaktor
K0 kann vor der Durchführung des
Beschichtungsvorgangs bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt die
Bestimmung des Kalibrierfaktors K0 dadurch,
dass eine Referenzprobe 16, die eine bekannte Reflexion
RC aufweist, in die zum Blockieren des Lichtstrahls
vorgesehene Ausnehmung 14 des Substrathalters 6 eingesetzt
wird. Die Reflexion RC der Referenzprobe 16 kann
vor dem Beschichtungsvorgang außerhalb der Beschichtungsanlage 1 in
einem Spektralphotometer gemessen werden. Vor der Durchführung
des Beschichtungsvorgangs werden in der Beschichtungsanlage 1 die
Intensität IT2 an dem Transmissionsdetektor 4 ohne
Objekt im Lichtstrahl, die Intensität IT1 an dem Transmissionsdetektor 4 bei
dem mit der Referenzprobe 16 blockierten Lichtstrahl, die
Intensität IR1 an dem Reflexionsdetektor 5 mit
der Referenzprobe 16 im Lichtstrahl und die Intensität
IR2 an dem Reflexionsdetektor 5 ohne Objekt im Lichtstrahl
gemessen. Aus diesen gemessenen Intensitätswerten IT1,
IT2, IR1 und IR2 und der bekannten Reflexion RC der
Referenzprobe 16 kann der Kalibrierfaktor K0 wie
folgt berechnet werden: K0 =
RC(IT1 – IT2)/(IR1 – IR2).
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Eine
weitere Möglichkeit zur Bestimmung des Kalibrierfaktors
K0 besteht darin, vor der Durchführung
des Beschichtungsvorgangs Intensitätsmessungen an dem noch
unbeschichteten Substrat der Probe 2 durchzuführen.
In diesem Fall ist die Reflexion RSub des
noch unbeschichteten Substrats vor der Durchführung des
Beschichtungsvorgangs zu bestimmen. Die Messung der Reflexion RSub kann außerhalb der Beschichtungsanlage 1 in
einem Spektralphotometer erfolgen.
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In
der Beschichtungsanlage werden vor der Durchführung des
Beschichtungsvorgangs die Intensität IT2 am Transmissionsdetektor 4 ohne
Objekt im Lichtstrahl, die Intensität IT1 am Transmissionsdetektor 4 bei
blockiertem Lichtstrahl, die Intensität IR3 am Reflexionsdetektor 5,
während sich das noch unbeschichtete Substrat 2 im
Lichtstrahl befindet, und die Intensität IR2 an dem Reflexionsdetektor 5 ohne Objekt
im Lichtstrahl gemessen.
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Aus
der bekannten Reflexion RSub der Probe 2 und
den vier gemessenen Intensitätswerten IT1, IT2, IR2 und
IR3 wird der Kalibrierfaktor K0 wie folgt berechnet: K0 = RSub(IT1 – IT2)/(IR3 – IR2)
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Die
gleichzeitige Bestimmung der Transmission T und der Reflexion R
der Probe während des Beschichtungsvorgangs mit dem beschriebenen Messverfahren
hat den Vorteil, dass die optischen Konstanten und die daraus ableitbaren
Schichtparameter des aufwachsenden Schichtsystems mit einer größeren
Genauigkeit bestimmt werden können als mit einer reinen
Transmissionsmessung. Insbesondere ist es durch die gleichzeitige
Auswertung der Transmissions- und Reflexionswerte der Probe möglich
zu unterscheiden, ob in der Probe Absorptionsverluste auftreten
oder Inhomogenitäten in der Brechzahl vorliegen.
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Die
zuvor beschriebenen Intensitätsmessungen werden vorzugsweise
in einem Wellenlängenbereich durchgeführt. Beispielsweise
können die Intensitätsmessungen IR1(λ),
IR2(λ), IR3(λ), IT1(λ), IT2(λ) und
IT3(λ) in einem Wellenlängenbereich λ1 ≤ λ < λ2 erfolgen,
der den gesamten sichtbaren Spektralbereich von etwa 400 nm bis
etwa 800 nm umfasst.
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Die
Messung der wellenlängenabhängigen Intensitäten
IT1(λ), IT2(λ) und IT3(λ) an dem Transmissionsdetektor 4 sowie
IR1(λ), IR2(λ) und IR3(λ) an dem Reflexionsdetektor 5 ist
in einem Zeitraum von nur wenigen Millisekunden möglich.
Beispielsweise kann ein Intensitätsspektrum in vier Millisekunden
aufgenommen werden. Die Intensitätsmessungen können
daher am bewegten Objekt durchgeführt werden, ohne dass
der rotierende Substrathalter 6 für die Durchführung
der Messungen angehalten werden muss.
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Bevorzugt
werden die Intensitätsmessungen zur Bestimmung der Transmission
T und der Reflexion R der Probe 2 bei jeder Umdrehung des
Substrathalters einmal durchgeführt. Durch die wiederholte Messung
der Transmission T, der Reflexion R und der rechnerischen Bestimmung
der aus der Transmission T und der Reflexion R ableitbaren optischen Konstanten
und Schichtparameter ist ein in situ-Monitoring des auf der Probe 2 aufwachsenden
Schichtsystems während des Beschichtungsprozesses möglich.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie
jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination
von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch
wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit
in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005010681
A1 [0002, 0047]