DE3135443A1 - Verfahren und fotometrische anordnung zur dickenmessung und -steuerung optisch wirksamer schichten - Google Patents
Verfahren und fotometrische anordnung zur dickenmessung und -steuerung optisch wirksamer schichtenInfo
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Description
4. September 1981 81510
-χ-
LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504
Bonner Straße 504
5000 Köln. - 51
" Verfahren und fotometrische Anordnung zur Dickenmessung
und -steuerung optisch wirksamer Schichten
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 bekannt. Bei den bisher bekannten Verfahren wurden die Messungen
bzw. Auswertungen auf der optischen und/oder 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
4. September 1981 81510
-r-
Es ist weiterhin bekannt, einen abgespaltenen Referenzlichtstrahl nach mehrfacher Umlenkung und Reflexion an Spiegelsystemen
dem gleichen Fotoempf'änger zuzuleiten wie den eigentlichen
Meßlichtstrahl. Dies geschieht aufgrund eines Zer- , hackervorgangs 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
« 4. September 1981 81510
einerseits in einer unterschiedlichen Intensitätsverteilung in den einzelnen Wellenlängen des zunächst polychromatischen
Meßlichts zu sehen, vor allem aber die mangelhafte Linearität 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 Messung und Anzeige von absoluten Werten für das Transmissions- und/oder Reflexionsverhalten
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 1 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 höchsten 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
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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 weitgehend Forderung nicht bestand und auch
nicht erkannt worden war.
Die Wahl des Verstärkers steht in einem ursächlichen Zusammenhang mit der Bildung des ersten Vergleichswerts I, und des
zweiten Vergleichswerts I0, die einen beträchtlichen, nämlich
den maximal möglichen, Abstand voneinander haben. Die sogenannten Vergleichswerte 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 entweder kein Testglas im
schwächt 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 definierte Transmission, z.B.
I|_ = 92% für einen Brechwert η = 1,5. Bei der Reflexionsmessung
wird ein unbeschichtetes Testglas verwendet, jedoch mit einer angerauhten Rückseite, damit dort das Licht diffus reflektiert
wird.
*) zur Festlegung des ersten Kalibrierungspunktes für I,
*) zur Festlegung des ersten Kalibrierungspunktes für I,
- 10 -
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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. 4>2 % bei einem Brechwert von η = 1,5.
Der zweite Vergleichswert I 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 Vergleichswert I zu erhalten, wird bei der Transmissionsmessung der Verstärkereingang an Masse gelegt,
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 ververläuft.
Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß die Vergleichswerte I. und I einen beträchtlichen Abstand voneinander haben.
Dieser Abstand läßt sich noch dadurch vergrößern und im Sinne einer möglichst genauen Anzeige der Meßwerte auswerten, wenn
der auf das unbeschichtete Testglas bezogene Verstärkungsgrad GL des Verstärkers soweit erhöht wird, bis der erste Vergleichswert I. im wesentlichen ein Maximum erreicht. Diese Aussage be-
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-Λ"
deutet, daß der erste Vergleichswert I, 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.
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 Beschichtungsprozeß befindlichen
Objekts mathematisch verknüpfen. Während vorstehend die Kalibrierung der Anordnung beschrieben wurde, beziehen
sich die nachstehenden Ausführungen auf die Bildung des endgültigen Meßwerts. Nach der Kalibrierung sind - wellenlängejiabhängig
- die Werte für I^ (jeweils größtmöglich) und für IQ
ebenso gespeichert, wie die Werte für den Verstärkungsgrad · G, für das unbeschichtete Testglas. Es versteht sich, daß- der
Verstärkungsgrad G, keineswegs über das gesamte Spektrum konstant ist. Vielmehr ergibt sich» daß der Verstärkungsgrad
gerade in der Mitte des spektralen Bereichs des sichtbaren Lichts der Meß!ichtquelle ein Minimum aufweist, weil nämlich
die spektrale Intensität der Meß!ichtquelle an dieser Stelle
ein Maximum besitzt. Wird nun der erste Vergleichswert I. auf einen größtmöglichen Wert eingestellt, was automatisch durch
- .12. -
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die Recheneinheit der Auswerteschaltung geschieht, so ergibt
sich zwar im wesentlichen eine Kpnstanz der Werte für I,,
keineswegs aber für G,. Dies wird in der Detailbeschreibung
noch durch ein Diagramm erläutert.
■ 1L - 1O
bzw.
bzw.
für die absolute Reflexion R
I = der Meßwert des beschichteten Objekts, gemessen am
Fotoempfänger, ··
R, = die errechenbare Reflexion des unbeschichteten Testglases,
errechnet aus dem bekannten Brechwert,
T, = die Transmission des~"u~nbeschichteten Testglases, errechnet
aus dem bekannten Brechwert, oder - in Abwesenheit eines Testglases =1,0.. ;
Im Anschluß an die beschriebenen, durch die Recheneinheit auto matisch durchgeführten Rechenoperationen wird nun der gespeicherte
Wert bzw. werden die gespeicherten Werte für. 6,
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von der Recheneinheit abgefragt, und es wird der variable
Verstärkungsgrad G aufgrund folgender Beziehungen gebildet:
Für die Transmission:
G = GL . TL
G = GL . TL
und
für die Reflexion
G = G, . R|_
G = G, . R|_
Nunmehr wird in der Recheneinheit der Meßwert I mit dem jeweiligen
Verstärkungsgrad G verstärkt bzw. multipliziert und
1Q in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt. Es handelt
sich hierbei 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 1 %o.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß auch der Meßwertes
beschichteten Objekts ,gemessen am Fotoempfänger, gleichfalls
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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 Unteransprüchen
hervor.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sowie seine
Wirkungsweise sind nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der fotometrischen Anordnung in Verbindung mit einer Vakuum-Beschichtungsanlage,
Figur 2 die wesentlichen Teile der Figur 1 in Verbindung mit der Auswerteschaltung und einer Anzeigeein
richtung,
Figur 3 eine grafische Darstellung der Relationen zwischen
dem ersten und dem zweiten Vergleichswert sowie dem Verstärkungsgrad bei unbeschichtetem Testglas, au.fgetragen
über der Wellenlänge und
- 15 -;
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Figur 4 eine grafische Darstellung der Relation des Meßwerts des beschichteten Objekts, gemessen am Fotoempfänger,
zu den absoluten Transmissions- bzw. Reflexionswerten, dargestellt durch die Anzeigeeinrichtung,
gleichfalls aufgetragen über der
In Figur 1 ist eine Vakuum-Beschichtungsanlage 1 dargestellt,
die als Vakuumaufdampfanlage oder Katodenzerstäubungsanlage ausgebildet sein kann. Die Quellen zur Erzeugung des Be-Schichtungsmaterials
(Verdampfer oder Zerstäubungskatoden) sind nicht dargestellt; sie gehören im übrigen zum Stand der
Technik. Zur Vakuum-Beschichtungsanlage gehö.rt 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 möglieh,
die Messungen an den Substraten durchzuführen als auch an einem besonderen Testglas. Da das Beschichtungsverfahren
in der Praxis meist mittels Testgläsern überwacht wird, wird
hierbei auf das Testglas Bezug genommen. Der im Bereich des Testglases in der Regel vorhandene Substrathai te" ist gleichfalls
nicht gezeigt.
Außerhalb der Vakuumkammer 2 ist eine Ltchtquelle 6 angeordnet,
von der ein gebündelter Meßlichtstrahl 7 in Richtung auf die Fenster 3 und 4 verläuft. Der Meßlichtstrahl 7 definiert einen
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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 Testglas 5 eine ebene Vorderseite 5a, jedoch eine aufgerauhte bzw. diffuse 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 Siliziumfotoempfänger, dessen Ausgang über eine nicht gezeigte Auswerteschaltung einer Anzeigeeinrichtung
aufgeschaltet ist.
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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 Gittermonochromators 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 Wellenlinie 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 Kalibriervorganges auch weggelassen werden, so daß ein
um wenige Prozente größerer Lichtanteil zum Fotoempfänger gelangt.
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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 Nunblenden
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. eifle.Ref lexion nicht nur am Testglas bzw. Meßobjekt,
sondern auch an der Linse erfolgt, die nicht schief eingesetzt werden kann.
Bei der Messung des zweiten Vergleichswerts.IQ wird eine der
beiden NuTlblenden 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;-
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
- 19 -;
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- yr-
Verstärkungsgrades 6. ist dem Verstärker 2o über eine
Leitung 21 ein Geber 22 vorgeschaltet, dessen Ausgang Über eine Leitung 23 einem Speicher 24 für die Speicherung
des Verstärkungsgrades G, aufgeschaltet ist, der bei unbe-'
schichteten! Testglas (oder bei fehlendem Testglas) bei der weiter oben beschriebenen Maximierung des ersten
Vergleichswerts I, ermittelt wurde.
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-Vergleichswertes I,, 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 Vergleichswertes I , der unter Zuhilfenahme der Nullblende (oder, analog, durch
Erdung des Verstärkereingangs) gewonnen und mit gleichen Verstärkungsgrad G, verstärkt wurde, wie der erste Vergleichswert
IL· 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.
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Λ* 4. September 1981 81510
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 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 I. 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 Abszizze die Wellenlänge, während auf der Ordinate der erste und der zweite Vergleichswert sowie
der Verstärkungsgrad G, der Tendenz nach angegeben sind. Ä"uf Maßeinheiten wurde verzichtet, da nur das Meßprinzip ver- .
deutlicht werden soll. Es ist zu erkennen, daß die Kurve 36 für den ersten Vergleichswert I, nach Anhebung durch entsprechende
Verstärkung nahezu horizontal verläuft. Einen . etwa ähnlichen Verlauf hat die Kurve 37 für den zweiten
die Kurve 38 für den Verstärkungsgrad G, , die den erforderlichen Verstärkungsgrad darstellt, der eingestellt werden
muß, um die maximal möglichen Werte für I. zu erhalten. Diese
- 21 τ
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-tr*-
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 zeigt. Die Kurve 40 ist der Kurve zwar ähnlich, jedoch aufgrund des variablen Verstärkungsgrades (Kurve 38 in Figur 3) entsprechend korrigiert, d.h.
die Kurve 39 ist gegenüber der absoluten Kurve 34 "verzerrt".
Claims (1)
- 4. September 1981 81510PATENTANSPROCHE:y 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 gekenn-0 zeichnet, daß1.1 ein einstellbarer Verstärker mit einem Verstärkungsgrad G verwendet wird, der Über mindestens zwei Zehnerpotenzen mit einer Abweichung von höchstens 2 %, vorzugsweise von höchstens 1 %, eine lineare Kennlinie aufweist, und daß zu Kalibrierzwecken bei jeder Wellenlänge1.2 ein ersten Vergleichswert I,a)(Jbei der Transmissionsmessung durch die Messung d'es ungeschwächten oder nur durch ein unbeschichtetes Testglas hindurchgehenden Meßlichtstrahls bzw.b) bei der Reflexionsmessung durch die Messung des von einem unbeschichteten Testglas mit diffuser Rückseite reflektierten Meßlichtstrahls gebildet wird,
1.3 der Verstärkungsgrad G bei unbeschichtetem Testglas soweit erhöht wird, bis der erste Vergleichswert I,im wesentlichen ein Maximum erreicht,4. September 1981 815101.4 der maximale Vergleichswert für I, und der jeweils zugehörige Verstärkungsgrad GL für das unbeschichtete Testglas in je einem Speicher gespeichert werden,
1.5 ein zweiter Vergleichswert IQa) bei der Transmissionsmessung durch Abschaltendes Verstärkereingangs oder durch Einschalten einer Nullblende in den Meßlichtstrahl,b) bei der Reflexionsmessung durch Einschalten einer Nullblende in den Meßlichtstrahl gebildet wird,1.6 der zweite Vergleichswert I , mit dem gleichen Verstärkungsgrad verstärkt wie der erste Vergleichswert in einem weiteren Speicher gespeichert wird, so daß nunmehr alle Größen GL» I^ und IQ nach Maßgabe der zugehörigen Wellenlänge gespeichert sind, und daß zu Meßzwecken bei jeder Wellenlänge1.7 der Meßwert I (Transmission T oder Reflexion R) gebildet wird,die gespeicherten Werte für IL und IQ sowie der Wert für I von einer Recheneinheit abgefragt werden, wobei zunächst
a) die absolute Transmission T nach der Beziehungτ ■ ' - 1Q ; TL b2wb) die absolute Reflexion R nach der BeziehungR = l ' 1O * RL1L - 1O
bestimmt wird, wobei<3 4. September 198181510- χ-I der Meßwert des beschichteten Objekts, gemessenam Fotoempfänger,
R, die Reflexion des unbeschichteten TestglasesundT, die Transmission des unbeschichteten Testglasesoder in Abwesenheit eines Testglases 1,0 ist, 1.9 der gespeicherte Wert für GL von der Recheneinheit abgefragt wird und der variable Verstärkungsgrad G nach der Beziehung
a) G = GL . T. für die Transmissionb) G = GL . RL für die Reflexionbestimmt 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 Anspruch 1.7 von der Recheneinheit abgefragt wird.3- Eotometr'ische 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 3.1 der Verstärker (20) bezüglich seines Verstärkungsgrades eine Kennlinie aufweist, die über mindestens zwei Zehnerpotenzen mit einer Abweichung von höchstens 2%, vorzugsweise von höchstens 1%, linear ist,4. September 19S1 815103.2 zur Bildung eines ersten Vergleichswertes I, 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 ei.ner diffusen Rückseite versehen ist,3.3 zur Bildung eines zweiten Vergleichswertes I 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,3.4 je ein Speicher (30 , 31 , 24 ) für den ersten I, und zweiten Vergleichswert I sowie für ein dem Verstärkungsgrad proportionales Signal vorhanden ist, wobei die Speicher (30 , 31 ) für die beiden Vergleichswertedem Verstärker (20 ) und der Speicher (24 ) für den Verstärkungsgrad einem Geber (22 ) für den Verstärkungsgrad nachgeschaltet sind bzw. ist, 3.5 die Speicher (30 , 31 , 24) für die beiden Vergleichswerte und den Verstärkungsgrad einer zur Auswerte- *" schaltung (33 ) gehörenden Recheneinheit aufgeschaltet sind,3.6 die Recheneinheit eine Rückführung (35 ) zum Geber (22 ) für den Verstärkungsgrad aufweist, derart, daß der Verstärkungsgrad entsprechend einem möglichst großen Wert für I. einstellbar ist,3.7 die Recheneinheit in der Weise ausgelegt ist, daß aus den in den Speichern (3o ,31 ) befindlichen Signalen für den ersten und den zweiten Vergleichswert sowie aus demMeßwert I die absolute Transmission bzw. Reflexion für** 4. September 198181510-y-den jeweils gleichen Verstä'rkungsgrad bestimmbar ist und daß aus den in dem Speicher (24) befindlichen Signalen für die Verstärkungsgrade GL unter Berücksichtigung der Transmissions- und Reflexionswerte für den ersten Vergleichswert durch Multiplikation des Meßwerts I mit dem Verstärkungsgrad G die absoluten Transmissions- und Reflexionswerte bestimmbar sind.4. Fotoelektrische 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. Fotoelektrische Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (33) über eineSteuerleitung (34) mit dem Monochromator .(:t1v"tO verbunden ist,derart, daß wahlweise eine bestimmte Wellenlänge desMeßlichts einstellbar oder ein ausgewähltes Spektrum durchfahrbar ist.
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