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EINRICHTUNG ZUM AUFSTÄUBEN VON OPTISCHEN FILMSCHICHTEN
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Beschreibung: Die Erfindung bezieht sich. auf den Gerätebau und betrifft
insbesondere. eine Einrichtung zum Aufstäuben von. optischen Filmschichten auf beliebige
Unterlagen.
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Am erfolgreichsten kann die Erfindung beim Herstellen von Interferenz
filtern verwendet werden, welche für die Gasanalyse als monochromatische, die Absorptionsbande
von einzelnen Gaskomponenten in verschiedenen Spektralbereichen sichtbar machende
Elemente geeignet sind.
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Das wichtigste. Problem ist die Fertigung der. Interferenzfilter mit
hohen technischen Kenndaten,. für deren Erreichung die Dicke der optischen Filmschicht
beim Aufstäuben genau überprüft werden muß.
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Trotz der vielen durchgeführten Untersuchungen ist dieses Problem
bisher noch nicht befriedigend gelöst.
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Eine wirksame Einrichtung zum Aufstäuben von optischen Filmschichten
der bekannten Art enthält eine Vakuumkammer, in der mindestens ein Tiegel für den
zu verdampfenden Stoff, ein Verdampfer, ein Karusselltisch mit kreisförmig angeordneten
Haltern für die Befestigung der Unterlagen, auf die die Filmschichten aufgetragen
werden, sowie ein System für die Prüfung der Dicke der aufzutragenden Filmschicht
untergebracht sind (s. Sch.A.Furmann: "dünnschichtige optische Uberzüge / Tonkostennye
optitscheskie pokrytija /, Leningrad, Verlag "Maschinenbau" / Maschinostroenie /,
1977, Seite 143, Bild 44). Das erwähnte System zur Dickenprüfung enthält eine
Strahlungsquelle,
einen Monochromator, einen Strahlungsdetektor, ein Spiegelsystem zur Steuerung eines
Strahls von der Strahlungsquelle auf die Unterlage und von dieser Unterlage durch
den Monochromator auf den Strahlungsdetektor, wobei die erwähnten Bauteile optisch
miteinander verbunden sind, sowie ein Signalablesesystem Das Signalablesesystem
enthält eine Ablesevorrichtung und eine daran angeschlossene. Kompensationsschaltung.
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Die beschriebene Einrichtung funktioniert folgenderweise: Beim Drehen
des Karusselltisches mit den Unterlagen erfolgt deren Beschichtung mit einem in
dem betreffenden Tiegel zu verdampfenden Stoff. Die Dicke der auf die Unterlage
aufzutragenden Filmschicht wird durch die genannte.Filmschicht hindurchtretende
elektromagnetische Strahlung bestimmt. In dem Monochromator wird aus dem Spektrum
der durchtretenden Strahlung ein vorgegebener Bereich abgetrennt, welcher danach
mittels eines Strahlungsdetektors aufgenommen. .und in ein elektrisches Signal umgewandelt
wird. Weiterhin gelangt das elektrische Signal an den Eingang der Kompensationsschaltung,
wo dessen Abgleich mit einem Kompensationssignal erfolgt, wobei die Größe des Kompensationssignals
zu.der Dicke der aufzutragenden Filmschicht proportional ist und.mittels der Ablesevorrichtung
registriert wird.
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Beim Betrieb der Einrichtung entsteht eine Reihe von wesentlichen
Schwierigkeiten. Wegen unvermeidlicher Alterung der Strahlungsquelle und sämtlicher
Elemente des Systems für die Nachprüfung der Dicke der aufzutragenden. Filmschicht
sowie wegen (informationsloser) Nebenstrahlung, beispielsweise beim Verdampfen..
des. in den Tiegel eingebrachten Stoffes durch die im Tiegel erzeugte Strahlung,
werden letztlich die genannten Faktoren als Änderung der Dicke der aufzutragenden
Filmschicht abgelesen (obwohl in Wirklichkeit keine solche Änderung entstehen kann),
was zur wesentlichen Erhöhung des Meßfehlers führt.
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Da in der beschriebenen Einrichtung die Dicke der Filmschicht durch
die durchtretende elektromagnetische Strahlung, d.h.
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nach dem Durchlass bestimmt wird, sind außerdem deren funktionale
Möglichkeiten eingeschränkt. Unter Anwendung dieser Einrichtung gelingt es nicht,
mehrschichtige Spiegelüberzüge mit einem hohen Reflexionsgrad zu erhalten, weil
der Transmissionsgrad bei der untersuchten Wellenlänge bei einer Erhöhung der Anzahl
von Filmschichten vermindert und der Reflexionsgrad entsprechend vergrößert wird.
Dadurch wird letztlich das eine Information tragende Signal vermindert, was dessen
Messung beachtlich erschwert und die Genauigkeit der Prüfung der Dicke der aufzutragenden
Filmschicht vermindert.
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Es ist zu betonen, daß mit der beschriebenen Einrichtung die Dicke
der aufzutragenden Filmschicht nur auf einer Unterlage geprüft werden kann, welche
in einem in der Mitte des Karusselltisches angeordneten Halter befestigt ist. Die
Spiegel werden dabei derart angeordnet, daß der Prüfstrahl in die Mitte des Karusselltisches
fällt.
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Weil in diesem Fall die Bedingungen der Filmschichtdickenerhöhung
auf den verschiedenen Unterlagen, beispielsweise wegen der von dem Tiegel bis auf
die Unterlagen unterschiedlichen Abstände oder wegen des Erhitzungsgrades der letzteren
unterschiedlich sind, zeichnen sich die Filmschichten durch ungleiche Dicke aus.
Dadurch werden aber die erforderlichen optischen Kenndaten der zu erhaltenden Interferenz
filter beeinträchtigt.
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Zweck der Erfindung ist es, die obenbeschriebenen Nachteile zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Aufstäuben
von optischen Filmschichten zu schaffen, in welcher durch Anderung des Verlaufes
der optischen Prüfung der Filmschichtdicke die Genauigkeit dieser Prüfung erhöht
und
die Qualität der zu erhaltenden, mehrschichtigen Interferenzüberzüge damit verbessert
wird, was eine weitere Entwicklung der funktionalen Möglichkeiten der Einrichtung
zur Folge hat.
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Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zum Aufstäuben
von optischen Filmschichten, enthaltend eine Vakuumkammer, innerhalb der mindestens
ein Tiegel für den zu verdampfenden Stoff, ein Verdampfer, ein Antriebskarusselltisch
mit kreisförmig angeordneten Haltern für die Befestigung von Unterlagen, untergebracht
sind, die ein System für die Prüfung der Dicke der aufzutragenden Filmschicht, welches
eine Strahlungsquelle, einen Modulator, einen Strahlungsdetektor, ein Spiegelsystem
zur Steuerung des Strahls von der Strahlungsquelle auf die Unterlage und von der
Unterlage durch den Monochromator auf den Strahlungsdetektor und ein Signalablesesystem
aufweist. Die erwähnten Bauteile sind miteinander optisch verbundene Gemäß der Erfindung
enthält die Anlage zusätzlich einen Modulator für die abwechselnde Bildung von zwei
optischen Kanälen: einem Transmissionskanal und einem Reflexionskanal. Darüberhinaus
ist einer der erwähnten Spiegel des genannten Systems halbdurchsichtig. Sämtliche
Spiegel sind so auf einem geschlossenen optischen Weg angeordnet, daß sie die durch
einen beliebigen optischen Kanal durchgehenden Strahlen den Anordnungskreis der
Halter auf dem Karusselltisch durchkreuzen und nach der Reflexion von dem halbdurchsichtigen
Spiegel über einen einheitlichen optischen Austrittsbereich auf den Monochromator
gelangen. Der Karusselltisch weist dabei mindestens eine Öffnung für die Bildung
eines Bezugssignals auf. Der Mittelpunkt der Öffnung befindet sich auf dem Anordnungskreis
der für die Befestigung der Unterlagen dienenden Halter. Die Einrichtung weist weiter
einen Modulator zur Erzeugung eines Bezugssignals der Reflexion und zur zeitlichen
Abtrennung der Meß- und Bezugssignale auf, welcher zwischen dem genannten Karusselltisch
und dem halbdurchsichtigen Spiegel derart drehbar angeordnet ist, daß der das
Bezugssignal
der Reflexion erzeugende Strahl beim gleichlaufenden Drehen des Karusselltisches
und Modulators über den obengenannten optischen Austrittsbereich der erwähnten Kanäle
auf den Monochromator gelangt Eine derartige Ausführungsform der erfindungsgemäßen.Einrichtung
sichert die Nachprüfung der Dicke der aufzutragenden Filmschicht nicht nur nach
den durch diese Filmschicht durchgehenden Strahlen, sondern auch durch den von ihr
zurückgeworfenen Strom der elektromagnetischen Strahlung. In jedem Strom werden
dabei durch das optische Doppelkanalsystem zwei optische Ströme erzeugt: ein die
Information über die Dicke der aufzutragenden Filmschicht tragender Meßstrom. und
ein zum Vergleich mit dem Meßstrom dienender Bezugsstrom. Nach der Verarbeitung
zeichnen sich die mit den genannten Strömen erzeugten Signale durch eine hohe Genauigkeit
aus, weil es die Bezugssignale und Meßsignale ermöglichen, die durch die Temperatur-
und Zeitänderungen der Elemente des optischen Prüfsystems hervorgerufenen Fehler
herabzusetzen.
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Eine mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung durchgeführte Untersuchung
der Reflexion und Transmission bietet die Möglichkeit, Interferenz filter mit hoher
Genauigkeit und mehrschichtige optische Spiegel mit hohem Reflexionsgrad zu erhalten.
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Da der Anordnungskreis der für die Befestigung der Unterlagen dienenden
Halter für den Prüfstrahl durchlässig ist, wird es möglich, die Filmschichtdicke
auf jeder Unterlage zu prüfen, was eine wesentliche Erhöhung der Qualität der herzustellenden
Erzeugnisse und der Reproduzierbarkeit der optischen Kenndaten zur Folge hat.
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Trotz des Vorhandenseins zweier optischer Kanäle ermöglicht es die
erfindungsgemäße Einrichtung, nur eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsdetektor
zu verwenden, was durch die ab-
wechselnde Bildung der genannten
Kanäle mittels des ersten Modulators sowie durch die Spiegelanordnung bedingt ist.
Dies ermöglicht es, die Meßfehler zu vermindern und die Signale nach der Transmission
und Reflexion mit hoher Genauigkeit zu vergleichen, was auch zur Erhöhung der Prüfgenauigkeit
beiträgt.
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Die in der erfindungsgemäßen Einrichtung erzeugte Modulation der elektromagnetischen
Strahlung; gestattet. es, Meßfehler auszuschließen, die damit zusammenhängen, daß
die informationslose Strahlung in den Monochromator und entsprechend in den Strahlungsdetektor
gelangt.
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Es ist zweckmäßig, den ersten zur Erzeugung des Bezugssignals der
Reflexion und zur zeitlichen Abtrennung der Meß- und Bezugssignale dienenden Modulator
in der erfindungsgemäßen Einrichtung in Form von einer Nuten und Ansätze aufweisenden
Scheibe mit einem Spiegelüberzug auszuführen, die mit einem Drehantrieb in Verbindung
steht, wobei die Anzahl Z1 zur Berechnung der Ansätze nach folgender Abhängigkeit
bestimmt wird: n2 Z1 = (Z2 (23) n1 ' worin Z2' und Z2,, die Anzahl der zur Befestigung
der Unterlagen dienenden Halter bzw. die Anzahl der zur Bildung eines Bezugssignals
der Transmission dienenden Öffnungen des Karusselltisches und n1 und n2 die Drehzahl
der Scheibe bzw. des Karusselltisches (in U/min) bedeuten.
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Die Herstellung des Modulators, ausgeführt in Form der Antriebsscheibe
mit in einer nach der erwähnten Abhängigkeit bestimmten Anzahl von Nuten und Ansätzen
hat sich als relativ einfach erwiesen.
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Beim Drehen dieser Scheibe innerhalb einer Zeitspanne, wenn sich im
Weg der elektromagnetischen Strahlung eine der Nuten und eine der Unterlagen befinden,
wird ein Meßsignal der
Reflexion oder Transmission gebildet, welches
durch den Modulator an den Strahlungsdetektor gelangt. Wenn die öffnung des Karusselltisches
gegenüber der Nut der Scheibe angeordnet wird, bildet sich ein Bezugssignal der
Transmission. Wenn der optische Weg mit einem den Spiegelüberzug aufweisenden Ansatz
der Scheibe und. mit einem freien. Abschnitt des Karusselltisches bedeckt wird,
bildet sich ein Bezugssignal der Reflexion.
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Die pausenlose Erzeugung der Meß- und Bezugssignale und deren zeitliche
Abtrennung mittels der Scheibe ermöglicht es, die Genauigkeit der Nachprüfung der
Dicke der aufzutragenden Filmschicht wesentlich zu erhöhen.
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Vorzugsweise wird der Spiegelüberzug auf der dem halbdurchsichtigen
Spiegel zugekehrten Seite auf die Scheibe aufgetragen. Durch eine derartige Ausführung
des Spiegelüberzuges werden die Anforderungen an die optischen Eigenschaften des
Materials sowie an die Genauigkeit der Herstellung der Scheibe herabgesetzt. D Vorzugsweise
wird der zweite, zur abwechselnden Bildung von zwei optischen Kanälen dienende Modulator
in Form eines mit dem Drehantrieb in Verbindung stehenden Hohlzylinders ausgeführt,
wobei die Strahlungsquelle innerhalb des Hohlzylinders untergebracht ist. In der
Wandung des Hohlzylinders ist eine Öffnung zum Austritt des Strahls von der erwähnten
Strahlungsquelle auszuführen. Die Drehzahl des Hohlzylinders wird dabei nach folgender
Formel bestimmt: n3 = 2K (Z2 + Z2,,) n2 worin mit n2 und n3 die Drehzahl des Karusselltisches
bzw. des Hohlzylinders in U/min, mit Z2' und Z2'' die Anzahl der zur Befestigung
der Unterlagen dienenden Halter bzw. die Anzahl der zur Erzeugung des Bezugssignals
der Transmission dienenden
öffnungen des Karusselltisches und mit
K ein Koeffizient, der aus der Reihe der natürlichen Zahlen ausgewählt ist, bezeichnet
sind.
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Die zwei optischen Kanäle in Verbindung mit einer relativ einfachen
Ausführung des Modulators zeichnen sich.durch geringe Energieverluste aus.
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Am erfolgreichsten wird die Nachprüfung der Dicke der aufzutragenden
Filmschicht dann durchgeführt, wenn das Signalablesesystem eine Reihenschaltung
aus einem Selektivverstärker, welcher an die Strahlungsquelle angeschlossen ist,
und für die selektive Verstärkung der Meß- und.Bezugssignale, die durch die Reflexions-
und Transmissionskanäle laufen, dient, einen Synchronisierdetektor. zur Dekodierung
der Signale während des Aufstäubens, eine Vergleichseinheit und eine Regist riereinheit
enthält.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung
zum Aufstäuben von optischen Filmschichten, Fig. 2 die Ansicht A der Fig. 1, Fig.
3 das Blockschaltbild des Signalablesesystems einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung und Fig. 4 bis 6 Draufsichten auf den Karusselltisch und den zur Erzeugung
des Bezugssignals der Reflexion sowie zur zeitlichen Abtrennung der Meß- und Bezugssignale
dienenden Modulator der erfindungsgemäßen Einrichtung in verschiedenen Stellungen.
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Die Einrichtung zum Aufstäuben von optischen Filmschichten enthält
eine Vakuumkammer 1 (s. Fig. 1), innerhalb der mindestens ein Tiegel 2 für den zu
verdampfenden Stoff, ein Verdampfer 3, der einen Elektronenstrahlerzeuger darstellt,
und ein Karusselltisch 4 mit einem Drehantrieb (nicht gezeigt)
untergebracht
sind.
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An dem Karusselltisch 4 sind auf einem Kreis.Halter 5 zur Befestigung
von zu bestäubenden Unterlagen 6 angeordnet. Der Karusselltisch 4 weist weiter mindestens
eine Öffnung 4a (Fig. 2) auf, deren Mittelpunkt auf dem Anordnungskreis der Halter
5 liegt.
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Die Vakuumkammer 1 (s. Fig. 1) weist einen Stutzen zur Verbindung
mit dem System zur Vakuumerzeugung (der Stutzen und das System sind nicht gezeigt)
und Fenster 7, 8 und 9 auf, welche aus einem Stoff ausgeführt sind, der in dem Spektralbereich
der durchgeführten Nachprüfung der Dicke der auf. die Unterlagen 6 aufgetragenen
Filmschichten durchsichtig ist. Wenn beispielsweise diese Nachprüfung im infraroten
Spektralbereich durchgeführt wird, ist es zweckmäßig, die Fenster 7, 8 und 9 aus
Leukosaphir herzustellen.
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Die Einrichtung enthält weiter ein System 10 zur Kontrolle der Dicke
der aufzutragenden Filmschichten, däs aus einer Quelle 11 der elektromagnetischen
Strahlung, einem Spiegelsystem 12, 13, 14, 15 und 16, einem Monochromator 17, einem
Strahlungsdetektor 18 und einem Signalablesesystem 19 (das System 19 ist mit der
punktierten Linie bezeichnet) besteht.
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Die Spiegel 12 bis 15 sind so gestellt, daß der auftreffende Strahl
. einen geschlossenen optischen Weg bildet. Der Spiegel 16 ist halbdurchsichtig
und zwischen den Spiegeln 13 und 14 angeordnet.
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Die Einrichtung weist außerdem einen Modulator 20 zur Bildung von
zwei optischen Kanälen auf, welcher in Form eines mit dem Drehantrieb (nicht gezeigt)
verbundenen Hohlzylinders 21 ausgeführt und zwischen den Spiegeln 12 und 15 angeordnet
ist.
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Die Strahlungsquelle 11 ist dabei innerhalb dieses Hohlzylinders 21
untergebracht, wobei in der Wandung des Hohlzylinders
21 eine zum
Austritt des Strahls dienende Öffnung 21a ausgeführt ist.
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Der erste optische Kanal stellt den Transmissionskanal dar und ist
(in Richtung des. Strahls) durch die Strahlungsquelle 11, die Spiegel 12 und 13,
die zu prüfende Unterlage 6, den halbdurchsichtigen Spiegel 16 und den Monochromator
17, d.h.
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durch den oberen (Fig. 1) Zweig des optischen Weges. gebildet.
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Der zweite Kanal stellt den Reflexionskanal. dar und ist durch die
Strahlungsquelle 11, die Spiegel 15 und 14, den halbdurchsichtigen Spiegel 16, die
Unterlage 6, nochmals durch den halbdurchsichtigen Spiegel 16 und den Monochromator
17 (also durch den unteren Zweig des optischen.Weges) gebildet.
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Der Transmissionskanal ist in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien mit Pfeilen,
und der Reflexionskanal mit gestrichelten Linien, bezeichnet, wobei in den gemeinsamen
Bereichen die ausgezogenen Linien bezüglich der gestrichelten Linien verschoben
sind, obwohl sie zusammenfallen mübten.
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Die Einrichtung weist auch einen zweiten Modulator 22 auf, welcher
zur Erzeugung des Bezugssignals der Reflexion sowie zur zeitlichen Abtrennung der
Meß- und Bezugssignale dient und eine Scheibe 23 mit Nuten 23a (Fig. 2) und Ansätzen
23b darstellt. Diese Scheibe (Fig. 1) weist einen Drehantrieb (nicht gezeigt) auf
und liegt zwischen dem Karusselltisch 4 und dem halbdurchsichtigen Spiegel 16. An
der dem Spiegel 16 zugekehrten Seite sind die Ansätze 23b der Scheibe 23 mit einem
Spiegelüberzug 23c versehen, welcher mit einer verdickten Linie bezeichnet ist.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Spiegel 12 bis 16, die Modulatoren
20 und 22, sowie der Karusselltisch 4 derart aufgestellt, daß die einen beliebigen
optischen Kanal durchlaufenden Strahlen den Anordnungskreis der Halter 5 auf dem
Karusselltisch 4 kreuzen und nach der Reflexion von dem halbdurchsichtigen Spiegel
16 an den Monochromator 17 in einen
einheitlichen optischen Austrittsbereich
a gelangen, welcher durch den Spiegel 16 und Monochromator 17 begrenzt ist.
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Die Anzahl der Ansätze 23b der Scheibe 23 (siehe Fig. 2) und entsprechend
die Anzahl der Nuten 23a wird nach folgender Formel bestimmt:
worin mit Z1 die Anzahl der Ansätze 23b der Scheibe 23, mit Z2, und Z2,, die Anzahl
der zur Befestigung der Unterlagen 6 dienenden Halter 5 bzw. die Anzahl der Öffnungen
4a des Karusselltisches 4 und mit n1 und n2 die Drehzahl der Scheibe 23 bzw. des
Karusselltisches 4 (in U/min) bezeichnet sind.
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Aus der erwähnten mathematischen Abhängigkeit ist ersichtlich, daß
die Drehzahlen des Karusselltisches 4 und der Scheiben 23 streng koordiniert sind.
Wenn beispielsweise die Anzahl der Ansätze 23b der Scheibe 23 gleich der Gesamtanzahl
der Halter 5 und der öffnungen 4a des Karusselltisches 4 (wie es in Fig.
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2 gezeigt ist) ist, sind diese Drehzahlen einander gleich.
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Wenn die Anzahl der Ansätze 23b zweimal kleiner als die gesamte Anzahl
der Halter 5 und der Öffnungen 4a wird, wird die Drehzahl der Scheibe 23 entsprechend
zweimal größer.
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Von der Drehzahl des Karusselltisches 4 ist auch die Drehzahl des
Hohlzylinders 21 abhängig, welche durch folgende Formel bestimmt wird: n3 = 2K(Z2
+ Z21,)n2 worin mit n2 und n3 die Drehzahl des Karusselltisches 4 bzw.
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des Hohlzylinders 21 in U/min, mit Z2, und Z2" die Anzahl der Halter
5 bzw. der Öffnungen 4a des Karusselltisches 4 und mit K ein Koeffizient, welcher
aus der Reihe der natürlichen Zahlen (1, 2, 3 usw.) ausgewählt ist, bezeichnet sind.
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Der konkrete Wert des Koeffizienten K wird in Abhängigkeit von der
erforderlichen Verdampfungsgeschwindigkeit, der Anordnung des Verdampfers 3 bezüglich
des Karusselltisches 4, den Abmessungen des Karusselltisches 4, dem Durchmesser
der Unterlagen 6, dem für die Herstellung der Unterlagen 6 verwendeten Stoff und
von anderen Faktoren ausgewählt.
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Das Signalablesesystem 19 ist in Fig. 3 ausführlich gezeigt und stellt
eine Reihenschaltung aus einem Selektivverstärker 24, einem Synchronisierdetektor
25, einer Vergleicheinheit 26 und einer Registriereinheit 27 für die ankommenden
Signale dar.
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Der Selektivverstärker 24 ist an den Strahlungsdetektor 18 angeschlossen
und dient zur selektiven Verstärkung der Meß- und Bezugssignale, die durch den Transmissions-
und den Reflexionskanal hindurchtreten.
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Der Synchronisierdetektor 25 dient zur Abtrennung der niederfrequenten
Signalkomponente und zur Signalerkennung.
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Der Synchronisierdetektor 25 weist einen Eingang A für die die Information
tragenden Signale sowie Eingänge. B, C, D für die Gleichlaufsignale S1, S2, S3 auf,
die vom Modulator 20 (Fig.1), Modulator 22 bzw. Karusselltisch 4 an die erwähnten
Eingänge B, C, D gelangen.
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Es ist bekannt, daß in jedem der genannten Elemente 20, 22 und 4 mindestens
eine Öffnung an der betreffenden Stelle ausgeführt sein muß, damit die Gleichlaufsignale
von diesen Elementen 20, 22 und 4 ausgesendet werden können, wobei zusätzlich über
und unter der Öffnung eine Strahlungsquelle und ein Strahlungsdetektor (nicht gezeigt)
angeordnet werden. Wenn diese Öffnung mit dem Weg des von der Quelle zum Strahlungsempfänger
geleiteten Strahls zusammenfällt, entsteht ein Gleichlaufsignal, welches an den
Synchronisierdetektor 25 gelangt, wie es oben gezeigt ist. Der Synchronisierdetektor
25 weist vier Ausgänge
für die Abtrennung der die Information tragenden
Signale auf, nämlich des Meßsignals der Reflexion Rx, des Bezugssignals der Reflexion
Rox des Meßsignals der Transmission Tx und de Bezugssignals der Transmission T.
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Eine konkrete Ausführungsform des Synchronisierdetektors 25 kann mit
Gleichlaufsignalzählern, einem Zählerzustandsumrechner und einem Analogschaltersatz
versehen werden. Eine derartige Ausführungsform des Synchronisierdetektors 25 ist
bekannt und wird deswegen nicht erläutert.
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Die Vergleicheinheit 26 weist vier Eingänge, an die die Signale Rx,
Rot Tx und T0 des Synchronisierdetektors gelangen, und sieben Ausgänge für die abgelesenen
Signale auf: 1) für das Signal Rx', welches ein Vergleichergebnis der Signale R
und Ro darstellt, x 2) für das Signal Tx', welches ein Vergleichergebnis der Signale
Tx und T0 darstellt, 3) für das Signal at t wobei AR eine zeitliche Zunahme des
#t Signals R 'bedeutet, AT 4) für das Signal At t wobei AT eine zeitliche Zunahme
des Signals Tx' bedeutet, 5) für das Gesamtsignal Rx' + Tx', 6) für das Gesamtsignal
7) für das Gesamtsignal
Die obenerwähnten sieben Signale werden von der Vergleichseinheit 26 an die Signalregistriereinheit
27 geleitet, wofür die letztere eine betreffende Anzahl von Eingängen hat.
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Jedes der Elemente 24, 25, 26 und 27 des Signalablesesystems 19 wird
auf bekannte Art und Weise hergestellt. Die Registriereinheit 27 dient der Informationsausgabe
in einer für die visuelle Ablesung und Registrierung geeigneten Form, oder kann
für
die nachfolgende Eingabe an die elektronische Datenverarbeitungsanlage zwecks nachfolgender
Verarbeitung während der automatischen Steuerung des Aufstäubens auf bequeme Art.
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benutzt werden.
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Die beschriebene Einrichtung zum Aufstäuben von optischen Filmschichten
funktioniert folgendermaßen: Die zu behandelnden Unterlagen 6 werden an dem Karusselltisch
4 befestigt. In den Tiegel 2 wird der zu verdampfende Stoff eingebracht. Die Vakuumkammer
1 wird auf Unterdruck eingestellt Die Drehantriebe des Karusselltisches 4 und der
Modulatoren 20, 22 sowie des Systems 10 zur Nachprüfung der Dicke der aufzutragenden
Filmschicht werden in Betrieb gesetzt.
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Nach dem Einschalten des Elektronenstrahlerzeugers.3 wird der Elektronenstrahl
3a auf den in dem Tiegel 2 zu verdampfenden Stoff geleitet, wobei der Stoff auf
der Unterlage 6 zu verdampfen beginnt, wie es in Fig. 1 mit gestrichelten, auseinanderlaufenden
Linien bezeichnet ist.
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Beim Drehen des Hohlzylinders 21 mit einer vorgegebenen Drehzahl wird
der Strahl von der Quelle 11 der elektromagnetischen Strahlung an den oberen Zweig
des optischen Weges (in den Transmissionskanal) und an den unteren Zweig (in den
Reflexionskanal) geleitet. Wenn der Strahl durch jeden Kanal geht, nehmen die Scheiben
23 und der Karusselltisch 4 (siehe Fig. 4 bis 6) folgende Stellungen ein. Wenn eine
zwischen den benachbarten Ansätzen 23b der Scheibe 23 (in der Nut 23a, wie es in
Fig.
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4 gezeigt ist) angeordnete Unterlage 6 mit der auf sie aufgestäubten
Filmschicht mit dem optischen Weg zusammenfällt, tritt der Strahl (siehe Fig. 1)
beim Betrieb "Transmission" durch die genannte Unterlage 6 hindurch, oder er wird
(beim Betrieb "Reflexion") von der Unterlage 6 zurückgeworfen und in den optischen
Austrittsbereich a und dann durch den Monochromator 17 in den Strahlungsdetektor
1.8 sowie an das System 19 geleitet, wobei das Meßsignal der Transmission Tx oder
das Meßsignal der Reflexion Rx erzeugt wird.
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Beim Betrieb "Transmission" wird der Strahl von der Strahlungsquelle
11 auf den Spiegel 12 geleitet, von dem Spiegel 12 auf den Spiegel 13 zurückgeworfen
und durch den Spiegel 13 auf die Unterlage 6 geleitet, wobei er durch die auf die
Unterlage 6 aufgetragene Filmschicht und Nut 23a der Scheibe 23 hindurchtritt und
auf den halbdurchsichtigen Spiegel 16 gelangt. Von dem Spiegel 16 wird der Strahl
reflektiert und gelangt in den Bereich a und anschließend auf den Monochromator
17. Beim Betrieb "Reflexion" wird der Strahl von der Strahlungsquelle 11 auf den
Spiegel 15 geleitet und von dem Spiegel 15 auf den Spiegel 14 zurückgeworfen, wobei
er reflektiert wird und durch den halbdurchsichtigen Spiegel 16 und die Nut 23a
der Scheibe 23 hindurchtritt. Von der Schicht.auf.der Unterlage 6 wird der Strahl
auf den halbdurchsichtigen Spiegel 16 zurückgeworfen und dann in den Bereich a und
anschließend auf den Monochromator 17 geleitet.
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Wenn einer der Ansätze 23b der Scheibe 23 (Fig. 5) den Weg des Strahls
kreuzt, wird der Strahl beim Betrieb "Transmission" gesperrt und beim Betrieb "Reflexion"
von der Strahlungsquelle 11 auf die Spiegel 15 und 14 und dannauf den halbdurchsichtigen
Spiegel 16 geleitet, wobei er durch den Spiegel 16 hindurchtritt und auf den Spiegelüberzug
23c des Ansatzes 23b der Scheibe 23 gelangt. Der Strahl wird von dem Spiegelüberzug
reflektiert, gelangt wiederauf den halbdurchsichtigen Spiegel 16, spiegelt sich
in diesem und gelangt in den Bereich a und anschließend auf den Monochromator 17,
wobei das Bezugssignal der Reflexion Ro gebildet wird.
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Wenn die zwischen den benachbarten Ansätzen. 23b der Scheibe 23 (Fig.
6) angeordnete Öffnung 4a des Karusselltisches 4 auf dem Weg des Strahls liegt,
gelangt dieser Strahl nur in den Transmissionskanal, der von der Strahlungsquelle
11 auf die Spiegel 12 und 13 geleitet, in die Öffnung 4a des Karusselltisches 4
sowie in die Nut 23a der Scheibe 23 fällt, von dem halbdurchsichtigen Spiegel 16
gespiegelt, i.n den Austrittsbereich a
und anschließend auf den
Monochromator 17 geleitet wird, wo das Bezugssignal der Transmission T0 gebildet
wird.
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Das Prüfsystem 10 gewährleistet somit während des ganzen Vcrganges
des Aufstäubens abwechselnd zwei Meßsignale Rx, Tx und zwei Bezugssignale Ro, To,
die mittels des Signalablesesystems 19 verarbeitet und in die Information über die
Dicke der auf die Unterlagen 6 aufzutragenden Filmschicht umgewandelt werden, zu
erzeugen.
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Die Signalverarbeitung in dem Signalablesesystem 19 (Siehe Fig. 3)
geschieht folgendemaoen: Das die Information über die Signale Rx, Tx, Ro, T tragende
0 Signal (wobei es nach.der Amplitude zu den erwähnten Signalen proportional ist)
gelangt von der Strahlungsquelle 18 mit einer der Drehzahl n3 des Hohlzylinders
21 entsprechenden Modulierfrequenz an den Eingang des Selektivverstärkers 24. Der
Selektivverstärker 24 ist dabei auf die Modulierfrequenz mit einem Durchlaßbereich
einzustellen. Das nach der Modulation verstärkte Signal gelangt an den Eingang A
des Synchronisierdetektors 25, an dessen Eingänge B, C und D auch die Synchronisiersignale
S1, S2, S3 vom Modulator 20 (Fig. 1), Modulator 22 bzw. Karusselltisch 4 geleitet
werden.
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In dem Synchronisierdetektor 25 werden die Signale Rx, Tx, Ro und
T0 mit Hilfe der Synchronisiersignale S1, S2 und S3 abgetrennt.
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Das Vorhandensein des Synchronisiersignals wird im folgenden mit 1
und sein Fehlen mit 0 bezeichnet.
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Der logische Zustand 1 des Synchronisiersignals Si entspricht der
Messung der Signale Tx, T . Der logische Zustand 0 ent-0 spricht der Messung der
Signale Rx, R .
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Der Zustand 1 des Synchronisiersignals S2 entspricht der Messung des
Signals Ro und der Zustand 0 der Messung der Signale Tx, To, Rx Der Zustand 1 des
Synchronisiersignals S3 entspricht der Messung des Signals T0 und der Zustand 0
der Messung der Signale Rx, Ro, Tx.
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Die Arbeit des Synchronisierdetektors 25 wird durch die nachstehend
angeführte Tabelle erläutert, mit deren Hilfe die Dekodierung der die Information
tragenden Signale Rx, Ro, Tx, T0 in Abhängigkeit von der Gesamtheit der Zustände
der Synchronisiersignale S1, S2, 3 erklärt wird. Es ist dabei zu berücksichtigen,
daß in der Tabellenkolonne "zu verarbeitende Signale" mit - ein verbotener Zustand
bezeichnet ist, in dem das Signal keine Information trägt und deswegen nicht verwendet
wird
| Synchröni s ierimpul se 1 |
| zu verarbeitende Signale |
| S1 S2 S3 |
| 0 0 0 Rx |
| 0 1 0 Ro |
| 0 1 1 - |
| 1 0 0 T |
| 1 0 1 To |
| x |
| 1 1 0 - |
| 1 1 1 - |
Die Signale Rx, Ro, T und T gelangen nach der mittels des x 0 Synchwonisierdetektors
25 durchgeführten Dekodierung an die Vergleicheinheit 26! in welcher die absoluten
Werte R ' und
| Tx', die Beträge|ßt| uns Beträge nRI unalnTlsowie die Gesamtsignale
R '+Tx', |
| x +IAAN, Rx' |ate - |
Die auf diese Art verarbeiteten Signale gelangen in einel vorgegebenen
Reihenfolge an die Registriereinheit, die eine Information über die Dicke der auf
die Unterlagen 6 (siehe Fig.1) aùfge.tragenen Filmschicht ausgibt.
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Durch die umfangreiche Information über die Dicke der aufgetragenen
Filmschicht (sieben zu verarbeitende Signale anstelle eines Signals, wie es unter
Anwendung der bekannten Einrichtung zum Aufstäuben von optischen Filmschichten durchgeführt
wurde), läßt sich die Genauigkeit der Nachprüfung der Dicke während des Aufstäubens
wesentlich erhöhen, was zur Verbesserung der Qualität der optischen Filmschicht
und Verhinderung von Ausschuß führt. Beim Herstellen von mehrschichtigen Filmsystemen,
beispielsweise von Interferenz filtern, ist dies von großer Bedeutung, weil ein
Fehler in der Dicke einer beliebigen Schicht eine wesentliche Verschlechterung von
optischen Kenndaten des gesamten mehrschichtigen Systems hervorruft.
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