DE3135443C2

DE3135443C2 -

Info

Publication number: DE3135443C2
Application number: DE3135443A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Phys. 8756 Kahl De Schwiecker; Alfons Ing.(Grad.) 6483 Bad Soden De Zoeller
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1981-09-08
Filing date: 1981-09-08
Publication date: 1988-09-15
Also published as: FR2512545B1; NL8203211A; GB2105461B; DE3135443A1; CA1203598A; JPS5855706A; JPH0318121B2; NL191186B; SU1584759A3; JPH0439004B2; NL191186C; GB2105461A; CH669662A5; JPH03135703A; FR2512545A1; US4469713A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Substraten unter laufender Schichtdickenmessung und -steuerung der aufgetragen optischen wirksamen Schichten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine fotometrische Anordnung zur Schichtdickenmessung bei der Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Durch die DE-OS 26 27 753 ist es bekannt, die Messungen bzw. Auswertungen auf der optischen und/oder elektrischen Seite der Anordnung unter laufendem oder intermittierendem Vergleich der Vorgänge in einem sogenannten Referenzlichtstrahl durchzuführen. Dabei kann man einen Teil des Meßlichtstrahls durch einen Strahlenteiler abspalten und einem besonderen Referenzlichtempfänger zuführen. Auf diese Weise werden Helligkeitsschwankungen der Meßlichtquelle weitgehend kompensiert; bestehen bleibt jedoch der Einfluß unterschiedlicher Kennlinien bzw. unterschiedlicher Arbeitspunkte auf den Kennlinien der beiden Lichtempfänger.

Es ist weiterhin bekannt, einen abgespaltenen Referenzlichtstrahl nach mehrfacher Umlenkung und Reflexion an Spiegelsystemen dem gleichen Fotoempfänger zuzuleiten, wie den eigentlichen Mischlichtstrahl. Dies geschieht aufgrund eines Zerhackervorgangs 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.

Die DE-OS 23 00 922 offenbart eine Einrichtung zur optischen Messung der Schichtdicke von Farben. Hierbei spielt die Abhängigkeit des Meßergebnisses von der Wellenlänge des Meßlichts keine besondere Rolle, so daß eine Projektionsglühlampe verwendet wird, die ein sogenanntes Kontinuum aussendet. Ein Teil des Meßlichts wird einem Vergleichsmedium zugeführt, das mit einem Vergleichsfotoempfänger ausgestattet ist. Soweit die bekannte Lösung zwei Verstärker besitzt, soll der Zusammenhang zwischen Lichtstrom und Fotostrom über mehrere Zehnerpotenzen exakt linear sein. Dabei handelt es sich jedoch um das Verhältnis zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers und nicht um einen einstellbaren Verstärker, dem der Sollwert für den Verstärkungsgrad über einen zweiten Eingang aufgeschaltet ist. Die bekannte Lösung arbeitet ohne jede Zwischenspeicherung von Meß- oder Rechenwerten, so daß nur die tatsächlich gewonnenen Meßwerte zum gleichen Zeitpunkt verarbeitet werden können und die Herstellung rechnerischer Beziehungen zu aus früheren Messungen gewonnenen Meßwerten nicht möglich ist.

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

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

Durch die DE-OS 29 35 716 ist es bekannt, die sehr viel größere Dicke von Folien durch Interferenzmessungen mittels einer in der Wellenlänge periodisch veränderter Infrarot-Strahlung zu messen. Es handelt sich hierbei jedoch um keine Messung einer im Aufbau begriffenen, d. h. in der Dicke laufend zunehmenden Schicht, sondern um die Dickenmessung eines bereits fertig vorhandenen Gegenstandes. Dabei wird auch hier zunächst ein Referenzsignal an einem Standardobjekt gewonnen, bevor dieses Signal mit dem am eigentlichen Meßobjekt gewonnenen Signal verglichen wird. Um hierbei die Meßsignale in eine Korrelation zur jeweiligen Meßlichtlänge bringen zu können, werden sowohl die vom Meßobjekt als auch die vom Standardobjekt kommenden Signale synchron mit Impulsen eines Impulsgenerators abgespeichert, so daß nachträglich eine rechnerische Auswertung der jeweils zusammengehörigen Meßwerte möglich ist.

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 höchstens 1%, linear sein muß. Ein solcher Verstärker kann beispielsweise durch Verwendung einer Silizium- Fotozelle, die im Kurzschlußbetrieb arbeitet, und eines quartzstabilisierten Lock-In-Verstärkers gebildet werden. Mit einer derartigen Verstärkeranordnung ist eine Linearität des Fotometers über vier Zehnerpotenzen mit einem Fehler erreichbar, der kleiner als 1% (Absolutprozent) ist. Die Verwendung eines derartigen Verstärkers ist keineswegs trivial, zumal bei den in der Vergangenheit angewandten relativen Meßverfahren eine derart weitgehende Forderung nicht bestand und auch nicht erkannt worden war.

Die Wahl des Verstärkers steht in einem ursächlichen Zusammenhang mit der Bildung des ersten Vergleichswerts I _L 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 zur Festlegung des ersten Kalibrierungspunktes für I _L entweder kein Testglas im Strahlengang angeordnet, d. h. der Meßlichtstrahl ist ungeschwächt und seine Energie beträgt am Fotoempfänger I _L = 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 _L = 92% für einen Brechwert n = 1,5. Bei der Reflexionsmessung wird ein unbeschichtetes Testglas verwendet, jedoch mit einer angerauhten Rückseite, damit dort das Licht diffus reflektiert wird.

Infolgedessen braucht nur die Reflexion an einer Oberfläche berücksichtigt zu werden. Aus dem bekannten Brechwert des Testglases läßt sich wiederum der Reflexionswert errechnene, z. B. 4,2% bei einem Brechwert von n = 1,5.

Der zweite Vergleichswert I₀ 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 I₀ 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 verläuft.

Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß die Vergleichswerte I _L und I₀ 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 G _L des Verstärkers so weit erhöht wird, bis der erste Vergleichswert I _L im wesentlichen ein Maximum erreicht. Diese Aussage bedeutet, daß der erste Vergleichswert I _L möglichst groß sein soll, ohne daß der Verstärker jedoch in den Sättigungsbereich gelangt.

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

Durch die Speicherung der Größen G _L, I _L und I₀ nach Maßgabe der zugehörigen Wellenlänge, gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von der Wellenlänge als Kurvendarstellung, lassen sich die betreffenden Werte jederzeit von einer Recheneinheit abfragen und durch Rechenoperationen eines Mikroprozessors mit dem Meßwert I des beschichteten oder im 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 - wellenlängenabhängig - die Werte für I _L (jeweils größtmöglich) und für I₀ ebenso gespeichert, wie die Werte für den Verstärkungsgrad G _L für das unbeschichtete Testglas. Es versteht sich, daß der Verstärkungsgrad G _L keineswegs über das gesamte Spektrum konstant ist. Vielmehr ergibt sich, daß der Verstärkungsgrad gerade in der Mitte des spektralen Bereichs des sichtbaren Lichts der Meßlichtquelle ein Minimum aufweist, weil nämlich die spektrale Intensität der Meßlichtquelle an dieser Stelle ein Maximum besitzt. Wird nun der erste Vergleichswert I _L auf einen größtmöglichen Wert eingestellt, was automatisch durch die Recheneinheit der Auswerteschaltung geschieht, so ergibt sich zwar im wesentlichen eine Konstanz der Werte für I _L, keineswegs aber für G _L. Dies wird in der Detailbeschreibung noch durch ein Diagramm erläutert.

Die mathematische Verknüpfung ergibt sich nun wie folgt:
Für die absolute Transmission T

(als dimensionslose Zahl zwischen 0 und 1) bzw.
für die absolute Reflexion R

(als dimensionslose Zahl zwischen 0 und 1).
Hierbei ist

I = der Meßwert des beschichteten Objekts, gemessen am Fotoempfänger, R _L = die errechenbare Reflexion des unbeschichteten Testglases, errechnet aus dem bekannten Brechwert, T _L = die Transmission des unbeschichteten Testglases, errechnet aus dem bekannten Brechwert, oder - in Abwesenheit eines Testglases = 1,0.

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

G = G _L · T _L

und für die Reflexion

G = G _L · R _L

Nunmehr wird in der Recheneinheit der Meßwert I mit dem jeweiligen Verstärkungsgrad G verstärkt bzw. multipliziert und in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt. Es handelt sich 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%.

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

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

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

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

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

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

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

In Fig. 1 ist eine Vakuum-Beschichtungsanlage 1 dargestellt, die als Vakuumaufdampfanlage oder Katodenzerstäubungsanlage ausgebildet sein kann. Die Quellen zur Erzeugung des Beschichtungsmaterials (Verdampfer oder Zerstäubungskatoden) sind nicht dargestellt; sie gehören im übrigen zum Stand der Technik. Zur Vakuum-Beschichtungsanlage gehört eine Vakuumkammer 2, die mit lichtdurchlässigen Fenstern 3 und 4 versehen ist. Innerhalb der Vakuumkammer 2 ist ein zunächst noch unbeschichtetes Testglas 5 angeordnet, das als Meßobjekt anzusehen ist und stellvertretend für eine Vielzahl von Meßobjekten steht, die in der Vakuumkammer 2 gleichzeitig oder nacheinander beschichtet werden können. Die Träger für die Schichten werden auch als Substrate bezeichnet, und es ist sowohl möglich, die Messungen an den Substraten durchzuführen als auch an einem besonderen Testglas. Da das 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 Substrathalter ist gleichfalls nicht gezeigt.

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

Hinter dem Fenster 3 trifft der Meßlichtstrahl 7 auf das Testglas 5 auf, wobei (zunächst) der kleinste Teil des Meßlichts als reflektierter Meßlichtstrahl 7 a 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 5 a, jedoch eine aufgerauhte bzw. diffuse Rückseite 5 b, damit nur das an der Vorderseite 5 a reflektierte Licht zum Spiegel 9 zurückkehrt.

Am Spiegel 9 wird der verbliebene Meßlichtstrahl 7 a unter 90° reflektiert und trifft alsdann auf einen einstellbaren Monochromator 11 auf. Durch den Monochromator 11 wird nur derjenige Teil des Meßlichtstrahls 7 a, 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 13 aufgeschaltet ist.

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

Von der Lichtquelle 6 aus gesehen ist hinter dem Fenster 4 ein weiterer Monochromator 14 angeordnet, der die gleiche Funktion hat, wie der Monochromator 11. Als Monochromatoren kommen entweder Interferenzlinienfilter, Interferenzverlauffilter oder Gittermonochromatoren in Frage. Die Durchlaßwellenlänge eines Interferenzverlauffilters sowie eines 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 7 b dargestellt. Es handelt sich hierbei um die sogenannte Transmissionsmessung, d. h. der vom Testglas 5 durchgelassene Teil des Meßlichts gelangt über den Monochromator als Licht bestimmter Wellenlänge zum Fotoempfänger 15, der die gleiche Beschaffenheit hat wie der Fotoempfänger 12. Der Ausgang dieses Fotoempfängers ist über eine gleichfalls nicht gezeigte Auswerteschaltung der Anzeigeeinrichtung 16 aufgeschaltet.

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

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

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

In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausgänge der beiden Fotoempfänger 12 und 15 sind mit einem Umschalter 18 verbunden. In der gezeigten Schalterstellung findet eine Reflexionsmessung statt, nach Umschaltung in die andere Position kann eine Transmissionsmessung mittels des Fotoempfängers 15 durchgeführt werden. Vom Umschalter 18 führt eine Leitung 19 zu einem einstellbaren Verstärker 20, der die weiter oben beschriebenen Eigenschaften besitzt. Für die Einstellung eines definierten Verstärkungsgrades G _L ist dem Verstärker 20 über eine Leitung 21 ein Geber 22 vorgeschaltet, dessen Ausgang über eine Leitung 23 einem Speicher 24 für die Speicherung des Verstärkungsgrades G _L aufgeschaltet ist, der bei unbeschichtetem Testglas (oder bei fehlendem Testglas) bei der weiter oben beschriebenen Maximierung des ersten Vergleichswerts I _L ermittelt wurde.

Vom Ausgang des Verstärkers 20 führt eine Leitung 25 zu einem Umschalter 26, dessen Ausgänge über Leitungen 27, 28 und 29 mit Speichern 30, 31 und 32 in Verbindung stehen. Der Speicher 30 dient für die Speicherung des ersten Vergleichswertes I _L, 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 I₀, der unter Zuhilfenahme der Nullblende (oder, analog, durch Erdung des Verstärkereingangs) gewonnen und mit gleichem Verstärkungsgrad G _L verstärkt wrude, wie der erste Vergleichswert I _L. Der Speicher 32 dient für die Speicherung des eigentlichen Meßwerts I des beschichteten Objekts, wie dieser am Fotoempfänger gemessen wurde.

Sämtliche Speicher 24, 30, 31 und 32 sind über entsprechende Leitungen mit einer Auswerteschaltung 33 verbunden; in der eine nicht näher bezeichnete Recheneinheit angeordnet ist, durch die die bereits beschriebenen Rechenoperationen ausgeführt werden.

Von der Auswerteschaltung 33 führt eine Steuerleitung 34 zu den beiden Monochromatoren 11 und 14, damit diese entweder auf eine bestimmte Wellenlänge eingestellt werden oder zum Durchfahren eines bestimmten Wellenlängenspektrums angesteuert werden. Eine Rückführung 35 führt zu dem Geber 22 für den Verstärkungsgrad. Durch die Auswerteschaltung 33 wird auf diese Weise erreicht, daß der Verstärkungsgrad gerade eben so hoch gewählt wird, daß der erste Vergleichswert I _L 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 Fig. 3 verkörpert die Abszisse die Wellenlänge, während auf der Ordinate der erste und der zweite Vergleichswert sowie der Verstärkungsgrad G _L der Tendenz nach angegeben sind. Auf Maßeinheiten wurde verzichtet, da nur das Meßprinzip verdeutlicht werden soll. Es ist zu erkennen, daß die Kurve 36 für den ersten Vergleichswert I _L nach Anhebung durch entsprechende Verstärkung nahezu horizontal verläuft. Einen etwa ähnlichen Verlauf hat die Kurve 37 für den zweiten Vergleichswert I₀. Völlig anders hingegen verhält sich die Kurve 38 für den Verstärkungsgrad G _L, die den erforderlichen Verstärkungsgrad darstellt, der eingestellt werden muß, um die maximal möglichen Werte für I _L zu erhalten. Diese Kurve besitzt ein deutlich ausgeprägtes Miniumum.

In Fig. 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 39 zwar ähnlich, jedoch aufgrund des variablen Verstärkungsgrades (Kurve 38 in Fig. 3) entsprechend korrigiert, d. h. die Kurve 39 ist gegenüber der absoluten Kurve 34 "verzerrt".

Claims

1. Verfahren zum Beschichten von Substraten unter laufender Dickenmessung und -steuerung der aufgetragenen optisch wirksamen vorzugsweise transparenten Schichten während ihres Aufbaus in Vakuum-Beschichtungsanlagen unter Zuordnung eines jeden Meßwerts zu einer vorgegebenen Meßlicht-Wellenlänge durch Erfassung eines ersten Vergleichswerts I _L, eines zweiten Vergleichswerts I₀ und mindestens eines Meßwerts für das Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten des beschichteten Objekts unter Verwendung eines Meßlichtstrahls, eines Monochromators für die Auswahl der vorgegebenen Meßlicht-Wellenlänge, eines Fotoempfängers, eines einstellbaren Verstärkers, und einer Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß

1.1 ein einstellbarer Verstärker verwendet wird, dessen Verstärkungsgrad G über mindestens zwei Zehnerpotenzen mit einer Abweichung von höchstens 2%, vorzugsweise von höchstens 1%, eine lineare Kennlinie aufweist, und daß
1.2 der Verstärkungsgrad G bei einer zugeordneten Wellenlänge so weit erhöht wird, bis der erste Vergleichswert I _L im Linearitätsbereich des Verstärkers ein Maximum erreicht, und daß dieser Maximalwert und der so ermittelte zugehörige Verstärkungsgrad G _L in je einem Speicher gespeichert werden,
1.3 der zweite Vergleichswert I₀
- a) bei der Transmissionsmessung durch Abschalten des Verstärkereingangs oder durch Einschalten einer Nullblende in den Meßlichtstrahl,
- b) bei der Reflexionsmessung durch Einschalten einer Nullblende in den Meßlichtstrahl gebildet wird,
und dieser zweite Vergleichswert I₀ mit dem gleichen Verstärkungsgrad verstärkt wie der erste Vergleichswert I _L in einem weiteren Speicher gespeichert wird, so daß nunmehr die Größen G _L, I _L und I₀ nach Maßgabe der zugehörigen Wellenlänge gespeichert sind, und daß zu Meßzwecken bei jeder Wellenlänge,
1.4 der gespeicherte Wert für G _L von der Recheneinheit abgefragt wird und der variable Verstärkungsgrad G im Linearitätsbereich nach der Beziehung
- a) G = G _L · T _L für die Transmission
- b) G = G _L · R _L für die Reflexion
bestimmt und daß nachfolgend das Produkt I aus dem Meßwert I _m und dem jeweiligen Verstärkungsgrad G in Zuordnung zur jeweiligen Wellenlänge gebildet und die gespeicherten Werte für I _L und I₀ sowie der Wert für I von einer Recheneinheit abgefragt werden, wobei in an sich bekannter Weise
- a) die absolute Transmission T nach der Beziehung bzw.
- b) die absolute Reflexion R nach der Beziehung bestimmt wird, wobei
  - - I _m der Meßwert des beschichteten Objekts am Fotoempfänger,
  - - I der Meßwert I _m des beschichteten Objekts, multipliziert mit dem Verstärkungsgrad G,
  - - R _L die Reflexion des unbeschichteten Testglases und
  - - T _L die Transmission des unbeschichteten Testglases oder in Abwesenheit eines Testglases ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert I gleichfalls in einem Speicher gespeichert und für die Rechenoperation nach Merkmal 1.4 von der Recheneinheit abgefragt wird.

3. Fotometrische Anordnung zur Schichtdickenmessung bei der 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,
3.2 zur Bildung eines ersten Vergleichswertes I _L für die Intensität des vom Fotoempfänger (12, 15) empfangenen Meßlichts ein in den Strahlengang (8) einführbares unbeschichtetes Testglas (5) vorhanden ist, welches im Falle der Reflexionsmessung mit einer diffusen Rückseite versehen ist,
3.3 zur Bildung eines zweiten Vergleichswertes I₀ für die Intensität des vom gleichen Fotoempfänger empfangenen Meßlichts eine in den Strahlengang (8) einführbare Nullblende (17 a, 17 b) 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 _L und zweiten Vergleichswert I₀ sowie für ein dem Verstärkungsgrad proportionales Signal vorhanden ist, wobei die Speicher (30, 31) für die beiden Vergleichswerte dem 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 Auswerteschaltung (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 _L einstellbar ist,
3.7 die Recheneinheit in der Weise ausgelegt ist, daß aus den in den Speichern (30, 31) befindlichen Signalen für den ersten und den zweiten Vergleichswert sowie aus dem Meßwert I die absolute Transmission bzw. Reflexion bestimmbar ist und daß aus den in dem Speicher (24) befindlichen Signalen für die Verstärkungsgrade G _L unter Berücksichtigung der Transmissions- und Reflexionswerte für den ersten Vergleichswert durch Multiplikation der Transmission T _L oder der Reflexion R _L mit dem Verstärkungsgrad G _L die absoluten Transmissions- und Reflexionswerte bestimmbar sind.

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

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