DE3248091A1

DE3248091A1 - Messverfahren und fotometeranordnung fuer die herstellung von vielfach-schichtsystemen

Info

Publication number: DE3248091A1
Application number: DE19823248091
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 6463 Freigericht Klug; Alfons Ing.(grad.) 6483 Salmünster Zöller
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1982-12-24
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1984-06-28
Also published as: JPS59133413A; GB2133539A; GB8333965D0; GB2133539B

Description

J"3. Dezember 1982 *8*2520

LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

5000 Köln - 51

" Meßverfahren und Fotometeranordnung für die Herstellung von Vielfach-Schichtsystemen "

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren für die Herstellung von Vielfach-Schichtsystemen aus abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden Schichten auf transparenten Substraten unter kontinuierlicher Erfassung des Transmissions- und/oder Reflexionsverhaltens von Schichten, die gleichzeitig auf jeweils eines von mindestens zwei Testgläsern aufgebracht werden_s wobei die hochbrechenden Schichten jeweils auf das eine Testglas und die niedrigbrechenden Schichten jeweils auf ein anderes Testglas aufgebracht werden, wobei jedes Testglas während der Beschichtung von im wesentlichen monochromatischem Meßlicht einer vorgegebenen Wellenlänge X^, Xg beaufschlagt wirdj und wobei mindestens eine der Schichten eine Dicke entsprechend eines ganzzahligen Vielfachen von

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"'•{3r*Dezember 1982 82520

- ST-

^λΐ/⁴' ^2^' '*' besitzt, und wobei mindestens eine weitere Schicht eine von einem ganzzahligen Vielfachen von X, A bzw. A₂A abweichenden Schichtdicke aufweist.

Die Herstellung von Vielfach-Schichtsystemen, die auch als Interferenz-Schichten bezeichnet werden, spielt bei optischen Erzeugnissen wie Bandpassfiltern, Kantenfiltern, Kaltlichtspiegeln, Strahlenteilern und Antireflexschichten eine bedeutende Rolle. Es handelt sich darum, innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs eine möglichst vollständige Transmission oder Reflexion an dem Vielfach-Schichtsystem zu erreichen, in den außerhalb liegenden Wellenlängenbereichen jedoch möglichst übergangslos eine vernachlässigbare Transmission, bzw. Reflexion zu erzielen.

Die Erfüllung dieser Forderung setzt eine möglichst große Zahl von Einzelschichten voraus, wobei etwa 20 bis 40 einzelne Schichten durchaus üblich sind. Die Schichten werden abwechselnd in der Reihenfolge ... HLHLHL ... aufgebracht, wobei H für eine hochbrechende Schicht und L für eine niedrigbrechende Schicht (L = Low) steht. Es können auch zwei hochbrechende oder zwei niedrigbrechende Schichten unmittelbar aufeinanderfolgen, die dann als einzige Schicht mit entsprechendem Brechungsindex aufgefaßt werden.

Bei der Herstellung der Einzel schichten muß die zusätzliche Forderung beachtet werden, daß die Dicke jeder Schicht möglichst genau einem vorbestimmten Wert entspricht, der auf die Wellenlänge λ des verwendeten MeßTichts bezogen wird, die auch als "Bezugswellenlänge" bezeichnet wird.

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Dies setzt nicht nur eine genaue Erfassung des zeitlichen ! Verlaufs des optischen Verhaltens der Schicht während des '. Schichtaufbaus voraus, sondern auch die Umsetzung der hierbei erhaltenen Meßwerte in einen Vorgangs der den Bej Schichtungsvorgang zeitlich genau definiert und möglichst abrupt unterbricht. Die Unterbrechung des Beschichtungsvorganges kann beispielsweise durch Einschwenken einer Bldnde in den Strom des Beschichtungsmäterials bewirkt ί werden.

Zum Verständnis dieses Vorganges wird auf folgende physikalische Gesetzmäßigkeit verwiesen: Während des Aufbaus'einer Schicht aus dielektrischem Material hat die Intensität eines durch das Meßobjekt hindurchgehenden oder von diesem reflektierten Meßlichtstrahls einen schwankenden Verlauf nach Art einer Sinuskurve. Dabei wird ein erstes Maximum bzw. Minimum bei einer Schichtdicke von einer viertel Wellenlänge erreicht, ein zweites Maximum bzw. Minimum bei einer dreiviertel Wellenlänge etc. Dazwischen liegt ein Minimum bzw. Maximum bei einer halben Wellenlänge. Bei der Erzeugung von Schichten mit einer Dicke von einer viertel Wellenlänge muß somit die Abschaltung beim Auftreten eines Maximums oder Minimums des Meßsignals bei der vorgegebenen Bezugswellenlänge erfolgen. Um einen definierten Schaltpunkt beispi-el sweise für die Blendenbetätigung zu erhalten, wird das Meßsignal häufig differenziert, so daß die Abschaltung beim Nundurchgang des differenzierten Signals durch einen sogenannten Nulldetektor herbeigeführt werden kann.

Dieser - bekannte - Vorgang ist jedoch problemlos nur dann

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möglich, wenn die einzelnen Schichten eine Dicke von λ/4 der Wellenlänge (Bezugswellenlänge) des Meßlichts aufweisen bzw. ein ganzzahliges Vielfaches hiervon, weil nur hierbei Maxima und Minima bzw. sogenannte Extremwerte auftreten. Ein Meßverfahren der vorstehend genannten Art ist beispielsweise durch die DE-OS 27 50 421 bekannt.

Nun besteht aber in zunehmendem Maße die Forderung, einzelne oder sämtliche Schichten mit einer Dicke zu erzeugen, die einem nicht-ganzzahligen Vielfachen der Bezugswellenlänge entspricht. Derartige komplizierte Schichtsysteme sind in dem Buch "Thin Film Optical Filters" von H.A. MacLeod, Ausgabe 1969, Seiten 129·, !39, 189, und 29Γ beschrieben. Bei derartigen Schichten versagt die Methode des Abschaltens beim Nulldurchgang des differenzierten' Signals unter Verwendung derjenigen Bezugswellenlänge des Meßlichts, die für Schichten verwendet wird, die genau einem ganzzahligen Vielfachen von λ/4 entsprechen. Man hat sich daher bei der Herstellung derartiger Schichten wie folgt beholfen:

Der Schichtaufbau wurde nach der Schwingquarz-Methode bestimmt, die jedoch nur die Zunahme der Masse auf dem Schwingquarz bestimmt, nicht aber deren optisches Verhalten einschließlich des Brechungsindex. Die Methode ist daher nicht nur mit dem üblichen Fehler bei der Erfassung der kondensierten Masse behaftet, sondern zusätzlich mit dem nicht erfaßbaren und infolgedessen auch nicht kompensierbaren Fehler eines abweichenden Brechungsindex, beispielsweise, wenn dieser inhomogen ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die einzelnen Fehler multiplikativ

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auftreten, da für das Endergebnis stets das Produkt aus Brechungsindex und Schichtdicke maßgebend ist.

Man hat sich weiterhin in der Weise beholfen, daß man in den Fotometer-Strahlengang beim Aufbringen der zur Diskussion stehenden Schicht,, die nachfolgend kurz als "abweichende Schicht" bezeichnet wird, ein neues Testglas einbringt, für die gewünschte Schichtdicke unter Beibehaltung der bisherigen Wellenlänge des Meßlichts einen sogenannten Triggerpunkt festlegt und .beim Erreichen dieses Triggerpunkts den Beschichtungsvorgang unterbricht .'Diese Methode ist aber gleichfalls ungenau, weil der Triggerpunkt kaum reproduzierbar und seine Lage insbesondere von Schwankungen des Brechungsindex abhängig ist, so daß diese Methode nur sehr bedingt zu einigermaßen brauchbaren Ergebnissen geführt hat, nicht aber den Anforderungen an hochwertige Schichtsysteme genügt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren für Vielfach-Schichtsysteme der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die Bestimmung der Schichtdicke auch bei solchen Schichten möglich ist, die eine von einem ganzzahligen Vielfachen der Bezugs-Wellenlänge abweichende Schichtdicke besitzen, und die - ausgehend vom Meßsignal - die Erzeugung eines Stellsignals ermöglichen, durch welches der Beschichtungsvorgang gezielt unterbrechbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Meßverfahren gemäß der vorliegenden

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λ 13. Dezember 1982

82520

Erfindung dadurch, daß vor dem Aufbringen der von einem ganzzahligen Vielfachen von λ, /4 bzw. λ«Α abweichenden

Schichtdicke eine Meß!ichtwellenlänoe λ bestimmt

wird, bei der die abweichende Schichtdicke·beim Erreichen ihrer Enddicke hinsichtlich des durchgehenden oder reflektierten Meßlichtanteils einen Extremwert aufweist.

Vereinfacht ausgedrückt besteht die Erfindung somit darin₃ in Abweichung von der normalerweise verwendeten Bezugswellenlänge (oder gegebenenfalls mehreren Bezugswellenlängen)-für die Messung der "abweichenden Schichtdicke" zumindest vorübergehend, d.h. für die Dauer des Auf- . bringens dieser Schicht, eine neue Meß!ichtwellenlänge λ zu bestimmen, die beim Erreichen der Enddicke der Schicht einen Extremwert aufweist, und zwar an einer Stelle, an der Meßlicht mit der ursprünglich verwendeten Bezugswellenlänge keinen Extremwert aufweisen würde. Mit anderen Worten: Für die Dauer der Aufbringung der abweichenden Schicht wird der Monochromator gezielt auf eine abweichende Wellenlänge verstellt, die bei der vorgegebenen Schichtdicke, die nach wie vor auf die ursprüngliche Bezugswellenlänge bezogen wird, einen Extremwert aufweist, der bei einer Differenzierung des Meßsignals zu einem gut auswertbaren Nulldurchgang führt.

Die ursprüngliche Bezugswellenlänge ist diejenige Wellenlänge, für die das optische System berechnet worden ist. Zur Erzielung möglichst genauer Ergebnisse wird diese Bezugswellenlänge natürlich auch für die normalen Messungen verwendet.

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Es ist dabei vorteilhaft, wenn sich die abweichende MeB-1ichtwellenlänge λ nicht allzuweit von der ursprünglichen Bezugswellenl änge λ. bzw. λ-« entfernt und beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von - 10 % liegt.

Einzelheiten der Signalverarbeitung in einem Rechner bzw. in einem Rechner-Regelsystem werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Die Messung des Schichtaufbaus erfolgt im allgemeinen nicht an den Substraten selbst, sondern an sogenannten Testgläsern, die in-mitten der Substrate an einer Stelle angeordnet sind, an der Schichteigenschaften erzeugt werden, die denen der auf den Substraten niedergeschlagenen Schichteigenschaften entsprechen. Es ist bekannt, eine Vielzahl von Testgläsern in einem Magazin eines Testglas-Wechslers bereit zu halten und die einzelnen Testgläser nach Beendigung des Beschichtungsvorgangs auszuwechseln.

Es wurde bereits gesagt, daß jeweils die hochbrechenden Schichten auf das eine Testglas und die niedrigbrechenden Schichten auf das andere Testglas aufgebracht werden, wenn beispielsweise nur zwei unterschiedliche Schichtmaterialien verwendet werden. Hierbei ist es möglich, für die einzelnen Testgläser bzw. Schichtmaterialien Meßlicht mit unterschiedlicher Wellenlänge zu verwenden, wobei beispielsweise für die hochbrechenden Schichten die Wellenlänge λ, und die für die niedrigbrechenden Schichten die Wellenlänge \2 zur Anwendung kommt. In der Regel wird man jedoch beide Schichtmaterialien mit ein und derselben Bezugswellenlänge λ messen, so daß λ = λ. = λ₂·

BAP.ORIQfNAL;

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Die Erfindung betrifft auch eine Fotometer-Änordnung für die Durchführung des Meßverfahrens nach Patentanspruch Diese Fotometer-Anordnung besitzt eine Meß!ichtquelle, mindestens zwei Testglashalter für die abwechselnde Einbringung von Testgläsern in den Strom des jeweiligen Beschichtungsmaterials und in den Strahlengang des Meßlichtstrahls, mindestens einen Fotoempfänger mit vorgeschaltetem, einstellbarem Monochromator für die Erfassung des von dem jeweiligen Testglas reflektierten und/oder durchgelassenen Anteils des Meßlichts, sowie eine dem Fotoempfänger bzw. den Fotoempfängern nachgeschaltete Auswerteschaltung mit einer Einrichtung zur Extremwerterkennung und einer dadurch betätigbaren Unterbrechungseinrichtung für den Strom des Beschichtungsmaterials.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe wird bezüglich der Foto-.meteranordnung gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, daß der Auswerteschaltung eine Datenverarbeitungseinrichtung nachgeschaltet ist, durch die vor dem Aufbringen einer von einem ganzzahligen Vielfachen von λ^,Α bzw. ^qA abweichenden Schicht ein Stellbefehl erzeugbar ist, der den Monochromator auf eine von λ. bzw. \^ verschiedene Meß!ichtwellenlänge λ umschaltet, bei der die vorgegebene (abweichende) Schichtdicke hinsichtlich des Meßsignals einen Extremwert erzeugt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die unterschiedlichsten Schichtdicken, die kein ganzzahliges Verhältnis mehr zur Viertel Bezugswellenlänge haben,"gezielt bzw. innerhalb engster Toleranzen aufzubringen, was durch Aufdampfen und/oder

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-yS-

Katodenzerstäubung geschehen kann. Das Erreichen der vorgegebenen Schichtdicke zeigt sich in jedem Fall, d.h. sowohl bei λ/4-und λ/2-Schichten als auch bei hiervon abweichenden Schichtdicken durch Extremwerte bzw. - nach Differenzierung des Signals - durch sogenannte Nundurchgängean, die in eindeutiger Weise ausgezählt werden, so daß im Wechselspiel mit einem Prozeßrechner eine vollautomatische Steuerung der gesamten Beschichtungsanlage auch bei extrem komplizierten Schichtsystemen möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fotometeranordnung und einer nachgeschalteten Auswerteschaltung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Fotometeranordnung in Verbindung mit einer Vakuum-Beschichtungsanlage und

Figur 2 die wesentlichen Teile der Figur 1. in Verbindung mit der Auswerteschaltung und einem Rechner.

In Figurlist eine Vakuumbeschichtungsanlage. 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.

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Zur Vakuumbeschichtungsanlage gehört eine Vakuumkammer 2, die mit lichtdurchlässigen Fenstern 3 und 4 versehen ist. Innerhalb der Vakuumkammer 2 sind zwei zunächst noch unbeschichtete Testgläser 5a und 5b angeordnet, die als Meß-Objekte anzusehen sind, abwechselnd in den Strahlengang des Meßlichts gebracht werden und stellvertretend für eine Vielzahl von Meßobjekten stehen-,- die in der Vakuumkammer gleichzeitig oder nacheinander beschichtet werden können. Auf das Testglas 5a werden die hochbrechenden und auf das Testglas 5b die niedrigbrechenden Schichten aufgebracht. Einzelheiten sowie die Auswirkung einer solchen abwechselnden Testglasbeschichtung sind in der DE-OS 27 50 421 beschrieben.

Die Träger für die Schichten werden auch als Substrate bezeichnet, der im Bereich der Testoläser in der Regel vorhandene Substrathalter ist jedoch gleichfalls nicht gezeigt.

Außerhalb der Vakuumkammer 2 ist eine Meßlichtquelle 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 Grad ein einseitig durchlässiger Spiegel 9 angeordnet ist. Im Strahlengang 8 befindet sich noch eine Abbildungslinse 10. Es ist hierbei wesentlich, daß für eine

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Reflexionsmessung das Fenster 3 in der Weise schräg eingebaut ist, daß kein vom Fenster 3 reflektiertes Licht in den Strahlengang 8 gelangt.

Hinter dem Fenster 3 trifft der Meßlichtstrahl 7 auf das Testglas 5a 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. Am Spiegel 9 wird der verbliebene Meßlichtstrahl 7a unter 90 Grad reflektiert und trifft alsdann auf einen einstellbaren Monochromator 11 auf. Derartige Monochromatoren sind Stand der Technik; sie wählen - je nach Einstellung aus einem Wellenlängenspektrum einen extrem engen Bereich, praktisch eine einzige Wellenlänge aus, die zu definierten

15- Meßergebnissen führt. Durch den Monochromator 11 wird nur derjenige Teil des Meßlichtstrahls 7a, auf dessen Wellenlänge der Monochromator eingestellt ist, in Richtung auf einen Fotoerapfänger 12 durchgelassen. Dessen Ausgang ist über eine in Figur 1 nicht gezeigte Auswerteschaltung einer Anzeigeeinrichtung 13 auf geschaltet.

Von der Lichtquelle 6 aus gesehen ist hinter dem Fenster ein weiterer Monochromator 14 angeordnet, der die gleiche Funktion hat, wie der Monochromator 11. Als Monochromatoren kommen entweder Interferenzlinienfilter, Interferenzverlaufsfilter oder Gittermonochromatoren in Frage. Die Durchlaßwellenlänge eines Interferenzverlaufsfilters sowie eines Gittermonochromators kann mit Hilfe eines Schrittmotors variiert werden, der hier jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.

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Der hinter dem Testglas 5a verbliebene Meßlichtstrahl ist durch die gestrichelte Linie 7b dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine sogenannte Transmissionsmessung, d.h. der vom Testglas 5 durchgelassene Teil des Meßlichts gelangt über den Monochromator als Licht bestimmter Wellenlänge zum Fotoempfänger 15, der dfe gleiche Beschaffenheit hat wie der Fotoempfänger 12. Der Ausgang dieses Fotometers ist über eine gleichfalls nicht gezeigte Auswerteschaltung einer Anzeigeeinrichtung 16 aufgeschaltet.

In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 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 Re-flexionsmessung statt, nach Umschaltung in die andere Position kann eine Transmission mittels des Fotoempfängers 15 gemessen werden. Vom Umschalter 18 führt eine Leitung 19 zu einem einstellbaren Verstärker 20, dessen Verstärkungsgrad über eine Steuerleitung 21 von einem Geber 22 vorgegeben wird. Vom Ausgang des Verstärkers 20 führt eine Leitung 23 zu einer Auswerteschaltung 24, die eine Einrichtung zur Extremwerterkennung, beispielsweise ein Differenzierglied mit einem Nulldetektor besitzt. Das Ausgangssignal der Auswerteschaltung 24 wird über eine Leitung 25 einer Datenverarbeitungseinrichtung 26 zugeführt, die eine Dateneingabe 27 mit einem nicht näher gezeigten Tastenfeld enthält. Die Datenverarbeitungseinrichtung 26 enthält eine Rechenschaltung mit einer entsprechenden Speicherkapazität, so daß ein komplettes Programm

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für die vollautomatische Steuerung des Schichtaufbaus eingegeben werden kann. Die Datenverarbeitungseinrichtung 26 zählt beispielsweise die Nulldurchgänge und damit die Extremwerte und "erkennt" damit die VoIlendung des Aufbaus der einzelnen Schichten. Durch entsprechende Dateneingabe kann die gesamte Schichtenfolge hinsichtlich Material und Dicke vorgegeben werden, so daß die Steuerung der Anlage vollautomatisch erfolgt. Zu diesem Zweck besitzt die Datenverarbeitungseinrichtung drei Ausgänge. Der Ausgang 28 steuert beispielsweise einen Unterbrecher für den Beschichtungsvorgang, also beispielsweise eine Blende. Mittels des Ausgangs 29 ι ist eine vollständige Steuerung der Beschichtungsanlage im vorstehend aufgezeigten Sinne möglich, und zwar unter Einschluß des Abpumpens_s der Substratreinigung der Verdampferbeheizung etc.

Vor allem aber wird in der Datenverarbeitungseinrichtung mittels der Rechenschaltung die Meß!ichtwellenlänge λ_ bestimmt, die über den dritten Ausgang 30 einer Monochromatorsteuerung 31 zugeführt wird. Diese enthält einen Mikroprozessor, der einen Stellbefehl erzeugt, der über eine weitere Leitung 32 einem der beiden Monochromatoren bzw. 14 zugeführt wird. Die Monochromatorensteuerung 31 bewirkt somit die erfindungsgemäße Umschaltung von der Meß! ichtwellenlänge λ., bzw. λ~ auf λ » bzw. λ^·

Die Bestimmung der Meßl ichstwell enlänge λ ^erfolgt dabei unter Berücksichtigung der Dispersion nach der folgenden mathematischen Beziehung:

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: J ^ 4 b U 13. Dezember 1982

_Λ, 82520

Das folgende Beispiel bezieht sich auf eines der Testgläser bzw. eines der Materialien n., eine Bezugswellenlänge A,: Für das jeweils andere Testglas etc. gelten analoge Überlegungen:

m1 ' ^Am1 _a ^K1 * ^A1 ₊ ^K1 ' ^A1

u_m1; U₁; U₁ ;

bzw.: d = d₁ + dj · ■

dabei sind:

d = geometrische Gesamtschichtdicke auf dem Testglas nach Beendigung der abweichenden Schicht d₁ = geometrische Gesamtschichtdicke auf dem Testglas

ohne die abweichende Schicht

dj = geometrische Schichtdicke der abweichenden Schicht k , = Multiplikator von A ./4 nach Vollendung der abweichenden Schicht. Es handelt sich um einen ganzzahligen Wert, der so gewählt wird, daß sich für A- eine günstige

Wellenlänge ergibt
k₁ = Multiplikator für ·λ,/4, der eine gerade oder eine

gebrochene Zahl sein kann

kj = Multiplikator für Aj/4, der eine gerade oder eine ge-' brochene Zähl sein kann. Sofern kj eine gebrochene Zahl ist, wurde bisher nach der eingangs beschriebenen Methode des Triggerpunktes oder mit einem Schwingquarz gemessen. Wenn kj eine gerade Zahl ist und A. von Aj abweicht, wurde bisher ein neues Testglas verwendet oder nach der Schwingquarz-Methode gemessen "(A.) = Brechzahl des Schichtmaterials bei der Meßlicht-

wellenlänge

A₁ = Bezugswellenlänge für die Messung des auf dem Test-. glas vorhandenen Materials mit dem einen Brechungsindex, bevor die abweichende Schicht aufgebracht wird Aj = Bezugswellenlänge für die Messung des auf dem gleichen

Testglas vorhandenen gleichen Materials (kann mit A₁ identisch sein)

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13. Dezember 1982 82520

- yf-

n_M ^ = Brechzahl des Materials der abweichenden

^ m1 '

Schicht bei der Meßlichtwellenlänge λ ,

Π/^ s = Brechzahl des Schichtmaterials bei λ. Π/^iN = Brechzahl des Schichtmaterials bei X₁J.

Nach Umstellung der Gleichung ergibt sich

m1

Kj

ⁿ(xj)

m 1

m1

Da n/, ^ bei der Berechnung von λ ι noch nicht bekannt ist,

mr
wird für n_M \ zweckmäßigerweise zunächst ein qeschätzter

Zahlenwert verwendet. Mit dem so berechneten X ,wird nun η,, ^ berechnet oder aus einem Speicher abgefragt. Mit dem

^umf
so gewonnenen Zahlenwert für η>_λ ν wird X^erneut berechnet,

Nach etwa zwei- bis dreimaliger Wiederholung dieser Rechnung ist X ,mit ausreichender Genauigkeit bestimmt.

Bei spiel :

Die optischen Schichtdicken eines Kantenfilters mit folgenden Sollwerten sollen während des Schichtaufbaus gemessen werden. Das Schichtpaket hat folgenden Aufbau: (HLHLHLHL 1/2H) _550nm. CH= λ/4; L= λ/4; 1/2 H= λ/8)

Alle H- und alle L-Schichten werden je auf einem Testglas zusammengefaßt. Bei den L-Schichten ist die geforderte optische Schichtdicke jeweils beim nächsten Extremwert der Meßkurve bei der Bezugswellenlänge von 550 nm erreicht. Dies

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¹^" ···—" 13. Dezember 1982 /fi 82520

trifft auch für die ersten vier Η-Schichten zu. Nach dem Stand der Technik würde die letzte 1/2 Η-Schicht nun nach einem Triggerpunkt auf dem gleichen TestgTas oder auf einem neuen Testglas bei einer Meßlichtwellenlänge von gleichfalls 550 nm beendet. Erfindungsgemäß wird jedoch für die Messung der abweichenden Schicht eine andere Meßlichtwellenlänge X^, bestimmt, und zwar wie folgt unter Anwendung der Formel (2).

Da vor dem Beschichtungsbeginn der letzten Schicht bereits vier λ/4-Schichten bei 550 nm auf dem Testglas aufgebracht wurden, ist k. = 4 und λ. = 550 nm. Die letzte Schicht soll eine optische Dicke von λ/8 bei 550 nm haben. Das bedeutet ein kl von 0,5 und ein X' von 550 nm. Für k -, wird der Wert 5 gewählt, so daß λ ..möglichst nahe an X^ oder Xj .

Die Brechzahlen lassen sich nach folgender Näherungsformel berechnen:

Im vorliegenden Fall beträgt n_Q = 2,065 und D =55.000 nm² Der betreffende Dispersionskoeffizient wurde durch Versuche ermittelt. Daraus ergibt sich

η,,· λ = 2,065 + = 2,247 ^U1^; 550²

Da in diesem Fall X₁ mit X! identisch ist, sind auch die

- 19 -

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• ■

>4-3. Dezember 1982 82520

zugehörigen Brechzahlen gleich. Für n_M \ wird zunächst

der gleiche Zahlenwert eingesetzt, wodurch sich in erster Näherung folgender Wert ergibt:

\_m = 495 nm
"¹M)

und entsprechend

"(495) = ²·²⁸⁹·
Durch !iterative Rechnung ergibt sich ein

λ = 504,27 nm
^m(2)

ι "(504,37) = ²'²⁸

und bei der nächsten Rechenoperation

λ 502 nm

^m(3) ·

ⁿ(502) ^{= 2}»^Z81
Es wird infolgedessen ein λ ^= 502, nm verwendet.

Es ist ersichtlich, daß bereits die dritte Iterationsrechnung für λ ^eine ausreichende Genauigkeit hat, da der bei der nächsten Iiterationsrechnung gefundene Wert nur noch in der ersten Stelle hinter dem Komma abweicht.

Um den Kurvenverlauf des Fotometersignals zu bestimmen, ist noch der Multiplikator von λ ,/4vor Beginn der Schichtherstellung zu ermitteln. Dies, geschieht nach der Beziehung

k * - ^ki * ^λι ^η(·^ι^}

^km1 " -i i. . OÜ. = 4,45

"(X₁) λ

m1

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"13. Dezember 1982 82520

- VT-

verwendet wird ein K .= 5.

Aus der vorstehenden Beispielsrcechnung ergibt sich, daß durch Umschalten der Meß!ichtquellenlänge von λ = X. = λ' 550 nm auf λ = 502 nm eine Schicht erzeugt werden kann, die bei einer endgültigen Schichtdicke von λ/8 einen Extremwert aufweist, der als differenziertes Signal einen Nundurchgang besitzt, der wiederum zum Abschalten des Beschichtungsvorganges verwendet werden kann.

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- Leerseite

Claims

ij 3. Dezember 1982 82520

PATENTANSPRÜCHE:

Meßverfahren für die Herstellung von Vielfach-Schichtsystemen aus abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden ! Schichten auf trang)arenten Substraten unter kontinuierlicher Erfassung des Transmissions- und/oder Reflexionsverhaltens von Schichten., die gleichzeitig auf jeweils eines von mindestens zwei Testgläsern aufgebracht werden., wobei die hochbrechenden Schichten jeweils auf das eine Testglas und die niedrigbrechenden Schichten jeweils auf ein anderes Testglas aufgebracht werden, wobei jedes T.estglas während der ι ■ Beschichtung von im wesentlichen monochromatischem Meßlicht einer vorgegebenen Wellenlänge X^₉ X₂, .·· beaufschlagt wird und wobei mindestens eine der Schichten eine Dicke entsprechend eines ganzzahligen Vielfachen von λ, /4, X₂ /4", ... besitzt, und wobei mindestens eine weitere Schicht eine von einem ganzzahligen Vielfachen von λ. /4 bzw. XoA ^a^~ weichenden Schichtdicke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen aQr von einem ganzzahligen Vielfachen von XiA bzw. X₂A abweichenden Schichtdicke eine Meßiichtwellenlänge X bestimmt wird, bei der die abweichende Schich'tdicke beim Erreichen ihrer Enddicke hinsichtlich des durchgehenden oder reflektierten Meßlichtanteils einen Extremwert aufweist.

2. Fotometeranordnung "fjür die Durchführung des Meßverfahrens nach Patentanspruch 1 mit einer Meß!ichtquelle, mindestens zwei Testglashaltern für die abwechselnde Einbringung

OZtO

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von Testgläsern in den Strom des jeweiligen Beschichtungsmaterials und in den Strahlengang des Meßlichtstrahls, mit mindestens einem Fotoempfänger mit vorgeschaltetem einstellbarem Monochromator für die Erfassung des von dem jeweiligen Testglas reflektierten und/oder durchgelassenen Anteils des Meßlich.ts sowie mit einer dem (den) Fotoempfänger(n) nachgeschalteten Auswerteschaltung mit einer Einrichtung zur Extremwerterkennung und einer dadurch betätigbaren Unterbrechungseinrichtung für den Strom des Beschichtungsmaterials dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteschaltung (24) eine Datenverarbeitungseinrichtung (26) nachgeschaltet ist, durch die vor dem Aufbringen einer von einem ganzzahligen Vielfachen von λ, /4 bzw. ^₂A abweichenden Schicht ein Stellbefehl erzeugbar ist, der den Monochromator (11/14) auf eine von λ. bzw. X^ verschiedene Meßlichtwellenlänge X_m umschaltet, bei der die vorgegebene Schichtdicke einen Extremwert erzeugt.

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