DE2412729B2 - Verfahren und Anordnung zur Regelung der Verdampfungsrate und des Schichtaufbaus bei der Erzeugung optisch wirksamer Dünnschichten - Google Patents

Description

Unter dem Begriff »optisch wirksame Schichten« sollen im vorliegenden Zusammenhang alle Schichten ■erstanden werden, welche die optischen Eigenschaften des Substrats verändern. Es kann sich dabei beispielsweise um reflexmindernde Schichten, um Filterschichten auf Linsen und anderen Gläsern handeln, die einen Teil elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren und/oder unsichtbaren Bereich reflektieren bzw. durchlassen. Der im vorliegenden Zusammenhang interessante Wellenlängenbereich erstreckt sich vom Ultraviolett bis ins ferne iAfrarot. Die optische Wirksamkeit bezieht sich dabei vor allem auf verlustarme Amplitudenveränderungen der reflektierten oder durchgelassenen Strahlung. Ferner solle» darunter Schichten verstanden werden, die die Phase oder den Polarisationszustand des zur Messung verwendeten Lichtes verändern.

Optisch wirksame Schichten können sowohl eine homogene oder in einer Einzelschicht inhomogene Zusammensetzung haben als auch aus einer Kombination einer Vielzahl von niedrig- und hochbrechenden Schichten bestehen, wie sie beispielsweise bei den sogenannten Interferenzfiltern vorkommen, die die bemerkenswerte Eigenschaft besitzen, Fehler in der Dicke einzelner Schichten sehr weitgehend zu kompensieren, sofern die Einzelschichten die optische Dicke von Viertelwellenlängen des zur Messung verwendeten Lichtes oder Vielfache davon haben. Dies setzt jedoch voraus, daß die darauffolgende Schicht zusamnu η mit den vorhergehenden Schichten bis zum Erreichen der gewünschten Eigenschaften aufwächst. Es sind somit nicht die Eigenschaften der einzelnen Schicht, sondern die Wirkung der jeweiligen Gesamtheit der Schichten für die erreichte Wirkung maßgebend. Daraus foigt, daß insbesondere Mehrfachschichten der angegebenen Art nur durch Anwendung optischer Meßverfahren, nicht j5 aber mechanischer Meßverfahren mit den gewünschten engen Toleranzen herstellbar sind. Beispielsweise können Wiegeverfahren die optische Teil- oder Gesamtwirkung nicht erfassen. Bei Verwendung eines Schwingquarzes für die Bestimmung der Schichtdicke spielen beispielsweise die Art und der Partialdruck des in der Vakuumkammer unvermeidbar vorhandenen Restgases eine nicht unerhebliche Rolle im Hinblick auf die Genauigkeit des Meßergebnisses.

Im Hinblick auf die Gesamteigenschaften optisch wirksamer Dünnschichten werden in letzter Zeit zunehmend engere Toleranzen gefordert. Dies setzt voraus, daß das Herstellverfahren für die betreffenden Schichten in hohem Maße reproduzierbar ist, um mit gleichem Erfolg Schichten von stets gleichbleibender Beschaffenheit zu erhalten. Dies gilt nicht nur für die zahlreichen Oberflächenschichten komplizierter optischer Systeme, sondern vor allem auch für Brillengläser, insbesondere Sonnenschutzgläser. Es versteht sich, daß beispielsweise beim Bruch eines Brillenglases de.· Ersatz durch ein Glas mit anderen optischen Eigenschaften undenkbar ist. Farbunterschiede sind besonders untragbar.

Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dem eine hohe Reproduzierbarkeit sämtlicher Eigenschaften optisch wirksamer Schichten bei deren Herstellung bei einfachster Bedienung der Aufdampfvorrichtung erreicht werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäQ dadurch, daß die Verdampfung zunächst bei vorgegebener Verdampferleistung begonnen wird, daß mit Beginn der Veränderung des optischen Verhaltens der Schicht das erhaltene Meßergebnis nach Bildung des zeitlichen Differentialquotienten kontinuierlich mit dem Ausgangssignal eines Signalgenerators verglichen wird, das den zeitlichen Verlauf der Veränderung der optischen Eigenschaften während des Schichtaufbaus unter Optimalbedingungen wiedergibt, und daß das Differenzsignal des Vergleichs dazu verwendet wird, die Verdampferleistung beim Zurückbleiben des Schichtaufbaus zu erhöhen bzw. beim Voreilen des Schichtaufbaus zu vermindern.

Der Erfindung liegt die Feststellung zugrunde, daß es zur Erzielung einer gleichmäßigen Qualität der Schichten unerläßlich ist den Aufdampfvorgang jeder einzelnen Schicht in einer bestimmten Zeitspanne durchzuführen. Diese Zeitspanne ergibt unter anderem für eine bestimmte räumliche Anordnung von Verdampfer und Substrat eine optimale Gleichmäßigkeit der Dickenverteilung über die meist in einer Vielzahl angeordneten Substrate. Die Erfindung baut dabei auf dem Prinzip der Verdampfung mit konstanter Verdampfungsrate bzw. konstanter Leistungszufuhr zur Verdampfungseinrichtung auf. Sie besteht im Prinzip in einer Korrektur der größenordnungsmäßig vorgegebenen Verdampfungsleistung durch eine zeitabhängige Kontrolle des Schichtaufbaus, d. h. des Vorgangs der Entstehung der Schicht. Verzögert sich der Schichtaufbau gegenüber dem vorgegebenen Zeitprogramm, so wird die Verdampferleistung um ein entsprechendes Maß erhöht; erfolgt jedoch der Schichtaufbau zu rasch, so wird die Verdampferleistung um ein entsprechendes Maß zurückgenommen.

Der Erfindungsgegenstand geht von der Überlegung aus, daß bei optischen Meßverfahren eine Entkopplung bzw. eine Aufhebung der Proportionalität zwischen der Verdampfungsrate und den Schichteigenschaften stattfindet. Während das Meßsignal einen sinusähnlichen Verlauf aufweist, ist die Verdampfungsrate im wesentlichen konstant. Mit anderen Worten, durch eine optische Messung der Schichteigenschaften erhält man Signale, die als Sollwerte zunächst nur in der Weise brauchbar sind, daß man bestimmte Punkte der Kurve erfaßt und für eine Unterbrechung des Aufdampfvorgangs an dessen Ende verwendet. Es handelt sich hierbei nicht um eine kontinuiirliche Regelung, sondern um eine Endabschaltung.

Die Erfindung zeigt nun erstmalig einen Weg, auf dem Wege über eine relativ einfach durchzuführende optische Erfassung der Schichteigenschaften auch die Verdampfungsrate in engen Grenzen regeln zu können. Wegen der nicht vorhandenen Proportionalität von Sollwert und Istwert bedarf es jedoch hierbei eines speziellen Signalgnenerators, dessen Ausgangssignal den Ablauf der zeitlichen Veränderung der optischen Eigenschaften unter Optimalbedingungen wiedergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß sämtliche Schichten unterschiedlicher Chargen unter genau den gleichen, reproduzierbaren Bedingungen aufgebaut werden wie vorangegangene Chargen. Abweichungen hinsichtlich der optischen und mechanischen Eigenschaften werden dadurch auf ein Minimuni reduziert. Zu den mechanischen Eigenschaften zählen beispielsweise die Haftfestigkeit, Kratzfestigkeit und Porenfreiheit sowie die Resistenz gegenüber chemischen, insbesondere atmosphärischen Einflüssen. Auch die Gleichmäßigkeit von Schichten auf Substraten der gleichen Charge bei unterschiedlicher räumlicher Lage zur Verdampferquelle wird wesentlich erhöht. Hinzu

kommt, daß auch der Einfluß unterschiedlicher Wärmeübergänge vom Verdampfer auf das zu verdampfende Material durch die Regelung kompensiert wird. Bei einer reinen Regelung auf konstante elektrische Leistung des Verdampfers würde beispielsweise eine Veränderung des Wärmeübergangs vom Verdampfer auf das Verdampfungsgut zu einer Veränderung der Verdampfungsrate führen. In diesem Zusammenhang sei lediglich die Veränderung des Wärmeübergangs durch unterschiedliche Granulalgröße des Verdamp- in fungsmaterials erwähnt sowie etwaige Einflüsse von chemischen Reaktionen zwischen Verdampfer und Verdampfungsgut. Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren ermöglicht aber vor allem die Bedienung einer entsprechenden Aufdampfanlage durch nicht v·, wissenschaftlich vorgebildetes Personal, ohne daß hierdurch die Ausschußrate erhöht würde.

Die kontinuierliche Messung des Reflexions- bzw. Transmissionsverhaltens der Schicht insbesondere unter Verwendung von monochromatischem Licht führt zu Meßwerten, die einen solchen zeitabhängigen Verlauf haben, daß sich beispielsweise die Reflexion der Schicht bis zur Dicke einer viertel Wellenlänge des für die Messung verwendeten Lichtes verringert, dann bis zu einer Dicke der Schicht von einer halben Wellenlänge wieder auf den ursprünglichen Wert ansteigt und danach bis zu einer Dicke der Schicht entsprechend einer dreiviertel Wellenlänge wieder abnimmt und so fort. Die Entstehung einer solchen Meßkurve ist in der DE-AS 12 14 970 näher beschrie- jo ben. Die unmittelbare Verwendung des Meßergebnisses, das einen zeitlichen Cosinus-Verlauf der Transmissionsbzw. Reflexionseigenschaften in Abhängigkeit vom Schichtdickenwachstum aufweist, stößt jedoch auf Schwierigkeiten. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, J5 daß die betreffende Kurve sehr flache Maxima bzw. Minima aufweist, die eine exakte zeitliche Begrenzung des Aufdampfvorgangs in den Maxima bzw. Minima nicht ermöglicht. Durch Bildung des zeitlichen Differentialquotienten wird jedoch erreicht, daß die betreffende Kurve an den Maxima bzw. Minima einen Nuildurchgang besitzt, der für Abschalt- und Regelzwecke außerordentlich gut verwertbar ist. Der Nulldurchgang kann zur präzisen Beendigung des Aufdampfvorganges jeder einzelnen Schicht benutzt werden.

Die erfindungsgemäße Auslegung des zur Erzeugung des Sollwertes dienenden Signalgenerators erfolgt durch entsprechende Wahl elektrischer und/oder mechanischer Elemente. Die Kurvenform des Ausgangssignals wird aufgrund der bereits beschriebenen theoretischen Erwägungen bestimmt, wonach sich Transmission bzw. Reflexion mit wachsender Schicht nach einer Sinus- bzw. die Ableitung nach der Zeit nach einer Cosinusfunktion ändern. Der zeitabhängige Verlauf der Kurve kann beispielsweise auf empirischem Wege gefunden werden, wie durch statistische Untersuchungen bzw. Analysen während und/oder nach der Herstellung optisch wirksamer Schichten. Größenordnungsgemäß benötigt man für den Durchgang einer Halbwelle, d. h. den Aufbau einer Schicht von der Dicke einer halben Wellenlänge des verwendeten Lichtes eine Zeit von mehreren Minuten. Der zeitliche Verlauf der Veränderung der optischen Eigenschaften ist dabei mit dem zeitlichen Differentialquotienten des Meßergebnisses der Schicht unter Optimalbedingungen identisch. Bei völliger Obereinstimmung der zeitlichen Verläufe von Meßergebnis und Ausgangssignal des Signalgenerators wird folgerichtig auch kein Eingriff in die Leistungsregelung des Verdampfers erforderlich. Durch Verwendung des Differentialquotienten des reinen Meßwerts wird der besondere Vorteil erreicht, daß die Regelung von zeitlichen Schwankungen des Nullpunktes und von Abweichungen des Skalenendwertes eines Anzeigeinstruments unabhängig wird.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens besteht aus einem in einer Vakuumkammer angeordneten Verdampfer und einem diesem zugeordneten Substrathalter, aus einer Einrichtung zur Regelung der Verdampferleistung mit einer Meßeinrichtung für die Verdampferleistung und einer Rückführung des Meßwertes in ein Stellglied für die Verdampferleistung, sowie aus einer Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des optischen Verhaltens der Schicht während ihres Aufbaus und Differenzierung des Meßsignals. Diese Anordnung ist gemäß der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Meß- und Differenziereinrichtung für das optische Verhalten gemeinsam mit dem differenzierten Ausgang des Signalgenerators, der den zeitlichen Verlauf der Änderung der optischen Eigenschaften während des Schichtaufbaus unter Optimalbedingungen vorgibt, einer Vergleichseinrichtung aufgeschaltet ist, und daß deren Ausgang gemeinsam mit dem Ausgang der Meßeinrichtung für die Verdampferleistung dem Stellglied für die Verdampferleistung aufgeschaltet ist.

Die angegebene Anordnung kann gemäß der weiteren Erfindung dadurch vorteilhaft ausgestaltet werden, daß dem Ausgang der Meßeinrichtung für die Verdampferleistung der Ausgang eines Signalgenerators für ein Leistungsprogramm entgegengeschaltet ist. Ein solches Leistungsprogramm wird ebenfalls auf empirischem Wege gefunden. Das Leistungsprogramm berücksichtigt dabei den Vorgang des Vorheizens und Einschmelzens des Verdampfungsgutes im Verdampfer.

Als Meßeinrichtung für die Verdampferleistung wird mit besonderem Vorteil eine Einrichtung zur Umsetzung elektrischer Leistung in elektromagnetische Strahlung in Verbindung mit einem darauf abgestimmten Strahlungsempfänger verwendet. Bei einer solchen Anordnung handelt es sich im Prinzip um einen Verstärker einfachster Bauart mit hohem Verstärkungsgrad, der sich durch lange Lebensdauer und damit hohe Betriebssicherheit auszeichnet. Der elektromagnetische Strahler, in einfachster Weise durch eine Glühlampe verkörpert, hat den Vorteil, sofort auf jede Änderung des Stromes bzw. der Spannung anzusprechen und einen entsprechend geänderten Lichtstrom auszusenden, der sich unverzögert dem darauf abgestimmten Strahlungsempfänger mitteilt.

Der Erfindungsgegenstand kann weiterhin dadurch ausgestaltet werden, daß der Signalgenerator für das Leistungsprogramm in der Weise eingerichtet ist, daß nach Ablauf des Einschmelzvorganges ein Schaltimpuls erzeugt wird, welcher einem Schaltelement für die Zuschaltung des Vergleichswertes aus der Reflexionsbzw. Transmissionsmessung und aus dem Signalgenerator sowie einem Blendenantrieb für die Freigabe des Verdampfers durch eine Blende aufgeschaltet ist. Durch eine solche Maßnahme wird ein vollautomatischer Start des Aufdampfbeginnes erreicht Der Ablauf des Einschmelzvorganges wird auf empirische Weise, d. h. durch reine Beobachtung ermittelL Die festgestellte Zeitdauer gilt — gegebenenfalls mit einem Sicherheitszuschlag — für alle weiteren Einschmelzvorgänge des gleichen Verdampfungsmaterials. Durch die gleichzeitige Einschaltung des Signalgenerators mit der ge-

wünschten, sinusförmigen Ausgangsspannung entsprechend dem zeitlichen Sollwertverlauf wird ein Soll-Ist-Wertvergleich der niedergeschlagenen Schicht ermöglicht, durch den die angegebene Korrektur des voreingestellten Leistungswertes für den Verdampfer während des gesamten Aufdampfvorganges bewirkt wird. Die Beendigung des Aufdampfvorganges erfolgt durch Erfassung des Nulldurchgangs des zeitlichen Differentialquotienten des Meßergebnisses, und zwar mittels eines hierdurch ausgelösten Regelsignals, durch welchen die Blende wieder geschlossen, d. h. über den Verdampfer geschwenkt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung und seine Wirkungsweise seien anhand der Figur nachfolgend näher erläutert.

!n der Figur sind mit 10 Substrate (optische Linsen) bezeichnet, auf denen die aufzudampfende Schicht niedergeschlagen wird. Die Substrate sind mit Hilfe von nicht dargestellten Krallen in einer Haltevorrichtung 12 befestigt, die aus einem kalottenförmigen Teller 13 mit entsprechenden Ausnehmungen und einer in der Höhe verstellbaren Stange 14 besteht. Unterhalb der Substrate 10 ist ein sogenannter thermischer Verdampfer 15 für die Verdampfung des Aufdampfmaterials angeordnet, der auf zwei Bolzen 16 und 17 ruht, die gleichzeitig als Stromzuführung dienen und mittels Vakuumdurchführungen 19 und 20 durch eine Grundplatte 18 hindurchgeführt sind. Die genannten Teile sind von einer vakuumdichten Glocke 21 umgeben, die sich unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 22 auf der Grundplatte 18 abstützt Ein für den Bedampfungsprozeß ausreichendes Vakuum von beispielsweise 2xlO-⁵Torr wird mittels einer Pumpvorrichtung bewirkt, die über eine Rohrleitung 23 mit der Grundplatte 18 in Verbindung steht

Den Heizstrom für den Verdampfer 15 liefert eine Stromquelle, welche über die Anschlußklemmen 24 an einen Leistungssteiler 25, der als Stelltransformator ausgebildet ist, angeschlossen ist An den Leistungssteiler 25 ist ein Transformator 26 angeschlossen, mit dem die Heizspannung auf einen Wert heruntertransformiert wird, welcher bei der gegebenen elektrischen Leitfähigkeit des Verdampfers 15 zu der erforderlichen Heizleistung führt.

Parallel zum Transformator 26 bzw. zum Verdampfer 15 ist eine Meßeinrichtung 27 für die Verdampferleistung angeordnet die aus einer Einrichtung 28 zur Umsetzung elektrischer Leistung in elektromagnetische Strahlung und aus einem darauf abgestimmte Strahlungsempfänger 29 besteht Zwischen den Einrichtun- gen 28 und 29 besteht Sichtverbindung, so daß die von der Einrichtung 28 ausgesandte Strahlung mindestens teilweise auf den Strahlungsempfänger 29 fällt Der Strahlungsempfänger 29 ist über Leitungen 30 und 31 mit einem Eingangsregler 32 verbunden, an dessen Eingangsklemme 33 ein veränderbarer Sollwert anlegbar ist Im Eingangsregler 32 Findet ein Vergleich mit der über die Leitungen 30 und 31 zugeführten Sollspannung statt Der Ausgang des Eingangsreglers 32 ist über eine Leitung 34 mit einem Verstärker 35 verbunden, dessen Ausgang über eine Leitung 36 einem Stellglied 37 aufgeschaltet ist Das Stellglied 37 ist im vorliegenden Falle als Servomotor ausgeführt der über eine Einstellwelle 38 mit der Verstellvorrichtung des Leistungsstellers 25 gekoppelt ist

Die Wirkungsweise der bisher angegebenen Anordnung ist folgende: Steht beispielsweise an den Eingangsklemmen 24 eine Spannung an, die zu einer überhöhten mittleren Heizleistung des Verdampfers 15 führt, so wird zwangsläufig auch die von der Einrichtung 28 ausgehende elektromagnetische Strahlungsleistung erhöht. Der auf den Strahlungsempfänger 29 auftreffende Anteil dieser Strahlung erzeugt einen entsprechenden Istwert, der über die bereits angegebenen Schaltungselemente dazu führt, daß der Leistungssteiler 25 heruntergeregelt wird, so daß die Heizleistung am Verdampfer 15 auf den vorgegebenen Wert zurückgeführt wird. Im Falle einer zu geringen, an den Klemmen 24 anstehenden Spannung und einer dadurch bedingten zu geringen mittleren Leistung des Verdampfers 15 erfolgt der umgekehrte Vorgang. Die gesamte Anordnung wirkt durch den hohen Verstärkungsgrad der Meßeinrichtung 27 für die Verdampferleistung außerordentlich flink bei geringstmöglichen Regelabweichungen, so daß die Leistung des Verdampfers 15 auf einem praktisch konstanten Wert gehalten wird.

In der Glocke 21 ist außer den bereits genannten Teilen eine von einem Gehäuse umgebene Lichtquelle 40 angeordnet, die einen gebündelten Lichtstrahl 41 aussendet. Der Lichtstrahl trifft auf eines der Substrate 10 auf und wird an diesem in einem reflektierten Anteil 41a und einem durchgehenden Anteil 41 b zerlegt Der reflektierte Anteil 41a wird einem Fotoempfänger 42, der durchgehende Anteil 416 einem Fotoempfänger 43 zugeführt. Es ist möglich, sowohl den Meßwert des einen oder des anderen Fotoempfängers für die Auswertung zu übernehmen, als auch die kombinierten Ausgangssignale beider Fotoempfänger gemeinsam, z. B. zum Zwecke einer Differenzenbildung für die Bestimmung der Absorption. Die Ausgänge der Fotoempfänger 42 bzw. 43 sind über Leitungen 44 bzw. 45 einem Verstärker 46 und nachfolgend über eine Leitung 47 einem Differenzierglied 48 aufgeschaltet, in dem der Differentialquotient der Meßwerte gebildet wird. Der Ausgang des Differenziergliedes 48 ist über eine Leitung 49 einer Vergieichseinrichtung 50 aufgeschaltet Der Ausgang eines Signalgenerators 51, der den zeitlichen Verlauf der Veränderung der optischen Eigenschaften während des Schichtaufbaus unter Optimalbedingungen vorgibt ist über eine Leitung 52 ebenfalls der Vergleichseinrichtung 50 aufgeschaltet In dieser Vergleichseinrichtung wird der vom Signalgenerator 51 kommende Sollwert mit den von den Fotoempfängern 42 bzw. 43 kommenden Istwerten verglichen. Das aufgrund des Vergleichs gebildete Differenzsignal ist über ein Schaltelement 53 und eine Leitung 54 der Leitung 34 aufgeschaltet und wird infolgedessen gemeinsam mit dem Ausgang der Meßeinrichtung 27 bzw. des Eingangsreglers 32 über einen Verstärker 35 dem Stellglied 37 für die Verdampferleistung aufgeschaltet

Der Eingangsklemme 33 ist über eine Leitung 55 ein weiterer Signalgenerator 56 aufgeschaltet, durch den ein Leistungsprogramm für den Verdampfer 15 vorgegeben wird. An die Eingangsklemme 33 kann aber auch ein durch Potentiometer einstellbarer Sollwert angelegt werden. Der an der Eingangsklemme 33 anliegende Sollwert (Programm) wird von äußeren Einflüssen nicht berührt Der Signalgenerator 56 hat noch einen weiteren Ausgang, an welchem aufgrund des vorgegebenen Programms nach Ablauf des Einschmelzvorganges ein Schaltimpuls erzeugt wird, welcher über eine Leitung 57 bzw. 58 einer Betätigungseinrichtung 59 für das Schaltelement 53 aufgeschaltet ist Der gleiche Ausgang ist über die Leitung 57 und eine Anschlußleitung 60 einem Blendenantrieb 61 aufgeschaltet, der über

eine Betätigungswelle 62 eine scheibenförmige Blende 63 antreibt, durch welche der Verdampfer 15 vollständig abgedeckt werden kann. Beim Entstehen des Schaltimpulses im Signalgenerator 56 wird gleichzeitig das Schaltelement 53 geschlossen und die Blende 63 geöffnet, so daß der eigentliche Aufdampfvorgang beginnen kann.

Die Wirkungsweise der Gesamtanordnung ist folgende: Nach Beschickung des Verdampfers 15 und des Substrathalters 12 sowie Evakuierung der Glocke 21 ist das Schaltelement 53 zunächst noch geöffnet. Aufgrund des durch den Signalgenerator 56 vorgegebenen, festen Leistungsprogramms wird die Leistung des Verdampfers 15 auf diesen Wert eingeregelt. Die Vorgabe erfolgt in der Weise, daß ein Vorheizen und Aufschmelzen des Verdampfungsgutes sicher bewirkt wird. Sobald der Schaltimpuls im Signalgenerator 56 gebildet wird, schließt die Betätigungseinrichtung 59 das Schaltelement 53 und öffnet die Blende 63, so daß der Aufdampfvorgang beginnt. Gleichzeitig wird der Impulsgenerator 51 in Gang gesetzt.

Solange der zeitliche Differentialquotient des Meßergebnisses der Fotoempfänger 42 bzw. 43 am Ausgang des Differenziergliedes 48 nicht vom Ausgang des Signalgenerators 51 abweicht, wird in der Vergleichseinrichtung 50 das; Ausgangssignal »0« gebildet, welches naturgemäß keinerlei Beeinflussung des Rückführungssignals der Meßeinrichtung 27 bewirkt. Werden jedoch in den Fotoempfängern 42 bzw. 43 Abweichungen von den vorgegebenen Sollwerten registriert, so wird in der Vergleichseinrichtung 50 ein Differenzsignal gebildet, welches das rückgeführte Signal der Meßeinrichtung 27 zum Stellglied 37 beeinflußt. Registriert einer der beiden Fotoempfänger 42 bzw. 43 ein zu schnelles Schichtwachstum, so erfolgt eine solche Beeinflussung des Rückführsignals der Meßeinrichtung 27, daß der Leistungssteiler 25 in Richtung auf eine niedrigere Verdampfertemperatur bzw. Aufdampfrate zurückgenommen wird. Im umgekehrten Falle erfolgt eine Verstellung des Leistungsstellers 25 nach oben, so daß sich die Temperatur des Verdampfers 15 und damit die Verdampfungsrate erhöhen. Die Geschwindigkeit der Änderung der Verdampfungsrate beträgt dabei nur einen Bruchteil einer Periode der Meßwerte, so daß das System in mehr als ausreichendem Maße trägheitsfrei ist. Das Differenzierglied 48 besitzt einen weiteren Ausgang, der über eine Leitung 64 mit der Leitung 60 und damit mit dem Blendenantrieb 61 zum Zwecke einer Stillsetzung des Aufdampfvorganges nach Erreichen der gewünschten Schichtdicke verbunden ist.

.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Verdampfungsrate und des Schichtaufbaus bei der Erzeugung optisch wirksamer Dünnschichten im Vakuum auf Substraten bei geregelter Verdampferleistung und unter kontinuierlicher Messung des optischen Verhaltens der niedergeschlagenen Schicht und Differenzierung des Meßsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung zunächst bei vorgegebener Verdampferleistung begonnen wird, daß mit Beginn der Veränderung des . optischen Verhaltens der Schicht das erhaltene Meßergebnis nach Bildung des zeitlichen Differentialquotienten kontinuierlich mit dem Ausgangssignal eines Signalgenerators verglichen wird, das den zeitlichen Ablauf der Veränderung der optischen Eigenschaften während des Schichtaufbaus wiedergibt, und Haß das Differenzsignal des Vergleichs dazu verwendet wird, die Verdampferleistung beim Zurückbleiben des Schichtaufbaus zu erhöhen bzw. beim Voreilen des Schichtaufbaus zu vermindern.

2. Anordnung zur Durchführung des Regelverfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem in einer Vakuumkammer angeordneten Verdampfer und einem diesem zugeordneten Substrathalter, aus einer Einrichtung zur Regelung der Verdampferleistung mit einer Meßeinrichtung für die Verdampferleistung und mit einer Rückführung des Meßwertes in ein Stellglied für die Verdampferleistung, sowie ^o aus einer Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des optischen Verhaltens der Schicht während ihres Aufbaus und Differenzierung des Meßsignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Meß- und Differenziereinrichtung für das optische Verhalten gemeinsam mit dem differenzierten Ausgang eines Signalgenerators (51), der den zeitlichen Verlauf der Änderung der optischen Eigenschaften während des Schichtaufbaus unter Optimalbedingungen vorgibt, einer Vergleichseinrichtung (50) aufgeschaltet ist, und daß deren Ausgang gemeinsam mit dem Ausgang der Meßeinrichtung (27) für die Verdampferleistung dem Stellglied (37) für die Verdampferleistung aufgeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang der Meßeinrichtung (27) für die Verdampferleistung der Ausgang eines Signalgenerators (56) für ein Leistungsprogramm entgegengeschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßeinrichtung (27) für die Verdampferleistung eine Einrichtung (28) zur Umsetzung elektrischer Leistung in elektromagnetische Strahlung in Verbindung mit einem darauf abgestimmten Strahlungsempfänger (29) verwendet wird. ¹JS

5. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (56) für das Leistungsprogramm in der Weise eingerichtet ist, daß nach Ablauf des Einschmelzvorganges ein Schaltimpuls erzeugt wird, welcher einem Schaltelement (53) für die Zuschaltung des Vergleichswertes aus der Reflexions- bzw. Transmissionsmessung und aus dem Signalgenerator (51) sowie einem Blendenantrieb (61) für die Freigabe des Verdampfers (15) durch eine Blende (63) aufgeschaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Verdampfungsrate und des Schichtaufbaus bei der Erzeugung optisch wirksamer Dünnschichten im Vakuum auf Substraten bei geregelter Verdampferleistung und unter kontinuierlicher Messung des optischen Verhaltens der niedergeschlagenen Schichi und Differenzierung des Meßsignals.

Unter dem Ausdruck »optisches Verhalten« werden im vorliegenden Zusammenhang die Beeinflussung der Amplitude, Phase und der spektralen Abhängigkeit des zur Messung dienenden Lichtes durch die betreffende Schicht verstanden. Niedergeschlagene, optisch wirksame Schichten verändern z. B. Transmission, Reflexion, Phase und Polarisationszustand des Meßlichts. Diese Wirkungen können zu Meßzwecken im nachstehend beschriebenen Umfange verwendet werden.

Es ist bekannt, die Verdampfungsrate von für die Erzeugung dünner Schichten benötigten Substanzen durch Steuerung der Energiezufuhr zu beeinflussen. Es ist gleichfalls bekannt, das Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten der niedergeschlagenen Schicht mittels eines Lichtstrahls bzw. -bündeis zu bestimmen (DE-AS 15 48 262). Das Ergebnis einer solchen Messung wird im allgemeinen dazu benutzt, den Aufdampfvorgang nach Erzielung bestimmter Schichteigenschaften zu unterbrechen. Die für die Eigenschaften der niedergeschlagenen Schicht maßgebliche Aufdampfzeit wird davon jedoch nicht beeinflußt. Schließlich ist es auch bekannt, den Schichtaufbau zeitabhängig dadurch zu verfolgen und den Aufdampfvorgang abzubrechen, daß man das Transmissions- oder Reflexionsverhalten monochromatischen Lichts kontinuierlich verfolgt und die Maxima bzw. Minima auszählt. Die Anzahl der Maxima bzw. Minima läßt in Abhängigkeit von der Wellenlänge des verwendeten Lichts auf die Dicke der Schicht schließen (DE-AS 12 14 970). Auch bei diesem bekannten Meßverfahren spielt lediglich die Schichtdicke, nicht aber die Zeitdauer ihrer Herstellung eine Rolle.

Durch die DE-AS 12 76 976 ist es bekannt, das Maxima und Minima aufweisende Meßsignal zu differenzieren, um ein abgeleitetes Signal zu erhalten, welches an der Stelle der Maxima und Minima Nulldurchgänge aufweist, die nach entsprechender Signalverarbeitung eine exakte Unterbrechung des Aufdampfvorgangs herbeiführen können. Die Maxima und Minima eines solchen Meßsignals treten jedoch unabhängig davon auf, wie langsam oder wie schnell der Aufdampfvorgang verläuft. Lediglich die Zeitabstände der Maxima und Minima bzw. der Nulldurchgänge des abgeleiteten Signals entsprechen der Aufdampfrate, d. h. je nach der Geschwindigkeit des Aufdampfvorganges wird der Kurvenverlauf gestreckt oder gestaucht. Bei dem bekannten Verfahren hat man den zeitlichen Ablauf des Aufdampfvorgangs im wesentlichen dem Zufall überlassen, d. h. die Verdampferleistung wurde auf einen Erfahrungswert eingestellt in der Hoffnung, daß die Verdampfungs- und Kondensationsrate des Beschichtungsmaterials weitgehend der Verdampferleistung entspricht.

Es ist natürlich gleichfalls bekannt, auch die Verdampfungsrate unter Verwendung von im Dampfstrom angeordneter oder auf den Dampfstrom ausgerichteter Meßsonden zu regeln. Nach neueren Erkenntnissen ist jedoch die frühere Auffassung überholt, daß die Regelung der Verdampfungsrate mit Hilfe einer kontinuierlichen Dampfdichtemessung genügt, um gleichmäßige Ergebnisse über einen breiten Spektralbereich zu erhalten.