DE19926019A1

DE19926019A1 - Process for monitoring growing layers used in vacuum coating processes comprises directing a measuring beam before starting the layer growth into a galvanic bath and onto a layer substrate

Info

Publication number: DE19926019A1
Application number: DE1999126019
Authority: DE
Inventors: Dieter Steinberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-21

Abstract

Process for monitoring growing layers comprises directing a measuring beam (7) before starting the layer growth into the coating chamber (9), preferably a galvanic bath, and onto a layer substrate. The coating chamber contains a transparent homogeneous medium, especially an electrolyte. The layer surface acts as a reflector which moves relative to the measuring device as a consequence of the layer growth so that the path which puts back the measuring beam between beam division and reunification with the reference beam (4) continuously changes; and from the number of intensity fluctuations determining the layer thickness as a function of time. Independent claims are also included for: (1) an optical scanning device; (2) a detector; (3) an optical receiving device; and (4) a measuring camera.

Description

In der vorliegenden Anmeldung werden Verfahren und Schichtdickenmeßgeräte zur in situ Überwachung wachsender Schichten beschrieben.In the present application, methods and layer thickness measuring devices are used in situ Monitoring growing layers described.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Beschichtungstechnik, insbesondere die Galvanotechnik, aber auch Beschichtungen aus der Gasphase und Vakuumbeschichtungen. Dabei spielen Metallschichten eine besondere Rolle.The field of application of the invention is the coating technology, in particular the Electroplating, but also coatings from the gas phase and vacuum coatings. Metal layers play a special role here.

Ziel der Erfindung ist die Qualitätssicherung durch in situ Überwachung der Produktion und die Lieferung von Meßdaten zur Prozeßsteuerung sowie die Dokumentation von Qualitätsparametern.The aim of the invention is quality assurance through in situ monitoring of production and the delivery of measurement data for process control as well as the documentation of Quality parameters.

Die bisherigen Verfahren zur Schichtdickenmessung in der Galvanotechnik können meist erst im Anschluß an den Fertigungsprozeß als Stichprobenmessungen durchgeführt werden. Bei metallischen Schichten scheiden dabei optische Verfahren aus, weil die Schichten lichtundurchlässig sind. Die Kontrolle der Schichtdicke kann zerstörend oder zerstörungsfrei vorgenommen werden. Die Auswahl des angewandten Meßverfahrens richtet sich nach der erforderlichen Genauigkeit, der Art der Überzugsmetalle und des Grundwerkstoffes, der Größenordnung der Schichtdicke, dem evtl. aus mehreren Metallüberzügen bestehenden Schichtaufbau usw. (Jelinek, T. W.: Praktische Galvanik, Leuze Verlag, 1997). Um eine zuverlässige Qualitätskontrolle sicherzustellen muß eine größere Anzahl von Meßwerten statistisch ausgewertet werden.The previous methods for measuring the layer thickness in electroplating can usually only be carried out as sample measurements following the manufacturing process. At Metallic layers are excluded from optical processes because the layers are opaque. Controlling the layer thickness can be destructive or non-destructive be made. The selection of the measurement method used depends on the required accuracy, the type of coating metals and the base material, the The magnitude of the layer thickness, which may consist of several metal coatings Layer structure etc. (Jelinek, T. W .: Praktische Galvanik, Leuze Verlag, 1997). To one Reliable quality control must ensure a larger number of measured values can be statistically evaluated.

Bevorzugtes Verfahren in der Galvanotechnik ist die Röntgenfluoreszenzanalyse. Dabei wird mit Hilfe von Röntgenstrahlung Fluoreszenzstrahlung erzeugt, deren Intensität von der chemischen Natur des bestrahlten Materials abhängt. Bei beschichteten Materialien hängt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung in charakteristischer Weise von der Kombination von Schicht- und Grundmaterial und der Schichtdicke ab. Andere Methoden sind die mikroskopische Ausmessung von Metallschliffen oder die Reflexion von Beta-Strahlen. Eine in situ Messung mit diesen Verfahren ist nicht bekannt.The preferred method in electroplating is X-ray fluorescence analysis. Doing so with the help of X-rays generated fluorescence radiation, the intensity of which chemical nature of the irradiated material depends. It depends on coated materials Intensity of the fluorescence radiation in a characteristic manner from the combination of Layer and base material and the layer thickness. Other methods are microscopic measurement of metal sections or the reflection of beta rays. A in situ measurement with these methods is not known.

In situ Meßverfahren zur in situ Überwachung der Schichtdicke werden in der Praxis bisher nur selten angewendet, weil die bekannten Verfahren zu ungenau oder zu aufwendig sind. Auch gelingt es in den meisten Fällen lediglich einen Mittelwert festzustellen der nichts über die Homogenität der Schichten aussagt. So wird die Schichtdicke beispielsweise aus dem Produkt aus Strom und Zeit abgeschätzt oder eine Hilfselektrode, an der sich eine gewisse Menge Material abscheidet, wird gewogen. Lediglich bei transparenten Schichten ist die interferometrische in situ Messung derart gelungen, daß ein monochromatischer Lichtstrahl innerhalb der Schicht mehrfach reflektiert wird, und Primär- und Sekundärstrahlen miteinander interferieren. Aus der Anzahl der Interferenzextrema wird die Dicke der wachsenden Schicht bestimmt (Steinberg, D.: Dissertationsschrift S. 6 bis 13, Humboldt- Universität zu Berlin, 1974). Ähnliche Verfahren sind für die Prozeßüberwachung bei der Beschichtung von Rotationskörpern (OS 20 01 666, USA, 1970) oder Objekten mit gekrümmter Oberfläche (OS DE 37 24 932 A1, 1988) vorgeschlagen worden. Für Metallschichten sind dieses Verfahren allerdings nicht anwendbar.In-situ measurement methods for in-situ monitoring of the layer thickness have so far been used in practice only rarely used because the known methods are too imprecise or too complex. In most cases it is also only possible to determine an average that is nothing above the homogeneity of the layers indicates. For example, the layer thickness is calculated from the Product of current and time estimated or an auxiliary electrode on which a certain Deposits of material are weighed. This is only the case with transparent layers Interferometric in situ measurement so successful that a monochromatic light beam is reflected multiple times within the layer, and primary and secondary rays interfere with each other. From the number of interference extremes the thickness of the growing layer determined (Steinberg, D .: dissertation p. 6 to 13, Humboldt- University of Berlin, 1974). Similar procedures are used for process monitoring at Coating of rotating bodies (OS 20 01 666, USA, 1970) or objects with a curved Surface (OS DE 37 24 932 A1, 1988) has been proposed. For metal layers are however, this method cannot be used.

Mit Hilfe des Michelson-Interferometers kann man bekanntlich kleine Längenänderungen messen. Die thermische Ausdehnung eines Metallstabes wird beispielsweise dadurch bestimmt, daß der Stab, der an einem Ende befestigt ist, am anderen Ende mit einem Spiegel versehen wird. An dem Spiegel reflektiert ein monochromatischer Lichtstrahl (Meßstrahl), der anschließend mit einem kohärenten Referenzstrahl interferiert. Infolge der thermischen Ausdehnung verändert sich die Wegdifferenz zwischen Meß- und Referenzstrahl, was zu einer meßbaren Phasendifferenz führt, aus der die Wegdifferenz berechnet wird (Mohr, F.: Zweistrahlinterferometer, Firmenschrift der Firma Spindler & Hoyer, Göttingen 1993). In den Offenlegungsschriften DE 35 27 245 und DE 35 28 259 wird die Ausdehnung dieses Prinzips auf absolute Längemessungen mittels eines Modulationsverfahrens vorgeschlagen. Zur Schichtdickenmessung wurde es bisher jedoch noch nicht angewendet.With the help of the Michelson interferometer it is known to make small changes in length measure up. The thermal expansion of a metal rod is thereby, for example determines that the rod, which is attached at one end, with a mirror at the other end is provided. A monochromatic light beam (measuring beam) reflects on the mirror then interfered with a coherent reference beam. As a result of the thermal Expansion changes the path difference between the measuring and reference beam, which leads to leads to a measurable phase difference from which the path difference is calculated (Mohr, F .: Double-beam interferometer, company name of Spindler & Hoyer, Göttingen 1993). In the DE 35 27 245 and DE 35 28 259 are the extension of this principle for absolute length measurements using a modulation method. For Layer thickness measurement has not yet been used.

Für die Qualitätssicherung in der Galvanotechnik ist es von besonderem Interesse, bereits während des Schichtwachstums möglichst detaillierte Meßdaten über die sich zeitlich verändernde Schichtdicke sowie über die Homogenität der galvanischen Überzüge zu erhalten, um anhand dieser Meßdaten die Produktion so steuern zu können, daß Schichten optimaler Qualität entstehen. Ein weiteres Problem ist die Zertifikation der Produkte im Rahmen der Produzentenhaftung. Die bisher bekannten Verfahren sind dazu nur unzureichend in der Lage.For quality assurance in electroplating, it is of particular interest already measurement data as detailed as possible over the course of the layer growth changing layer thickness and the homogeneity of the galvanic coatings obtained in order to be able to control production using these measurement data in such a way that layers optimal quality. Another problem is the certification of the products in the Framework of producer liability. The previously known methods are only insufficient for this in a position.

Aufgabe der Erfindung ist es, einerseits bereits während des Herstellungsprozesses Echtzeitdaten für die Produktionssteuerung zu liefern und andererseits wichtige Qualitätsparameter, wie z. B. Schichtdicke, Wachstumsgeschwindigkeit und Homogenität der Schichten, für die Zertifikation der Produkte zu dokumentieren.The object of the invention is, on the one hand, already during the manufacturing process To provide real-time data for production control and, on the other hand, important Quality parameters, such as B. layer thickness, growth rate and homogeneity of Layers to document for product certification.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schichtdickenmessung auf eine interferometrischen Längenmessung nach dem Prinzip des Michelson-Interferometers zurückgeführt wird. Dabei wird ein monochromatischer Lichtstrahl der Wellenlänge λ, der Primärstrahl, in zwei kohärente Teilstrahlen, den Meßstrahl und den Referenzstrahl, aufgeteilt. Beide durchlaufen jeweils unterschiedliche Wegstrecken und werden später phasenverschoben wieder vereint. Die mit einem Detektor meßbare Strahlungsintensität am Ort der Wiedervereinigung der beiden Teilstrahlen hängt von deren Phasenverschiebung ab. Bei stetiger Veränderung der vom Meßstrahl in einem optischen Medium mit dem Brechungsindex n durchlaufenen Wegstrecke, werden am Detektor Intensitätsschwankungen registriert, aus deren Anzahl z die Wegstreckenänderung Δs nach der bekannten Beziehung
This object is achieved in that the layer thickness measurement is based on an interferometric length measurement based on the principle of the Michelson interferometer. A monochromatic light beam of wavelength λ, the primary beam, is divided into two coherent partial beams, the measuring beam and the reference beam. Both run through different distances and will later be reunited out of phase. The radiation intensity that can be measured with a detector at the location of the reunification of the two partial beams depends on their phase shift. If the distance traveled by the measuring beam in an optical medium with the refractive index n changes continuously, intensity fluctuations are registered on the detector, from their number z the distance change Δs according to the known relationship

Δs = z λ/n
Δs = z λ / n

berechnet werden kann. Durch Interpolation der vom Detektor registrierten Signale kann eine Genauigkeit von Bruchteilen der Wellenlänge des verwendeten Lichtes (ca. 10 nm) erreicht werden.can be calculated. By interpolating the signals registered by the detector, a Accuracy of fractions of the wavelength of the light used (approx. 10 nm) is achieved become.

Dieses Prinzip wird zur die Schichtdickenmessung erfindungsgemäß dadurch genutzt, daß der Meßstrahl auf die Schichtoberfläche gerichtet wird, die ihrerseits als Reflektor dient. Infolge des Schichtwachstums bewegt sich die Schichtoberfläche, so daß sich der Weg s, den der Meßstrahl zwischen Strahlteilung und Wiedervereinigung mit dem Referenzstrahl zurückgelegt, sich um das Doppelte des Schichtdickenzuwachses ändert. Damit kann die Schichtdicke d aus der Beziehung
This principle is used for measuring the layer thickness according to the invention in that the measuring beam is directed onto the layer surface, which in turn serves as a reflector. As a result of the layer growth, the layer surface moves, so that the path s which the measuring beam travels between beam splitting and reunification with the reference beam changes by twice the layer thickness increase. This allows the layer thickness d to be taken from the relationship

d = z λ/2n
d = z λ / 2n

berechnet werden.be calculated.

Die Erfindung soll nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below using four exemplary embodiments. It demonstrate:

Fig. 1 eine einfache Anordnung zur Schichtdickenmessung während einer galvanischen Beschichtung an einem ausgewählten Ort des Schichtträgers, Fig. 1 shows a simple arrangement for layer thickness measurement during a galvanic coating at a selected location of the substrate,

Fig. 2 eine Anordnung zur Schichtdickenmessung an mehreren ausgewählten Orten des Schichtträgers durch periodische Ablenkung des Meßstrahles mittels einer Scannvorrichtung und Reflektion des Meßstrahles in sich selbst, Fig. 2 shows an arrangement for layer thickness measurement at a plurality of selected locations of the layer support by periodic deflection of the measuring beam by means of a scanning device and reflection of the measuring beam in itself,

Fig. 3 eine Anordnung zur Schichtdickenmessung an mehreren ausgewählten Orten des Schichtträgers durch periodische Ablenkung des Meßstrahles, Auffangen des reflektierten Lichtes mittels einer optischen Fangvorrichtung und dessen Interferenz mit dem aufgeweiteten Referenzstrahl auf dem CCD-Chip einer Videokamera. Fig. 3 shows an arrangement for measuring the layer thickness at several selected locations of the layer support by periodically deflecting the measuring beam, collecting the reflected light by means of an optical catching device and its interference with the expanded reference beam on the CCD chip of a video camera.

Fig. 4 eine Anordnung zur holographischen Schichtdickenmessung und bildgebender Darstellung des Schichtwachstums. Fig. 4 shows an arrangement for the holographic layer thickness measurement and imaging representation of the layer growth.

Die Zahlen bedeuten:
1 monochromatische Lichtquelle (Laser)
2 Primärstrahl
3 Strahlteiler
4 Referenzstrahl
5 Spiegel
6 Strahlungsdetektor
7 Meßstrahl
8 transparente planparallele Platte
9 Galvanikbad mit Elektrolyt
10 Anode
11 Schichtträger (Kathode)
12 Spannungsquelle
13 Spiegelpositionierer
14 mehrere positionierbare Richtspiegel
15 Computer
16 Strahlaufweitungssystem
17 mehrere positionierbare Fangspiegel
18 Richtspiegel
19 Strahlteiler
20 in alle Richtungen des Raumes reflektierte kohärente Streustrahlung
21 KameraobjektivThe numbers mean:
1 monochromatic light source (laser)
2 primary beam
3 beam splitters
4 reference beam
5 mirrors
6 radiation detector
7 measuring beam
8 transparent plane-parallel plate
9 Electroplating bath with electrolyte
10 anode
11 substrate (cathode)
12 voltage source
13 mirror positioners
14 multiple positionable straightening mirrors
15 computers
16 beam expansion system
17 multiple positionable secondary mirrors
18 straightening mirror
19 beam splitters
20 coherent scattered radiation reflected in all directions of the room
21 camera lens

Fig. 1 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel einer Schichtdickenmessung mit Hilfe eines Michelson-Interferometers. Zur Demonstration des Schichtwachstums dient ein Galvanikbad 5 mit einem Elektrolyten (beispielsweise CuSO₄). Eine Wand des Behälters ist als transparente planparallele Platte 8 für den Lichtdurchtritt ausgebildet. Als Schichtträger dient die Kathode 11, eine polierte planparallele Stahlscheibe, die im Bad starr befestigt und mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden wird. Als Anode 10 dient ein Metallring (beispielsweise Kupfer), der mit dem positiven Pol verbunden ist. Als Lichtquelle 1 wird ein Helium-Neon Laser (λ = 633 nm) verwendet. Der Laser wird zunächst so justiert, daß der durch die planparallele Behälterwand und den Anodenring 6 hindurchtretende Strahl so auf den Schichtträger 11 trifft und in sich selbst zurück in die Quelle reflektiert wird. Daraufhin wird der Strahlteiler 3 in den Strahlengang gestellt und der Spiegel 5 so justiert, daß der von der Quelle 1 kommende und am Strahlteiler reflektierte Teilstrahl, im folgenden Referenzstrahl 4 genannt, in sich selbst reflektiert wird, durch den Strahlteiler hindurchtritt und dort mit dem von der Kathode 11 zurückkehrenden, am Strahlteiler reflektierten Teilstrahl, im folgenden Meßstrahl 7 genannt, exakt überlagert wird, d. h. beide Teilstrahlen interferieren. Mit Hilfe des Strahlungsdetektors 6, der in den Strahlengang der beiden interferierenden Teilstrahlen gestellt wird, kann deren Intensität gemessen werden. Nach Einschalten der Spannungsquelle beginnt das Schichtwachstum (im ausgeführten Beispiel eine Kupferschicht). Der Detektor 6 registriert Intensitätsschwankungen, die dadurch verursacht werden, daß sich der Weg zwischen Strahlteiler 3 und Kathode 11 um die sich zeitlich ändernde Dicke der wachsenden Schicht verkürzt und sich dadurch die Phase zwischen den beiden interferierenden Teilstrahlen fortlaufend ändert. Die Änderung der Schichtdicke Δd zwischen zwei Intensitätsmaxima beträgt
Fig. 1 shows a simple embodiment of a layer thickness measurement using a Michelson interferometer. An electroplating bath 5 with an electrolyte (for example CuSO ₄ ) is used to demonstrate the layer growth. One wall of the container is designed as a transparent plane-parallel plate 8 for the passage of light. The cathode 11 , a polished plane-parallel steel disk, which is rigidly attached in the bathroom and is connected to the negative pole of a DC voltage source, serves as the layer support. A metal ring (for example copper), which is connected to the positive pole, serves as anode 10 . A helium-neon laser (λ = 633 nm) is used as the light source 1 . The laser is first adjusted so that the beam passing through the plane-parallel container wall and the anode ring 6 hits the substrate 11 and is reflected back into the source. Then the beam splitter 3 is placed in the beam path and the mirror 5 is adjusted so that the partial beam coming from the source 1 and reflected on the beam splitter, hereinafter referred to as reference beam 4 , is reflected in itself, passes through the beam splitter and there with that of the partial beam returning from the cathode 11 and reflected at the beam splitter, hereinafter referred to as measuring beam 7 , is exactly superimposed, ie both partial beams interfere. With the help of the radiation detector 6 , which is placed in the beam path of the two interfering partial beams, their intensity can be measured. After switching on the voltage source, the layer growth begins (in the example shown a copper layer). The detector 6 registers fluctuations in intensity which are caused by the fact that the path between the beam splitter 3 and the cathode 11 is shortened by the time-varying thickness of the growing layer and the phase between the two interfering partial beams changes continuously as a result. The change in the layer thickness Δd between two intensity maxima is

Δd = λ/2n,
Δd = λ / 2n,

wobei n der Brechungsindex des Elektrolyten ist.where n is the refractive index of the electrolyte.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) wird der Meßstrahl 7 durch einen Piezo- Spiegelpositionierer 13 und fünf positionierbare Richtspiegel 14 periodisch nacheinander auf ausgewählte Punkte der Schichtträgeroberfläche 11 so umgelenkt, daß er jeweils in sich selbst auf den Strahlteiler zurück reflektiert wird. Der Piezo-Spiegelpositionierer 13 wird von einem Computer 15 angesteuert. Im gleichen Takt wird das Ausgangssignal des Detektors 6 computergesteuert auf fünf verschiedene Registrierkanäle geleitet. Sind die Taktzeiten kurz genug, werden auf diesen Kanälen jeweils die Intensitätsschwankungen registriert, die dem Dickenwachstum der Schicht an dem jeweiligen Meßort entsprechen. Die Auswertung der Detektorsignale erfolgt in Echtzeit ebenfalls durch den Computer 15, der die Meßergebnisse in gewünschter Weise auf seinem Monitor darstellt und auf Datenträger dokumentiert. Prinzipiell läßt sich diese Anordnung auf beliebig viele Richtspiegel 14 erweitern, wodurch eine vollständige Kontrolle des Dickenwachstums über den gesamten Oberflächenbereich des Schichtträgers 11 ermöglicht wird.In a second embodiment (Fig. 2) of the measurement beam 7 is deflected by a piezo mirror positioner 13 and five positionable directing mirror 14 periodically successively to selected points of the support surface 11 so that it is in each case reflected back to the beam splitter in itself. The piezo mirror positioner 13 is controlled by a computer 15 . In the same cycle, the output signal of the detector 6 is routed to five different registration channels under computer control. If the cycle times are short enough, the intensity fluctuations which correspond to the thickness growth of the layer at the respective measuring location are registered on these channels. The evaluation of the detector signals is also carried out in real time by the computer 15 , which displays the measurement results in the desired manner on its monitor and documents them on data carriers. In principle, this arrangement can be extended to any number of straightening mirrors 14 , which enables complete control of the thickness growth over the entire surface area of the layer support 11 .

Im dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) wird darauf verzichtet, daß der Meßstrahl 7 exakt in sich selbst reflektiert wird. Das verringert den Aufwand bei der Justage der Anordnung. Erkauft wird dieser Vorteil durch einen scheinbar höheren apparativen Aufwand, was jedoch durch geringere Anforderungen an die Präzision kompensiert wird. Nach Reflexion am Strahlteiler 3 wird der Referenzstrahl 4 durch ein optisches Aufweitungssystems 16 aufgeweitet und auf den Strahlungsdetektor 6 geleitet. Als Strahlungsdetektor dient hier ein CCD-Chip eines Bildaufnahmegerätes (Videokamera). Jede Chipzelle liefert ein Intensitätssignal, das nach entsprechender elektronischer Signalverarbeitung zur Auswertung auf den Computer 15 geleitet wird. Der Meßstrahl wird zunächst, wie im zweiten Ausführungsbeispiel periodisch nacheinander auf fünf ausgewählte Orte der Schichtträgeroberfläche gerichtet. Der jeweils reflektierte Strahl wird von fünf Fangspiegeln 17 aufgefangen und auf den Richtspiegel 18 geleitet, der ihn über einen in den Strahlengang des Referenzstrahles 4 hineingestellten zweiten Strahlteiler 19 auf den CCD-Chip 6 richtet. Dort interferiert der Meßstrahl 7 örtlich begrenzt mit dem aufgeweiteten Referenzstrahl 4, was jeweils nur von einer geringen Zahl von Chipzellen in Form von Intensitätsschwankungen registriert wird. Diese Intensitätsschwankungen werden vom Computer 15 erkannt und verfahrensgemäß, wie im zweiten Beispiel, ausgewertet. Analog dem zweiten Beispiel kann auch hier die Ausführung auf beliebig viele Richt- und Fangspiegel ausgedehnt werden.In the third exemplary embodiment ( FIG. 3), the measuring beam 7 is not reflected exactly in itself. This reduces the effort involved in adjusting the arrangement. This advantage is bought by an apparently higher expenditure on equipment, which is, however, compensated for by lower precision requirements. After reflection on the beam splitter 3 , the reference beam 4 is expanded by an optical expansion system 16 and directed onto the radiation detector 6 . A CCD chip of an image recording device (video camera) is used here as the radiation detector. Each chip cell supplies an intensity signal which, after corresponding electronic signal processing, is sent to the computer 15 for evaluation. As in the second exemplary embodiment, the measuring beam is first directed periodically in succession to five selected locations on the surface of the substrate. The respective reflected beam is collected by five secondary mirrors 17 and directed to the directional mirror 18 , which directs it onto the CCD chip 6 via a second beam splitter 19 placed in the beam path of the reference beam 4 . There, the measuring beam 7 interferes with the expanded reference beam 4 , which is only registered by a small number of chip cells in the form of intensity fluctuations. These intensity fluctuations are recognized by the computer 15 and evaluated according to the method, as in the second example. Analogous to the second example, the version can be extended to any number of directional and secondary mirrors.

Im letzten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) wird bereits der Primärstrahl mit Hilfe des Aufweitungssystems 16 aufgeweitet, bevor er auf den Strahlteiler 3 trifft. Der aufgeweitete Referenzstrahl 4 wird wie im dritten Beispiel direkt auf den CCD-Chip 6 einer Videokamera geleitet. Mit dem aufgeweiteten Meßstrahl 7 wird der Schichtträger 11 beleuchtet. Ein Teil des Lichtes wird von der Kathodenoberfläche nach dem Reflexionsgesetz in eine bestimmte Richtung reflektiert. Auf Grund einer gewissen Restrauhigkeit der Schichtoberfläche entsteht jedoch auch ein kohärenter Streustrahlungsanteil 20 in die anderen Raumrichtungen, der von einem Kameraobjektiv 21 gesammelt wird, um auf dem CCD-Chip 6 das Bild der Schichtoberfläche zu erzeugen. Durch Überlagerung mit dem Referenzstrahl 4 entsteht dort ein kompliziertes holographisches Interferenzmuster, das außerdem durch Anteile des direkt reflektierten Strahlenbündels überlagert sein kann. Dennoch entstehen, verursacht durch das Schichtwachstum, in jeder einzelnen Zelle des CCD-Chips 6 Intensitätsschwankungen, aus denen die zeitliche Änderung der Schichtdicke für jeden Bildpunkt verfahrensgemäß berechnet werden kann. Der Computer 15 stellt das Schichtdickenwachstum in geeigneter Weise auf dem Monitor in Echtzeit bildlich dar und registriert die für die Dokumentation wichtigen Parameter auf Datenträger. Außerdem kann er die Daten für die Prozeßsteuerung zur Verfügung stellen.In the last exemplary embodiment ( FIG. 4), the primary beam is already expanded using the expansion system 16 before it strikes the beam splitter 3 . As in the third example, the expanded reference beam 4 is directed directly onto the CCD chip 6 of a video camera. The layer carrier 11 is illuminated with the expanded measuring beam 7 . Part of the light is reflected from the cathode surface in a certain direction according to the law of reflection. Due to a certain residual roughness of the layer surface, however, there is also a coherent scattered radiation component 20 in the other spatial directions, which is collected by a camera lens 21 in order to generate the image of the layer surface on the CCD chip 6 . By superimposing the reference beam 4 there is a complicated holographic interference pattern, which can also be superimposed by portions of the directly reflected beam. Nevertheless, caused by the layer growth, 6 intensity fluctuations occur in each individual cell of the CCD chip, from which the change in layer thickness over time for each pixel can be calculated according to the method. The computer 15 displays the layer thickness growth in a suitable manner on the monitor in real time and registers the parameters important for the documentation on data carriers. He can also provide the data for process control.

Die durch die Erfindung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik erzielten Vorteile sind:
The advantages achieved by the invention over the prior art are:

- the possibility of monitoring thickness growth and homogeneity metallic layers during the production process, preferably in the Electroplating,
- vivid imaging representation of the layer thickness growth,
- the provision of real-time data for process control,
- With multiple coatings, no interruption of the production process to the external one Layer thickness measurements,
- Documentation of quality parameters already during the manufacturing process.

List of reference numbers

11

monochromatische Lichtquelle (Laser)
monochromatic light source (laser)

22nd

Primärstrahl
Primary beam

33rd

Strahlteiler
Beam splitter

44th

Referenzstrahl
Reference beam

55

Spiegel
mirror

66

Strahlungsdetektor
Radiation detector

77

Meßstrahl
Measuring beam

88th

transparente planparallele Platte
transparent plane-parallel plate

99

Galvanikbad mit Elektrolyt
Electroplating bath with electrolyte

1010th

Anode
anode

1111

Schichtträger (Kathode)
Substrate (cathode)

1212th

Spannungsquelle
Voltage source

1313

Spiegelpositionierer
Mirror positioner

1414

mehrere positionierbare Richtspiegel
several positionable straightening mirrors

1515

Computer
computer

1616

Strahlaufweitungssystem
Beam expansion system

1717th

mehrere positionierbare Fangspiegel
several positionable secondary mirrors

1818th

Richtspiegel
Straightening mirror

1919th

Strahlteiler
Beam splitter

2020th

in alle Richtungen des Raumes reflektierte kohärente Streustrahlung
coherent scattered radiation reflected in all directions of the room

2121

Kameraobjektiv
Camera lens

Claims

1. Method and layer thickness measuring device for in-situ monitoring of growing layers, by means of interferometric length measurement, in which a monochromatic light beam, the primary beam 2 , on a beam splitter 3 is divided into two coherent partial beams, the measuring beam 7 and the reference beam 4 , which pass through each other unite different distances phase-shifted again and cause interference fluctuations due to their interference, which are registered by a radiation detector 6 and used for length measurement, characterized in that

a) the measuring beam 7 is directed into the coating space 9 , preferably an electroplating bath, before the start of the layer growth, and there is directed onto the layer support 11 ,
b) the coating room contains a transparent, ie not completely opaque, homogeneous medium, in particular an electrolyte,
c) the layer surface serves as a reflector which moves relative to the measuring device as a result of the layer growth, so that the path which the measuring beam 7 travels between beam splitting and reunification with the reference beam 4 changes continuously,
d) the layer thickness is determined as a function of time from the number of intensity fluctuations.

2. Optical scanning device for performing the method according to item 1 for in situ monitoring of the layer growth at several locations on the surface of the substrate, characterized in that

a sequentially deflected) a mirror positioner 13 periodically the measuring beam 7 several positionable directing mirror 14, which pass it to monitor film growth on selected locations of the substrate surface,
b) the output signal of the detector 6 is assigned piece by piece to the individual directional steps,
c) the period of a complete scanning process is small compared to the period of the intensity fluctuations caused by the layer growth, so that a piece-wise continuous curve of the intensity fluctuations arises for each location intended for monitoring, which curve corresponds to the layer thickness growth at the respectively assigned location,
d) a computer 15 controls the mirror positioner 13 and assigns the corresponding detector signal according to the method, evaluates it in real time, displays the results in a suitable manner on a monitor and registers it on a data carrier.

3. Detector 6 for performing the method according to item 1 for in situ monitoring of the layer growth at several locations on the surface of the layer carrier, characterized in that

a) the detector 6 is designed as a two-dimensional matrix with many detector cells, preferably as a CCD chip of an image recording device (video camera),
b) each of these detector cells delivers an intensity signal, which is processed electronically and passed on to the computer 15 for real-time evaluation according to the method,
c) the reference beam 4 is expanded by means of an expansion system 16 so that it illuminates the entire detector 6 (CCD chip),
d) the measuring beam 7 reflected on the layer surface only has to hit a few detector cells in order to enable an evaluation according to the method by the computer 15 .

4. Optical catching device for performing the method according to items 1 and 2 , characterized in that a plurality of positionable secondary mirrors 17 catch the measuring beam 7, which is periodically successively reflected in different directions at different locations on the layer surface, and guide it to a directional mirror 18 , which guides it over one into the widened reference beam 4 placed further beam splitter 19 on the detector 6 according to point 3 , where it interferes with the method according to point 3 c) expanded reference beam 4 .

5. Measuring camera for performing the method according to item 1 for imaging the layer thickness growth on a layer carrier surface, characterized in that

a) the primary beam 2 is expanded by means of the expansion system 16 and the expanded reference beam 4 illuminates the detector 6 in accordance with point 3 c),
b) the expanded measuring beam 7 illuminates the layer surface,
c) the coherent scattered radiation 20 reflected in all spatial directions due to the roughness of the layer surfaces is used to carry out the method,
d) a suitable camera objective 21 images the layer surface with the aid of the scattered radiation 20 on the detector 6 ,
e) the coherent scattered radiation 20 interferes with the expanded reference beam 4 in the detector plane,
f) the layer growth on the detector level produces variable interference structures which correspond to intensity fluctuations which are registered by the individual detector cells,
g) the computer 15 determines from the intensity fluctuations for each location of the imaged layer surface, in accordance with the method, the associated time-variable layer thickness values in real time, displays them in a suitable manner on the monitor and registers them on data carriers.