Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungskammer sowie ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit einer Erfassung des Abstands zwischen den Substraten.

Bei unterschiedlichsten Beschichtungsverfahren werden eine Vielzahl von Substraten in einem sogenannten In-Line-Prozess unter Vakuum beschichtet. Dabei werden die zu beschichtenden Substrate vor, während und/oder nach der Beschichtung in der Beschichtungsanlage bewegt. Während dieser Bewegung soll der Abstand zwischen den Substraten möglichst präzise eingestellt werden, um eine kontrollierte Bewegung der Substrate durch die Beschichtungsanlage sicherzustellen.

Viele bereits auf dem Markt erhältliche optische Sensoren (beispielweise Baumer GmbH Sensoren mit 656 nm Wellenlänge), die zur Positionsmessung der Substrate eingesetzt werden, benötigen ein Schaufenster. Dieses Schaufenster befindet sich üblicherweise im Beschichtungsbereich, was dazu führt, dass das Schaufenster während der Beschichtung der Substrate ebenfalls mitbeschichtet wird und innerhalb kurzer Zeit für die typische, von den Sensoren detektierte Strahlung undurchsichtig wird. Um dieses Problem zu umgehen, wird in der Regel das Transportsystem technisch und kostenaufwendig derart ausgelegt, dass die Substrate mit dem vor dem Beschichtungsbereich eingestellten Abstand ohne weitere Positionierungserfassung durch den Beschichtungsbereich transportiert werden. Im Falle heißer Substrate und Beschichtungsmaterialien mit hoher Absorptionstemperatur wie z.B. CdTe mit über 500 °C im Vakuum spielen die Wärmeausdehnung des Glassubstrats und die Änderung des Transportrollendurchmessers durch die Ablagerung der Beschichtung eine entscheidende Rolle. Unter derartigen Bedingungen wird bislang der Abstand zwischen den Substraten vor dem Beschichtungsbereich großzügig eingestellt, was sich nachteilig auf die Bedampfungseffizienz auswirkt. Alternativ werden die Schaufenster je nach Absorptionstemperatur des Beschichtungsmaterials hoch geheizt, z.B. auf über 320 °C im Falle der Beschichtung mit Selen.

In der WO 2019/104648 Al wurde vorgeschlagen, die Position der Substrate über das Drehmoment an den Antrieben indirekt zu messen. Ein Beispiel für eine Positionserfassung eines Substrats mittels optischer Detektion durch ein Schaufenster ist in der DE 10 2014 107 638 Al beschrieben. Die CN 2 08 898 988 U und die DE 10 2013 106 788 Al befassen sich ebenfalls mit dem Thema der Positionserfassung im Kontext von Beschichtungsanlagen.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Beschichtungskammer zur Beschichtung von Substraten (bzw. ein entsprechendes Beschichtungsverfahren) bereitzustellen, welche eine einfache, sichere/zuverlässige und wartungsarme Möglichkeit zur Erfassung des Abstands zwischen Substraten in der Beschichtungskammer ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Beschichtungskammer bzw. ein Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen näher beschrieben.

Dementsprechend richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine Beschichtungskammer zur Beschichtung von Substraten, wobei die Beschichtungskammer mindestens eine erste Kammerwand und einen Beschichtungsbereich aufweist, durch den aufeinanderfolgende, zu beschichtende Substrate gefördert werden. Die erste Kammerwand weist eine gasdichte Einheit mit einem ersten Fenster für Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) und einem zweiten Fenster für IR-Strahlung auf. Die Beschichtungskammer weist ferner einen Detektor für IR- Strahlung auf, der so angeordnet ist, dass IR-Strahlung aus dem Beschichtungsbereich durch die Fenster der gasdichten Einheit hindurch auf den Detektor treffen kann. Ferner weist die Beschichtungskammer einen Prozessor auf, der dazu ausgebildet und eingerichtet ist, auf Basis der von dem Detektor erfassten IR-Strahlung den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden, zu beschichtenden Substraten zu ermitteln.

Die Erfindung beruht unter anderem darauf, mittels der gasdichten Einheit aus zwei Fenstern für IR-Strahlung lediglich IR-Strahlung aus einem sehr stark begrenzten Bereich auf den Detektor fallen zu lassen. Das erste Fenster bildet dabei ein „heißes" Fenster innerhalb des Beschichtungsbereichs, damit sich möglichst wenig Beschichtungsmaterial auf diesem absetzen/niederschlagen kann. Der Temperaturgradient zum zweiten, „kalten" Fenster verläuft dementsprechend entlang der gasdichten Einheit. Die Messung mittels IR-Strahlung ermöglicht ferner eine stabile Erfassung der Substrate selbst dann, wenn das erste Fenster mit Beschichtungsmaterial bedeckt ist, weil die typischen Beschichtungsmaterialien (z.B CdS, CdSe, CdTe, Rbl 2, Csl) im IR-Bereich ein relativ breites Transmissionsfenster aufweisen.

Mit dem Beschichtungsbereich ist im Kontext der vorliegenden Erfindung auch das nähere Umfeld der tatsächlichen Substratposition, in der beschichtet wird, umfasst. Tatsächlich sollte die gasdichte Einheit bzw. deren Fenster so angeordnet sein, dass der Detektor nicht auf die Beschichtungsquelle (bspw. eine PVD-Quelle mit gerichteter Materialemission) blickt.

Die Detektion des Abstands zwischen den aufeinanderfolgenden, zu beschichtenden Substraten erfolgt im Kontext der vorliegenden Erfindung mittels IR-Strahlung, wobei hier die Ermittlung des Abstands in erster Linie auf einem Unterschied der IR-Strahlungsintensität zwischen den Substraten einerseits und der Umgebung (z.B. Kammerwand) andererseits beruht. Die Erfindung funktioniert dabei sowohl im Fall, wenn die Substrate heißer sind als die Umgebung, als auch im umgekehrten Fall, wenn die Umgebung heißer ist als die Substrate.

Das erste Fenster der gasdichten Einheit verschließt bevorzugt die erste Kammerwand vakuumdicht. Insbesondere kann die erste Kammerwand eine Öffnung aufweisen, die durch das erste Fenster gasdicht verschlossen wird.

Das zweite Fenster der gasdichten Einheit ist bevorzugt innerhalb der Beschichtungskammer zwischen dem Beschichtungsbereich und dem ersten Fenster angeordnet. Bevorzugt sind das erste Fenster und das zweite Fenster über ein rohrförmiges Element miteinander verbunden, dessen Innenraum von der Beschichtungskammer gasdicht getrennt ist. Bei dem rohrförmigen Element kann es sich um ein zylinderförmiges, insbesondere kreiszylinderförmiges Element handeln. Es sind jedoch auch andere rohrförmige Element vorstellbar, solange diese eine Sichtachse vom ersten Fenster zum zweiten Fenster schaffen. Die gasdichte Einheit soll durch die gasdichte Trennung von der Beschichtungskammer insbesondere vermeiden, dass verdampftes Beschichtungsmaterial in den Innenraum des rohrförmigen Elements eintreten kann. Unter einer gasdichten Einheit ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Einheit zu verstehen, bei der Materialfluss aus der Beschichtungskammer in das Innere der Einheit großteils auf einer molekularen Strömung basiert.

Das rohrförmige Element besteht bevorzugt aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit höchstens 50 W/m • K, stärker bevorzugt höchstens 30 W/m • K und besonders bevorzugt höchstens 5 W/m • K beträgt. Graphit oder CFG sind besonders geeignete Materialien für das rohrförmige Element. Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit des rohrförmigen Elements soll sichergestellt werden, dass das zweite Fenster nicht zu stark erhitzt wird.

Bevorzugt weist das rohrförmige Element an seiner Innenseite bzw. seiner Innenfläche über den Wellenlängenbereich von 0,3 pm - 6.0 pm im Mittel einen Reflexionskoeffizienten von höchstens 50 %, stärker bevorzugt höchstens 30 % und besonders bevorzugt höchstens 10 % auf. Dadurch soll verhindert werden, dass gestreute IR-Strahlung von anderen Bereichen innerhalb der Beschichtungskammer zum Detektor transportiert wird und das optische Signal aus dem Beschichtungsbereich stört.

Im Hinblick auf eine gute Abbildung ist es ferner bevorzugt, dass der Abstand zwischen dem zweiten Fenster und den abzubildenden bzw. zu erfassenden Substraten möglichst klein ist. Hierfür ist es bevorzugt, dass das zweite Fenster eine freie Öffn ungsflä ehe aufweist, der ein Innendurchmesser einbeschrieben werden kann, und der Abstand zwischen dem zweiten Fenster und der durch die aufeinanderfolgenden Substrate definierten Ebene höchstens dem Fünffachen des Innendurchmessers, stärker bevorzugt höchstens dem Doppelten des Innendurchmessers und besonders bevorzugt höchstens dem Innendurchmesser entspricht.

Im Hinblick auf eine gute Abbildbarkeit ist es ferner bevorzugt, dass das rohrförmige Element möglichst lang ausgebildet ist. Insbesondere beträgt das Verhältnis zwischen dem Abstand der beiden Fenster voneinander einerseits und dem Innendurchmesser andererseits mindestens zwei, stärker bevorzugt mindestens vier und besonders bevorzugt mindestens zehn. Das erste und zweite Fenster definieren eine optische Achse, die bevorzugt mit der durch die aufeinanderfolgenden Substrate definierten Ebene einen Winkel zwischen 80° und 100° einschließt. Bevorzugt ist die optische Achse senkrecht zu dieser Ebene ausgerichtet.

Das erste Fenster und/oder das zweite Fenster weist bevorzugt über den Wellenlängenbereich von 0,3 pm - 5,0 pm im Mittel eine Transmission von mindestens 10 %, stärker bevorzugt von mindestens 30 % und besonders bevorzugt von mindestens 80 % auf. Bevorzugt ist der Detektor für IR-Strahlung jedenfalls in diesem Wellenlängenbereich von 0,3 pm - 5,0 pm sensitiv.

Wie bereits erläutert, ermöglicht die Detektion des Differenzsignals zwischen der Situation, in der ein Substrat in der Sichtachse der zwei Fenster liegt, einerseits, und der Situation, in der der Detektor die von der Umgebung emittierten IR-Strahlung detektiert, andererseits, die Ermittlung des Substratabstands. Hierfür ist es erforderlich, dass das von den Substraten emittierte IR-Spektrum und das von der Umgebung emittierte IR-Spektrum sich unterscheiden. Sollte dies nicht der Fall sein, können unterschiedliche Spektren durch das Vorsehen einer zusätzlichen IR-Strahlungsquelle erzielt werden. Es ist daher bevorzugt, dass die Beschichtungskammer eine IR-Strahlungsquelle, bevorzugt eine IR-Punktheizquelle, aufweist, die so angeordnet ist, dass IR-Strahlung aus der IR-Strahlungsquelle durch den Beschichtungsbereich und durch die Fenster dergasdichten Einheit hindurch auf den Detektor treffen kann. Ist kein Substrat im Beschichtungsbereich vorhanden, so wird der Detektor in erster Linie die von der IR-Strahlungsquelle emittierte IR-Strahlung detektieren. Ist jedoch ein Substrat im Beschichtungsbereich vorhanden, so wird die von der IR-Strahlungsquelle emittierte IR-Strahlung (teilweise) blockiert, sodass ein anderes Signal am Detektor gemessen wird. Insbesondere wird das am Detektor gemessene Signal vom Abstand zweier aufeinanderfolgender Substrate abhängen, da in Abhängigkeit dieses Abstands mehr oder weniger der von der IR-Strahlungsquelle emittierten IR-Strahlung blockiert wird.

Alternativ kann die Beschichtungskammer ferner eine zweite, der ersten Kammerwand gegenüberliegende Kammerwand aufweisen, die eine IR-Strahlungsquelle aufweist, die so angeordnet ist, dass IR-Strahlung aus der IR-Strahlungsquelle durch den Beschichtungsbereich und durch die Fenster der gasdichten Einheit hindurch auf den Detektor treffen kann. Bevorzugt ist zwischen der IR-Strahlungsquelle und dem Beschichtungsbereich ein optisches Element vorgesehen. Dieses optische Element weist bevorzugt für das Maximum der von der IR-Strahlungsquelle emittierten IR-Strahlung eine Transmission von mindestens 10 %, stärker bevorzugt von mindestens 30 % und besonders bevorzugt von mindestens 80 % auf. Auch das optische Element besteht bevorzugt aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit höchstens 10 W/m • K, stärker bevorzugt höchstens 5 W/m • K und besonders bevorzugt höchstens 1 W/m • K beträgt. Besonders bevorzugt besteht das optische Element aus Quarzglas. Ferner kann eine Heizung zum Erhitzen des dem Beschichtungsbereich zugewandten Endes des optischen Elements vorgesehen sein.

Es ist bevorzugt, dass zwischen dem ersten Fenster und dem Detektor ein IR-Strahlungsfilter vorgesehen ist, der eine maximale Transmission für diejenige Wellenlänge aufweist, die dem Emissionspeak der IR-Strahlungsquelle entspricht. Dadurch kann das Signal-zu-Rauschen- Verhältnis weiter verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten unter Verwendung einer Beschichtungskammer wie oben beschrieben. Das Verfahren weist das Fördern aufeinanderfolgender, zu beschichtender Substrate durch den Beschichtungsbereich der Beschichtungskammer und das Beschichten der Substrate auf. Ferner wird im Rahmen des Verfahrens die auf dem Detektor eintreffende IR-Strahlung detektiert und der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden, zu beschichtenden Substraten auf Basis der detektierten IR-Strahlung ermittelt.

Bevorzugt weist das Verfahren ferner den Schritt des Kalibrierens der auf dem Detektor eintreffenden IR-Strahlungsmenge auf einen Zustand auf, in dem nur von einem Substrat emittierte IR-Strahlung erfasst wird.

Bevorzugt weist das Verfahren ferner den Schritt des Kalibrierens der auf dem Detektor eintreffenden IR-Strahlungsmenge auf einen Zustand auf, in dem keine von einem Substrat emittierte IR-Strahlung erfasst wird. Bevorzugt weist das Verfahren ferner den Schritt des Kalibrierens der auf dem Detektor eintreffenden IR-Strahlungsmenge auf einen oder mehrere Zustände auf, in denen zwei aufeinanderfolgende Substrate einen oder mehrere wohldefinierte Abstände aufweisen. Soll beispielsweise der Abstand zweier aufeinanderfolgender Substrate während er Beschichtung idealerweise 20 mm sein, so kann es sinnvoll sein, vorab diejenige IR-Strahlungsmenge zu ermitteln, die auf dem Detektor auftrifft, wenn der Abstand 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm und 30 mm beträgt. Anhand dieser Messpunkte lässt sich eine Strahlungsmenge versus Abstand im Bereich zwischen 10 mm und 30 mm interpolieren, mithilfe derer wiederum während der Beschichtung bei Detektion der auf dem Detektor eintreffenden IR-Strahlung auf den tatsächlichen Abstand rückgeschlossen werden kann.

Bevorzugt emittieren die Substrate IR-Strahlung mit einem Intensitätsmaximum bei einer ersten Wellenlänge, wobei das erste Fenster und/oder das zweite Fenster bei der ersten Wellenlänge eine Transmission von mindestens 10 %, stärker bevorzugt von mindestens 30 % und besonders bevorzugt von mindestens 80 % aufweist.

Es ist ferner bevorzugt, dass die Beschichtungskammer einen IR-Strahlungsfilter zwischen dem ersten Fenster und dem Detektor aufweist, wobei der IR-Strahlungsfilter eine maximale Transmission für die erste Wellenlänge aufweist.

Im Kontext der erfindungsgemäßen Beschichtungskammer sowie des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens lässt sich der Abstand aufeinanderfolgender Substrate auf einfache Weise und relativ fehlerunanfällig messen. Auch eine Position der Substrate im Beschichtungsbereich lässt sich mit der vorliegenden Erfindung bestimmen, was mit den typischen optischen Sensoren in der Regel nicht möglich ist. Mittels dieser Positionsinformation der Substrate im Beschichtungsbereich lässt sich das Transportsystem in einen konstanten Substratfluss direkt in einem geschlossenen Regelkreis ansteuern. Das permanent an die aktuelle Substratposition angesteuerte Transportsystem kann technisch unkompliziert ausgelegt sein, da dieses auch beispielsweise Spiel in den Riemen, Ketten, Zahnrädern und Antrieben sowie eine zeitliche Veränderung der Riemenlänge toleriert. Insbesondere lässt sich mit der vorliegenden Erfindung auf eine Längenausdehnung großer Substrate in Abhängigkeit von der Temperatur (bspw. einigem Millimeter für eine Substratlänge von 2 m und eine Temperaturdifferenz von 300 K) reagieren. In Situationen, in denen der Substratfluss zum Stehen kommt und wieder aufgenommen werden muss, kann die Prozedur der Anlageninbetriebnahme nachvollziehbar definiert und ausgeführt werden. Durch den detektierten und je nach Situation optimal eingestellten Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Substraten wird sowohl der Glasbruch aus der Substratkollision als auch unnötiger Materialverlust an dem Substrat vermieden.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Beschichtungskammer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Figur 2 eine schematische Schnittansicht durch eine Beschichtungskammer gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine Beschichtungskammer 1 zur Beschichtung von Substraten 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Beschichtungskammer 1, von der hier lediglich zwei Kammerwände 11 abgebildet sind, kann Teil einer größeren Beschichtungsanlage sein und die üblichen Komponenten beispielsweise zur Evakuierung der Beschichtungskammer, zum Transport der Substrate 2 und zur Beschichtung der Substrate 2 aufweisen, die alle der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform bewegen sich die zu beschichtenden Substrate 2 in einer durch diese Substrate definierte Ebene, die sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken, entlang des am rechten Bildrand dargestellten Doppelpfeils. Die Substrate 2 können im Beschichtungsbereich 12 der Beschichtungskammer 1 mithilfe nicht dargestellter Beschichtungseinheiten von oben und/oder unten beschichtet werden.

Erfindungsgemäß weist die Beschichtungskammer 1 zur Beschichtung von Substraten 2 mindestens eine erste (hier: die untere) Kammerwand 11 und einen Beschichtungsbereich 12 auf. Durch den Beschichtungsbereich 12 werden aufeinanderfolgende, zu beschichtende Substrate 2 gefördert, die einen zu ermittelnden Abstand voneinander aufweisen. Die erste (hier: untere) Kammerwand 11 weist eine gasdichte Einheit mit einem ersten Fenster 4 für IR- Strahlung und einem zweiten Fenster 3 für IR-Strahlung auf. Ferner ist ein Detektor 14 für IR- Strahlung vorgesehen, der so angeordnet ist, dass IR-Strahlung aus dem Beschichtungsbereich durch die Fenster 3 und 4 der gasdichten Einheit hindurch auf den Detektor 14 treffen kann. Die Beschichtungskammer weist ferner einen nicht dargestellten Prozessor auf, der dazu ausgebildet und eingerichtet ist, auf Basis der von dem Detektor 14 erfassten IR-Strahlung den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden, zu beschichtenden Substraten 2 zu ermitteln.

Das erste Fenster 4 verschließt bevorzugt die erste Kammerwand 11 vakuumdicht, wobei dies in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform mittels eines Vakuumflansches geschieht, in dem ein Saphirfenster 4 montiert ist. Das zweite Fenster 3 der gasdichten Einheit ist innerhalb der Beschichtungskammer 1 zwischen dem Beschichtungsbereich 12 und dem ersten Fenster 4 angeordnet, sodass sich eine Sichtachse vom Beschichtungsbereich 12, in dem die Substrate 2 beschichtet werden, durch die beiden Fenster 3 und 4 hindurch zum Detektor 14 ergibt. Die beiden Fenster 3 und 4 sind über ein rohrförmiges Element 9 miteinander verbunden, dessen Innenraum von der Beschichtungskammer 1 gasdicht getrennt ist, und bilden gemeinsam die gasdichte Einheit aus. Das Fenster 3 kann optional mithilfe eines Verbindungselements 7 mit dem Rohr 9 verbunden sein. Dies ermöglicht es, Fenster unterschiedlichen Materials und/oder unterschiedlicher Größe mit dem Rohr 9 zu verbinden.

Wie man sich anhand Figur 1 leicht klarmacht, detektiert der Detektor 14 durch die beiden Fenster 3 und 4 hindurch Infrarotstrahlung 13a, die von den Substraten 2 und/oder der gegenüberliegenden Kammerwand 11 emittiert wird. In der in Figur 1 dargestellten Situation wird dabei im Wesentlichen ausschließlich Infrarotstrahlung 13a aus der Umgebung, d.h. insbesondere von der gegenüberliegenden Kammerwand 11 detektiert. Im Falle eines kleineren Abstands der aufeinanderfolgenden Substrate 2 sähe der Detektor 14 sowohl Infrarotstrahlung 13a von der gegenüberliegenden Kammerwand 11 als auch von einem oder beiden der aufeinanderfolgenden Substrate 2 (je nach deren Positionierung). Sind nun die Substrate 2 heißer als die gegenüberliegende Kammerwand 11, so wird die vom Detektor 14 erfasste Intensität und/oder Spektralverteilung davon abhängen, wie groß der Spalt bzw. der Abstand zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Substraten 2 ist. Somit lässt sich aus der detektierten IR-Strahlung auf den Abstand zwischen den Substraten rückschließen.

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

In einem bevorzugte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein A^Ch-Fenster 4 (z.B.: 120GSG016-saphir von Pfeiffer Vacuum GmbH) in einem Vakuumflansch an der Kammerwand 11 eingesetzt. Über diesem Saphirfenster 4 sitzt ein anderes Saphirfenster 3. Die beiden Saphirfenster haben die typisch hohe Transmission zwischen ca. 0,3 pm - 5 pm. Zwischen den beiden Fenstern befindet sich ein Rohr 9, das möglichst wenig Wärme von dem Fenster 3 zu dem Flansch des Fensters 4 abführt und dabei den inneren Bereich zwischen den beiden Fenstern von der Umgebungsstrahlung schützt. Das Rohr 9 kann bspw. aus dünnem CFG bzw. Graphit gefertigt sein. Die innere Oberfläche des Rohres 9 soll die Reflektion der Strahlung durch die Absorption unterbinden. Das Fenster 3 wird durch das Verbindungselement 7 (z.B. aus Graphit) strahlungsdicht mit dem Rohr 9 verbunden. Die Teile 9 und 7 können ebenfalls ein grobes Gewinde zum Verschrauben aufweisen.

Das Verbindungselement 7 definiert mit der Öffnung den minimalen messbaren Substrat- Substrat-Abstand geometrisch. Wenn diese Öffnung einen Durchmesser a hat, liegt der Abstand zwischen dem Fenster 3 und den Substraten typischerweise in dem Intervall zwischen a und 3a. Das Substrat strahlt die Energie in dem Bereich < 5 pm bei Temperaturen über ca. 300 °C ab. Der Energiepeak des 600 °C heißen Substrates nach dem Wienschen Strahlungsgesetz liegt bei ca. 3,3 pm. Somit wird die Strahlung 13a von den 300 °C - 600°C heißen Substraten durch die beiden Saphirfenster direkt, ohne Reflektion von der inneren Oberfläche des Rohrs 9 aus dem Beschichtungsbereich 12 herausgeführt. Diese Strahlung von dem Substrat kann außerhalb der Kammer gemessen werden, z.B. mittels eines Pyrometers bzw. eines Detektors für die Pyrometeranwendung (pyroelektrische Sensoren, Thermosäulen aus Thermoelementen, Fotodioden etc.). An dieser Stelle kann z.B. der PYROSPOT DA 44M mit Spektralbereich von 3 pm bis 5 pm (erhältlich von DIAS Infrared GmbH) bzw. andere Pyrometer ohne Strahlungsfilter als der reine Detektor eingesetzt werden.

Das Signal kann bezogen auf die Substratstrahlung normiert werden. Das zu verarbeitende Signal wird dem Signalabfall von dem normierten Niveau auf das relative Niveau der Umgebung herunter entsprechen. Ein negatives Signal entspricht der Lücke zwischen den Substraten. Bei den Substrat-Substrat-Abständen > a kann das Signal zwischen zwei Levels eingestellt werden: max. - ein Substrat befindet sich über der Öffnung in dem Teil 7 min. - kein Substrat befindet sich über der Öffnung in dem Teil 7.

Bei den Substrat-Substrat-Abständen in dem Intervall 0 - a, kann das Signal der Strahlungsintensität in weitere Schritte je nach gewünschter minimaler Einheit zerlegt werden, z.B. entsprechend Abstand zwischen den Substraten beinahe 0, a/4, a/2, 3a/4, etc.

Da die detektierte Strahlung 13a in dem Bereich des schmälsten Transmissionsfensters 0,8 pm - 18 pm der Beschichtungsmaterialien CdS / CdSe / CdTe liegt, wird die Beschichtung je nach der Dicke das absolute Signal maximal um die Multiplikation der Transmissionskoeffizienten aller Elemente mit einer optischen Wirkung verkleinern (z.B. 0,7*0, 7*0, 7 = 0,343), d.h. das absolute Signal gemessen durch das beschichtete Fenster 3 wird ca. dreimal kleiner als das ursprüngliche normierte Signal durch das unbeschichtete Fenster 3 sein. Mithin ist es sinnvoll, die Saphirfenster zu tauschen oder durch eine chemische Reaktion das Beschichtungsmaterial zu reinigen bzw. mechanisch sauber zu polieren. Der Austausch des Saphirfensters kann leicht während der üblichen Wartungsarbeiten durchgeführt werden.

Das oben beschriebene Detektionsverfahren beruht, wie bereits erläutert, auf unterschiedlichen IR-Emissionsspektren der Substrate 2 einerseits und der gegenüberliegenden Kammerwand 11 andererseits. Sollten jedoch die Substrate 2 zu einem ähnlichen IR-Signal führen wie die Umgebung, so kann in Abhängigkeit vom verwendeten Detektor 14 eine entsprechende Spektraldifferenz bzw. ein entsprechender optischer Kontrast/Unterschied dadurch erzeugt werden, dass eine zusätzliche IR-Strahlungsquelle 5 derart angeordnet wird, dass IR-Strahlung aus der IR-Strahlungsquelle 5 durch den Beschichtungsbereich 12 und die Fenster 3 und 4 hindurch auf den Detektor 14 treffen kann. Diese optionale IR-Strahlungsquelle 5 ist ebenfalls in der Ausführungsform gemäß Figur 1 dargestellt. Ist die IR-Strahlungsquelle 5 an oder im Bereich der gegenüberliegenden Kammerwand 11 angebracht, wie dies in Figur 1 zu sehen ist, so ist bevorzugt ferner ein optisches Element 10 zwischen der IR-Strahlungsquelle 5 und dem Beschichtungsbereich 12 vorgesehen, mithilfe dessen die von der IR-Strahlungsquelle 5 emittierte IR-Strahlung 13b gezielt zum Beschichtungsbereich 12 transportiert wird. Gleichzeitig sollte dieses optische Element 10 aus einem Material mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Quarzglas, bestehen. An dem dem Beschichtungsbereich 12 zugewandten Ende des optischen Elements 11 kann eine zusätzliche Heizung 8a zum Erhitzen dieses Endes vorgesehen sein, wie dies ebenfalls in Figur 1 dargestellt ist.

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit einer solchen zusätzlichen IR-Strahlungsquelle 5 gemäß Figur 1 näher beschrieben:

Die Strahlungsquelle 5 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel soll bspw. kurzwelligere Strahlung 13b für die Detektion erzeugen. Hierfür kann z. B. eine Wolframwendel mit einem Temperaturbereich von 1.000 °C - 1.800 °C und einem Maximum der Strahlungsenergie < 2pm vorgesehen sein. Diese Strahlung 13b wird durch den Quarzstab 10 mit bevorzugt mattierter Oberfläche, möglichst ohne Verbreiterung zwischen den Substraten 2 in Richtung Fenster 3 und weiter Fenster 4 aus dem Beschichtungsbereich 12 herausgeführt. Der Quarzstab 10 kann dabei bevorzugt einen Durchmesser von etwa a - 3a aufweisen, wobei a dem Durchmesser der Öffnung des Verbindungselements 7 entspricht. Der Abstand zwischen dem unteren Ende des Quarzstabes 10 und den Oberflächen der Substrate liegt typischerweise in dem Intervall a - 5a.

Die Strahlung 13b kann an derselben Stelle wie die Strahlung 13a, hinter der Kammerwand 11 außerhalb des Vakuumbereiches gemessen werden. Hier kann ebenfalls ein Pyrometer mit dem entsprechenden Spektralbereich eingesetzt werden, z.B. PYROSPOT DGE 44N mit Spektralbereich von 2,0 bis 2,6 pm (erhältlich von DIAS Infrared GmbH), Sirius SI23 mit Spektralbereich von 2,0 bis 2,6 pm (erhältlich von Sensortherm GmbH), IGA 320/23-LO mit Spektralbereich von 2,0 bis 2,6 pm (erhältlich von Advanced Energy) etc.

Zusätzlich kann die dem Substrat zugewandte Fläche des Quarzstabs bis auf ca. 700 °C (mit dem entsprechenden Energiemaximum bei ca. 3 pm und > 2 pm bzw. > 2,6 pm) seitlich mittels einer Heizung 8a geheizt werden. Im Vakuum und unter den korrosiven Dämpfen kann hierfür ein CFC-Heizer eingesetzt werden.

Die von der IR-Strahlungsquelle 5 emittierte IR-Strahlung kann mittels eines Strahlungsfilters 6 auch mit den typischen Detektoren direkt vermessen werden. Das minimale normierte Signal wird dem heißen Substrat entsprechen, das maximale Signal wird der Strahlung 13b entsprechen bei einem Substrat-Substrat-Abstand > a. Diese zwei Werte können ebenfalls digital in den zwei extremen Bereichen inkl. der Anpassung der Transmission des beschichteten Fenster 3 je nach Betriebszeit verarbeitet werden. Die Substrat-Substrat- Abstände < a werden sich genauso in den weiteren definierten Zwischenbereichen befinden. Das Signal eines Abstands zwischen den Substraten liegt absolut über dem Signal von den Substraten und entspricht somit einem positiven Signal.

Wie bereits eingangs erläutert, funktioniert die erfindungsgemäße Abstandsmessung auch in dem Fall, dass die Substrate kälter sind als die Umgebung der Beschichtungskammer. Sollte dieser Unterschied jedoch zu gering sein, so kann auch in diesem Fall eine zusätzliche IR- Strahlungsquelle in der Beschichtungskammer vorgesehen sein, die so angeordnet ist, dass IR- Strahlung aus der IR-Strahlungsquelle 8b (vgl. Figur 2) durch den Beschichtungsbereich 12 und die Fenster 3 und 4 der gasdichten Einheit hindurch auf den Detektor 14 treffen kann. In diesem Fall handelt es sich bei der IR-Strahlungsquelle bevorzugt um eine IR-Punktheizquelle.

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Variante gemäß Figur 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine typische Ausführung der erfindungsgemäßen Beschichtungskammer 1 für einen Fall der Beschichtung mit CdS-CdTe / CdSe / CdSe. Dabei strahlt die durch CdS / CdSe / CdTe / TCO (Transparent Conductive Oxide) beschichtete untere Substratseite der Substrate 2 entweder viel weniger oder etwas weniger Wärme ab als die heiße Umgebung in dem Beschichtungsbereich. Hier wird mithin wieder ein positives Messsignal in der Lücke bzw. aus dem Bereich zwischen zwei benachbarten Substraten erwartet. Sollte die Umgebung der Beschichtungskammer 1 nicht genug Energie für den Unterschied zwischen min/max-Signalen liefern können, kann lokal eine kleine Heizquelle 8b mit Temperaturen von bis zu 1.000 °C ebenfalls in dem Spektralbereich 2 - 5 pm installiert werden. Die Intensität dieser Heizquelle 8b kann je nach Transmissionsverlust durch die Beschichtung über dem Fenster 3 kompensiert werden - dies kann bei dem automatischen Prozess der Signalnormierung mitberücksichtigt werden, indem z.B. während des Anlagenbetriebs Kalibrierungsschritte zwischen den Wartungsterminen (Fensterwechsel) eingeplant werden.

In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen kann der minimale für die Messung geeignete Abstand zwischen den Substraten durch die Größe der Öffnung in dem Verbindungselement 7, durch den Abstand zwischen dem Fenster 3 und den Substraten 2 und durch den minimal durch einen Strahlungsdetektor messbaren relativen Signalunterschied in der Strahlungsintensität bestimmt werden. Dementsprechend ist es vorteilhaft, das Verbindungselement 7 in mehreren Ausführungen mit unterschiedlichen Durchmessern zum Austauschen anzufertigen, z.B. mit Durchmessern von 5 mm, 8 mm, 10 mm, 15 mm etc. Analog kann die Röhre 9 für die Abstände a, 2a, 3a etc. für die Phase der Inbetriebnahme mit dem Beschichtungsmaterial zur Anpassung der Signalintensität vorrätig sein, um eine ideale Konfiguration für eine spezifische Beschichtungsanlage umzusetzen.