DE3406645C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spektralfotometeranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch die DE-OS 27 26 606 ist ein medizinisches Spektralfoto­ meter bekannt, das eine Meßstelle für die zu untersuchende Materie (Haut oder sonstige Gewebeoberflächen) und eine weitere Meßstelle für die Erzeugung eines Referenzsignals aufweist, das für die optische Anzeige eine sogenannte Null-Linie liefert. Mit der eigentlichen Meßstelle soll die Hautoberfläche in rascher Folge abgetastet werden; es sind also nicht mehrere Meßstellen für unterschiedliche Hautpartien vorgesehen. Hierbei tragen sämtliche Lichtleiter die komplete spektrale Information von der kleinsten bis zur längsten Wellenlänge des Meßbereichs. Über die Ausbildung der Stirnseiten der Lichtleiter ist nichts ausgesagt; die Umschaltung von der Referenzlicht-Meßstelle auf die eigentliche Meßstelle erfolgt durch Drehung einer Platte und Verschiebung der Stirnseiten der Lichtleiter gegenüber einer Spaltblende einer Lichtquelle und einer weiteren Spaltblende der Lichtzerlegungseinrichtung.

Die bekannte Anordnung kann nicht im Innern einer Vakuumkammer verwendet werden, um beispielsweise mehrere Meßstellen nacheinander abzutasten. Würde man daher die Zahl der Meßstellen vervielfachen, so ergäbe sich ein äußerst voluminöser Aufbau. Darüber hinaus hätten die einzelnen Lichtleiter einen beträchtlichen Abstand voneinander und ließen sich nicht ohne weiteres durch elastische Verformung mit ortsfesten Spaltblenden zur Deckung bringen.

Durch die DE-OS 31 37 387 ist ein faser-optisches Meßgerät bekannt, das gleichfalls mehrere Meßstellen besitzt. Auch hierbei überträgt jedes Faserkabel die gesamte spektrale Information. Durch eine Filterscheibe werden bestimmte Wellenlängen zur Auswertung ausgewählt. Eine besondere Blende für die selektive Auswahl eines Lichtleiters gegenüber der spektralen Auswerteeinrichtung ist nicht vorhanden; vielmehr werden die einzelnen Strahlengänge durch eine Multiplexsteuerung der Lichtquellen ausgewählt. Durch diese Anordnung ist es nur möglich, die absolute Intensität innerhalb jeweils eines der durch die Filterscheibe vorgegebenen Wellenlängenbereiche zu erfassen. Eine spektrale Lichtzerlegungseinrichtung, die ein sogenanntes Kontinum auswertet, ist nicht vorhanden. Ein solches Meßgerät ist infolgedessen auch nicht für die Messung der kontinuierlichen Veränderung der optischen Eigenschaften während der Erzeugung dünner Schichten auf Substraten in Vakuumanlagen geeignet.

Durch die US-PS 38 35 879 ist ein Spektralfotometer bekannt, bei dem das Licht spektral zerlegt wird, bevor es in einen Lichtleiter eintritt. Zu diesem Zweck ist das Ende des Lichtleiters rechteckförmig ausgebildet, um einen möglichst großen Anteil des Meßlichts dem Meßelement zuzuleiten. Die einzelnen Wellenlängen des Spektrums werden durch räumliche Verschiebung eines Prismas relativ zum Lichtleiter durchfahren bzw. eingestellt. Das gesamte Faserbündel überträgt also jeweils nur eine einzige Wellenlänge von und zu einer einzigen Meßstelle.

Durch die DE-OS 29 29 883 ist es bekannt, am Ausgang einer Lichtzerlegungseinrichtung in Ermangelung eines Dioden-Arrays eine Vielzahl bandförmig zusammengefaßter Faserkabel vorzusehen, wobei jeweils ein Flachkabel einem bestimmten Wellenlängenbereich zugeordnet ist. Die jeweils anderen Enden der Lichtleiter haben die Form eines Sektors eines Kreisrings und sind innerhalb eines Kreisrings angeordnet. Durch Korrelation mit einer rotierenden Abfrageeinrichtung, einem sogenannten Schaltrad, erfolgt eine zyklische Abfrage, so daß die Ausgangssignale des Schaltrades einer einzigen Fotodiode zugeordnet werden können. Eine solche Anordnung ist das mechanische Äquivalent einer spektralen Lichtzerlegungseinrichtung mit einem Dioden-Array und einer elektrischen Auswerteeinrichtung, die die einzelnen Dioden (Meßzellen) zyklisch abfragt.

Bei der Herstellung und/oder Qualitätskontrolle optischer Erzeugnisse wie Filter, Spiegel, Linsen, ist es häufig erforderlich, die optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge zu messen und das "Spektrum" graphisch darzustellen bzw. durch Rechenprozesse zu verarbeiten. Ein Beispiel hierfür sind Entspiegelungsschichten, insbesondere für die Breitbandentspiegelung, die innerhalb des Bereichs sichtbaren Lichts eine möglichst geringe Reflexion aufweisen sollen. Solche Schichten bestehen im allgemeinen aus vielen Einzelschichten mit unterschiedlichen Brechungsindices (sogenannte Interferenzschichtsysteme). Bei der Herstellung ist der zeitliche Aufbau jeder Einzelschicht zu überwachen; beim Endprodukt ist die Einhaltung von Toleranzgrenzen zu überprüfen. Ein weiteres Beispiel sind Filterschichten, z. B. Infrarotfilter, die Wärmestrahlung zurückhalten, sichtbares Licht aber möglichst ungehindert durchlassen sollen.

Wiederum ein weiteres Beispiel sind sogenannte Kaltlichtspiegel, die die kurzwellige "kalte" Lichtstrahlung in ein optisches System reflektieren, die störende längerwellige Wärmestrahlung aber ungehindert entweichen lassen (z. B. Projektorlampen).

Bei der Herstellung derartiger Schichten bzw. Schichtsysteme sowie bei der Endkontrolle ist eine Messung der spektralen Abhängigkeit der Schichteigenschaften erforderlich. Bei der Herstellung der Schichten können die Meßwerte außerdem zur Steuerung des Herstellprozesses verwendet werden, beispielsweise zur Regelung der Niederschlagsrate des Schichtmaterials oder zur Endabschaltung des Beschichtungsvorganges nach der Fertigstellung einer Schicht bzw. des gesamten Schichtsystems. Für die Messung der spektralen Abhängigkeit der Schichteigenschaften sind in der Literatur bereits zahlreiche Fotometeranordnungen vorgeschlagen worden.

Durch den Aufsatz "A thin film monitor using fibre optics" von H. M. Runciman, W. B. Allan und J. M. Ballantine, veröffentlicht in J. Sci. Instrum., 1966, Vol. 43, Seiten 812 bis 815, ist es bekannt, Meßlicht von einer Lichtquelle über ein erstes Glasfaserkabel in eine Vakuumkammer bis in unmittelbare Nähe des Meßobjekts zu leiten und das reflektierte Meßlicht über ein zweites Glasfaserkabel aus der Vakuumkammer heraus einem Detektor und einer Auswerteeinrichtung zuzuführen. Hierbei wird für jede Meßstelle bzw. jedes Meßobjekt ein vollständiges Meßsystem benötigt.

Durch die US-PS 38 74 799 ist ein Spektralfotometer bekannt, bei dem das aus dem Meßobjekt austretende Licht durch eine als Beugungsgitter ausgebildete Lichtzerlegungseinrichtung in ein Spektrum zerlegt und einer Fotoempfängereinrichtung zugeführt wird, die als eine Reihenanordnung einzelner Fotodioden ausgeführt ist. Jede dieser außerordentlich dicht nebeneinander angeordneten Dioden ist durch ihre räumliche Lage einer ganz bestimmten Wellenlänge zugeordnet, so daß durch zyklische Abfragung der Dioden der Intensitätsverlauf des Spektrums in Abhängigkeit von der Wellenlänge bestimmt werden kann. Auch hier ist für jede einzelne Meßstelle eine besondere Meß- und Auswerteeinrichtung erforderlich.

Durch die DE-OS 26 55 272 ist eine Spektralfotometeranordnung bekannt, deren Lichtzerlegungseinrichtung weitgehend derjenigen nach der US-PS 38 74 799 entspricht. Zusätzlich ist noch ein als Glasfaserkabel ausgebildeter Lichtleiter vorhanden, der das Meßlicht von einer Vakuumkammer dem Eintrittsspalt einer Lichtzerlegungseinrichtung zuführt, die gleichfalls ein konkaves Beugungsgitter enthält. Auch hier ist für jede Meßstelle eine eigene Meßanordnung erforderlich.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Überwachung von strahlender Materie bei Vakuumbeschichtungsprozessen. So kann es z. B. erforderlich sein, thermische Aufdampfquellen, die Wärmestrahlung abgeben, oder Plasmaprozesse, die von Lichterscheinungen begleitet sind, wie z. B. Kathodenzerstäubungs­ verfahren zu überwachen und/oder zu regeln.

Im Zuge der Notwendigkeit, zunehmend genauere Prozeßsteuerungen mittels mehrerer Meßstellen durchführen zu können, würde bei Anwendung der bekannten Meßprinzipien eine beträchtliche Zahl von Meß- und Auswertesystemen erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der Meßgenauigkeit mit einem einzigen Meß- und Auswertesystem eine größere Zahl von Meßobjekten innerhalb einer geschlossenen Kammer erfassen zu können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs angegebenen Spektralfotometeranordnung erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die erfindungsgemäße Aufschaltung mehrerer Meßstellen, die in einer geschlossenen Kammer untergebracht sind, durch mehrere Glasfaserkabel auf eine Lichtzerlegungseinrichtung sowie durch die zugehörige bewegliche Blende können mit eben dieser einzigen Lichtzerlegungseinrichtung und der dieser nachgeschalteten Auswerteschaltung eine praktisch beliebige Zahl von Meßstellen bzw. Meßobjekten erfaßt und die dort erhaltenen Meßergebnisse ausgewertet werden. Bei zunehmender Anzahl von Meßstellen verringert sich der zu treibende Aufwand auf einen immer geringer werdenden Bruchteil des sonst zu treibenden Aufwandes. Jede weitere Meßstelle hat nur eine zusätzliche Faserreihe am Eingang der Lichtzerlegungs­ einrichtung zur Folge.

Da die unterschiedliche Lage der Spalte bzw. Faserreihen als Funktion des Ortes des betreffenden Spalts eine Verschiebung der Wellenlängenzuordnung des Spektrums bewirkt, ist es erforderlich, diesen Vorgang zu kompensieren. Dies ist beispielsweise durch Vergleich mit einem bekannten Linienspektrum und durch eine rechnerische Berücksichtigung durch einen der Auswerteinrichtung zu­ gehörigen Mikroprozessor leicht möglich. Auch ist es möglich, die einzelnen Meßstellen in zyklischer Folge rasch hintereinander abzufragen und die Auswerteer­ gebnisse den einzelnen Meßstellen zuzuordnen. Die er­ forderliche Synchronisation kann auch hierbei durch den Mikroprozessor bewirkt werden. Da die Erfassungs­ zeit für ein Spektrum erfahrungsgemäß etwa 50 Milli­ sekunden beträgt und die Verarbeitungszeit der Meß­ werte in der Regel länger dauert, kann während der Verarbeitungszeit die Umschaltung des Systems auf eine andere Meßstelle erfolgen. Auch ist es möglich, mit dem gleichen System die Gasatmosphäre im Prozeßraum einer Analyse zu unterziehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungs­ gegenstandes sind in den Unteransprüchen beschrieben; ihre Wirkungsweise und Vorteile sind in der Detail­ beschreibung angegeben.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Fig. 1 bis 7 nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer vollständigen Foto­ meteranordnung mit drei Meßstellen für die Messung von Transmission und Reflexion an fester Materie (Substrat) sowie der Transmission durch gasförmige Materie,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein herkömmliches Glas­ faserkabel,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Enden dreier Glasfaser­ kabel, deren Fasern in je einer Reihe angeordnet und zu einer Matrix zusammengefaßt sind,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer im Be­ reich der Lichtquelle und der Eintrittsenden von vier Glasfaserkabeln angeordneten Blende,

Fig. 5 eine alternative Lösung zu Fig. 4, bei der die Blende im Bereich der Glasfaser­ matrix an den Austrittsenden der Glasfaserkabel bzw. an den Eintrittsspalten der Lichtzer­ legungseinrichtung angeordnet ist,

Fig. 6 ein Prinzipschaltbild einer vollständigen Foto­ meteranordnung für die Messung strahlender Materie an verschiedenen Stellen eines Plasma­ prozesses, und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer Blende.

In Fig. 1 ist eine Vakuumkammer 1 dargestellt, die aber auch durch eine beliebige andere Reaktionskammer ersetzt werden kann. Die Vakuumkammer umschließt einen Prozeßraum 2, in dem einer der herkömmlichen Beschichtungsprozesse wie Vakuumaufdampfen, Kathodenzerstäubung, Chemical Vapour Desposition (CVD) etc. durchgeführt werden kann. Die apparativen Voraussetzungen für einen solchen Beschichtungs­ prozeß sind bekannt und daher der Einfachheit halber weg­ gelassen. In der Vakuumkammer 1 befindet sich ein nur schematisch dargestellter Objekthalter 3, auf dem ein Meß­ objekt 4 ruht, das ein einziges durchgehendes Substrat für den Beschichtungsprozeß sein, aber auch aus einer Viel­ zahl einzelner Substrate bestehen kann, die gemeinsam beschichtet werden. Die Vakuumkammer 1 besitzt eine Reihe von Vakuumdurchführungen 5 bis 10 bekannter Bau­ art, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt. Das Meßobjekt 4 ist dasjenige Teil, dessen Transmissions- und Reflexionseigenschaften in Abhängigkeit von der Wellenlänge kontinuierlich überprüft werden soll.

Zu diesem Zweck befindet sich außerhalb der Vakuumkammer eine ein Kontinuum aussendende Lichtquelle 11, die von einer schwenkbaren Blende 12 umgeben ist. Die Blende 12 steht über eine Verstellwelle 13 mit einem Stellmotor 14 in Verbindung, so daß das Licht der Lichtquelle 11 wahl­ weise in eine vorgegebene Richtung abgegeben werden kann, während alle übrigen Richtungen ausgeblendet sind. Einzel­ heiten dieses Blendensystems werden nachstehend anhand der Fig. 4 noch näher erläutert.

Von der Lichtquelle 11 führt je ein Glasfaserkabel 15 bzw. 16 durch die Vakuumdurchführungen 5 bzw. 8 hin­ durch in die Vakuumkammer 1 hinein bis in die unmittel­ bare Nähe des Meßobjekts 4. Durch die Lage der Enden dieser Glasfaserkabel 15 bzw. 16 werden Meßstellen 17 bzw. 18 definiert, die sich auf örtlich begrenzte Stellen des Meßobjekts 4 bzw. auf einzelne Substrate beziehen, wenn das Meßobjekt 4 aus einer Vielzahl einzelner Substrate besteht.

Das an der Meßstelle 17 hindurchtretende Licht (Trans­ missionsmessung) wird über ein Glasfaserkabel 19, das durch die Vakuumdurchführung 6 hindurchgeführt ist, einer Lichtzerlegungseinrichtung 20 zugeführt, wie sie beispielhaft in der DE-OS 26 25 272 beschrieben ist. An der Eintritts­ stelle 21 befindet sich eine Reihe paralleler Spalte, auf die im Zusammenhang mit Fig. 3 noch näher einge­ gangen werden wird. Es versteht sich, daß die in unmittelbarer Nähe des Meßobjekts 4 liegenden Enden der Glasfaserkabel 15 und 19 miteinander fluchten.

Auf die Meßstelle 18 ist nicht nur das innere Ende der Glasfaserkabel 16 ausgerichtet, sondern von der gleichen Seite her auch noch das innere Ende eines Glasfaserkabels 22. Auf die angegebene Weise wird im Bereich der Meßstelle 18 eine sogenannte Reflexions­ messung durchgeführt. Das Glasfaserkabel 22 wird über die Vakuumdurchführung 7 einem weiteren Spalt im Bereich der Eintrittsstelle 21 der Lichtzerlegungs­ einrichtung 20 zugeführt.

Es versteht sich, daß an den inneren Enden der Glas­ faserkabel 15, 16, 19 und 22 optische Systeme ange­ bracht sein können, die Lichtverluste weitgehend aus­ schalten.

Außerhalb der Vakuumkammer 1 ist noch eine weitere Lichtquelle 23 angeordnet, die als Linienstrahler ausgebildet ist. Dieser Lichtquelle ist eine weitere Blende 24 zugeordnet, die durch einen Stellmotor 25 betätigt wird. Das Licht der monochromatischen Licht­ quelle 23 wird über ein Glasfaserkabel 26 und die Vakuumdurchführung 10 in den Prozeßraum 2 geführt, allerdings endet das Glasfaserkabel 26 kurz hinter der Vakuumdurchführung 10. An einer genau gegenüber­ liegenden Stelle der Vakuumkammer 1 befindet sich - fluchtend ausgerichtet - ein weiteres Glasfaser­ kabel 27, welches in der Vakuumdurchführung 9 ge­ halten ist. Auch hier können die beiden aufeinander zu gerichteten Enden der Glasfaserkabel mit ent­ sprechenden Optiken zur Bündelung des Lichts ver­ sehen sein. Zwischen den Enden befindet sich eine weitere Meßstelle 28, die durch den offenen Strahlen­ gang zwischen den Enden der Glasfaserkabel 26 und 27 gebildet wird. Auf diese Weise kann das Spektrum der Gasatmosphäre im Prozeßraum 2 erfaßt werden. Auch das Glasfaserkabel 27 wird einem an der Eintritts­ stelle 21 befindlichen Spalt zugeführt.

Die Lichtzerlegungseinrichtung 20 enthält in bekannter Weise einen Umlenkspiegel 29, ein Beugungsgitter 30 (konvexer Spiegel mit Gitterstruktur) und einen weiteren Umlenkspiegel 31. Das vom Umlenkspiegel 31 reflektierte, spektral zerlegte Licht fällt auf eine Fotoempfängereinrichtung 32, die - gleichfalls in bekannter Weise - als Dioden-Array ausgebildet ist. Die Ansteuer- und Meßsignale werden über ein Vielfachkabel 33 an eine Recheneinheit 34 übertragen, in der die mathematische Auswertung und/oder eine Anzeige der Meßsignale in spektraler Verteilung vorgenommen wird.

Die Recheneinheit 34 enthält außerdem eine Steuereinheit 35, mittels welcher über zwei Steuerleitungen 36 bzw. 37 die Stellmotoren 25 bzw. 14 in einer weiter unten noch näher erläuterten Weise angesteuert werden.

Fig. 2 zeigt einen stark vereinfachten Querschnitt durch ein herkömmliches Glasfaserkabel 15, und zwar ist die Zahl der einzelnen Fasern stark verringert, deren Durch­ messer aber stark vergrößert dargestellt. Üblicherweise besitzt ein Glasfaserkabel für die vorstehend genannten Zwecke mehrere Dutzend Einzelfasern mit einem Durch­ messer von 200 µm, im Minimalfall von 100 µm. Im vor­ liegenden Fall sind nur insgesamt sieben Einzelfasern dargestellt.

Gemäß Fig. 3 sind die Fasern 38 an den in die Lichtzer­ legungseinrichtung 20 (Fig. 1) einmündenden Enden je­ weils in einer geschlossenen Reihe angeordnet, und zwar zeigt Fig. 3 die in Reihe angeordneten Fasern von drei Glasfaserkabeln, im vorliegenden Falle also der Glas­ faserkabel 19, 22 und 27 gemäß Fig. 1. Die betreffenden Reihen 19 a, 22 a und 27 a verlaufen unmittelbar benachbart und parallel zueinander und bilden zusammen eine Glasfaser­ matrix 39. Diese Glasfasermatrix ist an der Eintritts­ stelle 21 der Lichtzerlegungseinrichtung 20 in der Weise angeordnet, daß die Enden der einzelnen Fasern auf den Umlenkspiegel 29 ausgerichtet sind. Es wird auf die nach­ stehend noch näher beschriebene Weise dafür Sorge ge­ tragen, daß bei der Messung immer nur eine der Faser­ reihen erfaßt bzw. ausgewertet wird. Es ist wichtig, daß die Längsachsen der Reihen 19 a, 22 a und 27 a senkrecht zur Beugungsrichtung bzw. senkrecht zur Reihenanordnung der Foto­ empfänger ausgerichtet sind.

Fig. 4 zeigt Einzelheiten im Bereich der Blende 12 in Fig. 1. Die Blende besteht aus einem 257-Grad- Sektor eines Hohlzylinders, der konzentrisch um die Lichtquelle 11 angeordnet und um seine Achse mittels der Verstellwelle 13 und des Stellmotors 14 verdrehbar ist. Um die Lichtquelle 11 herum sind die Enden von vier Glasfaserkabeln in äquidistanter Verteilung angeordnet, und zwar oben bzw. unten die Enden der Glasfaserkabel 15 und 16. Links und rechts sind die Enden zweier weiterer Glasfaser­ kabel 40 bzw. 41 angeordnet, mittels welcher zwei weitere Meßstellen mit Meßlicht beaufschlagt werden können. Die betreffenden Meßstellen sind in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht dargestellt. Je nach der Winkelstellung der Blende 12 wird stets nur ein Glasfaserkabel mit Meßlicht beaufschlagt. Im vorliegenden Fall hat die Blende 12 eine gegenüber Fig. 1 um 180 Grad gedrehte Stellung, so daß nur das Glasfaserkabel 16 für die Meßstelle 18 mit Meßlicht beaufschlagt wird; die übrigen Glasfaserkabel sind ausgeblendet bzw. abgeschirmt. Auf diese Weise läßt sich jedes Glasfaserkabel wahlweise einzeln mit Meß­ licht beaufschlagen; in Fig. 1 wird das Glasfaser­ kabel 15 mit Meßlicht versorgt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:

Bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung der Blenden 12 und 24 wird lediglich das Glasfaserkabel 15 zur Aus­ führung einer Transmissionsmessung an der Meßstelle 17 mit Meßlicht beaufschlagt. Der durchgehende Teil des Meßlichts tritt am Ende des Glasfaserkabels 19 aus den dort in einer Reihe 19 a angeordneten Glasfasern aus (Fig. 3). An den Faserenden der Reihen 22 a und 27 a herrscht Dunkelheit.

Sofern an der Meßstelle 18 eine Reflexionsmessung durch­ geführt werden soll, schaltet die Steuereinheit 35 über die Steuerleitung 37 und den Stellmotor 14 die Blende 12 in die Stellung gemäß Fig. 4. Das Meßlicht tritt nunmehr in das Glasfaser­ kabel 16 ein, und dessen reflektierter Anteil gelangt über das Glasfaserkabel 22 an die Eintrittsstelle 21, in die die hier bestehende Reihenanordnung 22 a ein­ mündet. Die hier austretenden Lichtstrahlen werden nunmehr in der Lichtzerlegungseinrichtung 20 spektral zerlegt und mittels der Fotoempfängereinrichtung 32 ausgewertet. Während dieser Messung herrscht an den Faserenden im Bereich der Reihen 19 a und 27 a Dunkelheit.

Üblicherweise wird zu Beginn der Messungen ein soge­ nanntes Untergrundspektrum I₀ abgespeichert, welches dann mit dem beim Prozeß entstehenden Spektrum I ver­ glichen wird. Durch eine Quotientenbildung I/I₀ er­ hält man somit ein beispielsweise vom Lampenspektrum und von den Transmissionseigenschaften der Glasfasern unabhängiges Spektrum. Soll nun das Linienspektrum er­ faßt werden, so wird durch die Steuereinheit 35 die Blende 12 um 90 Grad verdreht, so daß die beiden Glasfaserkabel 15 und 16 kein Meßlicht erhalten. Gleichzeitig steuert die Steuereinheit 35 über die Steuerleitung 36 den Stellmotor 25 in der Weise an, daß die Blende 24 den Lichteintritt in das Glasfaser­ kabel 26 frei gibt. Der durch den Prozeßraum hindurch­ gehende Teil der Lichtstrahlung steht nun über das Glasfaserkabel 27 an der Reihenanordnung 27 a im Bereich der Eintrittsstelle 21 an (Fig. 3), während an den Reihen 19 a und 22 a Dunkelheit herrscht. In diesem Falle wird also mittels der Fotoempfängerein­ richtung 32 die spektrale Charakteristik der Gas­ atmosphäre im Prozeßraum 2 erfaßt.

Durch die Reihenanordnung gemäß Fig. 3 wird jedes Glas­ faserkabel innerhalb eines schmalen Spaltes ausgebreitet, wobei die Breite etwa der Dicke einer Einzelfaser ent­ spricht und maßgebend für die spektrale Auflösung der Auswerteeinrichtung ist. Die Zusammenfassung zu der Matrix 39 ermöglicht eine Unterbringung der einzelnen Spalten bzw. Zeilen auf engstem Raum. Ein Umschalten von einer Reihe auf die andere entspricht einer Ver­ schiebung am Eingang der Lichtzerlegungseinrichtung 20. Dies bedingt auch eine Verschiebung des Spektrums auf der Fotoempfängereinrichtung 32. Durch eine Wellenlängen­ kalibrierung der einzelnen Meßzellen mit einem Strahler definierter Linien wird dem Spektrum von der jeweiligen Meßstelle her die entsprechende Wellenkalibrierung über die Recheneinheit zugeordnet.

Die Blenden 12 bzw. 24 müssen nicht auf der Eintritts­ seite der Glasfaserkabel 15, 16 und 26 angeordnet sein, wie dies Fig. 1 zeigt. Es ist auch möglich, der Eintrittsstelle 21 eine Blende 42 zuzuordnen, die im Innern der Lichtzerlegungseinrichtung 20 ange­ ordnet sein kann und einen Spalt 43 aufweist. Eine solche Variante ist in umgekehrter Lage in Fig. 5 dargestellt. Die einzelnen Reihen 19 a, 22 a und 27 a der Enden der einzelnen Glasfasern sind in der in Fig. 3 gezeigten Matrix 39 angeordnet, und der Spalt 43 der Blende 42 ist wahlweise relativ zu jeder Reihe 19 a, 22 a und 27 a bewegbar, daß jeweils nur eine einzige Reihe für die Auswertung der spektralen Helligkeitsverteilung freigegeben wird. Für die Be­ tätigung der Blende 42 ist ein weiterer Stellmotor 44 vorhanden, der über eine Steuerleitung 45 auf die Steuereinheit 35 aufgeschaltet ist. Eine zusätzliche Blende 42 gemäß Fig. 5 kann auch aus dem Grunde vor­ gesehen werden, um etwaiges Streulicht vom Eintritt in die Lichtzerlegungseinrichtung 20 fernzuhalten. In einem solchen Falle ist allerdings eine koordinierte Steuerung der Blenden 12 und 24 erforderlich.

Der Abstand der Reihen ist übertrieben dargestellt. Es em­ pfiehlt sich, den Abstand so gering wie möglich zu machen und den Spalt so schmal wie möglich. Wenn die Spaltbreite beispielsweise geringer ist als der Durchmesser der einzelnen Glasfaser, so kann dadurch das optische Auflösungsvermögen der Gesamtanordnung verbessert werden.

In Fig. 6 ist gleichfalls eine Vakuumkammer 1 darge­ stellt, die einen Prozeßraum 2 umschließt. In diesem ist ein Substrathalter 46 mit einer Reihe scheiben­ förmiger Substrate 47 untergebracht. Dem Substrat­ halter gegenüber liegt in planparalleler Anordnung eine Kathode 48 mit einem Target 49 aus dem zu zer­ stäubenden Material. Die Kathode 48 ist von einem Erdungs­ schirm 50 umgeben.

Der Prozeßraum 2 ist teilweise durch eine Blende 51 unterteilt. Diesseits der Blende befindet sich eine ringförmige Verteilerleitung 52 für die Zufuhr des Zerstäubungsgases (Argon), jenseits der Blende befindet sich eine ringförmige Verteilerleitung 53 für die Zu­ fuhr eines Reaktionsgases. Diese Leitungen sind nur durch ihre geschnittenen Flächen angedeutet, und auch die aus der Vakuumkammer 1 herausführenden Anschluß­ leitungen sind der Einfachheit halber fortgelassen.

Im Bereich des Targets 49 mündet in den Prozeßraum 2 ein Glasfaserkabel 54. In der Nähe des Targets existiert nämlich beim Betrieb der Vorrichtung ein leuchtendes Plasma, so daß es mit dem Glasfaserkabel 54 möglich ist, die Zusammensetzung des Plasmas zu überwachen und hier­ bei insbesondere festzustellen, ob nur das gewünschte Material die Oberfläche des Targets verläßt bzw. in welcher Zusammensetzung. In diesem Fall ist also keine fremde Lichtquelle vorhanden, sondern die Strahlung der Materie selbst wird zur Analyse herangezogen.

Jenseits der Blende 51 mündet in den Reaktionsraum 2 ein weiteres Glasfaserkabel 55, welches zur Kontrolle der Zusammensetzung des eingelassenen Reaktionsgases dient, wenn dies beispielsweise ein Gasgemisch ist. Weiterhin sind mittels des Glasfaserkabels 55 auch Rückschlüsse im Hinblick auf die sich bildende Schicht auf den Substraten 47 möglich. Beispielsweise können von einem metallischen Target 49 Partikel abgestäubt werden, die auf ihrem Wege zu den Substraten oxidiert werden. Mittels des Glasfaserkabels 55 ist es bei­ spielsweise möglich, den relativen Oxidationsgrad der zerstäubten Partikel zu untersuchen.

Schließlich mündet ein wiederum weiteres Glasfaser­ kabel 56 in unmittelbarer Nähe der Substrate 47 in den Prozeßraum 2. Hiermit läßt sich beispielsweise ein Ätzvorgang überwachen. Wird nämlich beim Ätzen eine Schicht durchgeätzt, so tritt Material der darunter­ liegenden Schicht in den Reaktionsraum ein. Das Material wird angeregt und emittiert eine charakteristische Strahlung, die als Abschaltkriterium für den betreffenden Prozeß dienen kann.

Die Enden der Glasfaserkabel, die gleichfalls an dieser Stelle mit optischen Einrichtungen versehen sein können, definieren Meßstellen 57, 58 und 59, deren Lage jedoch nicht so eng fixiert ist, wie dies in Fig. 6 angedeutet wird.

Die Glasfaserkabel 54, 55 und 56 werden auch hier einer Glasfasermatrix zugeführt, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, d. h. die Enden der Glasfasern werden in jeweils einer Reihe ausgebreitet. Die Ansteuerung der einzelnen Faserreihen kann dabei in analoger Weise geschehen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, d. h. eine spaltförmige Blende 42 läßt sich durch translatorische Bewegung je einer Faserreihe zuordnen.

Die Unterbrechung der Strahlengänge kann an verschiedenen Stellen der Glasfaserkabel durchge­ führt werden. Fig. 7 zeigt einen Teil einer solchen Variante. Die außerhalb des Prozeßraums 2 liegenden Enden der Glasfaserkabel 54 bis 56 werden in äquidistanter Verteilung auf einem Kreis angeordnet, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist (das vierte dargestellte Glasfaserkabel dient nur zu Vorrats­ zwecken). Mit den Glasfaserkabeln fluchtet eine entsprechende Anzahl gleicher Glasfaserkabel, von denen in Fig. 7 nur die Glasfaserkabel 60 und 61 dargestellt sind. Diese führen zu einer Glasfaser­ matrix 39 gemäß Fig. 3. Die miteinander fluchtenden Enden sämtlicher Glasfaserkabel haben einen Abstand voneinander, in dem eine Blende 62 angeordnet ist, die auf der Welle eines nicht dargestellten Stellmotors sitzt, wie dies analog in Fig. 4 gezeigt ist. Die Blende ist eine sogenannte Sektorenblende, bei der der Sektorausschnitt in der Weise dimensioniert wird, daß jeweils nur ein Strahlengang zweier miteinander fluchtender Glasfaserkabel (z. B. 54 und 60) freige­ geben wird, während die Strahlengänge der anderen Glasfaserkabel unterbrochen sind. Zusätzlich kann eine weitere Blendenform und -stellung in der Weise vorge­ sehen werden, daß in einer Stellung alle Lichtleiter abgeschaltet werden, um ein Dunkelspektrum des Detektors zu bestimmen.

Die Abfrage der einzelnen Meßstellen kann dabei zyklisch und mit relativ hoher Frequenz erfolgen, so daß ein "Multiplexbetrieb" möglich ist. Auf diese Weise ist eine quasi-kontinuierliche Beobachtung aller Meßstellen möglich.

Claims (6)

1. Spektralfotometeranordnung mit mehreren in einer geschlossenen Kammer angeordneten Meßstellen für die Messung der optischen Eigenschaften transparenter, reflektierender und strahlender Materie in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge, insbesondere für die Messung der Veränderung der optischen Eigenschaften während der Erzeugung dünner Schichten auf Substraten in Vakuum­ kammern, mit einer spektralen Lichtzerlegungseinrich­ tung, einer aus einer Reihe von Meßzellen bestehenden, im Strahlenweg des Spektrums angeordneten Fotoempfänger­ einrichtung und einer die Meßzellen zyklisch abfragenden elektrischen Auswerteeinrichtung, wobei zwischen jeder Meßstelle und der spektralen Lichtzerlegungseinrichtung auf mindestens einem Teil der Länge des Strahlengangs mindestens ein Glasfaserkabel mit jeweils mehreren Fasern angeordnet ist, das in die Lichtzerlegungseinrich­ tung einmündet, und wobei den Glasfaserkabeln mindestens eine Blende zugeordnet ist, durch die jeweils ein Strahlengang einer Meßstelle selektiv auswählbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern jedes Glasfaser­ kabels (19, 22, 27; 54, 55, 56) an den in die Lichtzer­ legungseinrichtung (20) einmündenden Enden der Glasfaser­ kabel (19, 22, 27; 54, 55, 56) in je einer Reihe (19 a, 22 a, 27 a) angeordnet sind, daß alle Reihen (19 a, 22 a, 27 a) von Fasern der Glasfaserkabel (19, 22, 27; 54, 55, 56) unmittelbar benachbart und parallel zueinander ausgerichtet in einer Glasfasermatrix (39) angeordnet sind, und daß die Blende (12, 24, 42, 62) gegenüber Glasfaserkabeln beweglich ausgebildet ist.

2. Spektralfotometeranordnung nach Anspruch 1 für die Messung der spektralen Eigenschaften dünner Schichten auf Sub­ straten, mit mindestens einer, ein Kontinuum aussendenden Lichtquelle und einem Objekthalter in den Strahlengängen der Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meß­ stelle (17, 18, 28) eingangsseitig und ausgangsseitig je ein Glasfaserkabel (15, 19; 16, 22; 26, 27) zugeordnet ist.

3. Spektralfotometeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11) mit mehreren Glasfaserkabeln (15, 16) in Verbindung steht und daß zwischen der Lichtquelle (11) und den Lichteintrittsenden der Glasfaserkabel (15, 16) eine Blende (12) angeordnet ist, die jeweils nur ein Glasfaserkabel (15, 16) für den Lichtein­ tritt freigibt.

4. Spektralfotometeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lichtaustrittsseite der Glasfaserkabel (19, 22, 27) am Eintritt in die Lichtzer­ legungseinrichtung (20) eine über die Glasfaser­ matrix (39) bewegliche Blende (42) mit einem Spalt (43) angeordnet ist, durch den jeweils nur eine Reihe (19 a, 22 a, 27 a) von Fasern freigebbar ist.

5. Spektralfotometeranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer der ein Kontinuum aussendenden Lichtquelle (11) noch eine im wesent­ lichen monochromatische Lichtquelle (23) vorhanden ist, deren zugehörige Glasfaserkabel (26, 27) fluchtend mit gegenüberliegenden Wänden der Vakuumkammer (1) verbunden sind, und daß im Strahlengang der mono­ chromatischen Lichtquelle (23) gleichfalls eine Blende (24) angeordnet ist.

6. Spektralfotometeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Blende (12, 24, 42, 62) durch die Auswerteeinrichtung (34) steuerbar ist.