DE3803840A1

DE3803840A1 - Fotometer

Info

Publication number: DE3803840A1
Application number: DE19883803840
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl Phys Dicken; Johann Stuermer; Gernot Dipl Ing Thorn; Uwe Zipf
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1988-02-09
Publication date: 1989-08-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Photometer nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

Bei bestimmten Plasmaprozessen, beispielsweise beim Sputtern, wird bis weilen mit Hilfe eines Fotometers und eines Gasreglers der Ablauf geführt bzw. stabilisiert. An das verwendete Fotometer werden hierbei besondere Anforderungen gestellt, denn für das Aufstäuben von Reaktiv schichten ist es notwendig, mit Kathoden in einem instabilen Übergangs bereich zu sputtern und geregeltes Reaktivgas in das Plasma zu leiten, was ein schnelles Erkennen des Meßsignals - das in diesem Fall die Hellig keit des Plasmas ist - erfordert.

Es ist bereits eine photometrische Anordnung bekannt, welche in Vakuum- Beschichtungsanlagen zum Einsatz kommt und die eine Referenzlichtquelle, eine mechanische Zerhackerscheibe, einen teildurchlässigen Spiegel und einen lichtempfindlichen Sensor aufweist (DE-PS 26 27 753). Diese An ordnung ist jedoch für den Einsatz bei Plasmaprozessen nicht geeignet, da sie die Reflexion eines Lichtstrahls an dünnen Schichten voraussetzt.

Weiterhin ist eine Einrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung von Plasmaprozessen bekannt, bei der die Überwachung und/oder Steuerung mit Hilfe eines Massenspektrometers und - im Falle der Steuerung - einer dem Massenspektrometer nachgeschalteten Regeleinrichtung erfolgt, wo bei seitlich vom Plasma eine ionenoptische Einrichtung zur Extraktion von Ionen aus dem Plasma und zur Fokussierung der extrahierten Ionen auf die Eintrittsöffnung des Massenanalysators angeordnet ist (DE-OS 29 47 1542). Diese bekannte Einrichtung, bei der zuerst die Plasma-Zu sammensetzung mittels eines Massenspektrometers gemessen wird, ist indessen für schnell reagierende Plasma-Prozesse zu langsam.

Entsprechendes gilt auch für eine andere bekannte Einrichtung, in der ebenfalls ein Massenspektrometer eingesetzt wird (EP-A 01 21 019).

Eine andere bekannte Einrichtung für das Aufdampfen eines dünnen Films auf einem Substrat weist eine Kammer, eine Stromversorgung, eine Ein richtung für den Fluß eines reaktiven Gases, eine Regeleinrichtung sowie eine Einrichtung für die Erzeugung einer Glimmentladung mit einer be stimmten Lichtintensität auf (US-PS 41 66 784). Hierbei wird die Licht intensität der Glimmentladung in ein elektrisches Signal umgewandelt und das elektrische Signal mit einem Referenzsignal verglichen. Das re sultierende Vergleichssignal dient dazu, den Fluß des reaktiven Gases zu regeln, um dadurch die Dicke des dünnen Filters zu bestimmen. Die Emp findlichkeit dieser Einrichtung ist jedoch relativ gering, weil weder eine Referenzlichtquelle noch eine Nullpunktstabilisierung vorgesehen sind.

Es ist ferner eine Einrichtung bekannt, bei der das von einem Plasma emittierte Licht einer spektroskopischen Analyse unterworfen wird (K. Enjouki, K. Murata und S. Nishikawa: The Analysis and Automatic Control of a Reactive d.c. Magnetron Sputtering Process; Thin Solid Films, 108, 1983, S. 1 bis 7). Diese Einrichtung weist eine Vakuum-Kammer auf, in der sich ein Substrat und ein Plasma befinden und in die ein Gas in geregelter Form eingeführt wird. Das Licht, welches durch eine optische Öffnung in der Kammer austritt, wird bei einer bestimmten Betriebsweise (Mode C, Fig. 1) über einen Lichtzerhacker, eine optische Linse und einen Lichtleiter auf einen Monochromator gegeben, dessen optisches Ausgangs signal einem Photomultiplier zugeführt wird. Das elektrische Ausgangs signal des Photomultipliers gelangt sodann auf einen Verstärker, der mit einem Referenzsignal beaufschlagt wird und ein Vergleichssignal auf einen Regler gibt. Nachteilig ist bei dieser Einrichtung, daß kein optisches Referenzsignal vorgesehen ist.

Schließlich ist auch noch eine Vorrichtung für die Regelung der reaktiven Schichtabscheidung bei Magnetronkathoden mit leitfähigen Targets vorge schlagen worden, bei der ein optischer Sensor einer Spektralfotometer anordnung in die Reaktionszone zwischen Magnetronkathode und Substrat gerichtet ist (deutsche Patentanmeldung P 37 09 177.8). Der Strahlengang dieses Sensors ist hierbei parallel zur Targetoberfläche ausgerichtet und in großer Nähe zu dieser angeordnet. Eine Referenzlichtquelle und ein optischer Zerhacker sind bei dieser Vorrichtung nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hochempfindliches und null punktstabiles Fotometer zu schaffen, das insbesondere für die absolute und relative Lichtmessung an Industrieanlagen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß bei insgesamt sehr hoher Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung ständig eine automatische Kalibrierung auf eine hochkonstante Lichtquelle erfolgt und überdies eine selbständige Nullpunktstabilisierung durch einen Lichtzerhacker und eine interne automatische Offset-Kompensation er möglicht wird.

Die Steilheit der Gesamtanordnung, d. h. Fotomultiplier und alle Ver stärker, wird durch eine interne Regelautomatik in bezug auf eine Re ferenzlichtquelle ausgeregelt und normiert. Es ist eine Quotientenbildung mit einer Genauigkeit von besser als 1% über mehr als vier Dekaden hin weg möglich. Durch Variation der Lichtstärke der Referenzlichtquelle ergibt sich zusätzlich noch eine Verstellmöglichkeit für die Steilheit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines Fotometers für die Überwachung von Plasmen;

Fig. 2 eine Detaildarstellung einer Schaltungsanordnung, die an den Aus gang eines Fotomultipliers angeschlossen ist;

Fig. 3 verschiedene Signale, die an bestimmten Punkten der Schaltungs anordnung gemäß Fig. 2 auftreten;

Fig. 4a eine vergrößerte Darstellung einer Zerhackerscheibe, die zwei Lichtstrahlen zerhackt;

Fig. 4b ein Ausgangssignal eines Fotomultipliers;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Meßzyklen.

In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer Vakuumkammer 1 dargestellt, durch die hindurch ein Substrat 2 entlang einer Bewegungsbahn geführt wird, die durch gestrichelte Linien angedeutet ist. In eine Bodenplatte 3 der Vakuumkammer 1 ist eine Magnetronkathode 4, die einen Kathoden grundkörper 5 mit einer Stirnplatte 6 aufweist, unter Zwischenschaltung eines Isolierstoffrings 7 eingesetzt. Auf der Oberseite der mit Kühlkanälen versehenen Stirnplatte 6 befindet sich ein Target 8 aus einem elektrisch leitfähigen Material, das wenigstens eine Komponente des Schicht materials darstellt. Auf der Unterseite der Stirnplatte 6 befindet sich ein Magnetsystem 9, das aus einer ferromagnetischen Jochplatte 10 und aneinanderliegend darauf angeordneten Permanentmagneten 11, 12, 13 besteht, wobei der innenliegende Magnet 12 im Vergleich zu den außen liegenden Magneten 11, 13 eine entgegengesetzte Pollage aufweist, was durch die eingezeichneten Pfeile dargestellt ist. Im unmittelbaren Rand bereich des Targets 8 befindet sich eine Gasverteilungseinrichtung, die jedoch das Target 8 nicht überdeckt. Diese Gasverteilungseinrichtung be steht aus zwei Rohrleitungen 14, 15, die die Peripherie des Targets 8 zumindest auf einem wesentlichen Teil des Umfangs begleiten und Per forationslöcher aufweisen, durch die ein Reaktionsgas in Richtung auf das Target 8 austreten kann. Die Gasverteilungseinrichtung ist über Drosselventile 16, 17 und ein gemeinsames Regelventil 18 mit einer Gas quelle 19 für ein Reaktionsgas oder ein Gemisch aus einem Reaktions gas und einem Arbeitsgas, z. B. Argon, verbunden. Die Spannungsquelle für die Versorgung der Magnetronkathode 4 mit einer negativen Gleich spannung zwischen 400 und 1000 Volt ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Zwischen der Magnetronkathode 4 und dem Substrat 2 ist in der Nähe des Substrats 2 eine Abschirmungseinrichtung 20 angeordnet, die auch eine Anodenfunktion ausüben kann und entweder auf gleichem Potential wie die Vakuumkammer 1 oder auf einem darüber liegenden positiven Potential liegen kann.

Durch das Target 8, das Substrat 2 und die Abschirmeinrichtung 20 wird im wesentlichen eine Reaktionszone 21 begrenzt, in der sich ein reaktiver Prozeß zur Beschichtung des Substrats 2 in Verbindung aus dem Target material und dem Reaktionsgas abspielt.

Auf diese Reaktionszone 21 ist ein optischer Sensor 22 ausgerichtet. Von dem optischen Sensor 22 wird Licht über ein Glasfaserkabel 23 auf eine Spektralfilteranordnung 24 gegeben, wobei dieses Licht mittels einer Zer hackerscheibe, die von einem Motor 40 angetrieben wird, zerhackt werden kann.

Die Spektralfilteranordnung 24 kann z. B. ein Linieninterferenzfilter oder einen sonstigen verstellbaren Monochrometer enthalten. Dadurch ist es möglich, aus dem Lichtsignal des Sensors 22 eine oder mehrere Spektral linien auszusondern. Am Ausgang der Spektralfilteranordnung 24 steht somit zerhacktes monochromatisches Licht an, das über einen halbdurchlässigen Spiegel 27 einem Sekundärelektronenvervielfacher 28 zugeführt wird, der oft auch Fotomultiplier oder SEV genannt wird. Derartige Multiplier sind als solche bekannt (vgl. z. B. Bergmann-Schaefer, Lehrbuch der Experimen talphysik, Band II, Elektrizität und Magnetismus, 7. Auflage, 1987, S. 116, 117) und brauchen deshalb nicht näher beschrieben zu werden. Statt eines Fotomultipliers kann auch, in Abhängigkeit von der Lichtintensität und der Wellenlänge, ein anderer Meßkopf, z. B. mit Si-Diode oder PbS-Aufnehmer, verwendet werden. Für geringe Lichtstärken und kurzwellige Linien, z. B. die Titan-Linie bei 452 nm, ist der Fotomultiplier jedoch günstiger. Eine Zerhackerscheibe 26 zerhackt nur das aus dem Glasfaserkabel 23 kommende Licht und nicht den Lichtstrahl zwischen Spiegel 27 und Fotomultiplier 28, damit eine spätere Trennung der Lichtarten möglich ist. Das Licht einer Referenzlichtquelle 29 kann im Bedarfsfall durch elektrisches Ein- und Aus schalten "zerhackt" werden.

Auf den Multiplier 28 wird auch Licht dieser Referenzlichtquelle 29 ge geben, und zwar über den halbdurchlässigen Spiegel 27, der sowohl in einem Winkel von 45° zu dem Lichtstrahl der Referenzlichtquelle 29 als auch in einem Winkel von 45° zu dem Licht angeordnet ist, das von der Spektralfilteranordnung 24 kommt.

Die Referenzlichtquelle 29, bei der es sich vorzugsweise um eine im blauen Bereich abstrahlende lichtemittierende Diode handelt, wird von einer Einrich tung 31 gesteuert, die einen Stromregler 41 und einen Temperaturregler 42 aufweist. Der Stromregler 41 für die Referenzdiode 29 weist ein in der Fig. 1 nicht dargestelltes Sollwert-Potentiometer auf. Wenn man mit dem Strom zurückgeht, regelt ein Mehrkanalregler, der später noch näher beschrieben wird, auf eine höhere Verstärkung, d. h. die Anordnung wird empfindlicher. Der Strom kann über eine Steuerlogik 30, welche den Stromregler 41 beaufschlagt, ein- oder ausgeschaltet werden. Der Temperaturregler 42 regelt die Temperatur eines Blocks 32, der die Lichtquelle 29 umgibt. Die Ist-Temperatur wird dabei über eine Leitung erfaßt, die mit δ bezeichnet ist. Die Steuerlogik 30 erhält ein Signal über die Winkellage der Zerhackerscheibe 26 von einem Sensor 44, wodurch die Referenzdiode 29 ein- und ausgeschaltet und die Schalter eines Mehrkanalverstärkers 34 gesteuert werden.

Das Ausgangssignal des Fotomultipliers 28 wird auf einen Verstärker 33 gegeben, dessen Ausgangssignal dem Mehrkanalverstärker 34 zugeführt wird, der zugleich mit einem Winkelsignal der Steuerlogik 30 beaufschlagt wird. Dieses Signal beinhaltet Steuersignale für mehrere Schalter. An den Foto multiplier 28 ist ein Hochvoltwandler 46 angeschlossen, der eine Gleich spannung von 15 Volt und eine Gleichspannung von ca. 1000 Volt für die Spannungsversorgung des Fotomultipliers 28 transformiert. Der Vorverstärker 33 führt die Signale des Fotomultipliers 28 etwa zehnfach verstärkt und niederohmig einer Auswerteelektronik zu.

Der Mehrkanalverstärker 34 gibt ein verstärktes Ausgangssignal auf eine Nullregelung 35 ab. Außerdem beaufschlagt der Verstärker 34 einen Ver stärkungsregler 43 und einen Halteverstärker 45. Bei dem Signal, das von dem Halteverstärker 45 auf den PID-Regler 36 gegeben wird, handelt es sich um einen Licht-Istwert, der mit einem an dem Regelwiderstand 67 eingestellten Sollwert verglichen wird, wobei das Regelventil 18 über eine Ventil-Endstufe 37 geregelt wird. Die Nullregelung 35 dient dazu, die Nulldrift des Fotomultipliers 28 und des Verstärkers 34 automatisch zu kompensieren.

Die oben erwähnte Quotientenbildung der miteinander zu vergleichenden Lichtimpulse wird durch eine analoge Dividierschaltung ausgeführt, welche durch die Bauelemente 34, 35, 43, 45 realisiert wird. Hierbei wird einer von vier Kanälen auf einen konstanten Ausgangswert geregelt. Über den integrierenden Regler 43 wird die Verstärkung des Verstärkers stufenlos von 1 bis 10⁴ eingestellt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 34 gelangt auf einen vierkanaligen Halteverstärker 45. Die Einstellung erfolgt z. B. auf folgende Weise:
z. B. Referenzkanal

U _Ref · V = U _const ( = z. B. 5 V)

ein Meßkanal:

U₅₀ · V = U₇₂

Die eingestellte Verstärkung, die nötig ist, um U _const zu erreichen, wirkt auch auf die anderen Meßkanäle:

Die Indizes beziehen sich hierbei auf die entsprechenden Bezugszahlen der Fig. 2, auf die später noch näher eingegangen wird. Das Signal U ₅₀ wird also zum Signal des Referenzkanals ins Verhältnis gesetzt, was bedeutet, daß bei U ₅₀ =10 V und U _Ref =10 V das Signal U ₇₂ ebenso groß wird wie bei U ₅₀ = 1 mV und U _Ref = 1 mV. Dies bedeutet eine Division über vier Zehnerpotenzen im analogen Bereich.

Zwischen dem PID-Regler 36 und verschiedenen Referenzein- und -aus gängen 38 findet ein Informationsaustausch statt, wobei diese Ein- und Ausgänge 38 mit einem Rechner 39 verbunden sind. Bei dem PID-Regler 36 handelt es sich vorzugsweise um einen solchen, der alle Beschaltungsmög lichkeiten für die Anpassung an das Zeitverhalten der Gas-Regelstrecke enthält. Die Referenzein- und -ausgänge 38 definieren Schnittstellen zu dem Rechner 39. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann der Rechner 39 Informationen über die Qualität des Produkts durch eine Spektrum-Messung erhalten und dann den Referenzwert des Fotometers korrigieren. Es ist aber auch möglich, daß der Rechner 39 alle Meß- und Referenzwerte erhält und die Funktion des analogen PID-Reglers 36 durch eine frei programmierbare Regelcharakteristik ersetzt. Alternativ kann der Rechner 39 die Anlage für die Fotometer-Regelung vorbereiten und für die stoßfreie Übernahme der Regelung nach der Anfahrphase sorgen.

Wie sich aus der Fig. 1 ergibt, wird das direkt aus dem Plasma kommende Licht in einer Spektralfilteranordnung 24 gefiltert und nach entsprechen der Verstärkung als lstwert für das Gasregelventil 18 verwendet. Das Gasregelventil 18 ist hierbei vorzugsweise als Piezo-Ventil ausgebildet.

Wird durch Öffnen des Regelventils 18 Gas aus der Gasquelle 19 in die Reaktionszone 21 gegeben, so geht die Lichtstärke der Emissionslinie, die von dem Lichtleitkabel 23 auf die Zerhackerscheibe 26 gelangt, zurück.

Wird anstelle des Gasflusses in den Reaktionsraum 21 die nicht dargestellte Stromversorgung der Kathode 4 geregelt, was ebenfalls möglich ist, so wird der Regelsinn umgekehrt. Hierzu ist lediglich ein Umpolschalter zu betätigen.

Da das Plasmalicht in seiner Stärke von der Welligkeit der Gleichstrom versorgung beeinflußt wird und die Gleichstromversorgung der Kathode bei 50 Hz oder bei 6-pulsiger Gleichrichtung bei 300 Hz bzw. bei 12-pulsiger Gleichrichtung bei 600 Hz eine gewisse Welligkeit besitzt, wird zur Ver meidung von Synchronfehlern jeweils eine komplette 50-Hz-Periode als Meß zeit für das Prozeßlicht verwendet. Die folgende Periode dient wechselweise zur Nullpunktkorrektur oder zur Nachkalibrierung des Verstärkungsgrades. Es ist sinnvoll, während einer kompletten Periode der Netzfrequenz einen Mittelwert zu bilden, weil jeder kürzere Beobachtungszeitraum bei unter schiedlichen Welligkeitsanteilen zu falschen Richtmeßwerten führen kann.

In der Fig. 2 ist die Verarbeitungsschaltung für das Ausgangssignal des Fotomultipliers 28 näher dargestellt. Es handelt sich hierbei im wesentlichen um eine Detaildarstellung der Blöcke 34, 35, 43 und 45 der Fig. 1. Das Aus gangssignal des Fotomultipliers 28 wird dem Verstärker 33 zugeführt, dessen Ausgang mit vier Schaltern 50 bis 53 verbunden ist. Die Ansteuerung dieser Schalter 50 bis 53 erfolgt über die Steuerlogik 30. Ist einer der Schalter 50 bis 53 geschlossen, so gelangt die Spannung des Vor verstärkers 33 über einen Widerstand 54 auf einen weiteren Verstärker 56 mit einem Verstärkungsfaktor V bis zu 100, in dessen Rückkopplungs zweig sich der Widerstand 60 eines Optokopplers befindet, dessen licht emittierende Diode 61 mit einer zweiten lichtemittierenden Diode 62 in Reihe geschaltet ist, die einen lichtempfindlichen Widerstand 59 beauf schlagt, der im Rückkopplungszweig eines weiteren Verstärkers 58 mit einem Verstärkungsfaktor von 1 bis 100 liegt. Hierbei ist der Ausgang des Verstärkers 56 über einen Widerstand 57 mit dem Eingang des Verstärkers 58 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 58 ist über einen Schalter 66 und einen Widerstand 65 mit dem einen Eingang eines Operationsverstär kers 64 verbunden, in dessen Rückkopplungsleitung ein Kondensator 63 vor gesehen ist. An dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 64 wird mittels des regelbaren Widerstands 67 der Sollwert für die gewünschte Höhe der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers eingestellt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 64 ist mit der Anode der Diode 62 ver bunden. Der Ausgang des Verstärkers 58 ist außerdem über einen weiteren Schalter 68 und einen Widerstand 71 mit dem einen Eingang eines Opera tionsverstärkers 70 verbunden, in dessen Rückkopplungszweig sich ein Kon densator 69 befindet. Zwischen dem Eingang des Verstärkers 56 und dem Ausgang des Operationsverstärkers 70 ist ein Widerstand 55 geschaltet.

Eine weitere Verbindung des Ausgangs des Verstärkers 58 besteht zu vier Schaltern 72 bis 75. Jeder dieser Schalter 72 bis 75 ist mit einem Halte verstärker verbunden, der aus jeweils einem Kondensator 76 bis 79 und einem Operationsverstärker 80 bis 83 besteht. Ein Halteverstärker bezeich net einen bestimmten Kanal, z. B. ist der Halteverstärker 76, 80 einem Kanal I zugeordnet, während der Halteverstärker 77, 81 einem Kanal II zugeordnet ist. In entsprechender Weise sind der Halteverstärker 78, 82 einem Kanal III und der Halteverstärker 79, 83 einem Kanal IV zugeordnet. Über den Kanal I wird die Kalibrierung, über den Kanal II die Nullung, über den Kanal III die Messung und über den Kanal IV wieder die Nullung vorge nommen. Die Ausgänge der Operationsverstärker 80, 81 sind auf einen gemein samen Differenzverstärker 84 gegeben, während die Ausgänge der Operations verstärker 82, 83 auf einen gemeinsamen Differenzverstärker 85 gegeben sind. Am Ausgang 86 des Differenzverstärkers 84 steht ein Kalibrierungs signal an. In entsprechender Weise steht am Ausgang 87 des Differenz verstärkers 85 ein Meßsignal an.

In der Fig. 3 sind verschiedene Signale der Zerhackerscheibe 26 als Zeit diagramm dargestellt. Das Zeitdiagramm a) zeigt hierbei den Eichvorgang, der zwei Rechteckimpulse A, B von ca. 10 msec aufweist, die einen zeit lichen Abstand von ca. 70 msec haben.

Das Zeitdiagramm b) zeigt das Nullen, bei dem zwei Rechteckimpulse D, E von jeweils ca. 10 msec Dauer zwischen den Eichimpulsen A, B auftreten.

Der Meßvorgang ist im Zeitdiagramm c) dargestellt. Man erkennt hieraus, daß er etwa 40 msec beträgt und daß zwischen zwei Meßimpulsen D, E eine Pause von ca. 40 msec auftritt.

lm Zeitdiagramm d) ist das vom Fotovervielfacher 28 kommende und vom Vorverstärker 33 verstärkte Signal dargestellt. Es handelt sich also hierbei um das Signal, das von den Schaltern 50 bis 53 in Fig. 2 zugeführt wird. Man erkennt aus der Fig. 3, daß dieses Signal beispielsweise mit einem ne gativen Pegel F beginnt, dann beim Eichvorgang auf den positiven Impuls G springt, hierauf wieder einen negativen Wert H annimmt, um beim Meßvor gang auf einen positiven Wert I zu springen. Während des sich anschließen den Nullvorgangs verbleibt das Signal auf einem negativen Wert J, der beim erneuten Messen auf den positiven Wert K springt, von wo aus das Signal wieder auf einen negativen Wert L zurückfällt.

Das Zeitdiagramm e) zeigt das Signal am Ausgang des Verstärkers 34. In der Fig. 2 tritt dieses Signal somit am Ausgang des Operationsver verstärkers 58 auf. Die negativen Impulse F und H des Impulsdiagramms d) sind hierbei verschwunden, während den positiven Impulsen G und I des Fotomultiplier-Ausgangssignals die positiven Impulse M und N entsprechen, d. h. beim Eichen und Messen steht ein positiver Impuls an. Zu den Zeiten, zu denen genullt wird, vgl. Impuls C im Zeitdiagramm b), weist das Aus gangssignal einen negativen Sprung O bzw. einen positiven Sprung P auf.

Sobald der Meßvorgang beginnt, vgl. Impuls E im Diagramm c), geht der positive Sprung P in den positiven Impuls Q über. Am Ende des Meßvorgangs fällt der Impuls Q auf den Pegel R ab, der dem Pegel P entspricht. Bei einem erneuten Eichimpuls B springt das Ausgangssignal am Verstärker 34, ausgehend vom Pegel R, auf den Wert S.

Betrachtet man nun die Ausgänge 86, 87 der Anordnung gemäß Fig. 2, so stellt man Signalverläufe fest, wie sie im Zeitdiagramm f) wiedergegeben sind. Mit T ist hierbei das Referenzsignal bezeichnet, während das Meß licht-Signal mit U bezeichnet ist. Der Istwert X des Referenzsignals T ist nach ca. 85 msec erreicht; dagegen ist der Istwert V des Meßlicht-Signals U bereits nach ca. 60 msec erreicht. Die Werte X und V stellen die nun mehr gültigen Werte dar.

In der Fig. 4a ist die Zerhackerscheibe 26 noch einmal in vergrößertem Maßstab dargestellt. Statt eines Lichtstrahls 100 werden nunmehr zwei Lichtstrahlen 100, 101 von der Zerhackerscheibe 26 zerhackt. Jedem der zerhackten Lichtstrahlen ist ein Filter 102 bzw. 103 nachgeschaltet, wobei das durch das Filter 103 tretende Licht auf einen total reflektierenden Spiegel 104 fällt, der 45° zur Einfallsrichtung des Lichtstrahls 101 geneigt ist und den zerhackten Lichtstrahl auf die Unterseite eines halbdurchlässigen Spiegels 105 wirft. Auf diesen halbdurchlässigen Spiegel 105 gelangt auch zerhacktes Licht vom Filter 102. Somit werden die zerhackten und auf verschiedene Weise gefilterten Lichtstrahlen 100 und 101 zeitlich hinter einander über den Spiegel 105 auf den Fotovervielfacher 28 gegeben.

Die Fig. 4b zeigt das elektrische Ausgangssignal des Fotovervielfachers 28, wenn dieser mit zwei zerhackten Lichtstrahlen beaufschlagt wird. Man er kennt hierbei, daß dieses Ausgangssignal aus zwei aufeinanderfolgenden Impulsen mit unterschiedlicher Amplitude besteht. Die Phasenverschiebung der beiden Impulse ist dadurch bedingt, daß die Lichtstrahlen 100 und 101 von der Zerhackerscheibe 26 zu unterschiedlichen Zeiten zerhackt werden. Dies kann durch geeignete Schlitze in der Zerhackerscheibe 26 bewirkt werden.

Die Anordnung gemäß Fig. 4a ist dann vermeidbar, wenn man auf eine Absolutierung und damit auf eine handeinstellbare Referenzlichtquelle 29 verzichtet und statt dessen den einen Kanal mit einem anderen Spektrum anteil des Plasmas speist. Auf diese Weise können Relativmessungen durch geführt werden. Beispielsweise kann man eine erste Linienintensität mit einer zweiten ins Verhältnis setzen, indem man den Quotienten bildet.

Es ist auch möglich, eine Linienintensität mit dem Wert der Gesamt intensität zu vergleichen. Eventuelle Schwankungen der Versorgungsgrößen stören dann nicht mehr, weil sich die Fehler gemäß herauskürzen.

Auf diese Weise kann man z. B. zwei Metall-Linien im Verhältnis zuein ander konstant regeln. Von besonderer Bedeutung beim Plasma-Ätzen ist die sogenannte Endpunkt-Detektion. Hierunter versteht man den Umstand, daß irgendeine Schicht durchgeätzt ist und der Untergrund, der aus einem anderen Material besteht, sichtbar wird und erkannt wird. In diesem Moment ändert sich das Verhältnis bestimmter Spektrallinien zueinander sehr stark, so daß hierdurch das Prozeßende angezeigt wird.

Durch die Fig. 5 wird veranschaulicht, daß sehr kurze Meßintervalle von z. B. 1 msec zu einem falschen Mittelwert führen könnten, weshalb sich die Meßzeit erfindungsgemäß über genau 20 msec erstreckt. Betrüge die Meß zeit nur 1 msec, so könnte sie in Gleichrichterwellen fallen, die unter schiedliche Amplituden aufweisen, wie es die Säulen I und II veranschau lichen.

Claims

1. Fotometer mit einer ersten Lichtquelle und einer zweiten Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lichtquellen (21, 29) zueinander ins Verhältnis gesetzt werden und ein Signal gebildet wird, das zur Steuerung eines Prozesses dient.

2. Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht intensitäten der beiden Lichtquellen (21, 29) über eine Quotientenbildung ins Verhältnis gesetzt werden.

3. Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quotienten bildung über eine analoge Dividierschaltung erfolgt.

4. Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lichtquelle (29) eine Referenzlichtquelle ist.

5. Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtquelle eine erste Emissionslinie eines strahlenden Gases (21) ist, während die zweite Lichtquelle eine zweite Emissionslinie desselben strah lenden Gases (21) ist.

6. Fotometer nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Zerhackerscheibe (26) vor gesehen ist, die derart zwischen der ersten Lichtquelle (21) und einem teil durchlässigen Spiegel (27) angeordnet ist, daß das zerhackte Licht auf die Oberseite dieses Spiegels (27) fällt, daß ferner die Unterseite dieses teil durchlässigen Spiegels (27) von der zweiten Lichtquelle (29, 101) ange strahlt wird und daß wenigstens ein Teil des von der Unterseite des Spiegels (27) ausgehenden Lichts einem lichtempfindlichen Sensor (28) zugeführt ist.

7. Fotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der licht empfindliche Sensor (28) ein Fotomultiplier ist.

8. Fotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zu messenden Licht und der Zerhackerscheibe (26) wenigstens ein Licht leiter (23) vorgesehen ist.

9. Fotometer nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzlichtquelle (29) in einem temperaturregelbaren Block (32) angeordnet ist.

10. Fotometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz lichtquelle (29) in ihrer Helligkeit steuerbar ist.

11. Fotometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz lichtquelle (29) eine Luminiszenzdiode ist, die im blauen Bereich abstrahlt.

12. Fotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs signal des lichtempfindlichen Sensors (28) einer Einrichtung (34 bis 37, 43) zugeführt ist, die ein Ventil (18) steuert, das zwischen einem Gasbehälter (19) und einem Plasmaraum (21) angeordnet ist.

13. Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der ersten Lichtquelle von einem Plasma abgestrahlt wird.

14. Fotometer nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Gas in einen Plasmaraum (21) in Abhängigkeit von der Helligkeit des Plasmas geregelt wird.

15. Fotometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein richtung (34 bis 37, 43) einen Verstärker (34), einen Nullregler (35), einen Verstärkungsregler (43), einen PID-Regler (36) und eine Ventil- Ansteuerendstufe (37) aufweist.

16. Fotometer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der PID- Regler (36) mit Referenzeingängen und/oder -ausgängen (38) verbunden ist.

17. Fotometer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz eingänge und/oder -ausgänge (38) mit einem Rechner (39) in Verbindung stehen.

18. Fotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der ersten Lichtquelle mittels eines Filters (24) gefiltert wird, das sich zwischen dem teildurchlässigen Spiegel (27) und der Zerhackerscheibe (26) befindet.

19. Fotometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Regel ventil (18) ein Piezoventil ist.

20. Fotometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Foto multiplier (28) einen Verstärkungsfaktor von V < 10⁶ aufweist.

21. Fotometer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Fotomultipliers (28) mit dem Eingang eines geregelten Verstärkers (34) verbunden ist, der einen Verstärkungsgrad V von 1 bis 10⁴ hat.

22. Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lichtquelle ein Lichtbündel (101) ist, das über ein Filter (103) einem total reflektierenden Spiegel (104) zugeführt ist, der dieses Lichtbündel (101) auf die Unterseite des teildurchlässigen Spiegels (105) reflektiert.

23. Fotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (44) für die Erfassung der jeweiligen Winkellage der Zerhackerscheibe (26) vorgesehen ist und daß ein regelbarer Verstärker (34) in Abhängigkeit von dieser Winkellage gesteuert wird.

24. Fotometer nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lichtquelle (29, 101) in Abhängig keit von der Winkellage der Zerhackerscheibe (26) gesteuert wird.

25. Fotometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs signal des lichtempfindlichen Sensors (28) über einen Vorverstärker (33) mit einem von mehreren Schaltern (50 bis 53) und weiteren Verstärkern (56, 58) verbunden ist und daß Halteverstärker (76 bis 79, 80 bis 83) und Differenzverstärker (84, 85) vorgesehen sind, welche das von den Ver stärkern (56, 58) kommende Signal verarbeiten und ein Kalibrierungs- und ein Meßsignal bereitstellen.

26. Fotometer nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der geregelte Verstärker (34) Operationsverstärker (56, 58) aufweist, in deren Rück kopplungszweig jeweils ein lichtempfindlicher Widerstand (59, 60) vorge sehen ist, der zusammen mit einer lichtemittierenden Diode (61, 62) einen Optokoppler bildet, wobei die Optokoppler in Reihe zu einem Verstärkungs regler (43) geschaltet sind.