JPS60194331A - 分光光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明はスペクトル分解装置、多数の測定セルからなる
スペクトルの光路に配置した受光装置および測定セルを
循環的に呼出す電気的評価装置を有し、材料とスペクト
ル分解装置の間に光路の少なくとも一部の長さにわたっ
て光分解装置へ開口する少なくとも１つのガラスファイ
バケーブルが配置されている、透明、反射および放射材
料の光学的性質を波長に応じて測定するだめの、とくに
真空室内で基材上に薄膜を製造する間の光学的性質の変
化を測定するだめの分光光度計に関する。

フィルタ、ミラー、レンズのような光学的製品の製造お
よび（または）品質管理の際、光学的特性を波長に応じ
て測定し、スペクトルをグラフに表示し、または計算過
程によって処理することがしばしば必要である。この１
例は反射防止膜とくに帯域内の可視光の反射をできるだ
け少なくする広帯域反射防止膜である。このような膜は
一般に異なる屈折率を有する多数の個個の膜（いわゆる
干渉膜系）からなる。製造の際個々の膜の時間的形成を
監視しなければならない。最終製品で許容公差内にある
ことを検査しなければならない。もう１つの例はフィル
タ膜たとえば熱線を保留するけれど可視光線をできるだ
け容易に透過させる赤外フィルタである。さらにもう１
つの例はいわゆる冷光ミラーであり、これは短波長の冷
たい光線を光学系へ反射し、有害な長波長の熱線を妨害
せずに逃がす（たとえば映写機ランプ）。

従来の技術： このような膜または膜系を製造する際および最終的検査
の際、膜の特性のスペク１ルに応する測定が必要である
。膜を製造する雌側定値はさらに製造過程の制御たとえ
ば膜材料の沈積速度の制御、または膜もしくは金膜系の
製造完了後被覆過程を最終的に遮断するために使用する
ことができる。膜特性のスペクトルに応する測定に関し
ては文献にすでに多数の光度計装置が提案されている。

ＨｏＭ、　Ｒｕｎｃｉｍａｎ　、　Ｗ、Ｂ、　Ａ１１ａ
ｎおよびＪｏＭ。

Ｂａ１ｌａｎｔｉｎｅによるＪ、Ｅｌｃｉ、■ｎｓｔｒ
ｕｍ、　１９６６　。

ＶＯ１４３、８１２〜８１５ページの論文”Ａ　ｔｈｉ
ｎｆｉｌｍ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｕｓｉｎｇｆｉｂｒｅ　
ｏｐｔｉｃｓ”によって、測定光線を光源から第１がラ
スファイバケーブルを介して真空室内へ測定物体の至近
まで導き、反射した測定光線を第２がラスファイバケー
ブルを介して真空室から検知器および評価装置に送るこ
とが公知である。この場合各側定位置または各測定物体
ごとに１つの完全な測定系が必要になる。

米国特許第３８７４７９９号明細書によって分光光度計
が公知であり、これによれば測定物体から出る光線は回
折格子として形成した光分解装置によってスペクトルに
分解され、個々の発光ダイオードの列配置として形成し
た受光装置に送られる。互いにきわめて密に配置したそ
れぞれのダイオードはその空間的位置によってまったく
一定の波長に対応配置されるので、ダイオードの循環的
呼出によってスペクトルの強度経過を波長に応じて測定
することができる。

この場合もそれぞれ個々の測定位置に対して特殊な測定
および評価装置が必要である。

西独公開特許公報第２６　５５　２７２号により前記概
念の分光光度計装置が公知であり、その光分解装置はほ
ぼ米国特許第３８７４７９９号に記載のものに相当する
。付加的にガラスファイバケーブルとして形成したもう
４１つの光導体が存在し、これによって測定光線は真空
室から同様凹面回折格子を含む光分解装置の入射スリッ
トに送られる。この場合も各測定位置のために１つの固
有の測定装置が必要である。

もう１つの適用分野は真空被覆過程での放射材料の監視
である。たとえば熱線を放射する高熱蒸発源゛または陰
極スパッタリング法のような発光現象を伴うプラズマ過
程を監視および（または）制御することが必要である。

発明が解決しようとする問題点： 多数の測定位置によりプロセス制御の正確性を上昇する
ことが必要な場合、公知測定原理を適用すれば著しく多
数の測定および計画系が必要になる。それゆえ本発明の
目的は１つのみの測定および計画系により測定精度を維
持しながら多数の互いに独立の測定位置または測定物体
を測定することである。

問題点を解決するための手段： この目的は前記スペクトル分光光度計装置において、多
数の測定位置が配置される場合各側定位置にそれぞれ少
なくとも１つのガラスファイバケーブルを配置し、ガラ
スファイバケーブルの光分解装置へ開口する端部をそれ
ぞれ１列に配置し、すべてのガラスファイバの列が直接
隣接し、かつ互いに平行にガラスファイバマトリックの
形に配置し、ガラスファイバケーブルに少なくとも１つ
の絞りを配置し、それによってそれぞれ測定位置の１つ
の光路を選択的に選択することによって解決される。

作用： 本免明により多数のガラスファイバケーブルを１つの光
分解装置へ接続することにより、かつそれぞれの絞りを
制御することにより、１つだけの光分解装置およびこれ
に後置した評価回路により多数の測定位置または測定物
体を測定し、そこに得た測定結果を評価することができ
る。それによって作業費用はさもなければ必要な費用の
数分の１に低下する。他の測定位置はそれぞれ光分解装
置の入口の付加的ファイバ列によって形成される。

スリットまたはファイバ列の種々の位置がそれぞれのス
リットの位置の函数としてスペクトルの波長に対応して
シフトするので、この過程を補償することが必要である
。これはたとえば公知線スペクトルとの比較により、ま
たは評価装置に属するマイクロプロセッサによる計算曲
者Ｊによって容易に可能である。個々の測定位置を循環
的に迅速に順次に呼出し、評価結果を個々の測定位置に
対応させることもできる。所要の同期１ヒはこの場合も
マイクロプロセッサによって達成することができる。１
つのスペクトルの測定時間は本発明によれば約５０ミリ
秒であり、測定値の処理時間は一般にもっと長いので、
処理時間の間第を他の測定位置へ切替えることが行われ
る。同じ系で処理室内のガス雰囲気を分析することもで
きる。

本発明の他の有利な形成は特許請求の範囲第２〜６項に
記載される。

次に本発明の実施例を第１〜７図により説明する。

実施例： 第１図には真空室１が示されるけれど、この室は任意の
他の反応室であってよい。真空室１は処理室２を包囲し
、この室内で真空蒸着Ｉｓ極スパッタリング、ｆヒ学蒸
着（ＯＶＤ）等のような常用被覆法の１つを実施するこ
とができる。このような被覆法のだめの装置上の前提は
公知であり、それゆえ簡単のためその説明は省略する。

真空室１内には測定物体４を支持する物体ホルダ３のみ
が存在し、この物体は被覆法のだめの１つの連続的基材
であるけれど、いっしょに被覆する多数の個々の基材で
あっ−Ｃもよい。真空室１は公知構造の多数の真空貫通
孔５〜１０を有し、これに関する詳細な説明は必要でな
い。

測定物体４はその透過性および反射性を波長に応じて連
続的に試験する部材である。

この目的で真空室外に旋回可能の絞り１２によって包囲
された連続スペクトルを発する光源１１がある。絞り１
２は調節軸１３を介してサーボモータ１４と結合してい
るので、光源１１の光線は選択的に１つの所定方向に射
出することができ、すべての他の方向には遮断される。

この絞り系の詳細は第４図により後述する。

光源１１からそれぞＪｚ　１つのガラスファイバケーブ
ル１５″ｉ！だは１６が真空貫通孔５または８を介して
真空室１へ測定物体４の至近まで導かれる。ガラスファ
イバケーブル１５または１６の端部の位置によって測定
物体４０局部的に制限した位置または測定物体４が多数
の個々の基材からなる場合個々の基材に関する測定位置
１７または１８が決定される。

測定位置１Ｔを透過した光線（透過測定）は真空貫通孔
６を介して案内されるガラスファイバケーブル１９を介
してたとえば米国特許第６８７４７９９号または西独公
開特許公報第２６２５　２７２号に記載される光分解装
置２０へ送られる。入射部２１には第６図により詳述す
る多数の平行スリットがある。測定物体４の至近にある
ガラスファイバ１５および１９の端部が互いに１線上に
あることは明らかである。

測定位置１８にはげラスファイバケーブル１６の内側端
部だけでなく、同じ側からがラスファイバケーブル２２
の内側端部も向いている。

この方法で測定位置１８の範囲ではいわゆる反射測定が
実施される。がラスファイバケーブル２２は真空貫通孔
７を介して光分解装置２００Å射部２１の範囲のもう１
つのスリットへ導かれる。

ガラスファイバケーブル１５．１６．１９および２２の
内側端部に光損失を十分に除去する光学系を配置しうろ
ことは明らかである。

真空室１の外部にさらに直線発光器として形成したもう
１つの光源２３が配置される。この光源にサーボモータ
２５によって作動するもう１つの絞り２４が配置される
。単色光源２３の光線はガラスファイバケーブル２６お
よび真空貫通孔１０を介して処理室２へ導かれ、ガラス
ファイバケーブル２６はとくに真空貫通孔１０の直後に
終る。真空室１の正確に対応する位置に真壁貫通孔９に
保持されるもう１つのガラスファイバケーブル２７がケ
ーブル２６と１線に整列する。この場合もガラスファイ
バケーブルの相対する２つの端部は光線集束のため適当
な光学系を備えることができる。２つの端部の間にはガ
ラスファイバケーブル２６および２７の端部の間の開い
た光路によって形成されるもう１つの測定位置２８があ
る。この方法で処理室２内のガス雰囲気のスペクトルを
めることができる。ガラスファイバケーブル２γも入射
位置２１にある１つのスリットに導かれる。

光分解装置２０は公知のように反射ミラー２９、回折格
子３０（格子構造を有する凸面ミラー）およびもう１つ
の反射ミラー３１を含む。

反射ミラー３１によって反射されるスペクトルに分解し
た光線は同様公知法でダイオードアレーとして形成した
受光装置３２へ入射する。制御および測定信号は多心ケ
ーブルを介して計算ユニット３４へ伝送され、ここでス
ペクトル分布測定信号の数学的計画および（−または）
表示が行われる。

計算ユニット３４はさらに制御ユニット３５を含み、こ
れによって２つの制御導線３６または３７を介してサー
ボモータ２５または１４が後述のように制御される。

第２図は常用ガラスファイバケーブル１５の略示断面を
示し、個々のファイバの数を著しく少なく、その直径を
著しく拡大して示す。前記目的のためのガラスファイバ
ケーブルは通常直径２００ｐｍ、最小でも１００μｍの
数十の個々のファイバを有する。この場合全部で７つの
明細のファイバ３８が示される。

第６図によればファイバ３８は光分解装置２０（第１図
）へ開口する端部がそれぞれ閉鎖した列に配置され、第
６図は６つのがラスファイバケーブル、この場合第１図
のがラスファイバケーブル１９．２２および２７０列に
配置したファイバを示す。それぞれの列１９ａ、２２ａ
および２７ａは直接隣接して互いに平行に走り、いっし
ょにガラスファイバマトリックス３９を形成する。この
ガラスファイバマトリックスは光分解装置２００Å射位
１ｉｔ２１に個々のファイバの端部が反射ミラー２９へ
面するように配置される。以下に詳述するようにそのた
め測定の際つねにファイバ列の１つのみが検出または評
価されるように配置される。列１９ａ、２２ａおよび２
７ａの縦軸が回折方向に垂直または受光器の列配置に対
し垂直であることが重要である。

第４図は第１図の叙り１２の範囲の詳細を示す。絞りは
中窒円′筒の２７０°セクタからなり、このセクタは光
源１１の周囲に同心に配置されその軸を中心に調節軸１
３およびサーボモータ１４により回転可能である。４つ
のガラスファイバケーブルの端部は光源１１を中心とし
て等距離に分布配置され、ガラスファイバケーブル１５
および１６の端部が上まだは下にある。

左右には他の２つのガラスファイバケーブル４０まだは
４１が配置され、これによって他の２つの測定位置へ測
定光線を送ることができる。

しかしこの測定位置は第１図には簡単のため示されてい
ない。絞り１２０角位置に応じてつわに１つのガラスフ
ァイバケーブルのみが光を伝送する。この場合絞り１２
は第１図に対し１８０°回転した位置にあるので、測定
位置１８のだめのガラスファイバケーブル１６のみが測
定光線を伝送する。残りのがラスファイバケーブルは遮
断される。この方法で各ガラスファイバケーブルは選択
的に個々に測定光線が負荷される。第１図ではガラスフ
ァイバケーブル１５に測定光線が送られる。

前記装置の機能は次のとおりである： 絞り１２および２４の第１図に示す位置でがラスファイ
バケーブル１５のみが測定位置１７の透過測定を実施す
るため測定光線で負荷される。測定光線の通過部分はガ
ラスファイバケーブル１９の端部でそこに列１９ａの形
に配置したがラスファイバ（第６図）から出る。列２２
ａおよび２γａのファイバ端部は暗黒である。

測定位置１８で反射測定を実施する場合、制御ユニット
３５は制御導線３７およびサーボモータ１４を介して絞
り１２を第４図に示す反対位置へ切替える。測定光線は
ガラスファイバケーブル１６へ入射し、その反射分はガ
ラスファイバケーブル２２をブｒして入射位置２１へ達
し、ここには列配置２２ａが開口している。ここから出
る光線は光分解装置２０内でスペクトルに分解され、受
光装置３２により評価される。

この測定の間、列１９ａおよび２７ａの範囲のファイバ
端部は暗黒である。

通常測定初期にはいわゆるバックグラウンドスペクトル
エ０が蓄積され、これが次にプロセスで発生するスペク
トルエと比較される。比工／工。

の形成によってたとえばランフ０スペクトルおよびガラ
スファイバの透過性と無関係のスペクトルが得られる。

線スペクトルをめる場合、制御ユニット３５によって絞
り１２を９０°回転するので、２つの；ゲラスファイバ
ケーブル１５および１６には測定光線が入らない。同時
に制御ユニット３５は制御導線３６を斤してサーボモー
タ２５を絞り２４がガラスファイバケーブル２６への光
線入射を可能にするように制御する。光線の処理室を通
過した部分はガラスファイバケーブル２７をＪｉ−して
入射位置２１の範囲の列配置２７ａに達し、列ｉ９ａお
よび２２ａは暗黒である。それゆえこの場合受光装置３
２により処理室２内のガス雰囲気のスペクトル特性が検
出される。

第６図による列配置によって各ガラスファイバケーブル
は狭いスリット内に拡がり、評価装置のスペクトル分解
能に重要なその幅はほぼ明細のファイバの太さに相当す
る。マトリックス３９へ一括することによって個々のス
リットまたは列を狭い空間に収容することが可能になる
。１つの列から他の列への切替は光分解装置２００Å口
のシフトに相当する。それによって受光装置３２におけ
るスペクトルのシフトも伴われる。一定の線の放射器と
個々の測定セルとの波長較正によって、それぞれの測定
位置からのスペクトルに計算ユニットを介してそれぞれ
の波長較正が行われる。

絞り１２または２４は第１図に示すようにガラスファイ
バケーブル１５．１６および２６０入射側に配置する必
要はない。入射位置２１にスリット４３を有する絞り４
２を配置することもでき、この絞りは光分解装置２０の
内部に配置してもよい。このような実施例は第５図に逆
の位置で示される。個々のガラスファイバの端部の個々
の列１９ａ、２２ａおよび２７ａは第６図に示したマト
リックス３９に配置され、絞り４２のスリット４３は各
列１９ａ、２２ａおよび２γａに対し選択的に動かすこ
とができ、スペクトルの輝度分布を計画するためそれぞ
れ１つだけの列が開放される。絞り４２を操作するため
、制御導線４５を介して制御ユニット３５へ接続したも
う１．つのサーボモータ４４が存在する。第５図による
付加的絞り４２は入射位置から光分解装置２０への場合
による迷光を除去する理由からも備えることができる。

このような場合もちろん絞り１２および２４の平行制御
が必要である。

列の間隔は過大に示される。間隔をできるだけ小さくシ
、スリットをできるだけ狭くするのが望ましい。スリッ
ト幅がたとえば個々のガラスファイバの直径より小さい
場合、それによって全装置の光学的分解能を改善するこ
とができる。

第６図には同様処理室２を包囲する真空室１が示される
。処理室内には多数のディスク状基材４Ｔを有する基材
ホルダ４６が収容される。

基材ホルダに相対してスパッタリング材料からなるター
デッド４９を有する陰極４８が面平行装置の形で配置さ
れる。陰極４８はアーススクリン５０で包囲される。

処理室２は一部絞り５１によって分割される。絞りの上
側にスパッタリングがス（アルゴン）を供給するだめの
リング状分配管５２があり、絞りの下側には反応ガスを
供給するだめのリング状分配管５３がある。これらの管
は断面のみが示され、真空室１から出る接続導管も簡単
のため図示されていない。

処理室２のターデッド４９の範囲にガラスファイバケー
ブル５４が開口する。装置作業の際ターデッドの近くに
は明るいプラズマが存在するので、ガラスファイバケー
ブル５４によってプラズマの組成を監視し、とくに所望
材料のみがターゲットの表面から出るがまたはいかなる
組成で出るかを確認することができる。すなわちこの場
合外部光源は存在せず、材料自体の放射が分析に利用さ
れる。

絞り５１の下側の反応室２へもう１つのガラスファイバ
ケーブル５５が開口し、これは導入した反応ガスがたと
えばがス混合物である場合その組成の監視に役立つ。さ
らにガラスファイバケーブル５５により基材４７上に形
成される層の手掛りも得られる。たとえば金属ターデッ
ド４９から基材への途中で酸化される粒子をスパッタさ
せることができる。ガラスファイバケーブル５５により
たとえばスパッタした粒子の相対的酸化度を試験するこ
とができる。

最後に基材４７の至近の処理室２へさらにもう１つのガ
ラスファイバケーブル５６が開口する。これによってた
とえば腐食過程を監視することができる。腐食の場合、
１つの層が完全に腐食されると、その下にある材料は反
応室へ入る。この材料は励起され、特徴的放射を放出し
、これがそれぞれのプロセスの遮断規準として役立つ。

ガラスファイバケーブルの端部は同様光学装置を備える
ことができ、この端部により測定位置５７．５８および
５９が決定されるけれど、その位置は第６図に示すよう
に狭くは固定されない。

がラスファイバケーブル５４．５５および５６はこの場
合も第６図に示すよりながラスファイバマトリックスに
導かれ、すなわちガラスファイバの端部はそれぞれ列に
拡げられる。個々のファイバ列の制御はこの場合第５図
に示すものと同様に行われ、すなわちスリット状絞り４
２が並進運動によってそれぞれ１つのファイバ列に対応
する・ことができる。

光路はガラスファイバケーブルの種々の位置で遮断する
ことができる。第７図はこのような実施例の一部を示す
。ガラスファイバケーブル５４〜５６の処理室２外にあ
る端部は第７図に示すように１つの円上に等間隔に配置
される（図示の第４のガラスファイバケーブルは予備の
ためにある。）ガラスファイバケーブルと相当数の同じ
がラスファイバケーブルが１線に整列し、そのうち第７
図にはガラスファイバケーブル６０および６１だけが示
される。これらは第６図のガラスファイバマトリックス
３９に通ずる。すべてのがラスファイバケーブルの互い
に１線にある端部は互いに離れ、この間に第４図に示す
と同様に、図示されていないサーボモータの軸に支持し
た絞り６２が配置される。この絞りはいわゆるセクタ絞
りであり、セクタの寸法はそれぞれ互いに１線にある２
つのガラスファイバケーブル（たとえば５４および６０
）の光路のみが開放され、他のガラスファイバケーブル
の光路を遮断するように選択される。付加的にもう１つ
の絞りを検知器の暗スペクトルを測定するため１つの位
置ですべての光導体を遮断するように配置することがで
きる。

個々の測定位置の呼出はこの場合循環的に比較的高頻度
で行われるので、マルチプレックス作業が可能である。

この方法ですべての測定位置の準連続的観測が可能であ
る。絞りとは光路のすべての遮断装置を表わし、たとえ
ばガラスファイバケーブル内に偏光フィルタとともに偏
光効果を発生させる装置も含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体材料の透過および反射ならびにがス状材料
の透過を測定するため６つの測定位置を有する完全な光
度計配置の原理図、第２図は常用ガラスファイバケーブ
ルの横断面図、第５図はファイバをそれぞれ１列に配置
して１つのマトリックス（（シた３つのガラスファイバ
ケーブルの横断面図、第４図は光源および４つのガラス
ファイバケーブルの入射端の範囲に配置した絞りの斜視
図、第５図は第４図と異なる絞りの実施例の斜視図、第
６図はプラズマ法の種種の位置で放射材料を測定するた
めの完全な光度計装置の原理図、第７図は絞り制御装置
の異なる実施例の斜視図である。 １・・・真空室、２・・・処理室、３・・・物体ホルダ
、４・・・測定物体、１１．２３・・・光源、１２，２
４．４２・・・絞９．１５．１６，１９，２２，２６．
２７・・・ガラスファイバケーブル、２０・・・光分解
装置、３０・・・回折格子、３２・・・受光装置、３４
・・・計算ユニット、３５・・・制御ユニット、４１・
・・基材、４８・・・陰極、４９・・・ターガツト、５
１．６９・・・絞り ３・・　牝ハ本木ルタ １２、ｚ７Ｆ仕ｖ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　スペクトル分解装置、多数の測定セル力）らなる
   スペクトルの光路内に配置した受光装置および測定位置
   を循環的に呼出す電気的計画装置を有し、材料とスペク
   トル分解装置の間に光路の長さの少なくとも一部にわた
   ってスペクトル分解装置へ開口する少なくとも１つのが
   ラスファイバケーブルが配置されている、透明、反射お
   よび放射材料の光学的性質を波長に応じて測定するだめ
   の分光光度計において、多数の測定位置（１７，１８，
   ２８゜５７．５８．５９）を配置する場合、各測定位置
   に対し少なくともそれぞれ１つのガラスファイバケーブ
   ル（１５，１９；１６，２２；２６，２７；５４，５５
   ．５６）が配置され、各ファイバが光分解装置（２０）
   へ開ロ手７−イ→スファイバケーデルの端部−ｃ−１ｔ
   −レ−’ｔ：れ１列（１９ａ、２２ａ、２７ａ）に配置
   され、すべてのガラスファイバケーブルの列（１９ａ、
   ２２ａ、２７ａ）が直接隣接して互いに平行に整列して
   ガラスファイバマトリックス（３９）の形に配置され、
   ガラスファイバケーブルに測定位置のそれぞれ１つの光
   路な選択的に選択しうる少なくとも１つの絞り（１２，
   ２４，４２，６２）が配置されていることを特徴とする
   分光光度計。 の光源および光源の光路内に物体ホルダを有し、各測定
   位置の入射側および射出側にそれぞれ１つのがラスファ
   イバケーブル（１５゜１９；１６．２２；２６．２７）
   が配置されている特許請求の範囲第１項記載の光度計。 ６、光源（１１）が多数のガラスファイバケーブル（１
   ５，１６）と結合し、光源とガラスファイバケーブルの
   光入射端の間にそれぞれ１つのガラスファイバケーブル
   だけに光を入射させるだめの絞り（１２）が配置されて
   いる特許請求の範囲第２項記載の光度計。 ４、光分解装置（２０）への入射位置のガラスファイバ
   ケーブルの光線射出側にガラスファイバマトリックス（
   ３９）上を動きうるスリン）（４３）を有する絞り（４
   ２）が配置され、このスリットによってそれぞれ１列（
   １９ａ、２２ａ、２γａ）だけのガラスファイバが開放
   される特許請求の範囲第２項記載の光度計。 続 ５、連ｔスペクトルを発する光源（１１）のほかにさら
   に１つの単色光源（２３）が存在し、これに属するがラ
   スファイバケーブル（２６，２７）が１線に真空室（１
   ）の相対する壁と結合し、単色光源（２３）の光路内に
   同様絞り（２４）が配置されている特許請求の範囲第６
   項または第４項記載の光度計。 ６、　少なくとも１つの絞り（１２，２４，６２）が評
   価装置（３４）によって制御可能である特許請求の範囲
   第１項記載の光度計。