DD211176A1

DD211176A1 - Zweistrahlreflektometer

Info

Publication number: DD211176A1
Application number: DD24444082A
Authority: DD
Inventors: Harald Schau
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1982-11-01
Filing date: 1982-11-01
Publication date: 1984-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahlreflektometer zur spektralen Messung des gerichteten absoluten Reflexionsgrades ebener optischer Bauteile. Ziel ist es, mit einer geringen Anzahl bewegter Bauelemente einen Messwert mit hoher Genauigkeit zu ermitteln. Die Aufgabe der Erfindung, ein Zweistrahlreflektometer zu entwickeln, das den Anschluss an bekannte Zweistrahlspektralfotometer gewaehrleistet und bei dem im Mess- und Referenzstrahlengang jeweils gleiche optische Bauteile und gleichlange optische Wege verwendet werden, wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass der Messstrahl und der Referenzstrahl von einem gemeinsamen Punkt, der in einer gleichen Ebene wie die Empfaengerflaeche liegt, ausgehen, dass ein in den Mess- und Referenzstrahlengang wechselseitig einschaltbares Reflexionselement vorgesehen ist, das in einer ersten Position dem vom gemeinsamen Punkt ausgehenden Referenzstrahl und in einer zweiten Position, dem von der Probe reflektierten Messstrahl zugewandt ist und sowohl den Mess- als auch den Referenzstrahl ueber mindestens ein weiteres Reflexionselement auf den Empfaenger richtet.

Description

Zweistrahlreflek tome ter

Atiwe ctd ungsg eb i et der Erf lad u ag s

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahlreflektometer, bei dem ein MeB- und ein Referenzstrahl, die von einer gemeinsamen Lichtquelle ausgehen, auf eine Empfängerfläche gerichtet sind und eine Probe in den Meßstrahlengang einschaltbar ist· Sie ist anwendbar zur spektralen Messung des gerichteten absoluten Reflexionsgrades ebener optischer Bauteile«

Charakteristik, der bekannten^^teohnischen_i,Jjiteuj^ens Es sind Reflektometeranordnungen bekannt geworden, die nach dem Prinzip des Einstrahl- bzw« Zweistrahlverfahrens arbeiten und nur einen Detektor als Strahlungsempfänger zur Ausschaltung systematischer Meßfehler* Voraussetzung und Grundbedingung für die Messung des absoluten Reflexionsgrades ist die Gleichheit der optischen Wege und der einbezogenen optischen Bauteile, wenn wiederholte Eichprozesse zur Bestimmung des 100 Sl-Wertes und größere Meßfehler vermieden werden sollen«

Bei den bekannten Einstrahlreflektometern wird die Grundbedingung dadurch gelöst, daß entweder das Meßobjekt als Doppelprobe auf einer rotierenden Scheibe befestigt ist oder rotatorisch bzw« translatorisch bewegt werden muß, um zwischen Meß- und Referenzstrahl am Detektor unterscheiden zu können·

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Bei einer anderen bekannten technischen Lösung werden optische Bauteile und di© F.vobo bewegt, um eine Doppelreflexion an unterschiedlichen Orten dee Meßobjektes, deren Abstand die minimale Probe&größe bestimmt, zu erreichen«

Weiterhin ist bekannt, das Meßobjekt fest anzuordnen und mindestens zwei optische Bauteile zu bewegen·

Nachteilig bei den bekannten Einstrahlreflektometern ist, daß durGh Doppelreflexion am Meßobjekt, dessen Form und Größe einschränkend festgelegt ist, eine doppelte Anzahl von Meßproben erfordert oder mindestens zwei optische Bauteile bewegt werden müssen»

Die Verwendung einer Lichtquelle mit zwei räumlich getrennt austretenden gebündelten Lichtstrahlen, die wechselseitig hell°»dunkel getastet werden, ermöglicht die Benutzung eines Strahles als Referenzstrahl· Damit entfällt gegenüber dem Einstrahlreflektometer z· B. die ständige Bewegung der Probe zur wechselseitigen Erzeugung von Meß- und Referenzstrahle

Die latz mag dieses Vorteiles für Xransmissionsmessungen ist unverkennbar, jedoch für die Bestimmung des absoluten Reflexionsgrades muß die Grundbedingung der gleichen optischen Weglängen und Bauteile für beide Strahlengänge gewährleistet sein·

Bei einer bekannten Lösung nach dem Zweistrahl« prinzip wird in einem Eiohvorgang, in dem Meß- und Referenzstrahl zu vergleichen sind, ein optisches Hilfsmittel verwendet, das in einem Meßvorgang zu kompensieren ist· Hierdurch, wird der Aufwand wesentlich erhöht, die Messung ungenau·

Es ist das Ziel d@r Erfindung, die gerichtete absolute Reflexion ebener optischer Bauteile, zu deren Form und Größe gering® Förderwagen zu stellen sind, mit hoher

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Genauigkeit zu messen und die Anzahl der bewegten Elemente der verwendeten Meßanordnung zu verringern»

der

Die Aufgabe der Erfindung, ein Zweistrahlreflektometer zu entwickeln, das den Anschluß an bekannte Zweistrahlspektralfotometer gewährleistet und bei dem im Meß- und Referenzstrahlengang jeweils gleiohe optische Bauteile und gleichlange optische Wege verwendet werden, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßstrahl und der Referenzstrahl von einem gemeinsamen Punkt, der in einer gleichen Ebene wie die Empfängerfläche liegt, ausgehen, daß ein in den Meß- und Referenzstrahlengang wechselseitig einsohaltbares Reflexionselement vorgesehen ist, das in einer ersten Position dem vom gemeinsamen Punkt ausgehenden Referenzstrahl und in einer zweiten Position dem von der Probe reflektierten Meßstrahl zugewandt ist und sowohl den Meßstrahl als auch den Referenzstrahl über mindestens ein weiteres Reflexionselement auf den Empfänger richtet» Dabei ist es vorteilhaft, wenn der gemeinsame Punkt im wesentlichen mit dem Scheitel eines Hohlspiegels zusammenfällt, von dem der Meß- und Referenzstrahl als reflektierte Strahlen ausgehen* Der Empfänger und der Hohlspiegel sind entlang einer durch den gemeinsamen Punkt verlaufenden Richtung zur gleicheα Ebene parallel verschiebbar angeordnet· Gegenstand der Erfindung ist auch, daß der gemeinsame Punkt mit dem Schnittpunkt zweier sich kreuzender Strahlenbündel, die den Meß- und Referenzstrahl darstellen, zusammenfällt· Der Empfänger ist in diesem Fall um eine in der gleichen Ebene befindliche Achse verschwenkbar gelagert und in einer ersten Position mit seiner Empfängerfläche im Schnittpunkt der sich kreuzenden Strahlenbündel angeordnet, der Lichtquelle und in einer zweiten Position in der gleichen Ebene dem Meß» und Referenzstrahl nach deren Reflektometerdurohlauf zugewandt·

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Die Erfindung soll nachstehend anhand der scheraatiachen Zeichnung näher erläutert werden« Ea zeigen:

2 ein erfindungsgeraäßes Zweistrahlreflektometer mit an einem Funkt sich kreuzenden

Bei de® in Fig© 1 dargestellten Beispiel gehen ein Meßstrahl 1 und ©in Heferenastrahl 2 von einer nichtdargestelltea zweistrahligen Lichtquelle aus und treten an Pyokten 3 und 4 ©iner Ebene E-E parallel zueinander und senkrecht zur Efeea© E-B in ein Reflektometer 5 ein· Beide Strahles siad wechselseitig hell und dunkel getastet ^, wodurch Jeweils nur einer der beiden Strahlen das R@flekt®aete2? 5 durchläuft» so daß unerwünschte gegenseitig© Elastjfeoiingen und andere Störungen vermieden werdeβο Der Meßstrahl 1 wird nacheinander auf ein erstes Umlenkelemeat S₉ auf einen Punkt I₉ der der Ebene E-E und einem Hohlspiegel 8 gemeinsam ist, eine Probe 9» einen Spiegel 1O₉ der an einem um eine Achse 11 drehbaren Arm 12 befestigt ist j, ein zweites Umlenkelement 13 und auf eiae EmpfäagerfXäehe 14 eines Detektors 15 gelenkt« Entlang des Referenzstrahles 2 sind nacheinander und in optischer Ausrichtung zueinander ein Uialenkelement 16 und der Hohlspiegel 8 angeordnet, wobei der Referenzstrahl ebenfalls in Punkt 7 auf den Hohlspiegel 8 trifft. Der Spiegel 10 ist sowohl in den Meßstrahl 1 als auch in den Referea&etrabl 2 einschaltbar, entweder durch eine Dreh», oder ©ine Schwenkbewegung des Armes 11· Befindet sich der Spiegel 10 im Referenzstrahl 2 richtet er diesen über das Unleakelenent 13 auf die Empfängerfläche 14» de ho jeaachdera ia welcher Stellung sich der Spiegel befindet, wird entweder der Meßstrahl 1 oder der Referenz«

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strahl 2 auf den Detektor 15 gelenkt und dessen Strahlungsintensität gemessen· Zum Messen der Lichts trösne des Meßstrahles 1 und des Referenzstrahles 2 in einer Eichmessung wird der Detektor 15 von einem Meßpunkt 17 in der Ebene E-E verschoben, so daß der Funkt 7 mit dem Mittelpunkt der Empfängerfläche 14 zusammenfällt. Gleichzeitig wird auch der Hohlspiegel 8 mitverschoben. Da der Meßstrahl 1 und der Referenzstrahl 2 nacheinander auf die Empfängerflache 14 auftreffen, läßt sich über Quotientenbildung der gewonnenen Meßergebnisse der Lichtströme und anschließender Korrektur der spektralen Strahlinten-» sität ein Lichtstromverhältnis von eins in ausreichender Genauigkeit erzeugen. Diese Einstellung erfolgt über nichtdargestellte Regelmechanismen· Der ermittelte Quotient kann auch in einem Rechner gespeichert und dann zur Ermittlung des Reflexionsgrades genutzt werden.

Die beschriebene Anordnung eignet sich auch zur vergleichenden Messung zweier Proben, indem die Umlenkelemente 6 und 16 durch die wechselseitig zu vertauschenden Proben ersetzt werden und der Detektor 15 mit dem Hohlspiegel 8 in der Ebene E-E so verschoben wird, daß der Punkt 7 mit dem Mittelpunkt der Empfängerfläche 14 zusammenfällt.

In einem zweiten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Punkt 7 in der Ebene E-E gleichzeitig Schnittpunkt des Meßstrahles 1 und des Referenzstrahles 2, wobei der Meßstrahl 1 über die Probe 9, den einsohaltbaren Spiegel 10 und das Umlenkelement 13 und der Referenzstrahl 2 über den elneohaltbareη Spiegel 10 und das Umlenkelement 13 auf den Detektor 15 gelenkt werden. Zur Messung der Lichtströme beider Strahlen ist der Detektor 15 an einem um eine Aohse 18 drehbar gelagerten Arm 19 befestigt und wird so verschwenkt, daß der Punkt 7 im Mittelpunkt der zur nichtdargestellten Strahlungsquelle gewandten Empfängerfläche 14 liegt.

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Mit der erfindungsgeraäßen Anordnung lassen sich auch Reflexionsgradmessungen bei unterschiedlichem Einfalls» winkel realisieren» wenn ein gebündelter Lichtstrahl mit geeignet besessenem öffnungswinkel des Strahlenkegels verwendet wirde Dazu ist das in der Eben© E-E erscheinende divergente Strahlenbündel vom Mittelpunkt des Strahles zu seinem Rande hin abzutasten« Bei Erfassung des gesamten Strahlquerschnittes durch die Empfängerfläche erhält man den integralen Ausdruck des Reflexionsgrades in den Grenzen des Einfallswinkelbereiches© Di© iu der erfindungsgemäßen Anordnung yorhaadem© Ebene E-E stellt eine geeignete Besugsbasis zum Anschluß an Meßgeräte dar, die nach dem Zweistrahlmeßpriasip arbeiten« Meß«· und Referenzstrahl durchlaufen gleichlange optische Wege® Die optischen Bauteile sind für beide Strahlen gleich©

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Claims

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Erf i ad UQjgsaaspruoh:

1· Zweistrahlreflektometer, bei dem ein. Meß- und ein Referenzstrahl j die von einer gemeinsamen Lichtquelle ausgehen, auf eine Empfängerfläche gerichtet Bind und eine Probe in den Meßstrahlengang eiaeohaltbar ist, ge»

kennzeichnet dadurch, daß der Meßstrahl und der Referenz« strahl von einem gemeinsamen Funkt, der in einer gleichen Ebene wie die Empfängerfläche liegt auegehen» daß ein in den Meß·» und Referenzstrahlengang wechselseitig einschaltbares Reflexionselement vorgesehen ist, das in einer ersten Position dem vom gemeinsamen Punkt ausgehenden Eefarenastrahl und in einer zweiten Position dem von der Probe reflektierten Meßstrahl zugewandt ist und sowohl den Meßstrahl als auch den Referenzstrahl über mindestens ein weiteres Reflexionselement auf den Empfänger richtet«

2« Zweistrahlreflektometer nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der gemeinsame Punkt in wesentlichen mit dem Scheitel eines Hohlspiegels zusammenfällt, von dem der Meß- und Referenzstrahl als reflektierte Strahlen ausgehen und daß der Smpfänger und der Hohlspiegel entlang einer durch den gemeinsamen Punkt verlaufenden Richtung zur gleichen Ebene parallel verschiebbar angeordnet sind·

3« Zweistrahlreflektometer aaoh Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der gemeinsame Punkt mit dem Schnittpunkt zweier sich kreuzender Strahlenbündel, die den Meß·» und Referenzstrahl darstellen, zusammenfällt, daß der Empfänger um eine in der gleichen Ebene befindliche Achse verschwenkbar gelagert ist und in einer ersten Position mit seiner ImpfängerflSche im Schnittpunkt der sich kreuzenden Strahlenbündel angeordnet, der Lichtquelle und in einer zweiten Position in der gleichen

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Ebene dem Meß- und Referenzstrahl nach deren Reflekto meterdurchlauf zugewandt ist·

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