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.The invention relates to a two-beam reflectometer for the spectral measurement of the directed absolute reflectance of planar optical components. The aim is to determine a measured value with high accuracy with a small number of moving components. The object of the invention to develop a two-beam reflectometer, which ensures the connection to known two-beam spectrophotometers and in which in the measuring and reference beam each same optical components and the same length optical paths are used, is solved according to the invention by the measuring beam and the reference beam from a common Point, which lies in the same plane as the Empfaengerflaeche assume that a mutually switchable in the measurement and reference beam reflection element is provided, which in a first position emanating from the common point reference beam and in a second position, which reflected from the sample Facing beam and directed both the measuring and the reference beam over at least one further reflection element to the receiver.

Description

Zweistrahlreflek tome terZweistrahlreflek tome ter

Atiwe ctd ungsg eb i et der Erf lad u ag s Atiwe ctd u sic C o nn eb i e t of Erf lad u s ag

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«The invention relates to a two-beam reflectometer in which a MeB and a reference beam, which emanate from a common light source, are directed to a receiver surface and a sample can be switched into the Meßstrahlengang · It is applicable for the spectral measurement of the directed absolute reflectance of planar optical components «

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«Characteristic of the known ^^ teohnischen _i, Jjiteuj ^ ens There have become Reflektometeranordnungen known, or according to the principle of the incidence "double jet method to work, and only a detector as the radiation receiver in order to eliminate systematic errors in measurement * is a prerequisite and basic condition for the measurement of the absolute reflectance the equality of the optical paths and the optical components involved, if repeated calibration processes to determine the 100 Sl value and larger measurement errors should be avoided «

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·In the known Einstrahlreflektometern the basic condition is solved in that either the object to be measured is mounted as a double sample on a rotating disk or rotationally or «translator must be moved to distinguish between measuring and reference beam at the detector can ·

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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«In another known technical solution, optical components and the device are moved to achieve a double reflection at different locations of the object of measurement whose distance determines the minimum sample size.

Weiterhin ist bekannt, das Meßobjekt fest anzuordnen und mindestens zwei optische Bauteile zu bewegen·Furthermore, it is known to arrange the measurement object firmly and to move at least two optical components.

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»A disadvantage of the known Einstrahlreflektometern is that durGh double reflection on the test object whose shape and size is limited, requires a double number of test samples or at least two optical components must be moved »

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 ReferenzstrahleThe use of a light source with two spatially separated bundled light beams which are mutually brightly scanned permits the use of a beam as a reference beam. Thus, the constant movement of the sample relative to the single-beam reflectometer for the reciprocal generation of measuring and measuring fields is eliminated reference jets

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·The length of this advantage for Xransmissionsmessungen is unmistakable, but for the determination of the absolute reflectance, the basic condition of the same optical path lengths and components must be guaranteed for both beam paths ·

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·In a known solution according to the two-beam principle, an optical aid which is to be compensated for in one measuring operation is used in an electrical operation in which the measuring and reference beams are to be compensated. As a result, the expenditure is substantially increased, the measurement is inaccurate.

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 hoherIt is the goal of the invention to provide the directed absolute reflection of planar optical components whose shape and size are low® trolleys with high

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Genauigkeit zu messen und die Anzahl der bewegten Elemente der verwendeten Meßanordnung zu verringern»Accuracy to measure and reduce the number of moving elements of the measuring device used »

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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·The object of the invention to develop a two-beam reflectometer, which ensures the connection to known two-beam spectrophotometers and in which in the measuring and reference beam each gleiohe optical components and the same length optical paths are used, is inventively achieved in that the measuring beam and the reference beam from a common Point, which lies in the same plane as the receiver surface, assume that a reflection element which is mutually supportable in the measuring and reference beam path is provided, which in a first position is the reference beam emanating from the common point and in a second position the measuring beam reflected by the specimen It is advantageous if the common point substantially coincides with the apex of a concave mirror, of which the measuring The receiver and the concave mirror are arranged to be displaceable parallel to one another along a direction running through the common point to the same plane. The object of the invention is also that the common point coincides with the intersection of two intersecting ray bundles which comprise the measuring beam The receiver is in this case pivotally mounted about an axis located in the same plane and arranged in a first position with its receiver surface at the intersection of the intersecting beams, the light source and in a second position in the same plane facing the measuring and reference beam according to their reflectometer

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Die Erfindung soll nachstehend anhand der scheraatiachen Zeichnung näher erläutert werden« Ea zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the scheraatiachen drawing "Ea show:

Fig« 1 ©in erfindungsgemäßes Zweistrahlreflektomet©r_t mit von eines Punkt ausgehenden reflektierten StrahlenFig. 1 © in inventive Zweistrahlreflektomet © r _t with emanating from a point reflected rays

2 ein erfindungsgeraäßes Zweistrahlreflektometer mit an einem Funkt sich kreuzendenFIG. 2 shows a two-beam reflectometer according to the invention, with one intersecting at one point. FIG

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«In the example shown in FIG. 1, a measuring beam 1 and © in Hefereastrahl 2 emanate from a non-illustrated two-beam light source and enter into a reflectometer 5 at pyokts 3 and 4 in plane EE parallel to one another and perpendicular to the ivy © EB Ray siad mutually bright and dark gestastet ^, whereby each of the two rays R @ flekt®aete2? 5 passes through »so that unwanted mutually avoided © Elastjfeoiingen and other disturbances The measuring beam 1 is successively on a first Umlenkelemeat S ₉ to a point I ₉ of the plane EE and a concave mirror 8 is common, a sample 9» a mirror 1O ₉ of attached to a rotatable about an axis 11 arm 12 is j, a second deflecting element 13 and on eiae EmpfäagerfXäehe 14 of a detector 15 is guided along the reference beam 2 are successively and in optical alignment with each other a Uialenkelement 16 and the concave mirror 8 is arranged, wherein the reference beam also in point 7 hits the concave mirror 8. The mirror 10 can be switched on both in the measuring beam 1 and in the reference 2, either by rotation or pivoting movement of the arm 11. If the mirror 10 is in the reference beam 2, it directs it to the receiver surface 14 via the unlosing element 13 "De ho jeaachdera ia which position the mirror is, either the measuring beam 1 or the reference"

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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.beam 2 is directed to the detector 15 and its radiation intensity is measured. For measuring the light flux of the measuring beam 1 and the reference beam 2 in a calibration measurement, the detector 15 is displaced from a measuring point 17 in the plane EE, so that the radio 7 coincides with the center of the beam Receiver surface 14 coincides. At the same time, the concave mirror 8 is also moved. Since the measuring beam 1 and the reference beam 2 impinge successively on the receiver surface 14, it is possible to produce a luminous flux ratio of one with sufficient accuracy by forming the quotient of the measured results of the luminous fluxes and subsequent correction of the spectral radiant intensity. This setting is made by unillustrated control mechanisms · The determined quotient can also be stored in a computer and then used to determine the reflectance.

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.The arrangement described is also suitable for the comparative measurement of two samples by the deflection elements 6 and 16 are replaced by the mutually exchangeable samples and the detector 15 is moved with the concave mirror 8 in the plane EE so that the point 7 with the center of the Receiver surface 14 coincides.

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.In a second embodiment shown in Fig. 2, the point 7 in the plane EE is the same point of intersection of the measuring beam 1 and the reference beam 2, wherein the measuring beam 1 via the sample 9, the einsohaltbaren mirror 10 and the deflecting element 13 and the reference beam 2 via the elneohaltbareη mirror 10 and the deflecting element 13 are directed to the detector 15. For measuring the luminous fluxes of both beams, the detector 15 is fixed to an arm 18 rotatably mounted about an arm 19 and is pivoted so that the point 7 in the center of the not shown radiation source facing the receiver surface 14 is located.

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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©With the arrangement according to the invention it is also possible to realize reflectance measurements at different angles of incidence if a bundled light beam with suitably possessed opening angle of the beam cone is used. For this, the divergent beam appearing in the plane EEE is to be scanned from the center of the beam to its edge the entire beam cross-section through the receiver surface gives the integral expression of the reflectance within the limits of the angle of incidence range. The plane according to the invention yorhaadem © plane EE represents a suitable Besugsbasis for connection to measuring devices that operate on the Zweistrahlmeßpriasip «Meß · · and reference beam go through the same length of optical path® The optical components are the same for both beams ©

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Claims

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Erf i ad UQjgsaasp ru oh:

1 · two-beam reflectometer, in which a. Measuring and a reference beam j emanating from a common light source, directed to a receiver surface Bind and a sample in the Meßstrahlengang eiaeohaltbar is ge, »

is characterized in that the measuring beam and the reference beam are of a common function lying in the same plane as the receiver surface, that a reflection element which can be alternately switched into the measuring beam and the reference beam path is provided Point outgoing Eefarenastrahl and in a second position facing the measuring beam reflected from the sample and directed both the measuring beam and the reference beam via at least one further reflection element on the receiver «

2 «two-beam reflectometer according to item 1, characterized in that the common point substantially coincides with the apex of a concave mirror, from which the measuring and reference beam emanate as reflected rays and that the Smpfänger and the concave mirror along a direction extending through the common point to the same plane are arranged parallel displaceable ·

3 "two-beam reflectometer aaoh point 1, characterized in that the common point coincides with the intersection of two intersecting beams, which constitute the measuring · and reference beam, that the receiver is pivotally mounted about an axis located in the same plane and in one first position with its ImpfnehmerflSche arranged at the intersection of the intersecting beams, the light source and in a second position in the same

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Level facing the measuring and reference beam after the Reflekto meter throughput ·

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