DE2055708B2 - Zweistrahl-Infrarotmessung im Reflexionsverfahren - Google Patents

Zweistrahl-Infrarotmessung im Reflexionsverfahren

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DE2055708B2 DE2055708A DE2055708A DE2055708B2 DE 2055708 B2 DE2055708 B2 DE 2055708B2 DE 2055708 A DE2055708 A DE 2055708A DE 2055708 A DE2055708 A DE 2055708A DE 2055708 B2 DE2055708 B2 DE 2055708B2
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Description

65 Bei der Anordnung nach der Erfindung wird also
DiP Prfini κ , -m · τ · ,,τ die gegebenenfalls durch Interferenzeffekte verfälschte
mP«,m i Ψ f Γ0 Zwe>strahI-Infrarot- Intensität der spiegelnd reflektierten Strahlungskom-
messung im Reflexionsverfahren zur Bestimmung der ponenten überhaupt nicht erfaßt und somit ein fell-
lerfreies Ausgangssignal erzeugt. Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht somit eine exakte Bestimmung der Dicke von Filmen, bei denen die hintere Oberfläche diffus reflektiert oder die auf einer diffus reflektierenden Trägerfolie angeordnet sind.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Strahlungsempfangssonde unter einem solchen Winkel angeordnet und weist eine solche räumliche Abmessung auf, daß nur solche diffus reflektierte Strahlen abgetastet "verden, deren Reflexionswinkel größer ist als der Winkel der spiegelnden Reflexion, sowie die Empfangsfiäche der Sonde nicht bis in den Raum hineinreicht, durch den die spiegelnd reflektierten Strahlungskomponenten verlaufen.
Zur Messung der Dicke von Polyäthylenfilmeii mit einer Dicke von über 0,00125 cm wird zweckmäßigerweise für das stärker absorbierte Strahlenbündel eine Wellenlänge im Bereich von 2,3 bis 2,6 μ gevvählt, während für das andere Strahlenbündel eine in der Nähe dieses Bereiches liegende Wellenlänge verwendet wird, insbesondere eine Wellenlänge von 2,25 χ 0,02 u. Zur Messung der Dicke von Polyäthylenfilmen mit einer Dicke von unter 0,0025 cm wird für das stärker absorbierte Strahlenbündel eine WeI-lenlänge von 3,45 + 0,02 μ gewählt, während für das andere Strahlenbündel eine in der Nähe dieser Wellenlänge liegende Wellenlänge verwendet wird, insbesondere eine Wellenlänge von entweder 2,65 + 0,02 oder 3,75 ± 0,02 u.
Die Erfindung wird nun näher an Hand der Zeichnung erläutert, die ein Zweistrahl-lnfrarot-Rellexionsnießgerät zeigt.
In der Zeichnung ist ein auf einer Trägerfolie B aufgebrachter Film C dargestellt, der die Dicke d aufweist und eine spiegelnd redektierende Oberfläche S besitzt. Der Film C besteht aus einem für Infrarotstrahlung durchlässigen Material, beispielsweise aus Polyäthylen. Einfallende Infrarotstrahlung wird an der hinteren Oberfläche D des Filmes C oder aber von der Trägerfolie B difTus reflektiert oder gestreut.
Das in der Zeichnung dargestellte Gerät zur Bestimmung der Dicke d des Filmes C besteht aus einer Zweistrahl-Inl'rarotstrahlungsquelle 10, einer Strahlungsempfangssonde 11 und einem Signalverstärker- und Analysatorkreis 12. DieZweistrahl-Infrarotstrahlungsquelle 10 liefert zwei diskrete Strahlenbündel im Infrarotbereich mit den Wellenlängen λ, und ,?.„ wobei die eine Wellenlänge /, so gewählt ist, daß sie in bezug auf das Material, aus dem der Film C besteht, mehr Absorption zeigt als die Bezugswellenlänge /s.
Als Strahlungsquelle 10 kann beispielsweise die aus der USA.-Pdteritschrift 3 089 382 bekannte Strahlungsquelle verwendet werden, bei der eine mit zwei Strahlungsfiltern mit vorgegebenem Durchlaßbereich bestückte umlaufende Scheibe mit polychromatischer Infrarotstrahlung beaufschlagt wird, so daß abwechselnd nacheinander zwei diskrete Strahlenbündel mit 6n vorgegebener Wellenlänge erzeugt werden.
Das Ausgangssignal der Strahlungsempfangssondc II, die aus einer Sperrschichtphotozelle oder einem Pholowiderstand bestehen kann, wird durch einen Verstärker 13 verstärkt und über einen Schaller 18 entweder dem Verstärker 14 oder dem Verstärker 15 zugeführt. Der Schalter 18 wird über die Steuerleilung 19 von der Strahlungsquelle 10 derart angesteuert, daß bei Auftreten des einen Strahlenbündels das verstärkte Ausgangssignal der Strahlungsempfangssonde 11 dem Verstärker 14 und bei Auftreten des anderen Strahlenbündels das verstärkte Ausgangssignal dem Verstärker 15 zugeführt wird. Die Ausgangssignale der Verstärker 14 und 15 werden einem Analysatorkreis 16 zugeführt, der ein der Dicke d des Filmes C proportionales Ausgangssignal an das Anzeigeinstrument 17 liefert.
Die von der Strahlungsquelle 10 erzeugten diskreten Strahlenbündel / treffen unter dem Einfallwinkel &i auf die Oberfläche S des Filmes C auf. Ein Teil des einfallenden Strahlenbündels / wird an der Oberfläche 5 unter dem Reflexionswinkel Θ, spiegelnd reflektiert. Die reflektierte Strahlungskomponente ist mit Rs bezeichnet. Der in den Film C eindringende Anteil eines jeden Strahlungsbündels / wird an der hinteren Oberfläche D diffus reflektiert oder von der Trägerfolie B diffus gestreut. Die diffus reflektierte oder diffus gestreute Strahiungskomponente ist mit Rj bezeichnet. Innerhalb der diffus reflektierten Strahlungskomponente Rd kann auch eine Strahlungskomponente RJs vorhanden sein, die unter einem dem Einfallwinkel entsprechenden Reflexionswinkel (~>r reflektiert wird und daher parallel zu der an der Oberfläche S spiegelnd reflektierten Strahiungskomponente Rs verläuft. Ein beträchtlicher Anteil der diffus reflektierten Strahlungskomponente Rj wird jedoch unter mit dem Reflexionswinkel &r nicht übereinstimmenden Winkeln reflektiert. Ein verhältnismäßig großer Anteil der diffus reflektierten Strahlungskomponente Rj weist Reflexionswinkel auf, die größer sind als der Winkel ΘΓ der spiegelnden Reflexion.
Die Strahlungsempfangssonde 11 ist erfindungsgemäß derart angeordnet, daß nur diejenigen Anteile oder Komponenten Rj abgetastet werden, die von der hinteren Oberfläche D des Filmes C oder von der Trägerfolie B unter einer Reihe von Winkeln diffus reflektiert werden und nicht parallel zu den spiegelreflektierten Strahlungskomponenten./?„. verlaufen. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung ist die Strahlungsempfangssonde 11 unter einem solchen Winkel angeordnet, daß nur solche diffus reflektierte Strahlen abgetastet werden, deren Reflexionswinkel größer ist als der Winkel ΘΓ der spiegelnden Reflexion. Die räumlichen Abmessungen der Strahlungsempfangssonde 11 sind so gewählt, daß ihre Empiangsfläche nicht bis in den Raum hinreicht, durch den die spiegelnd reflektierten Strahlungskomponenten Rs und Rjg verlaufen.
Auf Interferenzerscheinungen zurückzuführende Meßfehler werden beim Gerät nach der Erfindung vermieden, da lediglich diffus reflektierte Strahlungskomponenten abgetastet werden, die nicht parallel zu den spiegelnd reflektierten Slrahlungskomponenlen verlaufen. Interferenzerscheinungen sind nämlich nur im Bereich der spiegelnd reflektierten Strahlungskomponenten möglich.
Das Gerät nach der Erfindung eignet sich besonders zur Bestimmung der Dicke eines Polyäthylenfilmes. Falls der Polyäthylenfilm eine Dicke von über 0,00125 bis etwa 0,025 cm aufweist, wird für das stärker absorbierte Strahlenbündel eine Wellenlänge im Bereich von 2,3 bis 2,6 μ gewählt, wobei für das andere Strahlimgsbündel eine in der Nähe dieses Bereiches liegende Wellenlänge verwendet wird, bei der kaum Absorption auftritt. Eine für das
andere Strahlungsbündei geeignete Wellenlänge ist dabei 2,25 + 0,02 μ. Bei relativ dünnen Polyäthylenfilmen mit einer Dicke von unter 0,0025 cm ist für das stärker absorbierte Strahlungsbündei eine Wellenlänge von 3,45 + 0,02 μ zweckmäßig, während für das andere Strahlungsbündei. eine in der Nähe der Wellenlänge des ersten Strahlungsbündels liegende Wellenlänge verwendet wird, Insbesondere wird für das andere Strahlungsbündei eine Wellenlänge von entweder 2,65 + 0,02 oder 3,75 ± 0,02 μ verwendet.
Hierzu 1 Blatt. Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Patentansprüche· Dicke eines dünnen strahlungsdurchlässigen Filmes mit spiegelnden Oberflächen, von denen die hintere
1. Zweistrahl-Infrarotmessung im Reflexions- Oberfläche oder eine Trägerfolie die einfallende verfahren zur Bestimmung der Dicke eines dün- Strahlung diffus reflektiert oder streut, unter Vernen strahlungsdurchlässigen Filmes mit spiegeln- 5 Wendung einer Zweistrahl-Infrarotstrahlungsquelle, den Oberflächen, von denen die hintere Ober- einer Strahlungsempfangssonde und eines Signalverfläche oder eine Trägerfolie die einfallende Str3h- stärker- und Analysatorkreises, wobei die Strahlungslung diffus reflektiert oder streut, unter Verwen- quelle zwei diskrete Strahlenbündel im Infrarotdung einer Zweistrahl-Infrarotstrahlungsqueüe, bereich mit den zugehörigen Wellenlängen X1 und L1 einer Strahlungsempfangssonde und eines Signal- io erzeugt, von denen die eine Wellenlänge X1 so geverstärker- und Analysatorkreises, wobei die wählt ist, daß sie in bezug auf das Filmmaterial mehr Strahlungsquelle zwei diskrete Strahlenbündel im Absorption zeigt als die Bezugswellenlänge /.,.
Infrarotbereich mit den zugehörigen Wellenlän- Es sind bereits verschiedene optische Methoden gen /., und X2 erzeugt, von denen die eine Wellen- zur Dickenmessung dünner Schichten bekanntgeworlänge X1 so gewählt ist, daß sie in bezug auf das 15 den. So ist es aus »Journal of the Electrochemical Filmmaterial mehr Absoiption zeigt als die Be- Society«, August 1962, S. 709 bis 713, bekannt, die zugswellenlänge/2, dadurchgekennzeich- Dicke dünner Filme auf Halbleitern durch ein Infranet, daß von der Strahliingsempfangssonde (11) rot-Interferenzverfahren zu bestimmen, bei dem der nur diejenigen Anteile oder Komponenten (Rd) Halbleiter mit einem Ultrarotstrahlenbündel beaufder Strahlenbündel (/) abgetastet werden, die von 20 schlagt und aus der Lage der Interferenzmaxima und der hinteren Oberfläche (D) des Films (C) oder der Interferenzminima der reflektierten Strahlung die von der Trägerfolie (B) unter einer Reihe von Dicke des auf dem Halbleiter befindlichen Filmes Winkeln diffus reflektiert werden und nicht par- festgestellt wird.
allel zu den spiegelnd reflektierten Strahlungs- Weiterhin ist aus der USA.-Patentschrift 3 426 201
komponenten (Rs) verlaufen. 25 bereits ein Verfahren zum Messen der Dicke eines
2. Zweistrahl-Infrarotmessung nach Anspruch 1, auf einer Unterlage befindlichen Fumes bekannt, bei dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsemp- dem der Film mit einem Infrarot-Strahlenbündel befangssonde (11) unter einem solchen Winkel an- aufschlagt und die elliptische Polarisation des reflekgeordnet ist und eine solche räumliche Abmes- tierten Strahlungsbündels als Maß für die Dicke des sung aufweist, daß nur solche diffus reflektierte 30 Filmes erfaßt wird.
Strahlen abgetastet werden, deren Reflexionswin- Schließlich ist aus der USA.-Patentschrift 3017512
ke! größer als der Winkel (<9r) der spiegelnden bereits ein Dickenmeßverfahren der eingangs genann-
Reflexion ist, sowie die Empfangsfläche der ten Art bekannt, bei dem der Film mit zwei diskreten
Sonde (11) nicht bis in den Raum hineinreicht, Infrarot-Strahlenbündeln unterschiedlicher Wellendurch den die spiegelnd reflektierten Strahlungs- 35 länge beaufschlagt und die Intensität der spiegelnd
komponenten (Rs, Rd!i) verlaufen. reflektierten Strahlungskomponenten als Meßgröße
3. Zweistrahl-Infrarotmessung nach Anspruch 1, für die Dicke des Filmes erfaßt wird. Man erhält jedadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der doch nur dann genaue Meßergebnisse, wenn die In-Dicke von Polyathylenfilmen mit einer Dicke von tensität der reflektierten Strahlungskomponcnten über 0,00125 cm für das stärker absorbierte 40 nicht durch Interferenzerscheinungen verfälscht wird. Strahlenbündel eine Wellenlänge X1 im Bereich Tnterrerenzcrscheinungen und damit Meßfehler trevon 2,3 bis 2,6 u gewählt wird, während für das ten insbesondere bei diffuser Reflexion an der hinte-Bczugs-Strahlungsbündel X2 eine in der Nähe die- ren Oberfläche des Filmes oder an einer den Film trascs Bereiches liegende Wellenlänge verwendet genden Trägerfolie auf.
W'ü V · 45 Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Anordnung
4. Zweistrahl-Infrarotmessung nach Anspruch 3, der eingangs genannten Art derart auszugestalten dadurch gekennzeichnet, daß für das Bezugs- daß Interferenzfehler unterdrückt werden, die bei Re-Mrahlungsbundel eine Wellenlänge X„ von 2,25 flexionsmessungen an einem Film mit spiegelnden ±0,02 μ gewählt wird. Oberflächen auftreten können, infolge von Ober-
5. Zweistrahl-Infrarotmessung nach Anspruch 1, 50 flächenreflexionen an der vorderen und hinteren dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Oberfläche des Filmes, insbesondere bei diffuser Re-Dicke von Polyathylenfilmen mit einer Dicke flexion an der hinteren Oberfläche des Filmes oder von unter 0,0025 cm fur das stärker absorbierte an der Trägerfolie, und des dadurch bedingten Tnter-Mrahlungsbundel eine Wellenlänge X1 von 3,45 ferenzeffektes zwischen den an der vorderen Ober- ± υ,ΟΖ μ gewählt wird, während für das Bezugs- 55 fläche des Filmes spiegelnd reflektierten und den dif-Strahlungsbundel eine in der Nähe der Wellen- fus reflektierten Strahlungskomponcnlen
lange X des ersten Strahlungsbündels liegende Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß von der
Wellenlange; verwendet wird. Strahlungsempfangssonde nur diejenigen Anteile
6. Zweistrahl-Infrarotmessung nach Anspruch 5, oder Komponenten der Strahlenbündel abgetastet dadurch gekennzeichnet, daß für das Bezugs- 60 werden, die von der hinteren Oberfläche des "Filmes Stranlungsbundel eine Wellenlänge L, von ent- oder von der Trägerfolie unter einer Reihe von Winweder 2,65 ±0,02 oder 3,75 + 0,02 ,ι verwen- kein diffus reflektiert werden und nicht parallel zu
1 den spiegelnd reflektierten Sirahlungskomponentcn
verlaufen.
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