DE3710825A1 - Vorrichtung zur schichtdickenmessung einer oberflaechenschicht auf einer probe - Google Patents

Vorrichtung zur schichtdickenmessung einer oberflaechenschicht auf einer probe

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schichtdickenmessung von elektromagnetischen Wellen absorbierenden Oberflächenschichten, wie beispielsweise aus Wasser, Folie, Farbe oder dgl., die auf der Oberfläche einer Probe, wie beispielsweise der Oberfläche einer Grundplatte, aufgebracht sind, durch die elektromagnetische Wellen, wie beispielsweise Lichtstrahlen, durch die Oberflächenschicht auf die Vorrichtung reflektiert werden.
Es sind zahlreiche Vorrichtungen zur Schichtdickenmessung einer Oberflächenschicht bekannt. Bei einer Vorrichtung gemäß der JP-PS 58-1 15 306 sind zur Korrektur von Fehlern, die durch die Temperatur eines zu messenden Objekts hervorgerufen werden, zwei Infrarot-Meßsysteme erforderlich. Dadurch erhöht sich der Preis dieser Vorrichtung und die Charakteristiken jedes Infrarot-Meßsystems sind unterschiedlich, wodurch die Korrekturfehler zwischen den beiden Systemen erzeugt werden. Die automatische Korrektur für den Fall einer Störung dieses Systems wird nicht nur durch die Veränderung der Charakteristik der Referenz-Infrarot-Strahlenquelle sondern auch durch eine Veränderung des Zeitablaufs im elektrischen und optischen System durchgeführt. Obwohl zahlreiche Vorrichtungen bekannt sind, bei denen die automatische Korrektur durch die Zeitablaufveränderung erfolgt, kann durch diese, weder im elektrischen noch im optischen System, eine zufriedenstellende Korrektur erzielt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Schichtdickenmessung einer Oberflächensicht zu schaffen, mit der die Schichtdicke einer auf eine Probe aufgetragenen Schicht unabhängig von Beeinflussung durch Veränderungen der Temperatur der zu messenden Probe und den Charakteristiken der Referenz-Infrarot- Strahlenquelle und des Zeitablaufs bei den Charakteristiken des elektrischen und optischen Systems bei Verwendung nur eines Lichtstrahlen-Meßsystems, korrekt gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Schichtdickenmessung einer Oberflächenschicht auf einer Probe, mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Richten von sichtbarer oder unsichtbarer Lichtstrahlung auf die zu messende Oberflächenschicht, einem Lichtsensor, der die von der Probe reflektierte Lichtmenge reflektiert und einer Signalverarbeitungsstufe, die aus dem Ausgangssignal des Lichtsensors einen Meßwert für die Schichtdicke erzeugt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Verschlußeinrichtung zum periodischen Unterbrechen und Freigeben des Lichtweges aufweist, daß ein beweglicher Spiegel in einer der Probenoberfläche vorgelagerten Position in den Lichtweg bewegbar und aus ihm herausbewegbar ist, so daß die Lichtstrahlung wahlweise am Spiegel oder an der Probe reflektiert wird, daß Signalgeber vorgesehen sind, die der Schließ- oder Öffnungsstellung der Verschlußeinrichtung und der Stellung des Spiegels innerhalb oder außerhalb des Lichtträgers entsprechende Positionssignale an die Signalverarbeitungseinrichtung liefern, und daß die Signalverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit von den Positionssignalen aus den ihnen jeweils zugeordneten Ausgangssignalen des Lichtsensors für die Referenzwerte für die Stärke der Lichtstrahlung, die Eigenstrahlung der Probe und/oder die Umgebungsstrahlung ermittelt und entsprechend korrigierte Dickenmeßwerte liefert.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 die Vorrichtung zur Schichtdickenmessung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung;
Fig. 2 und 3 eine Verschlußeinrichtung und einen Rotationssektor jeweils in der Draufsicht;
Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild zur Erläuterung des Schaltkreises einer Signalverarbeitungseinrichtung, die in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 vorgesehen ist, in schematischer Darstellung; und
Fig. 5a und 5b die bei Verwendung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen Vorrichtung erzielten Versuchsergebnisse einer Farbschichtdicke in grafischer Darstellung.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben, die eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Schichtdickenmessung einer Oberflächenschicht auf einer Probe zeigen, bei der die Messung mit Infrarot- Strahlung als Lichtstrahlung durchgeführt wird.
Fig. 1 zeigt eine Probe 1, die Lichtstrahlung reflektiert und nicht absorbiert, beispielsweise eine Metallplatte oder dgl., die an ihrer Oberseite mit einer Schicht 2, d. h. dem zu messenden Material versehen ist, und so angeordnet ist, daß sie in einer Richtung verläuft. Oberhalb der Probe 1 ist ein Spiegel 3, beispielsweise ein sphärischer Spiegel fest angeordnet, um auf die Probe 1 eine vorgegebene Menge Infrarot- Strahlung von einer Referenz-Infrarotquelle 5, beispielsweise einem schwarzen Strahler, wie später beschrieben wird, zu leiten, indem eine Seite desselben geöffnet wird, und der mit einer Öffnung 4 im Brennpunkt eines Kondensors 11, d. h. einer Fokussierlinse zum Fokussieren der Infrarot-Strahlung versehen ist. Dieser Spiegel 3 kann die Infrarot-Strahlung in Richtung der zu messenden Schicht 2 leiten und kann ein nicht sphärischer Spiegel, wie beispielsweise ein ebener Spiegel oder dgl. sein.
Die Referenzstrahlungsquelle 5 ist an der Öffnungsseite des Spiegels 3 über einen Hacker 6 angeordnet, der aus einer bewegbaren Scheibe mit Aussparungen 7 besteht, um eine Art Verschlußeinrichtung zu bilden.
Die Verschlußeinrichtung läßt die Infrarot-Strahlung nur dann auf den Spiegel 3 durch, wenn die Aussparungen 7 vor der Referenzstrahlungsquelle 5 liegen und die Unterbrechereinrichtung 6 unterbricht die Referenz- Infrarot-Strahlung wenn die Aussparungen 7 nicht vor der Referenzstrahlungsquelle 5 liegen. Die Unterbrechereinrichtung 6 wird mittels eines Motors M 1 gedreht, um die Aussparungen 7 vor die Referenzstrahlungsquelle 5 zu verschieben. Ob vor der Referenzstrahlungsquelle 5 Aussparungen 7 liegen oder nicht, wird durch einen Positionsdetektor T 1 detektiert. Der Detektor T 1 gibt wie später beschrieben wird auf die Diskriminatorstufe 14 ein Ausgangssignal.
Ein ebener Totalreflektorspiegel 8, der oberhalb der Probe 1 liegt, kann angetrieben durch einen Motor M 2 eine horizontale Hin- und Herbewegung parallel zur Probe 1 ausführen, um die von der Referenzstrahlungsquelle 5 herrührende Infrarot-Strahlung zu reflektieren und um gleichzeitig das Auftreffen von Lichtstrahlung zu unterbrechen, die aus der Richtung der zu messenden Probe herkommt. Der ebene Totalreflektorspiegel 8 kann bezogen auf die Infrarot-Strahlungsquelle 5 un den Spiegel 3 abwechselnd in horizontaler Richtung bewegt werden, so daß die von der Referenzstrahlungsquelle 5 abgestrahlte Infrarot-Strahlung, die durch den Spiegel 3 in Richtung der zu messenden Schicht reflektiert wird, wieder in Richtung des Kondensors 11 zurückgeleitet wird, wenn der ebene Totalreflektorspiegel 8 unter dem Spiegel 3 liegt, um gleichzeitig die Wärmestrahlung der Probe, welche Temperatursignale sind, die vom zu messenden Material selbst abgestrahlt werden, und die Umgebungsstrahlung zu unterbrechen, die aus der Umgebung um die Vorrichtung zur Schichtdickenmessung herrührt, wobei der ebene Totalreflektorspiegel 8 unter der Referenzstrahlungsquelle 5 oder unter dem Spiegel 3 liegt, wie dies durch den Positionsdetektor T 2 detektiert wird. Der Detektor T 2 gibt auf die Diskriminatorstufe 14 ein Ausgangssignal ab. Oberhalb der Öffnung 4 des Spiegels 3 ist weiterhin eine Drehscheibe 9 mit wenigstens einem Filter 10 angeordnet, welches nur Infrarot-Strahlung mit einer in einem vorgegebenen Bereich liegenden Wellenlänge durchläßt. Die Drehscheibe 9 wird von Fall zu Fall mittels eines Motors M 3 gedreht, um die Positionen der in ihr vorgesehenen Filter gegenüber der Öffnung 4 des Spiegels 3 zu verschieben, und der Positionsdetektor T 3 detektiert, welches Filter, d. h. welcher Wellenlängenbereich, zur Messung verwendet wird und gibt auf die Signalverarbeitungseinrichtung 13 wie später beschrieben ein Ausgangssignal. Oberhalb der Drehscheibe 9 ist der Kondensor 11 und ein Infrarotsensor 12 angeordnet, d. h. ein Lichtstrahlung aufnehmendes Element, welches die erhaltene Infrarot-Strahlung in elektrische Signale umwandelt.
Anzumerken ist, daß die Drehscheibe 9 zwischen dem Kondensor 11 und dem Infrarotsender 12 angeordnet sein kann. Weiterhin ist die Drehscheibe 9 nicht notwendig, wenn der Meßvorgang nicht mit mehreren Wellenlängenbereichen durchgeführt werden soll, so daß nur das verwendete Filter 10 befestigt ist. Die Diskriminatorstufe 14 wählt den Operationsmodus, was im folgenden beschrieben wird, mit den von den Detektoren T 1 und T 2 herrührenden Signalen, um die vier Operationsmodus-Signale auf die Signalverarbeitungseinrichtung 13 zu geben. Die Signalverarbeitungseinrichtung 13 verarbeitet die Eingangssignale, d. h. die Operationsmodus-Signale der Diskriminatorstufe 14, die Signale für den Meßwellenlängenbereich vom Detektor T 3 und die elektrischen Signale vom Infrarotsensor 12, und gibt ein Signal für die wahre Schichtdicke wie im Nachfolgenden beschrieben, auf die Schichtdicken-Umsetzeinrichtung 15. Die Schichtdicken- Umsetzeinrichtung 15 wandelt die Signale der Signalverarbeitungseinrichtung 13 in den Schichtdickenwert, dem Beschichtungsgewichtwert oder den Auflageschichtdickenwert um.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 13 hat einen Signalverstärker 16 zum Verstärken eines Ausgangssignals vom Infrarotsensor 12, mehrere Abtastschaltkreise 17 bis 20, die jeweils einem entsprechenden Operationsmodussignal entsprechen, Subtrahiergliedern 21 und 22, die jeweils ein Signal entsprechend der Subtraktion zwischen den Ausgangssignalen von zwei Abtastschaltkreisen abgeben, einem Subtrahierglied 23 zum Abgeben eines Signals entsprechend der Subtraktion zwischen den Ausgangssignalen der Subtrahierglieder 21 und 22, einem Dividierwerk 24 zum Abgeben eines Signals entsprechend der Division zwischen den Ausgangssignalen von zwei Subtrahiergliedern, und einem Signalkonverter 25 zum Umwandeln des Ausgangssignals vom Dividierwerk 24 in ein solches Signal, welches in der Schichtdicken-Umsetzeinrichtung 15 verarbeitet werden kann und Abgeben dieses Signals auf die Schichtdicken-Umsetzeinrichtung 15, wie dies aus der Fig. 4 zu ersehen ist. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß die Schichtdicke wie im folgenden beschrieben in einem einzigen Wellenlängenbereich gemessen wird.
Die Motoren M 1 und M 2 sind jeweils mit Steuerschaltkreisen (nicht dargestellt) versehen, um den Antriebszustand der Motoren zu steuern, um die jeweiligen Operationsmoden einstellen zu können.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung zur Schichtdickenmessung, bestehend aus den vorstehenden Bauteilen, beschrieben.
Tabelle 1
Bezugnehmend auf die Tabelle 1 hat die Betriebsweise dieser Vorrichtung zur Schichtdickenmessung vier Betriebsweisen, d. h. eine Dickenmessung, Messung der Temperaturstrahlung der Probe, Nullpunktmodus und Eichmodus entsprechend den Kombinationen der Verschlußstellung der Referenz-Infrarot-Strahlung durch die Verschlußeinrichtung 6 und die Position des ebenen totalreflektierenden Spiegels 8, der unter der Referenzstrahlungsquelle 5 oder unter dem Spiegel 3 liegt. Die Empfangssignale des Infrarotsensors 12 bei jeder Betriebsweise werden im folgenden beschrieben.
Dickenmessung
Die Bedingungen entsprechen dem Fall, bei dem die Verschlußeinrichtung und der ebene totalreflektierende Spiegel 8 nicht in dieser Art vorgesehen sind.
Daher wird davon ausgegangen, daß das vom Infrarotsensor 12 erhaltene Energiesignal bei der Dickenmessung E 1 ist und sich wie im folgenden zusammensetzt:
E 1 = e 1′ + e 2′ + e 3 + e 4 + e 5
mit:
E 1: Vom Infrarotsensor 12 aufgenommene Energiemenge bei der Dickenmessung;
e 1′: Von der Schicht nicht absorbierte Infrarot-Strahlungsenergie der von der Referenzstrahlungsenergie 5 abgegebenen Energie;
e 2′: Von der Schicht nicht absorbierte Infrarot-Strahlungsenergie der Spiegelwärmestrahlungsenergie;
e 3: Wäremstrahlungsenergie der zu messenden Probe;
e 4: Energie der Umgebungsstrahlung;
e 5: Wärmestrahlungsenergie der Vorrichtung zur Schichtdickenmessung.
Messung der Eigenstrahlung der Probe
Bei dieser Betriebsweise sind die Bedingungen entsprechend dem Fall, bei dem keine Referenz-Infrarotquelle 5 existiert, da die Unterbrechereinrichtung 6 die von der Referenzstrahlungsquelle 5 abgegebene Referenz- Infrarot-Strahlung unterbricht.
Daher wird
E 2 = e 2′ + e 3 + e 4 + e 5 + e 6′
erhalten, mit:
E 2: Vom Infrarotsensor 12 beim Messen der Eigenstrahlung der Probe aufgenommene Energiemenge;
e 6′: Von der Schicht nicht absorbierte Infrarot-Strahlungsenergie aus der Unterbrecher-Wärmeenergie.
Nullpunktmodus
Bei dieser Betriebsweise unterbricht die Verschlußeinrichtung 6 die von der Referenz-Infrarot-Strahlungsquelle 5 abgestrahlte Referenz-Infrarot-Strahlung und gleichzeitig gelangt der ebene totalreflektierende Spiegel 8 unter den Spiegel 3, um die Wärmestrahlung der Probe und die Umgebungsstrahlung zu unterbrechen, die aus der Richtung der zu messenden Probe kommt. Daher wird
E 3 = e 2 + e 5 + e 6 + e 7
erhalten, mit:
E 3: Vom Infrarotsensor 12 beim Nullpunktmodus aufgenommene Energiemenge;
e 2: Spiegelwärmeenergie;
e 6: Verschlußeinrichtungs-Wärmeenergie;
e 7: Wärmeenergie des ebenen totalreflektierenden Spiegels 8.
Eichmodus
Bei dieser Betriebsart werden die von der Referenzstrahlungsquelle 5 abgegebenen Referenz-Infrarot- Strahlen aufgenommen. Dies erfolgt deswegen, weil der ebene totalreflektierende Spiegel 8 das Auftreffen der Wärmestrahlung der Probe und der Umgebungsstrahlung unterbricht und die Referenzinfrarotstrahlen, die von der Referenzstrahlungsquelle 5 abgegeben, jedoch nicht alle von der Schicht absorbiert sind, in Richtung auf den Kondensor 11 reflektiert. Daher wird
E 4 = e 1 + e 2 + e 5 + e 7
aufgenommen, mit:
E 4: Vom Infrarotsensor 12 beim Eichmodus aufgenommene Energiemenge;
e 1: Von der Referenzstrahlungsquelle 5 abgegebene Strahlungsenergie.
Der Infrarotsensor 12 wandelt die jeweiligen, erhaltenen Energiesignale in elektrische Signale um und überträgt sie auf die Signalverarbeitungseinrichtung 13.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 13 filtert mittels dem Signal der Diskriminatorstufe 14 heraus, welche Betriebsweise dem vom Infrarotsensor 12 übertragenen Signal zugehört, um das später beschriebene Signal "S" zu berechnen. Danach wird das Signal der Schichtdicken- Umsetzeinrichtung 15 zugeführt.
Die Beziehung zwischen den jeweiligen Betriebsweisen ist durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
E 4 - E 3 = e 1 - e 6.
und andererseits:
E 1 - E 2 = e 1′ - e 6′.
Der Wert, der verbleibt, nachdem die von der Schicht absorbierte Energiemenge E von dem Wert E 4 - E 3 subtrahiert ist, ist demgemäß:
(E 4 - E 3) - E = E 1 - E 2
somit ist:
E = (E 4 - E 3) - (E 1 - E 2)
  = (e 1 - e 6) - (e 1′ - e 6′).
Dieser Wert E kann durch Verarbeitung in der Schichtdicken- Umsetzeinrichtung 15 in die Dicke der Schicht 2 umgewandelt werden. Da jedoch e 1 und e 6 die Zeitablauf- Veränderung begleiten, begleiten e 1′ und e 6′ ebenfalls die Zeitablaufveränderung und das andere optische System und elektrische System begleiten ebenfalls die Zeitablaufveränderung. Demgemäß wird die elektrische Verarbeitung in der Signalverarbeitungseinrichtung 13 durchgeführt, so daß e 1 - e 6, d. h. E 4 - E 3 der volle Maßstab des Ausgangssignals der Signalverarbeitungseinrichtung 13 werden.
Dieser Wert "S" kann durch Verarbeitung in der Schichtdicken- Umsetzeinrichtung 15 in die Dicke der Schicht 2 umgewandelt werden.
Im folgenden wird der interne Vorgang der Signalverarbeitungseinrichtung 13 zur Berechnung des Signals "S" beschrieben.
Die Diskriminatorstufe 14 gibt nach dem Ausfiltern der Dickenmessung auf einen ersten Abtastschaltkreis 17 ein Ausgangssignal. Nach Erhalt des Signals hält der erste Haltekreis 17 ein Ausgangssignal, zu diesem Zeitpunkt einen Signalverstärker 16 und gibt dann das Signal auf ein erstes Subtrahierglied 21.
Ähnlich gibt die Diskriminatorstufe 14 nach Ausfiltern einer Betriebsweise zum Messen der Eigenstrahlung der Probe, des Nullpunktmodus und Eichmodus auf einen zweiten Haltekreis 18, einen dritten Haltekreis 19 und einen vierten Haltekreis 20. Zu diesem Zeitpunkt halten diese Haltekreise ein Ausgangssignal des Signalverstärkers 16 und geben dann an die Subtrahierglieder Ausgangssignale.
Somit werden bei jeder Betriebsweise Halte-Ausgangssignale von einem Infrarotsensor 12, die durch den Signalverstärker 16 verstärkt worden sind, durch die Subtrahierglieder 21 bis 23 und ein Dividierwerk 24 verarbeitet und das Ausgangssignal "th" am Dividierwerk 24 ist durch die folgende Gleichung repräsentiert:
Mit den Ausgangssignalen tt, tmp, spn, zr der Haltekreise 17 bis 20 und den Ausgangssignalen zs, tm, rt der jeweiligen Subtrahierglieder.
Dieses Signal "th" entspricht dem Signal "S". Die Signale tt, tmp, zr und spn entsprechen jeweils den Signalen e 1, E 2, E 3 und E 4.
Dann wandelt der Signalkonverter 25 das Signal "th" in ein Signal "sig" um, welches in der Schichtdicken-Umsetzeinrichtung 15 verarbeitet werden kann.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform der Signalverarbeitungseinrichtung 13 anhand der Dickenmessung in einem einzigen Wellenlängenbereich beschrieben worden ist, kann die gewünschte Messung in mehreren Wellenlängenbereichen durchgeführt werden, indem in der Signalverarbeitungseinrichtung 13 die genannten Bauteile für jeden Wellenlängenbereich vorgesehen sind. In diesem Fall ist mit dem Ausgangssignal des Positionsdetektors T 3 wie vorstehend beschrieben jeder zu messende Wellenlängenbereich auszufiltern.
Obwohl die Ausführungsform der Vorrichtung zur Schichtdickenmessung einer Oberflächenschicht auf einer Probe unter Verwendung von Infrarotstrahlung beschrieben worden ist, kann diese auch für den Fall stattfinden, daß Schichtdicke, Schichtgewicht oder dgl. auf der Probe unter Verwendung von anderer Lichtstrahlung, beispielsweise Ultraviolettstrahlung oder Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, gemessen wird. Die Motoren M 1, M 2 und M 3 können auch zu einem Motor zusammengefaßt sein. Ein Teil der Signalverarbeitungseinrichtung 13 und der Schichtdicken-Umsetzeinrichtung 15 können zu einer Baueinheit durch einen Computer ersetzt werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde der ebene totalreflektierende Spiegel 8 als bewegbar beschrieben, dieser ebene, totalreflektierende Spiegel 8 kann jedoch auch feststehend ausgeführt sein und in diesem Fall muß ein Teil der Vorrichtung mit Ausnahme des ebenen totalreflektierenden Spiegels 8 zwischen der Oberflächenposition des Meßspiegels und des ebenen total reflektierenden Spiegels 8 bewegbar sein.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen ist, ist die Vorrichtung zur Schichtdickenmessung einer Oberflächenschicht auf einer Probe gemäß der vorliegenden Erfindung mit ihrem einzigen Lichtstrahlungs-Meßsystem im Preis billiger.
Zusätzlich kann die korrekte Oberflächenschichtdicke unabhängig von der Veränderung der Temperatur des zu messenden Objektes, der Umgebungsstrahlung der Strahlungsenergie der Referenz-Strahlungsquelle, der Temperatur der Verschlußeinrichtung und der Einflüße durch die Temperaturenergie der Vorrichtung zur Schichtdickenmessung, gemessen werden, da eine Kombination der Betriebsweisen durch Antreiben der Vorrichtung zum Öffnen oder Schließen und des ebenen, total reflektierenden Spiegels möglich ist.
Die Vorrichtung zur Schichtdickenmessung einer Oberflächenschicht auf einer Probe gemäß der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Vorteile im Meßsystem:
  • 1. Keine Beeinflußung durch die Veränderung der Temperatur des zu messenden Materials;
  • 2. keine Beeinflußung durch Umgebungsstrahlung;
  • 3. keine Beeinflußung durch die Wärmeenergie der Vorrichtung zur Schichtdickenmessung;
  • 4. keine Beeinflußung durch Temperaturveränderung (Menge der Referenz-Infrarot-Strahlung) in der Referenz-Infrarot-Strahlungsquelle;
  • 5. keine Beeinflußung durch Veränderung der Temperatur der Verschlußrichtung;
  • 6. die Abwanderung des eigenen Nullpunkts und die Abwanderung der eigenen Eichung kann korrigiert werden, was somit dazu führt, daß keine Beeinflußung durch die Veränderung des Zeitablaufs des optischen Systems und des elektrischen Systems erfolgt.
Zusätzlich hat die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung die folgenden Vorteile:
  • 1. Infolge der Selbstkorrektur des Nullpunkts und der Eichung bessere Wartungseigenschaften, und
  • 2. niedriger im Preis.
In den Fig. 5a und 5b ist der Vergleich zwischen der Schichtdickenmessung mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und dem Gewichtsverfahren und zwischen der Schichtdickenmessung mit der Vorrichtung gemäß der JP-PS 58-1 15 306 und dem Gewichtsverfahren dargestellt. Aus der Fig. 5a ist zu ersehen, daß zwischen den Meßwerten für die Schichtdicke, die durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und nach dem Gewichtsverfahren erzielt worden sind, eine Standardabweichung von 0,31 µm, während aus der Fig. 5b zu ersehen ist, daß die Meßwerte der Schichtdicke, wie sie durch die herkömmliche Vorrichtung und durch das Gewichtsverfahren erhalten werden, eine Standardabweichung von 0,62 µm aufweisen. Durch die Meßwerte der Fig. 5a und 5b ist klar zu ersehen, daß die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der herkömmlichen Vorrichtung bei einer solchen Wertung der Standardabweichung um die Hälfte überlegen ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig anhand des Ausführungsbeispiels und der Figuren beschrieben worden ist, bleibt anzumerken, daß zahlreiche Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung denkbar sind.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Schichtdickenmessung einer Oberflächenschicht auf einer Probe, mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Richten von sichtbarer oder unsichtbarer Lichtstrahlung auf die zu messende Oberflächenschicht, einem Lichtsensor, der die von der Probe reflektierte Lichtmenge detektiert, und einer Signalverarbeitungsstufe, die aus dem Ausgangssignal des Lichtsensors einen Meßwert für die Schichtdicke erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (5, 3) eine Verschlußeinrichtung (6) zum periodischen Unterbrechen und Freigeben des Lichtweges aufweist, daß ein beweglicher Spiegel (8) in einer der Probenoberfläche vorgelagerten Position in den Lichtweg bewegbar und aus ihm herausbewegbar ist, so daß die Lichtstrahlung wahlweise am Spiegel oder an der Probe (1, 2) reflektiert wird, daß Signalgeber (T 1, T 2) vorgesehen sind, die der Schließ- oder Öffnungsstellung der Verschlußeinrichtung (6) und der Stellung des Spiegels (8) innerhalb oder außerhalb des Lichtträgers entsprechende Positionssignale an die Signalverarbeitungseinrichtung (13, 14, 15) liefern, und daß die Signalverarbeitungseinrichtung (13, 14, 15) in Abhängigkeit von den Positionssignalen aus den ihnen jeweils zugeordneten Ausgangssignalen des Lichtsensors 12 für Referenzwerte für die Stärke der Lichtstrahlung, die Eigenstrahlung der Probe und/oder die Umgebungsstrahlung ermittelt und entsprechend korrigierte Dickenmeßwerte liefert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtsensor 12 ein Filterträger (9) mit mindestens einem wahlweise in den Lichtweg bewegbaren Filter (10) angeordnet ist und daß ein Signalgeber der Stellung des Filters (10) innerhalb oder außerhalb des Lichtweges entsprechende Positionssignale an die Signalverarbeitungseinrichtung (13, 14, 15) liefert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung eine Diskriminatorstufe (14), die aus den vier möglichen Kombinationen von Öffnungs- oder Schließstellung der Verschlußeinrichtung und Stellung des Spiegels (8) Betriebssignale für vier Betriebsmoden der Signalverarbeitung erzeugt, von den Betriebsmodesignalen angesteuerte Haltekreise (17, 18, 19, 20), die die dem jeweiligen Betriebsmode zugeordneten Ausgangsssignale des Lichtsensors speichern, und Mittel, zum gleichzeitigen Verarbeiten der gespeicherten Ausgangssignale aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung eine rotierende Sektorblende aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle (5) und einen die Strahlung der Lichtquelle auf die Probe richtenden sphärischen oder nicht sphärischen Reflektor (3) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Spiegel (8) als total reflektierender Spiegel ausgebildet ist.
DE19873710825 1986-04-01 1987-04-01 Vorrichtung zur schichtdickenmessung einer oberflaechenschicht auf einer probe Granted DE3710825A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61076022A JPS62232506A (ja) 1986-04-01 1986-04-01 表面層厚測定装置

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DE3710825A1 true DE3710825A1 (de) 1987-10-15
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JP (1) JPS62232506A (de)
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