DE3331175C2 - Verfahren und Vorrichtung zur interferometrischen Bestimmung der Dicke eines transparenten Gegenstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur interferometrischen Bestimmung der Dicke eines transpa­ renten Gegenstandes, insbesondere eines wenigstens einla­ gigen transparenten Films.

Die Dicke dünner Filme, Schichten, Folien usw. kann mit­ tels mechanischer Meßeinrichtungen bestimmt werden, wenn der zu messende Gegenstand ausreichend hart ist. Wenn lokale Variationen der Dicke von Schichten eine Bedeutung besitzen, wie dies bei der Prüfung elektronischer Hybrid­ schaltungen der Fall ist, dürfen die Meßpunkte nur eine geringe Ausdehnung aufweisen, wodurch bei mechanischer Messung der Oberflächendruck ansteigt und hierdurch die Messung weicher Materialien nicht möglich ist. Beschich­ tungsmaterialien sind oft zu Beginn weich, bis sie mit der Zeit ausgehärtet sind. Um einen Beschichtungsvorgang zu steuern und zu überwachen, ist es wichtig, so schnell wie möglich Informationen über die Dicke des Films zu erhal­ ten. Durch optische Meßverfahren ist es möglich, die Dicke eines Films zerstörungsfrei zu messen. Die Präzision herkömmlicher Verfahren, die auf Winkelmessungen beruhen, ist oft unzureichend, da sie lediglich in der Größenord­ nung von 10 µm liegt. Eine interferometrische Messung mittels monochromatischen Lichts ist ausreichend präzise, aber die Interferenz tritt nur nach jeder halben Welle als gleiche auf, wodurch ein Fehler im Abstand eines Vielfa­ chen der halben Wellenlänge auftreten kann. Durch Verwen­ dung mehrerer unterschiedlicher, genau bekannter Wellen­ längen oder durch Wechsel der Wellenlänge innerhalb eines präzise bekannten Bereiches ist es möglich, die Beliebig­ keit der Ergebnisse herkömmlicher Interferometer zu ver­ meiden. Derzeit ist eine Vorrichtung, die derart arbeitet, jedoch unvertretbar teuer.

Wenn bei einem herkömmlichen Interferometer weißes Licht statt monochromatischen Lichts verwendet wird, wird die Interferenz eindeutig, d. h. die Interferenz tritt nur auf, wenn beide Lichtstrahlen genau die gleiche Entfernung durchlaufen haben (Michelson-Interferometer). Dieses Prinzip wurde durch Prof. Väisälä zum Vergleich der Länge der von ihm hergestellten Quarzmeter verwendet. Das Ver­ fahren wird zum Vergleich von Entfernungen bis zu einem halben Kilometer verwendet. Ein Problem liegt jedoch in der Bestimmung der Interferenz. Der Aufbau und die Ein­ stellung der Vorrichtung kann mehrere Tage einer erfahre­ nen Person in Anspruch nehmen. Das Verfahren ist daher nicht weit verbreitet.

Wenn der Film, die Folie oder die zu messende Beschichtung transparent sind, kann ihre Dicke durch eine Modifikation eines Michelson-Interferometers gemessen werden, die weißes Licht benutzt und die durch Flournoy, McClure und Wyntjes im Jahre 1972 vorgeschlagen wurde (Applied Optics; Volume 11, No. 9; September 1972; Seite 1907-1915). Bei diesem Verfahren wird der Lichtstrahl von der Vorderseite und von der Rückseite des zu messenden Films reflektiert, so daß sich zwei Teilstrahlen mit einer von der Filmdicke abhängigen Phasenverschiebung ergeben. Diese Teilstrahlen werden von einem halbdurchlässigen Spiegel jeweils auf einen getrennten Spiegel geworfen und über den halbdurch­ lässigen Spiegel auf einen gemeinsamen Detektor. Einer der beiden Spiegel des Interferometers wird mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, so daß aus dem zeitlichen Abstand der Interferenz nullter Ordnung und der Nebenmaxima die Filmdicke bestimmt werden kann. Der Abstand zwischen dem Film und dem Interferometer soll zumindest im Prinzip die Ergebnisse nicht beeinflussen. Der Brechungsindex des Lichts im Film und der Winkel des Lichtstrahls bedingen aber Ungenauigkeiten der Messung.

Max Josef Hanus′ Untersuchung der in Fluoreszenz angereg­ ten K-Emissionsspektren von Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff in einigen Molekül- und Ionenkristallen unter Verwendung eines hochauflösenden Konkavgitterspektrometers und einer Drehanodenröntgenröhre, Dissertation der Fakul­ tät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität München, 1980, betrifft ein Michelson-Interferometer mit einer Weißlichtquelle. Das Interferometer wird dazu benutzt, ein Objekt bezüglich eines Mikroskops in einen solchen Abstand zu bringen, daß der optische Weg des über das Objekt führenden Strahlengangs genauso lang ist wie der Weg des über einen Vergleichsspiegel laufenden Strahlengangs. Eine Dickenmessung einer transparenten Folie ist nicht vorgese­ hen.

Die US 4 298 283 betrifft ein Interferenzverfahren zum Ausmessen von Oberflächen, wobei ein monochromatischer Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen unterschiedlicher Polari­ sationsrichtung zerlegt wird und wenigstens einer dieser Teilstrahlen auf ein zu messendes Objekt auftrifft, wo er reflektiert wird. Beide Teilstrahlen werden anschließend gemeinsam durch einen polarisationsabhängigen Phasenschie­ ber geführt und treffen auf einen Detektor. Der Phasen­ schieber wird mit einer sinusförmigen Spannung angesteu­ ert, wobei bei auftretenden Minima über diese Spannung die Phasendifferenz bestimmt wird. Hieraus wird die Lage des Objekts berechnet. Eine Verwendung von weißem Licht ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, durch welche die Messungen mit hoher Genauigkeit und weitgehend automatisch und praktisch unverzüglich durchge­ führt werden können.

Die genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestim­ mung der Dicke eines transparenten Gegenstandes nach dem Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke eines transparenten Gegenstandes nach dem Anspruch 2 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also eine Weiterentwicklung eines Michelson-Interferometers eingesetzt, die automatisch arbeitet und zum Einsatz der Messung der Dicke von dünnen, transparenten Filmen usw. geeignet ist. Durch die Integra­ tion und das geeignete Zusammenwirken optischer, elektro­ nischer und elektromechanischer Komponenten ist es mög­ lich, den wesentlichen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden: die Langsamkeit. Ein wesentlicher Unterschied der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik liegt darin, daß als Meßergebnis die Länge oder die Größe des konti­ nuierlich einstellbaren Referenzabstandes in dem Moment festgestellt wird, in dem die Interferenz detektiert wird.

Erfindungsgemäß wird also, wie gesagt, der Referenzabstand oder aber auch der zu messende Abstand periodisch mittels einer automatischen Verstelleinrichtung verändert, die Interferenz wird mittels eines elektronischen Interferenz­ detektors überwacht und in dem Moment des Auftretens der Interferenz wird die Stellung der Referenzeinrichtung oder des zu messenden Gegenstandes über einen Stellungsanzeiger oder dergleichen angezeigt, der in Verbindung mit der automatischen Einstelleinrichtung steht. Die Verschie­ bungseinrichtung kann in geeigneter Weise mittels eines zweiten Interferometers kalibriert werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch solche transparenten Filme vermessen werden, die auf einem nichttransparenten Film aufliegen. Es werden zwei Interfe­ renzen zur Bestimmung der Dicke des transparenten Films detektiert. Eine von jeder Fläche des transparenten Films.

Die erfindungsgemäße Interferometervorrichtung, die zur Messung kurzer Abstände und Entfernungen dient, weist, wie ausgeführt, eine inkohärentes Licht aussendende Lichtquel­ le, einen Strahlteiler zum Aufspalten des von der Licht­ quelle eingestrahlten Strahles einerseits in einen auf die Referenzeinrichtung gerichteten Strahl und andererseits in einen auf den zu messenden Gegenstand gerichteten Strahl und einen Interferenzdetektor zum Empfang der reflektier­ ten Lichtstrahlen sowie eine Einstellvorrichtung zum Einstellen und Verändern der Stellung der Referenzeinrich­ tung oder aber des zu messenden Gegenstandes auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart ausgestaltet, daß die Einstellmittel eine periodisch arbeitende automatische Einstelleinrichtung aufweisen, die einen periodischen Wechsel des Referenzabstandes, vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit bewirkt. Der Interferenzdetektor arbeitet elektronisch und ist derart mit der automatischen Ein­ stelleinrichtung verbunden, daß im Interferenzmoment die Stellung der Einstelleinrichtung und damit der Referenz­ einrichtung und insgesamt die Größe des Referenzabstandes bestimmt werden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erfindung bei Verwendung von inkokärentem Licht;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung ähnlich der Fig. 1.

Die Lichtquelle 1 ist eine Glühlampe. Es ist aber auch möglich, eine lichtemittierende Halbleiterdiode, also eine LED zu verwenden. Ein wesentliches Merkmal der verwendeten Lichtquelle 1 ist ein breites spektrales Band, d. h. mono­ chromatisches Licht ist nicht geeignet. Es ist aber eine hohe und gleichmäßige Intensität erforderlich. Als Strahl­ teiler 2 können Strahlteilerprismen, halbdurchlässige Spiegel usw. eingesetzt werden. Die optische Qualität des Strahlteilers 2 ist wichtig. Das Teilerverhältnis kann von 1 : 1 abweichen. Vom Strahlteiler 2 ist ein Lichtstrahl zum zu messenden Gegenstand 4 gerichtet, während der andere auf eine Referenzeinrichtung 3 gerichtet ist, die mit einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung (die in Fig. 1 nicht gezeigt ist) zur Einstellung ihrer Position und damit des Referenzabstandes versehen ist. Erfindungs­ gemäß wird dieser Abstand in der unten beschriebenen Weise mittels einer Betätigungseinrichtung durch periodische und so weit als möglich gleichmäßige Hin- und Herbewegung eingestellt. Der Abstand kann auch optisch eingestellt werden, d. h. durch verschwenkbare Glasplatten, wodurch je nachdem, ob der Strahl durch mehr oder weniger solcher Glasplatten hindurchtritt, der optische Weg bei gleichem geometrischem Weg verschieden ist. Eine einfache elektro­ mechanische Betätigungseinrichtung ist eine Lautsprecher­ anordnung, an deren beweglicher Membran ein Spiegel befe­ stigt ist. Mittels Linsen kann eine ausreichende Lichtin­ tensität und geringe Größe des Meßlichtpunktes erreicht werden. Die Lichtstrahlen, die von einem den Referenzab­ stand bestimmenden Spiegel und vom zu messenden Gegenstand 4 reflektiert werden und die einen gleich langen Abstand durchlaufen haben, werden auf einen Interferenzdetektor 5 gerichtet. Es ist möglich, als Interferenzdetektor 5 eine herkömmliche Siliziumphotodiode zu verwenden.

Im folgenden wird auf die Fig. 2 Bezug genommen. Das vom Interferenzdetektor 5 aufgefangene Signal wird mittels eines Verstärkers 6 verstärkt und durch einen Bandpaßfil­ ter 7 geleitet. Dies ist möglich, da die Frequenz der Überlagerung aufgrund der stabilen Geschwindigkeit des Referenzspiegels 3 konstant ist. Da die Interferenz sehr kurz ist und typischerweise nur im Bereich von 6 Sinus­ zyklen liegt, muß der Q-Wert des Bandpaßfilters 7 bei 3 liegen. Durch den Filter können Störungen, wie beispiels­ weise Störlicht, aufgrund des Umgebungslichts geschwächt werden. Der Interferenzimpuls wird in einem Gleichrichter 8 gleichgereichtet und mittels eines Tiefpaßfilters 9 gefiltert. Das Anfangsmoment des erhaltenen Hüllimpulses wird angezeigt. Da die Amplitude folgender Impulse inner­ halb weiter Bereiche schwanken kann, wird ein Detektor 10 verwendet, der einen konstanten Anteil mißt. Durch Rau­ schen verursachte Störimpulse werden mittels eines Kompa­ rators 11 für eine untere Grenze ausgeschlossen, d. h. die Amplitude des Impulses muß einen gewissen vorgegebenen konstanten Wert überschreiten, damit der Impuls akzeptiert wird.

Die genaue Zeitbestimmung des Interferenzmoments wird mittels einer Vergleichseinheit 12 erreicht, die den Nulldurchgang des Interferenzsignals feststellt. Die Vergleichseinheit 12 bestimmt also den nächsten Nulldurch­ gang, nachdem ein Interferenzmoment durch den Detektor 10 angezeigt wurde.

Als Betätigungseinrichtung zur Einstellung des Referenzab­ standes ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Lautsprecher 13 mit einem Spiegel vorgesehen, der durch einen Dreieckwellengenerator 14 versorgt wird. Falls notwendig, kann die Nullstellung des Lautsprechers 13 geändert werden, indem ein geringer DC-Anteil der Span­ nungsquelle überlagert wird. Wenn ein Interferenzmoment detektiert wird, wird die der Stellung der Betätigungsein­ richtung (also der beweglichen Membran des Lautsprechers 13) entsprechende Spannung in einem Sammel- und Speicher­ element 15 gespeichert. In diesem Element 15 erfolgt die Speicherung wechselweise in Abhängigkeit von der Richtung der Bewegung der Betätigungseinrichtung 13. Durch Mittei­ lung der Spannung der Sammel- und Speicherelemente 15 mittels eines Summierverstärkers 16 wird jeglicher Effekt einer möglichen Hysterese der Betätigungseinrichtung 13 auf das Meßergebnis eliminiert. Am Ausgang des Summierver­ stärkers 16 wird eine Spannung erhalten, die proportional zum zu messenden Abstand ist. Ein Zähler 17 zählt die Anzahl der Zyklen der Betätigungseinrichtung 13. Der Zähler 17 wird bei Detektion einer Interferenz auf Null zurückgesetzt, wodurch er zum Indikator für fehlende Interferenzen wird.

Die Maximalamplitude der Einhüllenden des Interferenzim­ pulses wird mittels eines Maximalwertanzeigers 18 über­ wacht. Wenn der Maximalwert einen vorgegebenen Wert über­ schreitet, wird eine diesbezügliche Information erhalten.

Die vom Indikator für die fehlenden Interferenzen 17 und vom Maximalwertanzeiger 18 gewonnenen Daten werden zur Steuerung eines Dämpfungsglieds 19 verwendet (es wird eine Schwächung von etwa 20 bis 30 dB erreicht), dessen Funk­ tion darin liegt, das von einer guten Oberfläche reflek­ tierte und dann gemessene Interferenzsignal zu schwächen, um so die Anforderungen an die Elektronik hinsichtlich des erforderlichen Dynamikbereichs reduzieren zu können.

Es ist ein Vorteil der erläuterten Vorrichtung, daß der Abstand, der oft schwierig zu messen ist, in Beziehung zu einer geeigneten, meßbaren Referenzdistanz gesetzt wird. Die besten Meßergebnisse ergeben sich bei einer glatten, glänzenden Oberfläche. Unebenheiten der Oberfläche schwä­ chen und verlängern die Interferenz, wodurch ein Maßstab für die Glätte oder Ebenheit der Oberfläche erhalten wird.

Das Auflösungsvermögen der Vorrichtung ist im Prinzip besser als λ/8, d. h. es liegt bei 100 nm bei einer mittle­ ren Wellenlänge von 0,9 µm. Der Meßbereich wird durch die Grenzen der Geschwindigkeit und durch die Betätigungsein­ richtung 13, die den Referenzabstand einstellt, begrenzt. Ein geeigneter Wert für die Meßgeschwindigkeit liegt bei 1 mm pro Sekunde, wobei dieser Wert aber, falls dies notwendig ist, unter Inkaufnahme des Rauschens in Abhän­ gigkeit von der zu messenden Oberfläche um 1 bis 2 Dekaden vergrößert werden kann.

Ein anderes Einsatzgebiet beruht in der Messung der Dicke eines dünnen, zumindest einlagigen, hier viellagigen transparenten Kunststoffilms. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, (die Bezugszeichen 21, 22, 23 und 25 entsprechen hier den Bezugszeichen 1, 2, 3 und 5 der Fig. 1) wird ein Film 20 vor einem Spiegel 24 angeordnet (der Film kann in Bewegung sein). Durch das Meßprinzip werden wenigstens drei Refle­ xionen und damit Interferenzen dieser Reflexionen mit dem von einer Referenzeinrichtung 23 reflektierten Strahl erhalten: eine von der Vorderseite des Films 20, eine andere von der Rückseite des Films 20 und eine dritte vom Spiegel 24. Zusätzlich können Interferenzen höherer Ord­ nung vorhanden sein. Da die Interferenzen der Vorder- und der Rückseite des Films 20 nicht gleichzeitig auftreten, bewegt sich der Film 20 gewöhnlich über einen beträchtli­ chen Abstand während des Interferenzintervalls.

Wenn die Dickeninformation vom Unterschied zwischen der Vorderseiten- und Rückseiteninterferenz berechnet wird, kann die Bewegung in Richtung des Film-Meßstrahls das Ergebnis fehlerhaft machen. Der Fehler kann dadurch ver­ mieden werden, daß die Verschiebung der Interferenz des Spiegels 24, die durch den Film 20 verursacht wird, für eine momentane Dickenmessung verwendet wird.

Die durch den Spiegel 24 bedingte Interferenz wird im Speicher der Meßeinrichtung gespeichert, wenn der Film 20 nicht im Strahl liegt. Die Verschiebung der Interferenz, die durch den Film 20 verursacht wird, ist (n-1) × d, wobei n der Brechungsindex des Films 20 und d seine Dicke ist. Der Unterschied zwischen den Interferenzabständen der Vorder- und der Rückseite des Films 20 entspricht n × d. Die entsprechende Messung ist aber in bezug auf auf die Bewegung des Films 20 in der Strahlrichtung empfindlich. Bei Berechnung von Durchschnittswerten gemessener n × d-Werte ist es möglich, auch in dieser Weise die mittlere Dicke zu bestimmen. Es ist jedoch vorzuziehen, die Infor­ mation zu verwenden, die man aus der Berechnung und Ein­ stellung des Brechungsindex erhält. Aus den beiden obigen Gleichungen mit zwei unbekannten Größen ist es möglich, die Dicke und den Refraktionsindex des Films 20 zu bestim­ men.

Der Spiegel 24 an der Rückseite muß keine hohe Qualität aufweisen. Es ist lediglich erforderlich, daß seine Eben­ heit und Glätte der gewünschten Meßgenauigkeit entspricht. Der optische Reflexionsindex kann gering sein, beispiels­ weise bei 10% liegen, wobei Spiegel mit hoher Oberflä­ chenqualität sogar Probleme aufwerfen können, da in diesem Fall die Richtung der Oberfläche eine kritische Größe ist und genau eingestellt sein muß.

Mehrfachreflexionen innerhalb des Films 20 und zwischen dem Spiegel 24 und dem Film 20 bedingen Interferenzen höherer Ordnung. Sie können so stark sein, daß sie nicht über den Amplitudenwert eliminiert werden können.

Bei längeren optischen Entfernungen können die höheren Interferenzen leicht von den Interferenzen der Vorder- und Rückseite des Films 20 getrennt werden, aber die Bestim­ mung der Interferenz des Spiegels 24 kann gestört sein. Wenn ein Luftzwischenraum zwischen dem Film 20 und dem Spiegel 24 mit einer Breite von n × d vorhanden ist, wird die Situation schwierig, da dann die Interferenz des Spiegels 24 und die Interferenz durch die innere Reflexion des Films 20 koinzidieren. Um dies zu vermeiden, ist es bei dünnen und dicken Filmen 20 ratsam, folgendermaßen vorzugehen:

Wenn der Film 20 größer als 100 µm ist, wird der Film 20 so nah wie möglich vor den Spiegel 24 gesetzt, wobei der annehmbare Luftzwischenraum eine Breite aufweist, die im wesentlichen der Dicke des Films 20 entspricht, dann kann die durch den Spiegel 24 verursachte wichtigste Interfe­ renz leicht bestimmt werden, da sie an dritter Stelle auf der Abstandsskala liegt (neben der Interferenz der Rück­ seite) und immer nach der Referenz-Interferenz des Spie­ gels auftritt.

Wenn dünne Filme verwendet werden, sollte der Luftzwi­ schenraum weit sein, beispielsweise bei 400 µm liegen. Dieser Wert ist jedoch nicht kritisch: jeder Wert zwischen 200 und 600 µm kann gewählt werden. Die obere Grenze wird durch den Fokalabstand der Interferometeroptik bestimmt, d. h. durch die Schärfe des Meßpunktes in Tiefenrichtung. Unterhalb der unteren Grenze können sich andererseits Probleme aufgrund von Interferenzen höherer Ordnung erge­ ben, wodurch die Auswertung falsch werden kann. Wenn der Luftzwischenraum in einem sinnvollen Bereich liegt, ist die durch den Spiegel 24 an der Rückseite bewirkte Interferenz die erste und insbesondere nur die eine hinter dem Refe­ renzabstand des Spiegels an der Rückseite.

Bei Viellagenkunststoffilmen können oft Interferenzen beobachtet werden, die durch Zwischenlagen bewirkt sind. Obwohl die Amplituden dieser Interferenzen klein sind, reichen sie dennoch zur Messung der Dicke der Zwischenla­ gen aus. Der Umstand, daß auch kleinere Reflexionen mit­ tels der erfindungsgemäßen Interferometereinrichtung beobachtet werden können, beruht auf der Verwendung des konstanten Referenzstrahls. Der Ausgangswert der Interfe­ renzdetektordiode ist proportional zum Produkt des Refe­ renzstrahles und dem vom zu messenden Gegenstand reflek­ tierten Strahl. Da der Referenzwert konstant ist, ergibt sich ein breiter dynamischer Meßbereich, nämlich in der Größenordnung von 1 : 1000, definiert als Fluktuation des Reflexionsindex. Bei bekannten anderen Interferometern wird auch der Referenzstrahl von der Meßoberfläche reflek­ tiert, wodurch der Dynamikbereich sich wesentlich redu­ ziert und bei beispielsweise 1 : 30 liegt.

Bei der Messung von Viellagenkunststoffilmen können die Zwischenlagen nicht an jedem Punkt beobachtet werden. Dies stört jedoch nicht so sehr, da der Kunststoffilm bewegt werden kann oder sich überhaupt bewegt, so daß für die Messung geeignete Punkte regelmäßig auftreten. Als Ergeb­ nis kann die durchschnittliche Dicke der Zwischenlagen bestimmt werden. Im Hinblick auf die Meßabstände von Viellagenkunststoffilmen gilt das gleiche wie für einen Einlagenkunststoffilm.

Bei praktischen Anwendungen in der Interferometertechnik muß die Meßelektronik Informationen hinsichtlich der Qualität der Oberfläche, des Kunststoffilms usw. und eine Probeschätzung der erwarteten Dicke oder der Variationen von Oberflächenerhebungen erhalten. Die Minimalzahl der erwarteten Interferenzen ist eine geeignete Information, um die Betriebsart anzuzeigen. Wenn das Profil transparen­ ter Flächen gemessen wird, dann ist lediglich eine Inter­ ferenz zu erwarten und die entsprechende Betriebsart ist MODE 1. Wenn ein transparenter Film auf einen nicht trans­ parenten Film aufgelegt ist, sind zwei Interferenzen zu erwarten: eine von jeder Fläche des Films. Die entspre­ chende Betriebsart ist MODE 2. Im Fall eines Einlagen­ kunststoffilms sind in entsprechender Weise drei Interfe­ renzen zusätzlich zu möglichen Interferenzen höherer Ordnung zu erwarten: die entsprechende Betriebsart ist MODE 3. Im Falle von Viellagenfilmen sind wenigstens vier Hauptinterferenzen zu erwarten, so daß die Betriebsart MODE 4 ist. Wenn die Zahl der beobachteten Interferenzen nicht mit der gegebenen Zahl übereinstimmt, ist die Inter­ ferometervorrichtung derart ausgebildet, daß sie den Benutzer darauf hinweist, die Betriebsart oder die Probe zu überprüfen.

Durch Einteilung der Messungen in verschiedene Betriebsar­ ten und durch Wahl der Meßabstände in Übereinstimmung mit einer groben Schätzung der Dickeninformation kann das zu verwendende Datenprogramm in geeigneter und einfacher Weise ausgestaltet sein. Die Zahl und die Anordnung der zu erwartenden Interferenzen werden daher intern für die Vorrichtung bestimmt, bevor die Messungen durchgeführt werden.

Bezugszeichenliste

1 Lichtquelle
2 Strahlteiler
3 Referenzeinrichtung
4 Gegenstand, Objekt
5 Detektor
6 Verstärker
7 Bandpaßfilter
8 Gleichrichter
9 Tiefpaßfilter
10 Detektor
11 Maximalgrenzenvergleicher
12 Nulldurchgangsvergleicher
13 Lautsprecher
14 Dreieckwellengenerator
15 Sammel- und Speicherelemente
16 Summierverstärker
17 Zähler
18 Spitzenwertanzeiger
19 Dämpfungsglied
21 Lichtquelle
22 Strahlteiler
23 Referenzeinrichtung
24 Spiegel
25 Detektor
20 Probe, Film

Claims (4)

1. Verfahren zur interferometrischen Bestimmung der Dicke eines transparenten Gegenstandes, insbes. eines wenigstens einlagigen transparenten Films mittels inkohärentem Licht, wobei ein Lichtstrahl in einen Meßstrahl und einen Referenzstrahl aufgespalten wird, der Referenzstrahl auf den Spiegel einer Referenzeinrichtung gerichtet ist, der Spiegel mit einer automatischen Verstelleinrichtung verbunden ist, mit der der Referenzabstand automatisch und periodisch mit konstanter Geschwindigkeit über den gesamtem Meßbereich verändert wird, der Meßstrahl an einem ortsfest angeordneten Meßspiegel reflektiert wird, vor dem der Film in definiertem Abstand zur Vermessung angeordnet ist, der reflektierte Referenzstrahl und der am feststehenden Spiegel, reflektierte Meßstrahl nach ihrer Zusammenführung interferieren und die auftretenden Interferen­ zen beobachtet werden, wobei zum Zeitpunkt einer auftretenden Interferenz der Ort des Spiegels der Referenzeinrichtung von einem Positionsanzeiger bestimmt wird, der mit der automati­ schen Verstelleinrichtung verbunden ist und das Meßergebnis durch eine Verschiebung der von der Oberfläche des Meßspiegels verursachten Interferenz mit und ohne Film im Meßstrahlengang erhalten wird, der Abstand zwischen dem Film und dem Spiegel im Hinblick auf die Dicke des Films derart gewählt wird, daß die der Spiegeloberfläche zugeordnete Interferenz eindeutig von den Interferenzen unterscheidbar ist, die den Grenzflächen des Films zuzuordnen sind, und die Bestimmung der Interferenz zunächst grob aufgrund der einhüllenden Interferenz bzw. eines Interferenzimpulses und dann genauer mittels eines Nulldurch­ gangsdetektors erfolgt.

2. Vorrichtung zur interferometrischen Bestimmung der Dicke eines transparenten Gegenstandes, insbes. eines wenigstens einlagigen Films (20), mittels Licht einer inkohärenten Lichtquelle (1), einem Strahlteiler (2) zur Aufspaltung des von der Lichtquelle (1) kommenden Lichtstrahls einerseits in einen auf den Spiegel einer Referenzeinrichtung (3) gerichteten Strahlteil und andererseits in einen auf den zu messenden transparenten und vor einem feststehenden Spiegel angeordneten Gegenstand (4) gerichteten Strahlteil, mit einer periodisch arbeitenden Verstelleinrichtung (13, 14) zur Verstellung des Ortes des Spiegels der Referenzeinrichtung (3) über den gesamten Meßbereich, wobei ein Interferenzdetektor (5) zum Empfang der reflektierten und interferierenden Strahlen derart mit der Verstelleinrichtung (13, 14) verbunden ist, daß zum Zeitpunkt einer Interferenz die Stellung der Verstellein­ richtung (13, 14) und damit der Referenzabstand bestimmbar ist, die automatische Verstelleinrichtung (13, 14) eine elektrome­ chanische Einrichtung (13) mit einer Spule zur Verstellung des Spiegels aufweist, wie sie beispielsweise eine Lautsprecher­ einrichtung ist, mit deren Membran der Spiegel verbunden ist, und mit einer Schaltung 14, die eine periodische Dreieckspan­ ung erzeugt und die mit der Spule verbunden ist, um so eine Verstellung des Spiegels in wechselnder Richtung und mit konstanter Geschindigkeit zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Interferenzdetektor (5) empfangene Signal einem hinter einem gegebenenfalls vorhandenen Ver­ stärker (6) angeordneten Bandpaßfilter (7) zugeleitet wird, mit dem ein Gleichrichter (8) sowie ein Tief­ paßfilter (9) zur Erzeugung eines Einhüllimpulses verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Sammel- und Speicherelemente (15) zur Speicherung einer zur Stellung der automatischen Einstelleinrichtung (13, 14) im Moment der Interfe­ renz proportionalen elektrischen Größe vorgesehen sind.