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DE20213343U1 - Arrangement for determining changes in layer thickness - Google Patents

Arrangement for determining changes in layer thickness

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Publication number
DE20213343U1
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DE
Germany
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light
sample
light guide
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arrangement
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Expired - Lifetime
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DE20213343U
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Analytik Jena AG
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Analytik Jena AG
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material

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Description

Patentanwalt^ .·Patent Attorney^ .·

GEYER, FEHNERS & PARTNER (G.b.R.)GEYER, FEHNERS & PARTNER (G.b.R.)

European Patent and Trademark Attorneys
MÜNCHEN-JENA
European Patent and Trademark Attorneys
MUNICH-JENA

Büro München /Munich Offices: Perhamerstraße 31 · D-80687 München
Telefon: (089) 5 4615 20 -Telefax: (089) 5 46 03 92 · Telegramme: gefepat muenchen
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Büro Jena/Jena Offices: Sellierstraße 1 · D-07745 Jena ■ Telefon: (03641) 2 91 50 ■ Telefax: (03641) 2915 21Office Jena/Jena Offices: Sellierstraße 1 · D-07745 Jena ■ Telephone: (03641) 2 91 50 ■ Fax: (03641) 2915 21

Analytik Jena AG Jena, den 28. August 2002Analytik Jena AG Jena, August 28, 2002

u.Z.: GM 9036/8 DEo.Z.: GM 9036/8 DE

Anordnung zur Bestimmung von SchichtdickenänderungenArrangement for determining layer thickness changes

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung von Schichtdickenänderungen einer mehrschichtigen Probe mittels reflektrometrischer Interferenz-Spektroskopie, umfassend eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Probe, eine Probenhalterung zur Fixierung der Probe und eine Auswerteeinheit zur Analyse des von der Probe reflektierten Lichtes.The invention relates to an arrangement for determining layer thickness changes of a multilayer sample by means of reflectrometric interference spectroscopy, comprising a light source for illuminating the sample, a sample holder for fixing the sample and an evaluation unit for analyzing the light reflected by the sample.

Zur Untersuchung der Schichtdickenänderung einer Probe findet seit mehr als zehn Jahren die reflektrometrische Interferenz-Spektroskopie (RIFS) weitverbreitete Anwendung, beispielsweise in der optischen Sensorik, wo z.B. dünne Poiymerfilme als Sensoren für Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Durch physikalische oder chemische Reaktionen ändert sich die Dicke eines solchen Polymerfilms, diese Änderung wird mittels RIFS nachgewiesen. Auch in der biochemischen Analytik findet diese Methode zunehmend Anwendung, da mit ihr die direkte Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Biomolekülen möglich ist, beispielsweise bei Antikörper-/Antigenreaktionen. Dazu wird ein Reaktionspartner (Ligant) an der Oberfläche der Probe immobilisiert, der andere Reaktionspartner (Analyt) wird in Lösung über die Probe geleitet. Die Wechselwirkung ist als Schichtdickenänderung direkt nachweisbar, es ist keine Markierung der Reaktionspartner wie z.B. beim Radioimmunoassay (RIA) oder dem Enzymimmunoassay (ELISA) notwendig.Reflectometric interference spectroscopy (RIFS) has been widely used for more than ten years to investigate the change in the layer thickness of a sample, for example in optical sensors, where thin polymer films are used as sensors for hydrocarbons. The thickness of such a polymer film changes as a result of physical or chemical reactions, and this change is detected using RIFS. This method is also increasingly used in biochemical analysis, as it enables the direct investigation of the interaction between biomolecules, for example in antibody/antigen reactions. For this purpose, one reaction partner (ligant) is immobilized on the surface of the sample, and the other reaction partner (analyte) is passed over the sample in solution. The interaction can be directly detected as a change in layer thickness; no labeling of the reaction partners is necessary, as is the case with radioimmunoassay (RIA) or enzyme immunoassay (ELISA).

Das Verfahren basiert auf der Interferenz von weißem Licht durch die Reflexion an den Grenzflächen von dünnen, transparenten Schichten. Wird das reflektierte Licht spektral zerlegt, so ergeben sich Interferenzspektren, in denen sich die Bereiche konstruktiver Überlagerung (Maxima) und destruktiver Überlagerung (Minima) der Teilstrahlen ein-The method is based on the interference of white light through reflection at the interfaces of thin, transparent layers. If the reflected light is spectrally broken down, interference spectra are obtained in which the areas of constructive superposition (maxima) and destructive superposition (minima) of the partial beams are included.

GEYER, FEHNERS &P/\*RTN£!rYg.i5*R.) GEYER, FEHNERS &P/\*RTN£!rYg.i5*R.)

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ander abwechseln. Die Lage der Minima und Maxima im Spektrum ist dabei charakteristisch für das Schichtsystem und von den Dicken der einzelnen Schichten abhängig. Aus dem Interferenzspektrum läßt sich anhand mathematischer Formeln prinzipiell auf die Dicken der einzelnen Schichten des Systems rückschließen. Die Änderung einer Schichtdicke, z. B. durch einen der oben genannten Prozesse, hat auch eine Änderung des Interferenzspektrums zur Folge.The position of the minima and maxima in the spectrum is characteristic of the layer system and depends on the thickness of the individual layers. In principle, the thickness of the individual layers of the system can be deduced from the interference spectrum using mathematical formulas. A change in the thickness of a layer, e.g. through one of the processes mentioned above, also results in a change in the interference spectrum.

In der optischen Sensorik lassen sich die Änderungen der Dicke dünner Schichten beispielsweise mit Anordnungen, wie sie in Artikel „Dünne Polymerfilme als Sensoren für Kohlenwasserstoffe" von W. Nahm und G. Gauglitz in der GIT Fachz. Lab. 7/90 auf den Seiten 889 - 893 oder in der Patentschrift DE 42 00 088 C2 beschrieben sind, verfolgen. Licht einer Weißlichtquelle wird in den ersten Arm eines Y-Lichtleiters eingekoppelt und beim Austritt über die Lichtaustrittsfläche auf die auf einer transparenten Halterung fixierte sensitive Schicht - dieses System aus Halterung und sensitiver Schicht wird im folgenden als „Sensorchip" bezeichnet - abgestrahlt. Die Lichtaustrittsfläche ist gleichzeitig auch Lichteintrittsfläche für das vom Sensorchip reflektierte Licht, welches dann über einen Verzweiger durch den zweiten Arm des Y-Lichtleiters zu einem Spektrometer geleitet wird. Im Spektrometer wird das Licht spektral zerlegt und das Interferenzspektrum aufgenommen. Dieses kann dann durch Methoden, wie sie z. B. in den oben genannten Artikel von W. Nahm und G. Gauglitz beschrieben sind, ausgewertet werden.In optical sensor technology, changes in the thickness of thin layers can be tracked, for example, using arrangements such as those described in the article "Thin polymer films as sensors for hydrocarbons" by W. Nahm and G. Gauglitz in GIT Fachz. Lab. 7/90 on pages 889 - 893 or in the patent specification DE 42 00 088 C2. Light from a white light source is coupled into the first arm of a Y-light guide and, when it exits, is emitted via the light exit surface onto the sensitive layer fixed to a transparent holder - this system consisting of holder and sensitive layer is referred to below as the "sensor chip". The light exit surface is simultaneously also the light entry surface for the light reflected by the sensor chip, which is then guided via a splitter through the second arm of the Y-light guide to a spectrometer. In the spectrometer, the light is spectrally broken down and the interference spectrum is recorded. This can then be evaluated using methods such as those described in the above-mentioned articles by W. Nahm and G. Gauglitz.

Diese Anordnung weist jedoch einige Nachteile auf. So kommt es an der auf den Sensorchip gerichteten Stirnfläche des Y-Lichtleiters, die zum gleichzeitigen Lichtein- und Lichtaustritt vorgesehen ist, zu Lichtreflexen, die dem eigentlichen Meßsignal von der Oberfläche des Sensorchips überlagert sind. Als Folge ist das Interferenzspektrum nur sehr schwach ausgeprägt. Änderungen im Interferenzspektrum, die mit einer Änderung der Schichtdicke einher gehen, sind aus diesem Grund prinzipiell nur schlecht und ungenau nachweisbar. Im Stand der Technik versucht man daher, diese Lichtreflexe durch weitere, aufwendige Maßnahmen zu unterdrücken: Wenn die Halterung für die· sensitive Schicht aus einem optisch transparenten Glas mit bekannter Brechzahl gewählt wird, können die störenden Reflexe dadurch verhindert werden, daß die Rückseite des Sensorchips - also die dem Lichtleiter zugewandte Seite der transparenten Halterung - über ein flüssiges Medium wie beispielsweise Glyzerin, welches wegen seiner Brechzahl gut geeignet ist, mit der Stirnfläche des Y-Wellenleiters kontaktiert wird. Das führt zu der erwünschten Erhöhung des Kontrastes im Interferenzspektrum.However, this arrangement has some disadvantages. For example, light reflections occur on the front surface of the Y-waveguide that is directed towards the sensor chip and is intended for simultaneous light entry and exit. These reflections are superimposed on the actual measurement signal from the surface of the sensor chip. As a result, the interference spectrum is only very weak. For this reason, changes in the interference spectrum that accompany a change in the layer thickness are in principle difficult and imprecise to detect. In the current state of the art, attempts are therefore made to suppress these light reflections using further, complex measures: If the holder for the sensitive layer is made of optically transparent glass with a known refractive index, the disturbing reflections can be prevented by bringing the back of the sensor chip - i.e. the side of the transparent holder facing the lightguide - into contact with the front surface of the Y-waveguide using a liquid medium such as glycerine, which is well suited due to its refractive index. This leads to the desired increase in contrast in the interference spectrum.

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GEYER, FEHNERSGEYER, FEHNERS

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Nachteilig bei dieser Lösung ist aber, daß die Gesamtintensität verringert wird, da die Reflexe der Lichtleiterstirnfläche und der Sensorchiprückseite unterdrückt werden. Damit können sich die Meßzeiten nachteilig verlängern. Auch das Auswechseln des Sensorchips wird verkompliziert - es muß unbedingt verhindert werden, daß Spuren des flüssigen Mediums auf die sensitiven und reaktiven Schichten des Sensorchips gelangen, wo sie die Sensorfunktion beeinträchtigen können.The disadvantage of this solution is that the overall intensity is reduced because the reflections from the front surface of the light guide and the back of the sensor chip are suppressed. This can extend the measurement times. Replacing the sensor chip is also complicated - it is essential to prevent traces of the liquid medium from reaching the sensitive and reactive layers of the sensor chip, where they can impair the sensor function.

Ausgehend von diesen Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zur reflektrometrischen Interferenz-Spektroskopie zu entwikkein, die diese Nachteile des Standes der Technik überwindet.Based on this prior art, the invention is therefore based on the object of developing an arrangement for reflectrometric interference spectroscopy which overcomes these disadvantages of the prior art.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Anordnung der oben beschriebenen Art zur Übermittlung des Lichtes von der Lichtquelle zur Probe ein erster Lichtleiter mit einer Lichtaustrittsfläche vorgesehen ist und zur Übermittlung des von der Probe reflektierten Lichtes zur Auswerteeinheit ein zweiter Lichtleiter mit einer Lichteintrittsfläche vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in that, in an arrangement of the type described above, a first light guide with a light exit surface is provided for transmitting the light from the light source to the sample and a second light guide with a light entry surface is provided for transmitting the light reflected from the sample to the evaluation unit.

Indem zur Lichteinstrahlung und Lichtregistrierung zwei von einander getrennte Lichtleiter eingesetzt werden, können sich die störenden Reflexe, die an der Lichtaustrittsfläche des ersten Lichtleiters auftreten, nicht mehr mit dem reflektierten Licht, das an der Lichteintrittsfläche des zweiten Lichtleiters eintritt und zur Auswerteeinheit übermittelt wird, überlagern. Auf diese Weise kann vorteilhaft auch die Kontaktierung der Probe mit einem flüssigen Medium, wie beispielsweise Glyzerin, vermieden werden. Die Handhabung wird dadurch erheblich vereinfacht.By using two separate light guides for light irradiation and light registration, the disturbing reflections that occur on the light exit surface of the first light guide can no longer overlap with the reflected light that enters the light entry surface of the second light guide and is transmitted to the evaluation unit. In this way, contact between the sample and a liquid medium such as glycerine can also be avoided. This makes handling much easier.

Da die Lichtleiter bei der erfindungsgemäßen Anordnung nun nicht mehr in Kontakt mit dem Sensorchip stehen müssen, hat man mehrere Freiheitsgrade für die Anordnung der Lichtleiter in bezug auf die Oberfläche der Probe. Die Lichtein- bzw. Lichtaustrittsflächen beider Lichtleiter wird man im allgemeinen als Querschnittsfläche bezüglich der Längsachsen der Lichtleiter wählen, was jedoch nicht ausschließt, daß auch andere Schnittflächen verwendet werden können.Since the optical fibers no longer have to be in contact with the sensor chip in the arrangement according to the invention, there are several degrees of freedom for the arrangement of the optical fibers in relation to the surface of the sample. The light entry and exit surfaces of both optical fibers are generally chosen as cross-sectional areas in relation to the longitudinal axes of the optical fibers, but this does not exclude the possibility of using other cutting surfaces.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließen die Normalen der Lichtaustrittsfläche des ersten Lichtleiters und der Lichteintrittsfläche des zweiten Lichtleiters mit der Oberflächennormalen der Probe im wesentlichen den gleichen Winkel ein. Dabei können die Lichtein- bzw. Lichtaustrittsflächen auf zweierlei Weise angeordnetIn an advantageous embodiment of the invention, the normals of the light exit surface of the first light guide and the light entry surface of the second light guide form essentially the same angle with the surface normal of the sample. The light entry and exit surfaces can be arranged in two different ways.

Analytik Jena AG :..*:... .:..'..'.:.. .:.'..· *..* : *..* '..* u'.Z.: GM 9036/8 DEAnalytik Jena AG :..*:... .:..'..'.:.. .:.'..· *..* : *..* '..* u'.C.: GM 9036/8 EN

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werden. Zum einen in der Weise, daß die Normalen zusammen einen Winkel von etwa dem doppelten des Winkels mit der Oberflächennormalen einschließen. In diesem Fall entspricht der Winkel dem Ein- und Ausfallswinkel des Lichts. Bevorzugt ist dieser Winkel variierbar. Gestaltet man auch den Abstand zwischen der Lichtaustrittsfläche des ersten Lichtleiters und der Lichteintrittsfläche des zweiten Lichtleiters variierbar, so kann man mit einer solchen Anordnung das vom Sensorchip reflektierte Signal bezüglich Kontrast und Intensität sehr gut optimieren.Firstly, in such a way that the normals together enclose an angle of approximately twice the angle with the surface normal. In this case, the angle corresponds to the angle of incidence and reflection of the light. This angle is preferably variable. If the distance between the light exit surface of the first light guide and the light entry surface of the second light guide is also designed to be variable, then such an arrangement can be used to very effectively optimize the signal reflected by the sensor chip in terms of contrast and intensity.

In einer weiteren bevorzugten Variante beträgt der eingeschlossene Winkel etwa 0°. Die Lichtaustrittsfläche des ersten Lichtleiters und die Lichteintrittsfläche des zweiten Lichtleiters sind hier im wesentlichen parallel zur Probenoberfläche angeordnet. Zwar ist die registrierte Intensität etwas geringer als in der zuvor beschriebenen Variante, da nur Strahlen aus dem Randbereich der Apertur der Lichtleitfasern zum Signal beitragen, jedoch wird auf diese Weise die technische Ausführung vereinfacht. Vorzugsweise sind die Lichtaustrittsfläche des ersten Lichtleiters und die Lichteintrittsfläche des zweiten Lichtleiters in einem im wesentlichen gleichen Abstand zur Probenoberfläche angeordnet, was eine einfache Herstellung ermöglicht.In a further preferred variant, the included angle is approximately 0°. The light exit surface of the first light guide and the light entry surface of the second light guide are arranged essentially parallel to the sample surface. Although the recorded intensity is somewhat lower than in the previously described variant, since only rays from the edge area of the aperture of the optical fibers contribute to the signal, the technical design is simplified in this way. Preferably, the light exit surface of the first light guide and the light entry surface of the second light guide are arranged at essentially the same distance from the sample surface, which enables simple production.

In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der zweite Lichtleiter aus mehreren Lichtleitfasern mit Lichteintrittsflächen zusammengesetzt, und sind die Lichteintrittsflächen der Lichtleitfasern im wesentlichen konzentrisch um die Lichtaustrittsfläche des ersten Lichtleiters angeordnet, wobei alle Flächen etwa in einer Ebene liegen. Die Lichtleitfasern aus denen der zweite Lichtleiter besteht, können dann am Eingang der Auswerteeinheit zu einem Faserbündel zusammengefaßt werden. Durch diese Anordnung kann die Intensität des Signals erhöht werden. Solange die Apertur des Spektrometers, welches das Licht letztendlich registriert, nicht überschritten wird, erhöht sich die Signalintensität proportional zur Anzahl der Lichtleitfasern. Selbstverständlich kann auch der erste Lichtleiter aus mehreren Lichtleitfasern zusammengesetzt sein, und es sind andere Arrangements der einzelnen Fasern beider Lichtleiter möglich - beispielsweise kann auch der erste Lichtleiter aus einem Faserbündel bestehen, und die Fasern können so angeordnet werden, daß eine Faser des ersten Lichtleiters nur von Fasern des zweiten Lichtleiters umgeben ist, und umgekehrt.In a particularly preferred embodiment, the second light guide is composed of several optical fibers with light entry surfaces, and the light entry surfaces of the optical fibers are arranged essentially concentrically around the light exit surface of the first light guide, with all surfaces lying approximately in one plane. The optical fibers that make up the second light guide can then be combined to form a fiber bundle at the input of the evaluation unit. This arrangement can increase the intensity of the signal. As long as the aperture of the spectrometer, which ultimately registers the light, is not exceeded, the signal intensity increases proportionally to the number of optical fibers. Of course, the first light guide can also be composed of several optical fibers, and other arrangements of the individual fibers of both light guides are possible - for example, the first light guide can also consist of a fiber bundle, and the fibers can be arranged so that a fiber of the first light guide is only surrounded by fibers of the second light guide, and vice versa.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand zwischen Probe und erstem und zweitem Lichtleiter variierbar. Auf diese Weise kann das Verhältnis zwischen der Intensität des Signals und dessen Modulation variiert werden, daIn a further advantageous embodiment of the invention, the distance between the sample and the first and second light guides can be varied. In this way, the ratio between the intensity of the signal and its modulation can be varied, since

Analytik Jena AG :..*:... .:..'..'.:.. .:.*..* *..· t *..' *..* ulz.: GM 9036/8 DEAnalytik Jena AG :..*:... .:..'..'.:.. .:.*..* *..· t *..' *..* ulz.: GM 9036/8 EN

GEYER, FEHNERS & PARTNER*(G.b*R.)GEYER, FEHNERS & PARTNER*(G.b*R.)

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mit zunehmendem Abstand durch die zunehmende Detektierung der Reflexe von der Rückseite des Sensorchips die Intensität des Signals zunimmt, wohingegen die Modulation abnimmt. Somit ist es sehr einfach möglich, sich den verschiedenen Meßaufgaben anzupassen. Für schnelle Übersichtsmessungen beispielsweise wird man den Schwerpunkt auf maximale Intensität legen. Soll andererseits sehr genau gemessen werden, ist eine maximale Modulation des Signals vorteilhaft.As the distance increases, the intensity of the signal increases, while the modulation decreases, due to the increasing detection of reflections from the back of the sensor chip. This makes it very easy to adapt to different measurement tasks. For quick overview measurements, for example, the focus is on maximum intensity. On the other hand, if very precise measurements are required, maximum modulation of the signal is advantageous.

Die Erfindung soll im Folgenden an einzelnen Beispielen erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention will be explained below using individual examples. The accompanying drawings show

Fig. 1 eine Anordnung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist,Fig. 1 shows an arrangement as known from the prior art,

Fig.2 die normierte Intensität des Interferenzspektrums in Abhängigkeit von derFig.2 the normalized intensity of the interference spectrum as a function of the

Wellenlänge für eine Anordnung, wie sie in Fig.1 gezeigt ist,
Fig.3 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Lichtleiterund
Wavelength for an arrangement as shown in Fig.1,
Fig.3 shows an arrangement according to the invention with a first and a second light guide and

Fig.4 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der der zweite Lichtleiter aus mehreren Lichtleitfasern zusammengesetzt ist.Fig.4 shows an arrangement according to the invention in which the second light guide is composed of several optical fibers.

In Fig.1 ist das Prinzip einer Anordnung zur Bestimmung von Schichtdickenänderungen einer Probe mittels reflektrometrischer Interferenz-Spektroskopie, wie es im Stand der Technik bekannt ist, gezeigt. Von einer Lichtquelle 1, beispielsweise einer Weißlichtquelle, wird Licht über einen Y-Lichtleiter 2 durch einen Verzweiger 3 auf eine Probe 4, die sich auf einer Probenhalterung 5 befindet, abgestrahlt. Das von der Probe reflektierte Licht wird über den gleichen Y-Lichtleiter 2 aufgenommen und über den Verzweiger 3 in den anderen Arm des Y-Lichtleiters 2 geführt, der mit der Auswerteeinheit 6 verbunden ist. In der Auswerteeinheit 6 wird das Licht spektral zerlegt und weiter analysiert.Fig. 1 shows the principle of an arrangement for determining layer thickness changes in a sample using reflectrometric interference spectroscopy, as is known in the art. Light is emitted from a light source 1, for example a white light source, via a Y-light guide 2 through a splitter 3 onto a sample 4, which is located on a sample holder 5. The light reflected from the sample is received by the same Y-light guide 2 and guided via the splitter 3 into the other arm of the Y-light guide 2, which is connected to the evaluation unit 6. In the evaluation unit 6, the light is spectrally broken down and further analyzed.

Eine typische Interferenzfigur, wie man sie mit einer solchen Anordnung erhält, ist in Fig.2 als durchgezogene Linie gezeichnet. Als Probe wurde hier ein Interferenzschichtsystem, bestehend aus einer Tantalpentoxidschicht von 10 nm Dicke und einer Siliziumdioxidschicht von 330 nm Dicke auf einer Glasscheibe aus D263 der Firma Schott von 1 mm Dicke, verwendet. Aufgrund der störenden Lichtreflexe an der Lichtaustrittsfläche des Y-Lichtleiters 2 an dem der Probe zugewandten Ende sind die Variationen der bezüglich einer unbelegten Glasscheibe normierten Intensität mit der Wellenlänge nur sehr schwach ausgeprägt.A typical interference pattern, as obtained with such an arrangement, is shown as a solid line in Fig. 2. The sample used here was an interference layer system consisting of a tantalum pentoxide layer 10 nm thick and a silicon dioxide layer 330 nm thick on a 1 mm thick glass pane made of D263 from Schott. Due to the disturbing light reflections on the light exit surface of the Y-light guide 2 at the end facing the sample, the variations in the intensity with the wavelength, which is standardized with respect to an uncoated glass pane, are only very weak.

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Die eingangs beschriebenen Nachteile einer solchen Anordnung lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung vermeiden. Eine solche Anordnung ist in Fig.3 dargestellt. Anstelle des Y-Lichtleiters 2 sind nun ein erster Lichtleiter 7 und ein zweiter Lichtleiter 8 vorgesehen. Der erste Lichtleiter 7 übermittelt das Licht von der Lichtquelle 1 zur Probe 4, der zweite Lichtleiter 8 übermittelt das von der Probe 4 reflektierte Licht zur Auswerteeinheit 6. Man erhält dadurch eine wesentlich kontrastreichere Interferenzfigur, wie sie in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt wird.The disadvantages of such an arrangement described at the beginning can be avoided with the arrangement according to the invention. Such an arrangement is shown in Fig. 3. Instead of the Y-light guide 2, a first light guide 7 and a second light guide 8 are now provided. The first light guide 7 transmits the light from the light source 1 to the sample 4, the second light guide 8 transmits the light reflected from the sample 4 to the evaluation unit 6. This results in an interference figure with significantly higher contrast, as shown in Fig. 2 by the dashed line.

Eine Anordnung, mit der die Intensität des Interferenzsignals weiter erhöht werden kann, ist in Fig.4 schematisch dargestellt. Der zweite Lichtleiter 8 ist hier aus mehreren Lichtleitfasern zusammengesetzt, die am Eingang der Analyseeinheit 6 zusammenlaufen. An den der Probe zugewandten Enden werden die Lichtleitfasern so um den ersten Lichtleiter 7 angeordnet, daß die Lichteintrittsflächen 11 der Lichtleitfasern im wesentliehen konzentrisch um die Lichtaustrittsfläche 9 des ersten Lichtleiters 7 angeordnet sind. Man erhält auf diese Weise eine sechsfach höhere Intensität, falls die Apertur des in der Auswerteeinheit 6 verwandten Spektrometers nicht überschritten wird.An arrangement with which the intensity of the interference signal can be further increased is shown schematically in Fig. 4. The second light guide 8 is here composed of several optical fibers that converge at the entrance of the analysis unit 6. At the ends facing the sample, the optical fibers are arranged around the first light guide 7 in such a way that the light entry surfaces 11 of the optical fibers are arranged essentially concentrically around the light exit surface 9 of the first light guide 7. In this way, an intensity six times higher is obtained if the aperture of the spectrometer used in the evaluation unit 6 is not exceeded.

Analytik Jena AGAnalytik Jena AG

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Analytik Jena AG u. Z.: GM 9036/8 DE Jena, den 28. August 2002Analytik Jena AG currently: GM 9036/8 DE Jena, August 28, 2002

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11 LichtquelleLight source 22 Y-LichtleiterY-light guide 33 VerzweigerSplitter 44 Probesample 55 ProbenhalterungSample holder 66 AuswerteeinheitEvaluation unit 77 erster Lichtleiterfirst light guide 88th zweiter Lichtleitersecond light guide 99 LichtaustrittsflächeLight exit surface 1010 LichteintrittsflächeLight entry surface 1111 LichteintrittsflächeLight entry surface

Claims (7)

1. Anordnung zur Bestimmung von Schichtdickenänderungen einer Probe (4) mittels reflektrometrischer Interfenzspektroskopie, umfassend eine Lichtquelle (1) zur Beleuchtung der Probe (4), eine Probenhalterung (5) zur Fixierung der Probe (4) und eine Auswerteeinheit (6) zur Analyse des von der Probe (4) reflektierten Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übermittlung des Lichts von der Lichtquelle (1) zur Probe (4) ein erster Lichtleiter (7) mit einer Lichtaustrittsfläche (9) vorgesehen ist, und zur Übermittlung des von der Probe (4) reflektierten Lichts zur Auswerteeinheit (6) ein zweiter Lichtleiter (8) mit einer Lichteintrittsfläche (10) vorgesehen ist. 1. Arrangement for determining layer thickness changes of a sample ( 4 ) by means of reflectrometric interference spectroscopy, comprising a light source ( 1 ) for illuminating the sample ( 4 ), a sample holder ( 5 ) for fixing the sample ( 4 ) and an evaluation unit ( 6 ) for analyzing the light reflected from the sample ( 4 ), characterized in that a first light guide ( 7 ) with a light exit surface ( 9 ) is provided for transmitting the light from the light source ( 1 ) to the sample ( 4 ), and a second light guide ( 8 ) with a light entry surface ( 10 ) is provided for transmitting the light reflected from the sample ( 4 ) to the evaluation unit ( 6 ). 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normalen der Lichtaustrittsfläche (9) des ersten Lichtleiters (7) und der Lichteintrittsfläche (10) des zweiten Lichtleiters (8) mit der Oberflächennormalen der Probe (4) im wesentlichen den gleichen Winkel einschließen. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the normals of the light exit surface ( 9 ) of the first light guide ( 7 ) and the light entry surface ( 10 ) of the second light guide ( 8 ) enclose substantially the same angle with the surface normal of the sample ( 4 ). 3. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Normalen der Lichtaustrittsfläche (9) des ersten Lichtleiters (7) und der Lichteintrittsfläche (10) des zweiten Lichtleiters (8) mit der Oberflächennormalen der Probe variierbar ist. 3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the angle between the normals of the light exit surface ( 9 ) of the first light guide ( 7 ) and the light entry surface ( 10 ) of the second light guide ( 8 ) can be varied with the surface normal of the sample. 4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsfläche (9) des ersten Lichtleiters (7) und die Lichteintrittsfläche (10) des zweiten Lichtleiters (8) im wesentlichen parallel zur Probenoberfläche angeordnet sind. 4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light exit surface ( 9 ) of the first light guide ( 7 ) and the light entry surface ( 10 ) of the second light guide ( 8 ) are arranged substantially parallel to the sample surface. 5. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsfläche (9) des ersten Lichtleiters (7) und die Lichteintrittsfläche (10) des zweiten Lichtleiters (8) in einem im wesentlichen gleichen Abstand zur Probenoberfläche angeordnet sind. 5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light exit surface ( 9 ) of the first light guide ( 7 ) and the light entry surface ( 10 ) of the second light guide ( 8 ) are arranged at a substantially equal distance from the sample surface. 6. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lichtleiter (8) aus mehreren Lichtleitfasern mit Lichteintrittsflächen (11) zusammengesetzt ist, und die Lichteintrittsflächen (11) der Lichtleitfasern im wesentlichen konzentrisch um die Lichtaustrittsfläche (9) des ersten Lichtleiters (7) angeordnet sind, wobei alle Flächen etwa in einer Ebene liegen. 6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second light guide ( 8 ) is composed of several optical fibers with light entry surfaces ( 11 ), and the light entry surfaces ( 11 ) of the optical fibers are arranged essentially concentrically around the light exit surface ( 9 ) of the first light guide ( 7 ), all surfaces lying approximately in one plane. 7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Probe (4) und den beiden Lichtleitern (7, 8) variierbar ist. 7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the sample ( 4 ) and the two light guides ( 7 , 8 ) is variable.
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