DE10139645C2 - Goniometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Goniometer zur winkelaufgelösten berührungslosen ellipsometrischen Untersuchung einer Probe, bei dem zwei bewegliche Elemente des Ellipsometers auf kon­ zentrischen Kreisbahnen um die Probe bewegbar sind.

In der Ellipsometrie tritt häufig die Aufgabe auf, ein Mess­ gerät auf einer konzentrischen Kreisbahn um eine Probe herum­ zubewegen, um eine winkelaufgelöste Messung durchzuführen. Bei Ellipsometern, wie sie insbesondere zur Bestimmung der Dicke von Stoffschichten eingesetzt werden, wird beispiels­ weise der Einfallswinkel einer Lichtquelle auf die Probe va­ riiert, während gleichzeitig ein Detektor das von der Ober­ fläche der Probe reflektierte Licht aufnimmt und bezüglich seines Polarisationszustandes analysiert.

Dazu ist es dem Prospekt "Imaging Ellipsometry, An introduc­ tion to the I-Elli 2000 Imaging Ellipsometers" mit Stand vom Sept. 1999 der NFT-Nanofilm Technologie GmbH in D-37081 Göt­ tingen, bekannt, die Lichtquelle und den Detektor drehbar zu lagern, so dass eine konzentrische Drehachse in der Proben­ fläche liegt. Bei diesen Konstruktionen befindet sich ein me­ chanisches Drehlager vor oder hinter der Probe, wodurch die Probengröße limitiert wird. Diese Limitation wirkt sich nachteilig auf die Einsatzbreite einer derartigen Messvor­ richtung aus.

Weiterhin sind Goniometer bekannt, die ein oder mehrere Ele­ mente, z. B. optische Systeme, durch die Verwendung von Kreis­ segmentführungen um eine virtuelle Drehachse führen. Diese Systeme limitieren prinzipiell die Probengröße nicht, haben aber einen geringen Verstellbereich des Winkels und sind in ihrer Konstruktion, insbesondere wenn mehrere Elemente ge­ führt werden sollen, aufwendig und teuer. Für ellipsometri­ sche Untersuchungen ist es jedoch vorteilhaft, einen großen Winkelverstellbereich und eine möglichst flexible Elementfüh­ rung zu haben. Wünschenswert ist es auch, ein möglichst kos­ tengünstiges und flexibel einsetzbares Ellipsometer, das für einen weiten Anwenderkreis, d. h. für wissenschaftliche Unter­ suchungen in Forschungslabors bis hin zum industriellen Ein­ satz geeignet ist, zur Verfügung stellen zu können. Dies ist jedoch bei den zum Aufbau der ellipsometrischen Elemente bis­ her verwendeten Goniometern nur unzureichend möglich.

Aus der US 3 892 967 ist eine Vorrichtung für radiologische Untersuchungen bekannt. An einem um eine zentrale Achse dreh­ baren Rotor sind zwei Querarme mittig drehbar gelagert. Die Enden der Arme sind jeweils mit einem weiteren Seitenarm pa­ rallel zur Zentralachse über Drehachsen verbunden. Die vier verbundenen Arme bilden ein winkelverstellbares Parallelo­ gramm. An den von dem Rotor entfernt liegenden Enden der Sei­ tenarme ist jeweils ein Strahlungselement, insbesondere eine Strahlungsquelle und ein Strahlungsempfänger drehbar gela­ gert. Zwei weitere parallel zu den Seitenarmen liegende Ver­ bindungen zwischen der Strahlungsquelle und dem nächstliegen­ den Querarm bzw. zwischen dem Strahlungsempfänger und diesem Querarm, führen die Strahlungselemente bei einer Winkelverstellung der Arme in ihre Winkelposition.

Über Gegengewichte und Seilzüge sind die Strahlungselemente derart miteinander gekoppelt, dass sie sich stets auf einer gemeinsamen Strahlungsachse gegenüber stehen und die Strah­ lungsachse im Mittelpunkt die Zentralachse schneidet. Auf diesen Schnittpunkt ist das Untersuchungssubjekt, z. B. ein menschliches Herz ausgerichtet. Durch Verfahren des Paralle­ logramms in eine bestimmte Winkelposition und Drehen des Ro­ tors lassen sich die Strahlungselemente auf einer konzentri­ schen Kugeloberfläche bewegen.

Der Fachmann für Ellipsometrie erhält aus dieser Entgegenhal­ tung keinen Hinweis zur Anwendung bezüglich ellipsometrischer Messungen.

Die bekannte Vorrichtung für radiologische Untersuchungen er­ möglicht zwar durch das winkelverstellbare Parallelogramm die Bewegung eines Elementes auf einer Kreisbahn. Nachteilig wirkt sich aber die koaxiale Kopplung dieses Elementes mit einem zweiten Element für die Verwendungsmöglichkeit bei ana­ lytischen Oberflächenuntersuchungen aus. Die Vorrichtung ist für Messtechniken einsetzbar, bei denen die Untersuchungspro­ be durchstrahlt wird, wie beispielsweise bei Tomographiegerä­ ten, nicht hingegen, wenn z. B. eine Probe mit einer Strah­ lungsquelle winkelaufgelöst bestrahlt werden und mit einem von der Strahlungsquelle unabhängig verstellbaren Detektor das reflektierte Licht gemessen werden soll. Die Kopplung der Strahlungselemente auf einer Achse machen diese Art von Mes­ sungen unmöglich. Zudem ist der um die Zentralachse drehbare Rotor konstruktiv sehr aufwendig und für analytische Oberflä­ chenuntersuchungen eher hinderlich. Auch hat die Anlage ins­ gesamt einen hohen Raumbedarf, da sie vorzugsweise für die Untersuchung des menschlichen Körpers ausgelegt ist. Für ana­ lytische Oberflächenuntersuchungen an kleinen Proben, z. B. an dünnen Stoffschichten, ist die bekannte Vorrichtung daher nicht geeignet.

Weiterhin ist aus der DE 693 10 085 T2 ein ferngesteuerter, um einen Zentralpunkt bewegbarer Roboter für Chirurgie be­ kannt. Zweck des Roboters ist es, ein chirurgisches Instru­ ment, beispielsweise ein Laparoskop, im Körper eines Patien­ ten neu positionieren zu können, ohne dass sich ein proxima­ les, d. h. der Mitte des Roboters zugelegenes, Teil des Robo­ ters im Arbeitsbereich des Chirurgen oberhalb des Patienten befindet. Das chirurgische Instrument, das sich an dem dista­ len Teil des Roboters befindet, wird von einem Manipulator gehalten, der an einem Gestänge angeordnet ist. Das Gestänge besteht aus einer Anzahl starrer Gestängeelemente, die unter­ einander mittels Zapfen oder Drehgelenken verbunden sind.

Durch Drehung der Gestängeelemente um die Zapfen wird eine Bewegung des Instrumentes um einen in einer bestimmten Ent­ fernung zu dem Roboter gelegenen Arbeitspunkt beschrieben.

Bei dem Roboter für chirurgische Eingriffe am Menschen, han­ delt es sich um ein medizinisches Gerät zur Positionierung eines chirurgischen Instrumentes. Hier wird die Aufgabe ge­ löst, um zwischen Bedienungsteilen bzw. Bediener und Objekt (Patient) einen großen Abstand herzustellen. Für die Durch­ führung ellipsometrischer Messungen erhält der Fachmann keine Hinweise. Nachteilig wirkt sich aus, dass die einzelnen Kom­ ponenten des Roboters, die Verstellmöglichkeiten und deren Steuerung für die Ausübung von Kräften auf den Patienten aus­ gelegt sind, hingegen ist der Roboter nicht auf eine mög­ lichst hohe Winkelauflösung optimiert. Weiterhin sind relativ aufwendige mechanische Vorrichtungen für Grobeinstellungen vorgesehen. Zudem sind die relativ großen Abmessungen des Ro­ boters (und des Objektes) nicht für ellipsometrische Vorrich­ tungen geeignet. Auch ist die Auslegung der einzelnen Kompo­ nenten des Roboters, bei dem es u. a. auf eine besondere e­ lektrische Isolation, Abbaumöglichkeiten und Eignung bestimm­ ter Teile zur Sterilisation, Anbaumöglichkeiten von Verlänge­ rungsgestängen u. a., nicht ohne Weiteres an die Anforderungen für ein Goniometer für die Ellipsometrie, bei dem es u. a. auf eine hohe Winkelauflösung und Winkeleinstellung, eine gute Schwingungsisolation, geringe Materialausdehnung bei Tempera­ turschwankungen und eine kompakte Bauweise ankommt, anpass­ bar.

Aus der DE 198 16 974 C1 ist eine Vorrichtung zur automati­ schen relativen Justierung von Proben bezüglich eines El­ lipsometers bekannt. Zweck ist es, durch die automatische Justierung wiederholte Eichmessungen überflüssig zu machen. Dadurch soll das Ellipsometer insbesondere für Anwendungen mit häufigem Probenwechsel über lange Zeiträume praktikabler handhabbar werden. Dafür ist ein speziell ausgebildetes opti­ sches Proben-Lage-Erkennungssystem und eine Verstelleinrichtung, die auf das Erkennungssystem und/oder auf einen Pro­ bentisch einwirkt, vorgesehen.

Zur winkelaufgelösten Bewegung der ellipsometrischen Untersu­ chungselemente um die Probe herum, findet der Fachmann in dieser keine Hinweise.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekann­ ten Goniometer für ellipsometrische Untersuchungen so zu verbessern, dass sie mit relativ geringem Konstruktions- und Kostenaufwand die Führung von Elementen auf einer konzentri­ schen Kreisbahn um eine Probe in einem großen Winkelverstell­ bereich und ohne Limitation der Probengröße ermöglichen, und dass sie in ihren Anwendungsmöglichkeiten flexibler sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem O­ berbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass vier drehbar verbundene Arme ein aus zwei gekoppelten Parallelogrammen be­ stehendes winkelverstellbares Doppelparallelogramm bilden, das an einer Längsseite eines mit seiner Längsachse senkrecht zu einer Probenebene ausgerichteten Halters angeordnet ist, bei dem ein Hauptarm an einer ersten Drehachse und ein Füh­ rungsarm an einer zweiten Drehachse an dem Halter gelagert sind, bei dem ein erster Verbindungsarm an einer dritten Drehachse an dem Führungsarm und an einer vierten Drehachse an dem Hauptarm gelagert ist, bei dem ein zweiter Verbin­ dungsarm an einer fünften Drehachse an dem Hauptarm gelagert ist, und bei dem das Element an einer sechsten Drehachse an dem zweiten Verbindungsarm und an einer siebten Drehachse an dem ersten Verbindungsarm gelagert ist, so dass das Element durch eine Drehung des Hauptarms oder des Führungsarms mit einer vorgebbaren Winkelauflösung um eine virtuelle Drehachse führbar ist, und das spiegelsymmetrisch zu dem ersten Doppel­ parallelogramm ein zweites Doppelparallelogramm gleicher Bau­ weise an einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden zwei­ ten Längsseite des Halters angeordnet ist, und dass das zwei­ te Doppelparallelogramm ein als Strahlungsquelle ausgebildetes Element trägt, und das Element des ersten Doppelparalle­ logramms als ein Strahlungsdetektor ausgebildet ist.

Das an einer Längsseite des Halters drehbar gelagerte Doppel­ parallelogramm ermöglicht auf einfache Weise die Führung ei­ nes an ihm drehbar gelagerten Elements auf einer konzentri­ schen Kreisbahn um eine zu untersuchende Probe. Statt vor o­ der hinter der Probe, ist das Goniometer oberhalb der Probe an dem Halter gelagert. Hingegen liegt in der Probenebene die virtuelle Drehachse, so dass es keine Behinderung der Probe durch eine reale physische Drehachse in der Probenebene und damit keine durch eine Drehachse verursachte Limitation der Probengröße gibt.

Die Probe kann mit dem Goniometer in einem weiten Winkelbe­ reich umfahren werden. Ein unterer Anschlag ist durch die Achsen und Arme gegeben und kann nahe bei einem Winkel von 180° liegen. Insbesondere können dadurch auch Transmissions­ messungen vorgenommen werden, z. B. an Proben in Messzellen. Dabei ist es mit Hilfe des Goniometers möglich, nicht nur das von der Probenoberfläche reflektierte Licht, sondern auch transmittierte Strahlung, zu erfassen.

Durch die spiegelsymmetrische Anordnung mit zwei Doppelparal­ lelogrammen können sowohl die Strahlungsquelle als auch der Strahlungsdetektor jeweils mit einer hohen Winkelauflösung unabhängig voneinander um die Probe geführt werden. Dies macht das Goniometer zu einem sehr flexibel einsetzbaren El­ lipsometer, mit dem günstige Winkeleinstellungen sowohl für die Strahlungsquelle als auch für den Strahlungsdetektor für alle gängigen ellipsometrischen Untersuchungsverfahren frei wählbar vorgenommen werden können. Typische Anwendungsberei­ che in denen das Goniometer besonders vorteilhaft in einer ellipsometrischen Messvorrichtung eingesetzt werden kann sind Schichtdickenmessungen, Oberflächengrenzschichtuntersuchun­ gen, Oberflächenmorphologieuntersuchungen und Oberflächenkon­ taminationsmessungen, an verschiedensten organischen und anorganischen Probenschichten mit verschieden großer räumlicher Ausdehnung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung sind die beiden Doppelparallelogramme wahlweise gekop­ pelt oder unabhängig voneinander verstellbar.

Durch die Kopplung oder Entkopplung der beiden Doppelparalle­ logramme kann das Goniometer besser an die jeweilige Messauf­ gabe angepasst werden. So kann durch die Kopplung Quelle und Detektor bei einem festen Winkel zueinander um die Probe ver­ fahren werden. Bei einem entkoppelten Betrieb ist es aber auch möglich, dass nur ein Element verfahren wird, während das zweite feststeht.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Antrieb als mindestens eine an einer geeigneten Dreh­ achse angeordnete rotatorische Antriebseinheit ausgebildet. Der Antrieb kann auch als mindestens eine zwischen zwei ge­ eigneten Drehachsen zweier Arme angeordnete lineare Antriebs­ einheit ausgebildet sein.

Der motorische Antrieb mit einer Steuereinheit über eine ro­ tatorische oder eine lineare Antriebseinheit erlaubt ein sehr genaues elektronisch gesteuertes Verfahren der Elemente. Da­ durch kann ein vollautomatisches Messprogramm durchgeführt werden, wodurch die Handhabung des Goniometers komfortabler wird. Weiterhin ist eine sehr genaue Winkeleinstellung der Elemente möglich, wodurch sich eine sehr hohe Winkelauflö­ sung, etwa in einer Größenordnung von 0,01° erzielen lässt. Grundsätzlich ist jedoch auch ein manueller Antrieb möglich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist der Halter in einer zu der Probenebene senkrechten Richtung verstellbar. Der Halter kann auch in mindestens ei­ ner zu der Probenebene parallelen Richtung verstellbar sein.

Durch die Verstellmöglichkeiten des Halters kann die relative Lage zwischen Goniometer und Probenoberfläche variiert wer­ den, wodurch sich die Verwendungsmöglichkeiten weiter verbes­ sern.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein die Probe tragender Probentisch vorgesehen. Der Pro­ bentisch kann in mindestens einer Richtung senkrecht zu der Längsachse des Halters verstellbar sein. Der Probentisch kann auch in einer Richtung parallel zu der Längsachse des Halters verstellbar sein.

Ein spezieller Probentisch erleichtert die Handhabung des Go­ niometers. Durch die Verstellbarkeit des Probentisches werden seine Verwendungsmöglichkeiten erhöht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung weist der Halter mindestens eine motorische Verstellein­ heit auf. Auch der Probentisch kann mindestens eine motori­ sche Verstelleinheit aufweisen.

Die Verstellung von Halter oder Probentisch kann z. B. über elektrische Mikrometerantriebe erfolgen, wodurch die Handha­ bung des Goniometers weiter verbessert wird. Grundsätzlich kann die Verstellung aber auch kostengünstig manuell z. B. ü­ ber Mikrometerschrauben erfolgen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Probentisch um mindestens eine Drehachse verstellbar.

Durch eine Drehachsenverstellung des Probentischs können die Möglichkeiten zur Ausrichtung der Probe weiter verbessert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung weist mindestens ein Arm eine einstellbare Länge auf. Es kann auch mindestens eine Drehachse in Längsrichtung eines ihr zugehörigen Armes verschiebbar ausgebildet sein.

Durch eine Justage der Drehachsen, z. B. mit Hilfe von Langlö­ chern, oder verstellen der Länge eines oder mehrerer Arme, können mechanische Fertigungstoleranzen, insbesondere zwi­ schen den an beiden Längsseiten des Halters angebrachten ent­ sprechenden Bauteilen der Doppelparallelogramme, ausgeglichen werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Mittel zum ausbalancieren des Doppelparallelogramms vor­ gesehen. Die Mittel zum ausbalancieren des Doppelparallelo­ gramms können als mindestens ein Gegengewicht an mindestens einem der Arme ausgebildet sein, sie können auch als mindes­ tens eine an mindestens einer Drehachse angeordnete Feder ausgebildet sein. Die Feder kann als Torsionsfeder ausgebil­ det sein.

Durch die Anbringung eines Gegengewichts, z. B. an einer Ver­ längerung des Führungsarms über den Halter hinaus, kann das System ausbalanciert werden. Dadurch wird der motorische An­ trieb vereinfacht. Dies kann auch durch Federn, z. B. Torsi­ onsfedern, die an einer oder mehreren Achsen ein der Schwer­ kraft entgegenwirkendes Drehmoment erzeugen, realisiert wer­ den.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Frontansicht eines Goniometer mit einem Doppelparallelogramm und,

Fig. 2 das Goniometer von Fig. 1 zusätzlich mit einem zweiten Doppelparallelogramm.

Ein Goniometer besteht im Wesentlichen aus vier drehbar ver­ bundenen Armen 8, 9, 10, 11, die ein an einem Halter 15 gela­ gertes, winkelverstellbares Doppelparallelogramm 14 bilden, mit dem ein Element 23 auf einer konzentrischen Kreisbahn um eine in einer Probenebene 19 liegende virtuelle Drehachse 22 um eine Probe 21 führbar ist.

An einer Längsseite 16 des Halters 15 ist das Doppelparalle­ logramm 14 angeordnet. Der Halter 15 ist mit seiner Längsach­ se 17 senkrecht zu der Probenebene 19 ausgerichtet und in zwei Richtungen senkrecht 28 und parallel 27 zu der Proben­ ebene 19 mit einer (nicht dargestellten) Verstelleinheit ver­ stellbar. Die Probe 21 befindet sich auf einem Probentisch 20, der in zwei Richtungen parallel 25 und senkrecht 26 zu der Längsachse 17 des Halters 15 mit einer weiteren (nicht dargestellten) Verstelleinheit verstellbar ist, sowie eine horizontale Ausrichtung der Probe durch zwei senkrechte Dreh­ achsen 30, 31 erlaubt. Durch seitliches Verfahren des Proben­ tisches 20 in Richtung 26 kann ein Verstellweg mit einem un­ teren Anschlag, diametral zu dem Halter 15 liegend, d. h. nahe bei 180°, für das Goniometer freigegeben werden. Dadurch sind auch Messungen möglich, bei denen eine durch die Probe 21 transmittierte Strahlung untersucht werden soll. Der Proben­ tisch 20 kann dazu aus einem für bestimmte Strahlung durch­ lässigen Material ausgebildet sein, oder durch eine (nicht dargestellte) entsprechende Messzelle ersetzt werden.

Die vier Arme sind als ein lasttragender Hauptarm 8, ein Füh­ rungsarm 9, ein erster Verbindungsarm 10 und ein zweiter Ver­ bindungsarm 11 ausgebildet. Insgesamt sind sieben als mecha­ nische Drehlager ausgebildete Drehachsen 1 bis 7 vorgesehen. Das Doppelparallelogramm 14 besteht aus zwei gekoppelten Pa­ rallelogrammen 12 und 13 die durch die Drehachsen 1/2/3/4 bzw. 4/5/6/7 gebildet werden. Der Hauptarm 8 wird durch die Drehachsenverbindung 1-4-5 bestimmt. Er ist mit seinem einen Ende in der ersten Drehachse 1 gelagert. Der Führungsarm 9 wird durch die Drehachsenverbindung 2-3 bestimmt. Er ist mit seinem einen Ende in der zweiten Drehachse 2 an dem Halter 15 gelagert. Der Führungsarm 9 gewährleistet die streng vertika­ le Bewegung des ersten Verbindungsarms 10, der durch die Drehachsenverbindung 3-4-7 bestimmt wird. Dieser Verbindungs­ arm 10 ist an der dritten Drehachse 3 an dem Führungsarm 9 und an der vierten Drehachse 4 an dem Hauptarm 8 gelagert. Der zweite Verbindungsarm 11 ist an der fünften Drehachse 5 an dem Hauptarm 8 gelagert. Er ist bestimmt durch die Dreh­ achsenverbindung 5-6. Das Element 23 ist an der sechsten Drehachse 6 an dem zweiten Verbindungsarm 11 und an der sieb­ ten Drehachse 7 an dem ersten Verbindungsarm 10 drehbar auf­ gehängt.

Eine Drehung des Hauptarms 8 oder des Führungsarms 9, vor­ teilhaft mittels eines (nicht dargestellten) motorischen An­ triebs bewirkt eine Drehung des Elements 23. Dabei bildet ein Winkel 18 den momentanen Winkel des Elements 23 bzgl. der Längsachse 17, d. h. des Lots auf die Probenebene 19. Das Ele­ ment 23 kann innerhalb des durch die Längsachse 17 des Hal­ ters 15 und die Probenebene 19 begrenzten Winkelbereichs um die virtuelle Drehachse 22 geführt werden. Zur Durchführung eines Messprogramms wird vorteilhaft eine (nicht dargestell­ te) Steuereinheit eingesetzt, die den motorischen Antrieb an­ steuert, so dass das Element 23 beispielsweise eine bestimmte Winkelposition anfährt, oder sich mit einer vorgebbaren Win­ kelauflösung schrittweise oder kontinuierlich auf einer kon­ zentrischen Kreisbahn um die Probe bewegt.

Die Verstellmöglichkeiten von Halter 15 und Probentisch 20 erlauben eine genaue Ausrichtung des Elements 23 (und ggf. weiterer Elemente) bzgl. einer Probenoberfläche 29.

Der Aufbau kann durch ein aus zwei gekoppelten Parallelogram­ men 12', 13' (gebildet durch die Drehachsen 1/2/3'/4', bzw. 4'/5'/6'/7') bestehendes zweites Doppelparallelogramm 14' er­ gänzt werden, so dass sich zusätzlich eine konzentrische Be­ wegung eines zweiten Elements 24 realisieren lässt (Fig. 2). Die Bauweise des zweiten Doppelparallelogramms 14' entspricht der des ersten Doppelparallelogramms 14. Dazu sind Drehachsen 3' bis 7' vorgesehen. Es ist spiegelsymmetrisch an einer Längsseite 16' des Halters 15 angeordnet und durch einen Hauptarm 8' (aus der Drehachsenverbindung 1-4'-5'), einen Führungsarm 9'(aus der Drehachsenverbindung 2-3') sowie zwei Verbindungsarme 10', 11' (aus den Drehachsenverbindungen 3'- 4'-7', bzw. 5'-6') bestimmt. Das Doppelparallelogramm 14' ist wie das Doppelparallelogramm 14 an den Drehachsen 1 und 2 ge­ lagert und vorteilhaft von diesem unabhängig mit einem eige­ nen Antrieb verstellbar. Die Arme 8', 9', 10', 11' sind durch die Drehachsen 3', 4' und 5' verbunden. Das Element 24 ist an den Drehachsen 6' und 7' aufgehängt. Eine jeweilige Winkelpo­ sition des Elements 24 ist durch einen Winkel 18' bestimmt.

Beispielsweise kann das Goniometer so zur Führung eines Null- Ellipsometers für eine Schichtdickenmessung einer Stoff­ schicht eingesetzt werden. Dabei ist das Element 24 als Laser mit einem vorgelagerten Polarisator sowie einem Polarisati­ onskompensator und das Element 23 als CCD-Kamera mit einer Abbildungsoptik sowie mit einem vorgelagerten Polarisations­ analysator ausgebildet. Für eine Messung wird der Einfalls­ winkel des Elements 24 auf die Probenoberfläche 29 variiert, während gleichzeitig das Element 23, d. h. der Detektor das von der Probenoberfläche 29 reflektierte Licht aufnimmt.

Bezugszeichenliste

1

Drehachse

2

Drehachse

3

,

3

' Drehachse

4

,

4

' Drehachse

5

,

5

' Drehachse

6

,

6

' Drehachse

7

,

7

' Drehachse

8

,

8

' Hauptarm

1-4-5

, bzw.

1-4

'-

5

'

9

,

9

' Führungsarm

2-3

, bzw.

2-3

'

10

,

10

' Verbindungsarm

3-4-7

, bzw.

3

'-

4

'-

7

'

11

,

11

' Verbindungsarm

5-6

, bzw.

5

'-

6

'

12

,

12

' Parallelogramm

1

/

2

/

3

/

4

, bzw.

1

/

2

/

3

'/

4

'

13

,

13

' Parallelogramm

4

/

5

/

6

/

7

, bzw.

4

'/

5

'/

6

'/

7

'

14

,

14

' Doppelparallelogramm

15

Halter

16

,

16

' Längsseite des Halters

15

17

Längsachse des Halters

15

18

,

18

' Winkel zwischen Längsachse

17

und Element

23

, bzw.

24

19

Probenebene

20

Probentisch

21

Probe

22

Virtuelle Drehachse

23

Element

24

Element

25

Verstellrichtung

26

Verstellrichtung

27

Verstellrichtung

28

Verstellrichtung

29

Probenoberfläche

30

Drehachse des Probentischs

20

31

Drehachse des Probentischs

20

Claims (19)

1. Goniometer zur winkelaufgelösten berührungslosen ellipso­ metrischen Untersuchung einer Probe, bei dem zwei bewegliche Elemente des Ellipsometers auf konzentrischen Kreisbahnen um die Probe bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass vier drehbar verbundene Arme (8, 9, 10, 11) ein aus zwei gekoppelten Paralle­ logrammen (12, 13) bestehendes winkelverstellbares Doppelparal­ lelogramm (14) bilden, das an einer Längsseite (16) eines mit seiner Längsachse (17) senkrecht zu einer Probenebene (19) aus­ gerichteten Halters (15) angeordnet ist, bei dem ein Hauptarm (8) an einer ersten Drehachse (1) und ein Führungsarm (9) an ei­ ner zweiten Drehachse (2) an dem Halter (15) gelagert sind, bei dem ein erster Verbindungsarm (10) an einer dritten Drehachse (3) an dem Führungsarm (9) und an einer vierten Drehachse (4) an dem Hauptarm (8) gelagert ist, bei dem ein zweiter Verbindungs­ arm (11) an einer fünften Drehachse (5) an dem Hauptarm (8) ge­ lagert ist, und bei dem das Element (23) an einer sechsten Dreh­ achse (6) an dem zweiten Verbindungsarm (11) und an einer sieb­ ten Drehachse (7) an dem ersten Verbindungsarm (10) gelagert ist, so dass das Element (23) durch eine Drehung des Hauptarms (8) oder des Führungsarms (9) mit einer vorgebbaren Winkelauf­ lösung um eine virtuelle Drehachse (22) führbar ist und dass spiegelsymmetrisch zu dem ersten Doppelparallelogramm (14) ein zweites Doppelparallelogramm (14') gleicher Bauweise an einer der ersten Längsseite (16) gegenüberliegenden zweiten Längsseite (16') des Halters (15) angeordnet ist, und dass das zweite Dop­ pelparallelogramm (14') ein als Strahlungsquelle ausgebildetes Element (24) trägt, und das Element (23) des ersten Doppelparal­ lelogramms (14) als ein Strahlungsdetektor ausgebildet ist.

2. Goniometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Doppelparallelogramme (14, 14') wahlweise gekoppelt oder unabhängig voneinander verstellbar sind.

3. Goniometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein motorischer Antrieb mit mindestens einer winkelauflösenden elektronischen Steuereinheit vorgesehen ist.

4. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Antrieb als mindestens eine an einer geeigne­ ten Drehachse angeordnete rotatorische Antriebseinheit ausgebil­ det ist.

5. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Antrieb als mindestens eine zwischen zwei ge­ eigneten Drehachsen zweier Arme angeordnete lineare Antriebsein­ heit ausgebildet ist.

6. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Halter (15) in einer zu der Probenebene (19) senkrechten Richtung (28) verstellbar ist.

7. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Halter (15) in mindestens einer zu der Pro­ benebene (19) parallelen Richtung (27) verstellbar ist.

8. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass ein die Probe (21) tragender Probentisch (20) vorgesehen ist.

9. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Probentisch (20) in mindestens einer Richtung (26) senkrecht zu der Längsachse (17) des Halters (15) verstell­ bar ist.

10. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Probentisch (20) in einer Richtung (25) pa­ rallel zu der Längsachse (17) des Halters (15) verstellbar ist.

11. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Halter (15) mindestens eine motorische Verstelleinheit aufweist.

12. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Probentisch (20) mindestens eine motori­ sche Verstelleinheit aufweist.

13. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Probentisch (20) um mindestens eine Dreh­ achse (30, 31) verstellbar ist.

14. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, dass mindestens ein Arm (8, 8', 9, 9', 10, 10', 11, 11') eine einstellbare Länge aufweist.

15. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, dass mindestens eine Drehachse (1, 2, 3, 3', 4, 4', 5, 5', 6, 6', 7, 7') in Längsrichtung eines ihr zugehörigen Armes (8, 8', 9, 9', 10, 10', 11, 11') verschiebbar ausgebildet ist.

16. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, dass Mittel zum ausbalancieren des Doppelparalle­ logramms (14, 14') vorgesehen sind.

17. Goniometer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum ausbalancieren des Doppelparallelogramms (14, 14') als mindestens ein Gegengewicht an mindestens einem der Ar­ me (8, 8', 9, 9') ausgebildet sind.

18. Goniometer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum ausbalancieren als mindestens eine an mindestens einer Drehachse (1, 2, 3, 3', 4, 4', 5, 5', 6, 6', 7, 7') ange­ ordnete Feder ausgebildet sind.

19. Goniometer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Torsionsfeder ausgebildet ist.