Spektroskopisches Reflektometer für optische Schichtdickenmessung
Mit dem spektroskopischen Reflektometer werden Schichtdickenmessungen von lichtdurchlässigen Beschichtungen durchgeführt. Dieses Verfahren gehört zu den optischen nicht zerstörenden Verfahren für die Schichtdickenmessung. Es wird eingesetzt zur Bestimmung der Schichtdicke von dünnen Überzügen auf Bauteilen. Das können beispielsweise dünne Oxidschichten, transparente Schutzlacke, Ölfilme und Nassfilme sein. Mit dem spektroskopischen Reflektometer werden die Schichtdicken von Einzelschichten und von Mehrschichtsystemen ermittelt.
Als Steinbeis-Transferzentrum bieten wir optische Schichtdickenmessungen mit dem spektroskopischen Reflektometer als Dienstleistung an.
Beschichtungen für optische Schichtdickenmessung
- Halbleiter (Fotolacke, Dünnschichtsysteme, Oxide, Nitride)
- Beschichtungen (Schutzlacke, Antireflexionsschichten, Antikratzschichten, Filterschichten, Optische Filter)
- Displays (Cell Gap, Polimide, ITO Schichten)
- Ölfilme
- Nassfilme
Spezifikation
- Schichtdicke: 50 nm – 100 µm
- Mehrschichtsysteme: max. 10 Schichten
- Auflösung: 1 nm
- Messfleck: 20 – 80 µm
- Bauteilhöhe: max. 40 mm
Spektroskopische Reflektometrie
Bei der Spektroskopische Reflektometrie bzw. Reflektometrischen Interferenzspektroskopie nutzt man den Effekt, dass beim Auftreffen von Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex ein Teil der Strahlung reflektiert und ein anderer transmittiert wird. Als Lichtquelle wird bei einem Reflektometer weißes Licht senkrecht auf eine Oberfläche gestrahlt. Die unterschiedliche Länge der zurückgelegten Wege der Teilstrahlen führt zum Gangunterschied und damit zur relativen Phasenverschiebung. Für jede eingestrahlte Wellenlänge kommt es zu Überlagerungen der an den beiden Phasengrenzen einer Schicht reflektierten Teilwellen in Abhängigkeit vom Einfallswinkel, dem Brechungsindex n und von der Schichtdicke d. Damit erhält man beim einem Reflektometer ein charakteristisches Interferenzspektrum. Die Lage der Extrema im Spektrum ist abhängig von der optischen Schichtdicke n⋅d und hieraus kann die Schichtdicke von dünnen transparenten Schichten bestimmt werden.
Die Voraussetzung, um die Schichtdicke von Multilagen-Schichtsystemen mit einem Reflektometer optisch zu messen, ist, dass der grundsätzliche Schichtaufbau bekannt ist. Des Weiteren muss die ungefähre Schichtdicke der jeweiligen Einzelschichten bekannt sein.
Dünnschichten
Es gibt zahlreiche Einsatzbereiche für Beschichtungen und somit ebenso zahlreiche unterschiedliche Varianten von Beschichtungen. Sehr dünne Schichten spielen beispielsweise bei Smartphones, technischen Gläsern, Brillengläsern, Bildschirmen, Halbleitern, Autoteilen und bei vielen anderen Produkten eine wichtige Rolle. Bei diesen sehr dünnen Beschichtungen entscheidet die Schichtdicke über die Funktion und die Effizienz der Beschichtung. Diese verhindern Kratzer, minimieren Reflexionen oder ermöglichen spezielle Funktionen. Beispiele hierzu sind:
– Antireflexionsschichten (ARC)
– Hartstoffbeschichtungen
– Transparante leitfähige Oxide (TCO)
– Zinndotierte Indiumoxide (ITO)
– Medikamentenfreisetzende Beschichtungen (Drug Eluting Films)
Die Schichtdicken solcher Beschichtungen liegen im Nanometerbereich. Ein Nanometer verhält sich zu einem Meter wie der Durchmesser einer 1-Cent-Münze zu dem des Erdballs.