DD145956A1

DD145956A1 - Verfahren und vorrichtung zur best mmung der rauhigkeit einer oberflaeche

Info

Publication number: DD145956A1
Application number: DD21547579A
Authority: DD
Inventors: Elvira Hundt; Gunter Schmidt
Original assignee: Elvira Hundt; Gunter Schmidt
Priority date: 1979-09-12
Filing date: 1979-09-12
Publication date: 1981-01-14

Abstract

Die vorgestellte Erfindung beinhaltet Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Rauhigkeit auf optischer Basis. Es wird mittels Fotodetektor die Intensitaetskurve d. von der Probenoberflaeche reflektierten Strahlung aufgenommen. Die Auswertung dieser Kurve erfolgt an den beiden, auf die einfallende Strahlungsintensitaet normierten Betraege der Anstiege an den Wendepunkten. Der Mittelpunkt beider Werte ist der Rauhigkeit proportional, die Differenz der Toleranz der Rauhigkeitswerte. Ein dem Mittelwert proportionales Signal dient der Steuerung nachfolgender Prozeszschritte. Vorteile gegenueber bisher bekannten Verfahren liegen in der intensitaetsgetreuen Aufnahme der Kurve und in der Verbesserung der Meszwertauswertung, wodurch die Sicherheit des angegebenen Rauhigkeitswertes erhoeht wird und zusaetzlich eine Aussage zur Toleranz dieses Wertes getroffen wird.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Rauhigkeit einer Oberfläche

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Rauhigkeit einer Oberfläche. Ihr Einsatzgebiet erstreckt sich auf alle Gebiete von Wissenschaft und Technik, in denen die Messung der Rauhigkeit von Oberflächen ruhender oder -bewegter Teile notwendig ist. Wie ζ* Β» Messung der Rauhigkeit polierter Halbleiterscheiben in der Mikroelektronik oder von Wälzlagerschalen im Maschinenbau»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Für die Ermittlung der Rauhigkeit von Oberflächen werden im allgemeinen Meßverfahren auf mechanischer oder optischer Grundlage angewendet« Mechanische Verfahren, insbesondere die Tastschnittverfahren,sind ökonomisch nur für stichprobenartige Untersuchungen einsetzbsr«, Sie sind daher für kontinuierliche Messungen im Produktionsprozeß ungeeignet. Die Rauhigkeitsmessung an Oberflächen von dünnen Schichten.ist aufgrund der oberflächenzerstörenden Wirkung der Tastnadel mit Fehlern behaftet»

Der Ermittlung von Rauhigkeiten mittels Lichtschnittgeräten ist durch das optische Auflösungsvermögen eine Grenze gesetzt«, Es sind zahlreiche optische Meßverfahren zur Bestimmung der Rauhigkeit bekannt, die auf der Grundlage der Aufnahme und Auswertung der Intensität der von der'Probenoberfläche reflektierten Strahlung beruhen* Einen Überblick darüber gibt z. B.. M. Abou - AIy in der Zeitschrift Metalloberfläche 31 (1977)

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Η« 12, S. 568 - 577« Zur Auswertung und Ermittlung der_Rauhigkeit wird die Intensität der direkt reflektierten Strahlung, die der diffusen Strahlung oder die Verteilung der Intensität über den Querschnitt des reflektierten Strahls herangezogen. Rauhigkeiten im nm-Bereich sind aufgrund der geringen Unterschiede der direkt, reflektierten Strahlungsintensitäten baw» der diffusen Strahlung nur unzureichend auswertbar, da die Meßfehler in der Größenordnung der Intensitätsdifferenzen liegen»

Den von Dändliker (BRD-Patent 2260090) und Hans (DDR-Patent 86087) veröffentlichten Erfindungen sind die Auswertung der Intensitätsverteilung der von der Probe reflektierten Strahlung zugrunde gelegt» In dem von Dändliker vorgestellten Verfahren sind Mangel hinsichtlich der Meßwertaufnahme und -auswertung enthalten, die die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse zumindest erschweren, wenn nicht sogar verhindern. Bei dem von Hans vorgestellten Verfahren sind einerseits die Rauhigkeitsmeßwerte nur bedingt reproduzierbar, andererseits wird der-Informationsgehalt der Meßkurve nur teilweise ausgeschöpft, da zur Auswertung nur eine Planke der Meßkurve herangezogen wird.

Eine Aussage zur Toleranz des Räuhigkeitswertes kann mit keinem bisher bekannten Verfahren getroffen werden*

Ziel dar Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines optischen Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung der Rauhigkeit einer Oberfläche mit hoher Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Meßergebnisse«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung der Rauhigkeit einer Oberfläche auf der Grundlage eines optischen Verfahrens, wobei ein Ausgangssignal erzeugt werden soll,- das u« a₉ fur die Steuerung nachfolgender Prozeßschritte einsetzbar ist« Desweiteren sollen mit dieser Erfindung Aussagen hinsichtlich der Toleranz der Rauhigkeitöwerte getroffen werden« Die Erfin- ^: dung beruht auf einem optischen Verfahren zur Bestimmung der

Rauhigkeit, vorzugsweise von Metalloberflächen, auf der Grundlage der Messung der örtlichen Intensitätsverteilung des von der Probenoberfläche reflektierten Strahls» Auf einem Kreisbogen mit dem Radius r, dessen Mittelpunkt M der Schnittpunkt Einfallslot - Probenoberfläche bildet, wird ein Fotodetektor geschwenkt, dessen Ausgangsspannung zur Aufnahme der Intensitätskurve dient.

Aus den beiden Beträgen der Anstiege an den Wendepunkten der Intensitätskurve, die auf die Intensität der einfallenden Strahlung normiert werden, wird der Mittelwert gebildet und in ein ihm entsprechendes Ausgangssignal gewandelt» Dieses wird, einerseits zur Angabe des Rauhigkeitswertes und andererseits zur Steuerung nachfolgender Prozeßschritte genutzt» Um eine Aussage über die Toleranz des ermittelten Rauhigkeitswertes zu erhalten, wird die Differenz der o. g« normierten Meßwerte gebildet» Der Winkel der einfallenden Strahlung beträgt vorzugsweise 45°· Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelle, einem halbdurchlässigen Spiegel, einem für den reflektierten Strahl durchlässigen Filter, einem hinter diesem Filter angeordneter Fotodetektor, einem für die Messung der Intensität der einfallenden Strahlung dienenden Fotodetektor, einem vor diesem angeordnetem Filter, der nur für das verwendete Licht durchlässig ist und aus einer Auowerteeinheit. Die Erfindung soll- anhand des nachstehenden Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Ausführungsbeispiel 1 (siehe Figur 1) Das von einer Lichtquelle 1, z, B. einem Laser ausgehende Strahlenbündel wird von der Oberfläche der zu untersuchenden Probe 2 sowohl direkt als auch diffus reflektierte Der Einfallswinkel des Lichtes beträgt 45°· Vom einfallenden Strahl wird mittels halbdurchlässigem Spiegel 5 ein Teil des Strahls ausgeblendet und trifft auf ein Fotoelement 6, mit dessen Hilfe die Intensität Lg des einfallenden Strahls in ein ihr proportionales elektrisches Signal gewandelt wird« Die Probe ist senkrecht auf einem Goniometerkopf justiert, der sich auf dem Objektteller eines Goniometers befindet=. Durch Drehen des Detektortellers mit konstanter Geschwindigkeit um den Reflexionswinkel von 43° bis 47° wird mit Hilfe eines Fotoelementes 4,

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das auf diesem im Abstand r zur zu untersuchenden Probenoberfläche angeordnet ist, die Intensitätskurve aufgezeichnet* Um Fremdlichteinflüsse auf die Fotodetektoren, die Fehlerquellen für die Aufnahme und Auswertung der Intensitätskurve darstellen, auszuschließen» ist vor jedem ein nur für die Wellenlänge des verwendeten Meßlichtes durchlässiges Filter 3 angeordnet. Die Intensität I-, und die Intensitätskurve des reflektierten Strahles stellen die Eingangsgrößen für einen geeigneten Analogrechner 7 dar, mit dessen Hilfe der Anstieg an den beiden V/endepunkten der Intensitätskurve der reflektierten Strahlung ermittelt wird, ihre Beträge gebildet werden,- die !formierung auf die Intensität I-g erfolgt und letztlich die Mittelwertbildung beider Werte vorgenommen wird«. Das dem Mittelwert proportionale Ausgangssignal R stellt ein Maß für die Rauhigkeit der zu untersuchenden Probenoberfläche dar und kann über einen geeigneten Trennverstärker .8 zur Steuerung nachfolgender Prozeßschritte genutzt werden«. Um Aussagen über die Toleranz der ermittelten Rauhigkeitswerte zu erhalten j wird mit dem o. g® Analogrechner die Differenz der normierten Beträge der Anstiege an den Wendepunkten der Intensitätskurve der reflektierten Strahlung gebildet und in ein ihr proportionales elektrisches Signal T gewandelt» Dieses ist der Toleranz des Rauhigkeitswertes proportionale . .

Claims

Erfindungsansprüche

1. Verfahren sur Bestimmung der Rauhigkeit einer Oberfläche, wobei diese mit einem Lichtstrahlenbündel beleuchtet und die örtliche Intensitätsverteilung des von der Probenoberfläche reflektierten Strahls mittels Fotodetektor .gemessen wird» gekennzeichnet dadurch, daß die Intensitätsverteilung über einem Kreisbogen mit dem Radius r, in dessen Mittelpunkt die Probe mit der zu untersuchenden Oberfläche angeordnet ist, aufgenommen wird, daß an den Wendepunkten der Intensitätskurve die Beträge der Anstiege gebildet werden, diese auf die Intensität der einfallenden Strahlung normiert werden, daß aus dem Mittelwert dieser Beträge ein proportionales Signal als Maß für die Rauhigkeit und aus der Differenz der normierten Beträge die Toleranz des Rauhigkeitswertes gebildet werden.

2» Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt; 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese im wesentlichen aus einer lichtquelle, einem halbdurchlässigen Spiegel, einem für den reflektierten Strahl durchlässigen Filter, einem hinter die-.sem Filter angeordneten Fotodetektor, einem für die Messung der Intensität der einfallenden Strahlung dienenden Fotodetektor, einem vor diesem angeordneten für das Meßlicht durchlässigen Filter und aus einer Auswerteeinheit,besteht.