DD247061A1

DD247061A1 - Verfahren und einrichtung zur ermittlung des profils von geradlinigen und parallelen oberflaechenstrukturen

Info

Publication number: DD247061A1
Application number: DD28749186A
Authority: DD
Inventors: Karlheinz Bartzke; Ludwig Fritzsch; Horst Schumann
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-03-03
Filing date: 1986-03-03
Publication date: 1987-06-24

Abstract

Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung des Profils von geradlinigen und parallelen Oberflaechenstrukturen, insbesondere zur Ermittlung von Furchenprofilen von Beugungsgittern oder Rasterteilungen. Ziel der Erfindung ist es, mit geringem Aufwand die vertikale und horizontale Aufloesung und Vergroesserung von Tastschnittgeraeten zu verbessern. Als Aufgabe steht die Angabe eines Verfahrens und die Schaffung einer Einrichtung, welche die Oberflaechenstrukturen bei der Profilermittlung nicht beeintraechtigen und welche eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Fuehlelement und Oberflaechenstruktur ermoeglichen. Die Loesung besteht darin, dass eine Diamantschneide zur Profilermittlung schraeg unter einem spitzen Winkel zur Richtung der Strukturlinien ueber die Oberflaeche gefuehrt wird und dass die Diamantschneide zwei sich unter einem Winkel schneidende Flaechen aufweist, von den mindestens eine konvex ausgebildet ist, wobei die Diamantschneide punktfoermig auf der Oberflaeche aufsitzt. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen.

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung ist anwendbar bei der Ermittlung des Profils linienförmiger Strukturen auf Oberflächen, insbesondere Furchenprofile von Beugungsgittern oder Rasterverteilungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Tastschnittgeräte bekannt, mit denen Profilkurven erzeugt werden können, die eine Oberflächenstruktur mit einem ' spitzen Stift stetig abfühlen oder mit einer Nadel sprungweise abtasten. Die vertikale Fühlstift- oder Tastnadelbewegung wird vergrößert angezeigt oder aufgezeichnet.

Profilverzerrungen ergeben sich dann, wenn die Geometrie, die Meßkraft und die Vorschubgeschwindigkeit des Fühlelementes nicht der Oberflächenstruktur angepaßt sind. Extreme Anforderungen werden bei der Ermittlung des Profils von Beugungsgittern gestellt. Beispielsweise sind bei Gitterkonstanten von 0,3/im Profilwinkel mit Fehlern kleiner 0,5° zu bestimmen und vertikal Oberflächenstörungen größer 10nm aufzulösen.

Herkömmliche Tastschnittgeräte besitzen für derartige Anforderungen aufgrund der endlichen Tastspitzenradien und der zu hohen Abtastgeschwindigkeit eine zu geringe horizontale Auflösung und Vergrößerung.

J.F.Verill (in: J. Phys. E2 [1973], 1199; J. Phys. E8 [1975], 522; opt. acta 23 [1976], 425) beschreibt eine Lösung, bei der diese Nachteile behoben sind. Eine ausreichende horizontale Vergrößerung und Auflösung wird dadurch erreicht, daß die Tastgeschwindigköit durch einen gesondert angetriebenen Objekttisch stark herabgesetzt ist, und daß eine pyramidenförmige Tastspitze mit 60° Pyramidenwinkel aus Diamant verwendet wird, die im Halter um 20° gegen die Objektoberfiäche geneigt ist. ZurErmittlung des Profils von geradlinigen und parallelen Oberflächenstrukturen erfolgt die Taststiftbewegung senkrecht zu den Profilfurchen. Die Nachteile dieser Lösung liegen im hohen Aufwand zur Bewegung des Objekttisches, wozu Präzisionsführungen und -antriebe erforderlich sind, sowie im Einsatz eines pyramidenförmigen Abtastdiamanten mit extrem scharfer Spitze, die plastische Deformationen der Oberflächenstrukturen'bewirkt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei geringem Aufwand die vertikale und horizontale Auflösung und Vergrößerung von Tastschnittgeräten zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben und eine Einrichtung zu schaffen, durch die die exakte Ermittlung des Profils von geradlinigen und parallelen Oberflächenstrukturen bei hoher Relativgeschwindigkeit zwischen Fühlelement und Oberflächenstruktur ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Einrichtung nach Anspruch 3.

Unter Voraussetzung linienförmiger Oberflächenstrukturen und einer parallel dazu ausgerichteten Diamantschneide wird bei Führung des Fühleleme.nts unter einem spitzen Winkel bezüglich der Linienrichtung ein maßstabsgetreues Profil gewonnen, wie es entstehen würde, wenn die Abtastung senkrecht zu den Strukturen mit verringerter Abtastgeschwindigkeit erfolgt.

Das bringt unter anderem die Vorteile, daß die herkömmlichen Horizontalvergrößerungen eines Tastschnittgerätes bei Führungswinkeln kleiner 1°von 10³auf 10⁵ erhöht werden können, und daß der Flächendruck der Diamantschneide gemäß der erfindungsgemäßen Einrichtung auf die Objektoberfläche so verringert ist, daß keine das Meßergebnis beeinflussende

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plastische Deformationen auftreten. Durch die Geometrie der Diamantschneide werden Profilkanten und -riefen exakt abgebildet. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Fühlelement und Oberflächenstruktur braucht zur Erreichung der hohen horizontalen Vergrößerungen nicht herabgesetzt zu werden. Damit entfallen besonders ausgebildete Antriebe. Gleiche absolute Geschwindigkeitsänderungen.bringen gegenüber dem Stand der Technik (Verill) nur äußerst geringe Profilverzerrungen mit

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Realisierung der Diamantenschneide gemäß den Ansprüchen 4 oder 5 ist unter anderem vorteilhaft für.die Herstellung der Diamantschneide. Außerdem ist die Ständfestigkeit einer erfindungsgemäßen Diamantschneide erhöht gegenüber einer

Diamantspitze. . .

Ausführungsbeispiel '

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1: eine Darstellung einer Diamantschneide zum Abfühlen eines Beugungsgitters, Fig.2:· eine Darstellung der Bewegungsrichtung der Diamantschneide,

Fig. 3: einen mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielten Profilschrieb eines Beugungsgitters.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht nach Fig. 1 aus einer Diamantschneide 1 ,die an einem Fühlelement eines Tastschnittgerätes befestigt ist. Die Diamantschneide 1 weist zwei sich schneidende Flächen 2 und 3 auf, die sich unter einem spitzen Winkel schneiden. Am Ausführuagsbeispiel ist die Fläche 2 eben und die Fläche 3 ein Teil der Mantelfläche eines Kreiszylinders. Die Fläche 2 steht senkrecht zur Oberfläche des zu prüfenden Beugungsgitters 4 und die die Mantelfläche der Fläche 3 erzeugenden Geraden 5 haben einen Winkel von 45° zur Fläche 2. Die Schnittlinie 6 der Flächen 2-und-3-ist eine Ellipse— mit dem Krümmungsradius r. Die Diamantschneide 1 sitzt zum Abfühlen des Profils 7 punktförmig auf der Oberfläche des Beugungsgitters 4 auf.

Zur Durchführung des erfindungsgemä'ßen Verfahrens wird das Beugungsgitter 4 an die auf einem Objekttisch befindliche Leiste 8 so angelegt, daß die Schnittlinie der Fläche 2 mit derOberfläche parallel zu den Beugungsgitterlinien 9 liegt. Die Bewegungsverhältnisse zwischen Diamantschneide 1 und dem Beugungsgitter 4 sind in Fig.2 dargestellt. Der Objekttisch mit dem Beugungsgitter 4 oder die Diamantschneide 1 werden mit einer konstanten Geschwindigkeit ν gleichförmig in Richtung χ bewegt. In Fig. 2 sind ausgehend von dem Punkt 10, der auf der Oberfläche aufsitzt, die Geschwindigkeitsvektoren eingezeichnet.

Mit 11 ist die Projektion der Schnittlinie 6 auf die Oberfläche gekennzeichnet. In Fig. 1 und Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Richtung χ einen spitzen Winkel α zu den Beugungsgitterlinien 9 einnimmt. Die Projektion der Geschwindigkeit der Diamantschneide 1 senkrecht zu den Beugungsgitterlinien 9 in Richtung ζ ergibt einen um sin« gegenüber dem Geschwindigkeitsvektor ν verringerten Geschwindigkeitsvektor v_a.

Zur Erzielung einer hohen horizontalen Vergrößerung sollte der Winkel kleiner 10° bemessen werden—für besonders hohe Anforderungen noch unter 1°.

In Fig.3 ist ein mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielter Profilschrieb eines ebenen Beugungsgitters mit 2 604 Linien pro mm dargestellt. Die Kurve 12 zeigt in Richtung Y die Profilhöhe und in Richtung Z die Gitterkonstante. Aus dem Schrieb läßt sich

ein Profilwinkel mit einem Fehler <0,5° ermitteln. .

In einer weiteren, nicht weiter dargestellten Variante sind die Flächen 2 und 3 anders gestaltet. Fläche 2 wäre in diesem Fall Teil einer Mantelfläche eines Kreiszylinders, deren die Mantelfläche erzeugenden Geraden senkrecht zur Oberfläche des Beugungsgitters 4 stehen. Die unter 45° geneigte Fläche 3 wäre in diesem Fall eben. Die Schnittgerade dieser Fläche mit der Oberfläche liegt dann parallel zu den Beugungsgitterlinien 9.

Die Bewegungsverhältnisse bezüglich des Auflagepunktes 10-sind ebenso wie oben erläutert.

Bei beiden Varianten ist es zweckmäßig, um die Diamantschneide 1 scharfkantig und ausbruchsfrei schleifen zu können, für die Flächen 2 und 3 die Dodekaederfläche mit den Millerschen Indizes (110) und die Kubusfläche des Diamanten mit den Millerschen Indizes (100) zu verwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung des Profils von geradlinigen, parallelen Oberflächenstrukturen mittels Tastschnittgeräten, bei dem das Profil längs einer Linie mit einer Diamantschneide stetig abgefühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschneide unter einem spitzen Winkel wesentlich unter 90° zur Richtung der Oberflächenstrukturen über die Oberfläche geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschneide unter einem Winkel kleiner 10° über die Oberfläche geführt wird.
3. Einrichtung zur Ermittlung des Profils von linienförmigen parallelen Oberflächenstrukturen, bestehend aus einem Tastschnittgerät mit einem, senkrecht zur Oberfläche beweglichen Fühlelement, das mit einer Diafnantschneide belegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieOiamantschneide zwei sieh unter einem spitzen Winkel schneidende Flächen aufweist, von denen mindestens eine konvex ausgebildet ist, wobei die Diamantschneide an der von den Flächen gebildeten gekrümmten Schnittlinie punktförmig auf der Oberfläche aufsitzt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche eben ist und senkrecht zur Oberfläche und parallel zu den linienförmigen Oberflächenstrukturen angeordnet ist,·

und daß die zweite Fläche Teil der Mantelfläche eines Kreiszylinders ist, wobei die die Mantelfläche erzeugenden Geraden einen Winkel von 45" zur ersten Fläche haben.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche Teil der Mantelfläche eines Kreiszylinders ist, wobei die die Mantelfläche erzeugenden Geraden senkrecht zur Oberfläche stehen, und daß die zweite Fläche eben ist und einen Winkel von 45° zur Oberfläche einnimmt, wobei die Schnittgerade der zweiten Fläche mit der Oberfläche parallel zu den linienförmigen Oberflächenstrukturen liegt.