DE102007062966A1 - Method for calibrating normal coating thickness, involves measuring topography of part of substrate without coating and coated part of surface of normal coating thickness - Google Patents

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Abstract

The method involves measuring topography of a part of a substrate without coating and a coated part of the surface of the normal coating thickness. The thickness of the normal coating is measured based on the received measuring data. The surface of the substrate before coating and the surface of the normal coating thickness after coating are measured topographically based on the received measuring data. The application of a measuring model computes the layer thickness in such a way that the thickness from topographic measuring data is defined as the thickness obtained after coating.

Description

Die Erfindung gehört zu dem Bereich des Messwesens und kann zum Kalibrieren der Schichtdickennormale angewendet werden.The Invention belongs to the area of metrology and can be used to calibrate the layer thickness normal be applied.

Die Schichtdickennormale ist zur Verkörperung, Aufbewahrung und Reproduzierung des bestimmten Wertes der Schichtdicke vorgesehen. Als Konstruktion stellen diejenige aus vorgegebenem Material gewöhnlich Parallelepipeden oder anderen Grundlagen dar, wobei die Schicht, deren Dicke genau gemessen wird, in die Mitte deren Oberfläche oder in die auf der Oberfläche gebildete rechteckige Nut Substrate vorgegebenem Material aufgetragen ist.The Layer thickness normal is for embodiment, storage and reproduction the determined value of the layer thickness provided. As a construction those made of given material usually provide parallelepipeds or other bases being the layer whose thickness is measured exactly is, in the middle of their surface or in the on the surface formed rectangular groove substrates predetermined material is applied.

Die Schichtdickennormale ist als die Arbeitsnormale zur Kalibrierung von Geräten mit unterschiedlichem Arbeitsprinzip zur zerstörungsfreien Messung der Dicke dünner Schichten vorgesehen. Nur mit dem kalibrierten Schichtdickenmessgerät kann ein rückverfolgbares und zuverlässiges Messergebnis der Schichtdicke gewährleistet werden.The Layer thickness normal is considered the labor standards for calibration of devices with different working principle for non-destructive measurement of thickness thinner Layers provided. Only with the calibrated coating thickness gauge can a traceable and reliable Measurement result of the layer thickness can be ensured.

Die Schichtdickennormale als Glied einer Rückverfolgbarkeitskette muss auch kalibriert sein.The Layer thickness normal as part of a traceability chain must also be calibrated.

Bekannt ist die Methode zur Kalibrierung von Schichtdickennormalen mit einer Nut (SU 813129), die darin besteht, dass die Oberfläche des Substrates und die Grundfläche der auf der Ober fläche gebildeten rechteckigen Nut der Schichtdickennormalen mit Hilfe eines Schleifsteines möglichst eben und spiegelglatt bearbeitet sind. Eine solche Bearbeitung ermöglicht, die Tiefe der auf der Oberfläche gebildeten Nut von der Oberfläche der bis zum Boden der Nut z. B. mit Hilfe der Interferenzmethode mit hoher Genauigkeit zu messen. Nach der Tiefemessung der Nut wird die auf ein Normal formierte Nut mit vorgegebenem Material so beschichtet, dass die Oberfläche der Schicht im Vergleich mit der Oberfläche des Substrats zusammengefallen ist. Dann wird die Übereinstimmung der Oberflächen des Substrats und der Schicht kontrolliert. Auf diese Weise wird durch die Beschichtung der Nut auch das Schichtdickennormal durch das Messergebnis der Tiefe der Nut kalibriert.Known is the method for calibrating layer thickness normals with a Groove (SU 813129), which consists in that the surface of the Substrates and the base area the on the upper surface Layer thickness standards formed rectangular groove with help a grindstone as possible are processed flat and mirror-smooth. Such editing allows the depth of the surface formed groove from the surface the z to the bottom of the groove. B. using the interference method to measure with high accuracy. After the depth of the groove is coated on a normal formed groove with predetermined material so that the surface the layer collapsed compared to the surface of the substrate is. Then the match the surfaces of the substrate and the layer. This way will through the coating of the groove and the Schichtdickennormal by calibrated the measurement result of the depth of the groove.

Die Lückenhaftigkeit dieser Methode besteht darin, dass die Fertigungstechnologie für die Übereinstimmung der Oberfläche der in die Nut beschichtete Schicht und der Oberfläche des Substrats sehr arbeitsaufwendig und problematisch wird. Dieses aber wirkt gerade auf die Genauigkeit der Kalibrierung aus. Ebenso kann man diese Methode nur bei derartigen Schichtdickennormalen benutzt werden, bei denen die Schicht in die auf der Oberfläche des Schichtdickenormales formierte Nut, deren Tiefe vorher gemessen ist, aufgetragen wird.The scrappiness This method is that the manufacturing technology for the match the surface the layer coated in the groove and the surface of the Substrate is very laborious and problematic. But this just affects the accuracy of the calibration. Likewise one uses this method only with such layer thickness standards be in which the layer in the on the surface of the Schichtdickenormales formed groove whose depth is previously measured, is applied.

Bekannt ist auch die Kalibriermethode von Stufen-Schichtdickennormalen (SU 1337646), bei den die Schicht in der Mitte der Oberfläche des Substrats der Schichtdickennormalen aufgetragen wird. Diese Methode basiert auf der Anwendung des Tastschnittgerätes „Profilometer-Profilograf". Bei dieser Methode wird neben der Stufen-Schichtdickennormalen auf der Grundlage des analogischen Normalelementes, dessen Oberfläche vorher kalibriert wurde, so aufgetragen, dass die Oberfläche des Elements und der Schichtdickennormalen gleich hoch und die Oberfläche des Elements die Verlängerung für die Oberfläche der Schichtdickennormalen ist. Mit Hilfe der Kontaktmethode wird mit dem empfindlichen Taster des Tastschnittgerätes die Oberfläche der Grundlage und der Schicht der Stufen- Schichtdickennormalen mit einem bestimmten Schritt von der Oberfläche des seitlich gelegenen Elements als Basis hin und her getastet. Durch die Auswertung der Messdaten wird die mittlere Schichtdicke des Schichtdickennormales berechnet und ableitend daraus bekommt man das Kalibrierergebnis.Known is also the calibration method of step layer thickness standards (SU 1337646), in which the layer in the middle of the surface of the substrate of the layer thickness normal is applied. This method is based on the use of the profilometer profile profiler is used in addition to the step-layer thickness norms based on the analogous normal element whose surface was previously calibrated, so applied that surface of the element and the layer thickness normals are the same height and the surface of the Elements the extension for the surface of the Layer thickness normals is. With the help of the contact method is with the sensitive button of the stylus device the surface of the Foundation and the layer of layer thickness standard with a specific one Step off the surface of the lateral element as a base back and forth. By evaluating the measured data, the mean layer thickness becomes the layer thickness standard calculated and derived from it you get the calibration result.

Die Lückenhaftigkeit dieser Methode besteht darin, dass diese Methode nur die Kalibrierung von Stufen-Schichtdickennormalen ermöglicht. Gleichzeitig erfordert diese Methode die Existenz der sehr genauen und zusätzlichen Substratfläche, von der ausgehend die Schichtdicke der Schichtdickennormalen bei der Kalibrierung berechnet wird.The scrappiness This method is that this method is just the calibration of step layer thickness standards. At the same time requires this method the existence of very accurate and additional Substrate surface, starting from the layer thickness of the layer thickness standards the calibration is calculated.

Ebenso ist die Kalibriermethode zur Kalibrierung von Stufen-Schichtdickennormalen ( EVS Teataja, 1999. N 7, 8. S. 13–17 , 3) bekannt, bei der die Oberfläche ohne Schicht und die Oberfläche der Schicht der Schichtdickennormalen mit dem Taster des Tastschnittgerätes abgetastet wird. Es wird in einem bestimmten Umfang in drei oder mehr voneinander unabhängigen bestimmten Abständen in den Querrichtungen getastet und danach die Schichtdicke aus den verschiedenen Profillinien berechnet.Likewise, the calibration method for calibrating step layer thickness standards ( EVS Teataja, 1999. N 7, 8th p. 13-17 . 3 ), in which the surface without a layer and the surface of the layer of the layer thickness normal is scanned with the stylus of the stylus device. It is scanned to a certain extent in three or more independent intervals in the transverse directions, and then the layer thickness is calculated from the various profile lines.

Die Lückenhaftigkeit dieser technischen Lösung besteht darin, dass diese Methode nur für die Kalibrierung in den bestimmten Schnittflächen der Stufen-Schichtdickennormale gebraucht werden kann. Gleichfalls findet Abschätzen der Schichtdicke aus den von Oberflächen der Schichtdickennormalen erhaltenen Profillinien von dem anliegenden Substrat statt.The scrappiness this technical solution is that this method only for the calibration in the specific cut surfaces the step-layer thickness normal can be used. Likewise finds estimates the layer thickness of those obtained from surfaces of the layer thickness normal Profile lines of the adjacent substrate instead.

Bekannt ist auch die Methode zur Kalibrierung von Stufen-Schichtdickennormalen ( Hoffmann, et al Surface and Coating Technology 169-170 (2003) pp 732-734 ), die darin besteht, dass die Oberfläche der Schichtdickennormalen topographisch getastet wird. Aus der resultierenden topographischen Abbildung wird die Schichtdicke abgeschätzt.Also known is the method for calibrating step layer thickness standards ( Hoffman, et al. Surface and Coating Technology 169-170 (2003) pp 732-734 ), which consists of topographically scanning the surface of the layer thickness normal. From the resulting topographic image, the layer thickness is estimated.

Die beschriebene technische Lösung ist die nächstliegende Lösung zu hier vorgeschlagen Erfindung und wird deshalb als gattungsgemäße Lösung gewählt.The technical solution described is the The closest solution to the invention proposed here and is therefore chosen as the generic solution.

Die Lückenhaftigkeit der beschriebenen technischen Lösung besteht darin, dass diese Methode zur Kalibrierung der Stufen-Schichtdickennormale gebraucht werden kann. Diese Lösung ermöglicht die Messung der Schichtdicke nur ausgehend von der topographischen Abbildung des anliegenden Substrats, gesetzt den Fall, dass diese topographische Abbildung der anliegenden Substratfläche unterhalb der Schicht entsteht. Weil die Schichtdicke als Abstand zwischen der oberen und unteren Grenzfläche der Schicht definiert ist, geht mit der angebenen Methode das erhaltene Kalibrierergebnis nicht von der unteren Grenzfläche der Schicht, sondern von der anliegenden Substratfläche und deren topographischer Abbildung aus, welche die Genauigkeit aber markant vermindert.The scrappiness the described technical solution is that this method of calibrating the step-layer thickness normal can be used. This solution allows the measurement of the layer thickness only starting from the topographical Figure of the adjacent substrate, set the case that this topographic image of the adjacent substrate surface below the layer is created. Because the layer thickness as the distance between the upper and lower interfaces the layer is defined, the received method is used with the specified method Calibration result not from the lower boundary of the layer, but from the adjacent substrate surface and their topographic mapping showing the accuracy but markedly diminished.

Ziel für die als Erfindung der vorgeschlagenen Kalibriermethode ist eine Allgemeingültigkeit von Kalibriermöglichkeiten für die konstruktiv verschiedenen Schichtdickennormalen und eine Erhöhhung der Genauigkeit der Kalibrierung von Schichtdickennormalen.aim for the as an invention of the proposed calibration method is a generality of calibration options for the constructively different layer thickness standards and an increase in accuracy the calibration of layer thickness normals.

Das Ziel wird dadurch erreicht, dass die Oberfläche des Substrats oder die Oberfläche mit der in die Oberfläche gebildeten rechteckigen Nut der Schichtdickennormalen vor der Beschichtung und die Oberfläche der Schichtdickennormalen nach der Beschichtung dreidimensional (topographisch) vermessen und aus diesen Messergebnissen mit der Hilfe des Messmodells die Schichtdicke des Schichtdickennormales berechnet wird. Dabei wird die Messung der oben genannten Flächen über das gesamte vorgegebene Gebiet mit Hilfe des Abtastens der Oberflächen durchgeführt. Die topographische Messdaten (topographische Abbildungen) werden gespeichert und auf dem Bildschirm des Rechners angezeigt. Danach werden die gleichen Bereiche der topografischen Abbildungen, die vor und nach der Beschichtung mit Hilfe des Abtastens der Oberflächen erhalten sind, miteinander angepasst und in einem Messmodell erfasst. Das Kalibrierergebnis wird durch die Benutzung des Messmodells berechnet und erscheint mit der Messunsicherheit auf dem Bildschirm. Dabei kann man als Messmo dell die mathematischen Zusammenhänge der Dicke in bestimmten Punkten oder der mittleren Dicke oder der geometrischen Dicke und der Messunsicherheiten von Messergebnissen der Schicht, die sich zwischen den beiden Abbildungen bildet, nutzen. Als Messmodell kann man auch die Zusammenhänge des Abstandes zwischen beiden Abbildungen in beliebigen Punkten des Substrats mit Koordinaten X und Y nutzen. Bei der vorgeschlagenen Methode kann man die Messdaten der topographischen Abbildungen des Schichtdickennormales auf dem Datenträger speichern, genannten Daten auf dem Bildschirm des Rechners anführen, die gleichen Bereiche der topographischen Abbildungen, die vor und nach der Beschichtung des Schichtdickennormales erhalten sind, übereinstimmend machen und dadurch das Messmodell verfassen. Auf Grund von oben genannter Beschreibung kann man die Dicke im bestimmten Punkt oder die mittlere Dicke oder die geometrische Dicke und die Messunsicherheit von Messergebnissen berechnen und auf dem Bildschirm des Rechners zeigen.The Goal is achieved by the surface of the substrate or the surface with the in the surface formed rectangular groove of the layer thickness normal before coating and the surface the layer thickness normal after coating three-dimensional (topographically) measured and from these results with the Help of the measuring model the layer thickness of the layer thickness standard is calculated. Here, the measurement of the above surfaces over the entire given area by means of scanning the surfaces carried out. The topographical measurement data (topographic images) are stored and displayed on the screen of the computer. After that, the same areas of topographical illustrations, before and after the coating obtained by means of scanning the surfaces are adapted to each other and recorded in a measurement model. The Calibration result is calculated by using the measurement model and appears with the measurement uncertainty on the screen. It can as a measuring model, the mathematical relationships of the thickness in certain Points or the average thickness or the geometric thickness and the measurement uncertainties of measurement results of the layer, which itself between the two pictures, use. As a measurement model can also the connections the distance between both pictures in any points of the Use substrate with coordinates X and Y. In the proposed Method can be the measured data of the topographical images of the Layer thickness normal on the disk store, mentioned data on the computer screen, the same areas the topographical images before and after the coating of the layer thickness normal, make consistent and thereby write the measurement model. On the basis of the above description can one the thickness in the certain point or the middle thickness or the geometric thickness and the measurement uncertainty of measurement results calculate and show on the screen of the calculator.

Zur Erklärung der beschriebenen Methode sind die folgenden Figuren vorgelegt:to statement the method described, the following figures are presented:

In der 1 ist die Nachbildung der vorgezeigten topographischen Abbildung auf dem Bildschirm des Rechners bei der topographischen Messung der Grundlage des Stufen-Schichtdickennormales und auf Grund der bekommenden Messdaten dargestellt.In the 1 the replica of the presented topographic image is displayed on the screen of the computer in the topographical measurement of the basis of the step-layer thickness standard and on the basis of the obtained measurement data.

In der 2 ist die Nachbildung der vorgezeigten topographischen Abbildung auf dem Bildschirm des Rechners bei der topographischen Messung der Grundlage der Schichtdickennormalen mit der Nut und auf Grund der erhaltenen Messdaten dargestellt.In the 2 the replica of the presented topographical image is shown on the screen of the computer in the topographic measurement of the basis of the layer thickness normal with the groove and on the basis of the obtained measurement data.

In der 3 ist die Nachbildung der vorgezeigten topographischen Abbildung auf dem Bildschirm des Rechners bei der topographischen Messung der Oberfläche des Stufen-Schichtdickennormales nach der Beschichtung und auf Grund der erhaltenen Messdaten dargestellt.In the 3 the replica of the presented topographical image is shown on the screen of the computer in the topographical measurement of the surface of the layer thickness standard after the coating and on the basis of the obtained measurement data.

In der 4 ist die Nachbildung der vorgezeigten topographischen Abbildung auf dem Bildschirm des Rechners bei der topographischen Messung der Oberfläche des Schichtdickennormales mit der Nut nach der Beschichtung und auf Grund der erhaltenen Messdaten dargestellt.In the 4 the replica of the presented topographic image is shown on the screen of the computer in the topographical measurement of the surface of the layer thickness normal with the groove after the coating and on the basis of the obtained measurement data.

In der 5 ist auf dem Bildschirm des Rechners eine auf Grund der Zusammensetzung von der in den 1 und 3 gezeigten Abbildungen erhaltene Nachbildung, wo die gleichen Bereiche der topografischen Abbildungen übereinstimmend gemacht sind, dargestellt.In the 5 is on the computer screen due to the composition of the in the 1 and 3 illustrated replica, where the same areas of the topographical images are made consistent.

In der 6 wird auf dem Bildschirm des Rechners eine auf Grund der Zusammensetzung von den in den 2 und 4 gezeigten Abbildungen erhaltene Nachbildung, wo die gleichen Bereiche der topografischen Abbildungen übereinstimmend gemacht sind, dargestellt.In the 6 On the screen of the calculator one is selected due to the composition of the in the 2 and 4 illustrated replica, where the same areas of the topographical images are made consistent.

Die Realisierung der Methode wird folgend abgehandelt. Das Substrat der Schichtdickennormalen, deren Oberfläche mit einer bestimmten Methode möglichst eben und spiegelglatt verarbeitet wurde, oder des Substrats mit ebener und glatter Oberfläche und mit in der Oberfläche des Substrats gebildeter, rechteckiger Nut, deren Grundfläche eben, glatt und parallel mit der Oberfläche des Substrats ist, wird auf dem Messtisch des Messgerätes befestigt, z. B. auf einem Messtisch des Messkomplexes „Perthometer Concepts" zur Messung der Rauheit und der Form von Oberflächen. Dabei ist die Steuerschraube des Messtisches in der Querrichtung mit einem Schrittmotor fest gekoppelt, z. B. mit dem Schrittmotor „Stepper motor for crosstable PKT range adjustemnt 0,24-17,5 mm", wobei der Schrittmotor mit einem Steuerprogramm, z. B. mit „Perthometer concept Option. Topography", gesteuert wird. Mit einem Messgerät, z. B. mit dem Messkomlpex „Perthometer Concept", wird oben genannte Oberfläche oder werden oben genannte Oberflächen des Substrates der Schichtdickennormalen mit dem entsprechenden Sensor berührungslos oder berührend abgetastet oder gescannt. Die erhaltenen Messdaten werden auf einem Datenträger gespeichert, z. B. in dem Datenspeicher des Rechners des Messkomplexes. Auf Grund der Messdaten wird danach auf dem Bildschirm des Rechners, abhängig von dem Typ der Schichtdickennormalen, eine topographische Abbildung der Oberfläche ähnlich der entweder in 1 oder in 2 gezeigten Nachbildung angezeigt. Die Messdaten der topografischen Abbildung werden für die weitere Verwendung im Rechner oder in separaten Datenträgern, z. B. in Memorysticks, gespeichert. Danach wird das Substrat der Schichtdickennormalen von dem Messtisch genommen. Mit der abgestimmten Methode, abhängig von benötigten Materialien der Schicht und des Substrats, wird die Schicht entweder auf die Mitte der Oberfläche des Substrats oder auf die Grundfläche der auf die Oberfläche der Grundlage gebildeten rechteckigen Nut aufgetragen, wobei die Schichtdickennormale fertiggestellt ist. Als nächstens wird die Schichtdickennormale wieder auf demselben Messtisch des Messgerätes, hier des Messkomplexes „Perthometer Concept", befestigt. Die Messung der Oberfläche der Schichtdickennormalen wird mit Hilfe eines berührungslosen oder berührenden Sensors nahezu von derselben Stelle (Punkt), aus begonnen, von der auch die Messung der Oberfläche der Schichtdickennormalen vor die Beschichtung gestartet wurde. Auf Grund des Abtastens (des Scannens) der Oberfläche der Schichtdickennormalen werden, abhängig von dem Typ der Schichtdickennormalen, topografische Abbildungen der Oberflächen ähnlich der entweder in 3 oder in 4 gezeigten Nachbildungen angezeigt.The realization of the method is discussed below. The substrate of the layer thickness normals, whose surface with a certain method is processed as flat and mirror-smooth, or the substrate with a flat and smooth surface and formed in the surface of the substrate, rectangular groove whose base is flat, smooth and parallel to the surface of the substrate is mounted on the measuring table of the meter, z , For example, on a measuring table of the measuring complex "Perthometer Concepts" for measuring the roughness and the shape of surfaces, the control screw of the measuring table is fixed in the transverse direction with a stepper motor, eg with the stepper motor "Stepper motor for crosstable PKT range adjustemnt 0,24-17,5 mm ", whereby the stepper motor with a control program, z. With "Perthometer concept Option. With a measuring device, eg with the measuring principle "Perthometer Concept", the above-mentioned surface or above-mentioned surfaces of the substrate of the layer thickness normal are scanned or scanned with the corresponding sensor without contact or touching. The measurement data obtained are stored on a data carrier, for. B. in the data memory of the computer of the measurement complex. On the basis of the measurement data, a topographical image of the surface similar to that either in. Is then displayed on the screen of the computer, depending on the type of layer thickness normal 1 or in 2 displayed replica shown. The measurement data of the topographic image are for further use in the computer or in separate data carriers, eg. In memorysticks. Thereafter, the substrate of the film thickness normal is taken from the measuring table. With the appropriate method, depending on required materials of the layer and the substrate, the layer is applied either to the center of the surface of the substrate or to the base of the rectangular groove formed on the surface of the base, the layer thickness normal being completed. Next, the layer thickness standard is again fixed on the same measuring table of the measuring device, here the measuring complex "Perthometer Concept." The measurement of the surface of the layer thickness normals is started with the help of a non-contact or touching sensor almost from the same point (point), of the also Due to the scanning of the surface of the film thickness standards, depending on the type of film thickness normal, topographic images of the surfaces similar to those in either of the above 3 or in 4 displayed replicas displayed.

Abhängig von dem Typ des Schichtdickennormales, werden dann mit den topographischen Daten oder von dem Bildschirm des Rechners gemeinsame Bereiche der topografischen Abbildungen der Oberfläche des Substrates, die vor und nach der Beschichtung gemessen wurde, zueinander angepasst. Das heißt, die in den 1, 2, 3 und 4 dargestellten topographischen Bereiche 1 und 2 oder 3 und 4, die mit Hilfe der Zusammenstellung der obengenanten Abbildungen auf dem Bildschirm des Rechners erhältlichen Nachbildungen der Abbildungen sind in den 5 und 6 gezeigt. Dabei sind als Ergebnis der Übereinstimmung der gemeinsamen Bereichen 1 und 2 oder 3 und 4 der in den 1 und 2 oder in den 3 und 4 gezeigten Abbildungen die zusammengestellten topographischen Bereiche 5 und 6 herausgekommen.Depending on the type of layer thickness normal, then common areas of the topographical images of the surface of the substrate measured before and after coating are matched to one another with the topographic data or from the screen of the computer. That is, those in the 1 . 2 . 3 and 4 represented topographic areas 1 and 2 or 3 and 4 , which can be obtained with the help of the combination of the above-mentioned illustrations on the screen of the computer replicas of the illustrations in the 5 and 6 shown. As a result, the common areas agree 1 and 2 or 3 and 4 in the 1 and 2 or in the 3 and 4 The illustrations show the compiled topographic areas 5 and 6 come out.

Als Ergebnis der Kalibrierung der Schichtdickennormalen wird jetzt das Messmodell zur Errechnung des Wertes der Schichtdicke in einem beliebigen Punkt oder der mittleren Schichtdicke oder der geometrischen Schichtdicke des Schichtdickennormales und der Messunsicherheiten dieser Werte brauchbar. Das Messmodell ist abhängig von den Messdaten der Zwischenschicht, von topographischen Abbildungen, von der Kalibrieraufgabe (welche Schichtdicke, die Schichtdicke in dem vorgegebenen Punkt, die mittlere Schichtdicke usw.) und von dem vorgegebenen Berechnungszusammenhang zusammengestellt. Auf dem Bildschirm des Rechners wird diese Zwischenschicht durch die in den 5 und 6 gezeigten Teilen 7 und 8 charakterisiert.As a result of the calibration of the layer thickness normals, the measurement model for calculating the value of the layer thickness at any point or the average layer thickness or the geometric layer thickness of the layer thickness standard and the measurement uncertainties of these values will now be useful. The measurement model is dependent on the measured data of the intermediate layer, of topographical images, of the calibration task (which layer thickness, the layer thickness in the given point, the average layer thickness, etc.) and compiled by the given calculation context. On the screen of the computer, this intermediate layer through the in the 5 and 6 shown parts 7 and 8th characterized.

Bei der Kalibrierung registrierte Messdaten, die die Gestalt der in den 5 und 6 gezeigten topographischen Abbildungen annehmen, ist es möglich, den Standort des beliebigen Punktes der Abbildung in dem Querkoordinatensystem auf der Oberfläche der Schichtdickennormalen festzusetzen. Jeder Punkt auf der Oberfläche der Schicht wird mit dem Abstand von diesem Punkt bis dem Punkt, der auf der Oberfläche des Subtrats oder der Grundfläche der Nut unterhalb dieses Punktes liegt, definiert, d. h. als Schichtdicke definiert.In the calibration registered measurement data, the shape of the in the 5 and 6 It is possible to assume the location of the arbitrary point of the image in the transverse coordinate system on the surface of the layer thickness normal. Each point on the surface of the layer is defined with the distance from this point to the point lying on the surface of the substrate or the base of the groove below that point, ie defined as the layer thickness.

Die erhaltenen topographischen Messdaten oder diese Daten in Form der topographischen Abbildungen werden mit zwei dreidimensionalen Matrixen vorgelegt, die die Fläche der Oberfläche der Schicht und die unter der Schicht gelegenen Oberfläche des Substrats beschreiben. Die Koordinaten der Punkte beider Flächen werden gewöhnlich in der Form (X, Y, Z) angegeben, wobei die Koordinaten X und Y die horizontale Position des Punktes bestimmen und die Koordinate Z die vertikale Höhe von dem Punkt der horizontalen Position, d. h. die Schichtdicke, bestimmt.The obtained topographical measurement data or these data in the form of topographic images are presented with two three-dimensional matrices the the area the surface the layer and the subsurface of the substrate describe. The coordinates of the points of both surfaces become usually in the form (X, Y, Z), where the coordinates X and Y are the determine the horizontal position of the point and the coordinate Z the vertical height from the point of the horizontal position, d. H. the layer thickness, certainly.

Bei der Berechnung der mittleren Schichtdicke werden die Z-Koordinaten der Punkte der gefundenen topographischen Abbildungen auf die zwei Ebenen, d. h. auf die vorstellbare Ebene der Grundfläche der Schicht und auf die vorstellbare Ebene der Oberfläche der Schicht, unter Nutzung der in Mathematik bekannten Methode der kleinsten Quadrate untergebracht und auf Grund derselben wird das Messmodell verfasst. Der erhaltene Abstand zwischen den zwei Ebenen wird in dem Messmodell an der gegebenen Schichtdickennormalen die mittlere arithmetische Schichtdicke oder von der Aufstellung der Übung, die geometrische Schichtdicke bestimmt.In the calculation of the average layer thickness, the Z coordinates of the points of the topographical mappings found on the two levels, ie on the imaginable level of the base of the layer and on the imaginable level of the surface of the layer, using the math matik's known method of least squares accommodated and on the basis of which the measurement model is written. The obtained distance between the two planes is determined in the measurement model at the given layer thickness normals the mean arithmetic layer thickness or from the setup of the exercise, the geometric layer thickness.

Für die Berechnung der Schichtdicke in verschiedenen Punkten, d. h. in den Punkten mit den Koordinaten X und Y auf der Oberfläche der Schicht, kann man voraussehen, dass die Z-Koordinaten der Punkte für die Bestimmung der Schichtdicke die vollkommen gleichen Werte der Koordinaten X und Y haben und aus diesen das Messmodell verfasst wird.For the calculation the layer thickness at different points, d. H. in the points with the coordinates X and Y on the surface of the layer, one can foresee that the Z coordinates the points for the determination of the layer thickness the completely same values of Coordinates X and Y have written and from these the measurement model becomes.

Bei der weiteren periodischen Kalibrierung der Schichtdickennormalen werden die vor der Beschichtung bei dem Abtasten der Oberfläche des Substrats erhaltene und die mit dem Messgerät fixierten topographischen Messdaten oder auf Grund dieser Daten die topographischen Abbildungen, die ähnlich der in 1 oder 2 dargestellten Abbildung sind, verwendet. Diese topographischen Messdaten kann man auf dem Datenträger, z. B. auf dem Memorystick, das bei dem Satz der Schichtdickennormale zum Bestand gehört, speichern.In the further periodic calibration of the layer thickness normals, the topographical measurement data obtained before the coating when scanning the surface of the substrate and those fixed with the measuring device or, based on this data, the topographic images which are similar to those in FIG 1 or 2 shown illustration are used. This topographic measurement data can be on the disk, z. On the memory stick associated with the set of layer thickness normals.

Bei der nächsten Kalibrierung des Schichtdickennormales werden vor der Kalibrierung die vor der Beschichtung erhältlichen topographischen Messdaten der Oberfläche des Substrats dieser Schichtdickennormalen in dem Rechner des Messgerätes, z. B. des in der diesen Methode beschriebenen Messgerätes, oder eines ähnlichen Messgerätes, gespeichert. Danach wird das Abtasten (das Scannen) der Oberfläche der Schichtdickennormalen mit Hilfe des oben genannten oder eines ähnlichen Messgerätes durchgeführt und als Ergebnis erhält man die topographischen Messdaten der Oberfläche der Schichtdickennormalen, die auf dem Datenträger, wo die topographischen Messdaten der Oberfläche zuvor gespeichert wurden, gespeichert werden können. Diese Messdaten kann man auch auf dem Bildschirm des Rechners des Messgerätes als Form, die in der 3 oder in der 4 dargestellt ist, vorlegen. Nachfolgend werden mit dem entsprechenden Programm die gemeinsamen topographischen Messdaten übereinstimmend gemacht. Diese gemeinsamen topographischen Daten charakterisieren die gemeinsamen Teilbereiche der Oberfläche des Substrats oder die gemeinsamen Teilbereiche der auf dem Bildschirm des Rechners erhältlichen Abbildungen. Als Ergebnis bekommt man die Teilbereiche 5 und 6 der topographischen Abbildungen, die in den 5 und 6 gezeigt sind. Für das Kalibrierergebnis braucht man die von den topographischen Messdaten gebildete Schicht 7 zwischen Abbildungen, die auf der 5 gezeigt ist, wenn die Stufen-Schichtdickennormale kalibriert wird, oder die von den topographischen Messdaten gebildete Schicht 8 zwischen Abbildungen, die auf der 6 gezeigt ist, wenn die Schichtdickennormale mit der Nut kalibriert wird. Auf Grund der topographischen Daten der Schicht zwischen den Abbildungen fängt das Programm an, auf der Basis des verfassten Messmodells die Schichtdicke und deren Messunsicherheit zu berechnen. Bei der Verwendung des oben beschriebenen Messmodells und des Rechnerprogramms wird durch die Bearbeitung der auf den Datenträger übergetragenen Messdaten oder der auf dem Bildschirm des Rechners das Kalibrierergebnis der Schichtdickennormalen, d. h. das Messergebnis der Schichtdicke nach Bedarf, das Messergebnis der Schichtdicke in einem vorgegebenen (gewissen) Punkt oder mittlere Schichtdicke oder geometrische Schichtdicke der Schichtdickennormalen mit der das erhaltene Ergebnis charakterisierten Messunsicherheit, das als Ergebnis der Wiederholungskalibrierung ist, erzielt. Entsprechend wird die Kalibrierung der Schichtdickennormalen jedes Mal bei der Wiederholungskalibrierung durchgeführt.During the next calibration of the layer thickness standard, the topographical measurement data of the surface of the substrate of this layer thickness normal available in the computer of the measuring instrument, eg. B. of the measuring device described in this method, or a similar device stored. Thereafter, the scanning of the surface of the layer thickness normal is performed by the above-mentioned or similar measuring apparatus, and as a result, the topographic measurement data of the surface thickness standard layer stored on the data carrier where the surface topographic measurement data has been previously stored is obtained. can be stored. This measurement data can also be viewed on the screen of the computer of the meter as a form in the 3 or in the 4 presented, submit. Subsequently, the common topographical measurement data are made consistent with the corresponding program. These common topographic data characterize the common portions of the surface of the substrate or the common portions of the images available on the screen of the computer. As a result, you get the sections 5 and 6 of topographical images used in the 5 and 6 are shown. The calibration result requires the layer formed by the topographical measurement data 7 between pictures on the 5 is shown when the step layer thickness normal is calibrated, or the layer formed by the topographic measurement data 8th between pictures on the 6 is shown when the film thickness normal is calibrated with the groove. Based on the topographical data of the layer between the images, the program starts to calculate the layer thickness and its measurement uncertainty on the basis of the written measurement model. When using the measurement model and the computer program described above, by processing the data transferred to the data carrier or the calibration result of the layer thickness normal on the computer screen, ie the measurement result of the layer thickness as required, the measurement result of the layer thickness in a given (certain) Point or average layer thickness or geometric layer thickness of the layer thickness normal obtained with the measurement uncertainty characterized the result obtained, which is as a result of the repeat calibration. Accordingly, the calibration of the layer thickness normal is performed every time in the repeat calibration.

Der Effekt dieser Methode besteht darin, dass infolgedessen die Kalibrierung der Schichtdickennormalen die Schichtdicke direkt als der Abstand zwischen den zwei Grenzflächen der Schicht der Schichtdickennormalen gemessen werden kann, d. h. dass die Methode der Messprozedur, die genau auf die Definition der Schichtdicke erfüllt, realisiert wird. Ein Ergebnis der Verwendung der beschriebenen Methode ist auch die bedeutend höhere Genauigkeit der Kalibrierung.Of the Effect of this method is that, as a result, the calibration the layer thickness normals the layer thickness directly as the distance between the two interfaces the layer of the thickness standard can be measured, d. H. that the method of measuring procedure, which is accurate to the definition the layer thickness is met, is realized. A result of using the method described is also the significantly higher Accuracy of the calibration.

Claims (5)

Methode zur Kalibrierung von Schichtdickennormalen, bei der die Topographie eines Teiles eines Substrates ohne Beschichtung und eines beschichteten Teiles der Oberfläche der Schichtdickennormalen gemessen und auf Grund der erhaltenen Messdaten die Dicke der Schichtdickennormalen berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrates vor der Beschichtung und die Oberfläche der Schichtdickennormalen nach der Beschichtung topographisch gemessen werden, auf Grund der erhaltenen topographischen Messdaten und der Anwendung eines Messmodells die Schichtdicke so berechnet wird, dass die Dicke als die Schicht zwischen der aus den topographischen Messdaten vor und nach der Beschichtung erhaltenen Abbildungen definiert wird und diese Schicht aus der zweischichtigen Abbildung bei Überstimmung der gemeinsamen Bereiche der beiden topographischen Abbildungen der Oberfläche des Substrates hervorgeht.Method for calibrating layer thickness normals, in which the topography of a part of a substrate without coating and a coated part of the surface of the layer thickness normals is measured and the thickness of the layer thickness standards is calculated on the basis of the obtained measurement data, characterized in that the surface of the substrate before the coating and the surface of the layer thickness normals after the coating is topographically measured, the layer thickness is calculated on the basis of the obtained topographical measurement data and the application of a measurement model such that the thickness is defined as the layer between the images obtained from the topographical measurement data before and after the coating, and this layer emerges from the two-layer image when the common areas of the two topographical images of the surface of the substrate coincide. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messmodell die Berechnungszusammenhänge der arithmetischen mittleren Dicke und deren Messunsicherheit der Schicht zwischen den Abbildungen auf einem vorgegebenen Flächenteil der topographischen Abbildung der Oberfläche des Substrates benutzt werden.Method according to Claim 1, characterized in that the calculation relationships of the arithmetic mean thickness and its measurement uncertainty of the layer between the images are used on a given surface part of the topographical image of the surface of the substrate. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messmodell die Berechnungszusammenhänge der geometrischen mittleren Dicke und deren Messunsicherheit der Schicht zwischen den Abbildungen auf dem vorgegebenen Flächenteil der topographischen Abbildung der Oberfläche des Substrates benutzt werden.Method according to claim 1, characterized that as a measurement model the computational relationships of the geometric mean Thickness and its uncertainty of the layer between the pictures on the given surface part of the topographical image of the surface of the substrate used become. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messmodell die Berechnungszusammenhänge des Abstandes und dessen Messunsicherheit zwischen der Grenzfläche der Schicht zwischen den Abbildungen in den vorgegebenen Punkten der topographischen Abbildung der Oberfläche der Schicht benutzt werden.Method according to claim 1, characterized that as a measurement model the computational relationships of the distance and its Measurement uncertainty between the interface of the layer between the Figures in the given points of the topographical picture the surface of the Layer can be used. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der topographischen Abbildungen auf einem Datenträger gespeichert werden, die Daten von dem Datenträger auf den Bildschirm des Rechners aufgeführt und auf dem Bildschirm des Rechners die gemeinsamen topographischen Bereiche der Oberfläche des Substrates des Normals bei der vor und nach Beschichtung erhaltenen topographischen Abbildungen übereinstimmend gemacht werden, auf der Grundlage derer das Messmodell verfasst und die arithmetische mittlere und geometrische mittlere Schichtdicke berechnet wird und die Werte der Schichtdicken in den vorgegebenen Punkten der Oberfläche der Schicht mit den entsprechenden Messunsicherheiten auf dem Bildschirm des Rechners angezeigt werden.Method according to claim 1, characterized that the data of topographical images are stored on a disk be the data from the disk on the screen of the Calculator listed and on the computer screen the common topographic Areas of the surface of the substrate of the standard obtained before and after coating according to topographical figures based on which the measurement model is written and the arithmetic mean and geometric mean layer thickness is calculated and the values of the layer thicknesses in the given Points of the surface the layer with the corresponding measurement uncertainties on the screen of the computer.
DE102007062966A 2006-12-22 2007-12-21 Method for calibrating normal coating thickness, involves measuring topography of part of substrate without coating and coated part of surface of normal coating thickness Withdrawn DE102007062966A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2386822A3 (en) * 2010-05-10 2015-09-02 Helmut Fischer GmbH Method and device for measuring the thickness of thin coatings on large-scale measuring surfaces

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