DE102010044318B3

DE102010044318B3 - Verfahren zum Bestimmen eines Höhenprofils und Vorrichtung zur Durchführung desselben

Info

Publication number: DE102010044318B3
Application number: DE201010044318
Authority: DE
Inventors: Heiko Reinsch
Original assignee: PHYS TECHN BUNDESANSTALT PTB; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Current assignee: PHYS TECHN BUNDESANSTALT PTB; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-09-04
Also published as: WO2012028286A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Höhenprofils einer Oberseite (2) eines Prüfkörpers (4) mit folgenden Schritten:
a) Bestimmen eines ersten Teilhöhenprofils eines ersten Teils (10) der Oberseite (2) des Prüfkörpers (4) mittels eines Interferometers (14), wobei sich der Prüfkörper (4) in einer ersten Position befindet,
b) Drehen des Prüfkörpers (4) um einen vorbestimmten Winkel α₁ in eine zweite Position,
c) Bestimmen eines ersten Kippwinkels β₁, um den der Prüfkörper (4) beim Drehen in die zweite Position relativ zur ersten Position verkippt wurde,
d) Bestimmen eines zweiten Teilhöhenprofils eines zweiten Teils (20) der Oberseite (2) des Prüfkörpers (4) mittels des Interferometers (14), wobei sich der Prüfkörper (4) in der zweiten Position befindet,
e) Bereinigen des zweiten Teilhöhenprofils um die Verkippung um den ersten Kippwinkel β₁,
f) Zusammenfügen des ersten Teilhöhenprofils und des zweiten Teilhöhenprofils zu einem Höhenprofil des ersten Teils (10) und des zweiten Teils (20) der Oberseite (2) des Prüfkörpers (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Höhenprofils einer Oberseite eines Prüfkörpers. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.
Die genaue Vermessung eines Höhenprofils einer Oberseite eines Prüfkörpers ist für eine Vielzahl technischer Anwendungen relevant. Beispielhaft sei hier die Mikroprozessorherstellung genannt, bei der so genannte Halbleiterwafer als Substrat für die elektronischen Bauelemente, insbesondere für die integrierten Schaltkreise, dienen. Um auf diese Wafer die elektronischen Bauelemente aufbringen zu können, ist es wichtig, den Wafer eben zu lagern. Dabei wird er auf einer Halteplatte aufgelegt, die natürlich ebenfalls möglichst eben sein muss.
Es ist heute möglich, durch bestimme Verfahren selbst einzelne Atomlagen von einer Oberfläche einer derartigen Auflagefläche zu entfernen. Damit diese Verfahren anwendbar sind, muss jedoch zunächst festgestellt werden, an welcher Stelle Material von der Oberseite zu entfernen ist. Dafür muss ein Höhenprofil der Oberseite eines derartigen Auflageelementes erstellt werden. Ein Höhenprofil im Sinne der Erfindung ist also insbesondere ein zweidimensionales Höhenprofil, also eine „Höhenkarte” der Oberseite, also der zu vermessenden Seite, des Prüfkörpers.
Dies geschieht heute beispielsweise mittels eines Interferometers.
Dabei wird beispielsweise Licht einer bestimmten Wellenlänge auf die zu betrachtende Oberfläche gesendet und von dort zurückreflektiert. Das Licht durchläuft auf seinem Weg von der Lidhtquelle zum Prüfkörper unter anderem einen Aufweiter, also eine Optik, mit der es zu einem möglichst homogenen Lichtbündel aufgeweitet wird. Der Durchmesser dieses aufgeweiteten parallelen Lichtbündels ist dabei von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich. Bevor des Licht das Interferometer verlässt, durchlauft es als letztes eine Referenzscheibe, an der bereits ein Teil de Lichtes reflektiert wird. Mit diesem Teil wird das vom Prüfkörper reflektierte Licht zur Inteferenz gebracht. Anhand des Interferenzbildes kann ein Höhenprofil der abzutastenden Oberseite des Prüfkörpers erstellt werden.
Je größer die abzutastende Oberseite des Prüfkörpers ist, desto größer müssen der Aufweiter und damit das parallele Lichtbündel sein. Dadurch sind größere Interferometer, die einen großem Durchmesser des Aufweiters besitzen, sehr teuer. Zudem muss, wenn beispielsweise der Durchmesser des Aufweiters und damit des Interferometers verdoppelt wird, auch die Detektionsoptik und -elektronik doppelt so groß ausgelegt werden, um die gleiche laterale Auflösung des Höhenprofils zu erreichen. Auch dadurch steigen die Herstellungskosten für eine Vorrichtung zum Bestimmen des Höhenprofils der Oberseite des Prüfkörpers.
Um aus dem Interferenzbild der überlagerten Lichtwellen auf das Höhenprofil der Oberseite des Prüfkörpers schließen zu können, muss das Höhenprofil der Oberseite der Referenzscheibe, die den Abschluss des Interferometers bildet und an der der erste Teil des Lichtes reflektiert wird, sehr genau bekannt sein. Zunächst muss also die Oberseite dieser Referenzscheibe ausgemessen werden.
Dies geschieht heutzutage zumeist mit Hilfe des so genannten ”Drei-Platten-Tests”. Damit ist es möglich, mit drei ebenen Platten, von denen zwei als Referenzplatten mit Referenzoberflächen wirken, die Oberfläche der dritten Platte auszumessen. Auch für dieses Verfahren steigen die Kosten mit größerem Durchmesser der Platten sehr stark an. Zudem ist nachteilig, dass zum einen zwei Referenzplatten vorhanden sein müssen, deren Oberflächenhöhenprofil sehr genau bekannt sein muss, und zum anderen wenigstens eine dieser Platten bei der Durchführung des Drei-Platten-Tests umgedreht werden muss, damit auch eine Rückseite dieser Platte vermessen werden kann. Dadurch ist der Drei-Platten-Test aufwändig und relativ fehleranfällig.
Aus der US 6,184,994 B1 ist eine erweiterte Version des „Drei-Platten-Tests” bekannt. Damit können neben planaren auch kugelförmige Objekte untersucht werden. Dennoch müssen auch her eine Vielzahl unterschiedlicher Messungen mit unterschiedlichen Test- und Referenzflächen durchgeführt werden, um zu einem Ergebnis zu kommen.
Die US 7,140,119 B2 offenbart ein Verfahren zum Vermessen von kugelförmigen oder zumindest nahezu kugelförmigen Oberflächen. Dabei wird mittels eines Abstandsmessgerätes, das beispielsweise ein Interferometer sein kann, punktuell der Abstand zu der zu vermessenden Oberfläche bestimmt. Das Messgerät wird in Kreisen, Spiralen oder ähnlichen Bewegungen über die Oberfläche geführt. Über die an den jeweiligen Stellen gemessenen Abstände des Messgerätes zur vermessenen Oberfläche lässt sich die Form der zu vermessenden Oberfläche genau darstellen, so dass insbesondere Abweichungen von einer Kugeiflächenform genau lokalisiert werden können.
Die DE 100 09 870 A1 offenbart ein Verfahren zur Untersuchung von Prüfobjekten, bei dem eine zu vermessende Oberfläche des Prüfobjektes in unterschiedlichen Einzelaufnahmen abgebildet wird. Dies kann beispielsweise mittels des Phasendifferenzbildverfahrens geschehen. Als nachteilig wird dargestellt, dass eine Zuordnung der einzelnen Bilder auf die Oberfläche des Objektes schwierig ist, da insbesondere oftmals die Orientierung der unterschiedlichen Bilder relativ zueinander unbekannt ist. Als Lösung wird vorgeschlagen, dass gleichzeitig Lichtschnitte auf der Oberfläche des Prüfobjektes erzeugt werden, über die eine Zuordnung der einzelnen Bilder zueinander möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen eines Höhenprofils einer Oberseite eines Prüfkörpers sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, mit dem auch größere Prüflinge einfach, kostengünstig und zuverlässig vermessen werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den folgenden Schritten:

a) Bestimmen eines ersten Teilhöhenprofils eines ersten Teils der Oberseite des Prüfkörpers mittels eines Interferometers, wobei sich der Prüfkörper in einer ersten Position befindet,
b) Drehen des Prüfkörpers um einen vorbestimmten Winkel β₁ in eine zweite Position,
c) Bestimmen eines ersten Kippwinkels β₁, um den der Prüfkörper beim Drehen in die zweite Position relativ zur ersten Position verkippt wurde,
d) Bestimmen eines zweiten Teilhöhenprofils eines zweiten Teils der Oberseite des Prüfkörpers mittels des Interferometers, wobei sich der Prüfkörper in der zweiten Position befindet,
e) Bereinigen des zweiten Teilhöhenprofils um die Verkippung um den ersten Kippwinkel β₁,
f) Zusammenfügen des ersten Teilhöhenprofils und des zweiten Teilhöhenprofils zu einem Höhenprofil des ersten und zweiten Teils der Oberseite des Prüfkörpers.

Vorzugsweise ist dabei ein Durchmesser eines jeden Teilhöhenprofils kleiner als ein Durchmesser der Oberseite des Prüfkörpers. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird folglich zunächst ein erstes Teilhöhenprofil mittels eines Interferometers erstellt. Dabei wird Licht aus einem Interferometer, das in einem Aufweiter auf ein paralleles Strahlenbündel eines festen Durchmessers aufgeweitet wurde, auf die zu vermessende Oberseite des Prüfkörpers gesendet und von dieser reflektiert. Im Strahlengang befindet sich eine Referenzscheibe, an der ein Teil des Lichtes reflektiert wird, mit dem das von der Oberseite des Prüfkörpers reflektierte Licht zur Interferenz gebracht wird. Da ein Höhenprofil der Referenzscheibe bekannt ist, kann aus dem Interferenzmuster auf das Höhenprofil des ersten Teils der Oberseite des Prüfkörpers geschlossen werden.
Dieses Verfahren ist insbesondere dann anwendbar, wenn der Durchmesser des Interferometers, beziehungsweise dessen Aufweiters, der den Durchmesser des ersten Teilhöhenprofils bestimmt, kleiner ist als der Durchmesser der Oberseite des Prüfkörpers.
Das so ermittelte Interferenzmuster bzw. das aus ihm ermittelte Teilhöhenprofil wird beispielsweise in einer elektronischen Speichereinheit eines Computers gespeichert.
Anschließend wird der Prüfkörper um einen vorbestimmten Winkel α₁ gedreht, so dass sich nun ein zweiter Teil der Oberfläche des Prüfkörpers im Strahlengang des Interferometers befindet. Mit dem Interferometer wird nun ein zweites Teilprofil dieses zweiten Teils der Oberseite des Prüfkörpers erstellt.
Beim Drehen des Prüferkörpers um den Winkel α₁ kann es jedoch zu einer Verkippung des Prüfkörpers kommen. Durch diese Verkippung wird der Abstand zwischen einzelnen Punkten auf der Oberseite des Prüfkörpers und der Oberseite der Referenzscheibe verändert. Dadurch verändern sich auch das Interferenzbild und daher auch das aus ihm errechnete Höhenprofil. Um dies ausgleichen zu können bzw. den Effekt dieser Verkippung aus dem bestimmten zweiten Teilhöhenprofil herausrechnen zu können, wird ein erster Kippwinkel β₁ bestimmt, um den der Prüfkörper beim Drehen in die zweite Position relativ zu der ersten Position verkippt wurde. Dies kann beispielsweise mittels eines Autokollimators geschehen. Dabei wird Licht beispielsweise auf die der Oberseite gegenüberliegende Unterseite des Prüfkörpers ausgesandt und entweder direkt von dieser Unterseite oder von einem daran angebrachten Spiegel reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl trifft an einer bestimmten Stelle auf ein optisches Detektorelement, beispielsweise eine CCD-Kamera. Wird nun beim Drehen des des Prüfkörpers der Prüfkörper relativ zur ersten Position verkippt, ändert sich die Position, an der der reflektierte Lichtstrahl auf das optische Detektorelement auftrifft. Über diese Veränderung lässt sich der erste Kippwinkel β₁ bestimmen.
Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, wenn der Autokollimator so angeordnet wird, dass er sein Licht auf die der zu vermessenden Oberseite gegenüberliegende Unterseite dies Prüfkörpers sendet. In diesem Fall kann der Spiegel, der für die Reflektion des ausgesandten Autokollimatorlichtstrahls verantwortlich ist, in der Mitte der Unterseite des Prüfkörpers, die beispielsweise kreisförmig sein kann, angeordnet werden. Damit befindet sich der Spiegel auch nach der Rotation noch immer im Strahlengang des Autokollimatorlichtstrahls. Eine Verschiebung des Autokollimators und/oder des Spiegels wird so vermieden, wodurch die Fehleranfälligkeit des Verfahrens sinkt. Zudem ist es in dieser Ausgestaltung extrem einfach handhabbar.
Nachdem der erste Kippwinkel β₁ bestimmt ist, kann das bestimmte zweite Teilhöhenprofil um die Verkippung bereinigt werden. Danach ist es einfach möglich, die beiden aufgenommenen Teilhöhenprofile zu einem Höhenprofil des ersten und des zweitem Teils der Oberseite des Prüfkörpers zusammenzufügen.
Mit diesem Verfahren ist es folglich möglich, auch mit einem Interferometer, dessen Aufweiter einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser der Oberseite des Prüfkörpers, ein Höhenprofil dieser Oberseite zu erstellen. Es ist nicht mehr nötig, einen größeren Aufweiter, bzw. ein größeres Interferometer, zu verwenden, so dass eine derart große Oberseite eines Prüfkörpers nun kostengünstig vermessen werden kann.
Ist der Durchmesser des Teilhöhenprofils, also der Durchmesser des Aufweiters des Interferometers, genau so groß oder größer als der Durchmesser der zu vermessenden Oberseite des Prüfkörpers, kann durch das Drehen des Prüfkörpers in verschiedene Stellungen der Effekt mechanischer Verspannungen durch den auf den Auflagepunkten des Prüfkörpers auf diesen wirkenden Druck eliminiert werden. Der Haupteinsatzzweck des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht jedoch darin, mit einem Autokollimator eines bestimmten Durchmessers auch Oberseiten von Prüfkörpern zu bestimmen, deren Durchmesser größer ist als dieser bestimmte Interferometerdurchmesser.
Vorzugsweise ist der Durchmesser eines jeden Teilhöhenprofils mehr als halb so groß wie der Durchmesser der Oberseite des Prüfkörpers. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch die Mitte der Oberseite des Prüfkörpers Teil des ersten Teils der Oberseite und des zweiten Teils der Oberseite ist und somit auch für diesen speziellen Punkt ein Teilhöhenprofil erstellt wird. Zudem wird auf diese Weise ein ausgefranster Rand des aus den Teilhöhenprofilen zusammengesetzten Höhenprofils vermieden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Verfahrensschritte b), c), d) und e) mindestens einmal wiederholt, wobei für jede Wiederholung ein eigener Kippwinkel bestimmt wird und alle einzelnen Teilhöhenprofile nach dem Bereinigen im Verfahrensschritt f) um die jeweilige Verkippung zu einem Höhenprofil zusammengesetzt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, ein Gesamthöhenprofil der gesamten Oberseite des Prüfkörpers zu erstellen. In diesem Fall überdecken die ermittelten Teilhöhenprofile die Oberseite des Prüfkörpers, also die zu vermessende Seite, vollständig. Dabei muss natürlich nach jedem Drehen des Prüfkörpers in die jeweils nächste Position ein neuer Kippwinkel bestimmt werden, um den der Prüfkörper bei diesem Drehen verkippt wurde. Bei dem in dieser neuen Position aufgenommenen Teilhöhenprofil muss dann nicht nur die Verkippung um diesen neuen Kippwinkel, sondern wich die Verkippung um alle vorherbestimmten Kippwinkel beachtet werden. Wichtig ist, dass beim Zusammenfügen der verschiedenen Teilhöhenprofile alle Verkippungen relativ zur ersten Position beachtet und aus den Teilhöhenprofilen herausgerechnet werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren) ist es dabei nicht von Bedeutung, ob nach dem Drehen des Prüfkörpers in die jeweils nächste Position zunächst der jeweilige Kippwinkel bestimmt wird oder erst das Teilhöhenprofil aufgenommen wird. Um die Verfahrensdauer zu reduzieren, können die Verfahrensschritte c) und d) auch gleichzeitig durchgeführt Werden. Ebenso ist es unwichtig, ob das Teilhöhenprofil in der Form gespeichert wird, in der es aus dem Interferenzmuster des Interferometers bestimmt wird, oder ob gleich die Verkippung um den Winkel β₁ herausgerechnet wird.
Vorteilhafterweise umfasst das Bestimmen eines jeweiligen Teilhöhenprofils mehrere Interferenzmessungen mit den Interferometer, über die anschließend gemittelt wird. Damit werden etwaige Temperaturschwankungen in der Luft im Strahlengang, die zu einer leichten Veränderung des Brechungsindizes der Luft führen können, herausgemittelt. Auch ändere Störeffekte können so eliminiert werden.
Vorteilhafterweise ist der Winkel α₁, um den der Prüfkörper in die jeweils nächste Position gedreht wird, für jede Drehung identisch. Alternativ dazu können auch unterschiedliche Drehwinkel verwendet werden, etwa wenn einige Bereiche der Oberseite des Prüfkörpers genauer betrachtet werden sollen als andere.
Der Winkel a₁, um den der Prüfkörper in die jeweils nächste Position gedreht wird, ist dabei vorzugsweise kleiner alS 20° bevorzugt kleiner als 15°, besonders bevorzugt kleiner als 10°. Je kleiner der Rotationswinkel α₁ ist, desto mehr Teilhöhenprofile müssen aufgenommen werden, um die gesamte Oberseite des Prüfkörpers abzubilden. Dadurch erhöht sich zwar einerseits die Verfahrensdauer, andererseits jedoch auch die Genauigkeit des aufgenommenen Höhenprofils.
Der Prüfkörper wird vorzugsweise sehend gelagert. Die zu vermessende Oberseite steht dann im Wesentlichen senkrecht. Der Prüfkörper wird beispielsweise an seinem Umfang angetrieben, um ihn zu drehen.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein jedes Teilhöhenprofil möglichst weit entfernt von Auflagepunkten bestimmt, an denen der Prüfkörper auf einer Prüfkörperhalterung aufliegt.
Herkömmlicherweise wird der Prüfkörper, der beispielsweise in Form einer kreisförmigen Scheibe vorliegt, in einer stehenden Position vermessen. Um ihn einfach um den Winkel α₁ in eine neue Position drehen zu können, kann der Prüfkörper beispielsweise auf zwei Rollen stehend gelagert werden. Dabei liegt die relativ große Masse des Prüfkörpers auf einer sehr geringen Fläche, so dass der an diesen Stellen auf den Prüfkörper wirkende Druck relativ hoch ist. Aufgrund der hohen Messgenauigkeit des Verfahrens sind die durch diesen hohen Druck an diesen Stellen auftretenden Verformungen messbar. Für viele Anwendungen ist jedoch oft das Höhenprofil der Oberseite des Prüfkörpers im unbelasteten Zustand von Interesse. Daher wird vorzugsweise ein jedes Teilhöhenprofil möglichst weit von den Auflagepunkten entfernt aufgenommen, so dass die durch den an diesen Stellen herrschenden hohen Druck hervorgerufenen Effekte die Messung des Teilhöhenprofils nicht beeinträchtigen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens umfasst ein Interferometer, eine Prüfkörperhalterung und eine Winkelmesseinrichtung, insbesondere einen Autokollimator. Zur Bestimmung des Kippwinkels, um den der Prüfkörper bei der Drehung verkippt wird, ist jedoch auch jedes andere Winkelmesssystem möglich. Dabei ist die Prüfkörperhalterung insbesondere zwischen dem Interferometer und der Winkelmesseinrichtung, insbesondere dem Autokollimator, angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, mit dem Interferometer die Oberseite des Prüfkörpers zu vermessen und gleichzeitig auf der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite des Prüfkörpers einen Spiegel zur Bestimmung des Kippwinkels mittels des Autokollimators anzuordnen. Sollte die Unterseite bereits von sich aus des Licht des Autokollimators reflektieren, muss hier selbstverständlich kein zusätzliches Spiegelelement angeordnet werden.
Um den Prüfkörper einfach um den jeweils vorbestimmten Winkel α₁ in die nächste Position drehen zu können, umfasst die Prüfkörperhalterung zwei Rollen zur Lagerung des Prüfkörpers. Diese können insbesondere über Stellmotoren antreibbar sein, wodurch die Drehung des Prüfkörpers um den Winkel α₁ genau, einfach und reproduzierbar erfolgt.
Mit Hilfe einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung naher erläutert. Es zeigt:
1 – eine schematische Draufsicht auf eine zu vermessende Oberseite eines gelagerten Prüfkörpers,
2 – eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
3 – die schematische Darstellung von Teilen der Oberseite und der Oberseite eines Prüfkörpers und
4 – die schematische Darstellung eines Prüfkörpers in einer ersten und einer zweiten Position.
1 zeigt die schematische Draufsicht auf eine Oberseite 2 eines Prüfkörpers 4. Der Prüfkörper 4 ist auf zwei Auflagern 6 gelagert und liegt mit zwei Lagerpunkten 8 auf jeweils einem Auflager 8 auf. Die beiden Auflager 6 bilden zusammen eine Prüfkörperhalterung 71 Durch die sehr geringe Fläche der Lagerpunkte 8 und das relativ große Gewicht des Prüfkörpers 4 wirkt an den Lagerpunkten 8 ein erheblicher Druck auf den Prüfkörper 4. Dadurch kann es im Bereich der Lagerpunkte 8 zu elastischen Verformungen kommen, die ein Höhenprofil der Oberseite 2 des Prüfkörpers 4 in diesem Bereich gegenüber der unbelasteten Situation verändern.
Der Prüfkörper 4 kann auch beispielsweise auf zwei Rollen gelagert werden.
Dann kann wenigstens eine dieser Rollen beispielsweise durch einen Stellmotor angetrieben werden, um den Prüfkörper 4 zu drehen. Der Prüfkörper 4 ist dann an seinem Umfang angetrieben. Dadurch wird eine apparativ sehr einfache Ausführungsform erreicht.
Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein erster Teil 10 der Oberfläche 2 gezeigt, in dem mittels eines Interferometers 14 ein erstes Teilhöhenprofil ermittelt wird. Dieser erste Teil 10 der Oberfläche 2 ist dabei so weit von den Lagerpunkten 8 entfernt, dass die in den Lagerpunkten 8 durch den dort herrschenden Druck hervorgerufenen Verformungen im ersten Teil 10 der Oberfläche nicht zu spüren sind. Das erste Teilhöhenprofil, das im ersten Teil 10 der Oberseite 2 bestimmt wird, ist daher frei von Schwerkrafteinflüssen und daraus resultierenden Verformungen.
In 1 ist mit einer gestrichelten Linie ein Spiegelelement 12 angedeutet. Dieses befindet sich auf einer Unterseite des Prüfkörpers und ist daher in der in 1 gezeigten Ansicht eigentlich nicht zu sehen. Auf dieses Spiegelelement 12 wird ein Lichtstrahl eines Autokollimators 18 gesendet und von diesem reflektiert. Dieser reflektierte Lichtstrahl erreicht ein optisches Detektorelement 24, beispielsweise eine CCD-Kamera. Wird der Prüfkörper 4 beim Drehen verkippt, ändert sich die Position, an der der reflektierte Lichtstrahl vom Spiegelelement 12 auf das optische Detektorelement 24 auftrifft. Darüber kann der Kippwinkel β₁ bestimmt werden.
2 zeigt eine schematische Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Seitenansicht. In der Mitte ist ein Prüfkörper 4 angeordnet, der an seiner linken Seite eine Oberseite 2 aufweist, deren Höhenprofil bestimmt werden soll. Der Prüfkörper 4 weist einen Durchmesser D auf. Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel links vom Prüfkörper 4 ist ein Interferometer 14 angeordnet, mit dem die Teilhöhenprofile von Teilen der Oberseite 2 des Prüfkörpers 4 bestimmt werden können. Das Interferometer 14 weist einen Durchmesser d auf, der die Größe angibt, die ein Teilhöhenprofil maximal haben kann, das mit diesem Interferometer 14 aufgenommen wird. Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser d des Interferometers 14 genau halb so groß wie de Durchmesser D des Prüfkörpers 4 und damit auch dessen Oberseite 2. Auf einer der Oberseite 2 abgewandten Unterseite 16 des Prüfkörpers 4 befindet sich ein Autokollimator 18. Dieser sendet einen Lichtstrahl auf ein Spiegelelement 12, das an der Unterseite 16 des Prüfkörpers 4 angeordnet ist. Von diesem Spiegelelement 12 wird der Lichtstrahl reflektiert und trifft auf ein in 21 nicht gezeigtes optisches Detektorelement. Wird der Prüfkörper 4 beim Drehen verkippt, ändert sich die Position des reflektierten Lichtstrahls auf dem optischen Detektorelement 24, so dass der Kippwinkel β₁ bestimmt werden kann.
3 zeigt die schematische Ansicht einer Oberseite 2 eines Prüfkörpers 4. Beim Verfahren zur Bestimmung eines Höhenprofils der Oberseite 2 wird zunächst ein erstes Teilhöhenprofil eines ersten Teils 10 der Oberseite 2 aufgenommen. Anschließend wird der Prüfkörper 4 um einen vorbestimmten Winkel α₁, der im in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel 90° beträgt, gedreht. Anschließend wird in der neuen Position ein zweites Teilhöhenprofil eines zweiten Teils 20 der Oberseite 2 des Prüfkörpers 4 aufgenommen. Dabei Kann es zu einer Verkippung des Prüfkörpers 4 kommen, was in 4 gezeigt ist. 4 zeigt einen Prüfkörper 4 mit einer Oberseite 2, zunächst in einer ersten Position, in der der Prüfkörper 4 in 4 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Nach dem Drehen des Prüfkörpers 4 um den Winkel α₁ befindet sich der Prüfkörper 4 in einer zweiten Position, in der er in 4 mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist. In der zweiten Position kann der Prüfkörper 4 relativ zur ersten Position um einen Kippwinkel β₁ verkippt werden. Dies ist in 4 zur deutlicheren Sichtbarkeit stark übertrieben dargestellt. Ein Autokollimator 18 sendet einen Lichtstrahl auf eine Unterseite 16 des Prüfkörpers 4. Befindet sich der Prüfkörper 4 in der ersten Position, in 4 durch eine durchgezogene Linie dargestellt, trifft der reflektierte Lichtstrahl 22 auf ein optisches Detektorelement 24, das Teil eines ansonsten in 4 nicht gezeigten Autokollimators 18 ist. Zur besseren Übersichitlichkeit wurde in 4 nur der reflektierte Lichtstrahl 22 gezeigt.
Beim Drehen des Prüfkörpers 4 um den Winkel α₁ kommt es gegebenenfalls zu einer Verkippung des Prüfkörpers 4 um den Winkel α₁. In einer zweiten Position, in der der Prüfkörper 4 in 41 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, trifft ein reflektierter Lichtstrahl 26 an einer anderen Stelle auf das optische Detektorelement 24. Aus dieser Verschiebung lässt sich der Kippwinkel β₁ bestimmen.
Wird nun ein Teilhöhenprofil im zweiten Teil 20 der Oberseite 2 des Prüfkörpers 4 bestimmt, wird dies durch die Verkippung des Prüfkörpers 4 um den Kippwinkel β₁ verfälscht. Da der Kippwinkel β₁ jedoch durch die Messung über den Autokollimator 18 bekannt ist, kann dieser Effekt aus dem Teilhöhenprofil herausgerechnet werden. Die beiden Teilhöhenprofile vom ersten Teil 10 der Oberseite 2 und vom zweiten Teil 20 der Oberseite 2 können so einfach zu einem Höhenprofil zusammengesetzt werden. Anschließend kann der Prüfkörper 4 nochmals um den Winkel α₁ gedreht Werden.
In 3 sind noch ein dritter Teil 30 der Oberseite 2 und ein vierter Teil 40 gezeigt, in dem jeweils ein Teilhöhenprofil bestimmt wird. Durch Drehen des Prüfkörpers 4 um den Winkel α₁ gelangt zunächst der zweite Teil 20, anschließend der dritte Teil 30 und der vierte Teil 40 der Oberseite 2 in den Strahlengang des Interferometers 14, so dass das Teilhöhenprofil bestimmt werden kann.
In 3 ist zu erkennen, dass der Mittelpunkt M der Oberseite 2 des Prüfkörpers 4 am Rand aller vier Teile 10, 20, 30, 40 der Oberseite 4 liegt. Zudem entstehen durch den in 3 relativ groß gewählten Winkel α₁ Teilflächen 28, die in keinem der Teile 10, 20, 30, 4a der Oberseite 2 enthalten sind. Um die Größen dieser Teilflächen 28 zu verringern, kann einerseits der Winkel α₁ verkleinert werden, so dass mehr Teilhöhenprofile aufgenommen werden und andererseits kann der Durchmesser d, der dem Durchmesser d des Interferometers 14, bzw. dessen Aufweiters, entspricht, vergrößert werden.
Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Durchmesser d des Interferometers 14 und damit auch der Teile 10, 20, 30, 40 der Oberseite 2 des Prüfkörpers 4 mehr als halb so groß ist wie der Durchmesser D der Oberseite 2 des Prüfkörpers 4. Damit ist nicht nur gewährleistet, dass der Mittelpunkt M der Oberseite 2 des Prüfkörpers 4 in jedem Teil 10, 20, 30, 40 der Oberseite 2 enthalten sein kann, und zudem die Größe der Teilflächen 28, für die kein Teilhöhenprofil erstellt wird, verringert wird, sondern auch, dass das Spiegelelement 12 an der Unterseite 18 des Prüfkörpers 4 ebenfalls mittig angebracht werden kann. Es befindet sich somit nach jeder Drehung des Prüfkörpers 4 um den Winkel α₁ weiterhin im Strahlengang des Autokollimators 18, so dass dieser nicht bewegt werden muss. Zudem kann das Spiegelelement 12 sehr klein ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

α₁: Winkel
β₁: Kippwinkel
d: Durchmesser
D: Durchmesser
M: Mittelpunkt
2: Oberseite
4: Prüfkörper
6: Auflager
7: Prüfkörperhalterung
8: Lagerpunkt
10: erster Teil
12: Spiegelelement
14: Interferometer
16: Unterseite
18: Autokollimator
20: Zweiter Teil
22: reflektierter Lichtstrahl
24: optisches Detektorelement
26: reflektierter Lichtstrahl
28: Teilfläche
30: dritter Teil
40: vierter Teil

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Höhenprofils einer Oberseite (2) eines Prüfkörpers (4) mit folgenden Schritten: a) Bestimmen eines ersten Teilhöhenprofils eines ersten Teils (10) der Oberseite (2) des Prüfkörpers (4) mittels eines Interferometers (14), wobei sich der Prüfkörper (4) in einer ersten Position befindet, b) Drehen des Prüfkörpers (4) um einen vorbestimmten Winkel α₁ in eine zweite Position, c) Bestimmen eines ersten Kippwinkels β₁, um den der Prüfkörper (4) beim Drehen in die zweite Position relativ zur ersten Position verkippt wurde, d) Bestimmen eines zweiten Teilhöhenprofils eines zweiten Teils (20) der Oberseite (2) des Prüfkörpers (4) mittels des Interferometers (14), wobei sich der Prüfkörper (4) in der zweiten Position befindet, e) Bereinigen des zweiten Teilhöhenprofils um die Verkippung um den ersten Kippwinkel β₁, f) Zusammenfügen des ersten Teilhöhenprofils und des zweiten Teilhöhenprofils zu einem Höhenprofil des ersten Teils (10) und des zweiten Teils (20) der Oberseite (2) des Prüfkörpers (4).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser d eines jeden Teilhöhenprofils kleiner ist als ein Durchmesser D der Oberseite (2) des Prüfkörpers (4).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser d eines jeden Teilhöhenprofils mehr als halb so groß ist wie der Durchmesser D der Oberseite (2) des Prüfkörpers (4).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritte b), c), d) und e) mindestens einmal wiederholt werden, wobei für jede Wiederholung ein eigener Kippwinkel β bestimmt wird und alle Teilhöhenprofile nach dem Bereinigen um die jeweilige Verkippung im Verfahrensschritt f) zu einem Höhenprofil zusammengesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkörper stehend gelagert und zum Drehen des Prüfkörpers an seinem Umfang angetrieben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α₁ weniger als 20°, bevorzugt weniger als 15°, besonders bevorzugt weniger als 110° beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teilhöhenprofil möglichst weit entfernt von Lagerpunkten (8) bestimmt wird, an denen der Prüfkörper (4) auf einer Prüfkörperhalterung aufliegt.
Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Interferometer (14), einer Prüfkörperhalterung und einer Winkelmesseinrichtung, insbesondere einem Autokollimator (18).
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkörperhalterung zwischen dem Interferometer (14) und der Winkelmesseinrichtung, insbesondere dem Autokollimator (18), angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkörperhalterung zwei Rollen zur Lagerung des Prüfkörpers (4) umfasst.