DE3626724A1 - Anordnung zur oberflaechenpruefung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ober­ flächenprüfung, insbesondere zur Messung von Partikeln auf der Oberfläche eines Prüfkörpers aus Glas, der relativ beweglich ist zu einem zur Abtastung der Ober­ fläche vorgesehenen Lichtstrahl, der an der Oberfläche reflektiert wird.

Es sind Anordnungen zur Oberflächenprüfung, sogenannte elektro-optische Qualitätskontrollsysteme, bekannt, mit denen die Oberflächen von Prüfkörpern, beispielsweise Photovorlagen, Produktionsfilme oder auch geätzte Lei­ terplatten, auf Fehler oder Verunreinigungen geprüft werden können. Es können beispielsweise Leiterbild­ fehler wie Unterbrechungen, Kurzschlüsse, Einschnürun­ gen, Poren oder auch gebrochene Lötstellen sowie feh­ lende Abstände zwischen den Leiterbahnen mit großer Genauigkeit festgestellt werden. Das Auflösungsvermögen für Bereiche bis etwa 20 µm Durchmesser ermöglicht es, Leiterbahnen von nur 100 µm Breite problemlos zu kon­ trollieren. Die Fehler können automatisch mit Farbe markiert und danach noch visuell untersucht werden. Als Strahlungsquelle dient im allgemeinen ein Helium-Neon­ laser, dessen Lichtstrahl über ein Linsensystem auf die Oberfläche des Prüfkörpers geworfen wird. Das reflek­ tierte Licht gelangt über Lichtleiter zu einem Photo­ multiplier, der ein elektrisches Signal für die Compu­ teranalyse liefert.

Es ist auch bekannt, daß zur Lichtreflexion ein Spie­ gelsystem mit einer sphäroidalen Oberfläche verwendet werden kann. Der Lichtstrahl wird auf die Oberfläche des Prüfkörpers gelenkt und das reflektierte Licht wird Detektoren zugeführt. Durch Bewegung des Prüfkörpers wird seine Oberfläche abgetastet. Mit dieser Anordnung ist eine Prüfung der Oberfläche auf Schäden oder auch auf Fremdkörper möglich, die an der Oberfläche haften. In dieser bekannten Ausführungsform ist ein emaillier­ ter Draht als Prüfkörper vorgesehen. Mehrere Licht­ strahlen werden annähernd senkrecht zur Oberfläche des Prüfkörpers eingestrahlt und das von dieser Oberfläche reflektierte Licht wird über die Reflektoren jeweils einem Photoelement zugeführt. Eine senkrechte Lichtein­ strahlung ist nur bei einem Prüfkörper möglich, der wenigstens einen wesentlichen Teil der Strahlung reflektiert (DE-AS 26 37 375).

Bei Magnetschichtspeichern wird bekanntlich ein Sub­ strat, das vorzugsweise aus Glas besteht und somit transparent ist, mit den Speicherschichten versehen, die beispielsweise aus einer Siliziumschicht und einer weiteren Schicht aus Kobalt-Chrom-Kohlenstoff bestehen können. Die Gesamtdicke solcher Schichten wird im all­ gemeinen 1 µm nicht wesentlich überschreiten und ist insbesondere wesentlich geringer als 1 µm. Bei der Abtastung solcher Magnetspeicher bewegt sich ein Mag­ netkopf parallel zur Speicherplatte in einem sehr ge­ ringen Abstand von beispielsweise nur etwa 0,25 µm. Man muß somit sowohl den Grad der Reinigung der Ober­ fläche des Substrats überprüfen können als auch während und nach der Beschichtung Verunreinigungen auf der Oberfläche feststellen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung zur Oberflächenprüfung zu vereinfachen und zu verbessern, insbesondere sollen Partikel auf der Ober­ fläche eines transparenten Substrats erfaßt werden kön­ nen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einer Lichteinstrahlung mit verhältnismäßig großem Einfalls­ winkel auf die Oberfläche eines transparenten Prüfkör­ pers das Meßergebnis wesentlich gestört werden kann durch die beiden einander gegenüberliegenden Oberflä­ chen des flachen Prüfkörpers sowie gegebenenfalls durch Beugung und Brechung des Lichtstrahls an Lunkern im Material. Die vorgenannte Aufgabe wird nun erfin­ dungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. In dieser Anordnung zur Oberflächenprüfung ergibt sich die doppelte Fokussierung durch die Fokus­ sierung der Lichteinstrahlung und die weitere Fokussie­ rung im ersten Brennpunkt der Ellipse. Das reflektierte Licht wird ausgeblendet und dem im zweiten Brennpunkt angeordneten Detektor wird nur die im Brennfleck ent­ stehende Streustrahlung zugeführt. In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung kann der Einfallswinkel des Lichtstrahls vorzugsweise höchstens 15°, insbeson­ dere höchstens 12°, gewählt werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbei­ spiel einer Anordnung zur Oberflächenprüfung gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

In der dargestellten Ausführungsform befindet sich auf der Oberfläche eines Prüfkörpers 2, vorzugsweise eines scheibenförmigen Substrats aus Glas, beispielsweise für einen Magnetspeicher, der erste Brennpunkt P ₁ eines Rotationsellipsoids, das als Reflektor 4 dient und dessen zweiter Brennpunkt P ₂ auf der Oberfläche eines Detektors 6 liegt, der beispielsweise ein Photoelement sein kann und dessen elektrische Anschlußleiter in der Figur angedeutet und mit 8 bezeichnet sind. Auf den Brennpunkt P ₁ ist ein Lichtstrahl 10 einer Strahlungs­ quelle 12 fokussiert, die vorzugsweise ein Helium- Neon-Laser sein kann. Der Lichtstrahl 10 wird über eine Optik 14, die als Sammellinse dargestellt ist, sowie einen Kollimator 16 mit einem geringen Einfallswinkel, der vorzugsweise höchstens 12° beträgt, jedoch im all­ gemeinen nicht wesentlich weniger als 5° betragen wird, auf den ersten Brennpunkt P ₁ fokussiert. Als Kollima­ tor 16 kann in einfacher Weise ein Metallrohr vorge­ sehen sein, dessen innere Oberfläche mit einer Matt­ lackbeschichtung versehen ist. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, das Metallrohr trichterförmig zu ge­ stalten, wie es in der Figur angedeutet ist. Der im Brennpunkt P ₁ reflektierte Lichtstrahl wird über einen Kollimator 17 ausgeblendet. Die im Brennpunkt P ₁ ent­ stehende Streustrahlung 20 wird an der Oberfläche des Reflektors 4 reflektiert und im Brennpunkt P ₂ vom Detektor 6 erfaßt.

Mit einem Durchmesser von beispielsweise d = 60 mm des Prüfkörpers 2 kann die untere Öffnung des Reflektors 4 an der Oberfläche des Prüfkörpers 2 beispielsweise d= 30 mm betragen. Zum Abtasten der Oberfläche des Prüf­ körpers 2 kann dieser beispielsweise in Rotation ge­ bracht und zugleich linear bewegt werden, wie es in der Figur durch einen Doppelpfeil 22 angedeutet ist. Mit einem Durchmesser des Brennflecks im Brennpunkt P ₁ von beispielsweise etwa 40 µm werden dann die Rotations­ bewegung und die Linearbewegung des Prüfkörpers 2 so aufeinander abgestimmt, daß sich der Prüfkörper 2 mit jeder Umdrehung etwa 40 µm linear bewegt. Damit kann in verhältnismäßig kurzer Zeit die Oberfläche des Prüf­ körpers abgetastet und auf Verunreinigungen überprüft werden.

Im Ausführungsbeispiel ist als Prüfkörper 2 ein trans­ parentes scheibenförmiges Substrat mit geringer Dicke von beispielsweise H = 2 mm vorgesehen. Die Anordnung zur Oberflächenprüfung gemäß der Erfindung kann jedoch auch zur Prüfung der Oberfläche anderer Prüfkörper auf Verunreinigungen sowie auch zur Prüfung der Oberfläche auf Fehler, beispielsweise Risse, verwendet werden.

Claims (3)

1. Anordnung zur Oberflächenprüfung, insbesondere zur Messung von Partikeln auf der Oberfläche eines Prüf­ körpers, der relativ beweglich ist zu einem zur Ab­ tastung der Oberfläche vorgesehenen Lichtstrahl, der an der Oberfläche reflektiert wird, gekenn­ zeichnet durch ein doppelt fokussierendes optisches System mit einem Rotationsellipsoid, dessen ein Brennpunkt P ₁ auf der Oberfläche des Prüfkörpers (2) und dessen anderer Brennpunkt (P ₂) auf der Ober­ fläche eines Detektors (6) liegt und das als Reflektor (4) für die Streustrahlung des Lichtstrahls (10) vor­ gesehen ist, dessen Einfallswinkel ( α ) höchstens 25° beträgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel (a) höchstens 15° beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel (α) höchstens 12° beträgt.