DE4105192C2 - Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten und dergleichen - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten und dergleichen

Info

Publication number
DE4105192C2
DE4105192C2 DE4105192A DE4105192A DE4105192C2 DE 4105192 C2 DE4105192 C2 DE 4105192C2 DE 4105192 A DE4105192 A DE 4105192A DE 4105192 A DE4105192 A DE 4105192A DE 4105192 C2 DE4105192 C2 DE 4105192C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
radiation
examined
polarization
light
roughness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE4105192A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4105192A1 (de
Inventor
Stefan Oelckers
Elke Heinecke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE4105192A priority Critical patent/DE4105192C2/de
Publication of DE4105192A1 publication Critical patent/DE4105192A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4105192C2 publication Critical patent/DE4105192C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J2001/4242—Modulated light, e.g. for synchronizing source and detector circuit
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/04—Polarimeters using electric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten, von Unregelmäßigkeiten, von Beschädigungen von Oberflächen, von Korrelationslängen von Unregelmäßigkeiten und dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.
Materialuntersuchungen oder Messungen von Beschichtungsstärken mit den verschiedenen klassischen Varianten der Ellipsometrie und Polarimetrie sind seit langem bekannt. Für Profiluntersuchungen von Oberflächen werden im allgemeinen andere Verfahren angewendet, da klassische elliptometrische und polarimetrische Messungen zum einen sehr empfindlich von Oberflächenverschmutzungen gestört werden können, zum anderen klassische elliptometrische und polarimetrische Messungen im Verhältnis aufwendig zu automatisieren sind. Probleme bei der Automatisierung ergeben sich auch bei den hergebrachten Methoden für im Verhältnis einfache Probleme wie das Messen von Neigungswinkeln.
Für Profiluntersuchungen werden üblicherweise eher Verfahren wie das Autofokusverfahren oder bei diffus reflektierenden Oberflächen auch das Triangulationsverfahren angewendet. Mit diesen Verfahren wird jeweils punktweise durch mittelbare Entfernungsmessung die lokale Höhe der Oberflächenstruktur gemessen und es kann somit nach Messung einer hinreichenden Anzahl von Punkten die Oberflächenstruktur erhalten werden. Die lokale oder globale Neigung der Oberflächenstruktur kann jedoch nur mittelbar als Ableitung der erhaltenen Höhenlinie erhalten werden. Diese Verfahren nutzen nicht die Eigenart von elektromagnetischer Strahlung, daß s- und p-polarisierte Anteile der einfallenden Strahlung unterschiedlich stark reflektiert bzw. transmittiert werden.
Messungen von Rauhigkeiten oder Oberflächenbeschädigungen werden im Bereich der optischen Meßtechnik entweder indirekt durch Profilmessungen mit oben genannten Verfahren realisiert, oder es werden Effekte wie zum Beispiel die Strahlaufweitung von an der Oberfläche reflektierten Stahlung ausgewertet. Zuletztgenannte Verfahren sind jedoch in ihrer Genauigkeit und Aussagekräftigkeit stark begrenzt. Auch diese Verfahren nutzen jedoch nicht die Eigenart von elektromagnetischer Strahlung, daß s- und p-polarisierte Anteile der einfallenden Strahlung unterschiedlich stark reflektiert bzw. transmittiert werden.
Messungen von Drehwinkeln und Werkstückausrichtungen werden z. B. mittels in Deckung bringen von Lichtzeigern mit Markierungen realisiert, auch diese Verfahren nutzen jedoch nicht die Eigenart von elektromagnetischer Strahlung, daß s- und p-polarisierte Anteile der einfallenden Strahlung unterschiedlich stark reflektiert bzw. transmittiert werden.
Es ist zwar ein ellipsometrisches Verfahren "for viewing a sample surface" bekannt (EP 0 075 689 A1), mit dem aber offenbar Rauhigkeiten oder dergleichen Eigenschaften, wie sie im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 angegeben sind, nicht bestimmt werden können. Demgegenüber ist es Ziel der Erfindung, etablierte Verfahren zur Rauhigkeitsmessung, wie Abtasten der Verfahren oder optische Verfahren, wie das Autofokusverfahren und das Triangulationsverfahren zu ersetzen durch ein ellipsometrisches Meßverfahren. Ein solches ellipsometrisches Verfahren zur Rauhigkeitsmessung wird durch die genannte Entgegenhaltung weder offenbart noch nahegelegt.
Bei einem vorbekannten Verfahren, bei dem auch die Untersuchung rauher Oberflächen erwähnt wird (EP 0 163 176 A2, Seite 15, Zeile 12), wird bei der Untersuchung rauher Oberflächen lediglich der Polarisationsgrad herangezogen. Die wesentliche Größe der Ellipsometrie - die komplexe Polarisation - bzw. die damit ermittelbaren Reflexionskoeffizienten Rs, Rp bleiben unberücksichtigt. Deshalb handelt es sich an dieser Stelle um - aus der Literatur bekannte - einfache Messung des Polarisationsgrades und nicht um Ellipsometrie.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Messung von Rauhigkeiten, Unregelmäßigkeiten und dergleichen, das einfach ist und sehr weitgehende Aussagen über die Unregelmäßigkeiten zu geben vermag.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus den Merkmalen im Anspruch 1. Eine weitere erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus den Merkmalen im Anspruch 2.
Es ist Verdienst der Erfindung, ein völlig neuartiges, Vorurteile überwindendes Verfahren geschaffen zu haben, mit dem Oberflächenrauhigkeiten und ähnliche Strukturen auf überraschend wirksame und einfache Weise bestimmt werden können. Es wird ein ellipsometrisches Verfahren geschaffen, mit welchem mit vertretbarem Aufwand und hinreichender Aussagekraft Rauhigkeiten gemessen werden können. Ein Vorteil besteht z. B. bei einer besonderen Ausführungsform darin, daß bei senkrechtem Strahlungseinfall, der in der üblichen Ellipsometrie nie verwendet wird, Artefakte durch Verschmutzungen usw. eliminiert werden. Ein weiterer Vorteil einer vorteilhaften Ausführungsform besteht darin, daß es bei dieser - auch bei Verwendung nur eines polarisierenden Elementes - nicht notwendig ist, polarisiertes Licht einzustrahlen.
Das Verfahren ermöglicht in Abhängigkeit von den bekannten Größen einer zu untersuchenden Oberfläche oder eines transparenten Materials und der gegebenen Aufgabenstellung vielfältige Untersuchungen, die entweder Detailaussagen oder gemittelte Aussagen über die jeweilige Oberfläche oder das jeweilige Material zulassen.
Es läßt elektromagnetische Strahlung auf eine Oberfläche oder durch ein transparentes Material fallen und untersucht den Anteil an s- und p-polarisierter Strahlung im reflektierten und/oder transmittierten Strahl, wodurch man eine Intensitätsdifferenz erhält, die sowohl von den optischen Konstanten des Materials als auch vom Einfallswinkel der Strahlung bestimmt wird als auch von der Oberflächenstruktur, wobei die Fleckgröße kleiner als die typische Struktur des Materials gewählt wird.
Man kann somit Aussagen entweder über die typische Struktur, den Einfallswinkel oder die optischen Konstanten der Oberfläche des transparenten Materials erhalten.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die von den in den Patentansprüchen 1 und 2 genannten Materialeigenschaften abhängigen Unterschied (z. B. die Differenz) der Reflexionskoeffizienten für s- und p-polarisierte Strahlung auszuwerten. Diese beiden Reflexionskoeffizienten werden in der Literatur üblicherweise mit Rs und Rp bezeichnet. Ein entsprechendes Verhalten zeigen auch die mit Ts und Tp bezeichneten Transmissionskoeffizienten. Der Unterschied zwischen den jeweiligen Koeffizienten (gegebenenfalls durch ihren Mittelwert dividiert) wird im folgenden als Meßwert bezeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Objekt mit weiter unten spezifizierter Strahlung bestrahlt wird. Liegt keine Oberflächenverschmutzung, Verunreinigung etc. vor, wächst die Differenz der beiden Reflexions- (oder Transmissions-)Koeffizienten von null bei senkrechtem Strahlungseinfall bis zu einem Maximum beim sogenannten Brewsterwinkel, um danach wieder abzufallen. Der Meßwert ist also abhängig vom Winkel zwischen dem Strahl und der Flächennormalen und somit zur Bestimmung von lokalen Oberflächenneigungen geeignet. Außerdem ist der Meßwert abhängig vom komplexen Brechungsindex des untersuchten Materials, was in der einschlägigen Literatur an vielen Stellen dargestellt wird, sowie von seiner Mikrooberflächenstruktur, was nur zum Teil mathematisch faßbar ist.
Wird Strahlung, welche von einem Gebiet kommt, welches groß ist im Vergleich zur Oberflächenstruktur, auf den Detektor gegeben, so ist der Meßwert proportional einem gewichteten Mittel aus den beitragenden Oberflächenneigungen. Oberflächenrauhigkeiten z. B. können erfindungsgemäß durch die eben beschriebene Weise ohne den Umweg der Profilbestimmung gemessen werden. Korrelationslängen von den Meßwert beeinflussenden Strukturen wie Rauhigkeit oder Verunreinigungen bzw. Verunreinigungseinschlüsse können erfindungsgemäß dadurch bestimmt werden, daß das Verhalten des Meßwertes bei verschiedenen Strahlquerschnitten ausgewertet wird. Die Korrelationslänge der Struktur kann aus dem mittleren Strahldurchmesser bestimmt werden, ab dem sich der Meßwert nicht mehr wesentlich ändert.
Geschieht der Strahleneinfall unter einem Winkel zur mittleren Flächennormalen, wird erfindungsgemäß zum einen die Genauigkeit der Winkelbestimmung erhöht, denn die Veränderung des Meßwertes pro Veränderung des Einfallwinkels ist bei mittleren Einfallwinkeln größer als bei kleinen Einfallwinkeln. Zum anderen wird im wesentlichen nur noch der Neigungswinkel der Projektion der Flächennormalen in die Ebene, welche den Strahlengang enthält, erfaßt.
Eine Information über die Richtung der Flächennormalen kann erfindungsgemäß erhalten werden, indem ein Triggersignal (mit der gleichen Frequenz wie die Drehfrequenz der Polarisationsrichtung und konstanten Phasenverhältnissen zwischen Triggersignal und Polarisationsrichtungssignal des einfallenden Strahls) auf die Auswerteeinheit gegeben wird. Die Phasendifferenz zwischen Meßwertsignal und Triggersignal ergibt Auskunft über die Richtung der Flächennormalen, sie ist abhängig von der Depolarisation durch die Wechselwirkung an der Oberfläche.
Wird bei bekannter Oberflächenstruktur eine Verunreinigung/Beschichtung auf oder in das Material gebracht, so verändert sich der Meßwert eines Gerätes entsprechend der Menge etc. und den optischen Eigenschaften dieses Stoffes, so daß erfindungsgemäß ein solcher Aufbau/ein solches Verfahren auch zum Messen solcher Verunreinigungen verwendet werden kann.
Weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, die im allgemeinen mit klassischen polarimetrischen Messungen verbundene Drehwinkelbestimmung von Polarisator oder Analysator zu vermeiden. Dieses - und die Messung in Anspruch 1 und 2 angeführten Materialeigenschaften - wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zu untersuchende Material z. B. mit polarisierter Strahlung bestrahlt wird, dessen Polarisationsrichtung sich z. B. - bei großen Anforderungen an die Genauigkeit - mit wählbarer Periodenlänge um die Strahlachse dreht und von einem Detektor die Strahlung nach der Wechselwirkung erfaßt wird, und vom Detektorsignal vor allem die periodischen Intensitätsschwankungen und gegebenenfalls deren Verhältnis zum Mittelteil und gegebenenfalls die Phasenbeziehung zu einem Triggersignal erfaßt wird. An die Stelle der oben beschriebenen Strahlung kann erfindungsgemäß z. B. auch unpolarisierte Strahlung treten (s. u.). Die notwendige Charakteristik des Strahls wird z. B. dadurch erreicht, daß z. B.
  • a) unpolarisierte Strahlung nach oder vor der Wechselwirkung durch einen Polarisations-Chopperdiscfilter geleitet wird.
  • b) wie unter a) mit dem Unterschied, daß linear polarisierte Strahlung der Strahlungsquelle so in seiner Strahlungsrichtung ausgerichtet wird, daß die Oberfläche mit definierten - vorzugsweise gleichen Anteilen - von s- und p-polarisierter Strahlung bestrahlt wird.
  • c) linear polarisierte Strahlung einer Strahlungsquelle mit einer Faradayzelle periodisch in seiner Polarisationsrichtung gedreht wird.
  • d) wie unter a) mit dem Unterschied, daß an die Stelle eines Chopperpolarisators z. B. eine geeignete Kerrzelle tritt.
Störende Polarisationseffekte, die nicht durch die zu messende Oberfläche bedingt sind, können apparativ oder durch Eichung ausgeglichen werden.
Die Auswertung des Detektorsignals kann z. B. durch geeignete Operationsverstärkerschaltungen oder/und - nach A/D- Wandlung durch einen Rechner geschehen.
Das Verfahren kann auch als bildgebendes Verfahren verwendet werden.
Soll der Meßwert mit großer Genauigkeit ermittelt werden,
soll der Meßwert mit geringem Aufwand ermittelt werden,
soll der Meßwert z. B. zur Materialerkennung mit oder ohne z. B. Strukturerkennung dienen,
soll der störende Einfluß von Fremdstrahlung vermieden werden, oder ist bei gegebenem Aufbau nicht sicher gewährleistet, daß alle relevanten Strahlungsanteile den Detektor treffen, bzw. diesen gleichmäßig auf seinen sensiblen Bestandteilen treffen, so ist erfindungsgemäß eine geeignete Ausgestaltung des Verfahrens eines oder mehrerer Unteransprüche zu wählen.
Die erzielbaren Vorteile wurden z. T. schon im Rahmen der Kritik am Stand der Technik angedeutet, liegen aber vor allem darin begründet, daß mit dem Gegenstand dieses Patentes eine einfache, hochgenaue, im Verhältnis störungsunempfindliche Alternative zur hergebrachten Polarimetrie/Ellipsometrie gegeben ist, die sich darüber hinaus durch gute Anbindbarkeit an Datenverarbeitungsanlagen, gute Automatisierbarkeit und Verzichtbarkeit auf mechanisch bewegte Teile auszeichnet.
Wird ein Gebiet bestrahlt, dessen Größe größer als die Rauhigkeitsstruktur ist und werden zur Messung keine ortsauflösenden Detektoren verwendet, so mitteln sich die zum Meßwert beitragenden lokalen Oberflächenneigungen i. A. gegeneinander weg, so daß eine sinnvolle Messung nicht mehr möglich ist. Bei einer Bestrahlung in der Nähe des Brewsterwinkels und in bestimmten Fällen auch bei senkrechtem Strahlungseinfall kann jedoch auch mit großen Strahlquerschnitten gearbeitet werden, da aufgrund der Winkelabhängigkeit von Rs, Rp (bzw. Ts, Tp) sich bei diesen Einstrahlwinkeln die Beitrage verschiedener lokaler Oberflächenneigungen zum Signal nicht gegeneinander aufheben.
Ausführungsbeispiel 1 Aufbau zum Messen lokaler Oberflächenneigungen
Im Ausführungsbeispiel 1 wird kohärentes stark gebündeltes Licht eines Lasers 1 über einen 50-%-Spiegel 2 senkrecht auf das zu untersuchende Material 3 gegeben. Ist das Licht des Lasers linear polarisiert, sollte die Polarisationsrichtung des Lichtes so gelegt werden, daß - nach der Reflexion am Spiegel - die Intensitäten von zur mittleren Materialoberfläche s- und p-polarisiertem Lichtanteil gleich sind. Nach der Reflexion an der Materialoberfläche sind die Intensitäten der beiden Strahlanteile (bei gegebenen optischen Konstanten der Oberfläche) um so unterschiedlicher je größer der Winkel zwischen Lichtstrahl und der lokalen Flächennormalen ist. Der reflektierte Lichtstrahl 4 wird durch einen sich mit fester Frequenz drehenden Chopperpolarisator 5 geleitet. Das auf den Detektor 6 fallende Licht durchläuft ein Intensitätsminimum, wenn der Polarisator gerade den zur bestrahlten Oberfläche p-polarisierten Strahlanteil durchläßt und ein Maximum, wenn gerade der s-polarisierte Anteil durchgelassen wird. Die Signalspannung des Detektors wird auf zwei verschiedene Meßverstärker 7 und 8 gegeben. Der Verstärker 7 ist Frequenzselektiv verstärkend (mit möglichst kleinem Q-Wert) und verstärkt nur Wechselsignale der Frequenz des Chopperpolarisators. Der Verstärker 8 verstärkt nur den Gleichspannungsanteil des Detektorsignals. In einer geeigneten Elektronik 9 (z. B. unter Verwendung von Operationsverstärkern) werden die Ausgangssignale der beiden Verstärker dividiert. Nach einer A/D- Wandlung im A/D-Wandler 10 kann der Meßwert von einem Rechner 11 weiterverarbeitet werden, und/oder von einem Schreiber oder ähnlichem Anzeigegerät angezeigt werden. Hat der Rechner eine große Rechenleistung kann die Auswerteelektronik 9 weggelassen werden und diese Aufgabe vom Rechner mitübernommen werden. Wird auch noch der Zeitpunkt des Signalmaximums in bezug zur Stellung des Choppers zu diesem Zeitpunkt gebracht d. h. die Phasenbeziehung zwischen Detektorsignal und Chopper ausgewertet, so kann neben dem Betrag der Neigung der Oberflächennormalen auch die Richtung der lokalen Oberflächennormalen bestimmt werden. Der bis jetzt beschriebene Aufbau kann noch durch ein Linsensystem 12 ergänzt werden, welches dafür sorgen kann, daß
  • a) auch bei der Reflexion stark abgelenkte Strahlen auf den Detektor geleitet werden,
  • b) der Detektor immer im selben Detektorgebiet getroffen wird,
  • c) auch bei einer Lichtquelle mit nicht so kleinem Lichtstrahlquerschnitt nur das von einem möglichst kleinen Gebiet der Oberfläche reflektierte Licht ausgewertet wird. Letzteres kann auch unter Verwendung von Blenden erreicht werden.
Ebenso wie der reflektierte Lichtstrahl kann auch der eventuell transmittierte Lichtstrahl ausgewertet werden.
Ausführungsbeispiel 2 (Abwandlungen des Ausführungsbeispiels 1)
Statt senkrecht zur mittleren Flächennormalen der Oberfläche gewähltem Lichteinfall kann auch ein schräger Lichteinfall gewählt werden. Der Spiegel 2 kann unter diesen Umständen entfallen und die Elemente 5, 6, 12 sollten dann entlang der mittleren Ausfallachse angeordnet werden. Bei diesem modifizierten Aufbau wird eine größere Genauigkeit der Winkelbestimmung erzielt, und in erster Näherung (ohne Verwendung diesen Effekt kompensierender Logik) nur die Projektion der Neigung in die Ebene des Strahlengangs gemessen.
Ausführungsbeispiel 3 Aufbau zur Materialerkennung (Aufbau wie im Ausführungsbeispiel 2)
Die Amplitude des Verstärkers 7 ist abhängig von dem gewählten Einfallwinkel, der lokalen Oberflächenneigung, der Wellenlänge des verwendeten Lichtes und den "optischen Konstanten" namentlich der komplexen Dielektrizitätskonstanten bzw. dem komplexen Brechungsindex.
Bei verschmutzten oder unregelmäßig beschichteten Oberflächen wird das oben beschriebene Meßverfahren gestört. Um die Stärke dieser Störeinflüsse zu ermitteln und das Meßsignal gegebenenfalls zu korrigieren, kann die Meßinformation durch Messungen bei verschiedenen Wellenlängen erhöht werden.
Ebenso wie die reflektierte Strahlung kann auch die transmittierte Strahlung ausgewertet werden, wobei das Detektorsignal in diesem Falle nicht nur durch die Strukturen an der Oberfläche, sondern auch durch die Strukturen im Inneren des Materials bestimmt wird. Werden beide Lichtstrahlen ausgewertet, so kann entschieden werden, ob eine Veränderung des Meßwertes im Verhältnis zum letzten von Strukturen der oberen Oberfläche, oder dem Inneren und der unteren Oberfläche verursacht wurde.
Ausführungsbeispiel 4 Aufbau zur Materialausrichtung (Aufbau wie im Ausführungsbeispiel 1)
Ein für alle Materialien gleichermaßen ausgezeichneter Winkel des Strahlungseinfalls ist der senkrechte Strahlungseinfall. Soll ein Material in eine definierte Ausrichtung gebracht werden, so ist der Strahleneinfall vorzugsweise entlang der einzustellenden Oberflächennormalen zu wählen und das Material so in seiner Lage zu verändern, daß das Signal am A/D-Wandler minimiert wird.
Ausführungsbeispiel 5 Aufbau zur Bestimmung von Rauhigkeiten (Aufbau ähnlich wie im Ausführungsbeispiel 1 (vorzugsweise, oder auch 2))
Wird das Material mit einem Lichtstrahl eines Durchmessers beschienen, welcher größer als die den Meßwert beeinflussenden Strukturlängen (z. B. Rauhigkeitslängen) ist, so wird sich ein Signal am A/D- Wandler einstellen welches z. B. im Falle von rauhen Oberflächen ein gewichtetes Mittel der im bestrahlten Gebiet vorliegenden lokalen Oberflächenneigungen darstellt, und somit in diesem Fall eine Aussage eben über die Rauhigkeit des Materials zuläßt. Durch Einfügen geeigneter Blenden in den reflektierten Strahl kann der Beitrag von z. B. besonders großen Neigungswinkeln aus dem gewichteten Mittel eliminiert werden. Bei Verwendung von Kreisblenden veränderlichen Durchlaßquerschnitts kann der Beitrag der einzelnen Oberflächenneigungswinkel zur Rauhigkeit ermittelt werden.
Ausführungsbeispiel 6 Aufbau zur Bestimmung von Korrelationslängen (Aufbau ähnlich wie im Ausführungsbeispiel 1 oder 2)
Wird das Material mit einem Lichtstrahl veränderlichen Durchmessers beschienen, so wird sich bei verschiedenen Strahlquerschnitten ein unterschiedlich großes Signal am A/D-Wandler einstellen, sich jedoch ab einem bestimmten Strahldurchmesser für größere Strahldurchmesser nicht mehr wesentlich verändern. Aus diesem Strahldurchmesser kann dann die Korrelationslänge der räumlichen Inhomogenität senkrecht zum Strahlungseinfall bestimmt werden.
Ausführungsbeispiel 7 Aufbau eines bildgebenden Verfahrens (Aufbau ähnlich wie im Ausführungsbeispiel 1 oder 2)
Es wird ein transparentes Material mit einem parallelen Lichtbündel bestrahlt. Das aus den einzelnen Punkten des Mediums austretende Licht wird jeweils einzeln den Elementen eines Detektorenarrays zugeführt, wobei diese Zuführung direkt, durch Linsen oder Glasfaserkabel geschehen kann. Das Signal jedes einzelnen Elementes wird in der beim Ausführungsbeispiel 1 besprochenen Art und Weise aufbereitet. Die Meßwerte der Detektoren können als Bild dargestellt werden, indem z. B. die Farbe der einzelnen Bildpunkte durch den Meßwert jeweils eines Detektors bestimmt wird. Ebenso kann bei schrägem oder auch senkrechtem Lichteinfall auch das reflektierte Licht ausgewertet werden.
Erläuterungen zu Figuren
zu Fig. 1
 1 Laser
 2 50-%-Spiegel
 3 zu untersuchende Oberfläche
 4 reflektierter Lichtstrahl
 5 Chopperpolarisation
 6 Detektor
 7 frequenzselektiver Verstärker
 8 mittelnder Verstärker
 9 Komparator
10 AD-Wandler
11 Rechner oder Schreiber
12 Sammellinse
zu Fig. 2
13 Monitor
14 Auswerteeinheit
15 Detektorarray
16 zu untersuchendes lichtdurchlässiges Material
17 einfallender paralleler Lichtstrahl
18 Chopperpolarisator

Claims (28)

1. Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten, von Unregelmäßigkeiten sowie von Beschädigungen von Oberflächen, von Korrelationslängen von Unregelmäßigkeiten, von Korrelationslängen von Beschädigungen, von Neigungen, von Oberflächenprofil sowie auch von Drehwinkeln und von Ausrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Oberfläche eines Objektes ellipsometrisch vermessen wird und bei der Bestimmung von Oberflächenrauhigkeiten die Größe des Lichtflecks auf dem Objekt kleiner als die Rauhigkeitsstruktur gewählt wird.
2. Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten, von Unregelmäßigkeiten sowie von Beschädigungen von Oberflächen und Volumen, von Korrelationslängen von Unregelmäßigkeiten, von Korrelationslängen von Beschädigungen von Oberflächen und Volumen, von Neigungen, von Oberflächenprofil und Volumenstruktur sowie auch von Drehwinkeln und von Ausrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Objekt im Durchlicht ellipsometrisch vermessen wird und die Größe des Lichtflecks kleiner als die Rauhigkeitsstruktur oder Volumenstruktur gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Polarisationseinheit in den Strahlengang gebracht wird und unpolarisiertes Licht verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchenden Polarisationsanteile der Strahlung mit der Polarisationseinheit zeitlich abwechselnd auf denselben Detektor geleitet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchenden Polarisationsanteile der Strahlung mit der Polarisationseinheit auf mindestens zwei räumlich getrennte Detektoren geleitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Intensitäten der s- und p-polarisierten Strahlanteile auf den Mittelwert der Intensitäten von diesen beiden Strahlanteilen bezogen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auswertung des reflektierten Lichtes zeitlich abwechselnd die Reflexionskoeffizienten Rs und Rp des zu untersuchenden Objektes gemessen werden, oder bei Auswertung des transmittierten Lichtes zeitlich abwechselnd die Transmissionskoeffizienten Ts und Tp des zu untersuchenden Objektes gemessen werden und die Oberwellen dieser Signale ausgewertet werden und in Bezug zum Mittelwert beider Anteile gesetzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberwellen nach Durchgang durch einen frequenzselektiven Meßverstärker ausgewertet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich bei jeder Periode zu bestimmter Zeit ein Triggersignal oder ein Referenzsignal gleicher Frequenz und konstanter Phase, bezogen auf Frequenz und Phase der Drehung der Polarisationsrichtung der elektromagnetischen Strahlung durch Polarisationseinheit, die auf eine Auswerteeinheit gegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungseinfall schräg erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungseinfall senkrecht erfolgt und bei Reflexionsmessungen ein geeigneter Strahlteiler wie z. B. ein halbdurchlässiger Spiegel verwendet wird, wenn die reflektierte Strahlung ausgewertet werden soll.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine monochromatische Strahlungsquelle verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine nichtmonochromatische Strahlungsquelle verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Wellenlänge durchstimmbare Strahlungsquelle verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Wellenlängenfilter in den Strahlengang gebracht werden, um jeweils nur einen Spektralbereich einer Strahlungsquelle auszuwerten.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß durchstimmbare Wellenlängenfilter verwendet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wechselbare Wellenlängenfilter verwendet werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom untersuchten Objekt reflektierte oder transmittierte Strahlung mittels einer geeigneten Konstruktion aus insbesondere Linsen, Hohlspiegel oder sogenannten Fluoreszenzkollektoren sowie gegebenenfalls auch Diffusorscheiben auf einen oder mehrere Detektoren gegeben wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Objekt in einem Gebiet gewählter Größe bestrahlt wird und die Gesamtheit des Meßergebnisses durch eine Anzahl von solchen Bestrahlungen an verschiedenen Orten erhalten wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Objekt in einem Gebiet veränderlicher Größe bestrahlt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit des Meßergebnisses durch eine Anzahl von solchen Bestrahlungen an verschiedenen Orten erhalten wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Objekt in einem Gebiet gewählter Größe bestrahlt wird, jedoch nur die von einem kleineren Gebiet fester oder veränderlicher Größe reflektierte oder transmittierte Strahlung ausgewertet wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es mit den bekannten Verfahren zur Oberflächenstrukturerkennung mittels Triangulationsverfahren, Autofokusverfahren oder Strahlaufweitungsverfahren kombiniert wird, wobei der gleiche Meßstrahl für beide Verfahren verwendet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrahl nach der Wechselwirkung mit dem zu untersuchenden Objekt geteilt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Meßwerte bildlich dargestellt werden, so daß in jedem Bildpunkt eine Aussage über die lokalen Materialeigenschaften des Objektes enthalten ist.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte in einem Detektorarray gebildet werden.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedes Detektorelement jeweils ein Bereich des zu untersuchenden Objektes abgebildet wird.
28. Verfahren nach Anspruch 19 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Blenden in den Strahlengang gebracht werden.
DE4105192A 1990-02-26 1991-02-20 Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten und dergleichen Expired - Fee Related DE4105192C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4105192A DE4105192C2 (de) 1990-02-26 1991-02-20 Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten und dergleichen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4005995 1990-02-26
DE4105192A DE4105192C2 (de) 1990-02-26 1991-02-20 Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten und dergleichen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4105192A1 DE4105192A1 (de) 1991-08-29
DE4105192C2 true DE4105192C2 (de) 1996-07-04

Family

ID=6400976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4105192A Expired - Fee Related DE4105192C2 (de) 1990-02-26 1991-02-20 Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten und dergleichen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4105192C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012010190A1 (de) 2011-07-18 2013-01-24 Cornelius Hahlweg Verfahren, Vorrichtung und Endoskop sowieAufsatz

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4205629A1 (de) * 1992-02-25 1993-08-26 Tzn Forschung & Entwicklung Verfahren zur beruehrungslosen messung des tausalzgehaltes und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE19718623A1 (de) * 1997-05-02 1998-11-05 Daimler Benz Ag Verfahren zur polarimetrischen Fahrbahnerkennung
DE19718632B4 (de) * 1997-05-02 2007-10-18 Daimlerchrysler Ag Anordnung zur Erkennung des Zustandes einer Fahrbahnoberfläche
US7714995B2 (en) 1997-09-22 2010-05-11 Kla-Tencor Corporation Material independent profiler
US7688435B2 (en) 1997-09-22 2010-03-30 Kla-Tencor Corporation Detecting and classifying surface features or defects by controlling the angle of the illumination plane of incidence with respect to the feature or defect
US7630086B2 (en) 1997-09-22 2009-12-08 Kla-Tencor Corporation Surface finish roughness measurement
US6483580B1 (en) 1998-03-06 2002-11-19 Kla-Tencor Technologies Corporation Spectroscopic scatterometer system
US7161669B2 (en) 2005-05-06 2007-01-09 Kla- Tencor Technologies Corporation Wafer edge inspection
US7397553B1 (en) 2005-10-24 2008-07-08 Kla-Tencor Technologies Corporation Surface scanning
US7554654B2 (en) 2007-01-26 2009-06-30 Kla-Tencor Corporation Surface characteristic analysis
DE102013109005A1 (de) * 2013-08-20 2015-02-26 Khs Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Identifikation von Codierungen unter Folie
CN114384068B (zh) * 2021-12-27 2023-09-08 中国科学院福建物质结构研究所 用于测量大尺寸各向同性激光介质中弱各向异性的测量装置及测量方法和应用

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0075689A1 (de) * 1981-09-28 1983-04-06 International Business Machines Corporation Optische Geräte zur Beobachtung einer Probenoberfläche
DE3419463C1 (de) * 1984-05-24 1985-09-12 Sagax Instrument AB, Sundbyberg Vorrichtung zur Erfassung von Stoffeigenschaften von Probenoberflaechen
DE3904660A1 (de) * 1989-02-16 1990-08-23 Philips Patentverwaltung Planarer optischer isolator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012010190A1 (de) 2011-07-18 2013-01-24 Cornelius Hahlweg Verfahren, Vorrichtung und Endoskop sowieAufsatz
DE102012010190B4 (de) 2011-07-18 2022-08-18 Lufthansa Technik Aktiengesellschaft Verfahren, Vorrichtung und Endoskop sowieAufsatz

Also Published As

Publication number Publication date
DE4105192A1 (de) 1991-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2852978C3 (de) Vorrichtung zur spektroskopischen Bestimmung der Geschwindigkeit von in einer Flüssigkeit bewegten Teilchen
DE4105192C2 (de) Verfahren zum Bestimmen von Oberflächenrauhigkeiten und dergleichen
EP0019088A1 (de) Ellipsometrisches Verfahren und ellipsometrische Vorrichtung zur Untersuchung der physikalischen Eigenschaften der Oberfläche einer Probe
DE60209672T2 (de) Auf Flüssigkristallen basierendes polarimetrisches System, Verfahren zu seiner Kalibrierung, und polarimetrisches Messverfahren
DE3787320T2 (de) Schichtdickenmessgerät mit linearpolarisiertem Licht.
EP0075032B1 (de) Verfahren zur interferometrischen Oberflächentopographie
EP0195039A1 (de) Messanordnung zur analyse elektromagnetischer strahlung.
DE60210431T2 (de) Achromatisches Spektralellipsometer mit hoher räumlicher Auflösung
DE3914631A1 (de) Verfahren zur untersuchung der physikalischen eigenschaften duenner schichten
DE69418505T2 (de) Verfahren und Apparat zur Orientierungsbestimmung von Papierfasern
DE3214051A1 (de) Spektralfluorometer
DE102012214019B3 (de) Messsystem zur Bestimmung von Reflexionscharakteristiken von Solarspiegelmaterialien und Verfahren zur Qualitätsbestimmung einer Spiegelmaterialprobe
DE3737426C2 (de) Interferometer
EP0925496B1 (de) Einrichtung zum beurteilen von reflexionsverhalten
EP1260848B1 (de) Vorrichtung zur Ermittlung einer Lichtleistung, Mikroskop und Verfahren zur Mikroskopie
DE102021100321B4 (de) SPR-Sensoreinheit und Verfahren zur Bestimmung des Brechungsindex eines Proben-mediums sowie Messeinrichtung zur Erfassung der Dichte eines Messmediums
DE60121746T2 (de) Bildaufnahmeeinrichtung
DE19745607B4 (de) Anordnung zur Messung von optischen Parametern kristalliner Proben mittels optischer Reflexion
EP3035034B1 (de) Anordnung zur erfassung von reflexions-anisotropie
EP0508558B1 (de) Apparat für ellipsometrische Untersuchungen von Materialien
DE9300956U1 (de) Anordnung zum Bestimmen chrakteristischer Größen transparenter Schichten mit Hilfe der Ellipsometrie
DE4209537A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur messung von polarisiertem licht
DE102016202971A1 (de) Ellipsometervorrichtung und Ellipsometrieverfahren zur Untersuchung einer Probe
DD251611B1 (de) Verfahren zur bestimmung von statistischem momenten der oberflaechenrauheit
EP4413322A1 (de) Doppelspiegel-shear-interferometer

Legal Events

Date Code Title Description
8122 Nonbinding interest in granting licences declared
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee