DE4105509A1 - Streulichtmessanordnung zur untersuchung der oberflaechenrauheit - Google Patents

Description

Die Erfindung ist anwendbar zur räumlichen Streulichtmessung an technischen Oberflächen. Sie dient zur Bestimmung von Mikrodefekten, Rauheiten, Verunreinigungen und insbesondere zur ortsfrequenzabhängigen Rauheitserfassung optisch glatter Oberflächen.

Automatische Meßanordnungen, die präzisionsbearbeitete Oberflächen nach dem Streulichtverfahren charakterisieren, werden zunehmend als in-process-Prüfmittel verwandt.

Bekannte Meßverfahren sind TIS- (total integrated scattering) Verfahren und ARS- (angular resolved scattering) Verfahren. Bei den TIS-Meßverfahren wird die gesamte räumliche Streulichtverteilung integral erfaßt, ohne ihre Winkelabhängigkeit zu analysieren. Das TIS-Verfahren gestattet die Ermittelung der rms-Rauheit aus dem integralen Streuverlust.

Verschiedene ARS-Meßtechniken erfassen die Streulichtverteilung winkelaufgelöst und ermöglichen die Bestimmung verschiedener Oberflächenparameter des Prüflings. So können statistische Momente der Rauheit aus dem Leistungsdichtespektrum bestimmt werden (DD 2 51 611). Streulichtmeßverfahren, die das Streulicht mit optischen Elementen auf ein Detektorarray abbilden, erfassen einen eingeschränkten Winkelbereich der Streulichtverteilung. Die resultierende Bandweitenbegrenzung führt zu einem systematischen Fehler bei der Berechnung statistischer Momente sowie der Autokorrelationsfunktion. Dieser störende Einfluß der Bandweitenbegrenzung gilt für alle Rauheitsmeßverfahren, wirkt sich aber durch die relativ enge Bandweitenbegrenzung in diesem Verfahren deutlicher aus.

Ein weiteres ARS-Meßverfahren efaßt das Streulicht direkt mit einem auf den Streufleck zentrierten kreisförmigen Empfängerarray. In der Patentschrift DD 2 59 245 wird eine Anordnung beschrieben, die einen viertelkreisförmigen Detektorarm enthält. Dieser wird mit einem Schrittmotor azimutal um 360 Grad gedreht. Somit wird der gesamte Halbraum über der Probe abgetastet. Die Empfängerflächen der einzelnen Detektoren sind gleich groß und integrieren die Streulichtintesitäten über äquidistante Winkelbereiche. Bedingt durch diese äquidistanten Winkelbereiche wird ein relativer Intesitätsanstieg von ca 10⁶ im Nahwinkelbereich nicht ausreichend aufgelöst.

Eine verbesserte Meßanordnung ist in der Patentschrift US 47 10 642 beschrieben. Das Detektorarray erstreckt sich im Bogen mit dem Zentrum auf dem zu untersuchenden Probengebiet in der Ebene des einfallenden und reflektierten Strahls. Um im Nahwinkelbereich eine bessere Auflösung zu erhalten, werden dort die Empfängerflächen verkleinert, um dem Intesitätsanstieg im Nahwinkelbereich besser zu entsprechen. Das Maß der Verkleinerung der Detektoren im Nahwinkelbereich ist jedoch nicht quantitativ bestimmt. Um Rauheitsparameter bestimmen zu können, ist jedoch eine geometrisch determinierte Empfängerabstufung vorteilhaft.

Ein weiterer Nachteil bei den beschriebenen Streulichtmeßanordnungen ist, daß sie überwiegend mit monochromatischem Licht arbeiten. Damit sind die Bandweitengrenzen durch ihre Wellenlängenabhängigkeit nur über begrenzte Bereiche optimierbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Streulichtmeßanordnung zu schaffen, deren geometrischer Aufbau so gestaltet ist, daß die zur Berechnung statistischer Momente notwendige Anzahl von Empfängern sowie die anfallende Datenmenge minimiert, eine genaue Rekonstruktion des Leistungsdichtespektrums ermöglicht und durch Nachschaltung elektronischer Bauelemente eine sofortige Auswertung und Angabe von Rauheitsparametern ohne Zuhilfenahme eines Rechners erreicht werden kann und zusätzliche Oberflächeneigenschaften der Probe in einem Meßgang detektiert und ausgewertet werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Streulichtmeßanordnung zur Untersuchung der Oberflächenrauheit nach dem Prinzip der winkelaufgelösten Streulichtmessung mit Hilfe eines oder mehrerer Empfängerarrays dadurch, daß die Einzelempfänger der Arrays derart auf gekrümmten Trägern angeordnet sind, daß die geometrische Ausdehnung der Einzelempfänger jeweils einem äquidistanten Intervall im Ortsfrequenzraum entspricht.

Dabei können die Empfängerarrays die Form eines Kreissegmentes besitzen und durch Addition von definiert großen Einzelempfängern die unterschiedlichen geometrischen Ausdehnungen der Streuwinkelbereiche als Bogenmaß des Kreissegmentes erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit, die geometrische Ausdehnung der Einzelempfänger einem äquidistanten Intervall im ortsfrequenzraum entsprechen zu lassen, besteht darin, daß die Einzelempfänger definierter Größe mit unterschiedlichen Abständen zum Streufleck die Form des Empfängerarrays bestimmen.

Um eine zweidimensionale Streulichtverteilung der Probe und/oder die Isotropieeigenschaften zu erfassen, können die Probe und/oder die Träger um eine Achse senkrecht zur Probennormale sich drehen. Mit Absorbern, die im Strahlengang des einfallenden Lichts und/oder des Streulichts angeordnet sind, werden bei monochromatischer oder mehrfarbiger Beleuchtung die Empfängerempfindlichkeiten angepaßt. Weiterhin können bei der Verwendung mehrerer, azimutal verteilter Arrays unterschiedlicher Spektralempfindlichkeit während eines Meßganges gleichzeitig die Rauheitsparameter analysiert, die Isotropieeigenschaft überprüft und eine bestimmte Staubcharakteristik sowie weitere Oberflächeneigenschaften aufgenommen werden. Durch eine Beleuchtung der Probe mit Strahlung unterschiedlicher Spektralbereiche wird außerdem der Bandweitenbereich vergrößert. Eine weitere Detektionsmöglichkeit mehrfarbigen Lichts wird erreicht, wenn das Empfängerarray in definiert wählbare Raumwinkelbereiche zur selektiven Erfassung verschiedener Wellenlängen unterteilt wird, die ebenfalls unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten besitzen. Mit einer solchen Anordnung können gleichzeitig in einem Meßgang Rauheitsparameter analysiert und mehrere Oberflächeneigenschaften wie Verunreinigungen und Einzeldefekte aufgenommen werden.

Soll das Polarisationsverhalten der Probe untersucht werden, lassen sich polarisationsoptische Bauelemente im Strahlengang des einfallenden und Streulichts anordnen.

Um den Rechenaufwand bei der Analyse der Vielzahl von Oberflächeneigenschaften zu vereinfachen und einen geringeren Speicherbedarf zu beanspruchen, wird im Nachfolgenden eine elektronische Auswerteschaltung beschrieben, die die Auswertung der Datenmenge bei sofortiger Angabe der Rauheitsparameter ermöglicht.

Bei der Streulichtmessung im Bereich optisch glatter Oberflächen setzt man voraus, daß die vertikale Rauheitsamplitude wesentlich kleiner als die zur Untersuchung verwandte Lichtwellenlänge ist. Man sieht Rauheit als eine Überlagerung einer Vielzahl sinusförmiger Gitter unterschiedlicher Amplituden, Raumwellenlängen und Richtungen über der Oberfläche. Diese sinusförmigen Gitter beugen das einfallende Licht nach der Gittergleichung. Die Gesamtheit der Beugungslinien ergibt die zweidimensionale Streulichtverteilung. Anhand bekannter optischer und physikalischer Parameter wie Wellenlänge des verwandten Lichts, Einfallswinkel, Polarisations- und Materialeigenschaften läßt sich das Leistungsdichtespektrum (PSD) aus der Streuverteilung bestimmen. Es lassen sich Abhängigkeiten somit zwischen der Streuverteilung und den Rauheitsparametern ableiten. Z. B. die Streulichtintensität verhält sich proportional zur vertikalen Rauheitsamplitude und ein Streuwinkel entspricht dem Reziproken einer Raumwellenlänge. Die statistischen Momente für isotrope Proben werden nach der Gleichung

bestimmt, wobei W(r) die PSD und r die Raumfrequenz sind (siehe Opt. Eng. 18, No 2 (1979)). Um das Integral in gleichgroße Intervalle zu gliedern, wird der Ortsfrequenzraum äquidistant unterteilt. Wenn die Meßergebnisse solchen Intervallen im Ortsfrequenzraum entsprechen, werden die Mittelwerte mit gleicher Genauigkeit für jedes einzelne Intervall bestimmt. Für die diskreten Meßergebnisse wird das Leistungsdichtespektrum mit einem gleichgroßen Fehler sowohl im Nahwinkel- als auch im Fernwinkelbereich erstellt. Das Abtasttheorem wird eingehalten. Es tritt keine Verfälschung der Eingangsdaten für die Bestimmung der statistischen Momente durch unterschiedliche Wertigkeit ihrer Fehlerschranken auf. Mit einer minimalen Datenmenge wird eine PSD von hoher Genauigkeit unter Einhaltung des Abtasttheorems gewonnen. Um die geometrischen Abmessungen der Empfänger zu bestimmen, werden die Streuwinkel R_s für die äquidistanten Intervalle im Ortsfrequenzraum nach der Gleichung

r = (2 π/λ) sin R_s (2)

aus der Ortsfrequenz r berechnet. Ausgehend von R_s lassen sich die geometrischen Abmessungen der einzelnen Empfänger je Streuwinkelbereich bestimmen. Da im Fernwinkelbereich die Streuwinkelintervalle groß sind, kommt es außerdem zu einer besseren Intensitätsaufnahme, da in diesem Bereich Leistungen von wenigen pW vorherrschen. Die Empfänger messen nun jeweils eine Leistung, die dem zugehörigen PSD-Wert im äquidistant unterteilten Ortsfrequenzbereich proportional ist. Für jeden einzelnen Winkelbereich, der von einem Empfänger eingenommen wird, lassen sich physikalisch, optische Faktoren bestimmen. Die vorliegende Erfindung setzt voraus, daß die verwendete Wellenlänge und der Einfallswinkel R_i konstant und die Einfallspolarisation α, der Streuazimut Φ sowie die Winkelabstützung gegebene Größen sind. Die Streupolarisation β wird nur in Abhängigkeit vom Streuwinkel R_s und der Probenbrechzahl n betrachtet. Es ergeben sich damit eine Reihe von Vereinfachungen für die Berechnung z. B. der rms-Rauheit R_q ². Diese wird aus der Streulichtverteilungsfunktion (siehe auch Gl. (1)) auf folgende Weise errechnet:

wobei dΩ der Raumwinkel, I₀ die Intensität des einfallenden Strahls, k die Wellenzahl und n₁ und n₂ die Brechzahlen der Medien 1 und 2 sind.

Da man eine endliche Anzahl von Streuwinkeln hat, die durch die Anzahl der Empfänger bestimmt wird, und als einzige variable Größe die Brechzahl der verwendeten Probe zuläßt, so vereinfacht sich das Integral aus Gl. (3) zu folgender Summe:

R_q² = Σ [I_s (R) · F1 (R) · F2 (R, n2)] (4)

F1 ist ein Faktor, der nur vom jeweiligen Streuwinkel und der Empfängerfläche abhängt:

In Gl. (5) sind R der Abstand zum Streufleck und A die Empfängerfläche. Der Einfallswinkel R_i kann näherungsweise mit 0° angenommen werden. Der Faktor F1 läßt sich für jeden einzelnen Streuwinkelbereich und somit für jeden Einzelempfänger berechnen. Dieser für jeden Einzelempfänger konstante Wert kann als fest eingestellte Analogspannung mit dem Meßsignal elektronisch multipliziert werden.

Der Faktor F2 ist für jeden Streuwinkelbereich von der Brechzahl n₂ der Probe abhängig. Da bei der Summation nach Gl. (4) vor allem der Anteil der Streulichtintensitäten im Nahwinkelbereich ins Gewicht fällt, wird der Faktor F2 näherungsweise nur für die kleinen Streuwinkelbereiche berechnet. Zum Beispiel wird für senkrecht polarisiert einfallendes Licht und mit senkrechter Polarisation gemessenes Streulicht der Faktor F2:

(Hierin ist ε die relative Dielektrizitätskonstante der Probe. Wird der Einfallswinkel R_i = 0° und der Azimut Φ = 0° gesetzt, ergibt sich für kleine Streuwinkel nach Gl. (6) folgende Näherung, die mit der Fresnelschen Formel für senkrecht polarisiertes Licht und senkrechten Einfall identisch ist:

Dieser Wert läßt sich mit begrenztem Aufwand ebenfalls elektronisch durch eine analoge Schaltung bilden.

Da der Faktor 2 als Näherungswert vom Streuwinkel unabhängig ist, wird dieser auf alle Streuwinkelbereiche angewendet und kann somit vor die Summe gezogen werden:

Die Summe selbst kann auf einfache Weise durch eine analoge Additionsschaltung ermittelt werden. Somit kann bereits das Quadrat der rms-Rauheit, die Profilvarianz, auf elektronische Weise unmittelbar gebildet werden (vergleiche auch Fig. 4). Für anisotrope Proben lassen sich deren spezielle Rauheitsparameter aus den gemessenen Streulichtintensitäten über einen Mikrorechner bestimmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Streulichtmeßanordnung,

Fig. 2 eine Prinzipskizze der elektronischen Konzeption der Meßwerterfassung zu Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Streulichtmeßanordnung,

Fig. 4 ein Blockschema einer der Streulichtmeßanordnung nach Fig. 3 nachgeschalteten Auswerteelektronik,

Fig. 5 die schematische Darstellung einer Streulichtmeßanordnung mit Strahlungsquellen unterschiedlicher Spektralbereiche,

Fig. 6 zwei Empfängerarrays zur Streulichtuntersuchung von Licht unterschiedlicher Wellenlänge.

Die in Fig. 1 dargestellte Streulichtmeßanordnung wird gebildet aus einem Rechner 1, einer Laserdiode 3 mit einem Taktgenerator 2, einem optischen System bestehend aus einer Kollimatoreinheit 4, 5, einer Polarisationsoptik 6, 7, 18, Absorptionsfiltern 8, 19, einem Raumfilter 9, 10 und einem Objektiv 11, einer Probe 12 mit Streufleck 13, einem x, y, Φ- Scantisch 14, einem Schrittmotor 15, einem Vier-Quadranten- Sensor 16 und einem Detektorarray 17.

Die Laserdiode 2 erhält vom Taktgenerator 2 eine Modulationsfrequenz, mit der sie den Laserstrahl aussendet. Der Emissionsbereich der Laserdiode wird zunächst von der anamorphotischen Kollimatorlinse 5 entzerrt und nach Unendlich abgebildet. Wird für größere Ausgangsleistungen der Laserdiode eine Drei-Kanal-Struktur verwandt, wird das Beugungsgitter 4 zusätzlich in den Strahlengang eingebracht. Mit der Linse 9 des Raumfilters wird der Laserstrahl in die Ebene der Blende 10 abgebildet. Die Blende 10 begrenzt weitestgehend das Streulicht, das an den Funktionsflächen der optischen Bauelemente entsteht. Der sphärische Spiegel 11, der mit einer Superpolitur versehen ist, lenkt den Strahl mit einem kleinen Einfallswinkel R_i auf die Probe. Der Brennpunkt des sphärischen Spiegels 11 liegt jedoch, nachdem der Laserstrahl von der Probe regulär reflektiert wurde, auf dem Vier-Quadranten- Sensor 16. Damit wird eine genaue Positionierung der Probe möglich, da kleinste Verkippungen der Probe registriert werden. Außerdem ermöglicht die kleine Strahltaille, die auf dem Bogen des Detektorarrays 17 liegt, eine gute Streulichtintensitätsaufnahme im Nahwinkelbereich, die bis auf etwa 0,15° zum Lot auszudehnen ist. Des weiteren wird mit dem Vier-Quadranten-Sensor 16 die Intensität des regulär reflektierten Lichts gemessen.

Der auf der Probenoberfläche 12 entstehende Streufleck 13 erzeugt eine Streulichtverteilung. Die Streulichtintensitäten als Funktion des Streuwinkels R_s werden mit dem halbkreisförmigen Empfängerarray 17 registriert. Dabei entsprechen die Einzelempfänger des Arrays 17 jeweils dem Streuwinkelbereich, der sich aus dem dazugehörigen äquidistanten Intervall im Ortsfrequenzraum errechnet. Mit dem x, Y, R-Scantisch 14 lassen sich Streuverteilungen von verschiedenen Oberflächenpunkten des Prüflings aufnehmen. Mit dem vom Rechner gesteuerten Schrittmotor 15 wird die azimutale Drehung der Probe in definerten Winkelschritten von σΦ um die Probennormale erzeugt. Damit ist die Streulichtverteilung über den gesamten Halbraum der Probe erfaßbar.

Sollten polarisationsoptische Messungen durchgeführt werden, verwendet man zusätzlich die Polarisationsoptik 6, 7, 18. Das von der Laserdiode emittierte linear polarisierte Lichtbündel wird durch die Lamda-Viertel-Platte 7 zirkular polarisiert und mit dem Polarisator 8 wird die lineare Polarisationsrichtung eingestellt. Die kreisförmig gebogene Polarisationsfolie 18 mit unterschiedlich einstellbaren Polarisationsrichtungen wird vor dem Detektorarray angebracht und analysiert den Polarisationszustand des Streulichts.

Die Absorptionsfilter 8 und 19 können zur Begrenzung der Intensität in den Strahlengang eingebracht werden.

Die Meßdaten der Streulichtmessung werden vom Rechner 1 erfaßt und ausgewertet.

In Fig. 2 ist die weitere elektronische Konzeption der Meßwerterfassung verdeutlicht. Fotodioden 20 empfangen das Streulicht. Auf Grund der extrem kleinen Fotoströme werden die I/U-Wandler, Operationsverstärker 21, so nah wie möglich an die Fotodiodenchips plaziert. Diese wandeln den empfangenen Lichtanteil in eine entsprechend verstärkte Fotospannung. Ein nachfolgender Multiplexer 22 schaltet die verstärkten Meßspannungen seriell auf einem Bandpaß 23. Diesem ist eine Abtastschaltung 24, die mit dem Taktgenerator 2 in Verbindung steht, und ein Analog-Digital-Umsetzer 25 nachgeschaltet. Eine Ein- und Ausgabebaugruppe 26 übergibt den digitalen Wert dem Rechner 1.

In Fig. 3 ist eine weitere Streulichtmeßanordnung dargestellt. Das System der Abbildungsoptik im einfallenden Strahlengang entspricht dem in Fig. 1 dargestellten. Die Laserdiode 3 erhält vom Taktgenerator 2 eine Modulationsfrequenz, mit der sie die Laserstrahlung emittiert. Die Kollimatorlinse 5 entzerrt den Laserstrahl. Zusätzlich kann das Beugungsgitter 4 in den Strahlengang eingebracht werden. Der Raumfilter, bestehend aus der Linse 9 und der Blende 10, filtert das Streulicht heraus. Mit dem sphärischen Spiegel 11 wird der Strahl mit kleinem Einfallswinkel R_i auf die Probenoberfläche 12 gerichtet und der regulär reflektierte Anteil auf dem Vier-Quadranten-Sensor abgebildet. Die Polarisationsoptik wird in dieser Anordnung ausgespart. In dieser Meßanordnung ist das Fotodiodenarray 17 einer speziell errechneten Form angepaßt. Auch hier entspricht jeder Empfänger dem Streuwinkelbereich, der aus dem jeweiligen äquidistanten Intervall des Ortsfrequenzraumes sich errechnet. Erweitert wurde die Forderung aufgestellt, daß alle Fotodioden gleiche geometrische Abmessungen besitzen. Um die unterschiedlich großen Winkelbereiche mit den gleichgroßen Fotodioden zu erfassen, wurden die Abstände der Empfänger zum Streufleck 13 dieser Bedingung angepaßt. Die empfangenen Streulichtintensitäten werden mit einer speziellen Auswertelektronik 27 erfaßt und verarbeitet. Ein Mikrorechner 28 speichert die Meßergebnisse und steuert die Laserdiode. Als Probe sei ein schnell rotierendes Teil angenommen.

Die Grundlagen für das in Fig. 4 dargestellte Blockdiagramm wurden oben bei der Erläuterung der optisch-physikalischen Faktoren Fl und F2 dargelegt. Die von den Fotodioden 20 empfangenen Streulichtintensitäten I(R_si) wird in Fotoströme gewandelt und durch die Operationsverstärker 21 als verstärkte Meßwertspannungen U_vi bereitgestellt. Der Faktor F1 wird jeder einzelnen Meßwertspannung U_vi mit der vom Streuwinkelbereich abhängigen Größe mit Multiplizierern 29 und 30 aufmultipliziert. Der Faktor Fl wird unterteilt in den Wert, der sich von der Empfängergeometrie und den Strahleinfallsbedingungen ableitet, hier genannt F1_li und in die Ortsfrequenz r_i, die mit unterschiedlicher Ordnung für die Berechnung der Momente m_n nach Gleichung 1 eingeht. Multiplizierer 31 können je nach Ordnung des zu bestimmenden Momentes rⁿ⁺¹ _i in der verlangten Ordnung hinzuschalten. Es werden somit der Multiplizierer 29 zur Berechnung von F1_1i*riⁿ⁺ⁱ und der Multiplizierer 30 zur Berechnung von _F1i*U_vi hintereinander geschaltet. Ein Addierer 32 faßt alle mit Faktor F1_i versehenen Spannungen zusammen. Diesem aufsummierten Wert wird der Faktor F2 eingerechnet. Die relative Dielektrizitätskonstante wird für das jeweilige Material des Prüflings eingestellt. Eine Additionsschaltung 33 erzeugt (ε+1) und -(ε-1). Beide Größen (ε+1) und -(ε-1) werden getrennt mit zwei Quadriermodulen 34 quadriert. Mit einem Inverter 35 wird -(ε-1)² in (ε-1)² gewandelt.

Ein Schaltkreis 36 dividiert die beiden quadrierten Werte und erzeugt F2, das mit einem Multiplizierer 37 eingerechnet wird. Der Ausgangswert entspricht z. B. der rms-Rauheit, wenn r mit n = 0 eingeht und wird im Mikrorechner 28 abgespeichert. Berücksichtigt man, daß für eine analoge Multiplikation bzw. Division 4 Operationsverstärker und für eine Addition bzw. für einen Inverter ein Operationsverstärker benötigt werden, weiterhin ein Operationsverstärker für die I-U-Wandlung unmittelbar hinter dem Fotoelement, so ergibt sich für eine Anordnung mit i Fotoelementen eine Gesamtzahl z benötigter Operationsverstärker von:

z = 11 + (11 · i) (9)

Der wesentliche Vorteil der elektronischen Berechnung der Profilvarianz besteht darin, daß auf diese Weise Oberflächen mit hoher Geschwindigkeit (z. B. rotierende Teile in Werkzeugmaschinen) abgescannt werden können und für eventuell zu erstellende Oberflächenmaps pro Oberflächenpunkt nur ein Wert abgespeichert zu werden braucht.

Fig. 5 zeigt eine Streulichtmeßanordnung, die mit mehreren Strahlungsquellen unterschiedlicher Spektralbereiche arbeitet. Ein Lichtsender 38 emittiert beispielsweise vier Lichtbündel unterschiedlicher Wellenlänge. Diese Lichtbündel werden an einem Gitter 39 gebeugt und mit einer farbkorrigierten Kollimatorlinse 40 nach Undendlich abgebildet. Ein halbdurchlässiger Spiegel 41 richtet das zusammengefaßte Lichtbündel senkrecht auf eine Probe 45. Dieses wird zuvor von einem Raumfilter, bestehend aus einer Linse 42 und einer Blende 43, von Fremd- und Störlicht getrennt, der den hochfrequenten Störlichtanteil von Funktionsflächen der optischen Bauelemente ausblendet. Eine Linse 44 bildet die einfallende Strahlung mit Fokuspunkt auf der Probenoberfläche 45 ab. Die Probe kann durch eine Aufnahme 46 in der x, y-Ebene verschoben und azimutal gedreht werden. Das total reflektierte Licht wird von dem halbdurchlässigen Spiegel 41 transmittiert und mit einer Linse 52 auf eine positionsempfindliche Fotodiode 53 abgebildet. Damit ist eine genaue Probenjustierung möglich. Empfängerarrays 47 besitzen unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten, die der jeweilig zu empfangenden Streulichtstrahlung der Wellenlängen ₁ bis ₄ angepaßt sind. Dabei entsprechen die Einzelempfänger der Arrays 47 jeweils dem Streuwinkelbereich, der sich aus dem dazugehörigen äquidistanten Intervall im jeweilig wellenlängenabhängigen Ortsfrequenzbereich errechnet. Die Empfängerarrays sind auf einer Scheibe 48 befestigt und können durch eine Nut 49 unterschiedliche azimutale Stellungen einnehmen. Des weiteren ist die Trägerscheibe 48 azimutal drehbar, so daß durch eine Schrittmotorsteuerung 51 die Streulichtverteilung über den gesamten Halbraum in definierten Winkelschritten von dΦ erfaßt wird. Die Meßdaten werden zu einer Erfassungs- und Auswerteeinheit 50 übertragen, die die Datenmenge hinsichtlich verschiedener Aufgabenstellungen wie Rauheitsparameterbestimmung, Einzeldefekterkennung, Staubanalyse usw. vorsortiert und verarbeitet. Der Rechner 1 ist die zentrale Steuer- und Auswerteeinheit und speichert die Meßergebnisse.

In Fig. 6 sind für Streulichtmessungen mit mehreren Strahlungsquellen unterschiedlicher Spektralbereiche zwei weitere Formen der Empfängerarrays dargestellt. In Fig. 6a sind die Empfänger in vier Abschnitte unterteilt, die jeweils eine Spektralempfindlichkeit der Wellenlängen ₁ bis ₄ aufweisen. Die Empfänger im jeweiligen Abschnitt entsprechen einem Streuwinkelbereich, der sich aus der A-quidistanz im wellenlängenabhängigen Ortsfrequenzraum errechnet. Fig. 6b zeigt die Aufteilung in unterschiedliche Spektralempfindlichkeitsbereiche azimutal. Hier sind die Empfänger ebenfalls in einem Träger integriert.

Die in Fig. 6 dargestellten Empfängerarrays können bei Beleuchtung mit mehreren Strahlungsquellen in eine Streulichtmeßanordnung, wie in Fig. 1 oder 3 gezeigt, eingebaut werden.

Claims (11)

1. Streulichtmeßanordnung zur Untersuchung der Oberflächenrauheit nach dem Prinzip der winkelaufgelösten Streulichtmessung mit Hilfe eines oder mehrerer Empfängerarrays, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelempfänger der Arrays derart auf gekrümmten Trägern angeordnet sind, daß die geometrische Ausdehnung der Einzelempfänger jeweils einem äquidistanten Intervall im Ortsfrequenzbereich entspricht.

2. Streulichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfängerarray die Form eines Kreissegmentes besitzt.

3. Streulichtmeßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelempfänger durch Addition zu entsprechenden Streuwinkelbereichen zusammengefaßt sind.

4. Streulichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelempfänger definierter Größe mit unterschiedlichen Abständen zum Streufleck die Form des Empfängerarrays bestimmen.

5. Streulichtmeßanordnung nach Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger um eine Achse senkrecht zur Probe drehbar gestaltet ist, so daß zweidimensionale Streulichtmessung und/oder eine Erfassung der Isotropieeigenschaften möglich sind.

6. Streulichtmeßanordnung nach Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe drehbar gestaltet ist, so daß zweidimensionale Streulichtmessung und/oder eine Erfassung der Isotropieeigenschaften möglich sind.

7. Streulichtmeßanordnung nach Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des einfallenden monochromatischen und/oder mehrfarbigen Lichts oder im Streulicht ein Absorber zur Empfindlichkeitsanpassung angeordnet ist.

8. Streulichtmeßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des einfallenden Lichts und/oder im Streulicht polarisationsoptische Bauelemente angeordnet sind.

9. Streulichtmeßanordnung nach Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Empfängern elektronische Bauelemente zur Auswertung der Datenmenge und sofortigen Angabe der Rauheitsparameter nachgeschaltet sind.

10. Streulichtmeßanordnung nach Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfängerarray in definiert wählbare Raumwinkelbereiche zur selektiven Erfassung verschiedener Wellenlängen unterteilt ist, die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten besitzen.

11. Streulichtmeßanordnung nach Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß azimutal verteilt mehrere Arrays unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit zur Erfassung von Streulicht verschiedener Wellenlänge angeordnet sind.