Immer wenn es um die Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit feinster Strukturen geht, sind Weißlichtinterferometer in ihrem Element: Sie bieten kurze Messzeiten, eine hohe Reproduzierbarkeit und arbeiten berührungslos, also ohne mechanischen Verschleiß an Messsystem oder Probe. Diese Vorteile lassen sich jetzt auch bei Messungen der Oberflächenrauheit direkt in der laufenden Fertigung nutzen

Informationen über die Ebenheit oder Rauheit bilden eine wichtige Grundlage für Optimierungen und geben Auskunft über die Produktqualität. Mit ihrer Hilfe lassen sich z.B. Reibung erhöhen oder vermindern, Verschleiß minimieren oder die Leitfähigkeit verbessern. Sie kann sogar zur Prozessüberwachung genutzt werden, denn geometrische Oberflächeneigenschaften liefern auch Hinweise auf Werkzeugverschleiß, optimierungsbedürftige Maschinenparameter oder Vibrationen. Die Produktoberfläche wird dadurch quasi zum „Fingerabdruck“ des Herstellungsprozesses. Dabei lässt sich eine Höhenauflösung bis zu 0,1 Nanometer realisieren. Das ist deutlich besser als bei anderen optischen Messmethoden. Im Gegensatz zu Verfahren mit Fokus-Variation oder konfokaler Mikroskopie bleibt bei Weißlichtinterferometern die hohe laterale Auflösung auch bei Messfeldern von einigen cm² Größe erhalten (Bild 2).

Für viele Messaufgaben geeignet

Das Messverfahren basiert auf dem Prinzip des Michelson-Interferometers, wobei der optische Aufbau (Bild 3) eine Lichtquelle mit einer Kohärenzlänge im µm-Bereich enthält. An einem Strahlteiler wird der kollimierte (also gerade gerichtete bzw. parallelisierte) Lichtstrahl in Mess- und Referenzstrahl aufgeteilt. Der Messstrahl trifft das Messobjekt, der Referenzstrahl einen Spiegel. Das vom Spiegel und Messobjekt jeweils zurückgeworfene Licht wird am Strahlteiler überlagert und auf eine Kamera abgebildet. Stimmt der optische Weg für einen Objektpunkt im Messarm mit dem Weg im Referenzarm überein, kommt es für alle Wellenlängen im Spektrum der Lichtquelle zu einer konstruktiven Interferenz. Das Kamerapixel des betreffenden Objektpunktes hat dann die maximale Intensität. Für Objektpunkte, die diese Bedingung nicht erfüllen, hat das zugeordnete Kamerapixel eine niedrigere Intensität. Geräte mit telezentrischem Aufbau erlauben damit eine simultane Vermessung mehrerer Punkte und erfassen so die Topographie großer Flächen in einem einzigen Messvorgang und innerhalb einer kurzen Messzeit (Bild 5). Wenn dagegen eine hohe laterale Auflösung gefordert ist, bieten sich mikroskopbasierte Systeme an, bei denen der optische Aufbau mitsamt dem Referenzarm in das Objektiv integriert ist.

Mit den Weißlichtinterferometern der TopMap-Familie bietet Polytec für unterschiedliche Anwendungsfelder bereits seit etlichen Jahren passende Messsysteme an (Bild 4.1 und 4.2). Die mikroskopbasierten Ausführungen TopMap Micro.View und TopMap Micro.View+ bieten eine besonders hohe laterale Auflösung – und das dank Continuous Scanning Technology über den gesamten vertikalen Messbereich von 100 mm. Damit sind sehr detaillierte Messungen möglich, z.B. um Mikro-Strukturen auf Waferoberflächen zu detektieren, die Mikrostrukturen bei Druckverfahren zu analysieren oder um Oberflächenrauheiten optischer Komponenten zu bestimmen.

Inline-Messtechnik: schnell, präzise und flexibel integrierbar

Insbesondere für die Anwendungen in der laufenden Fertigung, wo hohe Genauigkeit und möglichst kurze Messzeiten gefordert sind, hat Polytec die TopMap-Familie um ein weiteres System erweitert (Bild 7). TopMap Rapid.View erfüllt hinsichtlich Messzeit und Auflösung höchste Anforderungen. Je nach Aufgabe und Messbereich sind Messzeiten im Sekundenbereich realisierbar, und bei einem Höhenmessbereich von 400 µm ist das kompakte mikroskopbasierte System ideal zur präzisen Inline-Rauheitsmessung geeignet. Der Messkopf kann zudem wie ein Sensor separat montiert und damit flexibel positioniert werden.

Einfache Bedienung

Die für die Polytec Topografie-Messsysteme entwickelte TMS Software bietet zahlreiche Möglichkeiten, um die Messergebnisse zügig und ISO-konform auszuwerten. „Messrezepte“ beispielsweise erleichtern Routineaufgaben: Somit werden aus komplexen Oberflächenanalysen einfache Ein-Klick-Lösungen. Das spart besonders im Produktionsumfeld Zeit, vermeidet Bedienfehler und auch Nicht-Fachleute können mit den Messsystemen arbeiten.

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