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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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Fizeau-Interferometer für Oberflächen unterschiedlicher Reflektivität

Fizeau-Interferometer werden wegen ihres stabilen Aufbaus zur Bestimmung der Topographie von Oberflächen wie beispielsweise Planflächen eingesetzt. Ein in der PTB entwickeltes Verfahren gestattet es nun, auch Oberflächen mit unterschiedlichem Reflexionsgrad in einfacher Weise zu analysieren. Außerdem kann das Verfahren auf dynamische Messungen erweitert werden.

Intensitäten der Interferenzen herkommlicher Fizeau-Interferometer, hier gerechnet fur eine Referenzflache der Reflektivitat 0,5 und Pruflingsflachen mit variierender Reflektivitat zwischen 0 und 100 % bei Variation des Abstandes d zwischen Prufling und Referenz uber eine Wellenlange (λ = 633 nm). Das neue Verfahren vermeidet die starke Abhangigkeit des Intensitatsprofils und des Kontrastes von der Reflektivitat der Pruflingsoberflache.

Fizeau-Interferometer erzeugen eine Interferenz zwischen einer Probenoberfläche und einer nahe an die Probe herangebrachten Referenzfläche. Das Interferenzbild wird durch eine abbildende Optik aufgenommen und ausgewertet. Der Kontrast und die Form der Interferenzsignale hängen allerdings vom Reflexionsgrad der Prüflinge ab. Hierdurch erhöht sich der Aufwand für die Messung und Auswertung der Topographien von unterschiedlich reflektierenden Prüflingen erheblich.

Das zum Patent angemeldete Verfahren zur Trennung der Wellenfronten von Referenz- und Prüflingsoberfläche in der Ebene der Referenzfläche nutzt eine neue Generation kommerziell verfügbarer Strahlteiler – auch als "On-axis"-Strahlteiler bezeichnet –, die entlang der optischen Achse zu einer Separation der Polarisationsrichtungen des eingestrahlten Lichtes führt. Dies hat gegenüber herkömmlichen Fizeau-Interferometern eine Reihe von Vorzügen.

Zum einen kann durch die Erzeugung polarisierten Lichtes die Messung auf eine reine Zweistrahlinterferenz zurückgeführt werden. Die Auswertung des Signals wird dadurch deutlich vereinfacht und verbessert. Klassische Fizeau-Interferometer beruhen hingegen auf der Auswertung der Vielstrahlinterferenz.

Zum anderen kann durch Variation der Polarisationsrichtung ein Maximalkontrast unabhängig vom Reflexionsgrad der Probe eingestellt werden. In herkömmlichen Fizeau-Interferometern müssen hingegen bei stark wechselndem Reflexionsgrad der Proben verschiedene Referenzflächen mit angepasstem Reflexionsvermögen vorgehalten werden. Um die Auswertegenauigkeit herkömmlicher Fizeau-Interferometer zu erhöhen, wird durch die mechanische Veränderung des Abstandes zwischen Probe und Referenzfläche eine variable Phase erzeugt (Phasenschiebe-Interferometrie). Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens ist es, dass eine solche Phasenschiebung durch den Einsatz elektrooptischer Komponenten und damit ohne bewegliche Teile möglich wird. Die dadurch erhöhte Messdynamik ermöglicht beispielsweise auch die Durchführung von Topographie-Messungen in schwingungsbelasteten Umgebungen.

Das neue Verfahren ermöglicht eine vereinfachte und verbesserte Messdatenauswertung, benötigt statt mehrerer nur eine kalibrierte Referenzfläche und eröffnet neue Anwendungen im Bereich der dynamischen Interferometrie. Es ist besonders geeignet für Messungen an strukturierten oder unstrukturierten Oberflächen mit unterschiedlichem Reflexionsgrad, insbesondere in der Optik- und Halbleiterindustrie.

Ansprechpartner:

Abteilung 5
Telefon: 0531-592-5010

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-11-17, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF