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Maßverkörperung für die optische Oberflächenmessung

Schnelle Charakterisierung der zweidimensionalen Übertragungsfunktion von Messgeräten

PTBnews 1.2022
17.01.2022
Besonders interessant für

optische Industrie

Oberflächenmetrologie

Mikroskopie-Techniken

Die Geräteantwort optischer Messgeräte auf die Oberflächentopografie kann durch die Übertragungsfunktion beschrieben werden (instrument transfer function, ITF). In der PTB wurde eine neuartige Maßverkörperung für die Charakterisierung der zweidimensionalen Übertragungsfunktionen (2DITF) optischer Messgeräte entwickelt. Sie kann flexibel und einfach genutzt werden und zeigt dabei eine hohe Reproduzierbarkeit und Robustheit.

Maßverkörperung mit den kreisförmigen Chirp-Mustern (Ausschnitt: 3D-Ansicht der Strukturen)

Optische Oberflächentopografie-Messgeräte werden häufig für berührungslose und schnelle Messungen an Präzisionsoberflächen eingesetzt, z. B. für optische Spiegel von Röntgen- oder Lithografiegeräten. Allerdings stellt sich bei diesen Messgeräten oft die grundsätzliche Frage: „Erhalten wir die richtige Antwort?“

Um diese Frage zu beantworten, hat die PTB im Rahmen des EMPIR-Projekts „3D-Stack“ in Zusammenarbeit mit der Firma Zeiss-SMT eine neuartige Maßverkörperung zur Charakterisierung der 2D-ITF von Geräten zur flächenhaften Messung der Oberflächentopografie entwickelt. Dieses neue Normal zeichnet sich u. a. durch kreisförmige Strukturmuster aus. Solche rotationssymmetrischen Muster sind vorteilhaft für die Charakterisierung von ITFs entlang verschiedener Winkelrichtungen, also für die Untersuchung der Winkelanisotropie von Messgeräten. Drei verschiedene Arten von Mustern sind im Entwurf implementiert worden: kreisförmige Stufenmuster, kreisförmige Chirp-Muster, deren Abstand sich kontinuierlich ändert, und kreisförmige diskrete Gittermuster. Diese sind so konzipiert, dass sie drei komplementäre Arten von räumlichen Signalen zur Charakterisierung der ITF bereitstellen. Die Muster haben Radien von 30 μm bis 300 μm und Wellenlängen von 0,1 μm bis 150 μm. Sie können kombiniert werden, um Messanforderungen für unterschiedliche Instrumente zu erfüllen, die sehr verschiedene Bandbreitencharakteristiken, Sichtfelder usw. haben können. Das Design der Maßverkörperung bietet somit ein hohes Maß an Flexibilität und ist für vielfältige Anwendungen geeignet.

Neben der Maßverkörperung wurde auch die Software für den Kalibrierprozess und die anschließende Auswertung entwickelt. Durch deren Zusammenspiel kann die 2D-ITF von optischen Oberflächenmessgeräten in wenigen Minuten komfortabel charakterisiert werden. Die Applikation der entwickelten Methode bei Partnern in der Industrie zeigt die Vorteile der hohen Reproduzierbar und Robustheit, der ausgezeichneten Flexibilität und der einfachen Anwendbarkeit.

 

Ansprechpartner

Gaoliang DaiFachbereich 5.2 Dimensionelle NanometrologieTelefon: (0531) 592-5127Opens local program for sending emailgaoliang.dai@ptb.de

 

Wissenschaftliche Veröffentlichung

G. Dai, Z. Jiao, L. Xiang, B. Seeger, T. Weimann, W. Xie, R. Tutsch: A novel material measure for characterising two-dimensional instrument transfer functions of areal surface topography measuring instruments. Surface Topography: Metrology and Properties 8, 045025 (2020)