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Production sequence of Si-spheres and interferometrical determination of the sphere volume

Messplatz zur Dickenmessungen an Folien optimiert

01.12.2015

Die Messung der Dicke von Folien und vergleichbaren Messobjekten ist für verschiedene industrielle Anwendungsbereichen wichtig und erfordert eine Kalibrierung mit geringer Unsicherheit. Diese Folien bestehen überwiegend aus Kunststoff, gelegentlich aber auch aus Nichteisenmetallen. Außerdem zählt auch die Bestimmung der Dicke von Wafern zu dem Kreis von Messaufgaben, für die ein existierendes taktil antastendes Messgerät der PTB weiterentwickelt und optimiert wurde.
Die Besonderheit dieser taktilen Messungen besteht in der Erfordernis, die Messkraft und den Radius des Antastelements der Messaufgabe anpassen zu können, um kundenspezifisch Kalibrierungen durchführen zu können. Die Auflagefläche für das Messobjekt kann ebenfalls verändert werden (eben oder definiert konvex).
Kernstück des Aufbaus ist ein umgebauter induktiver Messtaster, dessen Messsystem durch einen Spiegel und ein interferenzielles Messsystem ersetzt wurde. Dabei erfasst das Laserinterferometer den Verschiebeweg. Der Taster kann horizontal justiert werden, um bei konvexen Auflageflächen den sogenannten höchsten Punkt zu finden. Die Anhebung des Tasters erfolgt motorisch. Die Anhebevorrichtung ist während der eigentlichen Messung mechanisch entkoppelt. Antastelemente sind handelsübliche Rubinkugeln (z. Zt. mit einem Durchmesser von 3 mm und 6 mm) . Die Antastkraft wird durch das Auflegen von Gewichten variiert. Ohne zusätzliche Gewichte beträgt die Antastkraft 70 mN. Die maximale Antastkraft beträgt 600 mN.
Durch Messungen an kalibrierten dünnen Endmaßen (50 µm bis 500 µm), die näherungsweise idealen Kalibrier-Folien entsprechen, konnte gezeigt werden, dass eine Messunsicherheit von ca. 50 nm (k = 2) erreichbar ist. An realen Kalibrier-Folien ist die Messunsicherheit bedingt durch die Probeneigenschaften, wie z. B. die Gleichmäßigkeit der Foliendicke, die Rauheit und Welligkeit der Oberflächen, sowie durch mechanische Verformungen (elastisch, plastisch), deutlich größer.
Im nächsten Schritt soll eine Probenhalterung realisiert werden, die es gestattet, die Folien mit dem x-y-Tisch motorisch zu verschieben und somit die Messung an verschiedenen Stellen der Folie automatisch auszuführen. Der Aufbau wird zudem noch durch eine Verkleidung ergänzt, die der Temperaturstabilität und dem Schutz vor Schalleinflüssen dienen soll.


Abb.1: Foto des Messaufbaus in der gegenwärtigen Ausbaustufe. Zu erkennen ist über dem x-y Verschiebetisch die rote Rubinkugel für die Antastung. Darüber angeordnet ist ein kompaktes Interferometer

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