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Measuring facility for measuring thickness of foils is available after reconstruction again

06.12.2017

Für die Dickenmessung von Folien und Wafern wird ein mechanisches Antastverfahren verwendet. Dabei wird das zu messende Objekt auf einer sphärischen Auflage platziert und die Oberseite mit einem Messtaster angetastet, an dessen Spitze sich eine Antastkugel (Radius r = 0,5 mm – 3 mm) befindet. Die Antastkraft kann in einem Bereich von 0,1 N bis 1 N variiert werden. Die Verschiebung der Antastkugel wird gleichzeitig mit einem Laserinterferometer kontrolliert, womit die Rückführung der Dickenmessung auf die Längeneinheit sichergestellt wird. Durch eine Nullmessung, d.h. Antasten der sphärischen Auflage im höchsten Punkt, und nachfolgender Messung mit zwischengelegten Objekt liefert aus der Wegdifferenz die gesuchte Dicke.

Auch wenn das Messprinzip sehr einfach ist, sind die Anforderungen für eine genaue und rückgeführte Messung ungleich höher. Eine ganze Reihe von Effekten muss präzise kontrolliert werden, um eine erweiterte Messunsicherheit U(k=2) von ungefähr 0,5 µm erreichen zu können. Dazu zählen neben der Temperaturstabilität während der Messung, die Stabilität des erforderlichen metrologischen Rahmes und die koaxiale Führung von Messtaster, Auflage und des Laserinterferometers.

Neben diesen Punkten muss zusätzlich auch der von dem Messobjekt selbst herrührende Unsicherheitsbeitrag aus der Antastung kontrolliert und minimiert werden. Dazu sind Wiederholungsmessungen an selben Punkt des Messobjekts zur Reduzierung des statistischen Unsicherheitsbeitrags erforderlich. Gleichzeitig sind auch Dickenmessungen an verschiedenen Orten des Messobjekts erforderlich, um die laterale Variation der Dicke, d.h. die Homogenität, zu erfassen und in der Gesamtunsicherheit zu berücksichtigen.

Im Fokus der Überarbeitung lag die Automatisierung des Messablaufes: Anhebung und Absenkung des Tasters, Ausführung der Messung sowie Anhebung, Verschiebung in x-/y-Richtung und definiertes Ablegen des Messobjektes. Diese Vorgänge werden jetzt nicht mehr manuell, sondern softwaregesteuert ausgeführt.

Mit diesen System ist es nun möglich, bei gleichem Zeitaufwand deutlich umfassendere Analysen von Dickenvariationen durchzuführen und somit die resultierende Gesamtunsicherheit bei Kalibrierungen zu reduzieren. Alternativ können bei gleichbleibender Unsicherheit der Zeitaufwand und damit auch die Kosten einer Kalibrierung reduziert werden.

CAD Darstellung des Dickenmessplatzes

Abb. 1: CAD Darstellung des Messaufbaus bestehend aus Messsystem mit metrologischem Rahmen (hellgrau), Hebearm für Messtaster (grün, links der Säule) und Probenzustellung mit Probenanhebung (dunkelrau und gelb).