Hochpräzise absolute Messungen mit Weißlicht-Interferometern
Weißlicht-Interferometer - Überblick
Die Interferometrie wird seit über einem Jahrhundert zur Entfernungsmessung eingesetzt. Durch die Interferenz von Schall-, Licht- oder elektromagnetischen Wellen und die Analyse der empfangenen, überlagerten Wellen können Entfernungen genauestens ermittelt werden. Mit einer innovativen Weißlicht-Interferometer-Technologie ermöglicht Micro-Epsilon hochpräzise Abstands- und Dickenmessungen.
Die Sensoren sind in der Lage, absolute Messabstände zu ermitteln, ohne dass eine Referenz erforderlich ist, und erzielen präzise Messwerte ohne Signalunterbrechung beibehalten. Dies ist ein enormer Vorteil für die Abstandsregelung und Profilmessung von bewegten Objekten.
Die Interferometrie hat sich bereits in zahlreichen Anwendungen bewährt. Bei dieser Technik teilt ein Strahlenteiler eine Lichtwelle in zwei Teilstrahlen, die unterschiedliche Wege nehmen. Mit Hilfe von Signalverarbeitungstechniken können Interferenzmuster der Signale analysiert werden, um hochpräzise Abstandsmessungen abzuleiten. Die Lichtquelle selbst kann entweder ein Laser oder eine Superlumineszenzdiode (SLED oder SLD) sein.
Weißlicht-Interferometer mit SLD nutzen ein erweitertes Wellenlängenspektrum, um mehr Entfernungsinformationen zu erhalten, so dass der Sensor absolute Messungen vornehmen kann, ohne dass eine Referenz erforderlich ist. Mit dieser Technik kann das Weißlicht-Interferometer genauere Messungen durchführen, die absolut und nicht nur relativ sind. Dies ist ein entscheidendes Merkmal für viele Anwendungen der industriellen Messtechnik. Im Gegensatz zu Weißlicht-Interferometern verwenden Laserinterferometer hochkohärentes monochromatisches Licht, bei dem die Wellen in Phase sind. Dies ermöglicht lediglich relative Messungen mit einer voreingestellten Referenz durchzuführen.
Was bietet Micro-Epsilon?
Micro-Epsilon bietet zwei Haupttypen von Weißlicht-Interferometern an - eines davon ist für absolute Abstandsmessungen und das andere für Dickenmessungen optimiert. Die IMS5600-DS-Modelle sind für hochauflösende Abstandsmessungen konzipiert, die auch im Vakuum für Reinraumumgebungen durchgeführt werden können. Zum anderen führt das IMS5400-TH stabile Dickenmessungen durch. Jede dieser Messmethoden ist für verschiedene industrielle Messanwendungen optimal geeignet. Tabelle 1 zeigt, wie diese Weißlicht-Interferometer eingesetzt werden können.
Interferometer Modell | Messung | Messobjekt | Beschreibung | Auflösung |
Absolute Abstandsinterferometer (5400-DS und 5600-DS) | Absoluter Abstand | Optisch dicht + transparent | Absolute Abstandsmessungen bis zu 2,1 mm | < 1 nm oder < 30 pm |
Multi-Peak Abstand | Transparent | Bis zu 14 Abstandswerte und Dickenberechnung | - | |
Stabile Dickeninterferometer (5400-TH) | Dickenwert | Transparent | Ein stabiler und genauer Dickenwert im Nanometerbereich | < 1 nm |
Dickenwert / mehrschichtige Dicke | Transparent | Bis zu fünf Dickenwerte der einzelnen Schichten (und deren Kombinationen) | < 1µm |
Messungen mit absoluten Abstands- und stabilen Dickeninterferometern.
Anwendungsfälle der industriellen Messtechnik mit Weißlicht-Interferometern
Anwendungen für absolute Abstandsinterferometer
Die absolute Distanzmessung wird für hochpräzise Weg- und Abstandsmessungen eingesetzt. Die Fähigkeit, absolute Messwerte zu erfassen, ermöglicht die Abstandsmessung von Stufenhöhenprofilen mit hoher Signalstabilität. Mit den Interferometern, die Auflösungen in der Größenordnung von Pikometern haben, können Stufenprofile nanometergenau erfasst werden. Messungen können auch an bewegten Objekten vorgenommen werden, wobei die Höhenunterschiede von Absätzen sowie Stufen und Vertiefungen erfasst werden können.
Eine Auflösung im Subnanometerbereich ist in der Halbleiterindustrie häufig erforderlich, um die Neigung von Wafern, die Position des Wafertisches und die Ausrichtung von Fotomasken zu messen (Abbildung 1). Bei der Messung der Waferneigung erfassen Weißlicht-Interferometer die horizontale Neigung der Wafer während der Zuführung, um die Positionsgenauigkeit beim Aufnehmen und Abnehmen zu gewährleisten.
Die mehrachsige Ultrapräzisions-Messtechnik ist auch für die Positionierung des Wafertisches erforderlich, wobei die Interferometer die XYZ-Bewegungen des Tisches mit extrem hohen Beschleunigungen messen. Diese Art von absoluten Messungen wird nicht nur in der Halbleiterfertigung durchgeführt. Diese optische Abtastung wird z. B. für die Prüfung der Rundheit von Wellen an einem rotierenden Bauteil genutzt.
Abbildung 1. Weißlicht-Interferometer bieten Auflösungen bis in den Pikometerbereich und eignen sich in der Halbleiterindustrie ideal für die Positionsüberwachungen, die Messung der Waferneigung, die Positionierung von Fotomasken und die Prüfung der Konzentrizität von Wellen (von links nach rechts). Quelle: Micro-Epsilon.
Ein weiterer Anwendungsfall ist die Multi-Peak-Abstandsmessung, bei der Abstandswerte auf transparenten Objekten ermittelt werden. In einem Messbereich von 2,1 Millimetern werden durch die Analyse von Signalpeaks bis zu 14 Abstandswerte gleichzeitig ausgewertet, aus denen eine Dickenmessung extrapoliert werden kann. Damit lässt sich zum Beispiel der Abstand zwischen Glas und einer Trägerplatte berechnen. Darüber hinaus gibt der Controller gibt der Controller auch die Dicke des Glases aus.
Anwendungen für stabile Dickenmessungen
Durch die stabile Dickenmessung wird auch bei bewegten Objekten und aus relativ großer Entfernung ein nanometergenauer Dickenwert erreicht. Dadurch können extrem dünne Schichten gemessen werden, die oftmals bei der Produktion von Flachglas, Folien und auch optisch nicht dichten Objekten wie antireflexbeschichtetem Glas vorkommen (Abbildung 2). Die Messung ist abstandsunabhängig, so dass flatterndes Material wie dünne Flachfolien während der Produktion präzise erfasst werden. Die Folie kann sich dabei innerhalb des Messbereichs bewegen, ohne Einfluss auf die Genauigkeit der ermittelten Werte zu nehmen.
Abbildung 2. Stabile Dickenmessungen für die Inline-Dickenüberwachung von Kunststofffolien (links) und Höhenmessung von Glaseinsätzen (rechts). Quelle: Micro-Epsilon.
Der Controller verfügt darüber hinaus über eine Multipeak-Funktion. Durch die gleichzeitige Auswertung mehrerer Signalpeaks können mehrerer Schichtdicken von transparenten Objekten ermittelt werden. Basierend auf der Messung werden bis zu fünf Dickenwerte vom Controller ausgegeben. Diese Dickenwerte werden mit einer hohen Messstabilität unabhängig von der Position der Schicht innerhalb des transparenten Objekts ermittelt. Dies kann z. B. für Inline-Dickenmessungen von Displayglas genutzt werden, bei denen Schichten oder Luftspalte gleichzeitig gemessen werden können, was eine hohe Produktqualität und Zuverlässigkeit ermöglicht (Abbildung 3).
Abbildung 3. Mehrschichtige Dickenmessungen können an Displayglas durchgeführt werden, das aus mehreren Schichten transparenter Folien mit Luftspalten besteht. Quelle: Micro-Epsilon.
interferoMETER-Katalog
- Sie haben ein Projekt, für das Sie eine Sensorlösung benötigen? Senden Sie Ihre Nachricht an Micro-Epsilon Messtechnik.
Kontakt
94496 Ortenburg
DEUTSCHLAND
micro-epsilon.de