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Publicly Available Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag September 20, 2017

Multisensor-Messsystem zur Messung von Mikro- und Nanotopographien

Multisensor measuring system for micro and nano topographies

Sebastian Hagemeier and Peter Lehmann
From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Die Charakterisierung eines Messinstruments zur Topographiemessung erfolgt durch die Messung bekannter Strukturen, oder durch den Vergleich mit Referenzgeräten. Exakte Vergleichsmessungen bei unterschiedlicher Aufspannung des Messobjektes gestalten sich in der Praxis jedoch als schwierig, da Umgebungseinflüsse, Winkel zwischen Messobjekt und Messgerät, sowie Position des Messfeldes nicht immer exakt übereinstimmen. In diesem Beitrag wird ein bislang neuartiges Multisensor- Mess- und Referenzsystem vorgestellt. Dieses Messsystem ermöglicht Vergleichsmessungen zwischen verschiedenen Sensoren in einer Aufspannung. Dabei werden zwei kommerzielle Sensoren (AFM und Konfokalmikroskop) als Referenzmessgeräte und zwei in Eigenentwicklung entstandene Interferometer (Mirau-Interferometer und fasergekoppelter High-Speed-Punktsensor) verwendet. Vergleichsmessungen mit den Referenzsensoren erlauben die Charakterisierung und Verbesserung der Interferometer, sowie die Untersuchung auftretender optischer Effekte an kritischen Messoberflächen. Neben dem Gesamtkonzept des Multisensor-Messsystems wird auf die Funktionsweise der eingesetzten Sensoren eingegangen. Darauf basierend werden von den unterschiedlichen Sensoren gemessene Oberflächentopographien präsentiert, welche die Schwierigkeiten einer genauen Wiedergabe der Oberfläche demonstrieren. Hinsichtlich der dargestellten Messergebnisse, liegen die Schwerpunkte auf dem Mirau-Interferometer und dem fasergekoppelten High- Speed-Punktsensor.

Abstract

The characterization of a measurement instrument can be achieved by measuring a known structure or comparing the measurement results with those obtained by a reference instrument. Exact comparative measurements with instruments of different clamping arrangements are usually difficult to achieve in practice, since ambient influences, angles between the measuring object and the measuring instrument, location of the measurement field do not agree exactly. In this contribution a novel multisensor measuring system is presented, which allows to compare surface topographies measured by different sensors in a single set-up. Two commercial sensors (an AFM instrument and a confocal microscope) are used as reference measuring systems and two self-assembled sensors (a Mirau interferometer and a fiber-coupled high-speed sensor) are also included. Comparative measurements with the reference sensors allow the characterization and optimization of the self-assembled interferometers as well as the investigation of optical effects at critical measuring structures. In addition to the overall concept of the multisensor measuring system, the working principles of the sensors are explained. Based on this, surface topographies measured by the sensors are presented, demonstrating the difficulties of accurate reconstruction of the surface. With regard to the measurement results, the focus is on the Mirau interferometer and the fiber-coupled high-speed sensor.

Published Online: 2017-9-20
Published in Print: 2017-9-26

© 2017 Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH, Rosenheimer Str. 145, 81671 München

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