3D Weisslichtinterferometrie

3D-Topografie im Nanometerbereich

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SMARTWLI SERIE

Unsere Scanner der SMARTWLI Reihe von GBS


Die Weißlichtinterferometrie gehört zu den bewährten optischen Messverfahren für die Erfassung von 3D-Topografien mit Tiefenauflösungen im unteren Nanometerbereich. Aufgrund der parallelen Erfassung und Verarbeitung der Messpunkte können Höheninformationen großflächig und in sehr kurzer Zeit gewonnen werden.

Besonderheiten:

  • Das Objektiv wird durch einen Piezoaktor in der z-Achse bewegt.
  • Interferenzmuster werden auch an transparenten Proben und steilen Flanken aufgezeichnet.
  • Durch den Interferenzeffekt wird eine subnanometer Auflösung erzielt.
  • Die Lage des Korrelogramm bestimmt die absolute z-Position.
  • GBS’s Speedytec Technologie nutzt FPGA’s und GPU’s zur massiv parallelen Bildauswertung und der 3D Berechung der in Echtzeit


  • Kantenwinkel ca. 70°
  • gemessen mit einem 20x Objektiv
  • Konfiguration mit 2.3 MP Kamera
  • Messfeldgröße 0.91 x 0.58 mm2
  • Punktedichte 0.48 μm

Die smartWLI Systeme erlauben die Erfassung von Oberflächenstrukturen an steilen Flanken.

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Messung der Oberflächenrauheit


Bewertung nach ISO

gemessen mit einem 50x Objektiv

Konfiguration mit 2 MP Kamera / Subsampling

Punktedichte 0.48 μm

Messung eines Streifens mit 5.6 mm Länge in ca.

30 s

Erfassung mehrere 100 Profile zeitgleich • automatische Kompensation der Tastnadelgeometrie

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Messung eines polierten Wafers


  • 50x Objektiv, 5MP Kamera
  • Messfeldgröße 340 x 280 μm2
  • Punktedichte 0.14 μm
  • formgefiltert
  • Mittelung über 10 Einzelmessungen


Hochgeschwindigkeitsmessungen mit Profilmittelung erlauben die Messungen von Oberflächenstrukturen mit Rz kleiner als 1 nm.

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Messung der Hauptschneide eines Fräsers

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3D Siemens-Stern


Die Messung mit 20x Objektiv beweisen die korrekte Wiedergabe der Strukturen des 100x Referenzdatensatzes bis an die Grenze der Messpunktdichte und ohne Einflüsse von Nachbarpunkten und selber Höhenauflösung.

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Auflösungsnormal mit Linienstrukturen


  • gemessen mit einem 100x Objektiv
  • Teilbereich eines 170 x 140 μm2 Messfeldes
  • Konfiguration mit 5 MP Kamera
  • Punktedichte 0.07 μm
  • bei einer Linienbreite von nominal 0.1 μm fällt die
  • gemessene Höhe auf 2/3 des nominalen Wertes ab
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Sehr hohe Strukturauflösung


Die zur Berechnung der 3D Daten verwendeten Bilder stammen aus dem Bereich mit optimaler Bildschärfe.


Prinzipbedingt ist der Bereich bei der Fokusvariation und der Konfokal Mikroskopie größer. Dadurch ergeben sich bei gleicher optischer Auflösung (Apertur) Vorteile für die Weißlichtinterferometrie.

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Vorteile der Weisslichtinterferometrie


 Die Weißlichtinterferometrie bietet eine wesentlich bessere Höhenauflösung und ist diesbezüglich der Fokus Variation und der Konfokal Mikroskopie deutlich überlegen.

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Bedeutung der Grafikkarten


 Durch die extreme Rechenleistung der Grafikkarten kann die GBS bei den smartWLI Messgeräten aufwendigere Algorithmen einsetzen, als dies bei klassischer PC basierten Auswertung der Fall wäre. Dies reduziert das Systemrauschen, steigert die Datenqualität und erlaubt die Erfassung von stark geneigten Oberflächenbereichen.

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Vertikal Scanning


Zur Erfassung der 3D Oberflächengeometrie wird das Objektiv im Strahlengang gegenüber der Probe in z-Richtung bewegt. In der Interferenzzone gibt es sinusförmige Schwankungen der Lichtintensität. Die Analyse dieses Signals erlaubt eine Erfassung der 3D Oberfläche mit extrem hoher Auflösung.

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Interferometrie


Die eingesetzten Interferenzobjektive bringen das Licht, welches vom Messobjekt aufgenommen wird, mit sich selber zur Interferenz, wenn der Abstand vom Objekt zum Objektiv mit dem des Referenzstrahls übereinstimmt. Die eingesetzte Lichtquelle bestimmt die Größe des Kohärenz- bzw. Interferenzbereiches.

Ziel des Verfahrens


Ein hochauflösendes optisches 3D Messverfahren zur Messung von Mikro- Geometrien, Oberflächenrauheit und Nanostrukturen

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Messung von Stufenhöhen


Stufenhöhen können mit sehr genau hergestellt und mit sehr geringer Unsicherheit rückführbar zertifiziert werden. Die Messung erlaubt den Nachweis der perfekten Positionierung des Interferenzobjektives durch den Piezo, der Synchronisation dieser Positionierung mit der Bildaufnahme und damit der der absoluten Messgenauigkeit des Systems.

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Funktionsprinzip und Einsatzbereiche

Bauformen / Produktspektrum

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Inline

3D-Oberflächensensor optimiert für den inline- und mobilen Einsatz, die eine hohe Leistung in rauen Umgebungen mit extrem kurzen Zykluszeiten erfordern.

Prod-5-GBSSoftware

Software

3D-Analysesoftware zur Auswertung der Messdaten.

Prod-6-prod_microscope_smartwli

Custom

Über die unsere Standardsysteme hinaus entwickeln wir auch kundenspezifische Lösungen zur 3D-Oberflächenmessung (Mikroskoperweiterung, WLI mit großem Messbereich und großem Arbeitsabstand).

Prod-1-cyl3d_gbs

Zylinder 3D

Berührungslose Messung der Zylinderlauffläche auf Basis der Weißlichtinterferometrie.

Prod-2-smartwli-prime

Messraum - Basis

Kompaktes Stand-Alone 3D-Oberflächenmessgerät auf Basis der Weißlichtinterferometrie. Das System ist eine besonders wirtschaftlich Lösung  für die 3D-Analyse von Oberflächen

Prod-3-smartWLI_extended2

Messraum - Extended

Stand-Alone 3D-Oberflächenmessgerät auf Basis der Weißlichtinterferometrie. Das System beinhaltet einen Objektivrevolver und einen motorischen XY-Tisch. Damit ist auch ein großflächiges Messen der Oberfläche möglich.

(Stitching).

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