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Kurzfassung

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die durch instationäre Aberrationen verursachten systematischen Fehler bei der Vermessung von Probenoberflächen, einer Höhenmessung, mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit kompensiert werden.

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Hintergrund

Die vorliegende Erfindung ermöglicht exaktere Messungen von technischen Oberflächen mit geneigten Flanken oder Freiformoberflächen. Umgekehrt werden so auch exaktere Messungen von Oberflächen mit einer hohen Verkippung gegenüber der optischen Achse ermöglicht.

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Bilder & Videos

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Problemstellung

Bei der optischen Messung der Höhe einer Probe (Profil, Oberfläche) führen die Beschaffenheit der Probe selbst oder anderweitige, sich während der Messung ändernde optische Eigenschaften, zu Höhenmessfehlern.

Dieses Problem wird im Stand der Technik selten adressiert. Die wenigen gängigen Lösungen besitzen oft nur eingeschränkte Gültigkeit in verschiedenen Messsituationen oder schränken die Flexibilität des Systems ein.

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Lösung

Das neuartige Verfahren erweitert differentielle Konfokal-mikroskope und deren Derivate. Die Höhe der Probe wird dabei über eine differentielle Kennlinie gefunden (Bild). Es kompensiert den vorliegenden Fehler hinsichtlich der Nullstelle der Kennlinie (Probenhöhe) vollständig und hinsichtlich des Teilfehlers des Anstieges der Kennlinie teilweise. Das Verfahren basiert darauf, dass entweder negative Signalteile oder positive Singalanteile um den Ursprung der axialen Koordinate gespiegelt werden und um den Betrag des doppelten vorliegenden Defokus verschoben werden. Dadurch wird eine fehlerkompensierende Punktsymmetrie hergestellt.

 

- Differentielle Konfokalmikroskope und seine Derivate werden um ein neues Verfahren erweitert

- Negative oder positive Singalanteile werden um den Ursprung der axialen Koordinate gespiegelt und um den Betrag des doppelten vorliegenden Defokus verschoben

- Fehlerkompensierende Punktsymmetrie der Signalanteile wird hergestellt

- Neuartige Anordnung auf Basis einer oszillierenden Blende im Strahlengang der Bildgebung

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Vorteile

- Keine eingeschränkte Gültigkeit des Ansatzes in verschiedenen Messsituationen

- Verfahren anwendbar auf verschiedene differentielle konfokale Anordnungen

- Teilweise oder vollständige Unabhängigkeit der Genauigkeit bei Messungen von technischen Oberflächen von zeitlichen auf den Strahlengang einwirkenden Einflussgrößen

- Besondere Gestaltung der Lochblende spart Bauraum und beeinflusst nicht die Beleuchtung

- Anwendungsbeispiel mit hohem Signal-Rausch­-Verhältnis

- Robustheit gegenüber Rauschen, was Messungen von Proben mit geringem Kontrast oder Reflektivität verbessert

- Robustheit des Anordnungsbeispiels gegenüber Änderungen der Reflektivität

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Anwendungsbereiche

- Messung von technischen Oberflächen mit geometrischen Merkmalen auf der Mikro- und Nanometerskala

- Oberflächen mit schiefen Ebenen oder mit einer hohen Verkippung gegenüber der optischen Achse

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Service

- Experimenteller Nachweis, Laboraufbau

- Anmelder: Technische Universität Ilmenau

- Erfinder:  M. Sc. J. Belkner und Prof. Dr.-Ing. E. Manske