DE3626724C2

DE3626724C2 - Anordnung zur Oberflächenprüfung

Info

Publication number: DE3626724C2
Application number: DE19863626724
Authority: DE
Inventors: Armin Dr Lenhart
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2006-08-08
Also published as: DE3626724A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ober flächenprüfung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es sind Anordnungen zur Oberflächenprüfung, sogenannte elektro-optische Qualitätskontrollsysteme, bekannt, mit denen die Oberflächen von Prüfkörpern, beispielsweise Photovorlagen, Produktionsfilme oder auch geätzte Lei terplatten, auf Fehler oder Verunreinigungen geprüft werden können. Es können beispielsweise Leiterbild fehler wie Unterbrechungen, Kurzschlüsse, Einschnürun gen, Poren oder auch gebrochene Lötstellen sowie feh lende Abstände zwischen den Leiterbahnen mit großer Genauigkeit festgestellt werden. Das Auflösungsvermögen für Bereiche bis etwa 20 µm Durchmesser ermöglicht es, Leiterbahnen von nur 100 µm Breite problemlos zu kon trollieren. Die Fehler können automatisch mit Farbe markiert und danach noch visuell untersucht werden. Als Strahlungsquelle dient im allgemeinen ein Helium-Neon laser, dessen Lichtstrahl über ein Linsensystem auf die Oberfläche des Prüfkörpers geworfen wird. Das reflek tierte Licht gelangt über Lichtleiter zu einem Photo multiplier, der ein elektrisches Signal für die Compu teranalyse liefert.

Aus der DE-AS 26 37 375 ist ferner ein optisches Oberflä chenprüfgerät bekannt, mit dem eine emaillierte Oberfläche eines drahtförmigen Prüfkörpers auf Schäden oder auch auf Fremdkörper, die an der Oberfläche haften, untersucht wer den kann. Hierzu werden senkrecht auf die Oberfläche in einem ringförmigen Untersuchungsbereich mehrere Lichtstrah len fokussiert gerichtet. Nur das an den Oberflächenschä den oder -fremdkörpern gestreute Licht wird dann von zwei getrennten schalenförmigen Reflektoren mit sphäroidalen Oberflächen aufgefangen. Das an jeder der beiden Reflek torschalen reflektierte Streulicht wird jeweils auf einen Detektor (Fotoelement) fokussiert, der sich an der Ober fläche der jeweils anderen Reflektorschale befindet. Hier zu sind die beiden Reflektorschalen so angeordnet, daß sich der ringförmige Untersuchungsbereich des Prüfkörpers in etwa in einem gemeinsamen Brennpunkt befindet. In den beiden anderen Brennpunkten der Reflektorschalen liegen die Detektoren.

Ein weiteres Prüfgerät zur Feststellung von Fehlern in langgestreckten, bahnförmigen Prüfkörpern ist der DE-OS 28 27 704 zu entnehmen. Bei diesem Gerät wird auf den Prüfkörper unter einem Einfallswinkel zwischen 10° und 80° ein mehrere Wellenlängenbereiche aufweisender Licht strahl gerichtet, der nach Reflektion und eventueller Streuung an der Prüfkörperoberfläche in mehrere Teilstrah len mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zerlegt wird. Das aufgrund von Fehlern in der Oberfläche des Prüf körpers hervorgerufene Streulicht wird nach Reflektion an mehreren ebenen Spiegeln mehreren Detektoren zugeführt (vgl. Fig. 8).

Bei Magnetschichtspeichern wird bekanntlich ein Substrat, das vorzugsweise aus Glas besteht und somit transparent ist, mit den Speicherschichten versehen, die beispielswei se aus einer Siliziumschicht und einer weiteren Schicht aus Kobalt-Chrom-Kohlenstoff bestehen können. Die Gesamt dicke solcher Schichten wird im allgemeinen 1 µm nicht wesentlich überschreiten und ist insbesondere wesentlich geringer als 1 µm. Bei der Abtastung solcher Magnetspei cher bewegt sich ein Magnetkopf parallel zur Speicherplat te in einem sehr geringen Abstand von beispielsweise nur etwa 0,25 µm. Man muß somit sowohl den Grad der Reinigung der Oberfläche des Substrats überprüfen können als auch während und nach der Beschichtung Verunreinigungen auf der Oberfläche feststellen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung zur Oberflächenprüfung zu vereinfachen und zu verbessern, insbesondere sollen Partikel mit einer Partikelgröße bis unter 1 µm auf der Oberfläche eines insbesondere transparenten Substrats erfaßt werden können.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einer Lichteinstrahlung mit verhältnismäßig großem Einfalls winkel auf die Oberfläche eines transparenten Prüfkör pers das Meßergebnis wesentlich gestört werden kann durch die beiden einander gegenüberliegenden Oberflä chen des flachen Prüfkörpers sowie gegebenenfalls durch Beugung und Brechung des Lichtstrahls an Lunkern im Material. Die vorgenannte Aufgabe wird nun erfin dungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. In dieser Anordnung zur Oberflächenprüfung ergibt sich die doppelte Fokussierung durch die Fokus sierung der Lichteinstrahlung und die weitere Fokussie rung im ersten Brennpunkt der Ellipse. Das reflektierte Licht wird ausgeblendet, und dem im zweiten Brennpunkt angeordneten Detektor wird nur die im Brennfleck ent stehende Streustrahlung zugeführt. In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung kann der Einfallswinkel des Lichtstrahls vorzugsweise höchstens 15°, insbeson dere höchstens 12°, gewählt werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbei spiel einer Anordnung zur Oberflächenprüfung gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

In der dargestellten Ausführungsform befindet sich auf der Oberfläche eines Prüfkörpers 2, vorzugsweise eines scheibenförmigen Substrats aus Glas, beispielsweise für einen Magnetspeicher, der erste Brennpunkt P₁ eines Rotationsellipsoids, das als Reflektor 4 dient und dessen zweiter Brennpunkt P₂ auf der Oberfläche eines Detektors 6 liegt, der beispielsweise ein Photoelement sein kann und dessen elektrische Anschlußleiter in der Figur angedeutet und mit 8 bezeichnet sind. Auf den Brennpunkt P₁ ist ein Lichtstrahl 10 einer Strahlungs quelle 12 fokussiert, die vorzugsweise ein Helium- Neon-Laser sein kann. Der Lichtstrahl 10 wird über eine Optik 14, die als Sammellinse dargestellt ist, sowie einen Kollimator 16 mit einem geringen Einfallswinkel α, der vorzugsweise höchstens 12° beträgt, jedoch im all gemeinen nicht wesentlich weniger als 5° betragen wird, auf den ersten Brennpunkt P₁ fokussiert. Als Kollima tor 16 kann in einfacher Weise ein Metallrohr vorge sehen sein, dessen innere Oberfläche mit einer Matt lackbeschichtung versehen ist. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, das Metallrohr trichterförmig zu ge stalten, wie es in der Figur angedeutet ist. Der im Brennpunkt P₁ reflektierte Lichtstrahl wird über einen Kollimator 17 ausgeblendet. Die im Brennpunkt P₁ ent stehende Streustrahlung 20 wird an der Oberfläche des Reflektors 4 reflektiert und im Brennpunkt P₂ vom Detektor 6 erfaßt.

Mit einem Durchmesser von beispielsweise D = 60 mm des Prüfkörpers 2 kann die untere Öffnung des Reflektors 4 an der Oberfläche des Prüfkörpers 2 beispielsweise d = 30 mm betragen. Zum Abtasten der Oberfläche des Prüf körpers 2 kann dieser beispielsweise in Rotation ge bracht und zugleich linear bewegt werden, wie es in der Figur durch einen Doppelpfeil 22 angedeutet ist. Mit einem Durchmesser des Brennflecks im Brennpunkt P₁ von beispielsweise etwa 40 µm werden dann die Rotations bewegung und die Linearbewegung des Prüfkörpers 2 so aufeinander abgestimmt, daß sich der Prüfkörper 2 mit jeder Umdrehung etwa 40 µm linear bewegt. Damit kann in verhältnismäßig kurzer Zeit die Oberfläche des Prüf körpers abgetastet und auf Verunreinigungen überprüft werden.

Im Ausführungsbeispiel ist als Prüfkörper 2 ein trans parentes scheibenförmiges Substrat mit geringer Dicke von beispielsweise H = 2 mm vorgesehen. Die Anordnung zur Oberflächenprüfung gemäß der Erfindung kann jedoch auch zur Prüfung der Oberfläche anderer Prüfkörper auf Verunreinigungen sowie auch zur Prüfung der Oberfläche auf Fehler, beispielsweise Risse, verwendet werden.

Claims

1. Anordnung zur Oberflächenprüfung, insbesondere zur Messung von Partikeln auf der Oberfläche eines Prüfkörpers, der relativ beweglich ist zu einem zur Abtastung der Oberflä che vorgesehenen, auf einen Punkt der Oberfläche fokussierten und dort reflektierten Lichtstrahl wobei sich der Auftreffpunkt des Lichtstrahls in einem Brennpunkt von sphäroi dalen Reflexionsflächen eines doppelt fokussierenden optischen Systems befindet, das in einem weiteren Brennpunkt die Oberfläche eines Detektors zur Erfassung von an dem Auf treffpunkt des Lichtstrahls gegebenenfalls hervorgerufener Streustrahlung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung der ebenen Oberfläche eines Prüfkörpers (2)

- der einzige Lichtstrahl (10) unter einem Einfallswinkel (α) von höchstens 25° auf die Oberfläche auftrifft und
- die Reflexionsflächen des optischen Systems Teil eines einzigen Rotationsellip soids eines Reflektors (4) sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel (α) höchstens 15° beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel (α) höchstens 12° beträgt.