Über die Oberflächenrauheit—Begriffe und Standards
Mikroskop-Lösungen
Überblick
- Zuverlässige Messungen, da die Probenoberfläche physisch mit einem Taststift abgetastet wird.
- Wird seit langer Zeit verwendet.
- Beschränkt auf die Messung eines einzelnen Abschnitts mit einer geringen Menge an Messinformationen.
- Kann keine klebrigen Oberflächen und weichen Proben messen.
- Schwierig, die Sonde genau zu positionieren.
- Es können keine Details gemessen werden, die kleiner als der Durchmesser der Tasterspitze sind.
- Schnelle Messungen.
- Ermöglicht Messungen von glatten Oberflächen bei geringer Vergrößerung im Subnanometerbereich.
- Probleme bei Messung rauer Oberflächen.
- Probleme bei Messungen von Proben mit signifikanten Helligkeitsunterschieden.
- Niedriger Kontrast erschwert die Lokalisierung der zu messenden Bereiche.
- Niedrige XY-Auflösung.
- Hohe Winkelerfassungsempfindlichkeit, die die Analyse steiler Flanken ermöglicht.
- Scharfe, kontrastreiche Bilder durch hohe XY-Auflösung.
- Keine Möglichkeit zur Messung im Subnanometerbereich.
- Schlechte Unterscheidung von Höhen bei geringer Vergrößerung.
- Für viele Arten von Beobachtungen und einfache Messungen.
- Nicht geeignet zur Messung der Bauteilrauheit (geeignet zur Messung von Welligkeiten).
- Kann keine Unregelmäßigkeiten im Subnanometerbereich messen.
- Niedrige XY-Auflösung.
- Zur Messung von Oberflächen im Subnanometerbereich.
- Zur Messung von Proben mit relativ hohem Seitenverhältnis.
- Die Sonde lässt sich nur schwierig genau positionieren.
- Langsam.
- Nicht geeignet zur Messung von Unregelmäßigkeiten im Mikrometerbereich.
- Vorteile gegenüber einem Taststift
- Vorteile gegenüberKohärenzabtastinterferometer
- Vorteile gegenüberRastersondenmikroskopen (SPMs)
Ein weiterer Nachteil eines Taststifts ist, dass er einen direkten Kontakt zwischen dem Messtaster und der Probenoberfläche erfordert. Bei weichen oder empfindlichen Proben kann der Taststift Schäden verursachen.
Taststifte können die Probenoberfläche beschädigen.
Da der vom Mikroskop OLS5000 verwendete Laser Informationen erfasst, ohne die Probe zu berühren, lassen sich genaue Rauheitsmessungen durchführen, ohne die Probe zu beschädigen.
Klebeband 256 × 256 μm
Das Mikroskop OLS5000 hingegen verwendet zur Durchführung von Messungen einen Laser und verfügt über spezielle Objektive mit hoher numerischer Apertur. Dank dieser Eigenschaften werden unabhängig von der Oberfläche der Probe genaue Messungen erhalten, selbst wenn diese sehr rau ist. Zudem können Proben während der Messungen durch die hochwertigen Objektive betrachtet und Bilddaten während der Messungen erhalten werden.
Die Lasermikroskope OLS5000 führen Messungen auf Subnanometerebene viel schneller durch. Sie ermöglichen auch die Beobachtung von Unregelmäßigkeiten im Submikrometerbereich mit einem großen Sichtfeld. Mit der Stitching-Funktion lässt sich der Analysebereich noch erweitern.
Primäre Profilkurve
Die Kurve, die durch Anwendung eines Tiefpassfilters mit einem Cutoff-Wert λs für das gemessene Primärprofil ermittelt wird. Der aus dem Primärprofil berechnete Oberflächentexturparameter wird als Primärprofilparameter (P-Parameter) bezeichnet.
Rauheitsprofil
Das aus dem Primärprofil durch Unterdrückung der langwelligen Komponente unter Verwendung des Hochpassfilters mit einer Eckfrequenz λc abgeleitete Profil. Der aus dem Rauheitsprofil berechnete Oberflächentexturparameter wird als Rauheitsprofilparameter (R-Parameter) bezeichnet.
Welligkeitsprofil
Das Profil, das durch sequenzielle Anwendung von Profilfiltern mit den Cutoff-Werten λf und λc für das Primärprofil ermittelt wird. λf entfernt die langwellige Komponente, Filter λc die kurzwellige Komponente. Der aus dem Welligkeitsprofil berechnete Oberflächentexturparameter wird als Welligkeitsprofilparameter (W-Parameter) bezeichnet.
Profilfilter
Das Filter zur Isolierung der im Profil enthaltenen langwelligen und kurzwelligen Komponenten. Es sind drei Arten von Filtern definiert:
- λs-Filter: Filter zur Bestimmung der Schwelle zwischen der Rauheitskomponente und kurzwelligeren Komponenten
- λc-Filter: Filter zur Bestimmung der Schwelle zwischen der Rauheitskomponente und den Welligkeitskomponenten.
- Filter: Filter zur Bestimmung der Schwelle zwischen der Welligkeitskomponente und längerwelligen Komponenten
Grenzwellenlänge
Schwellenwert-Wellenlänge für Profilfilter Wellenlänge, bei der der Transmissionsfaktor für eine gegebene Amplitude 50 % beträgt.
Einzelmessstrecke
Die Länge in Richtung der X-Achse, mit der die Profileigenschaften bestimmt werden.
Beurteilungsmessstrecke
Länge in Richtung der X-Achse, mit der das zu bewertende Profil beurteilt wird.
Übersichtszeichnung zum Profilverfahren
S-L-Oberfläche
Die Oberflächendaten dienen als Grundlage für die Berechnung von flächenhaften Oberflächentexturparametern (S-F-Oberfläche oder S-L-Oberfläche). Dies wird manchmal auch einfach als „Oberfläche“ bezeichnet.
Flächenfilter
Das Filter zur Trennung der lang- und kurzwelligen Komponenten, die in den S-L-Oberflächen enthalten sind. Es werden je nach Funktion drei Arten von Filtern definiert:
- S-Filter: Das Filter eliminiert kurzwellige Komponenten aus S-L-Oberflächen.
- L-Filter: Das Filter eliminiert langwellige Komponenten aus S-L-Oberflächen.
- F-Operation: Zuordnung oder Filter zur Eliminierung bestimmter Formen (Kugeln, Zylinder usw.).
Hinweis: Gaußsche Filter werden im Allgemeinen als S- und L-Filter angewendet, für die F-Operation wird die Gesamtzuordnung der kleinsten Quadrate angewendet.
Gaußscher Filter
Eine Art Flächenfilter, das normalerweise bei der Flächenmessung verwendet wird. Die Filterung erfolgt durch Faltung mit Gewichtungsfunktionen, die aus einer Gaußschen Funktion abgeleitet sind. Der Wert des Verfeinerungsindexes ist die Wellenlänge eines sinusförmigen Profils, bei dem 50 % der Amplitude übertragen werden.
Spline-Filter
Eine Art Flächenfilter mit geringerer Verzerrung am äußeren Rand als Gaußscher Filter.
Verfeinerungsindex
Der Index für die Schwellenwellenlänge eines Flächenfilters. Der Verfeinerungsindex für die Anwendung von flächenhaften Gaußschen Filtern wird in Längeneinheiten angegeben und entspricht dem Cutoff-Wert des Profilverfahrens.
S-F-Oberfläche
Die Oberfläche, die durch Eliminierung kurzwelliger Komponenten mit dem S-Filter und anschließender Bearbeitung durch Entfernen von bestimmten Formkomponenten mit der F-Operation entsteht.
S-L-Oberfläche
Die Oberfläche, die durch Eliminierung kurzwelliger Komponenten mit dem S-Filter und anschließender Eliminierung von langwelligen Komponenten mit L-Filterung entsteht.
Beurteilungsbereich
Ein rechteckiger Teil der Oberfläche, dessen Merkmale beurteilt werden sollen. Der Beurteilungsbereich ist ein Quadrat (falls nicht anders angegeben).
Konzeptdarstellung für das flächenhafte Verfahren
1. Wählen Sie aus der Liste unten geeignete Objektive für das zu messende Objekt aus (Rauheit, Welligkeit oder Unebenheit). Stellen Sie sicher, dass der Arbeitsabstand (AA) größer ist als der Abstand zwischen Probe und Objektiv.
2. Wenn mehrere Objektive in Frage kommen, treffen Sie eine Auswahl. Die Größe des Messfeldes sollte das Fünffache des Maßstabs der gröbsten Struktur von Interesse betragen.
- Wenn mehrere Objektive in Frage kommen, wählen Sie das Objektiv mit der größtmöglichen numerischen Apertur (NA).
- Wenn kein geeignetes Objektiv zur Verfügung steht, suchen Sie entweder erneut (diesmal einschließlich der Objektive, die mit „je nach Anwendung akzeptabel“ gekennzeichnet sind) oder erweitern den Messbereich mit der Stitching-Funktion.
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** Standardwert bei Verwendung des OLS5000.
○ : Geeignet
△ : Je nach Anwendung akzeptabel
X : Nicht geeignet
Eine Beschreibung der Funktionalität der jeweiligen Filter, der Filterkombinationen und Filtergrößen zur Analyse von Oberflächenmerkmalen finden Sie hier:
Die Filterbedingungen werden entsprechend den Messobjektiven der Analyse festgelegt.
Filterfunktionen
Bei der parametrischen Analyse von Oberflächenmerkmalen sollten drei Arten von Filtern (F-Operation, S-Filter und L-Filter) für die erfassten Oberflächentexturdaten in Übereinstimmung mit den Messobjektiven in Betracht gezogen werden.
| F-Operation | S-Filter (Hochpassfilter) |
L-Filter (Tiefpassfilter) |
| Nennformkomponenten von Proben (Kugeln, Zylinder, Kurven usw.) werden eliminiert. | Messrauschen und kleine Merkmale werden eliminiert. | Welligkeitskomponenten werden eliminiert. |
Filterkombinationen
Für die drei Filter (F-Operation, S-Filter und L-Filter) stehen acht Kombinationen zur Verfügung. Wählen Sie die anzuwendende Filterkombination aus der Liste der Messobjektive in der folgenden Tabelle aus.
gemäßer Zweck
erfasster
Rohdaten
von Welligkeits-komponenten
von Kugeln,
Kurven und
anderen Form-komponenten
von Kugeln,
Kurven und
anderen Form-komponenten
zusätzlich
zur Welligkeits-
komponente
von kleinen
Rauheits-
komponenten
und Rauschen
von kleinen
Rauheits-
komponenten, Welligkeits-
komponenten
und Rauschen
von Kugeln,
Kurven und
anderen Form-komponenten zusammen mit
kleinen Rauheits-
komponenten und Rauschen
von kleinen
Rauheits-
komponenten
und Rauschen
sowie von Kugeln, Kurven und anderer Merkmalen
zusätzlich zur Welligkeits-
komponente
－ : Nicht zutreffend
○ : Anwendbar
Filtergröße (Verfeinerungsindizes)
Die Filterstärke (Trennfähigkeit) wird als Verfeinerungsindex bezeichnet (L-Filter werden auch als Cutoff-Filter bezeichnet).
- Je größer der Wert des Verfeinerungsindexes ist, umso detailliertere Merkmale eliminiert der S-Filter.
- Je kleiner der Wert des Verfeinerungsindexes ist, umso höher ist die Welligkeit, die der L-Filter eliminiert.
Zur Definition von Verfeinerungsindexwerten wird die Verwendung numerischer Werte (0,5, 0,8, 1, 2, 2,5, 5, 8, 10, 20) empfohlen, allerdings gelten die folgenden Einschränkungen:
- Der Verfeinerungsindexwert von S-Filtern muss größer sein als die optische Auflösung (≒ Brennpunktdurchmesser) und mindestens dreimal größer als der Wert des Datenabtastintervalls.
- Der Verfeinerungsindex des L-Filters muss einen Wert haben, der kleiner ist als die Messfläche (Länge der Schmalseite der rechteckigen Fläche).
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