Light scattering and roughness analysis of optical surfaces and thin films

Herffurth, Tobias

Die in-line Charakterisierung optischer Oberflächen erfordert robuste, berührungslose und schnelle Verfahren mit hoher Sensitivität. Zur Erfüllung dieser Anforderungen bei der Bewertung von Oberflächenrauheit und Defekten waren die Entwicklung einer Streulichtsensorik sowie angepasster Analysemethoden notwendig. Diese Kombination ermöglicht einerseits die Bewertung des durch Oberflächenunvollkommenheiten hervorgerufenen Störlichts. Andererseits können durch modelltheoretische Zusammenhänge Information über die das Streulicht verursachenden Strukturen selbst gewonnen werden. Das realisierte Sensorkonzept für 3D winkelaufgelöste Streulichtmessungen ermöglicht Rauheitsmessungen an optischen Oberflächen glatter als 0.3 nm in weniger als einer Sekunde. Dabei reicht der erfasste Streuwinkelbereich von weniger als 10° um den spekularen Reflex aus, um Rauheitsspektren in einem Ortsfrequenzbereich von eineinhalb Dekaden zu analysieren Die aus Sensormessungen gewonnenen Informationen ermöglichen insbesondere eine zeiteffiziente Charakterisierung anisotroper Oberflächenstrukturen. Darauf aufbauend konnten die charakteristischen Strukturen von Fertigungsverfahren wie Diamantdrehen oder magnetorheologischem Polieren untersucht werden. Durch die Implementierung von zwei Beleuchtungskanälen sowie die Anwendung von Rauheitsmodellen, konnte die Rauheitsentwicklung von Titanschichten untersucht werden. Dabei wurde sogar eine höhere Datengüte erzielt als mit konventionellen topographiebasierten Verfahren. Ein Streulichtmodell für ein Notchfilter-Schichtsystem wurde durch Messung und Modellierung von Rauheit und Streulicht erarbeitet. Auf dieser Basis wurden zusätzliche Anwendungsszenarien für die sensorbasierte in-line Charakterisierung des Filters erarbeitet und erprobt. Die Klassifizierung von Oberflächendefekten mittels Streulichtsensor konnte erfolgreich demonstriert werden. Die Zuverlässigkeit dieser Prozedur wurde zusätzlich in experimentellen und modelltheoretischen Untersuchungen ermittelt.

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Herffurth, Tobias: Light scattering and roughness analysis of optical surfaces and thin films. 2015.

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