Charakterisierung von Mikro- und Nanostrukturen mit Streulichtverfahren

Handbuch zur industriellen Bildverarbeitung
(Fraunhofer Vision Leitfaden-Reihe Band 17)

Beitrag 2.11: Charakterisierung von Mikro- und Nanostrukturen
mit Streulichtverfahren

Autor: Sven Schröder, Fraunhofer IOF

Kompakte Table Tp-3D-Streulichtmesssysteme
© Fraunhofer IOF

Kompakte Table Top-Streulichtmesssysteme. Links: Table Top-3D-Streulichtmesssystem. Rechts: kamerabasiertes System zur Rauheitsmessung mittels Streulicht

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Die anwendungsrelevante Charakterisierung von Oberflächenstrukturen stellt eine komplexe Aufgabenstellung dar. Dies gilt insbesondere, da die zu erfassenden Merkmale in der Regel mit funktionalen Eigenschaften verknüpft werden sollen. Da reale Oberflächen stets verschiedenste Strukturanteile aufweisen, deren Ausdehnungen sich sowohl vertikal als auch lateral über viele Größenordnungen vom Nanometer- bis in den Mikrometerbereich erstrecken, sind zunächst Überlegungen zu den tatsächlich funktionsrelevanten Strukturkomponenten erforderlich. Darüber hinaus sollte der mögliche Einfluss von Inhomogenitäten, lokalen Defekten und Anisotropien betrachtet werden.

Übliche Anforderungen der Praxis an aussagekräftige Charakterisierungsverfahren lauten:

hohe vertikale und laterale Auflösung
Erfassung ausgedehnter, für die Anwendung relevanter Flächenbereiche
robuste und schnelle Messung
Ableitung funktionsbezogener Kenngrößen

Diese Forderungen sind nur schwer miteinander zu vereinbaren und widersprechen sich teilweise sogar. Insbesondere die Forderung nach hoher lateraler Auflösung zieht zwangsläufig einen Verlust an Information über die Homogenität der Oberfläche über größere Bereiche nach sich. Es hat sich gezeigt, dass die Kombination verschiedener Verfahren wie Weißlichtinterferometrie (WLI), konfokaler Mikroskopie, Rasterkraftmikroskopie (AFM) sowie in zunehmendem Maße auch Streulichtverfahren eine sowohl umfassende als auch einfache und nachvollziehbare Rauheitsanalyse ermöglicht. Ein Schlüssel zum tieferen Verständnis von Rauheitseigenschaften und Messverfahren ist die Verwendung der Leistungsspektraldichtefunktion PSD (Power Spectral Density).

 

Den vollständigen Beitrag können Sie im »Handbuch zur industriellen Bildverarbeitung« (Leitfaden 17) nachlesen.