Typische Defekte an Teilscheiben: Pinhole, Kratzer, Chromrückstand und Strichunterbrechung

Unter dem Mikroskop zeigen sich auf einer Teilscheibe gelegentlich helle Punkte in schwarzen Strichen, dunkle Punkte in hellen Lücken, lange schmale helle Spuren oder unterbrochene Striche. Dieser Artikel stellt die vier typischen Defekte Pinhole, Kratzer, Chromrückstand und Strichunterbrechung einzeln vor – Erscheinungsbild, Ursachen und Wirkung auf das Signal – und erklärt, nach welchen Kriterien sie zu bewerten sind.

Legt man eine Glas-Teilscheibe unter das Mikroskop, sieht man meist gleichmäßige Schwarz-Weiß-Streifen. Gelegentlich fallen aber Stellen auf, die „anders“ sind: ein heller Punkt in einem schwarzen Strich, ein dunkler Punkt in einer hellen Lücke, eine lange, schmale helle Spur, die schräg über mehrere Striche läuft, oder ein Strich, der auf einem Stück unterbrochen ist.

Das alles sind typische Defekte von Teilscheiben. Sie haben unterschiedliche Ursachen und wirken sich unterschiedlich auf das Signal aus, siehe Abb. 1.

Abb. 1 – Vergrößerte Darstellung der vier typischen Defekte: Während sich die Scheibe an einem kleinen Abtastfenster vorbeibewegt, zeigt die blaue Kurve die tatsächlich durchgelassene Lichtmenge, die graue Kurve die Lichtmenge ohne Defekt.

Zuerst unterscheiden: „sollte dunkel sein“ und „sollte hell sein“

Am Beispiel einer Glas-Teilscheibe im Durchlicht: Die Chromstriche blockieren das Licht und sind dunkel, die Glaslücken lassen Licht durch und sind hell. Alle Defekte lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen:

Hell, wo es dunkel sein sollte: Es fehlt ein Stück Chrom, etwa bei Pinholes, Kratzern im Chrom und Strichunterbrechungen. Folge: Licht tritt durch, das Minimum des Signals wird angehoben.
Dunkel, wo es hell sein sollte: In der Lücke befindet sich zusätzliches Material, etwa Chromrückstände, Partikel oder Verschmutzung. Folge: Licht wird abgeschattet, das Maximum des Signals sinkt.

Bei Metall-Teilscheiben im Auflicht gilt dasselbe, nur steht „hell“ für die reflektierenden und „dunkel“ für die nicht reflektierenden Bereiche.

Pinholes und Strichunterbrechungen: im Chrom fehlt ein Stück

Ein Pinhole ist ein kleines Loch in der Chromschicht. Es gibt drei häufige Ursachen: Auf dem Substrat lag vor der Beschichtung ein Partikel, das nach dem Beschichten abfällt und eine unbeschichtete Stelle hinterlässt; im Fotolack befindet sich eine Blase oder ein Partikel, durch das die Ätzlösung eindringt und Chrom ablöst, das stehen bleiben sollte; oder die Fotomaske selbst hat einen Defekt, der auf jede Scheibe kopiert wird und daher auf jeder Scheibe an derselben Stelle auftritt.

Bei einer Strichunterbrechung ist ein Strich quer durchtrennt, meist durch ein größeres Partikel, einen über den Strich verlaufenden Kratzer oder eine flächige Ansammlung von Pinholes. Hier fehlt am meisten Chrom; läuft das Abtastfenster darüber, wird das Minimum am deutlichsten angehoben.

Kratzer: meist durch Berührung

Kratzer entstehen meist beim Transport, beim Stapeln, beim Greifen mit Pinzetten oder beim Abwischen mit einem Tuch, an dem Partikel haften. Ein Kratzer im Chrom schabt das Chrom ab und zeigt sich als helle Linie, die oft schräg über mehrere Striche verläuft; ein Kratzer auf der Glasseite streut das Licht und ist im Schräglicht besonders deutlich zu sehen. Auch bei der Montage nach der Auslieferung können Kratzer entstehen – deshalb kommt es auch auf die richtige Handhabung der Scheibe an.

Chromrückstand: zusätzliches Chrom in der Lücke

Ein Chromrückstand ist Chrom, das hätte weggeätzt werden sollen, aber nicht vollständig entfernt wurde. Er zeigt sich als Chrompunkt in der Lücke oder als Ausbuchtung an der Strichkante. Beim üblichen Positivlack muss der Lack über den lichtdurchlässigen Lücken zuerst belichtet und entwickelt werden, dann wird das darunterliegende Chrom geätzt; schattet bei der Belichtung ein Partikel das Licht ab oder sind Entwicklung bzw. Ätzung unvollständig, bleibt Chrom stehen. Bei starken Chromrückständen werden zwei benachbarte Striche verbunden; man spricht dann von „verbundenen Strichen“ oder einer „Brücke“.

Bewertet wird nach drei Kriterien: Größe, Lage, Anzahl

Die Größe ist im Verhältnis zur Strichbreite zu sehen. Bei Abtastradius 20 mm und 2500 Strichen beträgt die Strichbreite etwa 25 μm; bei Radius 5 mm und 5000 Strichen beträgt die Teilungsperiode nur 6,3 μm und die Strichbreite etwa 3 μm. Dasselbe Pinhole von 5 μm ist im ersten Fall nur ein kleiner Punkt auf dem Strich, im zweiten Fall bereits breiter als der Strich.

Die Lage bestimmt die Strenge. Das Abtastfenster der Inkrementalspur erfasst viele Striche gleichzeitig, ein einzelner kleiner Defekt wird herausgemittelt. Die Abtastfenster von Referenzmarkenspur und Absolutspur sind klein und erfassen nur wenige Striche, ein gleich großer Defekt wirkt sich stärker aus; auf der Absolutspur kann er sogar dazu führen, dass ein Bit falsch gelesen wird. Außerhalb der Spuren, etwa in der Klebezone nahe der Bohrung, können die Anforderungen gelockert werden.

Auch Anzahl und Verteilung zählen. Ein einzelnes kleines Pinhole und ein dichtes Feld von Pinholes bedeuten etwas völlig anderes.

Welche Größe und Anzahl konkret zulässig ist, müssen beide Seiten in der Zeichnung oder einer Defektspezifikation vereinbaren und durch Grenzmuster belegen. Auch die Prüfbedingungen sind festzuschreiben, etwa Vergrößerung und Beleuchtung. Derselbe Defekt kann bei anderer Vergrößerung und Beleuchtung völlig anders aussehen.

Fazit

Pinholes, Strichunterbrechungen und Kratzer im Chrom bedeuten „fehlendes Chrom“ – das Signalminimum wird angehoben; Chromrückstände bedeuten „zusätzliches Chrom“ – das Signalmaximum sinkt. Wer bei der Bewertung die Defektgröße zusammen mit der Strichbreite betrachtet, funktionale und nicht funktionale Bereiche getrennt beurteilt und die Prüfbedingungen vorab vereinbart, kommt auf beiden Seiten zum selben Ergebnis.

Übersetzung des chinesischen Originalartikels (0032). ENC7 – Hersteller von Encoderscheiben (Anfrage) · Fachartikel · https://enc7.com