PTB Neues Messverfahren für Polymerschichten

Wissenschaftler der PTB arbeiten an einem neuen Verfahren zur präziseren Charakterisierung dünner Polymerschichten in Mikrosystemen. Erste Erfolge anhand eines visko-elasto-plastischen Modells sind bereits erzielt.

In der Mikrosystemtechnik werden metallische Bauteile zunehmend durch kostengünstigere Polymere ersetzt. Doch weil Polymere unter Druck nachgeben, lassen sich die Schichtdicken mit herkömmlichen Tastschnittgeräten nicht exakt genug dimensionell vermessen.

Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben dieses Problem aufgegriffen und arbeiten zusammen mit anderen europäischen Metrologieinstituten an einem neuen Verfahren, mit dem Anwender, die die Dicke weicher Polymerschichten auf harten Substraten messen müssen, ihre Messergebnisse durch eine Formel korrigieren können.

Bislang haben die Wissenschaftler vor allem die Eigenschaften des weitverbreiteten Photoresist SU-8 untersucht, sowie das für die Herstellung von Mikrooptiken eingesetzte Polymer Ormocomp.

Bei solch weichen Materialien wirken sich die Antastkraft, der Tastspitzenradius und die Verfahrgeschwindigkeit auf die Deformation des Bauteils und somit auf das Messergebnis aus.

Für die Modellierung der beobachteten systematischen Abweichungen taktiler Schichtdickenmessungen wurde ein Modell mit nichtlinearer Dehnungsverfestigung gewählt, das elastische, plastische und viskose Verformungen berücksichtigt.

Im nächsten Schritt soll das visko-elasto-plastische Modell so erweitert werden, dass auch die Alterung von Polymeren berücksichtigt werden kann.

Die Ergebnisse der Arbeit sollen einerseits in eine Norm einfließen und andererseits der Industrie ein praktisches Hilfsmittel zur Korrektur ihrer Messergebnisse an die Hand geben.

Die Forschungsarbeiten werden vermutlich Ende 2014 abgeschlossen sein.