Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Taktiler Oberflächen-Scanner für Mikrobauteile
Mikrobauteile, die bei geringer Breite sehr steile und tiefe Strukturen besitzen, waren bislang für herkömmliche Messverfahren nur schwer zugänglich. Die PTB hat nun einen taktilen Oberflächen-Scanner entwickelt, der rückführbare dimensionelle Messungen in Strukturen mit hohem Aspektverhältnis ermöglicht.
Mikrokomponenten enthalten oft steile und gleichzeitig tiefe Strukturen, die für konventionelle Tastschnittgeräte, optische Mikroskope und Rasterkraftmikroskope nicht oder nur schwer zugänglich sind. Neben geometrischen Abmessungen ist meist auch die Rauheit derartiger Oberflächen von großem Interesse.
Hier setzt der neue Oberflächenscanner der PTB an: Seine Schlüsselkomponente ist ein langer Siliziumbiegebalken mit integrierter Spitze und piezoresistiver Messbrücke zur Detektion der Auslenkung. Der feine Taster kann in Mikrolöcher oder -kanäle mit Durchmessern von nur 40 µm bis in Tiefen von bis zu 1,5 mm eintauchen. Bei weichen Oberflächen lässt sich die Antastkraft der Tastspitze bis auf Werte von 1 µN herunterregeln.
Der Messkopf des Gerätes enthält neben dem Mikrosensor drei senkrecht zueinander angeordnete Laserinterferometer mit 1 nm Auflösung zur Gewährleistung der direkten Rückführbarkeit der Messungen auf die SI-Einheit Meter. Die Messstrahlen der Interferometer schneiden sich auf der Tastspitze des Sensors in einem Punkt, um nahezu Abbe-Fehler-freie Messungen zu gewährleisten.
Der taktile Mikrosensor ist an einem 3D-Piezotisch befestigt und kann über einen Positionierbereich von 800 × 800 × 250 µm verfahren werden. Ein Vorteil des Mikrosensors liegt in seinem geringen Gewicht, das hohe Verfahrgeschwindigkeiten und damit kurze Messzeiten erlaubt. In Experimenten an technischen Oberflächen wurden in der PTB Mikrosensoren mit Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 1 mm/s erfolgreich getestet.
Der gesamte Oberflächenscanner bietet einen Grobpositionierbereich von 12,5 x 12,5 x 12 mm, einen Rotationsbereich von 360° und die Möglichkeit, sehr große Messobjekte von bis zu 80 × 100 × 100 mm zu messen.
Der Sensor wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Halbleitertechnologie (IHT) der TU Braunschweig und dem Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH (CiS) in Erfurt entwickelt. Zur Verfügung stehen Sensoren verschiedener Längen (1,5, 3 und 5 mm) und Breiten (30, 100 und 200 µm) bei Spitzenhöhen von bis zu 70 µm und einem Rauschen von 4 nm in einer Bandbreite von 1 kHz.
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