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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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Klein, tief, steil – kein Problem mehr
Taktiler Oberflächenscanner für Strukturen mit großem Aspektverhältnis

Ein rückführbarer Oberflächenscanner erlaubt die dimensionelle Charakterisierung von Mikrosystemen, insbesondere von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis. Der feine Taster kann in Mikrolöcher oder -kanäle mit Durchmessern von nur 30 μm bis in Tiefen von bis zu 5 mm eintauchen.

Profilscanner mit Mess- und Scankopf mit Detailansicht des Biegebalken-

Mikrooptische Komponenten 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 auch die Rauheit derartiger Oberflächen von großem Interesse. Mit dem neuen Gerät sind Messinsrückführbare dimensionelle Messungen an und in Strukturen mit hohem Aspektverhältnis bzw. in Düsen möglich. Seine Schlüsselkomponente ist ein langer Siliziumbiegebalken mit integrierter Spitze und piezoresistiver Messbrücke zur Detektion der Auslenkung. Der Sensor wurde in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH (CiS) in Erfurt und dem Institut für Halbleitertechnologie (IHT) der TU Braunschweig entwickelt. Zur Verfügung stehen Sensoren verschiedener Längen (1,5 mm, 3 mm, 5 mm) und Breiten (30 μm, 100 μm, 200 μm) bei Spitzenhöhen von bis zu 70 μm und einem Rauschen von 6 nm in einer Bandbreite von 20 kHz. Die Antastkraft der Tastspitze kann für Messungen weicher Oberflächen bis auf Werte von 1 μN herunter geregelt werden. Der taktile Mikrosensor ist an einem 3D-Piezotisch befestigt und kann über einen Positionierbereich von 800 μm × 800 μm × 250 μm verfahren kann. Ein Vorteil des Mikrosensors liegt in seinem geringen Gewicht, das sehr hohe Verfahrgeschwindigkeiten und damit kurze Messzeiten erlaubt. In Experimenten in der PTB an technischen Oberflächen wurden Mikrosensoren mit Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 1 mm/s erfolgreich getestet. Dabei hat sich der Sensor auch als sehr robust erwiesen. 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 abbefehlerfreie Messungen zu gewährleisten. Die Mess- und Steuersoftware des Gerätes (LabWindows) erlaubt eine einfache Bedienung des Gerätes. Der gesamte Oberflächenscanner bietet einen Grobpositionierbereich von 12,5 mm × 12,5 mm × 12 mm, einen Rotationsbereich von 360° und die Möglichkeit, sehr große Messobjekte von bis zu 80 mm × 100 mm × 100 mm zu messen. Der Sensor und das Gerät werden der interessierten Öffentlichkeit auf der Messe Control im Mai 2012 in Stuttgart vorgestellt werden.

Ansprechpartner:

Uwe Brand
Fachbereich 5.1 Oberflächenmesstechnik
Telefon: (0531) 592-5111
E-Mail: uwe.brand@ptb.de


© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2013-03-12, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF