zum Seiteninhalt

Physikalisch-Technische Bundesanstalt

FachabteilungenAbt. 5 Fertigungsmesstechnik > Aktuelle Forschungsnachrichten aus der Abteilung
Fertigungsmesstechnik
Abteilung 5

Nachrichten aus Jahresbericht 2014


Grundlagen der Metrologie

Ellipsometrische Messungen zur Charakterisierung des Initialzustandes der Schichtdickentopografie an der Oberfläche von Siliziumkugeln

In Vorbereitung für die Zeit nach einer Neudefinition des Kilogramms werden bereits jetzt Untersuchungen durchgeführt, die für das Monitoring von Masse-Gebrauchsnormalen auf Basis von Siliziumkugeln erforderlich sind. Mit spektralellipsometrischen Messungen werden dazu die Schichtdickentopografien verschiedener in der PTB hergestellten Siliziumkugeln erfasst und miteinander verglichen, um den Initialzustand für das Monitoring zu dokumentieren.


Alternative Oberflächen für Siliciumkugeln – Pilotprojekt zur Anwendung der Atomic Layer Deposition (ALD)

Den natürlich oxidierten Oberflächen der Siliciumkugeln im Avogadro-Projekt kommt eine besondere Bedeutung zu – während der Messungen, der Lagerung und dem Transport der Kugeln. Alaseine mögliche Alternative wurde in einem Pilotprojekt, zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST), die Atomic Layer Deposition (ALD) untersucht.


Statistische Unsicherheit der Heydemann-Korrektur

Für die Unsicherheitsanalyse höchstauflösender Interferometrie wurde der Beitrag des hochfrequenten Amplitudenrauschens zur Heydemann-Korrektur erstmalig unter Berücksichtigung aller Korrelationen bestimmt. Für den Fall einer hohen Anzahl von Messpunkten ergibt sich eine einfache, analytische Formel, die eine untere Grenze der erreichbaren Messunsicherheit darstellt und für homodyne und heterodyne Interferometer gilt.


Virtuelles Transmissionselektronenmikroskop für die Nanometrologie

In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Kohl an der Universität Münster wurden TEM-Bilder dünner Querschnitte von Nano-Referenzstrukturen, eingebettet in eine Schutzschicht aus z.B. Platin, simuliert. Durch den Vergleich berechneter (Multislice Methode) und gemessener TEM-Bilder kann die Position der Grenzflächen (z.B. Pt – SiO2 und SiO2 – Si) im Bild und damit die Breite einer Si-Nanostruktur genauer bestimmt werden.


Interferometrische Absolutlängenmessung mit in-situ Rückführung über hochauflösende Spektroskopie demonstriert

Interferometrische Absolutmessungen mit Reichweiten über mehrere zehn Meter sind für Steuerungsaufgaben in der Präzisionsfertigung großer Bauteile von hohem Interesse. Im Rahmen eines Forschungsprojektes konnte mit hochauflösender Spektroskopie ein Gaszellennormal im sichtbaren Wellenlängenbereich erfolgreich zur Rückführung einer solchen Messung demonstriert werden. 


Mehrwellenlängeninterferometrie mit einer relativ einfachen optischen Quelle

Einem breiteren Einsatz interferometrischer Verfahren in der industriellen Messtechnik steht heute meist die Komplexität und der Preis geeigneter optischer Quellen im Weg. Mit Hilfe von Resonator-gekapselten elektrooptischen Generatoren ist es gelungen, ein interferometrisches Messschema zu realisieren, das mit Unsicherheiten kleiner 15 µm absolute Längen bis zu 10 m bestimmen kann, und sich dabei durch einen relativ geringen apparativen Aufwand für die optische Quelle und die Datenerfassung auszeichnet.


Thermische Ausdehnung von Siliciumeinkristallen von 7 K bis 293 K

Ultrapräzisionsinterferometer wurde die thermische Ausdehnung von Siliciumeinkristallen mit exzellenter Reproduzierbarkeit (< 1 × 10-9 /K) und Unsicherheiten < 2,5 × 10-9 /K gemessen. Zum ersten Mal wird zur Bestimmung der thermischen Ausdehnung basierend auf Längenmessungen ein physikalisch motiviertes Fitmodell verwendet, was die Genauigkeit der Ergebnisse entscheidend verbessert.


Interferometrische Messung der piezoelektrisch induzierten Längenänderung von funktionellen Materialien bei hohen Temperaturen

Im Rahmen des europäischen Projektes METCO wird die elektro-thermo-mechanische Kopplung in funktionellen Materialien, wie z. B. Piezokeramiken, bei hohen Temperaturen untersucht. Hierzu wurden an der PTB interferometrische Längenmessungen an Piezokeramiken für Temperaturen bis 200 °C durchgeführt, wobei erstmals die Topographie der Längenänderung über einen Probenquerschnitt gemessen werden konnte. 


Fertigung hochpräziser Lamellen aus Silicium zum Einsatz im Röntgeninterferometer

Es wurden Fertigungsstrategien für filigrane Lamellen aus Silicium entwickelt. Insbesondere die hohe mechanische Empfindlichkeit der sehr dünnen frei stehenden Strukturen und die erforderlichen geringen Schädigungen des Kristalls stellten hierbei besondere Herausforderungen dar.


Konstruktion und Fertigung eines Magnetisierungs-Messplatzes

Zur Untersuchung der spinabhängigen Transportphänomene steht eine Reihe von Messmethoden zur Verfügung, wie z. B. die ferromagnetischer Resonanz (FMR) oder statische Magnetotransportmessungen. Grundlage all dieser Messmethoden ist ein in der Amplitude und Richtung frei variables, externes Magnetfeld. Es wurde ein Messplatz konstruiert und gefertigt, welcher zur Charakterisierung von magnetischen Dünnschichten, Multilagen und Nanostrukturen dient.


Probenumgebung für interferometrische Untersuchungen an piezokeramischen Werkstoffen im Temperaturbereich von 20 °C bis 200 °C

Um die Verformung durch piezoelektrische Effekte an Keramikscheiben bei Temperaturen bis zu 200 °C interferometrisch zu messen, wurde eine Probenumgebung für den Einsatz unter Vakuumbedingungen entwickelt und gefertigt.


Konstruktion und Fertigung einer TCAP - Streukammer

Zur Bestimmung der Fluenz monoenergetischer Neutronen (Time correlated associated particles (TCAP)) in der PTB wurde eine massearme Streukammer entwickelt und gefertigt. Diese soll an der Ionen-Beschleunigeranlage PIAF der PTB betrieben werden.


Nach oben

Metrologie für die Wirtschaft

Dynamisches Verfahren zur Bestimmung der Biegesteifigkeit von Rasterkraftmikroskop-Cantilevern mit MEMS

Im Rahmen des EMRP-Projektes MechProNO wurde ein neues Referenzfederverfahren basierend auf einem MEMS-Nanokraftwandler zur Kalibrierung der Biegesteifigkeit von AFM-Cantilevern entwickelt. Mittels einer Auflösungsverstärkungstechnik können nun auch sehr weiche Cantilever mit einer Steifigkeit bis zu 0,001 N/m gemessen werden.


Prototypen eines topografiefreien Normals für iXPS

Zur Charakterisierung der lateralen Auflösung von Imaging XPS Geräten werden Strukturen genutzt, deren Oberfläche aus verschiedenen Materialien besteht. Zur Vermeidung von Beugungseffektenmüssen die Übergänge zwischen den Materialien absolut topographiefrei sein. Mit Hilfe eines neuartigen Herstellungsprozesses wurden Prototypen eines topographiefreien Normals hergestellt und erfolgreich getestet.


Umstellung der Referenzsoftware für Rauheitsmesstechnik RPTB auf das neue WEB Design

Die Software zur Bestimmung der Rauheitskenngrößen nach den Normen ISO 4287, EN 10049 und den Materialanteilskennwerten nach ISO 13565 wurde aktualisiert. Die Benutzerschnittstelle wurde modernisiert und die Berechnung einzelner Kennwerte gemäß der Aktualisierung in den Normen geändert.


Stabilität des Nullpunktes von Thermoelementen bei Raumtemperatur

Thermoelemente sind aufgrund ihrer physikalischen Funktionsweise und der kleinen Bauform gut geeignet für die Bestimmung der Temperaturdifferenz zu einem Platin-Referenzthermometer und der Homogenität der Temperaturverteilung z.B. an Strichmaßstäben oder Endmaßen. Um zu klären, ob eine Kalibrierung der individuellen Thermoelemente bezüglich des Nullpunktes notwendig ist, wurden 32 Exemplare über 6 Monate in einem stabilen Ölbad beobachtet.


Charakterisierung von Nanostrukturen auf EUV-Masken mit CD-AFM und AFM mit geneigtem Messkopf

Für Messungen der Breite und des Kantenwinkels von unter-schiedlich breiten Linienstrukturen auf EUV-Masken wurden rückgeführte CD-AFM Messungen und Messungen mit geneigtem AFM-Messkopf durchgeführt sowie mit Messergebnissen der EUV-Scatterometrie verglichen. Die gemessen mittleren Strukturbreiten differieren um 3  nm, für die Kantenwinkel ergeben sich übereinstimmende Werte innerhalb von 2 °.


Industrieller Ringvergleich am Großverzahnungsnormal

Ein von der PTB in 2012 initiierter nationaler Vergleich an dem Großverzahnungsnormal konnte jetzt erfolgreich abgeschlossen werden. Die Teilnehmer: Neun Partner, darunter Messgerätehersteller, Großgetriebekomponenten-Hersteller sowie Kalibrierlaboratorien. 


Weiterentwicklung des 3D Fasertasters

In einem MNPQ-Projekt wurden neue Designs für den taktil-optischen 3D Mikrotaster (3D Fasertaster) entwickelt sowie die zugehörigen Einmessverfahren optimiert. Dabei wurden Bi-Kugel-Taster, Taster mit L-förmigem Design sowie Ein-Kugel-Taster mit Tastelementdurchmessern von 25  µm realisiert und erfolgreich getestet. 


Standardisierte Bildung von Bezügen und Bezugssystemen

Die Bezugsbildung ist ein wesentlicher Bestandteil der Messung mit 3D-Koordinatenmessgeräten. In der PTB wurde nun eine einheitliche Vorgehensweise bei der Erfassung und Auswertung von Bezügen entwickelt. Die wirtschaftliche und anwendungsorientierte Umsetzung der entwickelten Vorgehensweise wird durch interaktive Softwaremodule und ein Unsicherheitskonzept sichergestellt.


Internetbasierte Rückführung von Auswertealgorithmen für die Metrologie

In der PTB wird eine neue technische Infrastruktur zur Online-Validierung von Auswertealgorithmen aufgebaut. Registrierte Nutzer können für ausgewählte Algorithmen ihre Berechnungsergebnisse durch Vergleich mit Referenzdaten prüfen. Derzeit stehen Referenzdaten aus dem Bereich der Koordinatenmesstechnik für die Validierung zur Verfügung. Das System ist ausbaufähig für andere Metrologiebereiche, wurde aber bereits von einem Hersteller von KMG-Auswertesoftware genutzt.


Formmessungen auf Koordinatenmessgeräten

Im Rahmen des bilateralen Projekts „Formmessungen auf Koordinatenmessgeräten mit Drehtisch (FoKoDre)“ zwischen Zeiss IMT und der PTB wird der Stand der Technik der Formmesstechnik auf 3D Koordinatenmessgeräten mit Drehtisch untersucht. Die gewonnenen Daten dienen auch zur Aktualisierung bestehender sowie zur Erstellung neuer Normen auf diesem Gebiet.


Untersuchungen zur dimensionellen und thermischen Stabilität von Verbindungstechniken

Techniken wie Schrauben oder Kleben werden auch beim Bau von Ultra-Präzisions-Instrumenten häufig eingesetzt. Die dimensionelle und thermische Stabilität solcher Verbindungen wurde erstmalig über einen längeren Zeitraum und über einen Temperaturbereich von 10 °C bis 40 °C mit Genauigkeiten untersucht, wie sie sonst nur für Parallelendmaße erreicht werden.


Nach oben


© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2015-01-23,  Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF