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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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Neue Kalibriernormale für Rastersondenmikroskope

Rastersondenmikroskope geben einzigartige Einblicke in die Mikrowelt der Oberflächen. Wurden sie bisher überwiegend als bildgebende Instrumente eingesetzt, entwickeln sie sich jetzt zu richtigen Messgeräten. Neuartige Kalibriernormale, die selbst kostengünstig kalibrierbar und direkt rückführbar sind, werden diese Entwicklung beschleunigen.

Ausschnitt aus einem Stufenhöhennormal. Die Referenzstruktur im Zentrum ist eine zweidimensionale Anordnung von »Löchern« nominell gleicher Tiefe auf einer Fläche von etwa 240 mm x 240mm. Das Lochmuster stellt ein Stufenhöhennormal mit einer kalibrierten mittleren Stufenhöhe dar (Abweichungen vom Mittelwert geringer als 1 nm). In den

Zur quantitativen Bestimmung mikroskopischer Geometrien verwenden einige Metrologieinstitute speziell konzipierte Rastersondenmikroskope (Scanning Probe Microscopes, SPM), die hierzu meistens mit Laserinterferometern ausgestattet sind. Insbesondere wegen des großen gerätetechnischen Aufwandes ist dieser Weg für die industrielle und wissenschaftliche Praxis nicht sinnvoll. Kalibrierungen mithilfe von Normalen, wie sie auch bei anderen Messgeräten der Fertigungsmesstechnik üblich sind, wären die adäquate Lösung. Es gibt zwar bereits Maßverkörperungen, jedoch wurden diese speziell für Rasterelektronenmikroskope und nicht für SPM entwickelt. Die unbefriedigende Situation konnte mit einem jetzt abgeschlossenen EU-Projekt verbessert werden, in dem die Firmen IBSEN (DK) und NanoSensors (DE) SPM-Kalibriernormale herstellten, die vom NPL (UK) und der PTB kalibriert wurden. Außerdem entwickelte das Dansk Institut for Fundamental Metrologi eine Kalibriersoftware. Durch Anpassung der lateralen Abmessungen und Anordnung der Strukturen sind die Normale mit optischen Methoden messbar. Verglichen mit einer Kalibrierung mittels SPM kann die Messzeit so von etwa zwei Stunden auf nur wenige Minuten drastisch reduziert werden, was zu einer deutlichen Senkung der Kalibrierkosten führt.

Für die Kalibrierung und die Prüfung der Bildqualität von SPM wurden folgende Normale mit geätzten Strukturen hergestellt: ein Ebenheitsnormal, sechs Stufenhöhennormale (8 nm bis 2,4 μm) und fünf laterale zweidimensionale Normale (100 nm bis 10 µm). Die Normale wurden mit Interferenzmikroskopen und Laserdiffraktometern kalibriert.

Damit steht als Ergebnis der Entwicklungsarbeiten ein kompletter Satz von Normalen für die Kalibrierung von SPM kommerziell zur Verfügung, der es Industrie und Wissenschaft erstmalig ermöglicht, den Qualitätssicherungsanforderungen nach DIN ISO 9000 und DIN EN 45 000 auch für solche Messgeräte Rechnung zu tragen.

Ansprechpartner:

G. Wilkening,
Fax: (05 31) 592-51 05


© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-11-17, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF