| Nachrichten aus dem Jahresbericht 2007 |
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Grundlagen der Metrologie |
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| Erste Rauschmessung an einer Prototyp-Messeinrichtung zur Realisierung eines Nanonewton-Kraftnormals |
An der Prototyp-Messeinrichtung zur Realisierung eines Nanonewtonkraftnormals wurden erste Testmessungen an Luft durchgeführt. Rauschmessungen an beiden Scheibenpendeln ergaben über einen Zeitraum von 40 h Rauschpegel von nur 3 pN (Tiefpassfilter 10-2 Hz). Damit wurde der Nachweis der Eignung des gewählten elektrostatischen Messprinzips für Kraftmessungen im Piconewtonbereich erbracht.
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| In situ Bestimmung von Abbe-Fehlern sowie deren Korrektur am Nanometerkomparator |
Die am Nanometerkomparator realisierte Kombination von Vakuum-Winkelinterferometern mit in den Luftlagerelementen des Präzisions-Messschlittens integrierten Piezo-Stellelementen erlaubt erstmals die in situ Bestimmung und Kompensation von Abbe-Fehlern; verbleibende Längenmessabweichungen liegen im sub-nm-Bereich.
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| Messung der Linienbreite von Sub-100 nm Trapezstrukturen |
Mit dem Elektronenoptischen Metrologiesystem wurden Messungen der Strukturbreiten an Sub-100nm Si-Trapezstrukturen ausgeführt. Die zur Bestimmung der Strukturbreiten entwickelten Kantenalgorithmen stützen sich auf Monte Carlo Simulationen des Signalkontrastes ab.
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| Umschlagverfahren mit einem zweiachsigen Piezo-Kippsystem zur Untersuchung von elektronischen Autokollimatoren |
Ein in der PTB entwickeltes Messverfahren zur Bestimmung des nichtlinearen axialen Übersprechens bei der Winkelmessung mit zweiachsigen Autokollimatoren wurde unter optimierten Umgebungsbedingungen erprobt. Das Verfahren beruht auf der Fehlertrennung durch Umschlagverfahren unter Einsatz eines zweiachsigen Piezo-Kippsystems.
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| Verfahren zur Auswertung der Durchmessertopografien bei der Volumenmessung der Siliziumkugeln zur Neubestimmung der Avogadrokonstanten |
Eine zentrale Teilaufgabe im internationalen Projekt zur Neubestimmung der Avogadrokonstanten ist die Messung des Volumens der in Australien hergestellten Silizium-Einkristall-Kugeln. Hierzu wurde jetzt ein neues Auswerteverfahren entwickelt, welches die Bestimmung des mittleren Kugeldurchmessers aus den Messdaten des Kugelinterferometers der PTB mit Unsicherheiten im Subnanometerbereich erlaubt.
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| Messung der Dispersion von Luft mittels 2-Farben-Interferometrie |
Untersuchungen zur Kompensation des Brechungsindex der Luft am 50 m-Komparator zeigten systematische Abweichungen in der Längenmessung. Als Ursache konnte eine Abweichung von ca. 8·10-9 im Dispersionsterm der Edlen-Gleichung ermittelt werden.
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| Auslegung und Konstruktion eines Planplatten-Messgehäuses |
Im Rahmen des EUROMET - Projektes 672 (Vergleich hochgenauer Planflächenmessungen) wird ein Transport- und Messgehäuse benötigt, das die zu messende Zerodur-Planfläche während des Transportes und der Messung aufnimmt und schützt. Für die optimale Auslegung der Unterstützungspunkte der Messplatte wurde die FE-Methode angewendet.
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Metrologie für die Wirtschaft |
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| 3D-Mikrotastermesssystem zur Bestimmung von Antastabweichungen |
Eine 3D-Mikrotastermesseinrichtung mit einem Grob- und Feinpositionierbereich von 25 mm x 25 mm x 12,5 mm bzw. 80 µm x 80 µm x 80 µm und laserinterferometrischer Positionsmessung wurde aufgebaut. Mit dieser Einrichtung wurden 1D- und 2D-Antastabweichungen eines optimierten 3D-Mikrotasters von 16 nm bzw. 76 nm gemessen.
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| Normalmesseinrichtung für die Kalibrierung der Leeb-Härte |
Bei der mobilen Härteprüfung ist die Härte nach LEEB von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Hierzu wurde in der PTB nun eine Normalmesseinrichtung zur Kalibrierung von Härtevergleichsplatten für die beiden LEEB-Härteskalen HLD und HLG in Betrieb genommen. Die erreichbare Messunsicherheit beträgt 3%.
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| Chirp-Normal zur effizienten Bestimmung der Übertragungsfunktion von optischen Topographie-Messgeräten |
Ein Chirp-Normal mit sinusartigen Strukturen und abgestuften Wel-lenlängen im Bereich von 10 bis 91 µm sowie einer Amplitude von Pt = 1 µm wurde mittels Ultrapräzisionsbearbeitung hergestellt. Hiermit lässt sich die untere Grenzwellenlänge der Übertragungsfunktion von optischen Mikroskopen schnell bestimmen.
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| Kalibrierung von Strichmaßstäben mit Messunsicherheiten von unter 5 nm |
Durch Optimierung der Beleuchtung und der Justage des Mikroskops für die optische Strichantastung am Nanometerkomparator werden nunmehr an qualitativ hochwertigen 300 mm Strichmaßstäben Messunsicherheiten von unter 5 nm erreicht.
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| Strukturbreiten-Messungen an Masken für die 65 nm Technologiegeneration |
Die fortschreitende Miniaturisierung bei der lithografischen Herstellung Integrierter Schaltkreise zieht steigende Anforderungen an die dimensionelle Charakterisierung der Strukturen auf den als Vorlage verwendeten Masken nach sich. Es wurden jetzt erstmals die Breiten von sub-100 nm Maskenstruktu-ren mit elektronenmikroskopischen Messverfahren kalibriert.
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| Kalibrierung von Mikroprüfkörpern mit großen taktilen KMG |
Mikroprüfkörper mit komplexer Geometrie sind für die Rückführung von µCT-Messungen unver-zichtbar, entsprechende Kalibrierangebote stehen im Deutschen Kalibrierdienst (DKD) zur Zeit aber nur für große KMG zur Verfügung. Gemeinsam mit dem DKD-Kalibrierlaboratorium FEINMESS wurde daher an einem in der PTB entwickelten µCT-Prüfkörper untersucht, ob mit einem großen KMG unter Einsatz sehr kleiner Tastkugeln und möglichst geringen Antastkräften Kalibrierunsicher-heiten von 1 µm und darunter realisiert werden können.
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| Erweiterung des taktil-optischen Messtasters in die dritte Dimension |
Der in der PTB entwickelte taktil-optische Mikrotaster für die Koordinatenmesstechnik wird in Industrie und Forschung verbreitet für die Messung kleiner Strukturen eingesetzt. Bisher ist er aber auf die Messung in zwei Dimensionen beschränkt. Die PTB hat nun gemeinsam mit einem deutschen Messgerätehersteller erfolgreich ein Verfahren entwickelt, dass diese Begrenzung überwindet und eine Empfindlichkeit des Systems zusätzlich in Richtung der optischen Achse realisiert.
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| Kompensation der wellenlängenabhängigen Bildverschiebung bei der abbildenden optischen Interferometrie |
Im Zusammenhang mit dem Neuaufbau des Ultrapräzisionsinterferometers wurde der Effekt der wellenlängenabhängigen Bildverschiebung und dessen Kompensation quantitativ analysiert. Ausgehend von der gegebenen Geometrie konnte eine Anordnung gefunden werden, in der die Wellenlängenabhängigkeit der Bildposition nahezu verschwindet.
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| Konstruktion und Fertigung des neuen DUV-Scatterometers der PTB |
In enger Zusammenarbeit mit dem Fachbereich 4.2 „Bild- und Wellenoptik” wurde ein neuartiges Scatterometer entwickelt, dass die Metrologie an Photolithographiemasken aktueller und kommender Technologiegenerationen ermöglicht. Mit dem System sind Messungen sowohl im Transmissions- als auch im Reflexionsverfahren möglich.
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| Entwicklung gesputterter Dünnschichtsensoren für die Metrologie |
Im Rahmen eines DFG-Vorhabens zur Erforschung von gesputterten Dehnungsmessstreifen wurde ein neuartiges Verfahren zur Strukturierung von Dünnschicht-Sensoren auf nicht-ebenen, metallischen Substraten entwickelt.
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Metrologie für die Gesellschaft |
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| Messung von Kräften an lebenden Zellen |
Glaspipetten, die in der Medizintechnik für Messungen an Muskelzellen eingesetzt werden, wurden an einem Mikrokrafttransfernormal kalibriert. Mit Hilfe des Normals ist eine genauere Bestimmung der Biegesteifigkeit möglich, so dass Kraftmessungen an einzelnen Muskelzellen mit Messunsicherheiten im Nanonewtonbereich möglich sind.
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| Preis für den besten „Nano-Film” an Wissenschaftler der PTB verliehen |
| Der Kurzfilm „Dimensionen” von Dr. Hans U. Danzebrink (PTB) wurde als bester „Nano-Film” im Rahmen eines Wettbewerbes um die besten Bilder, Animationen und Filme aus dem Bereich der Nanowissenschaften ausgezeichnet. Der Preis wurde im Rahmen einer Veranstaltung im Deutschen Museum durch die Staatssekretärin im Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie überreicht.
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| Zulassung von Messgeräten in der Logistikbranche |
Der Ausbau der Logistikbranche fordert immer schnellere und genauere Messgeräte für die Identifikation und Messung unterschiedlicher Transportgüter, z. B. Briefe bis hin zur Europalette. Eine wesentliche Neuerung dieser Messgeräte, welche erstmalig durch die PTB zertifiziert wurden, ist eine Messeinrichtung, die es ermöglicht Pakete auf Sorterschalen oder Quergurtförderern zu messen.
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Internationale Angelegenheiten |
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| Bilateraler Maßvergleich von 50 nm und 100 nm Gittern |
Der bilaterale Maßvergleich von eindimensionalen Gittern mit 50 nm und 100 nm Periodenlänge zwischen dem japanischen Staatsinstitut (NMIJ) und der PTB ergab eine ausgezeichnete Übereinstimmung. Die mittels Rastersondenmikroskopen gemessenen Abweichungen der mittleren Gitterperioden waren dabei kleiner als 30 pm.
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Preis für Nano-Metrologen der PTB
Thorsten Dziomba gewinnt ersten Preis bei europäisch-asiatischem Wettbewerb |
Thorsten Dziomba, ein junger wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereichs 5.1 „Nano- und Mikrometrologie” , wurde der Titel „The Best Young Metrologist of COOMET” verliehen. Sein Vortrag überzeugte die hochrangige Jury, in der u. a. die Präsidenten mehrerer metrologischer Staatsinstitute aus dem COOMET vertreten waren.
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| Internationale Vergleichsmessung an Winkelnormalen |
Bei der internationalen Vergleichsmessung CCL-K3 an einem Spie-gelpolygon und 4 Winkelendmaßen waren die Messergebnisse der PTB in guter Übereinstimmung mit den Referenzwerten. Für das Spiegelpolygon hat die PTB mit Uk=2 = 0,03” die geringste Messunsicherheit aller 13 teilnehmenden Metrologieinstitute angegeben.
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