Prototypen eines topografiefreien Normals für iXPS

Das Referenzmaterial besteht aus einem Glaswafer, auf den Strukturen aufgebracht sind, die aus verschiedenen Materialien bestehen. Die Oberfläche ist topographiefrei, so dass keine Störeffekte durch an den Kanten gestreute Elektronen entstehen. So ist es möglich die Qualität der Abbildung eines Imaging-XPS- Systems zu beurteilen. Weiterhin können derartige topographiefreie Strukturen dazu genutzt werden, die Materialabhängigkeit der Kraftwechselwirkung bei der Messung mit Rasterkraftmikroskopen (AFM) zu untersuchen. Hier täuschen unterschiedliche Materialkombinationen aufgrund von van-der-Waals-Kräften zwischen Spitze und Probenoberfläche selbst bei absolut topographiefreien „Hetero-Oberflächen“ eine virtuelle Topographie vor. Die entwickelten Normale erlauben eine gezielte Untersuchung dieser Effekte. Um diese Anforderungen zu bedienen wurde in der PTB ein Prozess entwickelt, der die Herstellung topographiefreier Referenzmaterialien erlaubt.

In Bild 1 ist der Herstellungsprozess dieser Struktur schematisch dargestellt. Zunächst wird der erste Partner (in unserem Fall Chrom) der Materialpaarung auf einen polierten, mit einer ätzresistenten Schicht (Siliciumdioxid/Siliciumnitrid) versehenen Silicium-Wafer aufgebracht und anschließend strukturiert. Im nächsten Schritt wird der zweite Partner (Aluminium) aufgebracht. Die so beschichtete Waferseite wird auf einen Pyrex-Wafer anodisch gebondet. Anschließend wird der komplette Silicium- Wafer in Kalilauge weggeätzt. Die Ätzung stoppt an der ätzresistenten Schicht. Danach wird die ätzresistente Schicht entfernt und damit die darunter liegenden Strukturen freigelegt. Mittels AFM- Messungen konnte gezeigt werden, dass die Oberfläche und speziell die Übergänge zwischen den Materialpartnern keine Lücken und keine Höhendifferenzen größer als 2 nm aufweisen.

		a) Siliciumwafer mit ätzresistenter Schicht (z.B. Siliciumoxid, Siliciumnitrid)
		b) Strukturieren und Aufbringen des ersten Materialpartners (z. B. Chrom)
		c) Aufbringen des zweiten Materialpartners (z. B. Aluminium) bzw. des Bondinterfaces
		d) Anodisches Bonden auf das Sekundärsubstrat
		e) Entfernen des Primärsubstrats
		f) Entfernen der ätzresistenten Schicht

Bild 1: Schematische Darstellung des Herstellungsprozesses für ein topographiefreies Auflösungsnormal

a)

b)  c)

Bild 2: a) Mikroskopische Aufnahme des topographiefreien Normals,
b) und c) AFM-Messung des Übergangsbereiches zwischen den Materialpartnern Chrom (links) und Al (rechts), wobei nicht klar ist, ob die beobachtete Höhendifferenz von 1,3 nm „real“ ist oder ob das unterschiedliche Kraftverhalten der beiden Materialien Chrom und Al zur Spitze (Si) eine „virtuelle“ Topographie vortäuscht