Siliziumätztechnik zur Herstellung der Pendel für die Nanokraftmesseinrichtung

Die PTB entwickelt eine Nanokraftmesseinrichtung für die rückgeführte Kalibrierung taktiler Sensoren von Rasterkraftmikroskopen, Tastschnittgeräten, Koordinatenmess­geräten und Mikro- und Nanohärtemessgeräten [1]. Das elektrostatische Messprinzip der neuen Messeinrichtung erfordert sehr ebene und sehr leichte Pendelscheiben (~ 2 g) aus Si-Wafermaterial, die an 10 µm dünnen, vergoldeten Wolframdrähten aufgehängt werden müssen. Die Länge der Drähte und Aufhängepunkte müssen für die Pendel optimal eingestellt werden können.
Die Herausforderung besteht darin, Löcher zu erzeugen, die zum Einen genau in der Wafermitte platziert sind und zum Anderen ein selbstzentrierendes Widerlager für die kugelförmigen Aufhängungen der Pendel bilden. Mit Hilfe eines speziellen Maskendesigns und einer optimierten Ätztechnik gelang es, ein Loch mit einem Durchmesser von etwa 40 µm und einem keilförmigen, selbst zentrierenden Einlauf herzustellen.
Die ersten Prototypen werden derzeit getestet. Eine noch zu lösende Herausforderung besteht darin, alle Aufhängepunkte mit gleichen Maßen und gleich guter Qualität zu erzeugen.


Bild 1: Skizze der Pendelscheibe (links) und mikroskopische Aufnahme eines geätzten Lochs (rechts) für die Aufhängung des Pendels der Nanokraftmesseinrichtung

[1]        V. Nesterov, Facility and methods for the measurement of micro and nano forces in the range below 10^-5 N with a resolution of 10^-12 N (development concept), Measurement Science and Technology 18 (2007) 360-366.