Entwicklung und Fertigung eines Tastspitzenprüfnormals

An der PTB wurde ein Tastspitzenprüfnormal für die Kalibrierung des Radius und der 2D-Form von Diamanttastspitzen konventioneller Tastschnittgeräte entwickelt. Die Struktur wurde mittels Elektronenstrahllithographie und anisotroper, nasschemischer Ätztechnik aus Silizium hergestellt. Das Kalibriernormal enthält 10 x 28 rechteckförmige Rillen mit einer Breite w von 0,3 µm bis 3,0 µm in 0,1 µm-Abstufung. Aufgrund der relativ scharfen Kanten (Kantenradien R < 10 nm) lässt sich die Spitzenbreite b in unterschiedlichen Höhen h (Einsinktiefe) messen und damit die Spitzenform abbilden.


        
    a)                                                     b)                                                         c)
Abb. 1 a) Skizze des neuen PTB Tastspitzenprüfnormals (alle Maße in µm); b) lichtmikroskopische Aufnahme des Tastspitzenprüfnormals, c) REM Aufnahme eines Rillenblocks (0,3 -1 µm Rillenbreite)

Mit der zu charakterisierenden Spitze wird ein Profil auf dem Tastspitzenprüfnormal gemessen. Je nach Spitzenradius und Öffnungswinkel der Spitze sinkt die Spitze während der Messung unterschiedlich tief in diese Rillen ein. Aus der Breite w der Rillen und der gemessenen Einsinktiefe h ergibt sich ein Wertepaar, dass zur Bestimmung des Spitzenradius genutzt werden kann (Abb.2).



Abb. 2 Prinzip der Radiusmessung einer Tastspitze an Rechteckrillen bekannter Breite

Abb. 3 zeigt das Ergebnis der Messung einer sphärischen 2 μm Tastspitze (nomineller Wert) auf dem neuen Tastspitzenprüfnormal. Die Rillenbreiten wurden vorher mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) bestimmt. Zusammen mit den Einsinktiefen der Tastspitze ergeben sich Wertepaare, die mit einer Kreisanpassung ausgewertet werden. Der angepasste Kreis hat einen Radius von 1,99 µm. Die maximale lokale Abweichung beträgt 0,1 µm.
  

Abb. 3 Auf dem neuen PTB Tastspitzenprüfnormal gemessene Einsinktiefe h einer sphärischen Tastspitze mit nominellem Radius r_tip = 2 µm.