Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
Symbolbild "Zeitschriften"

Normale für Rastersondenmikroskope

Prozessanlage für die effiziente Herstellung kristalliner Normale

PTB-News 1.2023
12.01.2023
Besonders interessant für

Fertigungsmesstechnik

Hersteller von Rasterkraftmikroskopen

Anwender in Industrie und Forschung

Eine neu entwickelte Prozessanlage in der PTB ermöglicht es, gleichzeitig mehrere kristalline Normale aus Silizium für die Kalibrierung von Rastersondenmikroskopen herzustellen. Damit können die hochwertigen Normale schneller und kostengünstiger als zuvor angeboten werden.

Vergrößerter Probenhalter für die simultane Prozessierung von bis zu acht Normalen (vier gezeigt). Aufgrund der Probentemperatur von mehr als 1000° C strahlen die Proben Licht im sichtbaren Bereich ab. Die Leuchtstärke ist ein Hinweis auf die Temperaturverteilung in der Probe, wobei ein möglichst großer homogener Bereich angestrebt wird.

Seit einigen Jahren arbeitet die PTB an sogenannten kristallinen Normalen für die dimensionelle Kalibrierung. Bei ihnen wird das Kristallgitter des Siliziums als eine Art „natürliches Lineal“ genutzt, um Abstände unterhalb von 100 nm mit sehr hoher Genauigkeit messen zu können. Mit kristallinen Normalen können eine sehr viel höhere Auflösung (ca. 0,3 nm) mit sehr viel kleineren Unsicherheiten (ca. 0,03 nm) erreicht werden als mit herkömmlichen Normalen, die jeweils um mehr als den Faktor 10 schlechter abschneiden.

Ein Vorteil kristalliner Normale ist deren inhärente Rückführung: Die Atome im Silizium haben immer den gleichen Abstand, der daher nicht mehr aufwendig mit speziellen, metrologisch rückgeführten Geräten gemessen werden muss. Somit können die Normale vergleichsweise günstig angeboten werden, sofern viele von ihnen gleichzeitig und reproduzierbar hergestellt werden können.

Zu diesem Zweck wurde an der PTB eine neue Anlage entwickelt, um den Herstellungsprozess solcher Normale besser kontrollieren zu können. Bereits nach kurzer Einfahrzeit der Anlage konnten mehr Proben auf einmal und größere Proben als bisher produziert werden. Die Ausbeute, also die Anzahl der funktionsfähigen Chips, ist mehr als doppelt so hoch wie früher und liegt aktuell bei vier gleichzeitig prozessierten Proben pro Durchlauf. Gleich im ersten Versuch konnten Proben mit kristalliner Oberfläche und monoatomaren Stufen hergestellt werden. Auch das zweite Ziel, nämlich die relevanten Prozessbedingungen besser kontrollieren zu können, wurde erfüllt, sodass jetzt auch grundlegende Fragestellungen etwa zur nutzbaren Fläche und möglichen Stufenhöhen bearbeitet werden können.

Mit dieser Anlage ist es möglich, neue Proben für Anwender in ausreichender Stückzahl bereitzustellen und so die Weitergabe der Normale aus dem metrologischen Labor in die Anwendung in Industrie und Laborpraxis zu ermöglichen. Als nächstes sollen die Herstellung im Hinblick auf Prozessausbeute und Durchsatz weiter optimiert, die Auswertung der Mikroskopmessungen für die Nutzer automatisiert sowie nationale und internationale Normen für deren Anwendung erarbeitet werden.

Ansprechpartner

Ingo Busch
Fachbereich 5.1
Oberflächenmesstechnik
Telefon: (0531) 592-6136
Opens local program for sending emailingo.busch(at)ptb.de