03.07.2018

Brückenschlag vom Nanometer zum Meter

Die Untersuchung von Rauheit und Struktur an Oberflächen erhält immer mehr technologische Relevanz. Die Anforderungen an Bauteile und endbearbeitete Oberflächen sind in den letzten Jahren dramatisch gestiegen.

Ob es sich nun um Halbleiter handelt, Nanotechnologie oder im Bereich der Lasertechnik und Optik, der Trend zum Downscaling kann man in fast allen Industriebereichen beobachten. Dies führt zu kleineren Dimensionen an Oberflächen, entweder in der Höhe oder auch lateral.

Kleinere Strukturen führen zu besserer Leistung, weniger Gewicht und Energieverbrauch oder besondere Eigenschaften wenn es um Nanotechnologie geht. Um diese Strukturen zu entwerfen und herzustellen, benötigen F&E- und Produktionsabteilungen jedoch flexible Lösungen für Messungen mit einem hohen Dynamikbereich vom Sub-Nanometer bis zum Meter. Natürlich müssen damit metrologische Messgeräte denselben Ansprüchen genügen. Andernfalls kann der Übergang von der Nanowelt zur klassischen Welt mit den gewohnten Dimensionen nicht realisiert werden.

Die Lösung für hoch aufgelöste Messungen im Nanometer Bereich heißt Rasterkraftmikroskopie (AFM). Das AFM ist mit Rasterbereichen von bis zu 110 μm x 110 μm lieferbar. Der Höhenmessbereich geht bis zu 22 μm. Die Auflösung des AFM in allen 3 Achsen ist besser als 1 nm. Die Positionierung im AFM erfolgt mit der Kamera oder einer optischen Messung. Auf diese Weise ist das Auffinden der Messposition im AFM immer schnell und präzise gewährleistet.

Selbst bei der Sub-nm-Performance von Rasterkraftmikroskopie (AFM) gibt es immer noch ein Aspekt, der die Anwendung von AFMs für Forschungslabore und einige Hightech-Unternehmen beschränkt: das sehr kleine Bildfeld eines AFMs ist nicht für Umgebungen geeignet, wo Zeit und Benutzerfreundlichkeit entscheidende Faktoren sind. Die Lücke zwischen den Dimensionen der modernen industriellen Metrologie und dem Nanobereich kann somit nicht allein durch AFM geschlossen werden. Offensichtlich besteht Bedarf an zusätzlicher Sensorik, um das AFM zu ergänzen.

Die FRT Lösung kombiniert 2 Messmethoden. Dies ermöglicht sowohl die Untersuchung großer Bereiche mit geringerer Auflösung als auch die kleinerer Bereiche mit höchster Auflösung. Das Gerät arbeitet mit einem chromatischen Weißlichtsensor in Kombination mit einem AFM, beide fest montiert. Ohne die Messanlage zu wechseln können komplette Bauteile (z.B. zur Qualitätskontrolle) mit dem optischen Sensor gemessen werden. Daneben erlaubt das AFM Untersuchungen mit nm-Auflösung.

Der optische Sensor erlaubt schnelle und präzise Topographie- und Profilmessungen für Probenbereiche bis zu 1000 mm x 1000 mm. Die x, y Auflösung des Sensors beträgt 1-2 μm. Der Höhenmessbereich kann von 100 μm bis 10 mm betragen ohne dass der Sensor bewegt werden muss. Die maximale Höhenauflösung beträgt 3 nm. Der Sensor wird durch eine CCD Kamera ergänzt, die als Mikroskop dient und die Definition des Messbereichs erleichtert.

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