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INHALTE

Weißlichtinterferometrie für Nanopositionier- und -messmaschinen (NPMM)

Projektträger: Thüringer Kultusministerium

Projektpartner: ZBS Ilmenau e.V.

Projektdauer: Juni 2006 - Mai 2008

Teilprojektleiter: Dr.-Ing. habil. K.-H. Franke

Ansprechpartner: Dr.-Ing. R. Nestler

An der Technischen Universität Ilmenau ist im Rahmen des Sonderforschungsbereiches (SFB) 622 eine Nanopositionier- und -messmaschine (NPMM) entwickelt worden. Das grundlegende und innovative Konzept der NPMM ist die Realisierung des Abbe’schen Komparatorprinzips, was bedeutet, dass der Antastpunkt an der Messprobe und der Bezugspunkt des Antastsystems in einer Flucht liegen müssen. Daraus folgt, dass systematische und zufällige Verkippungen von Führungselementen, so genannte Kippfehler 1. Ordnung, vermieden werden.

 Die konsequente Umsetzung dieses Prinzips brachte eine Nanopositionier- und –messmaschine hervor, welche mit einem Messvolumen von of 25 mm x 25 mm x 5 mm und einer Auflösung von 0.1 nm neue Maßstäbe gesetzt hat. Neben dem großen Messbereich und der hohen Auflösung bietet die NPMM den Vorteil, dass unterschiedliche Sensortypen eingesetzt werden können. Diese sind aufgrund ihrer modularen Konzeption schnell und einfach austauschbar.

In Kombination mit einer NPMM einsetzbare Sensoren, wie Rasterkraftmikroskope, Autofokussensoren und auch kapazitive und induktive Antastsysteme können allerdings Messdaten nur eindimensional erfassen können, was nicht in allen Fällen den Anforderungen an die Messzeiten gerecht wird. Aus diesem Grund wurden auch flächige 3D-Messprinzipien, wie Weißlichtinterferometrie oder Fokusvariation, untersucht. 

Weißlichtinterferometrie ist ein sehr leistungsfähiges optisches Messverfahren, dass das hoch genaue Vermessen einer gesamten Oberfläche innerhalb weniger Sekunden (in Abhängigkeit von der Topographie der Probe) erlaubt.

Eines der Hauptprobleme konventioneller Weißlichtinterferometer ist das Positionsrauschen, was einen entscheidenden Einfluss auf die Messunsicherheit ausübt. Hier zeigt sich ein großer Vorteil der Kombinierbarkeit mit einer NPMM, die minimales Positionierrauschen aufweist.

Eine weitere Stärke liegt im großen Messbereich, der mit bis zu 25 mm x 25 mm x 5 mm die Messbereiche konventioneller moderner Weißlichtinterferometer um ein Vielfaches übersteigt, was das Spektrum an möglichen Messaufgaben enorm vergrößert. Durch  hochpräzises Stitching von Einzelmessergebnissen (ca. 0.8 mm x 0.6 mm) kann auch der laterale Messbereich (fast) beliebig erweitert werden.

Die Integration eines Weißlichtsensors in die NPMM wurde im Fachgebiet Graphische Datenverarbeitung erfolgreich umgesetzt.

Weißlichtinterferometrie mit dem Tubus des Fokussensors an der NPMM
Prinzipskizze Mirau Interferometer
PTB Schichtdickennormal SH70 (gestitched aus 64 Einzelmessungen)