3.1.2 - Development of a 3D capable probing system based on electrical near-field interactions for micro- and nanocoordinate metrology

Abstract

Die messtechnische Erfassung von Bauteilen der Mikrosystemtechnik und von Komponenten mit Mikrostrukturen stellt die Mikro-und Nanomesstechnik durch stetig kleiner werdende Strukturgrößen und steigende Aspektverhältnisse der Strukturen vor große Herausforderungen. Hierfür sind nanometerauflösende, 3-D-fähige Messverfahren sowie entsprechende 3-D-Positioniersysteme und Antastsensoren erforderlich. An der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg wird ein mechanisch-berührungsloses, subnanometerauflösendes 3-D-Mikrotastsystem auf Basis elektrischer Nahfeldwechselwirkungen entwickelt und untersucht. Das System wird als Tastsystem einer Nanopositionier-und Nanomessmaschine NMM-1 eingesetzt. Zur Erhöhung der Messdynamik und Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten wurde das Tastsystem um einen piezoelektrischen 3-D-Nanopositionierer und eine 3-D-Antastvektorermittlung aus dem Sensorsignal erweitert.

Surface-Sensing Principle of Microprobe System for Micro-Scale Coordinate Metrology: A Review

“…A tunnel current is a quantum electrical near-field phenomenon, where tunneling current flows when the measurement surface and probe tip are close. STM enables us to image a surface at an atomic scale; therefore, a microprobe system using this principle can be expected to have a high resolution [133][134][135][136]. For the microprobe system, a spherical probe tip was used, thus allowing isotropic sensitivity to be measured on a surface in any 3D direction.…”

“…The probe sensitivity is 3D isotropic; thus, determining the normal vector of the measurement surface is difficult. Therefore, the normal vector of measurement surface is measured by rotating the probe tip and observing its signal characteristics [136].…”