MEMS-Technik analysiert Oberflächen

Bei der Präzisionsfertigung kleiner Bauteile und der Kontrolle von Produktionsabläufen können schon kleinste Abweichungen von den zulässigen Werten zu Störungen, Funktionsausfall oder sogar Schädigungen führen. MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)-basierte Oberflächenmessgeräte werden jetzt erstmals auch für Ultrapräzisionssensorik genutzt. Für eine bessere Qualitätssicherung hat die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) rückführbare Messtechniken für Oberflächenkenngrößen wie Härte, Schichtdicke und Rauheit entwickelt. Zur Härtemessung mikroskopisch dünner Schichten wird ein MEMS-basierter Nanoindentor eingesetzt. Dieser ermöglicht die gleichzeitige Messung von Eindringtiefe und Eindringkraft. Ein nachfolgendes Abtasten des Indentationseindrucks entfällt. Aufgrund der Kompaktheit und der Möglichkeit zur präzisen Massenfertigung ist auch ein Einsatz einer großen Zahl von parallel angeordneten Sensoren möglich. Das Gerät wird vor allem in der Optik, in der Mikroelektronik oder bei der Fertigung von Mikrosystemteilen zur Bestimmung der elastisch-plastischen Eigenschaften von ultradünnen Schichten mit einer Dicke zwischen 10 nm und 1 µm verwendet. Die wesentliche Komponente der Krafterzeugung ist ein elektrostatischer Kammantriebsaktuator, der die erforderliche Prüfkraft mit einer Auflösung von 1 nN realisiert. Für hochauflösende Messungen an Mikro- und Nanostrukturen auf Oberflächen eignet sich dagegen das Verfahren der Mikro-SPM-Matrix.