High-precision Pico-AFM for nanometrology and nanofabrication
Final Report Abstract
Das Projekt "Pico-AFM höchster Präzision für die Nanometrologie" behandelte die vergleichende Untersuchung von AFM-Cantilever-Detektionssystemen (Lichtzeigerverfahren gegen Interferometrische Verfahren). Im einjährigen Verlängerungszeitraum des Projektes "Pico-AFM höchster Präzision für die Nanometrologie und Nanofabrikation" wurden die bisherigen Untersuchungen auf selbstaktuierende und selbstsensierende Cantileversysteme ausgedehnt, die insbesondere das Potenzial und die Eignung für zusätzliche Nanofabrikation aufweisen. Auf der Basis der messtechnisch-physikalischen Modellierung wurden die erreichbaren relativen Empfindlichkeiten der drei Detektionssysteme analytisch ermittelt. Diese erlauben den parametrischen Vergleich der drei unterschiedlichen physikalischen Detektionsprinzipien. Für übliche Parameter nach dem Stand der Technik ist das interferometrische Prinzip zwei Größenordnungen besser als das Lichtzeigerprinzip und dieses zwei Größenordnungen empfindlicher als der piezoresistive Ansatz. Insbesondere konnte eine Diskrepanz zu bisherigen wissenschaftlichen Veröffentlichungen gefunden und nachgewiesen werden, wonach die interferometrischen Verfahren eindeutig ein höheres messtechnisches Potenzial aufweisen als die Detektion nach dem Lichtzeigerprinzip. Gleichwohl ist der materiell-technische Aufwand ungleich größer. Im Anschluss wurden die Messunsicherheitsbudgets der drei Systeme aufgestellt und miteinander verglichen. Bei entsprechender Dimensionierung (kleine, hochdynamische Cantilever) schneiden piezoresistive Cantilever sehr gut ab, wobei der unschätzbare Vorteil der Kombination mit einer thermoelektrischen Selbstaktuierung hier zum Tragen kommt, der eine elegante, effektive und hochdynamische Arbeitsweise in metrologischen Anwendungen erlaubt.
Publications
- Investigations on the positioning accuracy of the Nano Fabrication Machine (NFM-100). Technisches Messen
Jaqueline Stauffenberg, Ingo Ortlepp, Ulrike Blumröder, Denis Dontsov, Christoph Schäffel, Mathias Holz, Ivo W. Rangelow, and Eberhard Manske
(See online at https://doi.org/10.1515/teme-2021-0079) - Nanopositioning and -fabrication using the Nano Fabrication Machine with a positioning range up to 100 mm. Proc. SPIE 11610, Novel Patterning Technologies 2021, 1161016 (22 February 2021)
J. Stauffenberg, Ch. Reuter, I. Ortlepp, M. Holz, D. Dontsov, Ch. Schäffel, J. Zöllner, I.W. Rangelow, S. Strehle, E. Manske
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2583703)
