Masterarbeiten, Diplomarbeiten

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der metrologischen Eigenschaften des AMFs Solver HV-2 im Stand-Alone-Betrieb. In Anbetracht des vorhandenen AFM-Messkopf und der Steuerelektronik wurde ein Messplatz für den Stand-Alone-Betrieb des AFMs aufgebaut. Für die Kalibrierung des AFMs auf ein Pitch-Normal wurden entsprechende Algorithmen entwickelt. Die Geräteeinstellungen und Regelungsparameter sind dabei optimiert worden. Bei dieser Kalibrierung wurden Kalibrierfaktoren für die x-, y-, z-Achsen des AFMs bestimmt, sowie die Messunsicherheit abgeschätzt. Darüber hinaus wurde die Scratching und Oxidationslithografie im Nanometerbereich durchgeführt. Die lithografischen Parameter wurden optimiert.

Die Durchführung dimensioneller Messaufgaben mit Reproduzierbarkeiten im Mikro- und Nanometerbereich erfordern geeignete leistungsfähige dreidimensionale Tastsysteme. Ein solches System liegt in Form des, an der TU Ilmenau entwickelten, Laser-Fokussensors vor. Bei vorangegangenen Messungen stellte sich heraus, dass der Sensor nur Messungen an Oberflächen mit einer Neigung von weniger als ±20˚ erlaubt. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde die Abhängigkeit des Laser-Fokussensors von der Neigung der Messobjektoberfläche im Antastpunkt untersucht. Anhand einer zu Beginn durchgeführten theoretischen Betrachtung wird die Winkelabhängigkeit des Sensors beschrieben. Diese wurde durch nachfolgende Untersuchungen des Verhaltens des Laser-Fokussensors an geneigten Oberflächen bestätigt. Hierzu wurde der vom Messobjekt reflektierte Strahl hinter der Fokuslinse mittels einer Kamera zur Strahldiagnose hinsichtlich seiner Verlagerung und Intensitätsverteilung untersucht. Aussagekräftige Ergebnisse wurden bei experimentellen Untersuchungen nach Integration des Fokussensors in die Nanomess- und Positioniermaschine erzielt. Als Messobjekte für die Untersuchungen dienten Präzisionstastkugeln sowie ein, auf einem Kipptisch positionierter, Planspiegel. Durch die nachgewiesene Winkelabhängigkeit des Fokussensors kann in einer späteren Betrachtung der Einfluss auf das Messergebnis untersucht und eine mögliche Messwertkorrektur durchgeführt werden.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Designvorschrift für die Koeffizienten eines digitalen Filters gesucht, die, angewendet auf Kontrollwaagen optimale Wägemesswerte liefert. Die besonderen Randbedingungen einer EMK-Kontrollwaage lassen Vereinfachungen und Spezifikationen zu, die ermöglichen den Filtermechanismus grundsätzlich zur Genauigkeitssteigerung der Massebestimmung zu nutzen.

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Neigungsmessverfahren auf Basis einer elektromagnetischen Kraftkompensations-Waage. Als Ausgangsgerät für dieses Messverfahren dient ein EMK-Wägesystem, welches standardmäßig in Präzisionswaagen Verwendung findet. Bei der Massebestimmung entstehen Fehler, falls sich das gesamte Wägesystem neigt. Die Reaktion des Wägesystems auf Neigungsänderungen ist die Grundlage des Neigungsmessverfahrens. Dabei zeigen analytische und numerische Simulationen eine Empfindlichkeitssteigerung, wenn das gesamte System in der vertikalen anstatt der standardmäßigen horizontalen Einbaulage betrieben wird. Durch die Änderung der Einbaulage ist es möglich das System auspendeln zu lassen und auf die Regelung in eine Referenzlage zu verzichten. Die entsprechenden Modifikationen für die Änderung der Einbaulage sind ebenfalls Bestandteil dieser Arbeit. Bei der Ermittlung der messtechnischen Eigenschaften konnten Neigungsänderungen von bis zu 0,014 Winkelsekunden unter atmosphärenseitigen und bis zu 0,005 Winkelsekunden unter reduziertem Luftdruck aufgelöst werden. Untersuchungen von Störgrößen und Messungen unter verschiedenen Gerätekonfigurationen sind ebenfalls Bestandteil dieser Arbeit. Zur Verbesserung der messtechnischen Eigenschaften sind Messungen im Vakuum zukünftig geplant. Die dafür notwendige Vakuumkammer wurde im Rahmen dieser Arbeit konstruiert.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Erfassung der Ausbreitungsparameter eines Laserstrahls. Die genaue Kenntnis der Parameter der Strahlausbreitung spielt eine große Rolle für die Kollimierung des Laserstrahls und zur Minimierung von damit verknüpften Störeinflüssen auf die Messung. Dazu werden zwei unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Das erste Verfahren ist die Untersuchung und Bestimmung der Parameter des Laserstrahls aus der Intensitätsverteilung. Das zweite Verfahren basiert auf der Bestimmung des Krümmungsradius der Wellenfront mittels Shearing-Interferometer. Die Ergebnisse der Messungen mit den verschiedenen Verfahren sollen miteinander und mit Ergebnissen aus Simulationen vergliechen werden. Für die Untersuchung der Strahlparameter wurde ein spezieller Messaufbau konstruiert, der zwei verschiedene Messmethoden ermöglicht. Bei beiden Methoden nimmt eine CMOS-Kamera die Ergebnisse auf. Ein fasegekoppelter Helium-Neon-Laser wurde mit diese Anordnung untersucht.