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Grossflächige Mikrostrukturreplikation mit Mikrometergenauigkeit

Eine Maschine, die eine Elementarzelle von 200 × 250 mm² auf bis zu 1740 × 1300 mm² repliziert und dabei jeden Prozessparameter misst, statt ihn zu erahnen.

Photonik & Laser Halbleiter & Mikrofabrikation

Grossflächige Mikrostrukturreplikation mit Mikrometergenauigkeit

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01Ausgangslage

Mikro- und Nanostrukturen, also holografische Gitter, Mikrolinsenarrays und diffraktive Elemente, schreibt man am besten klein, weil die Kosten mit der Fläche explodieren. Also repliziert man eine perfekte Elementarzelle Feld an Feld. Das klingt einfach, ist aber ein mechanisches Problem: Die Vorgängeranlage stellte Härtungsenergie, Walzenkräfte und Resistmenge von Hand ein und hatte nicht einmal eine Z-Achse. Eine Substratdicken-Schwankung von nur ±30 µm erzeugte so bis zu 14,1 µm Versatz, bei einer Anforderung von ±5 µm.

02Vorgehen

Wir haben einen 200 kg schweren Kopf gebaut, der Dosieren, Anpressen, Härten und optische Kontrolle in einer Baugruppe vereint, steif angebunden an ein Granit-Portal über einem Granit-Tisch. Schwingungen und thermische Drift konstruieren wir weg, statt sie nachträglich zu kompensieren. Das ergibt eine Achsgenauigkeit unter ±5 µm über 1600 × 1400 mm² Verfahrweg und ±5 arcsec Winkelgenauigkeit, interferometrisch nach ISO 230-2 geprüft.

03Ergebnis

Jeder Prozesswert, von der Walzenkraft über Dosierdruck und Härtungsenergie bis zum Werkzeugwinkel, wird als Rezeptwert gesetzt und gleich mit dem Ergebnis protokolliert. Rezepte, Aufträge, Messwerte und Ereignisse landen in einer Datenbank, rollenbasiert einsehbar und ans MES anbindbar. Und weil zwei Vergrösserungsstufen plus konfokaler Abstandssensor direkt im Kopf sitzen, misst die Maschine ihre eigene Geometrie, die Fiducial-Lage, die Substrathöhe und die Schichtdicke selbst. Eine zweite Messstation braucht es nicht.

Was steckt drin

Eine Plattform für Substrate bis 1740 × 1300 mm² und 0,5 bis 5 mm Dicke. Zwölf unabhängig schaltbare Vakuumsegmente halten Folie wie Platte plan, die Chuckplatte lässt sich tauschen. Der Kopf dosiert per Nadel, presst mit 15 bis 320 N bei 0,37 N Sollwerttreue und härtet mit wechselbarer Quelle bei 365, 405 oder 435 nm. Eine vollautomatische Kalibriersequenz überwacht sich selbst und korrigiert unter anderem die Rechtwinkligkeit des Portals, ganz ohne Servicetechniker vor Ort.

Und wie ging es weiter

Transportiert haben wir die Anlage in Modulen und im fertigen Reinraum wieder aufgebaut. Auch nach der Übergabe bleiben wir dran: Diagnose über Logs und Dashboard, teilweise remote, inklusive eines dokumentierten Motorentauschs. Verfügbarkeit über Jahre gehört für uns zur Lieferung.

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