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Fehlerquellen der Platzierungsgenauigkeit über einen Quadratmeter

Wir nehmen eine Step-and-Repeat-Maschine über die Achsgenauigkeit ab - ±5 µm über den vollen Hub, interferometrisch nach ISO 230-2, sauber bestanden.

Sensorik & Messtechnik

Fehlerquellen der Platzierungsgenauigkeit über einen Quadratmeter

Sensorik & Messtechnik

01Ausgangslage

Wir nehmen eine Step-and-Repeat-Maschine über die Achsgenauigkeit ab - ±5 µm über den vollen Hub, interferometrisch nach ISO 230-2, sauber bestanden. Nur kauft der Kunde keine Achsposition, sondern eine Struktur, die über einen ganzen Quadratmeter durchgehend ist. Dazwischen liegen zwei weitere, flexible Teile: die Werkzeugfolie und das Substrat. Ist der Platzierungsfehler übers ganze Substrat grösser als der Achsfehler, gibt's drei mögliche Ursachen - und die Maschine selbst kann sie nicht auseinanderhalten.

02Vorgehen

Die Maschine zu verdächtigen wäre naheliegend gewesen - und lag hier nachweislich daneben. Wir haben die Ursachen stattdessen mit Messungen getrennt. Schon in der Analysephase haben wir entschieden, den Werkzeugprozess mit in den Projektumfang zu holen, und die Maschine so gebaut, dass sie Fiducials auf Werkzeug und Substrat unabhängig voneinander misst. Zwei Referenzstrecken übers Feld - eine in X, eine in Y - trennen systematischen Skalenfehler von reiner Streuung. Gemessen haben wir über mehrere Feldgrössen, mit und ohne Ent- und Wiedereinladen.

03Ergebnis

Ein Fehlerbudget, das seine Verursacher beim Namen nennt - statt einer einzigen Abweichungszahl. Werkzeugdehnung: rund 10 µm in X, rund 30 µm in Y - bei ±5 µm Maschinenspezifikation der dominante Posten. Werkzeugscherwinkel bis 0,0105 rad. Substratrotation 0,0645 rad, korrigierbar über Bildverarbeitung und θ-Achse. Substratscherung 0,0210 rad - deren Ursache sich in dieser Kampagne nicht trennen liess, und das sagen wir auch so. Der Aufwand wanderte danach vom Maschinenabgleich zum vorgelagerten Werkzeugprozess.

Was steckt drin

Eine skriptierte, reproduzierbare Auswertung - Rohdaten bleiben liegen, Diagramme entstehen jederzeit neu daraus, auch zwei Jahre später mit einer geänderten Annahme. Die Methode skaliert von drei Abdrücken bis hundert, über Feldmuster von 3×3 bis 14×4, mit Auswertung pro Messpunkt, pro Position und als räumliche Karte. Repeat- und Reload-Messungen trennen den Handling-Beitrag sauber vom Prozessbeitrag.

Und wie ging es weiter

Der Befund hat den Fokus vom Maschinenabgleich auf den Werkzeugprozess verschoben, der deshalb schon in der Analysephase mit ins Projekt kam. Das Bildverarbeitungssystem hinter der Fiducial-Messung und die Maschine selbst haben eigene Showcases: «Fiducial-Erkennung auf Spiegel, Glas und Hologramm» und «Grossflächige Mikrostrukturreplikation mit Mikrometergenauigkeit».

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