Motivation

In der Fertigung eine Nutzlast von zehn Kilogramm anzuheben und mit Nanometer-Präzision sicher zu positionieren war bisher nur sehr schwer und mit Kompromissen zu lösen. Möglich wird dies durch elektromagnetische Vertikalaktoren mit pneumatischer Gewichtskraftkompensation, die sich in viele existierende Präzisionsantriebssysteme integrieren lassen.

Solche Systeme werden u.a. in der Halbleitertechnik verwendet, um beispielsweise Belichtungsmasken zu positionieren. Mess- und Strukturierungsanlagen für Substrate, Wafer, Belichtungsmasken etc. verfügen in der Regel über einen x-y-Tisch, der ein Objekt hochpräzise innerhalb der Ebene bewegt.

Problem

Die Höhe der Objekte ist jedoch nicht immer identisch: Wafer- und Maskendicken oder Höhen von Maskenhaltern variieren. Darüber hinaus verteilen sich Vorgänge auf verschiedene Ebenen, z.B. bei der Vermessung von Bildstapeln hinter einer Belichtungsmaske oder bei der Strukturierung von Wafer-Schichten. Diese sind oft nur wenige Nanometer dünn, ein ganzer Wafer zwischen 0,7 und 0,9mm dick.

Temperaturerhöhungen im Messraum von nur 0,01 Kelvin bei der Vermessung einer Maske zur Waferbelichtung verursachen durch Materialausdehnung bereits einen Messfehler, der zum Ausfall der damit produzierten integrierten Schaltkreise führen würde.

Lösung

Das IMMS hat einen Vertikalantrieb entwickelt, der Objekte in einem Hebe- bzw. Senkbereich von 10 mm aktiv geregelt mit Nanometer-Präzision bewegt. Dies wird über eine pneumatische Gewichtskraftkompensation erreicht, mit der die zu leistende Kraft des elektromagnetischen Vertikalantriebs stets nahe Null geregelt wird. Damit fließt praktisch kein Strom in der Aktorspule und somit entsteht keine unerwünschte Wärmequelle im Messraum, die die notwendigen hochpräzisen Messungen verhindern würde.

Mit dem neuen Antrieb wird es möglich, Objekte wesentlich genauer als bisher im Antast- bzw. Bearbeitungspunkt, im sog. Abbe-Punkt, zu positionieren.

Bereits vorhandene Antriebe, auch die im Vakuum arbeiten, können mit dieser Lösung nachgerüstet und damit deutlich verbessert werden. Hierzu müssen lediglich drei der neuartigen Aktoren an einer Plattform eines Positioniersystems montiert werden.