Zum Hauptinhalt springen

Projekt INPOS

Neuartiger integrierter 6DOF-Direktantrieb bewegt großflächige Objekte mit geringer vertikaler Ausdehnung nanometergenau im Raum.

Direktantriebe können Objekte nicht nanometergenau über große Flächen anheben

Direktantriebe positionieren Objekte ohne zwischengeschaltete Getriebe oder Kupplungen direkt, spielfrei, hochpräzise und schnell. Sie werden unter anderem in der Halbleiterfertigung verwendet, um beispielsweise Belichtungsmasken zu bewegen. Mess- und Strukturierungsanlagen für Substrate, Wafer, Belichtungsmasken etc. verfügen in der Regel über einen Positioniertisch. Dessen Läufer bewegt Objekte hochpräzise innerhalb einer Ebene. In der Fertigung geschieht das bereits mit einer Genauigkeit von unter 10 Nanometern.

Fertigungsprozesse verteilen sich oft aber auf verschiedene Ebenen, z.B. bei der Strukturierung von Wafer-Schichten. Diese sind oft nur wenige Nanometer dünn, ein ganzer Wafer zwischen 0,7 und 0,9 mm dick. Derzeit verfügbare Systeme können Objekte wie Wafer jedoch nur innerhalb eines kleinen Messbereichs von wenigen Millimetern im Quadrat nanometergenau anheben. Über die Fläche gesamter Wafer mit Durchmessern von 150 bis 300 mm liegen derzeit erzielte Messunsicherheiten typischerweise aber noch im Bereich von ± 0,5 bis ± 1 Mikrometern.
 

Lösung: integrierter 6D-Direktantrieb mit pneumatischer Gewichtskraftkompensation für den vertikalen Hub

Das IMMS hat gemeinsam mit der Firma SIOS Meßtechnik GmbH und der Technischen Universität Ilmenau einen luftgeführten sechsdimensionalen Direktantrieb entwickelt, der Objekte in den drei Raumachsen und der jeweiligen Rotation um diese Achsen frei im Raum in einem für die Anwendung geeigneten Verfahrbereich von 100 mm Durchmesser in der Ebene und einem Hebe- bzw. Senkbereich von 10 mm aktiv geregelt mit Nanometer-Präzision berührungslos, reibungsfrei und ohne Stick-slip-Effekte bewegt. Das wird über eine pneumatische Gewichtskraftkompensation erreicht, mit der die zu leistende Kraft der elektromagnetischen Vertikalantriebe stets nahe Null geregelt wird. Damit fließt praktisch kein Strom in den Aktorspulen und somit entsteht keine unerwünschte Wärmequelle im Messraum, die die notwendigen hochpräzisen Messungen verhindern würde.

Das Antriebskonzept stellt einen vollkommen neuartigen Ansatz für ein sechsdimensionales Direktantriebssystem dar, der so bisher in keinem bekannten System umgesetzt wurde. Eine Skalierbarkeit des Konzepts für andere Anwendungen wurde bis zu einem Arbeitsbereich von 200 mm Durchmesser untersucht.

Akronym / Name:

INPOS / Integriertes planares 6DOF-Positionier- und Messsystem

Laufzeit:2017 – 2019

Anwendung:

Forschungseinrichtungen und Ultra-Präzisionsmaschinenbau|Strukturierung von Oberflächen| Hochpräzisions-Mechatronik-Antriebe| Präzisionsantriebstechnik| Biotechnologie

Forschungsfeld:Magnetische 6D-Direktantriebe mit nm-Präzision


Zugehörige Inhalte

Referenz

Dr. Denis Dontsov, SIOS Meßtechnik GmbH

„Mit dem Ergebnis sind wir äußerst zufrieden: Die erreichten Positionierresultate zeigen ein hohes Potential für unsere künftigen kundenspezifischen Problemstellungen und auch für neuartige Nanopositioniersysteme von SIOS mit deutlich vergrößertem Messbereich.“
Referenz
Alle Publikationen

Veranstaltung,

IFAC 2019

Beitrag zur Invited Session ”Precision scanning systems in metrology and manufacturing“

Veranstaltung,

ASPE 2018

33rd Annual Meeting of the American Society for Precision Engineering


Kontakt

Kontakt

Dr.-Ing. Frank Spiller

Kommissarischer Leiter Mechatronik

frank.spiller(at)imms.de+49 (0) 3677 874 93 61

Dr. Frank Spiller gibt Ihnen Auskunft zu unserer Forschung an magnetischen 6D-Direktantrieben mit nm-Präzision für die nm-Vermessung und -Strukturierung von Objekten. Er unterstützt Sie mit Dienstleistungen für die Entwicklung mechatronischer Systeme, für Simulation, Design und Test von MEMS sowie für Finite-Elemente-Modellierung und Simulation.


Förderung

Das Projekt INPOS wurde unter dem Kennzeichen ZF408707LT7 gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.


Das könnte Sie auch interessieren

Dienstleistung

Entwicklung mechatronischer Systeme

Wir entwickeln Aktorsysteme, Steuerungen und Regelungen als eingebettete Lösungen nach Kundenspezifikation mit höchsten Anforderungen an Präzision, Dynamik, verfügbaren Bauraum, Performance und Effizienz.

Forschungsfeld

Magnetische 6D-Direktantriebe mit nm-Präzision

Um die Fertigung makroskopischer High-Tech-Produkte mit mikroskopischer Präzision zu ermöglichen, forschen wir an wissenschaftlichen Grundlagen und technischen Lösungen für Nanopositioniersysteme für große Bewegungsbereiche.

Leitanwendung

nm-Vermessung und -Strukturierung von Objekten

Um beispielsweise die immer höhere Komplexität integrierter Systeme auf immer kleineren Halbleiterflächen fertigen zu können, forschen wir an immer präziseren Antrieben zur Nanometer-Vermessung und -Strukturierung von Objekten.

Zurück