Mikrokoordinatenmessgerät (µKMG) zur parallelen Antastung von Mikrostrukturen

Einleitung

In der Produktion von Mikrostrukturen haben taktile Messverfahren nur eine geringe Bedeutung, da sie bisher nicht hinreichend an deren Erfordernisse angepasst wurden. Das serielle Antasten verschiedener Messpunkte auf einer Wafer-Oberfläche ist sehr zeitintensiv. Zu diesem Zweck wird am Institut für Produktionsmesstechnik ein Ansatz erarbeitet, der es erlaubt mehrere Objekte bzw. Objektpunkte parallel anzutasten. Die Untersuchungen konzentrieren sich dabei auf die Parallelisierung des Antastprozesses sowie die Kalibrierung und das Erarbeiten von Antaststrategien.

Lösungsansatz

 3x3 Mikrostrukturarray [IMT]

Im Einsatz befindet sich ein KMG in Verbindung eines Array mit 9 Tastern in 3×3-Struktur. Die Taster mit einem Tastkugeldurchmesser von 300 µm messen Auslenkungen in alle drei Raumrichtungen. Erhöhte Aufmerksamkeit im Gegensatz zur einzelnen Antastung benötigt die Ausrichtung von Tasterarray und Messobjekt. Beim Antasten sind die Tasterpositionen so zu regeln, dass jeder Taster in Kontakt mit dem zugehörigen Messobjekt steht, die Maximalauslenkung nicht überschritten wird und die Antastkraft bei allen Tastern vergleichbar ist. Die Steuerung des Antastvorgangs erfolgt über eine Rechneranordnung bestehend aus Motion-Controller, Realtime-Rechner und Bedienrechner. Der Motion-Controller steuert die Antriebseinheit, wohingegen der Realtime-Rechner die Signalauswertung und der Bedienrechner die Datenspeicherung sowie die Script-Ausführung vornimmt.

Die eingesetzte Software zur Steuerung des Mikro-KMG besitzt neben der Ausführung scriptgesteuerter komplexer Messprogramme weitere Funktionen. Diese sind beispielsweise der Überlastschutz, Limits für Tasterauslenkungen und die Speicherung der Messdaten.

Ergebnisse

Im Rahmen des Projektes wurde ein funktionsfähiges Mikro-KMG aufgebaut. Zur Kalibrierung der Tasterarrays wurde ein robustes und skalierbares Verfahren entwickelt mit dem nicht nur die Empfindlichkeiten der Einzelsensoren bestimmt werden können, sondern auch deren absolute Positionen. Weiterhin konnten geeignete Abstraktionsebenen eingeführt werden, die es ermöglichen, die Messprogramme weitgehend unabhängig von konkreten Arrayparametern zu schreiben und somit die Austauschbarkeit und Wiederverwendbarkeit zu gewährleisten. Die Validierung der Kalibrier- und Antastalgorithmen erfolgt mittels einer Simulationsumgebung, die ein virtuelles Mikro-KMG bereitstellt.

Weitere Aufgaben im Bereich der mechanischen Funktionsprüfung, die optische Ermittlung der Verformungskörperauslenkung, Verfeinerung der Kalibrierstrategien und Untersuchungen der Messunsicherheit nach GUM werden künftige Tätigkeitsbereiche sein.

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