Keuntungan tambahan, peningkatan berkelanjutan: resep sukses dalam nanopositioning QA – Physics World

Koreksi spasial yang ditingkatkan dalam tahapan nanopositioning multi-sumbu memberikan motivasi asli – dan, pada akhirnya, hasil produksi yang sukses – untuk proyek terbaru dalam kolaborasi R&D jangka panjang antara Gerbang Ratu, produsen produk penentuan posisi nano presisi tinggi di Inggris, dan ilmuwan di Laboratorium Fisik Nasional (NPL), Institut Metrologi Nasional Inggris.

Dengan dana dari Analisis untuk Inovator (A4I) – program dijalankan oleh Inovasi UK, badan inovasi Inggris – kedua mitra melakukan "penyelaman mendalam" ke dalam sifat dan tingkat kesalahan gerakan parasit (off-axis) dalam tahapan nanopositioning multi-sumbu Queensgate. Investigasi granular mereka telah menghasilkan koreksi praktis dan metodologi kalibrasi yang akan memperkuat penjaminan mutu (QA) menyeluruh Queensgate di seluruh desain produk, pengembangan, dan produksi untuk portofolio tahapan nanoposisi yang digerakkan oleh piezo (serta teknologi yang memungkinkan seperti piezo aktuator, sensor kapasitif, kontrol elektronik dan perangkat lunak).

“Kolaborasi kami dengan Queensgate telah menghasilkan manfaat timbal balik atas berbagai proyek R&D bersama selama sekitar satu dekade terakhir,” jelas Andrew Yacoot, ilmuwan utama yang memimpin Program nanometrologi dimensi NPL dan kursi Kelompok Kerja untuk Nanometrologi Dimensi dari Komite Konsultatif untuk Panjang (salah satu dari sepuluh Komite Konsultatif yang mengawasi satuan SI, standar pengukuran internasional). Win-win itu melihat NPL mengatasi salah satu misinya yang lebih luas: membantu perusahaan teknologi spesialis untuk memecahkan masalah industri yang pelik dan, dengan perluasan, memberikan inovasi yang dapat dialihkan, peningkatan produk berkelanjutan, dan dampak komersial jangka panjang. “Pada saat yang sama,” tambah Yacoot, “kami mendapatkan sambungan langsung ke tim pengembangan produk Queensgate untuk memberi tahu mereka tentang persyaratan nanopositioning kami yang unik, seringkali tidak standar, untuk sains dan metrologi skala nano.”

Jika itu latar belakangnya, bagaimana dengan detail proyeknya? Sebagai permulaan, koreksi kesalahan spasial dalam tahap nanopositioning mewakili latihan non-sepele dalam pengukuran terapan – sebagian besar karena kesulitan menangkap dan menganalisis titik data yang memadai, juga kompleksitas yang terkait dengan pengkodean algoritma koreksi kesalahan yang diperlukan. Semuanya menyediakan konteks untuk kerja sama terbaru Queensgate dengan NPL, di mana Yacoot dan rekannya mengeksploitasi instrumentasi interferometrik multi-sumbu untuk mendukung upaya Litbang yang sedang berlangsung di laboratorium dalam posisi nano dengan akurasi tinggi.

Untuk tujuan ini, rig panggung NPL khusus menggunakan tiga interferometer diferensial bidang-cermin yang dipasang secara ortogonal (dirancang oleh NPL) untuk mengukur perpindahan relatif antara kubus cermin (dipasang di atas panggung) dan satu set cermin referensi. Interferometer diterangi menggunakan cahaya dari laser helium-neon stabil yang telah dikalibrasi terhadap laser meter-realisasi utama NPL untuk memberikan pengukuran posisi yang dapat dilacak. Untuk mengurangi efek termal dan akustik, seluruh pengaturan juga tertutup dan dipasang pada platform isolasi getaran.

Dibuat untuk mengukur

Dengan menggunakan rig eksperimental ini untuk mengkarakterisasi kesalahan spasial (dan menginformasikan proses kalibrasi berikutnya), tim proyek NPL menempatkan dua tahapan Queensgate melalui langkah mereka: QGSP-XY-600-Z-600 (yang memiliki rentang 600 μm di sepanjang x, sumbu y dan z) dan QGNPS-XY-100D (yang bergerak 100 μm hanya pada sumbu x dan y). Yang terakhir adalah tahap kinerja tinggi yang telah dicirikan dengan baik sebagai bagian dari tahap sebelumnya Kolaborasi Queensgate/NPL pada mikroskop kekuatan atom berkecepatan tinggi (AFM). Menggunakan tahap "barang yang diketahui" juga memungkinkan metodologi kalibrasi untuk dinilai dalam situasi di mana kesalahan lebih kecil dan dengan demikian menunjukkan transferabilitas teknik koreksi kesalahan.

Perbesar dan metodologi pengukuran NPL cukup sederhana – meskipun harus lengkap. Untuk setiap titik dalam volume gerak panggung, panggung diperintahkan untuk bergerak ke suatu posisi dan kemudian dibiarkan diam selama waktu tertentu. "Kontrol loop tertutup memastikan posisi ini mencerminkan perpindahan yang dilaporkan oleh sensor kapasitif panggung," jelas Yacoot. “Perpindahan aktual kemudian dikumpulkan dari interferometer NPL, untuk menentukan kesalahan penentuan posisi spasial.”

Wawasan eksperimental

Secara operasional, perangkat lunak untuk mengontrol rig panggung dan pengumpulan data ditulis oleh Edward Heaps, anggota tim nanometrologi Yacoot. Karyanya diinformasikan oleh penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa pemindaian 11 titik di sepanjang setiap sumbu memberikan data yang cukup untuk memetakan kesalahan penentuan posisi spasial (dan, yang terpenting, tanpa kerangka waktu yang berlebihan untuk akuisisi data).

Untuk tahap 3D, Heaps menangkap total 1331 (11×11×11) titik data pada interval 40 μm (diperintahkan), sedangkan untuk tahap 2D total 121 (11×11) titik ditangkap pada 10 μm (diperintahkan ) interval. Selain itu, penting untuk menangkap posisi spasial yang sebenarnya untuk titik-titik yang diperintahkan untuk semua sumbu yang bergerak di kedua arah – untuk menilai kesalahan berulang yang disebabkan oleh proses histeretik yang tidak dapat dihindari dalam tahapan – sambil mengulangi seluruh siklus pengukuran enam kali untuk mengukur kesalahan stokastik.

Inovasi dalam interferometri optik: rahasia sukses dalam penentuan posisi nano QA

Kumpulan data yang dihasilkan mendukung algoritme koreksi kesalahan khusus yang dirancang dan dioptimalkan oleh kolega Yacoot, Alistair Forbes, seorang ahli matematika dan NPL Fellow. Mengikuti implementasi algoritme dalam firmware tahap prototipe, algoritme memberikan dasar untuk prosedur kalibrasi yang kuat yang – dibuktikan dengan serangkaian pengukuran eksperimental berulang pada tahapan yang dikoreksi secara spasial – menghasilkan pengetatan yang signifikan dari kesalahan pemosisian pada perangkat yang diteliti ( lihat tabel 1 dan 2). Demikian pula, tahap multi-sumbu besar mencapai peningkatan kinerja sejalan dengan tahap xy rentang pendek tanpa kompensasi – membuka peluang untuk menggunakan tahapan dengan rentang perjalanan yang lebih panjang (600 µm x 600 μm) dalam aplikasi presisi tinggi seperti AFM, nanolitografi, dan 3D nanoprinting.

“Saat ini, kami sedang mengimplementasikan algoritme koreksi ke dalam firmware berkualitas produksi penuh sambil meluncurkan proses kalibrasi dalam operasi perakitan kami,” jelas Sam Frost, manajer produksi dan pimpinan lokasi di fasilitas manufaktur Queensgate di Paignton, Inggris. “Ada lebih banyak pekerjaan yang diperlukan untuk membakukan alur kerja tampilan baru, tetapi kami akan mengirimkan tahap komersial pertama untuk mendapatkan manfaat dari metodologi pengukuran dan kalibrasi NPL yang ditingkatkan nanti di musim semi.”

Sementara itu, manajer produk Queensgate, Craig Goodman, telah memulai proyek bersama berikutnya dengan tim nanometrologi NPL. Dengan pendanaan lanjutan yang diamankan dalam putaran A4I terbaru awal tahun ini, para mitra akan berusaha membangun kemajuan koreksi-kesalahan dalam tahap nanoposisi linier, menyesuaikan algoritme koreksi multi-sumbu untuk aplikasi dalam tahap tip-tilt Queensgate (yang menggabungkan gerak linier dan sudut sepanjang sumbu x, y dan z). “Tip-tilt stage digunakan dalam pemrosesan wafer silikon tingkat lanjut dan, karena konstruksinya, menunjukkan kesalahan penggandengan silang yang besar antara dua sumbu rotasi,” jelas Goodman. “Ini adalah proposisi yang kompleks untuk mengukur cross-talk antara semua aktuator dan sensor yang berbeda dalam platform tip-tilt, apalagi menerjemahkan wawasan tersebut ke dalam skema koreksi dan kalibrasi yang dioptimalkan.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/incremental-gains-continuous-improvement-the-recipe-for-success-in-nanopositioning-qa/