漸進的な利益、継続的な改善: ナノポジショニング QA の成功の秘訣 – Physics World

多軸ナノ位置決めステージにおける空間補正の強化は、長期にわたる研究開発協力における最新プロジェクトの最初の動機となり、最終的には生産の成功につながりました。 クイーンズゲート、高精度ナノポジショニング製品の英国メーカー、および 国立物理研究所 (NPL)、英国国立計量研究所。

からの資金提供により、 イノベーターのための分析 (A4I) – によって実行されるプログラム 英国を革新する、英国のイノベーション庁 – XNUMX つのパートナーは、クイーンズゲートの多軸ナノ位置決めステージにおける寄生 (軸外) 動作エラーの性質と範囲の「詳細な調査」に着手しました。 彼らの詳細な調査により、ピエゾ駆動のナノ位置決めステージのポートフォリオの製品設計、開発、製造にわたるクイーンズゲートのエンドツーエンドの品質保証 (QA) を強化する実用的な補正および校正方法論が得られました (また、ピエゾなどの技術を実現することも可能です)。アクチュエーター、容量性センサー、制御電子機器およびソフトウェア)。

「クイーンズゲートとの協力は、過去 XNUMX 年ほどにわたり、幅広い共同研究開発プロジェクトにわたって相互利益をもたらしてきました」と、この研究を率いる主席科学者のアンドリュー・ヤクート氏は説明します。 NPL の次元ナノ計測プログラム そして椅子を置く 長さ諮問委員会の次元ナノメトロロジーのためのワーキンググループ (国際測定標準である SI 単位を監督する XNUMX の諮問委員会の XNUMX つ)。 この双方にメリットがあることで、NPL はより広範な使命の XNUMX つに取り組むことになります。それは、専門テクノロジー企業が厄介な産業問題を解決できるよう支援し、ひいては移転可能なイノベーション、継続的な製品改善、長期的な商業的影響を提供することです。 「同時に」とヤクート氏は付け加えた。「私たちはクイーンズゲートの製品開発チームに直接連絡を取り、ナノスケールの科学と計測に関する当社独自の、しばしば非標準的なナノポジショニング要件を彼らに知らせます。」

それが裏話なら、プロジェクトの詳細はどうなるのでしょうか？ まず、ナノ位置決め段階での空間誤差補正は、応用測定における重要な課題です。その主な原因は、十分なデータ ポイントを取得して分析することの難しさと、必要な誤差補正アルゴリズムのコーディングに伴う複雑さです。 これらすべてが、クイーンズゲートとNPLとの最新の提携の背景を提供しており、ヤクートらは多軸干渉計測機器を活用して、高精度ナノ位置決めにおける研究所の進行中の研究開発努力をサポートしている。

この目的を達成するために、専用の NPL ステージ リグは、直交して取り付けられた XNUMX つの平面ミラー差動干渉計 (NPL が設計) を使用して、ミラー キューブ (ステージ上に取り付けられている) と参照ミラーのセットの間の相対変位を測定します。 干渉計は、追跡可能な位置測定を可能にするために、NPL の主要な計測実現レーザーに対して校正された安定化ヘリウムネオンレーザーからの光を使用して照射されます。 熱と音響の影響を軽減するために、セットアップ全体も密閉され、防振プラットフォームに取り付けられています。

測定するために作られました

この実験装置を使用して空間誤差を特徴付け (そしてその後の校正プロセスに情報を提供)、NPL プロジェクト チームは 600 つのクイーンズゲート ステージ、QGSP-XY-600-Z-600 (x 方向に 100 μm の範囲を持つ) をテストしました。 y 軸と z 軸）および QGNPS-XY-100D（x 軸と y 軸のみで XNUMX μm 移動します）。 後者は、以前のステージの一部としてよく特徴付けられている高性能ステージです。 高速原子間力顕微鏡に関するクイーンズゲートと非特許文献の共同研究 (AFM)。 また、「既知の良好な」ステージを使用すると、誤差がより小さい状況でキャリブレーション方法を評価できるため、誤差修正技術の移転可能性を実証できます。

ズームインすると、NPL の測定方法は十分にシンプルですが、必然的に網羅的になります。 ステージの運動量の各点について、ステージは特定の位置に移動するように命令され、その後、指定された時間の間安定します。 「閉ループ制御により、この位置がステージの静電容量センサーによって報告された変位を確実に反映します」とヤクート氏は説明します。 「その後、空間位置決め誤差を決定するために、実際の変位が NPL 干渉計から収集されます。」

実験的な洞察

操作面では、ステージ装置の制御とデータ収集のためのソフトウェアは、Yacoot のナノ計測チームのメンバーである Edward Heaps によって作成されました。 彼の研究は、各軸に沿った 11 点のスキャンにより、空間位置決め誤差をマッピングするのに十分なデータが得られる (そして重要なことに、データ取得に過度の時間枠を必要としない) ことを示した以前の研究に基づいています。

3D ステージの場合、ヒープは 1331 μm (コマンド) 間隔で合計 11 (11×11×40) のデータ ポイントをキャプチャしました。一方、2D ステージでは、合計 121 (11×11) のデータ ポイントが 10 μm (コマンド) 間隔でキャプチャされました。 ) 間隔。 さらに、確率的誤差を定量化するために測定サイクル全体を XNUMX 回繰り返しながら、ステージ内の避けられないヒステリシス プロセスによって引き起こされる再現性誤差を評価するために、両方向に移動するすべての軸の指令された点の実際の空間位置を取得する必要がありました。

光干渉法の革新：ナノポジショニングQAの成功の秘訣

結果として得られるデータセットは、ヤクート氏の同僚で数学者で非営利組織フェローのアリステア・フォーブス氏が考案し、最適化した専用の誤り訂正アルゴリズムを支えている。 プロトタイプステージのファームウェア内でアルゴリズムを実装した後、そのアルゴリズムは、空間的に補正されたステージでの一連の実験測定の繰り返しによって証明される、研究対象のデバイスの位置決め誤差を大幅に縮小する堅牢なキャリブレーション手順の基礎を提供します (表 1 と 2 を参照してください)。 同様に、大型多軸ステージは、補償のない短距離 xy ステージと同様に性能向上を達成しました。これにより、AFM、ナノリソグラフィー、600D などの高精度アプリケーションにおいて、より長い移動範囲 (600 μm x 3 μm) のステージを導入する機会が開かれました。ナノプリンティング。

「現在、私たちは組立作業内で校正プロセスを展開しながら、完全な製品品質のファームウェアに補正アルゴリズムを実装しています」と、英国ペイントンにあるクイーンズゲート製造施設の製造マネージャー兼サイトリーダーであるサム・フロスト氏は説明します。 「新しいワークフローを標準化するにはさらに多くの作業が必要ですが、NPL の強化された測定および校正手法の恩恵を受ける最初の商用段階を春後半に出荷する予定です。」

一方、クイーンズゲートの製品マネージャー、クレイグ・グッドマン氏は、すでにNPLのナノ計測チームとの次の共同プロジェクトの基礎を築いている。 今年初めに行われた最新のA4Iラウンドで確保された後続の資金により、パートナーは線形ナノポジショニングステージにおける誤差補正の進歩を基に、クイーンズゲートのチップチルトステージでの応用向けに多軸補正アルゴリズムを調整することを目指す予定である。 x、y、z 軸に沿った直線運動と角運動)。 「チップチルトステージは高度なシリコンウェーハ処理で使用されますが、その構造により、XNUMX つの回転軸間に大きな相互結合誤差が生じます」とグッドマン氏は説明します。 「ティップ・チルト・プラットフォーム内のすべての異なるアクチュエータとセンサー間のクロストークを定量化することは複雑な命題であり、ましてやそれらの洞察を最適化された補正および校正スキームに変換することは言うまでもありません。」

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• プラトアイストリーム。 Web3 データ インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• 未来を鋳造する w エイドリエン・アシュリー。 こちらからアクセスしてください。
• PREIPO® を使用して PRE-IPO 企業の株式を売買します。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/incremental-gains-continuous-improvement-the-recipe-for-success-in-nanopositioning-qa/