Dynamic and high precision sensor positioning in large measuring ranges by means of an inverse measuring concept

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Roland Füßl; Professor Dr.-Ing. Eberhard Manske
• Subject Area: Measurement Systems
• Term: from 2015 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 279458870

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Im Rahmen des Projektes konnte das inverse Konzept für NPM-Maschinen deutlich weiterentwickelt werden. Neben einem detaillierten Konzept zur Erfassung von Spiegeltopographien konnten ebenfalls Methoden zur Erfassung aller notwendigen Winkelabweichungen erarbeitet werden. Die Eignung des TMS-Verfahrens zur hochpräzisen Rekonstruktion von Spiegeltopographien wurde durch Experimente am Lineardemonstrator nachgewiesen. Weiterhin wurde mit dem 4-Strahl Heterodyn-Interferometerkonzept sowie dem miniaturisierten Aufbau eines Moduls Werkzeuge geschaffen, die eine Umsetzung einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine mit inversem Konzept und einem großen Messbereich in greifbare Nähe rücken. Eine solche Messmaschine stellt im internationalen Vergleich ein Alleinstellungsmerkmal dar. Kein anderes derzeit bekanntes Konzept erlaubt eine Adressierung großer Bewegungsbereiche (700 푥푥 700 푥푥 100 푛푛푛푛3) mit Präzision im Nanometerbereich. Des Weiteren ist bei diesem Konzept der Bewegungsbereich ohne Einschränkungen skalierbar, Verfahrbereiche werden lediglich durch die Maße von Antrieben, Führungen und Spiegeln begrenzt. Anwendungsmöglichkeiten bestehen somit in der Vermessung sowie Strukturierung von Halbleiterwafern mit einem Durchmesser > 450 푛푛푛푛 sowie großer optischer Bauteile, jedoch sind auch kostengünstigere Versionen einer NPM-Maschine auf Basis des inversen Konzepts zur Vermessung kleinerer Bauteile denkbar.

Publications

• „Dynamic sensor positioning in large measuring volumes by an inverse kinematic concept”, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1065 (2018) 142009
  I. Ortlepp, E. Manske, R. Füßl
  
• “Fundamentals of Dynamic Sensor Positioning with Nanoscale Accuracy by an Inverse Kinematic Concept”; Sensors and Measurement Science International 2020
  G. Straube, S. Fischer Calderón, I. Ortlepp, E. Manske
  
• “A Heterodyne Interferometer with Separated Beam Paths for High Precision Displacement and Angular Measurements”; Nanomanufacturing and Metrology; Special Issue “Tip- and Laser-based 3D-Nanofabrication in Extended Macroscopic Working Ranges”
  G. Straube, J.S. Fischer Calderón, I. Ortlepp, R. Füßl, E. Manske