Perpustakaan Digital ITB

Mask alignment akurat dan presisi merupakan hambatan yang kritis dalam alur kerja kompleks dari proses micro-fabrication dan fotolitografi modern. Proses ini menuntut sistem aktuasi mekanis yang tangguh, dipadukan dengan arsitektur kendali yang akurat untuk memastikan transfer pola geometris secara presisi ke atas substrat semikonduktor. Di lingkungan penelitian akademis yang memiliki sumber daya terbatas, tantangan ini semakin rumit oleh keharusan untuk menyeimbangkan biaya pengembangan dengan kinerja operasional yang diperlukan untuk tugas presisi sub-milimeter. Untuk mengatasi hal tersebut, studi komprehensif ini menyajikan desain, implementasi fisik, dan pemrosesan kendali dari XYZ linear movement stage khusus untuk sistem mask alignment. Sistem penyelarasan ini dikembangkan menggunakan stepper motor Nema 17 yang digabungkan secara langsung dengan lead screw untuk menggerakkan sumbu X dan sumbu Y. Konfigurasi mekanis ini dirancang secara cermat untuk mencapai resolusi pergerakan linier minimum teoretis sebesar 10 ?m per langkah stepper motor. Sistem pemrosesan kendali diimplementasikan menggunakan mikrokontroler STM32F103CBT6 sebagai unit pemrosesan pusat yang mendikte pergerakan stepper motor melalui tiga motor driver DRV8825. Kombinasi ini memfasilitasi tiga mode penyelarasan yang memungkinkan operator bertransisi dari pemosisian awal yang luas ke penyelarasan struktural tingkat mikrometer. Validasi eksperimental dilakukan untuk membandingkan resolusi desain teoretis dengan kinerja pemosisian aktual. Pada pengujian fine adjustment dengan target 10 ?m, perpindahan mekanis sumbu X berfluktuasi antara 9,434 ?m dan 10,417 ?m, menghasilkan tingkat akurasi sebesar 10,018 ?m ± 0,485 ?m. Sementara itu, sumbu Y menunjukkan tingkat stabilitas yang lebih tinggi dengan akurasi 9,865 ?m ± 0,407 ?m. Karena hasil ini melacak ketat target 10 ?m, sistem secara efektif menghilangkan kebutuhan koreksi pemosisian osilasi yang memakan waktu. Selanjutnya, pada pengujian medium adjustment dengan target 100 ?m, sumbu X mencapai perpindahan rata-rata 94,5 ?m ± 1,915 ?m, menunjukkan standard error of the mean yang lebih rendah tetapi belum mencapai target secara penuh, sedangkan sumbu Y lebih konsisten dengan target pada angka 100,5 ?m ± 4,123 ?m. Terakhir, pada pengujian coarse adjustment dengan target 1000 ?m, sumbu X berfluktuasi dari 960 ?m hingga 1020 ?m dengan akurasi 990 ?m ± 29,439 ?m, dan ii sumbu Y berkisar dari 960 ?m hingga 1010 ?m dengan akurasi identik 990 ?m ± 21,602 ?m, yang membuktikan bahwa sumbu Y memiliki tingkat presisi yang lebih superior dibandingkan sumbu X. Analisis mengungkapkan bahwa perbedaan antara masukan pengguna dan perpindahan fisik aktual disebabkan oleh efek backlash yang inheren pada mekanisme lead screw. Integrasi pemasangan anti-backlash nut berhasil meminimalkan fenomena ini dan secara signifikan mengurangi jumlah masukan kontrol korektif saat membalikkan arah pergerakan, meskipun efek backlash tidak hilang sepenuhnya. Di luar penyelarasan sumbu X dan sumbu Y, sistem pemosisian sumbu Z dirancang secara eksplisit untuk mempertahankan celah udara maksimum 30 ?m antara photomask dan wafer. Diuji menggunakan pengganti masker akrilik dan feeler gauge 0,03 mm, pergerakan sumbu Z memberikan kendali yang memadai untuk membawa wafer chuck cukup dekat ke masker, memastikan kedua alignment mark tetap terlihat jelas dan terfokus tajam. Arsitektur open-loop yang diusulkan berhasil memberikan konsistensi operasional untuk tugas micro-fabrication berpresisi tinggi dan terbukti menjadi solusi yang layak untuk lingkungan akademis. Eksplorasi di masa depan akan difokuskan pada integrasi mekanisme encoder feedback guna memitigasi backlash mekanis secara menyeluruh.