Cleanzone 2017 informuje o čistírnách pro moderní optiku

Messe Frankfurt Jean Luc Valentin

Podstatné impulzy pro náš mobilní život pocházejí z oblasti digitálního světa, zobrazovacích a zpracovatelských metod. Ať už jde o autonomní řízení vozidel, doručování poštovních balíků drony nebo průzkum vesmíru – základním předpokladem pro budoucí vývoj v těchto oblastech jsou vysoce rozlišovací optické systémy. Požadovanou přesnost lze zajistit pouze výrobou v čistých prostorách. Jak musí být čisté místnosti navrženy tak, aby splnily současné požadavky moderní optiky, ukazují výrobci na veletrhu Cleanzone v úterý/středu, 17. + 18. 10. 2017, ve Frankfurtu nad Mohanem.

Uvedené příklady představují splnění snů: Auto se stává úplně novým způsobem bezpečnějším a komfortnějším. Ale k napodobení a překonání výkonu lidského oka je třeba optik s dosud nevídanou citlivostí a rozlišovací schopností, u nichž i nejmenší nečistoty způsobují poruchy systému. To je již důležité i u běžných a proto zdánlivě jednoduchých úkolů, například v silniční dopravě. Mnoho pohyblivých objektů činí z ní složitý děj, který lze zachytit pouze přesnými optikami. Dalším příkladem je vesmírný dalekohled E-ELT v Chile („European Extremely Large Telescope“). Hlavní zrcadlo, dvě korekční zrcadla – a pak je třeba kompenzovat i zkreslení světla ze vesmíru způsobené minimálními deformacemi povrchu zrcadla, které jsou v řádu desetin milimetru.

Výzva do budoucnosti: technologie 7 nanometrů

Také celková koncepce se stává důležitější. Dříve se optiky navrhovaly a vyráběly samostatně, dnes musí výrobci řešit i následující úkol: Každá optika má určité chyby. Takže paprsky jednoho svazku po průchodu optickým systémem se neshodují přesně v jednom bodě (aberace); přidávají se zkreslení, vlnění obrazu nebo barevné chyby. Přísně vzato, dokonalé zobrazení prostorově rozlehlého objektu je možné pouze na rovných zrcadlech (James Clerk Maxwell, 1858; Constantin Carathéodory, 1926). S přihlédnutím k později použitým hardwarovým komponentám musí být navržena vhodná softwarová řešení tak, aby tyto chyby kompenzovala. A celý systém nesmí být příliš objemný, protože i auto nabízí omezené místo pro elektroniku a optiku.

U optiky platí především jedno: jak při výrobě čoček, tak v následujících krocích je nutné pečlivě zabránit jakýmkoli nečistotám. To se týká například lepení („bonding“) několika čoček nebo čočky a senzoru. V oblasti výroby čipů se při těchto požadavcích rychle dostáváme do oblasti aktuální technologie 7 nanometrů. Jedná se o formu litografie, při níž se používají vlnové délky v spektrální oblasti extrémního ultrafialového záření a struktury se vytvářejí ve vakuu. Výrobní prostory v čistotě třídy 1 mají například objem osmi krychlových metrů. Struktury o velikosti sedmi nanometrů odpovídají pěti spojeným atomům uhlíku. Pro čistotní techniku to znamená, že již nečistoty v molekulární velikosti jsou v centru pozornosti. Patří sem jak vzdušné molekulární nečistoty (AMC, „airborne molecular contamination“), tak molekulární povrchové nečistoty (SMC, „surface molecular contamination“).

Znečišťující látky v čisté místnosti

V optice a elektronice může například amoniak citlivě narušit výrobní proces. Může pocházet například od personálu nebo z rozpouštědel obsahujících izopropylalkohol. Lepicí a pečicí procesy citlivě reagují na uvolňované látky, jako je chlor nebo tetrabromid křemičitý (SiBr4). Mezi známé „znečišťující látky v čistých místnostech“ patří mimo jiné aceton (zdroj: personál), hydrogensíran bromu a chlorovodík, voda a sírová kyselina (zdroj: proces), rozpouštědlo PGMEA (propylenglykolmonomethyletheracetát), silylační činidlo HMDS (hexamethyldisilazan) a TEOS (tetraethylorthosilát), používané v sol-gel procesech.

Zatímco tyto látky lze analyticky detekovat, monitorování vzdušných uhlovodíků, epoxidů a téměř všudypřítomných siloxanů představuje výzkumné téma v letectví, mikroelektronice a optice.

Nové přístupy pro chemicko-analytické monitorovací systémy

„Právě měřicí detekce těchto tří tříd látek – uhlovodíků, epoxidů a siloxanů – se ukázala být velmi obtížná a v současnosti ještě není uspokojivě vyřešena,“ shrnuje Markus Thamm, zodpovědný za prodej a marketing ve společnosti cleanroom.de, Heidelberg. „Existují však nadějné přístupy, které podle mého odhadu mohou přinést úspěch ještě tento rok. Klíčové je pro mě nejen zaznamenávat hodnoty bodově, ale také zavést systém kontinuálního monitoringu pro tyto tři třídy látek.“

Kromě možných chemických nečistot během provozu je třeba v oblasti kontroly kvality zachytit i mechanické chyby. „K tomu musíme změřit povrchy složitých čočkových systémů nebo waferů a zaznamenat částice a škrábance o velikosti výrazně menší než 100 nanometrů,“ konstatuje Volker Knorz, KLA-Tencor, Weilburg. „To je také jedním z předpokladů pro optiku určenou pro použití v autonomních vozidlech nebo ve vesmírných lodích.“

Prohlídka veletrhu Cleanzone v říjnu 2017 přivede návštěvníky na nejnovější poznatky v technologiích čistých prostor, které jsou pro rozvíjející se odvětví „optika“ zásadní. Možná se během návštěvy i někteří přiblíží cestě do vesmíru o kus blíže.