Od šroubovice po sestavu

Polarizační filtr byl Steinmeyerem speciálně vyvinut pro DUV-litografii. (Autorské právo: stock.adobe.com/IM Imagery, číslo 560372105)

Ve výšce pouhých 15 mm jsou umístěny tři plošné filtry, které jsou posunovatelné v optickém řetězci a mohou být nastavovány nezávisle na sobě. (Copyright: Steinmeyer Gruppe)

Ultrakompaktní, vysoce přesné řešení pro umístění při osvitě waferů v suché, bezkyslíkové atmosféře dusíku. (Copyright: Obrázek: Steinmeyer Gruppe)

Kombinace nerezové oceli (šroub) a vysoce výkonného plastu PEEK (matice) umožňuje optimální kluznost, odvod tepla a mechanickou stabilitu v ultra suchém dusíku. (Copyright: Feinmess Suhl GmbH)

Válcový šroub má průměr 3 mm a délku 112 mm, a patří tak k nejmenším na trhu v této přesnosti. (Copyright: Steinmeyer Gruppe)

Pokud jde o vysoce specializovaná, zákaznicky přizpůsobená řešení polohovacích systémů, žádná jiná společnost než Steinmeyer nemá šanci. I v polovodičovém průmyslu je místo Dresden v „Silicon Saxony“ dávno považováno za Eldorádo pro to, co je vlastně nemožné, protože Sasko jako největší centrum ICT/mikroelektroniky v Evropě zvládá i ty nejnáročnější výzvy s bravurou. Příklad vysoké úrovně řešení je doplňující polarizační filtr pro miniaturizaci a automatizaci v DUV-litografii. Sestava spojuje odbornost a zkušenosti mezinárodně působící skupiny Steinmeyer a nastavuje měřítka v oblasti kompaktnosti, spolehlivosti a nízké tvorby částic. To je špičkové inženýrství.

Polohovací systémy v polovodičovém průmyslu kladou vysoké nároky na čistotu, spolehlivost, životnost, snadnou údržbu, přesnost a často vyžadují zákaznicky přizpůsobený engineering. Není výjimkou, že se jedná o velmi specifické požadavky blízké hranicím možného. Dělá Steinmeyer nemožné možné? Pro Steinmeyer žádný problém! Skupina Steinmeyer může čerpat z koncentrovaných znalostí s celkovými více než 400 lety zkušeností v oblasti pohonové, polohovací a přesné měřicí techniky. Tato jedinečná vývojová, řešení a výrobní kompetence vedou k vynikajícím výsledkům, které jsou v odvětví bezkonkurenční. Místo Dresden patří mezi světově přední výrobce vysoce přesných řešení polohování pro optické a jemnohmotné systémy a získalo si zvláštní pověst jako specialista na individuální zakázky na míru.

Doplňující polarizační filtr pro DUV-litografii

Příklad vysoké inovační síly skupiny Steinmeyer je ultrakompaktní, vysoce přesné řešení polohování pro expozici waferů v suché, bezkyslíkové atmosféře dusíku. Jedná se o doplňující polarizační filtr pro miniaturizaci a automatizaci v DUV-litografii. „DUV-litografie využívá hlubokou ultrafialovou světelnou vlnovou délku 193 nebo 248 nm a umožňuje velmi malé struktury na mikroprocesorech. Naším úkolem bylo vyvinout pro waferový stepper dodatečnou filtrační jednotku pro přizpůsobení optických vlastností světelného paprsku,“ říká Elger Matthes, vývoj a produktový management ve Steinmeyer Mechatronik, a dodává: „Protože sestava byla navržena jako volitelné příslušenství pro integraci do stávajícího stroje, měli jsme k dispozici jen velmi málo místa. Další požadavky zahrnovaly minimální pohybové dráhy, stabilitu při zastavení – nastavení by se mělo měnit pouze každých několik minut – a určité požadavky na rychlost, opakovatelnost a životnost.“

Ultrakompaktní, vysoce přesná a suchým chodem sestava

Polárizační filtr realizovaný skupinou Steinmeyer je s rozměry cca 120 x 180 x 31 mm extrémně kompaktní. Na výšce pouhých 15 mm jsou umístěny tři ploché filtry, které se posouvají v optickém paprsku a jsou nezávisle polohovatelné. Z relativní polohy těchto tří filtrů vůči sobě vyplývá požadovaná vlastnost filtru. Pohon je zajištěn pomocí kluzného šroubového pohonu (zdvih 75 mm) a elektronicky komutovaných stejnosměrných motorů. Každý filtr má svůj vlastní pohon, který je kvůli ochraně před DUV zářením krytý ocelovým plechem. Systém je suchým chodem, umožňuje přesnosti až 1,5 µm a nabízí bezúdržbový a flexibilní provoz 24/7 při mnoha tisících krokových cyklech (rozložených na 10 let).

Výzva při výběru materiálu

U polovodičových aplikací představuje výběr materiálu zvláštní výzvu. Požadovány jsou hladké povrchy, nízké emisní vlastnosti a samozřejmě minimální tvorba částic. Pouze určité materiály, komponenty a maziva splňují tyto požadavky. Často není možné použít kapalná maziva – což platí i v konkrétním případě. Elger Matthes také upozorňuje na další aspekt: „V ultra suchém dusíku, ve kterém by měla být sestava provozována, dochází k podobným tribologickým efektům jako ve vysokém vakuu. Reibungskoeficient přes 1 je běžný. To dále omezuje výběr materiálů – zvláště pokud chceme dosáhnout dobrých kluzných vlastností a rozumné životnosti šroubového pohonu.“

Extrémně nízká tvorba částic u přesného šroubového pohonu od Feinmess Suhl

Pro šroubový pohon byla zvolena kombinace nerezové oceli (šroub) a vysoce výkonného plastu PEEK (matice), který je obohacen o mazací plniva. Tato inovativní kombinace materiálů umožňuje i za extrémních podmínek v DUV-litografii optimální kluzné vlastnosti, odvod tepla a mechanickou stabilitu. „Díky své molekulární struktuře je PEEK chemicky a fyzikálně velmi stabilní. Vysoce výkonný plast má velmi nízké emisní hodnoty a je ideální volbou pro náročné aplikace v polovodičovém průmyslu,“ říká Detlef Rode, vedoucí vývoje ve Feinmess Suhl. „Samozřejmě jsme pro tuto kombinaci materiálů provedli proof of concept, takže zákazník měl naprostou jistotu ohledně proveditelnosti.“ Systém nevyžaduje kapalná maziva a je proto ideální pro suchý chod až do čisté třídy ISO3 a 10E-9 mbar.

Materiálová kombinace PEEK a nerezové oceli je také použita v řídicím systému. V-tyto vodicí drážky jsou z nerezové oceli a kluzné prvky, tedy kluzná tělesa, jsou z PEEK. Hliníkové díly jsou pokryty hluboko-ultrafialově pohlcující eloxovanou vrstvou.

Unikátní vývojové a výrobní know-how

Extrémně nízká tvorba částic u kluzného šroubového pohonu byla vyvinuta společností Feinmess Suhl speciálně pro tento konkrétní případ použití. S průměrem šroubu pouhých 3 mm a délkou 112 mm patří k nejmenším na trhu v této přesnosti. „Kluzné šroubové pohony jsou ideální pro DUV polarizační filtr. Velikost hraje důležitou roli, protože tak malá suchá kroková šroubová kola jsou momentálně technicky nedosažitelná,“ vysvětluje Detlef Rode. Kromě toho má kluzný šroubový pohon (velikost závitu M3x1P0.5, krok 1 mm, zatížení 2 N) další výhody. Je relativně jednoduchý, velmi robustní a vyznačuje se vysokou tuhostí, přesnou tvarovou a rozměrovou stálostí a nízkým opotřebením. Další výhodou je, že kluzné šroubové pohony mají samosvornost, tj. pozice matice na šroubu je udržována třením. Není třeba samostatné brzdivé součásti. To je ideální pro zvýšené požadavky na stabilitu po dlouhou dobu. Protože tři filtry sestavy jsou pohybovány jen zřídka a pokud, tak pomalu, dokonale to vyhovovalo. Feinmess Suhl používá pro výrobu dvojitých suchých kluzných šroubových pohonů metodu závitového válcování. Při této bezstřihové metodě je tvar závitu vytvořen kalením za studena. Výsledkem je vysoká kvalita povrchu při velmi efektivním poměru cena/výkon.

Kompaktní, přesný, spolehlivý, suchý, odolný, dlouhotrvající, s minimální údržbou: tímto způsobem polarizační filtr splňuje 100 % nároků na složitost DUV-litografie. Kluzný šroubový pohon se ukázal jako klíčový prvek při vývoji a konstrukci. Je srdcem sestavy a umožňuje její malé rozměry. „Vyvinuli jsme kluzný šroubový pohon pro speciální projekt zákazníka, ale samozřejmě i jiné high-endové aplikace v oblasti polovodičů těží z jedinečných vlastností této šroubové matice. Široká škála možností přizpůsobení umožňuje individuální úpravy,“ zdůrazňuje Detlef Rode.

Široká škála pohonů

Vývoj zákaznicky přizpůsobených kluzných šroubových pohonů patří k hlavním kompetencím Feinmess Suhl. Ve skupině Steinmeyer je také zkušený partner pro vývoj a výrobu vysoce přesných šroubových pohonů s kuličkovými šrouby. S vhodným speciálním mazáním a povrchovou úpravou je možné je také využít v polovodičovém průmyslu. Která technologie je správná – kluzný šroub s suchým mazáním nebo kuličkový šroub s kapalinovým mazáním – záleží na požadavcích aplikace a každý případ je individuálně posuzován specialisty ze Steinmeyer.

Žádaný partner polovodičového průmyslu

Ať už manipulace, inspekce nebo montáž, ať už HV, UHV nebo EUV polohování: díky své široké technologické kompetenci, komplexnímu inženýrskému know-how, hlubokému porozumění aplikacím a bohatým zkušenostem je Steinmeyer Mechatronik žádaným partnerem při konstrukci, vývoji a výrobě náročných řešení polohování pro výrobu waferů a čipů. Ověřené systémy jsou zákaznicky přizpůsobeny podle specifických požadavků – od testovacích laboratoří přes automatizované polovodičové továrny až po ISO 14644-1 třídu 1. Všechny výrobní díly jsou konstruovány tak, aby vyhovovaly vakuovým podmínkám, a po výrobě jsou zvlášť čištěny. Montáž probíhá v certifikovaném čistém prostoru třídy ISO 6. Variabilní kapacity čistých prostor přesahující 3 900 m² zajišťují mimořádnou flexibilitu. Čisté balení s inertním dusíkem chrání hotový produkt při přepravě.

„Máme desetileté zkušenosti s konstrukcí a výrobou polohovacích systémů pro aplikace v polovodičovém průmyslu a disponujeme speciálními znalostmi v oblasti tribologie a mazání v suchých, bezkyslíkových atmosférách, jako je vakuum a čistý dusík. Díky tomu jsme schopni realizovat spolehlivá a ekonomická řešení i pro náročné úkoly,“ zdůrazňuje Elger Matthes a doplňuje: „Tři kompetenční centra skupiny Steinmeyer – pohonová technika, polohovací technika a přesná měřicí technika – spojují široké spektrum služeb. Tak můžeme efektivně využívat synergie a rychle a jednoduše realizovat specifické požadavky zákazníků.“ Společný vývoj DUV polarizačního filtru je toho nejlepším příkladem.