Desde el husillo hasta el conjunto de construcción

El filtro de polarización ha sido desarrollado por Steinmeyer específicamente para la litografía DUV. (Derechos de autor: stock.adobe.com/IM Imagery, número 560372105)

A una altura de apenas 15 mm se encuentran tres filtros planos que se desplazan en la trayectoria del haz de la instalación óptica y que pueden posicionarse de forma independiente entre sí. (Derechos de autor: Steinmeyer Gruppe)

Solución de posicionamiento ultracompacta y de alta precisión para la exposición de obleas en atmósfera de nitrógeno seca y libre de oxígeno. (Derechos de autor: Imagen: Steinmeyer Gruppe)

La combinación de acero inoxidable no oxidante (husillo) y el plástico de alto rendimiento PEEK (tuerca) permite una movilidad óptima, disipación de calor y estabilidad mecánica en nitrógeno ultra seco. (Derechos de autor: Feinmess Suhl GmbH)

La transmisión de tornillo de avance tiene un diámetro de husillo de 3 mm y una longitud de husillo de 112 mm, y por ello se encuentra entre las más pequeñas en el mercado en esta precisión. (Derechos de autor: Steinmeyer Gruppe)

Cuando se trata de soluciones de posicionamiento altamente especializadas y personalizadas para clientes, Steinmeyer no tiene competencia. Incluso en la industria de semiconductores, la ubicación de Dresde en el "Silicon Saxony" ya es considerada un eldorado para lo que parece imposible, ya que los sajones dominan como el mayor centro de TIC/microelectrónica de Europa y enfrentan los desafíos más exigentes con gran destreza. Un ejemplo destacado de su alta competencia en soluciones es el filtro de polarización complementario para la miniaturización y automatización en litografía DUV. El conjunto combina la experiencia y conocimientos del grupo internacional Steinmeyer y establece estándares en cuanto a compacidad, fiabilidad y bajo nivel de partículas. Esto es ingeniería de primera.

Los sistemas de posicionamiento en la industria de semiconductores exigen altos estándares de pureza, fiabilidad, duración, facilidad de mantenimiento, así como precisión, y a menudo requieren ingeniería personalizada. No es raro que se trate de requisitos muy específicos, cercanos a los límites de lo posible. ¿Hacer posible lo imposible? ¡Para Steinmeyer, no hay problema! El grupo Steinmeyer puede aprovechar un conocimiento consolidado con más de 400 años de experiencia en tecnología de accionamiento, posicionamiento y medición de precisión. Esta competencia única en desarrollo, soluciones y fabricación conduce a resultados sobresalientes que no tienen igual en la industria. La ubicación de Dresde se encuentra entre los principales fabricantes mundiales de soluciones de posicionamiento de alta precisión para sistemas ópticos y mecánicos finos, y ha ganado renombre especialmente como especialista en soluciones personalizadas a medida.

Filtro de polarización complementario para litografía DUV

Un ejemplo destacado de la alta capacidad de innovación del grupo Steinmeyer es la solución de posicionamiento ultracompacta y de alta precisión para la exposición de obleas en una atmósfera de nitrógeno seca y libre de oxígeno. Se trata de un filtro de polarización complementario para la miniaturización y automatización en litografía DUV. "La litografía DUV utiliza luz ultravioleta profunda con longitudes de onda de 193 o 248 nm y permite estructuras muy pequeñas en microchips", explica Elger Matthes, desarrollo y gestión de productos en Steinmeyer Mechatronik, y añade: "Nuestra tarea fue desarrollar una unidad de filtro adicional para un escáner de obleas que permitiera ajustar las propiedades ópticas del haz de luz", y continúa: "Como el conjunto fue diseñado como un complemento opcional para integrarse en una máquina existente, disponíamos de muy poco espacio para su instalación. Otros requisitos eran desplazamientos mínimos, estabilidad en reposo —el ajuste solo debía cambiarse cada pocos minutos—, así como ciertas especificaciones en velocidad, repetibilidad y duración de vida."

Conjunto ultracompacto, de alta precisión y funcionamiento en seco

El filtro de polarización realizado por el grupo Steinmeyer tiene dimensiones de aproximadamente 120 x 180 x 31 mm, siendo extremadamente compacto. En una altura de apenas 15 mm, se alojan tres filtros planos que se desplazan en la trayectoria del haz en el sistema óptico y son independientes en su posicionamiento. La relación relativa entre los tres filtros determina la propiedad de filtrado deseada. La accionamiento se realiza mediante un tornillo de rosca lisa (recorrido de 75 mm) y motores de corriente continua con conmutación electrónica. Cada filtro cuenta con su propio sistema de accionamiento, protegido contra la radiación DUV con una lámina de acero. El sistema funciona en seco, permite precisiones de hasta 1,5 µm y ofrece un funcionamiento libre de mantenimiento y flexible, operando 24/7 durante miles de ciclos de ajuste (distribuidos en 10 años).

Desafío en la selección de materiales

En aplicaciones de semiconductores, la elección de materiales presenta un desafío especial. Se requieren superficies lisas, baja emisión de gases y, por supuesto, mínima generación de partículas. Solo ciertos materiales, componentes y lubricantes cumplen con estos requisitos. Muchas veces, no es posible usar lubricantes líquidos —como en el caso concreto—, y Elger Matthes también señala otro aspecto: "En nitrógeno ultra seco, en el que debe operarse el conjunto, se producen efectos tribológicos similares a los del vacío alto. Los coeficientes de fricción superiores a 1 son habituales. Esto limita aún más la selección de materiales, especialmente si se quieren obtener buenas propiedades de deslizamiento y una vida útil razonable para el tornillo de rosca".

Innovador tornillo de rosca de precisión con mínimo nivel de partículas de Feinmess Suhl

Para el tornillo de rosca, se eligió una combinación de acero inoxidable no oxidante (husillo) y el plástico de alto rendimiento PEEK (tuerca), enriquecido con aditivos lubricantes. Esta innovadora pareja de materiales permite, incluso en condiciones extremas en litografía DUV, un deslizamiento óptimo, disipación de calor y estabilidad mecánica. "Gracias a su estructura molecular, el PEEK es químicamente y físicamente muy estable. Además, el plástico de alto rendimiento tiene valores de emisión de gases muy bajos y es la opción ideal para aplicaciones exigentes en la industria de semiconductores", explica Detlef Rode, jefe de desarrollo en Feinmess Suhl. "Por supuesto, hemos realizado la prueba de concepto para la pareja de materiales, asegurando al cliente plena seguridad en la viabilidad". El sistema no requiere lubricantes líquidos y es, por tanto, ideal para funcionamiento en seco hasta la clase ISO3 y 10E-9 mbar en salas limpias.

La pareja de materiales PEEK y acero inoxidable del tornillo de rosca también se emplea en el sistema de guía. Así, las ranuras de guía en V hechas de acero inoxidable y los rodamientos —los elementos de deslizamiento— son de PEEK. Las piezas de aluminio están recubiertas con una capa de óxido de espiral ultravioleta absorbente.

Conocimiento único en desarrollo y fabricación

El tornillo de rosca de deslizamiento, con un nivel extremadamente bajo de partículas, fue desarrollado específicamente por Feinmess Suhl para la aplicación concreta. Con un diámetro de husillo de solo 3 mm y una longitud de 112 mm, es uno de los más pequeños en el mercado en esta precisión. "Los tornillos de rosca de deslizamiento son ideales para el filtro de polarización DUV. El tamaño es muy importante, ya que actualmente no es posible fabricar tornillos de bolas en seco tan pequeños con esta precisión", explica Detlef Rode. Además, el tornillo ofrece otras ventajas: su diseño es simple, muy robusto, con alta rigidez, precisión en forma y dimensiones, y bajo desgaste. Otra ventaja: los tornillos de rosca de deslizamiento tienen auto-bloqueo, es decir, la posición de la tuerca en el husillo se mantiene por fricción de adherencia. No se necesita un componente de bloqueo separado. Esto es ideal para requisitos de estabilidad prolongada. Como los tres filtros del conjunto se mueven rara vez y, cuando lo hacen, lentamente, esta característica encaja perfectamente. Feinmess Suhl utiliza en su fabricación el proceso de roscado por laminación, que genera la forma de la rosca mediante deformación en frío, sin remoción de material. El resultado es una superficie de alta calidad y una relación calidad-precio muy eficiente.

Pequeño, compacto, preciso, de funcionamiento en seco, fiable, duradero y de bajo mantenimiento: así cumple el filtro de polarización con el 100 % de los requisitos exigentes en litografía DUV. El tornillo de rosca de deslizamiento fue fundamental en su desarrollo y diseño, siendo el corazón del conjunto y permitiendo sus dimensiones reducidas. "Desarrollamos el tornillo de rosca para un proyecto específico de cliente, pero, por supuesto, otras aplicaciones de alta gama en tecnología de semiconductores también se benefician de las propiedades únicas del husillo. La variedad de opciones permite adaptaciones personalizadas", destaca Detlef Rode.

Amplio rango de opciones de accionamiento

El desarrollo de tornillos de rosca de deslizamiento personalizados es una de las competencias principales de Feinmess Suhl. La empresa August Steinmeyer, en el grupo Steinmeyer, también es un socio experimentado en el desarrollo y fabricación de tornillos de bolas de alta precisión. Con un recubrimiento y lubricación especiales, estos también pueden usarse en la industria de semiconductores. La tecnología adecuada —tornillo de rosca de deslizamiento con lubricación en seco o tornillo de bolas con lubricación líquida— depende finalmente de los requisitos de la aplicación, y los especialistas de Steinmeyer determinan la opción más adecuada para cada caso de forma individual.

Socio muy solicitado en la industria de semiconductores

Ya sea para manejo, inspección o montaje, ya sea en posicionamiento HV, UHV o EUV: gracias a su amplia competencia tecnológica, su experiencia en ingeniería, su profundo conocimiento de las aplicaciones y su gran experiencia, Steinmeyer Mechatronik es un socio muy solicitado en el diseño, desarrollo y fabricación de soluciones de posicionamiento avanzadas para la producción de obleas y chips. Los sistemas probados se adaptan de forma personalizada a los requisitos específicos de cada aplicación, desde laboratorios de pruebas hasta fábricas automatizadas de semiconductores, pasando por la norma ISO 14644-1 clase 1. Todas las piezas de fabricación se diseñan para vacío y se limpian por separado tras su producción. La montaje se realiza en una sala limpia certificada de clase ISO 6. Capacidad variable de salas limpias de más de 3.900 m² garantiza una flexibilidad extraordinaria. Un embalaje compatible con salas limpias, relleno con gas inerte de nitrógeno, protege el producto durante el transporte.

"Contamos con décadas de experiencia en el diseño y fabricación de sistemas de posicionamiento para aplicaciones en semiconductores y poseemos conocimientos especializados en tribología y lubricación en atmósferas secas, libres de oxígeno, como vacío y nitrógeno puro. Esto nos permite ofrecer soluciones confiables y rentables incluso para tareas desafiantes", enfatiza Elger Matthes, y añade: "Los tres centros de competencia de la tecnología de accionamiento, tecnología de posicionamiento y medición de precisión del grupo Steinmeyer reúnen un espectro de servicios increíblemente amplio. Así, podemos aprovechar sinergias de manera óptima y realizar rápidamente y sin complicaciones requisitos específicos de los clientes". El desarrollo conjunto del filtro de polarización DUV es el mejor ejemplo de ello.