Miniaturas de engranajes helicoidales en vacío o entornos de nitrógeno

Sistema de máscara de tres ejes para su uso en litografía estándar, de haz de electrones y de alta resolución, así como automatizada. (Foto: August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

En el sistema de posicionamiento de Steinmeyer Mechatronik se utilizan husillos de bolas miniatura pulidos de August Steinmeyer. (Foto: August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

Sistema de posicionamiento de Steinmeyer Mechatronik para la alineación fina XY-Theta de máscaras de exposición con hasta 0.03 µrad. (Foto: August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

El sistema de posicionamiento mecatrónico Steinmeyer GmbH, en colaboración con August Steinmeyer GmbH & Co. KG, ha desarrollado un sistema de posicionamiento de alta precisión para su uso en atmósfera de nitrógeno seca o vacío. El sistema de máscaras es ideal para su empleo en litografía UV estándar y de alta resolución, permitiendo una alineación muy fina XY-Theta de máscaras de exposición con hasta 0.03 µrad. En él se utilizan husillos de bolas miniatura de Albstadt, que cumplen con requisitos muy estrictos en cuanto a la uniformidad de la pre-tensión y la calidad de rodadura en la aplicación.

Las tres ejes lineales del sistema de posicionamiento están construidos con cinemática paralela: dos ejes verticales en dirección X y uno transversal en dirección Y. Los dos ejes verticales generan, mediante movimiento simultáneo, un desplazamiento vertical y, en movimiento en sentido opuesto, una rotación. De este modo, es posible una posición lineal y rotacional de alta precisión de las máscaras, incluso en el rango submicrométrico.

El husillo de bolas cumple con altas exigencias

En este sistema de posicionamiento de gran precisión se emplean husillos de bolas miniatura rectificados con un diámetro de husillo de 12 mm de August Steinmeyer. Estos están equipados con una tuerca de brida individual con contacto en 4 puntos, desviación de marcha individual y, opcionalmente, bolas de cerámica. La alta calidad geométrica y la superficie de los componentes pre-tensados sin juego aseguran un movimiento uniforme ideal en la aplicación y permiten los más pequeños incrementos de ajuste. Los conjuntos se someten a una prueba de serie cercana a la aplicación antes de su entrega. La durabilidad ha sido demostrada en atmósfera de nitrógeno seca y en vacío.

El uso en atmósfera de nitrógeno seca o vacío requiere la selección de materiales y lubricantes especiales. Por ello, en el husillo de bolas se emplea acero inoxidable resistente. Para minimizar la radiación dispersa, todas las partes estructurales del sistema de máscaras están recubiertas con un anodizado optimizado para absorción UV. Además, la aplicación bajo luz ultravioleta prohíbe los hidrocarburos en los componentes y conjuntos del sistema de máscaras de tres ejes. Por ello, se emplea un lubricante basado en compuestos de flúor, químicamente y físicamente muy estable, que no muestra degradación bajo radiación ultravioleta y tiene una tasa de gases muy baja. Este lubricante ha sido desarrollado específicamente por el usuario para este uso y adaptado para su empleo en husillos de bolas pre-tensados.

Óptimo para servicio y mantenimiento

Para el mantenimiento, las máscaras de exposición pueden desplazarse lateralmente fuera del eje óptico a posiciones de servicio. Un mecanismo de cambio rápido, pre-tensado magnéticamente, permite un intercambio rápido y sencillo de la máscara con solo unos pocos movimientos manuales. El mantenimiento de los motores y sensores de final de carrera, que están diseñados como conjuntos intercambiables, es igualmente sencillo.

Para una integración sencilla en el control de la máquina en condiciones de producción en serie, durante el montaje del husillo de bolas debe ajustarse con precisión el rango especificado del par de marcha en vacío mediante la pre-tensión. Esto es un requisito previo para una sintonización estable del control y reduce los tiempos de parada en caso de mantenimiento, ya que en caso de reemplazo no es necesario volver a ajustar los parámetros PID. La estabilidad lograda en las propiedades de movimiento a lo largo de la vida útil también aumenta la seguridad operativa, ya que el control del motor siempre funciona en un rango óptimo, lo que a su vez es fundamental para alcanzar desplazamientos muy pequeños por debajo de micrómetros.

El sistema de posicionamiento está disponible en varias longitudes de recorrido, adaptadas a diferentes tamaños de máscaras, y puede personalizarse según las aplicaciones del cliente. Opcionalmente, se ofrece en versiones para ambientes limpios o en vacío. Ejemplos de aplicaciones incluyen la exposición de semiconductores y la inspección de máscaras.