Miniature filets de vis à billes en vide ou en atmosphères d'azote

Système de masque à trois axes pour une utilisation dans la lithographie standard, à faisceau d'électrons, à haute résolution ainsi qu'en automatisation. (Photo : August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

Dans le système de positionnement de Steinmeyer Mechatronik, des micro-écrous à billes usinés sont utilisés, fabriqués par August Steinmeyer. (Photo : August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

Système de positionnement de Steinmeyer Mechatronik pour l'alignement précis XY-Theta des masques d'exposition avec une précision jusqu'à 0,03 µrad. (Photo : August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

La société Steinmeyer Mechatronik GmbH a développé, en collaboration avec August Steinmeyer GmbH & Co. KG, un système de positionnement de haute précision pour une utilisation dans une atmosphère d'azote sec ou sous vide. Le système de masquage est idéal pour une utilisation en lithographie UV standard ainsi qu'en haute résolution, permettant un alignement très précis XY-Theta des masques d'exposition avec une précision allant jusqu'à 0,03 µrad. Il utilise des vis à billes miniatures en Albstadt, répondant à des exigences très strictes en matière de régularité de la précontrainte et de durée de fonctionnement.

Les trois axes linéaires du système de positionnement sont construits selon une cinématique parallèle : deux axes verticaux dans la direction X et un axe transversal dans la direction Y. Les deux axes verticaux permettent, lors de leur mouvement simultané, un déplacement vertical, et lors de leur mouvement en sens inverse, une rotation. Il est ainsi possible d'obtenir un positionnement linéaire et rotatif extrêmement précis des masques, jusqu'au niveau du sous-micromètre.

Vis à billes répondant à des exigences élevées

Dans ce système de positionnement très précis, des vis à billes miniatures usinées avec un diamètre de 12 mm, provenant d'August Steinmeyer, sont utilisées. Elles sont équipées d'une écrou à bride simple avec contact à 4 points, d'une inversion de filetage individuelle, et optionnellement de billes en céramique. La haute qualité géométrique et la finesse de surface des composants précontraints sans jeu assurent un mouvement parfaitement fluide en utilisation et permettent des micro-mouvements très précis. Les modules sont soumis à un contrôle en série proche de l'application avant livraison. La durée de vie a été vérifiée dans une atmosphère d'azote sec et sous vide.

L'utilisation dans une atmosphère d'azote sec ou sous vide nécessite la sélection de matériaux et lubrifiants spécifiques. Le vis à billes utilise donc de l'acier inoxydable durci. Pour minimiser la radiation dispersée, toutes les pièces structurelles du système de masquage sont également recouvertes d'un anodisage optimisé pour l'absorption UV. L'utilisation sous lumière ultraviolette interdit également les hydrocarbures pour les composants et modules du système de masquage à trois axes. Par conséquent, un lubrifiant basé sur des composés fluorés, très stable chimiquement et physiquement, est utilisé. Il ne montre aucune dégradation sous rayonnement UV et possède un taux de dégazage extrêmement faible. Développé spécifiquement par l'utilisateur pour cette application, il a été adapté à l'utilisation dans des vis à billes précontraintes.

Idéal pour la maintenance et le service

Pour la maintenance, les masques d'exposition peuvent être déplacés latéralement hors de l'axe optique vers des positions de service. Un mécanisme de changement rapide à précontrainte magnétique permet, en cas de besoin, un échange rapide et simple du masque en quelques gestes. La maintenance des moteurs et des capteurs de fin de course, conçus comme des modules interchangeables, est tout aussi simple.

Pour une intégration sans effort dans la commande de la machine en conditions de série, il est nécessaire de régler précisément le couple de marche libre prévu lors du montage du vis à billes, via la précontrainte. Cela constitue une condition préalable à un réglage stable du contrôle, réduisant les temps d'arrêt en cas de maintenance, car lors du remplacement, il n'est pas nécessaire de recalibrer les paramètres PID. La stabilité ainsi atteinte sur la durée de vie augmente également la fiabilité opérationnelle, puisque la commande du moteur fonctionne toujours dans une plage optimale, ce qui est essentiel pour atteindre des micro-mouvements très précis, inférieurs au micromètre.

Le système de positionnement est disponible en plusieurs parcours adaptés à différentes tailles de masques et peut également être personnalisé selon les applications. Il peut être fourni en version salle blanche ou sous vide. Des exemples d'applications incluent l'exposition de semi-conducteurs, mais aussi l'inspection de masques.