Cleanzone 2017 tájékoztat a modern optika tisztatérjeiről

Messe Frankfurt Jean Luc Valentin

Alapvető impulzusok a mobil életünk számára a digitális világból, a képalkotó és képfeldolgozó eljárások területéről származnak. Legyen szó önvezető autózásról, postacsomag drónnal történő kézbesítéséről vagy űrkutatásról – a jövőbeni fejlesztések egyik alapfeltétele a nagy felbontású optikai rendszerek megléte. A szükséges precizitás csak tisztatéri környezetben gyártható le. Ahogy a modern optikának meg kell felelnie a jelenlegi követelményeknek, azt a gyártók a Cleanzone tisztatéri kiállításon mutatják be Frankfurt am Mainban, 2017. október 17-18-án.

A felsorolt példák az álmok megvalósítását jelentik: az autó sokkal biztonságosabbá és kényelmesebbé válik egy teljesen új módon. Azonban ahhoz, hogy az emberi szem teljesítményét utánozni és meg is haladni tudjuk, olyan optikákra van szükség, amelyek soha nem látott érzékenységgel és részletességgel működnek, ahol a legkisebb szennyeződések is zavarokat okozhatnak a rendszerben. Ez már a mindennapi, így vélt egyszerű feladatok esetében is fontos, például közlekedésben. Sok mozgó objektum teszi lehetővé, hogy ez a komplex eseménysor csak precíziós optikákkal legyen érzékelhető. Egy másik példa a chilei E-ELT űrtávcső („European Extremely Large Telescope”). Egy fő tükör, két korrekciós tükör – és még a fény torzulásait is ki kell kompenzálni a Föld légkörén keresztül, minimális görbülésekkel, amelyek tízezred milliméteres nagyságrendűek.

Jövő kihívása: a 7 nanométeres technológia

Az átfogó tervezés is egyre fontosabbá válik. Míg korábban az optikákat külön tervezték és gyártották, ma a gyártóknak ugyanilyen fontos megoldaniuk a következő feladatot: minden optikának bizonyos hibái vannak. Így a sugarak egy optikai rendszeren való áthaladás után nem pontosan egy pontban találkoznak újra (aberáció); emellett torzulások, képeltérések vagy színhiba is előfordulhatnak. Szigorúan véve egy térben kiterjedt tárgy tökéletes leképezése csak sík tükrökön lehetséges (James Clerk Maxwell, 1858; Constantin Carathéodory, 1926). Figyelembe véve a később alkalmazott hardvert, megfelelő szoftvert kell tervezni, amely kompenzálja ezeket a hibákat. És az egész rendszer nem lehet túl nagy, mert még egy autóban is korlátozott hely áll rendelkezésre az elektronika és az optika számára.

Az optikák esetében mindenekelőtt az a fontos: mind a lencsék gyártásánál, mind a későbbi lépések során szigorúan kerülni kell a szennyeződéseket. Ez például a több lencse vagy a lencse és érzékelő ragasztásánál („bonden”) is így van. A chipgyártásban ezek a szigorú követelmények gyorsan elérik a jelenlegi 7 nanométeres technológia határait. Ez egy olyan litográfiai módszer, amelyben az ultraibolya spektrum tartományába eső hullámhosszakat használnak, és a struktúrákat vákuumban hozzák létre. Ezért tisztatéri környezetben, például nyolc köbméteres mini-környezetekben dolgoznak. A hét nanométeres struktúrák öt egymás mellett elhelyezett szénatomnak felelnek meg. A tisztatéri technológiának ez azt jelenti: már a molekuláris szennyeződések kerülnek a fókuszba. Ide tartoznak a levegőben szálló molekuláris szennyeződések (AMC, „airborne molecular contamination”) és a felületi molekuláris szennyeződések (SMC, „surface molecular contamination”).

Szennyező anyagok a tisztatérben

Az optikában és az elektronikában például az ammónia érzékenyen befolyásolhatja a gyártási folyamatot. Ez többek között személyzettől vagy izopropil-alkoholt tartalmazó oldószerektől származhat. A ragasztási és kemencés folyamatok érzékenyen reagálnak a gázképző anyagokra, mint például klór vagy szilícium-tetrabromid (SiBr4). A „tisztatéri szennyező anyagok” közé tartozik továbbá az aceton (forrás: személyzet), a hidrogén-bromid és a hidrogén-klorid, a víz és a kénsav (forrás: folyamat), a PGMEA oldószer (propilénglikol-monometil-éter-acetát), a szilírozószer HMDS (hexametildisilazan) és a Sol-Gel folyamatokban használt TEOS (tetril-alkil-ortoszilát).

Míg ezeket az anyagokat analitikus módszerekkel fel lehet mérni, a levegőben szálló szénhidrogének, epoxidok és a szinte mindenütt jelen lévő sziloxánok monitorozása kutatási téma a légi-, űrkutatásban, mikroelektronikában és az optikában.

Új megközelítések kémiai-analitikus monitorozó rendszerekhez

„Pontosan ezeknek a három anyagcsoportnak – szénhidrogének, epoxidok és sziloxánok – a méréstechnikai felvétele nagyon nehéznek bizonyult, és jelenleg sem kielégítően megoldott” – összegzi Markus Thamm, aki a cleanroom.de, Heidelberg értékesítésért és marketingért felelős. „Vannak azonban reményt keltő megközelítések, amelyek szerintem még ebben az évben eredményeket hozhatnak. Fontos számomra, hogy ne csak pontszerű értékeket mérjünk, hanem egy folyamatos monitorozó rendszert alakítsunk ki a három anyagcsoport számára.”

A működés közbeni esetleges kémiai szennyeződések mellett a minőségellenőrzés során mechanikus hibákat is fel kell ismerni. „Ehhez meg kell mérnünk komplex lencseszintek vagy waferek felületét, és a részecskéket, karcolásokat tíz nanométernél kisebb méretben is érzékelni kell” – hangsúlyozza Volker Knorz, a KLA-Tencor, Weilburg. „Ez is része az autonóm járművek vagy űrhajók optikáinak feltételeinek.”

Egy célzott körséta a Cleanzone kiállításon 2017 októberében bemutatja a látogatónak a tisztatéri technológia legújabb eredményeit, amelyek alapvető fontosságúak a „Optika” növekedési ágazat számára. Talán néhányan a kiállítás során egy kicsit közelebb kerülnek az űrutazáshoz is.