Cleanzone 2017 informa sulle camere bianche per l'ottica moderna

Fiera di Francoforte Jean Luc Valentin

Impulsi fondamentali per la nostra vita mobile provengono dal settore del mondo digitale, delle tecniche di imaging e di elaborazione delle immagini. Che si tratti di guida autonoma, di consegna di pacchi tramite drone o di esplorazione spaziale – una condizione essenziale per gli sviluppi futuri in questi campi consiste in sistemi ottici ad alta risoluzione. La precisione richiesta può essere garantita solo attraverso la produzione in ambienti sterili. Come devono essere progettati gli ambienti sterili per soddisfare le esigenze attuali della moderna ottica, lo mostrano i produttori alla fiera Cleanzone dedicata agli ambienti sterili, martedì/mercoledì, 17. + 18. 10.2017, a Francoforte sul Meno.

Gli esempi citati rappresentano la realizzazione di sogni: l’auto diventa molto più sicura e confortevole in un modo completamente nuovo. Tuttavia, per imitare e superare le prestazioni dell’occhio umano, sono necessici sistemi ottici di sensibilità e dettaglio mai visti prima, dove anche le più piccole impurità causano disturbi al sistema. Questo è già importante in compiti quotidiani apparentemente semplici, come ad esempio nel traffico stradale. Molti oggetti in movimento rendono questa scena complessa e visibile solo con ottiche di precisione. Un altro esempio è il telescopio spaziale E-ELT in Cile ("European Extremely Large Telescope"). Uno specchio principale, due specchi di correzione – e poi devono essere compensate anche le distorsioni della luce dallo spazio attraverso la Terra, causate da minime deformazioni della superficie degli specchi, che si attestano nell’ordine di grandezza di decimillesimi di millimetro.

La sfida per il futuro: la tecnologia a 7 nanometri

Anche la progettazione olistica diventa più importante. Infatti, mentre in passato gli ottici venivano progettati e prodotti separatamente, oggi i produttori devono affrontare anche il compito successivo, che consiste nel correggere i difetti di ogni ottica. Così, i singoli raggi di un fascio di raggi dopo aver attraversato un sistema ottico non si incontrano esattamente in un punto (Aberrazione); si aggiungono distorsioni, aberrazioni di immagine o errori di colore. Tecnicamente, la rappresentazione perfetta di un oggetto spazialmente esteso è possibile solo con specchi piani (James Clerk Maxwell, 1858; Constantin Carathéodory, 1926). Considerando l’hardware successivamente utilizzato, ora deve essere progettato un software adeguato che compensi i suddetti errori. E l’intero sistema non deve essere troppo voluminoso, perché anche un’auto offre solo uno spazio limitato per elettronica e ottica.

Per quanto riguarda l’ottica, vale soprattutto una cosa: sia nella produzione di lenti che nelle fasi successive, le impurità devono essere evitati con la massima attenzione. Ciò riguarda, ad esempio, la colla ("bonding") di più lenti o di una lente e di un sensore. Nella produzione di chip, si entra rapidamente nel campo della tecnologia a 7 nanometri, secondo queste specifiche. Si tratta di una forma di litografia con la particolarità che vengono impiegate lunghezze d’onda nella regione spettrale dell’ultravioletto estremo e le strutture vengono create sotto vuoto. Qui si producono ambienti miniaturizzati di classe 1, ad esempio di otto metri cubi. Strutture di sette nanometri corrispondono a cinque atomi di carbonio messi in fila. Per la tecnologia degli ambienti sterili, ciò significa: già le impurità di dimensioni molecolari sono al centro dell’attenzione. Queste includono sia le impurità molecolari trasportate dall’aria (AMC, "airborne molecular contamination") sia le contaminazioni molecolari delle superfici (SMC, "surface molecular contamination").

Inquinanti negli ambienti sterili

In ottica ed elettronica, ad esempio, l’ammoniaca può disturbare sensibilmente il processo di produzione. Può provenire, tra l’altro, dal personale o da solventi contenenti isopropilalcool. I processi di incollaggio e di cottura reagiscono in modo sensibile a sostanze gassose come cloro e tetrabromuro di silicio (SiBr4). Tra i noti "inquinanti negli ambienti sterili" ci sono anche, tra gli altri, l’acetone (fonte: personale), l’acido bromidrico e l’acido cloridrico, l’acqua e l’acido solforico (fonte: processo), il solvente PGMEA (propilene glicole monometile etere acetato), l’agente di silylazione HMDS ( esametililidisilazano) e il TEOS (tetraetilortosilicato), impiegato nei processi Sol-Gel.

Mentre queste sostanze possono essere rilevate analiticamente, il monitoraggio di idrocarburi, epoxi e silossani ubiquitari trasportati dall’aria rappresenta un tema di ricerca nel settore aerospaziale, microelettronico e ottico.

Nuovi approcci per sistemi di monitoraggio chimico-analitici

"La misurazione di queste tre classi di sostanze – idrocarburi, epoxi e silossani – si è rivelata molto difficile ed è ancora insoddisfacente", riassume Markus Thamm, responsabile vendite e marketing di cleanroom.de, Heidelberg. "Tuttavia, ci sono approcci promettenti che, a mio avviso, potrebbero portare a risultati già entro quest’anno. Per me è fondamentale non solo rilevare i valori puntuali, ma stabilire un sistema di monitoraggio continuo per le tre classi di sostanze."

Oltre alle possibili impurità chimiche durante il funzionamento, è importante rilevare anche errori meccanici nel controllo qualità. "Per farlo, dobbiamo misurare le superfici di sistemi complessi di lenti o wafer e rilevare particelle e graffi di dimensioni ben inferiori ai 100 nanometri", afferma Volker Knorz, KLA-Tencor, Weilburg. "Anche questo fa parte delle condizioni per un’ottica da impiegare in veicoli autonomi o in astronavi."

Una visita mirata alla fiera Cleanzone nell’ottobre 2017 permette di aggiornarsi sulle più recenti tecnologie degli ambienti sterili, di fondamentale importanza per il settore in crescita "ottica". Forse, durante la visita alla fiera, qualcuno si avvicinerà anche un po’ di più al viaggio nello spazio.