Dalla vite al gruppo assemblato

Il filtro polarizzatore è stato sviluppato da Steinmeyer appositamente per la litografia DUV. (Copyright: stock.adobe.com/IM Imagery, numero 560372105)

A un'altezza di appena 15 mm sono alloggiati tre filtri piani, che possono essere spostati nel percorso del raggio dell'impianto ottico e sono indipendenti tra loro nella posizione. (Copyright: Steinmeyer Gruppe)

Soluzione di posizionamento ultracompatta e ad alta precisione per l'esposizione dei wafer in un'atmosfera di azoto secco e priva di ossigeno. (Copyright: Immagine: Steinmeyer Gruppe)

La combinazione di acciaio inossidabile non arrugginito (vite) e il polimero ad alte prestazioni PEEK (madre) consente una capacità di scorrimento ottimale, dissipazione del calore e stabilità meccanica nell'azoto ultra-secco. (Copyright: Feinmess Suhl GmbH)

Il filetto a vite a ricircolo di sfere ha un diametro di vite di 3 mm e una lunghezza di vite di 112 mm, ed è quindi uno dei più piccoli sul mercato con questa precisione. (Copyright: Steinmeyer Gruppe)

Quando si tratta di soluzioni di posizionamento altamente specializzate e su misura per il cliente, Steinmeyer è l'unico punto di riferimento. Anche nell'industria dei semiconduttori, la sede di Dresda nel "Silicon Saxony" è ormai considerata l'Eldorado per l'Impossible, poiché i Sassoni, come il più grande centro ICT/microelettronica d'Europa, affrontano con successo anche le sfide più impegnative. Un esempio emblematico della loro elevata competenza in soluzioni è il filtro di polarizzazione complementare per la miniaturizzazione e l'automazione nella litografia DUV. Il modulo combina l'expertise e l'esperienza del gruppo internazionale Steinmeyer e stabilisce nuovi standard in termini di compattezza, affidabilità e bassa produzione di particelle. È un'arte dell'ingegneria di altissimo livello.

I sistemi di posizionamento nell'industria dei semiconduttori pongono elevate esigenze di purezza, affidabilità, durata, facilità di manutenzione, precisione e spesso richiedono un engineering personalizzato. Spesso si tratta di requisiti molto specifici, vicini ai limiti del possibile. Rendere possibile l'impossibile? Per Steinmeyer, non è un problema! Il gruppo Steinmeyer può contare su un know-how concentrato con oltre 400 anni di esperienza complessiva in tecnologia di azionamento, posizionamento e misurazione di precisione. Questa competenza unica in sviluppo, soluzioni e produzione porta a risultati eccezionali, senza pari nel settore. La sede di Dresda si distingue tra i principali produttori mondiali di soluzioni di posizionamento di altissima precisione per sistemi ottici e meccanici di precisione, ed è particolarmente rinomata come specialista in realizzazioni su misura.

Filtro di polarizzazione complementare per la litografia DUV

Un esempio emblematico della forte capacità innovativa del gruppo Steinmeyer è la soluzione di posizionamento ultracompatta e altamente precisa per l'esposizione di wafer in un'atmosfera di azoto secco e privo di ossigeno. Si tratta di un filtro di polarizzazione complementare per la miniaturizzazione e l'automazione nella litografia DUV. "La litografia DUV utilizza luce ultravioletta profonda con lunghezze d'onda di 193 o 248 nm e permette strutture molto piccole nei microchip", spiega Elger Matthes, responsabile sviluppo e gestione prodotti di Steinmeyer Mechatronik, e aggiunge: "Il nostro compito era sviluppare un'unità filtro retrofit per adattare le proprietà ottiche del raggio luminoso per un wafer-stepper", e continua: "Poiché il modulo era concepito come un optional da integrare in una macchina esistente, avevamo a disposizione pochissimo spazio. Altre richieste includevano percorsi di regolazione minimi, stabilità a macchina ferma – l'impostazione doveva essere cambiata solo ogni pochi minuti – e specifiche sulla velocità, ripetibilità e durata."

Modulo compatto, altamente preciso e a funzionamento a secco

Il filtro di polarizzazione realizzato dal gruppo Steinmeyer è estremamente compatto, con dimensioni di circa 120 x 180 x 31 mm. In un'altezza di appena 15 mm sono inseriti tre filtri piani, che possono essere spostati lungo il percorso del raggio ottico e sono posizionabili indipendentemente l’uno dall’altro. La posizione relativa tra i tre filtri determina la proprietà di filtraggio desiderata. Il movimento avviene tramite vite a ricircolo di sfere (corsa di 75 mm) e motori DC a commutazione elettronica. Ogni filtro dispone di un proprio sistema di azionamento, protetto contro i raggi DUV da una lamiera di acciaio. Il sistema funziona a secco, garantisce precisioni fino a 1,5 µm e può operare in modo affidabile e senza manutenzione 24/7 per molte migliaia di cicli di posizionamento (distribuiti su 10 anni).

Scelta dei materiali come sfida

Per applicazioni nei semiconduttori, la selezione dei materiali rappresenta una sfida particolare. Sono richiesti superfici lisce, bassa emissività di gas e, naturalmente, minima formazione di particelle. Solo alcuni materiali, componenti e lubrificanti soddisfano questi requisiti. Spesso l'uso di lubrificanti liquidi è impossibile – come nel caso specifico. Elger Matthes evidenzia anche un altro aspetto: "In azoto ultra-secco, in cui il modulo deve essere operato, si verificano effetti tribologici simili a quelli del vuoto elevato. Coefficienti di attrito superiori a 1 sono la norma. Questo restringe ulteriormente la gamma di materiali, specialmente se si vogliono ottenere buone proprietà di scorrimento e una durata utile ragionevole del sistema a vite."

Vite di precisione a basso contenuto di particelle di Feinmess Suhl

Per la vite di precisione è stata scelta una combinazione di acciaio inossidabile non arrugginente (filetto) e il polimero ad alte prestazioni PEEK (madre), arricchito con agenti lubrificanti. Questa innovativa coppia di materiali permette, anche in condizioni ambientali estreme come la litografia DUV, un'ottima scorrevolezza, dissipazione del calore e stabilità meccanica. "Grazie alla sua struttura molecolare, PEEK è molto stabile chimicamente e fisicamente. Il polimero ad alte prestazioni ha valori di emissività molto bassi ed è considerato la scelta ideale per applicazioni esigenti nell'industria dei semiconduttori", afferma Detlef Rode, responsabile sviluppo di Feinmess Suhl. "Abbiamo ovviamente dimostrato la fattibilità del materiale, garantendo al cliente la certezza assoluta sulla fattibilità tecnica." Il sistema funziona senza lubrificanti liquidi, rendendolo ideale per funzionamenti a secco fino a classi di cleanroom ISO3 e a pressioni di 10E-9 mbar.

La coppia di materiali PEEK e acciaio inossidabile del sistema a vite di scorrimento si ritrova anche nel sistema di guida. Le scanalature di guida a V sono in acciaio inossidabile, mentre i elementi di scorrimento, ovvero i cuscinetti, sono in PEEK. Parti in alluminio sono rivestite con uno strato di anodizzazione UV-absorbente.

Competenze di sviluppo e produzione uniche

La vite di scorrimento a basso contenuto di particelle è stata sviluppata appositamente dal sito Feinmess Suhl per l'applicazione specifica. Con un diametro di appena 3 mm e una lunghezza di 112 mm, è tra le più piccole sul mercato di questa precisione. "Le viti a ricircolo di sfere sono ideali per il filtro di polarizzazione DUV. La loro dimensione è fondamentale, perché queste piccole viti a funzionamento a secco non sono ancora realizzabili con la tecnologia attuale", spiega Detlef Rode. Inoltre, la vite di scorrimento (dimensione M3x1P0.5, passo di 1 mm, carico di 2 N) offre altri vantaggi: è di costruzione semplice, estremamente robusta, caratterizzata da alta rigidità, precisione di forma e dimensioni, e bassa usura. Un ulteriore vantaggio è la capacità di auto-bloccaggio: la posizione del dado sulla vite è mantenuta dalla forza di attrito statico, senza bisogno di componenti di blocco separati. Questo è ideale per esigenze di stabilità elevate su lunghi periodi. Poiché i tre filtri del modulo si muovono raramente e, quando lo fanno, solo lentamente, questa soluzione si adatta perfettamente. Feinmess Suhl utilizza per la produzione di viti a ricircolo di sfere a funzionamento a secco il processo di rollatura o laminazione del filetto, un metodo privo di truciolo che forma il filetto tramite deformazione a freddo. Il risultato è una superficie di alta qualità a un prezzo molto competitivo.

Compatto, preciso, a funzionamento a secco, affidabile, durevole, a bassa manutenzione: il filtro di polarizzazione soddisfa al 100% le elevate esigenze della litografia DUV. La vite di scorrimento si è rivelata il cuore del progetto durante sviluppo e progettazione, rendendo possibile la compattezza complessiva. "Abbiamo sviluppato questa vite per un progetto cliente specifico, ma naturalmente anche altre applicazioni di alta gamma nell'industria dei semiconduttori beneficiano delle sue caratteristiche uniche. La vasta gamma di opzioni permette personalizzazioni su misura", sottolinea Detlef Rode.

Ampia gamma di soluzioni di azionamento

Lo sviluppo di viti a ricircolo di sfere personalizzate è una delle competenze principali di Feinmess Suhl. Con la August Steinmeyer, il gruppo Steinmeyer dispone anche di un partner esperto nello sviluppo e produzione di viti a ricircolo di sfere di alta precisione. Con appositi lubrificanti speciali e rivestimenti, queste possono essere impiegate anche nell'industria dei semiconduttori. La scelta della tecnologia più adatta – vite a ricircolo di sfere con lubrificazione a secco o vite a ricircolo di sfere con lubrificazione liquida – dipende dalle esigenze applicative ed è valutata singolarmente dai specialisti Steinmeyer per ogni caso specifico.

Partner richiesto dall'industria dei semiconduttori

Sia per manipolazione, ispezione o montaggio, sia per posizionamenti HV, UHV o EUV: grazie alla sua ampia competenza tecnologica, alla vasta esperienza ingegneristica, alla profonda comprensione delle applicazioni e alla lunga esperienza, Steinmeyer Mechatronik è un partner molto richiesto nella progettazione, sviluppo e produzione di soluzioni di posizionamento avanzate per la produzione di wafer e chip. I sistemi collaudati vengono personalizzati in base alle specifiche esigenze applicative – dal laboratorio di test fino alla fabbrica di semiconduttori automatizzata, fino a ISO 14644-1 classe 1. Tutti i componenti di produzione sono progettati per il vuoto e sottoposti a pulizia speciale dopo la produzione. Il montaggio avviene in una camera bianca certificata di classe ISO 6. Capacità variabili di camere bianche superiori a 3.900 m2 garantiscono un'eccellente flessibilità. Un imballaggio conforme alle norme di cleanroom, con riempimento di azoto inerte, protegge il prodotto finito durante il trasporto.

"Abbiamo decenni di esperienza nella progettazione e produzione di sistemi di posizionamento per applicazioni nei semiconduttori e possediamo competenze specializzate in tribologia e lubrificazione in atmosfere secche e prive di ossigeno come il vuoto e l'azoto puro. Questo ci permette di realizzare soluzioni affidabili ed economiche anche per compiti sfidanti", sottolinea Elger Matthes, e aggiunge: "I tre centri di competenza di Steinmeyer – tecnologia di azionamento, tecnologia di posizionamento e tecnologia di misurazione di precisione – offrono un'ampia gamma di servizi. In questo modo, possiamo sfruttare al massimo le sinergie e realizzare rapidamente e senza complicazioni richieste specifiche dei clienti". Lo sviluppo congiunto del filtro di polarizzazione DUV è il miglior esempio di questa capacità.