Miniatuurkogelgewrichtstransmissies in vacuüm- of stikstofomgevingen

Drie-as-masking systeem voor gebruik in standaard-, elektronenstraal- en hoge-resolutie en geautomatiseerde UV-lithografie. (Foto: August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

In het positioneringssysteem van Steinmeyer Mechatronik worden geslepen miniatuur-kogelomwentetrieben van August Steinmeyer gebruikt. (Foto: August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

Positioneringssysteem van Steinmeyer Mechatronik voor de fijne XY-Theta-uitlijning van belichtingsmaskers met tot 0,03 µrad. (Foto: August Steinmeyer GmbH & Co. KG)

De Steinmeyer Mechatronik GmbH heeft in samenwerking met August Steinmeyer GmbH & Co. KG een uiterst nauwkeurig positioneringssysteem ontwikkeld voor gebruik in droge stikstofatmosfeer of vacuüm. Het maskersysteem is ideaal voor toepassing in standaard- en hoge-resolutie UV-lithografie en maakt een zeer fijne XY-Theta-uitlijning van belichtingsmaskers mogelijk met tot 0,03 µrad. Hierin worden miniatuur-kogelomloopspindels uit Albstadt gebruikt, die voldoen aan de hoge eisen aan de gelijkmatigheid van de voorbelasting en de loopnauwkeurigheid in de toepassing.

De drie lineaire assen van het positioneringssysteem zijn parallel-kinematisch opgebouwd: twee verticale assen in X-richting en één dwars in Y-richting. De twee verticale assen genereren bij gelijktijdige beweging een verticale heffing en bij tegengestelde beweging een rotatie. Zo is een uiterst precieze lineaire en roterende positionering van de maskers tot in het sub-micrometerbereik mogelijk.

Kogelomloopspindel voldoet aan hoge eisen

In dit zeer precieze positioneringssysteem worden geslepen miniatuur-kogelomloopspindels met een spindeldiameter van 12 mm van August Steinmeyer gebruikt. Deze zijn uitgerust met een flens-enkelfout, enkelgangsomkering en optioneel keramische kogels. De hoge geometrische kwaliteit en oppervlakteruwheid van de spelingvrije, voorbelaste componenten zorgen voor een ideaal gelijke loop in de toepassing en maken kleinste stelinkremente mogelijk. De modules ondergaan voorafgaand aan de levering een toepassingsgerichte seriecontrole. De levensduur is bewezen in droge stikstofatmosfeer en vacuüm.

Het gebruik in droge stikstofatmosfeer of vacuüm vereist de selectie van speciale materialen en smeermiddelen. Daarom wordt in de kogelomloopspindel roestvrij staal gebruikt dat beter bestand is. Om verstrooiing te minimaliseren, worden bovendien alle structuuronderdelen van het maskersysteem voorzien van een voor UV-absorptie geoptimaliseerde anodiseerlaag. Het gebruik onder ultraviolet licht verbiedt bovendien koolwaterstoffen voor de componenten en modules van het drievaks-maskersysteem. Daarom wordt een op fluorverbindingen gebaseerd, chemisch en fysisch zeer stabiel smeermiddel gebruikt dat onder UV-straling geen degradatie vertoont en een uiterst lage gasuitgassing heeft. Dit smeermiddel is door de gebruiker speciaal ontwikkeld voor deze toepassing en aangepast aan het gebruik in voorbelaste kogelomloopspindels.

Optimaal voor service en onderhoud

Voor onderhoud kunnen de belichtingsmaskers zijwaarts uit de optische as worden gereden naar serviceposities. Een magnetisch voorbelaste snelwisselmechanisme zorgt bij behoefte voor een snelle en eenvoudige vervanging van het masker met slechts enkele handgrepen. Evenzo is het onderhoud van de motoren en eindpositiesensoren, die als vervangbare module zijn uitgevoerd, zeer eenvoudig.

Voor de eenvoudige integratie in de besturing van de machine onder serietoestanden moet bij de montage van de kogelomloopspindel de voorgeschreven bandbreedte van het slipmoment nauwkeurig worden ingesteld via de voorbelasting. Dit is een vereiste voor een stabiele afstelling van de besturing en vermindert stilstandtijden bij onderhoud, omdat bij vervanging de PID-parameters niet opnieuw hoeven te worden vastgesteld. Door de hiermee bereikte stabiliteit van de loop-eigenschappen over de levensduur wordt ook de bedrijfszekerheid verhoogd, omdat de motoraandrijving altijd binnen het optimaal afgestemde bereik werkt, wat op zijn beurt de voorwaarde is voor het bereiken van zeer kleine stelinkremente onder de micro-meter.

Het positioneringssysteem is verkrijgbaar in meerdere verplaatsingswegen passend bij verschillende maskergroottes en kan bovendien klant-specifiek worden aangepast aan de toepassingen. Optioneel zijn cleanroom- of vacuüm-uitvoeringen leverbaar. Toepassingsvoorbeelden zijn te vinden in halfgeleiderbelichtingssystemen, maar ook bij de inspectie van maskers.