Cleanzone 2017 informuje o czystych pomieszczeniach dla nowoczesnej optyki

Messe Frankfurt Jean Luc Valentin

Ważne impulsy dla naszego mobilnego życia pochodzą z dziedziny świata cyfrowego, obrazowania i przetwarzania obrazów. Czy to autonomiczna jazda samochodem, przesyłka pocztowa za pomocą drona, czy eksploracja kosmosu – kluczowym warunkiem przyszłych rozwiązań w tych dziedzinach są systemy optyczne o wysokiej rozdzielczości. Wymagana precyzja może być zapewniona tylko poprzez produkcję w czystych pomieszczeniach. Jak pomieszczenia czyste muszą być zaprojektowane, aby sprostać obecnym wymaganiom nowoczesnej optyki, pokażą producenci na targach czystościowych Cleanzone we wtorek/środę, 17. + 18.10.2017, we Frankfurcie nad Menem.

Podane przykłady symbolizują spełnienie marzeń: samochód stanie się znacznie bezpieczniejszy i bardziej komfortowy na zupełnie nowy sposób. Jednak aby naśladować i przewyższyć wydajność ludzkiego oka, potrzebne są optyki o niespotykanej czułości i ostrości szczegółów, przy czym najmniejsze zanieczyszczenia mogą zakłócać działanie systemu. Ma to znaczenie już w codziennych i pozornie prostych zadaniach, takich jak ruch drogowy. Wiele poruszających się obiektów czyni ten proces złożonym i możliwym do uchwycenia tylko za pomocą precyzyjnych optyk. Kolejnym przykładem jest teleskop kosmiczny E-ELT w Chile („European Extremely Large Telescope”). Główny zwierciadło, dwa zwierciadła korekcyjne – i muszą jeszcze zrekompensować zniekształcenia światła z kosmosu, przechodzącego przez atmosferę Ziemi, które są minimalne i wynoszą rzędu dziesiątych tysięcznych milimetra.

Wyzwanie przyszłości: technologia 7 nanometrów

Również całościowa koncepcja staje się coraz ważniejsza. Bo podczas gdy wcześniej projektowano i produkowano optyki oddzielnie, dzisiaj producenci muszą rozwiązać kolejne zadanie: każda optyka ma swoje błędy. Tak więc promienie światła z wiązki nie zbiegają się dokładnie w jednym punkcie (aberracja); dochodzą do tego zniekształcenia, rozmycia obrazu czy błędy kolorów. Ściśle rzecz biorąc, idealne odwzorowanie przestrzennego obiektu możliwe jest tylko na płaskich zwierciadłach (James Clerk Maxwell, 1858; Constantin Carathéodory, 1926). Biorąc pod uwagę późniejszy hardware, musi zostać zaprojektowane odpowiednie oprogramowanie, które zrekompensuje te błędy. Cały system nie może być zbyt duży, ponieważ nawet samochód ma ograniczoną przestrzeń na elektronikę i optykę.

W przypadku optyki najważniejsze jest jedno: zarówno podczas produkcji soczewek, jak i w kolejnych etapach, zanieczyszczenia muszą być wykluczone z najwyższą starannością. Dotyczy to na przykład klejenia („bonding”) kilku soczewek lub soczewki i czujnika. W produkcji układów scalonych przy tych warunkach szybko osiąga się poziom najnowszej technologii 7 nanometrów. Jest to forma litografii, w której wykorzystywane są fale w zakresie ultrafioletowym, a struktury tworzone są w próżni. Wytwarza się je w czystości klasy 1, w mini-środowiskach o objętości na przykład ośmiu metrów sześciennych. Struktury o rozmiarze siedmiu nanometrów odpowiadają pięciu połączonym atomom węgla. Dla technologii czystych pomieszczeń oznacza to: nawet zanieczyszczenia na poziomie molekularnym stają się tematem zainteresowania. Do tego należą zarówno molekularne zanieczyszczenia powietrza (AMC, „airborne molecular contamination”), jak i powierzchniowe zanieczyszczenia molekularne (SMC, „surface molecular contamination”).

Zanieczyszczenia w czystym pomieszczeniu

W optyce i elektronice na przykład amoniak może poważnie zakłócić proces produkcji. Może pochodzić między innymi od personelu lub rozpuszczalników zawierających izopropanol. Procesy klejenia i wypalania są wrażliwe na wydzielające się substancje, takie jak chlor czy tetrabromek krzemu (SiBr4). Do znanych „zanieczyszczeń czystych pomieszczeń” należą także między innymi aceton (źródło: personel), bromowodór i chlorowodór, woda oraz kwas siarkowy (źródło: proces), rozpuszczalnik PGMEA (propylenglikolmonometyloeter octan), środek do silylacji HMDS (heksametylodisilazan) oraz TEOS (Tetraetylortokrzemian), stosowany w procesach sol-gel.

Podczas gdy te substancje można wykryć analitycznie, monitorowanie lotnych węglowodorów, epoksydów i siloksanów stanowi temat badań w dziedzinie lotnictwa, mikroelektroniki i optyki.

Nowe podejścia do chemiczno-analizacyjnych systemów monitorowania

„Szczególnie trudne okazało się pomiarowe wykrywanie tych trzech klas substancji – węglowodorów, epoksydów i siloksanów – i na razie nie zostało jeszcze rozwiązane w satysfakcjonujący sposób”, podsumowuje Markus Thamm, odpowiedzialny za sprzedaż i marketing w firmie cleanroom.de, Heidelberg. „Istnieją jednak obiecujące podejścia, które moim zdaniem mogą przynieść sukces jeszcze w tym roku. Dla mnie kluczowe jest nie tylko punktowe pomiar wartości, ale także ustanowienie systemu do ciągłego monitorowania tych trzech klas substancji.”

Oprócz potencjalnych chemicznych zanieczyszczeń podczas eksploatacji, konieczne jest wykrywanie błędów mechanicznych w kontroli jakości. „W tym celu musimy mierzyć powierzchnie złożonych układów optycznych lub wafli i wykrywać cząstki oraz zarysowania o rozmiarze znacznie poniżej 100 nanometrów”, stwierdza Volker Knorz, KLA-Tencor, Weilburg. „To także jest jednym z warunków do zastosowania optyki w autonomicznych pojazdach lub w statkach kosmicznych.”

Celowa wycieczka po targach Cleanzone w październiku 2017 roku pozwala odwiedzającym poznać najnowszy stan technologii czystych pomieszczeń, które mają kluczowe znaczenie dla rozwijającego się sektora „optyka”. Może się zdarzyć, że podczas wizyty na targach ktoś zbliży się do podróży w kosmos o krok bliżej.