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Miniaturkugelgewindetriebe in Vakuum oder Stickstoffumgebungen



Drei-Achs-Maskensystem für den Einsatz in der Standard-, Elektronenstrahl- und hochauflösenden sowie automatisierten UV-Lithografie

Präzises Positioniersystem für UV-Belichtungsmasken. Die Steinmeyer Mechatronik GmbH, Dresden, hat in Kooperation mit der August Steinmeyer GmbH & Co. KG, Albstadt, ein hochpräzises Positioniersystem für die Anwendung in trockener Stickstoffatmosphäre oder Vakuum entwickelt. Der Hersteller empfiehlt das Maskensystem für den Einsatz in der Standard- sowie hochauflösenden UV-Lithografie. Es ermöglicht eine sehr feine XY-Theta-Ausrichtung von Belichtungsmasken mit bis zu 0,03 µrad. Darin kommen Miniatur-Kugelgewindetriebe aus Albstadt zum Einsatz, die besonders hohen Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Vorspannung und Laufgüte in der Anwendung gerecht werden.

 

Die drei Linearachsen des Positioniersystems sind parallel-kinematisch aufgebaut: zwei vertikale Achsen in X-Richtung und eine quer in Y-Richtung. Die beiden vertikalen Achsen erzeugen bei gleichzeitiger Bewegung einen Vertikalhub und bei gegensinniger Bewegung eine Drehung. Somit ist eine hochpräzise lineare und rotatorische Positionierung der Masken bis in den Sub-Mikrometerbereich möglich.

 

In diesem Positioniersystem kommen geschliffene Miniatur-Kugelgewindetriebe mit einem Spindeldurchmesser von 12 mm von August Steinmeyer zum Einsatz. Diese sind mit einer Flansch-Einzelmutter mit 4-Punkt-Kontakt, Einzelgangumlenkung und optional Keramikkugeln ausgestattet. Wie der Hersteller erklärt, sorgen die hohe geometrische Qualität und Oberflächengüte der spielfrei vorgespannten Komponenten für einen idealen Gleichlauf in der Anwendung und ermöglichen kleinste Stellinkremente. Die Baugruppen durchlaufen vor der Auslieferung eine anwendungsnahe Serienprüfung. Die Lebensdauer wurde in trockener Stickstoffatmosphäre und Vakuum nachgewiesen.

 

Der Einsatz in trockener Stickstoffatmosphäre oder Vakuum erfordert die Auswahl spezieller Materialien und Schmierstoffe. Im Kugelgewindetrieb kommt daher härtbarer Edelstahl zum Einsatz. Zur Minimierung der Streustrahlung werden außerdem alle Strukturteile des Maskensystems mit einer für UV-Absorption optimierten Eloxal-Beschichtung versehen. Die Anwendung unter ultraviolettem Licht verbietet zudem Kohlenwasserstoffe für die Komponenten und Baugruppen des Drei-Achs-Maskensystems. Daher kommt ein auf Fluorverbindungen basierendes, chemisch und physikalisch sehr stabiles Schmiermittel zum Einsatz, dass unter ultravioletter Strahlung keine Degradation zeigt und eine geringe Ausgasrate aufweist. Es wurde vom Anwender speziell für diesen Einsatz entwickelt und auf die Verwendung in vorgespannten Kugelgewindetrieben angepasst.

 

Die Wartung gestaltet sich, wie das Unternehmen erklärt, unkompliziert. Für das aufwandsarme Einbinden in die Steuerung der Maschine unter Serienbedingungen muss bei der Montage des Kugelgewindetriebs das vorgegebene Band des Leerlaufdrehmomentes mittels der Vorspannung genau eingestellt werden. Das ist Voraussetzung für ein stabiles Tuning der Steuerung und senkt die Stillstandzeiten im Wartungsfall, da im Falle des Austausches die PID-Parameter nicht neu gefunden werden müssen. Durch die damit erreichte Stabilität der Laufeigenschaften über die Lebensdauer erhöht sich so auch die Betriebssicherheit, da die Motorsteuerung immer im optimal abgestimmten Bereich läuft, was wiederum die Voraussetzung für das Erreichen sehr kleiner Stellinkremente unterhalb von Mikrometern ist.

 

Das Positioniersystem ist in mehreren Verfahrwegen passend zu verschiedenen Maskengrößen erhältlich und kann zudem kundenspezifisch an die Anwendungen angepasst werden. Wahlweise sind Reinraum- oder Vakuum-Ausführung lieferbar. Applikationsbeispiele finden sich in Halbleiterbelichtern, aber auch bei der Inspektion von Masken.

 

August Steinmeyer GmbH & Co. KG

D-72458 Albstadt

www.steinmeyer.com