11.05.2022 – Kategorie: Komponenten & Systeme

Miniatur-Kugelgewindetriebe: UV-Belichtungsmasken präzise positionieren

Miniatur-Kugelgewindetriebe für Dreiachs-MaskensystemQuelle: 123RF/babar760

Die Miniatur-Kugelgewindetriebe erfüllen besonders hohen Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Vorspannung und Laufgüte in der Anwendung.

  • Die Steinmeyer Mechatronik GmbH hat in Kooperation mit der August Steinmeyer GmbH & Co. KG ein hochpräzises Positioniersystem für die Anwendung in trockener Stickstoffatmosphäre oder Vakuum entwickelt.
  • Das Maskensystem eignet für den Einsatz in der Standard- sowie hochauflösenden UV-Lithografie und 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 hohe Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Vorspannung und Laufgüte in der Anwendung erfüllen.

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 sehr präzisen Positioniersystem kommen geschliffene Miniatur-Kugelgewindetriebe mit einem Spindeldurchmesser von 12 mm von August Steinmeyer zum Einsatz.

Miniatur-Kugelgewindetriebe erfüllen hohe Anforderungen

Die Miniatur-Kugelgewindetriebe sind mit einer Flansch-Einzelmutter mit 4-Punkt-Kontakt, Einzelgangumlenkung und optional Keramikkugeln ausgestattet. Die hohe geometrische Qualität und Oberflächengüte der spielfrei vorgespannten Komponenten sorgen 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.

Positioniersystem von Steinmeyer Mechatronik für die feine XY-Theta-Ausrichtung von Belichtungsmasken mit bis zu 0.03 µrad. Bild: Steinmeyer Mechatronik

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 äußerst geringe Ausgasrate aufweist. Es wurde vom Anwender speziell für diesen Einsatz entwickelt und auf die Verwendung in vorgespannten Kugelgewindetrieben angepasst.

Optimal für Service und Wartung

Zur Wartung lassen sich die Belichtungsmasken seitlich aus der optischen Achse heraus in Service-Positionen fahren. Ein magnetisch vorgespannter Schnellwechselmechanismus sorgt bei Bedarf für einen schnellen und einfachen Austausch der Maske mit nur wenigen Handgriffen. Genauso unkompliziert gestaltet sich die Wartung der Motoren und Endlagensensoren, die als Wechselbaugruppe ausgeführt sind.

Miniatur-Kugelgewindetriebe
In dem Positioniersystem von Steinmeyer Mechatronik kommen geschliffene Miniatur-Kugelgewindetriebe von August Steinmeyer zum Einsatz.
Bild: August Steinmeyer

Für das aufwandsarme Einbinden in die Steuerung der Maschine unter Serienbedingungen muss man bei der Montage des Kugelgewindetriebs das vorgegebene Band des Leerlaufdrehmomentes mittels der Vorspannung genau einstellen. Das ist Voraussetzung für ein stabiles Tuning der Steuerung und senkt zudem die Stillstandzeiten im Wartungsfall. Denn im Falle des Austausches müssen die PID-Parameter nicht neu gefunden werden. 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. Das wiederum bildet die Voraussetzung für das Erreichen sehr kleiner Stellinkremente unterhalb von Mikrometern.

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

Bild oben: Drei-Achs-Maskensystem für den Einsatz in der Standard-, Elektronenstrahl- und hochauflösenden sowie automatisierten UV-Lithografie. Bild: 123RF/babar760

Weitere Informationen: https://www.steinmeyer.com/de/

Erfahren Sie hier mehr über ein Online-Tool für den passenden Kugelgewindetrieb.

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