Der Konstrukteur 01/2025

AUTOMATISIERUNGSTECHNIKDr. Alexander Bromme,Geschäftsführer, Steinmeyer MechatronikVON DER SPINDEL BIS ZUMPOSITIONIERSYSTEMPRODUKTE UND ANWENDUNGENPositionierlösungen in der Halbleiterindustrie stellen hohe Ansprüche andie Reinheit, Zuverlässigkeit, Lebensdauer, Wartungsfreundlichkeit sowie Präzisionund erfordern oft ein kundenindividuelles Engineering. Nicht selten geht es dabeium sehr spezifische Anforderungen nah an den Grenzen des Machbaren.Das Unmögliche möglich machen? Für Steinmeyer keinProblem! Die Steinmeyer-Gruppe kann auf gebündeltesKnow-how mit insgesamt mehr als 400 Jahren Erfahrungin der Antriebs-, Positionier- und Präzisionsmesstechnikzurückgreifen. Diese einzigartige Entwicklungs-, LösungsundFertigungskompetenz führt zu herausragenden Ergebnissen,die branchenweit ihresgleichen suchen. Der Standort Dresdengehört dabei zu den weltweit führenden Herstellern von hochgenauenPositionierlösungen für optische und feinmechanischeSysteme und hat sich insbesondere als Spezialist für individuelleSonderanfertigungen einen Namen gemacht.POLARISATIONSFILTER FÜRDIE DUV-LITHOGRAFIEEin Paradebeispiel für die hohe Innovationskraft der Steinmeyer-Gruppe ist die ultrakompakte, hochpräzise Positionierlösung zurWafer-Belichtung in trockener, sauerstofffreier Stickstoff-Atmosphäre.Dabei handelt es sich um einen ergänzenden Polarisationsfilterfür die Miniaturisierung und Automatisierung in derDUV-Lithografie (Deep Ultra Vilolett Lithography). „Die DUV-Lithographienutzt tief-ultraviolettes Licht mit Wellenlängen von193 oder 248 nm und ermöglicht besonders kleine Strukturgrö-16 DER KONSTRUKTEUR 2025/01 www.derkonstrukteur.de

AUTOMATISIERUNGSTECHNIKHERAUSFORDERUNG MATERIALWAHLBei Halbleiteranwendungen stellt vor allem die Materialauswahleine Herausforderung dar. Gefordert sind glatte Oberflächen,eine geringe Ausgasung und natürlich eine minimale Partikelbildung.Oft ist die Verwendung flüssiger Schmierstoffe gar nichtmöglich – so auch im konkreten Anwendungsfall. Elger Matthesweist außerdem auf einen weiteren Aspekt hin: „Im ultra-trockenenStickstoff, in der die Baugruppe betrieben werden sollte, gibtes ähnliche tribologische Effekte wie im Hochvakuum. Reibwerteüber 1 sind die Regel. Das schränkt die Materialpalette zusätzlichein – insbesondere, wenn gute Gleiteigenschaften und eine sinnvolleLebensdauer des Gewindetriebes erzielt werden sollen.“ßen bei Mikrochips. Unsere Aufgabe war es, für einen Wafer-Stepper eine nachrüstbare Filtereinheit zum Anpassen der optischenEigenschaften des Lichtstrahls zu entwickeln“, so ElgerMatthes, Entwicklung und Produktmanagement bei SteinmeyerMechatronik, und erzählt: „Da die Baugruppe als optionalesAdd-on zur Integration in eine bestehende Maschine konzipiertwar, stand uns nur sehr wenig Bauraum zur Verfügung. WeitereAnforderungen waren minimale Verstellwege, Stabilität imStillstand – das Setting sollte nur alle paar Minuten gewechseltwerden – sowie bestimmte Vorgaben an die Geschwindigkeit,Wiederholbarkeit und Lebensdauer.“KOMPAKT, PRÄZISE UND TROCKENLAUFENDDer in der Steinmeyer-Gruppe realisierte Polarisationsfilter istmit Abmessungen von ca. 120 × 180 × 31 mm kompakt gebaut.Auf einer Höhe von gerade einmal 15 mm sind drei flächige Filteruntergebracht, die im Strahlengang der optischen Anlage verschobenwerden und unabhängig voneinander positionierfähigsind. Aus der Relativlage der drei Filter untereinander ergibt sichdie gewünschte Filtereigenschaft. Der Antrieb erfolgt mittelsGleitgewindetrieb (Hub 75 mm) und elektronisch kommutierterDC-Motoren. Dabei verfügt jeder Filter über einen eigenenAntriebsstrang, der zum Schutz vor der DUV-Strahlung miteinem Stahlblech abgedeckt ist. Das System ist trockenlaufend,ermöglicht Genauigkeiten bis zu 1,5 µm und bietet einenwartungsfreien und flexiblen 24/7-Betrieb über viele 1.000 Stell-Zyklen (verteilt über zehn Jahre).PARTIKELARM LAUFENDER GEWINDETRIEBFür den Gewindetrieb fiel die Wahl auf eine Kombination ausnicht-rostendem Edelstahl (Spindel) und dem HochleistungskunststoffPEEK (Mutter), der mit schmierenden Füllstoffen angereichertwurde. Diese Werkstoffpaarung ermöglicht selbst unterden extremen Umgebungsbedingungen in der DUV-Lithographieeine sehr gute Gleitfähigkeit, Wärmeabfuhr und mechanischeStabilität. „Aufgrund seiner Molekülstruktur ist PEEKchemisch und physikalisch sehr stabil. Der Hochleistungskunststoffbringt sehr geringe Ausgaswerte mit und gilt als ideale Wahlfür die anspruchsvollen Anwendungen der Halbleiterindustrie“,so Detlef Rode, Entwicklungsleiter bei Feinmess Suhl. „Selbstverständlichhaben wir für die Werkstoffpaarung den Proof of Concepterbracht, sodass der Anwender absolute Sicherheit in Bezugauf die Machbarkeit hatte.“ Das System kommt ohne flüssigeSchmierstoffe aus und eignet sich daher ideal für den Trockenlaufbis Reinraumklasse ISO3 und 10E-9 mbar.Die Materialpaarung PEEK plus Edelstahl vom Gleitgewindetriebfindet sich auch im Führungssystem wieder. So sind diev-förmigen Führungsnuten aus Edelstahl und die Lager, also dieGleitelemente, aus PEEK. Aluminiumteile wurden mit einer tiefultraviolett-absorbierendenEloxal-Schicht überzogen.ENTWICKLUNG NACH MASSDer partikelarm laufende Gleitgewindetrieb wurde vom StandortFeinmess Suhl eigens für den konkreten Anwendungsfall entwickelt.Mit einem Spindeldurchmesser von lediglich 3 mm und einerSpindellänge von 112 mm gehört er zu den kleinsten amBREITES SPEKTRUM ANANTRIEBSMÖGLICHKEITENDie Entwicklung kundenspezifischer Gleitgewindetriebegehört zu den Kernkompetenzen von Feinmess Suhl. Mitder Firma August Steinmeyer gibt es in der Steinmeyer-Gruppe zudem einen erfahrenen Partner für die Entwicklungund Fertigung von hochpräzisen Kugelgewindetrieben.Mit entsprechender Sonderschmierung undBeschichtung können diese ebenfalls in der Halbleiterindustriezum Einsatz kommen. Welche Technologie dierichtige ist – Gleitgewindetrieb mit Trockenschmierungoder Kugelgewindetrieb mit Flüssigschmierung – hängtletztendlich von den Applikationsanforderungen ab undwird für jeden Anwendungsfall von den Steinmeyer-Spezialisten individuell eruiert.www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2025/01 17