Die Positionierexperten von August Steinmeyer haben Kugelgewindetriebe für die Anwendung im Ultrahochvakuum entwickelt. Diese kommen in einer universellen Reihe von Lineartischen für ein neuartiges Bildgebungsverfahren mit 30 nm Auflösung zur Anwendung. Dafür waren mehrere Positioniersysteme für extreme Stillstandsstabilität von 10 nm gefordert. Ein Kugelgewindetrieb macht die Positioniertechnik besonders stabil und präzise – je nach Auslegung auch schnell und langlebig. Die Systeme kamen am Paul Scherrer Institut (PSI) zum Einsatz und haben dort die anspruchsvollen Erwartungen voll erfüllt. Die Technologie deckt ein breites Anwendungsspektrum ab: von der Forschung über die Medizintechnik bis hin zur Halbleitertechnik.
„Positionieren im Vakuum ist eine besondere Herausforderung und bedarf geeigneter Materialien, Komponenten und Schmierstoffe“, erklärt Elger Matthes, Leiter Produktmanagement bei der Steinmeyer Mechatronik GmbH, dem Kompetenzzentrum für Positioniersysteme in der Steinmeyer-Gruppe. Das Unternehmen hat für anspruchsvolle Vakuum-Anwendungen unter UV, HV, UHV und auch EUV eine Reihe neuer Positioniersysteme entwickelt, die sich für einen Druckbereich von bis zu 10-11 mbar und eine maximale Ausheiztemperatur von 120°C eignen. Auch werden wegen der sehr niedrigen Ausgasung und Partikelarmut die Anforderungen an einen Einsatz unter extrem ultravioletter Strahlung erfüllt. Die Achsen sind in den Größen LA80, LA95, LA170 erhältlich und für Lasten bis 20 kg im Vertikalbetrieb ausgelegt. Mit einer besonders schnellen Transportachse für die Probenzuführung werden Hublängen bis 500 mm angeboten. Von Vorteil ist, dass sich Kugelgewindetriebe mit einem robusten Schrittmotorantrieb kombinieren lassen, der wahlweise auch mit µm-Feedback mittels Linearmaßstab betrieben werden kann. Elger Matthes betont: „Zum Glück haben wir für diese Aufgaben in unserer Unternehmensgruppe die notwendige Kompetenz für eine Sonderentwicklung des Kugelgewindetriebs.“
Kugelgewindetrieb von August Steinmeyer
Ein wesentlicher Bestandteil der Lineartische ist ein Sonder-Kugelgewindetrieb, um einerseits für Vakuum ungewöhnlich schnell (bis 50 mm/s) und mit einer bislang unerreichten Lebensdauer von bis zu 5 km trocken zu verfahren. Beim Einsatz von Ultrahochvakuumschmierstoffen erhöht sich die erreichbare Lebensdauer auf mehrere 100 km. Bei höheren Partialdrücken bis 10-6 mbar können durch die für diesen Bereich verfügbaren besseren Schmierstoffe und haltbareren Materialien im Vakuum auch Strecken von mehreren 1000 km erreicht werden. Entwickelt wurde die Komponente von der August Steinmeyer GmbH & Co. KG. „Mit Keramikkugeln, einer Beschichtung der Laufbahnen, einem speziellen Gewindeschleifverfahren sowie einer optimierten Umlenkung lassen sich auch ohne Schmierung gute Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebes erreichen“, erklärt Wolfgang Klöblen, Entwicklungsleiter bei August Steinmeyer.
Neben der individuellen Materialauswahl und Vakuumschmierung kann das Positioniersystem von Steinmeyer Mechatronik optional mit einer Piezozangenbremse ausgestattet werden, um die Stabilität im Nanometerbereich trotz hoher Lasten zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglichen Anpassungen an die Einbausituation in der Kammer ein individuelles Kundenbohrbild, spezifische Adapterteile und Kabelführungen sorgen für eine bedarfsgerechte Lösung.
Breites Anwendungsspektrum
Anwendungen finden sich unter anderem im Bereich der Halbleiterfertigung, dort können die Positioniersysteme in Prozessen mit extrem ultravioletter Strahlung zum Einsatz kommen, wie z. B. zur Strahlformung für Belichtungsprozesse sowie zur Oberflächenanalyse und Sensorpositionierung. In der Massenspektrometrie können sie zur Identifikation von Elementen oder Molekülen für Wirkstoffzusammensetzungen oder zur Detektion von Kampfmitteln dienen. In der OLED-Herstellung sind sie für Beschichtungsprozesse sowie Schichtdicken- und Schichtratenmessungen verwendbar. Weitere Anwendungsbereiche finden sich in der optischen Industrie, in der Grundlagenforschung sowie in der Labortechnik und Analytik.
„Positionieren im Vakuum ist eine besondere Herausforderung und bedarf geeigneter Materialien, Komponenten und Schmierstoffe“, erklärt Elger Matthes, Leiter Produktmanagement bei der Steinmeyer Mechatronik GmbH, dem Kompetenzzentrum für Positioniersysteme in der Steinmeyer-Gruppe. Das Unternehmen hat für anspruchsvolle Vakuum-Anwendungen unter UV, HV, UHV und auch EUV eine Reihe neuer Positioniersysteme entwickelt, die sich für einen Druckbereich von bis zu 10-11 mbar und eine maximale Ausheiztemperatur von 120°C eignen. Auch werden wegen der sehr niedrigen Ausgasung und Partikelarmut die Anforderungen an einen Einsatz unter extrem ultravioletter Strahlung erfüllt. Die Achsen sind in den Größen LA80, LA95, LA170 erhältlich und für Lasten bis 20 kg im Vertikalbetrieb ausgelegt. Mit einer besonders schnellen Transportachse für die Probenzuführung werden Hublängen bis 500 mm angeboten. Von Vorteil ist, dass sich Kugelgewindetriebe mit einem robusten Schrittmotorantrieb kombinieren lassen, der wahlweise auch mit µm-Feedback mittels Linearmaßstab betrieben werden kann. Elger Matthes betont: „Zum Glück haben wir für diese Aufgaben in unserer Unternehmensgruppe die notwendige Kompetenz für eine Sonderentwicklung des Kugelgewindetriebs.“
Kugelgewindetrieb von August Steinmeyer
Ein wesentlicher Bestandteil der Lineartische ist ein Sonder-Kugelgewindetrieb, um einerseits für Vakuum ungewöhnlich schnell (bis 50 mm/s) und mit einer bislang unerreichten Lebensdauer von bis zu 5 km trocken zu verfahren. Beim Einsatz von Ultrahochvakuumschmierstoffen erhöht sich die erreichbare Lebensdauer auf mehrere 100 km. Bei höheren Partialdrücken bis 10-6 mbar können durch die für diesen Bereich verfügbaren besseren Schmierstoffe und haltbareren Materialien im Vakuum auch Strecken von mehreren 1000 km erreicht werden. Entwickelt wurde die Komponente von der August Steinmeyer GmbH & Co. KG. „Mit Keramikkugeln, einer Beschichtung der Laufbahnen, einem speziellen Gewindeschleifverfahren sowie einer optimierten Umlenkung lassen sich auch ohne Schmierung gute Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebes erreichen“, erklärt Wolfgang Klöblen, Entwicklungsleiter bei August Steinmeyer.
Neben der individuellen Materialauswahl und Vakuumschmierung kann das Positioniersystem von Steinmeyer Mechatronik optional mit einer Piezozangenbremse ausgestattet werden, um die Stabilität im Nanometerbereich trotz hoher Lasten zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglichen Anpassungen an die Einbausituation in der Kammer ein individuelles Kundenbohrbild, spezifische Adapterteile und Kabelführungen sorgen für eine bedarfsgerechte Lösung.
Breites Anwendungsspektrum
Anwendungen finden sich unter anderem im Bereich der Halbleiterfertigung, dort können die Positioniersysteme in Prozessen mit extrem ultravioletter Strahlung zum Einsatz kommen, wie z. B. zur Strahlformung für Belichtungsprozesse sowie zur Oberflächenanalyse und Sensorpositionierung. In der Massenspektrometrie können sie zur Identifikation von Elementen oder Molekülen für Wirkstoffzusammensetzungen oder zur Detektion von Kampfmitteln dienen. In der OLED-Herstellung sind sie für Beschichtungsprozesse sowie Schichtdicken- und Schichtratenmessungen verwendbar. Weitere Anwendungsbereiche finden sich in der optischen Industrie, in der Grundlagenforschung sowie in der Labortechnik und Analytik.
