Svatko tko je radio oko-rukovanja napolitankama ilisustavi preciznog gibanjaje vjerojatno čuo izraz "zračni ležaj na granitu" koji se baca uokolo bez puno objašnjenja zašto se ta posebna kombinacija tako često pojavljuje u poluvodičkoj opremi. To nije estetski izbor ili naslijeđena navika - to je prilično namjeran odgovor na određeni inženjerski problem: kako pomaknuti pozornicu s nanometarskom-ponovljivošću pozicioniranja bez unošenja trenja, trošenja ili vibracija u sustav?
Osnovni problem s mehaničkim ležajevima
Konvencionalni kotrljajući-elementi ili linearni ležajevi rade fizičkim kontaktom - kuglica ili valjaka koji se kreću u tragu. Taj kontakt, bez obzira na to koliko je dobro strojno obrađen, dovodi do trenja, generira trošenje čestica tijekom vremena i prenosi mikro-vibracije na postolje svaki put kad lopta prijeđe nesavršenost staze. U većini industrijskih konteksta to nije-problem. U poluvodičkoj litografiji, pregledu pločica ili mjeriteljskoj opremi koja radi na pod-mikronskim ili nanometarskim tolerancijama, to je pravo ograničenje, jer donja buka samog ležaja može biti veća od značajke koju pokušavate izmjeriti ili postaviti.
Kako to rješavaju zračni ležajevi
Zračni ležaj zamjenjuje fizički kontakt tankim filmom zraka pod stalnim pritiskom - obično debljine nekoliko mikrona - između pokretnog elementa i njegove vodilice. Budući da nema fizičkog kontakta, nema trenja u tradicionalnom smislu, nema stvaranja čestica zbog trošenja i nema ponašanja pri-klizanja pri vrlo malim brzinama (što je iznimno važno za stupnjeve koji moraju puzati u iznimno malim koracima tijekom finog pozicioniranja). Kompromis je u tome što zračni ležajevi zahtijevaju mnogo ravniju, dosljedniju površinu vodilice od mehaničkih ležajeva, budući da je sama debljina zračnog filma samo nekoliko mikrona - svako odstupanje od valovitosti ili ravnosti u vodilici pokazuje se izravno kao pogreška u pozicioniranju ili, u gorim slučajevima, kao rizik od kontakta ako se film lokalno skupi.
Zašto je granit izbor materijala za vodilice
Ovo je mjesto gdje svojstva granita postaju izravno relevantna, a ne samo generička marketinška točka. Vodilica zračnog ležaja treba:
Sub{0}}mikronska ravnost na velikim udaljenostima putovanja - granit se može lapiti do tolerancije ravnosti u sub-mikronskom rasponu preko duljina vodilica koje bi bilo znatno teže i skuplje postići dosljedno u lijevanom ili strojno obrađenom metalu, osobito na više-metarskim duljinama koje su sve češće u opremi za ploče i ploče velikog-formata.
Dugoročna-dimenzionalna stabilnost - sustav zračnog ležaja dobar je onoliko koliko je njegova vodilica ravnost tijekom godina korištenja, a ne samo na dan postavljanja. Otpornost granita na vrstu opuštanja unutarnjeg naprezanja koja s vremenom utječe na lijevani metal znači da je manja vjerojatnost da će vodilica razviti sporu valovitost koja bi inače zahtijevala povremeno ponovno-preklapanje ili zamjenu.
Prigušivanje vibracija - prirodne karakteristike prigušivanja granita pomažu apsorbirati zaostalu visoko{1}}frekventnu buku u samom zračnom filmu, što je važno za ultra-fine petlje za pozicioniranje koje se koriste u litografiji i opremi za pregled.
Ne{0}}magnetska svojstva - su kritična u bilo kojem sustavu koji koristi magnetske linearne motore ili osjetljive elektromagnetske senzore u blizini, budući da bi materijal magnetske vodilice donio izobličenje polja koje bi mehanički ili optički senzori položaja morali kompenzirati.
Gdje se to vidi u stvarnoj opremi
Granitne stupnjeve za zračni ležaj i vodilice uobičajene su u:
Alati za inspekciju pločica i mjeriteljstvo, gdje XY stupnjevi trebaju postaviti pločicu ispod optičkog ili-senzora zrake elektrona s ponovljivošću znatno ispod mikrona
Susjedna oprema-za fotolitografiju, gdje ravnost pozornice i stabilnost izravno ograničavaju točnost preklapanja
Inspekcijski sustavi s ravnim zaslonom, koji sve više upotrebljavaju granitne vodilice velikog-formata za pokrivanje mjera-veličine ploča
Precizna laserska oprema za obradu (uključujući femtosekundne i pikosekundne laserske sustave), gdje točnost pozicioniranja zrake ovisi o poziciji držanja postolja bez pomaka tijekom dugih ciklusa obrade
Strojevi za mjerenje koordinata i sustavi za mjerenje profila koji koriste vretena-sa zračnim ležajevima ili linearne stupnjeve za-kretanje bez trenja tijekom skeniranja
Što kupci zapravo trebaju provjeriti
Kada se ocjenjuje granitna zračna vodilica ili baza, ravnost na papiru nije cijela priča. Vrijedno je pitati dobavljača konkretno o:
Tolerancija ravnosti i način na koji je provjerena - idealno s sljedivim mjerenjem pomoću laserske interferometrije ili visoko-preciznih elektronskih nivelira, a ne samo općenitom tvrdnjom o "preciznom brušenju".
Konzistencija zrnatosti izvora granita - grublja ili nedosljedna zrnasta struktura može stvoriti mikro-varijaciju površine koja je nevidljiva oku, ali se pojavljuje kao šum u radu zračnog ležaja.
Površinska obrada (hrapavost), ne samo ravnost - vodilica može biti ravna u makro smislu, a da i dalje ima profil hrapavosti koji utječe na konzistenciju zračnog filma na mikronskoj razini.
Stabilnost okoline tijekom proizvodnje - vodilice preklopljene u radionici s nekontroliranom-temperaturom teže je jamčiti pri nanometarskim-susjednim tolerancijama nego one koja je završena u -okruženju s kontroliranom temperaturom, iz razloga koji su izravno povezani s toplinskim širenjem.
Šira slika
Zračni ležajevi na granitnim vodilicama nisu novost - oni su prilično zrelo,-shvaćeno rješenje za određeni problem: uklanjanje trenja i mehaničke buke iz sustava u kojima proračun tolerancije ne ostavlja mjesta ni za jedno ni za drugo. Kako veličine pločica, veličine panela i zahtjevi za rezolucijom inspekcije postaju sve stroži, zahtjevi za samu granitnu vodilicu - ravnost, konzistenciju zrna, stabilnost dimenzija - postaju sve stroži zajedno s njima.
Ako specificirate granitnu vodilicu ili bazu za zračni ležaj za primjenu poluvodiča, inspekcije ili laserske obrade, rado ćemo proći kroz toleranciju ravnosti, specifikaciju zrnatosti i metodologiju provjere s vašim inženjerskim timom prije nego što finalizirate dizajn.