Direktantriebe positionieren in der Halbleiterfertigung Wafer und Belichtungsmasken hochpräzise innerhalb einer Ebene. Damit Objekte nicht nur wie bis dato möglich über einer Fläche von wenigen Quadratmillimetern nanometergenau angehoben werden können, hatte das IMMS bereits mit Partnern einen 6D-Direktantrieb entwickelt. Dieser kann Objekte frei im Raum in einem Hebe- bzw. Senkbereich von 10 mm nanometergenau in einem Verfahrbereich von 100 mm Durchmesser in der Ebene bewegen.

Größere Hub-Bewegungen limitieren bislang Präzision und Bewegungsdynamik

Die Anforderungen aus der Industrie betreffen nicht nur waagerechte Bewegungen (x,y), um Oberflächen und Strukturen von millimeter- oder zentimetergroßen Produkten nanometergenau strukturieren und positionieren zu können. Es sollen gleichzeitig immer größere Hub-Bewegungen ausgeführt werden. Der 6D-Direktantrieb arbeitet mit elektromagnetischen Vertikalantrieben (z). Je höher Objekte damit angehoben werden, desto größer wird der Abstand zwischen den gestellfesten x-y-Antriebsspulen und den Magnetkreisen im Läufer, die für die waagerechten Präzisionsbewegungen benötigt werden. Bereits ein geringes Anheben reduziert die Effizienz des x-y-Antriebssystems drastisch, vervielfacht Verlustleistungen und limitiert dadurch wegen thermischer Effekte die erzielbare Bewegungsdynamik.

Neue vertikale Nachführelemente vergrößern die Hub-Distanz

Um diese Hürden zu überwinden, erarbeitete das IMMS im Projekt K4PNP+Z Konzepte für neue Komponenten, mit denen die bislang gestellfesten x-y-Antriebsspulen nun für einen größeren Hub vertikal nachgeführt und somit nah an den Magneten im Läufer gehalten werden. Diese vertikalen Nachführelemente wurden aufgebaut, in das Gesamtsystem integriert und experimentell untersucht. Ebenso wurden die vertikalen Antriebseinheiten für die höheren Stellwege und für höhere Traglasten entworfen und erprobt. Damit können z-Hübe bis zu 25 mm bei lateralen Fahrbereichen (x-y) über Durchmesser von 200 mm realisiert werden.