運動平台在真空環境中的應用藉由超高真空(UHV)光學尺提升穩定性
在工業界有不少製程需要在真空環境下進行,許多高精密產品在製造過程中也必需使用不同程度的真空技術,產品最後在大氣環境下使用。典型應用包括顯示面板中薄膜和基板之間的精密貼合製程、半導體製程中的薄膜濺鍍、晶圓檢測等等,任何相關的零組件都必須滿足真空環境的要求。
韓國運動平台製造商 VAD Instrument(以下簡稱 VAD)為了滿足其精密製程設備對真空規格的嚴格要求,採用 Renishaw TONiC 系列超高真空 (UHV) 光學尺系統,藉此提升平台的整體精度和穩定性。
挑戰
「真空」的基本定義是指將某一空間內的氣體分子透過外力將其移除,使氣壓下降到低於大氣壓力,進而產生真空。在實驗室或工廠中製造真空的方法是利用泵在密閉的空間中(一般叫真空室)抽出空氣以達到不同純度的真空,一般分為低真空、中真空、高真空或超高真空。
許多精密工業製程都必需在真空環境下進行,目的是減少任何氣體份子在製程中對加工品的影響。而製程中所涉及到的相關運動控制零組件如導軌、基體等金屬材料,以及電機散熱問題,則需要經過嚴格考慮,並採用相容真空環境的光學尺系統。
在真空環境中應用的光學尺元件都必需經過特殊設計,包括耐高溫—真空室需要加熱到 100°C 以上以縮短抽真空和獲取較高等級的真空度所需要的時間;高潔淨度—光學尺元件需要特殊包裝和運輸,因為組件上任何污染物如機油、油脂,甚至指紋在真空中都會釋出氣體,影響真空度;降低整體氣體量釋出—讀頭電路板、黏膠或漆料中含有的塑膠(含揮發性溶劑),在真空中都會釋出氣體,不僅導致所釋出細小顆粒或灰塵對加工品造成損壞,而且會導致真空室中的壓力明顯上升。
![真空平台配置 RLE 雷射尺系統](/media/img/gen/6605e7dae7ca49ee85d78c90b9781cdb.jpg)
真空平台配置 RLE 雷射尺系統
![半導體真空平台](/media/img/gen/de182713fbd142f2b11cfceed117a4b6.jpg)
半導體真空平台
市場上高規格的光學尺產品不少,不過能同時相容真空應用的卻不多。Renishaw 的真空型光學尺無論在效能或是穩定性方面都表現出色,是我們的不二之選。
VAD Instrument(韓國)
解決方案
AD 主要為客戶開發客製化的精密運動平台,當中包括提供給需要在真空環境下作業的製程設備。目前 VAD 大部份平台型號均採用 Renishaw TONiC 系列光學尺系統,依據精度要求搭配不同種類的光學尺。VAD 總裁 Song Baek-Kyun 指出:「VAD 一般平台型號搭配 RTLC 系列鋼帶光學尺,如果涉及真空應用,像顯示面板 AOI 檢測設備或半導體製程設備等,我們會選用更高精度的 RELM 系列光學尺,搭配相容真空的 TONiC 讀頭連接到位於真空室外的介面。另外我們開發用於半導體 EUV 光刻機的膜板檢測設備,由於精度要求達到 ppm 等級,需要採用 Renishaw 高端的 RLE系列雷射尺定位系統;雷射發射頭安裝在 XY 平台上,而 Renishaw 是市場上少數可以提供穩定效能的雷射尺廠商之一。」
Renishaw TONiC UHV 超高真空光學尺系列,從讀頭、電纜到尺都必需經過專門設計,真空壓力高達 10-10 托(Torr),讀頭配置 RFI 屏敝線纜,其基本工作原理、規格性能都與我們在大氣壓力下使用的標準 TONiC 型號無異。但是 UHV 光學尺的讀頭在設計上消除了氣密孔,並且由高潔淨的真空相容材料和粘合劑特製而成,以避免對加工產品品質造成損壞。而 Renishaw 真空型光學尺也獲得獨立的專業檢驗機構鑒定,包括殘留氣體分析 (RGA) 光譜測試,在整個生產過程中確保在清潔的條件下進行,並有專門設計的包裝運輸以避免污染。
![TONiC™ UHV 搭配 RELM](/media/img/gen/5e0985fce906460abc82d6c02035a0bf.jpg)
TONiC UHV 光學尺系統
結果
TONiC 是 Renishaw 最多樣化的光學尺型號之一,可搭配多款不同特性的尺使用,包括適合在真空環境的應用。Song Baek-Kyun 先生解釋他們選擇光學尺的標準:「我們部份高端機型採用了 RELM 系列光學尺,主要看中它近乎零的熱膨脹係數,以確保定位精度在溫差範圍變化大的環境下得以保持,而真空室的溫差可達 100°C。Renishaw 的光學尺產品在市場上都有良好的口碑,而 TONiC 系列更是在高端設備上常見的應用,早已得到市場廣泛認可。另外 Renishaw 的售後服務做得很到位,定期為我們做產品更新的介紹,最重要的是交期也十分準時,使我們不會因等待零件而失去客戶。」
Renishaw RELM 是一款 20 μm 柵距光學尺,在 1 米長度內精度高達 ±1 μm,以堅固的 Renishaw 專利材料 ZeroMet 製成,其熱膨脹係數僅為 0.75 ±0.35 μm/m/°C(20°C),光學尺可利用背面自黏貼的膠帶進行安裝,同時也支援機械安裝方式以避免膠帶在真空中釋出氣體。
Song Baek-Kyun 先生表示:「我們看好未來真空應用設備的市場需求,尤其是半導體和顯示面板等精密工業製程。目前 VAD 正在開發更多相關的製程平台,在品質管控方面,我們正採用 Renishaw XL-80 系列雷射干涉儀對設備出廠前進行精度檢測,大幅增加客戶對我們的設備效能表現的信心。」
![用於 AOI 設備的精密平台](/media/img/gen/9521e4d42ffd4040872f1c2d35f4937e.jpg)
真空平台配置 RLE 雷射尺系統