En la producción de circuitos integrados (chips de computadora), la innovación continua es esencial para seguir siendo competitivo. Un objetivo principal es aumentar la productividad de las máquinas de fotolitografía, que está determinado en parte por sus motores electromagnéticos. Bart Koolmees, candidato a doctorado, del departamento de Ingeniería Mecánica de TU / e, enfocado en desarrollar una alternativa superconductora para estos motores. Su trabajo mostró que tal diseño podría aumentar la potencia del motor en más del 500%, y también ideó soluciones a algunos de los principales desafíos técnicos:el aislamiento térmico y la integridad de las bobinas superconductoras. Defenderá su tesis el 9 de diciembre.

En una máquina de fotolitografía, una imagen de una máscara se proyecta varias veces sobre una oblea con una capa fotosensible. La imagen no se proyecta a la vez, pero se escanea con una pequeña rendija de luz, como en una fotocopiadora. Se utilizan motores electromagnéticos precisos para mover tanto la máscara como la oblea sincrónicamente durante el escaneo y la inversión. A menudo se intenta aumentar la aceleración de los motores para aumentar la productividad haciendo optimizaciones en el diseño actual del motor. Usando superconductores, como propone Koolmees, cambia el diseño de manera significativa y permite un gran paso adelante.

Los materiales superconductores de temperatura "alta" (HTS) tienen una resistencia eléctrica nula a temperaturas inferiores a 90 K (-183 grados Celsius); la corriente máxima que pueden conducir aumenta con la temperatura decreciente. Las densidades de corriente de 100.000 A / mm2 a 600.000 A / mm2 son factibles en el rango de temperatura de 4 K a 20 K (-269 grados Celsius a -253 grados Celsius) en comparación con 35 A / mm2 en el cobre de última generación. bobinas del motor a temperatura ambiente. Para un primer diseño de demostrador, Koolmees propuso reemplazar una mitad del motor con la alternativa superconductora para aumentar la fuerza del campo magnético dentro del motor.

Mejora quíntuple

Debido a que las eficiencias para enfriar hasta 4 K (-269 grados Celsius) se encuentran en el rango de 0.04% a 0.14%, Koolmees diseñó un aislamiento térmico de alta eficiencia para minimizar el esfuerzo de enfriamiento. Este aislamiento pasaría entre las dos mitades del motor; para mantener la eficiencia del motor, debe tener un grosor mínimo. Koolmees desarrolló dos diseños de aislamiento con un espesor de 5 mm, que mantienen la diferencia de temperatura de casi 300 grados al tiempo que requieren una capacidad de enfriamiento de menos de 1 W para un área de 1,5 m por 2,5 m. También analizó los soportes y la fijación de la bobina superconductora para la pérdida de calor a una temperatura de 4K, mostrando una conducción térmica por debajo de 0,5 W.Estas cargas de calor son lo suficientemente bajas como para las disponibles comercialmente, ciclo cerrado los refrigeradores bastarían para eliminarlos.

Las bobinas superconductoras diseñadas para la aplicación del motor experimentan altas cargas mecánicas, y es importante comprender si se pueden prevenir las fallas mecánicas. Koolmees realizó un análisis en profundidad para calcular las cargas mecánicas para los casos de carga principales. Esto demostró que la falla de las bobinas superconductoras se puede prevenir con los métodos de fabricación adecuados.

La investigación de Koolmees mostró que una placa magnética superconductora puede proporcionar una mejora de más de 5 veces en la intensidad del campo magnético en comparación con los motores electromagnéticos actuales de última generación. Adicionalmente, Sus soluciones a los principales desafíos técnicos hacen que la viabilidad de una placa magnética de este tipo sea muy probable.