當(dāng)今，仿真是技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)的關(guān)鍵驅(qū)動力。近年來，計(jì)算能力的大幅提高也推動了仿真技術(shù)可以更加逼真，通過減少計(jì)算時間以及輕松地探索不同應(yīng)用場景，來不斷的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。為了增強(qiáng)計(jì)算能力，半導(dǎo)體工業(yè)必須找到合適方法進(jìn)一步減小電子部件的尺寸。近年來，隨著極紫外線光刻技術(shù)（EUV）的發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)在這一過程中邁出了一大步，將波長從193納米的光發(fā)展到了僅13.5納米–一個全新的尺寸。

這些聚焦的光被用來刻蝕和涂覆硅片的不同層，這就會生成一種特定的電性能，最終將制造出下一代計(jì)算機(jī)芯片。激光系統(tǒng)是這一涂層過程的關(guān)鍵部分，必須始終確保它們處于正確的位置。

因此，新的加工設(shè)備需要新一代的測量工具，這使得在納米范圍內(nèi)控制EUV光刻元件的光學(xué)性能成為可能。RI 為半導(dǎo)體行業(yè)的主要參與者提供正確的工具，符合EUV光刻所需的精度和清潔度要求。為了創(chuàng)建新一代工具， TRUMPF（AM領(lǐng)域的領(lǐng)先者，具有20年的經(jīng)驗(yàn)）與MSC Software合作，發(fā)起了一個咨詢項(xiàng)目，優(yōu)化和制造一個計(jì)量工具。

傳感器臂的優(yōu)化要求

EUV的一部分就是所謂的傳感器臂。傳感器安裝在一個板上，其位置與從主結(jié)構(gòu)延伸到測量室的長臂成一定角度。該臂端部有一個“L形”安裝傳感器位置，除傳感器自重外，無其他負(fù)載情況。優(yōu)化的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)，從而降低制造成本，以及最大限度地提高整體結(jié)構(gòu)的剛度。除此之外，第一特征頻率要保證是最大的。對幾何形狀的進(jìn)一步要求是：從結(jié)構(gòu)的側(cè)面看，表面面積應(yīng)最小化。

考慮到高靈敏度的設(shè)備對環(huán)境要求十分嚴(yán)格，不允許有任何異物污染，因此清潔該工具的核心位置的工作也是十分重要的，幾何形狀不應(yīng)設(shè)計(jì)成有難以清潔的小間隙或較薄的底襯?？紤]到以上要求后，對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析正式開始。

首先，使用MSC Apex Structures對原始零件設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以獲取位移、應(yīng)力和第一特征頻率的值。使用MSC Apex Structures，可以很容易地獲得數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較。然后準(zhǔn)備使用MSC Apex Generative Design（創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，以下簡稱AGD）進(jìn)行第一個優(yōu)化。給定原始幾何形狀后，可以快速建立優(yōu)化模型。只需單擊幾下即可定義設(shè)計(jì)空間，將非設(shè)計(jì)空間減少到只有小螺栓的安裝位置，從而最大化了優(yōu)化設(shè)計(jì)的自由度。第一次設(shè)計(jì)，材料選擇鋼材。不到10分鐘即可定義完成整個模型。

圖 1: AGD 將優(yōu)化結(jié)果轉(zhuǎn)換為Nurbs幾何，然后通過MSC Nastran進(jìn)一步處理

圖 2: 分別設(shè)置設(shè)計(jì)與非設(shè)計(jì)空間， AGD 設(shè)計(jì)的優(yōu)化模型

應(yīng)用不同的材料進(jìn)行創(chuàng)成式設(shè)計(jì)

使用鋼材的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果僅減掉了少量的重量，剛度增加了五倍。接下來用鋁合金AlSi10Mg進(jìn)行了另一輪優(yōu)化。這次優(yōu)化中，還加入了另一個載荷工況，即將載荷從側(cè)面壓向板。這旨在增加剛度并提高了第一特征頻率。結(jié)果比之前好得多：比原始零件的重量減少了42％，從1,227g減少到僅711g。最后選擇具有更高剛度的鈦合金再次開始進(jìn)行優(yōu)化，目的為了檢查鈦合金是否可能因?yàn)楦叩牟牧蟿偠刃Ч麜茫怯捎阝伜辖鸶?，因此比使用鋁合金的效果差。

為了驗(yàn)證結(jié)果值和整體幾何形狀是否合理，再次使用MSC Nastran檢查優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。利用MSC AGD中最新的Nurbs幾何功能，即mesh-CAD將生成的仿生幾何轉(zhuǎn)化為實(shí)體Nurbs，然后很容易的的導(dǎo)入和生成MSC Nastran分析文件。分析結(jié)果表明，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在減重42%的同時，剛度提高了400%，第一特征頻率提高了105%。

圖 3: 將優(yōu)化的模型導(dǎo)入MSC Nastran中驗(yàn)證的應(yīng)力分析結(jié)果：

具有非常均勻的應(yīng)力分布

用Simufact Additive對可制造性進(jìn)行了檢驗(yàn)

考慮到臂的長度，為將其合適的放置到打印空間中，需以一定的角度進(jìn)行放置。TRUMPF的 TruPrint 3000是這一任務(wù)的理想選擇，它是一種具有工業(yè)部件和粉末管理的通用中型機(jī)器，專為復(fù)雜柔性系列金屬部件的3D打印而設(shè)計(jì)。

圖 4: 使用Simufact Additive進(jìn)行工藝過程仿真

以優(yōu)化TruPrint 3000的制造

仿真還保證了零件本身不建立任何支撐結(jié)構(gòu)。 軟件對支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，并進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，實(shí)現(xiàn)了完美的打印結(jié)果，沒有任何制造問題。 生產(chǎn)計(jì)劃在2020年的最后一個季度進(jìn)行，隨后進(jìn)行新設(shè)計(jì)的安裝和測試。

集成了FEA驗(yàn)證和生產(chǎn)的工作流程

高端半導(dǎo)體的生產(chǎn)是最先進(jìn)的技術(shù)挑戰(zhàn)之一，但它也是未來技術(shù)的推動者。利用芯片驅(qū)動的高性能計(jì)算能力來改善產(chǎn)品本身是合乎邏輯的。創(chuàng)成設(shè)計(jì)利用這種計(jì)算能力來生成不同的、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)來應(yīng)對特定的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。通過將MSC Apex創(chuàng)成式設(shè)計(jì)應(yīng)用于EUV測量工具的傳感器臂優(yōu)化，取得了顯著的改進(jìn)。MSC軟件增材制造的工作流在虛擬設(shè)計(jì)和加工仿真之間良好的數(shù)據(jù)通信無需過多工作就能得到更好的整體零件設(shè)計(jì)。所有相關(guān)的目標(biāo)都得到了顯著的改進(jìn)，提高了EUV計(jì)量工具的性能-更好的仿真使未來更強(qiáng)大的芯片成為可能。.

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