當今，仿真是技術進一步增強的關鍵驅動力。近年來，計算能力的大幅提高也推動了仿真技術可以更加逼真，通過減少計算時間以及輕松地探索不同應用場景，來不斷的實現創新。為了增強計算能力，半導體工業必須找到合適方法進一步減小電子部件的尺寸。近年來，隨著極紫外線光刻技術（EUV）的發展，半導體行業在這一過程中邁出了一大步，將波長從193納米的光發展到了僅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算機芯片。激光系統是這一涂層過程的關鍵部分，必須始終確保它們處于正確的位置。

因此，新的加工設備需要新一代的測量工具，這使得在納米范圍內控制EUV光刻元件的光學性能成為可能。RI 為半導體行業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。為了創建新一代工具， TRUMPF（AM領域的領先者，具有20年的經驗）與MSC Software合作，發起了一個咨詢項目，優化和制造一個計量工具。

傳感器臂的優化要求

EUV的一部分就是所謂的傳感器臂。傳感器安裝在一個板上，其位置與從主結構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，無其他負載情況。優化的目標是實現輕量化的設計，從而降低制造成本，以及最大限度地提高整體結構的剛度。除此之外，第一特征頻率要保證是最大的。對幾何形狀的進一步要求是：從結構的側面看，表面面積應最小化。

考慮到高靈敏度的設備對環境要求十分嚴格，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，幾何形狀不應設計成有難以清潔的小間隙或較薄的底襯。考慮到以上要求后，對結構的優化分析正式開始。

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

圖 1: AGD 將優化結果轉換為Nurbs幾何，然后通過MSC Nastran進一步處理

圖 2: 分別設置設計與非設計空間， AGD 設計的優化模型

應用不同的材料進行創成式設計

使用鋼材的優化設計結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進行了另一輪優化。這次優化中，還加入了另一個載荷工況，即將載荷從側面壓向板。這旨在增加剛度并提高了第一特征頻率。結果比之前好得多：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行優化，目的為了檢查鈦合金是否可能因為更高的材料剛度效果會更好，但是由于鈦合金更重，因此比使用鋁合金的效果差。

為了驗證結果值和整體幾何形狀是否合理，再次使用MSC Nastran檢查優化后的結構。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化為實體Nurbs，然后很容易的的導入和生成MSC Nastran分析文件。分析結果表明，優化后的結構在減重42%的同時，剛度提高了400%，第一特征頻率提高了105%。

圖 3: 將優化的模型導入MSC Nastran中驗證的應力分析結果：

具有非常均勻的應力分布

用Simufact Additive對可制造性進行了檢驗

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

圖 4: 使用Simufact Additive進行工藝過程仿真

以優化TruPrint 3000的制造

仿真還保證了零件本身不建立任何支撐結構。 軟件對支撐結構進行了進一步的優化，并進行了進一步的分析，實現了完美的打印結果，沒有任何制造問題。 生產計劃在2020年的最后一個季度進行，隨后進行新設計的安裝和測試。

集成了FEA驗證和生產的工作流程

高端半導體的生產是最先進的技術挑戰之一，但它也是未來技術的推動者。利用芯片驅動的高性能計算能力來改善產品本身是合乎邏輯的。創成設計利用這種計算能力來生成不同的、優化的結構來應對特定的設計挑戰。通過將MSC Apex創成式設計應用于EUV測量工具的傳感器臂優化，取得了顯著的改進。MSC軟件增材制造的工作流在虛擬設計和加工仿真之間良好的數據通信無需過多工作就能得到更好的整體零件設計。所有相關的目標都得到了顯著的改進，提高了EUV計量工具的性能-更好的仿真使未來更強大的芯片成為可能。.

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