Vapor-phase lubrication: tribological characterization of surfaces and coatings for high-precision applications

This report investigates the application of Vapor Phase Lubrication (VPL) as a strategy to reduce friction and wear at the wafer clamp interface in EUV lithography systems. Using Atomic Force Microscopy (AFM), the study evaluates the tribological performance of two candidate lubricants, Lubricant A and Lubricant B, on two distinct surface coatings: Coating A and Coating B. The experimental setup enables controlled delivery of lubricant vapors and real-time measurement of friction and adhesion forces. Complementary techniques, including X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and contact angle measurements, were employed to confirm the presence and behavior of lubricant layers. Results indicate that Lubricant A did not provide reliable evidence of stable VPL behavior, particularly on the Coating A. In contrast, the Lubricant B demonstrated greater affinity and more consistent performance, especially on Coating B surfaces. These findings suggest that while VPL remains a promising non-invasive lubrication strategy, its effectiveness is highly dependent on the chemical compatibility between lubricant and substrate

Questo studio analizza l'applicazione della lubrificazione in fase vapore (VPL) come strategia per ridurre attrito e usura nell’interfaccia di bloccaggio dei wafer nei sistemi di litografia EUV. Utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM), è stata valutata la risposta tribologica di due lubrificanti candidati, Lubrificante A e Lubrificante B, su due rivestimenti superficiali distinti: Coating A e Coating B. L’apparato sperimentale consente l’erogazione controllata dei vapori lubrificanti e la misurazione in tempo reale delle forze di attrito e adesione. Tecniche complementari, tra cui la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e la misura dell’angolo di contatto, sono state impiegate per confermare la presenza e il comportamento dei film lubrificanti. I risultati indicano che il lubricante A non ha fornito prove affidabili di un comportamento VPL stabile, in particolare per rivetimento A. Al contrario, per il Lubricante B ha mostrato una maggiore affinità e prestazioni più coerenti, soprattutto su superfici in rivestimento B. Questi risultati suggeriscono che, sebbene la VPL rappresenti una strategia promettente di lubrificazione non invasiva, la sua efficacia dipende fortemente dalla compatibilità chimica tra lubrificante e substrato.