一种凹球面光刻刻划机制造技术

一种凹球面光刻刻划机，属于超微细加工技术领域中的一种对凹球面实施光刻的光刻设备。本发明专利技术要解决的技术问题是：能在凹球面上光刻纬纬相交的网栅线或经纬相交的网栅线。技术方案是：光刻刻划机形体采用支架支撑结构，由水平回转轴系统、竖轴系统、进给轴系统、光学系统组成。竖直轴线和进给轴轴线分别与水平回转轴轴线垂直且相交于水平回转轴轴线的中点，光刻镜头的光轴延长线也经过水平回转轴轴线的中点。被刻凹球面件固定在竖轴上，可绕竖轴转动。竖轴系统固定在水平回转轴上，可绕水平回转轴左、右摆动。光刻系统在进给轴的带动下，随竖轴系统摆动，从前往后按进给步距实施光刻。该光刻机能在凹球面上光刻纬纬线或经纬线，制造超微细加工关键元件。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超微细加工
中的一种对凹球面实施光刻的光刻设备。二、技术背景据了解，在世界各国已有的光刻刻划机中，都为平面光刻机。例如码盘刻划机、光栅或圆光栅刻划机、光盘刻槽机等，既使是凹面光栅刻划机也类同平面光栅刻划机。因为，一般所用的凹面光栅的曲率半径也是相当大的，近似于平面。在科学技术高速发展的今天，对凹球面光刻元件的需求，已经提到日程上来。比如用于跟踪的引导头上整流罩中的网栅(凹球面光刻元件)等，到目前为止，还没有认识到的超微细加工领域中某些关键元件，都要求是凹球面光刻元件，制造这类光刻元件，就需要有凹球面光刻设备。我们认为与本专利技术最为接近的已有技术是日本机械学会编“超精密システムの设计技术”中P190页的一种光盘刻槽机。如图1所示是由基座1、光刻光源2、直线移动进给工作台3、驱动测角机构4、减速器5、丝杠6、光开关及光刻系统7、调光光源8、调焦系统9、光刻镜头10、被刻元件(光盘)11组成的。该光盘刻槽机，只能光刻平面的阿基米德螺旋线，无法在凹球面上完成纬纬线或经纬线的光刻。为了实现能在凹球面光刻纬纬线或经纬线的目的，特设计一种凹球面光刻刻划机。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是能在凹球面上光刻纬纬相交的网栅线或经纬相交的网栅线。解决技术问题的技术方案是本专利技术的光刻机形体采用支架支撑结构，被刻件(是凹球面)固定在竖轴上，可绕竖轴转动。竖轴系统固定在水平回转轴上，可绕水平回转轴左、右摆动。光刻系统在进给轴的带动下，随竖轴系统摆动，从前往后按进给步距实施光刻。本专利技术的详细内容如图2、图3、图4所示是由基座12、水平回转轴系统(13、14、15、19、20、21)、竖轴系统(16、17、52、53、54、55、56、57、58、59)、进给轴系统(18、22、23、24、25)、光刻系统(17、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51)组成的。水平回转轴系统包括水平回转轴左支架13、回转驱动电机14、水平左回转轴15、水平回转轴右支架19、回转角测量编码器20、水平右回转轴21。竖轴系统包括竖轴轴套16、被刻凹球面件17、竖轴轴套16上的水平左回转轴孔52、水平右回转轴孔53、被刻件真空吸盘54、吸盘轴55、真空吸孔56、竖轴57、竖轴测量编码器58、竖轴驱动电机59。进给轴系统包括光学系统托盒18、进给轴22、进给轴测量编码器23、进给轴驱动电机24、进给轴支架25。光学系统包括光刻光路和调焦光路。光刻光路包括被刻凹球面件17、光刻光源26、扩束器27、转向棱镜28、光开关控制器(A/O调制器)29、光强控制器30、光强测量器31、偏振分束器32、刻划光1/4波长片33、刻划光窄带滤光片34、分束器35、转向棱镜36、锁紧机构37、直线运动导轨付38、直线微驱动机构(阴极线圈或PET)39、光刻镜头40；调焦光路包括分束器35、转向棱镜36、锁紧机构37、直线运动导轨付38、直线微驱动机构39、光刻镜头40、被刻凹球面件17、调焦光窄带滤光片41、调焦光1/4波长片42、偏振分束器43、扩束器44、转向棱镜45、调焦光源46、分束器47、聚光镜48、调焦探测器49、聚光镜50、调焦探测器51。从件号组成看出标号35、36、37、38、39、40以及17和18，属于光刻光路和调焦光路的公用部件。在水平回转轴系统中，水平回转轴左支架13和水平回转轴右支架19与基座12刚性固连，回转驱动电机14与水平左回转轴15同轴线刚性固连，镶嵌在水平回转轴左支架13的轴孔内；回转角测量编码器20与水平右回转轴21同轴线刚性固连，镶嵌在水平回转轴右支架19的轴孔内，水平左回转轴15与水平右回转轴21，构成了水平回转轴(15、21)，轴线的中点为O。水平回转轴左支架13和水平回转轴右支架19，支撑着水平回转轴系统，水平回转轴(15、21)在回转驱动电机14的驱动下，可沿轴线左右转动。在竖轴系统中，被刻件真空吸盘54上带有吸盘轴55和真空吸孔56(即54、55、56为一体)，被刻件真空吸盘54通过它的吸盘轴55插入到竖轴57的轴套孔与其配合，两者刚性固连，被刻凹球面件17，真空吸浮在被刻件真空吸盘54上，随竖轴57转动；竖轴57与竖轴测量编码器58同轴线刚性固连，竖轴驱动电机59的转子与竖轴57刚性固连，定子与竖轴轴套16刚性固连；竖轴57的轴线与水平回转轴系统中的水平回转轴(15、21)的轴线垂直，且相交于O点；竖轴系统通过竖轴轴套16上的水平左回转轴孔52和右回转轴孔53分别与水平回转轴系统中的水平左回转轴15、右回转轴21的刚性固连而固定在水平回转轴系统上并随水平回转轴的左、右转动而左、右摆动。在进给轴系统中，进给轴支架25与基座12刚性固连，进给轴22与进给轴测量编码器23的轴和进给轴驱动电机24的轴同轴线刚性固连，进给轴22装有测量编码器和驱动电机的一端镶嵌在进给轴支架25的轴孔内，在进给轴22的另一端上装有光学系统托盘18，两者刚性固连，进给轴支架25支撑着进给轴系统，进给轴22的轴线与水平回转轴系统中的水平回转轴(15、21)的轴线垂直，且相交于O点。光学系统在进给轴系统中的光学系统托盒18内，分布着光刻光路和调焦光路。在光刻光路中，光刻光源26发出光的传播方向上，依次布置扩束器27、转向棱镜28、光开关控制器(A/O调制器)29、光强控制器30、偏振分束器32、在偏振分束器32的下方设有光强测量器31、刻划光1/4波长片33、刻划光窄带滤光片34、分束器35、转向棱镜36、光刻镜头40以及被刻凹球面件17，与光刻镜头40调光调焦有关的件号有锁紧机构37、直线运动导轨付38、直线微驱动器(阴极线圈或PET)39、和光学系统托盒18。直线运动导轨付38的静止不动的部分与光学系统托盒18刚性固连，运动部分与直线微驱动器39的静止不动部分刚性固连；光刻镜头40与直线微驱动器39的运动部分刚性固连；锁紧机构37的一端与光学系统托盒18刚性固连；锁紧时，锁紧机构把直线运动导轨付38锁定，使直线运动导轨付38运动部分与光学系统托盒18之间不产生相对位移。这种结构不难看出，光刻镜头40通过直线微驱动器39的静止不动部分与直线运动导轨付38的运动部分刚性固连，实现大范围的调焦，然后再通过直线微驱动器39的运动部分进行微精调焦，把光刻光线聚焦到被刻凹球面件17的被刻面上。光刻镜头40的光轴延长线经过水平回转轴(15、21)轴线的中点O。在调焦光路中，调焦光源46发出的光，在它的传播方向上，依次布置转向棱镜45、扩束器44、调焦光偏振分束器43、调焦光1/4波长片42、调焦光窄带滤光片41、以及在光刻光路上的分束器35、转向棱镜36、光刻镜头40以及被刻凹球面件17，与光刻镜头40调光调焦有关的件号有锁紧机构37、直线运动导轨付38、直线微驱动器39和光学系统托盒18；其中，射到被刻凹球面件17上的调焦光线沿原光路自准，经光刻镜头40、转向棱镜36、分束器35、调焦光窄带滤光片41、调焦光1/4波长片42后，由偏振分束器43反射到分束器47，在分束器47的反射线上依次布置聚光镜48和调焦探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凹球面光刻刻划机，包括基座、光学系统，其特征在于本专利技术还包括水平回转轴系统（１３、１４、１５、１９、２０、２１）、竖轴系统（１６、１７、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９）、进给轴系统（１８、２２、２３、２４、２５）；在基座（１２）、水平回转轴左支架（１３）和水平回转轴右支架（１９）、进给轴支架（２５）构成的支架支撑系统上，水平回转轴左支架（１３）和水平回转轴右支架（１９）支撑着水平回转轴系统，水平回转轴（１５、２１）的轴线中点为Ｏ；竖轴系统通过竖轴轴套（１６）上的水平左回转轴孔（５２）和右回转轴孔（５３）分别与水平回转轴系统中的水平左回转轴（１５）、右回转轴（２１）的刚性固连而固定在水平回转轴系统上并随水平回转轴的左、右转动而左、右摆动，竖轴（５７）的轴线与水平回转轴（１５、２１）的轴线垂直，且相交于Ｏ点，被刻凹球面件（１７）通过被刻件真空吸盘（５４）固定在竖轴（５７）上，并相对于竖轴轴套（１６）随竖轴（５７）转动；进给轴支架（２５）支撑着进给轴系统和光学系统，进给轴（２２）的轴线与水平回转轴系统中的水平回转轴（１５、２１）的轴线垂直且相交于Ｏ点，同时进给轴（２２）的轴线与水平回转轴（１５、２１）的轴线所在的平面与基座（１２）的平面平行；光学系统由光刻光路和调焦光路组成，光刻镜头（４０）的光轴延长线通过水平回转轴（１５、２１）的轴线中点Ｏ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：艾华，韩旭东，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]