超高道密度伺服信息极坐标光刻系统、方法及设备技术方案

一种超高道密度伺服信息极坐标光刻系统及设备，包括主轴回转、磁盘盘片定位夹持、闭环控制直线位置检测、快速与三套滚动导轨联合超高精度定位、光刻聚焦光路及调制、激光器调焦伺服控制、微机及接口控制等系统。本发明专利技术能生成磁记录所需要的各种复杂图形。是超大容量磁记录的技术，有亚微米级以至纳米级精度，集精密机械、动态检测、激光、光学、电子学、磁记录、自动控制、微机、软件等多种高难技术于一体，且结构简单、性能可靠。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超高道密度伺服信息极坐标光刻系统及设备，它属于信息存贮技术。为了实现本世纪末和21世纪初道密度达到17000～25000TPI超大容量磁记录目标，国外在80年代起就开始从事这一技术的研究。国内外现有的光刻技术有1.成都706专用设备厂生产的光刻机，它使用的是碘钨灯光源，而用发射光掩膜进行光刻，但光刻胶较厚，只能复制，而不能直接刻制图形；2.电子束曝光光刻机，它虽可直接制作图形，但由于是直角坐标，在生成圆弧时，得不到真正光滑的圆，当图形较复杂、线纹较细、数据量大时，生成的图形质量就达不到要求了，实践证明，光刻大于4000TPI的道密度就做不到了，而这种设备在国内是目前半导体技术的重要设备，花费2500万美金进口的；3.光盘母盘光刻机，它只能生成槽沟，只可写图标信息，却记录在槽底，而不能做复杂的图形。4.可供参考的现有技术还有中国专利No91103003.4。本专利技术的目的是旨在刻制超高道密度磁盘伺服图形的光刻技术，以解决上述利用通用的直角坐标电子束曝光机不利于制作高道密度圆形图案的问题，同时也考虑到其他的用途，如刻制光盘母盘、录写CD-ROM信息以及文字、图形的微雕等，专利技术一种超高道密度伺服信息极坐标光刻系统及设备。本专利技术所说的超高道密度伺服信息极坐标光刻系统及设备主要包括有主轴回转系统、磁盘盘片定位夹持系统、超高精度定位系统、闭环控制直线位置检测系统、快速与精定位三套滚动导轨联合驱动系统、光刻聚焦光路及调制系统、激光器调焦伺服控制系统、工作平台隔振系统、微机及接口控制系统等部分。本专利技术的总体结构如附图说明图1、图2所示。主轴回转系统与磁盘盘片定位夹持机构在同一轴线上，主轴回转系统设置在工作平台的下部，磁盘盘片定位夹持系统设置在工作平台的上部；所说的超高精度定位系统包括有闭环控制直线位置检测系统和快速与精定位三套滚动导轨联合驱动系统、光刻聚焦光路及调制系统、激光器调焦伺服控制系统均可设置在工作平台上；激光刻蚀头安装在靠推杆与空气压力气膜之间的作用而移动的空气静压导轨的滑台上。本专利技术所说的超高道密度伺服信息极坐标光刻系统及设备的微机与接口控制系统包括；双步进电机定位控制、主控板伺服码刻写控制、主轴电机稳速调速控制、激光束聚焦控制等由微机与接口构成一个全自动实时控制。所说的双步进电机的定位，先控制第一步进机进行粗定位，再由控制逻辑的细分电路控制第二步进电机进行精定位，每次步进可达到1/128步。所述的主控板在刻写时，每个磁道的伺服码信息先写入缓冲区，再由圆光栅传感器产生的时钟信号，经地址计数器扫描缓冲区的地址，读出缓冲区的内容。所述的主轴回转系统，采用永磁直流力矩电机驱动，精密圆光栅传感器信号反馈以及锁相稳速技术，实现±2″的圆周精度和优于1×10-6的稳速精度。所述的激光束聚焦控制回路，采用精密直线音圈电机驱动，由调焦误差检测，滤波，PID调节以及功放等组成闭环系统，以达到±0.2微米的调焦精度。与上述现有前三种光刻机相比，本专利技术的特点是1.现有技术的光刻对象是硅片或金属，本专利技术的光刻对象是磁盘；2.现有技术光刻光盘的母盘，需两套设备，一台只能做预刻槽定位，另一台写数据信息，本专利技术只需一次就能生成磁记录所需要的各种复杂图形。实现这一技术，目前既无商品，也没有看到有关报导，本专利技术针对现有技术不能解决的问题，瞄准21世纪实现超大容量磁记录的技术指标，确定了以高精度作为最主要的目标，即以亚微米级，甚至纳米为追求目标，集精密机械、动态检测、激光、光学、电子学、磁记录、自动控制、微机、软件等多种高难技术于一体，研制出结构简单、性能可靠、经济条件许可的光刻系统、方法及设备。图1本专利技术所说的系统、设备总体结构示意图；图2本专利技术所说的系统、设备总体结构俯视示意图；图3空气静压主轴系统示意图；图4磁盘盘片定位夹持机构示意图；图5定位驱动机构示意图；A)主视图； B)俯视图；图6光记录系统结构示意图；图7光功率调控系统与光脉冲发生装置示意图；图8聚焦及聚焦检测光路示意图；图9调焦执行机构——音圈电机结构示意图；图10；光刻机电气控制系统框图；图11接口卡框图。由于本专利技术所说的技术是一种超高道密度伺服信息极坐标光刻系统及设备。又是在现有技术中所没有的，所以，以下对构成本系统设备的各个部分进行描述。一、主轴回转系统主轴转速伺服系统如图3所示。由永磁式直流力矩电机14、弹性联轴节18、圆光栅传感器5、空气静压轴承19、磁盘盘片定位安置台20、消振元件等组成，整个系统安装在花岗石隔振台21上。由于主轴回转系统是用来安装被光刻的磁盘盘片22的，所以要求有极高的精度，如回转速度在90～200r.p.m内任意可调，稳速精度达0.001％，空气静压轴承19支承主轴23，主轴23动态径向全跳动≤0.05μm。为了满足该技术要求，永磁式直流力矩电机14用弹性隔振器24固定在支架25上，以隔绝电机振动对主轴系统的干扰，并通过弹性联轴节18与圆光栅传感器5联接，以隔离电机振源并起到电机轴与圆光栅轴不同心的补偿作用。圆光栅传感器5在圆周上的条纹数为18000条/圈并经72倍电子细分，使它的分辨率达到1″，精度为±2″。从而构成稳速闭环控制系统。圆光栅传感器5通过十字联轴节26与空气静压轴承19联接，磁盘盘片定位夹持机构安置在与空气静压轴承19相连接的主轴23上。二、磁盘盘片定位夹持机构磁盘盘片定位夹持机构如图4所示。磁盘盘片定位夹持机构、主要由弹性夹头27、弹性轴向加压器28、塑性加压块32、自动锁紧与卸载机构29等构成一个自动定心；自动调节加载力的弹性夹持系统，需要进行光刻的磁盘盘片22放置在主轴23上的磁盘安置台20上；在定位夹持机构上设置有磁盘夹持装置，磁盘夹持装置上设有精密弹性夹头27，依靠精密弹性夹头27自动定心，磁盘夹持装置上设置有弹性轴向加压器28，弹性轴向加压器28一方面通过锥形顶头30上的弹簧31a将弹性夹头27均匀张开，同时通过另一弹簧31b将塑性加压块32均匀地靠弹性力压向磁盘盘片22，以完成自动锁紧的功能，保证盘片精确定位与可靠夹紧，而不损坏盘片。自动锁紧与卸载机构29上设置有开合钩33，推动开合弹簧34使开合钩33脱离，自动锁紧与卸载机构29上的簧片35带动磁盘夹持装置离开磁盘盘片22；关闭开合钩33时，则磁盘夹持装置上的弹性夹头27，弹性轴向加压器28，锥形顶头30，塑性加压块32等机件作用于磁盘盘片22，并使磁盘盘片22精确定位与可靠夹紧。二、超高精度定位驱动系统超高精度定位驱动系统构成极坐标光刻技术，(如图2、图5所示)。主要由空气静压导轨36、直线位置检测元件3、快速精定位滚动导轨37a、37b、37a联台运动组成快速超精定位驱动系统。在现有技术“闭环定位装置”(专利号91103003.4)的基础上，本专利技术技术中的滑合采用更高精度的空气静压导轨；检测元件采用更高分辨率和精度的光电传感器，驱动与定位分开而且采用空气压力气膜联接，以便有效地隔绝振源，确保超精定位；传动采用滚珠丝杆，以便消除空回，减小摩擦磨损，轻便灵活，达到快速响应之目的。超高精度定位驱动系统中的工作台定位系统采用封闭式结构的空气静压导轨36驱动系统，由三套高精度滚动导轨37a、37b、37c所组成。首先快速定位驱动，即第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高道密度伺服信息极坐标光刻系统及设备，主要包括有：主轴回转系统、磁盘盘片定位夹持系统、超高精度定位系统、光刻聚焦光路及调制系统、激光器调焦伺服控制系统、工作平台隔振系统、微机及接口控制系统等部分，其特征在于，主轴回转系统与磁盘盘片 定位夹持机构在同一轴线上，主轴回转系统设置在工作平台的下部，磁盘盘片定位夹持系统设置在工作平台的上部；所说的超高精度定位系统包括有闭环控制直线位置检测系统和快速与精定位三套滚动导轨联合驱动系统、光刻聚焦光路及调制系统、激光器调焦伺服控制系统均可设置在工作平台上；激光刻蚀头安装在靠推杆与空气压力气膜之间的作用而移动的空气静压导轨的滑台上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张江陵，倪浆铭，周功业，黄益森，贾连兴，
申请(专利权)人：华中理工大学，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]