一种超精扫描镀膜及定位光刻设备制造技术

一种超精扫描镀膜及定位光刻设备，属于高精度自动化刻蚀设备技术领域，其包括减振平台、高精运动平台、化学涂胶或光刻处理盒、冷却设备及空压过滤设备集成体和CNC数控装置。减振平台消除了设备固有的振动频率并隔绝环境的影响；高精运动平台采用大推力直线电机驱动，直线电机的高精连续扫描运动和超精定位运动，为化学涂胶或光刻处理盒的均匀扫描镀膜和超精定位光刻提供支持；CNC数控装置具备数字电流伺服控制功能，实现高精运动平台与化学涂胶或光刻处理盒在同一时钟信号下工作。该设备兼具镀膜和光刻功能，提高了大面积光栅制造的生产效率，降低了光栅制造设备的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种超精扫描镀膜及定位光刻设备
本专利技术属于高精度自动化刻蚀设备
，具体涉及一种大尺寸的超精扫描镀膜及定位光刻设备。
技术介绍
光栅是光学系统和科学仪器如大型天文望远镜、惯性约束核聚变激光点火系统、光刻系统等工程系统中的核心光学元件。光栅的尺寸、栅线密度及精度约束了光学仪器系统的发展，因此大面积高精度密光栅的制造成了光栅制造领域的亟需解决的热点问题。常用的光栅制造方法包括机械刻划、激光直写和激光干涉法等。CN102513878A公开了一种机械刻划光栅设备，纳米级定位工作台采用内外两层台的结构，宏定位通过蜗轮蜗杆及丝杠传动链驱动，完成第一级的微米精度定位，然后通过压电陶瓷驱动实现纳米级微定位。第一级微米精度定位工序效率低，此外受制于压电陶瓷的工作行程，要进行大面积高精度密光栅的制造，还须进行一道机械拼接工序，并且机械拼接精度差、拼接过程复杂，因此其加工周期长。CN1424594A公开了一种制造小尺寸圆光栅的激光直写装置，对于大面积高精度光栅的制造无能为力。美国专利US5142385和国内专利CN103092003A公开了两种激光干涉光刻系统，均采用大尺寸光束形成大面积干涉图形曝光基底实现大面积光栅制造。由于该专利公开的技术不能用于直写方式进行光刻，只限于干涉方式进行光刻，因此光栅面积越大，干涉图形面积和干涉光束尺寸越大，图形非线性误差和相位漂移引起的误差越大。
技术实现思路
针对上述技术方案的不足，本专利技术提供一种采用具有稳定低速扫描性能和纳米级定位精度的直线电机驱动的光刻设备，适用于作为激光直写或小尺寸光束激光干涉式光栅制造设备的高精度驱动平台，为制造大面积高精度密光栅的提供了一种可行解决方案。本专利技术采用的方案如下：所述一种超精扫描镀膜及定位光刻设备主要包括减振平台、高精运动平台、化学涂胶或光刻处理盒31、冷却设备及空压过滤设备集成体19和CNC数控装置18；减振平台由调水平高度垫脚Ⅰ1、调水平高度垫脚Ⅱ1A、设备支架2、减振系统3和花岗岩基座4组成；高精运动平台主要由X1轴直线电机、X2轴直线电机、升降Z轴直线电机、Z轴配重气缸6、工作台左右移动块连接梁13、工作台托板移动块12、空气静压导轨Ⅰ7、空气静压导轨Ⅱ7A、空气静压滑块Ⅰ8、空气静压滑块Ⅱ8A和光栅组成，Z轴直线电机包括Z轴左直线电机磁轨30、Z轴右直线电机磁轨30A、Z轴左直线电机线圈29、Z轴右直线电机线圈29A，Z轴直线电机与Z轴配重气缸6连接；空气静压导轨Ⅰ7、空气静压导轨Ⅱ7A、空气静压滑块Ⅰ8、空气静压滑块Ⅱ8A、X1轴直线电机、X2轴直线电机、工作台托板移动块12对称布置于减振平台的花岗岩基座4两侧，工作台托板移动块12固定连接在空气静压滑块Ⅰ8和空气静压滑块Ⅱ8A上，被加工工件14放置于与工作台托板移动块12连接的工作台左右移动块连接梁13上，X1轴直线电机和X2轴直线电机通过X1轴直线电机动子10、X1轴电机连接块11、X2轴直线电机动子10A和X2轴电机连接块11A重心驱动被加工工件14精确运动，空气静压导轨Ⅰ7、空气静压滑块Ⅰ8、空气静压导轨Ⅱ7A和空气静压滑块Ⅱ8A对于被加工工件14的运动起到精密导向作用，X1轴光栅15和X2轴光栅15A将被加工工件14的位置实时闭环反馈到CNC数控装置18上，控制被加工工件14在X轴方向上纳米级精度的连续扫描或定位运动，所述的X1轴和X2轴都位于水平面上且互相平行；配重气缸滑杆5直接固定在减振系统3上，Z轴左直线电机磁轨30和Z轴右直线电机磁轨30A对称配置在Z轴配重气缸6上，Z轴左直线电机线圈29和Z轴右直线电机线圈29A对称固定在花岗岩基座4上，Z轴工作台32固接在Z轴配重气缸6，化学涂胶或光刻处理盒31由Z轴工作台32支撑，Z轴左直线电机磁轨30和Z轴右直线电机磁轨30A通过Z轴配重气缸6和Z轴工作台32重心驱动化学涂胶或光刻处理盒31在Z轴方向上运动，Z轴指竖直方向并与X轴方向垂直，Z轴光栅16将化学涂胶或光刻处理盒31的位置实时闭环反馈到CNC数控装置18上，控制化学涂胶或光刻处理盒31在Z轴中心线上以纳米级精度精确定位。所述的设备支架2下方设置的调水平高度垫脚Ⅰ1和调水平高度垫脚Ⅱ1A，调水平高度垫脚Ⅰ1和调水平高度垫脚Ⅱ1A可以调整设备的水平度，设备支架2上部布置有减振系统3，花岗岩基座4位于该低频空气减振系统3上，该设备的高精运动平台设置在经过精密研磨的花岗岩基座4上，实现高精运动平台的振动频率在10HZ以下，消除设备固有的振动频率及环境的振动噪声影响。所述X1轴直线电机和X2轴直线电机采用推力波动小于3％的大推力无芯直线电机，该大推力无芯直线电机采用内部冷却方式，并且具有良好的低速匀速性能，在120mm/s以下的速度波动小于0.2％，为高速微细超精密加工提供稳定的动力源。所述冷却设备及空压过滤设备集成体19为空气静压导轨Ⅰ7、空气静压导轨Ⅱ7A、空气静压滑块Ⅰ8、空气静压滑块Ⅱ8A和Z轴配重气缸6提供气源，同时提供循环冷却水消耗直线电机及化学涂胶或光刻处理盒31等的自产热，恒温外罩17将设备与环境隔开，实现整机设备的温差在正负0.1度以下。被加工工件14、Z轴工作台32、冷却设备及空压过滤设备集成体19都通过CNC数控装置18进行运算和伺服指令控制。采用具备数字电流伺服控制功能的CNC控制系统，使高精运动平台和化学涂胶或光刻处理盒31在控制卡同一DSP的同一时钟信号下协同工作。本专利技术可以取得如下有益效果：X1轴直线电机和X2轴直线电机对称布置在花岗岩基座4的两侧，易于实现重心驱动被加工工件14在X轴方向上的平稳运动，避免被加工工件14运动时的重心跳动给运动平台带来干扰。Z轴配重气缸6承受化学涂胶或光刻处理盒31的重量，降低了化学涂胶或光刻处理盒31对于Z轴直线电机的推力需求。减振系统3消除了设备固有的振动频率并隔绝环境的影响。恒温外罩17将设备与环境隔开，降低环境温度的影响。高精运动平台和化学涂胶或光刻处理盒31在控制卡同一DSP的同一时钟信号下协同工作，避免了时钟误差给高精密光栅制造带来干扰。采用具有良好低速性能及分辨率达到纳米级的直线电机驱动方式。相对于传统驱动方式，驱动速度较快、行程长，有助于实现高效大面积高精密光栅尺的制造。其次，直线电机既能实现高精度连续扫描运动，又能高精度的定位运动，为实现被加工工件14的均匀扫描镀膜和高精度定位光刻提供支持。因此，该设备具有镀膜和光刻功能，适用于作为激光直写或小尺寸光束激光干涉式光栅制造设备的高精度驱动平台，降低了光栅制造设备的成本，并提高了大面积高精密光栅制造的效率。附图说明：图1超精扫描镀膜及定位光刻设备图2直线电机运行速度120mm/s时的速度波动曲线图图中，1.调水平高度垫脚Ⅰ；1A.调水平高度垫脚Ⅱ；2.设备支架；3.减振系统；4.花岗岩基座；5.配重气缸滑杆；6.Z轴配重气缸；7.空气静压导轨Ⅰ；8.空气静压滑块Ⅰ；7A.空气静压导轨Ⅱ；8A.空气静压滑块Ⅱ；9.X1轴直线电机定子；9A.X2轴直线电机定子；10.X1轴直线电机动子；10A.X2轴直线电机动子；11.X1轴电机连接块；11A.X2轴电机连接块；12.工作台托板移动块；13.工作台左右移动块连接梁；14.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超精扫描镀膜及定位光刻设备，其特征在于：该设备主要包括减振平台、高精运动平台、化学涂胶或光刻处理盒（31）、冷却设备及空压过滤设备集成体（19）和CNC数控装置（18）；减振平台由调水平高度垫脚Ⅰ（1）、调水平高度垫脚Ⅱ（1A）、设备支架（2）、减振系统（3）和花岗岩基座（4）组成；高精运动平台主要由X1轴直线电机、X2轴直线电机、Z轴直线电机、Z轴配重气缸（6）、工作台左右移动块连接梁（13）、工作台托板移动块（12）、空气静压导轨Ⅰ（7）、空气静压导轨Ⅱ（7A）、空气静压滑块Ⅰ（8）、空气静压滑块Ⅱ（8A）和光栅组成；空气静压导轨Ⅰ（7）、空气静压导轨Ⅱ（7A）、空气静压滑块Ⅰ（8）、空气静压滑块Ⅱ（8A）、X1轴直线电机、X2轴直线电机、工作台托板移动块（12）对称布置于减振平台的花岗岩基座（4）上，工作台托板移动块（12）固定连接在空气静压滑块Ⅰ（8）和空气静压滑块Ⅱ（8A）上，被加工加工（14）放置于与工作台托板移动块（12）连接的工作台左右移动块连接梁（13）上，X1轴直线电机和X2轴直线电机通过X1轴直线电机动子（10）、X1轴电机连接块（11）、X2轴直线电机动子（10A）和X2轴电机连接块（11A）重心驱动被加工工件（14）精确运动，空气静压导轨Ⅰ（7）、空气静压滑块Ⅰ（8）、空气静压导轨Ⅱ（7A）和空气静压滑块Ⅱ（8A）对于被加工工件（14）的运动起到精密导向作用，X1轴光栅（15）和X2轴光栅（15A）将被加工工件（14）的位置实时闭环反馈到CNC数控装置（18）上，控制被加工工件（14）在X轴方向上以纳米级精度连续扫描或定位运动，所述的X1轴和X2轴都位于水平面上且互相平行；配重气缸滑杆（5）直接固定在减振系统（3）上，Z轴左直线电机磁轨（30）和Z轴右直线电机磁轨（30A）对称配置在Z轴配重气缸（6）上，Z轴左直线电机线圈（29）和Z轴右直线电机线圈（29A）对称固定在花岗岩基座（4）上，Z轴工作台（30）固接在Z轴配重气缸（6）上，化学涂胶或光刻处理盒（31）由Z轴工作台（30）支撑，Z轴左直线电机磁轨（30）和Z轴右直线电机磁轨（30A）通过Z轴配重气缸（6）和Z轴工作台（30）重心驱动化学涂胶或光刻处理盒（31）在Z轴方向上运动，Z轴指竖直方向并与X轴方向垂直，Z轴光栅（16）将化学涂胶或光刻处理盒（31）的位置实时闭环反馈到CNC数控装置（18）上，控制化学涂胶或光刻处理盒（31）在Z轴中心线上以纳米级精度精确定位。...

【技术特征摘要】
1.一种超精扫描镀膜及定位光刻设备，其特征在于：该设备主要包括减振平台、高精运动平台、化学涂胶或光刻处理盒(31)、冷却设备及空压过滤设备集成体(19)和CNC数控装置(18)；减振平台由调水平高度垫脚Ⅰ(1)、调水平高度垫脚Ⅱ(1A)、设备支架(2)、减振系统(3)和花岗岩基座(4)组成，调水平高度垫脚Ⅰ(1)和调水平高度垫脚Ⅱ(1A)设置在支架(2)下方，可以调整设备的水平度，设备支架(2)上部布置有减振系统(3)，花岗岩基座(4)位于该减振系统(3)上，该设备的高精运动平台设置在经过精密研磨的花岗岩基座(4)上，实现高精运动平台的振动频率在10Hz以下，消除设备固有振动并隔绝环境的影响；高精运动平台主要由X1轴直线电机、X2轴直线电机、Z轴直线电机、Z轴配重气缸(6)、工作台左右移动块连接梁(13)、工作台托板移动块(12)、空气静压导轨Ⅰ(7)、空气静压导轨Ⅱ(7A)、空气静压滑块Ⅰ(8)、空气静压滑块Ⅱ(8A)和光栅组成，Z轴直线电机包括Z轴左直线电机磁轨(30)和Z轴右直线电机磁轨(30A)和Z轴左直线电机线圈(29)和Z轴右直线电机线圈(29A)，Z轴直线电机与Z轴配重气缸(6)连接；空气静压导轨Ⅰ(7)、空气静压滑块Ⅰ(8)、X1轴直线电机组成的机构与空气静压导轨Ⅱ(7A)、空气静压滑块Ⅱ(8A)、X2轴直线电机组成的机构对称布置于减振平台的花岗岩基座(4)两侧，空气静压滑块Ⅰ(8)设置在空气静压导轨Ⅰ(7)上，空气静压滑块Ⅱ(8A)设置在空气静压导轨Ⅱ(7A)上，空气静压导轨Ⅰ(7)、空气静压导轨Ⅱ(7A)均设置在花岗岩基座(4)上；空气静压滑块Ⅰ(8)和空气静压滑块Ⅱ(8A)上均连接有工作台托板移动块(12)，被加工工件(14)放置于与工作台托板移动块(12)连接的工作台左右移动块连接梁(13)上，X1轴直线电机和X2轴直线电机分别通过X1轴直线电机动子(10)、X1轴电机连接块(11)、空气静压滑块Ⅰ(8)和X2轴直线电机动子(10A)、X2轴电机连接块(11A)、空气静压滑块Ⅱ(8A)驱动工作台托板移动块(12)、工作台左右移动块连接梁(13)和被加工工件(14)精确运动，空气静压导轨Ⅰ(7)、空气静压滑块Ⅰ(8)、空...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍鹏，
申请(专利权)人：嘉兴华嶺机电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：