[发明专利]一种超精扫描镀膜及定位光刻设备

说明书

技术领域

本发明属于高精度自动化刻蚀设备技术领域，具体涉及一种大尺寸的超精扫描镀膜及定位光刻设备。

背景技术

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。

发明内容

针对上述技术方案的不足，本发明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。

本发明采用的方案如下：

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；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上，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30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。

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。