[发明专利]大尺寸光栅的制造装置和制造方法

说明书

一种大光栅的制造装置和制造方法，该装置包括光源移动模块、基片移动模块和监测控制模块三部分。相比于以往的扫描光束法制造光栅的装置，该装置将光栅基片的二维扫描运动拆分，使用一维精密平移台分别驱动光源和光栅基片，免除了配备二维精密平移台的需求，大大节约了系统成本。该装置构造简单，易于拓展的所制大光栅的面积。结合3轴激光干涉仪定位及闭环调节控制方法，该装置能有效制作出具有高条纹精度和平行度的大光栅。

技术领域

本发明涉及光栅光刻，特别是一种尺寸大光栅的制造装置和制造方法。

背景技术

光栅作为一种重要的基本光学元件，被广泛应用于国防、科研和国民经济的许多领域。尤其在天文观测仪器、大功率激光脉冲压缩和长距离精密测量中，大尺寸光栅是不可或缺的。

2003年，Carl Gang Chen在其博士论文中介绍了一种使用扫描光束法刻写大光栅的方法(Carl Gang Chen.Beam Alignment and Image Metrology for Scanning BeamInterference Lithography—Fabricating Gratings with Nanometer PhaseAccuracy.PhD Thesis,Massachusetts Institute of Technology,2003.)。该技术使用相干光束创造出曝光条纹图样，使用大行程二维精密平移台托载光栅基片在曝光光束下扫描运动，使条纹基片各部分都被条纹图样曝光，形成完整的大面积光栅，可刻写出上百毫米级的光栅。

该技术的一个关键环节是使用了大行程二维精密位移台，它是整个光栅制造过程的运动部分，其行程和定位精度决定了最终光栅产品的大小和质量。而这样的二维平移台系统复杂，价格昂贵，且随尺寸扩大而倍增。以国内的现有技术很难做出长行程又具备纳米级定位精确度的二维平移台。

发明内容

为了克服背景技术中所述的长行程精密二维平移台难以制造且成本高昂的困难，本发明提供一种大光栅的制造装置和制造方法，该装置，排除了构建复杂二维运动台系统的需要，大大降低了系统成本。

本发明的技术解决方案

一种基于一维精密平移台制造大光栅的制造装置，包括光源移动模块、基片移动模块和监测控制模块三部分，其特点在于：

所述的光源移动模块，包括光源、光源平移台和龙门架，所述的光源平移台为一维长行程平移台，其底座固定在所述的龙门架上，所述的光源通过连接块安装在所述的光源平移台的移动台面上，所述的光源向下投射曝光光束，当所述的光源平移台的移动台面直线运动时，所述的光源被带动沿直线运动，同时曝光光束划过一条直线；

所述的基片移动模块，包括两个平行放置的基片平移台、一块长条形的光栅基座和待曝光光栅基片，所述的两个基片平移台都为一维长行程精密平移台，平行安装在所述的龙门架下，所述的两个基片平移台的移动台面分别支撑所述的光栅基座的两端，所述的两个基片平移台的移动台面的运动方向与所述的光源平移台的移动台面的运动方向垂直，所述的两个基片平移台的移动台面的移动将带动所述的光栅基座移动，所述的待曝光的光栅基片放置在所述的光栅基座上，用压片固定；

所述的监测控制模块，包括一套3轴激光干涉仪和一台工控机，所述的3轴激光干涉仪有3个测量镜，安装在所述的光栅基座侧边，中轴测量镜安装在所述的光栅基座侧边中点处，旁轴测量镜安装点分别对准所述的两个基片平移台的运动轴线，所述的3轴激光干涉仪的三条测量激光束分别对准3个测量镜，与所述的待曝光的光栅基片处于同平面内，所述的3轴激光干涉仪可以精确测量出3个测量镜相对初始位置的位移量，所述的工控机与所述的3轴激光干涉仪、所述的光源平移台、所述的两个基片平移台、所述的光源相连，通过程序读取及控制它们的状态。

所述的光源发出的曝光光束，有多种光束类型可以采用，一种是激光直写装置发出的点光束，一种是利用双光束干涉在光栅基片平面产生的明暗条纹，一种是利用达曼光栅衍射产生的光点阵。