[發(fā)明專利]以石墨烯鍵長為基準(zhǔn)的超精密制造裝備精度比對及精度補(bǔ)償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210371547.3
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102862951A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉紅忠;蔣維濤;陳邦道;丁玉成;盧秉恒
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B81C99/00
• 分類號: B81C99/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超精密制造裝備亞納米級精度比對及精度補(bǔ)償方法，用于微納制造領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

納米制造是當(dāng)今國際上的一個研究熱點(diǎn)。納米加工是納米制造的核心，納米測量是納米制造中信息采集和分析的主要手段。傳統(tǒng)的微納制造方法將樣品加工以后采用檢測設(shè)備表征其表面形貌、粗糙度、直線度等幾何參數(shù)，加工和測量過程分離使得制造精度差，而且增加了二次裝夾誤差。將納米加工和納米測量相集成，實(shí)現(xiàn)納米加工過程的閉環(huán)控制，是提高納米加工精度，實(shí)現(xiàn)納米/亞納米精度加工的必由之路。?

傳統(tǒng)的檢測方法由于受各種條件的影響，測量穩(wěn)定性較差。因此需要尋找一種結(jié)構(gòu)尺度穩(wěn)定的材料作為加工樣品檢測的標(biāo)準(zhǔn)。石墨烯具有穩(wěn)定的亞納米原子結(jié)構(gòu)尺寸，因而能夠作為優(yōu)良的亞納米精度測量比對樣品。石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層雷同，是碳原子以sp2混成軌域呈蜂巢晶格(honeycomb?crystal?lattice)排列構(gòu)成的單層二維晶體。石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所形成的原子尺寸網(wǎng)。碳碳鍵（carbon-carbon?bond）僅為0.142nm、鍵角為120°。?

為提升超精密制造裝備的加工精度，實(shí)現(xiàn)納米/亞納米級精度的超精密加工及精度補(bǔ)償，本發(fā)明提出了一種以石墨烯鍵長為基準(zhǔn)的超精密制造裝備精度比對及精度補(bǔ)償方法，以穩(wěn)定的石墨烯鍵長作為工作臺運(yùn)動精度控制的基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)亞納米級精度的誤差補(bǔ)償。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是利用石墨烯鍵長作為超精密制造裝備精度比對及精度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)，利用實(shí)時檢測結(jié)果對制造裝備的制造精度進(jìn)行比對及誤差補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)亞納米級精度運(yùn)動平臺及超精密制造裝備(如，納米測量機(jī)、超精密機(jī)床、聚焦高能束制造系統(tǒng)等)的精度比對與精度補(bǔ)償技術(shù)。從而將超精密制造裝備的檢測精度提升至亞納米量級。?

該方法具體步驟如下，：?

(1)將待加工樣品與石墨烯基準(zhǔn)樣品分別裝夾在制造裝備樣品臺上和石墨烯基準(zhǔn)樣品承載臺上；制造樣品臺和石墨烯基準(zhǔn)樣品承載臺通過超精密聯(lián)動控制裝置連接。?

(2)移動制造樣品臺使被加工樣品進(jìn)入制造裝備加工范圍，并設(shè)定加工原點(diǎn)和加工路徑等參數(shù)；移動檢測樣品臺使石墨烯基準(zhǔn)樣品臺進(jìn)入檢測裝備檢測范圍，并設(shè)定檢測起?始點(diǎn)；將制造裝備加工時的運(yùn)動元部件與石墨烯基準(zhǔn)樣品臺進(jìn)行超精密聯(lián)動控制連接(即，制造裝備運(yùn)動元部件與石墨烯基準(zhǔn)樣品承載臺的運(yùn)動長度呈現(xiàn)亞納米量級超精密定量函數(shù)關(guān)系)。?

(3)加工過程：制造裝備運(yùn)動元部件的運(yùn)動，通過超精密聯(lián)動控制器，傳動至石墨烯基準(zhǔn)樣品承載臺。通過掃描經(jīng)過石墨烯檢測窗口的石墨烯鍵長數(shù)量(檢測方式可為聚焦電子束成像、探針掃描等方式)，表征石墨烯基準(zhǔn)樣品承載臺的運(yùn)動長度，并映射制造裝備樣品臺實(shí)際亞納米量級運(yùn)動長度。?

(4)將該亞納米級運(yùn)動精度檢測信號反饋至制造裝備運(yùn)動元部件的運(yùn)動控制系統(tǒng)，與制造裝備運(yùn)動元部件的預(yù)期運(yùn)動長度相比對，進(jìn)行制造裝備運(yùn)動元部件的運(yùn)動長度閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)亞納米級精度的誤差補(bǔ)償。?

所述的超精密制造裝備包括納米測量機(jī)、超精密機(jī)床、聚焦高能束制造系統(tǒng)(電子束加工系統(tǒng)、聚焦粒子束加工系統(tǒng)、激光加工系統(tǒng)等)等微納制造領(lǐng)域的制造設(shè)備。?

本發(fā)明利用石墨烯鍵長為基準(zhǔn)的超精密制造裝備精度比對及精度補(bǔ)償方法，其優(yōu)點(diǎn)在于：石墨烯作為對比樣穩(wěn)定性良好；超精密制造與檢測集成避免了二次裝夾誤差；樣品制造與精度檢測通過誤差補(bǔ)償閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)亞納米級精度制造。?

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。?

圖1是本發(fā)明所述方法的運(yùn)動控制與檢測框圖。?

圖2是本發(fā)明所述方法的超精密加工裝置示意圖。?

圖3是本發(fā)明所述方法的亞納米級精度檢測裝置示意圖。?

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本方法是在荷蘭飛利浦（PHILIPS）公司TECNAI20U-TWIN高分辨透射電鏡上實(shí)施的。所用的圖形發(fā)生器為DY2000A。?