专利名称：以石墨烯键长为基准的超精密制造装备精度比对及精度补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种超精密制造装备亚纳米级 精度比对及精度补偿方法，用于微纳制造领域。
背景技术：
纳米制造是当今国际上的一个研究热点。纳米加工是纳米制造的核心，纳米测量是纳米制造中信息采集和分析的主要手段。传统的微纳制造方法将样品加工以后采用检测设备表征其表面形貌、粗糙度、直线度等几何参数，加工和测量过程分离使得制造精度差，而且增加了二次装夹误差。将纳米加工和纳米测量相集成，实现纳米加工过程的闭环控制，是提高纳米加工精度，实现纳米/亚纳米精度加工的必由之路。传统的检测方法由于受各种条件的影响，测量稳定性较差。因此需要寻找一种结构尺度稳定的材料作为加工样品检测的标准。石墨烯具有稳定的亚纳米原子结构尺寸，因而能够作为优良的亚纳米精度测量比对样品。石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。碳碳键(carbon-carbon bond)仅为 0. 142nm、键角为 120。。为提升超精密制造装备的加工精度，实现纳米/亚纳米级精度的超精密加工及精度补偿，本发明提出了一种以石墨烯键长为基准的超精密制造装备精度比对及精度补偿方法，以稳定的石墨烯键长作为工作台运动精度控制的基准，实现亚纳米级精度的误差补偿。
发明内容
本发明的目的是利用石墨烯键长作为超精密制造装备精度比对及精度补偿的基准，利用实时检测结果对制造装备的制造精度进行比对及误差补偿，实现亚纳米级精度运动平台及超精密制造装备(如，纳米测量机、超精密机床、聚焦高能束制造系统等)的精度比对与精度补偿技术。从而将超精密制造装备的检测精度提升至亚纳米量级。该方法具体步骤如下，(I)将待加工样品与石墨烯基准样品分别装夹在制造装备样品台上和石墨烯基准样品承载台上；制造样品台和石墨烯基准样品承载台通过超精密联动控制装置连接。(2)移动制造样品台使被加工样品进入制造装备加工范围，并设定加工原点和加工路径等参数；移动检测样品台使石墨烯基准样品台进入检测装备检测范围，并设定检测起始点；将制造装备加工时的运动元部件与石墨烯基准样品台进行超精密联动控制连接(即，制造装备运动元部件与石墨烯基准样品承载台的运动长度呈现亚纳米量级超精密定量函数关系)。(3)加工过程制造装备运动元部件的运动，通过超精密联动控制器，传动至石墨烯基准样品承载台。通过扫描经过石墨烯检测窗口的石墨烯键长数量(检测方式可为聚焦电子束成像、探针扫描等方式)，表征石墨烯基准样品承载台的运动长度，并映射制造装备样品台实际亚纳米量级运动长度。(4)将该亚纳米级运动精度检测信号反馈至制造装备运动元部件的运动控制系统，与制造装备运动元部件的预期运动长度相比对，进行制造装备运动元部件的运动长度闭环控制，从而实现亚纳米级精度的误差补偿。所述的超精密制造装备包括纳米测量机、超精密机床、聚焦高能束制造系统(电子束加工系统、聚焦粒子束加工系统、激光加工系统等)等微纳制造领域的制造设备。本发明利用石墨烯键长为基准的超精密制造装备精度比对及精度补偿方法，其优点在于石墨烯作为对比样稳定性良好；超精密制造与检测集成避免了二次装夹误差；样品制造与精度检测通过误差补偿闭环控制实现亚纳米级精度制造。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的详细说明。 图I是本发明所述方法的运动控制与检测框图。图2是本发明所述方法的超精密加工装置示意图。图3是本发明所述方法的亚纳米级精度检测装置示意图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。本方法是在荷兰飞利浦(PHILIPS)公司TECNAI20U-TWIN高分辨透射电镜上实施的。所用的图形发生器为DY2000A。图I是本发明所述方法的运动控制与检测框图。图2是本发明所述方法的超精密加工装置示意图(本例中，以高能束加工为例)，其中I为高能束发射装置、2为高能束束斑、3为工件、4为制造装备运动元部件(本例中，为运动平台)；加工的特征结构包括槽深t、周期P、槽长L。图3是本发明所述方法的检测装置示意图(本例中，石墨烯晶格结构观测以聚焦电子束透射电镜观测成像为例)。5为电子束系统、6为电子束束斑、7为比对石墨稀样品、8为石墨稀基准样承载台、10为墨稀键检测器、11为墨稀键检测窗口 ；石墨稀键长为a。本发明提供一种利用石墨烯键长为基准的超精密制造装备精度比对及精度补偿方法，该方法具体步骤如下(I)对加工的单晶硅片基底进行标准清洗(先后在丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗15min)、用高纯氮气吹干并在150°C的热板上烘烤30min，然后装入高分辨透射电镜系统的样品台上，关上样品室门抽取真空，其真空度要求低于10_3Pa ；(2)调节制造装备样品台的位置，使其工作距离为20mm左右；打开加工离子束高压，加速电压选择为50kV，离子束流为30nA ;调节好离子束象散，最终使离子束聚焦于样品表面；(3)通过联动控制器使石墨烯基准样品进入检测电子束工作范围，调节电子束电压为20kV，电子束流为50nA ;调节好电子束的象散，最终使电子束焦点汇聚于石墨烯比对样品表面；(4)利用DY2000A图形发生器设计好所需要加工的图形并生成加工代码；利用离子束进行样品表面加工，设定初始加工时间为2min，加速电压选择为50kV，离子束流为30nA ;同时，制造装备的实际运动长度通过检测台上扫过的石墨烯键长数量来表征；(5)根据电子束观测到的键长数量表征样品 实际加工长度，与预期加工长度进行对比，计算误差，以此进行精度补偿。
权利要求
1.一种以石墨烯键长为基准的超精密制造装备精度比对及精度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤 1)将待加工样品与石墨烯基准样品分别装夹在制造装备样品台上和石墨烯基准样品承载台上； 2)将制造装备加工时的运动元部件与石墨烯基准样品台进行超精密联动控制连接，设置好运动时两者之间的位移定量函数关系； 3)在制造装备加工运动时，通过扫描经过石墨烯检测窗口的石墨烯键长数量来表征石墨烯基准样品承载台的运动长度，并根据步骤2)中的所述定量函数关系映射制造装备样品台实际运动长度； 4)将该实际运动长度反馈至制造装备运动元部件的运动控制系统，与制造装备运动元部件的预期运动长度相比对，进行制造装备运动元部件的运动长度闭环控制，对亚纳米级精度的误差补偿。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤2)中的定量函数关系为亚纳米量级定量函数关系。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤2)中石墨烯键长数量的检测方式为聚焦电子束成像或探针扫描方式。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述的超精密制造装备包括纳米测量机、超精S机床或聚焦闻能束制造系统。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述聚焦高能束制造系统为电子束加工系统、聚焦粒子束加工系统或激光加工系统。
全文摘要
一种以石墨烯键长为基准的超精密制造装备精度比对及精度补偿方法，将待检测的制造装备运动元部件与石墨烯基准样品承载台进行超精密联动控制联接，通过扫描的石墨烯键长数量表征石墨烯基准样品承载台的运动长度，实时检测石墨烯基准样品承载台运动，从而计算出制造装备运动元部件亚纳米级精度的运动长度；将该亚纳米级运动精度检测信号反馈至制造装备运动元部件的运动控制系统，与制造装备运动元部件的预期运动长度相比对，进行制造装备运动元部件的运动长度闭环控制，从而实现亚纳米级精度的误差补偿。该方法能够实现超精密制造装备运动元部件的亚纳米级精度检测及亚纳米级精度补偿，在纳米/亚纳米级精度纳米制造装备实现领域，具有广阔的发展前景。
文档编号B81C99/00GK102862951SQ20121037154
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者刘红忠, 蒋维涛, 陈邦道, 丁玉成, 卢秉恒 申请人:西安交通大学