大量程纳米位移传感器的微纳加工制造.pdf

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1、60传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies-)2015年第34卷第lO期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)10--0060--03大量程纳米位移传感器的微纳加工制造许卓，杨杰，王成，陈东红，丑修建(中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室。山西太原030051)摘要：针对解决大量程纳米位移精度测量难度大的问题，提出了新型纳米时栅传感器。就大量程、高精度位移传感器的亚微米精度加工而言，宏观尺度范围内周期性结构单元一致性制

2、造是保证位移传感器可靠性和高精度测量的关键所在。对上述提出的问题，采用高精度自动拼接曝光技术加工并实现了大量程标尺的图形转移，结合微纳加工方式实现时栅传感器亚微米级精度的制造。通过实验验证所加工出的样机能够达到预期目标，并且测量误差峰值在500nm以内。关键词：时栅；自动拼接；图形转移；纳米测量中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)10--0060--03Micro—nanofabrication0flargerangenanometer⋯·displace

3、mentSensorXUZhuo，rANGJie，WANGCheng，CHENDong—hong，CHOUXiu-jian(KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Aimingatthedificultyofthelargerangenanodisplacementprecisio

4、nmeasurement，anewtypenanometertimegratingsensorisproposed．Asforsubmicroprecisionoflargerange，high—precisiondisplacementsensor，consistentmanufactureinmacro-scalerangeperiodicstructureofunitarethekeytoensurereliabilityandhighprecisionmeasurementofdispl

5、acementsensor．Aimingatproblemraisedabove，anewhigh—precisionautomaticexposuresplicingtechnologyisadopted，fabricateandachievelargerangescalepatterntransfer，andcombinedwithmicro—nanofabricationmethods，thesub—micronlevelprecisiontimegratingsensormanufact

6、uringisrealized．Theexperimentalresultsshowthattheprototypecanworkasexpected，andpeakofmeasurementerroriswithin500nm．Keywords：timegrating；automaticsplicing；patterntransfer；nanometermeasurement0引言要求也就越高。随着测量精度要求的不断提高，光刻技纳米位移测量技术和器件是纳米数控机床、极大规模术受光波波长和光学衍

7、射极限的限制，光栅栅距最高只能集成电路等超精密高端制造装备的核心技术和关键功能部达到微米亚微米量级，这就对进一步提高测量精度提件⋯，是实现高端制造、半导体、航空航天等领域纳米制造出了新的挑战。的保证。目前，大量程纳米位移测量传感器大多采用光栅时栅传感器利用一种“不用刻线尺而实现精密位移测技术。日本Sony公司利用光波干涉技术研制的BS78光量”的新方法，由我国自主研发的以“时间量测量空间量”栅，栅距0．1379p．m，在40mm量程范围内精度为+40nm，新型测量仪器J，其研究思路已经被证实可行

8、，并在经过电子细分以后的分辨34pmJ，代表了当前的国际最2009年研制出了精度为~500nm的直线式时栅样机。高水平。具2011年权威数据显示，在我国，直线光栅尺刘小康教授等人利用仿真软件已针对在不同参数下传感器1000mm量程范围内最高精度达到了±3m。但光栅尺的电场分析并进行设计优化，证明在200mm范围内，传感测量基准是按空间均分的光栅刻线J，通过对栅线的计数器的精度可以达到~300nm_l。为实现纳米尺度的高精而得到位移量。光栅测量的精度依赖于栅线制造的精度，度测量，本文提出大量程纳米