一种直写式真空蒸发系统及其方法

摘要

本发明提出一种直写式真空蒸发系统及其方法，属于镀膜加工领域。装置包括电子束发生装置、真空蒸发室、真空系统、样品室、驱动器、多路信号采集调理模块、主控计算机、量子检测台、控制柜、显示与检测模块。方法包括：步骤1，准备；步骤2，抽真空；步骤3，定位；步骤4，靶材蒸发；步骤5，靶材束沉积镀膜；步骤6，样品台特定轨迹运动；步骤7，判断；步骤8，量子效应检测；步骤9，是否具有量子效应。本发明克服了现有真空蒸发系统中样品固定的镀膜机制，控制蒸发材料以直写形式镀膜到做超精密运动的基片表面，实现了量子功能器件制备中对图案、点阵和多层结构的加工要求，有效提高了真空蒸发镀膜的精度、效率和功能。

权利要求

1.一种直写式真空蒸发系统，其特征在于：包括电子束发生装置、真空蒸发室、真空系统、样品室、驱动器、多路信号采集调理模块、主控计算机、量子检测台、控制柜、显示与检测模块；

所述的样品室内部具有纳米移定位样品台与掩膜机构；所述的纳米移定位样品台，由基座、柔性机构、纳米光栅传感器、样品台、压电陶瓷执行器、预紧螺钉及样品夹具组成；

所述的样品台位于基座的中心；样品台四周通过柔性机构与基座相连；样品台上用样品夹具固定衬底基片；

基座的相邻两侧面中间位置开有通孔，内部安装有压电陶瓷执行器，压电陶瓷执行器的一端通过预紧螺钉与基座固定，另一端与柔性机构接触；压电陶瓷执行器通电后，与柔性机构接触一端伸长，通过柔性机构推动样品台运动；

基座的另两个相邻侧面中间位置安装有纳米光栅传感器，采集纳米光栅信号后传递给多路信号采集调理模块；

所述的掩膜机构将真空蒸发室中蒸发出的高纯度气态靶材束转变为具有纳米尺度大小的气态靶材束流；直接沉积在纳米移定位样品台上的衬底基片上；

所述的主控计算机包括轨迹生成模块、跟踪控制模块、定位控制模块以及量子检测台定位控制模块，主控计算机的输入端连接多路信号采集调理模块，输出端连接驱动器和控制柜；主控计算机的量子检测台定位控制模块连接量子检测台；

所述的轨迹生成模块由膜厚仪、轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块、镀膜率控制算法模块、参考轨迹生成算法模块构成；

膜厚仪检测衬底基片的镀膜率信号，传递给多路信号采集调理模块进行调理，转变成数字信号传递给轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块，转变成镀膜率信息，然后传递给镀膜率控制算法模块，由镀膜率控制算法模块得到镀膜加工时间及纳米移定位样品台移动速率和方向，然后传递给参考轨迹生成算法模块，由参考轨迹生成算法模块生成纳米移定位样品台的参考运动轨迹，并传递给跟踪控制模块和控制柜，通过显示与检测模块予以显示；

所述的跟踪控制模块由跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块、纳米跟踪控制器模块及跟踪控制信号放大驱动模块构成；

多路信号采集调理模块采集纳米光栅信号进行调理后，转变成数字信号传递给跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块，转变为纳米移定位样品台的位置信息，传递给纳米跟踪控制器模块，纳米跟踪控制器模块将纳米移定位样品台及衬底基片的实际运动轨迹传递给控制柜，同时将实际运动轨迹与参考运动轨迹比较，得到跟踪控制指令，传递给跟踪控制信号放大驱动模块后，将跟踪控制指令进行放大，传递给驱动器和控制柜，通过驱动器驱动压电陶瓷执行器运动；

所述的定位控制模块由激光尺、定位控制模块高速信号采集与调理接口模块、纳米定位控制器模块及定位控制信号放大驱动模块构成；

激光尺实时测量纳米移定位样品台及衬底基片的位置信号，传递给多路信号采集调理模块进行调理后，转变成数字信号通过定位控制模块高速信号采集与调理接口模块传递给纳米定位控制器模块，由纳米定位控制器模块生成定位控制指令，将实际位置信号反馈给控制柜，同时将定位控制指令传递给定位控制信号放大驱动模块，经放大后传递给驱动器和控制柜；驱动器驱动压电陶瓷执行器运动；

所述的量子检测台定位控制模块由量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块、量子检测台定位控制器模块、量子检测台定位控制信号放大驱动模块构成；

量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块收集量子检测台位置信号，经调理后转变成数字信号；传递给量子检测台定位控制器模块，产生定位控制指令；传递给量子检测台定位控制信号放大驱动模块后进行放大，输出给量子检测台；同时量子检测台定位控制器模块将量子检测台实际位置信息，传递给控制柜通过显示与检测模块予以显示。

2.应用权利要求1所述的直写式真空蒸发系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：准备，根据镀膜加工需要，将相应的靶材放置在真空蒸发室中，将衬底基片通过样品夹具固定在纳米移定位样品台上；

步骤2：抽真空，在真空系统的作用下，将真空蒸发室及样品室抽成真空并保持真空状态；

步骤3：定位，利用主控计算机将衬底基片运动到指定的参考位置；

步骤4：靶材蒸发：电子束发生装置发出电子束进入真空蒸发室，通过磁场控制电子束方向，打向靶材并使其升华蒸发为高纯度气态靶材束，进入样品室；

步骤5：靶材束沉积镀膜：进入样品室的高纯度气态靶材束，在掩膜机构的作用下，气态靶材束转变为可精确控制的准直靶材气体，并以纳米尺度大小的束流直接沉积在衬底基片上；

步骤6：样品台特定轨迹运动：利用主控计算机控制衬底基片运动，从而在衬底基片上形成与运动轨迹相一致的几何图形；

步骤7：判断膜厚是否达到加工要求，如果是，则进行步骤8，如果不是，返回步骤4；

具体的判断方法是：利用膜厚仪实时检测衬底基片的镀膜率信号，来检测衬底基片的膜厚信息；

步骤8：量子效应检测：衬底基片镀膜加工完成后，将衬底基片从样品室中取出，并固定在量子检测台上，量子检测台定位控制模块控制量子检测台的位置，对衬底基片上的加工样品进行量子效应检测；

步骤9：判断衬底基片上的加工样品是否具有量子效应，如果具有量子效应，则结束，如果不具有量子效应，则返回步骤1重新开始。

3.如权利要求2所述的应用直写式真空蒸发系统的方法，其特征在于：步骤3中所述的定位的具体操作过程为：(1)在控制柜的输入面板输入纳米移定位样品台的初始参考位置信息，并传递给主控计算机的定位控制模块；

(2)激光尺实时测量纳米移定位样品台及衬底基片的位置信号，并将激光位置信号传递给多路信号采集调理模块；

(3)纳米定位控制器模块根据激光位置信号得到纳米移定位样品台的实际位置信息，同所要到达的参考位置相比较，根据位置的差别，产生对应的定位控制指令；

(4)定位控制信号放大驱动模块将定位控制指令予以放大后传递给驱动器，通过驱动器驱动纳米移定位样品台的压电陶瓷执行器运动，具体的操作过程是：压电陶瓷执行器伸长后，下端与预紧螺钉固连，上端推动柔性机构，柔性铰链产生弹性变形，通过柔性杆推动样品台；样品台承载衬底基片运动到指定的参考位置，为后期的镀膜做准备。

4.如权利要求2所述的应用直写式真空蒸发系统的方法，其特征在于：步骤6中所述的样品台特定轨迹运动的具体操作过程为：(1)轨迹生成模块中的膜厚仪用来实时检测衬底基片的镀膜率信号，并传递给多路信号采集调理模块；

(2)轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块将镀膜率反馈信号转变为镀膜率信息后，传递给镀膜率控制算法模块；

(3)镀膜率控制算法模块利用镀膜率信息，结合量子功能器件的镀膜加工要求，得到镀膜加工时间及纳米移定位样品台的移动速率和方向，然后传递给参考轨迹生成算法模块；

(4)参考轨迹生成算法模块生成纳米移定位样品台的参考运动轨迹，并将参考运动轨迹传递给跟踪控制模块和控制柜，控制柜将参考运动轨迹传递给显示与检测模块并予以显示；

(5)压电陶瓷执行器通电后伸长，通过柔性机构推动样品台运动，纳米光栅传感器采集纳米光栅信号，然后传递给多路信号采集调理模块；

(6)多路信号采集调理模块采集纳米光栅信号进行调理后，传递给跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块，后转变为纳米移定位样品台的位置信息，传递给纳米跟踪控制器模块；

(7)纳米跟踪控制器模块将纳米移定位样品台及衬底基片的实际运动轨迹传递给控制柜，同时将实际运动轨迹与参考运动轨迹比较，算得跟踪控制指令，传递给跟踪控制信号放大驱动模块后，将跟踪控制指令予以放大，传递给驱动器和控制柜；

(8)驱动器驱动压电陶瓷执行器运动，控制衬底基片完成量子功能器件所需的轨迹运动，从而完成量子功能器件所需的几何图形镀膜加工。

5.如权利要求2所述的应用直写式真空蒸发系统的方法，其特征在于：步骤8中所述的量子检测台定位控制模块控制量子检测台位置的具体过程为：量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块采集到量子检测台位置信号，进行调理，转变成数字信号后；传递给量子检测台定位控制器模块，产生量子检测台定位控制指令；传递给量子检测台定位控制信号放大驱动模块，予以放大，后输出给量子检测台，控制量子检测台承载衬底基片达到设定的参考位置，进行量子效应检测。

说明书

一种直写式真空蒸发系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种应用于镀膜加工的真空蒸发系统，尤其涉及一种基于纳米操控系统的直写式真空蒸发系统，可实现对单层图样、阵列及多层复合结构的直接蒸镀加工。

背景技术

[0002] 随着人们对微观世界的深入认识，器件单元在趋近量子特征尺度的量子激发、弛豫、输运等行为逐步被揭示和研究，并可能通过改变各种可控条件，实现量子调控。而量子功能器件的制备，是量子调控研究的重要基础，针对高精度、高品质量子功能器件的先进制备和加工技术，是这一领域研究和应用的成功之本。目前主流的做法是借用成熟的微电子器件和集成化芯片加工技术，如光刻图形技术、电子束图形刻写技术、镀膜沉积技术等，并把这些加工技术整合在一起，其优点是集成化程度高，精度高，重复性好，但也存在着专业仪器系统购置昂贵、制备工序复杂及杂质污染的问题。

[0003] 真空蒸发技术作为一种成熟的材料加工制备方法，已经有效应用于人工量子功能器件与材料的制备。传统真空蒸发系统，包括电子束发生装置、真空蒸发室、真空系统及样品室等主要部分，其原理是将固体材料置于高真空环境中加热，使之升华或蒸发并沉积于样品台上的基片表面，形成镀膜。尽管传统真空蒸发技术可以实现针对量子功能器件的简单制备，但因其只能对衬底基片的表面镀膜，无法直接实现诸如单层图样、纳米阵列和多层复合结构的制备。而“嫁接”传统微电子刻蚀加工工艺方式，步骤复杂，设备昂贵，更由于去胶过程不完备，导致量子功能器件在加工过程中受到“工序杂质”的污染，严重影响量子调控研究的准确性，难以满足现代量子科学的研究需要。

[0004] 中国专利CN102011096A提出了一种可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，该发明通过蒸发枪的喷口锥形和导向塞形状的设计，不仅能够实现大面积的蒸发均匀性，而且通过调节导向塞与喷口的相对位置，可以实现定面积、多组分的蒸发镀膜。但是由于该系统在蒸渡过程中基板是固定不动的，因而只能生成一定厚度的表面镀层，无法直接实现特定几何形状的镀膜。

[0005] 中国专利CN101985736A提出了一种多工位渐变薄膜镀制设备，该设备具有一套基片换位机构，待镀基片在真空室内能够自动更换，通过特定的掩膜机构能够实现非均匀薄膜的镀制。但该设备中一套掩膜机构只能镀制一种类型的变密度片，不同类型的变密度片则需要更换不同的掩膜机构，操作复杂，并且无法直接完成针对各类单层、多层和阵列形式的量子功能器件结构要求。

[0006] 因此，针对上述真空蒸发装置存在的不足，非常有必要研制一种专门针对人工量子功能器件和信息功能材料制备的纳米器件镀膜加工设备装置，突破现有真空蒸发装置在这些研究领域的应用瓶颈，避免过分依赖“嫁接”微电子加工领域的复杂工艺方法，提高量子和材料研究实验的有效性、准确性和效率。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种全新的真空蒸发镀膜系统，用以解决现有技术中存在的镀膜结构单一，无法单独完成高精度、好品质的复杂结构要求，以及“嫁接”微电子加工领域后复杂工艺方法带来的化学试剂、杂质、工艺交叉污染和破坏的问题。

[0008] 本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

[0009] 一种直写式真空蒸发系统，包括电子束发生装置、真空蒸发室、真空系统、样品室、驱动器、多路信号采集调理模块、主控计算机、量子检测台、控制柜、显示与检测模块。

[0010] 所述的样品室在保持现有真空蒸发装置样品室结构的基础上，引入纳米移定位样品台和掩膜机构，所述的掩膜机构位于纳米移定位样品台下方。所述的掩膜机构将真空蒸发室中蒸发出的高纯度气态靶材束转变为具有纳米尺度大小的气态靶材束流，直接沉积在衬底基片上。

[0011] 所述的纳米移定位样品台，主要由基座、柔性机构、纳米光栅传感器、样品台、压电陶瓷执行器、预紧螺钉及样品夹具组成；

[0012] 所述的样品台位于基座的中心，样品台四周通过柔性机构与基座相连；样品台上用样品夹具固定衬底基片；柔性机构为通过柔性铰链铰接的柔性杆构成；柔性铰链在压电陶瓷执行器推力的作用下产生弹性变形，通过柔性杆将压电陶瓷执行器的运动传递给样品台；此外，压电陶瓷执行器的信号线与驱动器相连。

[0013] 所述基座的相邻两侧面中间位置开有通孔，内部安装有压电陶瓷执行器，压电陶瓷执行器的一端与预紧螺钉相连，预紧螺钉通过螺纹安在基座上，压电陶瓷执行器的另一端与柔性机构接触；通过调节预紧螺钉，调节压电陶瓷执行器预紧力的大小。压电陶瓷执行器通电后，与柔性机构接触一端伸长，通过柔性机构推动样品台运动；

[0014] 基座的另两个相邻侧面中间位置安装纳米光栅传感器，采集纳米光栅信号，然后传递给多路信号采集调理模块；

[0015] 所述的主控计算机包括轨迹生成模块、跟踪控制模块、定位控制模块以及量子检测台定位控制模块，主控计算机的输入端与多路信号采集调理模块相连接，输出端连接驱动器和控制柜。主控计算机的量子检测台定位控制模块连接量子检测台。其中多路信号采集调理模块传递镀膜率反馈信号、纳米光栅信号以及激光位置信号分别对应给主控计算机的轨迹生成模块、跟踪控制模块和定位控制模块。

[0016] 所述的轨迹生成模块主要由膜厚仪、轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块、镀膜率控制算法模块、参考轨迹生成算法模块构成。

[0017] 膜厚仪实时检测衬底基片的镀膜率信号，并传递给多路信号采集调理模块，经调理后，转变成数字信号，传递给轨迹生成模块中的轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块，转变为镀膜率信息后，传递给镀膜率控制算法模块，得到镀膜加工时间及纳米移定位样品台移动速率和方向，然后传递给参考轨迹生成算法模块，生成纳米移定位样品台的参考运动轨迹，并传递给跟踪控制模块和控制柜，控制柜将参考运动轨迹传递给显示与检测模块并予以显示。

[0018] 所述的跟踪控制模块由跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块、纳米跟踪控制器模块及跟踪控制信号放大驱动模块构成；

[0019] 多路信号采集调理模块采集纳米光栅信号进行调理后，转变成数字信号，传递给跟踪控制模块中的跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块，转变为纳米移定位样品台的位置信息，并传递给纳米跟踪控制器模块，纳米跟踪控制器模块将纳米移定位样品台及衬底基片的实际运动轨迹，传递给控制柜，同时另将位置信息与参考运动轨迹比较，得到跟踪控制指令，传递给跟踪控制信号放大驱动模块，进行放大，并传递给驱动器和控制柜，驱动器驱动压电陶瓷执行器运动，从而控制纳米移定位样品台及固定在其上的衬底基片完成所需的轨迹运动；

[0020] 所述的定位控制模块主要由激光尺、定位控制模块高速信号采集与调理接口模块、纳米定位控制器模块及定位控制信号放大驱动模块构成；

[0021] 激光尺实时测量纳米移定位样品台及衬底基片的位置信号，传递给多路信号采集调理模块，进行调理后传递给定位控制模块高速信号采集与调理接口模块得到纳米移定位样品台及衬底基片的位置信号，并传递给纳米定位控制器模块，纳米定位控制器模块反馈生成定位控制指令，将纳米移定位样品台及衬底基片的实际位置传递给控制柜,同时将定位控制指令传递给定位控制信号放大驱动模块予以放大并传递给驱动器和控制柜；驱动器驱动压电陶瓷执行器运动，控制柜根据所传递过来的实际位置信号、放大的定位控制指令以及结合参考位置信息，协调各功能模块统一工作，同时也通过显示与检测模块予以显示。

[0022] 所述的参考位置信息是纳米移定位样品台最终到达的位置，是控制柜面板最初设定的初始位置信息。

[0023] 所述的量子检测台定位控制模块由量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块、量子检测台定位控制器模块、量子检测台定位控制信号放大驱动模块构成，[0024] 量子检测台定位控制模块的主要功能是控制量子检测台承载衬底基片达到设定的参考位置进行量子效应检测。

[0025] 量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块收集量子检测台位置信号并进行调理，转变成数字信号；并传递给量子检测台定位控制器模块，量子检测台定位控制器模块产生定位控制指令；传递给量子检测台定位控制信号放大驱动模块，进行放大，后输出给量子检测台，控制量子检测台承载衬底基片达到设定的参考位置，进行量子效应检测。同时根据该量子检测台位置信号得到量子检测台实际位置的信息，并传递给控制柜，通过显示与检测模块予以显示；

[0026] 本发明一种直写式真空蒸发系统的方法如下：

[0027] 步骤1：准备，根据镀膜加工需要,将相应的靶材放置在真空蒸发室中,同时将衬底基片通过样品夹具固定在纳米移定位样品台上。

[0028] 步骤2：抽真空，在真空系统的作用下，将真空蒸发室及样品室抽成真空并保持真空状态。

[0029] 步骤3：定位，利用主控计算机将衬底基片运动到指定的参考位置；

[0030] 具体的操作过程是：

[0031] （1）在控制柜的输入面板输入纳米移定位样品台的初始参考位置信息，并传递给主控计算机的定位控制模块；

[0032] （2）激光尺实时测量纳米移定位样品台及衬底基片的位置信号，并将激光位置信号传递给多路信号采集调理模块；

[0033] （3）纳米定位控制器模块根据激光位置信号得到纳米移定位样品台的实际位置信息，同所要到达的参考位置相比较，根据位置的差别，产生对应的定位控制指令；

[0034] （4）定位控制信号放大驱动模块将定位控制指令予以放大后传递给驱动器，通过驱动器驱动纳米移定位样品台的压电陶瓷执行器运动，具体的操作过程是：压电陶瓷执行器伸长后，下端与预紧螺钉固连，上端推动柔性机构，柔性铰链产生弹性变形，通过柔性杆推动样品台；样品台承载衬底基片运动到指定的参考位置，为后期的镀膜做准备。

[0035] 步骤4：靶材蒸发：电子束发生装置发出电子束进入真空蒸发室，通过磁场控制电子束方向，打向靶材并使其升华蒸发为高纯度气态靶材束，进入样品室；

[0036] 步骤5：靶材束沉积镀膜：进入样品室的高纯度气态靶材束，在掩膜机构的作用下，气态靶材束转变为可精确控制的准直靶材气体，并以纳米尺度大小的束流直接沉积在固定在纳米移定位样品台上的衬底基片上，所述的纳米尺度大小具体由相应的模板尺度精度决定。

[0037] 步骤6：样品台特定轨迹运动：利用主控计算机控制衬底基片运动，从而在衬底基片上形成与运动轨迹相一致的几何图形，完成复杂拓扑结构的量子功能器件的镀膜加工；

[0038] 具体的操作过程是：

[0039] （1）轨迹生成模块中的膜厚仪用来实时检测衬底基片的镀膜率信号，并传递给多路信号采集调理模块；

[0040] （2）轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块将镀膜率反馈信号转变为镀膜率信息后，传递给镀膜率控制算法模块，

[0041] （3）镀膜率控制算法模块利用镀膜率信息，结合量子功能器件的镀膜加工要求，得到镀膜加工时间及纳米移定位样品台的移动速率和方向，然后传递给参考轨迹生成算法模块，

[0042] （4）参考轨迹生成算法模块生成纳米移定位样品台的参考运动轨迹，并将参考运动轨迹传递给跟踪控制模块和控制柜，控制柜将参考运动轨迹传递给显示与检测模块并予以显示；

[0043] （5）压电陶瓷执行器通电后伸长，通过柔性机构推动样品台运动，纳米光栅传感器采集纳米光栅信号，然后传递给多路信号采集调理模块；

[0044] （6）多路信号采集调理模块采集纳米光栅信号进行调理后，传递给跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块，后转变为纳米移定位样品台的位置信息，传递给纳米跟踪控制器模块；

[0045] （7）纳米跟踪控制器模块将纳米移定位样品台及衬底基片的实际运动轨迹传递给控制柜，同时将实际运动轨迹与参考运动轨迹比较，算得跟踪控制指令，传递给跟踪控制信号放大驱动模块后，将跟踪控制指令予以放大，传递给驱动器和控制柜；

[0046] （8）驱动器驱动压电陶瓷执行器运动，从而控制衬底基片完成量子功能器件所需的轨迹运动，完成量子功能器件所需的几何图形镀膜加工。

[0047] 步骤7：判断膜厚是否达到加工要求，如果是，则进行步骤8，如果不是，返回步骤4；

[0048] 具体的判断方法是：利用膜厚仪实时检测衬底基片的镀膜率信号，来检测衬底基片的膜厚信息；

[0049] 步骤8：量子效应检测：衬底基片镀膜加工完成后，将衬底基片从样品室中取出，并将衬底基片固定在量子检测台上，量子检测台定位控制模块控制量子检测台的位置，以便对衬底基片上的加工样品进行量子效应检测。

[0050] 具体的操作过程是：量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块采集到量子检测台位置信号，进行调理，转变成数字信号后；传递给量子检测台定位控制器模块，产生量子检测台定位控制指令；传递给量子检测台定位控制信号放大驱动模块，予以放大，后输出给量子检测台，控制量子检测台承载衬底基片达到设定的参考位置进行量子效应检测。

[0051] 步骤9：检测衬底基片上的加工样品是否具有量子效应，如果具有，则结束，如果不具有量子效应，则返回步骤1重新开始。

[0052] 此外，控制柜同电子束发生装置、真空系统、主控计算机及样品室相互通信，综合处理各模块传递的信息，保证各功能模块之间信息交互和协同操作，监控各模块功能协调运行，并将得到纳米移定位样品台及衬底基片的运动轨迹、定位信息及膜厚信息传递给显示与检测模块，在线显示加工过程，并实时监测。

[0053] 本发明的优点与积极效果在于：

[0054] （1）本发明提出一种直写式真空蒸发系统，突破性地改变了现有真空蒸发系统中样品固定的镀膜机制，实现了样品加工台多维度上的纳米精度移位运动，并控制蒸发材料以直写形式镀膜到运动的基底表面，有效满足了量子功能材料研究所需要的各种复杂制备要求。

[0055] （2）本发明提出一种直写式真空蒸发系统，尽管采用了全新的直写式镀膜加工方式，但依然保留了传统真空蒸发系统中电子束发生装置、蒸发室及真空系统等组件的原有设计，新发明模块与原系统部分有效整合，极大地节约了成本。

[0056] （3）本发明提出一种直写式真空蒸发系统的方法，创新性地提出了将量子功能器件制备工艺要求，特别是镀层厚度、拓扑形状及立体镀层的分布等要求，以膜厚变化速率检测信息为依据，数学描述为纳米移定位平台的运动轨迹，进而运用超精密伺服跟踪算法实现加工平台对生成轨迹的跟踪，完成新型人工量子功能器件的制备。

[0057] （4）本发明提出一种直写式真空蒸发系统的方法，从控制理论方面提出和发展了针对纳米移位系统的超精密鲁棒跟踪算法，并与纳米微动平台的设计和建模相结合，实现了纳米移定位台的超精密跟踪，有效提高了直写式真空蒸发镀膜的精度、效率和功能。

附图说明

[0058] 图1为现有真空蒸发系统的装置示意图；

[0059] 图2为本发明提供的直写式真空蒸发系统简易图；

[0060] 图3为本发明提供的直写式真空蒸发系统样机示意图；

[0061] 图4为本发明提供的直写式真空蒸发系统的纳米移定位样品台示意图；

[0062] 图5为本发明提供的直写式真空蒸发系统的主控计算机示意图；

[0063] 图6为本发明提供的直写式真空蒸发系统的轨迹生成模块示意图；

[0064] 图7为本发明提供的直写式真空蒸发系统的跟踪控制模块示意图

[0065] 图8为本发明提供的直写式真空蒸发系统的定位控制模块示意图；

[0066] 图9为本发明提供的直写式真空蒸发系统的量子检测台定位控制模块示意图；

[0067] 图10为本发明提供的直写式真空蒸发系统工作方法流程图；

[0068] 图中：1、电子束发生装置；2、真空蒸发室；3、真空系统；4、样品室；5、掩膜机构；6、纳米移定位样品台；7、衬底基片；8、主控计算机；9、控制柜；10、显示与检测模块；11、驱动器；12、多路信号采集调理模块；13、轨迹生成模块；14、跟踪控制模块；15、定位控制模块；16量子检测台定位控制模块；17量子检测台；

[0069] 其中：6-1、基座；6-2、柔性铰链；6-3柔性杆；6-4、纳米光栅传感器；6-5、样品台；6-6、柔性机构；6-7、压电陶瓷执行器；6-8、预紧螺钉；6-9、样品夹具；

[0070] 13-1膜厚仪；13-2轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块；13-3镀膜率控制算法模块；13-4参考轨迹生成算法模块；14-1跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块；14-2纳米跟踪控制器模块；14-3跟踪控制信号放大驱动模块；15-1激光尺；15-2定位控制模块高速信号采集与调理接口模块；15-3纳米定位控制器模块；15-4定位控制信号放大驱动模块；16-1量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块；16-2量子检测台定位控制器模块；16-3量子检测台定位控制信号放大驱动模块。

具体实施方式

[0071] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0072] 本发明旨在突破现有真空蒸发技术镀膜方法的局限性，并针对量子功能器件和材料制备中的多种工艺和精密度要求，提供一种以纳米移定位样品加工台为核心技术的直写式真空蒸发系统。

[0073] 本发明的直写式真空蒸发系统，以超精密鲁棒跟踪算法为控制核心，在现有电子束真空蒸发系统的基础上，引入了掩膜机构5、纳米移定位样品台6、主控计算机8的轨迹生成模块13、定位控制模块15、跟踪控制模块14、及显示与检测模块10模块，如图2和图3所示，不仅能实现传统真空蒸发系统无法提供的各类复杂工艺和加工要求，简化相关基础研究的实验方法，而且能够避免材料和量子功能器件因多种原因产生的污染，提高实验的效率和准确度。

[0074] 如图1所示，在保持传统真空蒸发系统中电子束发生装置1、真空系统3以及真空蒸发室2的结构不变的基础上，通过改变样品室4的原理、结构和功能，引入掩膜机构5、衬底基片7及纳米移定位样品台6，如图2所示，通过对纳米移定位样品台6的精密运动控制以及蒸镀材料的掩膜控制，从而实现精确的直写式镀膜，完成量子功能器件制备中对图案、点阵和多层结构的加工要求。

[0075] 所述的直写式真空蒸发系统与传统真空蒸发系统显著不同，其直接把要沉积的靶材，如金、铜、铝等“书写”在指定的位置，可灵活地进行多种套写和可控的空间异质结构。通过将一些高纯度气态靶材束在接近衬底基片7的掩膜机构5间形成高度定向等效沉积率并可精确控制的准直靶材气体，并以纳米尺度大小的束流直接沉积在衬底基片7上，通过控制承载衬底基7的纳米移定位样品台6做特定的超精密轨迹运动，实现镀膜几何图形或量子功能器件的拓扑结构，达到纳米精度量子纳米器件金属化沉积成型的制备目的。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，并在兼顾考虑系统结构优化、工艺等因素的基础上，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

[0076] 本发明以纳米伺服系统为核心技术，如图3所示，一种直写式真空蒸发系统，包括电子束发生装置1、真空蒸发室2、真空系统3、样品室4、驱动器11、多路信号采集调理模块12、主控计算机8、量子检测台17、控制柜9、显示与检测模块10。

[0077] 本发明中电子发生装置1、真空蒸发室2和真空系统3结构保持与传统真空蒸发装置相同，改变样品室4的结构、原理与功能，在传统真空蒸发装置样品室结构的基础上，引入掩膜机构5和纳米移定位样品台6。

[0078] 如图4所示，所述的纳米移定位样品台6，主要由基座6-1、柔性机构6-6、纳米光栅传感器6-4、样品台6-5、压电陶瓷执行器6-7、预紧螺钉6-8及样品夹具6-9组成；所述的基座6-1、柔性机构6-6和样品台6-5为相互连接的一体结构，由同一块材料切割而成。所述的样品台6-5在基座6-1的中心，所述的柔性机构6-6为由柔性杆6-3通过柔性铰链6-2铰接构成的四个分体组成，分别在样品台6-5的四个侧面上，柔性铰链6-2能够依靠材料的弹性变形实现微小运动的传递；此外，压电陶瓷执行器6-7的信号线与驱动器11相连。

[0079] 所述的预紧螺钉6-8和压电陶瓷执行器6-7各两个，垂直安装在基座6-1的左侧面和下侧面中间位置，所述的压电陶瓷执行器6-7安装在基座6-1侧面的圆孔中，所述的预紧螺钉6-8安装在压电陶瓷执行器6-7的外面，预紧螺钉6-8通过螺纹安在基座6-1上，预紧螺钉6-8和圆孔的具体尺寸由压电陶瓷执行器6-7的尺寸决定，压电陶瓷执行器6-7的下端顶在预紧螺钉6-8的上端，压电陶瓷执行器6-7的上端顶在柔性机构6-6上，通过调节预紧螺钉6-8，调节压电陶瓷执行器6-7预紧力的大小。

[0080] 所述的纳米移定位样品台6是一个二自由度的纳米平台，能够在xy平面内沿X和Y轴两个方向平动，所述的纳米光栅传感器6-4有两个，分别垂直安装在基座6-1的上侧面和右侧面中间位置，与预紧螺钉6-8和压电陶瓷执行器6-7的安装位置相对应，纳米光栅传感器6-4用来实时检测样品台在X和Y轴两个方向上的位移信息，也就是纳米光栅信号。

[0081] 所述的纳米移定位样品台6的具体实施过程是：当给压电陶瓷执行器6-7通电后，压电陶瓷执行器6-7就会伸长，当左侧的压电陶瓷执行器6-7伸长后，由于下端被预紧螺钉6-8顶住，只能向前给柔性机构6-6一个推力，柔性铰链6-4在压电陶瓷执行器6-7推力的作用下产生微小弹性变形，柔性机构6-6的柔性杆6-3通过柔性铰链6-4会向前运动，通过柔性杆6-3将压电陶瓷执行器6-7的运动传递给样品台6-5，继而推动中间的样品台6-5沿X方向运动，上面的纳米光栅传感器6-4就会采集到样品台6-5沿X方向的位移信息，也就是纳米光栅信号，然后将纳米光栅信号传递给多路信号采集调理模块12；当下侧的压电陶瓷执行器6-7伸长后，由于下端被预紧螺钉6-8顶住，只能向上给柔性机构6-6一个推力，柔性铰链6-4在压电陶瓷执行器6-7推力的作用下产生微小弹性变形，柔性机构6-6的柔性杆6-3通过柔性铰链6-4会向前运动，通过柔性杆6-3将压电陶瓷执行器6-7的运动传递给样品台6-5，继而推动中间的样品台6-5沿Y方向运动，右侧的纳米光栅传感器6-4就会采集到样品台6-5沿Y方向的位移信息，也就是纳米光栅信号，然后将纳米光栅信号传递给多路信号采集调理模块12；

[0082] 所述的样品台6-5为正方形，4个角的位置固定有4个样品夹具6-9，用以固定衬底基片7。所述的衬底基片7用于沉积蒸发出的气态靶材，随纳米移定位样品台6一起做特定的超精密轨迹运动，完成几何图形或量子功能器件的拓扑结构的镀膜，从而实现精确地直写式镀膜。

[0083] 所述的纳米移定位样品台6通过基座6-1上的螺栓孔固定在样品室4内，所述的掩膜机构5是直接安装在样品室4的内壁上，在纳米移定位样品台6的下方，通过一根杆从样品室4中伸出来，接到电机上，通过电机控制掩膜机构5的位置。所述的掩膜机构5将真空蒸发室2中蒸发出的高纯度气态靶材束转变为具有纳米尺度大小的气态靶材束流，直接沉积在衬底基片7上。所述的纳米移定位样品台6在主控计算机8的跟踪控制模块14及定位控制模块15的作用下，承载衬底基片7实现纳米级精密运动。

[0084] 所述的主控计算机8包括轨迹生成模块13、跟踪控制模块14、定位控制模块15及量子检测台定位控制模块16四个模块，主控计算机8的输入端与多路信号采集调理模块12相连接，输出端连接驱动器11和控制器9。主控计算机8的量子检测台定位控制模块16连接量子检测17，多路信号采集调理模块12将采集的镀膜率反馈信号传递给主控计算机8的轨迹生成模块13，将采集的纳米光栅信传递给主控计算机8的跟踪控制模块14，将采集的激光位置信号传递给主控计算机8的定位控制模块15。

[0085] 所述的主控计算机8通过驱动器11控制纳米移定位样品台6完成纳米级精度运动。

[0086] 所述的轨迹生成模块13由膜厚仪13-1、轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块13-2、镀膜率控制算法模块13-3、参考轨迹生成算法模块13-4构成。所述的膜厚仪13-1的探头放置在样品室4内部，用来实时检测衬底基片7的镀膜率信号，并将镀膜率反馈信号传递给多路信号采集调理模块12，多路信号采集调理模块12将采集到的镀膜率反馈信号进行调理后，转变成计算机可以处理的数字信号，再传递给轨迹生成模块13中的轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块13-2，所述的轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块13-2将镀膜率反馈信号转变为镀膜率信息后，传递给镀膜率控制算法模块13-3，镀膜率控制算法模块13-3利用该镀膜率信息，结合量子功能器件的镀膜加工要求，提出对镀膜加工的时间及纳米移定位样品台移动速率和方向，然后传递给参考轨迹生成算法模块
13-4，参考轨迹生成算法模块13-4利用镀膜率信息、对镀膜加工时间和纳米移定位样品台移动速率和方向的要求，结合量子功能器件的加工要求，生成纳米移定位样品台6的参考运动轨迹，并将参考运动轨迹传递给跟踪控制模块14和控制柜9，控制柜9将参考运动轨迹传递给显示与检测模块10并予以显示。

[0087] 所述的跟踪控制模块14由跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块14-1、纳米跟踪控制器模块14-2及跟踪控制信号放大驱动模块14-3构成；所述的多路信号采集调理模块12将采集到的纳米光栅信号进行调理后，转变成计算机可以处理的数字信号，传递给跟踪控制模块14中的跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块14-1，跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块14-1将纳米光栅信号转变为纳米移定位样品台6的位置信息，并将该位置信息传递给纳米跟踪控制器模块14-2，纳米跟踪控制器模块14-2一方面根据传递过来的位置信息得到纳米移定位样品台6及衬底基片7的实际运动轨迹，并传递给控制柜9，另一方面将该位置信息与参考轨迹生成算法模块13-4传递来的参考运动轨迹比较，并根据误差算得跟踪控制指令，将跟踪控制指令传递给跟踪控制信号放大驱动模块14-3，所述的跟踪控制信号放大驱动模块14-3将跟踪控制指令予以放大，并将放大的跟踪控制指令传递给驱动器11和控制柜9，驱动器11驱动压电陶瓷执行器6-7运动，从而控制纳米移定位样品台6及固定在其上的衬底基片7完成所需的轨迹运动。控制柜9根据所传递过来的实际运动轨迹、放大的跟踪控制指令以及参考轨迹生成算法模块13-4传递过来的参考运动轨迹信息，协调各功能模块统一工作，同时也通过显示与检测模块10予以显示。

[0088] 所述的定位控制模块15主要由激光尺15-1、定位控制模块高速信号采集与调理接口模块15-2、纳米定位控制器模块15-3及定位控制信号放大驱动模块15-4构成；

[0089] 所述的定位控制模块15利用多路信号采集调理模块12传递来的激光位置信号，反馈产生针对纳米移定位样品台6的控制指令，实现系统纳米定位要求，并抑制各种外部干扰和振动影响。

[0090] 所述的激光尺15-1的探头固定在在样品室4的外壁，发出的激光通过样品室4外壁上的玻璃打在纳米移定位样品台6上，激光尺15-1实时测量纳米移定位样品台6及固定在其上的衬底基片7的位置信号，并将测量得到的激光位置信号传递给多路信号采集调理模块12。

[0091] 所述的定位控制模块高速信号采集与调理接口模块15-2用来接收多路信号采集调理模块12采集的激光位置信号，得到纳米移定位样品6台及衬底基片7的位置信号，并将之传递给纳米定位控制器模块15-3，所述的纳米定位控制器模块15-3利用激光位置信号，并通过抑制各种外部干扰和震动的影响，反馈生成针对纳米移定位样品台6的定位控制指令，一方面根据传递过来的激光位置信号得到纳米移定位样品台6及衬底基片7的实际位置，并传递给控制柜9，另一方面将定位控制指令传递给定位控制信号放大驱动模块15-4，所述的定位控制信号放大驱动模块15-4将定位控制指令予以放大并将放大后的定位控制指令传递给驱动器11和控制柜9；驱动器11驱动压电陶瓷执行器6-7运动，从而控制纳米移定位样品台6及固定在其上的衬底基片7实现系统纳米级超精密定位要求；控制柜9根据所传递过来的实际位置信号、放大的定位控制指令以及结合参考位置信息，协调各功能模块统一工作，同时也通过显示与检测模块10予以显示。所述的参考位置信息是纳米移定位样品台6最终到达的位置，是控制柜9面板人为最初设定的初始位置信息，定位控制模块15的纳米定位控制器模块15-3会根据纳米移定位样品台6的实际位置信息，跟最终要到达的参考位置比较，根据位置的差别，得出相对应的控制指令，控制纳米移定位样品台6达到设定的参考位置。

[0092] 所述的量子检测台定位控制模块16由量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块16-1、量子检测台定位控制器模块16-2、量子检测台定位控制信号放大驱动模块16-3构成，量子检测台定位控制模块16的主要功能是控制量子检测台17承载衬底基片达到设定的参考位置进行量子效应检测。

[0093] 量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块16-1用来收集量子检测台17的内置传感器采集的量子检测台位置信号并进行调理，转变成计算机可以处理的数字信号；并将该量子检测台位置信号传递给量子检测台定位控制器模块16-2，量子检测台定位控制器模块16-2一方面根据该量子检测台位置信号，跟最终要到达的参考位置比较，根据位置的差别，产生针对量子检测的量子检测台定位控制指令；并将该量子检测台定位控制指令传递给量子检测台定位控制信号放大驱动模块16-3，量子检测台定位控制信号放大驱动模块16-3将该量子检测台定位控制指令予以放大，并将放大后的量子检测台定位控制指令输出给量子检测台17，控制量子检测台17承载衬底基片7达到设定的参考位置，进行量子效应检测。量子检测台定位控制器模块16-2另一方面根据该量子检测台位置信号得到量子检测台实际位置的信息，并传递给控制柜9，控制柜9据所传递过来的量子检测台实际位置的信息以及参考位置信息，协调各功能模块统一工作，同时也通过显示与检测模块10予以显示。所述的参考位置信息是量子检测台17承载衬底基片最终到达的位置，通过控制柜9输入面板人为设定。

[0094] 所述的控制柜9同电子束发生装置1、真空系统3、主控计算机8及样品室4相互通信，综合处理各模块传递的信息，保证各功能模块之间信息交互和协同操作，监控各模块功能协调运行。

[0095] 所述的显示与检测模块10由控制柜9控制，综合基片运动状态和膜厚信息，在线显示加工过程，并实时监测。

[0096] 如图10所示，本发明一种直写式真空蒸发系统的方法如下：

[0097] 步骤1：准备，根据镀膜加工要求,将相应的靶材金放置在真空蒸发室2中，同时将衬底基片7通过样品夹具6-9固定在纳米移定位样品台6上。

[0098] 步骤2：抽真空，在真空系统3的作用下，将真空蒸发室2及样品室4抽成真空并保持真空状态。

[0099] 步骤3：定位，利用主控计算机将衬底基片运动到指定的参考位置；

[0100] 具体的操作过程是：

[0101] （1）在控制柜9的输入面板输入纳米移定位样品台6的参考位置信息，控制柜9将该初始位置信息传递给主控计算机8的定位控制模块15，

[0102] （2）激光尺15-1实时测量纳米移定位样品台6及固定在其上的衬底基片7的位置信号，并将测量得到的激光位置信号传递给多路信号采集调理模块12。

[0103] （3）定位控制模块15中的纳米定位控制器模块15-3根据多路信号采集调理模块12传递过来的激光位置信号得到纳米移定位样品台6的实际位置信息，同所要到达的参考位置相比较，根据位置的差别，产生对应的定位控制指令，

[0104] （4）所述的定位控制指令被定位控制信号放大驱动模块15-4予以放大后传递给驱动器11，通过驱动器11驱动纳米移定位样品台6的压电陶瓷执行器6-7运动，具体的操作过程是：

[0105] 当左侧的压电陶瓷执行器6-7伸长后，由于下端被预紧螺钉6-8顶住，只能向前给柔性机构6-6一个推力，柔性机构6-6的柔性铰链6-2产生微小的弹性变形，柔性杆6-3通过柔性铰链6-2会向前运动，继而推动中间的样品台6-5沿X方向运动；当下侧的压电陶瓷执行器6-7伸长后，由于下端被预紧螺钉6-8顶住，只能向上给柔性机构6-6一个推力，柔性机构6-6的柔性铰链6-2产生微小的弹性变形，柔性杆6-3通过柔性铰链6-2会向上运动，继而推动中间的样品台6-5沿Y方向运动，柔性铰链6-2通过自身材料的微小弹性变形，将压电陶瓷执行器6-7的运动传递给样品台6-5，样品台6-5承载衬底基片7运动到指定的参考位置，为后期的镀膜做准备。

[0106] 步骤4：靶材蒸发：电子束发生装置1发出电子束进入真空蒸发室2，通过磁场控制电子束方向，打向放置在真空蒸发室2的靶材金并使其升华蒸发为高纯度气态靶材束，进入样品室4。

[0107] 步骤5：靶材束沉积镀膜：进入样品室4的高纯度气态靶材束，在掩膜机构5的作用下，气态靶材束转变为可精确控制的准直靶材气体，并以纳米尺度大小的束流直接沉积在固定在纳米移定位样品台6上的衬底基片7上，所述的纳米尺度大小具体由相应的模板尺度精度决定。

[0108] 步骤6：样品台特定轨迹运动：利用主控计算机8控制样品台6-5和衬底基片7运动，从而在衬底基片7上形成与运动轨迹相一致的几何图形，完成特定的超精密轨迹运动，特定的几何图形，复杂拓扑结构的量子功能器件的镀膜加工；

[0109] 具体的操作过程是：

[0110] （1）主控计算机8的轨迹生成模块13中的膜厚仪13-1用来实时检测衬底基片7的镀膜率信号，并将镀膜率反馈信号传递给多路信号采集调理模块12，

[0111] （2）多路信号采集调理模块12将采集到的镀膜率反馈信号进行调理后，转变成计算机可以处理的数字信号，再传递给轨迹生成模块13中的轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块13-2，所述的轨迹生成模块高速信号采集与调理接口模块13-2将镀膜率反馈信号转变为镀膜率信息后，传递给镀膜率控制算法模块13-3，

[0112] （3）镀膜率控制算法模块13-3利用该镀膜率信息，结合量子功能器件的镀膜加工要求，提出镀膜的加工时间和纳米移定位样品台6移动速率及方向，然后传递给参考轨迹生成算法模块13-4，

[0113] （4）参考轨迹生成算法模块13-4利用镀膜率信息、对镀膜加工时间和纳米移定位样品台6移动速率和方向的要求，结合量子功能器件的加工要求，生成纳米移定位样品台6的参考运动轨迹，并将参考运动轨迹传递给跟踪控制模块14和控制柜9，控制柜9将参考运动轨迹传递给显示与检测模块10并予以显示；

[0114] （5）压电陶瓷执行器6-7通电后伸长，通过柔性机构6-6推动样品台6-5运动，纳米光栅传感器6-4采集纳米光栅信号，然后传递给多路信号采集调理模块12；

[0115] 纳米光栅传感器6-4用来实时检测样品台6-5在X和Y轴两个方向上的位移信息，也就是纳米光栅信号，当左侧的压电陶瓷执行器6-7运动时，带动柔性机构6-6进行运动，继而推动样品台6-5沿X方向运动，上面的纳米光栅传感器6-4就会采集到样品台沿X方向的纳米光栅信号，然后传递给多路信号采集调理模块12；当下侧的压电陶瓷执行器6-7运动时，带动柔性机构6-6进行运动，继而推动样品台6-5沿Y方向运动，右面的纳米光栅传感器6-4就会采集到样品台6-5沿Y方向的纳米光栅信号，然后传递给多路信号采集调理模块12；

[0116] （6）多路信号采集调理模块12将采集到的纳米光栅信号进行调理后，转变成计算机可以处理的数字信号，传递给跟踪控制模块14中的跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块14-1，跟踪控制模块高速信号采集与调理接口模块14-1将纳米光栅信号转变为纳米移定位样品台6的位置信息，并将该位置信息传递给纳米跟踪控制器模块14-2；

[0117] (7)纳米跟踪控制器模块14-2将该位置信息与参考轨迹生成算法模块13-4传递来的参考运动轨迹比较，并根据误差算得跟踪控制指令，将跟踪控制指令传递给跟踪控制信号放大驱动模块14-3，所述的跟踪控制信号放大驱动模块14-3将跟踪控制指令予以放大，并将放大的跟踪控制指令传递给驱动器11和控制柜9；

[0118] (8)驱动器11驱动压电陶瓷执行器6-7运动，柔性铰链6-2通过自身材料的微小弹性变形，将压电陶瓷执行器6-7的运动传递给样品台6-5，样品台6-5承载衬底基片7完成量子功能器件所需的轨迹运动，从而完成量子功能器件所需的几何图形镀膜加工。

[0119] 步骤7：判断膜厚是否达到加工要求，如果是，则进行步骤8，如果不是，返回步骤4；具体的判断方法是：利用膜厚仪13-1实时检测衬底基片7的镀膜率信号，来检测衬底基片7的膜厚信息；

[0120] 步骤8：量子效应检测：衬底基片7镀膜加工完成后，将衬底基片7从样品室4中取出，并将衬底基片7固定在量子检测台17上，由主控计算机8的量子检测台定位控制器模块16-2控制量子检测台17的位置，以便准确对衬底基片上的加工样品进行量子效应检测。

[0121] 具体的操作过程是：量子检测台17的内置传感器采集到量子检测台位置信号，并传递给量子检测台定位控制模块高速信号采集与调理接口模块16-1，经过调理，转变成计算机可以处理的数字信号后；传递给量子检测台定位控制器模块16-2，量子检测台定位控制器模块16-2根据该量子检测台位置信号，得到量子检测台17的实际位置信息，跟最终要到达的参考位置比较，根据位置的差别，产生针对量子检测的量子检测台定位控制指令；并传递给量子检测台定位控制信号放大驱动模块16-3，将定位控制指令予以放大，输出给量子检测台17，控制量子检测台17承载衬底基片7达到设定的参考位置进行量子效应检测。

[0122] 步骤9：判断衬底基片7上的加工样品是否具有量子效应，如果具有，则结束，如果不具有量子效应，则返回步骤1重新开始。

[0123] 此外，控制柜9同电子束发生装置1、真空系统3、主控计算机8及样品室4相互通信，综合处理各模块传递的信息，保证各功能模块之间信息交互和协同操作，监控各模块功能协调运行，并将得到纳米移定位样品台6及衬底基片7的运动轨迹、定位信息及膜厚信息传递给显示与检测模块10，在线显示加工过程，并实时监测。

[0124] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，用来解释说明本发明，而不能理解为对本发明的限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。