雷尼绍光栅为ALIO的微型纳米运动系统带来巨大的性能和成本优势
ALIO以其生物医学、半导体和光伏应用的纳米运动平台闻名，该公司借助雷尼绍光栅为其True Nano™运动系统解决方案提供所需的精度和可重复性。
科罗拉多州Wheat Ridge — 在ALIO首席执行官Bill Hennessey看来，即使微小的运动变化也具有重大的意义。事实上，他痴迷于研究纳米技术，并且十分关注如何弥补单纯平面精度的不足。他的公司为各种纳米级制造和研究应用设计和建造一些极其精密的自动化平台，应用领域包括微光刻、光纤、医疗器械、微型机床、测绘、光伏和半导体。在这个差之毫厘失之千里的微型世界，雷尼绍光栅对于ALIO的True Nano™和6-D Nano Precision™运动系统的性能起着至关重要的作用。Hennessey表示，雷尼绍光栅的钢带栅尺和Invar®因钢栅尺成本低且非重复性误差小，在特殊应用领域给ALIO平台带来了很大的优势，同时它们的设计颇具竞争力，这一点在成本和空间占用方面体现得非常明显。ALIO还利用雷尼绍ML10激光干涉仪系统提供可溯源至NIST（美国国家标准技术研究所）标准的测量数据，以验证性能。
ALIO运动系统对精度的追求始于其背后蕴含的理念（ALIO在拉丁语中意指“新方向”）。Hennessey指出，“精度和可重复性”与平面定位解决方案相关，但没有考虑到直线度、滚摆、俯仰和扭摆问题。“我们的思考角度是六维 (6-D)，而不是二维 (2-D)，”他解释道，“‘精度’通常是指平面上的一个位置，而我们的目标是空间中某个点的精度，其中，直线度、滚摆、俯仰和扭摆误差都会影响结果。甚至很多工程师也不明白，即使一个点在平面内具有优异的可重复性，但由于轴自由度误差，“空间上的这个点”也会出现位置误差。我们的设计和制造目标专注于直线度和平面度的纳米级精度，并消除轴的滚摆、俯仰和扭摆误差。这始终是我们的目标，尽管实际上不可能在现实世界中做到完美，但我们满腔热枕地尽力而为。”
从2D到6D的纳米级精度
在这种思维方式的指导下，ALIO已成功获得两项专利，此外还有四项专利正在申请当中。为了说明这是一个6-D（而不是2-D）世界，ALIO最近将“6-D Nano Precision”一词注册为商标，帮助将其独特的6-D方法与一般的2-D方法区分开来。“当考虑的可重复性和精度不限于平面时，6-D Nano Precision™就会发挥作用。”Hennessey补充道，“这在拼接特征时变得至关重要，因为必须通过相机或特殊的工艺一微米一微米地进行检查。这时，6-D方法便可派上用场，因为其中一些产品具有特定的轮廓（比如镜头），如果运动系统向上或向下俯仰，可能无法获得所需的测量数据。”
纳米级分辨率平台
ALIO的主要产品是纳米级精度直线和旋转运动平台，可用于独立运动系统或各种串联运动结构内的可堆叠轴。最终用户和OEM用户可在大气、洁净室和真空环境中使用这些平台。标配提供的是200 mm的平台，其采用精密交叉滚子轴承，平面度和直线度误差小于1微米，配备TONiC光栅后，可重复性小于±30 nm。配备TONiC光栅的True Nano空气轴承系统具备小于±25 nm的可重复性、高刚性以及从1微米/秒到超过1米/秒的工作速度，可满足各类应用的需求。应用领域（见补充介绍）包括纳米计量、FPD、喷墨沉积、太阳能刻划、激光加工等。
TONiC光栅助力实现True Nano运动系统解决方案
ALIO自2001年开始使用各种型号的雷尼绍光栅。“光栅是实现True Nano非常重要的组成部分，而雷尼绍的基本型钢带栅尺和Invar因钢栅尺具有非常好的可重复性和精度，”Hennessey补充道。目前，ALIO主要使用的是TONiC™光栅。TONiC光栅的精度可与易损的精细栅距光栅相媲美，但它更坚固耐用，且易于安装。紧凑型读数头（长35 mm x 宽13.5 mm x 高10 mm）提高了设计/应用的灵活性，并且可轻松安装在微型制造系统中。TONiC提供直线光栅和圆光栅两种版本，最大速度为10 m/s（在0.1 µm分辨率下可达3.24 m/s），具有1 nm的高分辨率，工作温度高达70 °C。
TONiC将具有极高信噪比的创新型光学系统与动态信号处理功能相结合，以确保实现超低电子细分误差 (SDE) 和抖动，从而达到媲美“精细栅距光栅”的性能。
两个内置读数头LED指示灯使得安装和诊断过程变得快捷、简便。TONiC可以读取多种直线栅尺和圆光栅，包括具有自动调相IN-TRAC™光学参考零位功能的雷尼绍行业标准新型镀金栅尺、不锈钢栅尺和Invar因钢栅尺。它还带有内置双限位，允许用户选择行程终点位置。
虽然ALIO的平台可以与现有的客户控制器连接，但Hennessey表示，如果运动系统能够快速处理光栅反馈，那么运动控制器便可进行优化，从而实现最高性能。ALIO的产品主要采用直线伺服电机、力矩电机、音圈电机及一些陶瓷伺服电机；所选类型取决于具体应用。
光栅是实现True Nano非常重要的组成部分，而雷尼绍的基本型钢带栅尺和Invar因钢栅尺具有非常好的可重复性和精度。
ALIO（美国）
平行测绘、Nano Z和平面空气轴承系统技术
ALIO目前拥有两项并联运动系统（即六轴机器人）专利，该系统采用正逆运动学算法以确保空间中6-D点的路径和速度达到纳米级精度。ALIO还正在为其Nano Z™和平面空气轴承系统申请另外两项专利。标准Nano Z采用大开放式中心设计，使用配有Invar因钢栅尺的雷尼绍光栅，几乎消除了24 mm行程范围内的俯仰、扭摆及滚摆误差，当配置为“可选极高精密度”时，可实现优于100 nm的精度。“雷尼绍向我们说明了其光栅在可重复性和精度方面的最高技术规格，因此我们正在努力贴近这一极限，以期获得超出预期的性能，”Hennessey说道。
补充介绍：ALIO打造适合独特无掩模光刻应用的平台
位于美国佛罗里达州圣彼得斯堡的Intelligent Micro Patterning (IMP) 公司，在其SF-100系列无掩模光刻系统中采用ALIO四轴解决方案，此方案可在传统平面基体上对中尺度特征进行制版，同时具有在非平面和曲面基体上生成特征的独特功能。David Fries在南佛罗里达大学完成了对智能滤光片技术的研究，IMP正是在此项成果的基础上成立的。在Fries开发智能滤光片技术之前，市场上还没有对非硅、非平面材料进行制版的加工系统。2001年，Fries与Jay Sasserath博士一起成立了IMP，将智能滤光片技术的优势（以及此技术的五项美国专利）应用到军需品、医疗和科研等领域的各个项目中。该系统的独特医疗应用之一是在支架上放置药物材料。
“在曲面基体上进行无掩模光刻是我们独有的技术，”IMP首席执行官Sasserath说道，“智能滤光片技术采用弧形光源，在成本和处理效率上也具有优势。”Sasserath表示，三分之二的IMP客户为大学的研究项目团队，其余的三分之一来自于将IMP的无掩模光刻系统用于生物技术、微流体和微机电系统 (MEMS) 等领域应用的研发公司。研究人员可以利用IMP无掩模光刻系统快速且经济高效地尝试诸多不同的设计。“我们的专业优势在于研发方面，而不是生产方面”，Sasserath补充道，“在研发领域，最重要的是能够实现不同设计的快速迭代，并且能够在一个晶圆上产生多个设计。这样一来，就可以通过经验证据对设计构型进行具有成本效益的测试和确认。”以前使用光掩模的方法，可能需要进行三到四次设计尝试，每次花费1,000美元，处理间隔周期可达数天，而现在仅需要几小时便可完成。“使用我们的系统，用户可以在早上进行设计，下午开始制造，”Sasserath补充道。
采用ALIO平台还为IMP带来了经济利益。“我们从ALIO购买的平台，其性能指标优于我们以往使用的平台，价格也低了很多，”Sasserath说道，“平台是我们的系统中最昂贵的组件，因为它是保证系统性能的关键所在。能够提供非常精确的运动，而且价位合适，对平台而言，这两点至关重要。”
智能滤光片技术采用专有的微光学技术，无需光掩模，即可将主图像投射到各种不同的基体上，包括石英、陶瓷、金属和塑料。IMP的SF-100系列系统在基体上对各个图像进行制版，然后将它们拼接在一起，制成大型模版，或者在同一基体上制作同一模版的多个副本。平台对于拼接过程起着至关重要的作用，它控制着曝光的准直情况。“ALIO平台使我们能够在通常大于100 mm x 100 mm的较大面积内，将一微米大小的特征拼接在一起，”Sasserath说道，“拼接结果十分精确，即使放大400倍也无法被观察到，而且平台可靠性非常高。每个平台开箱即用，而且到目前为止，我们还没有收到任何现场故障报告。”