二自由度柔性微定位工作台制造技术

本发明专利技术公开了二自由度柔性微定位工作台，包括二自由度柔性微定位工作台柔性机构及整体结构的设计，结构中采用两个压电陶瓷驱动器，每个驱动器尾部通过螺栓与基座相连，顶端通过螺纹连接球形接头，实现赫兹接触。定位工作台的柔性机构主要包括基座、两个结构完全一致的柔性支链及其支撑的动平台三部分。两个位移传感器用来测量动平台的实际输出，分别通过Ｌ型支架和Ｚ型支架固定于基座和动平台之间。此柔性微定位工作台具有分辨率高、动态响应速度快的特点，可作为纳米压印光刻定位系统的辅助定位平台，实现微量进给和精密定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微操作系统，具体涉及一种可应用于压印光刻系统的具有两个平动自由度的柔性并联微定位工作台。
技术介绍
纳米器件包括纳米电子器件和纳米光电器件，可广泛应用于电子学、光学、微机械 装置、新型计算机等，是当今新材料与新器件研究领域中最富有活力的研究领域，也是元器 件小型化、智能化、高集成化等的主流发展方向。纳米器件由于具有潜在的巨大市场和国防 价值，使得其设计和制造的方法、途径、工艺等成为众多科学家、政府和大型企业研究和投 资的热点。目前，纳米器件的设计与制造正处于一个飞速发展时期，方法多种多样，图形化 技术就是其中之一。 纳米压印光刻技术是人们在探索更方便、价廉的设计和制备纳米器件的过程中开 发出来的图形化技术，用于纳米图形复制并可用来制作三维纳米结构。与其它光刻技术相 比，纳米压印技术具有分辨率高、制作成本低、生产效率高的优点，已成为下一代32纳米工 艺的关键技术。具有极大潜在的竞争力和广阔的应用前景。在国内外纳米压印技术发展过 程中，已逐渐形成了三大主流技术软压印技术、热压印技术、紫外压印技术。热压印技术可 以弥补软压印工艺中弹性模板材料容易变形的不足，且加工效率比较高，但热压印过程中， 光刻胶经过高温、高压、冷却的变化过程，脱模后产生的压印图形常会出现变形现象，不易 进行多次或三维结构的压印。与前两者相比，紫外压印技术对环境要求较低，仅在室温和低 压力下就可以进行，提高了压印精度。同时由于模板材料采用透明石英玻璃，易于实现模板 与基片之间的对准，这使得紫外压印技术更适合于多次压印。除此以外，模板使用周期长以 及适于批量生产也是紫外压印技术的主要优点。这些特点都使得紫外压印技术在ic制造 领域具有不可替代的优越性。 压印过程看似简单，但要得到较高的压印精度，则需要从多个方面综合考虑。压印 过程中要做到尽可能保证模板与基片的平行，使得模板与基片能够均匀的接触。若模板和 基片不平行，将得到锲形的留模，甚至模板的一端直接接触基片。如果锲形留模的厚度超过 压印特征的高度，那么在后续的干法等厚刻蚀时就会将特征刻蚀掉。同时模板与基片的不 平行也将会导致下压时模板与基片的相对滑移，发生侧向扩张，影响压印精度。另外，在起 模时也会对压印特征造成破坏。因此压印过程中必须保证模板与基片的平行度，即模板与 基片的均匀接触。压印光刻系统结构一般包括以下主要部件①下压机构；②承载台；③精 密定位工作台；④用于固化光刻胶的紫外光光源等，其中精密定位工作台是压印光刻系统 的关键部分，由它保证模板与基片平行且能够均匀接触，使相对滑动尽可能的小，这样才能 保证两者之间的定位精度，保证压印精度和压印质量。 现有的纳米压印设备中末端执行件(模板和基片承载台)平行度的调整大 多采用被动方式，即通过基片(或模板)承载台柔性环节变形来保证两者之间的平行 度。例如B. J.Choi等，步进闪光压印光刻定位平台的设计，Precision Engineering,32001年25巻3期，192-199 (B. J. Choi， S. V. Sreenivasan， S. Johnson, M. Colburn， C.G. Wilson, Design of orientationstage for step and flash imprint lithogr即hy， Precision Engineering, 2001， 25 (3) : 192-199.) 、 Jae-Jong Lee等，用于制备lOOnm线 宽特征的纳米压印光刻设备的设计与分析，CurrentA卯lied Physics， 2006年第6期， 1007-1011(Jae-Jong Lee， Kee-Bong Choi， Gee-Hong Kim， Design and analysis of the single—st印 nanoimprinting lithography equipment for sub_100nmlinewidth， Current Applied Physics 2006，6 :1007-1011.) 、 Jae-Jong Lee等，用于制备50nm 半倾斜特征的紫外压印光刻多头纳米压印单元，SICEICASE International Joint Conference，2006年，4902-4904 (Jae_Jong Lee， Kee-Bong Choi， Gee_Hong Kim et al， The UV_NanoimprintLithography with Multi_head nanoimprinting Unit for Sub—50咖 Half-pitch Patterns,SICEI-CASE International Joint Conference 2006，4902—4904.) 中就报道了此种类型的设备及相关技术；也有些研究者采用被动适应、主动找平及手工调 整相结合的方式，如范细秋等，宽范围高对准精度纳米压印样机的研制，中国机械工程， 2005年，16巻增刊，64-67、严乐等，冷压印光刻工艺精密定位工作台的研制，中国机械工 程，2004年，15巻1期，75-78.中报道的此类精密定位工作台设计；而另一些研究者则另 辟新径，比如，董晓文等，气囊气缸式紫外纳米压印系统的设计，半导体光电，2007年，28巻 5期，676-684.中介绍的技术。这些已有的技术中，自适应调整精密定位系统虽然结构简 单、结构紧凑、成本低廉，但它的定位精度，尤其平行度的调整精度较低，从而限制了加工精 度和质量的提高。虽然通过主动找平和手工调整机构，在一定程度上可以提高压印模板和 基片的平行度，但不能补偿压印过程中由于压印力不均匀而导致的模板和基片的平行度误 差。气囊气缸式压印系统克服了压印过程中硅胶易伸张变形，压印力分布不均匀，模板易破 裂等不足但其真空室的设计使用费用昂贵且压印时间过长。基于上述精密定位系统的不 足，具有新型机构形式和控制方法的主动调整型精密定位系统的研制，对促进IC加工技术 的发展具有重要的理论意义和工程实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种末端执行件具有在水平面内两 个平动自由度主动调整能力，可以完成压印光刻过程中的微量进给和精密定位的二自由度 柔性微定位工作台。 本专利技术解决现有技术问题的技术方案是 本专利技术的二自由度柔性微定位工作台，它包括基座和设置在所述的基座内的正方 体动平台，在动平台第一组垂直相邻的两个侧壁上各自连接有一个柔性支链并且在其第二 组垂直相邻的两个侧壁上分别连接有第一、二支架，在基座的两个侧壁端面上分别连接有 第三、四支架，所述的基座的两个侧壁与所述的动平台第二组垂直相邻的两个侧壁分别平 行，所述的第一支架的一端与第三支架的一端彼此相对设置，所述的第二支架的一端与第 四支架的一端彼此相对设置，在所述的第一支架与第三支架彼此相对的面上各自安装有第 一电容式位移传感器的一个导电片，在所述的第二支架与第四支架彼此相对的面上各自安 装有第二电容式位移传感器的一个导电片，每一所述的柔性支链包括第一、二、三并联柔性 单元、刚性移动块和n形驱动环节，所述的第一、二本文档来自技高网...

【技术保护点】
二自由度柔性微定位工作台，它包括基座和设置在所述的基座内的正方体动平台，在动平台第一组垂直相邻的两个侧壁上各自连接有一个柔性支链并且在其第二组垂直相邻的两个侧壁上分别连接有第一、二支架，在基座的两个侧壁端面上分别连接有第三、四支架，所述的基座的两个侧壁与所述的动平台第二组垂直相邻的两个侧壁分别平行，所述的第一支架的一端与第三支架的一端彼此相对设置，所述的第二支架的一端与第四支架的一端彼此相对设置，在第一支架与第三支架彼此相对的面上各自安装有第一电容式位移传感器的一个导电片，在第二支架与第四支架彼此相对的面上各自安装有第二电容式位移传感器的一个导电片，每一所述的柔性支链包括第一、二、三并联柔性单元、刚性移动块和＊形驱动环节，所述的第一、二、三并联柔性单元为由第一、二两个串联柔性单元并联后组成的柔性平行四边形结构，所述的刚性移动块的左右两端分别与第一、二并联柔性单元的一端彼此垂直相连，所述的第一、二并联柔性单元的另一端分别与基座的内壁彼此垂直相连，所述的第三并联柔性单元的一端与所述的动平台第一组垂直相邻的两个侧壁中的一个侧壁彼此垂直相连并且其另一端与所述的刚性移动块的上端侧壁彼此垂直相连，所述的＊形驱动环节的两个末端分别与第三、四串联柔性单元的一端侧壁垂直相连，所述的第三、四串联柔性单元的另一端侧壁分别与第一、二并联柔性单元中与其相邻设置的第一串联柔性单元的中部垂直相连，所述的第一至第四串联柔性单元结构一致并且均为在其两个相对端的每端分别对称的设置有两个半圆形凹槽的矩形块结构，两个压电陶瓷驱动器尾部均由螺栓固联于基座上并且其前端通过螺纹连接有球形接头，所述的球形接头顶在所述的＊形驱动环节中部侧壁上。...

【技术特征摘要】
二自由度柔性微定位工作台，它包括基座和设置在所述的基座内的正方体动平台，在动平台第一组垂直相邻的两个侧壁上各自连接有一个柔性支链并且在其第二组垂直相邻的两个侧壁上分别连接有第一、二支架，在基座的两个侧壁端面上分别连接有第三、四支架，所述的基座的两个侧壁与所述的动平台第二组垂直相邻的两个侧壁分别平行，所述的第一支架的一端与第三支架的一端彼此相对设置，所述的第二支架的一端与第四支架的一端彼此相对设置，在第一支架与第三支架彼此相对的面上各自安装有第一电容式位移传感器的一个导电片，在第二支架与第四支架彼此相对的面上各自安装有第二电容式位移传感器的一个导电片，每一所述的柔性支链包括第一、二、三并联柔性单元、刚性移动块和形驱动环节，所述的第一、二、三并联柔性单元为由第一、二两个串联柔性单元并联后组成的柔性平行四边形结构，所述的刚性移动块的左右两端分别与第一、二并联柔性单元的一端彼此垂直相连，所述的第一、二并联柔性单元的另一端分别与基座的内壁彼此垂直相连，所述的第三并联柔性单元的一端与所述的动平台第一组垂直相邻的两个侧壁中的一个侧壁彼此垂直相连并且其另一端与所述的刚性移动块的上端侧壁彼此垂直相连，所述的形驱动环...

【专利技术属性】
技术研发人员：田延岭，贾晓辉，张大卫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]