一种2R1T三自由度空间柔性精密定位平台制造技术

本发明专利技术公开一种2R1T三自由度空间柔性精密定位平台，其特征在于该定位平台包括由上而下顺序安装的一个动平台，一个刚性末端支撑架，三个矩形支链，三个压电陶瓷驱动器和一个刚性底座；所述动平台为倒凸台形状，所述刚性末端支撑架的形状为等边三角形，所述三个矩形支链的形状结构完全相同，包括上下横梁设计的八个单自由度柔性铰链；所述三个矩形支链沿三角形刚性底座的三条边缘设置；所述三个压电陶瓷驱动器水平放置，分别安装在每个矩形支链的两个竖直梁之间，构成H形结构；所述刚性底座为中空的等边三角形结构，所述三个矩形支链刚性固定在刚性底座上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械领域的微操作系统，具体为一种2R1T三自由度空间柔性精密定位平台，可应用于压印光刻系统。
技术介绍
纳米压印光刻技术是一种全新的纳米图形复制方法，其优势十分明显，具有强大竞争力，从根本上展示了纳米器件生产的广阔前景。因此，在2003年底被国际半导体蓝图机构规划为下一代32纳米节点光刻工艺的关键技术。定位平台或工作台一直是传统光刻系统的关键部分。现有的用于光刻系统的精密定位工作台多采用气浮系统，由线性步进电机驱动，如稽钧生在其“X射线光刻机中应用的精密定位工作台”(参见航空精密制造技术，1998年34卷3期，PlO 12.)中介绍的罗斯普拉纳尔光刻机和朱煜等在其“光刻机超精密工件台研究”(参见电子工业专用设备，2004年109期，P25 27.)中介绍的国内第一套气浮精密定位工作台。滚珠式导轨和螺纹丝杠驱动机构结合形式的精密定位机构驱动速度难以达到光刻系统工作台的速度要求，应用范围受到限制。而采用步进电机通过摩擦机构驱动，由滚珠导轨带动工作台的精密定位系统，难以克服运动间歇、低速爬行和高速振动、机械稳定建立时间长、 无法达到高的运动定位精度等弊病。Lee Deug Woo等，“用于纳米压印光刻过程中的自动对准系统的研究”(参见 Lee Deug Woo, Lee Chae Moon, Chee Dong Hwan· A study on auto alignment system ofNano Imprint Lithography(NIL)process. Proceedings of the 1st International Conference onPositioning Technology Japan Hamamatsu, 2004. 97 101)中介绍的半球式空气轴承压印机利用气流阀控制压力，通过半球形的空气轴承实现承片台的平行度调整，成本低、结构简单，但调整精度有待提高。另外，采用压电陶瓷与直线电机复合驱动方式的新型精密定位系统，虽然有效的提高了纳米压印装备的定位精度、减小了系统稳定时间，但现有压印设备中末端执行件的平行度调整均采用被动方式，即通过材料在压印过程中产生的弹性变形实现承片台位姿的自适应调整，限制了压印精度和质量的提高，例如B. J. Choi等，“步进闪光压印光刻定位平台的设计”(B. J. Choi, S. V. Sreenivasan, S. Jonhson, Μ. Co lburn, C.G.Wilson，Design of orientation stage for step and flash imprintlithography, Precision Engineering,2001,25 (3) 192-199.). Jae-Jong Lee等，“用于制备IOOrnn线宽特征的纳米压印光刻设备的设计与分析，，(Jae-Jong Lee, Kee-BongChoi, Gee-Hong Kim, Design and analysis of the single-step nanoimprintinglithography equipment for sub—100 nm linewidth, Current Applied Physics 2006,6 :1007-1011.)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”(参见，中国机械工程，2005年，16卷增刊，P64-67)、严乐等，“冷压印光刻工艺精密定位工作台的研制”(参见，中国机械工程，2004年，15卷1期， P75-78)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”(参见，半导体光电，2007年，观卷5期，P676-684) 中介绍的该技术。除此之外，全球各大压印光刻设备商业机构在纳米压印定位系统研制方面的发展也有目共睹。2008年，欧洲信息化技术研究委员会成功开发了第一代商用级紫外纳米压印光刻设备。同年10月，全球领先的纳米压印设备供应商SUSS宣布，其手动光刻机外加一个纳米压印组件，便可以对大面积图形重复进行亚50纳米的压印。考虑上述精密定位系统的不足，基于新型构型形式和驱动方式的精密定位系统研究，是纳米压印装备中的重要研究内容，对于促进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
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种2R1T三自由度空间柔性精密定位平台。该定位平台具有高刚度、高精度、低惯量、结构紧凑、无误差积累，且无机械摩擦和无间隙等特点本专利技术解决所述技术问题的技术方案是设计一种2R1T三自由度空间柔性精密定位平台，其特征在于该定位平台包括由上而下顺序安装的一个动平台，一个刚性末端支撑架，三个矩形支链，三个压电陶瓷驱动器和一个刚性底座；所述动平台为倒凸台形状，其大直径圆台部分上面开有螺纹孔，其小直径圆柱部分外表面加工有螺纹；所述刚性末端支撑架的主体形状为等边三角形，其中心位置开有与所述动平台小直径圆柱部分匹配的螺纹孔；其三个边中间位置分别开有一个大小相等的边缘通孔；所述三个矩形支链的形状结构完全相同，每一个矩形支链的上横梁中心位置有一个凸块，且凸块的顶面开有顶部螺纹孔，利用该顶部螺纹孔和所述边缘通孔将所述矩形支链和所述刚性末端支撑架刚性连接；每一个矩形支链的下横梁中间位置向外延伸出一个矩形刚性块，且矩形刚性块的向前突出部分上开有螺纹通孔；每一个矩形支链上横梁从左至右分别依次均布开有第一组半圆凹槽，第二组半圆凹槽，第三组半圆凹槽和第四组半圆凹槽，每一组的半圆凹槽为上、下两个，对称分布上横梁的上、下两个端面上，且第一组半圆凹槽与第四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于上横梁的中线左右对称分布，同时第一组半圆凹槽的凹槽深度和第四组半圆凹槽的凹槽深度是上端面的深，下端面的浅；第二组半圆凹槽与第三组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于上横梁的中线左右对称分布，同时第二组半圆凹槽的凹槽深度与第三组半圆凹槽的凹槽深度是上端面的浅，下端面的深；每一个矩形支链下横梁的从右至左依次开有第五组半圆凹槽，第六组半圆凹槽，第七组半圆凹槽和第八组半圆凹槽，每一组的半圆凹槽为上、下两个，对称分布在下横梁的上、下两个端面上，且第五组半圆凹槽与第八组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于下横梁的中线左右对称分布，同时第五组半圆凹槽的凹槽深度与第八组半圆凹槽的凹槽深度是上端面的浅， 下端面的深；第六组半圆凹槽与第七组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于下横梁的中线左右对称分布，且所述第六组半圆凹槽的凹槽深度与第七组半圆凹槽的凹槽深度是上端面的深，下端面的浅；所述三个矩形支链沿三角形刚性底座的三条边缘设置，三个矩形支链两两之间的夹角为60° ；每一个矩形支链的上、下横梁均与所述刚性底座的一条边缘平行；所述三个压电陶瓷驱动器水平放置，分别安装在每个矩形支链的两个竖直梁之间，构成H形结构；所述刚性底座为中空的等边三角形结构，其三条边的中间位置各开有一个螺纹孔，利用该螺纹孔和所述螺纹通孔以及螺钉，把三个矩形支链刚性固定在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种２Ｒ１Ｔ三自由度空间柔性精密定位平台，其特征在于该定位平台包括由上而下顺序安装的一个动平台，一个刚性末端支撑架，三个矩形支链，三个压电陶瓷驱动器和一个刚性底座；所述动平台为倒凸台形状，其大直径圆台部分上面开有螺纹孔，其小直径圆柱部分外表面加工有螺纹；所述刚性末端支撑架的形状为等边三角形，其中心位置开有与所述动平台小直径圆柱部分匹配的螺纹孔，且其三个边中间位置分别开有一个大小相等的边缘通孔；所述三个矩形支链的形状结构完全相同，每一个矩形支链的上横梁中心位置有一个凸块，且凸块的顶面开有顶部螺纹孔，利用该顶部螺纹孔和所述边缘通孔将所述矩形支链和所述刚性末端支撑架刚性连接；每一个矩形支链的下横梁中间位置向外延伸出一个矩形刚性块，且矩形刚性块的向前突出部分上开有螺纹通孔；每一个矩形支链上横梁从左至右分别依次均布开有第一组半圆凹槽，第二组半圆凹槽，第三组半圆凹槽和第四组半圆凹槽，每一组的半圆凹槽为上、下两个，对称分布上横梁的上、下两个端面上，且第一组半圆凹槽与第四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于上横梁的中线左右对称分布，同时第一组半圆凹槽的凹槽深度和第四组半圆凹槽的凹槽深度是上端面的深，下端面的浅；第二组半圆凹槽与第三组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于上横梁的中线左右对称分布，同时第二组半圆凹槽的凹槽深度与第三组半圆凹槽的凹槽深度是上端面的浅，下端面的深；每一个矩形支链下横梁的从右至左依次开有第五组半圆凹槽，第六组半圆凹槽，第七组半圆凹槽和第八组半圆凹槽，每一组的半圆凹槽为上、下两个，对称分布在下横梁的上、下两个端面上，且第五组半圆凹槽与第八组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于下横梁的中线左右对称分布，同时第五组半圆凹槽的凹槽深度与第八组半圆凹槽的凹槽深度是上端面的浅，下端面的深；第六组半圆凹槽与第七组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于下横梁的中线左右对称分布，且所述第六组半圆凹槽的凹槽深度与第七组半圆凹槽的凹槽深度是上端面的深，下端面的浅；所述的三个矩形支链沿三角形刚性底座的三条边缘设置，两两之间的夹角为６０°；每一个矩形支链的上、下横梁均与所述刚性底座的一条边缘平行；所述三个压电陶瓷驱动器水平放置，分别安装在每个矩形支链的两个竖直梁之间，构成Ｈ形结构；所述的刚性底座为中空的等边三角形结构，其三条边的中间位置各开有一个螺纹孔，利用该螺纹孔和所述螺纹通孔以及螺钉，把所述三个矩形支链刚性固定在刚性底座上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓辉，刘今越，李铁军，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12