用于纳米压印光刻系统的三自由度微定位工作台技术方案

本发明专利技术公开了用于纳米压印光刻系统的三自由度微定位工作台，它包括六个压电陶瓷驱动器，每个驱动器与基座相连，顶端通过螺纹连接球形接头。它还包括柔性机构六个结构完全一致的柔性支链及其支撑的动平台，三个位置传感器用来测量动平台的实际输出，分别固定于刚性支架和动平台之间。此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】

本专利技术属于一种微操作系统，具体为一种可应用于压印光刻系统的两平动一转动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，PrecisionEngineering, 2001年25巻3期，192-199 (B. J. Choi， S. V. Sreenivasan， S. Johnson, M. Colburn， C. G. Wilson, Design of orientation stage for step and flash imprint lithogr即hy，PrecisionEngineering， 2001,25(3) :192-199.)、 Jae-JongLee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-JongLee， Kee_Bong Choi，Gee_Hong Kim，Design and analysis of the single—st印nanoimprinting lithography equipment for sub-100nm linewidth， Current AppliedPhysics2006，6 : 1007-1011.) 、 Jae-JongLee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，SICEICASEInternationalJointConference，2006年，4902-4904(Jae-Jong Lee， Kee_Bong Choi，Gee_Hong Kim et al，The UV_Nanoimprint Lithographywith Multi_head nanoimprinting Unit for Sub_50nm Half-pitch Patterns, SICEICASEInternationalJo intConference2006，4902-4904.)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，提供一种具有末端执行件位置主动调整 能力，可以完成压印光刻过程中的微量进给和精密定位的用于纳米压印光刻系统的三自由 度微定位工作台。 本专利技术解决压印光刻精密定位技术问题的技术方案是 用于纳米压印光刻系统的三自由度微定位工作台，它包括刚性支架和连接在所述 的刚性支架顶部的基座，在所述的基座中间通过六个柔性支链连接有一个其横截面为矩形 的动平台，所述的六个柔性支链的其中两个分别沿动平台的上下两个相对侧边的中线方向 设置，另外四个柔性支链两两一组分别位于所述的动平台的左右相对侧边处并且左右两组 柔性支链之间相对于所述的动平台的竖直对称轴对称分布设置，组成每组柔性支链的两个 柔性支链的轴线相互平行且相对于所述的动平台的水平对称轴对称分布，每一所述的柔性 支链均包括一个刚性移动块，所述的刚性移动块的前部分镶嵌于从动平台侧边向动平台内 部延伸的第一动平台凹槽内，所述的刚性移动块的后部分镶嵌于与第一动平台凹槽相连通 的并且设置在基座内的基座凹槽内，在所述的刚性移动块的前部分的前端以及位于动平台 的侧边本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于纳米压印光刻系统的三自由度微定位工作台，它包括刚性支架和连接在所述的刚性支架顶部的基座，在所述的基座中间通过六个柔性支链连接有一个其横截面为矩形的动平台，所述的六个柔性支链的其中两个分别沿动平台的上下两个相对侧边的中线方向设置，另外四个柔性支链两两一组分别位于所述的动平台的左右相对侧边处并且左右两组柔性支链之间相对于所述的动平台的竖直对称轴对称分布设置，组成每组柔性支链的两个柔性支链的轴线相互平行且相对于所述的动平台的水平对称轴对称分布，每一所述的柔性支链均包括一个刚性移动块，所述的刚性移动块的前部分镶嵌于从动平台侧边向动平台内部延伸的第一动平台凹槽内，所述的刚性移动块的后部分镶嵌于与第一动平台凹槽相连通的并且设置在基座内的基座凹槽内，在所述的刚性移动块的前部分的前端以及位于动平台的侧边位置的前部分的末端的左右侧壁上依次开有第一、二组半圆凹槽，第一组所述的半圆凹槽的两个半圆弧面之间的连接部分形成前单自由度柔性铰链，第二组所述的半圆凹槽的两个半圆弧面之间的连接部分形成与所述的前单自由度柔性铰链串联设置的后单自由度柔性铰链，所述的前单自由度柔性铰链与所述的动平台相连，与位于所述的刚性移动块的后部分尾端侧壁相对的基座侧壁上开有通孔，所述的刚性移动块的后部分左右两侧呈对称并联方式设置有左、右两组柔性板簧，每一组所述的柔性板簧具有四个彼此平行并联设置的一字型柔性板簧，其中中间的两个一字型柔性板簧的一端垂直连接于设置在第二动平台凹槽内的刚性连接块并且其另一端与所述的刚性移动块的侧壁垂直相连，两侧的两个一字型柔性板簧的一端与所述的刚性连接块侧壁垂直连接并且其另一端与基座侧壁垂直相连，在所述的基座上贯通的开有六个矩形安装孔，在所述的六个安装孔内水平的装有六个压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器的前端螺纹连接有球形接头，所述的球形接头顶在所述的刚性移动块后部分尾端侧壁上，在所述的动平台底面上和所述的刚性支架的顶面上沿同一圆周方向等间隔的分别固定有三个电容式位置传感器的一个电极板。...

【技术特征摘要】
用于纳米压印光刻系统的三自由度微定位工作台，它包括刚性支架和连接在所述的刚性支架顶部的基座，在所述的基座中间通过六个柔性支链连接有一个其横截面为矩形的动平台，所述的六个柔性支链的其中两个分别沿动平台的上下两个相对侧边的中线方向设置，另外四个柔性支链两两一组分别位于所述的动平台的左右相对侧边处并且左右两组柔性支链之间相对于所述的动平台的竖直对称轴对称分布设置，组成每组柔性支链的两个柔性支链的轴线相互平行且相对于所述的动平台的水平对称轴对称分布，每一所述的柔性支链均包括一个刚性移动块，所述的刚性移动块的前部分镶嵌于从动平台侧边向动平台内部延伸的第一动平台凹槽内，所述的刚性移动块的后部分镶嵌于与第一动平台凹槽相连通的并且设置在基座内的基座凹槽内，在所述的刚性移动块的前部分的前端以及位于动平台的侧边位置的前部分的末端的左右侧壁上依次开有第一、二组半圆凹槽，第一组所述的半圆凹槽的两个半圆弧面之间的连接部分形成前单自由度柔性铰链，第二组所述的半圆凹槽的两个半圆弧面之间的连接部分形成与所述的前单自由度柔性铰链串联设置的后单自由度柔性铰链，所述的前单自由度柔性铰链与所述的动平台相连，与位...

【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]