[发明专利]一种基于压电陶瓷驱动的柔性微定位平台

说明书

技术领域

本发明属于一种机械领域的微操作系统，具体为一种基于压电陶瓷驱动的柔性微定位平台。该微定位平台具有三自由度，可实现两个直线平移动作和一个转动动作，主要应用于压印光刻系统。

背景技术

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，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平台多采用气浮系统，由线性步进电机驱动，如稽钧生，X射线光刻机中应用的精密定位工作台(航空精密制造技术，1998年34卷3期，10～12)中介绍的罗斯普拉纳尔光刻机和朱煜等，光刻机超精密工作台研究(电子工业专用设备，2004年109期，25～27)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(Lee Deug Woo，Lee Chae Moon，Chee Dong Hwan.A study on auto alignment system of Nanoimprint Lithography(NIL)process.Proceedings of the 1^st International Conference on Positioning 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，即通过柔性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，M.Colburn，C.G.Wilson，Design of orientation stage for step and flash imprint lithography，Precision Engineering，2001，25(3)：192-199.)、Jae-Jong Lee等，用于制备100nm线宽特征的纳米压印光刻设备的设计与分析(Jae-Jong Lee，Kee-Bong Choi，Gee-Hong Kim，Design and analysis of the single-step nanoimprinting lithography equipment for sub-100nm 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(中国机械工程，2005年，16卷增刊，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卷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卷5期，676-684)中介绍的技术。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。