專利名稱：二自由度柔性微定位工作臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微操作系統(tǒng)，具體涉及一種可應(yīng)用于壓印光刻系統(tǒng)的具有兩個(gè)平
動(dòng)自由度的柔性并聯(lián)微定位工作臺(tái)。
背景技術(shù)：
納米器件包括納米電子器件和納米光電器件，可廣泛應(yīng)用于電子學(xué)、光學(xué)、微機(jī)械 裝置、新型計(jì)算機(jī)等，是當(dāng)今新材料與新器件研究領(lǐng)域中最富有活力的研究領(lǐng)域，也是元器 件小型化、智能化、高集成化等的主流發(fā)展方向。納米器件由于具有潛在的巨大市場(chǎng)和國防 價(jià)值，使得其設(shè)計(jì)和制造的方法、途徑、工藝等成為眾多科學(xué)家、政府和大型企業(yè)研究和投 資的熱點(diǎn)。目前，納米器件的設(shè)計(jì)與制造正處于一個(gè)飛速發(fā)展時(shí)期，方法多種多樣，圖形化 技術(shù)就是其中之一。 納米壓印光刻技術(shù)是人們?cè)谔剿鞲奖?、價(jià)廉的設(shè)計(jì)和制備納米器件的過程中開 發(fā)出來的圖形化技術(shù)，用于納米圖形復(fù)制并可用來制作三維納米結(jié)構(gòu)。與其它光刻技術(shù)相 比，納米壓印技術(shù)具有分辨率高、制作成本低、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，已成為下一代32納米工 藝的關(guān)鍵技術(shù)。具有極大潛在的競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的應(yīng)用前景。在國內(nèi)外納米壓印技術(shù)發(fā)展過 程中，已逐漸形成了三大主流技術(shù)軟壓印技術(shù)、熱壓印技術(shù)、紫外壓印技術(shù)。熱壓印技術(shù)可 以彌補(bǔ)軟壓印工藝中彈性模板材料容易變形的不足，且加工效率比較高，但熱壓印過程中， 光刻膠經(jīng)過高溫、高壓、冷卻的變化過程，脫模后產(chǎn)生的壓印圖形常會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，不易 進(jìn)行多次或三維結(jié)構(gòu)的壓印。與前兩者相比，紫外壓印技術(shù)對(duì)環(huán)境要求較低，僅在室溫和低 壓力下就可以進(jìn)行，提高了壓印精度。同時(shí)由于模板材料采用透明石英玻璃，易于實(shí)現(xiàn)模板 與基片之間的對(duì)準(zhǔn)，這使得紫外壓印技術(shù)更適合于多次壓印。除此以外，模板使用周期長以 及適于批量生產(chǎn)也是紫外壓印技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)都使得紫外壓印技術(shù)在ic制造 領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)越性。 壓印過程看似簡(jiǎn)單，但要得到較高的壓印精度，則需要從多個(gè)方面綜合考慮。壓印 過程中要做到盡可能保證模板與基片的平行，使得模板與基片能夠均勻的接觸。若模板和 基片不平行，將得到鍥形的留模，甚至模板的一端直接接觸基片。如果鍥形留模的厚度超過 壓印特征的高度，那么在后續(xù)的干法等厚刻蝕時(shí)就會(huì)將特征刻蝕掉。同時(shí)模板與基片的不 平行也將會(huì)導(dǎo)致下壓時(shí)模板與基片的相對(duì)滑移，發(fā)生側(cè)向擴(kuò)張，影響壓印精度。另外，在起 模時(shí)也會(huì)對(duì)壓印特征造成破壞。因此壓印過程中必須保證模板與基片的平行度，即模板與 基片的均勻接觸。壓印光刻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般包括以下主要部件①下壓機(jī)構(gòu)；②承載臺(tái)；③精 密定位工作臺(tái)；④用于固化光刻膠的紫外光光源等，其中精密定位工作臺(tái)是壓印光刻系統(tǒng) 的關(guān)鍵部分，由它保證模板與基片平行且能夠均勻接觸，使相對(duì)滑動(dòng)盡可能的小，這樣才能 保證兩者之間的定位精度，保證壓印精度和壓印質(zhì)量。 現(xiàn)有的納米壓印設(shè)備中末端執(zhí)行件(模板和基片承載臺(tái))平行度的調(diào)整大 多采用被動(dòng)方式，即通過基片(或模板)承載臺(tái)柔性環(huán)節(jié)變形來保證兩者之間的平行 度。例如B. J.Choi等，步進(jìn)閃光壓印光刻定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)，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，用于制備lOOnm線 寬特征的納米壓印光刻設(shè)備的設(shè)計(jì)與分析，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，用于制備50nm 半傾斜特征的紫外壓印光刻多頭納米壓印單元，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.) 中就報(bào)道了此種類型的設(shè)備及相關(guān)技術(shù)；也有些研究者采用被動(dòng)適應(yīng)、主動(dòng)找平及手工調(diào) 整相結(jié)合的方式，如范細(xì)秋等，寬范圍高對(duì)準(zhǔn)精度納米壓印樣機(jī)的研制，中國機(jī)械工程， 2005年，16巻增刊，64-67、嚴(yán)樂等，冷壓印光刻工藝精密定位工作臺(tái)的研制，中國機(jī)械工 程，2004年，15巻1期，75-78.中報(bào)道的此類精密定位工作臺(tái)設(shè)計(jì)；而另一些研究者則另 辟新徑，比如，董曉文等，氣囊氣缸式紫外納米壓印系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體光電，2007年，28巻 5期，676-684.中介紹的技術(shù)。這些已有的技術(shù)中，自適應(yīng)調(diào)整精密定位系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉，但它的定位精度，尤其平行度的調(diào)整精度較低，從而限制了加工精 度和質(zhì)量的提高。雖然通過主動(dòng)找平和手工調(diào)整機(jī)構(gòu)，在一定程度上可以提高壓印模板和 基片的平行度，但不能補(bǔ)償壓印過程中由于壓印力不均勻而導(dǎo)致的模板和基片的平行度誤 差。氣囊氣缸式壓印系統(tǒng)克服了壓印過程中硅膠易伸張變形，壓印力分布不均勻，模板易破 裂等不足但其真空室的設(shè)計(jì)使用費(fèi)用昂貴且壓印時(shí)間過長?；谏鲜鼍芏ㄎ幌到y(tǒng)的不 足，具有新型機(jī)構(gòu)形式和控制方法的主動(dòng)調(diào)整型精密定位系統(tǒng)的研制，對(duì)促進(jìn)IC加工技術(shù) 的發(fā)展具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種末端執(zhí)行件具有在水平面內(nèi)兩 個(gè)平動(dòng)自由度主動(dòng)調(diào)整能力，可以完成壓印光刻過程中的微量進(jìn)給和精密定位的二自由度 柔性微定位工作臺(tái)。 本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題的技術(shù)方案是 本發(fā)明的二自由度柔性微定位工作臺(tái)，它包括基座和設(shè)置在所述的基座內(nèi)的正方 體動(dòng)平臺(tái)，在動(dòng)平臺(tái)第一組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁上各自連接有一個(gè)柔性支鏈并且在其第二 組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁上分別連接有第一、二支架，在基座的兩個(gè)側(cè)壁端面上分別連接有 第三、四支架，所述的基座的兩個(gè)側(cè)壁與所述的動(dòng)平臺(tái)第二組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁分別平 行，所述的第一支架的一端與第三支架的一端彼此相對(duì)設(shè)置，所述的第二支架的一端與第 四支架的一端彼此相對(duì)設(shè)置，在所述的第一支架與第三支架彼此相對(duì)的面上各自安裝有第 一電容式位移傳感器的一個(gè)導(dǎo)電片，在所述的第二支架與第四支架彼此相對(duì)的面上各自安 裝有第二電容式位移傳感器的一個(gè)導(dǎo)電片，每一所述的柔性支鏈包括第一、二、三并聯(lián)柔性 單元、剛性移動(dòng)塊和n形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，所述的第一、二、三并聯(lián)柔性單元為由第一、二兩個(gè)串
4聯(lián)柔性單元并聯(lián)后組成的柔性平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述的剛性移動(dòng)塊的左右兩端分別與第
一、二并聯(lián)柔性單元的一端彼此垂直相連，所述的第一、二并聯(lián)柔性單元的另一端分別與基
座的內(nèi)壁彼此垂直相連，所述的第三并聯(lián)柔性單元的一端與所述的動(dòng)平臺(tái)第一組垂直相鄰
的兩個(gè)側(cè)壁中的一個(gè)側(cè)壁彼此垂直相連并且其另一端與所述的剛性移動(dòng)塊的上端側(cè)壁彼
此垂直相連，所述的JX形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的兩個(gè)末端分別與第三、四串聯(lián)柔性單元的一端側(cè)壁垂
直相連，所述的第三、四串聯(lián)柔性單元的另一端側(cè)壁分別與第一、二并聯(lián)柔性單元中與其相
鄰設(shè)置的第一串聯(lián)柔性單元的中部垂直相連，所述的第一至第四串聯(lián)柔性單元結(jié)構(gòu)一致并
且均為在其兩個(gè)相對(duì)端的每端分別對(duì)稱的設(shè)置有兩個(gè)半圓形凹槽的矩形塊結(jié)構(gòu)，兩個(gè)壓電
陶瓷驅(qū)動(dòng)器尾部均由螺栓固聯(lián)于基座上并且其前端通過螺紋連接有球形接頭，所述的球形
接頭頂在所述的JX形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)中部側(cè)壁上。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明設(shè)計(jì)的微定位工作臺(tái)，其柔性機(jī)構(gòu)可利用線切割一體化加工技術(shù)整體加工
而成，免于裝配、無間隙、無摩擦、不需潤滑，利于實(shí)現(xiàn)微納米級(jí)高精度定位。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的微定位工作臺(tái)，采用柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有高剛度、高精度、低慣量、結(jié)
構(gòu)緊湊、無誤差積累等優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的微定位工作臺(tái)，采用單自由度柔性鉸鏈作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有無機(jī)械
摩擦、無間隙的優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明基于材料的彈性變形，柔性鉸鏈所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角以及執(zhí)行
器末端工作空間均很微小，可以有效消除并聯(lián)機(jī)構(gòu)固有的非線性等缺點(diǎn)。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的微定位工作臺(tái)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器推動(dòng)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)壓印光刻過
程中模板和基片間水平面內(nèi)相對(duì)位置的主動(dòng)調(diào)整?？勺鳛榧{米壓印光刻定位系統(tǒng)的輔助定
位平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給和精密定位。


圖1是本發(fā)明的二自由度柔性微定位工作臺(tái)柔性機(jī)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的二自由度柔性微定位工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)示意圖 其中1、單自由度半圓凹槽柔性鉸鏈2、基座3、J"l形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)4、串聯(lián)柔性單元 5、剛性移動(dòng)塊6、動(dòng)平臺(tái)7、并聯(lián)柔性單元8、球形接頭9、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器10、L型支架 11、位移傳感器12、Z型支架
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其 功效，詳細(xì)說明如下。 參見圖1-2所示的本發(fā)明的二自由度柔性微定位工作臺(tái)，它包括基座2和設(shè)置在 所述的基座內(nèi)的正方體動(dòng)平臺(tái)6，在所述的動(dòng)平臺(tái)6的第一組相鄰的兩個(gè)垂直側(cè)壁上分別 連接有一個(gè)柔性支鏈并且在其第二組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁上各自分別連接有第一、二支架 12，在基座的兩個(gè)側(cè)壁端面上分別連接有第三、四支架IO，所述的基座的兩個(gè)側(cè)壁與所述的 動(dòng)平臺(tái)6第二組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁分別平行，所述的第一支架12的一端與第三支架10 的一端彼此相對(duì)設(shè)置，所述的第二支架12的一端與第四支架10的一端彼此相對(duì)設(shè)置，在所 述的第一支架12與第三支架IO彼此相對(duì)的端面上各自分別安裝有第一電容式位移傳感器11的一個(gè)導(dǎo)電片，在所述的第二支架12與第四支架IO彼此相對(duì)的面上各自分別安裝有第 二電容式位移傳感器11的一個(gè)導(dǎo)電片。位移傳感器11用于檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)6的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)輸 出。每一所述的柔性支鏈包括第一、二、三并聯(lián)柔性單元7、剛性移動(dòng)塊5和JX形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié) 3，所述的第一、二、三并聯(lián)柔性單元為由第一、二兩個(gè)串聯(lián)柔性單元4并聯(lián)后組成的柔性平 行四邊形結(jié)構(gòu)，所述的剛性移動(dòng)塊5的左右兩端分別與第一、二并聯(lián)柔性單元7的一端彼此 垂直相連，所述的第一、二并聯(lián)柔性單元的另一端分別與基座的內(nèi)壁彼此垂直相連。所述的 第三并聯(lián)柔性單元的一端與所述的動(dòng)平臺(tái)6第一組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁中的一個(gè)側(cè)壁彼 此垂直相連并且其另一端與所述的剛性移動(dòng)塊5的上端側(cè)壁彼此垂直相連。剛性移動(dòng)塊5 通過所述的第一、第二和第三并聯(lián)柔性單元7支撐，其中第一、二兩個(gè)并聯(lián)柔性單元7分布 于剛性移動(dòng)塊5的左右兩側(cè)并且其末端與基座1相連，而第一、二兩個(gè)并聯(lián)柔性單元7中部 與第三、四串聯(lián)柔行單元4垂直相連，起到驅(qū)動(dòng)及支撐剛性移動(dòng)塊5的作用；第三并聯(lián)柔性 單元7連接于動(dòng)平臺(tái)6和剛性移動(dòng)塊5之間，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞。所述JX形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)3的兩 個(gè)末端分別與第三、四串聯(lián)柔性單元4的一端側(cè)壁相連，所述的第三、四串聯(lián)柔性單元4的 另一端側(cè)壁分別與第一、二并聯(lián)柔性單元中與其相鄰設(shè)置的第一串聯(lián)柔性單元的中部垂直 相連，所述的第一至第四串聯(lián)柔性單元結(jié)構(gòu)一致，均為在其兩個(gè)相對(duì)端的每端分別對(duì)稱的 設(shè)置有兩個(gè)半圓形凹槽的矩形塊結(jié)構(gòu)。其中每端的兩個(gè)半圓形凹槽的兩個(gè)半圓弧面之間形 成的區(qū)域構(gòu)成單自由度半圓凹槽柔性鉸鏈1，對(duì)于一個(gè)矩形塊結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)單自由度半圓 凹槽柔性鉸鏈1。為了避免兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9與柔性機(jī)構(gòu)J"L.形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)3在工作過 程中脫離，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9尾部通過連接在孔21內(nèi)的螺栓與基座2相連，以過盈裝配方 式安裝在柔性機(jī)構(gòu)JX形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)3和基座2之間，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9頂端通過 螺紋安裝球形接頭8，所述的球形接頭8頂在與所述的JT形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)3中部側(cè)面上，使驅(qū)動(dòng) 器與驅(qū)動(dòng)點(diǎn)之間形成小面積的赫茲接觸。 所述的第一支架為與動(dòng)平臺(tái)6相連的Z型支架12、所述的第二支架為與基座2剛 性連接的L型支架IO，所述的Z型支架12和L型支架10的一端彼此相對(duì)設(shè)置。如圖1， L 型支架10通過兩組孔22分別與基座2的兩端螺紋連接，Z型支架12通過兩組孔61分別 螺紋連接于動(dòng)平臺(tái)6的兩個(gè)相互垂直的側(cè)面上，這兩個(gè)側(cè)面分別與連接柔性支鏈的動(dòng)平臺(tái) 6的另兩個(gè)面相對(duì)。 為了提高本工作臺(tái)的控制精度，本工作臺(tái)還可以包括一個(gè)計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī) 用于輸出電壓信號(hào)給兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9，讀取所述的第一、二位移傳感器11輸出的位
移信號(hào)并與計(jì)算機(jī)中的設(shè)定值比較后輸出位移補(bǔ)償電壓控制信號(hào)給所述的第一、二壓電陶 瓷驅(qū)動(dòng)器9。 位移傳感器11可以選用2個(gè)PI公司研制的D-050型號(hào)超高分辨率電容式位移傳 感器，用來檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)6的實(shí)際輸出。 此柔性微定位工作臺(tái)中除了兩對(duì)L形支架10和Z形支架12以及壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器 9和球形接頭8之外的其他結(jié)構(gòu)可以由整塊材料利用線切割(WEDM)整體加工技術(shù)一體化加 工而成。
本裝置的工作過程如下 請(qǐng)參見圖1 2，計(jì)算機(jī)控制兩通道的放大器提供壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9伸縮所需的電 流。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器發(fā)生伸長(或縮短)推動(dòng)JX形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)3，進(jìn)而使得柔性支鏈上的各
6個(gè)單自由度柔性鉸鏈1產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲彈性變形，從而使得動(dòng)平臺(tái)6根據(jù)所提供的控制信 號(hào)發(fā)生運(yùn)動(dòng)。 此二自由度精密定位工作臺(tái)具有兩個(gè)平動(dòng)自由度(即水平面內(nèi)沿x方向，y方向的 移動(dòng))，這里假設(shè)在工作臺(tái)水平面內(nèi)沿動(dòng)平臺(tái)6左右邊緣中線為x軸，而上下邊緣中線為y
軸，那么微定位工作臺(tái)的兩個(gè)平動(dòng)自由度的實(shí)現(xiàn)方式分別為(l)沿X方向的平動(dòng)計(jì)算機(jī)
控制二通道的放大器提供正(反)向驅(qū)動(dòng)電流給位于動(dòng)平臺(tái)6右側(cè)柔性驅(qū)動(dòng)支鏈中的壓電 陶瓷驅(qū)動(dòng)器9，(為了方便，這里稱為右壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器)，位于動(dòng)平臺(tái)下側(cè)的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng) 器9(為了方便，這里稱為下壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器)不驅(qū)動(dòng)，那么所述的右壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9發(fā) 生伸長(或縮短)，推動(dòng)其前端的驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)3發(fā)生沿x方向的移動(dòng)，經(jīng)后續(xù)的由多個(gè)單自由 度柔性鉸鏈1構(gòu)成的柔性支鏈的傳遞，將此平動(dòng)動(dòng)作傳遞給動(dòng)平臺(tái)6，使其發(fā)生沿x軸方向 的平動(dòng)。(2)沿y方向的平動(dòng)計(jì)算機(jī)控制二通道的放大器提供正(反)向驅(qū)動(dòng)電流給下 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9，而右壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9不驅(qū)動(dòng)，那么所述的下壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9發(fā)生伸 長(或縮短)，推動(dòng)其前端的驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)3發(fā)生沿y方向的移動(dòng)，經(jīng)后續(xù)的由多個(gè)單自由度柔 性鉸鏈1構(gòu)成的柔性支鏈的傳遞，將此平動(dòng)動(dòng)作傳遞給動(dòng)平臺(tái)6，使其發(fā)生沿y軸方向的平 動(dòng)。 為了克服壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9的遲滯現(xiàn)象的影響，二個(gè)高精度的電容式位移傳感器 11在動(dòng)平臺(tái)6運(yùn)動(dòng)過程中，實(shí)時(shí)的檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)6的實(shí)際輸出，并形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用 建立的模型在線計(jì)算動(dòng)平臺(tái)6的定位誤差，并把補(bǔ)差電壓實(shí)時(shí)施加到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9上。 一個(gè)快速16位的多通道D/A和A/D轉(zhuǎn)換器分別用來實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。
所發(fā)明的二自由度微定位工作臺(tái)可作為納米壓印光刻定位系統(tǒng)的輔助定位平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)快速微量進(jìn)給和精密定位。
權(quán)利要求
二自由度柔性微定位工作臺(tái)，它包括基座和設(shè)置在所述的基座內(nèi)的正方體動(dòng)平臺(tái)，在動(dòng)平臺(tái)第一組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁上各自連接有一個(gè)柔性支鏈并且在其第二組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁上分別連接有第一、二支架，在基座的兩個(gè)側(cè)壁端面上分別連接有第三、四支架，所述的基座的兩個(gè)側(cè)壁與所述的動(dòng)平臺(tái)第二組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁分別平行，所述的第一支架的一端與第三支架的一端彼此相對(duì)設(shè)置，所述的第二支架的一端與第四支架的一端彼此相對(duì)設(shè)置，在第一支架與第三支架彼此相對(duì)的面上各自安裝有第一電容式位移傳感器的一個(gè)導(dǎo)電片，在第二支架與第四支架彼此相對(duì)的面上各自安裝有第二電容式位移傳感器的一個(gè)導(dǎo)電片，每一所述的柔性支鏈包括第一、二、三并聯(lián)柔性單元、剛性移動(dòng)塊和形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，所述的第一、二、三并聯(lián)柔性單元為由第一、二兩個(gè)串聯(lián)柔性單元并聯(lián)后組成的柔性平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述的剛性移動(dòng)塊的左右兩端分別與第一、二并聯(lián)柔性單元的一端彼此垂直相連，所述的第一、二并聯(lián)柔性單元的另一端分別與基座的內(nèi)壁彼此垂直相連，所述的第三并聯(lián)柔性單元的一端與所述的動(dòng)平臺(tái)第一組垂直相鄰的兩個(gè)側(cè)壁中的一個(gè)側(cè)壁彼此垂直相連并且其另一端與所述的剛性移動(dòng)塊的上端側(cè)壁彼此垂直相連，所述的形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的兩個(gè)末端分別與第三、四串聯(lián)柔性單元的一端側(cè)壁垂直相連，所述的第三、四串聯(lián)柔性單元的另一端側(cè)壁分別與第一、二并聯(lián)柔性單元中與其相鄰設(shè)置的第一串聯(lián)柔性單元的中部垂直相連，所述的第一至第四串聯(lián)柔性單元結(jié)構(gòu)一致并且均為在其兩個(gè)相對(duì)端的每端分別對(duì)稱的設(shè)置有兩個(gè)半圓形凹槽的矩形塊結(jié)構(gòu)，兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器尾部均由螺栓固聯(lián)于基座上并且其前端通過螺紋連接有球形接頭，所述的球形接頭頂在所述的形驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)中部側(cè)壁上。F2009102450401C00011.tif,F2009102450401C00012.tif,F2009102450401C00013.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二自由度柔性微定位工作臺(tái)，其特征在于所述的第一，二支架為與動(dòng)平臺(tái)相連的Z型支架、所述的第三，四支架為與基座剛性連接的L型支架，所述的 Z型支架和L型支架的一端彼此相對(duì)設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度柔性微定位工作臺(tái)，其特征在于它還包括一個(gè)計(jì) 算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)用于輸出電壓信號(hào)給兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，讀取所述的第一、二電容式 位移傳感器輸出的位移信號(hào)并與計(jì)算機(jī)中的設(shè)定值比較后輸出位移補(bǔ)償電壓控制信號(hào)給 所述的第一、二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了二自由度柔性微定位工作臺(tái)，包括二自由度柔性微定位工作臺(tái)柔性機(jī)構(gòu)及整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)中采用兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器尾部通過螺栓與基座相連，頂端通過螺紋連接球形接頭，實(shí)現(xiàn)赫茲接觸。定位工作臺(tái)的柔性機(jī)構(gòu)主要包括基座、兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全一致的柔性支鏈及其支撐的動(dòng)平臺(tái)三部分。兩個(gè)位移傳感器用來測(cè)量動(dòng)平臺(tái)的實(shí)際輸出，分別通過L型支架和Z型支架固定于基座和動(dòng)平臺(tái)之間。此柔性微定位工作臺(tái)具有分辨率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，可作為納米壓印光刻定位系統(tǒng)的輔助定位平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給和精密定位。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101738855SQ200910245040
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者張大衛(wèi), 田延嶺, 賈曉輝 申請(qǐng)人:天津大學(xué)