[發明專利]二自由度納米定位平臺

有效

• 申請號: 201210518329.8
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN102998899A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 田延嶺;秦巖丁;張大衛;田佳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

技術領域

本發明屬于一種微／納精密工作臺，特別是一種可為微/納表面測量以及微/納操作等領域提供精密平面定位的二自由度并聯柔性精密定位工作臺。

背景技術

納米器件包括納米電子器件和納米光電器件，可廣泛應用于電子學、光學、微機械裝置、新型計算機等，是當今新材料與新器件研究領域中最富有活力的研究領域，也是元器件小型化、智能化、高集成化等的主流發展方向。納米器件由于具有潛在的巨大市場和國防價值，使得其設計和制造的方法、途徑、工藝等成為眾多科學家、政府和大型企業研究和投資的熱點。目前，納米器件的設計與制造正處于一個飛速發展時期，方法多種多樣，圖形化技術就是其中之一。

納米壓印光刻技術是人們在探索更方便、價廉的設計和制備納米器件的過程中開發出來的圖形化技術，用于納米圖形復制并可用來制作三維納米結構。與其它光刻技術相比，納米壓印技術具有分辨率高、制作成本低、生產效率高的優點，已成為下一代32納米工藝的關鍵技術。具有極大潛在的競爭力和廣闊的應用前景。在國內外納米壓印技術發展過程中，已逐漸形成了三大主流技術：軟壓印技術、熱壓印技術、紫外壓印技術。熱壓印技術可以彌補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，光刻膠經過高溫、高壓、冷卻的變化過程，脫模后產生的壓印圖形常會出現變形現象，不易進行多次或三維結構的壓印。與前兩者相比，紫外壓印技術對環境要求較低，僅在室溫和低壓力下就可以進行，提高了壓印精度。同時由于模板材料采用透明石英玻璃，易于實現模板與基片之間的對準，這使得紫外壓印技術更適合于多次壓印。除此以外，模板使用周期長以及適于批量生產也是紫外壓印技術的主要優點。這些特點都使得紫外壓印技術在IC制造領域具有不可替代的優越性。

壓印過程看似簡單，但要得到較高的壓印精度，則需要從多個方面綜合考慮。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，將得到楔形的留模，甚至模板的一端直接接觸基片。如果楔形留模的厚度超過壓印特征的高度，那么在后續的干法等厚刻蝕時就會將特征刻蝕掉。同時模板與基片的不平行也將會導致下壓時模板與基片的相對滑移，發生側向擴張，影響壓印精度。另外，在起模時也會對壓印特征造成破壞。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。壓印光刻系統結構一般包括以下主要部件：①下壓機構；②承載臺；③精密定位工作臺；④用于固化光刻膠的紫外光光源等，其中精密定位工作臺是壓印光刻系統的關鍵部分，由它保證模板與基片平行且能夠均勻接觸，使相對滑動盡可能的小，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量。現有的納米壓印設備中末端執行件（模板和基片承載臺）平行度的調整大多采用被動方式，即通過基片（或模板）承載臺柔性環節變形來保證兩者之間的平行度。例如B.J.Choi等，步進閃光壓印光刻定位平臺的設計，Precision?Engineering，2001年25卷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?lithography，Precision?Engineering，2001，25(3)：192-199.）、Jae-Jong?Lee等，用于制備100nm線寬特征的納米壓印光刻設備的設計與分析，Current?Applied?Physics，2006年第6期，1007-1011（Jae-Jong?Lee，Kee-Bong?Choi，Gee-Hong?Kim，Design?and?analysis?of?the?single-step?nanoimprinting?lithography?equipment?for?sub-100nm?linewidth，CurrentApplied?Physics2006，6:1007–1011.）、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-Nanoimprint?Lithography?with?Multi-head?nanoimprinting?Unit?for?Sub-50nm?Half-pitch?Patterns，SICEICASE?International?Joint?Conference2006，4902-4904.）中就報道了此種類型的設備及相關技術；也有些研究者采用被動適應、主動找平及手工調整相結合的方式，如：范細秋等，寬范圍高對準精度納米壓印樣機的研制，中國機械工程，2005年,16卷增刊，64-67、嚴樂等，冷壓印光刻工藝精密定位工作臺的研制，中國機械工程，2004年,15卷1期，75-78.中報道的此類精密定位工作臺設計；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的設計，半導體光電，2007年,28卷5期，676-684.中介紹的技術。這些已有的技術中，自適應調整精密定位系統雖然結構簡單、結構緊湊、成本低廉，但它的定位精度，尤其平行度的調整精度較低，從而限制了加工精度和質量的提高。雖然通過主動找平和手工調整機構，在一定程度上可以提高壓印模板和基片的平行度，但不能補償壓印過程中由于壓印力不均勻而導致的模板和基片的平行度誤差。氣囊氣缸式壓印系統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計使用費用昂貴且壓印時間過長。基于上述精密定位系統的不足，具有新型機構形式和控制方法的主動調整型精密定位系統的研制，對促進IC加工技術的發展具有重要的理論意義和工程實用價值。