CN106547175B - 一种精密对准式纳米压印设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压印设备技术领域，尤其涉及一种精密对准式纳米压印设备。其包括压印壳体和压印平台，所述压印壳体的底部边缘至少设有3组伸缩式压力传感器并与所述压印平台的边缘相对应，所述压印平台的底部至少设有三组伺服升降装置，用以驱动压印平台实现上升和下降，压印壳体上的伸缩式压力传感器通过与伺服升降装置之间的协调配合，实现压印壳体与压印平台之间的相对调平工作。本发明采用三个伺服驱动系统垂直移动，三个压电晶体做为垂直微调机构，位移平台作为水平移动机构，以激光位移传感器和机械式位移传感器实时监测工作盘的位置，以显微镜和显示器作为可视机构，能够实时的观察到工作区的工艺进度，在每个动作控制中非常精密。

Description

一种精密对准式纳米压印设备
技术领域
本发明涉及压印设备技术领域，尤其涉及一种精密对准式纳米压印设备。
背景技术
随着科技的高速发展，各行各业对关键技术的精度要求越来越高，传统的机加工目前无法实现一些高精度的工艺，而纳米压印设备专门生产机加工无法实现的工艺，很好的解决了当前技术难题，在微纳米领域应用越来越广泛。
目前国内外现有的、适用于硬膜板纳米压印的设备结构复杂，处于手动或者半自动化水平。现有设备在模板对准方面精度不高，模板的垂直度和平行度均达不到工艺要求，对压印过程的压印力控制不精准，模板与基板的对准误差大，曝光时间长等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的不足，提供一种高精度、对准操作方便、自动化程度高的精密对准式纳米压印设备。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种精密对准式纳米压印设备，包括压印壳体和压印平台，所述压印壳体的底部边缘至少设有3组伸缩式压力传感器，并与所述压印平台的边缘相对应，所述压印平台的底部至少设有三组伺服升降装置，用以驱动压印平台实现上升和下降，压印壳体上的伸缩式压力传感器通过与伺服升降装置之间的协调配合，实现压印壳体与压印平台之间的相对调平工作。
进一步，所述压印壳体呈长方体，其内底面安装有横向导轨，在横向导轨的左右两部分均安装有传动丝杆(可以提供横向水平运动)，且左右两部分的传动丝杆上分别安装有显微镜和UVLED灯，所述显微镜和UVLED灯均通过带有传动丝杠的竖向导轨连接安装在横向导轨中的传动丝杆上。
进一步，所述横向导轨和竖向导轨内的传动丝杆均通过电机驱动。
进一步，所述压印壳体的底部还安装上连接盘，所述上连接盘中部安装有上真空工作盘，所述的伸缩式压力传感器安装在所述上真空工作盘与压印壳体边缘之间的上连接盘上，且其一侧还安装有激光测距传感器。
进一步，所述压印平台包括支撑架、升降系统、移动平台和工作平台，所述升降系统安装在支撑架上，其采用至少三组的伺服升降装置来实现安装在其上的移动平台进行上下移动，所述移动平台能够分别或同时进行X轴、Y轴和旋转运动，所述移动平台上部设有通过压电晶体固定支撑的加热平台，加热平台上安装有下工作盘，所述工作盘的外侧固定有下连接盘与所述上连接盘相对应，所述工作平台除包括工作盘和加热平台(内部设有温度传感器，并通过PID控制仪表进行温度控制)外，还包括采用气缸作为升降动力的定位杆，所述定位杆设置在下工作盘上。
进一步，所述下工作盘和上工作盘上均设有真空槽，用以通过抽真空的方式实现对压印材料的压差式定位和固定。
进一步，所述定位杆设置在下工作盘上的真空槽的空隙中。
进一步，所述定位杆的顶部也设有真空槽，用以形成气压差来实现对压印材料的固定。
进一步，所述压印壳体中的横向导轨、竖向导轨、激光测距传感器、伸缩式压力传感器和上真空工作盘以及压印平台中的下工作盘、升降平台、加热平台和定位气缸之间的协调工作和阈值设定均通过HMI进行参数设定和启动开关操作。
本发明的优点在于：
1.本发明采用三个伺服驱动系统垂直移动，三个压电晶体做为垂直微调机构，位移平台作为水平移动机构，以激光位移传感器和机械式位移传感器实时监测工作盘的位置，以显微镜和显示器作为可视机构，能够实时的观察到工作区的工艺进度，在每个动作控制中非常精密。
2、本发明采用全自动位移平台(X，Y，旋转)和光学显微镜加显示器来实现模板与基板之间的对准。
3、本发明采用自动定位系统实现模板的初步定位。
4、本发明的控温系统是以带有PID调节的控温仪表控制，S型热偶检测。把热偶检测到的温度反馈到控温表中，控温表通过PID调节控制温度。温度稳定性和误差远远小于当前市场上的设备。
5、本发明的曝光光源采用UV LED面光源。，波长365nm的紫外灯曝光，曝光时间短，光照分布均匀、散热小、质量好。
附图说明
图1本发明整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种精密对准式纳米压印设备，压印壳体1和压印平台2，所述压印壳体1的底部边缘设有3组伸缩式压力传感器11，并与所述压印平台2的边缘相对应，所述压印平台2的底部设有三组伺服升降装置21，用以驱动压印平台2实现上升和下降，压印壳体1上的伸缩式压力传感器11通过与伺服升降装置21之间的协调配合，实现压印壳体1与压印平台2之间的相对调平工作。
所述压印壳体1呈长方体，且采用透光材质，其内底面安装有横向导轨12，在横向导轨12的左右两部分均安装有传动丝杆(可以提供横向水平运动)，且左右两部分的传动丝杆上分别安装有显微镜13和UVLED灯14，所述显微镜13和UVLED灯14均通过带有传动丝杠的竖向导轨15连接安装在横向导轨12中的传动丝杆上，其中显微镜13将模板3和基板4上的对准图标放大后，再结合调整压印平台2实现模板3和基板4之间的精确对准。
所述横向导轨12和竖向导轨15内的传动丝杆均通过电机驱动。
所述压印壳体1的底部还安装有上连接盘16，所述上连接盘16中部安装有上工作盘17，伸缩式压力传感器11安装在所述上工作盘17与压印壳体1边缘之间的上连接盘16上，且其一侧还安装有激光测距传感器18。
所述压印平台2包括支撑架22、升降系统、移动平台23和工作平台，所述升降系统安装在支撑架22上，其采用三组的伺服升降装置21来实现安装在其上的移动平台23进行上下移动，所述移动平台23能够分别或同时进行X轴、Y轴和旋转运动，所述移动平台23上部设有通过压电晶体25固定支撑的加热平台26，加热平台上安装有下工作盘27，所述下工作盘27的外侧固定有下连接盘28与所述上连接盘16相对应，所述工作平台除包括下工作盘27和加热平台26(内部设有温度传感器，并通过PID控制仪表进行温度控制)外，还包括采用气缸作为升降动力的定位杆29，所述定位杆29设置在下工作盘27上。
所述下工作盘27和上工作盘26上均设有真空槽261，用以通过抽真空的方式实现对压印材料的压差式定位和固定，并在其内设置真空传感器，当真空槽261工作时，通过真空泵的工作使真空槽形成真空状态，并通过真空传感器感测真空值，形成HMI端输入的设定值与实际值得检测和比较，以实现对压印材料的有效固定。
所述定位杆29设置在下工作盘27上的真空槽的空隙中。
所述压印壳体1中的横向导轨12、竖向导轨15、激光测距传感器18、伸缩式压力传感器11和上工作盘17以及压印平台2中的下工作盘27、升降平台、加热平台26和定位杆之间的协调工作和阈值设定均通过HMI进行参数设定和启动开关操作。
本发明适用于硬模板压印。
本发明的使用方法如是：在放入模板3之前，通过HMI进行模板大小设定，此时，与模板3边缘的圆环大小相对应的定位杆29在气缸的作用下向上顶出，定位杆29伸出下工作盘27的上表面，然后，将相应大小的模板3放在定位杆上(将模板的边缘对准定位杆)，模板3通过定位杆29的支撑而悬空在下工作盘27上，使得模板3不至于与下工作盘27表面接触，导致模板表面结构的破坏；
模板3放置好之后，通过HMI的协调控制，定位杆29内部的真空槽261打开，对模板3形成真空固定，然后移动平台23和工作平台在伺服升降装置21的带动下，向上运动，直至下连接盘28接触到上连接盘16上的伸缩式压力传感器11，且伸缩式压力传感器11的压力值达到预先设定的阈值为止(若没接触前工作平台达到符合工艺要求的水平状态，那么接触后的上连接盘上的三个伸缩式压力传感器将会同时接触，并同时达到设定的压力值，然后整个升降系统停止运动)，通常情况下，都会出现三个伸缩式压力传感器11不同时接触下连接盘28的现象，因此，三组伺服升降装置21分别对应三组伸缩式压力传感器11，当其中一组伸缩式压力传感器11达到设定阈值时，该组对应的伺服升降装置21停止运动，同时，其他两组伺服升降装置21继续运动，直至对应的伸缩式压力传感器11达到相应值；
三组伸缩式压力传感器11均达到设定阈值后，定位杆29内的真空槽261断开真空状态，上工作盘17开始工作，通过真空槽261形成的真空状态(通过真空传感器的感应达到设定的真空值即视为达到了真空状态)，将模板3吸住，使模板3固定在上工作盘17上，同时，升降系统向下运动，运动至其中一组伺服升降装置21的原点，进一步将升降系统的坐标系统清零，完成升降系统的调平工作；
升降系统完成调平工作后，通过HMI设定基板4的大小，同时，对应基板4边缘位置的定位杆伸29出，并对基板4形成真空吸附，紧接着，定位杆29下降，当基板4与下工作盘27接触后，切断定位杆29上的真空吸附，转由下工作盘27对基板4形成真空吸附，然后按照必要的压印工艺，在基板4上涂抹光刻胶，涂抹之后，升降系统上升，激光测距传感器18在升降系统上升过程中不断进行距离测量，当工作平台上升至设定的高度值后，升降系统停止工作，当三组激光测距传感器18测定的工作平台的高度值不一致时(合理的精度内)，可以通过压电晶体25进行微调，直至找到合适的高度值，；
工作平台的高度调整成功后，垂直方向停止运动，通过HMI控制显微镜13移动，并通过观察显微镜13，调焦至能够清晰看到模板3上的对准图标(用以对准目的，而刻在模板上的标识图案，基板上也刻有相同标识图案)，然后调节位移平台23，直至基板4上的对准图标和模板3上的对准图标对准。此时模板和基板之间的水平和垂直方向，均以调整对准，还可以通过外接电子设备将图像进行外部图像显示。并依靠观察到的图像通过调整移动平台23将基板4与模板3对齐，最后进行UVLED灯14的照射和加热盘进行加热。
压印工作完成后，显微镜、工作平台回复原始位置，上工作盘和下工作盘关闭真空状态，取下模板和基板，完成压印工作。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种精密对准式纳米压印设备，包括压印壳体和压印平台，其特征在于，所述压印壳体的底部边缘至少设有3组伸缩式压力传感器，并与所述压印平台的边缘相对应，所述压印平台的底部至少设有三组伺服升降装置，用以驱动压印平台实现上升和下降，压印壳体上的伸缩式压力传感器通过与伺服升降装置之间的协调配合，实现压印壳体与压印平台之间的相对调平工作；
所述压印壳体呈长方体，其内底面安装有横向导轨，在横向导轨的左右两部分均安装有传动丝杆，且左右两部分的传动丝杆上分别安装有显微镜和UVLED灯，所述显微镜和UVLED灯均通过带有传动丝杠的竖向导轨连接安装在横向导轨中的传动丝杆上；
所述横向导轨和竖向导轨内的传动丝杆均通过电机驱动；
所述压印壳体的底部还安装上连接盘，所述上连接盘中部安装有上真空工作盘，所述的伸缩式压力传感器安装在所述上真空工作盘与压印壳体边缘之间的上连接盘上，且其一侧还安装有激光测距传感器；
所述压印平台包括支撑架、升降系统、移动平台和工作平台，所述升降系统安装在支撑架上，其采用至少三组的伺服升降装置来实现安装在其上的移动平台进行上下移动，所述移动平台能够分别或同时进行X轴、Y轴和旋转运动，所述移动平台上部设有通过压电晶体固定支撑的加热平台，加热平台上安装有下工作盘，所述下工作盘的外侧固定有下连接盘与所述上连接盘相对应，所述工作平台除包括下工作盘和加热平台外，还包括采用气缸作为升降动力的定位杆，所述定位杆设置在下工作盘上；
所述下工作盘和上工作盘上均设有真空槽，用以通过抽真空的方式实现对压印材料的压差式定位和固定；
所述定位杆设置在下工作盘上的真空槽的空隙中；
所述定位杆的顶部也设有真空槽，用以形成气压差来实现对压印材料的固定；
所述压印壳体中的横向导轨、竖向导轨、激光测距传感器、伸缩式压力传感器和上真空工作盘以及压印平台中的下工作盘、升降平台、加热平台和定位气缸之间的协调工作和阈值设定均通过HMI进行参数设定和启动开关操作。
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Effective date of registration: 20190523

Address after: 266000 Room 407 and 408, Building 21A, Doctoral Pioneer Park, No. 89 Great Wall Road, Chengyang District, Qingdao City, Shandong Province

Applicant after: GERMANLITHO CO., LTD.

Address before: Room 506, 5th floor, Shitong Building, No. 2 Zhuyuan Road, Qingdao Hi-tech District, Shandong Province

Applicant before: Qingdao Technology Co., Ltd.

GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: A precision alignment nano imprinting device

Effective date of registration: 20210330

Granted publication date: 20190809

Pledgee: Bank of Qingdao Co. science and Technology Branch

Pledgor: GERMANLITHO Co.,Ltd.

Registration number: Y2021370010012