CN1800975B - 分步重复光照纳米压印装置 - Google Patents

Abstract

分步重复光照纳米压印装置，由压力驱动系统、Z向校准机构、双路CCD对准系统、倾斜校准机构、压模、基片、XYθ工件台、基片承片调平系统、大机台柜、控制系统、主机大底板和紫光均匀照明系统及机架等部分组成，能装载基片的承片调平系统安装于XYθ工件台上，机架上安装了压力驱动系统、Z向校准机构、倾斜校准机构和压模，双路CCD对准系统和紫光均匀照明系统，它既不需要弹性印章或铸模，也不需要加高温、高压和降温，只需普通紫光照射，应用CCD图像高精度对准，就能分步重复廉价制作出较复杂多层结构、较大有效工作面积和有利于推广应用的纳米图形结构。

Description

分步重复光照纳米压印装置

技术领域

本发明是一种分步重复光照纳米压印装置，属于微细加工技术制作纳米图形结构器件领域。

背景技术

随着全球通讯技术和高科技信息技术的高速发展，迫切需要微细加工技术制作出超高速、超高频纳米量级IC器件，而制作纳米图形结构需要大幅度提高现有光刻技术的分辨力。一般都采用缩短波长光刻制作的方法，主要有深紫外光、极紫外光、X射线、离子束投影、以及电子束光刻等等。这些方法都需要极短波长光源电磁辐射系统及光学系统，在技术上十分复杂，同时投资也都十分昂贵，已沉陷于十分艰难的状态之中。

近年来国际上出现了操作简单、分辨力高、能用大批量压印来制作纳米图形结构的新技术，该技术是由包括微接触印刷法和毛细管微模制法的软刻印技术发展起来的，是用有纳米图案的有弹性的印章或铸模将自组装单分子膜印制到基片上，由于印章或铸模是有弹性的，在大面积基片上制作纳米图形时图形各部位的均匀性和重复性将出现较大的误差，难以用于多层结构的制作。目前，该软刻印技术又得到了进一步发展，出现了采用刚性压模的硬压印技术，在基片的聚合物薄膜上压出纳米级图形，刚性压模压印技术也可分两种：热压雕板压印和步进闪光压印。前者由于要加高温，并加高压，同时又要降温到聚合物的玻璃态温度以下，压模和基片的膨胀系数不同，在压印过程中的变形使图形的对准套印带来了困难而显得不足；后者步进闪光压印，避免了前者的不足，尽管已研制出设备，也能大批量压印，但结构很复杂，价格也很昂贵，设备技术还不很完善，存在着对准套印精度不高，不能制作套印多层纳米结构图形，有效工作面积小，以及不利于推广应用等缺点。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服上述现有技术的不足，提供一种分步重复光照纳米压印装置，它既不需要弹性印章或铸模，也不需要加高温、高压和降温，只需普通紫光照射，应用CCD图像高精度对准，就能廉价制作出较复杂多层结构，并且具有较大有效工作面积和有利于推广应用的纳米图形结构。

本发明的技术解决方案是：分步重复光照纳米压印装置，其特点在于：它由压力驱动系统、Z向校准机构、双路CCD对准系统、倾斜校准机构、压模、基片、XYθ工件台、基片承片调平系统、大机台柜、电气控制系统、主机大底板、气章、液滴器和紫光均匀照明系统以及机架组成，大机台柜的大台面上放置主机大底板，主机大底板上放置有XYθ工件台，在XYθ工件台上安放了基片承片调平系统，用以装载基片，使基片连同基片承片调平系统随XYθ工件台作XYθ的位置移动，基片承片调平系统处于压模正对的被压位置下方，同时基片承片调平系统还能作Z向调平；主机大底板上还安装了机架，压力驱动系统通过机架的上部固定在XYθ工件台上的承片调平系统正上方；安装有Z向常规标准型无间隙直线内导轨的Z向校准机构的外筒沿Z向外直线导轨作上下运动，带动Z向校准机构、倾斜校准机构和压模卡盘作上下运动，从而也带动压模下压制作纳米结构图形和下压后回升脱模；双路CCD对准系统固定在机架上，其对准显微镜从背后双双伸入中空的Z向校准机构的外筒内，双路CCD对准系统可检测压模和基片的对准偏差，以此通过调整基片的X、Y和θ位置，使压模和基片的精密对准；紫光均匀照明系统固定在机架上，其照明头也从背后伸入Z向校准机构的外筒内，由快门控制射出紫光照射压模与基片之间的压印层聚合物，使聚合物固化；液滴器也固定在机架上，在压制前先滴出聚合物液滴到基片上，以预置将要压印区域的聚合物液体层；固定在机架上的气章，当处于工作位置时气章下移到一固定位置，其下端平面与主机中心轴垂直即Z向垂直，也处于调平状态，其Z向位置也是基片调平后其上表面所处的位置；电气控制系统分别控制压力驱动系统、XYθ工件台、双路CCD对准系统、Z向校准机构、倾斜校准机构和紫光均匀照明系统工作。

所述的压力驱动系统由电机、电机驱动器、精密丝杆和与Z向校准机构的外筒相连的丝杆螺母组成，电机驱动器和电机的定子与机架连接，电机的转子与精密丝杆连接，精密丝杆和丝杆螺母啮合，丝杆螺母与Z向校准机构的外筒相连接。

所述的Z向校准机构由中空且后边开孔的外筒、精密导向柱、中空的Z向校准板一和中空的Z向校准板二组成，外筒与Z向常规标准型无间隙直线内导轨相接，三个精密导向柱紧固于中空的校准板一环带上，Z向校准板一和外筒连接，Z向校准板二在Z向弹性移动中由三个精密导向柱导向，在Z向校准板一上均匀开有三个半径方向的凹矩形槽，与Z向校准板一相对应的Z向校准板二三个位置作有矩形凸台，在Z向校准板二薄板与三个凸台错开的位置上，还开通了三段圆弧，；所述的倾斜校准机构(5)由倾斜校准板一(501)和倾斜校准板二(502)组成，倾斜校准板一(501)是通过四个固定孔的中心线对应位置与Z向校准板二(204)薄板对应位置连接的；倾斜校准板二(502)的两外端铰链座和倾斜校准板一(501)的铰链中间框部分连接，倾斜校准板二(502)的下面与压模卡盘(6)连接，两校准板都是串联四铰链三连杆转动结构，互成90度分布，两校准板的中间连杆的转动中心都是位于压模下平面的中心；Z向校准板二位于Z向校准板一下方，使压印反作用力通过由倾斜校准板一作用于Z向校准板二内圈圆环位置时，Z向校准板二受压产生变形，起到对Z向压力和下压行程偏差的自动校准。

所述的倾斜校准机构由倾斜校准板一和倾斜校准板二组成，倾斜校准板一与上面Z向校准板二薄板对应位置连接，倾斜校准板二的两外端铰链座和倾斜校准板一的铰链中间框部分连接，倾斜校准板二的下面与压模卡盘连接，两校准板都是串联四铰链三连杆转动结构，互成90度分布，两校准板的中间连杆的转动中心都是位于压模下平面的中心。

所述的双路CCD对准系统由显微物镜、镜筒、后组物镜、半透半反镜、反射镜、照明光纤与聚光镜，以及CCD摄像机、图象采集卡、小底板、内导轨和外导轨组成，显微物镜和后组物镜通过镜筒连接，同时通过半透半反镜把光路转折90度，显微物镜和后组物镜还通过镜筒连接构成的部件与该部件上面的反射镜、照明光纤、聚光镜连成一体，反射镜位于半透半反镜正上方，同时与半透半反镜平行，照明光纤与聚光镜位于反射镜右边，聚光镜位于反射镜和照明光纤的中间，从照明光纤射出的照明光通过聚光镜后，射向反射镜并折转90度，再通过半透半反镜和显微物镜射向物方对物体进行照明，镜筒还与CCD摄像机连接，摄像机装于内导轨上，使整个包含显微物镜、镜筒、后组物镜、半透半反镜、反射镜、照明光纤、聚光镜和CCD摄像机的CCD对准显微镜能相对于小底板沿X方向移动，小底板与机架连接，显微物镜和后组物镜，在照明光纤的照明下，将压模和基片上的对准标记成像于CCD的接收面上，由CCD图像传感器将图像送入图像采集卡，变为数字图像信号后送入计算机进行对准处理，两路CCD对准显微镜各自整体可通过内导轨外导轨组成的移动系统，向X的正负两方向外移，以不挡紫光照射。

所述的XYθ工件台由Y外导轨、钢球、底板、XY方导轨、X向螺母座、X向丝杆、X向驱动电机小座、X向驱动电机、X向微动手轮、X向位置传感器、θ微转动台蜗杆座、微转动蜗杆、微转动电机、微转动手轮、微转动传感器、微转动内导轨蜗轮、小钢球、外圆导轨、X向外导轨、Y向螺母、Y向位置传感器、Y向丝杆、Y向驱动电机小座、Y向驱动电机和Y向微动手轮组成，底板与主机大底板连接，XY方导轨与Y外导轨和X向外导轨处于同一高度，XY方导轨和Y外导轨之间，以及XY方导轨和X向外导轨之间通过钢球连接，Y外导轨和外圆导轨连接，XY方导轨下面与Y向驱动电机小座连接，微转动内导轨蜗轮通过小钢球装于外圆导轨内，并与基片承片调平系统连接，X向外导轨与底板连接，X向螺母座固定于XY方导轨上，X向丝杆和X向螺母座的螺纹啮合，X向丝杆与X向驱动电机的转轴相连，X向驱动电机通过X向驱动电机小座固定于底板上，X向微动手轮固定于X向驱动电机的转轴上，这样通过X向微动手轮或X向驱动电机可使XY方导轨相对于底板作沿着X向外导轨的方向即X方向移动，而X向位置传感器是固定于X向驱动电机小座上，X向位置传感器的测头是打在和XY方导轨紧连接的X向螺母座的外端面上，它能提供了XY方导轨相对于底板的位置移动传感，XY方导轨在X向外导轨内，并通过Y外导轨传递，使和Y外导轨连接的外圆导轨，沿着X向外导轨方向移动，同理Y向驱动电机和Y向微动手轮的转动，可通过Y向丝杆、Y向螺母、Y向位置传感器、Y向驱动电机小座驱动外圆导轨及以上部分，使相对于XY方导轨，沿着Y外导轨的方向作Y向移动，并提供位移信息，θ微转动台蜗杆座与外圆导轨相连接，微转动蜗杆装于蜗杆座内并与内导轨蜗轮啮合，微转动蜗杆和微转动电机、微转动手轮、微转动传感器均同轴，微转动电机和微转动手轮的转动可使内导轨蜗轮相对于外圆导轨作转动，微转动传感器可给出微转动的信息。

所述的基片承片调平系统由内V形直角直线导轨，外V形直角直线导轨、精密钢球和隔离架(1004)四者构成的上下升降机构、承片台吸板、阴阳半球体、导轨上盖、内顶杆、导轨座盘，底座、拉簧、小弯接板、小接板，钢球以及由可外购的气动器组成，吸附有基片的承片台吸板和阳半球体相连接，和阴半球体连接的内顶杆的两边固定着内V形直角直线导轨，外V形直角直线导轨固定在导轨座盘内，内顶杆可沿导轨作Z向直线运动，在导轨座盘下面安装了底座，在底座内部安装了气动器，整个基片承片调平系统通过导轨座盘的上部法兰边固定于XYθ工件台上，内顶杆的下端面通过钢球和气动器的气动杆的上端面相接，拉簧的上端挂钩挂在固定在内顶杆上的小弯接板上，拉簧的下端挂钩挂在固定在气动器气动体上的小接板上。

所述的气章主要由气章足、章套、钢球、锁紧扭、锁紧片、压簧、锁紧环、活塞体、密封小盖、拉簧、盖板和活塞气缸组成，气章足通过钢球装于章套内，气章足上端和活塞体连接，活塞体通过拉簧与盖板连接，活塞环装于活塞体上，气章足的下端面上还均匀分布有8个以上的Φ0.1-0.9mm小孔，章套与气章座连接，并通过气章座固定于机架上，活塞气缸与章套连接，盖板与活塞气缸连接，密封小盖通过螺纹和密封垫使气缸密封，锁紧扭通过锁紧片的松开和锁紧，以及压簧和锁紧环的作用可使气章足在工作状态时的下端面位于基片的调整高度并与Z轴垂直。

所述的紫光均匀照明系统由照明系统大底板、冷光反射镜架、冷光反射镜、椭球反射镜、高压汞灯、汞灯调整架、抽风机、抽风管、照明系统外壳、光栏、紫光快门、准直物镜一、准直物镜二、紫光滤光片、蝇眼积分透镜、场镜、反射镜、反射镜架、组合镜架、聚光镜、光强探测器、聚光镜架、椭球反射镜室隔板、灯室内隔板和灯室外板组成，放于椭球反射镜前焦点F1的高压汞灯发出的紫光通过大包容角的椭球反射镜反射，使紫光光会聚于椭球反射镜的后焦点F2上，并再依次通过冷光反射镜、光栏、快门、准直物镜一、准直物镜二、紫光滤光片、蝇眼积分透镜、场镜、反射镜和聚光镜，叠加成均匀分布的紫光均匀照射到压模和基片之间的压印层上，安装有高压汞灯的汞灯调整架和椭球反射镜装于椭球反射镜室隔板上，灯室内隔板又将椭球反射镜室和排风区进一步隔开，都由灯室外板与外界隔开，冷光反射镜架支撑冷光反射镜放于和机架连接的照明系统大底板上，组合镜架支撑光栏、紫光光快门、准直物镜一、准直物镜二、紫光滤光片、蝇眼积分透镜、场镜和安装反射镜的反射镜架，放于照明系统大底板上，装有聚光镜的聚光镜架与大底板连接，光强探测器装于聚光镜架上，照明系统外壳和灯室外板将以上光学元件和支撑件与外界隔开，抽风机和抽风管位于灯室外板上面，抽风管与灯室外板连接，抽风机装于抽风管的出风口处。

所述的电气控制系统由计算机、总线接口、包括压印的测量传感和电机驱动的压印控制系统、CCD图像对准电路、包括XYθ位置传感测量和XYθ驱动电机的XYθ工件台测量驱动控制电路、光强控制电路，以及包括HG灯、快门电磁阀的恒光强和积分快门及电磁阀驱动控制电路组成，压印控制系统根据计算机通过总线接口送来的信号驱动和控制电机驱动，使压模完成压印和脱模动作，CCD图像对准电路根据采集对准标记信息，计算处理出两路不对准量，由XYθ驱动电机或手动驱动达到对准，XYθ工件台测量驱动控制电路根据计算机通过总线接口送来的信号驱动XYθ驱动电机到达各目标位并锁定，恒光强和积分快门及电磁阀驱动控制电路根据计算机送来的信号对HG灯进行恒光强控制和进行快门电磁阀与其它多处压力空气和真空电磁阀的开关控制。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.该压印装置相比之下价格低廉，尽管也必需先用电子束光刻机制作出压模，但是只要作出了模板，便可以廉价地复制出大量纳米结构，研究人员可以由它作为具有一定通用性基础材料进行这样或那样的再加工，可通过反复试验来研究纳米器件，而不必担心制备费用高的问题；

2.它可先在硅基片上旋涂很薄一层起粘合和抗磨损作用的有机过渡层，再把室温下流动性很好的聚合物如感光有机硅溶液滴在基片有机过渡层上作为压印层，在本发明压印装置上经过精密CCD对准并把压模压下，使基片上的聚合物充满压模的凹落部分后，用紫光照射聚合物使其固化，退模后再经过后续处理就在基片上得到固化了的聚合物纳米图形结构，操作较为简便；

3.它不用加热后再冷却的方法使聚合物固化，而是在室温下用紫光照射使其固化，也不用高压，因此压模材料不必具有大压缩强度、大抗拉伸强度、高热导率和低膨胀系数等要求，由于是在室温下用双路CCD图像对准系统进行图形的对准，套印精度能作得很高，压印有效面积也大；

4.该方法滴在基片上的聚合物在室温下就有较好的流动性，并且压模的表面覆盖有反粘连层，不仅压印的压力也较低，减少了压模的的热膨胀和机械变形，而且还也减少了磨损，提高了聚合物的图形的精确度和多次压印的重复性；

5.由于通过紫光照射固化聚合物，不需加热保温冷却过程，缩短了压印时间，提高了生产效力，有利于推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例的整机结构图；

图2为本发明压模Z向校准结构图；

图3为本发明压模倾斜校准结构图；

图4为本发明双路CCD对准系统结构图；

图5为本发明压模的对准标记图；

图6为本发明基片的对准标记图；

图7为本发明图5、6压模和基片两对准标记图形对准时的放大结构图；

图8为本发明XYθ工件台正剖视图；

图9为本发明XYθ工件台侧视图；

图10为本发明基片承片调平系统结构图；

图11为本发明气章结构图；

图12为本发明紫光均匀照明系统结构图；

图13为本发明控制系统框图；

图14为本发明软件控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由包括电机、电机驱动器和传动等构成的压力驱动系统1、Z向校准机构2、双路CCD对准系统4、倾斜校准机构5、压模卡盘6、压模7、XYθ工件台8、基片9、基片承片调平系统10、大机台柜11、计算机系统12、主机大底板13、气章14、液滴器15、气章座16、紫光均匀照明系统17、Z向测量传感器18、包括内导轨19和外导轨20的Z向直线导轨、Z向升降上下两端运动限位器21和22，以及机架23等部分组成。主机大底板13通过隔振垫1301安置于大机台柜11的大台面上，大机台柜11中放置包括恒光强控制与积分快门控制电磁阀驱动电路276、CCD图像与A/D转换电路273、压印驱动与控制272和XYθ工件台8测量驱动控制电路274等的电气控制系统27，主机大底板13前面位置上安放了包含可XY步进和可XY移动与θ转动，并分别带有精密传感测量与电机驱动由单片机控制的XYθ工件台8，在工件台腹中中空(对应位置主机大底板13也中空)并处于压模7正对的被压下方位置下沉安置固定有基片承片调平系统10，用以装载基片9，使基片9连同基片承片调平系统10能随XYθ工件台8作XY步进，以及作XYθ的位置移动，同时还能在基片承片调平系统10上作Z向调平。

主机大底板13靠后方上表面与机架23紧密连接，压力驱动系统1通过机架23的上部固定在XYθ工件台8上的承片调平系统10正上方，使安装有Z向常规标准型无间隙直线内导轨19的外筒201沿Z向外直线导轨20作上下运动，带动Z向校准机构2、倾斜校准机构5和压模卡盘6作上下运动，也带动压模7下压制作纳米结构图形和下压后回升脱模，在下压过程中压模7的倾斜由倾斜校准机构5自动校准，下压压力和下移距离偏差由Z向校准机构2自动校准。

双路CCD对准系统4通过导轨底板410固定在机架23上，其对准显微镜从背后双双伸入中空的Z向校准机构外筒201内，采集压模7和基片9上的对准标记图像检测出不对准量，通过计算机控制移动XYθ工件台8使基片9移动，达到压模7和基片9的精密对准。

固定在机架23上的紫光均匀照明系统17，其照明头也从背后上方伸入Z向校准机构的外筒201内，由快门1710开关控制射出紫光3照明压模7与基片9之间已被压印并充满模腔凹落部分的压印层聚合物，使压印层的聚合物固化。

固定在机架23上还有可外购的在压制前先滴出聚合物液滴到基片9上的液滴器15，用于在将要压制前压印区域的聚合物液体压印层预置。

固定在机架23上的还有能伸出气章14用于基片9调平的气章座16。

如图1所示，固定在XYθ工件台8上承片调平系统10正上方的压力驱动系统1，它由电机101、电机驱动器102、精密丝杆103和与Z向校准机构2外筒201相连的丝杆螺母104组成，电机驱动器102和电机101的定子与机架连接，电机101的转子与精密丝杆103连接，精密丝杆103和丝杆螺母104啮合，丝杆螺母104与Z向校准机构2外筒201相连接，电机101在电机驱动器102及Z向位置测量传感器18的位置测量与控制下，通过精密丝杆103和丝杆螺母104的啮合，使安装有Z向常规标准型无间隙直线内导轨19的外筒201沿Z向外直线导轨20作上下运动，带动Z向校准机构2、倾斜校准机构5和压模卡盘6作上下运动，也带动压模7下压和下压后回升，下压位置由Z向位置传感器18提供位置信号控制电机驱动器运动和停止，当电机驱动器控制遇故障或断电时Z向上下两端运动限位器21和22会立刻自动切断保护系统安全。

如图1所示，固定在机架23上的气章14和气章座16，当处于工作位置时气章14下移到一固定位置，其下端平面与主机中心轴o₁o₁垂直即Z向垂直，也处于调平状态，其Z向位置也是基片9调平后其上表面所处的位置，该位置是在安装时参照XYθ工件台8上凸起小圆平面801位置调整的，凸起小圆平面801与XY运动平面平行，并与Z向垂直，气章14的下表面上还均匀分布有8-128个Φ0.1-0.9mm小孔，在气章14进入到工作位置时会从小孔中先喷出压力空气和后通真空再关压力空气的动作过程，使基片9通过XYθ工件台8移动到气章14的正下方，通过气动器的气动体1001中通压力空气(见图10)，基片9跟随气动杆1002升高而上升，当解除阴阳半球体间的真空，气章14则转为通真空，基片9的上表面得到调平，通过再通阴阳半球体间的真空，和锁紧气动器的气动体1001中压力空气，保持气动杆1002不动，使基片9的上表面保持与气章14的下表面共面，达到调平要求，气章14转为通大气上升复原。

如图1、2、3所示，为本发明压模7的Z向校准和倾斜校准结构图，由中空且后边开孔的外筒201、精密导向柱202、Z向校准板一203、Z向校准板二204，以及倾斜校准板一501和倾斜校准板二502组成。三个精密导向柱202紧固于Z向校准板一203上，Z向校准板一203和外筒201连接，Z向校准板二204在Z向弹性移动中由三个精密导向柱202导向，中空的Z向校准板二204与中空的Z向校准板一203连接，靠在Z向校准板一203上均匀开的三个半径方向的凹矩形槽，与Z向校准板二204的三个对应的矩形凸台紧密连接，倾斜校准板一501通过11、22、33和44对应位置与Z向校准板二204薄板对应位置连接，在Z向校准板二204薄板与三个凸台错开的位置上，还开通了三段圆弧，使压印反作用力通过由倾斜校准板一501作用于Z向校准板二204内圈圆环如图中固定孔中心线11、22、33和44对应所示的位置时，Z向校准板二204受压产生变形，起到对Z向压力和下压行程所产生偏差的自动校准。它所受压产生变形大小和所需变形力由板厚、三段圆弧结构，以及校准板的材料决定，这里变形量控制在1μm-5mm，变形力控制在0.01-3bar内。

在压模7下压到基片9上，因压模7的图形面与基片9的被压上表面不平行，压模7总会先碰到基片9的某处，和基片9的先接触处则会对压模7有反作用力，该反作用力使压模7产生转动力距而需压模7作倾斜旋转，该结构能使以压模7的下表面的中心为中心，作二维倾斜旋转自动校准，因倾斜校准板一501是具有能通过压模7下表面中心轴作旋转的串联四铰链三连杆转动结构，两端固定对称串联四铰链三连杆的中间连杆框部分是能通过压模7下表面中心的旋转轴即Y轴，以各自两铰链之间长度为旋转杆长即旁边的两连杆长绕轴作微角度旋转的，消除由于先接触产生的转动力距，达到压模7与基片9的精确自动平行贴合校准，倾斜校准板二502具有同样的结构，在另一个方向能起同样的校准作用，它的四铰链三连杆转动结构的两外端铰链座用螺钉加定位销固定在倾斜校准板一501的铰链中间框部分上，在倾斜校准板一501校准一个方向的基础上，使与卡盘连接的中心框部分也能作绕X轴作微角度旋转，作到压模7与基片9的Y方向精确自动平行贴合校准，综合两个倾斜校准板的旋转校准，达到使压模7的任何方向和大小的倾斜都能自动倾斜校准，也适应基片9的任何方向调平偏差或由卡盘6引起压模7的任何方向倾斜，达到下压后压模7和基片9的完美贴合，该结构下压后压制的图形产生对准偏离量最小。

如图1、4所示为本发明双路CCD对准系统其中一路的结构，主要由显微物镜401、镜筒403、后组物镜404、半透半反镜402、反射镜407、照明光纤409与聚光镜408，以及CCD摄像机405、图象采集卡406、小底板410、内导轨411和外导轨412组成。显微物镜401和后组物镜404通过镜筒403连接，同时通过半透半反镜402把光路转折90度，上面与反射镜407、照明光纤409与聚光镜408连成一体，并与CCD摄像机405连接，摄像机405装于内导轨411上，使整个系统能相对于小底板410沿X方向移动，小底板410与机架23连接，显微物镜401和后组物镜404在照明光纤的照明光照明下，将压模7和基片9上的对准标记成像于CCD的接收面上，由CCD图像传感器将图像送入图像采集卡406，变为数字图像信号后送入计算机12进行对准处理，计算机12显示和输出两路对准标记的不对准量，通过调整基片9的X、Y和θ位置，使压模7和基片9的对准标记图形达到精密对准，通过精细调整对准精度可以达到优于0.5μm，对准后两路CCD对准的显微物镜401、镜筒403和CCD摄像机可通过内导轨411外导轨412组成的移动系统，各自整体向X的正负方向外移，以不阻挡紫光照射。

如图1、5、6所示，为压模和基片上两种对准标记图形，其中一种对准标记是压模7的对准标记图形2401和基片9的对准标记图形2402；另一种对准标记是压模7的对准标记图形2501和基片9的对准标记图形2502。在一个压印场中有两组或两组以上的对准标记图形。上述所说的前一种对准标记适合自动对准场合，后一种对准标记图形适合目视对准场合，它们各分布在压印有效视场的左右或上下对称位置。

如图7所示，为图5、6所示的压模和基片上两对准标记图形都对准时放大的结构图，其中基片的小黑方块和小黑十字丝位于压模的大白方块和大白十字丝正中。

如图1、8、9所示为XYθ微动工件台8的结构，它由Y外导轨801、钢球802、底板803、XY方导轨804、X向螺母座805、X向丝杆806、X向驱动电机小座807、X向驱动电机808、X向微动手轮809、X向位置传感器810、θ微转动台蜗杆座811、微转动蜗杆812、微转动电机813、微转动手轮814、微转动传感器815、微转动内导轨蜗轮818、小钢球819、外圆导轨820、X向外导轨821、Y向螺母822、Y向位置传感器823、Y向丝杆824、Y向驱动电机小座825、Y向驱动电机816和Y向微动手轮817组成，底板803与主机大底板13连接，XY方导轨804与Y外导轨801和X向外导轨821处于同一高度，Y外导轨801和微转动台外圆导轨820连接，因此XY方导轨804可分别相对于Y外导轨801和X向外导轨821滑动，XY方导轨804下面与Y向驱动电机小座825连接，Y向螺母822可相对XY方导轨804移动，微转动内导轨蜗轮818装于外圆导轨820内并与基片承片调平系统(10)连接，可相对于外圆导轨820微转动，X向外导轨821与底板803连接，X向螺母座805固定于XY方导轨804上，X向丝杆806和X向螺母座805的螺纹啮合，X向丝杆806与X向驱动电机808的转轴相连，X向驱动电机808通过X向驱动电机小座807固定于底板803上，X向微动手轮809固定于X向驱动电机808的转轴上，这样通过微动手轮809或驱动电机808可使XY方导轨804相对于底板803作沿着X向外导轨821的方向即X方向移动，而X向位置传感器810是固定于X向驱动电机小座807上，电机小座807是不动的，而位置传感器810的测头是打在和XY方导轨804紧连接的X向螺母座805的外端面上，所以它能提供了XY方导轨804相对于底板803的位置移动传感，XY方导轨804在X向外导轨821内，并通过Y外导轨801传递，使和Y外导轨801连接的微转动台外圆导轨820，以及上面部分，沿着X向外导轨821方向移动，同理Y向驱动电机816和Y向微动手论817的转动，可通过Y向丝杆824、Y向螺母822、Y向位置传感器823、Y向驱动电机小座825驱动外圆导轨820及以上部分，使相对于XY方导轨804，沿着Y外导轨801的方向作Y向移动，并提供位移信息，θ微转动台蜗杆座811与外圆导轨820相连接，微转动蜗杆812装于蜗杆座811内并与内导轨蜗轮818啮合，微转动蜗杆812和微转动电机813、微转动手轮814、微转动传感器815均同轴，电机813和手轮814的转动可使内导轨蜗轮818相对于外圆导轨820作转动，传感器815也可给出微转动的信息，因此XYθ微动工件台8可通过承片台10给基片9提供XY步进和微精密移动和θ微转动的运动信息，实现基片9相对压模7的步进和对准调整。

如图1、8、10所示为基片承片调平系统结构，它由内V形直角直线导轨1005、精密钢球1006、隔离架1004、外V形直角直线导轨1007、承片台吸板1008、阴半球体1010和阳半球体1009、内顶杆1012、导轨上盖1011、导轨座盘1013、底座1017、拉簧1015、小弯接板1014、小接板1016，以及由可外购的由气动杆1002和气动体1001组成的气动器等组成。吸附有基片9的承片台吸板1008和阳半球体1009相连接，阳半球体1009可以在阴半球体1010中当两者未被吸紧时可作二维倾斜转动，以适应调平时需要作倾斜转动的要求。和阴半球体1010连接的内顶杆1012的两边，固定着内V形直角直线导轨1005，外V形直角直线导轨1007固定在导轨座盘1013内，内顶杆1012可沿导轨作Z向直线运动，并且不会转动，在导轨座盘1013下面安装了底座1017，在底座1017内部安装了气动器，整个基片承片调平系统通过导轨座盘1013的上部法兰边固定于XYθ工件台8上，随着XYθ工件台8的XYθ运动而运动，内顶杆1012的下端面通过钢球1003和气动器的气动杆1002的上端面相接，拉簧1015的上端挂钩挂在固定在内顶杆1012上的小弯接板1014上，拉簧1015的下端挂钩挂在固定在气动器气动体1001上的小接板1016上，由于拉簧1015的拉力使得内顶杆1012的下端面和气动杆1002的上端面的钢球1003，在上升和下降过程中都无空隙，当气动器的气动体1001中通压力空气时，气动器气动杆1002通过钢球1003、内顶杆1012、阴半球体1010和阳半球体1009，使基片9上升，当基片9的上表面和已调平并在加压力空气的气章14下表面靠近，气章14又变为真空时，关阴阳半球体间的真空并通压力空气，基片9的上表面就得到了调平，再通过阴阳半球体间通真空、以及锁紧气动器的气动体1001，使气动杆1002保持不动，基片9则处于调平状态，由于升降导轨机构是V形直线导轨机构，基片9在作Z向移动中是不会有任何在水平方向微小转动的。本发明的承片调平系统基片9升降可达到≥15mm行程，适用基片30mm--150mm，适用基片厚度0.5mm--15mm，升降移动灵敏度≥±1微米。

如图1、11所示为气章结构，它主要由气章足1413、章套1401、钢球1402、锁紧扭1403、锁紧片1404、压簧1405、锁紧环1406、活塞体1407、活塞环1408、密封小盖1409、拉簧1410、盖板1411和活塞气缸1412组成，气章足1413通过钢球1402装于章套1401内，气章足1413上端和活塞体1407连接，活塞体1407通过拉簧1410与盖板1411连接，活塞环1408装于活塞体1407上，因此气章足1413可上下移动，在C₁处未通压力空气时，气章足1413被拉向上方，气章足1413的下端面上还均匀分布有8-128个Φ0.1-0.9mm小孔，在C₂处可通压力空气和通真空，可从小孔中喷出压力空气，章套1401与气章座16连接，并通过气章座16固定于机架23上，活塞气缸1412与章套1401连接，盖板1411与活塞气缸1412连接，密封小盖1409通过螺纹和密封垫使气缸密封，锁紧扭1403通过锁紧片1404的松开和锁紧，以及压簧1405和锁紧环1406的作用可使气章足1413在工作状态时的下端面位于一定的高度，这个高度也是基片9的调整高度，并达到与O₁O₁轴(Z向)垂直，即平行于XYθ工件台的XY运动平面。

如图1、12所示为本发明紫光均匀照明系统结构，它由照明系统大底板1722、冷光反射镜架1723、冷光反射镜1724、椭球反射镜1701、高压汞灯1725、汞灯调整架1703、抽风机1704、抽风管1705、照明系统外壳1708、光栏1709、紫光快门1710、准直物镜一1711、准直物镜二1712、紫光滤光片1713、蝇眼积分透镜1714、场镜1715、反射镜1716、反射镜架1717、组合镜架1718、聚光镜1719、光强探测器1720、聚光镜架1721、椭球反射镜室隔板1702、灯室内隔板1706和灯室外板1707等组成，放于椭球反射镜1701前焦点F₁的高压汞灯1725发出的紫光通过大包容角的椭球反射镜1701反射，使紫光光会聚于椭球反射镜1701的后焦点F₂上，并通过冷光反射镜1724反射、光栏1709、快门1710、准直物镜一1711和准直物镜二1712的准直，再通过紫光滤光片1713将非紫光光滤去，使紫光光投射到蝇眼积分透镜1714前端处，蝇眼积分透镜1714将紫光光分割成上百个小紫光光源从后端射出，再通过场镜1715、反射镜1716和聚光镜1719叠加成均匀分布的紫光3均匀照射到压模7和基片9之间的压印层上，高压汞灯1725，椭球反射镜1701装于椭球反射镜室隔板1702上，灯室内隔板1706又将椭球反射镜室和排风区进一步隔开，都由灯室外板1707与外界隔开，冷光反射镜架1723支撑冷光反射镜1724放于照明系统大底板1722上，组合镜架1718支撑光栏1709、紫光光快门1710、准直物镜一171l、准直物镜二1712、紫光滤光片1713、蝇眼积分透镜1714、场镜1715和安装反射镜1716的反射镜架1717，放于照明系统大底板1722上，照明系统外壳1708和灯室外板1707将以上光学元件和支撑件与外界隔开，抽风机1704通过抽风管1705将高压汞灯1725点燃后工作时产生的废气和热量带出系统至室外。

该照明系统与一般的照明系统不同，除光能利用率和强度都很高以外，还具有多点匀光照明特点，光学系统也是建立在科勒(Kohler)照明原理的基础上，所以在需照明的视场内照明均匀性特别好。从原理上讲，蝇眼积分透镜1714的前端起逐一分割不均匀的光强分布作用，将光分布不均匀的较大面积分割成小面积的单元光能分布，蝇眼积分透镜1714的后端起逐一将所分割的单元光能分布放大并投射叠加于被照明面上，这样的照明光学系统，实际上是由数百个科勒照明系统构成了的一个非共轴阵列组合的均匀照明光学系统，可以获得均匀光强分布的照明，本系统照明均匀性达到了±2％以上。

如图1、13所示为电气控制系统的框图，它由计算机121、总线接口271、包括压印测量传感2721和电机驱动2722的压印控制系统272、包括CCD图像采集2731的A/D转换对准电路273、包括XYθ位置传感2741和XYθ驱动电机2742的XYθ工件台测量驱动控制274、包括光强探测2751的光强控制电路275，以及包括HG灯2761和快门电磁阀2762与其它电磁阀2763的恒光强和积分快门及电磁阀驱动控制电路276组成，压印控制系统272根据计算机121通过总线接口271送来的信号测量压模9所在位置，驱动和控制电机2722，使压模完成压印和脱模等动作。CCD图像对准系统273根据采集压模7和基片9的对准标记图像信息，由计算机121处理计算出两路不对准量，由XYθ工件台测量驱动控制274控制XYθ驱动电机2742或手动驱动对准到达精密对准位。XYθ工件台测量驱动控制根据计算机121通过总线接口271送来的信号驱动XYθ驱动电机2742到达各目标位并锁定，完成上下片、归零和调平等工作。恒光强和积分快门及电磁阀驱动控制电路276根据计算机121通过总线接口271送来的信号对HG灯2761进行恒光强控制，并进行快门电磁阀2762与其它多处压力空气和真空电磁阀2763的开关控制。

如图1、14所示为电气控制系统的软件流程，它是先根据操作者预置的压印面积大小和光照当量等数据进行自动计算，确定各步压制坐标位置，然后起动整机进行各部分自检，再令XYθ工件台归零，然后装压模9和基片7，再进行基片7的调平，然后液滴器滴液，再使压模9下落到对准位置，进行双路CCD测量与对准，然后驱动压印，自动快门打开，进行紫光光照射，快门再关闭，然后再驱动脱模，接着再下来判断是否完成所有压印？如没有，则XYθ工件台步进到下一压印位，液滴器在新的位置再滴液……，直到脱模，又再次判断是否完成所有压印？如此循环，如完成，则XYθ工件台回位，下基片9后压印结束。

总结上述的各部结构与控制，本发明分步重复光照纳米压印装置的工作过程和步骤是：先是开机，再上压模7和上基片9，再开基片承片调平系统的承片台吸板1008真空吸基片9，XYθ工件台8归零，并运动到气章14的正下方位置，气章14开压力空气从小孔喷气并下移进入工作位置，开通气动器气动体压力空气使气动杆1002上升，关基片9承片调平系统的阴半球体1010真空并开压力空气，再气章14关压力空气并开真空，阴半球体1010关压力空气并开真空，锁紧气动器气动体压力空气使气动杆1002上下不动，气章14关真空并开大气回位，运动XYθ工件台8到液滴位，液滴器15滴出聚合物，然后再运动XYθ工件台8到压印位，驱动下压电机101使压模7下降到对准位，进行双路CCD测量与对准，对准后驱动电机101使压模7下压到达压印位，双路CCD测量对准偏离量合格否，合格后开快门1710进行紫光照射，照射后关快门1710，驱动电机101使压模7脱模上升回位，XYθ工件台8再步进到下一个压印场位置重复上面的过程，直到完成全部压印，XYθ工件台8再运动到下片位，关承片台吸板1008真空开大气下基片9，该基片压印全部结束。

Claims (9)

1.分步重复光照纳米压印装置，其特征在于：它由压力驱动系统(1)、Z向校准机构(2)、双路CCD对准系统(4)、倾斜校准机构(5)、压模(7)、基片(9)、XYθ工件台(8)、基片承片调平系统(10)、大机台柜(11)、电气控制系统、主机大底板(13)、气章(14)、液滴器(15)和紫光均匀照明系统(17)以及机架(23)组成，大机台柜(11)的大台面上放置主机大底板(13)，主机大底板(13)上放置有XYθ工件台(8)，在XYθ工件台(8)上安放了基片承片调平系统(10)，用以装载基片(9)，使基片(9)连同基片承片调平系统(10)随XYθ工件台(8)作XYθ的位置移动，基片承片调平系统(10)处于压模(7)正对的被压位置下方，同时基片承片调平系统(10)还能作Z向调平；主机大底板(13)上还安装了机架(23)，压力驱动系统(1)通过机架(23)的上部固定在XYθ工件台(8)上的承片调平系统(10)正上方；安装有Z向常规标准型无间隙直线内导轨(19)的Z向校准机构(2)的外筒(201)沿Z向外直线导轨(20)作上下运动，带动Z向校准机构(2)、倾斜校准机构(5)和压模卡盘(6)作上下运动，从而也带动压模(7)下压制作纳米结构图形和下压后回升脱模；双路CCD对准系统(4)固定在机架(23)上，其对准显微镜从背后双双伸入中空的Z向校准机构的外筒(201)内，双路CCD对准系统(4)可检测压模(7)和基片(9)的对准偏差，以此通过调整基片(9)的X、Y和θ位置，使压模(7)和基片(9)的精密对准；紫光均匀照明系统(17)固定在机架(23)上，其照明头也从背后伸入Z向校准机构的外筒(201)内，由快门控制射出紫光(3)照射压模(7)与基片(9)之间的压印层聚合物，使聚合物固化；液滴器(15)也固定在机架(23)上，在压制前先滴出聚合物液滴到基片(9)上，以预置将要压印区域的聚合物液体层；固定在机架(23)上的气章(14)，当处于工作位置时气章(14)下移到一固定位置，其下端平面与主机中心轴垂直即Z向垂直，也处于调平状态，其Z向位置也是基片(9)调平后其上表面所处的位置；电气控制系统分别控制压力驱动系统(1)、XYθ工件台(8)、双路CCD对准系统(4)、Z向校准机构(2)、倾斜校准机构(5)和紫光均匀照明系统(17)工作。

2.根据权利要求1所述的分步重复光照纳米压印装置，其特征还在于：所述的压力驱动系统(1)由电机(101)、电机驱动器(102)、精密丝杆(103)和与Z向校准机构(2)的外筒(201)相连的丝杆螺母(104)组成，电机驱动器(102)和电机(101)的定子与机架连接，电机(101)的转子与精密丝杆(103)连接，精密丝杆(103)和丝杆螺母(104)啮合，丝杆螺母(104)与Z向校准机构(2)的外筒(201)相连接。

3.根据权利要求1所述的分步重复光照纳米压印装置，其特征还在于：所述的Z向校准机构(2)由中空且后边开孔的外筒(201)、精密导向柱(202)、中空的Z向校准板一(203)和中空的Z向校准板二(204)组成，外筒(201)与Z向常规标准型无间隙直线内导轨(19)相接，三个精密导向柱(202)紧固于中空的校准板一(203)环带上，Z向校准板一(203)和外筒(201)连接，Z向校准板二(204)在Z向弹性移动中由三个精密导向柱(202)导向，在Z向校准板一(203)上均匀开有三个半径方向的凹矩形槽，与Z向校准板一(203)相对应的Z向校准板二(204)三个位置作有矩形凸台，在Z向校准板二(204)薄板与三个凸台错开的位置上，还开通了三段圆弧；所述的倾斜校准机构(5)由倾斜校准板一(501)和倾斜校准板二(502)组成，倾斜校准板一(501)是通过四个固定孔的中心线对应位置与Z向校准板二(204)薄板对应位置连接的；倾斜校准板二(502)的两外端铰链座和倾斜校准板一(501)的铰链中间框部分连接，倾斜校准板二(502)的下面与压模卡盘(6)连接，两校准板都是串联四铰链三连杆转动结构，互成90度分布，两校准板的中间连杆的转动中心都是位于压模下平面的中心；Z向校准板二(204)位于Z向校准板一(203)下方，使压印反作用力通过由倾斜校准板一(501)作用于Z向校准板二(204)内圈圆环位置时，Z向校准板二(204)受压产生变形，起到对Z向压力和下压行程偏差的自动校准。

4.根据权利要求1所述的分步重复光照纳米压印装置，其特征还在于：所述的双路CCD对准系统由显微物镜(401)、镜筒(403)、后组物镜(404)、半透半反镜(402)、反射镜(407)、照明光纤(409)与聚光镜(408)，以及CCD摄像机(405)、图象采集卡(406)、小底板(410)、内导轨(411)和外导轨(412)组成，显微物镜(401)和后组物镜(404)通过镜筒(403)连接，同时通过半透半反镜(402)把光路转折90度，显微物镜(401)和后组物镜(404)还通过镜筒(403)连接构成的部件与该部件上面的反射镜(407)、照明光纤(409)、聚光镜(408)连成一体，反射镜(407)位于半透半反镜(402)正上方，同时与半透半反镜(402)平行，照明光纤(409)与聚光镜(408)位于反射镜(407)右边，聚光镜(408)位于反射镜(407)和照明光纤(409)的中间，从照明光纤(409)射出的照明光通过聚光镜(408)后，射向反射镜(407)并折转90度，再通过半透半反镜(402)和显微物镜(401)射向物方对物体进行照明，镜筒(403)还与CCD摄像机(405)连接，摄像机(405)装于内导轨(411)上，使整个包含显微物镜(401)、镜筒(403)、后组物镜(404)、半透半反镜(402)、反射镜(407)、照明光纤(409)、聚光镜(408)和CCD摄像机(405)的CCD对准显微镜能相对于小底板(410)沿X方向移动，小底板(410)与机架(23)连接，显微物镜(401)和后组物镜(404)，在照明光纤的照明下，将压模(7)和基片(9)上的对准标记成像于CCD的接收面上，由CCD图像传感器将图像送入图像采集卡(406)，变为数字图像信号后送入计算机(121)进行对准处理，两路CCD对准显微镜各自整体可通过内导轨(411)外导轨(412)组成的移动系统，向X的正负两方向外移，以不挡紫光照射。

5.根据权利要求1所述的分步重复光照纳米压印装置，其特征还在于：所述的XYθ工件台由Y外导轨(801)、钢球(802)、底板(803)、XY方导轨(804)、X向螺母座(805)、X向丝杆(806)、X向驱动电机小座(807)、X向驱动电机(808)、X向微动手轮(809)、X向位置传感器(810)、θ微转动台蜗杆座(811)、微转动蜗杆(812)、微转动电机(813)、微转动手轮(814)、微转动传感器(815)、微转动内导轨蜗轮(818)、小钢球(819)、外圆导轨(820)、X向外导轨(821)、Y向螺母(822)、Y向位置传感器(823)、Y向丝杆(824)、Y向驱动电机小座(825)、Y向驱动电机(816)和Y向微动手轮(817)组成，底板(803)与主机大底板(13)连接，XY方导轨(804)与Y外导轨(801)和X向外导轨(821)处于同一高度，XY方导轨(804)和Y外导轨(801)之间，以及XY方导轨(804)和X向外导轨(821)之间通过钢球(802)连接，Y外导轨(801)和外圆导轨(820)连接，XY方导轨(804)下面与Y向驱动电机小座(825)连接，微转动内导轨蜗轮(818)通过小钢球(819)装于外圆导轨(820)内，并与基片承片调平系统(10)连接，X向外导轨(821)与底板(803)连接，X向螺母座(805)固定于XY方导轨(804)上，X向丝杆(806)和X向螺母座(805)的螺纹啮合，X向丝杆(806)与X向驱动电机(808)的转轴相连，X向驱动电机(808)通过X向驱动电机小座(807)固定于底板(803)上，X向微动手轮(809)固定于X向驱动电机(808)的转轴上，这样通过X向微动手轮(809)或X向驱动电机(808)可使XY方导轨(804)相对于底板(803)作沿着X向外导轨(821)的方向即X方向移动，而X向位置传感器(810)是固定于X向驱动电机小座(807)上，X向位置传感器(810)的测头是打在和XY方导轨(804)紧连接的X向螺母座(805)的外端面上，它能提供了XY方导轨(804)相对于底板(803)的位置移动传感，XY方导轨(804)在X向外导轨(821)内，并通过Y外导轨(801)传递，使和Y外导轨(801)连接的外圆导轨(820)，沿着X向外导轨(821)方向移动，同理Y向驱动电机(816)和Y向微动手轮(817)的转动，可通过Y向丝杆(824)、Y向螺母(822)、Y向位置传感器(823)、Y向驱动电机小座(825)驱动外圆导轨(820)及以上部分，使相对于XY方导轨(804)，沿着Y外导轨(801)的方向作Y向移动，并提供位移信息，θ微转动台蜗杆座(811)与外圆导轨(820)相连接，微转动蜗杆(812)装于蜗杆座(811)内并与内导轨蜗轮(818)啮合，微转动蜗杆(812)和微转动电机(813)、微转动手轮(814)、微转动传感器(815)均同轴，微转动电机(813)和微转动手轮(814)的转动可使内导轨蜗轮(818)相对于外圆导轨(820)作转动，微转动传感器(815)可给出微转动的信息。

6.根据权利要求1所述的分步重复光照纳米压印装置，其特征还在于：所述的基片承片调平系统(10)由内V形直角直线导轨(1005)，外V形直角直线导轨(1007)、精密钢球(1006)和隔离架(1004)四者构成的上下升降机构、承片台吸板(1008)、阴阳半球体、导轨上盖(1011)、内顶杆(1012)、导轨座盘(1013)，底座(1017)、拉簧(1015)、小弯接板(1014)、小接板(1016)，钢球(1003)以及由可外购的气动器组成，吸附有基片(9)的承片台吸板(1008)和阳半球体(1009)相连接，和阴半球体(1010)连接的内顶杆(1012)的两边固定着内V形直角直线导轨(1005)，外V形直角直线导轨(1007)固定在导轨座盘(1013)内，内顶杆(1012)可沿导轨作Z向直线运动，在导轨座盘(1013)下面安装了底座(1017)，在底座(1017)内部安装了气动器，整个基片承片调平系统(10)通过导轨座盘(1013)的上部法兰边固定于XYθ工件台(8)上，内顶杆(1012)的下端面通过钢球(1003)和气动器的气动杆(1002)的上端面相接，拉簧(1015)的上端挂钩挂在固定在内顶杆(1012)上的小弯接板(1014)上，拉簧(1015)的下端挂钩挂在固定在气动器气动体(1001)上的小接板(1016)上。

7.根据权利要求1所述的分步重复光照纳米压印装置，其特征还在于：所述的气章(14)主要由气章足(1413)、章套(1401)、钢球(1402)、锁紧扭(1403)、锁紧片(1404)、压簧(1405)、锁紧环(1406)、活塞体(1407)、活塞环(1408)、密封小盖(1409)、拉簧(1410)、盖板(1411)和活塞气缸(1412)组成，气章足(1413)通过钢球(1402)装于章套(1401)内，气章足(1413)上端和活塞体(1407)连接，活塞体(1407)通过拉簧(1410)与盖板(1411)连接，活塞环(1408)装于活塞体(1407)上，气章足(1413)的下端面上还均匀分布有8个以上的Φ0.1-0.9mm小孔，章套(1401)与气章座(16)连接，并通过气章座(16)固定于机架(23)上，活塞气缸(1412)与章套(1401)连接，盖板(1411)与活塞气缸(1412)连接，密封小盖(1409)通过螺纹和密封垫使气缸密封，锁紧扭(1403)通过锁紧片(1404)的松开和锁紧，以及压簧(1405)和锁紧环(1406)的作用可使气章足(1413)在工作状态时的下端面位于基片(9)的调整高度并与Z轴垂直。

8.根据权利要求1所述的分步重复光照纳米压印装置，其特征还在于：所述的紫光均匀照明系统(17)由照明系统大底板(1722)、冷光反射镜架(1723)、冷光反射镜(1724)、椭球反射镜(1701)、高压汞灯(1725)、汞灯调整架(1703)、抽风机(1704)、抽风管(1705)、照明系统外壳(1708)、光栏(1709)、紫光快门(1710)、准直物镜一(1711)、准直物镜二(1712)、紫光滤光片(1713)、蝇眼积分透镜(1714)、场镜(1715)、反射镜(1716)、反射镜架(1717)、组合镜架(1718)、聚光镜(1719)、光强探测器(1720)、聚光镜架(1721)、椭球反射镜室隔板(1702)、灯室内隔板(1706)和灯室外板(1707)组成，放于椭球反射镜(1701)前焦点F1的高压汞灯(1725)发出的紫光通过大包容角的椭球反射镜(1701)反射，使紫光光会聚于椭球反射镜(1701)的后焦点F2上，并再依次通过冷光反射镜(1724)、光栏(1709)、快门(1710)、准直物镜一(1711)、准直物镜二(1712)、紫光滤光片(1713)、蝇眼积分透镜(1714)、场镜(1715)、反射镜(1716)和聚光镜(1719)，叠加成均匀分布的紫光(3)均匀照射到压模(7)和基片(9)之间的压印层上，安装有高压汞灯(1725)的汞灯调整架(1703)和椭球反射镜(1701)装于椭球反射镜室隔板(1702)上，灯室内隔板(1706)又将椭球反射镜室和排风区进一步隔开，都由灯室外板(1707)与外界隔开，冷光反射镜架(1723)支撑冷光反射镜(1724)放于和机架(23)连接的照明系统大底板(1722)上，组合镜架(1718)支撑光栏(1709)、紫光光快门(1710)、准直物镜一(1711)、准直物镜二(1712)、紫光滤光片(1713)、蝇眼积分透镜(1714)、场镜(1715)和安装反射镜(1716)的反射镜架(1717)，放于照明系统大底板(1722)上，装有聚光镜(1719)的聚光镜架(1721)与大底板(1722)连接，光强探测器(1720)装于聚光镜架(1721)上，照明系统外壳(1708)和灯室外板(1707)将以上光学元件和支撑件与外界隔开，抽风机(1704)和抽风管(1705)位于灯室外板(1707)上面，抽风管(1705)与灯室外板(1707)连接，抽风机(1704)装于抽风管(1705)的出风口处。

9.根据权利要求1所述的分步重复光照纳米压印装置，其特征还在于：所述的电气控制系统由计算机(121)、总线接口(271)、包括压印的测量传感(2721)和电机驱动的压印控制系统(272)、CCD图像对准电路(273)、包括XYθ位置传感测量(2741)和XYθ驱动电机(2742)的XYθ工件台测量驱动控制电路(274)、光强控制电路(275)，以及包括HG灯(2761)、快门电磁阀(2762)的恒光强和积分快门及电磁阀驱动控制电路(276)组成，压印控制系统(272)根据计算机(121)通过总线接口(271)送来的信号驱动和控制电机驱动(2722)，使压模完成压印和脱模动作，CCD图像对准电路(273)根据采集对准标记信息，计算处理出两路不对准量，由XYθ驱动电机(2742)或手动驱动达到对准，XYθ工件台测量驱动控制电路(274)根据计算机(121)通过总线接口(271)送来的信号驱动XYθ驱动电机(2742)到达各目标位并锁定，恒光强和积分快门及电磁阀驱动控制电路(276)根据计算机(121)送来的信号对HG灯(2761)进行恒光强控制和进行快门电磁阀与其它多处压力空气和真空电磁阀的开关控制。

Images