CN214670076U - 一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于六维微动平台的纳米压印装置，该装置包括机架、Z向工作平台、六维微动平台、压印装置、紫外固化装置、承片台、X‑Y向工作平台。通过压印装置内的压力传感器配合六维微动平台调节透明模板至水平并在模板中心标记，通过X‑Y向工作平台调节透明衬底的位置，使承片台内的CCD相机透过透明衬底对准模板中心的标记，再通过六维微动平台使模板中心标记与透明衬底中心精准对齐，然后用模板进行压印，压印后通过紫外固化装置进行紫外固化，最后脱模。本实用新型相对于现有技术来讲，其优点是可以通过六维微动平台调节模板姿态，从而实现模板的水平调节以及模板和衬底的精准对齐。

Description

一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置

技术领域

本实用新型涉及纳米压印领域，尤其设计一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置。

背景技术

纳米压印技术最早是由美国普林斯顿大学的周郁教授于1995提出的。因其具有低廉的价格，可靠的性能和具备量产的能力等优点而成为最具发展前景的微纳制造技术之一，并在信息储存、生物传感器和亚波长光学器件等领域得到了广泛应用。目前，纳米压印技术主要分为紫外压印和热压印两种，其中，紫外纳米压印技术对环境要求相对较低，先通过在衬底上旋涂光刻胶，然后将带有微纳图案的模板下压，将光刻胶填充至其中，再通过紫外曝光固化，最后进行脱模，得到带有微纳结构图案的衬底。

但上述技术同样存在许多问题，例如，如果透明模板与透明衬底没有保持相对平行，那么就会导致在下压时透明模板与透明衬底发生相对滑移，造成压印力不均，从而影响压印的精度。如果透明模板与透明衬底间未能对齐，可能会影响图案的转移效果，从而导致压印失败。在公布号CN 209879252 U的发明专利公布了一种由可视玻璃和角度调整球组成的被动调平装置，通过可视玻璃下方所受到的力配合角度调整球实现压印过程中的被动调平。但该装置仍存在一定缺陷，即被动调平装置的扭转刚度通常较小，在脱模时容易造成过大的横向位移，破坏已经转移完成的图案。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决压印过程中透明模板与透明衬底之间难以保持相对水平、透明模板与透明衬底之间难以精准对齐从而影响图案转移效果的问题，我们提供了一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，该装置包括机架、Z向工作平台、六维微动平台、压印装置、紫外固化装置、承片台、X-Y向工作平台，其中，机架水平放置在水平面，Z向工作平台通过螺钉固定在机架的靠板上，六维微动平台通过螺钉固定在Z向工作平台的Z向移动平台上，压印装置通过螺钉固定在六维微动平台的下方，紫外固化装置通过螺钉固定在压印装置内部，承片台通过螺钉固定在X-Y向工作平台的Y向移动平台上， X-Y向工作平台通过螺钉固定在机架的底板上。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的机架包括底板、支撑板一、支撑板二、靠板，其中，底板放置于水平面上，支撑板一固连在底板上，支撑板二固连在底板上，靠板固连在支撑板一和支撑板二之间。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的Z向工作平台包括电机编码器一、伺服电机一、固定板一、滚珠丝杠一、联轴器一、Z向移动平台，其中，电机编码器一安装在伺服电机一上，伺服电机一通过螺钉固定在固定板一上，固定板一通过螺钉固定在机架的靠板上，滚珠丝杠一一端与伺服电机一连接，另一端与联轴器一连接，联轴器一一端与伺服电机一连接，另一端与滚珠丝杠一连接，Z向移动平台安装在滚珠丝杠一上。该Z向工作平台主要用于调节六维微动平台在Z向的位移。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的六维微动平台包括固定框、铰链框、活动块，其中，固定框通过螺钉固定在Z向移动平台上，铰链框一端与固定框固连，另一端与活动块固连。该六维微动平台主要用于调节压印装置的姿态。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的铰链框包括铰链结构框一、铰链结构框二、铰链结构框三、铰链结构框四、铰链结构框五、铰链结构框六，其中，铰链结构框一包括压电陶瓷一、预紧螺钉一、直梁型柔性铰链一、连接块一、球型柔性铰链一、连接块二、球型柔性铰链二，其中，压电陶瓷一通过预紧螺钉一固定在固定框与连接块一之间，直梁型柔性铰链一固连在固定框与连接块一之间，球型柔性铰链一固连在连接块一与连接块二之间，球型柔性铰链二固连在连接块二与活动块之间，铰链结构框二的结构与铰链结构框一完全相同，铰链结构框三的结构与铰链结构框一完全相同，铰链结构框四的结构与铰链结构框一完全相同，铰链结构框五的结构与铰链结构框一完全相同，铰链结构框六的结构与铰链结构框一完全相同。该装置用于通过与压印装置的配合实现对透明模板姿态的调整。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的压印装置包括盖板、装配件、力传感器一、力传感器二、力传感器三、力传感器四、连接框、直梁型柔性铰链七、直梁型柔性铰链八、直梁型柔性铰链九、直梁型柔性铰链十、透明模板卡盘、紧固螺钉一、紧固螺钉二、紧固螺钉三、紧固螺钉四，其中，盖板通过螺钉固定在六维微动平台的活动块上，装配件通过螺钉固定在盖板下方，力传感器一安装在装配件内，力传感器二安装在装配件内，力传感器三安装在装配件内，力传感器四安装在装配件内，连接框通过螺钉固定在装配件下方，直梁型柔性铰链七固连在连接框和透明模板卡盘之间，直梁型柔性铰链八固连在连接框和透明模板卡盘之间，直梁型柔性铰链九固连在连接框和透明模板卡盘之间，直梁型柔性铰链十固连在连接框和透明模板卡盘之间，紧固螺钉一安装在透明模板卡盘上，紧固螺钉二安装在透明模板卡盘上，紧固螺钉三安装在透明模板卡盘上，紧固螺钉四安装在透明模板卡盘上。该装置用于实现透明模板和透明衬底之间的压印以及通过与六维微动平台的配合实现对透明模板姿态的调整。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的紫外固化装置包括紫外灯、紫外灯支撑架，其中，紫外灯通过螺钉固定在紫外灯支撑架内部，紫外灯支撑架通过螺钉固定在盖板内部。该紫外固化装置主要用于在压印过程中对透明衬底上的材料进行曝光固化。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的承片台包括透明衬底卡盘、支撑架、CCD相机、通孔，其中，透明衬底卡盘通过螺钉固定在支撑架上，支撑架通过螺钉固定在Y向移动平台上，CCD相机通过螺钉固定在支撑架内部，支撑架上表面设有通孔。该装置用于安装基片以及通过CCD相机和位于支撑架正中心的通孔观察透明模板与透明衬底之间是否对齐。

根据本实用新型的目的提供一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的X-Y工作平台包括电机编码器二、电机编码器三、伺服电机二、伺服电机三、固定板二、固定板三、滚珠丝杠二、滚珠丝杠三、联轴器二、联轴器三、X向移动平台、Y向移动平台，其中，电机编码器二安装在伺服电机二上，电机编码器三安装在伺服电机三上，伺服电机二通过螺钉固定在固定板二上，伺服电机三通过螺钉固定在固定板三上，固定板二通过螺钉固定底板上，固定板三通过螺钉固定在X向移动平台上，滚珠丝杠二一端与伺服电机二连接，另一端与联轴器二连接，滚珠丝杠三一端与伺服电机三连接，另一端与联轴器三连接，X向移动平台安装在滚珠丝杠二上， Y向移动平台安装在滚珠丝杠三上。该装置主要用于调节承片台在X、Y方向上的位置。

本实用新型具有以下明显优点：

1.根据压力传感器的数据反馈，通过六维微动平台调节压印装置的姿态，在实现主动调平的同时又可以有效的解决压印过程中透明模板与透明衬底难以保持相对水平的问题；

2.通过X-Y向工作平台调节透明衬底的位置，使支撑架内的CCD相机透过透明衬底对准模板中心的标记，再通过六维微动平台使模板中心标记与透明衬底中心重合，实现了透明模板与透明衬底之间的精准对齐。

附图说明

图1是一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置的结构示意图；

图2是机架的结构示意图；

图3是Z向工作平台的结构示意图；

图4是六维微动平台的结构示意图；

图5是六维微动平台的左视图；

图6是压印装置的结构示意图；

图7是连接框、透明模板卡盘的结构示意图；

图8是紫外固化装置的结构示意图；

图9是承片台的结构示意图；

图10是支撑架的结构示意图；

图11是X-Y工作平台的结构示意图；

附图标记说明1-机架、2-Z向工作平台、3-六维微动平台、4-压印装置、5-紫外固化装置、6-承片台、7-X-Y向工作平台、101-底板、102-支撑板一、103-支撑板二、104-靠板、201-电机编码器一、202-伺服电机一、203-固定板一、204-滚珠丝杠一、205-联轴器一、206-Z向移动平台、301-固定框、302-铰链结构框一、303-铰链结构框二、304-铰链结构框三、305-铰链结构框四、306-铰链结构框五、307-铰链结构框六、3015-活动块、308-压电陶瓷一、309-预紧螺钉一、3010-直梁型柔性铰链一、3011-连接块一、3012-球型柔性铰链一、3013-连接块二、3014-球型柔性铰链二、401-盖板、402-装配件、403-力传感器一、404-力传感器二、405-力传感器三、406-力传感器四、407-连接框、408-直梁型柔性铰链七、409-直梁型柔性铰链八、4010-直梁型柔性铰链九、4011-直梁型柔性铰链十、4012-透明模板卡盘、4013-紧固螺钉一、4014-紧固螺钉二、4015-紧固螺钉三、4016-紧固螺钉四、501-紫外灯、502-紫外灯支撑架、601-透明衬底卡盘、602-支撑架、603-CCD相机、通孔-604、701-电机编码器二、707-电机编码器三、702-伺服电机二、708-伺服电机三、703-固定板二、709-固定板三、704-滚珠丝杠二、7010-滚珠丝杠三、705-联轴器二、7011-联轴器三、706-X向移动平台、7012-Y向移动平台。

具体实施方式

如图1所示，所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置包括机架1、Z向工作平台2、六维微动平台3、压印装置4、承片台6、X-Y向工作平台7，其中，机架1水平放置在水平面上，Z向工作平台2通过螺钉固定在机架1的靠板104上，六维微动平台3通过螺钉固定在Z向工作平台2的Z向移动平台206上，压印装置4通过螺钉固定在六维微动平台3的下方，承片台6通过螺钉固定在X-Y向工作平台7的Y向移动平台7012上， X-Y向工作平台7通过螺钉固定在机架1的底板101上。

如图2所示，所述的机架包括底板101、支撑板一102、支撑板二103、靠板104，其中，底板101放置于水平面上，支撑板一102固连在底板101上，支撑板二103固连在底板101上，靠板104固连在支撑板一102和支撑板二103之间。

如图3所示，所述的Z向工作平台包括电机编码器一201、伺服电机一202、固定板一203、滚珠丝杠一204、联轴器一205、Z向移动平台206，其中，电机编码器一201安装在伺服电机一202上，伺服电机一202通过螺钉固定在固定板一203上，固定板一203通过螺钉固定在机架1的靠板104上，滚珠丝杠一204一端与伺服电机一202连接，另一端与联轴器一205连接，Z向移动平台206安装在滚珠丝杠一204上。

如图4、5所示，所述的六维微动平台包括固定框301、铰链结构框一302、铰链结构框二303、铰链结构框三304、铰链结构框四305、铰链结构框五306、铰链结构框六307、活动块3015，其中，固定框301通过螺钉固定在Z向移动平台206上，铰链结构框一302固连固定框301与活动块3015之间，铰链结构框二303固连固定框301与活动块3015之间，铰链结构框三304固连固定框301与活动块3015之间，铰链结构框四305固连固定框301与活动块3015之间，铰链结构框五306固连固定框301与活动块3015之间，铰链结构框六307固连固定框301与活动块3015之间，所述的铰链结构框一302包括压电陶瓷一308、预紧螺钉一309、直梁型柔性铰链一3010、连接块一3011、球型柔性铰链一3012、连接块二3013、球型柔性铰链二3014，其中，压电陶瓷一308通过预紧螺钉一309固定在固定框301和连接块3015一之间，直梁型柔性铰链一3010固连在固定框301和连接块一3015之间，球型柔性铰链一3012固连在连接块一3011和连接块二3013之间，球型柔性铰链二3014固连在连接块二3013和活动块3015之间，所述的铰链结构框二303的结构与铰链结构框一302完全相同，所述的铰链结构框三304的结构与铰链结构框一302完全相同，所述的铰链结构框四305的结构与铰链结构框一302完全相同，所述的铰链结构框五306的结构与铰链结构框一302完全相同，所述的铰链结构框六307的结构与铰链结构框一302完全相同。

如图6、7所示，所述的压印装置包括盖板401、装配件402、力传感器一403、力传感器二404、力传感器三405、力传感器四406、连接框407、直梁型柔性铰链七408、直梁型柔性铰链八409、直梁型柔性铰链九4010、直梁型柔性铰链十4011、透明模板卡盘4012、紧固螺钉一4013、紧固螺钉二4014、紧固螺钉三4015、紧固螺钉四4016，其中，盖板401通过螺钉固定在六维微动平台3的活动块上3015，装配件402通过螺钉固定在盖板401下方，力传感器一403安装在装配件402内，力传感器二404安装在装配件402内，力传感器三405安装在装配件402内，力传感器四406安装在装配件402内，连接框407通过螺钉固定在装配件402下方，直梁型柔性铰链七408固连在连接框407和透明模板卡盘4012之间，直梁型柔性铰链八409固连在连接框407和透明模板卡盘4012之间，直梁型柔性铰链九4010固连在连接框407和透明模板卡盘4012之间，直梁型柔性铰链十4011固连在连接框407和透明模板卡盘4012之间，紧固螺钉一4013安装在透明模板卡盘4012上，紧固螺钉二4014安装在透明模板卡盘4012上，紧固螺钉三4015安装在透明模板卡盘4012上，紧固螺钉四4016安装在透明模板卡盘4012上。

如图8所示，所述的紫外固化装置5包括紫外灯501、紫外灯支撑架502，其中，紫外灯501通过螺钉固定在紫外灯支撑架502内部，紫外灯支撑架502通过螺钉固定在盖板401内部。

如图9、10所示，所述的承片台包括透明衬底卡盘601、支撑架602、CCD相机603、通孔604，其中，透明衬底卡盘601通过螺钉固定在支撑架602上，支撑架602通过螺钉固定在Y向移动平台7012上，CCD相机603通过螺钉固定在支撑架602内部，支撑架上表面设有通孔604。

如图11所示，所述的X-Y工作平台包括电机编码器二701、电机编码器三707、伺服电机二702、伺服电机三708、固定板二703、固定板三709、滚珠丝杠二704、滚珠丝杠三7010、联轴器二705、联轴器三7011、X向移动平台706、Y向工作平台7012，其中，电机编码器二701固连在伺服电机二702上，电机编码器三707固连在伺服电机三708上，伺服电机二702通过螺钉固定在固定板二703上，伺服电机三707通过螺钉固定在固定板三709上，固定板二703通过螺钉固定底板101上，固定板三709通过螺钉固定在X向移动平台706上，滚珠丝杠二704与伺服电机二702和联轴器二705连接，滚珠丝杠三7010与伺服电机三708和联轴器三7011连接，X向移动平台706安装在滚珠丝杠二704上， Y向移动平台7012安装在滚珠丝杠三7010上。

下面结合图1-图11对本装置的具体实施方式作进一步说明。

(1)将整个装置放置于水平面，接通电源，通过X-Y向工作平台7调节安装在承片台6上的透明衬底卡盘601的位置至大致对准透明模板中心的标记，然后通过固定在支撑架602内的CCD相机603经过支撑架602上表面中心的通孔604观察透明衬底601，然后通过六维微动平台3对模板在X、Y方向的位置进行调节，直到透明衬底中心与透明模板中心标记重合。

(2)通过Z向工作平台2将安装在其上方的压印装置4与承片台6进行线性接触，通过力传感器一403、力传感器二404、力传感器三405、力传感器四406的反馈数值检查透明模板卡盘4012与透明衬底卡盘601之间是否保持相对水平，若没有保持相对水平，通过调节六维微动平台3调节压印装置4的姿态，直至透明模板卡盘4012与透明衬底卡盘601相对水平，将具有纳米图案的透明模板安装至透明模板卡盘4012处，并调节紧固螺钉一4013、紧固螺钉二4014、紧固螺钉三4015、紧固螺钉四4016使其固定，再将透明衬底安装至透明衬底卡盘601处，然后通过Z向工作平台2将安装在其上方的压印装置4移动至工作位置。

(3)在透明衬底的上表面涂抹一层光刻胶，通过调节Z向工作平台2的伺服电机202使压印装置4缓慢下降进行压印，直至压印完毕。

(4)启动固定于压印装置4内部的紫外固化装置5对已经压印的部分进行固化，固化完毕后，通过调节Z向工作平台2的伺服电机一202对已经固化的部分进行脱模，脱模完毕后，再调节Z向工作平台2的伺服电机一202缓慢上移，取出透明衬底，并得到带有图案的透明衬底。

Claims (9)

1.一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，该装置包括机架、Z向工作平台、六维微动平台、压印装置、紫外固化装置、承片台、X-Y向工作平台，其中，机架水平放置在水平面上，Z向工作平台通过螺钉固定在机架的靠板上，六维微动平台通过螺钉固定在Z向工作平台的Z向移动平台上，压印装置通过螺钉固定在六维微动平台的下方，紫外固化装置通过螺钉固定在压印装置内部，承片台通过螺钉固定在X-Y向工作平台的Y向移动平台上， X-Y向工作平台通过螺钉固定在机架的底板上。

2.根据权利要求1所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的机架包括底板、支撑板一、支撑板二、靠板，其中，底板放置于水平面上，支撑板一固连在底板上，支撑板二固连在底板上，靠板固连在支撑板一和支撑板二之间。

3.根据权利要求1所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的Z向工作平台包括电机编码器一、伺服电机一、固定板一、滚珠丝杠一、联轴器一、Z向移动平台，其中，电机编码器一安装在伺服电机一上，伺服电机一通过螺钉固定在固定板一上，固定板一通过螺钉固定在机架的靠板上，滚珠丝杠一一端与伺服电机一连接，另一端与联轴器一连接，联轴器一一端与伺服电机一连接，另一端与滚珠丝杠一连接，Z向移动平台安装在滚珠丝杠一上。

4.根据权利要求1所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的六维微动平台包括固定框、铰链框、活动块，其中，固定框通过螺钉固定在Z向移动平台上，铰链框固连在固定框与活动块之间。

5.根据权利要求4所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的铰链框包括铰链结构框一、铰链结构框二、铰链结构框三、铰链结构框四、铰链结构框五、铰链结构框六，其中，铰链结构框一包括压电陶瓷一、预紧螺钉一、直梁型柔性铰链一、连接块一、球型柔性铰链一、连接块二、球型柔性铰链二，其中，压电陶瓷一通过预紧螺钉一固定在固定框与连接块一之间，直梁型柔性铰链一固连在固定框与连接块一之间，球型柔性铰链一固连在连接块一与连接块二之间，球型柔性铰链二固连在连接块二与活动块之间，铰链结构框二的结构与铰链结构框一完全相同，铰链结构框三的结构与铰链结构框一完全相同，铰链结构框四的结构与铰链结构框一完全相同，铰链结构框五的结构与铰链结构框一完全相同，铰链结构框六的结构与铰链结构框一完全相同。

6.根据权利要求1所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的压印装置包括盖板、装配件、力传感器一、力传感器二、力传感器三、力传感器四、连接框、直梁型柔性铰链七、直梁型柔性铰链八、直梁型柔性铰链九、直梁型柔性铰链十、透明模板卡盘、紧固螺钉一、紧固螺钉二、紧固螺钉三、紧固螺钉四，其中，盖板通过螺钉固定在六维微动平台的活动块上，装配件通过螺钉固定在盖板下方，力传感器一安装在装配件内，力传感器二安装在装配件内，力传感器三安装在装配件内，力传感器四安装在装配件内，连接框通过螺钉固定在装配件下方，直梁型柔性铰链七固连在连接框和透明模板卡盘之间， 直梁型柔性铰链八固连在连接框和透明模板卡盘之间，直梁型柔性铰链九固连在连接框和透明模板卡盘之间，直梁型柔性铰链十固连在连接框和透明模板卡盘之间，紧固螺钉一安装在透明模板卡盘上，紧固螺钉二安装在透明模板卡盘上，紧固螺钉三安装在透明模板卡盘上，紧固螺钉四安装在透明模板卡盘上。

7.根据权利要求1所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的紫外固化装置包括紫外灯、紫外灯支撑架，其中，紫外灯通过螺钉固定在紫外灯支撑架内部，紫外灯支撑架通过螺钉固定在盖板内部。

8.根据权利要求1所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的承片台包括透明衬底卡盘、支撑架、CCD相机、通孔，其中，透明衬底卡盘通过螺钉固定在支撑架上，支撑架通过螺钉固定在Y向移动平台上，CCD相机通过螺钉固定在支撑架内部，支撑架上表面设有通孔。

9.根据权利要求1所述的一种基于六维微动平台的紫外纳米压印装置，其特征在于，所述的X-Y工作平台包括电机编码器二、电机编码器三、伺服电机二、伺服电机三、固定板二、固定板三、滚珠丝杠二、滚珠丝杠三、联轴器二、联轴器三、X向移动平台、Y向移动平台，其中，电机编码器二安装在伺服电机二上，电机编码器三安装在伺服电机三上，伺服电机二通过螺钉固定在固定板二上，伺服电机三通过螺钉固定在固定板三上，固定板二通过螺钉固定底板上，固定板三通过螺钉固定在X向移动平台上，滚珠丝杠二一端与伺服电机二连接，另一端与联轴器二连接，滚珠丝杠三一端与伺服电机三连接，另一端与联轴器三连接，X向移动平台安装在滚珠丝杠二上， Y向移动平台安装在滚珠丝杠三上。

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