1、开题报告,纳米压印光刻设备 空间柔顺精密定位系统研究,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,2019/12/30,2,1、压印技术压印技术是把一个刻有凹凸图案的印章盖在橡皮泥上， 然后再其上面留下与章相反的图案。图章活字印刷术,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,3,2、纳米压印技术纳米压印技术是一种利用“图章”转印，实现批量纳米图形 复制的方法。在1995年由华裔科学家周郁最先提出，其原理是将 一个具有纳米图案的模板以机械力（高温、高压）在涂有高分子 材料的硅基板上等比例压印复制纳米图案。并在1997年时利用
2、该 技术首次实现图案特征小于10nm图形的压印制作，为后期纳米压 印技术奠定了基础。相比较于紫外光刻、电子束光刻，纳米压印技术加工分辨率 只与模版图案的尺寸有关，而不受光学光刻的最短曝光波长的物 理限制。具有操作简单、极限分辨率高、重复性好等特点，并且在2003年底被国际半导体蓝图机构规划为下一代光刻工艺的关键技术。,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,4,由于省去了光学光刻掩模版和使用光学成像等设 备的成本，因此，纳米压印光刻技术具有低成本、高 产出等经济优势。广泛应用于纳米电子元件、生物或 化学的硅片实验室、微流道装置，超高存储密度磁盘
3、、 微光学元件等领域。目前，纳米压印光刻技术已经可以制作线宽在2nm 以下的图案，超过了传统光刻技术达到的分辨率。,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,5,一套纳米压印光刻设备包含：下压机构、承片台、精密定位系统、紫外光源等结构。其中，用于调整承片台的精密定位系统是影响纳米压印光刻设备压印精度的关键技术之一。它可以用于实现模板、基片间的均匀接触，并且保证两者之间的定位精度。,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,Choi B J, Sreenivasan S V, Johnson S, C
4、olburn M, Wilson C G. Design of orientation stages for step and flash imprint lithography J. Precision Engineering, 2001, 25(3): 192-199.,6,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,范细秋, 张鸿海, 胡晓峰, 贾可, 刘胜. 宽范围高对准精度纳米压印样机的研制 J. 中国机械工程, 2005, 16(z1): 64-67.,粗找平装置,柔性平台,7,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义
5、/内容/方法与方案/基础与条件,Lee J J, Choi K B, Kim G H. Design and analysis of the single-step nanoimprinting lithography equipment for sub-100 nm linewidth J. Current Applied Physics, 2006, 6(6): 1007-1011. Lee J J, Choi K B, Kim G H, Lee S W, Cho H T. The UV-Nanoimprint Lithography with Multi-head Nanoimprint
6、ing Unit for Sub-50nm Half-pitch Patterns; proceedings of the SICE-ICASE, C 2006 International Joint Conference, F, 2007.,五自由度平台,六自由度平台,8,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,严乐, 卢秉恒, 丁玉成, 刘红忠, 李寒松. 冷压印光刻工艺精密定位工作台的研制 J. 中国机械工程, 2004, 15(1): 75-78. Harrer S, Yang J K W, Salvatore G A, Berggre
7、n K K, Ilievski F, Ross C A. Pattern Generation by Using Multistep Room-Temperature Nanoimprint Lithography J. IEEE Transactions on Nanotechnology, 2007, 6(6): 639-644.,9,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,2019/12/30,柔顺机构是一种依靠构件本身部分或全部弹性变形来传递运动、力和能量的机构，最早由Shoup和McLarnan两位学者在1971年提出，所得到机构如图所示，将平面多杆机构中
8、的某根杆件用柔性杆替代，得到具有柔性变形能力的柔顺机构。,Shoup T E, McLarnan C W. A survey of flexible link mechanisms having lower pairs J. Journal of Mechanisms, 1971, 6(1): 97-105.,10,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,贾晓辉. 面向纳米压印光刻设备的精密定位工作台的设计方法与实验 D; 天津大学, 2010. 朱赴安. 三自由度精密定位工作台设计与制造工艺技术 D; 天津大学, 2012.,1、伪刚体法从传
9、统刚性机构出发，将传统刚性机构运动副采用柔顺机构中相应的运动副进行替代，得到可以实现给定刚性机构运动的柔顺机构。,11,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,2019/12/30,2、拓扑优化拓扑优化法采用有限元理论，给定设计域，在设计域中，结合柔顺机构设计要求，构建拓扑优化方程，采用优化算法，得到符合设计要求的柔顺机构。,朱大昌, 宋马军. 基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型固有振动频率研究 J. 中国机械工程, 2015, 26(13): 1794-1801. 沙赛. 基于平面三自由度分布柔度式柔顺机构静/动态多目标拓扑优化设计 D. 江西理工大学, 20
10、17.,12,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,2019/12/30,孙慧, 张荣兴. 3-RPC分布柔度式柔顺机构结构设计 J. 组合机床与自动化加工技术, 2018, 02): 21-25. 周磊. 空间全柔顺并联机构构型拓扑优化设计 D. 江西理工大学, 2016. Zhu D, Zhan W, Wu F, Simeone A. Topology Optimization of Spatially Compliant Mechanisms with an Isomorphic Matrix of a 3-UPC Type Parallel Prototy
11、pe Manipulator J. Micromachines, 2018, 9(4): 184.,13,3、研究目的传统纳米光刻压印设备精密定位系统采用刚性连接传动方式，其压印精度受到刚性运动副装配、润滑等因素制约，达到一定极限后难以继续提高。针对纳米压印光刻设备中，精密定位系统的高精度运动特征，结合空间柔顺机构免安装、去润滑等优点，设计一种能够用于实现压印模板与基片之间均匀接触，采用压电陶瓷促动器驱动的空间柔顺精密定位系统，该系统主要通过主动控制，能在较大程度上提升纳米压印光刻设备的压印精度。 4、研究意义在纳米压印光刻设备中，基片与模板之间的对准技术是影响压印精度的关键技术之一。现有设备
12、多是采用气浮系统或精密滚珠式导轨等刚性机构实现基片与模板之间对准调节，这类机构由于采用刚性连接，其定位精度不可避免会受到装配、间隙等误差的影响，且提高精度需要非常复杂的结构。柔顺机构具有一体加工，免安装、去润滑等特点，对于提高纳米压印光刻设备具有极大的应用意义。,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,14,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,工艺流程分析与空间多自由度并联原型机构设计结合压印流程需求，分析精密定位系统设计 要求，运用相关并联机构理论，设计具有支链对 称，每条支链包含一个移动
13、副作为主动副，其余 运动副为被动副的空间并联原型机构； 空间柔顺精密定位系统拓扑优化方法将设计得到的空间并联机构相关参数结合 拓扑优化方法，形成空间柔顺精密定位平台拓扑优化方法。 空间柔顺精密定位系统性能分析与实验将设计得到的空间柔顺精密定位平台进行一系列的实验分析，验证设计方法的有效性。,15,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,创新点重点解决问题空间柔顺精密定位平台拓扑优化方法空间并联机构和工作环境对柔顺精密定位平台最终构型的影响,16,2019/12/30,1、研究方法工艺要求分析 理论计算设计初期准备 有限元分析空间柔顺精密定位平台
14、中期校核 实验分析空间柔顺精密定位平台后期验证,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,17,2019/12/30,2、研究方案,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,18,2019/12/30,纳米压印光刻设备工艺分析根据纳米压印光刻设备在压印过程中的工艺流程要求，对精密定位系统在工艺流程中所需性能要求进行分析，分析的内容主要包括以下四个方面： 负载要求分析 自由度分析 运动精度分析 定位范围分析,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,19,2019/12/30,空间并联机构构型设计与特征提取1、螺旋与反
15、螺旋理论 空间并联原型机构组成形式空间矢量约束类型2、并联机构运动学/动力学理论 空间并联原型机构微分运动雅克比映射矩阵并联机构参数优化和解耦方法；3、并联机构多输入驱动配置方式及其奇异性 空间并联机构驱动空间配置方式，并将其应用于拓扑优化载荷条件中。,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,20,2019/12/30,空间柔顺精密定位系统拓扑优化方法1、准确分析得到空间并联原型机构工作环境、约束位移条件，分析不同设置条件对最终构型的具体影响，得出更加符合实际工作过程的拓扑优化模型；2、在拓扑优化过程中，根据加权理论，设置不同优化目标对构型影响的权值，综合得到拓扑优
16、化多目标函数；,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,21,2019/12/30,空间柔顺精密定位系统性能分析,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,22,2019/12/30,3、可能出现的问题及其解决办法采用拓扑优化方法得到的空间柔顺精密定位系统位移与实现结果有较大出入；空间柔顺精密定位系统仅在给定初始状态下满足雅可比矩阵映射关系；采用拓扑优化方法得到的空间柔顺精密定位系统不具备良好的加工性能；采用有限元分析可以看出空间柔顺精密定位系统局部存在应力集中现象；,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,23,1、研究条件2、经费情况广州大学研究生培养经费广州大学研究生“基础创新”项目,2019/12/30,目录/研究现状和发展趋势/目的与意义/内容/方法与方案/基础与条件,25,2019/12/30,谢谢！请各位专家批评指正！,纳米压印光刻设备空间柔顺精密定位系统研究,
