一种用于柔性薄膜衬底接触式光刻的真空贴附装置的制作方法

本发明属于柔性衬底微细加工领域，具体涉及一种用于柔性薄膜衬底接触式光刻的真空贴附装置。

背景技术：

在微细加工光刻领域，衬底普遍采用平面的刚性衬底，如硅片、玻璃片或石英片。光刻工艺中的曝光工艺和设备要求衬底有较高平面度，接触接近式曝光过程要求衬底与掩膜之间的间隙足够小并且足够均匀。然而柔性薄膜衬底由于刚度低、面形由支撑状态决定，较大且不稳定的面形起伏导致其无法与接近接触式光刻工艺兼容，限制了光刻加工工艺与设备在柔性薄膜衬底上的应用。

技术实现要素：

为了在柔性薄膜衬底上利用接近接触式光刻工艺实现大面积微结构制作，本发明提供一种用于柔性薄膜衬底接触式光刻的真空贴紧装置。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明用于柔性薄膜衬底接触式光刻的真空贴附装置，所述的装置含有真空泵、机架、挡板阀、支撑台限位器、真空腔体、掩膜支撑台、放气阀、真空计、顶压机构、密封门开合机构、密封门、薄膜支架、柔性薄膜、密封垫、光刻掩膜版；其连接关系是，所述的机架位于真空腔体下方起支撑作用，真空泵、真空计、挡板阀、放气阀、顶压机构与真空腔体相连，密封门连接密封门开合机构由其控制开关，掩膜支撑台可移动进出真空腔体并由其内的支撑台限位器定位。光刻掩膜版由掩膜支撑台下半部分掩膜板夹具支撑，密封垫与光刻掩膜版无缝接触，薄膜支架与柔性薄膜作为整体与掩膜支撑台上半部分薄膜支架夹具相连，薄膜支架处于顶压机构的行程范围内。

所述的掩膜支撑台可自由移动进出真空腔体，移动方式为滚动、滑动，具体可在支撑台底部安装滚轮等。掩膜版取放和柔性薄膜安卸可在真空腔体外进行，待掩膜版与柔性薄膜安放完毕后将其移动至真空腔体内进行柔性薄膜与掩膜版的贴合。

所述的薄膜支架对柔性薄膜进行支撑与固定使柔性薄膜具有一定平面度，薄膜支架采用单框或双框形式，单框支架具体可采用胶黏剂将支架边缘与柔性薄膜粘接，双框支架具体可采用上下两个框利用螺钉、销钉或卡扣固定在一起时，薄膜支架具有支撑、固定薄膜的作用。

所述的薄膜支架可固定在掩膜支撑台上半部分薄膜支架夹具使表面具有光敏介质的薄膜面朝向掩膜版，固定方式具体为机械夹持、粘接、真空吸附、电磁吸附等。

所述的掩膜支撑台上半部分薄膜支架夹具固定薄膜支架的部分具有一定行程，在顶压机构作用前能够克服重力保持柔性薄膜与掩膜版足够的间隙，在顶压机构作用后能够下移使柔性薄膜与密封垫紧密接触，具体可利用万向球头、弹簧、背板等将薄膜支架悬吊或者利用底部可升降顶针托起薄膜支架实现该功能。

所述的薄膜支架在顶压机构作用下能实现向掩膜版方向移动并保持一定压力，顶压机构具体可采用气压式、电动式、液压式等方式。

柔性薄膜与掩膜版贴合的动力来源于薄膜上下两面的压力差，压力差是通过破坏腔体内真空的同时让“薄膜-密封垫-掩膜版”三者形成的密闭空间仍然保持真空的方式获得。

所述的密封垫具体可采用硅胶等橡胶制品，采用机械压力的方式保证“薄膜-密封垫-掩膜版”接触面无缝隙，维持密闭空间为真空。密封垫也可采用尚未固化的胶黏剂如紫外固化胶，在柔性薄膜下移接触胶黏剂时对其进行固化完成后再破坏腔体真空。

柔性薄膜与掩膜版处于分离状态时腔体真空度介于10-6pa和105pa之间，柔性薄膜与掩膜版接触后破坏腔体真空度至大气压，放气阀可单个或多个分布于腔体内部。

所述的装置工作流程如下：在腔体外利用掩膜支撑台下半部分承载光刻掩膜版，光刻掩膜版表面贴合密封垫，利用掩膜支撑台上半部分装夹由薄膜支架约束的柔性薄膜，调整位置使得柔性薄膜与光刻掩膜版对心，然后将掩膜支撑台移入真空腔体并限位。关闭密封门并抽真空，当达到一定真空度时，启动顶压机构对薄膜支架施加压力致使柔性薄膜与掩膜版表面的密封胶圈紧密接触，保持压力并开启放气阀破坏真空，柔性薄膜上下压力差使薄膜紧密贴附于掩膜版表面，释放顶压机构并移出掩膜支撑台，取下光刻掩膜版与柔性薄膜复合体进入曝光工序。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明相比现有依靠平板对薄膜背面施加压力的方法，利用气体压强的各向均匀性，能显著提高薄膜各点的压力均匀性、提高薄膜与掩膜版贴附的均匀性，有效提高了接触式光刻均匀性。

(2)本发明相比依靠密闭气体对薄膜背面加压的方法，能减小薄膜的拉伸变形，并且通过本发明实现薄膜与掩膜版贴紧后无需带着附属装置就可长时间保持贴紧状态。

附图说明

图1为本发明用于柔性薄膜衬底接触式光刻的真空贴附装置装置总体结构示意图，图中，1为真空泵，2为机架，3为挡板阀，4为支撑台限位器，5为真空腔体，6为掩膜支撑台，7为放气阀，8为真空计，9为顶压机构，10为密封门开合机构，11为密封门。

图2为薄膜支架结构示意图，图中，12为薄膜支架，13为柔性薄膜。

图3为掩膜版及密封垫示意图，图中，14为密封垫，15为光刻掩膜版。

图4为掩膜支撑台示意图，图中，6a为薄膜支架夹具，6b为掩膜板夹具，12为薄膜支架，13为柔性薄膜，14为密封垫，15为光刻掩膜版。

图5为柔性薄膜衬底接触式光刻图形质量示意图，其中，图5(a)为装置使用前，图5(b)为装置使用后。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作具体描述。

实施例1

本发明一种用于柔性薄膜衬底接触式光刻的真空贴附装置，所述的装置含有真空泵1、机架2、挡板阀3、支撑台限位器4、真空腔体5、掩膜支撑台6、放气阀7、真空计8、顶压机构9、密封门开合机构10、密封门11、薄膜支架12、柔性薄膜13、密封垫14、光刻掩膜版15；其连接关系是，所述的机架2位于真空腔体5下方起支撑作用，真空泵1、真空计8、挡板阀3、放气阀7、顶压机构9与真空腔体5相连，密封门11连接密封门开合机构10，并且由密封门开合机构10控制密封门11开关，掩膜支撑台6可移动进出真空腔体5并由其内的支撑台限位器4定位。光刻掩膜版15由掩膜支撑台6下半部分掩膜板夹具6b支撑，密封垫14与光刻掩膜版15无缝接触，薄膜支架12与柔性薄膜13作为整体与掩膜支撑台6上半部分薄膜支架夹具6a相连，薄膜支架12处于顶压机构9的行程范围内。

所述的掩膜支撑台6可自由移动进出真空腔体5，移动方式为滚动、滑动，具体可在支撑台底部安装滚轮等。掩膜版取放和柔性薄膜安卸可在真空腔体外进行，待掩膜版与柔性薄膜安放完毕后将其移动至真空腔体内进行柔性薄膜与掩膜版的贴合。

所述的薄膜支架12对柔性薄膜13进行支撑与固定使柔性薄膜具有一定平面度，薄膜支架采用单框或双框形式，单框支架具体可采用胶黏剂将支架边缘与柔性薄膜粘接，双框支架具体可采用上下两个框利用螺钉、销钉或卡扣固定在一起时，薄膜支架具有支撑、固定薄膜的作用。

所述的薄膜支架12可固定在掩膜支撑台6上半部分薄膜支架夹具6a，使表面具有光敏介质的薄膜面朝向掩膜版，固定方式具体为机械夹持、粘接、真空吸附、电磁吸附等。

所述的掩膜支撑台上半部分薄膜支架夹具6a固定薄膜支架的部分具有一定行程，在顶压机构作用前能够克服重力保持柔性薄膜与掩膜版足够的间隙，在顶压机构作用后能够下移使柔性薄膜与密封垫紧密接触，具体可利用万向球头、弹簧、背板等将薄膜支架悬吊或者利用底部可升降顶针托起薄膜支架实现该功能。

所述的薄膜支架12在顶压机构9作用下能实现向掩膜版方向移动并保持一定压力，顶压机构具体可采用气压式、电动式、液压式等方式。

柔性薄膜与掩膜版贴合的动力来源于薄膜上下两面的压力差，压力差是通过破坏腔体内真空的同时让“薄膜-密封垫-掩膜版”三者形成的密闭空间仍然保持真空的方式获得。

所述的密封垫14具体可采用硅胶等橡胶制品，采用机械压力的方式保证“薄膜-密封垫-掩膜版”接触面无缝隙，维持密闭空间为真空。密封垫也可采用尚未固化的胶黏剂如紫外固化胶，在柔性薄膜下移接触胶黏剂时对其进行固化完成后再破坏腔体真空。

柔性薄膜与掩膜版处于分离状态时腔体真空度介于10-6pa和105pa之间，柔性薄膜与掩膜版接触后破坏腔体真空度至大气压，放气阀可单个或多个分布于腔体内部。该装置能有效改善柔性薄膜衬底接触式光刻的图形质量，如图5所示。图5为柔性薄膜衬底接触式光刻图形质量示意图，其中，图5(a)为装置使用前，图5(b)为装置使用后。

本发明的工作流程如下：

所述的装置工作流程如下：在腔体外利用掩膜支撑台下半部分承载光刻掩膜版，光刻掩膜版表面贴合密封垫，利用掩膜支撑台上半部分装夹由薄膜支架约束的柔性薄膜，调整位置使得柔性薄膜与光刻掩膜版对心，然后将掩膜支撑台移入真空腔体并限位。关闭密封门并抽真空，当达到一定真空度时，启动顶压机构对薄膜支架施加压力致使柔性薄膜与掩膜版表面的密封胶圈紧密接触，保持压力并开启放气阀破坏真空，柔性薄膜上下压力差使薄膜紧密贴附于掩膜版表面，释放顶压机构并移出掩膜支撑台，取下光刻掩膜版与柔性薄膜复合体进入曝光工序。