一种辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置的制作方法

本发明属于薄膜材料技术领域，具体涉及一种辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置。

背景技术：

在有机半导体或者二维材料的器件制作过程中，定义电极图形主要有光刻曝光图形（使用光掩膜板）和使用通孔硬掩膜版定义图形两种方法。其中，光刻定义图形需要在衬底上旋涂光刻胶，显影过后不可避免地会有光刻胶残留，导致器件的性能退化，譬如难以形成良好的金属半导体接触，影响载流子迁移率等等。相比之下，使用通孔硬掩膜版，可以直接对通孔暴露的部位进行器件工艺加工（譬如金属蒸镀，干法刻蚀等等），过程中不需要接触任何化学物质，因此不会对薄膜材料造成损伤。

然而，通常的实验或者加工过程中，没有一个很好的通孔硬掩膜版与样品的对准方法，往往采用手动对准等比较粗糙的方法，而当通孔硬掩膜版精度较高时，就很难实现精确对准。已有的手段一般采用小型对准装置（参考实用新型cn104064505a）将样品与通孔硬掩膜版对准固定后，一起进行后续加工（蒸镀或者刻蚀，等等），该装置比较笨重且操作过程容易损坏对准状态。也有直接在加工设备（蒸镀机或者刻蚀机，等等）内部安装遥控对准装置，但是成本非常昂贵。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种对准精度高、设备成本低的辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置。

本发明提供的辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置，拥有多个自由度（包括x、y、z三轴的旋转和水平调整自由度），在实现样品与通孔硬掩膜版对准后，与对准平台进行脱离。因而可以方便的进行下一步的加工。此装置可以实现样品与硬掩膜版的精确对准，在一定程度上替代了光刻的功能，避免了光刻过程中光刻胶对样品产生影响的问题。

本发明提供的辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置，其结构如图1所示，包括：样品托盘1，载物圆盘3，载物圆盘夹具2，掩膜版吸附头5，位移调节装置6，显微镜7；其中，样品托盘1用于装载样品；样品托盘1通过载物圆盘夹具2同轴固定于载物圆盘3上；样品固定在样品托盘1上；载物圆盘3具有旋转调整自由度，载物圆盘3旋转带动样品托盘1旋转，从而精确控制样品旋转角度；位移调节装置6具有x、y、z三轴的旋转和水平调整自由度；位移调节装置6有一伸出臂，掩膜版吸附头5固定在伸出臂上，通孔硬掩膜版4放置于掩膜版吸附头5底部，掩膜版吸附头5底部设有小孔，可以在外部泵机抽力的作用下吸附住通孔硬掩膜版4；通过位移调节装置6，可以精确调整通孔硬掩膜版4的位置；载物圆盘3和位移调节装置6固定在同一水平板上。

本发明中，通孔硬掩膜版吸附方式可以有两种：

方式一：所述通孔硬掩膜版吸附头5底部有可与外部抽气泵机相连的小孔，外部泵机抽气时可以吸附通孔硬掩膜版4，关闭气泵，通孔硬掩膜版4即可与吸附头5分离；

方式二：采用电磁铁吸附（掩膜版相应的位置需附加铁片），可以通过电流的开关来控制吸附与否。

另外，样品托盘1上还设有弹性夹具8，另外可附设一磁性薄片9，用于固定对准后样品与通孔硬掩膜版4。

对准操作在显微镜7的帮助下进行，透过通孔硬掩膜版4的镂空区域观察到样品托盘1上样品的形貌（或者在样品上事先图案化好的对准标记），通过调节位移调节装置6对应的螺纹杆来带动与之相连的掩膜版吸附头5。首先利用水平自由度调整使通孔硬掩膜版4与样品表面保持平行，随后对通孔硬掩膜版4在x、y方向上进行相对位移的对准操作，最后通过z方向的调整将通孔硬掩膜版与样品贴紧。从而完成对准操作。

对准完成后，将样品与通孔硬掩膜版固定，固定方式有两种：

方式一、采用固定在样品托盘1上的弹性夹具8来固定通孔硬掩膜版4；

方式二、采用磁性薄片9通过与铁质样品托盘产生的磁性吸力固定通孔硬掩膜版4。

具体操作如下：将与载物托盘连接的弹性夹具8，或者使用磁性薄片9缓慢靠近已经完成对准的通孔硬掩膜板4表面，并将之缓慢下降并固定在通孔硬掩膜板4表面，使得通孔硬掩膜板4与样品保持贴紧状态。然后关闭泵机以解除通孔硬掩膜板吸附头5与通孔硬掩膜板4之间的吸附，并通过位移调节装置6的z轴螺纹杆缓慢升起掩膜板吸附头5。松开夹具2将样品托盘1与载物圆盘3脱离。此时就在样品托盘1上完成了通孔硬掩膜板4与样品之间的对准操作和固定，并在不破坏对准关系的前提下将它们和对准装置进行了分离。

本发明中，所述通孔硬掩膜版通常以不锈钢或者硅片为制作材料（参考发明专利cn105261588a），通过图案化和刻蚀得到所需图形。具有一定的平整度和机械强度，满足本系统的操作要求。

高精度通孔硬掩膜版用来定义图形，可以在薄膜材料的任意位置定义图形，对薄膜材料无伤害；可多次重复对准，通孔硬掩膜版也可以重复使用。

本发明整个装置结构简单，操作方便，对准精度高，具有很强的实用性。此装置可以实现样品与硬掩膜版的精确对准，在一定程度上替代了光刻的功能，避免了光刻过程中光刻胶对样品产生影响，非常适合有机材料或者二维材料（石墨烯等）等薄膜材料的器件加工。

附图说明

图1是该辅助硬掩膜版精确套刻对准平台的整体结构图。

图中标号：1为样品托盘，2为载物圆盘夹具，3为载物圆盘，4为通孔硬掩膜板，5为掩膜板吸附头，6为位移调节装置，7为显微镜，8为掩膜板固定弹性夹具，9为磁性薄片。

具体实施方式

下面给出一个具体实施例，对本发明作进一步描述。

样品托盘1为直径100mm的铁制圆盘；载物圆盘夹具2为用螺丝固定于底座的一对铜弹性薄片；载物圆盘3为直径150mm，厚度3mm，带有旋转功能，材料为铝质；硅基高精度通孔硬掩膜板4（参考发明专利cn105261588a）；掩膜板吸附片5为底部通有小孔的塑料方块，底部小孔另一端连接与外部泵机；位移调节装置6为可由x、y、z三个螺纹杆以及三个水平调整旋钮组成，可以精细调整以使与之相连的掩膜板吸附头发生位移的机械装置；显微镜7为常见长焦距显微镜；弹性夹具8，磁性薄片9制成的矩形薄片，可以设计成框架形状，其靠近掩膜板4的一端中心是镂空的，以在固定掩膜板的同时又暴露出掩膜板的对准区域。

技术特征：

技术总结
本发明属于薄膜材料技术领域，具体为一种辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置。本发明装置包括：样品托盘、载物圆盘、掩膜版吸附头、位移调节装置，显微镜等；其中，载物圆盘具有旋转调整自由度，载物圆盘旋转带动样品托盘旋转，从而精确控制样品旋转角度；位移调节装置具有X、Y、Z三轴的旋转和水平调整自由度；通过位移调节装置可以精确调整通孔硬掩膜版的位置；本整个装置结构简单，操作方便，对准精度高，具有很强的实用性。在一定程度上替代了光刻的功能，避免了光刻过程中光刻胶对样品产生影响，非常适合有机材料或者二维材料（石墨烯等）等薄膜材料的器件加工。

技术研发人员：包文中;昝武;郭晓娇;胡荣民;周鹏
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：2018.09.10
技术公布日：2018.12.21