本实用新型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:
本实用新型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。
本实用新型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。
本实用新型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。
本实用新型中,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。
本实用新型中,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。
本实用新型整个装置结构简单,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,对本实用新型作进一步描述。
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。