高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置

本申请涉及非硅基薄膜器件的制备技术领域，更具体地说，涉及一种高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置。

背景技术：

近年来，随着人类社会步入5g时代，半导体及通讯器件朝着高集成度、小型化、轻质化的方向发展；制备高密度阵列结构的非硅基薄膜器件，开发材料、器件微纳集成技术，将引领新一轮的产业革命。目前，非硅基薄膜器件制备技术发展滞后，严重制约着非硅基器件的进一步微型化演变。其中，如何高质高效地实现器件中材料图案的高密度、高精度集成加工是制备微型非硅基薄膜器件的关键。目前，用于非硅基薄膜器件制备的磁控溅射、热蒸发、分子束外延等高精密制备手段。

高密度阵列结构的薄膜器件的制备流程，具体涉及到器件衬底与阵列图案制备用掩模板的对准、贴合固定、转移及薄膜制备工艺，该流程决定着高密度阵列微器件制备的质量和效率。这些工艺本身以及工艺之间的转换过程中，都涉及到器件衬底与掩模板的相互紧固与相对位置的保持，迫切需要一种装置将衬底与掩模板固定保持，以匹配高密度阵列结构薄膜制备流程中的各个工艺。所需装置必须符合以下要求：1.广泛适用于各种薄膜制备工艺；2.不影响、改变薄膜制备的条件；3.使用、执行简单便捷；4.成本低廉；5.解决掩模板因被夹具固定而翘曲的问题。

在申请号为cn202010701252.2的专利中，针对衬底(基片)与掩模板的对准与贴合问题设计了一种专用的对准装置，实现了衬底与掩模板的快速对准。而为了实现高密度阵列结构薄膜器件的高效制备，除对准以外仍必须解决在薄膜器件制备各个工艺之间样品的快速转移与固定保持的问题。因此，还需要一种装置，在匹配高密度阵列结构薄膜器件制备过程中的对准工艺和薄膜生长工艺的同时，在整个器件制备流程中为衬底-掩模板提供固定和支撑。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置，其能够有利于实现高密度阵列结构薄膜器件的高效制备，并使样品实现在薄膜器件制备各个工艺之间的保持固定与快速转移。本申请提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

本申请提供了一种高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置，包括有：

真空连接台，所述真空连接台设置有用于与真空泵连接的第一快速插口和位于上端面并与所述第一快速插口连通的气口；

底座，所述底座的上端面设置有第一凸台和位于所述第一凸台上将所述底座贯穿的第一气孔，所述底座连接在所述真空连接台的上端面、且所述第一气孔与所述气口连通；

衬底保持器，设置有位于上端面并供衬底嵌入的保持槽、位于所述保持槽的槽底将所述衬底保持器贯穿并供所述第一凸台嵌入的连接孔、位于所述保持槽外周用于固定衬底和掩模板的紧固组件；

掩模板保持器，设置有将所述掩模板保持器贯穿的镂空孔和位于所述镂空孔中部的悬臂，所述悬臂的上端面设置有用于与真空泵连接的第二快速插口、下端面设置有与所述第二快速插口连通用于吸附掩模板的第二气孔。

优选地，所述真空连接台的上端面设置有第二凸台，所述底座的下端面设置有供所述第二凸台嵌入连接的连接插口，所述第一气孔贯穿于所述连接插口内。

优选地，所述第一凸台的上端面设置有第一真空槽，所述第一气孔设置有多个、并分布在所述第一真空槽内。

优选地，还包括有呈框型的连接支架，所述掩模板保持器位于所述连接支架的中部、且设置有多个朝向所述连接支架延伸的连杆，所述连接支架上设置有供所述连杆嵌入的卡槽。

优选地，所述悬臂对称设置有两个，且所述悬臂的第一端与所述掩模板保持器固定、第二端位于所述镂空孔的中部并设置有所述第二快速插口和所述第二气孔。

优选地，所述悬臂的第二端的下端面设置有第二真空槽，所述第二气孔设置有多个、并分布在所述第二真空槽内。

优选地，所述紧固组件包括紧固片和紧固螺丝，所述保持槽外周开设有多个紧固螺孔，所述紧固螺丝贯穿所述紧固片、并旋紧在所述紧固螺孔内。

优选地，所述紧固片设置为刚性片或者弹性片。

优选地，还包括有样品托盘，所述样品托盘的上端面设置有多个供所述衬底保持器嵌入的承载槽，所述承载槽的底部设置有用于露出所述衬底和所述掩模板的承载孔，所述承载槽的外周设置有用于固定所述衬底保持器的弹簧固定片。

优选地，所述承载槽的深度与所述衬底保持器的厚度一致。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在使用时，将衬底保持器装配到底座上，将底座连接到真空连接台上、以使得第一气孔和气口导通，将真空连接台固定到下方移动平台上；将衬底放置到衬底保持器的保持槽内；通过真空气路在第一气孔位置形成的吸附作用、以使衬底吸附固定到衬底保持器的保持槽内；将掩模板放置到掩模板保持器的下端；通过真空气路在第二气孔位置形成的吸附作用、以使掩模板吸附固定到掩模板保持器上；通过操控上方移动平台和下方移动平台实现对准操作，降低掩模板保持器使掩模板与衬底相互贴紧；通过紧固组件将衬底和掩模板紧固安装在衬底保持器的上端面；通过关闭真空泵将底座与掩模板保持器从真空夹紧状态中释放；取下衬底保持器即可实现衬底-掩模板的原位保持和收纳。完成对准操作后，衬底-掩模板可以直接一同随衬底保持器放入适用于各种薄膜制备装置的配套托盘中进行薄膜制备，无需额外的固定，适用于各种样品库或load-lock装置而不会影响样品的取放，可以极大的提升器件的制备效率。如此设置，本装置结构简单，便于操作，在对准操作后即可将衬底和掩模板保持固定，有利于实现高密度阵列结构薄膜器件的高效制备，并在薄膜器件制备各个工艺之间样品的快速转移。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一些示例性实施例示出的本高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置的分解图；

图2是根据一些示例性实施例示出的样品托盘的结构图；

图3是根据一些示例性实施例示出的真空连接台的俯视图；

图4是根据一些示例性实施例示出的真空连接台的主视图；

图5是根据一些示例性实施例示出的底座的俯视图；

图6是根据一些示例性实施例示出的底座的仰视图；

图7是根据一些示例性实施例示出的衬底保持器的立体图；

图8是根据一些示例性实施例示出的衬底保持器上保持衬底和掩模板的安装结构图；

图9是根据一些示例性实施例示出的掩模板保持器的俯视图；

图10是根据一些示例性实施例示出的掩模板保持器的仰视图；

图11是根据一些示例性实施例示出的紧固片为刚性片的结构图；

图12是根据一些示例性实施例示出的紧固片为弹性片的结构图。

图中：1、真空连接台；11、第一快速插口；12、气口；13、气槽；14、第二凸台；2、底座；21、第一凸台；22、第一气孔；23、第一真空槽；24、连接插口；3、衬底保持器；31、保持槽；32、连接孔；33、紧固螺孔；34、紧固片；35、紧固螺丝；4、掩模板保持器；41、悬臂；42、连杆；43、第二快速插口；44、第二气孔；45、第二真空槽；5、连接支架；51、卡槽；6、样品托盘；61、承载槽；62、承载孔。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本申请的一些方面相一致的装置或方法的例子。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。

参考图1-图12，本具体实施方式提供了一种高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置，包括有真空连接台1、底座2、衬底保持器3和掩模板保持器4。

真空连接台1用于连接在下方移动平台上，通过下方移动平台带动真空连接台1实现位移。在真空连接台1上设置有第一快速插口11和气口12，第一快速插口11用于与真空泵连接，而气口12位于真空连接台1的上端面、并与第一快速插口11连通，以使得通过真空泵的接入可以使气口12位置形成真空吸附。具体地，真空连接台1设置为圆盘型，第一快速插口11设置在真空连接台1的一侧，气口12位于真空连接台1的上端面的中部、并通过真空连接台1内部的气路与第一快速插口11连通。

为了方便真空连接台1和下方移动平台连接，在真空连接台1的上端面设置有沉头孔，沉头孔设置有多个、并环绕在气口12的外周。

底座2的上端面的中部向上凸出形成第一凸台21，在第一凸台21的上端面设置有第一气孔22，该第一气孔22向下延伸并将底座2贯穿，而且底座2连接在真空连接台1的上端面，以使得第一气孔22和气口12导通，当真空连接台1连接真空泵时，第一凸台21处的第一气孔22位置可以对衬底提供真空吸附固定作用。

衬底保持器3设置有保持槽31、连接孔32和紧固组件，其中，保持槽31设置在衬底保持器3的上端面，以供衬底嵌入；连接孔32开设在保持槽31的槽底、并将衬底保持器3贯穿，连接孔32和第一凸台21的大小形状相一致，以使得第一凸台21伸入到连接孔32内、以使得第一凸台21的上端面与保持槽31的槽底共面，同时衬底保持器3嵌套在底座2的上端面，进而实现底座2和衬底保持器3的固定；紧固组件设置有多个、并分布在保持槽31的外周，用于将对准后的衬底和掩模板进行固定，以使得对准后的衬底和掩模板保持在衬底保持器3上，方便拿取和操作。

为了保证底座2和衬底保持器3连接的稳固性，第一凸台21和连接孔32均设置为长方形，可以防止衬底保持器3相对于底座2转动。

而且，将真空连接台1、底座2和衬底保持器3模块化设计，实现了衬底和掩模板在对准工艺以及薄膜制备工艺流程间的便携适配与转移。

需要说明的是，衬底保持器3可以设计为不同尺寸与底座2相匹配，从而为不同尺寸的衬底提供支撑；衬底保持器3可以由多种金属或合金材料加工制成，以适应不同的薄膜制备工艺；衬底保持器3与底座2在对准操作中共同为衬底提供支撑，而对准操作结束后，衬底保持器3可以与底座2分离独立为衬底和掩模板提供支撑，其本身不包含真空气路或其他复杂结构。

掩模板保持器4设置有镂空孔和悬臂41，其中，掩模板保持器4呈板状，并在中部区域设置有镂空孔，该镂空孔可以大于衬底和掩模板，以使得通过镂空孔可以露出衬底和掩模板，进而方便通过紧固组件将衬底和掩模板固定在衬底保持器3上；悬臂41延位于镂空孔的中部，具体地，悬臂41的第一端设置在掩模板保持器4上、第二端由镂空孔的边沿延伸至中部，以使得悬臂41的周围形成镂空区域，同时有利于在对准操作的过程中可以通过ccd显微成像系统对被对准的衬底和掩模板进行观测。

悬臂41的上端面设置有第二快速插口43，用于与真空泵连接，这里，悬臂41的上端面设置有螺孔，第二快速插口43旋紧在螺孔中；悬臂41的下端面设置有第二气孔44，第二气孔44与第二快速插口43导通，当第二快速插口43连接真空泵时，在第二气孔44的位置可以形成真空吸附力，进而对掩模板进行吸附固定。

当然，为了方便对准操作，掩模板保持器4还需要固定在上方移动平台上，通过移动上方移动平台和下方移动平台，进而实现衬底保持器3上的衬底和掩模板保持器4上的掩模板的对准。

在使用时，将衬底保持器3装配到底座2上，将底座2连接到真空连接台1上、以使得第一气孔22和气口12导通，将真空连接台1固定到下方移动平台上；将衬底放置到衬底保持器3的保持槽31内，通过真空气路在第一气孔22位置形成的吸附作用、以使衬底吸附固定到衬底保持器3的保持槽31内；将掩模板放置到掩模板保持器4的下端，通过真空气路在第二气孔44位置形成的吸附作用、以使掩模板吸附固定到掩模板保持器4上；通过操控上方移动平台和下方移动平台实现对准操作，降低掩模板保持器使掩模板与衬底相互贴紧，通过紧固组件将衬底和掩模板紧固安装在衬底保持器3的上端面；通过关闭真空泵将底座2与掩模板保持器4从真空夹紧状态中释放，取下衬底保持器3即可实现衬底-掩模板的原位保持和收纳。完成对准操作后，衬底-掩模板可以直接一同随衬底保持器3放入适用于各种薄膜制备装置的配套托盘中进行薄膜制备，无需额外的固定，适用于各种样品库或load-lock装置而不会影响样品的取放，可以极大地提升器件的制备效率。

如此设置，本装置结构简单，便于操作，在对准操作后即可将衬底和掩模板保持固定，有利于实现高密度阵列结构薄膜器件的高效制备，并在薄膜器件制备各个工艺之间样品的快速转移。

本实施例中，真空连接台1的上端面设置有第二凸台14，相对应地，在底座2的下端面设置有连接插口24，第二凸台14和连接插口24的大小形状相一致，以使得第二凸台14嵌入固定到连接插口24内，进而使底座2可以在真空连接台1上快速拔插，可以便捷地更换不同尺寸的底座2，从而为不同尺寸的衬底提供支撑和真空吸附。具体地，第二凸台14和连接插口24可以设置为圆柱形。这里，连接插口24和第一凸台21的位置相对应，以使得第一气孔22贯穿于连接插口24的内部，而且，在第二凸台14的上端面设置有气槽13，多个气口12设置在气槽13内，方便第一气孔22和气口12连通。

为了提供较为均匀的真空吸附力，第一凸台21的上端面设置有第一真空槽23，第一气孔22设置有多个、并分布在第一真空槽23内，这样，在吸附衬底时，通过第一真空槽23对衬底进行吸附，以使得多个第一气孔22受力均匀且稳定。这里，第一真空槽23的形状呈x型，有助于加强对衬底的吸附作用。

一些实施例中，本高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置还包括有呈框型的连接支架5，掩模板保持器4位于连接支架5的中部、且设置有多个朝向连接支架5延伸的连杆42，连接支架5上设置有供连杆42嵌入的卡槽51，连杆42固定在卡槽51内，进而实现掩模板保持器4和连接支架5的固定。具体地，连接支架5具有形成于下表面的四个方形凹槽以及与凹槽中心对齐的四个贯通圆孔，掩模板保持器4设置有四个连杆42、并可以通过螺丝固定在连接支架5的下表面的方形凹槽内；同时连接支架5还具有形成于一侧的贯通圆孔，用以与上方移动平台连接固定。

掩模板保持器4的悬臂41对称设置有两个，而且悬臂41的第一端与掩模板保持器4固定、第二端位于镂空孔的中部并设置有第二快速插口43和第二气孔44，以使得掩模板保持器4的中部镂空孔呈工字型，这样，通过对称的两组第二气孔44，可以加强对掩模板的吸附作用，同时工字型的镂空孔简化了镂空的金属掩模板在对位工艺过程中的真空吸附固定及其与衬底的固定操作。

其中，掩模板保持器4呈方框型十字异形件，四个连杆42位于掩模板保持器4的四个顶点、并沿对角线的方向向外延伸。而且，两个悬臂41设置在掩模板保持器4的顶点位置、并沿对角线的方向向中部延伸，结构稳固对称，且便于加工。

为了提供较为均匀的真空吸附力，悬臂41的第二端的下端面设置有第二真空槽45，第二气孔44设置有多个、并分布在第二真空槽45内，这样，在吸附掩模板时，通过第二真空槽45对掩模板进行吸附，以使得多个第二气孔44受力均匀且稳定。

一些实施例中，紧固组件包括有紧固片34和紧固螺丝35，保持槽31外周开设有多个紧固螺孔33，紧固片34的一端开孔以供紧固螺丝35贯穿，在使用时，紧固螺丝35贯穿紧固片34、并旋紧在紧固螺孔33内，以使得紧固片34的一端位于紧固螺孔33位置、另一端延伸至保持槽31的位置，进而通过紧固片34抵紧衬底和掩模板，结构简单，方便可靠。

其中，如图11-12所示，紧固片34设置为刚性片或者弹性片，可以根据不同刚性或柔性的衬底选择合适的紧固片34，可广泛适用于各种刚性及柔性的衬底材料；而且通过分布式地将紧固片34设置为弹性片和钢性片，实现了对金属掩模板固定过程中翘曲的抑制。

需要说明的是，衬底保持器3上配有多处紧固螺孔33，可以根据不同刚性或柔性的衬底选择合适的紧固片34数量。

一些实施例中，本高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置还包括有样品托盘6，样品托盘6的上端面设置有多个承载槽61，以供衬底保持器3嵌入，这里衬底保持器3具有保持槽31的一面朝向承载槽61，承载槽61的底部设置有承载孔62，该承载孔62可以露出衬底保持器3的保持槽31和紧固组件，以使得衬底-掩模板上需要制备薄膜的部分被完全暴露，便于制备。而且，样品托盘6上端面安装有弹簧固定片，以使得衬底保持器3嵌入样品托盘6后能被固定住。

其中，承载槽61的深度与衬底掩模板的厚度一致，以使得衬底保持器3嵌入样品托盘6后不会遮挡样品影响其受热。

需要说明的是，衬底保持器3厚度为1-2mm,可以匹配多种薄膜制备装置的样品托盘6；衬底保持器3为中间开孔的框体，将其装配到样品托盘6上进行薄膜制备时，可以允许热源通过热辐射直接对衬底进行加热，从而改善衬底的受热情况。

下面结合上述实施例对本高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置作具体说明。

将真空连接台1、底座2和衬底保持器3模块化设计，实现了衬底和掩模板在对准工艺以及薄膜制备工艺流程间的便携适配与转移；

掩模板保持器4的中部的工字型的镂空孔简化了镂空的金属掩模板在对位工艺过程中的真空吸附固定及其与衬底的固定操作；

通过分布式地将紧固片34设置为弹性片和钢性片，实现了对金属掩模板固定过程中翘曲的抑制。

需要说明的是，本文所表述的“第一”“第二”等词语，不是对具体顺序的限制，仅仅只是用于区分各个部件或功能。所阐述的“水平”“竖直”“上”“下”“左”“右”是在该高密度图案化加工的衬底-掩模板原位保持装置处于如图1摆放状态时之所指。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本申请提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，但可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。