一种辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术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。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。

A device for assisting hard through-hole mask and sample alignment

The utility model belongs to the technical field of thin film materials, in particular to an auxiliary device for accurate alignment of hard through-hole masks and samples. The device includes: sample tray, carrier disc, mask adsorber, displacement adjusting device, microscope, etc. Among them, the carrier disc has the degree of freedom of rotation adjustment, and the rotation of the carrier disc drives the sample tray to rotate, thus accurately controlling the rotation angle of the sample; the displacement adjusting device has the degree of freedom of rotation and horizontal adjustment of X, Y and Z axes; the displacement adjusting device can accurately adjust the degree of freedom through the displacement adjusting device. The device has simple structure, convenient operation, high alignment accuracy and strong practicability. To a certain extent, it replaces the function of photolithography, avoids the influence of photoresist on samples in the process of photolithography, and is very suitable for the processing of organic materials or thin film materials such as two-dimensional materials (graphene, etc.).

【技术实现步骤摘要】
一种辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置
本技术属于薄膜材料
，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。
技术介绍
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（参考技术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。
技术实现思路
本技术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。本技术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。本技术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。本技术中，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。本技术中，所述通孔硬掩膜版通常以不锈钢或者硅片为制作材料（参考专利技术专利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。本技术整个装置结构简单，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，对本技术作进一步描述。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（参考专利技术专利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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种辅助硬通孔掩膜版和样品进行精确对准的装置，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通孔硬掩膜版吸附方式有两种：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：包文中，昝武，郭晓娇，胡荣民，周鹏，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：上海,31