CN111965954A - 一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置 - Google Patents

一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，该曝光装置包括四个部分：曝光光源及控制系统、掩模调整机构、基底调整机构、基底旋转机构及控制系统。通过掩模调整机构和基底调整机构的共同作用，具备掩模相对基底进行六自由度调整(X/Y/Z/θX/θY/θZ)的功能；再配合曝光光源及控制系统和基底旋转机构及控制系统的使用，可以调节掩模旋转中心轴与旋转平台旋转中心轴的高精度同轴，并具备在基底上曝光成型高精度旋转对称三维微结构的能力。

Description

一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置
技术领域
本发明属于微纳米加工技术领域，具体涉及一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置。
背景技术
衍射光学元件相比传统光学元件而言，具有微型化、阵列化和集成化的显著优势，被广泛地应用在现代光学各研究领域中。其中，具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件，如：用于聚焦成像的谐衍射透镜、环形分布的柱透镜阵列、生成涡旋光束的螺旋相位器等，具有独特的光学性能和卓越的光学质量，成为近年来研究的热点。
现有的三维旋转对称微结构的制备技术，如：多层掩模套刻曝光技术，需要进行多次掩模对准曝光和离子束刻蚀工艺，才能近似加工曲面面形，工艺流程复杂，加工精度难以保证，加工效率低下；激光直写灰阶曝光技术，采用单点曝光的方式完成灰阶曝光工艺，加工周期极长，且加工设备非常昂贵。
以上因素限制了具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件在光学领域的广泛应用，因此发明一种可以实现三维旋转对称微结构的高精度、高效率加工的曝光装置是迫切需要的。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，可以实现三维旋转对称微结构的高精度、高效率加工。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，装置包括四个部分：曝光光源及控制系统、掩模调整机构、基底调整机构、基底旋转机构及控制系统。其中：
所述曝光光源及控制系统位于掩模调整机构上方，保证紫外光可以垂直入射到掩模上，并对其进行面曝光。
所述掩模调整机构包括：掩模装置联接板、掩模固定板、掩模固定板锁紧旋钮、掩模固定板位置调整旋钮、掩模吸附真空管道、导向轴、导向轴滑套、分离间隙调整旋钮、分离弹簧。通过掩模固定板和掩模吸附真空管道可以实现掩模的真空吸附固定；通过掩模固定板位置调整旋钮可以实现掩模的三个自由度调整；通过分离间隙调整旋钮可以实现掩模和基底之间的间隙分离，调整掩模的一个自由度。
所述基底调整机构包括：旋转平台联接板、下球碗、上球碗及承片台、下球碗压块、球碗副锁紧真空管道、基底吸附真空管道、对准标记片固定筒、对准标记片。下球碗表面具有两圈弧面，用以与中心开孔的上球碗构成球碗副，形成密封空间；对准标记片固定筒被机械固定在下球碗的中心位置，且与上球碗及承片台的内壁具有一定的间隙，保证上下球碗副在发生相对转动时，上球碗及承片台的内壁与对准标记片固定筒的外壁不会发生碰撞；对准标记片被胶黏剂粘贴在对准标记片固定筒内；对准标记片表面具有对准标记；承片台表面具有真空道，通过基底吸附真空管道可以实现基底的真空吸附固定；通过下球碗和上球碗组成的球碗副，可以实现基底的两个自由度调整；当基底与掩模贴紧时，可以实现基底与掩模的平行调整，并通过球碗副锁紧真空管道将这一状态锁定。
所述基底旋转机构及控制系统包括：旋转平台、支撑板、支撑杆及支撑环、旋转电机及控制系统。旋转平台由旋转电机及控制系统提供扭矩并控制旋转角速度和旋转时间，可以使基底绕旋转平台的旋转中心轴进行旋转运动。
进一步地，通过控制旋转平台转动，观察对准标记的运动轨迹，可以确定旋转平台的旋转中心轴所在位置；松开下球碗压块，并调整下球碗及其上的对准标记片的位置，可以使得对准标记中心与旋转平台的旋转中心轴同轴；进一步的，在掩模的旋转中心位置表面加工对准标记，并通过真空吸附将掩模固定在掩模固定板下方，控制旋转平台转动，观察掩模表面的对准标记和对准标记片表面的对准标记的相对位置，并通过掩模固定板位置调整旋钮调整掩模位置，可以使得掩模的旋转中心轴与对准标记的中心高精度同轴，即掩模的旋转中心轴与旋转平台的旋转中心轴高精度同轴。
进一步地，通过所述掩模调整机构和基底调整机构的配合使用，具备掩模相对基底进行六自由度调整的功能；再配合曝光光源及控制系统和基底旋转机构及控制系统的使用，可以调节掩模旋转中心轴与旋转平台旋转中心轴的高精度同轴，并具备在基底上曝光成型高精度旋转对称三维微结构的能力。
本发明的优点在于：
(1)本发明提出的一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，通过简单的机械结构，即可实现掩模相对基底的六自由度调整。
(2)本发明提出的一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，可以实现掩模旋转中心轴与旋转平台旋转中心轴的高精度同轴检测与调节。
(3)本发明提出的一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，可以实现三维旋转对称微结构的高精度、高效率曝光成型。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明公开的一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置结构图。其中：10-曝光光源及控制系统、20-掩模调整机构、30-基底调整机构、40-基底旋转机构及控制系统。
图2为掩模调整机构20的结构示意图。其中：21-掩模装置联接板、22-掩模固定板、23-掩模固定板锁紧旋钮、24-掩模固定板位置调整旋钮、25-掩模吸附真空管道、26-导向轴、27-导向轴滑套、28-分离间隙调整旋钮、29-分离弹簧。
图3为基底调整机构30的结构示意图。其中：31-旋转平台联接板、32-下球碗、33-上球碗及承片台、34-下球碗压块、35-球碗副锁紧真空管道、36-基片吸附真空管道、37-对准标记片固定筒、38-对准标记片。
图4为基底旋转机构及控制系统40的结构示意图。其中：41-旋转平台、42-支撑板、43-支撑杆及支撑环、44-旋转电机及控制系统。
图5为掩模旋转中心位置表面的对准标记-51示意图。
图6为对准标记片表面的对准标记-61示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容。通过以下实施例，本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
如图1所示，一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，自上而下包含：曝光光源及控制系统10、掩模调整机构20、基底调整机构30、基底旋转机构及控制系统40。
所述曝光光源及控制系统10安装在掩模调整机构20上方。
如图2所示，所述掩模调整机构20包括：掩模装置联接板21、掩模固定板22、掩模固定板锁紧旋钮23、掩模固定板位置调整旋钮24、掩模吸附真空管道25、导向轴26、导向轴滑套27、分离间隙调整旋钮28、分离弹簧29。
如图3所示：旋转平台联接板31、下球碗32、上球碗及承片台33、下球碗压块34、球碗副锁紧真空管道35、基底吸附真空管道36、对准标记片固定筒37、对准标记片38。
如图4所示，所述基底旋转机构及控制系统40包括：旋转平台41、支撑板42、支撑杆及支撑环43、旋转电机及控制系统44。
支撑板42安装在支撑杆43上；旋转平台41安装在支撑板42上；旋转电机44安装在旋转平台41下方。
旋转平台联接板31安装在旋转平台41上；下球碗32表面具有两圈弧面，用以与中心开孔的上球碗及承片台33构成球碗副，形成密封空间；下球碗32通过下球碗压块34固定在旋转平台联接板31上；对准标记片固定筒37被机械固定在下球碗32的中心位置，且与上球碗及承片台33的内壁具有一定的间隙；对准标记片38被胶黏剂粘贴在对准标记片固定筒37内；上球碗及承片台33放置在下球碗32上；球碗副锁紧真空管道35的孔开在与上球碗及承片台33下表面非接触的下球碗32上表面位置；上球碗及承片台33上表面加工真空道；基底吸附真空管道36开在上球碗及承片台33的内部，并与上球碗及承片台33上表面的真空道相连通。
导向轴26机械固定在掩模装置联接板21上；导向轴26上端较细，用以安装分离弹簧29；导向轴滑套27套在分离弹簧29外部，与分离间隙调整旋钮28一起将掩模装置联接板21夹持；掩模固定板锁紧旋钮23通过掩模固定板22上的通孔将掩模固定板22固定在掩模装置联接板21上；掩模固定板22下方开有真空道，掩模吸附真空管道25开在掩模固定板22内部，并与掩模固定板22下方的真空道相连通；掩模装置联接板21侧面开有五个螺孔，五个调整旋钮24具有外螺纹，掩模固定板22通过调整旋钮24调整自身位置。
通过控制旋转平台41转动，观察对准标记61的运动轨迹，可以确定旋转平台41的旋转中心轴所在位置；松开下球碗压块34，并调整下球碗32及其上的对准标记片38的位置，可以使得对准标记61的中心与旋转平台41的旋转中心轴同轴；进一步的，在掩模的旋转中心位置表面加工对准标记51，通过真空吸附将掩模固定在掩模固定板22下方，控制旋转平台41转动，观察掩模的对准标记51和对准标记片38表面的对准标记61的相对位置，并通过掩模固定板位置调整旋钮24调整掩模位置，可以使得掩模的旋转中心轴与对准标记61的中心以及旋转平台41的旋转中心轴高精度同轴；更进一步的，在上球碗及承片台33上放置一块表面均匀涂敷光刻胶的基底，控制旋转平台41按照一定的角速度转动一定的时间，开启曝光光源10，即可在基底上高效率、高精度地曝光成型三维旋转对称微结构。
本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，其特征在于，包括含：曝光光源及控制系统(10)、掩模调整机构(20)、基底调整机构(30)、基底旋转机构及控制系统(40)，其中：
所述曝光光源及控制系统(10)位于掩模调整机构(20)上方，保证紫外光可以垂直入射到掩模上，并对其进行面曝光；
所述掩模调整机构(20)包括：掩模装置联接板、掩模固定板、掩模固定板锁紧旋钮、掩模固定板位置调整旋钮、掩模吸附真空管道、导向轴、导向轴滑套、分离间隙调整旋钮、分离弹簧，通过掩模固定板和掩模吸附真空管道可以实现掩模的真空吸附固定；通过掩模固定板位置调整旋钮可以实现掩模的三个自由度调整(X/Y/θZ)；通过分离间隙调整旋钮可以实现掩模和基底之间的间隙分离，调整掩模的一个自由度(Z)；
所述基底调整机构(30)包括：旋转平台联接板、下球碗、上球碗及承片台、下球碗压块、球碗副锁紧真空管道、基底吸附真空管道、对准标记片固定筒、对准标记片；下球碗表面具有两圈弧面，用以与中心开孔的上球碗构成球碗副，形成密封空间；对准标记片固定筒被机械固定在下球碗的中心位置，且与上球碗及承片台的内壁具有一定的间隙，保证上下球碗副在发生相对转动时，上球碗及承片台的内壁与对准标记片固定筒的外壁不会发生碰撞；对准标记片被胶黏剂粘贴在对准标记片固定筒内；对准标记片表面具有对准标记；承片台表面具有真空道，通过基底吸附真空管道可以实现基底的真空吸附固定；通过下球碗和上球碗组成的球碗副，可以实现基底的两个自由度(θX/θY)调整；当基底与掩模贴紧时，可以实现基底与掩模的平行调整，并通过球碗副锁紧真空管道将这一状态锁定；
所述基底旋转机构及控制系统(40)包括：旋转平台、支撑板、支撑杆及支撑环、旋转电机及控制系统，旋转平台由旋转电机及控制系统提供扭矩并控制旋转角速度和旋转时间，可以使基底绕旋转平台的旋转中心轴进行旋转运动。
2.如权利要求1所述的一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，其特征在于：通过控制旋转平台转动，观察对准标记的运动轨迹，可以确定旋转平台的旋转中心轴所在位置；松开下球碗压块，并调整下球碗及其上的对准标记片的位置，可以使得对准标记中心与旋转平台的旋转中心轴同轴；进一步的，在掩模的旋转中心位置表面加工对准标记，并通过真空吸附将掩模固定在掩模固定板下方，控制旋转平台转动，观察掩模表面的对准标记和对准标记片表面的对准标记的相对位置，并通过掩模固定板位置调整旋钮调整掩模位置，可以使得掩模的旋转中心轴与对准标记的中心高精度同轴，即掩模的旋转中心轴与旋转平台的旋转中心轴高精度同轴。
3.如权利要求1所述的一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置，其特征在于：通过所述掩模调整机构(20)和基底调整机构(30)的配合使用，具备掩模相对基底进行六自由度(X/Y/Z/θX/θY/θZ)调整的功能；再配合曝光光源及控制系统(10)和基底旋转机构及控制系统(40)的使用，可以调节掩模旋转中心轴与旋转平台旋转中心轴的高精度同轴，并具备在基底上曝光成型高精度旋转对称三维微结构的能力。
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