CN218585172U

CN218585172U - 一种兼具二维材料转移功能的光刻装置

Info

Publication number: CN218585172U
Application number: CN202222115508.9U
Authority: CN
Inventors: 蒋崇云; 肖南海; 马惠
Original assignee: Tianjin Polytechnic University; Nankai University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University; Nankai University
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2022-08-12
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2032-08-12

Abstract

本实用新型涉及一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，包括光刻机基座、样品移动位移台、显微成像装置、紫光曝光装置、掩模台、二维材料转移台，所述光刻机基座包括X轴滑动平台与Y轴滑动平台，X轴滑动平台和Y轴滑动平台各连接一个位移测量装置，所述二维材料转移台通过可360°旋转的吸盘可实现二维材料任意角度的堆叠转移。本实用新型通过X、Y、Z三轴样品移动位移台、二维材料转移台、精确定位的位移测量装置以及可360°旋转的吸盘，可以准确完成任意角度的样品转移及小尺寸衬底的定位调节，既能实现二维材料的精确定点转移，又能保证衬底、掩模版图案以及紫光光源的中心始终在同一垂直线，保障光刻质量，从而提高光刻的精度和稳定性。

Description

一种兼具二维材料转移功能的光刻装置

技术领域

本实用新型涉及半导体生产技术领域，特别是涉及集成电路制造光刻设备技术及二维材料转移和加工领域。

背景技术

光刻工艺在整个芯片制造过程中至关重要，其决定了半导体线路纳米级的加工度，相关部件需要集成材料、光学、机电等领域最尖端的技术。因而光刻机的分辨率、精度也成为其性能的评价指数，直接影响到芯片的工艺精度以及芯片功耗、性能水平。因此，光刻机是集成电路制造中最庞大、最精密复杂、难度最大、价格最昂贵的设备。此外，二维材料在集成电路上具有非常好的应用前景，但是二维材料的生长衬底大多不能满足后期器件的制备以及性能调控需求，因此，将二维材料完整、无损地从生长衬底转移到另一个衬底上对于拓展其应用、组装更复杂光电子学元器件是实现器件具体应用的一个必要流程。本实用新型涉及的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，能够实现二维材料精准定点转移和高对准精度、高分辨率光刻图形转移。

实用新型内容

一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，包括光刻机基座、样品移动位移台、显微成像装置、紫光曝光装置、掩模台、二维材料转移台。所述光刻机基座包括X轴滑动平台与Y轴滑动平台，且可手动或电动控制，X轴滑动平台和Y轴滑动平台各连接着一个位移测量装置，位移测量装置可以是光栅尺或旋转编码器，通过位移测量装置来精确地记录X轴和Y轴移动的距离，以此来实现紫光光源的准确定位，从而提高光刻的精度和稳定性。所述光刻机基座的顶面通过承接板固定连接有支撑杆件，所述支撑杆件固定安装有光刻机本体，所述光刻机本体底部一侧的表面固定安装有紫光曝光装置，另一侧固定安装有显微成像光路装置。

进一步地，所述的样品移动位移台可以实现X、Y、Z三轴移动，可手动或电动控制位移，也可加装滑轨便于装卸样品。移动位移台的顶部是一个连接着抽气泵的吸盘，用于吸附衬底，且吸盘可绕竖直轴(Z轴)360°旋转，通过调整移动位移台三轴以及旋转吸盘角度至恰当位置可实现衬底与掩模版上图案的精确对准。

进一步地，所述的显微成像光路装置包括适用于光刻胶的长通滤光片(＞450nm)、合适焦距的凸透镜、可见光波段分束镜、光刻胶不敏感的照明光源(波长大于450nm)、工业相机以及不同倍数的物镜。其中，凸透镜可用双胶合透镜、平凸透镜、双凸透镜或镜筒透镜，分束镜可用分光棱镜或分光平镜，照明光源可用LED或钨灯。照明光源先通过凸透镜聚焦变成平行光，然后利用长通滤光片滤除对光刻胶有反应的杂光，然后通过分束镜、物镜照射到掩模版或衬底上，然后适当地调节物距，最后反射回物镜、分束镜、凸透镜后进入工业相机成像。

进一步地，所述的紫光曝光装置包括一个紫光光源、散热组件以及快门。紫光光源可以是激光器、LED或汞灯，散热组件可以是风冷、水冷或半导体制冷。也可以给紫光光源配置空间滤波器或扩束镜，对光束进行整形优化。所述的散热组件主要用于给紫光光源散热，防止紫光光源温度过高而影响紫光光源正常工作。

进一步地，所述的紫光曝光装置中紫光光源的光斑尺寸可用凸透镜、扩束镜或空间滤波器进行调节。紫光光源主要用于对旋涂好光刻胶的衬底曝光，因此通过位移测量装置来实现光源的准确定位。

进一步地，所述的紫光光源的功率可以由电压源、电流源或脉宽调制控制。

进一步地，所述的快门的开关用精密电子定时器来控制，通过控制快门开关的时长来实现对光刻曝光时长的准确控制。

进一步地，所述的掩模台包括至少三根支撑杆，以及连接抽气泵的柔性吸盘，整个掩模台装置能够任意移动，调整至最适当的位置即可，同时每个柔性吸盘的高度都可以用各自的Z轴位移台进行独立调节，进而调节掩模版的水平度，确保对准曝光时衬底能够与掩模版完美贴合，从而保证光刻的精度。

进一步地，所述的二维材料转移台包括样品移动台、X、Y、Z三轴位移台、载玻片夹持装置及其水平调节装置。X、Y轴位移台用于移动样品，Z轴位移台用于调节样品与衬底之间的距离，载玻片水平调节装置是为了确保载玻片与衬底在同一水平面，以提高材料转移的成功率。

进一步地，所述的样品台顶部设置一个连着抽气泵且可绕竖直轴(Z轴)360°旋转的吸盘，结合显微成像装置可实现二维材料任意角度的定点堆叠转移，且旋转吸盘可加装加热器和温度传感器，以提高材料转移的成功率及烘烤光刻胶。

附图说明

图1为本实用新型一种兼具二维材料转移功能的光刻装置的整体立体结构示意图；

图2为本实用新型光刻机基座与所连接位移测量装置的立体结构示意图；

图3为本实用新型显微成像装置与紫光曝光装置的立体结构示意图；

图4为本实用新型显微成像装置的平面结构示意图；

图5为本实用新型可移动掩模台的立体结构示意图；

图6为本实用新型二维材料转移装置的立体结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实用新型提供一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，包括光刻机基座2、位移测量装置18或27、显微成像装置4、紫光光源6、快门7、载玻片夹持装置14、三轴位移台16、掩模台8、13、可绕竖直轴(Z轴)360°旋转的吸盘9以及X、Y、Z三轴移动位移台11。

其中，光刻机基座2包括X轴滑动平台与Y轴滑动平台，且可手动或电动控制，X轴滑动平台和Y轴滑动平台各连接着一个位移测量装置，位移测量装置可以是光栅尺18或旋转编码器27，位移测量装置可以准确记录X、Y两个方向的位移以及记录显微成像装置4与紫光光源6的相对位置，以便于能够对小尺寸衬底进行准确曝光。

底座上面是一块承接板3，作用是将显微成像装置与紫光曝光装置固定在底座之上，其中承接杆件5可以上下以及各个方向调节，这样便于调节显微镜、紫光光源以及快门的位置，使得它们处于最有利于实现高分辨率光刻的位置。

请参阅图4，其中，所述的显微成像装置包括适用于光刻胶的长通滤光片22、合适焦距的凸透镜21、25、可见光波段分束镜26、光刻胶不敏感的照明光源20(波长大于450nm)、工业相机24以及不同倍数的物镜23。照明光源先通过凸透镜聚焦变成平行光，然后利用长通滤光片滤除对光刻胶有反应的杂光，然后通过分束镜、物镜照射到掩模版或衬底上，然后适当地调节物距，最后反射回物镜、分束镜、凸透镜后进入工业相机成像。目的是准确地实施衬底上样品与掩模版的对准曝光。

其中，所述的紫光曝光装置6、7包括一个紫光光源，散热组件以及快门。紫光光源可以是激光器、LED或汞灯，散热组件可以是风冷或水冷。散热组件主要用于给紫光光源散热，防止紫光光源温度过高而影响正常工作。所述的紫光光源的光斑尺寸可以用凸透镜、扩束镜或空间滤波器进行调节，结合位移测量装置可实现对小尺寸衬底的精准曝光，所述的快门的开关用精密电子定时器来控制，通过准确控制快门开关的时长来控制所需光刻的曝光时长。

请参阅图5，其中，所述的掩模台包括支撑杆13，以及连接抽气泵的柔性吸盘8，掩模版通过这柔性吸盘8固定，整个固定装置可依情况移动，支撑杆可以上下移动，自由调节，将掩模版调节到最适宜的高度。

请参阅图5，其中，所述的样品移动位移台11可实现X、Y、Z三个方向的移动，移动位移台的顶部是吸盘9，通过孔洞19连接抽气泵，用于吸附放置在孔洞12上的衬底，并且吸盘可以绕竖直轴(Z轴)360°旋转，通过这样一个移动位移台装置来进行衬底与掩模版上图形的准确对准。

请参阅图6，其中，所述的二维材料转移装置包括样品移动台10、吸盘9、X、Y、Z三轴位移台16、载玻片夹持装置14及水平调节装置15、17，可实现二维材料任意角度的堆叠转移。样品移动台顶部的吸盘在吸附样品衬底的同时可任意角度的旋转，X、Y轴位移台用于移动样品，Z轴位移台用于调节样品与衬底之间的距离，载玻片水平调节装置是为了确保载玻片与衬底在同一水平面，以提高材料转移的成功率。

工作原理：用户使用时，首先利用二维材料转移装置将二维材料精确定点转移到衬底上，然后再对衬底进行光刻。先将待接收样品的衬底吸附在连着抽气泵的孔洞12上，载有样品的衬底放置在载玻片上并固定于载玻片夹持装置14，然后利用显微成像装置4及X、Y轴位移台11找到待转样品，利用载玻片水平调节装置15、17调节载玻片与衬底至同一水平面，利用可绕竖直轴(Z轴)360°旋转的吸盘9调整至所需的角度，然后缓慢下降Z轴位移台将载玻片与衬底贴合，最后缓慢上升Z轴将载玻片与衬底分离。样品转移成功后将转移好样品的衬底取下旋涂好光刻胶，且将载玻片夹持装置利用X轴位移台16移开，装上掩模版准备进行光刻。将掩模版固定在连接抽气泵的柔性吸盘8上，具体位置、高度可通过支撑杆13依具体情况灵活调整。然后将涂好光刻胶的衬底放置在样品移动位移台的吸盘9的中心孔洞12上，以便于更好地固定衬底，然后改变移动位移台的Z轴使得衬底与掩模版较为接近时停止移动，然后通过调节显微镜的物距使成像清晰，若衬底与掩模版上的图案没有对准，则可以调节移动位移台的X、Y轴以及水平旋转吸盘9，直到衬底与掩模版上的图案准确对准为止，然后根据位移测量装置记录的显微成像装置与紫光曝光装置的相对距离值将曝光装置通过旋钮1准确地移动到衬底正上方，最后通过精密电子定时器控制快门的开关时长，准确实施曝光。

需要说明的是，以上的仅为本新型实用的优选实施例，实施例并非用以限制本实用新型的保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，包括光刻机基座、样品移动位移台、显微成像光路装置、紫光曝光装置、掩模台、二维材料转移台；所述光刻机基座包括X轴滑动平台与Y轴滑动平台，且可手动或电动控制，X轴滑动平台和Y轴滑动平台各连接着一个位移测量装置，位移测量装置可以是光栅尺或旋转编码器；所述光刻机基座的顶面通过承接板固定连接有支撑杆件，所述支撑杆件固定安装有光刻机本体，所述光刻机本体底部一侧的表面固定安装有紫光曝光装置，另一侧固定安装有显微成像装置。

2.根据权利要求1所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，所述的样品移动位移台包括X、Y、Z三个方向，可手动或电动控制位移，也可加装滑轨便于装卸样品。

3.根据权利要求2所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，样品移动位移台的顶部设置一个连接着抽气泵的吸盘，所述吸盘可绕竖直轴360°旋转。

4.根据权利要求1所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，所述的显微成像装置包括适用于光刻胶的长通滤光片、合适焦距的凸透镜、可见光波段分束镜、光刻胶不敏感的照明光源、工业相机以及不同倍数的物镜；其中，凸透镜可用双胶合透镜、平凸透镜、双凸透镜或镜筒透镜，分束镜可用分光棱镜或分光平镜，照明光源可用LED或钨灯。

5.根据权利要求1所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，所述的紫光曝光装置包括一个紫光光源、散热组件以及快门，其中紫光光源可以是激光器、LED或汞灯，散热组件可以是风冷、水冷或半导体制冷，所述紫光光源还配置空间滤波器或扩束镜，对光束进行整形优化。

6.根据权利要求5所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，所述的曝光装置中紫光光源的光斑尺寸可用凸透镜、扩束镜或空间滤波器进行调节。

7.根据权利要求5所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，所述的紫光光源的功率可以由电压源、电流源或脉宽调制控制。

8.根据权利要求5所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，所述的快门的开关时长由电子定时器来控制。

9.根据权利要求1所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，所述的掩模台包括至少三根支撑杆，以及连接抽气泵的柔性吸盘，整个掩模台装置能够任意移动，同时每个柔性吸盘的高度都可以用各自的Z轴位移台进行独立调节，进而调节掩模版的水平度。

10.根据权利要求1所述的一种兼具二维材料转移功能的光刻装置，其特征在于，所述的二维材料转移台包括样品位移台、X、Y、Z三轴位移台、载玻片夹持装置及其水平调节装置，所述的样品位移台顶部设置一个连着抽气泵且可绕竖直轴360°旋转的吸盘，旋转吸盘可加装加热器和温度传感器。