CN105057163A - 利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置及匀胶方法 - Google Patents

Abstract

利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置及匀胶方法，涉及全息光栅制作领域，解决了现有匀胶方法存在的耗时长、成本高、制备光刻胶膜可靠性差、光刻胶膜不均匀、难以制备较厚光刻胶膜的问题。该装置包括电机、基底真空吸盘、第二真空泵调节开关、光刻胶滴管、风淋背板、风淋腔室、气泵组、显示屏、急停按钮、触屏控制面板、真空泵、残液槽、风速调节开关、第一真空泵调节开关、轴承支撑结构、控制面板、光刻胶喷头、黄色荧光光源、残液收集装置。利用真空泵的真空吸附力使全息光栅基底固定在基底真空吸盘中心，利用气泵组的压缩空气完成匀胶工艺。本发明通过气流控制光刻胶蒸发速率来控制光刻胶膜厚度，可靠性高，耗时短，成本低。

Description

利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置及匀胶方法

技术领域

本发明涉及全息光栅制作技术领域，具体涉及一种利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置及匀胶方法。

背景技术

光致刻蚀法作为一种重要的精细加工技术，在光储存、微电子、微光机电和全息光栅等领域有着广泛的应用。实施光致刻蚀的第一个工艺步骤就是光致刻蚀剂(简称光刻胶)的涂覆，也称匀胶工艺，他关系到整个工艺流程的成败，因此备受相关领域技术人员的重视。匀胶工艺最关键是要控制好光刻胶膜的厚度及其均匀性。如果用在制作全息光栅掩模，光刻胶膜的厚度直接影响最终制得光栅的衍射效率；若是用作离子束刻蚀掩模，则直接影响最终制得光栅的闪耀角。

目前，常用的匀胶方法是离心式涂覆法(简称旋涂法)，而旋涂法对于制备较厚的光刻胶膜比较困难。目前的旋涂法通过两个手段制备较厚光刻胶膜：一是降低匀胶速度，减小离心力提高光刻胶膜厚度，通过降低匀胶速度制备的较厚光刻胶膜由于匀胶过程中离心力过小，导致光刻胶膜不均匀，表面存在缺陷，无法在全息光栅制作领域应用，另外匀胶速度并不能无限降低。二是采用溶胶凝胶法多次滴胶以提高光刻胶膜厚度，通过多次滴胶、多次凝胶溶胶的方式提高光刻胶膜厚度，滴胶过程需要使用胶头滴管等工具吸取少许光刻胶并滴出少许到光栅基底上，滴胶过程看似简单，实际需要一定经验，并且在制备大批量较厚光刻胶膜时需要耗费大量时间进行几百上千次滴胶，且此方法对滴胶位置要求严格，耗费大量人工和时间，并且多次滴胶、多次凝胶会导致光刻胶膜厚度不均匀。另外，此方法耗时长，使光栅基底长时间暴露在空气中，大大降低了制备光刻胶膜的洁净度。

发明内容

为了解决现有的匀胶方法存在的耗时长、成本高、制备光刻胶膜可靠性差、光刻胶膜不均匀、难以制备较厚光刻胶膜的问题，本发明提供一种利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置及匀胶方法。本发明可以在较短的时间内通过改变气流流速控制光刻胶膜厚度来制备较厚的均匀光刻胶膜。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置，包括：

风淋腔室；

固定在风淋腔室外部的控制面板；

内置在控制面板中且安装有匀胶程序的计算机；

固定在控制面板上且与计算机电连接的触屏控制面板；

与计算机电连接的电机，所述电机的输出轴为中空，所述电机的输出轴伸入风淋腔室内部且通过轴承支撑结构固定，通过触屏控制面板控制电机的运转；

与电机的输出轴上端固连的基底真空吸盘，所述基底真空吸盘用于放置全息光栅基底，通过电机带动基底真空吸盘旋转；

通过管道与电机的输出轴相连且与计算机电连接的真空泵，通过触屏控制面板控制真空泵的运转；

安装在电机的输出轴与真空泵之间的管道上的第一真空泵调节开关，打开第一真空泵调节开关，利用真空泵提供的真空吸附力使全息光栅基底固定在基底真空吸盘中心；

设置在风淋腔室内部的风淋背板；

通过管道与风淋背板相连且与计算机电连接的气泵组，通过触屏控制面板控制气泵组的运转；

伸入风淋腔室内部的光刻胶滴管和安装在光刻胶滴管下端的光刻胶喷头；

设置在风淋腔室内部且固定在基底真空吸盘下端的残液槽，所述残液槽与真空泵通过管道相连，用于收集光刻胶残液；

安装在残液槽与真空泵之间的管道上的残液收集装置和第二真空泵调节开关，打开第二真空泵调节开关，所述残液槽中的光刻胶残液在真空泵的真空吸附力作用下收集至残液收集装置。

进一步的，还包括：安装在风淋腔室内部上端的黄色荧光光源，用于为风淋腔室提供光源，同时不使光刻胶产生光化学反应。

进一步的，所述风淋背板与气泵组之间的连接处安装有空气过滤网，防止污染。

进一步的，还包括：固定在控制面板上且与计算机电连接的显示屏，用于显示电机的转速、气泵组的风速和真空泵的真空吸附力。

进一步的，还包括：固定在控制面板上且与计算机电连接的急停按钮，用于切断电机的电源，避免发生事故。

进一步的，所述风淋背板与气泵组之间的管道上安装有风速调节开关，用于控制气泵组的风速输出。

本发明的利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶方法，包括以下步骤：

步骤一、将预处理后的全息光栅基底放置在基底真空吸盘中心，通过触屏控制面板开启真空泵，打开第一真空泵调节开关，关闭第二真空泵调节开关，真空泵提供真空吸附力使基底真空吸盘吸住全息光栅基底；

步骤二、通过光刻胶滴管将光刻胶经由光刻胶喷头滴加在被吸附于基底真空吸盘中心的全息光栅基底表面，同时通过触屏控制面板开启电机，基底真空吸盘在电机带动下以500/rpm～1000/rpm的转速匀速旋转，使光刻胶布满整个全息光栅基底表面；

步骤三、打开风速调节开关，通过触屏控制面板开启气泵组，使气泵组输出的压缩空气通过风淋背板和空气过滤网作用于基底真空吸盘与全息光栅基底，气泵组的风速为0.2m/s～0.6m/s，同时基底真空吸盘在电机带动下开始加速到1000/rpm～3500/rpm并保持此转速匀速旋转，完成匀胶工艺；

步骤四、匀胶工艺完成后通过触屏控制面板控制电机减速至停止，关闭第一真空泵调节开关后取出全息光栅基底，打开第二真空泵调节开关，残液槽中的光刻胶残液在真空泵的真空吸附力作用下收集至残液收集装置，全息光栅基底进行烘干处理后封装备用。

进一步的，所述气泵组的风速优选为0.4m/s和0.6m/s。

进一步的，根据工艺需要通过控制触屏控制面板设定计算机中的匀胶程序，即设定电机的转速、气泵组的风速、真空泵的真空吸附力，完成匀胶工艺。

本发明的有益效果是：本发明通过气流控制光刻胶蒸发速率来控制光刻胶膜厚度，在匀胶过程中强化蒸发机制，使光刻胶浓度发生变化，与离心机制共同产生作用，使光刻胶膜厚度均匀平坦，并易于制作较厚光刻胶膜，所制得的光刻胶膜可靠性高；同时由于风淋使得风淋腔室内一直处于正压，易于保持风淋腔室洁净度。本发明方法耗时短，成本低，简化了人工步骤，具有重要的应用价值。

附图说明

图1为本发明的利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置的结构示意图。

图2为本发明的利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶方法的工艺流程图。

图3为本发明中三种不同风速下的匀胶转速与光刻胶厚度之间的曲线关系示意图。

图中：1、电机，2、输出轴，3、基底真空吸盘，4、第二真空泵调节开关，5、光刻胶滴管，6、风淋背板，7、风淋腔室，8、气泵组，9、显示屏，10、急停按钮，11、触屏控制面板，12、真空泵，13、残液槽，14、风速调节开关，15、第一真空泵调节开关，16、轴承支撑结构，17、控制面板，18、光刻胶喷头，19、全息光栅基底，20、黄色荧光光源，21、残液收集装置。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置，主要包括电机1、基底真空吸盘3、第二真空泵调节开关4、光刻胶滴管5、风淋背板6、风淋腔室7、气泵组8、显示屏9、急停按钮10、触屏控制面板11、真空泵12、残液槽13、风速调节开关14、第一真空泵调节开关15、轴承支撑结构16、控制面板17、光刻胶喷头18、黄色荧光光源20、残液收集装置21。

显示屏9、急停按钮10和触屏控制面板11由上到下依次设置在控制面板17上，控制面板17内置有计算机(在图中未有显示)，计算机中安装有匀胶程序，显示屏9、急停按钮10和触屏控制面板11均与计算机电连接，显示屏9用于显示电机1的转速、气泵组8的风速、真空泵12的真空吸附力，急停按钮10用于紧急状况下使用，按下急停按钮10可以切断电机1的电源，使电机1停止运转，避免发生事故。根据工艺需要通过控制触屏控制面板11可以设定计算机中的匀胶程序，完成匀胶工艺。控制面板17整体安装在风淋腔室7外部前端，方便操作。所说的匀胶程序指的是设定电机1的转速、气泵组8的风速、真空泵12的真空吸附力等数值，以完成后续的匀胶工艺。

轴承支撑结构16安装在风淋腔室7内部底端，电机1的输出轴2的上半端伸入风淋腔室7内部，并且电机1的输出轴2的中间部分通过轴承支撑结构16与风淋腔室7内部底端固定相连；基底真空吸盘3位于风淋腔室7内部下端，并且基底真空吸盘3与电机1的输出轴2的上端固定相连，全息光栅基底19放置于基底真空吸盘3的中心。电机1与控制面板17中内置的计算机电连接，通过触屏控制面板11控制计算机中的匀胶程序控制电机1的开启和关闭，同时调节电机1的转速大小，通过电机1可以带动基底真空吸盘3旋转。

电机1的输出轴2为中空的，真空泵12通过管道与电机1的输出轴2相连，真空泵12通过管道和电机1的输出轴2可以直接作用于基底真空吸盘3，真空泵12与电机1的输出轴2之间的管道上还安装有第一真空泵调节开关15，真空泵12与控制面板17中内置的计算机电连接，通过触屏控制面板11控制计算机中的匀胶程序控制真空泵12的开启和关闭，同时调节真空泵12提供的真空吸附力大小。打开第一真空泵调节开关15，通过真空泵12对基底真空吸盘3抽真空，利用真空泵12提供的真空吸附力使全息光栅基底19固定在基底真空吸盘3中心位置。

风淋腔室7内部设置有风淋背板6，风淋背板6与气泵组8通过管道相连，风淋背板6与气泵组8之间的连接处安装有空气过滤网，风淋背板6与气泵组8之间的管道上安装有风速调节开关14，气泵组8与控制面板17中内置的计算机电连接，通过触屏控制面板11控制计算机中的匀胶程序控制气泵组8的开启和关闭，同时调节气泵组8的风速大小。气泵组8与风淋背板6之间安装了空气过滤网，并且由于匀胶过程中基底真空吸盘3与全息光栅基底19处于风淋背板6和真空泵12作用下，风淋腔室7内保持正压状态，外部污染物如灰尘很难进入风淋腔室7中。

风淋腔室7中设置有光刻胶滴管5、光刻胶喷头18和残液槽13，光刻胶喷头18安装在光刻胶滴管5下端且靠近全息光栅基底19，光刻胶滴管5用于储存光刻胶，光刻胶喷头18用于对全息光栅基底19滴加光刻胶，残液槽13安装在基底真空吸盘3下端，残液槽13用于收集飞溅的光刻胶残液。残液槽13与真空泵12通过管道相连，残液槽13与真空泵12之间的管道上还安装了残液收集装置21和第二真空泵调节开关4，打开第二真空泵调节开关4，残液槽13中的光刻胶残液在真空泵12的真空吸附力作用下收集至残液收集装置21。

风淋腔室7内部上端安装了黄色荧光光源20，在为风淋腔室7提供光源的同时不使光刻胶产生光化学反应。

如图1和图2所示，本发明的利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶方法，是基于上述的匀胶装置实现的，具体包括以下步骤：

(1)风淋腔室7内部上端安装黄色荧光光源20，在为风淋腔室7提供光源的同时不使光刻胶产生光化学反应；将预处理(清洗处理和前烘处理)后的全息光栅基底19放置在风淋腔室7中的基底真空吸盘3中心，通过控制面板17中的触屏控制面板11开启与基底真空吸盘3相连接的真空泵12，然后打开第一真空泵调节开关15，关闭第二真空泵调节开关4，真空泵12提供真空吸附力(真空吸附力大小根据匀胶工艺的需要进行设置，一般保证全息光栅基底19不会从基底真空吸盘3上掉下即可)使基底真空吸盘3吸住全息光栅基底19，然后通过触屏控制面板11设定匀胶程序，匀胶程序安装在控制面板17中内置的计算机中。

(2)通过光刻胶滴管5将光刻胶经由光刻胶喷头18滴加在被吸附于基底真空吸盘3中心的全息光栅基底19表面，同时通过控制面板17中的触屏控制面板11开启电机1，基底真空吸盘3在电机1带动下以500/rpm～1000/rpm的转速匀速旋转，使光刻胶布满整个全息光栅基底19表面。

(3)涂胶工艺完成后，根据上述设定的匀胶程序进行匀胶工艺，首先打开风速调节开关14，通过控制面板17中的触屏控制面板11开启气泵组8，使气泵组8输出的压缩空气通过风淋背板6和空气过滤网作用于基底真空吸盘3与全息光栅基底19，气泵组8的风速为0.2m/s～0.6m/s，同时基底真空吸盘3在电机1带动下开始加速到1000/rpm～3500/rpm并保持此转速匀速旋转，完成匀胶工艺。

(4)匀胶工艺完成后通过控制面板17中的触屏控制面板11控制电机1减速直至停止，关闭第一真空泵调节开关15后取出全息光栅基底19，打开第二真空泵调节开关4，残液槽13中的光刻胶残液在真空泵12的真空吸附力作用下收集至残液收集装置21，全息光栅基底19进行烘干处理，完成烘干后即可进行曝光等下一步工艺。

如图3所示，本发明中三种不同风速下的匀胶转速与光刻胶厚度之间的曲线关系，随着电机1转速的增大，光刻胶厚度逐渐减小，因此，可以得出结论，电机1的转速越大，光刻胶的厚度越厚。

本发明中，气泵组8与风淋背板6之间安装了空气过滤网；并且由于匀胶过程中基底真空吸盘3与全息光栅基底19处于风淋背板6和真空泵12作用下，风淋腔室7内保持正压状态，外部污染物如灰尘很难进入风淋腔室7中；另外光刻胶溶剂在匀胶过程中由于风淋的作用提前进行了溶剂挥发，省却了正常匀胶后的溶剂挥发过程，避免了取出全息光栅基底19和烘干过程中的全息光栅基底19表面污染，并节省了时间。

Claims (10)

1.利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置，其特征在于，包括：

风淋腔室(7)；

固定在风淋腔室(7)外部的控制面板(17)；

内置在控制面板(17)中且安装有匀胶程序的计算机；

固定在控制面板(17)上且与计算机电连接的触屏控制面板(11)；

与计算机电连接的电机(1)，所述电机(1)的输出轴(2)为中空，所述电机(1)的输出轴(2)伸入风淋腔室(7)内部且通过轴承支撑结构(16)固定，通过触屏控制面板(11)控制电机(1)的运转；

与电机(1)的输出轴(2)上端固连的基底真空吸盘(3)，所述基底真空吸盘(3)用于放置全息光栅基底(19)，通过电机(1)带动基底真空吸盘(3)旋转；

通过管道与电机(1)的输出轴(2)相连且与计算机电连接的真空泵(12)，通过触屏控制面板(11)控制真空泵(12)的运转；

安装在电机(1)的输出轴(2)与真空泵(12)之间的管道上的第一真空泵调节开关(15)，打开第一真空泵调节开关(15)，利用真空泵(12)提供的真空吸附力使全息光栅基底(19)固定在基底真空吸盘(3)中心；

设置在风淋腔室(7)内部的风淋背板(6)；

通过管道与风淋背板(6)相连且与计算机电连接的气泵组(8)，通过触屏控制面板(11)控制气泵组(8)的运转；

伸入风淋腔室(7)内部的光刻胶滴管(5)和安装在光刻胶滴管(5)下端的光刻胶喷头(18)；

设置在风淋腔室(7)内部且固定在基底真空吸盘(3)下端的残液槽(13)，所述残液槽(13)与真空泵(12)通过管道相连，用于收集光刻胶残液；

安装在残液槽(13)与真空泵(12)之间的管道上的残液收集装置(21)和第二真空泵调节开关(4)，打开第二真空泵调节开关(4)，所述残液槽(13)中的光刻胶残液在真空泵(12)的真空吸附力作用下收集至残液收集装置(21)。

2.根据权利要求1所述的匀胶装置，其特征在于，还包括：安装在风淋腔室(7)内部上端的黄色荧光光源(20)，用于为风淋腔室(7)提供光源，同时不使光刻胶产生光化学反应。

3.根据权利要求1所述的匀胶装置，其特征在于，所述风淋背板(6)与气泵组(8)之间的连接处安装有空气过滤网，防止污染。

4.根据权利要求1所述的匀胶装置，其特征在于，还包括：固定在控制面板(17)上且与计算机电连接的显示屏(9)，用于显示电机(1)的转速、气泵组(8)的风速和真空泵(12)的真空吸附力。

5.根据权利要求1所述的匀胶装置，其特征在于，还包括：固定在控制面板(17)上且与计算机电连接的急停按钮(10)，用于切断电机(1)的电源，避免发生事故。

6.根据权利要求1所述的匀胶装置，其特征在于，所述风淋背板(6)与气泵组(8)之间的管道上安装有风速调节开关(14)，用于控制气泵组(8)的风速输出。

7.如权利要求1所述的利用气流控制光刻胶膜厚度的匀胶装置的匀胶方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将预处理后的全息光栅基底(19)放置在基底真空吸盘(3)中心，通过触屏控制面板(11)开启真空泵(12)，打开第一真空泵调节开关(15)，关闭第二真空泵调节开关(4)，真空泵(12)提供真空吸附力使基底真空吸盘(3)吸住全息光栅基底(19)；

步骤二、通过光刻胶滴管(5)将光刻胶经由光刻胶喷头(18)滴加在被吸附于基底真空吸盘(3)中心的全息光栅基底(19)表面，同时通过触屏控制面板(11)开启电机(1)，基底真空吸盘(3)在电机(1)带动下以500/rpm～1000/rpm的转速匀速旋转，使光刻胶布满整个全息光栅基底(19)表面；

步骤三、打开风速调节开关(14)，通过触屏控制面板(11)开启气泵组(8)，使气泵组(8)输出的压缩空气通过风淋背板(6)和空气过滤网作用于基底真空吸盘(3)与全息光栅基底(19)，气泵组(8)的风速为0.2m/s～0.6m/s，同时基底真空吸盘(3)在电机(1)带动下开始加速到1000/rpm～3500/rpm并保持此转速匀速旋转，完成匀胶工艺；

步骤四、匀胶工艺完成后通过触屏控制面板(11)控制电机(1)减速至停止，关闭第一真空泵调节开关(15)后取出全息光栅基底(19)，打开第二真空泵调节开关(4)，残液槽(13)中的光刻胶残液在真空泵(12)的真空吸附力作用下收集至残液收集装置(21)，全息光栅基底(19)进行烘干处理后封装备用。

8.根据权利要求7所述的匀胶方法，其特征在于，步骤三中，所述气泵组(8)的风速为0.4m/s。

9.根据权利要求7所述的匀胶方法，其特征在于，步骤三中，所述气泵组(8)的风速为0.6m/s。

10.根据权利要求7所述的匀胶方法，其特征在于，根据工艺需要通过控制触屏控制面板(11)设定计算机中的匀胶程序，即设定电机(1)的转速、气泵组(8)的风速、真空泵(12)的真空吸附力，完成匀胶工艺。