CN108893709B

CN108893709B - 用于直写式真空蒸发的掩模-基片间距控制

Info

Publication number: CN108893709B
Application number: CN201810142660.1A
Authority: CN
Inventors: 张震; 柳铮; 闫鹏; 鲁帅帅
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2018-02-11
Filing date: 2018-02-11
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2038-02-11
Also published as: CN108893709A

Abstract

本发明公开了一种用于直写式真空蒸发***的掩模‑基片间距控制***。所述间距控制结构包括：基座；压电陶瓷Z轴移动平台，所述压电陶瓷Z轴移动平台位于基座下方中心部，与基座固接；掩模基座，所述掩模基座位于所述压电陶瓷移动平台的上方，与压电陶瓷移动平台样品台固接；样片基座，所述样片基座位于所述掩模基座的上方，不与所述掩模基座相接触；精密电容式位移传感器，所述精密电容式位移传感器位于所述样片基座的侧方，与所述样片基座固接。根据本发明实施例的间距控制直写式真空蒸发***具有结构紧凑、靶材粒子散射小、加工更精密、掩模片易更换、节约实验成本等优点。

Description

用于直写式真空蒸发***的掩模-基片间距控制***

技术领域

本发明涉及一种用于直写式真空蒸发***的掩模-基片间距控制***

背景技术

发明专利“一种直写式真空蒸发***及其方法”（专利号：WO2015100730A1）提出了一种直写式真空蒸发***，该发明在保持现有真空蒸发装置样品室结构的基础上，通过引入纳米移定位样品台和掩模机构，使得蒸发出的高纯度气相靶材转变为具有纳米尺度大小的气相靶材束流，直接沉积在衬底基片上，从而实现自由图样的制备。

现有的不包含移定位样品台的真空蒸发装置是直接将光刻胶贴合在样品基片上，从而实现加工出特定样品形状的功能，因此不会出现气态靶材束流散射等技术问题，但是对于添加了移定位样品台的真空蒸发装置，由于掩模与基片之间可能存在微米级的间隙。间隙问题可能导致的加工局限包括但不限于：

1、由于掩模孔尺度很小（＜1μm），与间隙的尺度相接近，极有可能导致靶材粒子散射的问题，造成加工制备的特征尺寸大于掩模孔特征尺寸；

2、由于掩模基座直接与基座固连，导致拆装不易，掩模更换困难。

为了解决上述靶材粒子散射、加工质量不可控、掩模更换困难等问题，本专利提出将压电陶瓷驱动Z轴移动平台应用于直写式真空蒸发***中，进行间距调节的方案，同时采用电容式位移传感器进行间隙测定，实现闭环控制，可大幅提升直写式真空蒸发的特征加工尺寸，并可大幅简化掩模更换的流程。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种带有掩模片-基片间距控制结构的直写式真空蒸发***。

根据本发明实施例的间隙控制结构包括：基座；压电陶瓷Z轴移动平台，所述压电陶瓷Z轴移动平台位于基座下方中心部，与基座固接；掩模基座，所述掩模基座位于所述压电陶瓷移动平台的上方，与压电陶瓷移动平台样品台固接；样片基座，所述样片基座位于所述掩模基座的上方，不与所述掩模基座相接触；精密电容式位移传感器，所述精密电容式位移传感器位于所述样片基座的侧方，与所述样片基座固接。

根据本发明实施例的间隙控制结构通过具有超高重复精度的压电陶瓷Z轴移动平台实现对掩模基座Z轴位置的微调，从而实现对间隙的调整。同时，利用精密电容式位移传感器对掩模片与样品基片之间的间隙进行测量，可以有效地利用测得间隙进行负反馈控制，从而实现对间隙的调整。

因此，根据本发明实施例的间隙控制结构具有靶材粒子散射小、加工更精密等优点。

另外，根据本发明上述实施例的间隙控制结构还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述压电陶瓷平台，具有极高重复精度。由此可以进一步提高间隙控制结构的精度，具有样品基片-掩模片间隙小（<1μm）的特点，极大地缩小靶材粒子的散射现象。

根据本发明的一个实施例，所述的掩模基座并未与所述载物平台直接固连，而是采用螺钉连接。而所述的精密电容式位移传感器与所述掩模基座相对，可以有效地消除所述螺钉装配带来的误差，防止掩模片与样品基片相撞受损。同时，在更换掩模片时，可以直接对所述掩模基座进行拆卸，避免了完全拆卸所述基座带来的巨大装配工作量。

因此，根据本发明实施例的间隙控制结构具有结构紧凑、掩模片易更换等特点。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的间隙控制结构的斜视结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的间隙控制结构的正视结构示意图；

图3是图1中1021零件的正视图；

附图标记：

间隙控制结构10。

基座101。

掩模部分102，压电陶瓷Z轴移动平台1021掩模基座1022。

样片部分103，样片基座1031，精密电容式位移传感器1032。

运动基座104，压电陶瓷1041，固定耳1042，载物台支架1043，载物平台1044,平行板簧1045。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的间隙控制结构10。如图1-图3所示，根据本发明实施例的间隙控制结构10包括基座101、掩模部分102，所述掩模部分102包括：压电陶瓷Z轴移动平台1021、掩模基座1022、样片部分103、所述样片部分103包括：样片基座1031、精密电容式位移传感器1032。

压电陶瓷Z轴移动平台1021位于所述基座101下方中心部，其运动基座104上表面与基座101下表面相连。

掩模基座1022位于所述压电陶瓷Z轴移动平台1021的上方，其下表面与所述压电陶瓷Z轴移动平台1021的载物平台1044上表面相连；

样片基座1031位于所述掩模基座1022的上方，不与所述掩模基座1022相接触。

精密电容式位移传感器1032位于所述样片基座1031的侧方，与所述样片基座1031固接，所述精密电容式位移传感器1032下表面与样品片处于同一表面。

参考图3，运动基座104包括：压电陶瓷1041、固定耳1042，载物台支架1043，载物平台1044,平行板簧1045。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的间隙控制结构10的工作过程。

首先在装配前，需要首先接通压电陶瓷Z轴移动平台1021的电源与控制器，检查固接在样片基座1031上的精密电容式位移传感器1032是否工作正常，开始装配。

有利地在装配过程中，首先将带有掩模片的掩模基座1022使用螺丝固定在位于真空腔内的压电陶瓷Z轴移动平台1021的载物平台1044上，然后将样片部分103缓慢***，而不是一体装配后***。

因此，根据本发明实施例的间隙控制结构10具有掩模易更换的优点

有利地，在***过程中精密式电容传感器1032实时返回样品基片与掩模片之间的距离，并通过控制***操控压电陶瓷Z轴移动平台1021下移避免掩模片与样品基片相撞受损。

因此，根据本发明实施例的间隙控制结构具有节约实验成本的优点。

其次，在真空蒸发直写过程中，压电陶瓷Z轴移动平台1021根据设定值进行距离跟随，期间利用精密电容式位移传感器1032测得的样片基座1031与掩模基座1022的距离进行闭环控制。

有利地，压电陶瓷Z轴移动平台1021的重复精度极高，因此掩模片与样品基片之间的间隙可以轻易地控制在1μm以下。

因此，根据本发明实施例的间隙控制结构10具有防止靶材粒子散射，提升直写加工精度的优点。

有利地，根据本发明实施例的压电陶瓷Z轴移动平台可以添加行程放大机构也可以不添加。均不影响装配。

因此，根据本发明实施例的间隙控制结构具有结构紧凑的优点

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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

Claims

1.一种用于直写式真空蒸发***的掩模-基片间距控制***，其特征在于，包括：

基座；

掩模部分，所述掩模部分包括：

压电陶瓷Z轴移动平台，所述压电陶瓷Z轴移动平台包括，运动基座，所述运动基座为所述压电陶瓷Z轴移动平台基座，位于所述基座下方，其上表面与所述基座下表面相连，其上部与载物平台相连，其下部与压电陶瓷相连；压电陶瓷，所述压电陶瓷用于提供所述压电陶瓷Z轴移动平台的驱动力，位于所述运动基座下方中心，其下半部分与所述运动基座相连，其上表面与所述载物平台下表面相连；载物平台，所述载物平台用于连接掩模基座，将所述压电陶瓷的驱动传递到掩模基座上，所述载物平台位于所述运动基座上部两支架中心，与所述运动基座通过两个平行板簧相连，与所述掩模基座通过螺丝相连；

掩模基座，所述掩模基座位于所述压电陶瓷Z轴移动平台的上方，其下表面与所述压电陶瓷Z轴移动平台载物平台上表面相连；

样片部分，所述样片部分包括：

样片基座，所述样片基座位于所述掩模基座的上方，不与所述掩模基座相接触，

精密电容式位移传感器，所述精密电容式位移传感器位于所述样片基座的侧方，与所述样片基座固接，所述精密电容式位移传感器下表面与样品片处于同一表面。

2.根据权利要求1所述的掩模-基片间距控制***，其特征在于，所述的精密电容式位移传感器的作用为非接触式实时测量样品片与掩模片之间的间隙；所述精密电容式位移传感器固定于所述样片基座的侧方传感器装配口处，下表面与样品片处于同一表面，与所述掩模基座上表面相对。

3.根据权利要求1所述的掩模-基片间距控制***，其特征在于，所述的掩模基座的上表面与掩模片上表面处于同一平面。

4.根据权利要求1所述的掩模-基片间距控制***，其特征在于，所述的样片基座在侧方具有传感器装配口，可将所述精密电容式位移传感器的探头直接***。

5.根据权利要求1所述的掩模-基片间距控制***，其特征在于，所述的掩模基座采用螺钉与所述压电陶瓷Z轴移动平台中包含的所述载物平台相连，其下表面与所述载物平台上表面相连。

6.根据权利要求1所述的掩模-基片间距控制***，其特征在于，所述的运动基座包括特征：固定耳，所述的固定耳将所述压电陶瓷Z轴移动平台固定在基座上；支架，所述支架用于支撑所述载物平台，与所述载物平台通过两个平行板簧相连；固定槽，所述固定槽用于固定所述压电陶瓷，与所述压电陶瓷通过螺钉固连。