[发明专利]一种柔性薄膜高均匀接触式对准曝光装置

说明书

本发明提供了一种柔性薄膜高均匀接触式对准曝光装置，包括腔体骨架、隔振底座、光学窗口、光掩膜版、柔性薄膜、六自由度平台、压圈支架、柔性压圈、升降机构、旋转机构、万向节、显微镜位移台和显微镜。腔体骨架和隔振底座连接构成真空腔体，六自由度平台和升降机构均与腔体骨架连接。光学窗口嵌于隔振底座对光掩膜版起支撑作用。柔性薄膜由薄膜支架支撑并与六自由度平台连接。压圈支架向上依次连接万向节、旋转机构和升降机构，向下连接柔性压圈。显微镜通过显微镜位移台与压圈支架连接。本发明降低传统接触式光刻机不均匀的空气间隙，提高曝光分辨率；减小传统真空贴附方法对薄膜造成的变形，提高对准套刻精度。

技术领域

本发明属于光学微细加工领域，具体涉及一种柔性薄膜高均匀接触式对准曝光装置。

背景技术

在柔性薄膜微纳结构光学元件的接触式曝光工艺中，由于柔性薄膜面形无法与光掩膜匹配，一般至少存在微米量级的面形误差，且误差量随口径逐步增大，造成基片与掩膜间的微米量级非均匀空气间隙，降低光刻分辨率。传统真空贴附的方法虽然可消除空气间隙，但是以柔性薄膜变形为代价无法满足套刻精度要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服传统技术柔性薄膜变形的问题，实现大口径高精度柔性薄膜微纳结构光学元件制作，本发明提供一种柔性薄膜高均匀接触式对准曝光装置。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种柔性薄膜高均匀接触式对准曝光装置，包括腔体骨架、隔振底座、光学窗口、光掩膜版、柔性薄膜、六自由度平台、压圈支架、柔性压圈、升降机构、旋转机构、万向节、显微镜位移台、显微镜。腔体骨架和隔振底座连接构成真空腔体，六自由度平台和升降机构均与腔体骨架连接。光学窗口嵌于隔振底座对光掩膜版起支撑作用。柔性薄膜由薄膜支架支撑并与六自由度平台连接。压圈支架向上依次连接万向节、旋转机构和升降机构，压圈支架向下连接柔性压圈。显微镜通过显微镜位移台与压圈支架连接。

进一步地，所述的腔体骨架为圆形或方形开口腔体，顶部外侧带吊钩通过吊车安放，材质为低漏率低放气率金属，如不锈钢和铝合金，底部边缘安装真空密封件。顶部开两个孔，一个为抽放气通道与真空系统连接，一个为线缆通道与控制系统连接。顶部内侧固定六自由度平台和升降机构。

进一步地，所述的隔振底座为带气浮支撑腿的镂空平板，平板材质为低漏率低放气率金属，如不锈钢和铝合金，平板尺寸略大于腔体骨架口径。镂空处密封镶嵌光学窗口，材质为紫外透过率高于80％的透明材料，如石英玻璃，表面面形误差PV小于5um。光学窗口上表面边缘粘贴定位销用于光掩膜版的粗定位。

进一步地，所述的光掩膜版为商用融石英材质掩膜，尺寸略小于光学窗口，表面面形误差PV小于5um，图形朝上包含掩膜定位标记用于纳米精度定位。背面平放于光学窗口上表面，边缘紧挨定位销，并利用掩膜固定件将其固定，避免横向滑移。

进一步地，所述的柔性薄膜为高分子聚合物薄膜，如聚酰亚胺薄膜。薄膜下表面带薄膜定位标记用于纳米精度定位。薄膜由薄膜支架支撑使其表面面形误差PV小于5um，薄膜尺寸略小于光掩膜版。薄膜支架为刚性支架，材料为低膨胀硬质合金，如殷钢，连接固定于六自由度平台的工作面，固定时只允许正向应力，不能有横向应力，因固定引起薄膜支架的横向变形量小于100nm。

进一步地，所述的六自由度平台为商用精密六自由度平台，平移运动Tx,Ty,Tz重复精度优于100nm，旋转运动Rx,Ry,Rz重复精度优于1urad，通光孔径大于等于柔性薄膜尺寸，负载大于等于薄膜支架重量，兼容真空环境。平台底面固定于腔体骨架顶部内侧，平台线缆通过线缆通道与控制系统连接。

进一步地，所述的压圈支架支撑柔性压圈，在升降机构和旋转机构的配合下实现升降和旋转。压圈支架材质为低膨胀硬质合金，如殷钢，支架上固定显微镜位移台可实现显微镜的径向移动，配合升降和旋转可帮助显微镜在全口径内三维移动定位，实现对薄膜定位标记的观测。