一种用于铌隧道结制备的微加工系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种用于铌隧道结制备的微加工系统。

背景技术

约瑟夫森结具有宏观量子效应，在量子计算、灵敏探测、物理研究等多个领域有重要价值，至今仍是研究热门。随着现代科技的发展，对约瑟夫森结的研究也在趋于多样化、复杂化。研究者们结合新材料、新工艺，追求约瑟夫森结新结构、新性能。而超导体铌作为传统超导材料，具有较高临界温度，且有诸多成熟的微加工工艺可以沉积、刻蚀铌膜，这使得超导铌膜广泛地应用于各种约瑟夫森器件中，而制备铌隧道结是制备其他新型铌基异质约瑟夫森器件的基础。

在铌隧道结制备过程中，需要多次采用光刻工艺在衬底表面做出所需形状的光刻胶，再经过反应离子刻蚀工艺后，需要将衬底表面多余的光刻胶去掉，光刻胶的剥离方法是将衬底样品放入乙醇溶液中，在75℃的温度下进行加热，但乙醇在加热的条件下，会和环境中的氧反应生成水，水中H

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于铌隧道结制备的微加工系统，通过提供一种剥离衬底样品表面光刻胶的微加工装置和两种不同的加工流程，可以有效解决衬底样品表面沉积的Al膜被腐蚀的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于铌隧道结制备的微加工系统，包括底座、用于驱动密封盖板移动的升降机构、用于反应环境降温的散热机构、用于使衬底产生震动的震动机构和用于衬底固定的衬底固定机构，所述底座上端外侧设有外筒体，所述外筒体内部固定连接有内筒体，所述内筒体上侧设有密封盖，所述密封盖上端中部设有导向筒，所述导向筒前侧设有用于反应温度监测的温度传感器和用于反应环境中氧含量监测的氧传感器，且温度传感器和氧传感器对称安装在密封盖的上端，所述底座的上端中部安装有用于反应环境加热的电加热丝。

进一步的，所述升降机构包括第一电动伸缩杆、固定套筒和滑动套筒，第一电动伸缩杆驱动滑动套筒移动可以实现密封盖板的关闭与打开，所述第一电动伸缩杆的下端与固定套筒固定连接，所述第一电动伸缩杆的上端与滑动套筒固定连接，且滑动套筒在固定套筒的内部滑动，所述固定套筒下端与底座固定连接，所述滑动套筒上端前侧设有用于驱动衬底在内筒体内部上下移动的第二电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆的主轴贯穿安装在导向筒内部，且第二电动伸缩杆的主轴与导向筒滑动连接。

进一步的，所述散热机构包括散热筒、散热风机、用于驱动密封板转动的电机和用于散热筒与外筒体之间密封的密封板，所述散热筒设在外筒体的前端下侧，且散热筒为空心圆柱状设置，所述散热筒的上端安装有电机，所述电机的主轴末端与密封板固定连接，所述密封板设在散热筒的内部后侧，且与散热筒转动连接，所述散热风机安装在散热筒的内部前端。

进一步的，所述震动机构包括超声波发生器和换能器，所述超声波发生器与换能器电性连接，所述换能器与内筒体固定连接，且换能器环绕分布在内筒体的外侧。

进一步的，所述衬底固定机构包括真空泵、电磁控制阀、真空发生器和连接套筒，所述真空泵、电磁控制阀和真空发生器均安装在滑动套筒的上端，且通过导气管依次连接，所述真空发生器的输出端通过导管连接有分接头，所述分接头固定在连接套筒内部，所述连接套筒上端与第二电动伸缩杆的主轴末端相固定，所述分接头外侧通过气管连接有吸盘，所述分接头下侧设有固定盘，所述吸盘均匀安装在固定盘的上端。

进一步的，所述外筒体的上端设有用于密封盖与外筒体之间密封的圆环状的密封圈，所述外筒体的前端上部安装有内筒体内部空气排出的排气电磁阀，且排气电磁阀通过导管与内筒体连接。

进一步的，所述外筒体的左侧设有用于辅助气体储存的辅助气体储存罐，所述辅助气体储存罐通过导管连接有进气电磁阀，所述进气电磁阀的输出端与内筒体连接，所述内筒体呈倒圆台状设置，且在内筒体的底部设有用于反应溶液排出的排液阀。

进一步的，所述辅助气体储存罐内部存储有辅助气体，且辅助气体为氩气或为二氧化碳。

进一步的，当辅助气体储存罐内部存储的辅助气体为氩气时，该装置的使用步骤如下：

步骤一，将待处理的衬底放置在吸盘上端中心位置处，启动真空泵，在真空泵、电磁控制阀和真空发生器的共同作用下，使吸盘处产生吸力，将衬底吸附在吸盘的上端；

步骤二，向内筒体中将入适量乙醇溶液，启动第一电动伸缩杆，第一电动伸缩杆运行带动滑动套筒收缩进入固定套筒的内部，使密封盖压紧密封圈，打开进气电磁阀，使辅助气体储存罐储存的氩气进入到内筒体中，并同时打开排气电磁阀，使内筒体中的空气排出，通过氧传感器监测内筒体中氧气含量，当氧气含量下降至零时，关闭排气电磁阀，继续向内筒体中通入氩气一段时间后，再关闭进气电磁阀；

步骤三，启动电加热丝对内筒体进行加热，当温度传感器检测到内筒体内部温度上升至75℃时，启动第二电动伸缩杆，第二电动伸缩杆带动固定盘和吸盘下行，使衬底完全浸入乙醇溶液中，当内筒体内部温度高于75℃时，电机运行带动密封板转动，同时散热风机运行将热空气抽出，对内筒体进行散热，使内筒体内部温度保持在75℃左右；

步骤四，启动超声波发生器和换能器，并通过换能器使内筒体产生震动一段时间后，关闭超声波发生器和电加热丝，并开启排气电磁阀、排液阀和散热风机，待内筒体内部温度下降至25℃时，取出衬底，并将衬底放置在光学显微镜下观察光刻胶剥离状态，若存在未剥离的光刻胶，重复上述步骤直至光刻胶剥离完全。

当辅助气体储存罐内部存储的辅助气体为二氧化碳时，该装置的使用步骤如下：

步骤一，将待处理的衬底放置在吸盘上端中心位置处，启动真空泵，在真空泵、电磁控制阀和真空发生器的共同作用下，使吸盘处产生吸力，将衬底吸附在吸盘的上端；

步骤二，向内筒体中将入适量乙醇溶液，启动第一电动伸缩杆，第一电动伸缩杆运行带动滑动套筒收缩进入固定套筒的内部，使密封盖压紧密封圈，打开进气电磁阀，使辅助气体储存罐储存的二氧化碳气体进入到内筒体中，并同时打开排气电磁阀，使内筒体中的空气排出，通过氧传感器监测内筒体中氧气含量，当氧气含量下降至零时，关闭排气电磁阀和气电磁阀；

步骤三，启动电加热丝对内筒体进行加热，当温度传感器检测到内筒体内部温度上升至℃时，开启气电磁阀一段时间，使二氧化碳气体继续进入到内筒体中，启动第二电动伸缩杆，第二电动伸缩杆带动固定盘和吸盘下行，使衬底完全浸入乙醇溶液中，当内筒体内部温度高于75℃时，电机运行带动密封板转动，同时散热风机运行将热空气抽出，对内筒体进行散热，使内筒体内部温度保持在75℃左右；

步骤四，启动超声波发生器和换能器，并通过换能器使内筒体产生震动一段时间后，关闭超声波发生器和电加热丝，并开启排气电磁阀、排液阀和散热风机，待内筒体内部温度下降至25℃时，取出衬底，并将衬底放置在光学显微镜下观察光刻胶剥离状态，若存在未剥离的光刻胶，重复上述步骤直至光刻胶剥离完全。

与现有技术相比，本发明通过设有的温度传感器、散热机构和电加热丝，温度传感器可以时刻监测反应环境的温度值，并通过温度值的升降控制电加热丝和散热机构的运行，当反应温度较低时，电加热丝运行产生热量迅速升温，当反应温度较高时，电机运行带动密封板转动，同时散热风机运行将热空气抽出，对内筒体进行散热，从而使内筒体内部的反应环境温度维持在所需的75℃左右，便于光刻胶的剥离。

与现有技术相比，本发明通过设有的氧传感器和辅助气体储存罐，并根据辅助气体储存罐存储气体提供两种加工流程，当辅助气体储存罐内部存储的辅助气体为氩气时，采用先通气体后加热乙醇溶液的加工步骤，可以去除内筒体中的氧气，减少反应产物中水的含量，从而减少H

与现有技术相比，本发明通过设有的衬底固定机构，真空泵运行产生负压，在电磁控制阀和真空发生器的共同作用下，使吸盘处产生吸力，从而可以将衬底牢靠的吸附在吸盘的上端，便于衬底的移动和拿取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种用于铌隧道结制备的微加工系统的整体结构示意图。

图2为本发明一种用于铌隧道结制备的微加工系统的结构爆炸图。

图3为本发明一种用于铌隧道结制备的微加工系统的衬底固定机构示意图。

图中：1、底座；2、升降机构；201、第一电动伸缩杆；202、固定套筒；203、滑动套筒；204、第二电动伸缩杆；3、散热机构；301、散热筒；302、散热风机；303、电机；304、密封板；4、震动机构；401、超声波发生器；402、换能器；5、衬底固定机构；501、真空泵；502、电磁控制阀；503、真空发生器；504、连接套筒；505、分接头；506、吸盘；507、固定盘；6、外筒体；7、内筒体；8、密封盖；9、导向筒；10、温度传感器；11、氧传感器；12、电加热丝；13、密封圈；14、排气电磁阀；15、辅助气体储存罐；16、进气电磁阀；17、排液阀。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-3所示，一种用于铌隧道结制备的微加工系统，包括底座1、升降机构2、散热机构3、震动机构4和衬底固定机构5，其特征在于：底座1上端外侧设有外筒体6，外筒体6内部固定连接有内筒体7，内筒体7上侧设有密封盖8，密封盖8上端中部设有导向筒9，导向筒9前侧设有温度传感器10和氧传感器11，且温度传感器10和氧传感器11对称安装在密封盖8的上端，底座1的上端中部安装有电加热丝12。

外筒体6的左侧设有辅助气体储存罐15，辅助气体储存罐15通过导管连接有进气电磁阀16，进气电磁阀16的输出端与内筒体7连接，内筒体7呈倒圆台状设置，且在内筒体7的底部设有排液阀17。

辅助气体储存罐15内部存储有辅助气体，且辅助气体为氩气或为二氧化碳。

通过采用上述技术方案：当辅助气体储存罐15内部存储的辅助气体为氩气时，采用先通气体后加热乙醇溶液的加工步骤，由于衬底样品在进行反应离子刻蚀步骤中引入了F

6F

（AlF

当衬底样品与在乙醇溶液中加热时，乙醇溶液与氧气的反应物中有水的生成，溶液中水电离出的OH

实施例2

如图1-3所示，一种用于铌隧道结制备的微加工系统，包括底座1、升降机构2、散热机构3、震动机构4和衬底固定机构5，其特征在于：底座1上端外侧设有外筒体6，外筒体6内部固定连接有内筒体7，内筒体7上侧设有密封盖8，密封盖8上端中部设有导向筒9，导向筒9前侧设有温度传感器10和氧传感器11，且温度传感器10和氧传感器11对称安装在密封盖8的上端，底座1的上端中部安装有电加热丝12。

外筒体6的左侧设有辅助气体储存罐15，辅助气体储存罐15通过导管连接有进气电磁阀16，进气电磁阀16的输出端与内筒体7连接，内筒体7呈倒圆台状设置，且在内筒体7的底部设有排液阀17。

辅助气体储存罐15内部存储有辅助气体，且辅助气体为氩气或为二氧化碳。

通过采用上述技术方案：当辅助气体储存罐15内部存储的辅助气体为二氧化碳气体时，采用先通气后加热乙醇溶液，然后再通入二氧化碳气体的加工步骤，由于衬底样品在进行反应离子刻蚀步骤中引入了F

6F

（AlF

首先向乙醇溶液中通入二氧化碳气体，一是可以将反应环境中的氧气去除，同时二氧化碳气体可以与乙醇溶液中少量的水发生如下反应：

CO

在1-3反应中生成的H

需要说明的是，本发明为一种用于铌隧道结制备的微加工系统，在使用时，当辅助气体储存罐15内部存储的辅助气体为氩气时，该装置的使用步骤如下：

将待处理的衬底放置在吸盘506上端中心位置处，启动真空泵501，在真空泵501、电磁控制阀502和真空发生器503的共同作用下，使吸盘506处产生吸力，将衬底吸附在吸盘506的上端，向内筒体7中将入适量乙醇溶液，启动第一电动伸缩杆201，第一电动伸缩杆201运行带动滑动套筒203收缩进入固定套筒202的内部，使密封盖8压紧密封圈13，打开进气电磁阀16，使辅助气体储存罐15储存的氩气进入到内筒体7中，并同时打开排气电磁阀14，使内筒体7中的空气排出，通过氧传感器11监测内筒体7中氧气含量，当氧气含量下降至零时，关闭排气电磁阀14，继续向内筒体7中通入氩气一段时间后，再关闭进气电磁阀16，启动电加热丝12对内筒体7进行加热，当温度传感器10检测到内筒体7内部温度上升至75℃时，启动第二电动伸缩杆204，第二电动伸缩杆204带动固定盘507和吸盘506下行，使衬底完全浸入乙醇溶液中，当内筒体7内部温度高于75℃时，电机303运行带动密封板304转动，同时散热风机302运行将热空气抽出，对内筒体7进行散热，使内筒体7内部温度保持在75℃左右，启动超声波发生器401和换能器402，并通过换能器402使内筒体7产生震动一段时间后，关闭超声波发生器401和电加热丝12，并开启排气电磁阀14、排液阀17和散热风机302，待内筒体7内部温度下降至25℃时，取出衬底，并将衬底放置在光学显微镜下观察光刻胶剥离状态，若存在未剥离的光刻胶，重复上述步骤直至光刻胶剥离完全。

当辅助气体储存罐14内部存储的辅助气体为二氧化碳时，该装置的使用步骤如下：

将待处理的衬底放置在吸盘506上端中心位置处，启动真空泵501，在真空泵501、电磁控制阀502和真空发生器503的共同作用下，使吸盘506处产生吸力，将衬底吸附在吸盘506的上端，向内筒体7中将入适量乙醇溶液，启动第一电动伸缩杆201，第一电动伸缩杆201运行带动滑动套筒203收缩进入固定套筒202的内部，使密封盖8压紧密封圈13，打开进气电磁阀16，使辅助气体储存罐15储存的二氧化碳气体进入到内筒体7中，并同时打开排气电磁阀14，使内筒体7中的空气排出，通过氧传感器11监测内筒体7中氧气含量，当氧气含量下降至零时，关闭排气电磁阀14和气电磁阀16，启动电加热丝12对内筒体7进行加热，当温度传感器10检测到内筒体7内部温度上升至75℃时，开启气电磁阀16一段时间，使二氧化碳气体继续进入到内筒体7中，启动第二电动伸缩杆204，第二电动伸缩杆204带动固定盘507和吸盘506下行，使衬底完全浸入乙醇溶液中，当内筒体7内部温度高于75℃时，电机303运行带动密封板304转动，同时散热风机302运行将热空气抽出，对内筒体7进行散热，使内筒体7内部温度保持在75℃左右，启动超声波发生器401和换能器402，并通过换能器402使内筒体7产生震动一段时间后，关闭超声波发生器401和电加热丝12，并开启排气电磁阀14、排液阀17和散热风机302，待内筒体7内部温度下降至25℃时，取出衬底，并将衬底放置在光学显微镜下观察光刻胶剥离状态，若存在未剥离的光刻胶，重复上述步骤直至光刻胶剥离完全。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。