本發(fā)明涉及接觸式局域SP光刻直寫(xiě)的領(lǐng)域，具體提出一種抑制偏轉(zhuǎn)角度的自適應(yīng)彈性鉸鏈的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體特征尺寸提出越來(lái)越高的要求。光刻技術(shù)作為制造半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵技術(shù)之一，光刻分辨率制約著半導(dǎo)體器件的特征尺寸及其性能，而傳統(tǒng)光刻技術(shù)的分辨率受到光學(xué)衍射條件的限制。為了突破光學(xué)衍射極限，人們找到了一種新的光刻技術(shù)，即局域表面等離子體共振(LSPR)接觸光刻。

傳統(tǒng)的光刻方法都是基于掩模板進(jìn)行光刻的，掩模板的制作工藝復(fù)雜、費(fèi)時(shí)、成本高昂，且其另一個(gè)明顯的缺點(diǎn)就是光刻圖形受到掩模板圖案的限制，只能得到特定的光刻圖形。相比傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，局域表面等離子體共振(LSPR)接觸光刻具有很高的靈活性，能夠進(jìn)行任意圖形的可寫(xiě)，而且可以控制曝光時(shí)間進(jìn)行三維圖形的刻寫(xiě)。

在局域表面等離子體共振(LSPR)接觸光刻中，刻寫(xiě)模式是光刻直寫(xiě)頭探針與光刻膠直接進(jìn)行接觸，通過(guò)探針在光刻膠上的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圖形的刻寫(xiě)。探針的工作模式有兩種，第一種工作模式為接近模式，探針工作于該模式的前提條件是保證探針與光刻膠表面的平行度，然后探針從遠(yuǎn)離光刻膠表面的位置逐漸向光刻膠靠近；第二種是掃描刻寫(xiě)模式，該模式下探針通光，通過(guò)探針和光刻膠的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)圖形的刻寫(xiě)。

在這兩種工作模式下，探針在工作過(guò)程中由于光刻膠面施加的力會(huì)使探針的力學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化而導(dǎo)致其姿態(tài)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)探針工作于接近模式下，探針尖部面與光刻膠間存在一定壓強(qiáng)。為了保證正常的光刻，需滿(mǎn)足：光刻膠承受的壓強(qiáng)不能過(guò)大，掃描過(guò)程中偏角不能過(guò)大，且偏角能處于一個(gè)穩(wěn)定值，跳動(dòng)量不易過(guò)大。因此對(duì)探針的懸持機(jī)構(gòu)提出了較高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為保證在局域等離子體共振(LSPR)接觸光刻中探針的力學(xué)狀態(tài)，提出一種抑制偏轉(zhuǎn)角度的自適應(yīng)彈性鉸鏈的設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明所采用的設(shè)計(jì)方法是：根據(jù)探針的工作模式，需要鉸鏈在探針不同方向的行進(jìn)下都能保持一個(gè)穩(wěn)定的角度，因此確定鉸鏈必須為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，確定為偶數(shù)臂。由于光刻膠表面所承受的壓強(qiáng)有限，臂的個(gè)數(shù)越多，會(huì)使臂長(zhǎng)減短，兩個(gè)臂強(qiáng)度不足，因而確定為四個(gè)臂。設(shè)計(jì)出兩種彈性鉸鏈結(jié)構(gòu)，一種是圓形直線型彈性臂鉸鏈，另一種是圓形圓弧形彈性臂鉸鏈，彈性臂連接內(nèi)外兩個(gè)圓環(huán)，外圓環(huán)用于圓形彈性鉸鏈與鉸鏈保持架的安裝，內(nèi)圓環(huán)則用于安裝光刻探頭。由于光刻膠表面所承受的壓強(qiáng)有限，彈性臂的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，彈性鉸鏈的垂直剛度越小，同樣的預(yù)壓量下，光刻膠表面承受的壓強(qiáng)也就越小，圓形圓弧形彈性臂鉸鏈相比圓形直線型彈性臂鉸鏈臂長(zhǎng)要長(zhǎng)很多，因而選用圓形圓弧形彈性臂鉸鏈。

材料的選擇，對(duì)比鉸鏈制作常用的金屬，選取鈹青銅作為鉸鏈的制作材料。鈹青銅是一種典型的時(shí)效強(qiáng)化型合金，經(jīng)過(guò)固溶和時(shí)效處理后，具有很高的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)還具備很強(qiáng)的彈性、耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，是彈簧和彈性元件的理想材料。

彈性鉸鏈的厚度、弧形彈性臂臂長(zhǎng)、臂寬和連接角都與圓弧彈性鉸鏈的垂直剛度和偏轉(zhuǎn)剛度相關(guān)，垂直剛度和偏轉(zhuǎn)剛度都直接影響鉸鏈的性能。因而為滿(mǎn)足光刻中的要求，需要確定彈性鉸鏈的厚度、弧形彈性臂臂長(zhǎng)、臂寬和連接角的大小。

用單一變量法，分別依次確定連接角的大小，彈性臂臂寬(彈性臂臂長(zhǎng)由臂寬決定)，鉸鏈的厚度。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)計(jì)思路明確，考慮因素全面，獲得的鉸鏈可以有效的抑制偏轉(zhuǎn)角，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中圓形圓弧形彈性臂鉸鏈的示意圖。

圖2為本發(fā)明中圓形直線型彈性臂鉸鏈的示意圖。

圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)中裝配有光刻探頭的圓形圓弧形彈性臂鉸鏈?zhǔn)疽鈭D。