本發(fā)明涉及一種近場掃描光刻中掩膜與基底的對準(zhǔn)裝置，尤其涉及一種應(yīng)用于近場掃描光刻的高精度被動對準(zhǔn)的柔性臺。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)的對準(zhǔn)方法中，一般采用的是在掩膜版上輔助一些光電學(xué)或者動力學(xué)的傳感器，通過傳感器實時傳遞的信息來獲得掩膜與基底的對準(zhǔn)情況，并通過這些反饋的信息再主動的校準(zhǔn)掩膜或基底來達(dá)到比較理想的對準(zhǔn)要求。這其間操作繁瑣，成本較高，且有可能二次干擾，不利于高效、實時的校準(zhǔn)。另外，考慮到應(yīng)用在近場掃描光刻中的要求，有必要提供一種改進的用于光刻裝置的自動對準(zhǔn)技術(shù)。

在掃描光刻中，掃描天線的有效工作距離暫時沒能突破50nm，因此在光刻過程中需要保證緊密的接觸；掃描光刻的圖形線寬僅20-50nm，需要要求光刻頭在掃描過程中不能出現(xiàn)明顯的位移；掃描光刻裝置的基底仍然是光刻膠，需要盡可能減小接觸后產(chǎn)生的相對摩擦，減小摩擦對光刻膠表面帶來的損傷，影響光刻的最終質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于近場掃描光刻的高精度被動對準(zhǔn)的柔性臺。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明的應(yīng)用于近場掃描光刻的高精度被動對準(zhǔn)的柔性臺，包括上端臺面、下端臺面、基底，所述上端臺面與下端臺面之間通過雙正交柔性鉸鏈連接，掩膜通過真空吸附腔吸附在所述下端臺面上，再放置在所述基底上。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于近場掃描光刻的高精度被動對準(zhǔn)的柔性臺，運行過程中，一定的法向壓力從掩膜版與基底接觸面上給出，經(jīng)部件內(nèi)的各個鉸鏈分散傳遞，從而使得固定于下端臺面的掩膜與下部的基底實現(xiàn)動態(tài)的、被動的緊密接觸，有效地提高了光刻裝置的對準(zhǔn)效率，由于不存在過多的光電傳感器，可在不損失對準(zhǔn)精度的條件下最快速的實現(xiàn)被動校準(zhǔn)。

附圖說明

圖1a和圖1b分別為本發(fā)明實施例中通過柔性部件實現(xiàn)被動對齊功能的對齊前和對齊后的示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中正圓柔性鉸鏈?zhǔn)疽鈭D；

圖3為本發(fā)明實施例中的雙正交柔性鉸鏈?zhǔn)疽鈭D；

圖4為本發(fā)明實施例的應(yīng)用于近場掃描光刻的高精度被動對準(zhǔn)的柔性臺的整體示意圖；

圖5a為本發(fā)明實施例中網(wǎng)格化的柔性部件臺和真空吸附塊(單位：mm)；

圖5b為本發(fā)明實施例中外力施加于臺塊邊緣時的柔性部件的三維應(yīng)力形變(單位：nm)；

圖5c為本發(fā)明實施例中下端臺面沿x方向的位移(單位：nm)；

圖5d為本發(fā)明實施例中沿z軸方向的位移(單位：nm)。

圖中：

上端臺面①、雙正交柔性鉸鏈②、下端臺面③、真空吸附腔④、掩膜⑤、基底⑥。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明的應(yīng)用于近場掃描光刻的高精度被動對準(zhǔn)的柔性臺，其較佳的具體實施方式是：

包括上端臺面、下端臺面、基底，所述上端臺面與下端臺面之間通過雙正交柔性鉸鏈連接，掩膜通過真空吸附腔吸附在所述下端臺面上，再放置在所述基底上。

所述雙正交柔性鉸鏈包括兩個正交的正圓柔性鉸鏈。

所述上端臺面與下端臺面的四個角部之間分別通過雙正交柔性鉸鏈和部分單圓柱鉸鏈連接。

在現(xiàn)有掃描光刻技術(shù)中，保證掩膜版和基底的對準(zhǔn)是重中之重。設(shè)計時需保證光刻頭的轉(zhuǎn)動中心一直處于掩膜版的中心，防止在被動對準(zhǔn)過程中掩膜版的位置與基底產(chǎn)生相對位移。

如圖1a、圖1b所示，本發(fā)明的應(yīng)用于近場掃描光刻的高精度被動對準(zhǔn)的柔性臺，通過部件較小的扭轉(zhuǎn)剛力，允許掩膜在較小的法向施壓后可自行微調(diào)，實現(xiàn)掩膜版和基底的自動對準(zhǔn)和緊密接觸；通過部件較大的側(cè)向剛度，實現(xiàn)掩膜在整個對準(zhǔn)過程中的相對穩(wěn)定。

本發(fā)明具體實施中的設(shè)計要求：

(1)光刻頭在掃描過程應(yīng)盡量避免側(cè)向位移，尤其是由于對準(zhǔn)過程而引起的位移。上文提到掃描光刻過程中的線寬精度可以達(dá)到幾十納米量級，因此任何偏轉(zhuǎn)都會造成光刻頭在基底的摩擦，進而影響了光刻膠表面質(zhì)量。如果光刻頭設(shè)計成一個剛性固體結(jié)構(gòu)，那么光刻頭在偏轉(zhuǎn)0.0005弧度(距中心10mm)，也將會造成5um的偏移量，這將嚴(yán)重影響光刻質(zhì)量。

(2)在掃描過程中，該裝置能實現(xiàn)被動的對準(zhǔn)功能。由于光刻天線的有效工作距離小于50nm,因此在接觸時需要有一定的補償非對準(zhǔn)的能力。本方案中使用結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的形變，有效彌補了這一非對準(zhǔn)的失調(diào)量。

本發(fā)明主要由上端臺面、下端臺面及中間的鉸鏈銜接構(gòu)成，每個鉸鏈部分又由兩個正交的正圓柔性鉸鏈組成。運行過程中，一定的法向壓力從掩膜版、基底接觸面上給出，經(jīng)部件內(nèi)的各個鉸鏈分散傳遞，從而使得固定于下端臺面的掩膜與下部的基底實現(xiàn)動態(tài)的、被動的緊密接觸。

因每個圓形鉸鏈有一個自由度，兩個正交銜接的圓形鉸鏈就可以使得整個臺面在一個平面上(分別沿著兩個鉸鏈軸)做平面被動校準(zhǔn)，以保持固定于下表面掩膜與基底的緊密接觸；而在垂直于兩個鉸鏈軸的方向，由于鉸鏈較大的側(cè)向剛度，則可以保持下表面掩膜與基底之間不會因鉸鏈部件扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生較大相對位移，實現(xiàn)掩膜在整個掃描過程中的穩(wěn)定。

本發(fā)明相對于一般的用于近場光刻的機械接觸部件有著如下顯著的優(yōu)點：

(1)鉸鏈內(nèi)較小的扭轉(zhuǎn)剛力，允許掩膜在較小的法向壓力下微調(diào)，方便掩膜版和基底的緊密接觸和對準(zhǔn)；

(2)鉸鏈內(nèi)較大側(cè)向剛度，保持掩膜在整個掃描過程中的穩(wěn)定，不會與接觸基底間產(chǎn)生太大的相對位移。

以上兩點均保證了本發(fā)明柔性部件對緊密接觸和自動校準(zhǔn)的可行性，并且，其被動的校準(zhǔn)方式也讓其有優(yōu)秀的抗外部干擾能力。

與現(xiàn)有的其它技術(shù)相比，本發(fā)明有效地提高了光刻裝置的對準(zhǔn)效率，由于不存在過多的光電傳感器，可在不損失對準(zhǔn)精度的條件下最快速的實現(xiàn)被動校準(zhǔn)。

如圖2所示，繞z軸，鉸鏈內(nèi)有著較小的扭轉(zhuǎn)剛力；而繞y軸，鉸鏈內(nèi)則有著極大地側(cè)向剛度。

圖2表征決定鉸鏈的彈性剛度系數(shù)k＝m2/α2，mz表征繞z軸產(chǎn)生的力矩，α2是旋轉(zhuǎn)角。

為保證正常負(fù)載下產(chǎn)生的必要位移，這個扭轉(zhuǎn)剛度應(yīng)該盡可能小。

如圖3所示，這兩層圓形鉸鏈的寬度b分別為22mm和42mm。

剛度系數(shù)可由經(jīng)驗公式(schotborgh’s公式)給出：

圖3中，圓形鉸鏈半徑r和厚度t分別取值1.5mm和0.4mm。

在外力f作用下,各個鏈接處的旋轉(zhuǎn)由式決定，其中doff是掩膜與基底傾斜接觸產(chǎn)生的橫向位移。

如圖4所示，為各部件工作時應(yīng)該是緊密接觸的，為了直觀效果，特意將其畫的分離；工作時，柔性部件下端面③和真空吸附腔④是固定一體的，而和掩膜⑤則通過抽真空與真空吸附腔④下端固定。

如圖5a、圖5b、圖5c、圖5d所示，是柔性部件被動緊密校準(zhǔn)有限元方法(fea)模擬示意圖。

用于模擬外力作用下的非理想重合時掩膜版產(chǎn)生的位移。

具體實施例：

圖3是改進的、適用于光刻對準(zhǔn)中的雙鉸鏈部件結(jié)構(gòu)，借由經(jīng)驗的schotborgh’s公式可選取合適的圓行鉸鏈寬度b，曲率r和厚度t，以滿足剛度要求。

在圖4所示實施例中，整個柔性部件由上端臺面①、雙正交柔性鉸鏈②、下端臺面③及其他連接桿構(gòu)成，當(dāng)有負(fù)載壓力從下端臺面③施加時，經(jīng)由各個改進的柔性鉸鏈②及連接桿傳遞、分散③上；掩膜⑤通過真空吸附腔④吸附在柔性部件的下端臺面③上。

圖1a所示實施例中，一開始放置時，掩膜⑤與基底⑥之間并未達(dá)到理想的緊密接觸；當(dāng)外部負(fù)載壓力通過整個柔性部件向柔性部件內(nèi)部傳遞、分散，最終實現(xiàn)掩膜⑤與基底⑥之間的緊密接觸，如圖1b所示。

圖5a至圖5d所示實施例中，為了模擬最初未對準(zhǔn)情形下的非理想重合，圖5a一個4n大小的外力用于掩膜版的邊緣，并用有限元分析方法模擬應(yīng)變下的形變(圖5b)，結(jié)果顯示在x和z方向上，掩膜版產(chǎn)生的位移都小于5nm，如圖5c、圖5d所示，這已經(jīng)可以滿足近場光刻緊密對準(zhǔn)的要求。相關(guān)的近場光刻實驗中，整個系統(tǒng)也工作良好，驗證了仿真的正確性，也證實了整個部件設(shè)計的可行性。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。