CN102073225B - 一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统 - Google Patents

一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102073225B
CN102073225B CN201110038321A CN201110038321A CN102073225B CN 102073225 B CN102073225 B CN 102073225B CN 201110038321 A CN201110038321 A CN 201110038321A CN 201110038321 A CN201110038321 A CN 201110038321A CN 102073225 B CN102073225 B CN 102073225B
Authority
CN
China
Prior art keywords
writing head
straight writing
straight
rotating
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201110038321A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102073225A (zh
Inventor
邢卉
罗先刚
王长涛
冯沁
刘尧
赖之安
杨欢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN201110038321A priority Critical patent/CN102073225B/zh
Publication of CN102073225A publication Critical patent/CN102073225A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102073225B publication Critical patent/CN102073225B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统，属于直写光刻设备领域，(1)直写头调节装置可以进行纳米级Z向移动；(2)直写头调节装置可以进行0～90°转动；(3)基片台可以进行高速转动；(4)直写头悬臂具有一定弹性变形量；(5)直写头采用空气动力学原理设计结构，可以在基片台转动产生的气流作用下浮起基片表面。基片台高速转动时产生的气流可以实现直写头浮起基片表面几十纳米范围，保证光刻时两者距离处于近场倏逝波作用范围，突破衍射极限限制，实现高分辨力的光刻结果。

Description

一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统
技术领域
本发明属于光刻设备领域，可以实现在紫外光源下，进行高速扫描纳米直写光刻的功能。
背景技术
光刻技术在半导体、光电子、生物芯片等生产、科研领域具有广泛应用，其光刻分辨力也是影响这些领域发展的重要瓶颈。目前，纳米光刻的源头技术只要是激光直写光刻、电子束/离子束直写光刻。由于衍射极限限制，激光直写光刻分辨力只能达到亚微米量级，目前高分辨力的掩模制备主要通过电子束/离子束直写光刻。电子束/离子束直写光刻设备结构复杂，设备成本及维护成本很高，因此高分辨力掩模价格高昂，限制半导体、光电子、生物芯片等领域的发展。超分辨光刻技术是近几年发展起来的一种新型的光刻技术，它利用结构图形表面激发的倏逝波来对光刻胶进行感光的，由于倏逝波波长比照明光波长要短得多，所以能突破传统光刻存在衍射极限的问题，实现远小于波长的超分辨光刻分辨率。由于近场纳米聚焦需要保证聚焦器件与基片之间间隙为几十纳米，使得其间隙控制变得困难，精密调节时耗时长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对纳光子(纳米光斑近场聚焦)直写光刻，采用一种精密旋转定位调焦系统，解决直写头与基片无法主动调节间距至近场倏逝波作用范围的问题以及近场直写式光刻实现基片更换的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统包括：基片台1、基片6和直写头5；所述直写头调节装置包括Z向直写头调节装置2、直写头旋转轴3、直写头悬臂4；基片台1负责承载基片6，基片台1通过真空吸附使基片6固定在基片台1上方表面，保证基片台1高速旋转时基片6不会偏移或甩出；基片台1下方安装有基片台旋转轴21，旋转电机控制旋转轴21的高速转动，实现基片6与基片台1的高速旋转；直写头悬臂4一端连接直写头5，另一端安装在Z向位移调节装置2上，Z向位移调节装置2安装于直写头旋转轴3上，通过电机控制直写头旋转轴3的旋转，实现直写头5旋转范围0～90°。
所述直写头5采用空气动力学原理设计结构，其基底呈正方体形状，在基底上加工一字形和U形凸起结构以保证气流的流向，在U形开口处通过溅射沉积制备多层纳米膜近场聚焦结构以实现超衍射光斑聚焦，保证直写头5在气流作用下可以平稳浮起。
所述的基片台旋转轴21的高速转动，转速≤8000rpm，实现基片6与基片台1的高速旋转，转速≤8000rpm。
所述Z向直写头调节装置2实现范围15mm的调节范围，采用双频激光干涉仪6作为测量系统保证Z向直写头调节装置2定位精度≤20nm。
所述直写头悬臂4根据弹性力学设计结构，采用合金金属制备，直写头悬臂由上悬臂11与下悬臂12组成，下悬臂12与上悬臂11通过螺钉14旋紧固定，形状近似三角形，为了减轻重量中间加工镂空结构。
所述直写头5采用蓝宝石作为材料，该材料在紫外波段具有较高的透过率。
所述基片台1加工有三圈同心圆形凹槽，圆形凹槽通过十字形凹槽连接在一起，在十字凹槽的交点与三圈圆形凹槽的圆心重合，吸附气孔20加工在十字凹槽焦点处。
本发明与现有技术相比的优点如下：本发明的纳光子直写头精密旋转定位调焦系统可以将直写头、基片之间的距离控制在近场光作用范围，实现近场光刻；采用高速旋转工件台与直写头调节装置配合，可以实现高速直写式光刻。该光刻采用紫外光作为光源，利用近场光可以突破衍射极限的原理，是一种高效率、低成本的纳米级光刻技术，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的直写头的结构图；
图4为本发明的直写头悬臂的结构图；
图5为本发明的直写头调节装置的结构图；
图6为本发明的基片台的俯视结构图；
图7为本发明基片台的三维立体示意图。
图中：1为基片台，2为Z向直写头调节装置，3为直写头旋转轴，4为直写头悬臂，5为直写头，6为基片，7为紫外光照明区域，8为一字形凸起结构，9为U形凸起结构，10为多层纳米膜近场聚焦结构，11为直写头上悬臂，12为直写头下悬臂，13为悬臂连接件，14为紧固螺钉，15为Z向压电陶瓷驱动器，16为电磁线圈，17为驱动电路，18为转动限位件，19为通气凹槽，20为吸附气孔，21为基片台旋转轴。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明实施例由基片台1，Z向直写头调节装置2，直写头旋转轴3，直写头悬臂4，直写头5四个部分组成，可以精密控制直写头5与基片台1的位置，工作时保证基片与直写头5间距在近场光作用范围内。
如图1、6基片台1表面加工有气孔20及通气凹槽19结构，可以均匀吸附基片6，保证基片台1高速旋转时基片6不会偏移或甩出，基片台旋转轴21带动基片台1进行高速转动，转速≤8000rpm。基片台旋转轴21由电机控制实现速度连续可调的转动以保证基片工作时不同半径处线速度一致。基片台1转动跳动度要求在100nm内，具有很高的平稳性。
Z向直写头调节装置2负责实现Z向纳米移动，直写头旋转轴3负责实现绕Z轴的精密转动。Z向纳米移动通过压电陶瓷驱动器15控制的纳米移动台实现，采用双频激光干涉以作为测量反馈系统可以保证Z向直写头调节装置2实现≤20nm精确定位。绕Z轴的转动通过驱动电路17控制电磁线圈16，转动定位精度可以达到1”，最大转动量为90°，并设置转动限位件18保证转动范围。
直写头悬臂4负责支撑直写头5。直写头5工作时由于气流作用浮起，从而对直写头悬臂4产生力，直写头悬臂4发生形变，变形力又作用于直写头5使其与基片6间隙控制在18～40nm范围。Z向直写头调节装置2驱动直写头悬臂4进行精密转动，与基片台1转动配合，可以实现整个基片6的直写式光刻。
为了实现紫外光刻，采用蓝宝石材料进行直写头5加工。该材料对紫外光具有较高透过率，且质地坚硬不易磨损。
如图3所示，直写头4采用空气动力学原理设计结构，直写头4的基底呈正方体形状，在基底7上加工一字形凸起结构8和U形凸起结构9以保证气流的流向，在U形开口处通过溅射沉积制备多层纳米膜近场聚焦结构10以实现超衍射光斑聚焦，保证直写头5在气流作用下可以平稳浮起。
如图4所示，直写头悬臂3根据弹性力学设计结构，采用合金金属制备，直写头悬臂3由上悬臂11与下悬臂12组成，下悬臂12与上悬臂11通过悬臂连接件13和紧固螺钉14旋紧固定，形状近似三角形，为了减轻重量中间加工镂空结构。
如图5所示，直写头调节装置包括Z向位移调节装置2、直写头旋转轴3和直写头悬臂4，直写头悬臂4安装在Z向位移调节装置2上，Z向位移调节装置2由压电陶瓷驱动15，实现≤5nm的移动精度；Z向位移调节装置2安装于直写头旋转轴承3上，采用三相电机控制旋转臂的旋转，旋转范围0～90°。
如图6所示，基片台1加工有通气凹槽19，通气凹槽19由三圈同心圆形凹槽以及十字形凹槽组成，圆形凹槽通过十字形凹槽连接在一起，十字凹槽的交点与三圈圆形凹槽的圆心重合，吸附气孔20加工在十字凹槽焦点处。
如图7所示，基片台1按转在基片台旋转轴21上，通过旋转电机控制基片台旋转轴21的高速旋转，实现基片台1及基片6的高速转动。
本发明的整个工作过程：工作开始前，电磁线圈16控制直写头5及其悬臂4处于初始位置，改初始位置保证直写头5及其悬臂4不位于基片台1上空；工作开始后，将基片6放置在基片台1上，调节基片6位置，使两者的中心重合，基片台1通过吸附气孔20的真空吸附作用将基片6固定于基片台1上，电磁线圈16控制直写头悬臂4旋转90°，Z向压电陶瓷驱动器15驱动直写头悬臂4缓慢下降，直至直写头5与基片6间隙为10nm，直写头悬臂4停止下降；基片台1在旋转轴21的带动下高速旋转，旋转产生的气流使得直写头5向上浮起一定距离，保证工作时直写头5与基片台1的间隙在18nm～40nm。

Claims (7)

1.一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统，其特征在于：包括基片台（1）、基片（6）和直写头（5）；所述直写头调节装置包括Z向直写头调节装置（2）、直写头旋转轴（3）、直写头悬臂（4）；基片台（1）负责承载基片（6），基片台（1）通过真空吸附使基片（6）固定在基片台（1）上方表面，保证基片台（1）高速旋转时基片（6）不会偏移或甩出；基片台（1）下方安装有基片台旋转轴（21），旋转电机控制基片台旋转轴（21）的高速转动，实现基片（6）与基片台（1）的高速旋转；直写头悬臂（4）一端连接直写头（5），另一端安装在Z向直写头调节装置（2）上，Z向直写头调节装置（2）安装于直写头旋转轴（3）上，通过电机控制直写头旋转轴（3）的旋转，实现直写头（5）旋转范围0~90°；所述Z向直写头调节装置（2）实现范围15mm的调节范围，采用双频激光干涉仪作为测量系统保证Z向直写头调节装置（2）的定位精度≤20nm。
2.根据权利要求1所述的一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统，其特征在于：所述直写头（5）的基底呈正方体形状，在基底上加工一字形和U形凸起结构以保证气流的流向，在U形开口处通过溅射沉积制备多层纳米膜近场聚焦结构以实现超衍射光斑聚焦，保证直写头（5）在气流作用下可以平稳浮起。
3.根据权利要求1所述的一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统，其特征在于：所述的基片台旋转轴（21）的高速转动，转速≤8000rpm，实现基片（6）与基片台（1）的高速旋转，转速≤8000rpm。
4.根据权利要求1所述的一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统，其特征在于：所述直写头悬臂（4）由上悬臂（11）与下悬臂（12）组成，下悬臂（12）与上悬臂（11）通过螺钉（14）旋紧固定；所述直写头悬臂（4）形状近似三角形，中间加工镂空结构以减轻重量。
5.根据权利要求1所述的一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统，其特征在于：所述直写头（4）采用蓝宝石作为材料，该材料在紫外波段具有较高的透过率。
6.根据权利要求1所述的一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统，其特征在于：基片台（1）加工有三圈同心圆形凹槽，圆形凹槽通过十字形凹槽连接在一起，十字凹槽的交点与三圈圆形凹槽的圆心重合，吸附气孔（20）加工在十字凹槽交点处。
7.根据权利要求1所述的一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统，其特征在于：所述直写头（5）与基片（6）之间的间隙保持在18~40nm范围。
CN201110038321A 2011-02-14 2011-02-14 一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统 Expired - Fee Related CN102073225B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110038321A CN102073225B (zh) 2011-02-14 2011-02-14 一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110038321A CN102073225B (zh) 2011-02-14 2011-02-14 一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102073225A CN102073225A (zh) 2011-05-25
CN102073225B true CN102073225B (zh) 2012-10-03

Family

ID=44031818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110038321A Expired - Fee Related CN102073225B (zh) 2011-02-14 2011-02-14 一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102073225B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102621820B (zh) * 2012-04-13 2014-03-26 中国科学院光电技术研究所 一种用于光刻的高效超分辨聚焦器件制备方法
CN106444306B (zh) * 2016-08-09 2019-10-15 电子科技大学 一种对称弹性夹持结构下轴线的高精度找正装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6459473B1 (en) * 2000-07-27 2002-10-01 National Science Council Drive of a wafer stepper
CN1424594A (zh) * 2001-12-11 2003-06-18 中国科学院光电技术研究所 用激光直写装置制造光栅的方法
CN101424880A (zh) * 2008-12-18 2009-05-06 浙江大学 利用微纳光纤进行直写光刻的方法
CN101960383A (zh) * 2008-03-05 2011-01-26 富士胶片株式会社 用于加工具有光致抗蚀剂层的工件的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4652725B2 (ja) * 2004-06-09 2011-03-16 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 フォトマスク欠陥修正方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6459473B1 (en) * 2000-07-27 2002-10-01 National Science Council Drive of a wafer stepper
CN1424594A (zh) * 2001-12-11 2003-06-18 中国科学院光电技术研究所 用激光直写装置制造光栅的方法
CN101960383A (zh) * 2008-03-05 2011-01-26 富士胶片株式会社 用于加工具有光致抗蚀剂层的工件的方法
CN101424880A (zh) * 2008-12-18 2009-05-06 浙江大学 利用微纳光纤进行直写光刻的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2005-352048A 2005.12.22
魏强.纳米定位微位移工作台的控制技术研究.《中国博士学位论文全文数据库》.2007,(第5期),全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102073225A (zh) 2011-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101356623B (zh) 移动体驱动方法及移动体驱动系统、图案形成方法及图案形成装置、曝光方法及曝光装置、以及元件制造方法
US7633070B2 (en) Substrate processing apparatus and method
Gao et al. Measurement and compensation of error motions of a diamond turning machine
CN102109768B (zh) 旋转式硅片承片台及利用其进行硅片精对准的方法
US20110159446A1 (en) Plasmon head with hydrostatic gas bearing for near field photolithography
CN102073225B (zh) 一种纳光子直写头精密旋转定位调焦系统
CN105372933A (zh) 压印光刻法的矩形基材和制备方法
CN106736991A (zh) 一种五轴三维超声抛光机床及其使用方法
CN111168232A (zh) 一种利用飞秒激光进行纳米精度制备的方法
WO2009079565A2 (en) Multiple chuck scanning stage
CN203630384U (zh) 一种大尺寸光栅制造设备
CN106842588A (zh) 激光诱导向前转移制备结构色薄膜的装置和方法
CN103698984B (zh) 一种超精扫描镀膜及定位光刻设备
CN102862950A (zh) 一种纳米缝隙金属聚焦透镜的制备方法
CN109283788B (zh) 一种用于旋转式近场光刻的纳米图形加工系统及方法
CN209640137U (zh) 一种微纳米刻划硬脆性材料试验装置
CN108646402B (zh) 一种基于双轴导向的可变光阑
JP2007313708A (ja) 転写装置、転写機構および転写方法
JP2013011779A (ja) 製造工程装置
JPS5990926A (ja) 局部的真空エンベロプを組み込んだ荷電粒子ビ−ムリソグラフイ装置
CN109488686B (zh) 一种基于气磁悬浮的直线运动装置
CN107243788A (zh) 一种可调浮动支撑装置及调整方法
WO2016185872A1 (ja) 荷電粒子線装置及び試料昇降装置
JP6498142B2 (ja) 研磨装置及び研磨方法
CN206595232U (zh) 一种晶圆级芯片倒装定位平台

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121003

Termination date: 20150214

EXPY Termination of patent right or utility model