CN103868464A

CN103868464A - 一种纳米压印工作台主动调平检测用传感器

Info

Publication number: CN103868464A
Application number: CN201410119557.7A
Authority: CN
Inventors: 丁玉成; 邵金友; 王春慧; 刘京昀
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-06-18

Abstract

一种纳米压印工作台主动调平检测传感器，宽带点光源发出的光经过第一无色差扩束准直光学透镜后，形成宽带平行光束，平行光经第一分光棱镜后进入色散透镜组，在空间形成一系列的聚焦点；聚焦于倾斜物体表面的某单色光，经基片反射经过色散透镜组，出射与入射光等口径、光轴偏移的平行单色光束；单色平行光束经第一分光棱镜、第二分光棱镜反射后分成两部分，一部分到达二维光电位置探测器；另一部分由第二无色差光学透镜聚焦，并经针孔滤波后，由光谱探测器接受，利用二维光电位置探测器来检测工作台工作面之间的平行度偏差，利用光谱探测器来检测工作台工作面之间的距离，具有生产成本低、安装可靠、操作简单的优点。

Description

一种纳米压印工作台主动调平检测用传感器

技术领域

本发明属于微纳制造及光学精密测量技术领域，具体涉及一种纳米压印工作平台主动调平检测用传感器。

技术背景

纳米压印光刻（Nano-Imprint Lithography,NIL）是一种使用模板通过基片上抗蚀剂的受力变形实现其图形化的微纳米加工技术。与其它微纳米制造方法相比，NIL具有高分辨率、低成本和高生产率的特点，可应用于集成电路、生物医学产品、超高密度盘片、光学组件、有机电子学、分子电子学等领域，被誉为十大可改变世界的科技之一。

纳米压印过程要求保证模板与基片的平行，使得模板与基片能够均匀的接触。若模板与基片不平行，将得到楔形的留膜（进一步影响后续刻蚀结构转移），甚至模板的一端直接接触基片。尤其在整片晶圆纳米压印中，模板与基片同时接触的面积非常大，对不平误差有放大作用，因此整片晶圆纳米压印工艺对于保持模板与基片之间的平行度有着更为苛刻的要求。同时模板与基片的不平行将导致下压时模板与基片的相对滑移，发生侧向扩张，影响压印精度，另外在脱模时模板也会对压印特征造成破坏。

纳米压印工作台实现模板与基片平行度调整的方法分为被动调整和主动调整两种。被动调整（又称自适应调整）是利用某种具有柔性的结构来补偿模板与基片之间的不平行，具有结构简单、成本低的优势，但是精度较低。主动调整型包括检测部分和调整部分，通过测量系统检测模板与基片的位置和不平行度，根据反馈的结果，通过执行元件主动调整模板与基片之间的位姿，实现二者间的平行定位。主动调整法具有高精度、反应快的显著优点，但是成本较高。为了检测模板与基片之间的平行度，通常的做法是在模板固定面（或基片承载面）安装三个对角分布的位移传感器，通过三点位置信号的差异来判断模板与基片是否达到平行定位。例如田延岭等人2009年申请的发明专利（专利：101726997）“用于纳米压印光刻系统的六自由度精密定位工作台”，就采用了三个第一位移传感器来判断模板与基片是否平行。利用三个高精度的位移传感器作为两平面平行度的检测手段，存在以下两个方面的不足：（1）三个位移传感器自身的安装定位精度要求很高，并且需要用高出待检平面间平行度一个数量级的一对平行平面进行位置校准和标定，实施难度很大；（2）同时用三个位移传感器进行检测，大大增加了主动调整型纳米压印工作台的成本。

光谱共焦式位移传感器可用于对漫反射或者反射面进行精确的位移或距离测量。其基本原理是，宽带光源发出的光，通过探头中系列光镜组发生光谱色散，形成不同波长的单色光，经过标定，使每一个波长都对应一个到被测物体的距离值。只有聚焦在被测物体表面的准确单色光，可以反射（或漫反射）后再次经过光镜组，到达针孔共焦探测器，由光谱仪识别并将其换算为距离值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种纳米压印工作平台主动调平检测用传感器，生产成本低、安装可靠、操作简单。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术解决方案：

一种纳米压印工作台主动调平检测传感器，包括宽带点光源1，宽带点光源1发出的光经过第一无色差扩束准直光学透镜2后，形成宽带平行光束，不同波长的光无位相差异；平行光经第一分光棱镜3后进入色散透镜组4，不同波长的光产生光谱色散，在空间形成一系列的聚焦点；聚焦于倾斜物体表面的某单色光，经基片11反射经过色散透镜组4，出射与入射光等口径、光轴偏移的平行单色光束；单色平行光束经第一分光棱镜3、第二分光棱镜5反射后分成两部分，一部分到达二维光电位置探测器6（PSD）；另一部分由第二无色差光学透镜7聚焦，并经针孔8滤波后，由光谱探测器9接受，光谱探测器9、二维光电位置探测器6分别和计算机10连接。

所述的色散透镜组4物方主面与模板工作面同面。

所述的第一无色差光学透镜2、第一分光棱镜3、色散透镜组4共光轴，宽带点光源1位于该光轴上。

所述的第一分光棱镜3的反射轴、第二分光棱镜5、第二无色差光学透镜组7及光谱探测器9共光轴。

所述的第二分光棱镜5的反射轴与光电位置探测器6（PSD）共光轴，光电位置探测器中心位置标记为O。

本传感器在检测纳米压印过程中纳米压印模板与基片的平行度时，具有以下特点及良好效果：

1、本发明采用一个传感器同时测量获得了模板工作面与基片间的距离即平行度偏差信息，大大降低了系统的制造及检测成本。

2、基于光谱共聚焦原理，本发明传感器的位移测量精度可以达到纳米量级，角度测量精度可以达到秒级。

3、本发明传感器在测量结果显示时，可以直观化地给出距离及平行度偏差信息，减少了多个参数判读对测量结果造成的误判。

4、本发明传感器的安装过程中，仅需保证色散透镜组物方主面与模板工作面共面，即可同时获得基片的距离及是否调平信息，相对于其它测量方案而言，大大节省了安装及调节的工作量。

5、采用本发明传感器，消除了其它测量方案传感器之间安装定位误差对测量结果的影响，同时也消除了不同传感器自身的系统误差、随机误差、工作稳定性对测量结果的影响。

附图说明

图1为本发明传感器的原理结构示意图。

图2为二维光电位置探测器探测光斑位置偏差示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1，一种纳米压印工作台主动调平检测传感器，包括宽带点光源1，宽带点光源1发出的光经过第一无色差扩束准直光学透镜2后，形成宽带平行光束，不同波长的光无位相差异；平行光经第一分光棱镜3后进入色散透镜组4，不同波长的光产生光谱色散，在空间形成一系列的聚焦点；聚焦于倾斜物体表面的某单色光，经基片11反射经过色散透镜组4，出射与入射光等口径、光轴偏移的平行单色光束；单色平行光束经第一分光棱镜3、第二分光棱镜5反射后分成两部分，一部分到达二维光电位置探测器6（PSD）；另一部分由第二无色差光学透镜7聚焦，并经针孔8滤波后，由光谱探测器9接受，光谱探测器9、二维光电位置探测器6分别和计算机10连接。

所述的色散透镜组4物方主面与模板工作面同面。

本发明的工作原理为：

将本发明的传感器安装于纳米压印工作台，传感器标准光（无色散）焦距为L₀，光学放大倍率为β。依据光波波长与聚焦位置的一一对应关系，计算机10可以根据光谱探测器9采集的当前波长信息给出色差距离L_λ，进一步获得给出模板与基片间的距离：

L=L₀+L_λ

另外，计算机10根据二维光电探测器6采集的当前位置信息D（x,y），可以计算出模板与基片的平行度偏差θ（x,y）：

θ_{x} =arctan \frac{β \cdot D_{x}}{L_{0} + L_{λ}}

θ_{x} =arctan \frac{β \cdot D_{x}}{L_{0} + L_{λ}}

手动或计算机控制调节压印台基片承片台，直至平行度偏差θ达到容差范围内，停止调节并锁紧承片台。手动或计算机控制调节压印模板上下位置，保留确定间隙开始纳米压印光刻。

Claims

1.一种纳米压印工作台主动调平检测传感器，包括宽带点光源（1），其特征在于：宽带点光源（1）发出的光经过第一无色差扩束准直光学透镜（2）后，形成宽带平行光束，不同波长的光无位相差异；平行光经第一分光棱镜（3）后进入色散透镜组（4），不同波长的光产生光谱色散，在空间形成一系列的聚焦点；聚焦于倾斜物体表面的某单色光，经基片（11）反射经过色散透镜组（4），出射与入射光等口径、光轴偏移的平行单色光束；单色平行光束经第一分光棱镜（3）、第二分光棱镜（5）反射后分成两部分，一部分到达二维光电位置探测器（6）（PSD）；另一部分由第二无色差光学透镜（7）聚焦，并经针孔（8）滤波后，由光谱探测器（9）接受，光谱探测器（9）、二维光电位置探测器（6）分别和计算机（10）连接。

2.根据权利要求1所述的一种纳米压印工作台主动调平检测传感器，其特征在于：所述的色散透镜组（4）物方主面与模板工作面同面。

3.根据权利要求1所述的一种纳米压印工作台主动调平检测传感器，其特征在于：所述的第一无色差光学透镜（2）、第一分光棱镜（3）、色散透镜组（4）共光轴，宽带点光源（1）位于该光轴上。

4.根据权利要求1所述的一种纳米压印工作台主动调平检测传感器，其特征在于：所述的第一分光棱镜（3）的反射轴、第二分光棱镜（5）、第二无色差光学透镜组（7）及光谱探测器（9）共光轴。

5.根据权利要求1所述的一种纳米压印工作台主动调平检测传感器，其特征在于：所述的第二分光棱镜（5）的反射轴与光电位置探测器（6）（PSD）共光轴，光电位置探测器中心位置标记为O。