CN106444290A - 一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为保证在局域等离子体共振(LSPR)接触光刻中探针的力学状态，提出一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法。本发明所采用的设计方法是：根据探针的工作模式，确定铰链必须为对称结构。由于光刻胶表面所承受的压强有限，确定臂的个数为4个。设计出两种弹性铰链结构，一种直线型弹性臂铰链，一种圆弧形弹性臂铰链。通过对比，选取圆形弧形弹性臂铰链。材料的选择，选取铍青铜作为铰链的制作材料。用单一变量法，分别确定铰链的尺寸。本发明所述的设计方法，能够满足较为苛刻的工作要求，对保证接触光刻中探针的力学状态有重大的意义，铰链具有很好抑制偏角能力，且根据不同的工作需求，也可使用本方法进行设计，适用性强。

Description

一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法
技术领域
本发明涉及接触式局域SP光刻直写的领域，具体提出一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法。
背景技术
随着半导体工业的迅速发展，对半导体特征尺寸提出越来越高的要求。光刻技术作为制造半导体器件的关键技术之一，光刻分辨率制约着半导体器件的特征尺寸及其性能，而传统光刻技术的分辨率受到光学衍射条件的限制。为了突破光学衍射极限，人们找到了一种新的光刻技术，即局域表面等离子体共振(LSPR)接触光刻。
传统的光刻方法都是基于掩模板进行光刻的，掩模板的制作工艺复杂、费时、成本高昂，且其另一个明显的缺点就是光刻图形受到掩模板图案的限制，只能得到特定的光刻图形。相比传统的光刻技术，局域表面等离子体共振(LSPR)接触光刻具有很高的灵活性，能够进行任意图形的可写，而且可以控制曝光时间进行三维图形的刻写。
在局域表面等离子体共振(LSPR)接触光刻中，刻写模式是光刻直写头探针与光刻胶直接进行接触，通过探针在光刻胶上的运动，实现图形的刻写。探针的工作模式有两种，第一种工作模式为接近模式，探针工作于该模式的前提条件是保证探针与光刻胶表面的平行度，然后探针从远离光刻胶表面的位置逐渐向光刻胶靠近；第二种是扫描刻写模式，该模式下探针通光，通过探针和光刻胶的相对运动实现图形的刻写。
在这两种工作模式下，探针在工作过程中由于光刻胶面施加的力会使探针的力学状态发生变化而导致其姿态发生偏转，同时探针工作于接近模式下，探针尖部面与光刻胶间存在一定压强。为了保证正常的光刻，需满足：光刻胶承受的压强不能过大，扫描过程中偏角不能过大，且偏角能处于一个稳定值，跳动量不易过大。因此对探针的悬持机构提出了较高的要求。
发明内容
本发明为保证在局域等离子体共振(LSPR)接触光刻中探针的力学状态，提出一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法。
本发明所采用的设计方法是：根据探针的工作模式，需要铰链在探针不同方向的行进下都能保持一个稳定的角度，因此确定铰链必须为对称结构，确定为偶数臂。由于光刻胶表面所承受的压强有限，臂的个数越多，会使臂长减短，两个臂强度不足，因而确定为四个臂。设计出两种弹性铰链结构，一种是圆形直线型弹性臂铰链，另一种是圆形圆弧形弹性臂铰链，弹性臂连接内外两个圆环，外圆环用于圆形弹性铰链与铰链保持架的安装，内圆环则用于安装光刻探头。由于光刻胶表面所承受的压强有限，弹性臂的长度越长，弹性铰链的垂直刚度越小，同样的预压量下，光刻胶表面承受的压强也就越小，圆形圆弧形弹性臂铰链相比圆形直线型弹性臂铰链臂长要长很多，因而选用圆形圆弧形弹性臂铰链。
材料的选择，对比铰链制作常用的金属，选取铍青铜作为铰链的制作材料。铍青铜是一种典型的时效强化型合金，经过固溶和时效处理后，具有很高的强度和硬度，同时还具备很强的弹性、耐磨性等优点，是弹簧和弹性元件的理想材料。
弹性铰链的厚度、弧形弹性臂臂长、臂宽和连接角都与圆弧弹性铰链的垂直刚度和偏转刚度相关，垂直刚度和偏转刚度都直接影响铰链的性能。因而为满足光刻中的要求，需要确定弹性铰链的厚度、弧形弹性臂臂长、臂宽和连接角的大小。
用单一变量法，分别依次确定连接角的大小，弹性臂臂宽(弹性臂臂长由臂宽决定)，铰链的厚度。
该方法的优点是，设计思路明确，考虑因素全面，获得的铰链可以有效的抑制偏转角，具有很强的自适应性。
附图说明
图1为本发明中圆形圆弧形弹性臂铰链的示意图。
图2为本发明中圆形直线型弹性臂铰链的示意图。
图3为本发明设计中装配有光刻探头的圆形圆弧形弹性臂铰链示意图。

Claims (7)

1.在一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法，其特征在于：根据探针的工作模式，需要铰链在探针不同方向的行进下都能保持一个稳定的角度，因此确定铰链必须为对称结构，确定为偶数臂；由于光刻胶表面所承受的压强有限，臂的个数越多，会使臂长减短，两个臂强度不足，因而确定为四个臂；设计出两种弹性铰链结构，一种是圆形直线型弹性臂铰链，另一种是圆形圆弧形弹性臂铰链，弹性臂连接内外两个圆环，外圆环用于圆形弹性铰链与铰链保持架的安装，内圆环则用于安装光刻探头；由于光刻胶表面所承受的压强有限，弹性臂的长度越长，弹性铰链的垂直刚度越小，同样的预压量下，光刻胶表面承受的压强也就越小，圆形圆弧形弹性臂铰链相比圆形直线型弹性臂铰链臂长要长很多，因而选用圆形圆弧形弹性臂铰链；材料的选择，对比铰链制作常用的金属，选取铍青铜作为铰链的制作材料；铍青铜是一种典型的时效强化型合金，经过固溶和时效处理后，具有很高的强度和硬度，同时还具备很强的弹性、耐磨性等优点，是弹簧和弹性元件的理想材料弹性铰链的厚度、弧形弹性臂臂长、臂宽和连接角都与圆弧弹性铰链的垂直刚度和偏转刚度相关，垂直刚度和偏转刚度都直接影响铰链的性能；因而为满足光刻中的要求，需要确定弹性铰链的厚度、弧形弹性臂臂长、臂宽和连接角的大小；用单一变量法，分别依次确定连接角的大小，弹性臂臂宽(弹性臂臂长由臂宽决定)，铰链的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法，其特征在于：根据探针工作模式，需要铰链在探针不同的方向的行进保持此稳定的角度，确定铰链的结构类型，为对称性铰链结构，确定为偶数臂。
3.根据权利要求1所述的一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法，其特征在于：由于光刻胶表面所承受的压强有限，臂的个数越多，会使臂长减短，两个臂强度不足，因而确定为四个臂。
4.根据权利要求1所述的一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法，其特征在于：设计出两种弹性铰链结构，一种是圆形直线型弹性臂铰链，另一种是圆形圆弧形弹性臂铰链，弹性臂连接内外两个圆环，外圆环用于圆形弹性铰链与铰链保持架的安装，内圆环则用于安装光刻探头；由于光刻胶表面所承受的压强有限，弹性臂的长度越长，弹性铰链的垂直刚度越小，同样的预压量下，光刻胶表面承受的压强也就越小，圆形圆弧形弹性臂铰链相比圆形直线型弹性臂铰链臂长要长很多，因而选用圆形圆弧形弹性臂铰链。
5.根据权利要求1所述的一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法，其特征在于：材料的选择，对比铰链制作常用的金属，选取铍青铜作为铰链的制作材料。
6.根据权利要求1所述的一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法，其特征在于：弹性铰链的厚度、弧形弹性臂臂长、臂宽和连接角都与圆弧弹性铰链的垂直刚度和偏转刚度相关，垂直刚度和偏转刚度都直接影响铰链的性能；因而为满足光刻中的要求，需要确定弹性铰链的厚度、弧形弹性臂臂长、臂宽和连接角的大小；用单一变量法，分别依次确定连接角的大小，弹性臂臂宽(弹性臂臂长由臂宽决定)，铰链的厚度。
7.根据权利1、权利2、权利3、权利4、权利5和权利6要求所述的一种抑制偏转角度的自适应弹性铰链的设计方法，对使用该方法进行的铰链设计都具有保护作用。
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