CN106547173A - 一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置，属于超分辨光刻装置的改进和创新技术领域。该装置的特点在于包括超精密环控系统、主动隔振平台、支撑框架、光源、间隙检测系统、对准模块、光刻镜头模块、承片台模块和控制系统。该装置通过啁啾光栅衍射成像技术，实现了纳米量级的在线间隙检测和控制；实现了间隙曝光，有效的保护了超分辨光刻器件；通过激光干涉仪、精密位移台、纳米位移台、对准模块和间隙检测模块进行反馈控制，实现了超精密套刻对准和步进光刻功能。

Description

一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置
技术领域
本发明是一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置，属于超分辨光刻装置的改进和创新技术领域。
背景技术
随着IC产业的高速发展，电子产品集成电路小型化以及存储密度越来越高，迫切要求提高光刻工艺。光刻工艺的分辨率和曝光效率决定了生产集成电路芯片的分辨率和生产效率。光刻工艺是通过曝光将掩膜上的图案转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。由于光学波动性所产生的衍射和干涉等效应，传统光学光刻的路线受到“衍射受限”的限制，很难实现亚波长的特征尺寸，因此，科学家提出了诸如沉浸光刻、极紫外光刻、X射线光刻、电子束曝光光刻、离子束光刻、纳米压印等光刻技术。但是，这些光刻技术存在着，诸如设备昂贵、过程复杂且产出低等限制。
2004年，罗先刚研究员首次报道表面等离子体共振干涉光刻技术，提出SP光刻的加工方法，以突破衍射受限，提高光刻分辨力。但该光刻技术作为近场光刻模式，存在着工作距短等不足，在曝光时通常需要通过吹气加压和真空吸紧等方式，以保证工作距。但是该工艺模式极易污染基片，破坏掩模图形，甚至损坏掩模，限制了掩膜的重复利用，这严重影响了曝光的质量和效率，提高了曝光的成本。研究通过离轴的SP激发照明，可以有效的提高工作距和分辨率。
离轴的SP激发照明使得光刻的工作距提高到了百纳米量级，但是如何精确检测和控制间隙，保证光刻效果的稳定可靠成为了新的技术难题。电容传感器是使用最普遍的间隙检测探测器，通常在掩膜和基底表面中嵌入电极形成平行板电容，虽然结构简单容易实现，但掩膜基底受到限制，在曝光过程中也会受到影响，热漂移影响也很明显。
1999年Euclid E.Moon等人提出采用干涉空间位相成像方法对光刻间隙进行检测。该检测技术是在掩膜上刻蚀TCG结构的二维棋盘光栅，光纤激光经过衍射，反射，再衍射等过程形成干涉条纹，通过处理干涉条纹数据，可以高精度的解析出间隙值。
本发明的一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置。该装置通过啁啾光栅衍射成像技术，实现了纳米量级的在线间隙检测和控制；实现了间隙曝光，有效的保护了超分辨光刻器件；通过激光干涉仪、精密位移台、纳米位移台、对准模块和间隙检测模块进行反馈控制，实现了超精密套刻对准和步进光刻功能。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：提出一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置。该装置通过啁啾光栅衍射成像技术，实现了纳米量级的在线间隙检测和控制；实现了间隙曝光，有效的保护了超分辨光刻器件；通过激光干涉仪、精密位移台、纳米位移台、对准模块和间隙检测模块进行反馈控制，实现了超精密套刻对准和步进光刻功能。
本发明的技术解决方案是：
一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置，该装置包括超精密环控系统、主动隔振平台、支撑框架、光源、间隙检测系统、对准模块、光刻镜头模块、承片台模块和控制系统；
其中光源安装在支撑框架上，支撑框架安装在主动隔振平台上，主动隔振平台安装在减振地基上，整个装置安装在超精密环控系统内，控制系统安装在超精密环控系统外面的地基上；
所述的间隙检测系统包括三套相同的间隙检测模块，三套模块通过X轴位移台成120°安装在主基板上，每一间隙检测模块包括X轴位移台、Y轴位移台、倾斜转接板、Z轴位移台、Rx/Ry旋转台、Tz轴旋转台、镜头安装板、镜头夹持架、CCD、远心镜头、准直器安装板、准直器旋转台、准直器夹持架、激光准直器、光纤头和光纤耦合激光器，其中Y轴位移台安装在X轴位移台上，倾斜转接板安装在Y轴位移台上，Z轴位移台安装在倾斜转接板上，Rx/Ry旋转台安装在Z轴位移台上，Tz轴旋转台安装在Rx/Ry旋转台上，镜头安装板安装在Tz轴旋转台上，镜头夹持架安装在镜头安装板的下半部分，CCD与远心镜头连接夹持在镜头夹持架上，准直器安装板安装在镜头安装板的上半部分，准直器旋转台安装在准直器安装板上，准直器夹持架安装在准直器旋转台上，激光准直器安装在准直器夹持架上，光纤头安装在激光准直器上，并通过光纤与光纤耦合激光器连接；
所述的对准模块包括左对准模块和右对准模块，两者成左右对称，安装在主基板上；
所述的光刻镜头模块安装在主基板的中心沉槽上，光刻镜头模块上安装有超分辨光刻器件，超分辨光刻器件上加工有光刻图形区、啁啾光栅图形区和对准图形区；
所述的承片台模块包括激光干涉仪、六轴精密位移台、六轴纳米位移台、承片台、基片，其中两套激光干涉仪和六轴精密位移台安装在大理石平板上，六轴纳米位移台安装在六轴精密位移台上，承片台安装在六轴纳米位移台上，基片吸附在承片台上。
本发明的原理在于：
本发明是一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置，属于超分辨光刻装置的改进和创新。该装置的特点在于包括超精密环控系统、主动隔振平台、支撑框架、光源、间隙检测系统、对准模块、光刻镜头模块、承片台模块和控制系统。该装置通过啁啾光栅衍射成像技术，实现了纳米量级的在线间隙检测和控制；实现了间隙曝光，有效的保护了超分辨光刻器件；通过激光干涉仪、精密位移台、纳米位移台、对准模块和间隙检测模块进行反馈控制，实现了超精密套刻对准和步进光刻功能。
1、该装置采用超精密环控系统，保证了良好的光刻环境。
2、该装置采用大理石支撑框架和主动隔振平台，保证了间隙检测、对准和光刻的稳定性和可靠性。
3、该装置的间隙检测模块，包括X轴位移台、Y轴位移台、倾斜转接板、Z轴位移台、Rx/Ry旋转台、Tz轴旋转台、镜头安装板、镜头夹持架、CCD、远心镜头、准直器安装板、准直器旋转台、准直器夹持架、激光准直器、光纤头和光纤耦合激光器。通过调节X轴位移台、Y轴位移台、Z轴位移台、Rx/Ry旋转台、Tz轴旋转台，可以调节远心镜头与啁啾光栅图形区的位置和角度关系；通过调节X轴位移台和Z轴位移台，可以对远心镜头进行调焦；通过调节准直器旋转台，可以调节入射激光的入射角度，满足与远心镜头的角度关系。
4、该装置的光刻镜头模块上安装有超分辨光刻器件，超分辨光刻器件上加工有对准图形和啁啾光栅图形，用来进行超精密对准和间隙检测。
5、该装置的承片台模块，包括激光干涉仪、六轴精密位移台、六轴纳米位移台、承片台、基片，通过间隙检测系统提供反馈数据，调节六轴精密位移台和六轴纳米位移台实现调平和间隙控制功能；通过激光干涉仪提供反馈数据，调节六轴精密位移台和六轴纳米位移台实现超精密对准和步进功能。
本发明的有益效果是：
1、该装置采用啁啾光栅成像技术，实现了纳米量级的在线间隙检测与控制；
2、该装置实现了间隙光刻，有效的保护了超分辨光刻器件；
3、通过激光干涉仪、精密位移台、纳米位移台、对准模块和间隙检测模块反馈控制，实现了的超精密套刻对准和步进光刻对准功能。
附图说明
图1为本发明的一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置的整体结构图；
图2为本发明的一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置的整体结构俯视图；
图3为本发明的间隙检测模块结构图；
图4为本发明的超分辨光刻器件以及间隙检测光路示意图；
图5为本发明的承片台模块结构示意图；
图中附图标记含义为：
1是超精密环控系统；
2是主动隔振平台；
3是支撑框架；
4是光源；
5是间隙检测系统；
6是对准模块；
7是光刻镜头模块；
8是承片台模块；
9是控制系统；
10是主基板；
11是X轴位移台
12是Y轴位移台；
13是倾斜转接板；
14是Z轴位移台；
15是Rx/Ry旋转台；
16是Tz轴旋转台；
17是镜头安装板；
18是镜头夹持架；
19是CCD；
20是远心镜头；
21是准直器安装板；
22是准直器旋转台；
23是准直器夹持架；
24是激光准直器；
25是光纤头；
26是光纤耦合激光器；
27是超分辨光刻器件；
28是光刻图形区；
29是啁啾光栅图形区；
30是对准图形区；
31是大理石平板；
32是激光干涉仪；
33是六轴精密位移台；
34是六轴纳米位移台；
35是承片台；
36是基片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和装置等的优点更加清楚，以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
参照图1，该装置主要由超精密环控系统1、主动隔振平台2、支撑框架3、光源4、间隙检测系统5、对准模块6、光刻镜头模块7、承片台模块8和控制系统9九个部分组成。其中超精密环控系统1为整个超分辨光刻装置提供温度为22±0.1°、湿度为55±5％、洁净度为100级的良好光刻环境；主动隔振平台2保证平台间隙检测、对准和超分辨光刻功能的稳定性；支撑框架3为大理石结构具有良好结构稳定性，安装有间隙检测系统5、对准模块6、光刻镜头模块7和承片台模块8；光源4为整个超分辨光刻装置提供紫外曝光光束；控制系统9用于超分辨光刻系统装置的自动化控制操作。
参照图2，该装置的间隙检测系统5包含三套相同的间隙检测模块5-1、5-2、5-3，以120°角度关系安装在主基板10上。左右两组对准模块6-1、6-2安装在主基板10上。
参照图3，该装置的间隙检测模块5-1包括X轴位移台11、Y轴位移台12、倾斜转接板13、Z轴位移台14、Rx/Ry旋转台15、Tz轴旋转台16、镜头安装板17、镜头夹持架18、CCD 19、远心镜头20、准直器安装板21、准直器旋转台22、准直器夹持架23、激光准直器24、光纤头25和光纤耦合激光器26。
参照图4，该装置光刻镜头模块7上安装的超分辨光刻器件27加工有光刻图形区28、啁啾光栅图形区29和对准图形区30。
参照图5装置还包括用于承载基片36的的承片台模块8，两套激光干涉仪32-1、32-2和精度为um/mrad的六轴精密位移台33安装在大理石平板31上，精度为nm/urad的六轴纳米位移台34安装在六轴精密位移台33上，承片台35安装在六轴纳米位移台34上，基片36吸附承片台35上。
参照图3、图4和图5，该装置进行间隙检测控制时，首先调节X轴位移台11、Y轴位移台12、Z轴位移台14、Rx/Ry旋转台15、Tz轴旋转台16，使得远心镜头20与啁啾光栅图形区29满足一定的位置和角度关系，然后调节准直器旋转台22，使得准直后的激光以α角度入射到超分辨光刻器件27上的啁啾光栅图形区29，衍射光经基片36反射后再衍射，形成干涉莫尔条纹，以β角度由连接远心镜头20的CCD 19接收，经控制系统9图像处理得出间隙，反馈控制承片台模块8的六轴精密位移台33和六轴纳米位移台34，进行主动调平和间隙控制。
参照图1、图2、图3、图4和图5，该超分辨光刻装置的操作流程如下：
第一步，要复位所有模块，移出间隙检测系统5和对准模块6，更换超分辨光刻器件27；然后控制承片台模块8进入装载位，更换基片36；最后设置曝光参数。
第二步，控制控制承片台模块8进入到曝光位置；开启间隙检测系统5，检测超分辨光刻器件27与基片36之间的间隙，并进行调平。
第三步：开启对准模块6，控制超分辨光刻器件27与基片36之间的间隙，使超分辨光刻器件27与基片36对准。
第四步，完成调平和对准后，开始曝光。第五步，曝光完成后，复位所有模块，关闭控制系统9，关机。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置，其特点在于：该装置包括超精密环控系统(1)、主动隔振平台(2)、支撑框架(3)、光源(4)、间隙检测系统(5)、对准模块(6)、光刻镜头模块(7)、承片台模块(8)和控制系统(9)；
所述的光源(4)安装在支撑框架(3)上，支撑框架(3)安装在主动隔振平台(2)上，主动隔振平台(2)安装在减振地基上，整个装置安装在超精密环控系统(1)内，控制系统(9)安装在超精密环控系统(1)外面的地基上；
所述的间隙检测系统(5)包括三套相同的间隙检测模块(5-1、5-2、5-3)，三套模块通过X轴位移台(11)成120°安装在主基板(10)上，每一间隙检测模块包括X轴位移台(11)、Y轴位移台(12)、倾斜转接板(13)、Z轴位移台(14)、Rx/Ry旋转台(15)、Tz轴旋转台(16)、镜头安装板(17)、镜头夹持架(18)、CCD(19)、远心镜头(20)、准直器安装板(21)、准直器旋转台(22)、准直器夹持架(23)、激光准直器(24)、光纤头(25)和光纤耦合激光器(26)，其中Y轴位移台(12)安装在X轴位移台(11)上，倾斜转接板(13)安装在Y轴位移台(12)上，Z轴位移台(14)安装在倾斜转接板(13)上，Rx/Ry旋转台(15)安装在Z轴位移台(14)上，Tz轴旋转台(16)安装在Rx/Ry旋转台(15)上，镜头安装板(17)安装在Tz轴旋转台(16)上，镜头夹持架(18)安装在镜头安装板(17)的下半部分，CCD(19)与远心镜头(20)连接夹持在镜头夹持架(18)上，准直器安装板(21)安装在镜头安装板(17)的上半部分，准直器旋转台(22)安装在准直器安装板(21)上，准直器夹持架(23)安装在准直器旋转台(22)上，激光准直器(24)安装在准直器夹持架(23)上，光纤头(25)安装在激光准直器(24)上，并通过光纤与光纤耦合激光器(26)连接；
所述的对准模块(6)，包括左对准模块(6-1)和右对准模块(6-2)，两者成左右对称，安装在主基板(10)上；
所述的光刻镜头模块(7)，安装在主基板(10)的中心沉槽上，光刻镜头模块(7)上安装有超分辨光刻器件(27)，超分辨光刻器件(27)上加工有光刻图形区(28)、啁啾光栅图形区(29)和对准图形区(30)；
所述的承片台模块(8)，包括激光干涉仪(32)、六轴精密位移台(33)、六轴纳米位移台(34)、承片台(35)、基片(36)，其中两套激光干涉仪(32-1、32-2)和六轴精密位移台(33)安装在大理石平板(31)上，六轴纳米位移台(34)安装在六轴精密位移台(33)上，承片台(35)安装在六轴纳米位移台(34)上，基片(36)吸附在承片台(35)上。
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