CN107664925A - 一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构 - Google Patents

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王蔚涵
褚佳伟
徐芮
吕亦乐
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Abstract

本发明针对接触式直写光刻的光刻头(下文称作“探针”)，提出一种双铰链的夹持结构。对比现有单铰链夹持结构，有效削减了探针在安装后自由状态下对理想轴线的位置偏差、探针在光刻胶上接触移动时对理想轴线的最大偏转角。同时，保持了探针在光刻胶起伏表面上垂直接触时所需的轴向柔性适应能力。该结构主要包括上弹性铰链、探针(包括上凸台、中间圆台、下凸台、20μm圆柱尖端)、下弹性铰链、固定套筒。

Description

一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构
技术领域
本发明涉及接触式局域光刻直写的领域。作为探针式直写头，具备对轴向变形、对轴线微量偏斜的自适应变形弹性，使得光刻过程中探针与光刻胶起伏表面保持垂直的接触光刻状态。通过双铰链结构，实现良好的自由状态准直特性，限制探针对原轴线的最大偏转角度。
背景技术
光刻技术作为高密度集成电路的关键技术之一，在集成电路的发展中伴随着越来越重要的作用，传统的光刻技术的分辨率受到光学衍射条件的限制，为了解决分辨率限制为光刻技术带来的困难，人们开始寻求新的光刻技术，发明了局域表面等离子体共振接触光刻。
在局域表面等离子体谐振接触光刻中，光刻直写头探针通光，通过其在光刻胶上的运动，实现图形的刻写。探针的工作模式有两种，第一种模式为接近模式，该模式的前提条件是保证探针与光刻胶表面的微小间隙与平行度；第二种是接触模式，通过探针和光刻胶的相对接触运动实现图形的刻写。
在接触工作模式下，光刻胶表面对探针施加反作用力，会使探针的空间姿态发生变化。在扫描过程中，要求探针对起伏的光刻胶表面基本保持垂直，偏转角度不能过大且处于一个稳定值范围内。过大偏转角度将造成过量漏光，导致光刻边界模糊、线宽增大。
现有接触式光刻探针的夹持采用单铰链结构，即在探针上安装一个弹性铰链，使探针在光刻过程中有较好的变形适应能力。这种单铰链夹持结构不能保证自由状态下探针和弹性铰链之间的垂直度，因加工应力释放会造成铰链的变形，组装也造成垂直度误差，且探针受到来自光刻胶的垂直于探针轴线的反作用分力时，可能造成探针对铰链的偏转角度过大。
发明内容
本发明的目的是提供一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，以提高探针夹持结构的力学性能。主要是在探针的上、下两个凸台处分别安装一个弹性铰链，弹性铰链均为薄圆盘结构；双弹性铰链的组合在轴向、轴偏摆方向均具有弹性变形适应能力，受力释放后能快速恢复原有状态。
本发明的主要目的之一，是通过提供一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，抵消铰链加工应力释放造成的铰链内缘2带动探针6对探针原轴线的偏斜，从而有效削减了探针6在安装后自由状态下对静态理想轴线的位置偏差。在安装探针过程中，只需保证铰链外缘1相对夹持装置的安装精度，就能保证探针轴线的组装精度，使得可以通过找正固定套筒去找正光刻前的探针姿态，大大简化了找正工序。
本发明的主要目的之二，是通过提供一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，与单铰链夹持结构相比，由于存在两个距离合理的铰链夹持点，可大幅削减了探针在光刻胶上接触移动时对原轴线的最大偏转角度；从而限制光刻探针输出光路对探针静态理想轴线的偏角在要求范围内，限制铰链不发生超过许可偏角导致的损坏。同时，该双铰链夹持结构的轴向刚度与单铰链夹持结构相等，保持了探针在光刻胶起伏表面上保持垂直接触时所需的柔性适应能力。
本发明提供的一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，该结构中探针体上不同直径的圆柱体，为铰链刚度匹配提供了更多选择。探针的制造简单，加工成本低，安装更加精确可靠。
附图说明
图1为本发明中圆形圆弧弹性铰链示意图。
图2为本发明中双铰链探针的准直结构示意图。
图3为本发明中探针结构示意图。
其中，附图标记说明如下。
1 铰链外缘。
2 铰链内缘。
3 上弹性铰链。
4 下弹性铰链。
5 固定套筒。
6 探针。
7 上凸台。
8 中间圆台。
9 下凸台。

Claims (11)

1.一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，其特征在于包括上弹性铰链、探针、下弹性铰链、固定套筒。
2.探针的上凸台面7安装上弹性铰链，下凸台面9安装下弹性铰链，铰链外边缘被固定在固定套筒上。
3.上弹性铰链、下弹性铰链均为薄圆盘结构；上弹性铰链、下弹性铰链形成的组合结构在轴向、轴偏摆方向均具有弹性变形适应能力，受力释放后能恢复原有状态。
4.根据权利要求1所述的一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，其特征在于上铰链、下铰链形成具有合理距离的两个夹持位置，抵消了铰链加工应力释放造成的铰链内缘2带动探针6对探针理想轴线的偏斜，从而有效削减探针6在安装后自由状态下对理想轴线的位置偏差。
5.根据权利要求1所述的一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，其特征在于上铰链、下铰链形成具有合理距离的两个夹持位置，与单铰链夹持结构相比，可大幅削减探针在光刻胶上接触移动时对理想轴线的最大偏转角度。
6.同时，该双铰链夹持结构的轴向刚度与单铰链夹持结构相等，保持了探针在光刻胶起伏表面上保持垂直接触时所需的柔性适应能力。
7.根据权利要求1所述的一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，其特征在于探针的上、下凸台和中间圆台严格同轴，且中间圆台的上下端面7、9对轴线严格垂直。
8.该结构中不同直径的圆柱体，为铰链刚度匹配提供了更多选择。
9.根据权利要求1所述的一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，其特征在于该弹性铰链内缘2与探针上凸台(或下凸台)圆柱面精密配合，并与探针上凸台面7(或下凸台面9)紧密贴合。
10.根据权利要求1所述的一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，其特征在于上、下弹性铰链的力学结构相同，可以有直径尺寸等差异。
11.根据权利要求1、权利要求2、权利要求、3权利要求4、权利要求5、权利要求6所述的一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构，相对于采用同尺寸单铰链的探针结构，在保持轴向变形适应能力不变的前提下，大幅削减探针对原轴线的最大偏转角度；从而限制光路偏角仅在要求范围内，限制铰链不发生超过弹性偏角导致的损坏，探针的安装也更加可靠。
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