CN110515276A - 一种双铰链式静电悬浮探针结构 - Google Patents

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Abstract

针对某光刻机探针悬浮，提出一种双铰链式静电悬浮探针结构，使某光刻机探针在双弹性铰链层的辅助下与光刻机底部硅片实现静电悬浮。本发明包括光刻探针、上电极层、下电极层、中间双铰链层和悬浮控制系统，上下电极层结构完全相同且包括公共电极和控制电极两部分，利用上下电极层施加静电力，在中间双链层的辅助下，从而约束探针的x、y、θ、φ四个运动自由度，并可在z方向上调节悬浮位置，实现探针静电悬浮。

Description

一种双铰链式静电悬浮探针结构
技术领域
本发明涉及某种及非接触式局域光刻领域，具体提出了一种双铰链式静电悬浮探针结构，使悬浮探针在双铰链结构辅助下与光刻机底部硅片实现静电悬浮。
背景技术
在悬浮技术的发展中伴随着越来越重要的作用，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，发明了非接触式光刻技术。
目前，为了使探针在扫描过程中偏角处于稳定，跳动量不大，主要采用的是加入抑制偏转角度的自适应铰链等机械结构，使用该种方法，在光刻过程中，仅仅依性铰链的自适应性即铰链的弹性臂发生扭转产生的驱动力不能完全补偿在光刻过程中探针的角度偏转，也不能实时反映出探针与硅片的实时相对位置。
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铰链。这种单铰链夹持结构不能保证自由状态下探针和铰链之间的垂直度，且远远不能够平衡悬浮探针的重力，带来的铰链的变形。采用双铰链可以有效克服上述问题。
发明内容
本发明为使某光刻机悬浮探针在双铰链结构辅助下与光刻机底部硅片实现静电悬浮，提出一种双铰链式静电悬浮探针结构。
本发明所采用的设计方法是：根据悬浮探针的工作模式，在某光刻机光刻的过程中保持悬浮探针始终与硅片平行。一种双铰链式静电悬浮探针结构包括上电极层(101)、双弹性铰链层(102)、悬浮探针(103)、下电极层(104)和悬浮控制系统。所述上(101)/下电极层(104)结构完全相同且都包含四块轴向控制/检测电极(301、302、303、304)和环形的公共电极(305)，轴向控制/检测电极(301、302、303、304)环形的公共电极(305)处于同一平面，轴向控制/检测电极(301、302、303、304)下同一圆环面内均匀分布，且位于所述的悬浮探针(103)的正上方和正下方位置；所述的双铰链层(102)包括上铰链和下铰链两部分，所述的上铰链和下铰链均为薄圆盘结构；上铰链、下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。所述的双铰链层(102)在所述的悬浮探针(103)的周向外侧，且铰链的悬臂梁末端与悬浮探针表面连接,上、下铰链与悬浮探针(103)上下端面轴线严格垂直。
在某光刻机不工作时，所述悬浮探针在双铰链层和自身重力作用下会使得悬浮探针平衡静止在硅片上方且有微间距的位置，避免发生与硅片直接接触所带来的问题。
该结构中还包含悬浮控制系统，在某光刻机使用之前，利用公共电极(305)对悬浮探针进行预调平，便能通过所述上下电极层和双铰链对探针的五个自由度进行调控，使悬浮探针始终与硅片保持平行。
材料的选择：所述的上电极层(101)和下电极层(104)采用玻璃为制造玻璃，所述的探针(103)采用石英为制造材料；所述的双铰链(102)采用铜为制造材料。
与传统的铰链结构或者单纯的悬浮技术相比，利用在双铰链结构辅助下与某光刻机底部硅片实现静电悬浮，可以大大弥补探针在光刻过程中产生的角度偏转和机械刚性要求，使光刻精度更高。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的中间双弹性铰链层上/下铰链结构示意图；
图3是本发明的上/下电极层结构示意图；
图4是本发明的悬浮板的五个自由第的示意图。
图中所示；101-上电极层；102-中间铰链层；103-悬浮探针；104-下电极层；201弹性臂；301～304-轴向控制/检测电极；305-环形公共电极；
具体实施方案
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。
如图1、2、3、4所示，在光刻机不工作时，所述悬浮探针(103)在双性铰链层(102)和自身重力作用下会使得悬浮探针(103)平衡静止在硅片上方且有微间距的位置，且处于静止状态，此时悬浮探针(103)的位置为零位。在光刻机使用之前，利用环形公共电极(305)对悬浮探针(103)进行预调平，使得悬浮探针(103)平衡在工作初始位置。便能通过所述上(101)/下电极层(104)和双性铰链(102)对探针的五个自由度进行调控，使悬浮探针始(103)终与硅片保持平行。在某光刻机工作时，通过改变施加在所述的径向控制/检测电极(301、302、303、304)上的电压，调整悬浮探针(103)的如图4中所示的θ、φ两个运动偏转自由度。此时所述的悬浮探针(103)受力发生偏转引起悬浮探针上下端面与轴向控制/检测电极(301、302、303、304)之间的压差变化，并通过悬浮控制系统以此压差变化实现位移检测，再通过悬浮控制系统反馈调节，使悬浮探针(103)回到工作初始位置。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双铰链式静电悬浮探针结构其特征在于包括上电极层(101)、双铰链层(102)、悬浮探针(103)、下电极层(104)和悬浮控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种双铰链式静电悬浮探针结构，其特征在于：所述上下电极层(101)包含四块轴向控制/检测电极(301、302、303、304)和环形的公共电极(305)，轴向控制/检测电极(301、302、303、304)环形的公共电极(305)处于同一平面，轴向控制/检测电极(301、302、303、304)下同一圆环面内均匀分布，且分别位于所述的悬浮探针(103)的正上和正下方位置。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种双铰链式静电悬浮探针结构，其特征在于：所述的悬浮控制系统检测出悬浮探针(103)上端面与各个控制/检测电极(301、302、303、304)之间的压差，通过所述的悬浮控制系统对压差信号进行处理，通过施加相应的电压到所述的轴向控制/检测电极(301、302、303、304)上，约束悬浮探针的θ、φ两个运动自由度所述的公共电极(305)调节悬浮探针z方向的位置。
4.据权利要求1所述的一种双铰链式静电悬浮探针结构，其特征在于：所述的双弹性铰链层(102)包括力学结构和机械结构完全相同的上铰链和下铰链两部分。所述的上铰链、下铰链均为薄圆盘结构，上铰链、下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。
5.根据权利要求1和权利要求3所述的一种双铰链式静电悬浮探针结构，其特征在于：所述的双铰链层在所述的悬浮探针(103)的周向外侧，且上/下铰链的悬臂梁(201)末端与悬浮探针表面连接,上/下铰链与悬浮探针上/下端面轴线严格垂直。
6.根据权利要求1和权利要求3所述的一种双铰链式静电悬浮探针结构，其特征在于，上/下铰链形成具有合理距离，与单铰链结构相比，可约束悬浮探针(103)在x、y方向的运动自由度，可增强z方向上垂直刚度，但远远不能够平衡悬浮探针的重力。
7.根据权利要求1所述的一种双铰链式静电悬浮探针结构构，其特征在于：所述的悬浮探针(103)最大值径为毫米级。
8.根据权利要求1所述的一种双铰链式静电悬浮探针结构，其特征在于：所述的上电极层(101)和下电极层(104)采用玻璃为制造材料，所述的悬浮探针(103)采用石英为制造材料；所述的双铰链(102)采用铜为制造材料。
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