CN112255895B - 一种可控跨尺度激光干涉光刻装置 - Google Patents

一种可控跨尺度激光干涉光刻装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可控跨尺度激光干涉光刻装置，包括支撑组件、精密工件台、光路组件、光路调整组件、视频图像对准模块及分割图形掩模调整台。支撑组件为整个装置的安装基准，由隔振光学平台、支座、支板及吊杆组成；精密工件台以实现同步扫描和步进拼接的功能，由XY粗动台、XYθ精动台、Z向台及平面光栅组成；光路组件为实现干涉光刻的光学元器件；光路调整组件用于各组反射镜位置的调整，以实现光刻图形偏振方向及周期的改变；视频图像对准模块由两组CCD和镜头组成；分割图形掩模调整台为手动调整台；分割图形掩模调整台结合视频图像对准模块。该装置的可变光路部分可以实现360度高精度旋转，从而可以实现图形任意偏振方向的控制。

Description

一种可控跨尺度激光干涉光刻装置
技术领域
本发明涉及微电子专用设备技术领域，具体涉及一种可控跨尺度激光干涉光刻装置，可实现单场大面积及高精度的光刻加工。
背景技术
在众多光刻技术中，干涉光刻是一种能够在不需要掩模情况下，实现单场大面积、高精度加工的光刻方法。利用光束干涉效应，通过调整光束倾斜角度，实现不同周期图形加工，理论上其最小加工周期能够达到λ2。干涉光刻不需要苛刻装备条件，且能够与微加工工艺良好兼容，在微细加工过程中有巨大的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控跨尺度激光干涉光刻装置，主要服务于对生产效率要求高的压微米级的周期性光刻图形加工设备中。该发明单次曝光可实现200nm～500nm的分辨率的连续可调，单场最大可制备30mm×30mm的图形区域，采用同步扫描或步进拼接模式，最大可制备4寸图形区域；该发明结合接近式曝光技术，通过分割图形掩模板，可灵活改变单场图形制备大小及形状；该装置的可变光路部分可以实现360度高精度旋转，从而可以实现图形任意偏振方向的控制；结合精密工件台技术，该装置可以制备100nm特征尺寸的复合多频线删及复合多频平面二维光栅。
本发明采用的技术方案是：一种可控跨尺度激光干涉光刻装置，包括支撑组件，精密工件台，光路组件，光路调整组件，视频图像对准模块和分割图形掩模调整台。所述支撑组件是整个装置的安装基准；所述精密工件台布置在支撑组件的隔振光学平台上方，以实现同步扫描和步进拼接的功能；所述光路组件为实现干涉光刻的光学元器件，分别固定在支撑组件和光路调整组件上；所述光路调整组件固定在支撑组件上，用于各组反射镜位置的调整，以实现光刻图形偏振方向及周期的改变；所述视频图像对准模块安装在精密工件台的XYθ精动台上方，用于实现分割图形掩模板与精密工件台运动方向的对准；所述分割图形掩模调整台方布置在精密工件台上方，固定于支撑组件的支座上，为手动调整台，有X、Y、θ三个自由度，以实现分割图形掩模板位置的手动调整。
进一步的，所述支撑组件由隔振光学平台、支座、支板及吊杆组成。所述隔振光学平台是整个装置的安装基准，支座固定在隔振光学平台上，支板通过吊杆固定在隔振光学平台下方；
进一步的，所述精密工件台由XY粗动台、XYθ精动台、Z向台及平面光栅组成。所述XY粗动台由XY两层台组成，每层均采用直线电机作为驱动，精密级交叉滚珠导轨作为导向；XYθ精动台采用三层柔性铰链机构，每一层均用压电陶瓷作为驱动，分别实现X、Y、θ三个自由度的微小运动；Z向台采用步进电机及精密滚珠丝杠作为驱动，精密级交叉滚柱导轨作为导向，50nm分辨率的一维直线光栅作为位置测量形成闭环反馈，内置气缸+球碗调平机构，用于基片与分割图形掩模板的调平；平面光栅布置在XYθ精动台上方，对工件台X、Y、θ运动进行测量作为控制的位置反馈。
进一步的，所述光路组件由实现干涉光刻原理的光学元器件组成，包括激光器、扩束准直模块、光束控制模块。
进一步的，所述光路调整组件由偏振角旋转控制台、两组反射镜线位移调整台及两组反射镜角位移调整台组成。所述偏振角旋转控制台布置在支座上，采用涡轮蜗杆机构，由步进电机驱动，控制整个可变光路的旋转，可实现光刻图形偏振方向的改变；反射镜线位移调整台安装在偏振角旋转控制台上，采用丝杠导轨机构，由步进电机驱动，可实现两组反射镜线位移的同时调节；反射镜角位移调整台布置在反射镜线位移调整台上，采用涡轮蜗杆机构，由步进电机驱动，可实现两组反射镜角位移的调节。两组反射镜线位移调整台及反射镜角位移调整台配合使用，可实现光刻图形周期的改变。
进一步的，所述视频图像对准模块由两组CCD、两组镜头和对准掩模板组成。所述CCD和镜头安装在精密工件台的XYθ精动台上方，对准掩模板安装在分割图形掩模调整台的支撑座下方。
进一步的，所述分割图形掩模调整台由支撑座、手动三维台分割图形掩模板组成。所述支撑座固定于基座组件的支座上；所述手动三维台固定在支撑座上，采用V型导轨作为XY向的导向，交叉滚珠轴承作为θ向的导向，三组拉簧作为三个方向的复位机构，三组手轮作为驱动机构；所述分割图形掩模板真空吸附于手动三维台的下方。
进一步的，该装置使用时，首先利用平面光栅的高精度原点及精密工件台的高定位精度实现分割图形掩模板与XY粗动台的运动方向的对准，以实现掩模板与工件台的高精度平行性；样片吸附于精密工件台的Z向台上，Z向台带动样片向上运动与分割图形掩模板调平，调平后，样片与分割图形掩模板分离间隙；偏振角旋转控制台控制整个可变光路的旋转，可实时控制光刻图形偏振方向的改变；两组反射镜线位移调整台及两组反射镜角位移调整台配合使用，可实时改变光刻图形周期，从而实现光刻分辨率可调。
进一步的，分割掩模图形和干涉图形一次成像，可灵活选择不同尺寸的分割图形掩模板从而改变单场曝光面积，适应各种芯片尺寸和形状要求；单场可制备30mm×30mm大小的图形，可选择采用精密工件台的同步扫描和步进拼接模式，从而获得4寸的光刻图形；结合精密工件台技术，采用多重曝光方法可制备复合多频线栅、复合多频二维平面光栅。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)、本发明将干涉光刻技术与接近式光刻技术相结合，通过分割图形掩模板，可灵活改变单场图形制备大小及形状。
(2)、本发明将干涉光刻技术与精密工件台技术相结合，采用同步扫描或步进拼接模式，最大可制备4寸图形区域，可以制备100nm特征尺寸的复合多频线删及复合多频平面二维光栅。
(3)、本发明的可变光路部分可以实现360度高精度旋转，从而可以实现光刻图形任意偏振方向的控制。
附图说明
图1为本发明一种可控跨尺度激光干涉光刻装置的总体结构图，其中，100-支撑组件；200-精密工件台；300-光路组件；400-光路调整组件；500-视频图像对准模块；600-分割图形掩模调整台。
图2为支撑组件结构图。图中，101-隔振光学平台、102-支座、103-支板、104-吊杆。
图3为精密工件台结构图。图中，201-XY粗动台、202-XYθ精动台、203-Z向台、204-平面光栅。
图4为光路组件和光路调整组件示意图，其中，图4(a)为光路组件和光路调整组件，图4(b)为光路调整组件。图中，301-激光器、302-扩束准直模块、303-光束控制模块、401-偏振角旋转控制台、402反射镜线位移调整台、403-反射镜角位移调整台。
图5为视频图像对准模块示意图。图中，501-CCD、502-镜头、503-对准掩模板。
图6为分割图形掩模调整台示意图。图中，601-支撑座、602-手动三维台、603-分割图形掩模板。
具体实施方式
为了使本发明的特点和优点更加明显易懂，下面对本发明的具体实施做详细说明。
如图1-6所示，本发明为一种可控跨尺度激光干涉光刻装置，包括支撑组件100，精密工件台200，光路组件300，光路调整组件400，视频图像对准模块500和分割图形掩模调整台600。所述支撑组件100是整个装置的安装基准；所述精密工件台200布置在支撑组件100的隔振光学平台101上方，以实现同步扫描和步进拼接的功能；所述光路组件300为实现干涉光刻的光学元器件，分别固定在支撑组件100和光路调整组件400上；所述光路调整组件400固定在支撑组件100上，用于各组反射镜位置的调整，以实现光刻图形偏振方向及周期的改变；所述视频图像对准模块500安装在精密工件台200的XYθ精动台202上方，用于实现分割图形掩模板与精密工件台运动方向的对准；所述分割图形掩模调整台600布置在精密工件台200上方，固定于支撑组件100的支座102上，为手动调整台，有X、Y、θ三个自由度，以实现分割图形掩模板位置的手动调整。
如图2所示，支撑组件100由隔振光学平台101、支座102、支板103及吊杆104组成。隔振光学平台101是整个装置的安装基准，支座102固定在隔振光学平台101上，支板103通过吊杆104固定在隔振光学平台101下方；
如图3所示，精密工件台200由XY粗动台201、XYθ精动台202、Z向台203及平面光栅204组成。所述XY粗动台201由XY两层台组成，每层均采用直线电机作为驱动，精密级交叉滚珠导轨作为导向；XYθ精动台202采用三层柔性铰链机构，每一层均用压电陶瓷作为驱动，分别实现X、Y、θ三个自由度的微小运动；Z向台203采用步进电机及精密滚珠丝杠作为驱动，精密级交叉滚柱导轨作为导向，50nm分辨率的一维直线光栅作为位置测量形成闭环反馈，内置气缸+球碗调平机构，用于基片与分割图形掩模板的调平；平面光栅204布置在XYθ精动台202上方，对工件台X、Y、θ运动进行测量作为控制的位置反馈。
如图4所示，光路调整组件400由偏振角旋转控制台401、两组反射镜线位移调整台402及两组反射镜角位移调整台403组成。所述偏振角旋转控制台401布置在支座102上，采用涡轮蜗杆机构，由步进电机驱动，控制整个可变光路的旋转，可实现光刻图形偏振方向的改变；反射镜线位移调整台402安装在偏振角旋转控制台401上，采用丝杠导轨机构，由步进电机驱动，可实现两组反射镜线位移的同时调节；反射镜角位移调整台403布置在反射镜线位移调整台402上，采用涡轮蜗杆机构，由步进电机驱动，可实现两组反射镜角位移的调节。两组反射镜线位移调整台402及反射镜角位移调整台403配合使用，可实现光刻图形周期的改变。
如图4所示，视频图像对准模块500由两组CCD501、两组镜头502和对准掩模板503组成。所述CCD501和镜头502安装在精密工件台200的XYθ精动台202上方，对准掩模板503安装在分割图形掩模调整台600的支撑座601下方。
如图5所示，分割图形掩模调整台600由支撑座601、手动三维台602及分割图形掩模板603组成。所述支撑座601固定于支撑组件100的支座102上；所述手动三维台602固定在支撑座601上，采用V型导轨作为XY向的导向，交叉滚珠轴承作为θ向的导向，三组拉簧作为三个方向的复位机构，三组手轮作为驱动机构；所述分割图形掩模板603真空吸附于手动三维台602的下方。
本发明未详细阐述部分属于本领域的公知技术。

Claims (3)

1.一种可控跨尺度激光干涉光刻装置，其特征在于：包括支撑组件(100)，精密工件台(200)，光路组件(300)，光路调整组件(400)，视频图像对准模块(500)和分割图形掩模调整台(600)，所述支撑组件(100)是整个装置的安装基准；所述精密工件台(200)布置在支撑组件(100)的隔振光学平台(101)上方，以实现同步扫描和步进拼接的功能；所述光路组件(300)为实现干涉光刻的光学元器件，分别固定在支撑组件(100)和光路调整组件(400)上；所述光路调整组件(400)固定在支撑组件(100)上，用于各组反射镜位置的调整，以实现光刻图形偏振方向及周期的改变；所述视频图像对准模块(500)安装在精密工件台(200)的XYθ精动台(202)上方，用于实现分割图形掩模板与精密工件台运动方向的对准；所述分割图形掩模调整台(600)布置在精密工件台(200)上方，固定于支撑组件(100)的支座(102)上，为手动调整台，有X、Y、θ三个自由度，以实现分割图形掩模板位置的手动调整；
所述支撑组件(100)由隔振光学平台(101)、支座(102)、支板(103)及吊杆(104)组成，所述隔振光学平台(101)是整个装置的安装基准，支座(102)固定在隔振光学平台(101)上，支板(103)通过吊杆(104)固定在隔振光学平台(101)下方；
所述精密工件台(200)由XY粗动台(201)、XYθ精动台(202)、Z向台(203)及平面光栅(204)组成，所述XY粗动台(201)由XY两层台组成，每层均采用直线电机作为驱动，精密级交叉滚珠导轨作为导向；XYθ精动台(202)采用三层柔性铰链机构，每一层均用压电陶瓷作为驱动，分别实现X、Y、θ三个自由度的微小运动；Z向台(203)采用步进电机及精密滚珠丝杠作为驱动，精密级交叉滚柱导轨作为导向，50nm分辨率的一维直线光栅作为位置测量形成闭环反馈，内置气缸+球碗调平机构，用于基片与分割图形掩模板的调平；平面光栅(204)布置在XYθ精动台(202)上方，对工件台X、Y、θ运动进行测量作为控制的位置反馈；
所述光路组件(300)由实现干涉光刻原理的光学元器件组成，包括激光器(301)、扩束准直模块(302)、光束控制模块(303)；
所述光路调整组件(400)由偏振角旋转控制台(401)、两组反射镜线位移调整台(402)及两组反射镜角位移调整台(403)组成，所述偏振角旋转控制台(401)布置在支座(102)上，采用涡轮蜗杆机构，由步进电机驱动，控制整个可变光路的旋转，可实现光刻图形偏振方向的改变；反射镜线位移调整台(402)安装在偏振角旋转控制台(401)上，采用丝杠导轨机构，由步进电机驱动，可实现两组反射镜线位移的同时调节；反射镜角位移调整台(403)布置在反射镜线位移调整台(402)上，采用涡轮蜗杆机构，由步进电机驱动，可实现两组反射镜角位移的调节，两组反射镜线位移调整台(402)及反射镜角位移调整台(403)配合使用，可实现光刻图形周期的改变；
所述视频图像对准模块(500)由两组CCD(501)、两组镜头(502)和对准掩模板(503)组成，所述CCD(501)和镜头(502)安装在精密工件台(200)的XYθ精动台(202)上方，对准掩模板(503)安装在分割图形掩模调整台(600)的支撑座(601)下方；
所述分割图形掩模调整台(600)由支撑座(601)、手动三维台(602)及分割图形掩模板(603)组成，所述支撑座(601)固定于基座组件(100)的支座(102)上；所述手动三维台(602)固定在支撑座(601)上，采用V型导轨作为XY向的导向，交叉滚珠轴承作为θ向的导向，三组拉簧作为三个方向的复位机构，三组手轮作为驱动机构；所述分割图形掩模板(603)真空吸附于手动三维台(602)的下方。
2.根据权利要求1所述的一种可控跨尺度激光干涉光刻装置，其特征在于：该装置使用时，首先利用平面光栅(204)的高精度原点及精密工件台(200)的高定位精度实现分割图形掩模板(603)与XY粗动台(201)的运动方向的对准，以实现掩模板与工件台的高精度平行性；样片吸附于精密工件台(200)的Z向台(203)上，Z向台(203)带动样片向上运动与分割图形掩模板(603)调平，调平后，样片与分割图形掩模板(603)分离间隙；偏振角旋转控制台(401)控制整个可变光路的旋转，可实时控制光刻图形偏振方向的改变；两组反射镜线位移调整台(402)及两组反射镜角位移调整台(403)配合使用，可实时改变光刻图形周期，从而实现光刻分辨率可调。
3.根据权利要求1或2所述的一种可控跨尺度激光干涉光刻装置，其特征在于：分割掩模图形和干涉图形一次成像，可灵活选择不同尺寸的分割图形掩模板(603)从而改变单场曝光面积，适应各种芯片尺寸和形状要求；单场可制备30mm×30mm大小的图形，可选择采用精密工件台(200)的同步扫描和步进拼接模式，从而获得4寸的光刻图形；结合精密工件台(200)技术，采用多重曝光方法可制备复合多频线栅、复合多频二维平面光栅。
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