ES2334546A1 - "system of orientation and regulation of the angle of incidence of a beam laser, in lithography by interference" (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Sistema de orientación y regulación del ángulo de incidencia de un haz láser, en litografía por interferencia.Orientation and angle adjustment system of incidence of a laser beam, in interference lithography.
En el campo de la litografía por interferencia láser, es necesario dirigir una serie de rayos láser hacia un punto de convergencia, lo cual exige de un control de orientación de los rayos. Este control de la orientación se lleva a cabo, en la mayoría de los casos, mediante el empleo de espejos, con los que se hacen converger los diferentes haces de rayos láser hacia el punto de convergencia.In the field of interference lithography laser, it is necessary to direct a series of laser beams towards a point of convergence, which requires an orientation control of the Ray. This orientation control is carried out in the most cases, through the use of mirrors, with which make the different laser beams converge towards the point of convergence
En tal sentido, existen dispositivos de laboratorio en los que los espejos son alineados manualmente, lo que requiere de la intervención de personal muy especializado para poder obtener la geometría de las estructuras que se vayan a realizar. Esta necesidad de un alineamiento manual dificulta la aplicación industrial de esta tecnología, no habiéndose alcanzado hasta la fecha una solución de automatización satisfactoria.In that sense, there are devices laboratory in which mirrors are manually aligned, what which requires the intervention of highly specialized personnel to to be able to obtain the geometry of the structures that are going to perform. This need for manual alignment makes it difficult to industrial application of this technology, not having been reached to date a satisfactory automation solution.
De acuerdo con la presente invención se propone un sistema según el cual, se establece la proyección de una serie de rayos láser (por ejemplo cuatro) desde una circunferencia virtual, para determinar la interferencia de dichos rayos en un punto común de convergencia situado sobre un eje que pasa por el centro de dicha circunferencia virtual, a una cierta distancia de dicho centro.In accordance with the present invention it is proposed a system according to which, the projection of a series is established of laser beams (for example four) from a circle virtual, to determine the interference of these rays in a common point of convergence located on an axis that passes through the center of said virtual circumference, at a certain distance from said center.
La posición de los espejos en la circunferencia virtual puede ser modificada, en lo que respecta a uno o más espejos, para lo cual, la trayectoria de los haces de láser que inciden sobre tales espejos que pueden moverse a lo largo de la circunferencia virtual, debe cambiar y apuntar en todo momento al espejo que se mueve.The position of the mirrors in the circumference virtual can be modified, in regards to one or more mirrors, for which, the trajectory of the laser beams that they affect such mirrors that can move along the virtual circumference, you must change and point at all times to mirror that moves.
Para ello, sobre el mencionado eje que pasa por el centro de la circunferencia virtual y al otro lado de donde se sitúa el punto de convergencia, se dispone un espejo de seguimiento, por cada espejo que se mueve a lo largo de la circunferencia virtual. La normal al plano de reflexión de este espejo forma el ángulo adecuado con el precitado eje. Unos medios motrices y de transmisión realizan simultáneamente y de forma sincronizada el desplazamiento del espejo a lo largo de la circunferencia virtual y el giro del espejo de seguimiento, garantizando así el sincronismo de ambos movimientos y una correcta orientación del haz de láser.To do this, on the mentioned axis that passes through the center of the virtual circle and on the other side of where place the convergence point, a mirror of tracking, for each mirror that moves along the virtual circumference The normal to the reflection plane of this mirror forms the appropriate angle with the aforementioned axis. A means drive and transmission perform simultaneously and in a manner synchronized the movement of the mirror along the virtual circumference and the rotation of the tracking mirror, thus guaranteeing the synchronism of both movements and a correct laser beam orientation.
Por otro lado, el ángulo de incidencia del haz
láser sobre la muestra, en el punto de convergencia de los
diferentes haces, es uno de los parámetros determinantes del patrón
de interferencias generado con litografía de haces
láser.On the other hand, the angle of incidence of the laser beam on the sample, at the point of convergence of the different beams, is one of the determining parameters of the interference pattern generated with beam lithography.
To be.
En efecto, dependiendo de la polarización de los haces interferentes, una variación del ángulo de incidencia puede suponer, desde una variación de la escala del patrón, hasta una transformación completa de la geometría del patrón. Es por ello que el control del ángulo de incidencia resulta de suma importancia.Indeed, depending on the polarization of the interfering beams, a variation of the angle of incidence can assume, from a variation of the pattern scale, to a complete transformation of the pattern geometry. It is because of that the control of the angle of incidence results from sum importance.
Hasta la fecha, la variación del ángulo de incidencia se llevaba a cabo incluyendo desplazamientos y/o rotaciones manuales de los espejos que forman parte del sistema.To date, the variation of the angle of incidence was carried out including displacements and / or manual rotations of the mirrors that are part of the system.
De acuerdo con la solución propuesta por el sistema ahora preconizado, los diferentes espejos que van dispuestos sobre la circunferencia virtual se hallan incorporados según un montaje que posibilita una rotación sobre sí mismos. Esta rotación permite desplazar el punto de convergencia a lo largo del eje que pasa por el centro de la circunferencia virtual.According to the solution proposed by the system now recommended, the different mirrors that go arranged on the virtual circumference are incorporated according to an assembly that allows rotation on themselves. This rotation allows to move the convergence point along the axis that passes through the center of the virtual circle.
Este desplazamiento del punto de convergencia a lo largo del eje que pasa por el centro de la circunferencia virtual, junto a la traslación de la muestra a lo largo de dicho eje, se traduce en una variación controlada del ángulo de incidencia de los haces de láser sobre la muestra.This shift from the convergence point to along the axis that passes through the center of the circle virtual, along with the translation of the sample along said axis, translates into a controlled variation of the angle of incidence of the laser beams on the sample.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva y esquemática de un posible ejemplo de realización práctica del sistema objeto de la presente invención, con cuatro haces láser (1, 1', 1a y 1b).Figure 1 shows a perspective view and schematic of a possible example of practical realization of system object of the present invention, with four laser beams (1, 1 ', 1a and 1b).
La figura 2 es una vista en perspectiva y esquemática del armazón mecánico y de los medios de transmisión de la solución representada en la figura 1.Figure 2 is a perspective view and schematic of the mechanical frame and transmission means of the solution represented in figure 1.
La figura 3 muestra como varía el ángulo de incidencia (\alpha) que pasa a ser (\alpha').Figure 3 shows how the angle of incidence (α) that becomes (α ').
El objeto de la presente invención es un sistema de orientación y regulación del ángulo de incidencia de un haz láser, en litografía por interferencia. En lo relativo a la orientación de los rayos y tal como se ha representado esquemáticamente en la figura 1 se considera un haz láser (1) que rebota en un espejo (7) y se dirige hacia otro espejo (8) que, a su vez dirige el haz (1) hacia un espejo (2), desde el que es rebotado el haz (1) hasta un punto (4), en donde el haz (1) converge con otros haces láser (1, 1', 1a y 1b) para formar la correspondiente interferencia.The object of the present invention is a system of orientation and regulation of the angle of incidence of a beam laser, in interference lithography. Regarding the orientation of the rays and as represented schematically in figure 1 a laser beam (1) is considered that bounces off a mirror (7) and heads towards another mirror (8) that, at its once it directs the beam (1) towards a mirror (2), from which it is bounced the beam (1) to a point (4), where the beam (1) converges with other laser beams (1, 1 ', 1a and 1b) to form the corresponding interference.
El espejo (2) va montado con posibilidad de desplazarse siguiendo una trayectoria circunferencial virtual (3), cuyo radio se corresponde con la distancia entre el centro (6) de esta circunferencia y la posición del espejo (2).The mirror (2) is mounted with the possibility of move along a virtual circumferential path (3), whose radius corresponds to the distance between the center (6) of this circumference and the position of the mirror (2).
Entre los dos puntos definidos por el centro (6) de la circunferencia y el punto de convergencia (4) se define un eje (5) en el que se encuentran asimismo los centros de los espejos (7) y (8); de manera que la trayectoria (7-8) se encuentra en el eje (5) y tanto los centros de los espejos (7) y (8) como el centro (6) y el punto (4) se encuentran en una misma recta que es la que define al eje (5).Between the two points defined by the center (6) of the circumference and the point of convergence (4) a axis (5) in which are also the centers of the mirrors (7) and (8); so that the trajectory (7-8) is found on the axis (5) and both the centers of the mirrors (7) and (8) as the center (6) and the point (4) are in the same line that defines the axis (5).
En las figuras adjuntas se ha representado al espejo (7) posicionado respecto del espejo (8), de manera que aquel queda en la posición más próxima al centro (6), pero no se alteraría en nada la esencia de la invención si el espejo (7) se sitúa al otro lado del espejo (8), es decir si este último queda entonces en la posición más próxima respecto del centro (6).In the attached figures the mirror (7) positioned with respect to the mirror (8), so that it is in the position closest to the center (6), but it is not would alter the essence of the invention at all if the mirror (7) were place on the other side of the mirror (8), that is, if the latter is then in the closest position with respect to the center (6).
Según la invención, la longitud del camino del haz láser (1) que sigue desde el espejo (7) al espejo (8) y desde este al espejo (2), para terminar en el punto (4), es siempre la misma, no variando la longitud total de este camino, con independencia de donde se encuentre situado el espejo (2), a lo largo de la circunferencia virtual (3).According to the invention, the path length of the laser beam (1) that follows from the mirror (7) to the mirror (8) and from this to the mirror (2), to end at point (4), is always the same, not varying the total length of this path, with regardless of where the mirror (2) is located, at along the virtual circumference (3).
De acuerdo con el sistema ahora preconizado, variando la posición del haz láser incidente sobre el punto (4) de interferencia a lo largo de la circunferencia virtual (3) se puede modificar la orientación del espejo (2) sin variar la distancia desde el espejo (8) al espejo (2) y desde este al punto (4).According to the system now recommended, varying the position of the incident laser beam on the point (4) of interference along the virtual circumference (3) can be modify the orientation of the mirror (2) without varying the distance from the mirror (8) to the mirror (2) and from this to the point (4).
Asimismo y de acuerdo con la invención, el haz de luz (1) que incide en el espejo (8), lo hace siguiendo una trayectoria paralela al eje (5); de manera que el centro del espejo (8) se sitúa sobre el eje (5) con capacidad de girar sobre dicho eje siguiendo al espejo (2) en su movimiento por la circunferencia virtual (3). Esto se consigue con la colocación del espejo (8) en dicho eje (5); de manera que su plano de reflexión está girando un cierto ángulo respecto de la normal de dicho eje (5), en un montaje en el que no tiene que moverse a lo largo del eje (5) y sólo rotará respecto de dicho eje (5) para seguir así al espejo (2).Also and according to the invention, the beam of light (1) that hits the mirror (8), does so by following a parallel path to the axis (5); so that the center of the mirror (8) is placed on the shaft (5) with the ability to rotate on said axis following the mirror (2) in its movement around the circumference virtual (3). This is achieved by placing the mirror (8) in said axis (5); so that your reflection plane is rotating a a certain angle from the normal of said axis (5), in an assembly where you don't have to move along the axis (5) and it will only rotate with respect to said axis (5) to follow the mirror (2).
Según la realización del sistema representado esquemáticamente en la figura 1 se disponen dos espejos (2 y 2') con posibilidad de desplazarse siguiendo la circunferencia virtual (3). Sin alterar en nada la esencia de la invención, el dispositivo puede presentar un solo espejo (2), dos o más de dos espejos con posibilidad de desplazarse siguiendo la circunferencia virtual (3) según sea el número de haces controlados que se precise disponer.According to the embodiment of the system represented schematically in figure 1 two mirrors (2 and 2 ') are arranged with possibility of moving following the virtual circumference (3). Without altering the essence of the invention at all, the device it can present a single mirror (2), two or more than two mirrors with possibility to move following the virtual circumference (3) depending on the number of controlled beams required provide.
De acuerdo con la realización representada en la figura 2, sobre la trayectoria de la circunferencia virtual (3) van montados también otros dos espejos (2a) y (2b), estos sin capacidad de moverse siguiendo dicha circunferencia virtual (3); de forma que este dispositivo es de cuatro haces, dos controlados, identificados con las referencias numéricas (1 y 1') y los otros dos fijos, identificados por (1a y 1b), pudiendo combinar haces de luz controlados (1, 1'...1^{n}) con haces de luz de trayectoria fija (1a, 1b...1n).According to the embodiment represented in the Figure 2, on the virtual circumference path (3) two other mirrors (2a) and (2b) are also mounted, these without ability to move following said virtual circumference (3); from so that this device is four beams, two controlled, identified with the numerical references (1 and 1 ') and the others two fixed, identified by (1a and 1b), being able to combine beams of controlled light (1, 1 '... 1 n) with path light beams fixed (1a, 1b ... 1n).
El mecanismo automático ideado para mover el espejo (2) y orientar el espejo (8) para que le siga a aquel, es básicamente igual al del mecanismo automático de los espejos (2' y 8').The automatic mechanism designed to move the mirror (2) and orient the mirror (8) to follow that one, it is basically the same as the automatic mirror mechanism (2 'and 8 ').
En el caso de los espejos (2 y 8), un motor (14) establece el giro de un eje motor (12) que, a través de los correspondientes elementos de transmisión, transmiten el movimiento a sendas piezas de soporte (9 y 15) respectivamente, sobre las que van montadas los espejos (2 y 8).In the case of mirrors (2 and 8), a motor (14) establishes the rotation of a motor shaft (12) which, through the corresponding transmission elements, transmit the movement to two support pieces (9 and 15) respectively, on which the mirrors are mounted (2 and 8).
Los elementos de transmisión pueden ser cualquiera de las soluciones de transmisión que se conocen hasta ahora o que puedan desarrollarse en un futuro. Se ha comprobado que una transmisión por cable funciona correctamente y es la utilizada hasta ahora, si bien y en las figuras adjuntas se ha representado, por facilitar la apreciación visual, una transmisión mediante sendos piñones (11 y 13) acoplados a unos sectores dentados (10 y 16).The transmission elements can be any of the transmission solutions that are known up to now or that may develop in the future. It has been proven that a cable transmission works correctly and is the one used so far, although and in the attached figures it has been represented, for facilitating visual appreciation, a transmission through two pinions (11 and 13) coupled to jagged sectors (10 and 16).
El giro del motor (14) se traduce en el giro sincronizado de las piezas de soporte (9 y 15). El giro de la pieza de soporte (9) se traduce en el desplazamiento del espejo (2) siguiendo la circunferencia virtual (3).The rotation of the motor (14) translates into the rotation synchronized of the support pieces (9 and 15). The turn of the piece support (9) translates into mirror displacement (2) following the virtual circumference (3).
El giro sincronizado de la pieza de soporte (15) se traduce en el giro del espejo (8), cuya normal al plano de reflexión forma el ángulo adecuado con el eje (5); de manera que el espejo (8) se orienta así, siguiendo el espejo (2) para reflejar sobre éste, el haz de láser (1).The synchronized rotation of the support piece (15) it translates into the rotation of the mirror (8), whose normal to the plane of reflection forms the appropriate angle with the axis (5); so that the mirror (8) is oriented like this, following the mirror (2) to reflect on it, the laser beam (1).
En el caso de los espejos (2' y 8') la solución es igual, que para el ejemplo no limitativo de realización práctica representado en las figuras adjuntas, consistiría en la utilización de un motor (14') con un eje motor (12') que, a través de unos elementos de transmisión (10'-11') y (13'-16'), son capaces de transmitir su movimiento a unas piezas de soporte (9' y 15') a las que van solidarizadas los espejos (2' y 8').In the case of mirrors (2 'and 8') the solution is the same, as for the non-limiting example of realization practice represented in the attached figures, would consist of the use of a motor (14 ') with a motor shaft (12') which, through of transmission elements (10'-11 ') and (13'-16 '), are able to transmit their movement to some support pieces (9 'and 15') to which the mirrors (2 'and 8').
No se alterará en nada la esencia de la invención si el movimiento sincronizado de los espejos (2 y 8) o de los espejos (2' y 8') se consigue por una solución diferente a la de los motores (14 y 14'), mediante otros medios motrices que existan hasta la fecha o que puedan existir en un futuro.The essence of the invention if the synchronized movement of the mirrors (2 and 8) or of the mirrors (2 'and 8') is achieved by a different solution than that of the engines (14 and 14 '), through other driving means that exist to date or that may exist in the future.
En la figura 2 se representa en esquema, un ejemplo de realización práctica de la parte mecánica y de transmisión de los movimientos de la realización representada en la figura 1.In figure 2 a diagram is shown example of practical realization of the mechanical part and of transmission of the movements of the embodiment represented in the Figure 1.
De esta forma se consigue variar la orientación de los espejos (2 y 2') y con ello la orientación de los haces (1 y 1') en ellos reflejados, sin que varíe la distancia recorrida por los haces (1 y 1') en sus respectivos recorridos que en el caso del haz (1) va desde el espejo (7) al espejo (8) y desde este al espejo (2) para terminar en el punto de convergencia (4) y en el caso del haz (1') recorre el camino que va desde el espejo (7') al espejo (8') y desde este al espejo (2'), para terminar también en el punto de convergencia (4).This way you can vary the orientation of the mirrors (2 and 2 ') and with it the orientation of the beams (1 and 1 ') in them reflected, without varying the distance traveled by you make them (1 and 1 ') in their respective paths than in the case of beam (1) goes from the mirror (7) to the mirror (8) and from this to the mirror (2) to end at the point of convergence (4) and in the case of the beam (1 ') travels the path that goes from the mirror (7') to the mirror (8 ') and from this to the mirror (2'), to also end in the convergence point (4).
Por otro lado y para regular el ángulo de incidencia "\alpha" de los haces de láser sobre la muestra el sistema objeto de la presente invención propone la solución representada en la figura 3, según la cual, todos los espejos (2, 2', 2a y 2b) que están situados sobre la circunferencia virtual (3) se hallan incorporados con la posibilidad de una rotación sobre sí mismos, permitiendo trasladar el punto (4) de convergencia de tales haces (2, 2', 2a y 2b) a lo largo del eje (5).On the other hand and to regulate the angle of "α" incidence of the laser beams on the sample The system object of the present invention proposes the solution represented in figure 3, according to which, all the mirrors (2, 2 ', 2a and 2b) that are located on the virtual circumference (3) they are incorporated with the possibility of a rotation on each other themselves, allowing to transfer the point (4) of convergence of such beams (2, 2 ', 2a and 2b) along the axis (5).
Este desplazamiento de punto (4) a lo largo del eje (5) junto con la traslación de la muestra (17), sobre la que se va a producir la correspondiente interferencia, a lo largo de dicho eje (5), permite variar el ángulo (\alpha) de incidencia de los haces (1, 1', 1a y 1b) sobre dicha muestra (17). En el ejemplo 5 representado en la figura 3, el punto de convergencia (4) se ha trasladado, junto a la muestra (17) hasta un nuevo punto (4'), lo cual junto a la correspondiente rotación de los espejos (2, 2', 2a y 2b), permite variar el ángulo de incidencia que pasa a ser ahora (\alpha').This point offset (4) along the axis (5) together with the translation of the sample (17), on which will produce the corresponding interference, throughout axis (5), allows to vary the angle (?) of incidence of the you make (1, 1 ', 1a and 1b) on said sample (17). In example 5 represented in figure 3, the convergence point (4) has been moved, next to the sample (17) to a new point (4 '), what which next to the corresponding rotation of the mirrors (2, 2 ', 2a and 2b), allows to vary the angle of incidence that happens to be now (α ').
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2008
- 2008-09-10 ES ES200802580A patent/ES2334546B1/en not_active Expired - Fee Related
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