应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台的制作方法

本发明涉及一种近场扫描光刻中掩膜与基底的对准装置，尤其涉及一种应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台。

背景技术：

在现有技术的对准方法中，一般采用的是在掩膜版上辅助一些光电学或者动力学的传感器，通过传感器实时传递的信息来获得掩膜与基底的对准情况，并通过这些反馈的信息再主动的校准掩膜或基底来达到比较理想的对准要求。这其间操作繁琐，成本较高，且有可能二次干扰，不利于高效、实时的校准。另外，考虑到应用在近场扫描光刻中的要求，有必要提供一种改进的用于光刻装置的自动对准技术。

在扫描光刻中，扫描天线的有效工作距离暂时没能突破50nm，因此在光刻过程中需要保证紧密的接触；扫描光刻的图形线宽仅20-50nm，需要要求光刻头在扫描过程中不能出现明显的位移；扫描光刻装置的基底仍然是光刻胶，需要尽可能减小接触后产生的相对摩擦，减小摩擦对光刻胶表面带来的损伤，影响光刻的最终质量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台，包括上端台面、下端台面、基底，所述上端台面与下端台面之间通过双正交柔性铰链连接，掩膜通过真空吸附腔吸附在所述下端台面上，再放置在所述基底上。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台，运行过程中，一定的法向压力从掩膜版与基底接触面上给出，经部件内的各个铰链分散传递，从而使得固定于下端台面的掩膜与下部的基底实现动态的、被动的紧密接触，有效地提高了光刻装置的对准效率，由于不存在过多的光电传感器，可在不损失对准精度的条件下最快速的实现被动校准。

附图说明

图1a和图1b分别为本发明实施例中通过柔性部件实现被动对齐功能的对齐前和对齐后的示意图；

图2为本发明实施例中正圆柔性铰链示意图；

图3为本发明实施例中的双正交柔性铰链示意图；

图4为本发明实施例的应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台的整体示意图；

图5a为本发明实施例中网格化的柔性部件台和真空吸附块(单位：mm)；

图5b为本发明实施例中外力施加于台块边缘时的柔性部件的三维应力形变(单位：nm)；

图5c为本发明实施例中下端台面沿x方向的位移(单位：nm)；

图5d为本发明实施例中沿z轴方向的位移(单位：nm)。

图中：

上端台面①、双正交柔性铰链②、下端台面③、真空吸附腔④、掩膜⑤、基底⑥。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台，其较佳的具体实施方式是：

包括上端台面、下端台面、基底，所述上端台面与下端台面之间通过双正交柔性铰链连接，掩膜通过真空吸附腔吸附在所述下端台面上，再放置在所述基底上。

所述双正交柔性铰链包括两个正交的正圆柔性铰链。

所述上端台面与下端台面的四个角部之间分别通过双正交柔性铰链和部分单圆柱铰链连接。

在现有扫描光刻技术中，保证掩膜版和基底的对准是重中之重。设计时需保证光刻头的转动中心一直处于掩膜版的中心，防止在被动对准过程中掩膜版的位置与基底产生相对位移。

如图1a、图1b所示，本发明的应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台，通过部件较小的扭转刚力，允许掩膜在较小的法向施压后可自行微调，实现掩膜版和基底的自动对准和紧密接触；通过部件较大的侧向刚度，实现掩膜在整个对准过程中的相对稳定。

本发明具体实施中的设计要求：

(1)光刻头在扫描过程应尽量避免侧向位移，尤其是由于对准过程而引起的位移。上文提到扫描光刻过程中的线宽精度可以达到几十纳米量级，因此任何偏转都会造成光刻头在基底的摩擦，进而影响了光刻胶表面质量。如果光刻头设计成一个刚性固体结构，那么光刻头在偏转0.0005弧度(距中心10mm)，也将会造成5um的偏移量，这将严重影响光刻质量。

(2)在扫描过程中，该装置能实现被动的对准功能。由于光刻天线的有效工作距离小于50nm,因此在接触时需要有一定的补偿非对准的能力。本方案中使用结构发生转动时产生的形变，有效弥补了这一非对准的失调量。

本发明主要由上端台面、下端台面及中间的铰链衔接构成，每个铰链部分又由两个正交的正圆柔性铰链组成。运行过程中，一定的法向压力从掩膜版、基底接触面上给出，经部件内的各个铰链分散传递，从而使得固定于下端台面的掩膜与下部的基底实现动态的、被动的紧密接触。

因每个圆形铰链有一个自由度，两个正交衔接的圆形铰链就可以使得整个台面在一个平面上(分别沿着两个铰链轴)做平面被动校准，以保持固定于下表面掩膜与基底的紧密接触；而在垂直于两个铰链轴的方向，由于铰链较大的侧向刚度，则可以保持下表面掩膜与基底之间不会因铰链部件扭转而产生较大相对位移，实现掩膜在整个扫描过程中的稳定。

本发明相对于一般的用于近场光刻的机械接触部件有着如下显著的优点：

(1)铰链内较小的扭转刚力，允许掩膜在较小的法向压力下微调，方便掩膜版和基底的紧密接触和对准；

(2)铰链内较大侧向刚度，保持掩膜在整个扫描过程中的稳定，不会与接触基底间产生太大的相对位移。

以上两点均保证了本发明柔性部件对紧密接触和自动校准的可行性，并且，其被动的校准方式也让其有优秀的抗外部干扰能力。

与现有的其它技术相比，本发明有效地提高了光刻装置的对准效率，由于不存在过多的光电传感器，可在不损失对准精度的条件下最快速的实现被动校准。

如图2所示，绕z轴，铰链内有着较小的扭转刚力；而绕y轴，铰链内则有着极大地侧向刚度。

图2表征决定铰链的弹性刚度系数k＝m2/α2，mz表征绕z轴产生的力矩，α2是旋转角。

为保证正常负载下产生的必要位移，这个扭转刚度应该尽可能小。

如图3所示，这两层圆形铰链的宽度b分别为22mm和42mm。

刚度系数可由经验公式(schotborgh’s公式)给出：

图3中，圆形铰链半径r和厚度t分别取值1.5mm和0.4mm。

在外力f作用下,各个链接处的旋转由式决定，其中doff是掩膜与基底倾斜接触产生的横向位移。

如图4所示，为各部件工作时应该是紧密接触的，为了直观效果，特意将其画的分离；工作时，柔性部件下端面③和真空吸附腔④是固定一体的，而和掩膜⑤则通过抽真空与真空吸附腔④下端固定。

如图5a、图5b、图5c、图5d所示，是柔性部件被动紧密校准有限元方法(fea)模拟示意图。

用于模拟外力作用下的非理想重合时掩膜版产生的位移。

具体实施例：

图3是改进的、适用于光刻对准中的双铰链部件结构，借由经验的schotborgh’s公式可选取合适的圆行铰链宽度b，曲率r和厚度t，以满足刚度要求。

在图4所示实施例中，整个柔性部件由上端台面①、双正交柔性铰链②、下端台面③及其他连接杆构成，当有负载压力从下端台面③施加时，经由各个改进的柔性铰链②及连接杆传递、分散③上；掩膜⑤通过真空吸附腔④吸附在柔性部件的下端台面③上。

图1a所示实施例中，一开始放置时，掩膜⑤与基底⑥之间并未达到理想的紧密接触；当外部负载压力通过整个柔性部件向柔性部件内部传递、分散，最终实现掩膜⑤与基底⑥之间的紧密接触，如图1b所示。

图5a至图5d所示实施例中，为了模拟最初未对准情形下的非理想重合，图5a一个4n大小的外力用于掩膜版的边缘，并用有限元分析方法模拟应变下的形变(图5b)，结果显示在x和z方向上，掩膜版产生的位移都小于5nm，如图5c、图5d所示，这已经可以满足近场光刻紧密对准的要求。相关的近场光刻实验中，整个系统也工作良好，验证了仿真的正确性，也证实了整个部件设计的可行性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。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。