一種對稱彈性夾持結構下軸線的高精度找正裝置及方法與流程

本發明涉及一種對稱彈性夾持結構下軸線的高精度找正裝置及方法，屬于光學領域。

背景技術：

在如今高科技高速發展的時代，以集成電路為載體的半導體工業發展速度也非常迅速，由于性能和功耗等要求，集成電路的特征尺寸越來越小，作為核心技術之一的光刻技術對半導體器件的制造起著至關重要的作用，半導體器件的性能及其特征尺寸將從很大程度上受到光刻技術的制約。要使刻寫出來的半導體器件的特征尺寸縮小，就要使光刻分辨率提高，由于傳統光刻技術達不到日益發展的半導體工業的要求，于是業界專家紛紛研究和探索新的光刻技術，其中基于局域表面等離子體接觸光刻技術受到大家的關注。在刻寫過程中，光刻探針與光刻膠表面處于許可的垂直軸線范圍(即探針站正狀態)，對提高刻寫分辨率，保證光刻的質量起著關鍵的作用。

技術實現要素：

本發明的目的是為了使在直寫頭光刻過程中，光刻探針與光刻膠表面處于許可的垂直軸線范圍內(即探針站正狀態)而設計的一套裝置及找正方法。

本發明所述的一種對稱彈性夾持結構下軸線的高精度找正裝置，它包括激光器、位置敏感探測器(PSD)、對稱彈性夾持結構、硅片、納米精動臺和氣浮式光學平臺；對稱彈性夾持結構由四壁圓形鉸鏈和探針組成，探針處于圓形鉸鏈的正下方，探針和圓形鉸鏈上下表面平行，激光發出的激光光束入射至探針上表面反射至PSD，形成反射光斑，通過軟件處理得到位移。

對稱彈性夾持結構通過五維調節架固定于豎直方向可運動的電機上，

硅片固定于精動臺上表面，處于對稱彈性夾持結構正下方，全體實驗裝置均放置于氣浮式光學平臺上。

實現所述的一種對稱彈性夾持結構下軸線的高精度找正的方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將氣浮光學平臺開啟并使其處于充氣狀態，保證實驗裝置的穩定性；同時開啟激光器預熱半小時，使其光斑穩定；激光器發出的激光光束入射至探針上表面，經管反射后的光線投影至位置敏感探測器上，形成反射光斑，通過軟件處理得到其所處的位置參數。

步驟二、打開電機使其帶動彈性夾持結構沿Z方向向下移動，當探針運動到與硅片表面比較接近時，將位置鎖定，觀察CCD采集的正視圖和右視圖，對五維調節架進行粗調節，直到探針尖部面與硅片表面看不到明顯的縫隙為止，記錄此時探針與PSD屏上光斑所處的位置；

步驟三、探針上移一段位置，在納米精動臺上放置與探針等高的硅片，調節精動臺Z向的位移，使光斑處在步驟二記錄的位置，此時光路與步驟二重合。

步驟四、讓納米精動臺沿Z向移動10μm，記錄PSD屏上光斑位移變化量a，復原后再讓精動臺繞X軸偏轉100μrad，記錄PSD屏上光斑位移變化量b；再次復原后使精動臺繞Y軸偏轉100μrad，記錄PSD屏上光斑位移變化量；多次測量取平均值，得出a＝36.42μm，b＝13.20μm，59.03μm。

步驟五、移動探針至步驟二所處位置，調節精動臺使其沿Z正方向移動d1，然后再讓其沿X方向移動：如果PSD屏上光斑位置有變動，則可以判定探針與硅片接觸，于是將探針接觸點的區間確定為(0,d1]，將區間進一步逼近，取該區間中點即將精動臺在Z向上移d1/2時，看探針與硅片面是否接觸，依次類推；如果PSD屏上光斑位置沒有變動，則精動臺繼續移動d2，此時光斑位置變化，則探針接觸點區間為(d1,d1+d2]，隨后在此區間逼近尋找接觸點，實驗最終將探針與硅片的接觸點區間確定為(15,16]。

步驟六、找到接觸點后，讓硅片繞Y軸偏轉θy角，θy取-200μrad至200μrad，間距為50μm，接著讓硅片進行沿X軸正反方向掃描，記錄正反向掃描后探針偏轉的角度，實驗測得θy＝0時，偏轉角差值最小，為避免忽略區間值，將區間取-60μrad至60μrad，間距為20μrad，繼續上述步驟，實驗再次測得θy＝-20μrad，沿X軸正反兩個方向的差值最小，因此進一步細化區間為0μrad至-40μrad，間距為10μrad，實驗測得繞Y軸順時針偏轉30μrad時，探針沿X軸正反兩個方向的差值已經很小小于，可以認為此時，探針尖部面與光刻膠面在Y軸方向站正。

步驟七、此時θy＝30μrad，讓硅片繼續繞X軸偏轉θx角，然后進行沿Y方向的掃描，按步驟六的方法完成對硅片面與探針尖部面的X軸偏角的調平，即找到了探針尖部與硅片面的相對站正位置。

附圖說明

圖1為本發明的找正方法的實驗裝置示意圖。

圖2為本發明的對稱彈性夾持結構示意圖。

圖中，1為激光器，2彈性夾持結構，3納米精動臺，4位置敏感探測器(PSD)。

具體實施方式

將氣浮光學平臺開啟并使其處于充氣狀態，保證實驗裝置的穩定性；同時開啟激光器預熱半小時，使其光斑穩定；激光器發出的激光光束入射至探針上表面，經管反射后的光線投影至位置敏感探測器上，形成反射光斑，通過軟件處理得到其所處的位置參數。

打開電機使其帶動彈性夾持結構沿Z方向向下移動，當探針運動到與硅片表面比較接近時，將位置鎖定，觀察CCD采集的正視圖和右視圖，對五維調節架進行粗調節，直到探針尖部面與硅片表面看不到明顯的縫隙為止，記錄此時探針與PSD屏上光斑所處的位置；步驟三、探針上移一段位置，在納米精動臺上放置與探針等高的硅片，調節精動臺Z向的位移，使光斑處在步驟二記錄的位置，此時光路與步驟二重合。

步驟四、讓納米精動臺沿Z向移動10μm，記錄PSD屏上光斑位移變化量a，復原后再讓精動臺繞X軸偏轉100μrad，記錄PSD屏上光斑位移變化量b；再次復原后使精動臺繞Y軸偏轉100μrad，記錄PSD屏上光斑位移變化量；多次測量取平均值，得出a＝36.42μm，b＝13.20μm，59.03μm。

移動探針至步驟二所處位置，調節精動臺使其沿Z正方向移動d1，然后再讓其沿X方向移動：如果PSD屏上光斑位置有變動，則可以判定探針與硅片接觸，于是將探針接觸點的區間確定為(0,d1]，將區間進一步逼近，取該區間中點即將精動臺在Z向上移d1/2時，看探針與硅片面是否接觸，依次類推；如果PSD屏上光斑位置沒有變動，則精動臺繼續移動d2，此時光斑位置變化，則探針接觸點區間為(d1,d1+d2]，隨后在此區間逼近尋找接觸點，實驗最終將探針與硅片的接觸點區間確定為(15,16]。

找到接觸點后，讓硅片繞Y軸偏轉θy角，θy取-200μrad至200μrad，間距為50μm，接著讓硅片進行沿X軸正反方向掃描，記錄正反向掃描后探針偏轉的角度，實驗測得θy＝0時，偏轉角差值最小，為避免忽略區間值，將區間取-60μrad至60μrad，間距為20μrad，繼續上述步驟，實驗再次測得θy＝-20μrad，沿X軸正反兩個方向的差值最小，因此進一步細化區間為0μrad至-40μrad，間距為10μrad，實驗測得繞Y軸順時針偏轉30μrad時，探針沿X軸正反兩個方向的差值已經很小小于，可以認為此時，探針尖部面與光刻膠面在Y軸方向站正。

此時θy＝30μrad，讓硅片繼續繞X軸偏轉θx角，然后進行沿Y方向的掃描，按步驟六的方法完成對硅片面與探針尖部面的X軸偏角的調平，即找到了探針尖部與硅片面的相對站正位置。