一种对称弹性夹持结构下轴线的高精度找正装置及方法与流程

本发明涉及一种对称弹性夹持结构下轴线的高精度找正装置及方法，属于光学领域。

背景技术：

在如今高科技高速发展的时代，以集成电路为载体的半导体工业发展速度也非常迅速，由于性能和功耗等要求，集成电路的特征尺寸越来越小，作为核心技术之一的光刻技术对半导体器件的制造起着至关重要的作用，半导体器件的性能及其特征尺寸将从很大程度上受到光刻技术的制约。要使刻写出来的半导体器件的特征尺寸缩小，就要使光刻分辨率提高，由于传统光刻技术达不到日益发展的半导体工业的要求，于是业界专家纷纷研究和探索新的光刻技术，其中基于局域表面等离子体接触光刻技术受到大家的关注。在刻写过程中，光刻探针与光刻胶表面处于许可的垂直轴线范围(即探针站正状态)，对提高刻写分辨率，保证光刻的质量起着关键的作用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了使在直写头光刻过程中，光刻探针与光刻胶表面处于许可的垂直轴线范围内(即探针站正状态)而设计的一套装置及找正方法。

本发明所述的一种对称弹性夹持结构下轴线的高精度找正装置，它包括激光器、位置敏感探测器(PSD)、对称弹性夹持结构、硅片、纳米精动台和气浮式光学平台；对称弹性夹持结构由四壁圆形铰链和探针组成，探针处于圆形铰链的正下方，探针和圆形铰链上下表面平行，激光发出的激光光束入射至探针上表面反射至PSD，形成反射光斑，通过软件处理得到位移。

对称弹性夹持结构通过五维调节架固定于竖直方向可运动的电机上，

硅片固定于精动台上表面，处于对称弹性夹持结构正下方，全体实验装置均放置于气浮式光学平台上。

实现所述的一种对称弹性夹持结构下轴线的高精度找正的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将气浮光学平台开启并使其处于充气状态，保证实验装置的稳定性；同时开启激光器预热半小时，使其光斑稳定；激光器发出的激光光束入射至探针上表面，经管反射后的光线投影至位置敏感探测器上，形成反射光斑，通过软件处理得到其所处的位置参数。

步骤二、打开电机使其带动弹性夹持结构沿Z方向向下移动，当探针运动到与硅片表面比较接近时，将位置锁定，观察CCD采集的正视图和右视图，对五维调节架进行粗调节，直到探针尖部面与硅片表面看不到明显的缝隙为止，记录此时探针与PSD屏上光斑所处的位置；

步骤三、探针上移一段位置，在纳米精动台上放置与探针等高的硅片，调节精动台Z向的位移，使光斑处在步骤二记录的位置，此时光路与步骤二重合。

步骤四、让纳米精动台沿Z向移动10μm，记录PSD屏上光斑位移变化量a，复原后再让精动台绕X轴偏转100μrad，记录PSD屏上光斑位移变化量b；再次复原后使精动台绕Y轴偏转100μrad，记录PSD屏上光斑位移变化量；多次测量取平均值，得出a＝36.42μm，b＝13.20μm，59.03μm。

步骤五、移动探针至步骤二所处位置，调节精动台使其沿Z正方向移动d1，然后再让其沿X方向移动：如果PSD屏上光斑位置有变动，则可以判定探针与硅片接触，于是将探针接触点的区间确定为(0,d1]，将区间进一步逼近，取该区间中点即将精动台在Z向上移d1/2时，看探针与硅片面是否接触，依次类推；如果PSD屏上光斑位置没有变动，则精动台继续移动d2，此时光斑位置变化，则探针接触点区间为(d1,d1+d2]，随后在此区间逼近寻找接触点，实验最终将探针与硅片的接触点区间确定为(15,16]。

步骤六、找到接触点后，让硅片绕Y轴偏转θy角，θy取-200μrad至200μrad，间距为50μm，接着让硅片进行沿X轴正反方向扫描，记录正反向扫描后探针偏转的角度，实验测得θy＝0时，偏转角差值最小，为避免忽略区间值，将区间取-60μrad至60μrad，间距为20μrad，继续上述步骤，实验再次测得θy＝-20μrad，沿X轴正反两个方向的差值最小，因此进一步细化区间为0μrad至-40μrad，间距为10μrad，实验测得绕Y轴顺时针偏转30μrad时，探针沿X轴正反两个方向的差值已经很小小于，可以认为此时，探针尖部面与光刻胶面在Y轴方向站正。

步骤七、此时θy＝30μrad，让硅片继续绕X轴偏转θx角，然后进行沿Y方向的扫描，按步骤六的方法完成对硅片面与探针尖部面的X轴偏角的调平，即找到了探针尖部与硅片面的相对站正位置。

附图说明

图1为本发明的找正方法的实验装置示意图。

图2为本发明的对称弹性夹持结构示意图。

图中，1为激光器，2弹性夹持结构，3纳米精动台，4位置敏感探测器(PSD)。

具体实施方式

将气浮光学平台开启并使其处于充气状态，保证实验装置的稳定性；同时开启激光器预热半小时，使其光斑稳定；激光器发出的激光光束入射至探针上表面，经管反射后的光线投影至位置敏感探测器上，形成反射光斑，通过软件处理得到其所处的位置参数。

打开电机使其带动弹性夹持结构沿Z方向向下移动，当探针运动到与硅片表面比较接近时，将位置锁定，观察CCD采集的正视图和右视图，对五维调节架进行粗调节，直到探针尖部面与硅片表面看不到明显的缝隙为止，记录此时探针与PSD屏上光斑所处的位置；步骤三、探针上移一段位置，在纳米精动台上放置与探针等高的硅片，调节精动台Z向的位移，使光斑处在步骤二记录的位置，此时光路与步骤二重合。

步骤四、让纳米精动台沿Z向移动10μm，记录PSD屏上光斑位移变化量a，复原后再让精动台绕X轴偏转100μrad，记录PSD屏上光斑位移变化量b；再次复原后使精动台绕Y轴偏转100μrad，记录PSD屏上光斑位移变化量；多次测量取平均值，得出a＝36.42μm，b＝13.20μm，59.03μm。

移动探针至步骤二所处位置，调节精动台使其沿Z正方向移动d1，然后再让其沿X方向移动：如果PSD屏上光斑位置有变动，则可以判定探针与硅片接触，于是将探针接触点的区间确定为(0,d1]，将区间进一步逼近，取该区间中点即将精动台在Z向上移d1/2时，看探针与硅片面是否接触，依次类推；如果PSD屏上光斑位置没有变动，则精动台继续移动d2，此时光斑位置变化，则探针接触点区间为(d1,d1+d2]，随后在此区间逼近寻找接触点，实验最终将探针与硅片的接触点区间确定为(15,16]。

找到接触点后，让硅片绕Y轴偏转θy角，θy取-200μrad至200μrad，间距为50μm，接着让硅片进行沿X轴正反方向扫描，记录正反向扫描后探针偏转的角度，实验测得θy＝0时，偏转角差值最小，为避免忽略区间值，将区间取-60μrad至60μrad，间距为20μrad，继续上述步骤，实验再次测得θy＝-20μrad，沿X轴正反两个方向的差值最小，因此进一步细化区间为0μrad至-40μrad，间距为10μrad，实验测得绕Y轴顺时针偏转30μrad时，探针沿X轴正反两个方向的差值已经很小小于，可以认为此时，探针尖部面与光刻胶面在Y轴方向站正。

此时θy＝30μrad，让硅片继续绕X轴偏转θx角，然后进行沿Y方向的扫描，按步骤六的方法完成对硅片面与探针尖部面的X轴偏角的调平，即找到了探针尖部与硅片面的相对站正位置。