一种用于非接触、点扫描曝光的SP光刻静电微距悬浮结构方案的制作方法

本发明涉及某种光刻机使用领域，具体提出了一种用于点扫描曝光的非接触sp光刻静电微距悬浮的结构，通过利用直流静电排斥理论，使光刻过程中上电极始终与下电极(感光面)平行。

背景技术：

在这个高速发展的时代，ic半导体工艺已经全方位的用于人类社生活的方方面面，在ic生产线上，光刻作为其核心关键技术，近年来，国际上提出了多种跳出传统光学技术思路的光刻技术思想，列如(sp光刻等)。我国也大力布局，力争赶超。

静电悬浮技术已经进入成熟阶段，其技术具有静电场作用力小，控制调节精度高的特点，这与sp效应要求的1nm量级-10nm量级微距十分吻合，在非接触式曝光光刻技术领域有着很高的应用价值。

近年来国际上提出sp光刻技术，该技术利用光透过掩膜后(100nm以下)，激发技术表面形成电荷密度波振谐，可实现超越光波衍射极限的线宽。但是，当前制约sp光刻实用化最大的瓶颈在于，sp光刻要求光刻探针头平面与流片光感面的距离非常小(1nm量级-10nm量级)，而静电悬浮技术通过改变静电场电压调节微间距，利用电感值产生传感、调节不仅成熟可靠，而且精度很高，从而有效克服这一瓶颈。

技术实现要素：

为解决当前制约sp光刻实用化最大的瓶颈，要求光刻探针头出光面与流片光感面的距离非常小(1nm量级-10nm量级)，本发明提出利用静电排斥作用，实现光刻探针头与下电极(感光面)之间可沿任意轨迹相对平移移动的微距悬浮。

本发明中为了实时检测悬浮元件的稳定性，以电容式传感具有调节精度高的特点，通过上电极与下极点(感光面)之间的电容差动变化，实现对光刻探针头悬浮间距的检测。并利用闭环控制的方法可以弥补光刻探针头在光刻过程中悬浮间距误差，使光刻精度更高。

本发明所采用的设计方法是根据光刻探针头的工作模式，为了在光刻的过程中保持光刻探针头始终与下电极(感光面)平行。设计了一种用于的非接触、点扫描曝光的sp光刻静电微距悬浮结构，本发明包括上下电极层(感光面)、光刻探针头、悬浮板(上电极层)支托弹性臂、铰链支撑体、套筒及其直流电路组成。其中光刻探针头与上电极粘连，并由支托弹性臂连接到铰链支撑体上，将铰链支撑体固定在套筒上，由静电场控制上电极的悬浮空间的定位，并在一定的电压调节下，上下电极层之间会形成(1nm量级～10nm量级)微间距。

为了保证装配精度，设计了一种以光刻探针头、支托弹性臂、上电极、铰链支撑体构成一个独立的创新型铰链结构，使其在悬浮工作时可约束光刻探针头的x、y两个方向的自由度其平面的旋转自由度，这种创新型铰链结构克服了普通铰链难以满足的感光面的法线方向(称为“垂轴”)的垂直刚度和相对垂轴偏转方向的偏转刚度的两种刚度要求，以及对应两种刚度方向的弹性形变行程缺点，大大提高了光刻探针头悬浮时的稳定性。这种满足的感光面的法线方向(称为“垂轴”)的垂直刚度和相对垂轴偏转方向的偏转刚度的两种刚度要求独立的创新型铰链结构，可参考一种对接触式光刻探针的双铰链夹持结构专利，专利号为201711130490.7。

在静电悬浮过程中在静电悬浮过程中，创新铰链的支托弹性臂通过垂直刚度和静电悬浮力的共同作用，实现光刻探针头静态悬浮，而且有效弥补了由于感光面的平行度带来的偏转误差，使得光刻探针头x、y平面具有很高的稳定性。

在光刻探针头不工作时，创新铰链中的支托弹性臂通过的垂直刚度使得光刻探针头与下电极(感光面)不直接接触。，避免光刻头和感光面的直接接触造成的“积削瘤”的现象。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图的半剖图；

图3是本发明的三维结构；

图4是本发明一种独立的创新型铰链结构示意图；

图5是本发明的悬浮板的五个自由示意图；

图中所示：101-上电极；102-下电极(感光面)；201-下电极(感光面)；202-上电极；203-光刻探针头；204-支托弹性臂；205-铰链支撑体；206-套筒；401-光刻探针头；402-上电极；403-支托弹性臂；404-铰链支撑体；

具体实施方案

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

为了克服sp光刻技术要求的光刻探针头平面与光感面的1nm量级到10nm量级的微距的瓶颈，如图1所示，设计了一种用于点扫描曝光的非接触sp光刻静电微距悬浮的结构，其中以感光面作为下电极，并在上电极(101)和下电极(102)之间施加一直流电压，在静电场下利用静电排斥作用，实现上电极(101)与下电极(感光面)(102)之间微距悬浮，悬浮间距达到sp光刻技术要求的纳米量级要求。

针对点扫描曝光式的非接触的优点，如图2所示，设计了一种用于sp光刻静电微距悬浮结构，本发明包括下电极层(感光面)(201)、上电极(202)、光刻探针头(203)、支托弹性臂(204)、铰链支撑体(205)、套筒(206)及其直流电路组成。其中光刻探针头(203)与上电极(202)粘连，并由支托弹性臂(204)连接到铰链支撑体(205)上，将铰链支撑体(205)固定在套筒(206)上。在光刻机进行光刻之前对探针进行一次调平，确定此时悬浮板的位置为零位。在光刻的过程中，由于光刻探针头(203)与不平整的下电极(感光面)(201)不确定平行度，光刻探针头与悬浮板粘接形成的整体受静电力发生偏转引起悬浮板与下电极(感光面)(201)之间的电容变化，并通过悬浮控制系统以此电容变化实现位移检测，再通过悬浮控制系统反馈调节，使光刻探针头(203)回到零位。

为了实现光刻探针头和铰链的一体化，并保证其装配精度，如图4所示，设计了一种独立的创新型铰链结构，以光刻探针头(401)、上电极(402)、支托弹性臂(403)、铰链支撑体(404)构成。其中支托弹性臂(403)并克服了普通铰链难以满足的感光面的法线方向(称为“垂轴”)的垂直刚度和相对垂轴偏转方向的偏转刚度的两种刚度要求对应两种刚度方向的弹性形变行程缺点。在静电悬浮过程中，可约束光刻探针头的x、y两个方向的自由度和其平面的旋转自由度。在悬浮的过程中光刻探针头通过创新铰链中的支托弹性壁的垂直刚度和静电悬浮力的共同作用，实现光刻探针头(401)静态悬浮。在光刻探针头不工作时，可支撑光刻过创新铰链中的支托弹性壁的垂直刚度使得光刻探针头(401)与下电极(感光面)不直接接触，避免光刻头和感光面的直接接触造成的“积削瘤”的现象。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种用于非接触、点扫描曝光的SP光刻静电微距悬浮结构方案，其方案通过静电排斥原理实现光刻探针头与下电极(感光面)之间悬浮，悬浮间距可达到SP光刻技术要求的1nm量级～10nm量级，并通过上电极与下电极(感光面)之间电容差动变化，实现对光刻探针头与下电极(感光面)之间悬浮间距的检测。这种静电悬浮技术有效克服了SP光刻技术中如何形成微悬浮间距难题。将该方案运用于某种光刻机上，在进行预调平后，便能通过此技术使得在光刻过程中光刻探针头始终与下电极(感光面)平行。

技术研发人员：王皓;褚佳伟;王广平;望凯力;吕亦乐
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2018.07.18
技术公布日：2019.01.18