CN107748487A - 一种局域表面等离子接触式直写光刻机调平装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种光刻机的调平装置，该装置用于局域表面等离子接触式直写光刻中实现样片与光刻直写探针调平。该装置以两z向偏移的绝对零平面为基准，利用该装置分别测出硅片与探针相对于各自绝对零平面的角度偏转，实现硅片从初始位置到与零平面平行，在到与探针表面平行的过程。

Description

一种局域表面等离子接触式直写光刻机调平装置及方法
技术领域
半导体专用设备技术领域，尤其是涉及局域表面等离子接触式直写光刻机样片与光刻直写探针调平的一种调平装置。
背景技术
在这个高速发展的时代，半导体设备技术已经全方位的用于人类社生活的方方面面，集成电路的特征尺寸不断缩小，已经减小到10nm、7nm的阶段，光刻机作为光刻技术的集成者，不止象征着光刻技术的前沿成果，更是多种学科的交叉结果。
局域表面等离子接触式直写光刻机主要采用的方法是利用CCD放大探针与样片接触平面两个垂直方向的接触状态，通过反复调整光刻探针在这两个方向的偏角，使探针与样片在这两个方向的间隙保持一致，视为两者调平最佳结果。该方法需要逐步反复调整，调平效率不高，而且必须要要探针和硅片处于接近接触状态，在调整偏角时可能会损伤样片表面影响后续光刻。
发明内容
为了解决现有的局域表面等离子接触式直写光刻机的调平装置存在的调平精度不高，操作复杂，调平效率低的问题。本发明的目的是提供了一套应用于局域表面等离子接触式直写光刻机的样片与光刻直写探针高精度、高效率调平装置。
为了实现本发明的目的，本发明用于局域表面等离子接触式直写光刻机的调平装置，解决技术问题的技术方案包括激光器、激光器调整安装架、激光器安装套筒，样片、承片台、纳米精动台、粗动台、柔性铰链、光刻直写探针，探针套筒、xy向水平二维移动台、移动台固定架、移动台连接架、z向垂直移动台、五维调节架、位置敏感光电探测器(PSD)、固定背板。
其中：激光器调整安装架夹持激光器固定在套筒上，安装在背板上；探针装在弹性铰链上通过套筒连接五维调节架，五维调节架固定在z向垂直位移台上，z向垂直位移台通过连接板与xy向二位水平位移台连接，水平位移台固定在背板上；PSD固定在五维调节架上，五维调节架连接在背板上；承片台、精动台、粗动台组成一个整***于探针下方，硅片在承片台上。该局域表面等离子接触式直写光刻机的调平装置的调平方法主要包括以下步骤。
步骤一：将调平装置按说明的位置关系固定好定好，调节激光器使其照射在直写探针的上表面中心，反射后的激光照射到位置敏感光电探测器(PSD)的接收屏上，形成反射光斑，通过软件处理得到z向位置信息，硅片置于承片台上，位于探针正下方。
步骤二：激光照射在探针上表面的第一点为初始点，此点作为绝对零平面的原点坐标为(0，0，0)，由x，y向移动台带动五维调节架，从而带动探针进行x，y向的移动，从而测得探针了上不同点反射激光到PSD的数值，得到相对于初始点的z向移动位移值，同时x.，y方向改变的值可作为新点X1的x、y坐标值，同时利用位置敏感光电探测器PSD探测到的光斑信息通过软件处理得到z向的改变量，新点X1的z坐标。从而得到X1在零平面的坐标。
步骤三：多次重复步骤二得到多个新点的坐标，拟合出探针上表面的平面方程，计算出该平面的法向量。
步骤四：调节激光器倾角，使激光照射到硅片上，经硅片反射激光照射到位置敏感光电探测器(PSD)的接收屏上，形成反射光斑，通过软件处理得到z向位置信息。
步骤五：激光照射在硅片表面的第一点为初始点，此点作为新的硅片绝对零平面的原点坐标为(0，0，0)，由粗动台带动精动台和承片台，从而带动硅片进行x，y向的移动，从而测得探针了上不同点反射激光到PSD的数值，得到相对于初始点的z向移动位移值，同时x.，y方向改变的值可作为新点X1的x、y坐标值，同时利用位置敏感光电探测器PSD探测到的光斑信息通过软件处理得到z向的改变量，新点X1的z坐标。从而得到X1在零平面的坐标。
步骤六：多次重复步骤五得到多个新点的坐标，拟合出硅片表面的平面方程，计算出该平面的法向量。
步骤七：计算两个法向量相对绝对零平面Z轴正单位向量的角度偏转，通过纳米精动台先调整硅片使其法向量与z正向单位向量平行，在反转探针上表面法向量与绝对零平面Z轴正单位向量的角度偏转，从而使硅片表面与光刻直写探针相互平行。
其中，鉴于探针加工时上下表面是有平行度保证的，我们通过探针上表面与硅片调平来取代下表面与硅片调平。
其中，硅片绝对零平面与探针上表面绝对零平面是两z向偏移的绝对零平面，同时整套装置应装在隔离振动的气浮平台上，排除振动的干扰。
附图说明
图1局域表面等离子接触式直写光刻机的调平装置详细结构图。
101 固定背板。
102 连接板。
103 激光器安装套筒。
104 激光器安装调整架。
105 激光器。
106 z向位移台。
107 五维调节架。
108 纳米精动台。
109 粗动台。
110 承片台。
111 硅片。
112 光刻探针。
113 套筒。
114 位置敏感光电探测器(PSD)。
115 五维调节架。
116 xy向二维移动台。
117 移动台固定架。
具体实施方案
将调平装置固定到气浮台上，打开气浮台待平稳后开始调平，步骤一：将调平装置按说明的位置关系固定好定好，调节激光器105使其照射在直写探针的上表面中心，反射后的激光照射到位置敏感光电探测器(PSD)114的接收屏上，形成反射光斑，通过软件处理得到z向位置信息，硅片111置于承片台110上，位于探针113正下方；步骤二：激光照射在探针113上表面的第一点为初始点，此点作为绝对零平面的原点坐标为(0，0，0)，由x，y向移动台116带动五维调节架，从而带动探针进行x，y向的移动，从而测得探针了上不同点反射激光到PSD114的数值，得到相对于初始点的z向移动位移值，同时x.，y方向改变的值可作为新点X1的x、y坐标值，同时利用位置敏感光电探测器PSD114探测到的光斑信息通过软件处理得到z向的改变量，新点X1的z坐标。从而得到X1在零平面的坐标；步骤三：多次重复步骤二得到多个新点的坐标，拟合出探针上表面的平面方程，计算出该平面的法向量；步骤四：调节激光器105倾角，使激光照射到硅片111上，经硅片111反射激光照射到位置敏感光电探测器(PSD)114的接收屏上，形成反射光斑，通过软件处理得到z向位置信息。
步骤五：激光照射在硅片111表面的第一点为初始点，此点作为新的硅片绝对零平面的原点坐标为(0，0，0)，由粗动台109带动精动台108和承片台110，从而带动硅片111进行x，y向的移动，从而测得探针112了上不同点反射激光到PSD114的数值，得到相对于初始点的z向移动位移值，同时x.，y方向改变的值可作为新点X1的x、y坐标值，同时利用位置敏感光电探测器PSD114探测到的光斑信息通过软件处理得到z向的改变量，新点X1的z坐标。从而得到X1在零平面的坐标；步骤六：多次重复步骤五得到多个新点的坐标，拟合出硅片表面的平面方程，计算出该平面的法向量；步骤七：计算两个法向量相对绝对零平面Z轴正单位向量的角度偏转，通过纳米精动台108先调整硅片111使其法向量与z正向单位向量平行，在反转探针112上表面法向量与绝对零平面Z轴正单位向量的角度偏转，从而使硅片111表面与光刻直写探针112相互平行。

Claims (4)

1.一种局域表面等离子接触式直写光刻机的调平装置，其特征在于括激光器、激光器调整安装架、激光器安装套筒，样片、承片台、纳米精动台、粗动台、柔性铰链、光刻直写探针，探针套筒、xy向水平二维移动台、移动台固定架、移动台连接架、z向垂直移动台、五维调节架、位置敏感光电探测器(PSD)、固定背板、气浮实验平台，根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于激光器调整安装架夹持激光器固定在套筒上，安装在背板上；探针装在弹性铰链上通过套筒连接五维调节架，五维调节架固定在z向垂直位移台上，z向垂直位移台通过连接板与xy向二位水平位移台连接，水平位移台固定在背板上；PSD固定在五维调节架上，五维调节架连接在背板上；承片台、精动台、粗动台组成一个整***于探针下方，硅片在承片台上。
2.根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于测量硅片和探针上平面上多个分别相对于各自的绝对零平面的点的坐标，从而得到平面方程，得到相对于各自绝对零平面的偏转角度，从而实现硅片从初始位置到与零平面平行，在到与探针表面平行的过程。
3.根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于探针测量方法主要包括:步骤一：将调平装置按说明的位置关系固定好定好，调节激光器使其照射在直写探针的上表面中心，反射后的激光照射到位置敏感光电探测器(PSD)的接收屏上，形成反射光斑，通过软件处理得到z向位置信息，硅片置于承片台上，位于探针正下方；步骤二：激光照射在探针上表面的第一点为初始点，此点作为绝对零平面的原点坐标为(0，0，0)，由x，y向移动台带动五维调节架，从而带动探针进行x，y向的移动，从而测得探针了上不同点反射激光到PSD的数值，得到相对于初始点的z向移动位移值，同时x.，y方向改变的值可作为新点X1的x、y方向的坐标值，同时利用位置敏感光电探测器PSD探测到的光斑信息通过软件处理得到z向的改变量，新点X1的z坐标，从而得到X1在零平面的坐标；步骤三：多次重复步骤二得到多个新点的坐标，拟合出探针上表面的平面方程，计算出该平面的法向量。
4.根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于硅片测量调平方法，主要包括步骤四：调节激光器倾角，使激光照射到硅片上，经硅片反射激光照射到位置敏感光电探测器(PSD)的接收屏上，形成反射光斑，通过软件处理得到z向位置信息；步骤五：激光照射在硅片表面的第一点为初始点，此点作为新的硅片绝对零平面的原点坐标为(0，0，0)，由粗动台带动精动台和承片台，从而带动硅片进行x，y向的移动，从而测得探针了上不同点反射激光到PSD的数值，得到相对于初始点的z向移动位移值，同时x.，y方向改变的值可作为新点X1的x、y坐标值，同时利用位置敏感光电探测器PSD探测到的光斑信息通过软件处理得到z向的改变量，新点X1的z坐标，从而得到X1在零平面的坐标；步骤六：多次重复步骤五得到多个新点的坐标，拟合出硅片表面的平面方程，计算出该平面的法向量；步骤七：计算两个法向量相对绝对零平面Z轴正单位向量的角度偏转，通过纳米精动台先调整硅片使其法向量与z正向单位向量平行，在反转探针上表面法向量与绝对零平面Z轴正单位向量的角度偏转，从而使硅片表面与光刻直写探针相互平行。
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