ES2341307B1 - Sistema para procesar una muestra en litografia por interferencia de haces laser. - Google Patents
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Abstract
Sistema para procesar una muestra en litografía
por interferencia de haces láser, según el cual sobre un plano
espacial (3) se sitúan un número "2n" de espejos para la
incidencia sobre ellos de "2n" haces láser (1), siendo el plano
espacial (3) paralelo a un plano (4) en el que se sitúa la muestra a
procesar y el punto "P" de interferencia de los haces láser
(1), que queda sobre las bisectrices de las parejas de haces láser
(1), estando cada pareja de haces láser (1) en un plano normal al
plano (4) de la muestra, la cual es susceptible de desplazarse y
girar respecto de tres ejes cartesianos.
Description
Sistema para procesar una muestra en litografía
por interferencia de haces láser.
Dentro de la técnica conocida como litografía
por interferencia de haces láser es necesario dirigir una serie de
haces hacia un punto de incidencia para formar un patrón de
interferencia. Este patrón es utilizado para imprimir geometrías
repetitivas en un material al colocar en ese punto ese material que
se desea procesar.
Esta técnica exige un control de la orientación
de los haces láser para que todos ellos converjan de la manera más
exacta posible hacia el punto de incidencia. La calidad del proceso
mediante interferencia láser depende críticamente de la precisión en
la orientación de los haces láser produciéndose geometrías y
modulaciones no deseadas en la interferencia en caso de realizar una
orientación inexacta.
En tal sentido, existen dispositivos de
laboratorio, en los que los espejos que dirigen los haces láser son
alineados manualmente, requiriendo la intervención de técnicas y
personal muy especializados para obtener los patrones de las
estructuras que se quieran realizar, lo que dificulta la aplicación
de dicha tecnología de una forma comercial, habiendo resultado poco
prácticos los intentos de automatización que se han desarrollado
hasta el momento.
En efecto, para la creación de patrones
periódicos bidimensionales, con un número de haces "2n", siendo
"n" mayor que 1, es condición indispensable que los vectores
diferencia de cada pareja de haces de propagación sean coplanares.
La manera más general de conseguir esta coplanaridad es mediante el
ajuste en el espacio de la posición de cada espejo. Esto se realiza
de forma manual y por lo tanto de manera lenta y no demasiado
precisa. Otro modo de conseguir esta coplanaridad es mediante la
utilización de redes de difracción para la división de los haces y
la posterior recombinación de los mismos.
Si los "n" vectores diferencia de los
"2n" haces son coplanares y ese plano es paralelo al plano de
la muestra procesada se consiguen patrones bidimensionales
homogéneos y no modulados.
Por otro lado, y para el procesamiento de
muestras tales como son las obleas y, en concreto, para el
procesamiento de una oblea completa existe ya una técnica que
consiste en expandir un haz láser mediante lentes, para que cubra
toda la superficie de la oblea. Esta técnica no permite el
procesamiento mediante pulsos láser de muy alta energía.
La técnica de procesamiento mediante
desplazamiento y exposición (step and expose) es una técnica
conocida en el campo de la litografía cuando se utiliza máscara, sin
embargo no se conoce hasta ahora su utilización dentro de procesos
de litografía con interferencia por láser.
La presente invención tiene por objeto un
sistema para procesar una muestra, tal como puede ser una oblea, en
litografía por interferencia de múltiples haces láser a base de
pulsos sucesivos de luz láser, que permite establecer las bases para
obtener unos procesos automatizados.
De acuerdo con la presente invención y en cuanto
al hecho de tratar de conseguir que los patrones bidimensionales
sean homogéneos, se propone que, además de la coplanaridad de los
vectores diferencia de cada pareja de haces, se cumpla que los
"2n" haces se dispongan formando "n" parejas; de forma que
cada pareja de haces defina un plano normal al plano en donde se
sitúa la oblea.
Además, el punto "p" de interferencia debe
estar situado sobre las bisectrices de los "n" ángulos formados
por cada una de las parejas de haces; de manera que la recta
bisectriz sea perpendicular al plano de ubicación de la muestra y
todos los haces "2n" inciden sobre la muestra con el mismo
ángulo.
En lo que respecta a la técnica para el
procesamiento de una muestra completa se propone, según la presente
invención, un desplazamiento de la muestra en el plano "xy",
sobre el que se posiciona dicha muestra; de manera que los
desplazamientos pueden ser intercalados con pulsos láser que graben
la interferencia en la superficie de la muestra. Esto permite
procesar una muestra completa con litografía por interferencia de
haces láser, procesando uno o más chips con un pulso.
Además la muestra también puede ser desplazada
siguiendo el eje "z" para variar el ángulo de incidencia de los
haces láser, lo que permite cambiar la escala de la geometría siendo
ésta más pequeña cuanto mayor sea el ángulo de incidencia y mayor
cuanto menor sea el ángulo. Adicionalmente, y dependiendo de la
configuración óptica de los haces láser, el movimiento a lo largo
del eje "z" puede variar la geometría de la interferencia.
También se ha previsto la posibilidad de que el
plano sobre el que se posiciona la muestra pueda ser girado
alrededor de cualquiera de los ejes cartesianos "x" e "y",
para conseguir así pequeños ajustes de alineación con el punto de
convergencia, ajustando la posición de la bisectriz de cada par de
haces láser, con la posición de la teórica recta perpendicular al
plano de ubicación de la muestra y que pasa por el punto "p" de
la interferencia.
Se ha previsto también la posibilidad de hacer
girar el plano de ubicación de la muestra alrededor del eje
"z", para poder alinear los patrones de la interferencia con la
geometría de la muestra o con características del material que
ofrezcan direcciones preferentes.
La figura 1 es un esquema que muestra la
coplanaridad de los vectores diferencia (2) de cada pareja de haces
láser (1).
La figura 2 es una vista como la de la figura 1,
pero mostrando ahora la no coplanaridad.
La figura 3 muestra una pareja de haces láser
(1) de acuerdo con la coplanaridad representada en la figura 1.
La figura 4 representa un plano (4), sobre el
que se ubica la muestra en la que se han de definir los
correspondientes patrones de interferencia por láser, y su
disposición respecto de un sistema cartesiano.
Las figuras 5, 6 y 7 muestran vistas como la de
la figura 4, pero con desplazamientos del plano (4) según indican
las flechas (f1, f2 y f3) respectivamente.
Las figuras 8, 9 y 10 muestran vistas como la de
la figura 4, pero con giros del plano (4), según indican las flechas
(f4, f5 y f6) respectivamente.
La figura 11 corresponde a un esquema en el que
se aprecia una pareja de haces (1) y la modificación posicional de
la perpendicular (7) al plano cuando este último se gira un ángulo
"\beta".
La figura 12 muestra sendos ejemplos de patrones
de interferencia con modulaciones.
Las figuras 13 y 14 muestran la diferente
disposición que adopta un patrón de interferencia (8) respecto de
las formas (9 y 10) de una muestra circular cuando esta es girada
según la flecha (f6) alrededor de "z".
El objeto de la presente invención es un sistema
para procesar una muestra, tal como una oblea, mediante litografía
por interferencia láser. Para la creación de patrones periódicos
bidimensionales con un número de haces "2n", siendo "n"
mayor que 1, los vectores diferencia (2) de cada pareja de haces
láser (1), deben ser coplanares, tal y como se aprecia en la figura
1. Es decir, que tales vectores diferencia (2) sean coplanares
respecto de un plano (3) paralelo al plano (4) de ubicación del
punto de interferencia "p". En la figura 2 se muestra un
ejemplo de no coplanari-
dad.
dad.
Para conseguir esta coplanaridad, los "2n"
espejos de incidencia de los haces láser (1) se sitúan en un mismo
plano espacial, concretamente en el plano (3) paralelo al plano (4)
de ubicación del punto "p" de interferencia.
Además de esta coplanaridad y de acuerdo con el
sistema ahora preconizado, se requiere que los "2n" haces láser
(1) se dispongan formando "n" parejas; de tal manera que cada
pareja de haces láser (1) defina un plano (6), ver figura 3, normal
al plano (4) en el que se sitúa la muestra sobre la que se va a
definir el punto "p" de interferencia.
De acuerdo con ello, los "2n" espejos de
incidencia de los haces láser (1) deben estar colocados de manera
que el punto "p" de interferencia se sitúe sobre las
bisectrices (5) de los "n" ángulos "\alpha", definidos
por cada pareja de haces láser (1).
Por ello, la bisectriz (5) del ángulo
"\alpha" de cada pareja de haces láser (1), debe coincidir
con la perpendicular al plano (4) que pasa por el punto de
interferencia "p" y todos los haces láser (1) inciden sobre la
muestra con el mismo ángulo "\alpha_{1}".
Siguiendo con el sistema objeto de la presente
invención, para el procesamiento de una muestra completa, tal como
es el caso de una oblea, mediante pulsos láser de muy alta energía,
se procede de la manera siguiente: Tal y como se muestra
esquemáticamente en la figura 4, la muestra, no representada, se
sitúa, sobre el plano (4) que es coplanar con el teórico plano
"xy" de un sistema cartesiano "x, y, z".
El soporte de la muestra permite que el plano
(4) se desplace, tal y como se aprecia en la figura 5, siguiendo la
dirección indicada por la flecha "f1", es decir según una
dirección paralela al eje "x".
También, tal y como se aprecia en la figura 6,
el plano (4) puede desplazarse según la dirección indicada por la
flecha "f2", es decir en paralelo al eje "y".
De esta manera, la muestra puede ser desplazada
en el plano "xy" y estos desplazamientos pueden ser
intercalados con pulsos láser que pueden grabar la correspondiente
interferencia en toda la superficie de la muestra; de forma que se
puede procesar una muestra completa con litografía por interferencia
láser de múltiple haz, mediante pulsos láser de muy alta energía,
procesando uno o más chips con un solo pulso.
Además, tal y como se aprecia en la figura 7, el
plano (4) también puede desplazarse según la dirección indicada por
las flechas "f3", es decir, según una dirección paralela al eje
"z". De esta forma se posibilita cambiar la escala de la
geometría de la interferencia, ya que cuanto más se acerque el plano
(4) a los focos emisores de los haces láser (1) la escala de la
geometría será más pequeña y cuanto más se aleje será más grande.
Este movimiento del plano (4), según el eje "z", permite
también cambiar no solo la escala de la geometría sino también la
propia geometría.
En las figuras 8 y 9 se aprecia como, de acuerdo
con la presente invención, el plano (4) en el que se sitúa la
muestra puede girar alrededor de un eje paralelo al eje "x",
tal y como se muestra en la figura 8, giro éste representado por la
flecha "f4", y/o respecto del eje "y", tal y como se
muestra en la figura 9 e indicado por la flecha "f5".
Con estos giros del plano (4) alrededor de ejes
paralelos a los ejes "x" y/o "y" se pueden llevar a cabo
pequeños ajustes, entre la posición de la bisectriz (5) de cada
pareja de haces láser (1) y la perpendicular a dicho plano (4) que
pasa por el punto de interferencia "p".
En la figura 11, se representa esquemáticamente
como el plano (4) soporte de la muestra ocupa una posición en la que
la recta (7) perpendicular a dicho plano (4) y que pasa por el punto
de interferencia "p" no coincide con la bisectriz de cada
pareja de haces láser (1).
Al girar el plano (4) un ángulo "\beta",
alrededor de un eje paralelo al eje "x" o al "y" dicho
plano (4) pasa a ocupar la posición representada a trazo grueso en
la figura 11 y señalada por la referencia (4'); de manera que la
perpendicular (7) que pasa por el punto de interferencia "p" se
desplaza hasta la posición representada a trazo grueso e
identificada con la referencia (7') en la que, entonces, dicha
perpendicularidad (7') sí coincide con la bisectriz (5) de las
parejas de haces láser (1).
Si no coinciden la bisectriz (5) de las "n"
parejas de haces láser (1) con la recta (7-7'),
perpendicular al plano (4) y que pasa por el
punto de interferencia "p", se producen modulaciones, tal y
como se muestra en la figura 12, en la que se aprecia como las
interferencias "I" grabadas en la superficie de la muestra
cambian su geometría, medida y/o distancia, dando lugar a unas
interferencias "I'" que se repiten periódicamente, en lo que se
denomina modulaciones.
Estas modulaciones no son deseadas en la mayoría
de los casos y se pueden corregir mediante el giro del plano (4)
respecto del eje "x" y/o "y" hasta hacer coincidir de
nuevo a la perpendicular (7-7') con la bisectriz
(5). Ahora bien, puede ocurrir que, en algunos casos estas
modulaciones sean deseables y si es así, la solución ahora propuesta
permite también, mediante el giro del plano (4) respecto de "x"
y/o de "y", desalinear la perpendicular (7-7')
con la bisectriz (5) y provocar así tal modulación.
Por otro lado, y de acuerdo con el objeto de la
presente invención se ha previsto, tal y como se aprecia en la
figura 10, que el plano (4) en el que se ubica la muestra pueda
también ser girado respecto del eje "z" según se indica con le
flecha "f6" en dicha figura 10.
Con este giro respecto de "z" se posibilita
el alinear los patrones de la interferencia (8) con respecto a la
geometría de la muestra a litografiar o con características del
material de dicha muestra que ofrezcan direcciones preferentes para
los patrones de la interferencia.
En la figura 13 se representa una muestra, sobre
la que se han de realizar, mediante interferencia por haces láser,
uno o más patrones de interferencia (8). La muestra presenta una
configuración circular, con un corte (9) en su periferia, paralelo a
dos de los lados de unas conformaciones cuadrangulares (10) de la
propia muestra.
En la posición representada en la figura 13, el
patrón de interferencia (8) tiene la disposición representada en
dicha figura. Ahora bien, si se gira la muestra respecto del eje
"z", según se indica en la figura 14 con la flecha "f6",
se consigue que el patrón de interferencia (8) quede dispuesto de
una manera diferente respecto del corte (9) y de las conformaciones
cuadrangulares (10), alineando así dicho patrón de interferencia con
el corte (9) y con los lados de las conformaciones cuadrangulares
(10).
En los puntos precedentes se ha descrito los
movimientos en el plano "xy" o siguiendo el eje "z" y los
giros alrededor de ejes paralelos a "x", "y" "y"/o
"z" como movimientos del plano (4) que soporta a la muestra a
procesar, pero lógicamente no alterarla en nada la esencia de la
invención que estos movimientos los realizara directamente la propia
muestra disponiéndola para ello en un soporte capaz de realizar
tales movimientos y giros. Realizándose dichos movimientos, por
ejemplo mediante motores lineales, sin que esta solución sea
limitativa.
Claims (5)
1. Sistema para procesar una muestra en
litografía por interferencia de haces láser, caracterizado
porque según el mismo, para la creación sobre la muestra de patrones
de interferencia periódicos bidimensionales con un numero "2n"
de haces láser (1), siendo "n" mayor que uno, se sitúan, sobre
un mismo plano espacial (3), un número "2n" de espejos para la
incidencia sobre ellos de los "2n" haces láser (1); este plano
espacial (3) es paralelo al plano (4) en donde se sitúa tanto la
muestra como el punto "p" de interferencia, con la
particularidad de que este punto "p" de interferencia esta
colocado sobre las bisectrices (5) de las diferentes parejas de
haces láser (1); y porque cada pareja de haces láser (1) se sitúa en
un plano normal al plano (4) de la muestra y todos los haces láser
(1) inciden sobre la muestra con un mismo ángulo "\alpha"; y
porque la muestra a procesar es susceptible de desplazarse según
direcciones paralelas a unos ejes cartesianos ("x, y, z" y
girar respecto de estos ejes.
2. Sistema para procesar una muestra en
litografía por interferencia de haces láser, en todo de acuerdo con
la anterior reivindicación, caracterizado porque si la
muestra es una oblea, esta puede desplazarse en el plano "xy" y
los desplazamientos pueden ser intercalados con pulsos láser de alta
energía que graban la correspondiente interferencia en la superficie
de la oblea; de manera que se puede procesar así una oblea completa,
procesando uno o más chips con cada pulso.
3. Sistema para procesar una muestra en
litografía por interferencia de haces láser, en todo de acuerdo con
la primera reivindicación, caracterizado porque la muestra
puede desplazarse siguiendo una dirección paralela al eje "z"
para cambiar la escala de la geometría de la interferencia y/o la
propia geometría de dicha interferencia.
4. Sistema para procesar una muestra en
litografía por interferencia de haces láser, en todo de acuerdo con
la primera reivindicación, caracterizado porque la muestra
puede girar alrededor de un eje paralelo al eje "x y/o al eje
y", para establecer ajustes entre la posición de la bisectriz (5)
de cada pareja de haces láser (1) y la teórica recta que, pasando
por el punto "p" de interferencia, es perpendicular al plano
(4) de ubicación de la muestra.
5. Sistema para procesar una muestra en
litografía por interferencia de haces láser, en todo de acuerdo con
la primera reivindicación, caracterizado porque la muestra
puede girar alrededor de un eje paralelo al eje "z" para
alinear los patrones de la interferencia con respecto a la geometría
y/o características de la muestra a litografiar.
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