[发明专利]一种基于啁啾光栅的间隙检测与控制的超分辨光刻装置

说明书

技术领域

本发明是一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置，属于超分辨光刻装置的改进和创新技术领域。

背景技术

随着IC产业的高速发展，电子产品集成电路小型化以及存储密度越来越高，迫切要求提高光刻工艺。光刻工艺的分辨率和曝光效率决定了生产集成电路芯片的分辨率和生产效率。光刻工艺是通过曝光将掩膜上的图案转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。由于光学波动性所产生的衍射和干涉等效应，传统光学光刻的路线受到“衍射受限”的限制，很难实现亚波长的特征尺寸，因此，科学家提出了诸如沉浸光刻、极紫外光刻、X射线光刻、电子束曝光光刻、离子束光刻、纳米压印等光刻技术。但是，这些光刻技术存在着，诸如设备昂贵、过程复杂且产出低等限制。

2004年，罗先刚研究员首次报道表面等离子体共振干涉光刻技术，提出SP光刻的加工方法，以突破衍射受限，提高光刻分辨力。但该光刻技术作为近场光刻模式，存在着工作距短等不足，在曝光时通常需要通过吹气加压和真空吸紧等方式，以保证工作距。但是该工艺模式极易污染基片，破坏掩模图形，甚至损坏掩模，限制了掩膜的重复利用，这严重影响了曝光的质量和效率，提高了曝光的成本。研究通过离轴的SP激发照明，可以有效的提高工作距和分辨率。

离轴的SP激发照明使得光刻的工作距提高到了百纳米量级，但是如何精确检测和控制间隙，保证光刻效果的稳定可靠成为了新的技术难题。电容传感器是使用最普遍的间隙检测探测器，通常在掩膜和基底表面中嵌入电极形成平行板电容，虽然结构简单容易实现，但掩膜基底受到限制，在曝光过程中也会受到影响，热漂移影响也很明显。

1999年Euclid E.Moon等人提出采用干涉空间位相成像方法对光刻间隙进行检测。该检测技术是在掩膜上刻蚀TCG结构的二维棋盘光栅，光纤激光经过衍射，反射，再衍射等过程形成干涉条纹，通过处理干涉条纹数据，可以高精度的解析出间隙值。

本发明的一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置。该装置通过啁啾光栅衍射成像技术，实现了纳米量级的在线间隙检测和控制；实现了间隙曝光，有效的保护了超分辨光刻器件；通过激光干涉仪、精密位移台、纳米位移台、对准模块和间隙检测模块进行反馈控制，实现了超精密套刻对准和步进光刻功能。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提出一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置。该装置通过啁啾光栅衍射成像技术，实现了纳米量级的在线间隙检测和控制；实现了间隙曝光，有效的保护了超分辨光刻器件；通过激光干涉仪、精密位移台、纳米位移台、对准模块和间隙检测模块进行反馈控制，实现了超精密套刻对准和步进光刻功能。

本发明的技术解决方案是：

一种基于啁啾光栅间隙检测与控制的超分辨光刻装置，该装置包括超精密环控系统、主动隔振平台、支撑框架、光源、间隙检测系统、对准模块、光刻镜头模块、承片台模块和控制系统；

其中光源安装在支撑框架上，支撑框架安装在主动隔振平台上，主动隔振平台安装在减振地基上，整个装置安装在超精密环控系统内，控制系统安装在超精密环控系统外面的地基上；

所述的间隙检测系统包括三套相同的间隙检测模块，三套模块通过X轴位移台成120°安装在主基板上，每一间隙检测模块包括X轴位移台、Y轴位移台、倾斜转接板、Z轴位移台、Rx/Ry旋转台、Tz轴旋转台、镜头安装板、镜头夹持架、CCD、远心镜头、准直器安装板、准直器旋转台、准直器夹持架、激光准直器、光纤头和光纤耦合激光器，其中Y轴位移台安装在X轴位移台上，倾斜转接板安装在Y轴位移台上，Z轴位移台安装在倾斜转接板上， Rx/Ry旋转台安装在Z轴位移台上，Tz轴旋转台安装在Rx/Ry旋转台上，镜头安装板安装在 Tz轴旋转台上，镜头夹持架安装在镜头安装板的下半部分，CCD与远心镜头连接夹持在镜头夹持架上，准直器安装板安装在镜头安装板的上半部分，准直器旋转台安装在准直器安装板上，准直器夹持架安装在准直器旋转台上，激光准直器安装在准直器夹持架上，光纤头安装在激光准直器上，并通过光纤与光纤耦合激光器连接；

所述的对准模块包括左对准模块和右对准模块，两者成左右对称，安装在主基板上；

所述的光刻镜头模块安装在主基板的中心沉槽上，光刻镜头模块上安装有超分辨光刻器件，超分辨光刻器件上加工有光刻图形区、啁啾光栅图形区和对准图形区；