一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)用傳感器的制造方法
【專利摘要】一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)傳感器，寬帶點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一無(wú)色差擴(kuò)束準(zhǔn)直光學(xué)透鏡后，形成寬帶平行光束，平行光經(jīng)第一分光棱鏡后進(jìn)入色散透鏡組，在空間形成一系列的聚焦點(diǎn)；聚焦于傾斜物體表面的某單色光，經(jīng)基片反射經(jīng)過(guò)色散透鏡組，出射與入射光等口徑、光軸偏移的平行單色光束；單色平行光束經(jīng)第一分光棱鏡、第二分光棱鏡反射后分成兩部分，一部分到達(dá)二維光電位置探測(cè)器；另一部分由第二無(wú)色差光學(xué)透鏡聚焦，并經(jīng)針孔濾波后，由光譜探測(cè)器接受，利用二維光電位置探測(cè)器來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)工作面之間的平行度偏差，利用光譜探測(cè)器來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)工作面之間的距離，具有生產(chǎn)成本低、安裝可靠、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)用傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納制造及光學(xué)精密測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種納米壓印工作平臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)用傳感器。
技術(shù)背景
[0002]納米壓印光刻(Nano-1mprint Lithography, NIL)是一種使用模板通過(guò)基片上抗蝕劑的受力變形實(shí)現(xiàn)其圖形化的微納米加工技術(shù)。與其它微納米制造方法相比，NIL具有高分辨率、低成本和高生產(chǎn)率的特點(diǎn)，可應(yīng)用于集成電路、生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品、超高密度盤片、光學(xué)組件、有機(jī)電子學(xué)、分子電子學(xué)等領(lǐng)域，被譽(yù)為十大可改變世界的科技之一。
[0003]納米壓印過(guò)程要求保證模板與基片的平行，使得模板與基片能夠均勻的接觸。若模板與基片不平行，將得到楔形的留膜(進(jìn)一步影響后續(xù)刻蝕結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移)，甚至模板的一端直接接觸基片。尤其在整片晶圓納米壓印中，模板與基片同時(shí)接觸的面積非常大，對(duì)不平誤差有放大作用，因此整片晶圓納米壓印工藝對(duì)于保持模板與基片之間的平行度有著更為苛刻的要求。同時(shí)模板與基片的不平行將導(dǎo)致下壓時(shí)模板與基片的相對(duì)滑移，發(fā)生側(cè)向擴(kuò)張，影響壓印精度，另外在脫模時(shí)模板也會(huì)對(duì)壓印特征造成破壞。
[0004]納米壓印工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)模板與基片平行度調(diào)整的方法分為被動(dòng)調(diào)整和主動(dòng)調(diào)整兩種。被動(dòng)調(diào)整(又稱自適應(yīng)調(diào)整)是利用某種具有柔性的結(jié)構(gòu)來(lái)補(bǔ)償模板與基片之間的不平行，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)，但是精度較低。主動(dòng)調(diào)整型包括檢測(cè)部分和調(diào)整部分，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)模板與基片的位置和不平行度，根據(jù)反饋的結(jié)果，通過(guò)執(zhí)行元件主動(dòng)調(diào)整模板與基片之間的位姿，實(shí)現(xiàn)二者間的平行定位。主動(dòng)調(diào)整法具有高精度、反應(yīng)快的顯著優(yōu)點(diǎn)，但是成本較高。為了檢測(cè)模板與基片之間的平行度，通常的做法是在模板固定面(或基片承載面)安裝三個(gè)對(duì)角分布的位移傳感器，通過(guò)三點(diǎn)位置信號(hào)的差異來(lái)判斷模板與基片是否達(dá)到平行定位。例如田延嶺等人2009年申請(qǐng)的發(fā)明專利(專利:101726997) “用于納米壓印光刻系統(tǒng)的六自由度精密定位工作臺(tái)”，就采用了三個(gè)第一位移傳感器來(lái)判斷模板與基片是否平行。利用三個(gè)高精度的位移傳感器作為兩平面平行度的檢測(cè)手段，存在以下兩個(gè)方面的不足:(1)三個(gè)位移傳感器自身的安裝定位精度要求很高，并且需要用高出待檢平面間平行度一個(gè)數(shù)量級(jí)的一對(duì)平行平面進(jìn)行位置校準(zhǔn)和標(biāo)定，實(shí)施難度很大；(2)同時(shí)用三個(gè)位移傳感器進(jìn)行檢測(cè)，大大增加了主動(dòng)調(diào)整型納米壓印工作臺(tái)的成本。
[0005]光譜共焦式位移傳感器可用于對(duì)漫反射或者反射面進(jìn)行精確的位移或距離測(cè)量。其基本原理是，寬帶光源發(fā)出的光，通過(guò)探頭中系列光鏡組發(fā)生光譜色散，形成不同波長(zhǎng)的單色光，經(jīng)過(guò)標(biāo)定，使每一個(gè)波長(zhǎng)都對(duì)應(yīng)一個(gè)到被測(cè)物體的距離值。只有聚焦在被測(cè)物體表面的準(zhǔn)確單色光，可以反射(或漫反射)后再次經(jīng)過(guò)光鏡組，到達(dá)針孔共焦探測(cè)器，由光譜儀識(shí)別并將其換算為距離值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種納米壓印工作平臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)用傳感器，生產(chǎn)成本低、安裝可靠、操作簡(jiǎn)單。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案:
[0008]一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)傳感器，包括寬帶點(diǎn)光源1，寬帶點(diǎn)光源I發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一無(wú)色差擴(kuò)束準(zhǔn)直光學(xué)透鏡2后，形成寬帶平行光束，不同波長(zhǎng)的光無(wú)位相差異；平行光經(jīng)第一分光棱鏡3后進(jìn)入色散透鏡組4，不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生光譜色散，在空間形成一系列的聚焦點(diǎn)；聚焦于傾斜物體表面的某單色光，經(jīng)基片11反射經(jīng)過(guò)色散透鏡組4，出射與入射光等口徑、光軸偏移的平行單色光束；單色平行光束經(jīng)第一分光棱鏡3、第二分光棱鏡5反射后分成兩部分，一部分到達(dá)二維光電位置探測(cè)器6 (PSD);另一部分由第二無(wú)色差光學(xué)透鏡7聚焦，并經(jīng)針孔8濾波后，由光譜探測(cè)器9接受，光譜探測(cè)器9、二維光電位置探測(cè)器6分別和計(jì)算機(jī)10連接。
[0009]所述的色散透鏡組4物方主面與模板工作面同面。
[0010]所述的第一無(wú)色差光學(xué)透鏡2、第一分光棱鏡3、色散透鏡組4共光軸，寬帶點(diǎn)光源I位于該光軸上。
[0011]所述的第一分光棱鏡3的反射軸、第二分光棱鏡5、第二無(wú)色差光學(xué)透鏡組7及光譜探測(cè)器9共光軸。
[0012]所述的第二分光棱鏡5的反射軸與光電位置探測(cè)器6 (PSD)共光軸,光電位置探測(cè)器中心位置標(biāo)記為O。
[0013]本傳感器在檢測(cè)納米壓印過(guò)程中納米壓印模板與基片的平行度時(shí)，具有以下特點(diǎn)及良好效果:
[0014]1、本發(fā)明采用一個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量獲得了模板工作面與基片間的距離即平行度偏差信息，大大降低了系統(tǒng)的制造及檢測(cè)成本。
[0015]2、基于光譜共聚焦原理，本發(fā)明傳感器的位移測(cè)量精度可以達(dá)到納米量級(jí)，角度測(cè)量精度可以達(dá)到秒級(jí)。
[0016]3、本發(fā)明傳感器在測(cè)量結(jié)果顯示時(shí)，可以直觀化地給出距離及平行度偏差信息，減少了多個(gè)參數(shù)判讀對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的誤判。
[0017]4、本發(fā)明傳感器的安裝過(guò)程中，僅需保證色散透鏡組物方主面與模板工作面共面，即可同時(shí)獲得基片的距離及是否調(diào)平信息，相對(duì)于其它測(cè)量方案而言，大大節(jié)省了安裝及調(diào)節(jié)的工作量。
[0018]5、采用本發(fā)明傳感器，消除了其它測(cè)量方案?jìng)鞲衅髦g安裝定位誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，同時(shí)也消除了不同傳感器自身的系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、工作穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明傳感器的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為二維光電位置探測(cè)器探測(cè)光斑位置偏差示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0022]參照?qǐng)D1，一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)傳感器，包括寬帶點(diǎn)光源1，寬帶點(diǎn)光源I發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一無(wú)色差擴(kuò)束準(zhǔn)直光學(xué)透鏡2后，形成寬帶平行光束，不同波長(zhǎng)的光無(wú)位相差異；平行光經(jīng)第一分光棱鏡3后進(jìn)入色散透鏡組4，不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生光譜色散，在空間形成一系列的聚焦點(diǎn)；聚焦于傾斜物體表面的某單色光，經(jīng)基片11反射經(jīng)過(guò)色散透鏡組4，出射與入射光等口徑、光軸偏移的平行單色光束；單色平行光束經(jīng)第一分光棱鏡3、第二分光棱鏡5反射后分成兩部分,一部分到達(dá)二維光電位置探測(cè)器6 (PSD);另一部分由第二無(wú)色差光學(xué)透鏡7聚焦，并經(jīng)針孔8濾波后，由光譜探測(cè)器9接受，光譜探測(cè)器9、二維光電位置探測(cè)器6分別和計(jì)算機(jī)10連接。
[0023]所述的色散透鏡組4物方主面與模板工作面同面。
[0024]所述的第一無(wú)色差光學(xué)透鏡2、第一分光棱鏡3、色散透鏡組4共光軸，寬帶點(diǎn)光源I位于該光軸上。[0025]所述的第一分光棱鏡3的反射軸、第二分光棱鏡5、第二無(wú)色差光學(xué)透鏡組7及光譜探測(cè)器9共光軸。
[0026]所述的第二分光棱鏡5的反射軸與光電位置探測(cè)器6 (PSD)共光軸,光電位置探測(cè)器中心位置標(biāo)記為O。
[0027]本發(fā)明的工作原理為:
[0028]將本發(fā)明的傳感器安裝于納米壓印工作臺(tái)，傳感器標(biāo)準(zhǔn)光(無(wú)色散)焦距為L(zhǎng)ci,光學(xué)放大倍率為β。依據(jù)光波波長(zhǎng)與聚焦位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算機(jī)10可以根據(jù)光譜探測(cè)器9采集的當(dāng)前波長(zhǎng)信息給出色差距離La，進(jìn)一步獲得給出模板與基片間的距離:
[0029]L=L0+LX
[0030]另外，計(jì)算機(jī)10根據(jù)二維光電探測(cè)器6采集的當(dāng)前位置信息D(x，y)，可以計(jì)算出模板與基片的平行度偏差Θ (x,y):
[0031]θx=arctanβ-Dx/Lo+Lλ
[0032]θx=arctanβ-Dx/Lo+Lλ
[0033]手動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)壓印臺(tái)基片承片臺(tái)，直至平行度偏差Θ達(dá)到容差范圍內(nèi)，停止調(diào)節(jié)并鎖緊承片臺(tái)。手動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)壓印模板上下位置，保留確定間隙開(kāi)始納米壓印光刻。
【權(quán)利要求】
1.一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)傳感器，包括寬帶點(diǎn)光源(1)，其特征在于:寬帶點(diǎn)光源(I)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一無(wú)色差擴(kuò)束準(zhǔn)直光學(xué)透鏡(2)后，形成寬帶平行光束，不同波長(zhǎng)的光無(wú)位相差異；平行光經(jīng)第一分光棱鏡(3)后進(jìn)入色散透鏡組(4)，不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生光譜色散，在空間形成一系列的聚焦點(diǎn)；聚焦于傾斜物體表面的某單色光，經(jīng)基片(11)反射經(jīng)過(guò)色散透鏡組(4)，出射與入射光等口徑、光軸偏移的平行單色光束；單色平行光束經(jīng)第一分光棱鏡(3)、第二分光棱鏡(5)反射后分成兩部分,一部分到達(dá)二維光電位置探測(cè)器(6)(PSD);另一部分由第二無(wú)色差光學(xué)透鏡(7)聚焦，并經(jīng)針孔(8)濾波后，由光譜探測(cè)器(9)接受，光譜探測(cè)器(9)、二維光電位置探測(cè)器(6)分別和計(jì)算機(jī)(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)傳感器，其特征在于:所述的色散透鏡組(4)物方主面與模板工作面同面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)傳感器，其特征在于:所述的第一無(wú)色差光學(xué)透鏡(2)、第一分光棱鏡(3)、色散透鏡組(4)共光軸，寬帶點(diǎn)光源(I)位于該光軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)傳感器，其特征在于:所述的第一分光棱鏡(3)的反射軸、第二分光棱鏡(5)、第二無(wú)色差光學(xué)透鏡組(7)及光譜探測(cè)器(9)共光軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米壓印工作臺(tái)主動(dòng)調(diào)平檢測(cè)傳感器，其特征在于:所述的第二分光棱鏡(5 )的反射軸與光電位置探測(cè)器(6 ) (PSD )共光軸,光電位置探測(cè)器中心位置標(biāo)記為O。
【文檔編號(hào)】G01B11/14GK103868464SQ201410119557
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】丁玉成, 邵金友, 王春慧, 劉京昀 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)