做和常温压印光刻研究三

常温压印光刻研究(三)

3 IL高精度定位分析

IL超高精度定位系统如图4，图4a为纳米定位双伺服控制系统框图。系统由宏、微两级驱动来实现IL超高精度定位。宏驱动采用行程为100mm，步进精度为1μm，满行程直线度小于1μm的直线电机完成。实时检测由激光干涉仪实现，并且构成系统的反馈环节。微驱动采用行程为60μm，步进精度为1nm的压电陶瓷致动器。微驱动环节采用Exact Model Matching (EMM) 控制策略，使得线性度误差小于3％。同时，微驱动的满行程检测采用摩尔条纹空间放大的定位对准系统，如图4b所示。在分布式压印过程中，母版与硅片上都预刻有对准标记，标记的形式为光栅条纹。在对准过程中，光栅条纹经过激光的照射，产生摩尔条纹，实现空间放大，将微位移的变化量转变为光能的变化每种机型用处不同，再通过PD接收器实现对准信号的采集和转换，最终对准误差小于30nm。。实际中，母版采用两组52.5μm和50.0μm且方向不同的光栅阵列，硅片采用10.0μm和10.5μm且方向不同的光栅阵列。

图4 IL超高精度定位系统

IL宏微两级行程L为10μm的控制结果如图5所示，图5a为宏微两级的切换过程，可看出采用PID控制策略的宏驱动在L达到9μm时，由控制策略动态切换算法将现有控制方式转变为EMM控制策略的变化过程。图5b就为稳定后的微驱动控制动态过程，明显看出稳定后的定位误差在8nm以内，这也是整个系统的定位精度指标。

(a) 宏微两级驱动的切换过程 (b) 微驱动过程中的局部响应

以上研究结果的另一个基础就是整体机构的设计。实际中，为消除材料热膨胀、机构运动部件之间的摩擦等因素而产生的误差，整体生产商亦要斟酌机器运动的动态性能和同步性机构从机架到压印驱动部件上采用热变形系数很小的铟钢，使整体机构的热变形应力场分布一致，相互抵消。同时，超净室温度变化也控制在±0.5℃。另外，系统微定位平台采用柔性绞链机构，实现无间隙和无摩擦驱动，消除由于摩擦产生的误差。

4 结 语

基于以上研究结果，对不同特征尺寸图形所做的压印实验产品的寿命就变短有0.5μm的光盘凸凹图形，0.35μm的集成电路图形，0.1μm的平行线条和空十字图形，结果如图6。图6a~6d的结果都是由日本Keyence公司显微设备在3000倍放大条件下观察得到的。可看出IL的微复型质量好，保真度高。这一论断也可以通过美国DI公司的原子力显微镜进行三维形貌测试进一步证实。如图6e就为0.35μm集成电路的复制结果，复制图形的凸凹界限分明，图形完整。另外说明，图中的尖峰突起非压印结果所致，是芯片受环境污染，灰尘颗粒所致。所以，由以上结果可以说，IL的工艺先进，微复型的潜力空间巨大，与集成电路前后端的接口基本匹配，对集成电路制造的整体工艺无需大的改造。另外更重要的一点是，IL的开发应用在资金投入量较其它光刻工艺相比呈指数下降。故IL成为IC领域NGL的可能性与日俱增。

图6 不同特征尺寸的压印结果

原作者:刘红忠 丁玉成 洪军 卢秉恒 李涤尘 李寒松

来源: