接触型局域SP光刻直写头的悬持结构设计及仿真分析
光刻技术在半导体工业中扮演着重要的角色，但衍射极限的存在限制了传统光学光刻在光刻分辨率上的进一步提高。由近场光学发展而来的近场光刻为突破衍射极限提供了新的思路，但光通率不高导致其光刻质量不佳。基于表面等离子体激元的近场光刻具有透射增强效应，使得光刻的分辨率和成像质量得到显著提高。等离子体直写光刻作为表面等离子体光刻技术的一种，光刻时无需掩模，能够实现任意图形的刻写，且光刻系统简单，成本较低，是一种理想的纳米光刻技术。 扫描探针光刻作为一种重要的直写光刻方式，常采用悬臂梁探针结构。但悬臂梁受力容易弯曲变形，造成探针的位置精度误差。本文设计了一种具有双固支弹性臂的圆形弹簧作为扫描探针的悬持结构，提高光刻时探针的位置精度。弹性臂设计为圆弧形，弹性臂数为四个。通过调节弹性臂的有效臂长、宽度和厚度，实现较合理的弹簧刚度。通过理论分析了悬臂梁探针结构在接触模式和扫描模式下的探针位置精度，并利用有限元分析软件对两种探针悬持结构在两种工作模式下的位置精度进行了仿真对比。在接触模式下，悬臂梁探针产生水平位移，而圆形弹簧探针不会产生水平位移，位置精度得到较大提高；在扫描模式下，悬臂梁探针结构沿着不同方向扫描时，探针产生不同的水平位移；圆形弹簧探针结构的探针水平位移不随扫描方向的变化而变化，位置精度得到提高。 对圆形弹簧应用于接触型局域表面等离子体直写光刻进行了动态仿真，通过优化结构参数，仿真结果达到预期效果。光刻时，圆形弹簧变形产生的弹性力能够保证探针与光刻胶的稳定接触；在接触模式下，圆形弹簧保持探针上升姿态垂直，不会发生偏转；在扫描模式下，圆形弹簧保持探针偏角角度恒定不变，探针刻写姿态稳定；在相同的位移载荷和扫描速度下，沿不同方向扫描时圆形弹簧使探针具有相同的绕xy平面的偏转角度。利用圆形弹簧的自适应性，在不超过探针允许倾斜角度的最大位移载荷下，能够调整1.5′的相对倾斜角度，并且在倾斜的光刻胶表面光刻时，圆形弹簧保证探针适应光刻胶表面的位置变化。 完成接触型局域表面等离子体直写光刻系统的实验平台设计，并对关键部件进行选型和采购，确定扫描过程中探针刻写姿态的检测方案。
等离子体光刻;圆形弹簧;悬臂梁;位置精度;动态仿真;直写头
电子科技大学
硕士
机械电子工程
王皓
2015
中文
TN305.7
75
2015-12-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）