压印工作台的纳米级自找准定位研究

　　在集成电路的制造工艺中,随着对更小特征尺寸的不断追求,对于光刻设备精度、光源波长及透镜系统透光率等的要求越来越高.为了达到0·1μm或者更小的特征尺寸,现有的光刻技术在资金投入和技术难度上已经是按指数上升,因此寻求新的工艺路线已是当前集成电路(IC)研究的主攻方向.目前,提出的压印光刻工艺具有完成10 nm以下特征尺寸压印的潜力[1,2],尽管压印光刻与传统光刻相比具有无法替代的优势,但对于多层压印套刻及分步压印对准问题,依旧是IC光刻工艺过程的瓶颈.在采用的分步式多层套刻压印工艺中,对于0·1μm及其以下的特征尺寸,重复对准精度必须在30 nm以内[3~6].对于分步式压印光刻工艺,由于存在分步压印、多层套刻及压印过程中有大范围的机械运动和一定压力的干扰,所以对于超高精度的对准,单纯采用传统光刻工艺中的小视场十字标记已不能满足分步式多层压印的重复找准和高精度定位.本系统利用光学中光栅对准过程中产生的摩尔条纹及透光强度来实现晶片(wafer)的粗精找准,应用激光干涉仪实现晶片的动态位置监测,并由宏微两级驱动来完成晶片最终定位的要求[7,8].

　　1　分步式压印工艺的粗精找准

　　在压印工艺中,为实现小模具到大模具的翻制工程或直接实现多层套刻压印,其关键问题之一就是超高精度的定位,并在驱动环节中已采用了宏微两级定位.宏驱动采用300 mm行程的直线电机,双向重复分辨率为0·2μm;微驱动采用60μm行程的压电驱动器(PZT),分辨率为0·1 nm.当具备了高精度定位的驱动环节后,定位瓶颈就集中在原点找准上,传统的方式是在晶片上制作十字标记,使整体光刻过程都以此为基准.这种方式在分步式多层压印光刻工艺中已不适合,其原因有3种:①由于分步式压印的上一层与下一层的对准精度为30 nm,如果只以一个十字标记为基准,则每一个分步压印的误差累积将会远远高于30nm;②由于单一十字标记的三自由度对准场非常有限,因此对于在大范围运动中原点的找准非常困难;③以单一十字标记为基准,晶片的运动定位精度就只能靠激光干涉仪来保证,而激光干涉仪的稳定度和外界干扰的影响误差随时间的增加不可忽视.如图1所示,当时间t在120 s内时,由于外界的干扰,激光干涉仪测量值(λ)的误差大约为20 nm,因此传统光刻中的十字标记不能在本系统中使用.在实际系统中,采用多标记和激光干涉仪相配合的多基准找准方式,具体方法是先采用压印工艺,在晶片表面制作出标记阵列,使对应于每一次压印的过程都有一个原点为基准.这样在单层压印时,每一压印图形相对于自己标记的误差,在宏微两级高精度定位的基础上就完全能够控制在10nm以内.对于第2层压印对准标记,还是以每一个标记为准,其累积误差最大也在20 nm以内,因此完全可以满足IC制作精度的要求.