專利名稱：一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無掩模光刻技術領域，特別涉及一種基于數(shù)字微鏡的無掩模光刻對準
直O(jiān)
背景技術：
隨著微光、機、電等技術的迅猛發(fā)展，微細加工技術得到了迅速發(fā)展。微光學元件在通訊、軍事、空間技術、超精加工、生物醫(yī)學以及信息處理等領域中得到廣泛應用。這使得科研人員對微光學相關的設計、制作及應用技術展開了廣泛研究。微光學在設計理論與制作方法上已有了很大的發(fā)展，為了進一步擴大微光學元件的應用領域，對其制作方法也提出了更高的要求。因此，研究便捷、有效、實時、靈活的微光學元件的制作方法仍然是目前國內外微光學領域的一個極為重要的研究方向。相比之下，傳統(tǒng)的光刻方法(即電子束光刻制作掩模，用投影光刻或接近接觸光刻進行復制)不能同時滿足靈活、高效、低成本的要求。而基于數(shù)字微鏡的無掩模光刻技術正好應運而生，并且該方法可采用紫外光、深紫外光、甚至更短波長的極紫外光作為光源，因而具有很強的技術延伸性和工藝兼容性，更易在光刻實踐中得到應用，具有廣泛的應用前景。對準技術是光刻技術的核心技術之一，其精度要求一般為特征尺寸的1/5 1/3。 光刻分辨力的提高，對準精度也提出更高的要求，當前所需的對準精度已進入納米級。目前流行的對準方法大體上可為基于幾何圖案標記、波帶片及光柵標記等幾種。然而，每種方法都有不同優(yōu)缺點，傳統(tǒng)對準方法的精度已經難以適應逐漸提高的光刻分辨力。數(shù)字光刻技術作為一種新的光刻技術，與之對應的相關研究還很少，因此研究相應的高精度對準方法具有重要意義。先前的對準技術主要是建立在光度型基礎上的。視頻圖像對準是光度型對準的典型代表。它是通過光強信號來探測硅片與掩模的相對位移。這種方法雖然簡單、可操作性強、但是對準精度有限，適用于精度較低的情況。隨著光刻分辨力的提高，投影光刻機主要采用光柵對準技術。比如SMASH(Smart Alignment Sensor Hybrid)離軸對準方案，荷蘭ASML公司所采用的TTL (Though the Lens)衍射光柵同軸對準、ATHENA (Advanced Technology using High order Enhanced Alignment)離軸對準等。衍射光柵對準方法的信噪比較高，對準精度高，但結構復雜，不易實現(xiàn)。上述對準方法主要是針對掩模和硅片上均有對準標記的情況，而數(shù)字無掩模光刻系統(tǒng)由于其無掩模的特殊性，與傳統(tǒng)有掩模光刻技術相比，不具備直接將掩模和硅片對準的條件。這種光刻技術將計算機控制的數(shù)字微鏡上的圖像通過投影直接刻在硅片上，數(shù)字微鏡有類似掩模的作用。因此需要針對這些特點研究特殊的對準方法和技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題為根據基于數(shù)字微鏡無掩模光刻的特點，為了滿足這種光刻技術發(fā)展的需要，解決現(xiàn)有技術對準系統(tǒng)結構復雜、精度低、成本高、實施較困難的技術問題，本發(fā)明提出了一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準方法與裝置，該方法充分利用了數(shù)字微鏡的特點，不僅可以實時根據需要改變數(shù)字光柵的周期，還可以結合傅里葉變換和相移算法求解相位，有效提高相位提取精度，同時能有效消除噪聲，提高對準精度。本發(fā)明解決上述的技術問題采用的技術方案為一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，該裝置包括計算機、對準光源、曝光光源、數(shù)字微鏡、光刻物鏡、硅片、 CCD成像器件、位移工件臺、第一分色分光鏡和第二分色分光鏡；第一分色分光鏡接收對準光反射到數(shù)字微鏡上；計算機控制數(shù)字微鏡產生具有恒定相移的數(shù)字光柵；數(shù)字微鏡將對準光反射到光刻物鏡并由第二分色分光鏡透射，將相移數(shù)字光柵依次投影到硅片上與硅片上的光柵標記疊加；硅片反射對準光，再經過第二分色分光鏡反射的對準光被CXD成像器件接收；CCD成像器件采集莫爾條紋圖像是相移數(shù)字光柵與硅片上的標記光柵相疊加產生的多幀具有一定相移間隔的莫爾條紋圖像；多幀相移莫爾條紋圖通過計算機中已設計好的基于傅里葉變換和相移技術相位解析法解調相位信息，完成光柵標記的標定，并求解硅片的位移和旋轉量，并反饋給位移工件臺實現(xiàn)對準。優(yōu)選的，計算機控制數(shù)字微鏡數(shù)字微鏡生成多幅有一定相位差的數(shù)字光柵，經過光刻物鏡和硅片標記疊加形成多幀相移莫爾條紋。優(yōu)選的，CXD成像器件采集的是具有恒定相位差的多幀莫爾條紋，通過結合傅里葉變換和相移算法求解相位，可以有效消除噪聲提高精度。其中，傅里葉變換方法主要用于提取純莫爾條紋，相移技術主要用于解調相位，兩種方法結合可以提高相位提取精度。優(yōu)選的，采用傅里葉變換和相移技術相結合的相位提取方法，解決了標記光柵周期越接近精度越高，而單獨采用傅里葉變換濾波提取相位越難的矛盾。優(yōu)選的，對準光源波長與曝光光源波長不在同一波段內，這樣對準過程不會使硅片感光。優(yōu)選的，對準光經過光刻物鏡，實現(xiàn)同軸對準，減小了像差對對準的影響。優(yōu)選的，所述數(shù)字微鏡數(shù)字微鏡、CCD成像器件的位置不變；每次進行對準時，相移數(shù)字光柵的位置保持不變；將硅片放在工件臺上，保證硅片上光柵標記在CXD成像器件視場范圍內。本發(fā)明的基本原理在于本發(fā)明利用數(shù)字微鏡可操作性的特點，通過計算機控制數(shù)字微鏡產生恒定相位差的標記光柵，并且標記光柵的周期可以實時調整。每片硅片曝光前，都以數(shù)字微鏡上的光柵標記通過光刻物鏡投影到硅片的光柵像(任何一幅)為準，每一幀光柵像分別與硅片上的標記光柵疊加產生多幀相移莫爾條紋。利用傅里葉變換提取純莫爾條紋，相移技術解調條紋相位，計算當前硅片的位置信息(角位移和平面線位移)，實現(xiàn)曝光前硅片的標定。本發(fā)明的特點與優(yōu)勢(1)本發(fā)明提出了一種適用于無掩模數(shù)字光刻對準的新方法，針對數(shù)字微鏡可操作的的特點，通過計算機控制數(shù)字微鏡產生相移精準的數(shù)字光柵，替代了以前的物理光柵， 其頻率可以按照實際精度要求實時調整。(2)本發(fā)明數(shù)字微鏡生成多幅相移數(shù)字光柵與硅片上的標記光柵疊加形成多幀相移莫爾條紋，可以利用相移算法解調相位，精度高，相移精準。
(3)本發(fā)明計算機控制的數(shù)字微鏡產生的數(shù)字光柵，周期恒定，零噪聲，可以提高對準精度。(4)本發(fā)明結合傅里葉變換和相移算法，將對準信息反應在條紋的相位中。該方法操作簡單、快捷、成本低、可靠性好、易于實現(xiàn)等特點。


圖1是本發(fā)明所述的基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置示意圖；圖2(a)_(c)分別是計算機控制數(shù)字微鏡產生的相移光柵標記，其相位差為 2 π /3，圖中只給出了其中一幅條紋；圖3 (a)-(c)分別是硅片上光柵標記；圖4(a)、(b)是利用周期相近的同心圓光柵產生的相移莫爾條紋(只給出了其中一幀)，其中，圖4(a)是對準狀態(tài)，圖4(b)是未對準狀態(tài)；圖5(a)、(b)分別是線光柵實現(xiàn)χ方向的未對準和對準的圖樣；圖6(a)、(b)分別是線光柵實現(xiàn)y方向的未對準和對準的圖樣；圖7為利用光柵標記實現(xiàn)粗對準的示意圖；圖中，110為曝光光源；111為對準光源；112為第一分色分光鏡；113為數(shù)字微鏡； 114為光刻物鏡；115為第二分色分光鏡；116為硅片；117為C⑶成像器件；118為位移工件臺；119為計算機。
具體實施例方式本發(fā)明旨在提供一種基于數(shù)字微鏡的無掩模光刻對準方法和裝置，為使本發(fā)明的思想、技術手段，圖像處理相關算法和優(yōu)勢更加明晰，以下結合附圖加以詳細說明。參考圖1，本發(fā)明提供的一種基于數(shù)字微鏡的無掩模光刻對準方法和裝置，該裝置包括計算機119、對準光源111、曝光光源110、數(shù)字微鏡113、光刻物鏡114、硅片116、CXD 成像器件117、位移工件臺118、第一分色分光鏡112和第二分色分光鏡115 ；第一分色分光鏡112接收對準光反射到數(shù)字微鏡113上；計算機118控制數(shù)字微鏡113產生具有恒定相移的數(shù)字光柵；數(shù)字微鏡113將對準光反射到光刻物鏡114并由第二分色分光鏡115透射， 將相移數(shù)字光柵依次投影到硅片116上與硅片116上的光柵標記疊加；硅片116反射對準光，再經過第二分色分光鏡115反射的對準光被C⑶成像器件117接收；C⑶成像器件117 采集莫爾條紋圖像是相移數(shù)字光柵與硅片116上的標記光柵相疊加產生的多幀具有一定相移間隔的莫爾條紋圖像；多幀相移莫爾條紋圖通過計算機118中已設計好的基于傅里葉變換和相移技術相位解析法解調相位信息，完成光柵標記的標定，并求解硅片116的位置信息(位移和旋轉量)，并反饋給工件臺118實現(xiàn)對準。圖2是數(shù)字微鏡上光柵標記圖樣，本裝置在實現(xiàn)對準時，首先打開對準光111，對準光經過第一分色分光鏡112反射到數(shù)字微鏡上；同時計算機119控制數(shù)字微鏡113依次生成三幀相位差為2 π /3的數(shù)字光柵標記，如圖2所示(只給出了一幀)，三幀數(shù)字相移光柵分別與當前硅片上(116)的光柵標記疊加，此時C⑶成像器件117接收的是三幀相位差為2π/3的數(shù)字相移莫爾條紋。對準過程中，首先采用圓光柵相移莫爾條紋的相位信息實現(xiàn)粗對準，從而判斷當前硅片的大致位置信息。其中，圓光柵相移莫爾條紋的相位信息求解方法如下圖7所示，為利用光柵標記實現(xiàn)粗對準的示意圖，由于數(shù)字微鏡113上的光柵標記固定不動，因此實線表示數(shù)字微鏡113上的圓光柵標記位置，虛線表示硅片116上的圓光柵標記的位置，計算機119控制數(shù)字微鏡113依次生成三幀相位差為2 π /3的數(shù)字光柵標記分別疊加后，CXD成像器件117接受的是三幀相位差為2 π /3的數(shù)字相移莫爾條紋。通過計算此時數(shù)字相移莫爾條紋的相位信息就可以得到，當前硅片的位置信息數(shù)字微鏡113上的圓光柵中心點與硅片上圓光柵標記中線點之間的距離(偏心距)為
權利要求
1.一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，其特征在于該裝置包括計算機(119)、對準光源(111)、曝光光源(110)、數(shù)字微鏡(113)、光刻物鏡(114)、硅片(116)、C⑶成像器件(117)、位移工件臺(118)、第一分色分光鏡(11 和第二分色分光鏡(115)；第一分色分光鏡(11 接收對準光反射到數(shù)字微鏡(11 上；計算機(119)控制數(shù)字微鏡(113)產生具有恒定相移的數(shù)字光柵；數(shù)字微鏡(11 將對準光反射到光刻物鏡(114)并由第二分色分光鏡(11 透射，將相移數(shù)字光柵依次投影到硅片(116)上與硅片上的光柵標記疊加 ’硅片(116)反射對準光，再經過第二分色分光鏡(11 反射的對準光被C⑶成像器件(117)接收；CCD成像器件(117)采集莫爾條紋圖像是相移數(shù)字光柵與硅片上的標記光柵相疊加產生的多幀具有一定相移間隔的莫爾條紋圖像；多幀相移莫爾條紋圖通過計算機(119)中已設計好的基于傅里葉變換和相移技術相位解析法解調相位信息，完成光柵標記的標定，并求解硅片(116)的位移和旋轉量，并反饋給位移工件臺(118)實現(xiàn)對準。
2.根據權利要求1所述的一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，其特征在于計算機(119)控制數(shù)字微鏡數(shù)字微鏡(11 生成多幅有一定相位差的數(shù)字光柵，經過光刻物鏡(114)和硅片標記疊加形成多幀相移莫爾條紋。
3.根據權利要求1所述的一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，其特征在于C⑶成像器件(117)采集的是具有恒定相位差的多幀莫爾條紋，通過結合傅里葉變換和相移算法求解相位，可以有效消除噪聲提高精度。
4.根據權利要求1所述的一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，其特征在于采用傅里葉變換和相移技術相結合的相位提取方法，解決了標記光柵周期越接近精度越高，而單獨采用傅里葉變換濾波提取相位越難的矛盾。
5.根據權利要求1所述的一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，其特征在于對準光源波長與曝光光源波長不在同一波段內，這樣對準過程不會使硅片感光。
6.根據權利要求1所述的一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，其特征在于對準光經過光刻物鏡(114)，實現(xiàn)同軸對準，減小了像差對對準的影響。
7.根據權利要求1所述的一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，其特征在于所述數(shù)字微鏡數(shù)字微鏡(li:3)、CCD成像器件(117)的位置不變；每次進行對準時，相移數(shù)字光柵的位置保持不變；將硅片(116)放在工件臺(118)上，保證硅片上光柵標記在C⑶成像器件(117)視場范圍內。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于相移莫爾條紋的數(shù)字無掩模光刻對準裝置，包括計算機、對準光源、數(shù)字微鏡、光刻物鏡、硅片、成像器件(CCD)、位移工件臺、第一和第二分色分光鏡，第一分色分光鏡接收對準光反射到數(shù)字微反射鏡結構上；計算機控制數(shù)字微反射鏡裝置產生具有恒定相移的數(shù)字光柵；數(shù)字微反射鏡將對準光反射到光刻物鏡并由第二分色分光鏡透射，將相移數(shù)字光柵依次投影到硅片上與硅片上的光柵標記疊加；硅片反射對準光，再經過第二分色分光鏡反射的對準光被CCD接收；CCD采集莫爾條紋圖像是相移數(shù)字光柵與硅片上的標記光柵相疊加產生的多幀具有一定相移間隔的莫爾條紋圖像。
文檔編號G03F7/20GK102566340SQ20121002707
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權日2012年2月7日
發(fā)明者何渝, 唐燕, 唐路路, 朱江平, 胡松, 陳銘勇 申請人:中國科學院光電技術研究所