专利名称：提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方法
技术领域：
本发明属于纳米压印多层套刻对准技术领域，涉及一种解决莫尔条纹对准信号因 光刻胶工艺层带来的图像质量下降问题的方法，尤其是一种提高压印对准过程中莫尔条纹 图像质量的数字莫尔条纹方法。
背景技术：
压印光刻以其高分辨率、高效率和低成本跻身于下一代16nm节点光刻技术的代 表之一(其工艺路线与传统光刻的区别如图1所示)，可以有效地解决传统光刻由于图形衍 射问题带来的尺寸限制。尽管压印光刻在图形转移方面具有高分辨率、高效率和低成本的 优势，要使之成为真正实用而有竞争性的微纳制造技术，仍有许多关键性的问题需要解决， 其中多层定位和对准技术是决定压印最终应用于半导体制造行业的关键。纳米压印多层套刻对准中，最可行的对准方案是基于莫尔条纹相位匹配的方法。 该方法的测量精度取决于干涉条纹图像空间相位的提取精度，在无光刻胶填充状态下，对 准测量分辨率可以达到亚纳米级，而对准精度在IOnm以下。然而，在高精度的对准测量中，由于对准标记上覆盖光刻胶、金属薄膜等工艺层， 导致CXD所提取的对准信号质量严重下降。实际上，由于工艺层覆盖的不对称性、对准光束 在工艺层界面的多次反射，对准过程中莫尔条纹的对比度下降明显，影响对准精度。其具体 过程可以包括入射光经过模板光栅标记多个条纹之间的干涉；胶材料的折射；到达压印 基底标记，通过干涉、衍射形成莫尔条纹图像；再由压印基底反射回来，重复上述过程由模 板投射出莫尔条纹图像。这些过程就决定了压印中莫尔条纹对准图像对比度低，影响对准 过程的进行，必须解决这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻胶引入情况下，提高压印中莫尔条纹对准图像质 量的数字莫尔条纹方法。在高精度的对准测量中，由于对准标记上覆盖光刻胶、金属薄膜等 工艺层，导致CCD所提取的对准信号质量严重下降。该方法通过采集光栅标记图像，合成莫 尔条纹图像，取代常用的直接提取莫尔条纹对准图像。通过计算机合成数字莫尔条纹的方 法，解决了由于光刻胶工艺层的引入和多次干涉衍射带来的莫尔条纹对准图像质量严重下 降问题。通过减小莫尔条纹对准信号的误差，进一步提高压印对准精度。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的该种提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方法，包括以下步 骤(1)标记设计在基底和模板上分别设计一组组合光栅副，使模板光栅和基底光栅在压印中不重 叠；设基底上的组合光栅副的周期分别为Pl和P2，模板上的组合光栅副的周期分别为P2和Pl ；(2)光栅图像的采集在沿光栅方向上共同指定点位置开始分别在模板和基底的不同周期的光栅标记 上利用CCD提取四个大小相等的光栅区域图像，在保证采集区域不重叠的前提下，使采集 区域尽量大；(3)光栅图像预处理对CCD采集的光栅区域图像进行一维化，然后滤波，滤除噪音成分，得到四个预处 理后的光栅信号；(4)合成莫尔条纹图像将以上光栅信号合成莫尔条纹信号，即将模板上的周期为Pl的光栅信号与基底 上周期为P2的光栅信号合成一组莫尔条纹；模板上的周期为P2的光栅信号与基底上周期 为Pl的光栅信号合成另一组莫尔条纹。(5)莫尔条纹信号的预处理对莫尔条纹信号进行滤波，得到压印对准所需莫尔条纹信号。上述方法应用于纳米压印精对准过程中，即在压印粗对准中得到的对准误差在一 个莫尔条纹光栅周期内。上述压印光刻对准，采用基于莫尔条纹相位匹配的对准原理，通过基底和模板上 分别存在的一组组合光栅副进行对准；对准过程中，模板上的组合光栅中周期为Pi的光栅 与基底上组合光栅中周期为P2的光栅重叠形成一组莫尔条纹；模板上组合光栅中周期为 P2的光栅与基底上组合光栅中周期为Pl的光栅重叠形成另一组莫尔条纹。以上步骤幻中，所述CCD提取的图像为在沿光栅方向上共同指定点位置开始分 别在周期为P1和P2的模板光栅和周期为P1和P2的基底光栅图像上提取四个大小相等光栅 区域。以上步骤幻中，对提取的四个区域图像沿光栅方向叠加产生四个一维灰度信号， 然后采用低通滤波器滤出光栅基频以外的高频成分，获得四个余弦灰度信号。以上步骤4)中，所述合成莫尔条纹图像方法为周期为P1的模板光栅所对应的余 弦灰度信号与周期为P2的基底光栅所对应的余弦灰度信号相乘获得一组叠加信号，周期为 P2的模板光栅所对应的余弦灰度信号与周期为P1的硅片光栅所对应的余弦灰度信号相乘 获得另一组叠加信号；得到两组莫尔条纹信号。以上步骤幻中，所述莫尔条纹信号的预处理是指采用低通滤波器滤除频率f\_f2 外的f” f2和f\+f2频率分量，获得两组一维莫尔信号，然后利用相位匹配方法对信号进行 处理；所述fi是周期为P1的光栅的频率，即1/Pl ；所述f2是周期为P2的光栅的频率，即1/
P2 °本发明通过采用CCD采集光栅图像，通过计算机合成数字莫尔条纹的方案进行纳 米压印对准代替原来直接利用CCD采集莫尔条纹图像进行对准。从莫尔条纹形成角度，解 决了传统方法由于工艺层覆盖的不对称性、对准光束在工艺层界面的多次反射，对准过程 中莫尔条纹的对比度下降的问题，以及由于光的多次干涉、衍射带来的对准图像误差问题， 提高了压印过程中，莫尔条纹对准图像的质量，从而提高了对准中莫尔条纹相位提取的精 度，进一步提高了压印对准精度。
此外，本发明所使用方法与传统对准方法相比较，工艺简单、不需要多余的工艺过 程。从而推动莫尔条纹对准方案在实际中的应用。
图1纳米压印多层套刻莫尔条纹对准原理；图2数字莫尔条纹光栅标记；图3莫尔条纹一维化处理；图4数字莫尔条纹一维莫尔信号的合成。
具体实施例方式本发明的该种提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方法，其应 用于纳米压印精对准过程中，即在压印粗对准中得到的对准误差在一个莫尔条纹光栅周期 内。该方法具体包括以下步骤(1)标记设计在基底和模板上分别设计一组组合光栅副，使模板光栅和基底光栅在压印中不重 叠；设基底上的组合光栅副的周期分别为Pl和P2，模板上的组合光栅副的周期分别为P2 禾口Pl ；。压印光刻对准时，采用基于莫尔条纹相位匹配的对准原理，通过基底和模板上分 别存在的一组组合光栅副进行对准；对准过程中，模板上的组合光栅中周期为Pi的光栅与 基底上组合光栅中周期为P2的光栅重叠形成一组莫尔条纹；模板上组合光栅中周期为P2 的光栅与基底上组合光栅中周期为Pl的光栅重叠形成另一组莫尔条纹。通过比较两组莫 尔条纹相位进行对准。(2)光栅图像的采集在沿光栅方向上共同指定点位置开始分别在模板和基底的不同周期的光栅标记 上利用CCD提取四个大小相等的光栅区域图像，在保证采集区域不重叠的前提下，使采集 区域尽量大。在进行压印对准时，压印模板和压印基底是重合的，在进行压印对准光栅信号的 提取过程中，必须保证模板伤的光栅标记和基底上的光栅标记不重合，以便CCD对不同光 栅区域的采集。因此在设计时模板标记和基底标记即使在压印对准完成以后仍按处于不重 叠状态。CCD采集所需的图像是指在沿光栅方向上共同指定点位置开始分别在周期为P1和 P2的模板光栅和周期为P1和P2的基底光栅图像上提取四个大小相等光栅区域。在保证采 集区域不重叠的前提下，应使采集区域尽量大。(3)光栅图像预处理对CCD采集的光栅区域图像进行一维化，然后滤波，滤除噪音成分，得到四个预处 理后的光栅信号；(4)合成莫尔条纹图像将以上光栅信号合成莫尔条纹信号；所述光栅图像的前期处理是指对提取的四个 区域图像沿光栅方向叠加产生四个一维灰度信号，然后采用低通滤波器滤出光栅基频以外 的高频成分，获得四个余弦灰度信号。具体为
周期为P1的模板光栅所对应的余弦灰度信号与周期为P2的硅片光栅所对应的余 弦灰度信号相乘获得一组叠加信号，周期为P2的模板光栅所对应的余弦灰度信号与周期为 P1的硅片光栅所对应的余弦灰度信号相乘获得另一组叠加信号。得到两组莫尔条纹信号， 为下面相位匹配方案进行对准做好准备。(5)莫尔条纹信号的预处理对莫尔条纹信号进行滤波，得到压印对准所需莫尔条纹信号，具体为采用低通滤 波器滤除频率f\_f2外的f\，4和1+4频率分量，获得两组一维莫尔信号。然后利用相位 匹配方法对信号进行处理；所述是周期为P1的光栅的频率，即1/Pl ；所述f2是周期为P2 的光栅的频率，即ι/ρ2。以下结合附图对上述本发明的方法进一步说明参照图1所示，压印多层套刻对准原理示意图。目前最常用的压印多层套刻对准 方案是基于莫尔条纹相位匹配的对准方案。在基底和模板上分别存在周期为P1、P2的两组 光栅，对准时模板上周期为Pl的光栅与基底上周期为P2的光栅重叠形成一组莫尔条纹；模 板上周期为P2的光栅与基底上周期为Pl的光栅重叠形成另一组莫尔条纹。通过提取两组 莫尔条纹的相位来进行对准。参照图2所示，通过CXD在沿光栅方向上共同指定点位置开始分别在模板光栅Pl、 模板光栅P2、硅片光栅P1和硅片光栅P2图像上提取4个大小相等光栅区域。参照图3所示，对提取的4个区域图像沿光栅方向叠加产生4个一维灰度信号，然 后采用低通滤波器滤出光栅基频以外的高频成分，获得4个余弦灰度信号。参照图4所示，模板光栅P1所对应的余弦灰度信号与硅片光栅P2所对应的余弦灰 度信号相乘获得一组叠加信号，模板光栅P2所对应的余弦灰度信号与硅片光栅P1所对应的 余弦灰度信号相乘获得另一组叠加信号，得到两组莫尔条纹信号。
权利要求
1.一种提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方法，其特征在于，包 括以下步骤(1)标记设计在基底和模板上分别设计一组组合光栅副，使模板光栅和基底光栅在压印中不重叠； 设基底上的组合光栅副的周期分别为Pl和P2，模板上的组合光栅副的周期分别为P2和 Pl ；(2)光栅图像的采集在沿光栅方向上共同指定点位置开始分别在模板和基底的不同周期的光栅标记上利 用CCD提取四个大小相等的光栅区域图像，在保证采集区域不重叠的前提下，使采集区域 尽量大；(3)光栅图像预处理对CCD采集的光栅区域图像进行一维化，然后滤波，滤除噪音成分，得到四个预处理后 的光栅信号；(4)合成莫尔条纹图像将以上光栅信号合成莫尔条纹信号，即将模板上的周期为Pl的光栅信号与基底上周 期为P2的光栅信号合成一组莫尔条纹；模板上的周期为P2的光栅信号与基底上周期为Pl 的光栅信号合成另一组莫尔条纹。(5)莫尔条纹信号的预处理对莫尔条纹信号进行滤波，得到压印对准所需莫尔条纹信号。
2.根据权利要求1所述的提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方 法，其特征在于，所述方法应用于纳米压印精对准过程中，即在压印粗对准中得到的对准误 差在一个莫尔条纹光栅周期内。
3.根据权利要求1所述的提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方 法，其特征在于，所述压印光刻对准，采用基于莫尔条纹相位匹配的对准原理，通过基底和 模板上分别存在的一组组合光栅副进行对准；对准过程中，模板上的组合光栅中周期为Pi 的光栅与基底上组合光栅中周期为P2的光栅重叠形成一组莫尔条纹；模板上组合光栅中 周期为P2的光栅与基底上组合光栅中周期为Pl的光栅重叠形成另一组莫尔纹。在此标记 设计中，我们采用Pl为3 μ m，P2为3. 1 μ m的组合光栅。
4.根据权利要求1所述的提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方 法，其特征在于，步骤幻中，所述CCD提取的图像为在沿光栅方向上共同指定点位置开始 分别在周期为P1和P2的模板光栅和周期为P1和P2的基底光栅图像上提取四个大小相等光 栅区域。
5.根据权利要求1所述的提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方 法，其特征在于，步骤幻中，对提取的四个区域图像沿光栅方向叠加产生四个一维灰度信 号，然后采用低通滤波器滤出光栅基频以外的高频成分，获得四个余弦灰度信号。
6.根据权利要求1所述的提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方 法，其特征在于，步骤4)中，所述合成莫尔条纹图像方法为周期为P1的模板光栅所对应的 余弦灰度信号与周期为P2的基底光栅所对应的余弦灰度信号相乘获得一组叠加信号，周期 为P2的模板光栅所对应的余弦灰度信号与周期为P1的硅片光栅所对应的余弦灰度信号相乘获得另一组叠加信号；得到两组莫尔条纹信号。
7.根据权利要求1所述的提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹 方法，其特征在于，步骤幻中，所述莫尔条纹信号的预处理是指采用低通滤波器滤除频率 frf2外的f\，f2和f\+f2频率分量，获得两组一维莫尔信号，然后利用相位匹配方法对信号 进行处理；所述是周期为P1的光栅的频率，即1/Pl ；所述f2是周期为P2的光栅的频率， 艮口 l/;p2。
全文摘要
本发明公开了一种提高压印对准过程中莫尔条纹图像质量的数字莫尔条纹方法，包括(1)标记设计；(2)光栅图像的采集；(3)光栅图像预处理；(4)合成莫尔条纹图像；(5)莫尔条纹信号的预处理。本发明通过采用CCD采集光栅图像，通过计算机合成数字莫尔条纹的方案进行纳米压印对准代替原来直接利用CCD采集莫尔条纹图像进行对准。从莫尔条纹形成角度，解决了传统方法由于工艺层覆盖的不对称性、对准光束在工艺层界面的多次反射，对准过程中莫尔条纹的对比度下降的问题，以及由于光的多次干涉、衍射带来的对准图像误差问题，提高了压印过程中，莫尔条纹对准图像的质量，从而提高了对准中莫尔条纹相位提取的精度，进一步提高了压印对准精度。
文档编号G03F9/00GK102096348SQ20101058099
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者丁玉成, 卢秉恒, 周洁, 宗学文, 王莉, 魏慧芬 申请人:西安交通大学