专利名称：一种用于接近式纳米光刻双光栅自动对准系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光刻中一种自动对准系统，特别是用于接近式纳米光刻双光栅自动对 准系统，属于微纳加工技术领域。
背景技术：
随着高集成度电路与相关器件的研发，集成电路IC的特征尺寸愈来愈小，以光刻 为代表的高分辨力微纳加工技术得到了长足的发展。接近接触式纳米加工手段以其操作 简单、成本低廉等特征，成为下一代主流技术之一，如纳米压印、波带片阵列成像光刻以及X 射线光刻。随着光刻分辨力的提高，掩模硅片对准成为影响器件特征尺寸精度的主要因素之一。现行的对准方法大体上可为基于几何图案标记、波带片及光栅标记等几种。其中， 基于几何图案标记的对准方法是直接将掩模和硅片上的几何图案成像到探测器上，再经过 图像处理提取两个几何图案的轮廓或中心，计算二者相对坐标以实现对准。其操作与对准 标记制作简单易行，但精度相对较低，多用于早期低分辨力光刻中的人工对准。基于线性波 带片和基于衍射光栅标记的对准方法均以光强信号大小反映掩模硅片的相对位移，能达到 较高的精度，但其无法避免掩模硅片间隙变化、标记对称性、光刻胶涂层、刻蚀工艺等多种 因素对光强信号的扰动影响，而且需经过复杂的电路进行处理，成本也偏高，自动化程度较 低。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于接近式纳米 光刻双光栅自动对准系统，该系统不易受到硅片工艺的影响，对准精度较高，且操作简单易 行，自动化程度高。本发明技术解决方案一种用于接近式纳米光刻双光栅自动对准系统，由光路部 分、图像处理部分和电路控制部分组成，其中“所述光路部分包括激光光源、透镜组、掩模、硅片、位于掩模上的掩模光栅、位于 硅片上的硅片光栅、分光镜、物镜、CCD图像探测器和图像处理部分和电路控制部分；激光 光源经过透镜组后形成均勻准直的平行光，该平行光经过分光镜后透过硅片上的硅片光栅 与掩模上的掩模光栅，这两个光栅的周期接近，并以一定间隙重叠，由此发生多次衍射，来 自于两个光栅的某两束同级衍射光发生干涉叠加，在硅片光栅的表面形成周期相对于原 光栅被放大的莫尔干涉条纹，再透过分光镜，然后经过物镜被成像于C⑶图像探测器上，通 过对图像处理部分进行处理提取两组莫尔干涉条纹的相位差，计算出掩模和硅片之间的相 对位移，再通过电路控制部分控制硅片移动，使硅片与掩模完全对准；所述图像处理部分包括图像采集、图像滤波、相位提取、相位差计算和偏移量计算 五部分组成，其中图像采集是通过CCD采集并转换成数字图像，然后将整个条纹图像上下 部分分开，再分别对上下部分图像进行二维傅里叶变换，通过在频域进行带通滤波，即可分别计算出上下部分图像的相位，图像中上下两部分的相位进行求差可得相位差Δ φ，通过 公式(1)计算出掩模与硅片的偏移量；
权利要求
1.一种用于接近式纳米光刻双光栅自动对准系统，其特征在于由光路部分、图像处理 部分和电路控制部分组成，其中“所述光路部分包括激光光源(1)、透镜组(2)、掩模(3)、硅片G)、位于掩模上的掩模 光栅(5)、位于硅片上的硅片光栅(6)、分光镜(7)、物镜(8)、CCD图像探测器(9)和图像处 理部分(10)和电路控制部分(11)；激光光源(1)经过透镜组( 后形成均勻准直的平行 光，该平行光经过分光镜(7)后透过硅片(4)上的硅片光栅(6)与掩模C3)上的掩模光栅 (5)，这两个光栅的周期接近，并以一定间隙重叠，由此发生多次衍射，来自于两个光栅的某 两束同级衍射光发生干涉叠加，在硅片光栅的表面形成周期相对于原光栅被放大的莫尔干 涉条纹，再透过分光镜(7)，然后经过物镜(8)成像于CXD图像探测器(9)上，通过对图像处 理部分(10)进行处理提取两组莫尔干涉条纹的相位差，计算出掩模和硅片之间的相对位 移，再通过电路控制部分(11)控制硅片⑷移动，使硅片⑷与掩模⑶完全对准；所述图像处理部分包括图像采集、图像滤波、相位提取、相位差计算和偏移量计算五部 分组成，其中图像采集是通过CCD采集并转换成数字图像，然后将整个条纹图像上下部分 分开，再分别对上下部分图像进行二维傅里叶变换，通过在频域进行带通滤波，即可分别计 算出上下部分图像的相位，图像中上下两部分的相位进行求差可得相位差Δ φ，通过公式 (1)计算出掩模与硅片的偏移量；Α ΑφΡ,Ρ2Ax =——!-l^~(1)1π\Ρχ+Ρ2\其中P1与P2为两组相邻掩模光栅( 和掩模光栅(6)周期，Δ φ为图像处理中获得 的相位差，Δ χ为所求的硅片(3)与掩模的偏移量；所述电路控制部分包括偏移量对比判断、读取硅片位置、判断移动方向和电机驱动部 分；首先获得图像处理部分的偏移量，再对所述偏移量的绝对值与某一设定的阈值进行比 较，如果小于阈值则退出，表明掩模硅片已完全对准，如果大于阈值，则表明掩模硅片未对 准，先确定硅片与掩模的位置，再确定硅片移动方向，最后通过电机驱动硅片，使得硅片移 动偏移量的距离；反馈过程即通过光学部分成像，通过CCD采集图像，经图像处理部分得出偏移量，电路 控制部分进行判断，之后驱动电机移动硅片，再经过光学成像，采集图像如此循环，直到偏 移量小于设定的阈值退出，实现了完全自动化。
2.根据权利要求1所述的用于接近式纳米光刻双光栅自动对准系统，其特征在于所 述两组相邻掩模光栅( 和掩模光栅(6)分别由周期为P1与P2、P2与P1的两个光栅上下 构成。
3.根据权利要求1所述的用于接近式纳米光刻双光栅自动对准系统，其特征在于所 述电路控制部分的阈值设置应为纳米量级，范围在Inm到lOnm。
全文摘要
一种用于接近式纳米光刻双光栅自动对准系统，由光路部分、图像处理和电路控制部分组成；光路部分包括激光光源、透镜组、掩模、硅片、掩模光栅、硅片光栅、分光镜、物镜、CCD图像探测器；激光经过透镜组后形成均匀准直的平行光，透过两个周期接近、以一定间隙重叠的硅片上与掩模上光栅并发生多次衍射，来自于两个光栅的某两束同级衍射光发生干涉叠加，在硅片光栅的表面形成周期相对于原光栅被放大的莫尔干涉条纹，然后经过物镜成像于CCD图像探测器上。通过对图像进行处理可提取两组莫尔干涉条纹的相位差，进而计算出掩模和硅片之间的相对位移，再通过电路控制部分控制硅片移动，使硅片与掩模完全对准。本发明可实时对准，精度高，能实现对准的自动化。
文档编号G03F9/00GK102096349SQ20101062389
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者周绍林, 徐锋, 李兰兰, 李金龙, 盛壮, 罗正全, 胡松, 谢飞, 陈旺富 申请人:中国科学院光电技术研究所