一种用于接近式纳米光刻二维光栅自动对准系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光刻中的自动对准系统，特别是一种接近式纳米光刻中的二维光栅自 动对准系统。属于微细加工制造技术领域。
【背景技术】
[0002] 作为光刻过程中的关键单元技术，对准技术直接决定套刻精度，并最终决定了特 征结构的加工质量。根据摩尔定律，集成电路1C的特征尺寸愈来愈小，接近接触式纳米加 工手段以其操作简单、成本低廉、理论成熟等优点还将得到进一步发展。随着光刻分辨力的 提高，掩模硅片对准的要求也会变得越来越苛刻，势必会成为光刻、微电子行业的突破点和 难点。
[0003] 现行的对准方法大体可以分为：基于几何图案的视频图像对准、基于波带片的强 度探测对准、基于光栅衍射的激光干涉对准、基于双光栅衍射的莫尔对准与ASML的相位光 栅对准方法。视频图像对准方法是在传统的双视场显微镜对准的基础上发展起来的，最初 是直接通过显微镜观察掩模硅片上的十字、方框等几何标记，调节二者的坐标位置实现直 观的对准。基于波带片和基于衍射光栅标记的对准方法均以光强大小反映掩模硅片的相对 位移，能达到较高的精度，但其需要经过复杂的电路进行处理，成本偏高，自动化程度较低； 基于双光栅的莫尔对准是以微小间隔重叠的掩模硅片上分别采用周期相同的光栅作标记， 其中硅片标记采用反射式光栅。ASML的对准方法经历了几代的演变，从最初的同轴TTL对 准方案到之后的离轴ATHENA对准方案，使得对准精度进一步提高，再到之后的SMASH对准 方案，该方案从采用多波长多通道探测，进一步提高了工艺适应性及鲁棒性，对准精度达到 纳米级。
【发明内容】
[0004] 本发明需要解决的技术难题为：克服现有技术的不足，提供一种用于接近式纳米 光刻的二维光栅自动对准技术，使得该技术对准精度高，易于操作，自动化程度高。
[0005] 本发明解决上述技术难题采用的技术方案为：一种用于接近式纳米光刻二维光栅 自动对准系统，包括：光路部分、信号采集部分、图像处理部分和电路控制部分组成。光路部 分包括激光光源①、照明系统②、硅片③、掩模板④、硅片二维光栅⑤、掩模二维光栅⑥、偏 振分光镜⑦、放大物镜⑧和CCD图像探测器⑨；信号采集部分和图像处理部分是通过对准 信号的采集得到对准标记的位置信息；电路控制部分是根据采集到的位置信息进行电机驱 动从而准确对准，其中：
[0006] 激光光源①首先经过照明系统②之后形成均匀准直的平行光，平行光经过偏振分 光棱镜⑦之后透过硅片③上的硅片二维光栅⑤和掩模④上的掩模二维光栅⑥，从而发生多 次衍射。两束来自两个光栅的同级衍射光发生干涉叠加就会产生放大的莫尔条纹，再透过 偏振分光棱镜，经过放大物镜成像于CCD图像探测器上，采集到的图像通过图像处理部分 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，通过电路 控制部分控制电机转动，使得硅片和掩模板完全对准。
[0007] 本发明中的图像处理部分包括图像采集、图像预处理、图像滤波、相位提取、相位 差与偏移量的计算五个部分组成，其中图像采集使用CCD图像探测器采集到图像的数字信 号；图像预处理是处理噪声的过程；图像滤波是在得到的图像信息的基础上进行二维傅里 叶变换之后进行汉宁窗滤波操作；相位提取是在滤波的前提下进行傅里叶逆变换得到相位 信息后相位解缠绕后得到；相位差与偏移量是在得到相位信息的前提下通过相位差与偏移 量的数学关系计算后得出。
[0008] 根据上述的相位差与偏移量实在得到相位信息的前提下通过数学关系计算得到， 这个关系用公式表示为：
【主权项】
1. 一种用于接近式纳米光刻二维光栅自动对准系统，包括：光路部分、信号采集部 分、图像处理部分和电路控制部分，其特征在于：光路部分包括激光光源（①）、照明系统 (②）、娃片（③）、掩模板（④）、娃片二维光栅（⑤）、掩模二维光栅（⑥）、偏振分光镜 (⑦）、放大物镜（⑧）和CCD图像探测器（⑨）；信号采集部分和图像处理部分是通过对 准信号的采集得到对准标记的位置信息；电路控制部分是根据采集到的位置信息进行电机 驱动从而准确对准；其中： 激光光源（①）首先经过照明系统（②）之后形成均匀准直的平行光，平行光经过偏 振分光棱镜（⑦）之后透过硅片（③）上的硅片二维光栅（⑤）和掩模（④）上的掩模二 维光栅（⑥），从而发生多次衍射；两束来自两个光栅的同级衍射光发生干涉叠加就会产生 放大的莫尔条纹，再透过偏振分光棱镜，经过放大物镜成像于CCD图像探测器上，采集到的 图像通过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，通过电路控制部分控制电机转动，使得硅片和掩模板完全对准。
2. 根据权利要求1所述的用于接近式纳米光刻二维光栅自动对准系统，其特征在于： 图像处理部分包括图像采集、图像预处理、图像滤波、相位提取、相位差与偏移量的计算五 个部分组成，其中图像采集使用CCD图像探测器采集到图像的数字信号；图像预处理是处 理噪声的过程；图像滤波是在得到的图像信息的基础上进行二维傅里叶变换之后进行汉宁 窗滤波操作；相位提取是在滤波的前提下进行傅里叶逆变换得到相位信息后相位解缠绕后 得到；相位差与偏移量是在得到相位信息的前提下通过相位差与偏移量的数学关系计算后 得出。
3. 根据权利要求2所述的用于接近式纳米光刻二维光栅自动对准系统，其特征在于： 所述的相位差与偏移量是在得到相位信息的前提下通过数学关系计算得到，这个关系用公 式表示为：
其中，P1是硅片光栅的周期，两个正交方向的周期相同，是图像处理中获得的相位 差，Λ k是X或y方向的偏移量，X或y方向这两个方向也就是光栅横纵两个方向。
4. 根据权利要求1所述的用于接近式纳米光刻二维光栅自动对准系统，其特征在于： 电路控制部分包括偏移量对比判断、读取硅片位置信息和电机驱动部分；首先在偏移量算 出的基础上与特定的预设阈值相比较，小于阈值则退出，大于阈值则进行下一步操作；读取 硅片信息之后驱动电机，使得硅片移动偏移量的距离。
5. 根据权利要求1所述的用于接近式纳米光刻二维光栅自动对准系统，其特征在于： 该系统是用于接近接触式光刻机，掩模板和娃片距离为亚毫米级，约100?300 μ m。
6. 根据权利要求1所述的用于接近式纳米光刻二维光栅自动对准系统，其特征在于： 相邻掩模光栅和硅片光栅为二维光栅，每个二维光栅的两个维度的周期相等，两个光栅的 周期近似相等，大约相差10%。
【专利摘要】本发明公开了一种用于接近式纳米光刻二维光栅自动对准系统，包括光路部分、图像处理部分和电路控制部分；光路部分包括激光光源、照明系统、掩模板、硅片、掩模二维光栅、硅片二维光栅、分光镜、透镜和CCD图像探测器；激光通过准直成像透镜系统形成平行光，透过两个周期类似、以一定间隙重叠且平行的硅片与掩模上的光栅并发生多次衍射，来自两个光栅的同级衍射光发生干涉叠加，形成周期被放大的莫尔条纹，最后成像于CCD图像传感器上。对图像处理后可以同时提取横纵两轴的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，再通过电路控制硅片移动，使硅片与掩模完全对准。本发明可同时进行两个方向的精度对准，易装调，精度高。
【IPC分类】G03F9-00
【公开号】CN104536273
【申请号】CN201510001996
【发明人】司新春, 唐燕, 胡松, 刘俊伯, 周毅, 邓钦元, 陈昌龙, 邸成良, 程依光
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月4日