[发明专利]一种基于相移莫尔条纹的数字无掩模光刻对准装置

说明书

技术领域

本发明属于无掩模光刻技术领域，特别涉及一种基于数字微镜的无掩模光刻对准装置。

背景技术

随着微光、机、电等技术的迅猛发展，微细加工技术得到了迅速发展。微光学元件在通讯、军事、空间技术、超精加工、生物医学以及信息处理等领域中得到广泛应用。这使得科研人员对微光学相关的设计、制作及应用技术展开了广泛研究。微光学在设计理论与制作方法上已有了很大的发展，为了进一步扩大微光学元件的应用领域，对其制作方法也提出了更高的要求。因此，研究便捷、有效、实时、灵活的微光学元件的制作方法仍然是目前国内外微光学领域的一个极为重要的研究方向。相比之下，传统的光刻方法(即电子束光刻制作掩模，用投影光刻或接近接触光刻进行复制)不能同时满足灵活、高效、低成本的要求。而基于数字微镜的无掩模光刻技术正好应运而生，并且该方法可采用紫外光、深紫外光、甚至更短波长的极紫外光作为光源，因而具有很强的技术延伸性和工艺兼容性，更易在光刻实践中得到应用，具有广泛的应用前景。

对准技术是光刻技术的核心技术之一，其精度要求一般为特征尺寸的1/5～1/3。光刻分辨力的提高，对准精度也提出更高的要求，当前所需的对准精度已进入纳米级。目前流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。然而，每种方法都有不同优缺点，传统对准方法的精度已经难以适应逐渐提高的光刻分辨力。数字光刻技术作为一种新的光刻技术，与之对应的相关研究还很少，因此研究相应的高精度对准方法具有重要意义。

先前的对准技术主要是建立在光度型基础上的。视频图像对准是光度型对准的典型代表。它是通过光强信号来探测硅片与掩模的相对位移。这种方法虽然简单、可操作性强、但是对准精度有限，适用于精度较低的情况。随着光刻分辨力的提高，投影光刻机主要采用光栅对准技术。比如SMASH(Smart Alignment Sensor Hybrid)离轴对准方案，荷兰ASML公司所采用的TTL(Though the Lens)衍射光栅同轴对准、ATHENA(Advanced Technology using High order Enhanced Alignment)离轴对准等。衍射光栅对准方法的信噪比较高，对准精度高，但结构复杂，不易实现。上述对准方法主要是针对掩模和硅片上均有对准标记的情况，而数字无掩模光刻系统由于其无掩模的特殊性，与传统有掩模光刻技术相比，不具备直接将掩模和硅片对准的条件。这种光刻技术将计算机控制的数字微镜上的图像通过投影直接刻在硅片上，数字微镜有类似掩模的作用。因此需要针对这些特点研究特殊的对准方法和技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：根据基于数字微镜无掩模光刻的特点，为了满足这种光刻技术发展的需要，解决现有技术对准系统结构复杂、精度低、成本高、实施较困难的技术问题，本发明提出了一种基于相移莫尔条纹的数字无掩模光刻对准方法与装置，该方法充分利用了数字微镜的特点，不仅可以实时根据需要改变数字光栅的周期，还可以结合傅里叶变换和相移算法求解相位，有效提高相位提取精度，同时能有效消除噪声，提高对准精度。

本发明解决上述的技术问题采用的技术方案为：一种基于相移莫尔条纹的数字无掩模光刻对准装置，该装置包括计算机、对准光源、曝光光源、数字微镜、光刻物镜、硅片、CCD成像器件、位移工件台、第一分色分光镜和第二分色分光镜；第一分色分光镜接收对准光反射到数字微镜上；计算机控制数字微镜产生具有恒定相移的数字光栅；数字微镜将对准光反射到光刻物镜并由第二分色分光镜透射，将相移数字光栅依次投影到硅片上与硅片上的光栅标记叠加；硅片反射对准光，再经过第二分色分光镜反射的对准光被CCD成像器件接收；CCD成像器件采集莫尔条纹图像是相移数字光栅与硅片上的标记光栅相叠加产生的多帧具有一定相移间隔的莫尔条纹图像；多帧相移莫尔条纹图通过计算机中已设计好的基于傅里叶变换和相移技术相位解析法解调相位信息，完成光栅标记的标定，并求解硅片的位移和旋转量，并反馈给位移工件台实现对准。

优选的，计算机控制数字微镜数字微镜生成多幅有一定相位差的数字光栅，经过光刻物镜和硅片标记叠加形成多帧相移莫尔条纹。

优选的，CCD成像器件采集的是具有恒定相位差的多帧莫尔条纹，通过结合傅里叶变换和相移算法求解相位，可以有效消除噪声提高精度。其中，傅里叶变换方法主要用于提取纯莫尔条纹，相移技术主要用于解调相位，两种方法结合可以提高相位提取精度。

优选的，采用傅里叶变换和相移技术相结合的相位提取方法，解决了标记光栅周期越接近精度越高，而单独采用傅里叶变换滤波提取相位越难的矛盾。