專利名稱：提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米壓印多層套刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種解決莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)信號(hào)因 光刻膠工藝層帶來的圖像質(zhì)量下降問題的方法，尤其是一種提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋 圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方法。
背景技術(shù)：
壓印光刻以其高分辨率、高效率和低成本躋身于下一代16nm節(jié)點(diǎn)光刻技術(shù)的代 表之一(其工藝路線與傳統(tǒng)光刻的區(qū)別如圖1所示)，可以有效地解決傳統(tǒng)光刻由于圖形衍 射問題帶來的尺寸限制。盡管壓印光刻在圖形轉(zhuǎn)移方面具有高分辨率、高效率和低成本的 優(yōu)勢(shì)，要使之成為真正實(shí)用而有競(jìng)爭(zhēng)性的微納制造技術(shù)，仍有許多關(guān)鍵性的問題需要解決， 其中多層定位和對(duì)準(zhǔn)技術(shù)是決定壓印最終應(yīng)用于半導(dǎo)體制造行業(yè)的關(guān)鍵。納米壓印多層套刻對(duì)準(zhǔn)中，最可行的對(duì)準(zhǔn)方案是基于莫爾條紋相位匹配的方法。 該方法的測(cè)量精度取決于干涉條紋圖像空間相位的提取精度，在無光刻膠填充狀態(tài)下，對(duì) 準(zhǔn)測(cè)量分辨率可以達(dá)到亞納米級(jí)，而對(duì)準(zhǔn)精度在IOnm以下。然而，在高精度的對(duì)準(zhǔn)測(cè)量中，由于對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上覆蓋光刻膠、金屬薄膜等工藝層， 導(dǎo)致CXD所提取的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)質(zhì)量嚴(yán)重下降。實(shí)際上，由于工藝層覆蓋的不對(duì)稱性、對(duì)準(zhǔn)光束 在工藝層界面的多次反射，對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋的對(duì)比度下降明顯，影響對(duì)準(zhǔn)精度。其具體 過程可以包括入射光經(jīng)過模板光柵標(biāo)記多個(gè)條紋之間的干涉；膠材料的折射；到達(dá)壓印 基底標(biāo)記，通過干涉、衍射形成莫爾條紋圖像；再由壓印基底反射回來，重復(fù)上述過程由模 板投射出莫爾條紋圖像。這些過程就決定了壓印中莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)圖像對(duì)比度低，影響對(duì)準(zhǔn) 過程的進(jìn)行，必須解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光刻膠引入情況下，提高壓印中莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)圖像質(zhì) 量的數(shù)字莫爾條紋方法。在高精度的對(duì)準(zhǔn)測(cè)量中，由于對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上覆蓋光刻膠、金屬薄膜等 工藝層，導(dǎo)致CCD所提取的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)質(zhì)量嚴(yán)重下降。該方法通過采集光柵標(biāo)記圖像，合成莫 爾條紋圖像，取代常用的直接提取莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)圖像。通過計(jì)算機(jī)合成數(shù)字莫爾條紋的方 法，解決了由于光刻膠工藝層的引入和多次干涉衍射帶來的莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)圖像質(zhì)量嚴(yán)重下 降問題。通過減小莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的誤差，進(jìn)一步提高壓印對(duì)準(zhǔn)精度。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的該種提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方法，包括以下步 驟(1)標(biāo)記設(shè)計(jì)在基底和模板上分別設(shè)計(jì)一組組合光柵副，使模板光柵和基底光柵在壓印中不重 疊；設(shè)基底上的組合光柵副的周期分別為Pl和P2，模板上的組合光柵副的周期分別為P2和Pl ；(2)光柵圖像的采集在沿光柵方向上共同指定點(diǎn)位置開始分別在模板和基底的不同周期的光柵標(biāo)記 上利用CCD提取四個(gè)大小相等的光柵區(qū)域圖像，在保證采集區(qū)域不重疊的前提下，使采集 區(qū)域盡量大；(3)光柵圖像預(yù)處理對(duì)CCD采集的光柵區(qū)域圖像進(jìn)行一維化，然后濾波，濾除噪音成分，得到四個(gè)預(yù)處 理后的光柵信號(hào)；(4)合成莫爾條紋圖像將以上光柵信號(hào)合成莫爾條紋信號(hào)，即將模板上的周期為Pl的光柵信號(hào)與基底 上周期為P2的光柵信號(hào)合成一組莫爾條紋；模板上的周期為P2的光柵信號(hào)與基底上周期 為Pl的光柵信號(hào)合成另一組莫爾條紋。(5)莫爾條紋信號(hào)的預(yù)處理對(duì)莫爾條紋信號(hào)進(jìn)行濾波，得到壓印對(duì)準(zhǔn)所需莫爾條紋信號(hào)。上述方法應(yīng)用于納米壓印精對(duì)準(zhǔn)過程中，即在壓印粗對(duì)準(zhǔn)中得到的對(duì)準(zhǔn)誤差在一 個(gè)莫爾條紋光柵周期內(nèi)。上述壓印光刻對(duì)準(zhǔn)，采用基于莫爾條紋相位匹配的對(duì)準(zhǔn)原理，通過基底和模板上 分別存在的一組組合光柵副進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)；對(duì)準(zhǔn)過程中，模板上的組合光柵中周期為Pi的光柵 與基底上組合光柵中周期為P2的光柵重疊形成一組莫爾條紋；模板上組合光柵中周期為 P2的光柵與基底上組合光柵中周期為Pl的光柵重疊形成另一組莫爾條紋。以上步驟幻中，所述CCD提取的圖像為在沿光柵方向上共同指定點(diǎn)位置開始分 別在周期為P1和P2的模板光柵和周期為P1和P2的基底光柵圖像上提取四個(gè)大小相等光柵 區(qū)域。以上步驟幻中，對(duì)提取的四個(gè)區(qū)域圖像沿光柵方向疊加產(chǎn)生四個(gè)一維灰度信號(hào)， 然后采用低通濾波器濾出光柵基頻以外的高頻成分，獲得四個(gè)余弦灰度信號(hào)。以上步驟4)中，所述合成莫爾條紋圖像方法為周期為P1的模板光柵所對(duì)應(yīng)的余 弦灰度信號(hào)與周期為P2的基底光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)相乘獲得一組疊加信號(hào)，周期為 P2的模板光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)與周期為P1的硅片光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)相乘 獲得另一組疊加信號(hào)；得到兩組莫爾條紋信號(hào)。以上步驟幻中，所述莫爾條紋信號(hào)的預(yù)處理是指采用低通濾波器濾除頻率f\_f2 外的f” f2和f\+f2頻率分量，獲得兩組一維莫爾信號(hào)，然后利用相位匹配方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行 處理；所述fi是周期為P1的光柵的頻率，即1/Pl ；所述f2是周期為P2的光柵的頻率，即1/
P2 °本發(fā)明通過采用CCD采集光柵圖像，通過計(jì)算機(jī)合成數(shù)字莫爾條紋的方案進(jìn)行納 米壓印對(duì)準(zhǔn)代替原來直接利用CCD采集莫爾條紋圖像進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。從莫爾條紋形成角度，解 決了傳統(tǒng)方法由于工藝層覆蓋的不對(duì)稱性、對(duì)準(zhǔn)光束在工藝層界面的多次反射，對(duì)準(zhǔn)過程 中莫爾條紋的對(duì)比度下降的問題，以及由于光的多次干涉、衍射帶來的對(duì)準(zhǔn)圖像誤差問題， 提高了壓印過程中，莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)圖像的質(zhì)量，從而提高了對(duì)準(zhǔn)中莫爾條紋相位提取的精 度，進(jìn)一步提高了壓印對(duì)準(zhǔn)精度。
此外，本發(fā)明所使用方法與傳統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)方法相比較，工藝簡(jiǎn)單、不需要多余的工藝過 程。從而推動(dòng)莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)方案在實(shí)際中的應(yīng)用。


圖1納米壓印多層套刻莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)原理；圖2數(shù)字莫爾條紋光柵標(biāo)記；圖3莫爾條紋一維化處理；圖4數(shù)字莫爾條紋一維莫爾信號(hào)的合成。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的該種提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方法，其應(yīng) 用于納米壓印精對(duì)準(zhǔn)過程中，即在壓印粗對(duì)準(zhǔn)中得到的對(duì)準(zhǔn)誤差在一個(gè)莫爾條紋光柵周期 內(nèi)。該方法具體包括以下步驟(1)標(biāo)記設(shè)計(jì)在基底和模板上分別設(shè)計(jì)一組組合光柵副，使模板光柵和基底光柵在壓印中不重 疊；設(shè)基底上的組合光柵副的周期分別為Pl和P2，模板上的組合光柵副的周期分別為P2 禾口Pl ；。壓印光刻對(duì)準(zhǔn)時(shí)，采用基于莫爾條紋相位匹配的對(duì)準(zhǔn)原理，通過基底和模板上分 別存在的一組組合光柵副進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)；對(duì)準(zhǔn)過程中，模板上的組合光柵中周期為Pi的光柵與 基底上組合光柵中周期為P2的光柵重疊形成一組莫爾條紋；模板上組合光柵中周期為P2 的光柵與基底上組合光柵中周期為Pl的光柵重疊形成另一組莫爾條紋。通過比較兩組莫 爾條紋相位進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。(2)光柵圖像的采集在沿光柵方向上共同指定點(diǎn)位置開始分別在模板和基底的不同周期的光柵標(biāo)記 上利用CCD提取四個(gè)大小相等的光柵區(qū)域圖像，在保證采集區(qū)域不重疊的前提下，使采集 區(qū)域盡量大。在進(jìn)行壓印對(duì)準(zhǔn)時(shí)，壓印模板和壓印基底是重合的，在進(jìn)行壓印對(duì)準(zhǔn)光柵信號(hào)的 提取過程中，必須保證模板傷的光柵標(biāo)記和基底上的光柵標(biāo)記不重合，以便CCD對(duì)不同光 柵區(qū)域的采集。因此在設(shè)計(jì)時(shí)模板標(biāo)記和基底標(biāo)記即使在壓印對(duì)準(zhǔn)完成以后仍按處于不重 疊狀態(tài)。CCD采集所需的圖像是指在沿光柵方向上共同指定點(diǎn)位置開始分別在周期為P1和 P2的模板光柵和周期為P1和P2的基底光柵圖像上提取四個(gè)大小相等光柵區(qū)域。在保證采 集區(qū)域不重疊的前提下，應(yīng)使采集區(qū)域盡量大。(3)光柵圖像預(yù)處理對(duì)CCD采集的光柵區(qū)域圖像進(jìn)行一維化，然后濾波，濾除噪音成分，得到四個(gè)預(yù)處 理后的光柵信號(hào)；(4)合成莫爾條紋圖像將以上光柵信號(hào)合成莫爾條紋信號(hào)；所述光柵圖像的前期處理是指對(duì)提取的四個(gè) 區(qū)域圖像沿光柵方向疊加產(chǎn)生四個(gè)一維灰度信號(hào)，然后采用低通濾波器濾出光柵基頻以外 的高頻成分，獲得四個(gè)余弦灰度信號(hào)。具體為
周期為P1的模板光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)與周期為P2的硅片光柵所對(duì)應(yīng)的余 弦灰度信號(hào)相乘獲得一組疊加信號(hào)，周期為P2的模板光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)與周期為 P1的硅片光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)相乘獲得另一組疊加信號(hào)。得到兩組莫爾條紋信號(hào)， 為下面相位匹配方案進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)做好準(zhǔn)備。(5)莫爾條紋信號(hào)的預(yù)處理對(duì)莫爾條紋信號(hào)進(jìn)行濾波，得到壓印對(duì)準(zhǔn)所需莫爾條紋信號(hào)，具體為采用低通濾 波器濾除頻率f\_f2外的f\，4和1+4頻率分量，獲得兩組一維莫爾信號(hào)。然后利用相位 匹配方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理；所述是周期為P1的光柵的頻率，即1/Pl ；所述f2是周期為P2 的光柵的頻率，即ι/ρ2。以下結(jié)合附圖對(duì)上述本發(fā)明的方法進(jìn)一步說明參照?qǐng)D1所示，壓印多層套刻對(duì)準(zhǔn)原理示意圖。目前最常用的壓印多層套刻對(duì)準(zhǔn) 方案是基于莫爾條紋相位匹配的對(duì)準(zhǔn)方案。在基底和模板上分別存在周期為P1、P2的兩組 光柵，對(duì)準(zhǔn)時(shí)模板上周期為Pl的光柵與基底上周期為P2的光柵重疊形成一組莫爾條紋；模 板上周期為P2的光柵與基底上周期為Pl的光柵重疊形成另一組莫爾條紋。通過提取兩組 莫爾條紋的相位來進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。參照?qǐng)D2所示，通過CXD在沿光柵方向上共同指定點(diǎn)位置開始分別在模板光柵Pl、 模板光柵P2、硅片光柵P1和硅片光柵P2圖像上提取4個(gè)大小相等光柵區(qū)域。參照?qǐng)D3所示，對(duì)提取的4個(gè)區(qū)域圖像沿光柵方向疊加產(chǎn)生4個(gè)一維灰度信號(hào)，然 后采用低通濾波器濾出光柵基頻以外的高頻成分，獲得4個(gè)余弦灰度信號(hào)。參照?qǐng)D4所示，模板光柵P1所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)與硅片光柵P2所對(duì)應(yīng)的余弦灰 度信號(hào)相乘獲得一組疊加信號(hào)，模板光柵P2所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)與硅片光柵P1所對(duì)應(yīng)的 余弦灰度信號(hào)相乘獲得另一組疊加信號(hào)，得到兩組莫爾條紋信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方法，其特征在于，包 括以下步驟(1)標(biāo)記設(shè)計(jì)在基底和模板上分別設(shè)計(jì)一組組合光柵副，使模板光柵和基底光柵在壓印中不重疊； 設(shè)基底上的組合光柵副的周期分別為Pl和P2，模板上的組合光柵副的周期分別為P2和 Pl ；(2)光柵圖像的采集在沿光柵方向上共同指定點(diǎn)位置開始分別在模板和基底的不同周期的光柵標(biāo)記上利 用CCD提取四個(gè)大小相等的光柵區(qū)域圖像，在保證采集區(qū)域不重疊的前提下，使采集區(qū)域 盡量大；(3)光柵圖像預(yù)處理對(duì)CCD采集的光柵區(qū)域圖像進(jìn)行一維化，然后濾波，濾除噪音成分，得到四個(gè)預(yù)處理后 的光柵信號(hào)；(4)合成莫爾條紋圖像將以上光柵信號(hào)合成莫爾條紋信號(hào)，即將模板上的周期為Pl的光柵信號(hào)與基底上周 期為P2的光柵信號(hào)合成一組莫爾條紋；模板上的周期為P2的光柵信號(hào)與基底上周期為Pl 的光柵信號(hào)合成另一組莫爾條紋。(5)莫爾條紋信號(hào)的預(yù)處理對(duì)莫爾條紋信號(hào)進(jìn)行濾波，得到壓印對(duì)準(zhǔn)所需莫爾條紋信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方 法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于納米壓印精對(duì)準(zhǔn)過程中，即在壓印粗對(duì)準(zhǔn)中得到的對(duì)準(zhǔn)誤 差在一個(gè)莫爾條紋光柵周期內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方 法，其特征在于，所述壓印光刻對(duì)準(zhǔn)，采用基于莫爾條紋相位匹配的對(duì)準(zhǔn)原理，通過基底和 模板上分別存在的一組組合光柵副進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)；對(duì)準(zhǔn)過程中，模板上的組合光柵中周期為Pi 的光柵與基底上組合光柵中周期為P2的光柵重疊形成一組莫爾條紋；模板上組合光柵中 周期為P2的光柵與基底上組合光柵中周期為Pl的光柵重疊形成另一組莫爾紋。在此標(biāo)記 設(shè)計(jì)中，我們采用Pl為3 μ m，P2為3. 1 μ m的組合光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方 法，其特征在于，步驟幻中，所述CCD提取的圖像為在沿光柵方向上共同指定點(diǎn)位置開始 分別在周期為P1和P2的模板光柵和周期為P1和P2的基底光柵圖像上提取四個(gè)大小相等光 柵區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方 法，其特征在于，步驟幻中，對(duì)提取的四個(gè)區(qū)域圖像沿光柵方向疊加產(chǎn)生四個(gè)一維灰度信 號(hào)，然后采用低通濾波器濾出光柵基頻以外的高頻成分，獲得四個(gè)余弦灰度信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方 法，其特征在于，步驟4)中，所述合成莫爾條紋圖像方法為周期為P1的模板光柵所對(duì)應(yīng)的 余弦灰度信號(hào)與周期為P2的基底光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)相乘獲得一組疊加信號(hào)，周期 為P2的模板光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)與周期為P1的硅片光柵所對(duì)應(yīng)的余弦灰度信號(hào)相乘獲得另一組疊加信號(hào)；得到兩組莫爾條紋信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋 方法，其特征在于，步驟幻中，所述莫爾條紋信號(hào)的預(yù)處理是指采用低通濾波器濾除頻率 frf2外的f\，f2和f\+f2頻率分量，獲得兩組一維莫爾信號(hào)，然后利用相位匹配方法對(duì)信號(hào) 進(jìn)行處理；所述是周期為P1的光柵的頻率，即1/Pl ；所述f2是周期為P2的光柵的頻率， 艮口 l/;p2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高壓印對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋圖像質(zhì)量的數(shù)字莫爾條紋方法，包括(1)標(biāo)記設(shè)計(jì)；(2)光柵圖像的采集；(3)光柵圖像預(yù)處理；(4)合成莫爾條紋圖像；(5)莫爾條紋信號(hào)的預(yù)處理。本發(fā)明通過采用CCD采集光柵圖像，通過計(jì)算機(jī)合成數(shù)字莫爾條紋的方案進(jìn)行納米壓印對(duì)準(zhǔn)代替原來直接利用CCD采集莫爾條紋圖像進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。從莫爾條紋形成角度，解決了傳統(tǒng)方法由于工藝層覆蓋的不對(duì)稱性、對(duì)準(zhǔn)光束在工藝層界面的多次反射，對(duì)準(zhǔn)過程中莫爾條紋的對(duì)比度下降的問題，以及由于光的多次干涉、衍射帶來的對(duì)準(zhǔn)圖像誤差問題，提高了壓印過程中，莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)圖像的質(zhì)量，從而提高了對(duì)準(zhǔn)中莫爾條紋相位提取的精度，進(jìn)一步提高了壓印對(duì)準(zhǔn)精度。
文檔編號(hào)G03F9/00GK102096348SQ20101058099
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者丁玉成, 盧秉恒, 周潔, 宗學(xué)文, 王莉, 魏慧芬 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)