專利名稱：一種無掩模光刻對準系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無掩模光刻技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于DMD的無掩模光刻對準系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著微納加工技術(shù)的發(fā)展，微納器件在制作時常常需要具有較強靈活性、高效、快速、低成本的光刻技術(shù)和設(shè)備，以適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)模式。在制作具有連續(xù)面型浮雕結(jié)構(gòu)的器件如微光學元件等器件的生產(chǎn)加工中，由于其面形是通過曝光劑量的連續(xù)精確調(diào)制獲得的，因而常規(guī)光刻技術(shù)無法或難以實現(xiàn)。為生產(chǎn)加工該種面型的器件，就需要能連續(xù)調(diào)制曝光劑量的光刻技術(shù)和設(shè)備。另外傳統(tǒng)的光刻方法(即電子束光刻制作掩模， 用投影光刻或接近接觸光刻進行復(fù)制)不能同時滿足靈活、高效、低成本的要求。而基于 DMD (Digital Micromirror Device)的無掩模光刻技術(shù)正好可以解決這些難題，并且該方法可采用紫外光、深紫外光、甚至更短波長的極紫外光作為光源，因而具有很強的技術(shù)延伸性和工藝兼容性，更易在光刻實踐中得到應(yīng)用，有很好的應(yīng)用前景。然而無掩模光刻技術(shù)作為一種新穎的光刻技術(shù)，在很多理論和關(guān)鍵技術(shù)上尚需要更進一步地研究，尤其是無掩模光刻技術(shù)的發(fā)展對無掩模光刻對準技術(shù)提出了新的要求。 對準技術(shù)作為光刻系統(tǒng)的三大核心技術(shù)之一，一般要求對準精度為最細線寬的1/5 1/3。 雖然傳統(tǒng)的掩模-硅片對準技術(shù)發(fā)展越來越成熟，但目前能查閱到的國內(nèi)外針對無掩模光刻中對準技術(shù)的研究報道較少，因此研究適用于DMD無掩模光刻的對準技術(shù)十分必要。早期的接近接觸式光刻和投影光刻系統(tǒng)中，普遍采用光度型對準。它是通過光強的變化來測量掩模、硅片的相對位移。光電耦合成像器件(CCD)視頻圖像對準是光度型對準的主要方法，這種對準方法的優(yōu)點是簡單易行，然而受到光學系統(tǒng)分辨力的限制，對準精度提高有限。隨著光刻分辨力的提高，投影光刻機主要采用衍射光柵對準技術(shù)。比如荷蘭ASML公司所采用的TTL (Though the Lens)衍射光柵同軸對準、ATHENA (Advanced Technology using High order Enhanced Alignment)離軸對準禾口 SMASH (Smart Alignment Sensor Hybrid)離軸對準方案等。衍射光柵對準方法的信噪比較高，因此可以實現(xiàn)較高的對準精度，但是其對準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實施較困難。以上諸多的對準方法主要是針對掩模和硅片上均有對準標記的情況，而基于DMD的無掩模光刻系統(tǒng)由于其無掩模的特殊性，不具備直接將掩模和硅片對準的條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為了滿足無掩模光刻技術(shù)發(fā)展的需要，解決現(xiàn)有技術(shù)對準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實施較困難的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提出一種適用于DMD無掩模光刻的對準系統(tǒng)。為實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明無掩模光刻對準系統(tǒng)的技術(shù)方案包括所述系統(tǒng)包括對準光源、第一分色分光鏡、數(shù)字微反射鏡裝置、投影物鏡、第二分色分光鏡、硅片、光電耦合
3成像器件、工件臺；第一分色分光鏡位于曝光光源和對準光源之間，第一分色分光鏡的入射面接收曝光光源的曝光光束，第一分色分光鏡的分色分光面接收對準光源輸出的對準光； 計算機與數(shù)字微反射鏡裝置連接，且數(shù)字微反射鏡裝置的反射光束線上依序設(shè)置投影物鏡、第二分色分光鏡和硅片，且硅片位于工件臺上；無掩模光刻對準時首先打開對準光源開關(guān)，對準光經(jīng)過第一分色分光鏡反射到數(shù)字微反射鏡裝置上；計算機控制數(shù)字微反射鏡裝置產(chǎn)生一組數(shù)字光柵；對準光經(jīng)過數(shù)字微反射鏡裝置反射，通過投影物鏡，再經(jīng)過第二分色分光鏡透射，將數(shù)字光柵投影到硅片上與硅片上已有的標記光柵疊加；對準光被硅片反射， 再次經(jīng)過第二分色分光鏡，這時經(jīng)第二分色分光鏡反射的對準光被光電耦合成像器件接收；光電耦合成像器件采集到的莫爾條紋圖像是數(shù)字光柵與硅片上的標記光柵相疊加產(chǎn)生的圖像；在計算機中采用傅里葉變換法求解光電耦合成像器件采集到的莫爾條紋圖像的相位信息，從而求解出硅片的位移量、旋轉(zhuǎn)量，并移動工件臺實現(xiàn)無掩模光刻的對準。其中，對準光源波長遠離曝光光源波長以確保在對準時不會使硅片感光。其中，第一分色分光鏡透過曝光光譜，反射對準照明光譜；第二分色分光鏡透過曝光光譜并半反半透對準照明光譜。其中，所述數(shù)字微反射鏡裝置、光電耦合成像器件的位置固定不變；每次進行對準時，數(shù)字光柵的位置不變；將硅片放在工件臺上，保證硅片上光柵標記在光電耦合成像器件視場范圍內(nèi)。其中，對準光經(jīng)過投影物鏡，實現(xiàn)同軸對準。本發(fā)明的原理本發(fā)明采用莫爾條紋實現(xiàn)對準，每次放上硅片進行曝光前都以 DMD產(chǎn)生并投影到硅片上的光柵作為基準進行對準。運用DMD產(chǎn)生頻率可變的數(shù)字光柵，與硅片上已有的標記光柵疊加，產(chǎn)生有差頻的莫爾條紋。將硅片的位移、旋轉(zhuǎn)放大顯示在莫爾條紋的變化中。通過基于傅里葉變換的相位解析求解出硅片的位移量、旋轉(zhuǎn)量，從而實現(xiàn)精確定位。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(1)提出一種基于DMD的無掩模光刻對準新方法，針對基于DMD的無掩模光刻，采用數(shù)字光柵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的真實掩模光柵標記實現(xiàn)對準，可以產(chǎn)生頻率可變的數(shù)字光柵，與硅片上的標記光柵相疊加產(chǎn)生有差頻的莫爾條紋，提高了對準精度，適應(yīng)未來無掩模光刻對準技術(shù)的要求。(2)結(jié)合莫爾條紋對準和視頻圖像對準方法的優(yōu)勢，采用同軸對準，將對準程度實時地反應(yīng)在圖像的空間相位信息中。其操作簡單、快捷，具有成本低、精度高、可視化、易實現(xiàn)等優(yōu)點，適應(yīng)未來無掩模光刻對準技術(shù)的要求，對我國在光刻技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要
眉、ο


圖1是本發(fā)明的無掩模光刻對準系統(tǒng)原理示意圖；圖加和圖2b分別為本發(fā)明中所采用的數(shù)字光柵標記圖和硅片上的光柵標記圖；圖3a、!3b和圖3c是不同偏心距和偏心角情形下的同心圓光柵疊加產(chǎn)生的莫爾條紋圖；圖4是兩頻率接近的線光柵疊加產(chǎn)生的莫爾條紋圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，本實施例的無掩模光刻對準系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括對準明光源111、第一分色分光鏡112、數(shù)字微反射鏡裝置(DMD) 113、投影物鏡114、第二分色分光鏡115、硅片 116、光電耦合成像器件117、工件臺118 ；第一分色分光鏡112位于曝光光源110和對準光源111之間，第一分色分光鏡112的入射面接收曝光光源110的曝光光束，第一分色分光鏡 112的分色分光面接收對準光源111輸出的對準光；計算機與數(shù)字微反射鏡裝置113連接， 且數(shù)字微反射鏡裝置113的反射光束線上依序設(shè)置投影物鏡114、第二分色分光鏡115和硅片116，且硅片116位于工件臺118上；無掩模光刻對準時首先打開對準光源111開關(guān)，對準光經(jīng)過第一分色分光鏡112反射到數(shù)字微反射鏡裝置113上；計算機控制數(shù)字微反射鏡裝置113產(chǎn)生一組數(shù)字光柵；對準光經(jīng)過數(shù)字微反射鏡裝置113反射，通過投影物鏡114，再經(jīng)過第二分色分光鏡115透射，將數(shù)字光柵投影到硅片116上與硅片116上已有的標記光柵疊加；對準光被硅片116反射，再次經(jīng)過第二分色分光鏡115，這時經(jīng)第二分色分光鏡115 反射的對準光被光電耦合成像器件117接收；光電耦合成像器件117采集到的莫爾條紋圖像是數(shù)字光柵與硅片116上的標記光柵相疊加產(chǎn)生的圖像；在計算機中采用傅里葉變換法求解光電耦合成像器件117采集到的莫爾條紋圖像的相位信息，從而求解出硅片116的位移量、旋轉(zhuǎn)量，并移動工件臺118實現(xiàn)無掩模光刻的對準。利用數(shù)字微反射鏡裝置113可以產(chǎn)生平滑、細膩、精確，近似無縫的圖像以及較強的光反射性的特征，本發(fā)明在對準時，首先打開對準光源111，對準光波長遠離曝光光源 110波長(假設(shè)系統(tǒng)采用550nm的對準光源111和365nm的曝光光源110)；對準光經(jīng)過第一分色分光鏡112 (透過波長為365nm的光，反射波長為550nm的光)反射到數(shù)字微反射鏡裝置113上；此時計算機控制數(shù)字微反射鏡裝置113產(chǎn)生一組如圖加所示的數(shù)字光柵；照明光經(jīng)數(shù)字微反射鏡裝置113反射后再經(jīng)過投影物鏡114以及第二分色分光鏡115(透過波長為365nm的光，半反半透波長為550nm的光)透射，將數(shù)字光柵投影到硅片116上，與硅片116上已有的標記光柵(如圖2b)相疊加；對準光被硅片116反射后，再次經(jīng)過第二分色分光鏡115，這時經(jīng)第二分色分光鏡115反射的對準光被光電耦合成像器件117接收；此時光電耦合成像器件117采集到的圖像就是數(shù)字光柵與硅片116上的標記光柵相疊加產(chǎn)生的圖像，將硅片116放在工件臺上，保證硅片116上標記光柵在光電耦合成像器件117視場范圍內(nèi)。所述對準光源波長遠離曝光光譜，確保對準時不會使硅片116感光。基于光電耦合成像器件117采集到的莫爾條紋圖，采用傅里葉變換法求解條紋的相位信息，從而求解出硅片116的位移量、旋轉(zhuǎn)量；最后通過工件臺118的移動來實現(xiàn)對準。系統(tǒng)中數(shù)字微反射鏡裝置113、光電耦合成像器件117的位置固定不變。每次進行對準時，數(shù)字光柵的位置不變。將硅片116放在工件臺118上，保證硅片116上光柵標記在光電耦合成像器件117視場范圍內(nèi)。根據(jù)莫爾條紋的產(chǎn)生機理，兩組具有周期結(jié)構(gòu)的直線簇或曲線簇重合產(chǎn)生莫爾條紋。而光電耦合成像器件117采集到的圖像正是數(shù)字光柵與標記光柵相疊加產(chǎn)生的圖像，也即莫爾條紋圖，如圖3a、!3b和3c、圖4所示?；诠怆婑詈铣上衿骷?17采集到的莫爾條紋圖，本系統(tǒng)采用傅里葉變換法求解條紋的相位信息，從而求解出硅片的位移量、旋轉(zhuǎn)量，最后通過工件臺118的移動來實現(xiàn)對準。圖3a、!3b和3c是不同偏心距ε和偏心角Φ情形下的同心圓光柵疊加產(chǎn)生的莫爾條紋圖圖3a中ε = 0(表示對準)；圖北中ε = R/N, Φ = 0 (R為最大圓半徑，N為光柵圓圈數(shù)，表示未對準)；圖3c中ε = 2R/N, Φ = π (表示未對準)。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無掩模光刻對準系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括對準光源、第一分色分光鏡、 數(shù)字微反射鏡裝置、投影物鏡、第二分色分光鏡、硅片、光電耦合成像器件和工件臺；第一分色分光鏡位于曝光光源和對準光源之間，第一分色分光鏡的入射面接收曝光光源的曝光光束，第一分色分光鏡的分色分光面接收對準光源輸出的對準光；計算機與數(shù)字微反射鏡裝置連接，且數(shù)字微反射鏡裝置的反射光束線上依序設(shè)置投影物鏡、第二分色分光鏡和硅片， 且硅片位于工件臺上；無掩模光刻對準時首先打開對準光源開關(guān)，對準光經(jīng)過第一分色分光鏡反射到數(shù)字微反射鏡裝置上；計算機控制數(shù)字微反射鏡裝置產(chǎn)生一組數(shù)字光柵；對準光經(jīng)過數(shù)字微反射鏡裝置反射，通過投影物鏡，再經(jīng)過第二分色分光鏡透射，將數(shù)字光柵投影到硅片上與硅片上已有的標記光柵疊加；對準光被硅片反射，再次經(jīng)過第二分色分光鏡， 這時經(jīng)第二分色分光鏡反射的對準光被光電耦合成像器件接收；光電耦合成像器件采集到的莫爾條紋圖像是數(shù)字光柵與硅片上的標記光柵相疊加產(chǎn)生的圖像；在計算機中采用傅里葉變換法求解光電耦合成像器件采集到的莫爾條紋圖像的相位信息，從而求解出硅片的位移量、旋轉(zhuǎn)量，并移動工件臺實現(xiàn)無掩模光刻的對準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無掩模光刻對準系統(tǒng)，其特征在于對準光源波長遠離曝光光源波長以確保在對準時不會使硅片感光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無掩模光刻對準系統(tǒng)，其特征在于第一分色分光鏡透過曝光光譜，反射對準照明光譜；第二分色分光鏡透過曝光光譜并半反半透對準照明光譜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無掩模光刻對準系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字微反射鏡裝置、 光電耦合成像器件的位置固定不變；每次進行對準時，數(shù)字光柵的位置不變；將硅片放在工件臺上，保證硅片上光柵標記在光電耦合成像器件視場范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無掩模光刻對準系統(tǒng)，其特征在于對準光經(jīng)過投影物鏡，實現(xiàn)同軸對準。
全文摘要
本發(fā)明是一種無掩模光刻對準系統(tǒng)，包括對準光源、數(shù)字微反射鏡裝置、投影物鏡、硅片、光電耦合成像器件、工件臺、第一和第二色分光鏡，第一分色分光鏡接收對準光反射到數(shù)字微反射鏡裝置上；計算機控制數(shù)字微反射鏡裝置產(chǎn)生數(shù)字光柵；數(shù)字微反射鏡裝置將對準光反射到投影物鏡并由第二分色分光鏡透射，將數(shù)字光柵投影到硅片上與硅片上已有的光柵標記疊加；對準光被硅片反射，再經(jīng)過第二分色分光鏡反射的對準光被光電耦合成像器件接收；光電耦合成像器件采集莫爾條紋圖像是數(shù)字光柵與硅片上的標記光柵相疊加產(chǎn)生的圖像；在計算機中求解光電耦合成像器件采集到的莫爾條紋圖像的相位信息，求解硅片的位移量、旋轉(zhuǎn)量，并移動工件臺實現(xiàn)無掩模光刻對準。
文檔編號G03F7/20GK102193339SQ20111016204
公開日2011年9月21日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者李艷麗, 胡陶, 陳磊, 陳銘勇, 馬平 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所