CN101281378B - 一种纳米光刻对准系统 - Google Patents

Abstract

一种纳米光刻对准系统，其特征在于：对准光源发出的光线经透镜A、分光镜A反射、显微物镜后照射在掩模和硅片上，掩模和硅片上的衍射光栅标记在对准光源作用下产生衍射光束干涉条纹，掩模上的对准标记图像经显微物镜、分光镜A、分光镜B、透镜B到达反射镜A，经反射镜A反射回来的光线经透镜B、分光镜B到达CCD进行成像；硅片上的对准标记图像经掩模、显微物镜、分光镜A和分光镜B透射后到达补偿光路，从补偿光路反射回的光线，经分光镜B到达CCD进行成像；CCD同时对掩模和硅片上的光栅对准标记成像；基于CCD采集的干涉条纹图像，采用傅立叶变换方法编码相对空间相位差异，实现双焦点高精度对准。该系统具有对准标记采集视场大、对准精度高等特点。

Description

一种纳米光刻对准系统

技术领域

本发明属于纳米光刻技术领域，特别涉及一种纳米光刻对准系统。

技术背景

纳米器件是纳米科技的重要物质基础之一，纳米光刻技术是纳米器件研制的主要手段，其制作技术已成为当前世界科学研究急需解决的问题。目前以光学光刻为基础的大规模集成电路工业制造技术已经达到100nm的特征尺寸，并将193nmArF浸没式光刻技术延伸到32nm技术节点。从原理上讲光刻分辨力随着波长的大幅度缩短可以大大提高，但是波长变短同时也带来了技术上的难点和成本的剧增；尤其是在45nm以下的光刻设备所花费的巨额设备成本已成为集成电路工业界的大难题，对变革性的高性能、低成本纳米电子器件的制造技术及设备的渴求已经十分强烈。

近年来，国内兴起了对纳米压印、表面等离子体光学光刻、波带片阵列直写等新型接近接触式光刻技术的研究，但相应的对准技术的研究却甚少见。早期的接近接触式光刻机多采用光度型CCD视频图像对准方法，它是将硅片和掩模上的对准标记用一长焦深的显微物镜同时成像在CCD上，通过计算掩模和硅片对准标记图像中心在CCD靶面的坐标给出掩模和硅片的相对位置。CCD电视对准标记简单易作，但精度相对较低，只能满足微米级的光刻分辨力。光学投影光刻的对准精度虽高，但其对准原理和方法又不适合接近接触式光刻。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提供一种适合于高分辨力的接近接触式光刻的纳米对准系统与方法，这种对准技术能够克服现有对准技术的诸多缺陷，既可以用于类似纳米压印的接触式光刻，也可以用于硅片和掩模之间有少许间隙的接近式光刻，具有纳米级对准精度、不受套刻次数的影响、可同时精确测量掩模硅片间曝光间隙、对准标记采集视场大、工作效率高等特点。该方法非常适应如纳米压印光刻、表面等离子光刻、波带片阵列直写等纳米光刻的对准需求，对发展45nm节点以下的纳米光刻有着重要的推动作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种纳米光刻对准系统，其特征在于：它包括对准光源、透镜A、硅片、掩模、显微物镜、分光镜A、CCD、分光镜B、透镜B、反射镜A，和由透镜C反射镜B组成补偿光路；当对准光源发出的光线经透镜A、分光镜A反射、再经显微物镜后照射在掩模和硅片上，掩模和硅片上的衍射光栅标记在对准光源的作用下产生衍射光束干涉条纹，掩模上的对准标记图像经显微物镜、分光镜A透射后，经分光镜B反射通过透镜B、到达反射镜A，由反射镜A再次反射回来的光线通过透镜B、，经分光镜B透射到达CCD进行成像；而另一路硅片上的对准标记图像经掩模、显微物镜后、通过分光镜A和分光镜B透射后、到达补偿光路，从补偿光路反射回来的光线，经分光镜B反射到达CCD进行成像；此时，CCD同时对掩模和硅片上的光栅对准标记进行成像；基于CCD采集到的干涉条纹图像，本系统采用傅立叶变换方法编码相对空间相位差异，实现双焦点高精度对准；

所述掩模与硅片具有一定间隙，保证在对准时掩模和硅片不会受套刻次数的影响而磨损。

所述补偿光路光程的改变量测量掩模与硅片之间的曝光间隙；并通过调整补偿光路，使掩模和硅片上的光栅标记到CCD像面的光程保持一致、成像放大率保持一致，清晰成像；

所述的补偿光路由透镜C、反射镜B组成。

所述对准光源波长远离曝光光谱，用以确保在对准时不会使硅片感光，并在硅片和掩模上采用远心光照明结构，实现对掩模和硅片的均匀照明。

所述的光栅对准标记由对准光源到达硅片之间的照明光路和光栅标记经硅片反射、并到达CCD之间的传感光路的光轴与硅片和掩模光栅标记面垂直，并同光路。

所述显微物镜采用大数值孔径的显微物镜。

本发明的原理是：掩模、硅片上的对准标记均采用衍射光栅，当对准光源照射在掩模和硅片上时，掩模和硅片上的衍射光栅标记将产生衍射光束干涉条纹，补偿光路分别补偿掩模和硅片标记成像光路光程差，使得二者的工作距离之差正好等于掩模版和硅片间隙，实现双焦点成像。CCD同时对掩模和硅片上的对准标记进行成像，基于CCD采集到的干涉条纹图像，采用傅立叶变换方法编码相对空间相位差异，实现精确定位。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：

1、本发明的对准系统，对准光源波长远离曝光光谱，确保在对准时不会使硅片感光；并在硅片和掩模上采用远心光照明结构，实现对掩模和硅片的均匀照明，使得掩模和硅片标记可以用大数值孔径短焦深衍射极限的物镜同时成清晰像；该对准系统既可以用于类似纳米压印的接触式光刻，也可以用于硅片和掩模之间有少许间隙的接近式光刻；

2、本发明的对准系统通过补偿光路，让掩模和硅片上的衍射光栅标记到CCD像面的光程保持一致，使CCD同时对掩模和硅片上的对准标记进行成像，以减少误差，提高对准精度，实现纳米光刻；

3、本发明的对准系统，掩模和硅片间具有一定间隙，因此，该系统具有不受套刻次数的影响、可同时精确测量掩模硅片间曝光间隙、对准标记采集视场大、工作效率高等特点。

4、本发明的对准系统在对准过程中，通过CCD实时采集莫尔条纹变化，全程跟踪硅片和掩模光栅标记相对位置的变化，消除在曝光过程中由于震动、漂移等各种外界因素引起的干扰，实现高精度对准。该特点非常适应于纳米压印光刻、表面等离子光刻、波带片阵列直写等纳米光刻的对准需求，其研究对发展45nm节点以下的纳米光刻有着重要的推动作用。

附图说明

图1是本发明的纳米光刻对准系统原理示意图；

图2是本发明纳米光刻对准系统的补偿光路示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。

如图1所示，本实施例的纳米光刻对准系统由对准光源110、透镜A111、硅片112、掩模113、显微物镜114、分光镜A115、CCD116、分光镜B117、透镜B118、反射镜A119、透镜C201、反射镜B202组成。

兼顾接近式和接触式光刻的特点，掩模113和硅片112放置时，其间具有一定间隙；本发明采用的是非曝光光源照明，即对准系统的对准光源110的波长远离曝光光源光谱，这样就可确保在对准时不会使硅片112感光，为了保证达到要求的照明光的相干因子、并使放大倍率不受焦距变化而改变，因此在硅片112和掩模143上的照明采用远心光照明结构，实现对掩模113和硅片112光栅标记的均匀照明。另外，为了减少误差，提高对准精度，光栅标记照明光路和光栅标记传感光路的光轴应与硅片112和掩模113光栅标记面垂直，并同光路，其中由光源110到达硅片112之间的光路为照明光路，经硅片112返射、并到达CCD116之间的光路为传感光路；为了使掩模113和硅片112的光栅标记都能在CCD116上清晰成像，需要附加补偿光路200，当掩模113和硅片112之间的距离改变时，调整补偿光路200，使掩模113和硅片112上的标记到CCD116像面的光程保持一致。

由于大数值孔径的显微物镜114同时具有焦深小的特点，因而采用大数值孔径的显微物镜114。

当对准光源110发出的光线经透镜A111、分光镜A115反射、再经显微物镜114后照射在掩模113和硅片112上，掩模113和硅片112上的衍射光栅标记在对准光源110的作用下产生衍射光束干涉条纹。由于掩模113和硅片112上的对准标记都要同时在CCD116上成像，因此，掩模113上的对准标记图像经显微物镜114、分光镜A115透射后，经分光镜B117反射通过透镜B118到达反射镜A119，由反射镜A119再次反射回来光线经透镜B118，通过分光镜B117透射到达CCD116进行成像。；而另一路硅片112上的对准标记图像经掩模113、显微物镜114后、通过分光镜A115和分光镜B117透射后、到达补偿光路200，从补偿光路200反射回来的光线，经分光镜B117反射到达CCD116进行成像；此时，CCD116同时对掩模113和硅片112上的光栅对准标记进行成像。基于CCD116采集到的干涉条纹图像，本系统采用傅立叶变换方法编码相对空间相位差异，实现双焦点高精度对准。由于该系统允许掩模113和硅片112之间留有一定的间隙，在对准时掩模113和硅片112不会受套刻次数的影响而磨损，因此，具有较高的套刻对准精度。

图2为补偿光路示意图，它由透镜C201、反射镜B202组成，当掩模113和硅片112之间的距离变化时，通过调整透镜C201、反射镜B202的相对位置，使掩模113和硅片112上的光栅标记到CCD116像面的光程保持一致、成像放大率保持一致，清晰成像，实现精确定位。

Claims (4)

1.一种纳米光刻对准系统，其特征在于：它包括对准光源(110)、透镜A(111)、硅片(112)、掩模(113)、显微物镜(114)、分光镜A(115)、CCD(116)、分光镜B(117)、透镜B(118)、反射镜A(119)，和由透镜C(201)反射镜B(202)组成补偿光路；当对准光源(110)发出的光线经透镜A(111)、分光镜A(115)反射、再经显微物镜(114)后照射在掩模(113)和硅片(112)上，掩模(113)和硅片(112)上的衍射光栅标记在对准光源(110)的作用下产生衍射光束干涉条纹，掩模(113)上的对准标记图像经显微物镜(114)、分光镜A(115)透射后，经分光镜B(117)反射通过透镜B(118)、到达反射镜A(119)，再由反射镜A(119)再次反射回来的光线经透镜B(118)，通过分光镜B(117)透射到达CCD(116)进行成像；而另一路硅片(112)上的对准标记图像经掩模(113)、显微物镜(114)后、通过分光镜A(115)和分光镜B(117)透射后、到达补偿光路(200)，从补偿光路(200)反射回来的光线，经分光镜B(117)反射到达CCD(116)进行成像；此时，CCD(116)同时对掩模(113)和硅片(112)上的光栅对准标记所形成的空间干涉莫尔条纹进行成像；基于CCD(116)采集到的干涉条纹图像，本系统采用傅立叶变换方法编码相对空间相位差异，实现双焦点高精度对准；

掩模(113)与硅片(112)具有一定间隙，用以保证在对准时掩模(113)和硅片(112)不会受套刻次数的影响而磨损；

通过补偿光路(200)光程的改变量测量掩模(113)与硅片(112)之间的曝光间隙；并通过调整补偿光路(200)，使掩模(113)和硅片(112)上的光栅标记到CCD(116)像面的光程保持一致、成像放大率保持一致，清晰成像；

其中补偿光路(200)由透镜C(201)、反射镜B(202)组成。

2.根据权利要求1所述的一种纳米光刻对准系统，其特征在于：对准光源(110)波长远离曝光光谱，用以确保在对准时不会使硅片感光，并在硅片(112)和掩模(113)上采用远心光照明结构，实现对掩模(113)和硅片(112)的均匀照明。

3.根据权利要求1所述的一种纳米光刻对准系统，其特征在于：光栅对准标记由对准光源(110)到达硅片(112)之间的照明光路和光栅标记经硅片(112)返射、并到达CCD(116)之间的传感光路的光轴与硅片(112)和掩模(113)光栅标记面垂直，并同光路。

4.根据权利要求1所述的一种纳米光刻对准系统，其特征在于：显微物镜(114)采用大数值孔径的显微物镜。

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