CN118151503A - 一种基于dmd直写曝光设备的对准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DMD直写曝光设备的对准系统及方法，系统包括曝光光源、数字微镜装置、硅片、投影物镜、半透半反镜、图像控制器、数字微镜控制模块、图像处理模块。通过利用数字微镜装置可产生图像平滑、精确的优势，使用可直写曝光的数字微镜装置来制备物理光栅，再由同组数字微镜装置产生数字光栅，抵消了数字微镜装置像素间隙和投影物镜倍率公差中带来的误差，减少物料周期和成本。创新地将物理光栅的制作嵌入到曝光流程中，在第一层光刻图案中加入作为光栅标记信息的物理光栅，再投影数字光栅来分别进行粗对准与精对准过程，将硅片的细微位移放大显示在叠栅条纹的光强信息上，在工艺上提高了莫尔条纹精度，同时提升了生成效率。

Description

一种基于DMD直写曝光设备的对准系统及方法

技术领域

本发明涉及光刻对准技术领域，尤其是涉及一种基于DMD直写曝光设备的对准系统及方法。

背景技术

光刻工序的完成需要经历多次曝光，套刻精度是多层图形精确曝光的保证，而套刻是通过对准系统来实现，是半导体光刻设备最重要的系统之一。当前曝光对准系统主要分两类，一种是图像控制器(CCD)机器视觉对准，主要应用于数字微镜装置(DMD)直写曝光，通过成像镜头和CCD自动接收和处理对准标记在工件台坐标系中的位置，从而实现工件台和DMD的对准；另一种是基于衍射光栅对准，首先在硅片和掩膜上分别制作对准光栅，进行曝光时利用对准光栅形成的叠栅条纹进行对准，主要应用于掩模式投影光刻设备与接近式光刻设备。

基于机器视觉的对准系统，对准精度提高会受到光学系统分辨力的限制；基于衍射光栅的对准系统，由于需要提前制作对准光栅，在DMD直写曝光设备的应用中受DMD像素间隙的影响，对物理光栅的制作精度要求非常高，高精度的要求带来物料备货周期漫长、成本较高，在实际应用中实施较困难且降低了生产效率，限制了DMD直写曝光设备的对准精度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于DMD直写曝光设备的对准系统，解决了当前制作生产物理光栅效率慢且现有对准系统的对准精度低的问题。

本发明还提供一种基于DMD直写曝光设备的对准方法。

根据本发明的第一方面实施例的基于DMD直写曝光设备的对准系统，包括：

曝光光源，用于发射曝光光束；

数字微镜装置，用于接收所述曝光光束以发出物理光栅、数字光栅和多个光刻图案；

硅片，放置于工件台上，用于接收所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案，所述硅片第一层在曝光该层所述光刻图案的同时刻蚀所述物理光栅，所述硅片的其他层在分别曝光其他层所述光刻图案的同时投影所述数字光栅至所述物理光栅上以产生放大莫尔条纹；

投影物镜，设置于所述数字微镜装置与所述硅片之间，用于对所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案进行投影；

半透半反镜，设置于所述投影物镜与所述硅片之间，用于透射所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案，且还用于反射所述放大莫尔条纹；

图像控制器，用于接收所述放大莫尔条纹；

数字微镜控制模块，与所述数字微镜装置电性连接；

图像处理模块，与所述图像控制器电性连接，用于对所述放大莫尔条纹进行图像处理。

根据本发明实施例的基于DMD直写曝光设备的对准系统，至少具有如下有益效果：

对于本发明实施例的对准系统，通过利用数字微镜装置可产生图像平滑、细腻且精确的优势，使用可直写曝光的数字微镜装置来制备物理光栅，再由同组数字微镜装置产生数字光栅，抵消了数字微镜装置像素间隙和投影物镜倍率公差中带来的误差，减少物料周期和成本。

进一步地，本发明实施例创新地将物理光栅的制作嵌入到曝光流程中，在第一层光刻图案中加入作为光栅标记信息的物理光栅，再投影数字光栅来分别进行粗对准与精对准过程，将硅片的细微位移放大显示在叠栅条纹的光强信息上，在工艺上提高了莫尔条纹精度，同时在生产上提升了效率。

除此之外，由于本发明实施例采用的是同一组光路系统，且物理光栅和数字光栅都与曝光进程同质，因此能抵消光源波长波动、DMD像素间隙和投影物镜倍率的两光栅中的误差，同时没有造成成本和性能的流失，这对于DMD直写曝光设备领域的发展具有重要意义。

根据本发明的一些实施例，所述基于DMD直写曝光设备的对准系统还包括扩束镜，所述扩束镜设置于所述曝光光源与所述数字微镜装置之间，所述扩束镜用于对所述曝光光束进行整形。

根据本发明的一些实施例，所述扩束镜采用双远心伽利略型扩束镜。

根据本发明的一些实施例，所述基于DMD直写曝光设备的对准系统还包括接收物镜，所述接收物镜设置于所述半透半反镜与所述图像控制器之间，所述接收物镜用于对所述放大莫尔条纹进行放大。

根据本发明的一些实施例，所述物理光栅包括第一横向条纹、第二横向条纹、第一竖向条纹、第二竖向条纹，所述第一横向条纹平行间隔地位于所述第二横向条纹下侧且相隔第一标准距离，所述第一竖向条纹平行间隔地位于所述第二竖向条纹左侧且相隔第二标准距离；所述数字光栅包括第三横向条纹、第四横向条纹、第三竖向条纹、第四竖向条纹，所述第三横向条纹平行间隔地位于所述第四横向条纹上侧且相隔第一标准距离，所述第三竖向条纹平行间隔地位于所述第四竖向条纹右侧且相隔第二标准距离。

根据本发明的一些实施例，所述第一横向条纹、所述第一竖向条纹、所述第三横向条纹、所述第三竖向条纹皆具有第一条纹宽度和第一条纹间隙，所述第一条纹宽度和所述第一条纹间隙大小相同且为a；所述第二横向条纹、所述第二竖向条纹、所述第四横向条纹、所述第四竖向条纹皆具有第二条纹宽度和第二条纹间隙，所述第二条纹宽度和所述第二条纹间隙大小相同且为b；对于a和b，存在a＝m×b，其中，m∈[1.09,1.2]。

根据本发明的第二方面实施例的基于DMD直写曝光设备的对准方法，应用于如本发明第一方面实施例任一项所述的基于DMD直写曝光设备的对准系统，包括以下步骤：

打开曝光光源，利用数字微镜装置经投影物镜、半透半反镜将第一层的光刻图案曝光至硅片的第一层，并将物理光栅刻蚀至所述硅片的第一层；

利用数字微镜控制模块使所述数字微镜装置产生数字光栅，在曝光其他层的所述光刻图案时，经所述投影物镜、所述半透半反镜将所述数字光栅投影至所述物理光栅上，以产生放大莫尔条纹；

利用图像控制器接收经所述半透半反镜反射的所述放大莫尔条纹，以得到放大莫尔条纹图像；

通过识别所述放大莫尔条纹图像，控制工件台和所述投影物镜完成粗对准；

利用图像处理模块对所述放大莫尔条纹图像进行处理，以得到图像处理结果；

根据所述图像处理结果，通过控制工件台和所述投影物镜完成精对准。

根据本发明实施例的基于DMD直写曝光设备的对准方法，至少具有如下有益效果：

对于本发明实施例的对准方法，通过利用数字微镜装置可产生图像平滑、细腻且精确的优势，使用可直写曝光的数字微镜装置来制备物理光栅，再由同组数字微镜装置产生数字光栅，抵消了数字微镜装置像素间隙和投影物镜倍率公差中带来的误差，减少物料周期和成本。

进一步地，本发明实施例创新地将物理光栅的制作嵌入到曝光流程中，在第一层光刻图案中加入作为光栅标记信息的物理光栅，再投影数字光栅来分别进行粗对准与精对准过程，将硅片的细微位移放大显示在叠栅条纹的光强信息上，在工艺上提高了莫尔条纹精度，同时在生产上提升了效率。

除此之外，由于本发明实施例采用的是同一组光路系统，且物理光栅和数字光栅都与曝光进程同质，因此能抵消光源波长波动、DMD像素间隙和投影物镜倍率的两光栅中的误差，同时没有造成成本和性能的流失，这对于DMD直写曝光设备领域的发展具有重要意义。

根据本发明的一些实施例，所述物理光栅包括第一横向条纹、第二横向条纹、第一竖向条纹、第二竖向条纹，所述第一横向条纹平行间隔地位于所述第二横向条纹下侧且相隔第一标准距离，所述第一竖向条纹平行间隔地位于所述第二竖向条纹左侧且相隔第二标准距离；所述数字光栅包括第三横向条纹、第四横向条纹、第三竖向条纹、第四竖向条纹，所述第三横向条纹平行间隔地位于所述第四横向条纹上侧且相隔第一标准距离，所述第三竖向条纹平行间隔地位于所述第四竖向条纹右侧且相隔第二标准距离；

所述通过识别所述放大莫尔条纹图像，控制工件台和所述投影物镜完成粗对准，包括以下步骤：

识别所述放大莫尔条纹图像的第一间隔距离以计算第一差值，所述第一差值表示所述第一间隔距离与所述第一标准距离之间的差值，所述第一间隔距离表示所述第一横向条纹与所述第三横向条纹的重叠条纹与所述第二横向条纹与所述第四横向条纹的重叠条纹之间的间隔距离；

若所述第一差值不等于零，控制所述工件台沿垂直方向移动所述第一差值大小的距离；

识别所述放大莫尔条纹图像的第二间隔距离以计算第二差值，所述第二差值表示所述第二间隔距离与所述第二标准距离之间的差值，所述第二间隔距离表示所述第一竖向条纹与所述第三竖向条纹的重叠条纹与所述第二竖向条纹与所述第四竖向条纹的重叠条纹之间的间隔距离；

若所述第二差值不等于零，控制所述投影物镜沿水平方向移动所述第二差值大小的距离。

根据本发明的一些实施例，所述根据所述图像处理结果，通过控制工件台和所述投影物镜完成精对准，包括以下步骤：

根据所述放大莫尔条纹图像的水平方向相位差计算水平方向位移差；

若所述水平方向位移差不等于零，控制所述投影物镜沿水平方向移动所述水平方向位移差大小的距离；

根据所述放大莫尔条纹图像的垂直方向相位差计算垂直方向位移差；

若所述垂直方向位移差不等于零，控制所述工件台沿垂直方向移动所述垂直方向位移差大小的距离。

根据本发明的一些实施例，所述第一横向条纹、所述第一竖向条纹、所述第三横向条纹、所述第三竖向条纹皆具有第一条纹宽度和第一条纹间隙，所述第一条纹宽度和所述第一条纹间隙大小相同且为a；所述第二横向条纹、所述第二竖向条纹、所述第四横向条纹、所述第四竖向条纹皆具有第二条纹宽度和第二条纹间隙，所述第二条纹宽度和所述第二条纹间隙大小相同且为b；对于a和b，存在a＝m×b，其中，m∈[1.09,1.2]；

计算所述水平方向位移差和所述垂直方向位移差，分别由以下数学模型所约束：

其中，ΔX为所述水平方向位移差；ΔY为所述垂直方向位移差；为水平方向相位差；/>为垂直方向相位差。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种实施例的基于DMD直写曝光设备的对准系统的示意图；

图2是本发明一种实施例的物理光栅的示意图；

图3是本发明一种实施例的数字光栅的示意图；

图4是本发明一种实施例的放大莫尔条纹图像的示意图；

图5是本发明一种实施例的基于DMD直写曝光设备的对准方法的流程图。

附图标记：

曝光光源110；数字微镜装置120；硅片130；投影物镜140；半透半反镜150；图像控制器160；扩束镜170；接收物镜180；

数字微镜控制模块210；图像处理模块220。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表征相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种基于DMD直写曝光设备的对准系统，系统包括：曝光光源110、数字微镜装置120、硅片130、投影物镜140、半透半反镜150、图像控制器160、数字微镜控制模块210、图像处理模块220。曝光光源110用于发射曝光光束；数字微镜装置120用于接收曝光光束以发出物理光栅、数字光栅和多个光刻图案；硅片130放置于工件台上，用于接收物理光栅、数字光栅和多个光刻图案，硅片130第一层在曝光该层光刻图案的同时刻蚀物理光栅，硅片130的其他层在分别曝光其他层光刻图案的同时投影数字光栅至物理光栅上以产生放大莫尔条纹；投影物镜140设置于数字微镜装置120与硅片130之间，用于对物理光栅、数字光栅和多个光刻图案进行投影；半透半反镜150设置于投影物镜140与硅片130之间，用于透射物理光栅、数字光栅和多个光刻图案，且还用于反射放大莫尔条纹；图像控制器160用于接收放大莫尔条纹；数字微镜控制模块210与数字微镜装置120电性连接；图像处理模块220与图像控制器160电性连接，用于对放大莫尔条纹进行图像处理。

具体地，参考图1，可以理解的是，本实施例对准系统的应用流程具体为：首先打开曝光光源110，使得光源覆盖数字微镜装置120的目标工作区域；DMD开始工作，在曝光第一层光刻图案时，经投影物镜140、半透半反镜150将物理光栅刻蚀在硅片130的边缘上，以作为光栅标记；后续套刻对准时，使用数字微镜控制模块210来控制DMD投影数字光栅，经投影物镜140、半透半反镜150将数字光栅成像在硅片130上的物理光栅上，物理光栅和数字光栅叠加产生周期放大的莫尔条纹，再通过半透半反镜150、接收物镜180进入图像控制器160的CCD视场；最后对周期放大的莫尔条纹进行初步识别以控制工件台(图中未示出)和投影物镜140完成粗对准，进一步利用图像处理模块220将采集到的放大莫尔条纹的光强信号转换成相位信息，基于相位信息可计算得到需要调整的位移量，从而控制工件台和投影物镜140进行精对准。

进一步地，需要说明的是，数字微镜控制模块210和图像处理模块220皆可采用计算机来实现相应功能，具体通过利用计算机上安装的DMD控制软件和图像处理软件来完成。继续参考图2和图3，可以理解的是，在一些实施例中，物理光栅和数字光栅之间的部分图案可互为沿水平轴或垂直轴对称，从而使得在叠加后的频谱不会完全重叠，以便于后续可分别单独提取出来，具体可参考图4，可以看出叠加干涉后产生的放大莫尔条纹图像，其条纹粗细、间隙存在明显变化。

本实施例中，通过利用数字微镜装置120可产生图像平滑、细腻且精确的优势，使用可直写曝光的数字微镜装置120来制备物理光栅，再由同组数字微镜装置120产生数字光栅，抵消了数字微镜装置120像素间隙和投影物镜140倍率公差中带来的误差，减少物料周期和成本。

进一步地，本发明实施例创新地将物理光栅的制作嵌入到曝光流程中，在第一层光刻图案中加入作为光栅标记信息的物理光栅，再投影数字光栅来分别进行粗对准与精对准过程，将硅片130的细微位移放大显示在叠栅条纹的光强信息上，在工艺上提高了莫尔条纹精度，同时在生产上提升了效率。

除此之外，由于本发明实施例采用的是同一组光路系统，且物理光栅和数字光栅都与曝光进程同质，因此能抵消光源波长波动、DMD像素间隙和投影物镜140倍率的两光栅中的误差，同时没有造成成本和性能的流失，这对于DMD直写曝光设备领域的发展具有重要意义。

在一些实施例中，如图1所示，基于DMD直写曝光设备的对准系统还包括扩束镜170，扩束镜170设置于曝光光源110与数字微镜装置120之间，扩束镜170用于对曝光光束进行整形。

具体地，参考图1，可以理解的是，通过利用扩束镜170来改变曝光光束的直径和发散角，以起到整形的作用。通过对曝光光源110经过扩束整形后，能是曝光光束完全均匀覆盖数字微镜装置120的工作区域，使每一个微镜输出的光强一致，有利于形成亮度一致的条纹。

在一些实施例中，扩束镜170采用双远心伽利略型扩束镜170。

具体地，需要先说明的是，对于本实施例采用的双远心伽利略型扩束镜170，其系统放大率10×，光学结构总长154mm，各视场波前差峰谷值小于0.1λ，远心度≤0.05°；面型数据如下表1所示。

表1

序号	曲率半径	厚度	材料	净口径	机械半直径
						1	10.506	2.00	H-BAK7	3.75	3.85
2	4.577	139.00	-	3.75	3.85
						3	645.720	2.00	H-QK3L	11.60	11.65
4	-88.857	6.00	-	11.60	11.65

本实施例中，通过利用双远心伽利略型扩束镜170，能使光源光线以相同角度进入数字微镜，减少杂散光的形成，有利于提高条纹的对比度。

在一些实施例中，如图1所示，基于DMD直写曝光设备的对准系统还包括接收物镜180，接收物镜180设置于半透半反镜150与图像控制器160之间，接收物镜180用于对放大莫尔条纹进行放大。

具体地，参考图1，可以理解的是，通过利用接收物镜180来对放大莫尔条纹进行放大，以便于后续更好地进行图像处理。

在一些实施例中，如图2和图3所示，物理光栅包括第一横向条纹、第二横向条纹、第一竖向条纹、第二竖向条纹，第一横向条纹平行间隔地位于第二横向条纹下侧且相隔第一标准距离，第一竖向条纹平行间隔地位于第二竖向条纹左侧且相隔第二标准距离；数字光栅包括第三横向条纹、第四横向条纹、第三竖向条纹、第四竖向条纹，第三横向条纹平行间隔地位于第四横向条纹上侧且相隔第一标准距离，第三竖向条纹平行间隔地位于第四竖向条纹右侧且相隔第二标准距离。

具体地，参考图2，本实施例设计的物理光栅由四个不同的条纹组成，其中第一横向条纹和第二横向条纹组成一组水平方向放置的条纹，且它们之间相隔第一标准距离M；第一竖向条纹和第二竖向条纹组成一组垂直方向放置的条纹，且它们之间相隔第二标准距离N。相应地参考图3，数字光栅与物理光栅在图案外观上相互正交，当数字光栅投影至物理光栅上并未完全对齐时，则会使得产生的放大莫尔条纹的两条水平条纹之间的间隔距离小于M，同理两条竖直条纹之间的间距会小于N，基于此，通过对放大莫尔条纹的图像进行上述间距距离的识别，从而可以初步判断系统是否对准。因此，本实施例通过设计水平方向和垂直方向上的两组条纹，从而可以分别实现系统在垂直方向和水平方向上的粗对准。

在一些实施例中，如图2和图3所示，第一横向条纹、第一竖向条纹、第三横向条纹、第三竖向条纹皆具有第一条纹宽度和第一条纹间隙，第一条纹宽度和第一条纹间隙大小相同且为a；第二横向条纹、第二竖向条纹、第四横向条纹、第四竖向条纹皆具有第二条纹宽度和第二条纹间隙，第二条纹宽度和第二条纹间隙大小相同且为b；对于a和b，存在a＝m×b，其中，m∈[1.09,1.2]。

具体地，参考图2和图3，可以理解的是，条纹宽度表示图中一排或一列中每个黑色条纹的宽度，条纹间隔表示各黑色条纹之间的间隔距离。进一步地，本实施例的两组光栅叠加会产生对比度较高的周期放大莫尔条纹，其周期T为：

T＝2ab/|a-b|，

将微小的条纹位移放大η倍：

η＝(a+b)/|a-b|，

周期放大莫尔条纹的周期远大于原光栅周期，且两光栅宽度a、b相差越小，条纹放大倍数η越大，利用这种放大效应测量DMD和硅片130之间的对准偏差，从而实现精对准，且两光栅宽度a、b相差越小，条纹放大倍数η越大。因此，本实施例基于周期放大原理，使DMD与硅片130之间微小的位移差转化周期放大条纹相位差，提高了对准精度。

另外，如图5所示，本发明实施例还提供了一种基于DMD直写曝光设备的对准方法，应用于本发明实施例的基于DMD直写曝光设备的对准系统，方法包括以下步骤：

打开曝光光源110，利用数字微镜装置120经投影物镜140、半透半反镜150将第一层的光刻图案曝光至硅片130的第一层，并将物理光栅刻蚀至硅片130的第一层；

利用数字微镜控制模块210使数字微镜装置120产生数字光栅，在曝光其他层的光刻图案时，经投影物镜140、半透半反镜150将数字光栅投影至物理光栅上，以产生放大莫尔条纹；

利用图像控制器160接收经半透半反镜150反射的放大莫尔条纹，以得到放大莫尔条纹图像；

通过识别放大莫尔条纹图像，控制工件台和投影物镜140完成粗对准；

利用图像处理模块220对放大莫尔条纹图像进行处理，以得到图像处理结果；

根据图像处理结果，通过控制工件台和投影物镜140完成精对准。

具体地，结合参考图1和图5，对于本发明实施例的方法，首先打开曝光光源110，使得光源覆盖数字微镜装置120的目标工作区域；DMD开始工作，在曝光第一层光刻图案时，经投影物镜140、半透半反镜150将物理光栅刻蚀在硅片130的边缘上，以作为光栅标记；后续套刻对准时，使用数字微镜控制模块210来控制DMD投影数字光栅，经投影物镜140、半透半反镜150将数字光栅成像在硅片130上的物理光栅上，物理光栅和数字光栅叠加产生周期放大的莫尔条纹，再通过半透半反镜150、接收物镜180进入图像控制器160的CCD视场；最后对周期放大的莫尔条纹进行初步识别以控制工件台和投影物镜140完成粗对准，进一步利用图像处理模块220将采集到的放大莫尔条纹的光强信号转换成相位信息，基于相位信息可计算得到需要调整的位移量，从而控制工件台和投影物镜140进行精对准。

本实施例中，通过利用数字微镜装置120可产生图像平滑、细腻且精确的优势，使用可直写曝光的数字微镜装置120来制备物理光栅，再由同组数字微镜装置120产生数字光栅，抵消了数字微镜装置120像素间隙和投影物镜140倍率公差中带来的误差，减少物料周期和成本。

进一步地，本发明实施例创新地将物理光栅的制作嵌入到曝光流程中，在第一层光刻图案中加入作为光栅标记信息的物理光栅，再投影数字光栅来分别进行粗对准与精对准过程，将硅片130的细微位移放大显示在叠栅条纹的光强信息上，在工艺上提高了莫尔条纹精度，同时在生产上提升了效率。

除此之外，由于本发明实施例采用的是同一组光路系统，且物理光栅和数字光栅都与曝光进程同质，因此能抵消光源波长波动、DMD像素间隙和投影物镜140倍率的两光栅中的误差，同时没有造成成本和性能的流失，这对于DMD直写曝光设备领域的发展具有重要意义。

在一些实施例中，如图1至图4所示，物理光栅包括第一横向条纹、第二横向条纹、第一竖向条纹、第二竖向条纹，第一横向条纹平行间隔地位于第二横向条纹下侧且相隔第一标准距离，第一竖向条纹平行间隔地位于第二竖向条纹左侧且相隔第二标准距离；数字光栅包括第三横向条纹、第四横向条纹、第三竖向条纹、第四竖向条纹，第三横向条纹平行间隔地位于第四横向条纹上侧且相隔第一标准距离，第三竖向条纹平行间隔地位于第四竖向条纹右侧且相隔第二标准距离；

通过识别放大莫尔条纹图像，控制工件台和投影物镜140完成粗对准，包括以下步骤：

识别放大莫尔条纹图像的第一间隔距离以计算第一差值，第一差值表示第一间隔距离与第一标准距离之间的差值，第一间隔距离表示第一横向条纹与第三横向条纹的重叠条纹与第二横向条纹与第四横向条纹的重叠条纹之间的间隔距离；

若第一差值不等于零，控制工件台沿垂直方向移动第一差值大小的距离；

识别放大莫尔条纹图像的第二间隔距离以计算第二差值，第二差值表示第二间隔距离与第二标准距离之间的差值，第二间隔距离表示第一竖向条纹与第三竖向条纹的重叠条纹与第二竖向条纹与第四竖向条纹的重叠条纹之间的间隔距离；

若第二差值不等于零，控制投影物镜140沿水平方向移动第二差值大小的距离。

具体地，结合参考图1至图4，可以理解的是，本实施例通过对放大莫尔条纹图像进行基本的图像处理，从而识别出第一间隔距离来与第一标准距离M进行求差，当差值ΔM≠0，即可初步判定系统垂直方向上未对准，其中ΔM可以为正值或负值，以体现出系统沿Y轴所偏移的方向，使得在控制工件台移动时按相反方向移动距离|ΔM|。同理，识别出第二间隔距离来与第二标准距离N进行求差，当差值ΔN≠0，即可初步判定系统水平方向上未对准，其中ΔN可以为正值或负值，以体现出系统沿X轴所偏移的方向，使得在控制投影物镜140移动时按相反方向移动距离|ΔN|。因此上述过程最终可完成粗对准。

需要说明的是，系统中的投影物镜140组只能沿X轴方向移动，工件台只能沿Y轴或Z轴方向移动，因此可相应地控制系统中上述组件来完成对准。

在一些实施例中，如图1至图4所示，根据图像处理结果，通过控制工件台和投影物镜140完成精对准，包括以下步骤：

根据放大莫尔条纹图像的水平方向相位差计算水平方向位移差；

若水平方向位移差不等于零，控制投影物镜140沿水平方向移动水平方向位移差大小的距离；

根据放大莫尔条纹图像的垂直方向相位差计算垂直方向位移差；

若垂直方向位移差不等于零，控制工件台沿垂直方向移动垂直方向位移差大小的距离。

具体地，结合参考图1至图4，可以理解的是，粗对准完成后，图像处理模块220根据CCD读取到的周期放大莫尔条纹的光强信息，利用快速傅里叶变换(FFT)分别提取X、Y方向的相位差基于相关公式可以相应地计算得到水平方向位移差ΔX和垂直方向位移差ΔY。同理，对于水平方向位移差ΔX，则需要控制投影物镜140完成ΔX距离的水平移动，对于垂直方向位移差ΔY，则需要控制工件台完成ΔY距离的垂直移动。因此上述过程最终可完成精对准。

在一些实施例中，第一横向条纹、第一竖向条纹、第三横向条纹、第三竖向条纹皆具有第一条纹宽度和第一条纹间隙，第一条纹宽度和第一条纹间隙大小相同且为a；第二横向条纹、第二竖向条纹、第四横向条纹、第四竖向条纹皆具有第二条纹宽度和第二条纹间隙，第二条纹宽度和第二条纹间隙大小相同且为b；对于a和b，存在a＝m×b，其中，m∈[1.09,1.2]；

计算水平方向位移差和垂直方向位移差，分别由以下数学模型所约束：

其中，ΔX为水平方向位移差；ΔY为垂直方向位移差；为水平方向相位差；为垂直方向相位差。

具体地，可以理解的是，整形后的激光束，经过光路，在DMD和物理光栅上共进行了两次反射，此时DMD和物理光栅相当于两个余弦光栅，对于如图2或图3中T1、T2光栅标记，它们输出的信号函数可以表示为：

当它们叠加为放大条纹时，其信号表示为：

I_S＝l₁+I₂，

由三角函数恒等式：

I_s的表达式可写为：

由I_s的表达式可见，对于放大条纹，实际是频率为的余弦信号被频率为的余弦信号调制，那么放大莫尔条纹的相位则为：

以X方向为例，当T1、T2光栅标记相对位移为ΔX时，

那么：

同理，ΔY的表达式为：

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于DMD直写曝光设备的对准系统，其特征在于，包括：

曝光光源，用于发射曝光光束；

数字微镜装置，用于接收所述曝光光束以发出物理光栅、数字光栅和多个光刻图案；

硅片，放置于工件台上，用于接收所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案，所述硅片第一层在曝光该层所述光刻图案的同时刻蚀所述物理光栅，所述硅片的其他层在分别曝光其他层所述光刻图案的同时投影所述数字光栅至所述物理光栅上以产生放大莫尔条纹；

投影物镜，设置于所述数字微镜装置与所述硅片之间，用于对所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案进行投影；

半透半反镜，设置于所述投影物镜与所述硅片之间，用于透射所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案，且还用于反射所述放大莫尔条纹；

图像控制器，用于接收所述放大莫尔条纹；

数字微镜控制模块，与所述数字微镜装置电性连接；

图像处理模块，与所述图像控制器电性连接，用于对所述放大莫尔条纹进行图像处理。

2.根据权利要求1所述的基于DMD直写曝光设备的对准系统，其特征在于，还包括扩束镜，所述扩束镜设置于所述曝光光源与所述数字微镜装置之间，所述扩束镜用于对所述曝光光束进行整形。

3.根据权利要求2所述的基于DMD直写曝光设备的对准系统，其特征在于，所述扩束镜采用双远心伽利略型扩束镜。

4.根据权利要求3所述的基于DMD直写曝光设备的对准系统，其特征在于，还包括接收物镜，所述接收物镜设置于所述半透半反镜与所述图像控制器之间，所述接收物镜用于对所述放大莫尔条纹进行放大。

5.根据权利要求4所述的基于DMD直写曝光设备的对准系统，其特征在于，所述物理光栅包括第一横向条纹、第二横向条纹、第一竖向条纹、第二竖向条纹，所述第一横向条纹平行间隔地位于所述第二横向条纹下侧且相隔第一标准距离，所述第一竖向条纹平行间隔地位于所述第二竖向条纹左侧且相隔第二标准距离；所述数字光栅包括第三横向条纹、第四横向条纹、第三竖向条纹、第四竖向条纹，所述第三横向条纹平行间隔地位于所述第四横向条纹上侧且相隔第一标准距离，所述第三竖向条纹平行间隔地位于所述第四竖向条纹右侧且相隔第二标准距离。

6.根据权利要求5所述的基于DMD直写曝光设备的对准系统，其特征在于，所述第一横向条纹、所述第一竖向条纹、所述第三横向条纹、所述第三竖向条纹皆具有第一条纹宽度和第一条纹间隙，所述第一条纹宽度和所述第一条纹间隙大小相同且为a；所述第二横向条纹、所述第二竖向条纹、所述第四横向条纹、所述第四竖向条纹皆具有第二条纹宽度和第二条纹间隙，所述第二条纹宽度和所述第二条纹间隙大小相同且为b；对于a和b，存在a＝m×b，其中，m∈[1.09,1.2]。

7.一种基于DMD直写曝光设备的对准方法，应用于如权利要求1至6任一项所述的基于DMD直写曝光设备的对准系统，其特征在于，包括以下步骤：

打开曝光光源，利用数字微镜装置经投影物镜、半透半反镜将第一层的光刻图案曝光至硅片的第一层，并将物理光栅刻蚀至所述硅片的第一层；

利用数字微镜控制模块使所述数字微镜装置产生数字光栅，在曝光其他层的所述光刻图案时，经所述投影物镜、所述半透半反镜将所述数字光栅投影至所述物理光栅上，以产生放大莫尔条纹；

利用图像控制器接收经所述半透半反镜反射的所述放大莫尔条纹，以得到放大莫尔条纹图像；

通过识别所述放大莫尔条纹图像，控制工件台和所述投影物镜完成粗对准；

利用图像处理模块对所述放大莫尔条纹图像进行处理，以得到图像处理结果；

根据所述图像处理结果，通过控制工件台和所述投影物镜完成精对准。

8.根据权利要求7所述的基于DMD直写曝光设备的对准方法，其特征在于，所述物理光栅包括第一横向条纹、第二横向条纹、第一竖向条纹、第二竖向条纹，所述第一横向条纹平行间隔地位于所述第二横向条纹下侧且相隔第一标准距离，所述第一竖向条纹平行间隔地位于所述第二竖向条纹左侧且相隔第二标准距离；所述数字光栅包括第三横向条纹、第四横向条纹、第三竖向条纹、第四竖向条纹，所述第三横向条纹平行间隔地位于所述第四横向条纹上侧且相隔第一标准距离，所述第三竖向条纹平行间隔地位于所述第四竖向条纹右侧且相隔第二标准距离；

所述通过识别所述放大莫尔条纹图像，控制工件台和所述投影物镜完成粗对准，包括以下步骤：

识别所述放大莫尔条纹图像的第一间隔距离以计算第一差值，所述第一差值表示所述第一间隔距离与所述第一标准距离之间的差值，所述第一间隔距离表示所述第一横向条纹与所述第三横向条纹的重叠条纹与所述第二横向条纹与所述第四横向条纹的重叠条纹之间的间隔距离；

若所述第一差值不等于零，控制所述工件台沿垂直方向移动所述第一差值大小的距离；

识别所述放大莫尔条纹图像的第二间隔距离以计算第二差值，所述第二差值表示所述第二间隔距离与所述第二标准距离之间的差值，所述第二间隔距离表示所述第一竖向条纹与所述第三竖向条纹的重叠条纹与所述第二竖向条纹与所述第四竖向条纹的重叠条纹之间的间隔距离；

若所述第二差值不等于零，控制所述投影物镜沿水平方向移动所述第二差值大小的距离。

9.根据权利要求8所述的基于DMD直写曝光设备的对准方法，其特征在于，所述根据所述图像处理结果，通过控制工件台和所述投影物镜完成精对准，包括以下步骤：

根据所述放大莫尔条纹图像的水平方向相位差计算水平方向位移差；

若所述水平方向位移差不等于零，控制所述投影物镜沿水平方向移动所述水平方向位移差大小的距离；

根据所述放大莫尔条纹图像的垂直方向相位差计算垂直方向位移差；

若所述垂直方向位移差不等于零，控制所述工件台沿垂直方向移动所述垂直方向位移差大小的距离。

10.根据权利要求9所述的基于DMD直写曝光设备的对准方法，其特征在于，所述第一横向条纹、所述第一竖向条纹、所述第三横向条纹、所述第三竖向条纹皆具有第一条纹宽度和第一条纹间隙，所述第一条纹宽度和所述第一条纹间隙大小相同且为a；所述第二横向条纹、所述第二竖向条纹、所述第四横向条纹、所述第四竖向条纹皆具有第二条纹宽度和第二条纹间隙，所述第二条纹宽度和所述第二条纹间隙大小相同且为b；对于a和b，存在a＝m×b，其中，m∈[1.09,1.2]；

计算所述水平方向位移差和所述垂直方向位移差，分别由以下数学模型所约束：

ΔX＝(a×b×Δφ_X)/(π×(a+b))，

ΔY＝(a×b×Δφ_Y)/(π×(a+b))，

其中，ΔX为所述水平方向位移差；ΔY为所述垂直方向位移差；Δφ_X为水平方向相位差；Δφ_Y为垂直方向相位差。