基于光栅调制空间相位成像纳米对准相位解析研究

本项目旨在运用理论分析、模拟计算及实验验证等方法，针对基于衍射光栅空间相位成像的、具有纳米级甚至亚纳米级精度的、及抗干扰能力强的纳米对准方法，研究一种具有良好实时性及高精度的条纹图像相位解析算法。从而完善基于光栅调制及相位分析的对准方法体系，以适应新型高分辨力光刻技术如纳米压印、EUV光刻及表面等离子体光刻等对高精度对准技术的迫切需求。

本项目对基于光栅调制空间相位成像纳米对准技术进行了系统而深入的研究，并建立了一套完整的对准体系。首先根据粗对准过程及精对准过程所形成的圆形莫尔条纹以及线莫尔条纹频谱分布特点，研究了相应的相位提取算法。利用二维傅里叶变换结合陷波滤波器对线条纹进行相位提取，实现几纳米甚至亚纳米的对准精度，而粗对准圆形条纹则采用二维解析小波变换结合二维小波脊的相位提取方法，使对准精度达到几十纳米，满足大范围对准的需要。在此基础上，对复杂情况下的莫尔条纹对准过程进行了分析，针对实际对准过程中存在的硅片掩模间隙变化、CCD倾斜、硅片掩模相对旋转、硅片倾斜等情况进行了深入研究，提出了定量检测方案，制定了一套完整的基于莫尔条纹相位解析的对准流程。并根据实际光刻对准需要，完成了莫尔条纹自动对准系统的设计，通过FPGA+DSP方式实现对图像采集的实时计算以及工件台驱动，满足自动对准的需要。在对莫尔条纹相位解析理论深入研究的基础上，搭建了对准实验系统，验证了该方法的可行性与准确性，以高精度微动台精确定位为依据，经过多次测量后，结果表明，粗对准标准差与精对准标准差分别优于100nm与10nm。为进一步验证该系统的对准精度，我们邀请专业检测单位对该对准系统进行了测试，测试过程中采用干涉仪作为测量依据，经过十次重复对准测试，测试偏差仅为±37nm。考虑测量过程中环境温度变化、振动等对干涉仪造成的影响，实际对准精度应远优于干涉仪测量结果。