[发明专利]基片横向位移监测和横向对准系统和方法

说明书

本发明涉及基片横向位移测量和横向对准领域，提供一种基于干涉散射显微技术，通过对基片表面进行显微成像，记录基片表面的散斑信息，获取不同时刻基片的位置信息，实现基片的横向位移监测。进一步地，根据监测的基片横向位移信息，将基片移动到指定位置，实现基片横向对准。其特点在于不依赖标记物，且对照明稳定性要求低，可实现亚纳米级精度的基片横向位移监测和横向对准。

技术领域

本文涉及基片横向位移监测和横向对准领域，具体是指一种基于干涉散射显微技术的基片横向位移监测和横向对准领域。

背景技术

亚纳米级精度的基片横向位移监测和横向对准技术具有重要的意义，应用广泛。例如，通过长时间观测并将图像叠加的荧光超分辨成像需要高精度的横向位移监测，并进行实时对准避免样品漂移降低分辨率；半导体加工中，不同工序加工或测量硅晶圆的同一区域，也需要保证高精度的横向对准。目前常用的基片横向位移监测和横向对准技术都依赖基片表面的缺陷、颗粒物或图案结构等标记物，还缺乏不依赖标记物的相关技术。

实际生产的各种基片，例如硅晶圆、玻璃制品、云母、金属制品、有机材料等，表面都存在高度为纳米级或亚纳米级的起伏。利用这一特点，本发明公开一种基片横向位移监测和横向对准系统和方法。

本发明使用干涉散射显微技术对基片表面进行成像，得到包含大量散斑的干涉对比度图像，各时刻的干涉对比度图像进行互相关函数分析，根据互相关函数的中心位置监测基片的横向位移。进一步地，根据得到的基片横向位移量，将基片移动到指定位置进行横向对准。

本发明所公开的系统和方法基于干涉散射显微技术。干涉散射显微技术是近些年发展出的一种光学显微技术，具有无标签、高精度定位和高灵敏度的特点，其灵敏度足以探测单个分子，已经在科学研究中得到了广泛应用。干涉散射显微技术同时采集样品基底表面反射或者透射的照明光即参考光，以及基片表面纳米级或亚纳米级起伏、基片表面的颗粒或结构所产生的散射光。参考光和散射光相互干涉，形成可探测的干涉图像。以表示散射光的电场，以表示参考光电场。则探测光强可表示为

上式三项分别表示参考光强度散射光强度以及干涉项光强度(I_interfere＝2E_sE_rcosφ)。其中φ＝φ_r-φ_s表示参考光和散射光的相位差。对于I_s远小于I_r的情形，忽略小量I_s，得到干涉对比度

在干涉散射显微技术中，分别采集基片区域S的光学图像I作为总光强，采集基片多个区域的光学图像取平均值I_average作为参考光的光强，并进行操作C＝(I-I_average)/I_average得到区域S的干涉对比度图像C。对比度图像C每个像素的值即为相应像素的干涉对比度c。由此，可得到基片表面任意区域的干涉对比度图像。基片表面存在纳米级或亚纳米级的起伏，每个区域的干涉对比度图像都包含独特且可重复的散斑。

对基片特定区域在不同时刻分别采集干涉对比度图像，实现基片的横向位移监测。例如，时刻t₁的干涉对比度图像记作C(t₁)，时刻t₂得到的对比度图像记作C(t₂)，对二者进行互相关函数分析，即

XC(t₁,t₂,Δx,Δy)＝∫∫C(t₁,x,y)C(t₂,x+Δx,y+Δy)dxdy

拟合互相关函数XC的中心位置(Δx₀,Δy₀)，即可监测基片在时刻t₂相对于在时刻t₁的位移量为(-Δx₀,-Δy₀)，实现基片的横向位移监测。