基于叠栅条纹的光刻对准理论分析及标定方法

在线光栅用于纳米光刻对准理论的基础上,为实现光栅方向的标定和掩模硅片对准,提出一种利用相位斜率消除角位移的新方法,并给出线光栅标记及其对准原理。在对准前,掩模对准标记和硅片对准标记存在角位移,重点讨论了此种情况下叠栅条纹的特性以及与光栅物理参数的关系,并给出了相应的计算公式。基于傅里叶频域分析法,对叠栅条纹频率成分与条纹的关系做了简要分析。利用提取叠栅条纹行列方向的一维相位,通过数据拟合,得出了相位斜率与角位移的内在关系,实现了条纹方向的标定。模拟实验结果表明,该方法简单可靠,可分辨的最小角位移低于0.02°。     

SINS初始对准中光纤陀螺EMD滤波

为了实现低成本SINS初始对准,降低对准过程复杂程度,提高系统对准精度,缩短对准时间,本文引入了EMD滤波技术。首先,采集IMU输出信号,根据EMD算法将信号分解为IMF簇,按照CMSE标准对信号进行重构,完成信号滤波处理;接着,按照AR模型对经EMD滤波前后的数据噪声进行建模;然后,分别利用原始信号和EMD降噪后信号进行SINS姿态粗对准;最后,根据IMU模型和SINS误差模型,采用零速对准方式,完成SINS精对准。实验结果表明:经EMD降噪后的信号粗对准精度为1.3°,精对准精度为0.87 mrad,精对准收敛时间为200 s。     

二维光栅光调制器阵列的光学分析与实验

基于标量衍射理论分析了二维光栅光调制器的衍射特性,提出了投影系统的光学处理方法,利用Matlab软件进行了仿真分析.分析结果表明,二维光栅光调制器的衍射光强分布是单个像素衍射光强的干涉叠加,其分布趋势与单个光调制器的衍射光强分布类似;通过反傅里叶变换可将各个调制器的衍射光重新分开而成像.如果用±1级衍射光的成像,相位为2kπ的调制器在投影面得到一个明亮的像,而相位为(2k-1)π的调制器在投影像面上得到一个黑暗的像.通过一个基于静态微光电系统光栅光调制器的投影光学系统得到了一幅明暗调制的像,证明了光栅光调制器用于投影显示的可行性.     

基于复合光栅的大范围高精度对准方法

提出一种基于复合光栅的对准方法,满足接近式光刻高精度、大范围对准需要。该复合光栅由周期具有微小差异的小周期光栅以及与之相正交的大周期小范围光栅组成。对准过程中,通过对叠栅条纹进行高精度相位解析,实现精对准;通过直接求取大周期光栅位置实现粗对准。由于两个方向上的光栅相互正交,傅里叶变换提取频谱时将不受影响。分别分析小周期光栅的叠栅条纹相位分布,以及大周期光栅的强度分布,实现大范围、高精度对准。推导了基片、掩模相对移动量与复合光栅变化之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析,考虑噪声的基础上,对准精度可以达到16.5 nm;通过实验系统对该对准方法进行了验证与分析,对准精度可以达到30.19 nm。     

基于EKF的水下LD通信精对准控制算法

高速激光通信中接收机与光斑中心很难处于精对准状态,导致水下光通信链路难以稳定建立.首先采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,再通过实验对接收端的光斑图像进行采样分析,利用曲线拟合得到接收器位置与接收光强的关系.仿真与实验结果表明:光束经过25 m的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布.采用非线性估计算法(扩展卡尔曼滤波)与基本状态控制反馈理论,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准.算法仿真结果显示,接收端对准误差在2 mm以下,稳定后接收效率超过98%.     

基于无衍射光的光互连系统的对准偏差研究

以信噪比为性能指标,以相邻光通道之间的串扰和探测器前置放大器的热噪声作为系统噪声的来源,研究了基于无衍射光的光互连系统在不同对准偏差条件下的性能.研究表明,探测器阵列的尺寸参数可作为系统对准偏差容忍度和信噪比的优化参数.扩大探测器半径,减小探测器间距可以使系统包容更大的对准偏差,但为了保证一个可以接受的信噪比,探测器间距不应过小.此外,采用无衍射光的光互连系统具有不受纵向对准偏差影响的优点.     

光折变光栅在超短脉冲光照射下衍射的研究

利用Kogelnik单色光在体光栅中衍射效率公式推导出超短脉冲光读出稳态光折变体光栅时的衍射光频谱表达式，并在此基础上导出了脉冲光读出时的总衍射光强及总光强衍射效率.研究发现衍射光的频谱分布、总光强及衍射效率与光栅周期Λ、光栅厚度d和读出光脉冲宽度Δτ有密切的关系.通过调整这些参量，光折变光栅可以对入射的超短脉冲光实现不同程度的滤波作用.该结论可用于超短脉冲的整形研究.     

基于4F系统光学逻辑编码的实验

设计了用4F系统进行光学逻辑编码的方法.根据4F系统的工作原理,通过分析光栅衍射屏横向位移量与衍射光相位改变量之间的关系,约定两衍射级光强相加时为“1”,两衍射级光强相消时为“0”的光学逻辑编码规则.实验结果表明:输出信号线性好,符合编码要求.     

基于回路对准的大失准角传递对准技术研究

提出了一种大失准角情况下的传递对准方法,该方法基于回路对准使子惯导的姿态振荡误差衰减到小角度后进行滤波传递对准,设计了速度加姿态匹配的传递对准滤波模型。与传统传递对准方法相比,该方法无需建立子惯导非线性误差模型,应用经典Kalman滤波即可快速地完成对准。仿真试验表明,在大失准角情况下,子惯导失准角用外部速度可以调平到30′以内,传递对准姿态误差最大为0.5′,方位误差为2′。     

叠栅条纹相位分布对对准精度的影响分析

光刻对准中,一般将硅片和掩模对准标记制作成周期接近的光栅,通过光栅标记叠加形成的叠栅条纹的相位信息,探测掩模和硅片的相对位置关系。在实际的应用中,叠栅条纹的方向不仅与对准标记的几何位置有关,而且还与CCD的位置有关。为了将叠栅条纹的光刻对准方法推向实际应用,从矩形光栅到叠栅条纹,分析了一般光栅的相位分布规律。根据叠栅条纹相位特性分析了掩模、基片和CCD的几何位置对对准精度的影响;建立了实际对准偏差与理论值的数学关系模型。研究表明,没有角位移的情况下,当位移值小于0.4pixel时,理论上最大对准误差低于0.002pixel。     

A modified alignment method based on four-quadrant-grating moiré for proximity lithography

In this paper, we demonstrate a modified coarse-fine alignment scheme designed for proximity lithography. Both wafer alignment mark and mask alignment mark consists of linear grating arrays and “+” bar. Coarse alignment and fine alignment could work together to achieve the perfect alignment. Thereinto, coarse alignment, measured from two superposed “+” bars, guarantees the misalignment across wafer and mask within the measurement range of fine alignment, which is based on moiré fringes formed by the superposition of linear grating arrays. Then we conduct the experiments using a nanometer actuator to drive the wafer alignment mark meanwhile keeping the mask alignment mark motionless, which validates the feasibility and rationality of our designed scheme.     

压印光刻中的两步对正技术

压印光刻中套刻需要粗、精两级对正.实验采用一对斜纹结构光栅作为对正标记.利用物镜组观察光栅标记图像的边界特征进行粗对正,其准确度在精对正信号的捕捉范围内；利用光电接收器件阵列组合接收光栅莫尔信号，在莫尔信号的线区进行精对正.由于线性区的斜率大, 精对正过程中得到相应x,y方向的对正误差信号灵敏度高,利用高灵敏度对正误差信号作为控制系统的驱动信号,对承片台进行驱动定位,实现精对正.最终使X,Y方向上的重复对正准确度分别达到了± 21 nm(± 3σ)和±24 nm(± 3σ).     

Effect of tunneling ionization on dynamic alignment and post-ionization alignment of nitrogen molecules irradiated by different laser intensities

The dynamic alignment and post-ionization alignment of nitrogen molecules are investigated while considering the effect of tunneling ionization. The effects of tunneling ionization on the angular distribution are calculated when the molecules are irradiated by different laser intensities. The results show that laser intensity directly affects the time and extent of dynamic alignment. Furthermore, the extent of post-ionization alignment is not only determined by laser intensity but also affected by the final extent of dynamic alignment. The post-ionization alignment will dominate during the process of molecular (or molecular ion) rotational alignment for femtosecond laser pulse. The time of tunneling ionization is a significant factor to the final ensemble angular distribution of molecular ions when laser intensity is low.     

Fast implementation of matched-filter-based automatic alignment image processing

Video images of laser beams imprinted with distinguishable features are used for alignment of 192 laser beams at the National Ignition Facility (NIF). Algorithms for determining the position of these beams enable control systems to perform the task of alignment. Real world beam images suffer from intensity fluctuation or other distortions, making algorithms susceptible to higher position measurement variability. Using matched filtering to identify beam positions results in greater stability of position measurement compared to centroiding techniques. However, this gain is achieved at the expense of extra processing time. This work explores the use of FPGAs to accelerate these computations. Results indicate a performance improvement of 20 times for an FPGA over a 3 GHz Pentium 4 processor.     

卡塞格林系统光学装调技术研究

介绍卡塞格林系统非球面主镜使用三坐标测量仪进行定心装调的方案。系统的主镜口径为300 mm,需要使用结构胶进行胶结固定,选用微应力粘接方法,将胶层粘接应力与热应力变形控制在极小的范围内。利用ZYGO干涉仪获得光学系统的波前信息,将测得的波相差转化为初级像差,根据光学系统失调量与像差的关系对卡塞格林系统进行计算机辅助装调。调试后,系统的RMS值达到0.10,分辨率达到1以内,检测结果表明:该系统的成像质量接近理论衍射分辨率,该方案可以实现快速定心,并且能够满足计算机辅助装调对定心精度的要求。     

Size optimization of a quad-cell alignment detector for short range free space optical interconnects

In this paper we consider geometry optimization of a quad-cell alignment detector for short range free space optical interconnects. The alignment technique uses alignment beams and quad detectors to detect different misalignment errors. We show that the size of the quad detector cells can be used as a design parameter to optimize the sensitivity of the alignment system. The sensitivity analysis and error signal generation are presented assuming standard Gaussian beam models. Results on optimum sensitivity for the case of transverse and angular misalignments are presented and discussed.     

双池算法软件在对准偏差计算中的应用

提出了一种高精度的对准偏差算法－双池算法。根据这种算法，将暗场对准系统中扫描采集的光电对准信号，通过求出整个扫描曲线的对称点以代替传统的极值点或阈值点，使重复对准精度达０．１１μｍ（３σ）。文中对双池算法的原理、特点及数学表达式进行了详细的论述，并给出了实验结果。