针对塔尔博特自成像光刻机对照明系统的特定需求, 基于成像照明光学设计理论,引入非成像光学理论思想, 建立照明系统的初始结构。利用光学设计软件Zemax对照明系统光学初始结构进行优化, 并在Lighttools中对该照明系统进行建模和大规模分布式光线追迹。追迹结果表明, 在照明面积60 mm×60 mm范围内, 照明不均匀度约为1.83%, 照明功率密度不小于1.15 mW·mm-2。对照明面在光轴方向上的位移容差进行分析, 结果表明该照明系统可以满足塔尔博特自成像光刻的需求。

提出了一种基于二维光栅叠栅效应的纳米光刻对准方法，用于接近式光刻实现二维同步对准。该方法采用两组周期接近的二维光栅重叠产生一组周期分布的叠栅条纹，条纹的周期相对于两光栅周期被大幅度放大，将光栅间的位移反应在条纹的相位信息中。利用二维光栅在傅里叶频谱中x、y 向相互独立的频谱分布，通过傅里叶变换对正交叠栅条纹横纵两个方向上的相位信息进行解析，可实现高精度二维同步对准。建立了双二维Ronchi光栅对准复振幅分布物理模型，推导了基片、掩模相对位移量与叠栅条纹相位之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析，考虑噪声情况下，对准精度可以达到2 nm；通过实验系统对该对准方法进行测试，实验结果对准精度可以达到22 nm。

干涉测量是众多科学与工程领域广泛采用的精密计量手段。探索了一种方便可控的基于双光栅衍射的叠栅干涉相敏测角方法，可直接用于接近式光刻过程中掩模衬底的倾斜矫正及面内角调节，便于微纳米器件及微光电子系统集成等相关应用。本方法旨在分别利用双光栅多次衍射产生的对称与相似级次，实现（m，-m）级叠栅干涉与（m，0）级叠栅干涉，产生相位与二者相对倾斜角、面内角有关的场分布。分析推导了叠栅干涉测角的基本原理，然后介绍相应的（m，-m）级与（m，0）级干涉测角方案设计。具体而言，二者均类似地根据条纹偏转及频率变化分别以离轴与同轴的方式监测倾斜及面内偏转角度。设计相应的组合光栅标记进行实验验证。实验结果及分析表明，倾斜角与面内角的调节精度分别可达10-3 rad及10-4 rad。

针对工件台制造和装配过程中产生的移动直线性误差,建立了掩模沿曲线移动时曝光量与曲线和移动距离之间关系的数学模型.通过对实测工件台移动直线性误差规律的分析,确定了近似的移动曲线函数.利用MATLAB进行数值模拟的方法,分别模拟了沿理想直线移动、不同幅值和不同移动距离的曲线移动时,所获得元件的面形,并分析了面形误差的影响因素和"竹节"误差产生的原因.最后得出结论:通过控制移动距离为一倍的掩模图形重复周期,并减小工件台移动直线性误差,对控制元件的面形精度和"竹节"误差最为有利.

本文首先介绍了样点分割在生物芯片技术中所处的重要意义,并分析了生物芯片样点偏转角度误差来源以及构成原因,提出了全自动化的图像微阵列偏转角度计算及样点分割的统一解决方案.算法依据生物芯片样点阵列空间分布特点,并基于重构原理,提出了环形投影方法和功率谱估计相结合的功率切片方法,并以此建立起样点阵列的像素位置、偏转角以及功率值的三维分布关系,实现斑点阵列中偏转角度的精确计算.在获得偏转角度值的条件下,采用定向投影法和功率谱估计方法,计算样点阵列的行列间距;利用行、列间距,在一维灰度和序列中实现分段搜索,获取光斑中心粗定位;利用轮廓图像投影后出现双次峰的现象,估算样点直径;最后,依据重心法调整斑点中心,同时采用邻域搜索算法调整斑点直径,最终实现生物芯片扫描图像的精确定位和分割.