Improving Laser Direct Writing Overlay Precision Based on a Deep Learning Method

计算机科学 过度拟合 卷积神经网络 人工智能 残余物 深度学习 还原(数学) 人工神经网络 均方误差 基准标记 翻译(生物学) 特征(语言学) 模式识别(心理学) 算法 数学 哲学 统计 信使核糖核酸 基因 生物化学 语言学 化学 几何学
作者
Guohan Gao,Jiong Wang,Xin Liu,Junfeng Du,Jiang Bian,Hu Yang
出处
期刊:Micromachines [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:16 (8): 871-871
标识
DOI:10.3390/mi16080871
摘要

This study proposes a deep learning-based method to improve overlay alignment precision in laser direct writing systems. Alignment errors arise from multiple sources in nanoscale processes, including optical aberrations, mechanical drift, and fiducial mark imperfections. A significant portion of the residual alignment error stems from the interpretation of mark coordinates by the vision system and algorithms. Here, we developed a convolutional neural network (CNN) model to predict the coordinates calculation error of 66,000 sets of computer-generated defective crosshair marks (simulating real fiducial mark imperfections). We compared 14 neural network architectures (8 CNN variants and 6 feedforward neural network (FNN) configurations) and found a well-performing, simple CNN structure achieving a mean squared error (MSE) of 0.0011 on the training sets and 0.0016 on the validation sets, demonstrating 90% error reduction compared to the FNN structure. Experimental results on test datasets showed the CNN’s capability to maintain prediction errors below 100 nm in both X/Y coordinates, significantly outperforming traditional FNN approaches. The proposed method’s success stems from the CNN’s inherent advantages in local feature extraction and translation invariance, combined with a simplified network architecture that prevents overfitting while maintaining computational efficiency. This breakthrough establishes a new paradigm for precision enhancement in micro–nano optical device fabrication.
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