CN101115971B - 纳米尺度器件的制造的干涉分析 - Google Patents

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Abstract

本发明的特征在于确定两坐标系之间的相对空间参数的系统和方法，这两个坐标系可以是模具和其中采用模具来生成图案的衬底。为此，感测两坐标系之间在多个点处的相对对准以确定它们之间间的相对空间参数。相对空间参数包括相对面积和相对形状。

Description

纳米尺度器件的制造的干涉分析
发明背景
本发明的领域一般涉及结构的纳米制造。更具体地，本发明涉及有助于对适于纳米尺度器件的制造的重叠中的多个图案的分析的系统。
纳米尺度制造包括很小结构的制造，例如具有1纳米或更多的数量级的特征。用于纳米尺度制造的一种有前景的工艺称为刻印平版印刷(imprint lithography)。示例性的刻印平版印刷工艺在众多出版物中都有详细描述，如提交为美国专利申请10/264,960、题为“Method and a Mold to Arrange Features on a Substrate to ReplicateFeatures having Minimal Dimensional Variability”的美国公开专利申请2004-0065976；提交为美国专利申请10/264,926、题为“Method of Forming a Layeron a Substrate to Facilitate Fabrication of Metrology Standards”的美国公开专利申请2004-0065252；以及提交为美国专利申请10/235,314、题为“Method and a Mold toArrange Features on a Substrate to Replicate Features having Minimal DimensionsVariability”的美国公开专利申请2004-0046271，所有这些申请都转让给本发明的受让人。
参考图1，刻印平版印刷的基本概念是在衬底上形成可用作尤其是蚀刻掩模的凹凸图案，使得图案可被形成到对应于该凹凸图案的衬底中。用于形成凹凸图案的系统包括支承衬底12的平台10。模板14具有其上带有图案化表面18的模具16。图案化表面18可以基本上是光滑和/或平坦的或者可被图案化，使得其中形成一个或多个凹槽。将模板14耦合到刻印头20以便于模板14的移动。将流体分配系统22耦合成选择性地布置成与衬底12流体相通，以将聚合材料24沉积于其上。耦合能量28的源26以沿路径30来引导能量28。刻印头20和平台10被配置成分别将模具16和衬底12排列成重叠并设置在路径30中。刻印头20、平台10中的任一个或两者改变模具16和衬底12之间的距离以限定其间由聚合材料24填充的期望体积。通常，在模具16和衬底12之间限定期望体积之前在衬底12上设置聚合材料24。然而，聚合材料24可在获得期望体积后填充该体积。在用聚合材料24填充期望体积后，源26产生能量28，它使聚合材料24固化和/或交联，从而与衬底表面24和模具表面18的形状相一致。该过程的控制由与平台10、刻印头20、流体分配系统22、源26进行数据通信并在存储在存储器34中的计算机可读程序上操作的处理器32来管理。
为了使能量28照射到聚合材料24上，期望模具26对于能量28的波长基本为透明，使得能量28可通过它传播。此外，为了使通过模具16传播的能量通量最大化，能量具有足以覆盖模具16的整个表面的横截面，且没有障碍物存在于路径30中。
参考图1和2，通常由模具16生成的图案被设置在其中存在预先存在的图案的衬底112上。为此，一般将打底层36沉积在形成于衬底112中的示为凹槽38和凸起40的图案化特征上，以提供光滑(如果不是平坦的话)表面42，其上由设置在表面42上的聚合材料24形成图案化刻印层(未示出)。为此，模具16和衬底112包括对准标记，它可包括图案化特征的子部分。例如，模具16可具有称为模具对准标记的对准标记，它由特征44和46限定。衬底112可包括称为衬底对准标记的对准标记，它由特征48和50限定。
模具16和衬底112之间未获得正确对准可引入衬底112上记录的图案中的误差。除标准对准误差外，放大/偏离误差可导致尤其是由于模具16和将图案化的衬底112的区域之间的低估的变化而引起的所记录的图案的变形。当其中将记录模具16上的图案的衬底12的区域超过模具16上的图案的面积时出现放大/偏离误差。此外，当其中将记录模具16的图案的衬底12的区域具有小于原图案的面积时出现放大/偏离误差。当在一个公共区域中形成多个图案时放大/偏离误差的有害作用加剧。当模具16上的图案围绕垂直于衬底112的轴相对于其中将记录模具16上的图案的衬底12的区域旋转时可能发生另外的误差。这称为方向误差。此外，当模具16的外围的形状与其上将记录图案的衬底112上的区域的周边的形状不同时也导致变形。这一般在模具16和/或衬底112的区域的横向延伸的周边部分不正交时发生。这称为偏斜/正交变形。
为了保证衬底112上的图案与由模具16生成的图案之间的正确对准，期望保证模具和衬底对准标记之间的正确对准。这一般采用例如选择性地布置成同时与模具16和衬底12光学相通的对准系统53之类的辅助眼(aided eye)来实现。示例性对准系统包括目镜显微镜或其它成像系统。对准系统53一般获得平行于路径30的信息。然后通过操作员手动或利用视觉系统自动地实现对准。
因此，需要提供用于刻印平版印刷工艺的改进的对准技术。
发明内容
本发明的特征在于一种确定两坐标系之间的相对空间参数的系统和方法，这两个坐标系可以是模具和其中采用该模具来生成图案的衬底的区域。为此，在多个点处感测两坐标系之间的相对对准以确定它们之间的相对空间参数。相对空间参数包括相对面积和相对形状。以下更全面地讨论这些或其它实施例。
附图简述
图1是根据现有技术的刻印平版印刷系统的简化平面图；
图2是根据现有技术的具有设置于其上的多个层和与其重叠的模具的图案化衬底的横截面图；
图3是示出根据本发明的刻印平版印刷系统的框图；
图4是示出根据本发明的图3中所示的干涉分析工具的组件的局部立体图和局部框图，其中模板在自顶向下的立体图中示出；
图5是根据本发明的图4所示的模板的平面图；
图6是示出可包含在图5所示的对准标记元件中的多个特征系列的平面图；
图7是具有第一间距并可与图6所示的特征系列中的一个或多个相关联的对准标记特征的详细视图；
图8是具有第二间距并可与图6所示的特征系列中的一个或多个相关联的对准标记特征的详细视图；
图9是示出可包含在图3所示的衬底对准标记元件中的特征的平面图；
图10是与图9所示的特征系列中的一个或多个相关联的对准标记特征的详细视图；
图11是示出当图6和9所示的对准标记特征重叠并具有非0偏移时由图4所示的检测器中的一个或多个感测的图像的平面图；
图12是示出当图6和9所示的对准标记特征重叠并具有0偏移时由图4所示的检测器中的一个或多个感测的图像的平面图；
图13是示出由图4所示检测器中的一个响应于图11的图像产生的强度信号的图示；
图14是示出根据本发明的替换实施例的图9的特征的平面图；
图15是根据本发明的一个实施例的图3所示的平台的简化立体图；
图16是说明根据本发明的替换实施例的检测器相对于模板对准标记的过程对准调节的一种方法的简化平面图；
图17是示出根据替换实施例的可包含在图3所示的衬底对准标记元件中的特征的平面图；
图18是示出根据替换实施例的可包含在图5所示的对准标记元件中的多个特征系列的平面图；
图19是示出由图17和18所示的对准标记元件在其重叠后得到的对准标记构造的平面图；
图20是示出根据第一替换实施例的图19所示的对准标记构造的平面图；以及
图21是示出根据第二替换实施例的图19所示的对准标记构造的平面图。
本发明的详细描述
参考图3，本发明包括具有保持在模板平台54中的模板52、支撑在衬底平台60上的衬底56的刻印平版印刷系统50，且一干涉分析工具(iMATTM)62与模板52和衬底56光学相通。还存在有聚合物流体分配系统和光化学辐射源，这两者一般包含在刻印平版印刷系统中，正如参考图1所讨论的，但为了清楚起见未示出。一种示例性模板平台包括夹具系统(未示出)以及通过弯曲系统(未示出)耦合到刻印头20的致动器子组件(未示出)，它们全部在题为SYSTEM FOR MAGNIFICATIONAND SITORTION CORRECTION DURING NANO-SCALE MANUFACTURE、发明人为Anshuman Cherala、Byung-Jin Choi、Pawan Kumar Nimmakayala、Mario J Meiss以及Sidlgata V Sreenivasan、代理机构案卷号为P154-30V147的共同待批的美国专利申请(申请号未分配)中描述，该申请通过引用结合于此。
iMATTM62与平台54和60耦合以在反馈环路64上与之通信以促进两坐标系之间的正确空间排列来获得它们之间的期望空间排列，其中一个坐标系由模板52定义，而另一个由衬底56定义。为此，iMATTM62产生关于模板52和衬底56两者的多个空间参数的数据并响应于此确定信号，以保证空间参数之差在期望的容限内。为此，将iMATTM62耦合以感测模板52上称为模板对准标记65的对准标记中的一个或多个以及衬底56上称为衬底对准标记的对准标记中的一个或多个。iMATTM62可基于从感测对准标记65和66获得的信息来确定模板52和衬底56的多个相对空间参数。空间参数包括它们之间沿X和Y方向的不对准，和称为相对放大/偏离度量的衬底56和模板52之间沿X和Y方向的相对尺寸差，以及称为偏斜度量的模板52和/或衬底56任一个上的两相邻横向延伸边沿的相对非正交性。另外，iMATTm62可确定围绕基本垂直于模板52所在的平面和衬底56的面向模板52的表面的Z方向的相对旋转方向。
参考图4，iMATTm62包括示为70、80、90、100、110和120的多个检测系统，以及两个照明源94和124。检测系统70、80、90、100、110和120中的每一个分别包括检测器72、82、92、102、112和122。检测系统70、80、90、100和110中的每一个分别包括示为74、84、104和114的照明源。将照明源74、84、94、104、114和124中的每一个耦合以将诸如光之类的能量照射到分别与检测器72、82、92、102、112和122光学相通，即位于视场内的模板52的区域上。具体地，检测器72通过聚焦光学器件78和半银(50/50)镜76与包括设置于模具198上的对准标记的模板52的区域200光学相通。
照明源74产生照射在半银(50/50)镜76上的光能，该光能然后沿路径p1定向以照射区域200。照射到区域200上的光能的一部分沿路径p1返回，穿过半银镜76并由聚焦光学器件78聚焦在检测器72上。以类似的方式，将检测器82布置成与区域202光学相通，且半银镜(50/50)86和聚焦光学器件88感测由照明源84产生的、沿路径p2返回的光能。将检测器102布置成与区域206光学相通，且半银镜(50/50)106和聚焦光学器件108感测由照明源104产生的、沿路径p4返回的光能。将检测器112布置成与区域212光学相通，且半银镜(50/50)116和聚焦光学器件118感测由照明源114产生的、沿路径p7返回的光能。以此方式，检测系统70、80、100和110采用同轴照明和检测。用作检测器72、82、102和112的示例性系统可从Sony公司获得，型号为XEES50、XEHR58和XE75。
为了保证模具198的整个面积暴露以允许光化学辐射通过其传播，检测器72、82、92、102、112和122；照明源74、84、94、104、114和124；以及光具组的其它组件都不能与之重叠。为此，路径p1-p8中的每一条相对于模具198的法线形成2°至15°范围的角度。采用此构造，检测器72、82、92、102、112和122中的每一个被安排成感测分别从区域200、202、204、206、212和214传播的辐射的期望波长，同时拒绝基本上所有的其它级的其它波长。例如，检测器72、82、92、102、112和122中的每一个被安排成感测一级(比方说分别来自区域200、202、204、206、212和214的光的第一级或更高级衍射波长，同时拒绝基本所有的其它级的其它波长)。
然而，检测系统90和120不采用同轴照明和检测。相反，用于检测系统90和120的照明源是所设置的相对检测器。例如，照明源94沿路径p6引导能量以照射到区域204。从区域204返回的能量的一部分沿路径p3传播并由光具组98聚集并将其聚焦在检测器92上。以类似的方式，照明源124沿路径p5引导能量以照射到区域214，且从其返回的能量的一部分沿路径p8传播。沿路径p8传播的能量由光具组128聚集并将其聚焦在检测器122上。这些非同轴照明单元可用于以与其它同轴照明单元相比更快的速度捕获图像。通过从相反的方向照明，光束不穿过50/50镜或从中反射。因此，较高能量的照明可到达检测器。为了更高速度成像的目的，期望使到达检测器的光束强度最大化。示例性检测系统可从加拿大Waterloo的Darsa公司获得，型号是1M150和1M75。
尽管示出了六个检测系统70、80、90、100、110和120，但可存在任何数量的检测系统，这取决于关注的空间参数。例如，可采用大于6个方向的系统，使得可设置两个检测系统来感测来自区域200、202、204、206、208、210、212和214中的公共区域的信息，导致存在8、10和12个检测系统(未示出)。同样检测系统70、80、90、100、110和120中的每一个可同时从区域200、202、204、206、208、210、212和214中的一个以上区域中获得信息。由此，可由检测器收集高度冗余的数据集。
检测器72、82、92、102、112、122中的每一个响应于由与其进行数据通信的处理器130接收的所感测的光能产生信号。处理器130在存储在与其进行数据通信的存储器132中的计算机可读代码上工作，以确定诸如模具26和与其重叠的其中将发生图案化的衬底56的区域69之类的两坐标系之间的相对空间参数。区域69的面积一般与模具198的面积共同扩张。
参考图5，设置在模具26的每一个角落的是一组对准标记，示为220、230、240和250。每一组对准标记包括由沿一个方向间隔开的多条平行线组成的模板对准标记元件(TAME)，其中与TAME中的一个相关联的多条线沿其间隔的方向正交于与其余的TAME相关联的多条线沿其间隔的方向。例如，组220包括TAME 221和222。TAME 221包括沿X方向间隔开的多条平行线223，从而定义了间距224。TAME 222包括沿Y方向间隔开的多条平行线225，从而定义了间距226。类似地，如TAME 241的线243以及TAME 251的线253一样，TAME 231的线233沿X方向间隔开。如TAME 242的线245以及TAME 252的线255一样，TAME 232的线235沿Y方向间隔开。
参考图4和5，每一个TAME 221、222、231、232、241、242、251和252唯一地与区域200、202、204、206、208、210、212和214中的一个相关联。具体地，与对准标记对220、230、240和250中的一对相关联的相邻对准标记之间的间隔是确定的，以不在与相邻TAME相关联的区域中。例如，TAME和区域中的每一个的相对尺寸是确定的，使得整个TAME和区域在一起。结果，TAME 221与区域200相关联，TAME 222与区域202相关联，TAME 232和231分别与区域204和206相关联。TAME 241和242分别与区域208和210相关联；TAME 241和242分别与区域208和210相关联；以及TAME 252和251分别与区域212和214相关联。然而，空隙260和267是确定的，使得TAME 221位于区域214和202的外部，且TAME 251和222都位于区域200的外部。结果，最小化的是由检测器72感测到的从诸如区域202和204以及远离的区域204、206、208、210和212等区域200外部返回的能量的量。出于同样的原因，空隙261和262是确定的，使得TAME 232位于区域202和206的外部，且TAME 231和222都位于区域204的外部。空隙263和264是确定的，使得TAME 241位于区域206和210的外部，且TAME 231和242都位于区域208的外部。空隙265和266是确定的，使得TAME252位于区域210和214的外部，且TAME 242和251都位于区域212的外部。
参考图5和6，尽管TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的每一个都包括单组平行线，但每一个可包括任何数量的组的平行线，例如，1-n组，其中n是整数。结果，TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一个或多个可由多组平行线组成。在本实施例中，TAME 221、231、232、251和252各自包括三组平行线30，示为邻接关系的270、271和272，使得它们之间的间隔最小化。相邻的平行线对之间的间隔或间距在组270、272和274的长度上是基本恒定的，且组270在相对的终端273和274之间延伸一长度，组271在相对的终端275和276之间延伸一长度，组272在相对的终端277和278之间延伸一长度。尽管组270、271和272示为彼此共同延伸，但这不是必须的。
参考图6、7和8，沿方向D1测量的与组270、271和272中的一组相关联的间距不同于与其余的组270、271和272相关联的间距。在本示例中，与组270和272相关联的间距是匹配的，而与组271相关联的间距不同于与组270和272相关联的间距。例如，组270和272各自具有41条沿方向D1测量的具有约1微米宽的宽度280的平行线。相邻的线由沿D1方向测量的约1微米的空隙282隔开，得到具有提供2微米的间距的40个空隙的组270和272。组271具有39条沿D1方向测量的具有约1.025微米宽的宽度284的平行线。相邻的线由沿D1方向测量的约1.025微米的空隙286隔开，得到具有提供2.05微米的间距的40个空隙的组271。沿方向D2测量的线的长度约是45微米。
参考图3、6和9，为了确定模具198和区域69之间的相对空间参数，对准标记66包括多个对准标记元件，称为衬底对准标记元件(SAME)166。SAME 166中的至少一个与TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一个重叠并与之基本共同延伸。在本实施例中，TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的每一个与多个SAME 166中的一个重叠。具体地，与SAME 166中的一个重叠的每一个TAME 221、222、231、232、241、242、251和252不同于与其余的SAME 166重叠的TAME 221、222、231、232、241、242、251和252。
参考图4、6、9和10，正如以上关于TAME 221、222、231、232、241、242、251和252所讨论的，示例性SAME 166可以由单组间隔开的平行线组成。然而，期望以与模具198的法线倾斜的角度聚集沿路径p1-p4和p7-p8中的一条传播的第一级衍射波长。为此，采用在两个正交方向上为周期性的图案，称为棋盘形图案。此外，期望采用示为370、371和372的三组棋盘形图案。三组棋盘形图案370、371和372是邻接关系，使得它们之间的间隔被最小化。每一个棋盘图案包括多个特征373，其中的每一个特征一般是矩形形状。每一对相邻特征由空隙374隔开。组370和372中相邻的特征对373之间沿方向D1的间隔或间距基本等于组271的间距。组371中相邻的特征对373之间沿方向D2的间隔或间距基本等于组270和272的间距。
为了便于感测沿关于第零级镜面反射波长倾斜的路径传播的波长，所选择的倾斜角度取决于SAME 166以及TAME 221、222、231、232、241、242、251和252的几何形状和所感测的衍射波长的级。例如，第一级衍射波长例如关于模具198的法线呈2°至15°范围的倾斜角度，以便获得基本独立于模具198和区域69之间的距离的信息。为此，沿方向D2测量的相邻特征对373的间距约是2.2微米。以此构造，与衬底对准标记166重叠的TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一个的放置导致组270与组370重叠并与之共同延伸；组271与组371重叠并共同延伸；且组272与组372重叠并与之共同延伸。对于TAME和SAME的典型尺寸可沿D1方向高达400微米并且沿D2方向为150至250微米，即，平行线中的每一条的长度是150至250微米。它们在尺寸上可显著减小，例如，沿D1方向100微米且长度是40微米。或者，沿D1的尺寸可更高(～1mm)而D2可以更低(～40微米)。
参考图4、6、9和11，在与SAME 166重叠放置后，方向D1平行于对于TAME221、231、241和251以及与之重叠的SAME 166的X方向延伸。方向D1平行于对于TAME 222、232、242和252和与之重叠的SAME的Y方向延伸。由此，照射到每一个TAME 221、222、231、232、241、242、251上的光衍射，导致第一级衍射波长由与之光学相通的检测器72、82、92、102、112和122中的一个感测。例如，从TAME 221衍射的光由检测器72感测；从TAME 222衍射的光由检测器82感测；从TAME 232衍射的光由检测器92感测；从TAME 231衍射的光由检测器102感测；从TAME 251衍射的光由检测器122感测；并且从TAME 252衍射的光由检测器112感测。一般，对准在基本填充模具198和区域69之间限定的体积的聚合材料存在的情况下发生，称为接触流体对准。为此，期望不将聚合材料设置在TAME 221、222、231、232、241、242、251中的一个和与之重叠的SAME 166之间。为此，期望将2004年8月13日提交的题为Moat System For An ImprintLithography Template的美国专利申请第10/917,761号中公开的模板用作模板52，该申请被转让给本发明的受让人并通过引用结合于此。
在感测第一级衍射光后，检测器72、82、92、102、112和122中的每一个获得图11所示的三个系列的空间变化光强度470、471和472的图像469，其中相邻的高强度区域473由低强度区域474隔开距离d。系列470对应于由组270和370的重叠生成的衍射光。类似地，系列471对应于组271和371的重叠，且系列472对应于组272和372的重叠。在系列470、471和472中的高强度区域473被放置为生成对应于模板和衬底的相对几何信息的特定偏移后，区域69和模具198之间的期望空间对准出现，它可以是期望的或简单地指示未对准。
参考图4、11和12，响应于感测诸如图像469和475之类的图像，检测器72、82、92、102、112和122中的每一个产生由处理器130接收的信号。结果，六个信号由处理器130接收。然而，为了清楚起见，以下的讨论描述关于由检测器72、82、92、102、112和122生成的信号中的一个的过程，同时理解该过程发生在由其余的检测器72、82、92、102、112和122生成的信号上。信号包括由检测器72、82、92、102、112和122捕获的全部信息，即，视场中的信息。检测器72、82、92、102、112和122中的每一个的视场沿477测量约是758微米，沿480测量为500微米。存储在存储器132中的程序由处理器130操作以标识关注区域478，即视场中其中省略了除关于组470、471和472的信息以外的基本上所有的信息的子部分。为此，关注区域(ROI)被确定为沿两个方向的像素，即沿479的695个像素和沿480的192个像素的偶数倍。结果，ROI 478的尺寸是与TAME 221、222、231、232、241、242、251和252以及TAME 166相关联的尺寸的函数。
系列470、471、和472的尺寸对应于与TAME 166的尺寸相等的TAME 221、222、23l、232、241、242、251和252的尺寸。ROI 478的尺寸通过将与SAME 166和TAME 221、222、23l、232、241、242、251和252相关联的宽度和高度除以检测器72、82、92、102、112和122的像素的尺寸来确定。另外，沿方向480的ROI 478的尺寸被选为系列470、471和472的数目(在本示例中是三)的偶数倍。
像素中的每一个可具有范围从0-255的与之相关联的值。可将像素值映射到称为存储器空问的位置处的存储器132上。结果，每一个系列470、47l和472被映射到存储器空间，作为具有从0至255的值的排列成695列64行的数组。因此，存储器132具有对应于由检测器72、82、90、102、112和122感测的图像的、映射到其中三个值数组。
对于映射到存储器空间的三个数组中的每一个，生成695个值的一维数组。这通过对于695列的每一列获得与64行相关联的值的平均值来实现。这对应于分别从系列470、471和472获得的信息481、482和483的基本三种正弦曲线表示。正弦曲线中的每一个作为时变信号来对待并采用在对应于像素0-694的地址之间加窗口的快速傅里叶变换(FFT)或离散傅里叶变换(DFT)被映射到频域。之后，分析与ROI中存在的全部数量的周期相关联的频率槽中的信息。确定上述频率槽中的值的ATAN2函数以找出分别与每一个正弦信号481、482和483相关联的相位值Φ1、Φ2和Φ3。具有．冗到冗的值的相位值Φl、Φ2和Φ3相对于关注区域478的起点，即关注区域478的开始位置来确定。
正弦曲线481、482和483之间相位值之差如下确定：
1)Δ1=φ1-φ2
2)Δ2=φ3-φ2
尽管仅需要对等式l和2中的一个求解，但相位差测量的分辨率通过获得两个差分相位测量而加倍。为了衰减(如果不是损害的话)由于检测器72、82、92、102、112和122引起的误差、等式l和2中确定的差的平均值如下确定：
3)(Δ1一Δ2)/2=Δ3。
然后，如下获得正弦曲线418、482和483之间的绝对相位差Δ。：
4)Δ3/2=Δ4。
从等式4)中，模板56和模具198之间的对应的线性位移D可如下从相位Δ4确定：
5)D＝P1P2Δ4/4π(P1-P2)其中P1是沿D1方向的与SAME 371和TAME 270和272相关联的间距，P2是与TAME 271和SAME 370和372相关联的间距。由此，检测器72、82、92、102、112和122便于获得关于区域69和模具198之间的六个不同的位移测量的信息，即，来自区域200、202、204、206、212和214中的每一个中的一个测量。从这六个位移测量中，可确定关于模具198和区域69的各种空间参数，正如由Armitage Jr等人在Analysis of Overlay Distortion Patterns，SPIE第921卷第208-222页(1988)中讨论的，其内容通过引用结合于此。示例性空间参数是沿例如X和Y方向之类的两正交方向的线性未对准、沿与其正交地延伸的第三方向，例如Z方向的旋转未对准。称为放大差的面积差和模具198与区域69的周长之间的正交差。参考模板设计中存在的详细模板布置数据(通常是限定模板以及因此在制造模板时使用的模具198上的特征的布置的信息)，空间参数被确定为TAME 221、223、231、233、241、243、251和253相对于模具198上的特征的理想位置之间的关系的函数。为此，关于模板布置数据的信息存储在将由处理器130操作的存储器132中。从模板布置数据中，可对以下等式利用最小平方解来获得相对空间参数：
6)XS＝X0+SXXWcos(Θ)+SYYWsin(Θ)+YWsin(Φ)
7)YS＝Y0-SXXWsin(Θ)+SYYWcos(Θ)+XWsin(Φ)其中XS是如由等式5确定的沿X方向测量的并与XW相加的位移D。已知量XW是关注的TAME沿X方向相对于模具198的特征的理想位置。类似地，已知量YW是关注的TAME沿Y方向相对于模具198的特征的理想位置。因此，YS是如由等式5确定的沿Y方向测量的并与YW相加的位移D。变量X0是模具198和区域69之间沿X方向的偏移。类似地，Y0是模具198和区域69之间沿Y方向的偏移。变量SX和SY分别是模具198和区域69之间沿X和Y方向的差。变量Θ是模具198和区域69围绕Z方向的旋转位置的差。变量Φ是模具198的周长和区域69的周长之间的正交差。结果，可以基本上独立于模具198和区域69之间的距离，即仅从X-Y位置参数中确定放大/偏移参数和正交参数。
具体地，在确定了模具198和区域69之间的相对空间参数后，处理器130生成控制信号以控制平台54和60的工作，以实现模具198和区域69之间的期望对准。对准通过检测器72、82、92、102、112和122在区域200、202、204、206、212和214的每一个处感测如图11所示的具有期望偏移和如图12所示的不具有偏移的图像469和475来证明。在典型的对准过程中，随着模具198和区域69之间的距离变化，例如，在沿Z方向附近更加接近，进行以上所讨论的测量。例如，当模具198和区域69隔开4微米、1微米的距离或其中在它们之间限定了基本由聚合材料填充的体积的最终距离时，可生成测量和控制信号。结果，可确定空间参数，且控制信号在刻印过程中实时生成，以使模具198和区域之间不期望的空间参数最小化。
在通过硬化或交联的刻印材料的固化期间，固化所需的光子也导致模具198和区域69的加热。如果固化光的强度维持得相当均匀，则可均匀地加热模具198和区域69。在暴光到其中刻印材料没有凝结以类似粘附到衬底的固体来表现的点期间，有差别的加热和/或有差别的CTE可导致对准不匹配。然而，平均的未对准可通过模拟或通过利用本文所述的对准测量系统来估计，且模具198或区域69的尺寸以在固化前利用iMAT 62来实现期望的缩放(放大)失配的方式来预先修正。期望用于对准度量的波长需要与固化光基本不同。
基于上述傅里叶分析的实现以确定正弦曲线481、482和483的相位，显然这些测量的准确度部分地取决于对ROI 478的正确确定。这保证获得关于系列470、471和472的所有信息。为此，期望将ROI 478确定在基准坐标系的对应基准点的像素距离内。在本实施例中，基准坐标系是模具198，但应该理解，基准坐标系可以是区域69。结果，在本示例中，将ROI 478确定在模具198上的对应基准点的像素距离内。这保证ROI 478相对于系列470、471和472的正确对准。
然而，ROI 478的期望对准是有问题的。这是由于与检测器72、82、92、102、112和122中的每一个相关联的聚集光学器件被构造成聚集来自区域200、202、204、206、212和214并沿关于模具198的法线形成倾斜的路径传播的第一级衍射波长引起的。结果，在SAME 166不与TAME 221、222、231、232、241、242、251和252重叠的情况下，分别从源74、84、94、104、114和124照射到区域200、202、204、206、212和214的光将得到极少的对应于这些TAME的信息。此外，在区域200、202、204、206、212和204与TAME 221、222、231、232、241、242、251和252不存在正确对准时，与TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一个重叠的SAME 166的正确定位是有问题的。克服这种困难的一种方法是实现两步对准过程以获得关注区域478的准确定位。在第一阶段，在分辨率的几个像素尺寸内实现过程对准(course alignment)。具体地，过程对准方案应允许模具198相对于区域69晶片的定位在一个周期481、482和483内。由具有低CTE(例如不胀钢或Zerodur材料)的支撑结构连接到iMAT 62的、具有高数值孔径的离轴成像系统是合乎需要的。同样期望适当牢固的支架，以使iMAT 62和离轴照相机(未示出)之间的相对位置最小程度地受到震动的影响。在本实施例中，过程对准通过在模具198上包括多组隔开的平行线500-507来实现，这些平行线限定了具有正交于组270、271和272的间距测量的间距的光栅。
组500和507被构造成箭头的形状，且接近系列270的拐角的组500的尖端以及接近系列272的拐角的组507的尖端被设置在其上与组500相对的一侧上。均匀地沿D1方向隔开的是组501-506，其每一个被构造成三角形。组501、503和505中的每一个的顶点被定位成接近并面向系列270。组502、504和506中的每一个的顶点被设置成接近并面向系列272。与组500-507相关联的间隔开且平行的线具有所需的间距和尺寸以便于由检测器72、82、92、102、112和122感测。组500-507的间距可与棋盘的间距相同，使得第一级或更高级(如果需要的话)衍射波长可由检测器聚集并感测。
参考图5、10、14和15，组500-507的构造允许将ROI 478定位成足以允许如以上所讨论的相位计算。之后，通过获得以上所讨论的绝对相位差Δ4来进行精密对准，以将视场与检测器72、82、92、102、112和122正确对准。为此，尺寸过大的棋盘图案(OCP)600被设置成与模具198重叠并可包括组370、371和372，其中每一组具有由空隙374隔开的特征373。可将组370、371和372中的任一个的尺寸确定成面积基本大于模具198的面积。如此，将OCP 600的组370、371和372中的一组放置成与TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一个或多个重叠的对准容限是不严格的。为此，OCP 600的组370、371和372中的任一组可足够大，以同时与TAME 221、222、231、232、241、242、25 1和252中的每一个或其任一子集重叠。以此构造，OCP 600可沿X和Y轴移动并围绕Z轴旋转以将其放置成与TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一个或多个重叠并与其正确定向以产生实现正确对准所期望的第一级衍射波长。或者，OCP 600可仅包括组370、371和372中的一组。这样，OCP 600可与衬底56的区域共同延伸并放置在其上支撑衬底56的平台60的区601中。这样，OCP 600仅围绕Z轴旋转以便于由检测器感测第一级衍射来测量正确对准。或者，可将OCP600设置在平台60的区域601的外部的区域602上。以此构造，OCP 600可沿X和Y轴移动并围绕Z轴旋转以将其放置成与TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一个或多个重叠并与其正确定向以产生实现正确对准所期望的第一级衍射波长。
参考图4、5和16，在另一个实施例中，可实现关注区域478的正确对准同时省略多个组500-507。具体地，与第一级衍射波长形成对比，本示例采用由检测器72、82、92、102、112和122对镜面反射光的感测。本方法参考检测器72来讨论，但同样适用于多个检测器72、82、92、102、112和122中其余的检测器。移动照明源800直到检测器72、82、92、102、112和122中的一个接收到光通量的显著变化。为此，期望区域601对源800生成的照明光是反射性的。在感测到期望的能量通量后，锁定检测器72和源800的相对位置，使得两者在模具198的区域上同步移动以照明并感测TAME 221、223、231、233、241、243、251、253中的一个(在此情况下是TAME 221)。之后，位置或检测器72相对于TAME 221固定，并将源880移动到一个位置，使得其余的检测器(例如，检测器82、92、102、112和122)感测光通量的显著变化。然后重复该过程。在检测器72、82、92、102、112和122中的每一个的位置相对于TAME 221、223、231、232、241、242、251和252固定后，进行以上讨论的精密对准技术以正确地对准ROI 478。
参考图5、6、17和18，SAME 166和TAME 221、223、231、233、241、243、251、253可包括用于对准标记的任何数量的设计。例如，SAME 766可包括两对隔开的光栅元件767、768、769和770。如图所示，光栅元件767和769在一区域中共同延伸，沿D2方向彼此重叠并沿D1方向彼此隔开。光栅元件767和769中的每一个包括沿方向D2隔开的一系列平行线。光栅元件768和770在一区域中共同延伸，沿D1方向彼此重叠并沿D2方向彼此隔开。光栅元件768和770中的每一个包括沿方向D1隔开的一系列平行线。另一方面，TAME 221、223、231、233、241、243、251、253中的一个或多个可包括两对866隔开的光栅元件867、868、869和870。如图所示，光栅元件867和869在一区域中共同延伸，沿D2方向彼此重叠并沿D1方向彼此隔开一定距离，该距离小于光栅767和769隔开的距离。光栅元件867和869中的每一个包括沿D2方向隔开的一系列平行线。光栅元件868和870在一区域中共同延伸，沿D1方向彼此重叠并沿D2方向彼此隔开一定距离，该距离小于光栅元件768和770隔开的距离。光栅元件868和870中的每一个包括沿方向D1隔开的一系列平行线。以此构造，在模具198于衬底区域69正确对准后，两对866被排列成位于SAME 766内，示为图19中的966。
参考图17、18和20，应该理解光栅766、767、768、769、868、867、869和870中的每一个可包括如以上所讨论并示为光栅967、968、969、970和1067、1068、1069和1070的棋盘图案。最后，如图21所示，可将光栅967、968、969、970形成为邻接的，从而限定框1266，如光栅1067、1068、1069和1070限定框1266一样。
本文提出的对准方案可在有不精确地知道其参数的光学元件的情况下使用，而不会显著损害所测量信号的质量。例如，模板可以额定为1至10mm厚，且其厚度的容限是0.1mm或更高。此外，刻印系统可具有另外的窗口，可通过该窗口进行对准，该窗口的光学性能可改变。例如，1mm厚的透明窗口可受到空气压力，导致其在对准过程中通过改变量而受到应力。
上述本发明的实施例是示例性的。可对上述公开进行改变和修改，同时仍在本发明的范围内。例如，上述对准标记构造中的每一个可利用0级信号来成像，只要倾斜的照明源在标记上反射到以相同但相反的角度倾斜的检测器。或者，这些标记还可以按由平行线形成其图案区的形式来形成，以增强由倾斜的检测系统成像其第一或更高级衍射信号的能力。SAME区域对于与其对应的TAME可以是空心框或与实心框交叉或交叉形状，反之亦然，且如果TAME是通用对准目标，则对于对应的目标也是如此。如果采用零级成像，则SAME目标具有固体特征。采用倾斜照明，可利用倾斜的聚光装置来实现零级照明。如果采用更高级的成像，则可将目标形成为具有作为倾斜的聚光装置的方向的函数的适当方向的平行线的组合。因此，本发明的范围不应限于以上描述，相反应参考所附权利要求连同其全范围的等价技术方案来确定。

Claims (6)

1.一种用于确定第一坐标系和第二坐标系之间的相对空间参数的系统，所述坐标系统间隔开一距离，所述系统包括：
多个检测系统，每个检测系统被构造成感测以关于所述坐标系的法线的倾斜角度衍射且含有对应于多个对准测量其中之一的信息的光能并响应于此生成信号，
处理器，与所述多个检测系统进行数据通信以接收所述信号并确定相对空间参数，所述相对的空间参数包括相对面积和相对形状；以及
存储器，与所述处理器进行数据通信，
其中所述第一坐标系由沿第一方向呈周期性的设置在第一衬底上的第一组光栅限定，而所述第二坐标系由在两正交方向上呈周期性的设置在第二衬底上与所述第一组光栅重叠的第二组光栅限定，
其中第一平面与第二平面之间的间隔部分或完全以刻印流体填充。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相对空间参数还包括对准和方向。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一坐标系对应于位于第一平面中的所述第一衬底，且所述第二坐标系对应于位于与所述第一平面隔开的第二平面中的所述第二衬底。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一平面与所述第二平面之间的间隔小于1微米。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测系统的一子集包括照明源和检测器，其中所述源沿一路径引导能量以照射到所述衬底的一区域上，且所述检测器感测从所述区域返回并沿所述路径传播的能量。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测系统的一子集包括照明源和检测器，其中所述源沿一路径引导能量以照射到所述第一组光栅上，从而形成第一级衍射能，且检测器被构造成感测沿所述路径传播的所述第一级衍射能。
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