納米尺度器件的制造的干涉分析的制作方法

專利名稱：納米尺度器件的制造的干涉分析的制作方法
背景技術：
本發明的領域一般涉及結構的納米制造。更具體地，本發明涉及有助于對適于納米尺度器件的制造的重疊中的多個圖案的分析的系統。
納米尺度制造包括很小結構的制造，例如具有1納米或更多的數量級的特征。用于納米尺度制造的一種有前景的工藝稱為刻印平版印刷(imprint lithography)。示例性的刻印平版印刷工藝在眾多出版物中都有詳細描述，如提交為美國專利申請10/264,960、題為“Method and a Mold to Arrange Features on a Substrate to ReplicateFeatures having Minimal Dimensional Variability”的美國公開專利申請2004-0065976；提交為美國專利申請10/264,926、題為“Method of Forming a Layeron a Substrate to Facilitate Fabrication of Metrology Standards”的美國公開專利申請2004-0065252；以及提交為美國專利申請10/235,314、題為“Method and a Mold toArrange Features on a Substrate to Replicate Features having Minimal DimensionsVariability”的美國公開專利申請2004-0046271，所有這些申請都轉讓給本發明的受讓人。
參考

圖1，刻印平版印刷的基本概念是在襯底上形成可用作尤其是蝕刻掩模的凹凸圖案，使得圖案可被形成到對應于該凹凸圖案的襯底中。用于形成凹凸圖案的系統包括支承襯底12的平臺10。模板14具有其上帶有圖案化表面18的模具16。圖案化表面18可以基本上是光滑和/或平坦的或者可被圖案化，使得其中形成一個或多個凹槽。將模板14耦合到刻印頭20以便于模板14的移動。將流體分配系統22耦合成選擇性地布置成與襯底12流體相通，以將聚合材料24沉積于其上。耦合能量28的源26以沿路徑30來引導能量28。刻印頭20和平臺10被配置成分別將模具16和襯底12排列成重疊并設置在路徑30中。刻印頭20、平臺10中的任一個或兩者改變模具16和襯底12之間的距離以限定其間由聚合材料24填充的期望體積。通常，在模具16和襯底12之間限定期望體積之前在襯底12上設置聚合材料24。然而，聚合材料24可在獲得期望體積后填充該體積。在用聚合材料24填充期望體積后，源26產生能量28，它使聚合材料24固化和/或交聯，從而與襯底表面24和模具表面18的形狀相一致。該過程的控制由與平臺10、刻印頭20、流體分配系統22、源26進行數據通信并在存儲在存儲器34中的計算機可讀程序上操作的處理器32來管理。
為了使能量28照射到聚合材料24上，期望模具26對于能量28的波長基本為透明，使得能量28可通過它傳播。此外，為了使通過模具16傳播的能量通量最大化，能量具有足以覆蓋模具16的整個表面的橫截面，且沒有障礙物存在于路徑30中。
參考圖1和2，通常由模具16生成的圖案被設置在其中存在預先存在的圖案的襯底112上。為此，一般將打底層36沉積在形成于襯底112中的示為凹槽38和凸起40的圖案化特征上，以提供光滑(如果不是平坦的話)表面42，其上由設置在表面42上的聚合材料24形成圖案化刻印層(未示出)。為此，模具16和襯底112包括對準標記，它可包括圖案化特征的子部分。例如，模具16可具有稱為模具對準標記的對準標記，它由特征44和46限定。襯底112可包括稱為襯底對準標記的對準標記，它由特征48和50限定。
模具16和襯底112之間未獲得正確對準可引入襯底112上記錄的圖案中的誤差。除標準對準誤差外，放大/偏離誤差可導致尤其是由于模具16和將圖案化的襯0底112的區域之間的低估的變化而引起的所記錄的圖案的變形。當其中將記錄模具16上的圖案的襯底12的區域超過模具16上的圖案的面積時出現放大/偏離誤差。此外，當其中將記錄模具16的圖案的襯底12的區域具有小于原圖案的面積時出現放大/偏離誤差。當在一個公共區域中形成多個圖案時放大/偏離誤差的有害作用加劇。當模具16上的圖案圍繞垂直于襯底112的軸相對于其中將記錄模具16上的圖案的襯底12的區域旋轉時可能發生另外的誤差。這稱為方向誤差。此外，當模具16的外圍的形狀與其上將記錄圖案的襯底112上的區域的周邊的形狀不同時也導致變形。這一般在模具16和/或襯底112的區域的橫向延伸的周邊部分不正交時發生。這稱為偏斜/正交變形。
為了保證襯底112上的圖案與由模具16生成的圖案之間的正確對準，期望保證模具和襯底對準標記之間的正確對準。這一般采用例如選擇性地布置成同時與模具16和襯底12光學相通的對準系統53之類的輔助眼(aided eye)來實現。示例性對準系統包括目鏡顯微鏡或其它成像系統。對準系統53一般獲得平行于路徑30的信息。然后通過操作員手動或利用視覺系統自動地實現對準。
因此，需要提供用于刻印平版印刷工藝的改進的對準技術。


發明內容
本發明的特征在于一種確定兩坐標系之間的相對空間參數的系統和方法，這兩個坐標系可以是模具和其中采用該模具來生成圖案的襯底的區域。為此，在多個點處感測兩坐標系之間的相對對準以確定它們之間的相對空間參數。相對空間參數包括相對面積和相對形狀。以下更全面地討論這些或其它實施例。
附圖簡述 圖1是根據現有技術的刻印平版印刷系統的簡化平面圖； 圖2是根據現有技術的具有設置于其上的多個層和與其重疊的模具的圖案化襯底的橫截面圖； 圖3是示出根據本發明的刻印平版印刷系統的框圖； 圖4是示出根據本發明的圖3中所示的干涉分析工具的組件的局部立體圖和局部框圖，其中模板在自頂向下的立體圖中示出； 圖5是根據本發明的圖4所示的模板的平面圖； 圖6是示出可包含在圖5所示的對準標記元件中的多個特征系列的平面圖； 圖7是具有第一間距并可與圖6所示的特征系列中的一個或多個相關聯的對準標記特征的詳細視圖； 圖8是具有第二間距并可與圖6所示的特征系列中的一個或多個相關聯的對準標記特征的詳細視圖； 圖9是示出可包含在圖3所示的襯底對準標記元件中的特征的平面圖； 圖10是與圖9所示的特征系列中的一個或多個相關聯的對準標記特征的詳細視圖； 圖11是示出當圖6和9所示的對準標記特征重疊并具有非0偏移時由圖4所示的檢測器中的一個或多個感測的圖像的平面圖； 圖12是示出當圖6和9所示的對準標記特征重疊并具有0偏移時由圖4所示的檢測器中的一個或多個感測的圖像的平面圖； 圖13是示出由圖4所示檢測器中的一個響應于圖11的圖像產生的強度信號的圖示； 圖14是示出根據本發明的替換實施例的圖9的特征的平面圖； 圖15是根據本發明的一個實施例的圖3所示的平臺的簡化立體圖； 圖16是說明根據本發明的替換實施例的檢測器相對于模板對準標記的過程對準調節的一種方法的簡化平面圖； 圖17是示出根據替換實施例的可包含在圖3所示的襯底對準標記元件中的特征的平面圖； 圖18是示出根據替換實施例的可包含在圖5所示的對準標記元件中的多個特征系列的平面圖； 圖19是示出由圖17和18所示的對準標記元件在其重疊后得到的對準標記構造的平面圖； 圖20是示出根據第一替換實施例的圖19所示的對準標記構造的平面圖；以及 圖21是示出根據第二替換實施例的圖19所示的對準標記構造的平面圖。
本發明的詳細描述 參考圖3，本發明包括具有保持在模板平臺54中的模板52、支撐在襯底平臺60上的襯底56的刻印平版印刷系統50，且一干涉分析工具(iMATTM)62與模板52和襯底56光學相通。還存在有聚合物流體分配系統和光化學輻射源，這兩者一般包含在刻印平版印刷系統中，正如參考圖1所討論的，但為了清楚起見未示出。一種示例性模板平臺包括夾具系統(未示出)以及通過彎曲系統(未示出)耦合到刻印頭20的致動器子組件(未示出)，它們全部在題為SYSTEM FOR MAGNIFICATIONAND SITORTION CORRECTION DURING NANO-SCALE MANUFACTURE、發明人為Anshuman Cherala、Byung-Jin Choi、Pawan Kumar Nimmakayala、Mario J Meiss以及Sidlgata V Sreenivasan、代理機構案卷號為P154-30V147的共同待批的美國專利申請(申請號未分配)中描述，該申請通過引用結合于此。
iMATTM62與平臺54和60耦合以在反饋環路64上與之通信以促進兩坐標系之間的正確空間排列來獲得它們之間的期望空間排列，其中一個坐標系由模板52定義，而另一個由襯底56定義。為此，iMATTM62產生關于模板52和襯底56兩者的多個空間參數的數據并響應于此確定信號，以保證空間參數之差在期望的容限內。為此，將iMATTM62耦合以感測模板52上稱為模板對準標記65的對準標記中的一個或多個以及襯底56上稱為襯底對準標記的對準標記中的一個或多個。iMATTM62可基于從感測對準標記65和66獲得的信息來確定模板52和襯底56的多個相對空間參數。空間參數包括它們之間沿X和Y方向的不對準，和稱為相對放大/偏離度量的襯底56和模板52之間沿X和Y方向的相對尺寸差，以及稱為偏斜度量的模板52和/或襯底56任一個上的兩相鄰橫向延伸邊沿的相對非正交性。另外，iMATTM62可確定圍繞基本垂直于模板52所在的平面和襯底56的面向模板52的表面的Z方向的相對旋轉方向。
參考圖4，iMATTM62包括示為70、80、90、100、110和120的多個檢測系統，以及兩個照明源94和124。檢測系統70、80、90、100、110和120中的每一個分別包括檢測器72、82、92、102、112和122。檢測系統70、80、90、100和110中的每一個分別包括示為74、84、104和114的照明源。將照明源74、84、94、104、114和124中的每一個耦合以將諸如光之類的能量照射到分別與檢測器72、82、92、102、112和122光學相通，即位于視場內的模板52的區域上。具體地，檢測器72通過聚焦光學器件78和半銀(50/50)鏡76與包括設置于模具198上的對準標記的模板52的區域200光學相通。
照明源74產生照射在半銀(50/50)鏡76上的光能，該光能然后沿路徑p1定向以照射區域200。照射到區域200上的光能的一部分沿路徑p1返回，穿過半銀鏡76并由聚焦光學器件78聚焦在檢測器72上。以類似的方式，將檢測器82布置成與區域202光學相通，且半銀鏡(50/50)86和聚焦光學器件88感測由照明源84產生的、沿路徑p2返回的光能。將檢測器102布置成與區域206光學相通，且半銀鏡(50/50)106和聚焦光學器件108感測由照明源104產生的、沿路徑p4返回的光能。將檢測器112布置成與區域212光學相通，且半銀鏡(50/50)116和聚焦光學器件118感測由照明源114產生的、沿路徑p7返回的光能。以此方式，檢測系統70、80、100和110采用同軸照明和檢測。用作檢測器72、82、102和112的示例性系統可從Sony公司獲得，型號為XEES50、XEHR58和XE75。
為了保證模具198的整個面積暴露以允許光化學輻射通過其傳播，檢測器72、82、92、102、112和122；照明源74、84、94、104、114和124；以及光具組的其它組件都不能與之重疊。為此，路徑P1-P8中的每一條相對于模具198的法線形成2°至15°范圍的角度。采用此構造，檢測器72、82、92、102、112和122中的每一個被安排成感測分別從區域200、202、204、206、212和214傳播的輻射的期望波長，同時拒絕基本上所有的其它級的其它波長。例如，檢測器72、82、92、102、112和122中的每一個被安排成感測一級(比方說分別來自區域200、202、204、206、212和214的光的第一級或更高級衍射波長，同時拒絕基本所有的其它級的其它波長)。
然而，檢測系統90和120不采用同軸照明和檢測。相反，用于檢測系統90和120的照明源是所設置的相對檢測器。例如，照明源94沿路徑p6引導能量以照射到區域204。從區域204返回的能量的一部分沿路徑p3傳播并由光具組98聚集并將其聚焦在檢測器92上。以類似的方式，照明源124沿路徑p5引導能量以照射到區域214，且從其返回的能量的一部分沿路徑p8傳播。沿路徑p8傳播的能量由光具組128聚集并將其聚焦在檢測器122上。這些非同軸照明單元可用于以與其它同軸照明單元相比更快的速度捕獲圖像。通過從相反的方向照明，光束不穿過50/50鏡或從中反射。因此，較高能量的照明可到達檢測器。為了更高速度成像的目的，期望使到達檢測器的光束強度最大化。示例性檢測系統可從加拿大Waterloo的Darsa公司獲得，型號是1M150和1M75。
盡管示出了六個檢測系統70、80、90、100、110和120，但可存在任何數量的檢測系統，這取決于關注的空間參數。例如，可采用大于6個方向的系統，使得可設置兩個檢測系統來感測來自區域200、202、204、206、208、210、212和214中的公共區域的信息，導致存在8、10和12個檢測系統(未示出)。同樣檢測系統70、80、90、100、110和120中的每一個可同時從區域200、202、204、206、208、210、212和214中的一個以上區域中獲得信息。由此，可由檢測器收集高度冗余的數據集。
檢測器72、82、92、102、112、122中的每一個響應于由與其進行數據通信的處理器130接收的所感測的光能產生信號。處理器130在存儲在與其進行數據通信的存儲器132中的計算機可讀代碼上工作，以確定諸如模具26和與其重疊的其中將發生圖案化的襯底56的區域69之類的兩坐標系之間的相對空間參數。區域69的面積一般與模具198的面積共同擴張。
參考圖5，設置在模具26的每一個角落的是一組對準標記，示為220、230、240和250。每一組對準標記包括由沿一個方向間隔開的多條平行線組成的模板對準標記元件(TAME)，其中與TAME中的一個相關聯的多條線沿其間隔的方向正交于與其余的TAME相關聯的多條線沿其間隔的方向。例如，組220包括TAME 221和222。TAME 221包括沿X方向間隔開的多條平行線223，從而定義了間距224。TAME 222包括沿Y方向間隔開的多條平行線225，從而定義了間距226。類似地，如TAME 241的線243以及TAME 251的線253一樣，TAME 231的線233沿X方向間隔開。如TAME 242的線245以及TAME 252的線255一樣，TAME 232的線235沿Y方向間隔開。
參考圖4和5，每一個TAME 221、222、231、232、241、242、251和252唯一地與區域200、202、204、206、208、210、212和214中的一個相關聯。具體地，與對準標記對220、230、240和250中的一對相關聯的相鄰對準標記之間的間隔是確定的，以不在與相鄰TAME相關聯的區域中。例如，TAME和區域中的每一個的相對尺寸是確定的，使得整個TAME和區域在一起。結果，TAME 221與區域200相關聯，TAME 222與區域202相關聯，TAME 232和231分別與區域204和206相關聯。TAME 241和242分別與區域208和210相關聯；TAME 241和242分別與區域208和210相關聯；以及TAME 252和251分別與區域212和214相關聯。然而，空隙260和267是確定的，使得TAME 221位于區域214和202的外部，且TAME 251和222都位于區域200的外部。結果，最小化的是由檢測器72感測到的從諸如區域202和204以及遠離的區域204、206、208、210和212等區域200外部返回的能量的量。出于同樣的原因，空隙261和262是確定的，使得TAME 232位于區域202和206的外部，且TAME 231和222都位于區域204的外部。空隙263和264是確定的，使得TAME 241位于區域206和210的外部，且TAME 231和242都位于區域208的外部。空隙265和266是確定的，使得TAME252位于區域210和214的外部，且TAME 242和251都位于區域212的外部。
參考圖5和6，盡管TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的每一個都包括單組平行線，但每一個可包括任何數量的組的平行線，例如，1-n組，其中n是整數。結果，TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一個或多個可由多組平行線組成。在本實施例中，TAME 221、231、232、251和252各自包括三組平行線30，示為鄰接關系的270、271和272，使得它們之間的間隔最小化。相鄰的平行線對之間的間隔或間距在組270、272和274的長度上是基本恒定的，且組270在相對的終端273和274之間延伸一長度，組271在相對的終端275和276之間延伸一長度，組272在相對的終端277和278之間延伸一長度。盡管組270、271和272示為彼此共同延伸，但這不是必須的。
參考圖6、7和8，沿方向D1測量的與組270、271和272中的一組相關聯的間距不同于與其余的組270、271和272相關聯的間距。在本示例中，與組270和272相關聯的間距是匹配的，而與組271相關聯的間距不同于與組270和272相關聯的間距。例如，組270和272各自具有41條沿方向D1測量的具有約1微米寬的寬度280的平行線。相鄰的線由沿D1方向測量的約1微米的空隙282隔開，得到具有提供2微米的間距的40個空隙的組270和272。組271具有39條沿D1方向測量的具有約1.025微米寬的寬度284的平行線。相鄰的線由沿D1方向測量的約1.025微米的空隙286隔開，得到具有提供2.05微米的間距的40個空隙的組271。沿方向D2測量的線的長度約是45微米。
參考圖3、6和9，為了確定模具198和區域69之間的相對空間參數，對準標記66包括多個對準標記元件，稱為襯底對準標記元件(SAME)166。SAME 166中的至少一個與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一個重疊并與之基本共同延伸。在本實施例中，TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的每一個與多個SAME 166中的一個重疊。具體地，與SAME 166中的一個重疊的每一個TAME 221、222、231、232、241、242、251和252不同于與其余的SAME 166重疊的TAME 221、222、231、232、241、242、251和252。
參考圖4、6、9和10，正如以上關于TAME 221、222、231、232、241、242、251和252所討論的，示例性SAME 166可以由單組間隔開的平行線組成。然而，期望以與模具198的法線傾斜的角度聚集沿路徑p1-p4和p7-p8中的一條傳播的第一級衍射波長。為此，采用在兩個正交方向上為周期性的圖案，稱為棋盤形圖案。此外，期望采用示為370、371和372的三組棋盤形圖案。三組棋盤形圖案370、371和372是鄰接關系，使得它們之間的間隔被最小化。每一個棋盤圖案包括多個特征373，其中的每一個特征一般是矩形形狀。每一對相鄰特征由空隙374隔開。組370和372中相鄰的特征對373之間沿方向D1的間隔或間距基本等于組271的間距。組371中相鄰的特征對373之間沿方向D2的間隔或間距基本等于組270和272的間距。
為了便于感測沿關于第零級鏡面反射波長傾斜的路徑傳播的波長，所選擇的傾斜角度取決于SAME 166以及TAME 221、222、231、232、241、242、251和252的幾何形狀和所感測的衍射波長的級。例如，第一級衍射波長例如關于模具198的法線呈2°至15°范圍的傾斜角度，以便獲得基本獨立于模具198和區域69之間的距離的信息。為此，沿方向D2測量的相鄰特征對373的間距約是2.2微米。以此構造，與襯底對準標記166重疊的TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一個的放置導致組270與組370重疊并與之共同延伸；組271與組371重疊并共同延伸；且組272與組372重疊并與之共同延伸。對于TAME和SAME的典型尺寸可沿D1方向高達400微米并且沿D2方向為150至250微米，即，平行線中的每一條的長度是150至250微米。它們在尺寸上可顯著減小，例如，沿D1方向100微米且長度是40微米。或者，沿D1的尺寸可更高(～1mm)而D2可以更低(～40微米)。
參考圖4、6、9和11，在與SAME 166重疊放置后，方向D1平行于對于TAME221、231、241和251以及與之重疊的SAME 166的X方向延伸。方向D1平行于對于TAME 222、232、242和252和與之重疊的SAME的Y方向延伸。由此，照射到每一個TAME 221、222、231、232、241、242、251上的光衍射，導致第一級衍射波長由與之光學相通的檢測器72、82、92、102、112和122中的一個感測。例如，從TAME 221衍射的光由檢測器72感測；從TAME 222衍射的光由檢測器82感測；從TAME 232衍射的光由檢測器92感測；從TAME 231衍射的光由檢測器102感測；從TAME 251衍射的光由檢測器122感測；并且從TAME 252衍射的光由檢測器112感測。一般，對準在基本填充模具198和區域69之間限定的體積的聚合材料存在的情況下發生，稱為接觸流體對準。為此，期望不將聚合材料設置在TAME 221、222、231、232、241、242、251中的一個和與之重疊的SAME 166之間。為此，期望將2004年8月13日提交的題為Moat System For An ImprintLithography Template的美國專利申請第10/917,761號中公開的模板用作模板52，該申請被轉讓給本發明的受讓人并通過引用結合于此。
在感測第一級衍射光后，檢測器72、82、92、102、112和122中的每一個獲得圖11所示的三個系列的空間變化光強度470、471和472的圖像469，其中相鄰的高強度區域473由低強度區域474隔開距離d。系列470對應于由組270和370的重疊生成的衍射光。類似地，系列471對應于組271和371的重疊，且系列472對應于組272和372的重疊。在系列470、471和472中的高強度區域473被放置為生成對應于模板和襯底的相對幾何信息的特定偏移后，區域69和模具198之間的期望空間對準出現，它可以是期望的或簡單地指示未對準。
參考圖4、11和12，響應于感測諸如圖像469和475之類的圖像，檢測器72、82、92、102、112和122中的每一個產生由處理器130接收的信號。結果，六個信號由處理器130接收。然而，為了清楚起見，以下的討論描述關于由檢測器72、82、92、102、112和122生成的信號中的一個的過程，同時理解該過程發生在由其余的檢測器72、82、92、102、112和122生成的信號上。信號包括由檢測器72、82、92、102、112和122捕獲的全部信息，即，視場中的信息。檢測器72、82、92、102、112和122中的每一個的視場沿477測量約是758微米，沿480測量為500微米。存儲在存儲器132中的程序由處理器130操作以標識關注區域478，即視場中其中省略了除關于組470、471和472的信息以外的基本上所有的信息的子部分。為此，關注區域(ROI)被確定為沿兩個方向的像素，即沿479的695個像素和沿480的192個像素的偶數倍。結果，ROI 478的尺寸是與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252以及TAME 166相關聯的尺寸的函數。
系列470、471、和472的尺寸對應于與TAME 166的尺寸相等的TAME 221、222、231、232、241、242、251和252的尺寸。ROI 478的尺寸通過將與SAME 166和TAME 221、222、231、232、241、242、251和252相關聯的寬度和高度除以檢測器72、82、92、102、112和122的像素的尺寸來確定。另外，沿方向480的ROI 478的尺寸被選為系列470、471和472的數目(在本示例中是三)的偶數倍。
像素中的每一個可具有范圍從0-255的與之相關聯的值。可將像素值映射到稱為存儲器空間的位置處的存儲器132上。結果，每一個系列470、471和472被映射到存儲器空間，作為具有從0至255的值的排列成695列64行的數組。因此，存儲器132具有對應于由檢測器72、82、90、102、112和122感測的圖像的、映射到其中三個值數組。
對于映射到存儲器空間的三個數組中的每一個，生成695個值的一維數組。這通過對于695列的每一列獲得與64行相關聯的值的平均值來實現。這對應于分別從系列470、471和472獲得的信息481、482和483的基本三種正弦曲線表示。正弦曲線中的每一個作為時變信號來對待并采用在對應于像素0-694的地址之間加窗口的快速傅里葉變換(FFT)或離散傅里葉變換(DFT)被映射到頻域。之后，分析與ROI中存在的全部數量的周期相關聯的頻率槽中的信息。確定上述頻率槽中的值的ATAN2函數以找出分別與每一個正弦信號481、482和483相關聯的相位值φ1、φ2和φ3。具有-π到π的值的相位值φ1、φ2和φ3相對于關注區域478的起點，即關注區域478的開始位置來確定。
正弦曲線481、482和483之間相位值之差如下確定 1)Δ1＝φ1-φ2； 2)Δ2＝φ3-φ2。
盡管僅需要對等式1和2中的一個求解，但相位差測量的分辨率通過獲得兩個差分相位測量而加倍。為了衰減(如果不是損害的話)由于檢測器72、82、92、102、112和122引起的誤差、等式1和2中確定的差的平均值如下確定 3)(Δ1-Δ2)/2＝Δ3。
然后，如下獲得正弦曲線418、482和483之間的絕對相位差Δ4 4)Δ3/2＝Δ4 從等式4)中，模板56和模具198之間的對應的線性位移D可如下從相位Δ4確定 5)D＝P1P2Δ4/4π(P1-P2) 其中P1是沿D1方向的與SAME 371和TAME 270和272相關聯的間距，P2是與TAME 271和SAME 370和372相關聯的間距。由此，檢測器72、82、92、102、112和122便于獲得關于區域69和模具198之間的六個不同的位移測量的信息，即，來自區域200、202、204、206、212和214中的每一個中的一個測量。從這六個位移測量中，可確定關于模具198和區域69的各種空間參數，正如由Armitage Jr等人在Analysis of Overlay Distortion Patterns，SPIE第921卷第208-222頁(1988)中討論的，其內容通過引用結合于此。示例性空間參數是沿例如X和Y方向之類的兩正交方向的線性未對準、沿與其正交地延伸的第三方向，例如Z方向的旋轉未對準。稱為放大差的面積差和模具198與區域69的周長之間的正交差。參考模板設計中存在的詳細模板布置數據(通常是限定模板以及因此在制造模板時使用的模具198上的特征的布置的信息)，空間參數被確定為TAME 221、223、231、233、241、243、251和253相對于模具198上的特征的理想位置之間的關系的函數。為此，關于模板布置數據的信息存儲在將由處理器130操作的存儲器132中。從模板布置數據中，可對以下等式利用最小平方解來獲得相對空間參數 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確定的沿X方向測量的并與XW相加的位移D。已知量XW是關注的TAME沿X方向相對于模具198的特征的理想位置。類似地，已知量YW是關注的TAME沿Y方向相對于模具198的特征的理想位置。因此，YS是如由等式5確定的沿Y方向測量的并與YW相加的位移D。變量X0是模具198和區域69之間沿X方向的偏移。類似地，Y0是模具198和區域69之間沿Y方向的偏移。變量SX和SY分別是模具198和區域69之間沿X和Y方向的差。變量Θ是模具198和區域69圍繞Z方向的旋轉位置的差。變量Φ是模具198的周長和區域69的周長之間的正交差。結果，可以基本上獨立于模具198和區域69之間的距離，即僅從X-Y位置參數中確定放大/偏移參數和正交參數。
具體地，在確定了模具198和區域69之間的相對空間參數后，處理器130生成控制信號以控制平臺54和60的工作，以實現模具198和區域69之間的期望對準。對準通過檢測器72、82、92、102、112和122在區域200、202、204、206、212和214的每一個處感測如圖11所示的具有期望偏移和如圖12所示的不具有偏移的圖像469和475來證明。在典型的對準過程中，隨著模具198和區域69之間的距離變化，例如，在沿Z方向附近更加接近，進行以上所討論的測量。例如，當模具198和區域69隔開4微米、1微米的距離或其中在它們之間限定了基本由聚合材料填充的體積的最終距離時，可生成測量和控制信號。結果，可確定空間參數，且控制信號在刻印過程中實時生成，以使模具198和區域之間不期望的空間參數最小化。
在通過硬化或交聯的刻印材料的固化期間，固化所需的光子也導致模具198和區域69的加熱。如果固化光的強度維持得相當均勻，則可均勻地加熱模具198和區域69。在暴光到其中刻印材料沒有凝結以類似粘附到襯底的固體來表現的點期間，有差別的加熱和/或有差別的CTE可導致對準不匹配。然而，平均的未對準可通過模擬或通過利用本文所述的對準測量系統來估計，且模具198或區域69的尺寸以在固化前利用iMAT 62來實現期望的縮放(放大)失配的方式來預先修正。期望用于對準度量的波長需要與固化光基本不同。
基于上述傅里葉分析的實現以確定正弦曲線481、482和483的相位，顯然這些測量的準確度部分地取決于對ROI 478的正確確定。這保證獲得關于系列470、471和472的所有信息。為此，期望將ROI 478確定在基準坐標系的對應基準點的像素距離內。在本實施例中，基準坐標系是模具198，但應該理解，基準坐標系可以是區域69。結果，在本示例中，將ROI 478確定在模具198上的對應基準點的像素距離內。這保證ROI 478相對于系列470、471和472的正確對準。
然而，ROI 478的期望對準是有問題的。這是由于與檢測器72、82、92、102、112和122中的每一個相關聯的聚集光學器件被構造成聚集來自區域200、202、204、206、212和214并沿關于模具198的法線形成傾斜的路徑傳播的第一級衍射波長引起的。結果，在SAME 166不與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252重疊的情況下，分別從源74、84、94、104、114和124照射到區域200、202、204、206、212和214的光將得到極少的對應于這些TAME的信息。此外，在區域200、202、204、206、212和204與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252不存在正確對準時，與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一個重疊的SAME 166的正確定位是有問題的。克服這種困難的一種方法是實現兩步對準過程以獲得關注區域478的準確定位。在第一階段，在分辨率的幾個像素尺寸內實現過程對準(course alignment)。具體地，過程對準方案應允許模具198相對于區域69晶片的定位在一個周期481、482和483內。由具有低CTE(例如不脹鋼或Zerodur材料)的支撐結構連接到iMAT 62的、具有高數值孔徑的離軸成像系統是合乎需要的。同樣期望適當牢固的支架，以使iMAT 62和離軸照相機(未示出)之間的相對位置最小程度地受到震動的影響。在本實施例中，過程對準通過在模具198上包括多組隔開的平行線500-507來實現，這些平行線限定了具有正交于組270、271和272的間距測量的間距的光柵。
組500和507被構造成箭頭的形狀，且接近系列270的拐角的組500的尖端以及接近系列272的拐角的組507的尖端被設置在其上與組500相對的一側上。均勻地沿D1方向隔開的是組501-506，其每一個被構造成三角形。組501、503和505中的每一個的頂點被定位成接近并面向系列270。組502、504和506中的每一個的頂點被設置成接近并面向系列272。與組500-507相關聯的間隔開且平行的線具有所需的間距和尺寸以便于由檢測器72、82、92、102、112和122感測。組500-507的間距可與棋盤的間距相同，使得第一級或更高級(如果需要的話)衍射波長可由檢測器聚集并感測。
參考圖5、10、14和15，組500-507的構造允許將ROI 478定位成足以允許如以上所討論的相位計算。之后，通過獲得以上所討論的絕對相位差Δ4來進行精密對準，以將視場與檢測器72、82、92、102、112和122正確對準。為此，尺寸過大的棋盤圖案(OCP)600被設置成與模具198重疊并可包括組370、371和372，其中每一組具有由空隙374隔開的特征373。可將組370、371和372中的任一個的尺寸確定成面積基本大于模具198的面積。如此，將OCP 600的組370、371和372中的一組放置成與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一個或多個重疊的對準容限是不嚴格的。為此，OCP 600的組370、371和372中的任一組可足夠大，以同時與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的每一個或其任一子集重疊。以此構造，OCP 600可沿X和Y軸移動并圍繞Z軸旋轉以將其放置成與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一個或多個重疊并與其正確定向以產生實現正確對準所期望的第一級衍射波長。或者，OCP 600可僅包括組370、371和372中的一組。這樣，OCP 600可與襯底56的區域共同延伸并放置在其上支撐襯底56的平臺60的區域601中。這樣，OCP 600僅圍繞Z軸旋轉以便于由檢測器感測第一級衍射來測量正確對準。或者，可將OCP600設置在平臺60的區域601的外部的區域602上。以此構造，OCP 600可沿X和Y軸移動并圍繞Z軸旋轉以將其放置成與TAME 221、222、231、232、241、242、251和252中的一個或多個重疊并與其正確定向以產生實現正確對準所期望的第一級衍射波長。
參考圖4、5和16，在另一個實施例中，可實現關注區域478的正確對準同時省略多個組500-507。具體地，與第一級衍射波長形成對比，本示例采用由檢測器72、82、92、102、112和122對鏡面反射光的感測。本方法參考檢測器72來討論，但同樣適用于多個檢測器72、82、92、102、112和122中其余的檢測器。移動照明源800直到檢測器72、82、92、102、112和122中的一個接收到光通量的顯著變化。為此，期望區域601對源800生成的照明光是反射性的。在感測到期望的能量通量后，鎖定檢測器72和源800的相對位置，使得兩者在模具198的區域上同步移動以照明并感測TAME 221、223、231、233、241、243、251、253中的一個(在此情況下是TAME 221)。之后，位置或檢測器72相對于TAME 221固定，并將源880移動到一個位置，使得其余的檢測器(例如，檢測器82、92、102、112和122)感測光通量的顯著變化。然后重復該過程。在檢測器72、82、92、102、112和122中的每一個的位置相對于TAME 221、223、231、232、241、242、251和252固定后，進行以上討論的精密對準技術以正確地對準ROI 478。
參考圖5、6、17和18，SAME 166和TAME 221、223、231、233、241、243、251、253可包括用于對準標記的任何數量的設計。例如，SAME 766可包括兩對隔開的光柵元件767、768、769和770。如圖所示，光柵元件767和769在一區域中共同延伸，沿D2方向彼此重疊并沿D1方向彼此隔開。光柵元件767和769中的每一個包括沿方向D2隔開的一系列平行線。光柵元件768和770在一區域中共同延伸，沿D1方向彼此重疊并沿D2方向彼此隔開。光柵元件768和770中的每一個包括沿方向D1隔開的一系列平行線。另一方面，TAME 221、223、231、233、241、243、251、253中的一個或多個可包括兩對866隔開的光柵元件867、868、869和870。如圖所示，光柵元件867和869在一區域中共同延伸，沿D2方向彼此重疊并沿D1方向彼此隔開一定距離，該距離小于光柵767和769隔開的距離。光柵元件867和869中的每一個包括沿D2方向隔開的一系列平行線。光柵元件868和870在一區域中共同延伸，沿D1方向彼此重疊并沿D2方向彼此隔開一定距離，該距離小于光柵元件768和770隔開的距離。光柵元件868和870中的每一個包括沿方向D1隔開的一系列平行線。以此構造，在模具198于襯底區域69正確對準后，兩對866被排列成位于SAME 766內，示為圖19中的966。
參考圖17、18和20，應該理解光柵766、767、768、769、868、867、869和870中的每一個可包括如以上所討論并示為光柵967、968、969、970和1067、1068、1069和1070的棋盤圖案。最后，如圖21所示，可將光柵967、968、969、970形成為鄰接的，從而限定框1266，如光柵1067、1068、1069和1070限定框1266一樣。
本文提出的對準方案可在有不精確地知道其參數的光學元件的情況下使用，而不會顯著損害所測量信號的質量。例如，模板可以額定為1至10mm厚，且其厚度的容限是0.1mm或更高。此外，刻印系統可具有另外的窗口，可通過該窗口進行對準，該窗口的光學性能可改變。例如，1mm厚的透明窗口可受到空氣壓力，導致其在對準過程中通過改變量而受到應力。
上述本發明的實施例是示例性的。可對上述公開進行改變和修改，同時仍在本發明的范圍內。例如，上述對準標記構造中的每一個可利用0級信號來成像，只要傾斜的照明源在標記上反射到以相同但相反的角度傾斜的檢測器。或者，這些標記還可以按由平行線形成其圖案區的形式來形成，以增強由傾斜的檢測系統成像其第一或更高級衍射信號的能力。SAME區域對于與其對應的TAME可以是空心框或與實心框交叉或交叉形狀，反之亦然，且如果TAME是通用對準目標，則對于對應的目標也是如此。如果采用零級成像，則SAME目標具有固體特征。采用傾斜照明，可利用傾斜的聚光裝置來實現零級照明。如果采用更高級的成像，則可將目標形成為具有作為傾斜的聚光裝置的方向的函數的適當方向的平行線的組合。因此，本發明的范圍不應限于以上描述，相反應參考所附權利要求連同其全范圍的等價技術方案來確定。
權利要求
1.一種用于確定兩坐標系之間的相對空間參數的系統，所述系統包括
用于在多個點處感測所述兩坐標系之間的相對對準并確定它們之間的相對空間參數的分析系統，且所述相對空間參數包括相對面積和相對形狀。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述分析系統還包括多個檢測系統，其中每一個檢測系統被構造成感測以關于所述兩坐標系中的一個的法線的傾斜角度衍射的光能。
3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述分析系統還包括多個檢測系統，其中每一個檢測系統被構造成感測含有對應于所述相對對準的信息的光能并響應于此生成信息信號，且所述分析系統還包括被耦合來接收所述信號并響應于此生成控制信號的處理器。
4.如權利要求3所述的控制信號，其特征在于，包括在材料固化期間用于熱縮放效應的先驗補償。
5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述相對空間參數還包括對準和方向。
6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一坐標系對應于位于第一平面中的第一襯底，且所述第二坐標系對應于位于與所述第一平面隔開的第二平面中的第二襯底。
7.如權利要求6所述的系統，其特征在于，所述第一平面與所述第二平面之間的間隔小于1微米。
8.如權利要求6所述的系統，其特征在于，所述第一平面與所述第二平面之間的間隔部分或完全以刻印流體填充。
9.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一坐標系由設置在第一襯底上的第一組光柵限定，而所述第二坐標系由設置在第二襯底上與所述第一組光柵重疊的第二組光柵限定。
10.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一坐標系由沿第一方向呈周期性的設置在第一襯底上的第一組光柵限定，而所述第二坐標系由在兩正交方向上呈周期性的設置在第二襯底上與所述第一組光柵重疊的第二組光柵限定。
11.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一坐標系由設置在第一襯底上的第一組光柵限定，且所述檢測系統的一個子集包括照明源和檢測器，其中所述源沿一路徑引導能量以照射到所述襯底的一個區域上，且所述檢測器感測從所述區域返回并沿所述路徑傳播的能量。
12.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一坐標系由設置在第一襯底上的第一組光柵限定，且所述檢測系統的一個子集包括照明源和檢測器，其中所述源沿一路徑引導能量以照射到所述第一組光柵上，從而形成第一級衍射能，且檢測器被構造成感測沿所述路徑傳播的所述第一級衍射能。
13.一種用于確定兩坐標系之間的相對空間參數的方法，所述方法包括
沿第一方向改變所述兩坐標系之間的距離，同時沿與所述第一方向正交的第二方向在多個點處確定所述兩坐標系之間的相對對準，以確定所述兩坐標系之間在沿所述第一方向的不同距離處的相對空間參數。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，確定所述兩坐標系之間的相對對準是沿與所述第一和第二方向都正交的第三方向的。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述確定空間參數包括確定對準、放大和偏斜參數。
16.如權利要求13所述的方法，其特征在于，確定所述兩坐標系之間的相對對準還包括感測以關于所述兩坐標系中的一個的法線的傾斜角度衍射的光能。
17.如權利要求13所述的方法，其特征在于，確定所述兩坐標系之間的相對對準還包括感測以關于所述兩坐標系中的一個的法線的傾斜角度衍射并從多個點傳播的光能。
18.如權利要求13所述的方法，其特征在于，確定所述兩坐標系之間的相對對準在所述距離具有來自基本由4微米和1微米組成的一組大小的與之相關聯的大小時發生。
19.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述兩坐標系中的一個是模具，而另一個坐標系是晶片，其中確定所述兩坐標系之間的相對對準還包括在最終距離處確定相對對準，且在所述模具和所述模板之間限定一體積，且所述體積由聚合材料填充。
全文摘要
本發明的特征在于確定兩坐標系之間的相對空間參數的系統和方法，這兩個坐標系可以是模具和其中采用模具來生成圖案的襯底。為此，感測兩坐標系之間在多個點處的相對對準以確定它們之間的相對空間參數。相對空間參數包括相對面積和相對形狀。
文檔編號G01B11/26GK101115971SQ200580040751
公開日2008年1月30日 申請日期2005年11月21日 優先權日2004年11月30日
發明者P·K·林瑪卡亞拉, T·H·拉弗蒂, A·阿格里, B-J·崔, P·D·蘇馬克, D·A·巴布斯, V·N·柴斯蓋特 申請人:分子制模股份有限公司