CN114047676B - 纳米压印校准系统、校准方法及纳米压印设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了纳米压印校准系统、校准方法及纳米压印设备，其中校准系统包括控制系统和控制连接到控制系统的平行校准系统，平行校准系统包括至少一组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的第一调节系统；圆形差拍系统包括顺次设置的第一圆形光栅、第一凸透镜装置和第二圆形光栅，第一凸透镜装置至少包括第一凸透镜；第一调节系统依据控制系统的第一控制指令用于调整模板承载平台与压印胶平台之间的表面间距关系。本发明方案校准精度高，通过对校准过程中的尺寸误差进行数量级程度的放大，从而实现了校准过程的精确化和自动化。

Description

纳米压印校准系统、校准方法及纳米压印设备

技术领域

本发明是关于纳米压印技术，特别是关于一种纳米压印校准系统、校准方法及纳米压印设备。

背景技术

纳米压印技术是一种利用模板与压印胶紧密压紧和贴合，然后固化压印胶再将其与模板分开的过程。压印模板需要与承载压印胶的基台精确对准与贴合，需要精密的机械装置配合检测设备实施压印过程。在横向需要压印模板与压印胶承载平台保持平行，该过程称为平行校准。在垂直投影方向需要模板与压印胶在垂直方向在正确的垂直位置开始机械下压过程，该过程称为对准。这样压印出来的图形结构在水平坐标与垂直坐标方向才能够符合设计要求。

现有纳米压印设备在平行与垂直对准方面缺少高精密的调准机构。有的对准设备需人工全程参与，有的对准设备或是偏重于对准，或是偏重于平行校准。此时，易引入人工误差，导致调准精度不高。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米压印校准系统、校准方法及纳米压印设备，通过机器视觉系统将图像信号传送到自动控制系统来控制电机实现全自动的机械调节动作，实现纳米压印模板与压印胶基底的相对垂直位置对准与平行校准，人工参与设备的运行监控。对准工艺采用摩尔纹对准技术，控制技术采用监控设备配合合理设计的光学系统的参与识别而进行自动校准。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了纳米压印校准系统，包括控制系统和控制连接到控制系统的平行校准系统，平行校准系统包括至少一组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的第一调节系统；圆形差拍系统包括顺次设置的第一圆形光栅、第一凸透镜装置和第二圆形光栅，第一圆形光栅设置在模板承载平台，第二圆形光栅设置在压印胶平台，第一圆形光栅相对于模板承载平台上模板的位置关系匹配第二圆形光栅相对于压印胶平台上压印胶的位置关系；第一凸透镜装置至少包括第一凸透镜，且沿观察方向排序，第一凸透镜与第一圆形光栅或第二圆形光栅相邻，并且满足：完成校准时，沿与观察方向相反的方向，第一凸透镜的焦点在位于其下游的第一圆形光栅或第二圆形光栅上(这就满足恰好完全对准时，对应于圆形光栅的摩尔纹消失)；第一调节系统依据控制系统的第一控制指令用于调整模板承载平台与压印胶平台之间的表面间距关系(这里可以被等同于用于调整第一圆形光栅与第二圆形光栅之间的表面间距关系和/或用于调整模板与压印胶之间的表面间距关系以及其它功效相同或者相近的方案)。优选的，第一凸透镜的焦点在位于其下游的第一圆形光栅或第二圆形光栅上的中心(如圆形光栅的圆心)。

在本发明的一个或多个实施方式中，当需要调整的模板承载平台或压印胶平台，具有一个恒定轴时，此时可以采用单点调整，即平行校准系统包括一组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的一个第一调节系统即可，此时可以看到通过一条线和一个点共同确认一个面。当需要调整的模板承载平台或压印胶平台，具有一个恒定点时(如采用球轴，球轴的中心点坐标是恒定的)，此时可以采用两点或者多点调整，即平行校准系统包括两组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的两个第一调节系统即可，此时可以看到通过三点共同确认一个面。包括而不限于本处的“恒定”是指稳定不变的含义，即在同一次校准过程中，相应的点或者轴是稳定不变的基准参照。

在本发明的一个或多个实施方式中，还包括控制连接到控制系统的模板对准系统，模板对准系统包括至少一组矩形差拍系统和对应于矩形差拍系统设置的第二调节系统；矩形差拍系统包括顺次设置的第一矩形光栅和第二矩形光栅(矩形光栅对与光的选择方向应当一致，如采用狭缝光栅时，第一矩形光栅和第二矩形光栅的狭缝排列方向应当一致)，第一矩形光栅设置在模板承载平台，第二矩形光栅设置在压印胶平台，第一矩形光栅相对于模板承载平台上模板的位置关系匹配第二矩形光栅相对于压印胶平台上压印胶的位置关系；第二调节系统依据控制系统的第二控制指令用于调整模板承载平台与压印胶平台之间所成的夹角关系(这里可以被等同于用于调整第一矩形光栅与第二矩形光栅之间所成的夹角关系和/或用于调整模板与压印胶之间所成的夹角关系以及其它功效相同或者相近的方案)。这里的夹角可以限定为：当模板承载平台与压印胶平台中至少任一为参考面时，模板的中心在参考面上的投影与压印胶的中心在参考面上的投影，在以转轴在参考面上的投影为顶点时所成的角，一般而言转轴是垂直于参考面的。

在本发明的一个或多个实施方式中，还包括控制连接到控制系统的模板对准系统，模板对准系统包括至少一组矩形差拍系统和对应于矩形差拍系统设置的第二调节系统；矩形差拍系统包括顺次设置的第一矩形光栅、第二凸透镜装置和第二矩形光栅(矩形光栅对与光的选择方向应当一致，如采用狭缝光栅时，第一矩形光栅和第二矩形光栅的狭缝排列方向应当一致)，第一矩形光栅设置在模板承载平台，第二矩形光栅设置在压印胶平台，第一矩形光栅相对于模板承载平台上模板的位置关系匹配第二矩形光栅相对于压印胶平台上压印胶的位置关系；第二凸透镜装置至少包括第二凸透镜，且沿观察方向排序，第二凸透镜与第一矩形光栅或第二矩形光栅相邻，并且满足：完成校准时，沿与观察方向相反的方向，第二凸透镜的焦点在位于其下游的第一矩形光栅或第二矩形光栅上；第二调节系统依据控制系统的第二控制指令用于调整模板承载平台与压印胶平台之间所成的夹角关系(这里可以被等同于用于调整第一矩形光栅与第二矩形光栅之间所成的夹角关系和/或用于调整模板与压印胶之间所成的夹角关系)。

在本发明的一个或多个实施方式中，圆形差拍系统或矩形差拍系统还包括光源系统，光源系统用于向第一圆形光栅以及第二圆形光栅提供入射光或用于向第一矩形光栅以及第二矩形光栅提供入射光。

在本发明的一个或多个实施方式中，光源系统所提供的入射光波长选择具体视纳米压印产品的尺寸来确认，可以视需要对应地调整为可见光光源或者紫外光源或者极紫外光源等。与光源匹配的光栅也可以进行适应性的调整，即为了满足精度需求，选用线宽与光源波长匹配的光栅类型。优选的，光源系统所提供的入射光为单一波长光源，如激光器作为光源等，以满足与其配合的光栅的成像需求。为了满足精度需求，优选的该单一波长光源的波段采用250纳米以上紫外波段。

在本发明的一个或多个实施方式中，针对不同位置即如平行校准系统包括两组组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的两组第一调节系统时，该两组圆形差拍系统中可以选择同样的光源如都选择极紫外激光光源，当然也可以选择不同的光源，如其中一个选择紫外光源，另一个选择极紫外光源。同理地，在模板对准系统也可以如此类似地设置。

在本发明的一个或多个实施方式中，针对平行校准系统和模板对准系统以选择同样的光源如都选择极紫外激光光源，当然也可以选择不同的光源，如其中平行校准系统中选择紫外光源，模板对准系统中选择极紫外光源。

在本发明的一个或多个实施方式中，光源系统提供的入射光为平行光。

在本发明的一个或多个实施方式中，入射光的波长对应地匹配于(这里的匹配指入射光的波长与相配合设置的光栅的线宽相近)第一圆形光栅的线宽或第二圆形光栅的线宽或第一矩形光栅的线宽或第二矩形光栅的线宽。需要注意的是，包括而不限于本处的线宽均指刻线宽度。

在本发明的一个或多个实施方式中，第一圆形光栅和第二圆形光栅为具有相同栅距和狭缝宽度的同类型光栅。

在本发明的一个或多个实施方式中，第一矩形光栅的线宽和第二矩形光栅为具有相同栅距和狭缝宽度的同类型光栅。

在上述方案中通过采用同类型的光栅，以获得更优的相干性，从而使得反馈的光学图像的灵敏度更高。这里的光学图像通过光栅的光线以差拍原理等形成的图像。

在本发明的一个或多个实施方式中，第一凸透镜装置还包括与所述第一凸透镜相配合的第一调整装置，第一调整装置用于调整第一圆形光栅与第二圆形光栅之间的间距和/或用于调整第一圆形光栅与第二圆形光栅之间的光斑大小。

在本发明的一个或多个实施方式中，第一凸透镜装置还包括与第一凸透镜相配合的若干第一透镜(该透镜可以包括规格一致的凸透镜或凹透镜，从而形成几个透镜构成的组合)，若干第一透镜与第一凸透镜相配合成透镜组以用于调整第一圆形光栅与第二圆形光栅之间的间距和/或用于调整第一圆形光栅与第二圆形光栅之间的光斑大小，即用于适应调制校准完成的模板承载平台和压印胶平台之间的间距，满足较大压印行程设备的光束高精度传递的需求。

在本发明的一个或多个实施方式中，第一透镜装置还可以包括用于向第一凸透镜或者其它的第一透镜传递光线的光传导器件。优选的光传导器件可以为光纤等，比如并列成组的光纤组等。可以为单纤光纤或多纤光纤。本方案通过进一步地设置光传导器件，从而可以进一步地适应调整或者改善模板承载平台和压印胶平台之间的空间规模。

在本发明的一个或多个实施方式中，第二凸透镜装置还包括与所述第二凸透镜相配合的第二调整装置，第二调整装置用于调整第一矩形光栅与第二矩形光栅之间的间距和/或用于调整第一矩形光栅与第二矩形光栅之间的光斑大小。

在本发明的一个或多个实施方式中，第二凸透镜装置还包括与第二凸透镜相配合的若干第二透镜(该透镜可以包括规格一致的凸透镜或凹透镜，从而形成几个透镜构成的组合)，若干第二透镜与第二凸透镜相配合成透镜组以用于调整第一矩形光栅与第二矩形光栅之间的间距和/或用于调整第一矩形光栅与第二矩形光栅之间的光斑大小，即用于适应调制校准完成的模板承载平台和压印胶平台之间的间距，满足较大压印行程设备的光束高精度传递的需求。

在本发明的一个或多个实施方式中，第二透镜装置还可以包括用于向第二凸透镜或者其它的第二透镜传递光线的光传导器件。优选的光传导器件可以为光纤等，比如并列成组的光纤组等。可以为单纤光纤或多纤光纤。本方案通过进一步地设置光传导器件，从而可以进一步地适应调整或者改善模板承载平台和压印胶平台之间的空间规模。

在本发明的一个或多个实施方式中，应用于纳米压印系统的校准方法，包括如下步骤：在控制系统内预设与校准完成向对应的校准图像，控制系统在校准过程中连续比较目标图像和校准图像形成比较信息；控制系统依据比较信息向第一调节系统和/或第二调节系统反馈控制指令，用于调整模板承载平台和压印胶平台之间的相对位置关系。

在本发明的一个或多个实施方式中，应用于纳米压印系统的校准方法，包括如下步骤：以在校准过程中，模板承载平台和压印胶平台中具有固定位置的一个为依托，构建三维坐标系中的一个基准面，并据此构建参考坐标系；重置第一调节系统和/或第二调节系统；在控制系统内预设与校准完成向对应的校准图像，控制系统在校准过程中连续比较目标图像和校准图像形成比较信息；控制系统依据比较信息向第一调节系统和/或第二调节系统反馈控制指令，用于调整模板承载平台和压印胶平台之间的相对位置关系。

在本发明的一个或多个实施方式中，纳米压印设备，包括如前述的纳米压印校准系统。

在本发明的一个或多个实施方式中，纳米压印设备，包括如前述的纳米压印校准系统以及图像采集装置，图像采集装置用于与平行校准系统和/或模板对准系统配合以获取目标图像，目标图像采集自圆形差拍系统的像侧和/或矩形差拍系统的像侧，控制系统比对目标图像以匹配获取控制指令调控第一调节系统和/或第二调节系统。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的纳米压印校准系统、校准方法及纳米压印设备，充分利用光栅光学图像对校准尺寸偏差所形成的10-100倍的放大效应，从而为机器高精度识别和操控提供了依据，实现高精度的自动化控制。机器高精度识别和操控提供这一目的，可以建立在对过程具有良好实时放大功效光学图像识别如摩尔纹等的对准，与机器视觉配合的基础上实现的。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的纳米压印设备的结构示意图；

图2是根据本发明一实施方式的平行校准的一种状态演示图；

图3是根据本发明一实施方式的平行校准的校准状态下的一种状态演示图；

图4是根据本发明一实施方式的平行校准过程的一种状态演示图；

图5是根据本发明一实施方式的平行校准过程的一种状态演示图；

图6是根据本发明一实施方式的平行校准过程的一种状态演示图；

图7是根据本发明一实施方式的模板对准过程的一种状态演示图；

图8是根据本发明一实施方式的模板对准过程的一种状态演示图；

图9是根据本发明一实施方式的模板对准过程的一种状态演示图；

图10是根据本发明一实施方式的模板对准过程中光栅光学图像调整示意图，其中方框中的箭头表示一种可能的调整方向，a为在对准状态下两个相同的平行光栅的光学图像，b为在对准状态下两个不同的平行光栅(具有不同的线宽)的光学图像；

图11是根据本发明一实施方式的模板对准过程中两个相同的圆形光栅光学图像调整示意图，其中方框中的箭头表示一种可能的调整方向；

图12是根据本发明一实施方式的模板对准过程中两个不同(具有不同的线宽)的圆形光栅光学图像调整示意图，其中方框中的箭头表示一种可能的调整方向；

图13是根据本发明一实施方式的纳米压印设备的第一透镜装置或第二透镜装置的两种可能的结构示意图，A为采用光纤与至少一个透镜组合的形式，B为采用多个透镜组成的透镜的形式；

图14是根据本发明一实施方式的应用于纳米压印系统的校准流程示意图；

图15是根据本发明一实施方式的应用于纳米压印系统的部分控制指令的匹配示意。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图13所示，根据本发明优选实施方式的纳米压印校准系统，包括用于承载功能部分的基台1，此时基台1可以被视作载体，也可以为针对不同类型的技术方案提供基准。

作为一种实施方式，除压印胶平台331或模板承载平台220中的预先限定(通过预先的限定使该平台不需要再行调整)的一个平台外，在基台1自身可以不为需要校准的压印胶平台331或模板承载平台220中的另一个提供基准，而可以采用如图1所示方式或者类似方案，图1中以球轴提供了一个基准点，需要调整的平台上另行提供两个调整点，即此时平行校准系统可以提供两组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的两组第一调节系统，从而通过该两个调整点的调整配合基准点，从而完成对压印胶平台331与模板承载平台220之间的平行校准。图1中最上面平台下沿放置压印模板，中间有上升机构用来承载压印胶平台331，压印胶平台331上有平行光栅以及圆形光栅。

作为一种实施方式，除压印胶平台331或模板承载平台220中的预先限定(通过预先的限定使该平台不需要再行调整)的一个基准平台外，在基台1自身还可以为需要校准的压印胶平台331或模板承载平台220中的另一个提供一个基准轴(可以为X轴方向的基准轴也可以为Y轴方向的基准轴，当然在也可以采用其它方向的基准轴，具体视设备操控和控制难度等方面决定)，该基准轴是与基准平台通过预先校准平行的，即该轴不需要参与调整，与图1中以球轴提供了一个基准点不同的是，此时在需要调整的平台上另行提供一个调整点，即此时平行校准系统可以提供一组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的一组第一调节系统，从而通过该一个调整点的调整配合基准轴，从而完成对压印胶平台331与模板承载平台220之间的平行校准。

作为一种实施方式，圆形差拍系统包括顺次设置的第一圆形光栅、第一凸透镜装置和第二圆形光栅，第一圆形光栅设置在模板承载平台220，第二圆形光栅设置在压印胶平台331，第一圆形光栅相对于模板承载平台220上模板的位置关系匹配第二圆形光栅相对于压印胶平台331上压印胶的位置关系；第一凸透镜装置可以包括第一凸透镜，且沿观察方向排序，第一凸透镜与第一圆形光栅或第二圆形光栅相邻，并且满足：完成校准时，沿与观察方向相反的方向，第一凸透镜的焦点在位于其下游的第一圆形光栅或第二圆形光栅上。

此时，在如图1所展示的实施方案中进一步地限定了第一凸透镜与第二圆形光栅相邻，从而在完成校准时，第一凸透镜的焦点在第二圆形光栅下表面，即如图2-6中所展示的情形。

作为一种实施方式，第一调节系统依据控制系统的第一控制指令用于调整模板承载平台220与压印胶平台331之间的表面间距关系，这里的调整可以通过关联机构之间的调整行程关系或者角度关系等来实现。比如以行程电机(如直线电机或步进电机等)或者气缸或者油缸等实现，可以以其驱动沿滑轨进行移动，而实现Z轴范围内发生位置表动，并最终实现模板承载平台220与压印胶平台331在XOY平面方向的平行。

作为一种实施方式，如图1和图4-6所展示的一种可行方案中，电机Z1 212、Z2均设置在电机承载平台2上。与电机Z1 212、Z2对应地设置有行程机构如螺杆、滑轨等以及活动机构如与螺杆配合(内圈与螺杆外螺纹咬合的螺纹头，螺纹头的外圈具有用于连接限定的固定结构)、与滑轨配合的滑块等。此时压印模板平台一侧被连接到球轴上，以形成可以绕球轴中心点(如球心)转动的基准点结构，此时球轴的球心即可以被视作基准点。与电机Z1212、Z2对应地设置的两个活动机构则作为另外两个调整点，活动机构如滑块或螺纹头被限定到压印模板平台上远离球轴的两个不同的点，该两个点即与球轴的球心形成了校准压印模板平台的三个点。当然为了满足在校准过程中压印模板平台可能发生的角度变化，如发生由图4向图5和图6转变的过程，压印模板平台倾斜角度发生改变，为了应对这一改变，活动机构与压印模板平台之间的连接结构可以为转轴或者铰链等以至少提供在XOZ平面的旋转自由度。通过以球轴球心为基准点，如图5和图6所示地对应地调整电机Z1 212、Z2，从而实现了对实现模板承载平台220与压印胶平台331在XOY平面方向的平行校准。

作为一种实施方式，当然在XOY平面方向的平行校准过程可以借由与电机Z1 212、Z2相配合的两组圆形差拍系统所显示的光学图像进行反馈，通过均衡地对比两组圆形差拍系统所展示的光学图像的状态进而对校准状态进行确认。由于在这一过程中光学图像如摩尔纹等对光栅条纹对准的偏离具有数量级放大能力(如10-100倍的放大，这种放大程度视采用光栅、图像捕获设备如CCD相机310的精度和处理设备如处理芯片或者显卡等处理能力有关)，这就使得校准精度可以满足纳米级的微调，即可以实现纳米级的调整过程的捕获。

作为一种实施方式，当然在XOY平面方向的平行校准过程，为了满足高精度的调整，这一过程可以为在数字控制器可以为满足要求的智能设备如主控电脑所运行的电脑程序来进行操控。

作为一种实施方式，如图1和图4-6所展示的一种可行方案中，电机Ro 211可以设置在电机承载平台2上。在完成对模板承载平台220与压印胶平台331在XOY平面方向的平行校准后，即当前状态可能处于图7所展示的模板承载平台220与压印胶平台331沿Z轴存在一定的角度偏差或者其上的模板与压印胶沿Z轴存在一定的角度偏差，驱动电机Ro 211绕球轴的基准点进行一定角度范围内的旋转，即使可以调节的模板承载平台220或压印胶平台331在平行于XOY平面的平面内调整一定角度，在图1中显示的是可以对模板承载平台220进行调整。

作为一种实施方式，第二调节系统依据控制系统的第二控制指令用于调整模板承载平台220与压印胶平台331之间的对准角度关系，这里的调整可以通过关联机构之间的调整行程关系或者角度关系等来实现。比如以行程电机(如直线电机或步进电机等)或者气缸或者油缸等实现，可以以其驱动沿滑轨进行移动，而实现绕球轴的基准点进行一定角度范围内的旋转，并最终实现模板承载平台220与压印胶平台331在Z轴方向的对准。

作为一种实施方式，包括而不限于上述实施方案在对于电机、气缸或者油缸等的操作执行过程中，数字控制器不断地对比捕获的实施光学图像即目标和预设在数字控制器内的校准图像，以判断当前是出于需要校准或者对准的状态，还是处于校准完成的状态或者处于对准完成的状态或者处于压印设备校准完成待命的状态。在处于校准完成的状态时，则可以通过比对，判定当前操作指令如图1以及4-6所展示的需要对两个调整点进行“上行”或“下行”的指令(本过程中圆形光栅的光学图像变化可以如图11或12所示，对准完成状态下可以依据不同类型的光栅组合获得不同的光栅光学图像，其中a为同一光学系统中两个圆形光栅为线宽一致的同种光栅，最终获得稳定的光学图像，b为同一光学系统中两个圆形光栅为线宽不一致的不同光栅，最终获得有规律明暗变化的同心光学图像)或者如图7所示的对对准角度偏差进行调整(本过程中矩形光栅的光学图像变化可以如图10所示，对准完成状态下可以依据不同类型的光栅组合获得不同的光栅光学图像，其中a为同一光学系统中两个矩形光栅为线宽一致的同种光栅，最终获得稳定一致的光学图像，b为同一光学系统中两个矩形光栅为线宽不一致的不同光栅，最终获得有规律明暗变化的光学图像)，具体的指令行程所限定的移动范围(即调调整点由电机等驱动运行的位移)可以由设备经过深度“学习”判定，也可以在同一类型的光栅下，在同样的条件下对不同形态光栅图案与位移举例进行经验统计，形成“衍射图案”与“位移”的对照表，参照实施。

这种情形下，可以在数字控制器中预设不同的光学图像所对应的控制指令，可以如下表所示，当然下表1和图15中所展示的仅仅用于举例演示，而不包括本发明实施过程用所有可能的情形，也不用于限定本发明的范围：

图15是本发明部分实施方式中控制指令的匹配示意，其中水平方向、竖直方向、左右方向、上下方向，仅仅以观察者观察纸面时的视角为基准，来对举例说明。

表1控制指令匹配表

作为一种实施方式，模板对准系统中除第一矩形光栅和第二矩形光栅外，还可以设置第二凸透镜装置，同理如平行校准系统中的第一凸透镜装置进行类似的设置，第二凸透镜装置可以包括第二凸透镜，且沿观察方向排序，第二凸透镜与第一矩形光栅或第二矩形光栅相邻，并且满足：完成校准时，沿与观察方向相反的方向，第二凸透镜的焦点在位于其下游的第一矩形光栅或第二矩形光栅上。

此时，在如图1所展示的实施方案中可以进一步地限定了第二凸透镜与第二矩形光栅相邻，从而在完成对准时，第二凸透镜的焦点可以在第二矩形光栅下表面上的预定点或者限定的预定范围内。

作为一种实施方式，在如图1所展示的情形下，与各组光栅向配合的光源系统设置在压印胶平台331的下方和图像采集装置设置在模板承载平台220的上方，以满足光线由光源发出后经过位于压印胶平台331的光栅，传导至透镜装置，再经过模板承载平台220的光栅，然后由图像采集装置如CCD相机310等捕获目标图像，反馈到控制主机，控制主机对比捕获的目标图像与校准图像，对当前状态下的第一调节系统或第二调节系统中的发出控制指令，操控对应的电机或者油缸或者气缸等运行，进行调节，直至校准完成。此时光源系统可以为平行光光源，也可以为点光源。而对于光源的波长选择可以参照加工精度或者调节精度的需求，而选择极紫外光源、紫外光源设置是可见光光源等。优选的，光源采用具有单一波段的光源，这里的单一波段是指工作波段为非全波段，而仅在一个较小范围内的波段进行选择性地提供照射光的光源，即照射向光栅的光线为单一波段的，如在250-400nm或250-450nm等范围内的光源，如紫外激光器等。波段范围的选择以加工产品的精度要求以及成像精度要求有关，即波长与刻线宽度的配合等相关。

作为一种实施方式，类似于如图13所示的两者情形下，第一透镜装置或第二透镜装置还可以为限定的凸透镜(第一凸透镜或第二凸透镜)配合其它透镜(可以为凸透镜或者凹透镜等)组成的透镜组(如图13中B所示)或者限定的凸透镜(第一凸透镜或第二凸透镜)与光纤等光传导器件向组成的情形(如图13中A所示)，以此满足设备对操作空间、压印行程或者产品尺寸等多方面的需求。

作为一种实施方式，针对图1-9所示实施例具体地讲：

平行校准过程，即将模板承载平台220与压印胶平台331调整到二者平行的过程：

首先需要调校透镜系统，在确定模板承载平台220与压印胶平台331合格(包括安装、精度以及光栅、模板和压印胶等的坐标匹配)的情况下，即工作前预检测合格，调校到能够同时满足两个要求：一是两平台保持平行，二是透镜能将下光栅图像准确聚焦在上光栅的下沿。即平行校正位置，取决于透镜焦距以及安装透镜的机械位置，该位置确定，平台的机械位置即确定。如果两平台平行状态下，透镜未能将下光栅图像准确聚焦在位于图1中模板承载平台220上光栅下沿，则需要精确地调节透镜安装位置。在此基础上，再行校准和压印工作。这里的机械调节装置可以采用相机镜头调节用的机械调节机构等有关行程或距离调节的现有技术方案，这里就不作一一限定。

图2为平行校准下的系统状态示意图，两平台已经实现了平行对准，其中上平台为模板承载平台220，下平台为压印胶承载平台。

图3为平行校准下的系统透镜与光栅限定状态示意图，两平台平行下，限定凸透镜中心点距离上光栅下沿距离恰好为凸透镜焦距，即凸透镜的实焦点刚刚好落在上光栅下沿。

图4-6为调整过程演示图，其中：图4为平行校正前，模板平台与基台1上的压印胶平台331之间的一种位置关系演示图，图5和图6均为平行校准过程中通过调节引起对应光栅所展示的一种可能情形。

在完成模板承载平台220和压印胶平台331平行校准，实现两平台平行后，即可再进行模板承载平台220和压印胶平台331对准，最终实现模板和压印胶的对准。

模板的对准：

对准前须先调节模板平台与压印胶平台331的旋转方向，使两平台在Z轴方向对正，即如图7所示，此时平台Z轴未对正(即垂直于图7纸面方向为Z轴方向)时的一种状态示意图，方形窗与圆形窗都存在摩尔纹。

调节电机Ro，使得平台以球轴的球心为圆心在平行于XOY的平面内旋转，直到方形窗(平行光栅)摩尔纹消失，如图8所示的情形，表明模板平台与压印胶平台331在Z轴方向对正。

在一种设定情形下，即限定两组圆形光栅和一组矩形光栅的光学图像只有在图9所展示的情形下才满足压印胶与模板的对正要求。此时如果由CCD相机310所捕获的光学图像显示两个圆形光栅的摩尔纹仍有明显的显示如图8所示，即超出预设范围外，则表明模板承载平台220和压印胶平台331仍存在偏差。继续调节电机A341和电机B343，如图1所展示的，电机A341和电机B343可以分别调整模板承载平台220在X方向和Y方向的位移关系，直到两圆形光栅摩尔纹消失。重复这一过程直至三个光栅显示的图像可以如图9所示的，代表压印胶与模板对正符合预设要求，则表明压印设备的整体校准工作完成，锁紧所有电机，完成纳米压印预备工作。

图10演示了本方案的两平行的矩形光栅在竖直方向逐渐对准的过程，其中a为两光栅为同类型光栅的对准状态，b为两光栅为不同类型光栅的对准状态，此时具有也明显的明暗分区。图11和12演示了两种实施例的两圆光栅在水平方向逐渐对准的过程。具体实施过程中，光栅线宽极窄，摩尔纹在两光栅距离圆心相差不超过1～10％线宽(不是栅距)的范围内才会消失。并且摩尔纹的宽度一般比光栅宽度要大一到两个数量级，通过视觉算法，程序自动将摄像头捕获的摩尔纹图像进行处理并控制电机做平台调整，在保持对准精度的同时，做到不需要人工干预的自动对准。

X轴运动滑轨控制装置左右运动，电机与x轴滑轨刚性连接，电机具有紧固功能。

Y轴运动滑轨控制装置前后运动，电机与y轴滑轨刚性连接，电机具有紧固功能。

上升装置如电机Z1 212、电机Z2 213关联的行程装置的行程路线与球轴垂直轴线平行。

支撑杆上有模板承载平台220，用来承载三个电机(旋转控制电机Ro以及两个控制俯仰的电机Z1 212、电机Z2 213)。该平台上具有平行光栅与圆形光栅以及光学透镜，光栅与透镜安装于观察孔或者安装孔内，其中透镜安装位置可以调解。观察孔或者安装孔是通孔。

平台下面有可见光光源，可见光将压印胶平台331光栅向上与模板承载平台220光栅精密对准，在整个压印装置上方的摄像头(三个摄像头，分别位于光栅观察窗上方，用来观察平行光栅与两个圆形光栅)

如图1和图14所示的，基台1上表面直接由压印主机320限定压印胶平台331，压印胶平台331的上表面对应于压印主机320具有用于设置压印胶的工作区330，在工作区330外侧分布三个具有一定距离的点设置了三个光栅311、312、313，包括两个圆形光栅和一个矩形光栅。压印胶平台331可以为矩形的，球轴与其一角相邻，另外三个角优化地设置三个光栅。

此外，在基台1上表面还设置与电机A341相配合的滑轨A342，滑轨A342上设置与电机A341驱动连接的平台A340，平台A340可以在电机A341的驱动下在滑轨A342上沿X轴方向平移。平台A340上设置有与电机B343相配合的滑轨B344，滑轨B344沿Y轴方向设置，沿Z轴方向设置的球轴座240活动地设置在滑轨B344上，电机B343可以驱动球轴座240在滑轨B344上沿Y轴方向平移。

球轴座240上还固定有电机承载平台2，电机承载平台2可以位于压印胶平台331上方，其上可以设置由对应于供压印胶平台331通过的空缺，电机Z1 212、电机Z2 213和电机Ro 211均设置在电机承载平台2上，其中电机Z1 212、电机Z2 213配合两个圆形光栅设置，电机Z1 212、电机Z2 213为直线电极时，其行程方向可以与Z轴方向平行，用于为模板承载平台220提供竖向的移动分量；电机Ro 211配合矩形光栅设置，电机Ro 211为直线电机时，其行程方向可以与X轴或Y轴方向平行，用于为模板承载平台220提供在平行于XOY平面内的旋转分量。电机Z1 212、电机Z2 213和电机Ro 211均采用直线电机的情形下，一般应当满足可以在一定程度上提供旋转分量，也就是，三者的活动端在滑轨上运行时，活动端与模板承载平台220上的连接部分之间应当形成有转动轴。当然这一功能也可以有直线齿轮配合电机驱动的转动齿轮来实现。

在球轴的球头上还设置有模板承载平台220，此时球头形成了一个可以万向转动的基准点，模板承载平台220同样可以为矩形，配合地对应压印胶平台331上的三个光栅221、222、223，模板承载平台220上也同样设置有两个圆形光栅(与压印胶平台331上的圆形光栅一一对应)和一个矩形光栅(与压印胶平台331上的矩形光栅对应)。

为了在校准工作时，分别及时捕获三组光栅的光学图像，模板承载平台220上还设置有用于承载三个CCD相机310的摄像头平台3，三个CCD相机310分别朝向模板承载平台220上的三个光栅，摄像头平台3通过支架固定到基台1上。

为了提高光源，以满足光学图像精度要求，还可以在压印胶平台331上三个光栅的下方对应地设置三个光源，光源照射方向对应地朝向压印胶平台331上的光栅。此时三个光源都可以分别采用工作波段为250-350nm的紫外激光器。当然三个光源也可以采用不同类型或者不同工作波长的光源，以满足工作需求即可。

对于本实施例设备的校准过程，可以如图14所示的，通过计算机辅助地，重复如下过程：比对实时采集的光学图像(目标图像)和存储于控制计算机中的校准图像，并以比对信息为基础调控对应的电机Z1 212、电机Z2 213、电机Ro 211、电机A341和电机B343，直至实时采集的光学图像满足预定的校准程序终止条件，即可以如图15中举例8所代表的状态或者其它类似的限定状态。此时即表明纳米压印设备校准完成，锁紧电机Z1 212、电机Z2213、电机Ro 211、电机A341和电机B343，则准备工作完成。

在整个系统工作之前，需要精确调整透镜支撑球轴的支撑杆高度与透镜焦距匹配，调整工作具体为模板承载平台220与压印胶承载平台通过精确机构确保距离在透镜精确聚焦的位置，恰好处于相互平行的精确位置并严格固定。之后在安装好压印模板与压印胶后，不会破坏该精确固定位置。在压印进行过程后，也不需再行调整支撑杆高度，只要圆形摩尔纹消失即可确定两平台处于对准的状态。

在平行校准与对准的过程中，从摄像头方向观察到的圆形光栅摩尔纹是从无到有，再到无的一个过程。具体为通过平行校正动作，上下两个圆形光栅刚好通过光学透镜对焦成像，能够使下方圆形光栅准确聚焦到上方光栅玻璃下方，从而在调整的过程中摩尔纹会逐渐呈现出来，旋转运动接着做x轴y轴运动，使平行光栅摩尔纹消失，然后使两圆光栅摩尔纹消失。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种纳米压印校准系统，包括控制系统，其特征在于，还包括控制连接到控制系统的平行校准系统，

所述平行校准系统包括至少一组圆形差拍系统和对应于所述圆形差拍系统设置的第一调节系统；

所述圆形差拍系统包括顺次设置的第一圆形光栅、第一凸透镜装置和第二圆形光栅，所述第一圆形光栅设置在模板承载平台，所述第二圆形光栅设置在压印胶平台，所述第一圆形光栅相对于模板承载平台上模板的位置关系匹配所述第二圆形光栅相对于压印胶平台上压印胶的位置关系；

所述第一凸透镜装置至少包括第一凸透镜，且沿观察方向排序，所述第一凸透镜与第一圆形光栅或第二圆形光栅相邻，并且满足：完成校准时，沿与观察方向相反的方向，所述第一凸透镜的焦点在位于其下游的第一圆形光栅或第二圆形光栅上；

所述第一调节系统依据控制系统的第一控制指令用于调整模板承载平台与压印胶平台之间的表面间距关系；

所述平行校准系统的校准具体地包括：

以球轴提供了一个基准点，需要调整的平台上另行提供两个调整点，即此时平行校准系统可以提供两组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的两组第一调节系统，从而通过该两个调整点的调整配合基准点，从而完成对压印胶平台与模板承载平台之间的平行校准；或

在基台自身为需要校准的压印胶平台或模板承载平台中的另一个提供一个基准轴，该基准轴是与基准平台通过预先校准平行的，在需要调整的平台上另行提供一个调整点，即此时平行校准系统可以提供一组圆形差拍系统和对应于圆形差拍系统设置的一组第一调节系统，从而通过该一个调整点的调整配合基准轴，从而完成对压印胶平台与模板承载平台之间的平行校准。

2.如权利要求1所述的纳米压印校准系统，其特征在于，还包括控制连接到控制系统的模板对准系统，

所述模板对准系统包括至少一组矩形差拍系统和对应于所述矩形差拍系统设置的第二调节系统；

所述矩形差拍系统包括顺次设置的第一矩形光栅和第二矩形光栅，所述第一矩形光栅设置在模板承载平台，所述第二矩形光栅设置在压印胶平台，所述第一矩形光栅相对于模板承载平台上模板的位置关系匹配所述第二矩形光栅相对于压印胶平台上压印胶的位置关系；所述第二调节系统依据控制系统的第二控制指令用于调整模板承载平台与压印胶平台之间所成的夹角关系。

3.如权利要求2所述的纳米压印校准系统，其特征在于，所述圆形差拍系统或所述矩形差拍系统还包括光源系统，所述光源系统用于向第一圆形光栅以及第二圆形光栅提供入射光或用于向第一矩形光栅以及第二矩形光栅提供入射光。

4.如权利要求3所述的纳米压印校准系统，其特征在于，所述光源系统提供的入射光为平行光。

5.如权利要求4所述的纳米压印校准系统，其特征在于，所述入射光的波长对应地匹配于第一圆形光栅的线宽或第二圆形光栅的线宽或第一矩形光栅的线宽或第二矩形光栅的线宽。

6.如权利要求1所述的纳米压印校准系统，其特征在于，所述第一圆形光栅和第二圆形光栅为具有相同栅距和狭缝宽度的同类型光栅。

7.如权利要求2所述的纳米压印校准系统，其特征在于，所述第一矩形光栅的线宽和第二矩形光栅为具有相同栅距和狭缝宽度的同类型光栅。

8.如权利要求1所述的纳米压印校准系统，其特征在于，所述第一凸透镜装置还包括与所述第一凸透镜相配合的第一调整装置，所述第一调整装置用于调整第一圆形光栅与第二圆形光栅之间的间距和/或用于调整第一圆形光栅与第二圆形光栅之间的光斑大小。

9.应用于如权利要求2-5任一所述的纳米压印校准系统的校准方法，包括如下步骤：

在控制系统内预设与校准完成向对应的校准图像，控制系统在校准过程中连续比较目标图像和校准图像形成比较信息；

控制系统依据比较信息向所述第一调节系统和/或所述第二调节系统反馈控制指令，用于调整所述模板承载平台和所述压印胶平台之间的相对位置关系。

10.纳米压印设备，包括如权利要求1-8任一所述的纳米压印校准系统。