专利名称：模板图像的获取方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路光刻生产领域，尤其涉及一种模板图像的获取方法。
技术背景
对准系统是半导体光刻设备中的一个核心分系统，其对准精度往往直接决定了半 导体光刻设备所能达到的套刻精度。半导体光刻设备将描绘在掩模版上的电路图形通过光 学投影的方法投影在涂有感光材料的曝光对象(例如，硅片)的表面。然后通过刻蚀等工 艺实现掩模版和曝光对象之间的图形转移。由于芯片是由多层电路组成的，集成电路芯片 通常需要多次曝光完成。为保证不同电路层之间的精确位置关系，在投影曝光过程中，必须 通过对准系统实现掩模、曝光对象之间的精确对准。
机器视觉对准系统是通过机器视觉技术实现掩模版和曝光对象之间的自动对 准。在此自动对准系统中，通过成像光路获取对准标记的图案并成像在电荷藕合器件 (CCD, Charge Coupled Device)或 CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor Transistor)图像传感器上,从而获得对准标记的数字图像。通过数字图像处理和模板图像 的匹配技术，获得标记图像在图像坐标系中的位置，再将其转换成为对准标记在物理世界 的坐标(工件台坐标系坐标或者掩模台坐标系坐标)。通过掩模版和曝光对象上标记的坐 标关系，建立它们之间的相对坐标关系，从而实现掩模版和曝光对象之间的对准。
在半导体光刻设备中，由于图像匹配技术的特性，模板图像的中心点位置与对准 标记的中心点位置的偏差，将直接导致标记图像在图像坐标系中的位置产生偏差，进而对 步进光刻机工艺试验中的对准效果和效率产生影响。
然而，目前应用在半导体光刻设备对准系统上的模板图像的获取方法，主要是通 过设置阈值确定图像边界，进而获取模板图像。该方法虽然操作简单，但是要求模板图像清 晰度高，对于由阴影处理效果较差的图像生成的模板图像，图像的中心位置与对准标记的 中心位置偏差很大(通常在几十个微米)，通常需要经过多次的工艺试验才能实现对准。发明内容
本发明的目的在于提供一种模板图像的获取方法，以改善现有技术的缺失。
为解决上述技术问题，本发明提供的模板图像的获取方法包括以下步骤(a)输 入第一图像，第一图像具有对准标记；(b)计算对准标记的形心的坐标，并将获取的形心取 整；(C)以步骤(b)获取的形心为中心裁剪第一图像，以获得第二图像，使对准标记的取整 后的形心坐标到第二图像左右边缘、上下边缘距离相等；(d)计算第二图像的形心坐标，并 计算第二图像的形心坐标与第二图像的中心之间的第一偏移量；(e)利用插值方法放大第 二图像，以获得第三图像；(f)基于步骤(e)中的放大倍数将步骤(d)中的第一偏移量换算 成第二偏移量；(g)根据第二偏移量来平移第三图像；(h)利用插值方法缩小第三图像至与 第二图像相同的尺寸。
在本发明的一实施例中，步骤(b)包括以下步骤采用坎尼算法对第一图像进行边缘检测，通过梯度方向多项式拟合的方法获取对准标记的亚像素边缘的位置；通过边缘跟踪和连接算法，将亚像素边缘变换成唯一的多边形，并且通过三角形分割法获取对准标记的形心。
在本发明的一实施例中，步骤(b)包括以下步骤使用边缘检测器提取第一图像的对准标记的边缘；根据提取的边缘使用重心法计算对准标记的形心的坐标。
在本发明的一实施例中，步骤(b)包括以下步骤利用大津法计算第一图像的灰度阈值；利用灰度阈值对第一图像进行二值化，将对准标记和第一图像的背景分割；利用重心法计算对准标记的形心的坐标。
在本发明的一实施例中，步骤(b)包括以下步骤利用重心法计算对准标记的形心的坐标。
在本发明的一实施例中，步骤(C)包括以下步骤分别计算形心并取整至第一图像的上边缘与下边缘的距离；分别计算形心并取整至第一图像的左边缘与右边缘的距离； 以取整后的形心坐标为中心裁剪第一图像，使取整后的形心坐标至第一图像的上下边缘距离相等，取整后的形心坐标至第一图像的左右边缘距离相等，以获得第二图像。
在本发明的一实施例中，步骤(e)中的插值方法为最近邻插值方法、双线型插值方法或双立方插值方法。
在本发明的一实施例中，步骤(g)包括以下步骤当需要将第三图像向左或右平移第一像素单位时，在第三图像的左侧或右侧裁剪第一像素单位，并在第三图像的右侧或左侧增加第一像素单位，其中新增加列的灰度值直接复制右或左列边缘的灰度值；当需要将第三图像向上或下平移第二像素单位时，在第三图像的上侧或下侧裁剪第二像素单位， 并在第三图像的下侧或上侧增加第二像素单位，其中新增加行的灰度值直接复制下或上行边缘的灰度值。
综上所述，本发明的模板图像的获取方法，主要应用高精度的形心定位算法及插值算法，精确定位对准标记的形心 位置，获取的模板图像的中心位置和对准标记的形心位置基本重合，两者误差的误差可以控制在20nm以下。
图1是本发明一较佳实施例的模板图像的获取方法的流程图2A 2E是本发明一较佳实施例的模板图像的获取方法的实现过程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明一较佳实施例的模板图像的获取方法的流程图。图2A 2E是本发明一较佳实施例的模板图像的获取方法的实现过程示意图。请参考图1以及图2A 2E。在本实施例中，模板图像的获取方法可应用于半导体光刻设备中的对准系统，具体详述如下。
如图1中的步骤Sll以及图2A所示，输入第一图像31，第一图像31具有对准标记 33。在此，第一图像31中除去对准标记33的部分可定义为第一图像31的背景32。S卩，第一图像31由背景32和对准标记33组成。
接着，如图1中的步骤S12以及图2B所示，计算对准标记33的形心的坐标，并将 形心的坐标取整，以得到取整后的形心坐标41。具体而言，其可通过四种方法来计算获得， 分别叙述如下。
第一种方法主要包括下述两个步骤。首先，采用坎尼(Canny)算法对第一图像31 进行边缘检测，通过梯度方向多项式拟合的方法获取对准标记33的亚像素边缘的位置。其 次，通过边缘跟踪和连接算法，将亚像素边缘变换成唯一的多边形，并且通过三角形分割法 获取对准标记33的形心的坐标，取整后得到形心坐标41。
在上述第一个步骤中，利用坎尼算法来进行边缘检测主要分四步进行第一，高斯 滤波对图像去噪；第二，由原始灰度图求出纵横两个梯度图以及综合梯度图；第三，结合上 述三个梯度图来进行非极大抑制；第四，进行边缘连接。由于坎尼算法是本领域内早已实现 的算法，故在此不再赘述。
第二种方法主要包括下述两个步骤。首先，使用边缘检测器提取第一图像31的 对准标记33的边缘；其次，根据提取的边缘使用重心法计算对准标记33的形心的坐标， 取整后得到形心坐标41。其中，边缘检测器可为Roberts、PreWitt、Sobel, LoG或Zeros Crossing边缘检测器。然而，本发明对此不作任何限制。
第三种方法主要包括下述三个步骤。首先，利用大津法(Ostu)计算第一图像31的 灰度阈值；其次，利用灰度阈值对第一图像31进行二值化，将对准标记33和第一图像31的 背景32分割；再次，利用重心法计算对准标记33的形心的坐标，取整后得到形心坐标41。 其中，大津法是一种自适应的阈值确定的方法，是本领域内早已实现的算法，故在此不再赘 述。
第四种方法是利用重心法计算对准标记33的形心的坐标，取整后得到形心坐标 41。
在本实施例中，当计算获得对准标记33的取整后的形心坐标41之后，如图1中步 骤S13所示，以取整后的形心坐标41为中心裁剪第一图像31，以获得图2C中的第二图像 46，使对准标记的取整后的形心坐标41到第二图像46左右边缘、上下边缘距离相等。
具体而言，在此步骤中，如图2B所示，计算形心坐标41至第一图像31的上边缘与 下边缘的距离44与45，至第一图像31的左边缘与右边缘的距离42与43。随后，以形心坐 标41为中心裁剪第一图像31，使中心至第一图像31的上下边缘距离相等，使中心至第一图 像31的左右边缘距离相等，以获得第二图像46。在本实施例中，即取至第一图像31的左边 缘与右边缘的距离42与43中的较小者，来裁剪较大者，以确保第二图像46左边缘或右边 缘与第一图像31的左边缘或右边缘重合。同理，取至第一图像31的上边缘与下边缘的距 离44与45的较小者，来裁剪较大者，以确保第二图像46上边缘或下边缘与第一图像31的 上边缘或下边缘重合。然而，本发明对具体的裁剪方法不作任何限定。
在本实施例中，如图1中步骤S14与图2C所示，计算第二图像46的形心坐标51， 并计算第二图像46的形心坐标51与第二图像46的中心52之间的第一偏移量53。需要说 明的是，在此，形心坐标51是未经过取整的坐标值，而图2B中的形心坐标41则是经过取整 的坐标值，因此，此处的形心坐标51并不等同于图2B中的形心坐标41。另外，第一偏移量 53包括形心坐标51与第二图像46的中心52之间的横向偏移量以及纵向偏移量。
在本实施例中，如图1中步骤S15与图2D所示，利用插值方法放大第二图像46，以获得第三图像61。其中，第二图像46中的对准标记33也同步放大成为放大后的对准标记 62。此放大后的对准标记62的形心对应为图2D中的60，而第二图像46的中心52在此可 对应为图2D中的63。另外，在本实施例中，插值方法可为最近邻插值方法、双线型插值方法 或双立方插值方法。本发明对此不作任何限定。
在本实施例中，如图1中步骤S16与图2D所示，基于上述步骤S15中的放大倍数 将第一偏移量53换算成第二偏移量。具体而言，若在步骤S15中第二图像46经放大10倍 后转换成第三图像61，则在此步骤中，第一偏移量53中的横向偏移量以及纵向偏移量分别 乘以10并取整，以对应获得第二偏移量中的横向偏移量64以及纵向偏移量65。然而，本发 明对此放大倍数不作任何限定，使用者可根据实际需求自行确定。
在本实施例中，如图1中步骤S17所示，根据第二偏移量来平移第三图像61，其目 的是为了使放大后的对准标记62的形心60与第三图像61的中心63重合。以图2D为例， 由于在横向上，第三图像61的中心63在形心60的左边，因此，就需要将第三图像61向左 平移第一像素单位。在此，第一像素单位即对应第二偏移量中的横向偏移量64。此时，可在 第三图像61的左侧裁剪第一像素单位，并在第三图像61的右侧增加第一像素单位，其中新 增加列(即，横向)的灰度值直接复制右列边缘的灰度值。此时，即可完成横向的平移。在 其他实施例中，当第三图像61的中心63在形心60的右边，需要将第三图像61向右平移第 一像素单位时，可在第三图像61的右侧裁剪第一像素单位，并在第三图像61的左侧增加第 一像素单位，其中新增加列的灰度值直接复制左列边缘的灰度值。
在纵向上，在图2D中，第三图像61的中心63在形心60的下边，因此，就需要将第 三图像61向下平移第二像素单位。在此，第二像素单位即对应第二偏移量中的纵向偏移量 65。此时，可在第三图像61的下侧裁剪第二像素单位，并在第三图像61的上侧增加第二像 素单位，其中新增加行(即，纵向)的灰度值直接复制上行边缘的灰度值。此时，即可完成 纵向的平移。在其他实施例中，当第三图像61的中心63在形心60的上边，需要将第三图 像61向上平移第二像素单位时，可在第三图像61的上侧裁剪第二像素单位，并在第三图像 61的下侧增加第二像素单位，其中新增加行的灰度值直接复制下行边缘的灰度值。然而，本 发明对此平移方法不作任何限制。
在本实施例中，如图1中步骤S18所示，利用插值方法缩小第三图像61至与第二 图像46相同的尺寸。举例而言，当步骤S15中的放大倍数为10时，此处的缩小倍数即可为 O.1。在此，插值方法可同步骤S15中的类似，即为最近邻插值方法、双线型插值方法或双立 方插值方法。然而，本发明对此不作任何限制。平移后的第三图像61经缩小后，即成为图 2E中的第四图像81，其中的对准标记对应为82。由此，可完成整个过程。
综上所述，本发明较佳实施例提供的模板图像的获取方法，主要应用高精度的形 心定位算法及插值算法，精确定位对准标记的形心位置，获取的模板图像的中心位置和对 准标记的形心位置基本重合，两者误差的误差可以控制在20nm以下。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创 造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员 依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术 方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种模板图像的获取方法，其特征在于，包括以下步骤(a)输入第一图像，所述第一图像具有对准标记；(b)计算所述对准标记的形心的坐标，并将获取的所述形心的坐标取整；(C)以步骤(b)获取的所述形心为中心裁剪所述第一图像，以获得第二图像，使所述对准标记的所述取整后的形心坐标到所述第二图像左右边缘、上下边缘距离相等；(d)计算所述第二图像的形心坐标，并计算所述第二图像的形心坐标与所述第二图像的中心之间的第一偏移量；(e)利用插值方法放大所述第二图像，以获得第三图像；(f)基于步骤(e)中的放大倍数将步骤(d)中的所述第一偏移量换算成第二偏移量；(g)根据所述第二偏移量来平移所述第三图像；以及(h)利用插值方法缩小所述第三图像至与所述第二图像相同的尺寸。
2.根据权利要求1所述的模板图像的获取方法，其特征在于，步骤(b)包括以下步骤 采用坎尼算法对所述第一图像进行边缘检测，通过梯度方向多项式拟合的方法获取所述对准标记的亚像素边缘的位置；以及通过边缘跟踪和连接算法，将所述亚像素边缘变换成唯一的多边形，并且通过三角形分割法获取所述对准标记的所述形心。
3.根据权利要求1所述的模板图像的获取方法，其特征在于，步骤(b)包括以下步骤 使用边缘检测器提取所述第一图像的所述对准标记的边缘；以及根据提取的所述边缘使用重心法计算所述对准标记的所述形心的坐标。
4.根据权利要求1所述的模板图像的获取方法，其特征在于，步骤(b)包括以下步骤 利用大津法计算所述第一图像的灰度阈值；利用所述灰度阈值对所述第一图像进行二值化，将所述对准标记和所述第一图像的背景分割；以及利用重心法计算所述对准标记的所述形心的坐标。
5.根据权利要求1所述的模板图像的获取方法，其特征在于，步骤(b)包括以下步骤: 利用重心法计算所述对准标记的所述形心的坐标。
6.根据权利要求1所述的模板图像的获取方法，其特征在于，步骤(c)包括以下步骤 分别计算所述形心并取整至所述第一图像的上边缘与下边缘的距离；分别计算所述形心并取整至所述第一图像的左边缘与右边缘的距离；以及以所述取整后的形心坐标为中心裁剪所述第一图像，使所述取整后的形心坐标至所述第一图像的上下边缘距离相等，所述取整后的形心坐标至所述第一图像的左右边缘距离相等，以获得所述第二图像。
7.根据权利要求1所述的模板图像的获取方法，其特征在于，步骤(e)中的所述插值方法为最近邻插值方法、双线型插值方法或双立方插值方法。
8.根据权利要求1所述的模板图像的获取方法，其特征在于，步骤(g)包括以下步骤 当需要将所述第三图像向左或右平移第一像素单位时，在所述第三图像的左侧或右侧裁剪所述第一像素单位，并在所述第三图像的右侧或左侧增加所述第一像素单位，其中新增加列的灰度值直接复制右或左列边缘的灰度值；以及当需要将所述第三图像向上或下平移第二像素单位时，在所述第三图像的上侧或下侧裁剪 所述第二像素单位，并在所述第三图像的下侧或上侧增加所述第二像素单位，其中新增加行的灰度值直接复制下或上行边缘的灰度值。
全文摘要
本发明公开了一种模板图像的获取方法，包括以下步骤(a)输入第一图像，第一图像具有对准标记；(b)计算对准标记的形心的坐标，并将获取的形心的坐标取整；(c)以步骤(b)获取的形心为中心裁剪第一图像，以获得第二图像，使对准标记的形心到第二图像左右边缘、上下边缘距离相等；(d)计算第二图像的形心坐标，并计算第二图像的形心坐标与第二图像的中心之间的第一偏移量；(e)利用插值方法放大第二图像，以获得第三图像；(f)基于步骤(e)中的放大倍数将步骤(d)中的第一偏移量换算成第二偏移量；(g)根据第二偏移量来平移第三图像；(h)利用插值方法缩小第三图像至与第二图像相同的尺寸。本发明可确保模板图像的中心位置和对准标记的形心位置基本重合。
文档编号G06T5/50GK103020925SQ20111029792
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月27日 优先权日2011年9月27日
发明者陈跃飞, 徐兵, 贾翔, 杨晓青 申请人:上海微电子装备有限公司