专利名称：一种模板图像获取方法
技术领域：
本发明涉及一种图像获取方法，尤其涉及一种用于光刻机对准系统的模板图像的获取方法。
背景技术：
步进光刻机的功能是将描绘在掩模板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硅片等曝光对象的表面，然后通过刻蚀等工艺实现掩模板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，必须实现掩模板和曝光对象之间的精确对准。步进光刻机对准系统是通过机器视觉技术实现掩模板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) CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor Transistor)图像传感器上，从而获得标记的数字图像；通过设置阈值确定图像边界获取标记的模板图像，应用数字图像处理和与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。该方法虽然操作简单，由于图像匹配技术的特性，生成的标记的模板图像中心位置与标记中心位置偏差很大(通常在几十个微米)，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，需要经过多次的工艺试验才能实现对准。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种用于光刻机对准系统的模板图像的获取方法，能够精确定位标记中心位置，减小模板图像中心位置和标记中心位置的偏差，提高光刻机第一次工艺试验中对准的精度，减少工艺试验的次数，提高工作效率，同时实现掩模板和曝光对象之间的精确对准。为了解决上述技术问题，本发明提供一种模板图像获取方法，应用于光刻机对准系统，该光刻机对准系统包括摄像机；图像采集模块，电路连接所述摄像机，用以采集标记图像；控制计算机，电路连接所述图像采集模块；其特征在于，包括采集标记图像并加载至控制计算机的图像编辑器，所述图像编辑器包括区域选取，裁剪，粘贴功能；建立图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系，并调整所述标记图像在所述图像编辑器的位置和大小；通过所述图像编辑器的区域选取功能获取包含标记中心的初次裁剪区域；利用所述图像编辑器的裁剪功能对所述初次裁剪区域进行初次裁剪；
利用所述图像编辑器的粘贴功能加载初次裁剪后的图像，并生成一个标靶坐标系；建立图像坐标系与标靶坐标系的关系，调整所述初次裁剪后的图像，并通过标靶确定所述初次裁剪后的图像中的标记中心；以所述标记中心为图像中心，通过所述图像编辑器的区域选取功能获取二次裁剪区域进行裁剪并获得最终的标记模板图像。进一步的，采用包含C⑶摄像机和图像采集模块的C⑶图像采集装置做为所述摄像机和图像采集模块来采集标记图像。进一步的，所述图像坐标系是以像素单位，以图像左上角为原点的坐标系。进一步的，所述图像编辑器坐标系的坐标轴相互垂直平分所述图像编辑器显示区域。进一步的，所述图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系为(X，Y) = K1(UJ),用以实现标记图像在图像编辑器中放大，缩小和移动，其中(X，Y)表示所述图像坐标系，(U，V) 表示所述图像编辑器坐标系，K1表示坐标转换参数组，包括放大倍率、平移矩阵、旋转矩阵。进一步的，通过所述图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系的建立对所述标记图像进行放大或缩小或平移，使标记图像全部显示在所述图像编辑器的显示区域；通过所述图像编辑器的图像选取功能选取包含全部标记图像的大致区域做为所述初次裁剪区域。进一步的，以初次裁剪后的图像边界建立正方形，在所述正方形的两组对边及对边中线和对角线上生成相应刻度，以所述正方形的中心为标靶中心完成所述标靶坐标系的建立。进一步的，所述图像坐标系与标靶坐标系的关系为(X’，Y’ ) =K2(M, N)，用以实现初次裁剪后的图像在图像编辑器中放大，缩小和移动后图像中心点与标靶坐标系原点重合，其中(Χ’，γ’ )表示初次裁剪后的图像对应的图像坐标系，(Μ,Ν)表示所述标靶坐标系， K2表示坐标转换参数组，包括放大倍率、平移矩阵。进一步的，所述通过标靶坐标系确定所述初次裁剪后的图像中的标记中心通过利用所述图像坐标系与标靶坐标系的关系，对所述初次裁剪后的图像移动或放大，使标靶坐标系的原点与所述初次裁剪后的图像的标记中心点重合，利用标靶坐标系的坐标得到标记中心点的坐标值。进一步的，所述模板图像获取方法还包括通过图像降噪装置对所述二次裁剪后的图像进行降低或消除噪声的预处理。与现有技术相比，本发明应用标靶定位坐标点算法，精确定位标记中心位置，获取的模板图像中心位置和标记中心位置基本重合，在步进光刻机对准系统中使用该标记模板图像做匹配模板图像时，对准系统更能精确的获得标记位置，偏差在几个微米以内，提高了光刻机第一次工艺试验中对准的精度，减少了工艺试验的次数，提高了工作效率，同时实现了掩模板和曝光对象之间的精确对准。
图1是本发明实施例的图像获取的流程示意图；图2Α至2F是本发明实施例的图像编辑器获取的图像示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的图像获取方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。如图1所示，本发明提供一种模板图像获取方法，应用于光刻机对准系统，该光刻机对准系统包括摄像机；图像采集模块，电路连接所述摄像机，用以采集标记图像；控制计算机，电路连接所述图像采集模块；由Sll S17共7个步骤完成。下面结合图1所示的流程图和图2A至2F所示的图像编辑器获取的图像示意图，对上述图像获取方法作详细的描述。S11，采集标记图像并加载至控制计算机的图像编辑器，所述图像编辑器包括区域选取，裁剪，粘贴功能。本实施例中，采用包含CCD摄像机和图像采集模块的CCD图像采集装置做为所述摄像机和图像采集模块来采集标记图像，将掩模板和曝光对象固定在步进光刻机对准系统的定位平台上，利用所述CCD图像采集装置对掩模板和曝光对象的标记进行高分辨率摄像得到标记图像，通过所述控制计算机的图像编辑器的获取标记图像的功能，将图像加载，如图2A所示，点击图像编辑器(CCDImage Viewer)的“Get CCD Image”按钮，就能够获取标记图像(即“十”字)，并且加载显示在图像编辑器中。S12，建立图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系，并调整所述标记图像在所述图像编辑器的位置和大小。如图2B所示，所述图像坐标系是以像素单位，以图像左上角为原点的坐标系，所述图像编辑器坐标系的坐标轴相互垂直平分所述图像编辑器显示区域。所述建立的图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系为(X，Y) = K1 (U，V)，用以实现标记图像在图像编辑器中放大，缩小和移动，其中(χ，γ)表示所述图像坐标系，(U，V)表示所述图像编辑器坐标系,K1 表示坐标转换参数组，包括放大倍率、平移矩阵、旋转矩阵。通过图像编辑器调整图像的大小、位置，使得所述标记图像中的标记能够在图像编辑器中显示区域中可见。S13，通过所述图像编辑器的区域选取功能获取包含标记中心的初次裁剪区域。如图2Β所示，通过所述图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系的建立对所述标记图像进行放大或缩小或平移，使标记图像全部显示在所述图像编辑器的显示区域；通过所述图像编辑器的图像选取功能选取包含全部标记图像的大致区域做为所述初次裁剪区域，所述标记图像的标记中心(十字中心)大致与初步裁剪区域中心重合，如实线矩形区域所示，并且区域大小根据相应的光刻要求进行调整，光刻要求设计尺寸较小的，对标记图像进行缩小，并选取包含全部标记图像的100X100像素区域，对应到标记板的标记上，大小是100Χ IOOmm的区域光刻要求设计尺寸较大的，选区区域一般为小尺寸的3至5倍。本实施例中，该矩形是能够包含标记并且大小为320X320象素的区域，对应到标记板的标记上，大小是320 X 320mm的区域。S14，利用所述图像编辑器的裁剪功能对所述初次裁剪区域进行初次裁剪。如图2C所示，利用步骤S12所述初步裁剪区域，所述图像编辑器的裁剪功能可以裁剪出所述初次裁剪区域，由于所述初次裁剪区域根据光刻要求进行选取，所述标记中心与所述初次裁剪区域中心大致重合，因此可初步减小标记图像在图像坐标系中的位置产生的偏差，提高掩模板和曝光对象的对准精度。S15，利用所述图像编辑器的粘贴功能加载初次裁剪后的图像，并生成一个标靶坐标系。如图2D所示，利用所述图像编辑器的粘贴功能加载初次裁剪后的标记图像，此步骤中加载的初次裁剪后的图像清晰度差，需要进一步处理。本实施例中，以初次裁剪后的图像边界建立正方形，在所述正方形的两组对边及对边中线和对角线上生成相应刻度，以所述正方形的中心为标靶中心完成所述标靶坐标系的建立。S16，建立图像坐标系与标靶坐标系的关系，调整所述初次裁剪后的图像，并通过标靶确定所述初次裁剪后的图像中的标记中心。如图2E所示，所述建立图像坐标系与标靶坐标系的关系为(X’，Y’ ) = K2 (M, N)， 用以实现初次裁剪后的图像在图像编辑器中放大，缩小和移动后图像中心点与标靶坐标系原点重合，其中(X’，Y’ )表示初次裁剪后的图像对应的图像坐标系，(M，N)表示所述标靶坐标系，K2表示坐标转换参数组，包括放大倍率、平移矩阵。所述通过标靶坐标系确定所述初次裁剪后的图像中的标记中心通过利用所述图像坐标系与标靶坐标系的关系，对所述初次裁剪后的图像移动或放大，使标靶坐标系的原点与所述初次裁剪后的图像的标记中心点重合，利用标靶坐标系的坐标得到标记中心点的坐标值。S17，以所述标记中心为图像中心，通过所述图像编辑器的区域选取功能获取二次裁剪区域进行裁剪并获得最终的标记模板图像。如图2E所示，通过调整所述初次裁剪后的图像的大小，使标记图像显示清晰，再次根据更高的光刻要求获取以标记为中心的标记图像的二次裁剪区域，本实施例中，如虚线矩形区域所示(区别初次裁剪区域)。利用所述图像编辑器的裁剪功能裁剪进而获得二次裁剪标记图像，利于图像降噪装置对二次裁剪标记图像进行降低或消除噪声的预处理， 得到如图2F所示的最终的标记模板图像。本实施例中，获取的标记模板图像的中心点位置与标记中心点位置偏差较在1个象素点以内。在步进光刻机对准系统中使用该标记模板图像做匹配模板图像时，对准系统更能精确的获得标记位置，偏差也较小，为1-2微米。综上所述，本发明的步进光刻机对准系统的模板图像获取方法，主要包括两次裁剪图像过程使用边框的初步裁剪过程和使用标靶的二次裁剪过程。本发明获取的标记模板图像的中心点位置与实标记中心点位置偏差较小，在1个象素点以内，在步进光刻机对准系统中使用该标记模板图像做匹配模板图像时，对准系统更能精确的获得标记位置，偏差也较小，仅为几个微米的误差，这样能够提高光刻机第一次工艺试验中对准的精度，并且减少工艺试验的次数，实现掩模和曝光对象之间的精确对准，提高工作效率。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种模板图像获取方法，应用于光刻机对准系统，该光刻机对准系统包括摄像机； 图像采集模块，电路连接所述摄像机，用以采集标记图像；控制计算机，电路连接所述图像采集模块；其特征在于，包括采集标记图像并加载至控制计算机的图像编辑器，所述图像编辑器包括区域选取，裁剪，粘贴功能；建立图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系，并调整所述标记图像在所述图像编辑器的位置和大小；通过所述图像编辑器的区域选取功能获取包含标记中心的初次裁剪区域；利用所述图像编辑器的裁剪功能对所述初次裁剪区域进行初次裁剪；利用所述图像编辑器的粘贴功能加载初次裁剪后的图像，并生成一个标靶坐标系；建立图像坐标系与标靶坐标系的关系，调整所述初次裁剪后的图像，并通过标靶确定所述初次裁剪后的图像中的标记中心；以所述标记中心为图像中心，通过所述图像编辑器的区域选取功能获取二次裁剪区域进行裁剪并获得最终的标记模板图像。
2.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，采用包含CCD摄像机和图像采集模块的CCD图像采集装置做为所述摄像机和图像采集模块来采集标记图像。
3.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，所述图像坐标系是以像素单位，以图像左上角为原点的坐标系。
4.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，所述图像编辑器坐标系的坐标轴相互垂直平分所述图像编辑器显示区域。
5.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，所述图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系为(x，Y) =K1(Uj),用以实现标记图像在图像编辑器中放大，缩小和移动， 其中(X，Y)表示所述图像坐标系，(U，V)表示所述图像编辑器坐标系，K1表示坐标转换参数组，包括放大倍率、平移矩阵、旋转矩阵。
6.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，通过所述图像坐标系与图像编辑器坐标系的关系的建立对所述标记图像进行放大或缩小或平移，使标记图像全部显示在所述图像编辑器的显示区域；通过所述图像编辑器的图像选取功能选取包含全部标记图像的大致区域做为所述初次裁剪区域。
7.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，以初次裁剪后的图像边界建立正方形，在所述正方形的两组对边及对边中线和对角线上生成相应刻度，以所述正方形的中心为标靶中心完成所述标靶坐标系的建立。
8.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，所述图像坐标系与标靶坐标系的关系为(X’，Y’)=K2(Μ，Ν)，用以实现初次裁剪后的图像在图像编辑器中放大，缩小和移动后图像中心点与标靶坐标系原点重合，其中(Χ’，Υ’ )表示初次裁剪后的图像对应的图像坐标系，(Μ，Ν)表示所述标靶坐标系，K2表示坐标转换参数组，包括放大倍率、平移矩阵。
9.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，所述通过标靶坐标系确定所述初次裁剪后的图像中的标记中心通过利用所述图像坐标系与标靶坐标系的关系，对所述初次裁剪后的图像移动或放大，使标靶坐标系的原点与所述初次裁剪后的图像的标记中心点重合，利用标靶坐标系的坐标得到标记中心点的坐标值。
10.如权利要求1所述的模板图像获取方法，其特征在于，所述模板图像获取方法还包括通过图像降噪装置对所述二次裁剪后的图像进行降低或消除噪声的预处理。
全文摘要
本发明的步进光刻机对准系统的模板图像获取方法，主要通过使用边框的初步裁剪过程和使用标靶的二次裁剪过程获取最终的标记模板图像。本发明获取的最终的标记模板图像的中心点位置与实标记中心点位置偏差较小，在1个象素点以内，在步进光刻机对准系统中使用该标记模板图像做匹配模板图像时，对准系统更能精确的获得标记位置，偏差也较小，仅为几个微米的误差，这样能够提高光刻机第一次工艺试验中对准的精度，并且减少工艺试验的次数，实现掩模和曝光对象之间的精确对准，提高工作效率。
文档编号G06T7/00GK102566335SQ201010618339
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者姚名, 杨志勇 申请人:上海微电子装备有限公司