CN109725506A - 一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机，所述基底预对准方法包括选取基准基底，获取所述基准基底的图像；获取待预对准基底的图像；将所述待预对准基底的图像与所述基准基底的图像进行配准，得出完成配准的预对准基底的图像的偏移参数；根据所述偏移参数调整所述待预对准基底的角度，完成基底预对准；所述基底预对准装置包括定位装置，图像采集分析装置以及控制装置。使用本发明提供的一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机，无需在基底上进行特定的标记便可实现对基底的预对准操作，通用性更强，有利于提高生产效率。

Description

一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机。
背景技术
在复杂的光刻机中，各个分系统的协调工作都是为了将基底精确放置在曝光台上，以便掩模板上的电路图能被精确曝光在基底指定的位置。但由于基底在传输的过程中方向是随机的，不可避免的与指定的基底曝光位置和曝光方向存在偏差，在光刻机中加入基底预对准系统能够很好的调节这种偏差。
现有的基底预对准系统主要通过在基底上进行定位标记，将基底定心后通过精确定位基底上的标记，将基底转移到指定角度，从而实现调节上述偏差的目的。但TSV(硅通孔)工艺基底的工艺复杂，且不同基底采用的标记类型也不一样，这就导致狭义的标记识别和定位方法无法适用于所有类型的基底，而广义的标记识别和定位方法又无法适用于TSV基底的部分工艺层。因此设计一种不依赖于基底标记信号的基底预对准方法已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机，以克服上述技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明的提供一种基底预对准方法，包括如下步骤：
选取基准基底，获取所述基准基底的图像；
获取待预对准基底的图像；
将所述待预对准基底的图像与所述基准基底的图像进行配准，得出完成配准的预对准基底的图像的偏移参数；
根据所述偏移参数调整所述待预对准基底的角度，完成基底预对准。
可选地，将所述待预对准基底的图像与所述基准基底的图像进行配准的过程具体包括：
步骤31：提取所述基准基底图像的特征点作为参照特征点集；
步骤32：提取所述待预对准基底图像的特征点作为配准特征点集；
步骤33：将所述配准特征点集配准至所述参照特征点集使两者重合提取所述基准基底图像中的多个特征点以构成参照特征点集；
提取所述待预对准基底图像中的多个特征点以构成配准特征点集；
将所述配准特征点集配准至所述参照特征点集以使两者重合。
可选地，所述特征点包括斑点和/或角点。
可选地，利用ICP算法将所述配准特征点集配准至所述参照特征点集。
可选地，所述利用ICP算法将所述配准特征点集配准至所述参照特征点集的过程包括：计算所述参照特征点集中与所述配准特征点集中的每个配准特征点最近的参照特征点；计算出每个配准特征点和与其对应的最近的参照特征点之间平均距离最小的刚体变换并得出偏移参数；对所述配准特征点集使用所述偏移参数得出新的变换点集；迭代计算直至所述变换点集和所述参照特征点集间的平均距离小于设定的阈值，完成配准。
可选地，采用K-D树算法计算所述参照特征点集中与所述配准特征点集中的每个配准特征点最近的参照特征点。
可选地，在计算所述参照特征点集中与所述配准特征点集中的每个配准特征点最近的参照特征点后还利用RANSAC算法在所述最近的参照特征点中去除错误的参照特征点。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种基底预对准装置，包括：
定位装置，用于对待预对准基底进行定位操作；
图像采集分析装置，用于采集基准基底的图像以及待预对准基底的图像，将所述待预对准基底的图像与所述基准基底的图像进行配准并计算将所述待预对准基底图像配准到所述基准基底图像过程中待预对准基底图像的偏移参数；以及
控制装置，分别连接所述图像采集分析装置和定位装置，并根据所述偏移参数调整所述定位装置的角度。
可选地，所述定位装置包括旋转台和设置在所述旋转台一侧的定心机构，所述旋转台用于固定待预对准基底并带动所述待预对准基底旋转，所述定心机构用于将所述待预对准基底调整至与所述旋转台的中心重合。
可选地，所述定心机构包括水平导轨和设置在所述水平导轨上的定心台，所述定心台沿所述水平导轨做水平运动。
可选地，所述定位装置还包括设置在所述旋转台底部的升降台，所述升降台带动所述旋转台上下运动以调整其上的待预对准基底的垂向高度。
可选地，所述图像采集分析装置包括用于图像采集的CCD相机以及计算机。
可选地，所述基底预对准装置还包括视觉切换轴，所述CCD相机安装在所述视觉切换轴上。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种光刻机，具备上述的基底预对准装置
与现有技术相比，本发明提供的一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机，利用图像配准技术，将待预对准基底的图像与所述基准基底的图像进行配准，并计算完成配准过程中所述待预对准基底图像的偏移参数，根据所述偏移参数调整所述待预对准基底的角度，完成基底预对准。使用本发明提供的一种基底预对准方法和装置，无需在基底上进行特定的标记便可实现对基底的预对准操作，通用性更强，有利于提高生产效率。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式中基底预对准装置示意图；
图2为本发明一具体实施方式中基底预对准方法流程图；
图3为本发明一具体实施方式中基准基底的成像图；
图4为本发明一具体实施方式中基准基底成像图的特征点坐标图；
图5为本发明一具体实施方式中参照特征点集和配准特征点集初始相对位置关系示意图；
图6为本发明一具体实施方式中参照特征点集和配准特征点集配准效果图。
图1中所示：1-待对准基底、2-旋转台、3-定心台、4-水平导轨、5-CCD相机。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例提供一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机，基底预对准装置包括定位装置、图像采集分析装置、视觉切换轴以及控制装置。
其中，如图1所示，所述定位装置包括旋转台2、设置在所述旋转台2一侧的定心机构以及设置在所述旋转台2底部的升降台；所述升降台用于带动所述旋转台2上下运动以调整其上的待预对准基底1的垂向高度以配合图像采集分析装置的图像采集工作；所述定心机构用于将所述待预对准基底1调整至与所述旋转台2的中心重合，即用于对待预对准基底1进行定心操作；所述旋转台2用于固定待预对准基底1并带动待预对准基底1绕旋转中心旋转。本实施例中的旋转台2优选真空吸附方式来固定装配在其上的待预对准基底1，然而本发明对旋转台2固定待预对准基底1的方式不作任何限制。在其他实施例中，旋转台2可通过设置对应基底形状的容置槽来固定基底，或者，也可通过卡合方式来固定基底。进一步地，所述定心机构包括水平导轨4和设置在所述水平导轨4上的定心台3，所述定心台3沿所述水平导轨4做水平运动，使得待预对准基底1与所述旋转台2的旋转中心重合。
所述图像采集分析装置包括用于图像采集的CCD相机5以及计算机(未图示)，利用CCD相机5采集基准基底的图像以及待预对准基底1的图像，通过计算机将所述待预对准基底1图像配准到所述基准基底图像上，并计算将所述待预对准基底1图像配准到所述基准基底图像过程中待预对准基底1图像的偏移参数；所述CCD相机5安装在视觉切换轴(未图示)上，利用视觉切换轴移动CCD相机5，使所述待预对准基底1进入CCD相机5的成像区域内。
所述控制装置，分别连接所述计算机和旋转台2，并根据计算机计算出的偏移参数控制所述旋转台2旋转相应的角度。
如图2所示，本发明提供一种基底预对准方法包括如下步骤：
步骤1，选取基准基底，获取所述基准基底的图像。本实施例中将首片基底作为基准基底，并利用CCD相机5采集基准基底的图像，获取的基准图像如图3所示。
步骤2，获取待预对准基底1的图像。具体包括如下步骤：
将待预对准基底1装配至旋转台2上，利用定心台3将待预对准基底1调整至与所述旋转台2的旋转中心重合；
视觉切换轴带动CCD相机5沿待预对准基底1的径向移动，直至待预对准基底1进入CCD相机5的成像区域内，并利用升降台调节待预对准基底1的垂向高度以更好地配合CCD相机5成像工作；
旋转台2带动待预对准基底1旋转一周，同时CCD相机5获取待预对准基底1的图像。
步骤3，将所述待预对准基底1的图像与所述基准基底的图像进行配准，得出完成配准的预对准基底的图像的偏移参数。具体包括如下步骤：
利用计算机上的图像处理程序提取所述基准基底图像的特征点作为参照特征点集，获得的基准基底图像的参照特征点集如图4所示，同样地，提取所述待预对准基底1图像的特征点作为配准特征点集。特征点的选择可以是图像的斑点或角点，也可以是斑点和角点共同作为特征点，本实施例中特征点优选采用图像的斑点和角点。本实施例中获得的参照特征点集和配准特征点集初始相对位置关系如图5所示；
利用图像算法将所述配准特征点集配准至所述参照特征点集，本实施例中图像算法优选为ICP(Iterative Closest Point，迭代最近点)算法。配准的具体过程包括：计算所述参照特征点集中与所述配准特征点集中的每个配准特征点最近的参照特征点；计算出每个配准特征点和与其对应的最近的参照特征点之间平均距离最小的刚体变换并得出偏移参数；对所述配准特征点集使用所述偏移参数得出新的变换点集；迭代计算直至所述变换点集和所述参照特征点集间的平均距离小于设定的阈值，完成配准。
较佳地，采用K-D树(k-dimensional树，一种分割k维数据空间的数据结构)算法计算所述参照特征点集中与所述配准特征点集中的每个配准特征点最近的参照特征点，能有效提高计算效率。在实际计算时，每个配准特征点对应的最近的参照特征点总会有多个，其中包含了很多无法匹配的错误的参照特征点，为解决这一问题，本实施例中采用RANSAC(Random Sample Consensus，随机抽样一致性)算法在计算处的多个最近的参照特征点中去除错误的参照特征点，有效提高匹配精确度。
例如，设定配准特征点集为P，则各配准特征点为参照特征点集为Q,则各参照特征点为两者的欧式距离为为P的变化矩阵，T为R的变化矩阵，完成配准就需要计算目标函数最小时的变化矩阵R和T。为提高匹配精确度，本实施例利用RANSAC算法求得的最优解，使得目标函数最小，RANSAC算法求解的过程为本领域公知常识，这里不做详述。从求得的变化矩阵R和T中计算得出待预对准基底1的图像需要旋转和平移的参数作为偏移参数。本实施例中的参照特征点集和配准特征点集配准后的效果如图6所示。
步骤4，根据所述偏移参数调整所述待预对准基底1的角度，完成基底预对准。具体地，计算机将偏移参数传送给控制装置，控制装置根据所述偏移参数控制所述旋转台2的旋转角度，完成基底预对准。
最后判断待预对准基底1的位置是否满足条件，若满足，结束预对准，若不满足，重复上述步骤直至预对准成功。
一种光刻机，具备上述基底预对准装置。
综上所述，本发明提供一种基底预对准方法和装置以及一种光刻机，利用ICP配准算法，将待预对准基底1的图像配准到基准基底的图像上，同时利用K-D数算法和RANSAC算法提高匹配精确度，计算出待预对准基底1实现配准所需的偏移参数，利用控制装置根据偏移参数调整待预对准基底1的位置。实现了无需在待预对准基底1上进行特定的标记便可实现对基底的预对准处理操作，通用性更强，提高生产效率。
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，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种基底预对准方法，其特征在于，包括如下步骤：
选取基准基底，获取所述基准基底的图像；
获取待预对准基底的图像；
将所述待预对准基底的图像与所述基准基底的图像进行配准，得出完成配准的预对准基底的图像的偏移参数；
根据所述偏移参数调整所述待预对准基底的角度，完成基底预对准。
2.根据权利要求1所述的基底预对准方法，其特征在于，将所述待预对准基底的图像与所述基准基底的图像进行配准的过程具体包括：
提取所述基准基底图像中的多个特征点以构成参照特征点集；
提取所述待预对准基底图像中的多个特征点以构成配准特征点集；
将所述配准特征点集配准至所述参照特征点集以使两者重合。
3.根据权利要求2所述的基底预对准方法，其特征在于，所述特征点包括斑点和/或角点。
4.根据权利要求2所述的基底预对准方法，其特征在于，利用ICP算法将所述配准特征点集配准至所述参照特征点集。
5.根据权利要求4所述的基底预对准方法，其特征在于，所述利用ICP算法将所述配准特征点集配准至所述参照特征点集的过程包括：计算所述参照特征点集中与所述配准特征点集中的每个配准特征点最近的参照特征点；计算出每个配准特征点和与其对应的最近的参照特征点之间平均距离最小的刚体变换并得出偏移参数；对所述配准特征点集使用所述偏移参数得出新的变换点集；迭代计算直至所述变换点集和所述参照特征点集间的平均距离小于设定的阈值，完成配准。
6.根据权利要求5所述的基底预对准方法，其特征在于，采用K-D树算法计算所述参照特征点集中与所述配准特征点集中的每个配准特征点最近的参照特征点。
7.根据权利要求5所述的基底预对准方法，其特征在于，在计算所述参照特征点集中与所述配准特征点集中的每个配准特征点最近的参照特征点后还利用RANSAC算法在所述最近的参照特征点中去除错误的参照特征点。
8.一种基底预对准装置，其特征在于，包括：
定位装置，用于对待预对准基底进行定位操作；
图像采集分析装置，用于采集基准基底的图像以及待预对准基底的图像，将所述待预对准基底的图像与所述基准基底的图像进行配准并计算将所述待预对准基底图像配准到所述基准基底图像过程中待预对准基底图像的偏移参数；以及
控制装置，分别连接所述图像采集分析装置和定位装置，并根据所述偏移参数调整所述定位装置的角度。
9.根据权利要8所述的基底预对准装置，其特征在于，所述定位装置包括旋转台和设置在所述旋转台一侧的定心机构，所述旋转台用于固定待预对准基底并带动所述待预对准基底旋转，所述定心机构用于将所述待预对准基底调整至与所述旋转台的中心重合。
10.根据权利要求9所述的基底预对准装置，其特征在于，所述定心机构包括水平导轨和设置在所述水平导轨上的定心台，所述定心台沿所述水平导轨做水平运动。
11.根据权利要求9所述的基底预对准装置，其特征在于，所述定位装置还包括设置在所述旋转台底部的升降台，所述升降台带动所述旋转台上下运动以调整其上的待预对准基底的垂向高度。
12.根据权利要求9所述的基底预对准装置，其特征在于，所述图像采集分析装置包括用于图像采集的CCD相机以及计算机。
13.根据权利要求12所述的基底预对准装置，其特征在于，所述基底预对准装置还包括视觉切换轴，所述CCD相机安装在所述视觉切换轴上。
14.一种光刻机，其特征在于，具备如权利要求8-13任一项所述的基底预对准装置。
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