TWI696899B - 一種基底預對準方法和裝置以及一種光蝕刻機 - Google Patents

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Abstract

一種基底預對準方法和裝置以及一種光蝕刻機，該基底預對準方法包括選取基準基底，獲取該基準基底的圖像；獲取待預對準基底的圖像；將該待預對準基底的圖像與該基準基底的圖像進行配準，得出完成配準的預對準基底的圖像的偏移參數；根據該偏移參數調整該待預對準基底的角度，完成基底預對準；該基底預對準裝置包括定位裝置，圖像採集分析裝置以及控制裝置。使用本發明提供的一種基底預對準方法和裝置以及一種光蝕刻機，無需在基底上進行特定的標記便可實現對基底的預對準操作，通用性更強，有利於提高生產效率。

Description

一種基底預對準方法和裝置以及一種光蝕刻機
本發明有關於積體電路製造領域，特別有關於一種基底預對準方法和裝置以及一種光蝕刻機。
在複雜的光蝕刻機中，各個分系統的協調工作都是為了將基底精確放置在曝光台上，以便遮罩板上的電路圖形能被精確曝光在基底表面指定的位置。但由於基底在傳輸的過程中方向是隨機的，不可避免的與指定的基底曝光位置和曝光方向存在偏差，在光蝕刻機中加入基底預對準系統能夠很好的調節這種偏差。
現有的基底預對準系統主要藉由在基底上設置定位標記，在將基底定心(使基底中心與指定點，例如承載基底的吸盤中心對準)後藉由精確定位基底上的定位標記，將基底的朝向旋轉到指定角度，從而實現調整上述偏差的目的。但對於TSV(矽通孔)技藝基底，由於TSV技藝較為複雜，且不同基底採用的標記類型也不一樣，這就導致狹義的標記識別和定位方法無法適用於所有類型的基底，而廣義的標記識別和定位方法又無法適用於TSV基底的部分技藝層。因此設計一種不依賴於基底標記信號探測的基底預對準方法已成為業界亟待解決的技術問題。
本發明提供一種基底預對準方法和裝置以及一種光 蝕刻機，以克服上述技術缺陷。
為解決上述技術問題，本發明的提供一種基底預對準方法，用於將一待預對準基底調整至一預定位置和預定朝向，包括如下步驟：獲取位於定位裝置上且具有該預定位置和預定朝向的一基準基底的圖像；獲取位於該定位裝置上的該待預對準基底的圖像；將該待預對準基底的圖像與該基準基底的圖像進行配準，得出該預對準基底的圖像相對於該基準基底的圖像的偏移參數；以及根據該偏移參數調整該待預對準基底的位置和/或朝向，以完成基底預對準。
可選地，將該待預對準基底的圖像與該基準基底的圖像進行配準的步驟包括：提取該基準基底圖像中的多個特徵點以構成參照特徵點集；提取該待預對準基底圖像中的多個特徵點以構成配準特徵點集；將該配準特徵點集配準至該參照特徵點集以使該配準特徵點集與該參照特徵點集基本重合。
可選地，該多個特徵點包括斑點和/或角點。
可選地，利用反覆運算最近點演算法將該配準特徵點集配準至該參照特徵點集。
可選地，利用反覆運算最近點演算法將該配準特徵點集配準至該參照特徵點集包括：選出該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的參照特徵點；計算出每個配準特徵點和與其對應的最近的參照特徵點之間平均距離最小的剛體變換並得出偏移參數；對該配準特徵點集使用該偏移參數得出新的變 換點集；以及反覆運算計算直至該變換點集和該參照特徵點集間的平均距離小於設定的臨界值，完成配準。
可選地，採用K-D樹演算法計算該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的多個參照特徵點。
可選地，在計算該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的多個參照特徵點後還包括：利用隨機抽樣一致性演算法在最近的該參照特徵點中去除錯誤的參照特徵點，從而選出該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的參照特徵點。
為解決上述技術問題，本發明還提出一種基底預對準裝置，包括：定位裝置，用於對所承載的待預對準基底的位置和/或朝向進行調整；圖像採集分析裝置，用於分別採集位於該定位裝置上且具有預定位置和預定朝向的一基準基底的圖像以及位於該定位裝置上的待預對準基底的圖像，將該待預對準基底的圖像與該基準基底的圖像進行配準並計算該待預對準基底的圖像相對於該基準基底的圖像的偏移參數；以及控制裝置，分別連接該圖像採集分析裝置和該定位裝置，用於根據該偏移參數藉由該定位裝置來調整該待預對準基底的位置和/或朝向。
可選地，該定位裝置包括旋轉台和設置在該旋轉台一側的定心機構，該旋轉台用於固定待預對準基底並帶動該待預對準基底旋轉，該定心機構用於將該待預對準基底的中心調整至與該旋轉台的旋轉中心重合。
可選地，該定心機構包括水平導軌和設置在該水平導軌上的定心台，該定心台沿該水平導軌做水平運動。
可選地，該定位裝置還包括設置在該旋轉台底部的升降台，該升降台用於帶動該旋轉台上下運動以調整該旋轉台上的待預對準基底的垂直方向高度。
可選地，該圖像採集分析裝置包括用於圖像採集的CCD相機以及計算模組。
可選地，該基底預對準裝置還包括視覺切換軸，該CCD相機安裝在該視覺切換軸上，該視覺切換軸用於移動該CCD相機，使得該待預對準基底進入該CCD相機的成像區域內。
為解決上述技術問題，本發明還提出一種光蝕刻機，包括上述的基底預對準裝置
與現有技術相比，本發明提供的一種基底預對準方法和裝置以及一種光蝕刻機，利用圖像配準技術，將待預對準基底的圖像與該基準基底的圖像進行配準，並計算完成配準過程中該待預對準基底圖像的偏移參數，根據該偏移參數調整該待預對準基底的角度，完成基底預對準。使用本發明提供的一種基底預對準方法和裝置，無需在基底上進行特定的標記便可實現對基底的預對準操作，通用性更強，有利於提高生產效率。
1‧‧‧待對準基底
2‧‧‧旋轉台
3‧‧‧定心台
4‧‧‧水平導軌
5‧‧‧CCD相機
圖1為本發明一具體實施方式中基底預對準裝置示意圖；圖2為本發明一具體實施方式中基底預對準方法流程圖；圖3為本發明一具體實施方式中基準基底的成像圖；圖4為本發明一具體實施方式中基準基底成像圖的特徵點座標圖； 圖5為本發明一具體實施方式中參照特徵點集和配準特徵點集初始相對位置關係示意圖；圖6為本發明一具體實施方式中參照特徵點集和配準特徵點集配準效果圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發明附圖均採用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、清晰地輔助說明本發明實施例的目的。
本發明實施例提供一種基底預對準方法和裝置以及一種光蝕刻機，基底預對準裝置包括定位裝置、圖像採集分析裝置、視覺切換軸以及控制裝置。
其中，如圖1所示，該定位裝置包括旋轉台2、設置在該旋轉台2一側的定心機構以及設置在該旋轉台2底部的升降台；該升降台用於帶動該旋轉台2上下運動以調整其上的待預對準基底1的垂直方向高度以配合圖像採集分析裝置的圖像採集；該定心機構用於將該待預對準基底1的中心調整至與該旋轉台2的旋轉中心重合，即用於對待預對準基底1進行定心操作；該旋轉台2用於固定待預對準基底1並帶動待預對準基底1繞旋轉中心旋轉。本實施例中的旋轉台2優選為藉由真空吸附方式來固定放置在其上的待預對準基底1，然而本發明對旋轉台2固定待預對準基底1的方式不作任何限制。在其他實施例中，旋轉台2可藉由設置對應基底形狀的容置槽來固定基底，或者，也可藉由卡合方式來固定基底。進一步地，該定心機構包括水平導軌4和設置在該水平導軌4上的 定心台3，該定心台3可沿該水平導軌4做水平運動，使得待預對準基底1的中心與該旋轉台2的旋轉中心重合。具體地，該定心機構的操作可包括：藉由定心台3吸附待預對準基底1，同時使得旋轉台2釋放對待預對準基底1的吸附，以使得定心台3能夠帶動待預對準基底1相對於旋轉台2移動，從而將待預對準基底1的中心與該旋轉台2的旋轉中心重合。
該圖像採集分析裝置包括用於圖像採集的CCD相機5以及計算模組(未圖示)，利用CCD相機5採集一基準基底的圖像以及待預對準基底1的圖像，藉由計算模組將該待預對準基底1的圖像配準到該基準基底的圖像上，並計算將該待預對準基底1的圖像配準到該基準基底的圖像過程中待預對準基底1的圖像的偏移參數；該CCD相機5安裝在視覺切換軸(未圖示)上，利用視覺切換軸移動CCD相機5，使該待預對準基底1進入CCD相機5的成像區域內。
該控制裝置分別連接該計算模組和旋轉台2，並根據計算模組計算出的偏移參數控制該旋轉台2旋轉相應的角度。
如圖2所示，本發明提供一種基底預對準方法包括如下步驟：
步驟1，選取基準基底，獲取該基準基底的圖像。本實施例中將首片基底作為基準基底，並利用CCD相機5採集基準基底的圖像，獲取的基準圖像如圖3所示。圖3所示基準基底的成像圖僅用於輔助說明本發明實施例的目的，並不用於限制本發明。通常基準基底的成像圖中包括對準標記，但並不限於此，也可不包括對準標記，而是包括其他易於識別的特徵。
步驟2，獲取待預對準基底1的圖像。具體包括如下步驟：步驟A：將待預對準基底1載入至旋轉台2上，利用定心台3將待預對準基底1的中心調整至與該旋轉台2的旋轉中心重合；步驟B：視覺切換軸帶動CCD相機5沿待預對準基底1的徑向移動，直至待預對準基底1進入CCD相機5的成像區域內，並利用升降台調整待預對準基底1的垂直方向高度(即實現調焦)以更好地配合CCD相機5的成像；步驟C：旋轉台2帶動待預對準基底1旋轉一周，同時CCD相機5獲取待預對準基底1的圖像。
步驟3，將該待預對準基底1的圖像與該基準基底的圖像進行配準，得出完成配準的預對準基底的圖像的偏移參數。具體包括如下步驟：利用計算模組上的影像處理程式提取該基準基底的圖像的特徵點作為參照特徵點集，獲得的基準基底的圖像的參照特徵點集如圖4所示。圖4為與圖3所示基準基底的成像圖相對應的特徵點座標圖，其橫座標及縱座標均為像素值。同樣地，提取該待預對準基底1的圖像的特徵點作為配準特徵點集。特徵點可以選取為圖像中的斑點或角點，也可以是斑點和角點共同作為特徵點，本實施例中特徵點優選採用圖像的斑點和角點。其中斑點指的是外加蝕刻的標記點，角點指的是預對準基底1自帶的標記點。本實施例中獲得的參照特徵點集和配準特徵點集初始相對位置關係如圖5所示；圖5中，A表示參照特徵點集，B表示配準特徵點集，此時A與B之間存在較大偏差。
利用圖像演算法將該配準特徵點集配準至該參照特徵點集，本實施例中採用的圖像演算法優選為ICP(Iterative Closest Point，反覆運算最近點)演算法。配準的具體過程包括：計算該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的參照特徵點；計算出每個配準特徵點和與其對應的最近的參照特徵點之間平均距離最小的剛體變換(Rigid Transformation)並得出偏移參數；對該配準特徵點集使用該偏移參數得出新的變換點集；反覆運算計算直至該變換點集和該參照特徵點集間的平均距離小於設定的臨界值，完成配準。
較佳地，採用K-D樹(k-dimensional樹，一種分割k維資料空間的資料結構)演算法計算該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的參照特徵點，能有效提高計算效率。在實際計算時，每個配準特徵點對應的最近的參照特徵點總會有多個，其中包含很多無法匹配的錯誤的參照特徵點，為解決這一問題，本實施例中採用RANSAC(Random Sample Consensus，隨機抽樣一致性)演算法在多個最近的參照特徵點中去除錯誤的參照特徵點，有效提高匹配精確度。
例如，設定配準特徵點集為P，則各配準特徵點為
Figure 107138883-A0101-12-0008-1
，參照特徵點集為Q，則各參照特徵點為
Figure 107138883-A0101-12-0008-2
，j=1,2,....M，M為自然數，兩者的歐式距離為
Figure 107138883-A0101-12-0008-3
，目標函數為
Figure 107138883-A0101-12-0008-4
。對於
Figure 107138883-A0101-12-0008-5
，i=1,2,....N，N為自然數，其中，R為P的變化矩陣，T為Q的變化矩陣，完成配 準就需要計算目標函數最小時的變化矩陣R和T。為提高匹配精確度，本實施例利用RANSAC演算法求得
Figure 107138883-A0101-12-0009-6
的最佳解，使得目標函數
Figure 107138883-A0101-12-0009-7
最小，RANSAC演算法求解的過程為本領域習知常識，這裡不做詳述。從求得的變化矩陣R和T中計算得出待預對準基底1的圖像需要旋轉的參數作為偏移參數。本實施例中的參照特徵點集和配準特徵點集配準後的效果如圖6所示。圖6中，C表示參照特徵點集，D表示配準後的配準特徵點集，此時C與D之間偏差很小，兩者基本重合。步驟4，根據該偏移參數調整該待預對準基底1的旋轉角度，完成基底預對準。具體地，計算模組將偏移參數傳送給控制裝置，控制裝置根據該偏移參數控制該旋轉台2的旋轉角度，完成基底預對準。
需要說明的是，步驟3中偏移參數還可包含待預對準基底1的圖像需要平移的參數。相應地，步驟4還可包含根據該平移參數藉由定心台3控制待預對準基底1相對於該旋轉台2的平移。
最後判斷待預對準基底1的位置是否滿足條件，若滿足，結束預對準，若不滿足，重複上述步驟直至預對準成功。
本發明還提供一種光蝕刻機，具備上述基底預對準裝置。
綜上所述，本發明提供一種基底預對準方法和裝置以及一種光蝕刻機，利用ICP配準演算法，將待預對準基底1的圖像配準到基準基底的圖像上，同時利用K-D樹演算法和RANSAC演算法提高匹配精確度，計算出待預對準基底1實現配準所需的偏移參數，利用控制裝置根據偏移參數調整待預對準基底1的位置。實 現無需在待預對準基底1上進行特定的標記便可實現對基底的預對準處理操作，通用性更強，提高生產效率。
顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明請求項及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。

Claims (14)

  1. 一種基底預對準方法，用於將一待預對準基底調整至一預定位置和預定朝向，其包括如下步驟：獲取位於一定位裝置上且具有該預定位置和預定朝向的一基準基底的圖像；獲取位於該定位裝置上的該待預對準基底的圖像；將該待預對準基底的圖像與該基準基底的圖像進行配準，得出該預對準基底的圖像相對於該基準基底的圖像的一偏移參數；以及根據該偏移參數調整該待預對準基底的位置和/或朝向，以完成該基底預對準。
  2. 如請求項1之基底預對準方法，其中，將該待預對準基底的圖像與該基準基底的圖像進行配準的步驟包括：提取該基準基底的圖像中的多個特徵點以構成一參照特徵點集；提取該待預對準基底的圖像中的多個特徵點以構成一配準特徵點集；將該配準特徵點集配準至該參照特徵點集以使該配準特徵點集與該參照特徵點集基本重合。
  3. 如請求項2之基底預對準方法，其中，多個特徵點包括斑點和/或角點。
  4. 如請求項2之基底預對準方法，其中，利用一反覆運算最近點演算法將該配準特徵點集配準至該參照特徵點集。
  5. 如請求項4之基底預對準方法，其中，利用該反覆運算最近點演算法將該配準特徵點集配準至該參照特徵點集包括：選出該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點 最近的參照特徵點；計算出每個配準特徵點和與其對應的最近的參照特徵點之間平均距離最小的剛體變換並得出該偏移參數；對該配準特徵點集使用該偏移參數得出新的一變換點集；以及反覆運算計算直至該變換點集和該參照特徵點集間的一平均距離小於設定的一臨界值，以完成配準。
  6. 如請求項5之基底預對準方法，其中，採用一K-D樹演算法計算該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的多個參照特徵點。
  7. 如請求項5之基底預對準方法，其中，在計算該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的多個參照特徵點後還包括：利用一隨機抽樣一致性演算法在最近的參照特徵點中去除錯誤的參照特徵點，從而選出該參照特徵點集中與該配準特徵點集中的每個配準特徵點最近的參照特徵點。
  8. 一種基底預對準裝置，其包括：一定位裝置，用於對所承載的一待預對準基底的位置和/或朝向進行調整；一圖像採集分析裝置，用於分別採集位於該定位裝置上且具有預定位置和預定朝向的一基準基底的圖像以及位於該定位裝置上的該待預對準基底的圖像，將該待預對準基底的圖像與該基準基底的圖像進行配準並計算該待預對準基底的圖像相對於該基準基底的圖像的一偏移參數；以及一控制裝置，分別連接該圖像採集分析裝置和該定位裝置，用於根據該偏移參數藉由該定位裝置來調整該待預對準基底的位置和/ 或朝向。
  9. 如請求項8之基底預對準裝置，其中，該定位裝置包括一旋轉台和設置在該旋轉台一側的一定心機構，該旋轉台用於固定該待預對準基底並帶動該待預對準基底旋轉，該定心機構用於將該待預對準基底的中心調整至與該旋轉台的旋轉中心重合。
  10. 如請求項9之基底預對準裝置，其中，該定心機構包括一水平導軌和設置在該水平導軌上的一定心台，該定心台可沿該水平導軌做水平運動。
  11. 如請求項9之基底預對準裝置，其中，該定位裝置還包括設置在該旋轉台底部的一升降台，該升降台用於帶動該旋轉台上下運動以調整該旋轉台上的該待預對準基底的垂直方向高度。
  12. 如請求項9之基底預對準裝置，其中，該圖像採集分析裝置包括用於圖像採集的一CCD相機以及一計算模組。
  13. 如請求項12之基底預對準裝置，其中，該基底預對準裝置還包括一視覺切換軸，該CCD相機安裝在該視覺切換軸上，該視覺切換軸用於移動該CCD相機，使得該待預對準基底進入該CCD相機的成像區域內。
  14. 一種光蝕刻機，其包括請求項8至13中任一項之基底預對準裝置。
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