專利名稱：一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到圖像模板識(shí)別和圖像分析領(lǐng)域，尤其涉及到用于半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造或工藝檢測(cè)設(shè)備上用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋的系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造或工藝檢測(cè)諸多設(shè)備上，凡是涉及有集成電路圖案包括邏輯單元如計(jì)算機(jī)中央處理器和存儲(chǔ)單元如各種計(jì)算機(jī)內(nèi)存的晶圓，由于極高的精度要求，都無(wú)例外地首先要進(jìn)行晶圓對(duì)準(zhǔn)。設(shè)備上晶圓對(duì)準(zhǔn)分兩部分。首先是由操作人員創(chuàng)建設(shè)備工作流程包括在晶圓上何處對(duì)晶圓做何樣的工作，對(duì)于有圖案的晶圓，其第一步就是如何做晶圓對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)槲磳?duì)準(zhǔn)的晶圓都無(wú)法進(jìn)行下一步工作。因此操作人員首先建立晶圓對(duì)準(zhǔn)流程，一旦工作流程建立并通過(guò)檢驗(yàn)后，就可將其保存在主計(jì)算機(jī)中。以后設(shè)備正式工作時(shí)無(wú)操作人員，對(duì)于同樣的大量晶圓，設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行該流程包括對(duì)每個(gè)晶圓的對(duì)準(zhǔn)流程。在創(chuàng)建設(shè)備工作流程時(shí)，晶圓對(duì)準(zhǔn)過(guò)程開(kāi)始于設(shè)備預(yù)對(duì)準(zhǔn)完成后，機(jī)械手將晶圓從預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置上取出放到機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的適配盤(pán)上。預(yù)對(duì)準(zhǔn)可使得晶圓方向和機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的角度精確到0. 2°以內(nèi)(工作完成后機(jī)械手再將晶圓放回晶圓盒)。另外晶圓的幾何中心和機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的Z軸即轉(zhuǎn)動(dòng)中心也不完全重合，都可能有些誤差。然后使用者沿水平或垂直方向移動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，在η點(diǎn)(至少是晶圓上兩個(gè)地點(diǎn)，其間距越大則結(jié)果的相對(duì)誤差越小)，使用者對(duì)于圖像和其中模板滿意的話，通過(guò)計(jì)算機(jī)讓相機(jī)攝取的圖像。在攝取圖像時(shí)照明光源也是可以調(diào)整的，例如用于照明的發(fā)光二極管的組可以有不同的組合和入射角度。這些圖像時(shí)用了做圖像模板匹配的，例如可以從圖像1中選用適當(dāng)模板即子圖像， 到圖像η中找其相應(yīng)匹配點(diǎn)。這些點(diǎn)(至少兩點(diǎn))就可以確定晶圓的方向，即晶圓方向和機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)方向的夾角，從而轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)來(lái)修正該角度，從而達(dá)到晶圓對(duì)準(zhǔn)的目的。圖像模板匹配的算法也有許多，最常用的就是歸一化的互相關(guān)(normalized cross correlation)算法，他們對(duì)于圖像質(zhì)量都有一定要求，包括噪聲，圖像縮放，亮度， 對(duì)比度，圖像中的特征多寡等都會(huì)影響其結(jié)果。當(dāng)前實(shí)用中面臨的問(wèn)題是，使用者在晶圓上選擇圖像和其中模板時(shí)必須有很多人為因素和人為的判斷/選擇。相關(guān)知識(shí)不夠或經(jīng)驗(yàn)不足(99%以上使用者如此)，或不仔細(xì)的使用者憑肉眼往往很難選擇適合圖像模式匹配的圖像和其中的模板，特別是對(duì)有些材料反射率較差的或其中圖案稀疏的晶圓加上其他影響與如噪聲，導(dǎo)致
模板在圖像中可能并非唯一，或有其他和模板有相近的子圖像； 模板中圖案的整體特征不足，或在某一方向上的特征不足； 模板中圖案的圖像亮度或?qū)Ρ榷炔蛔悖?br> 模板對(duì)比度不足或亮度不當(dāng)(太弱或飽和即達(dá)到或超過(guò)像素?cái)?shù)據(jù)類型所能表達(dá)的最大值)，導(dǎo)致在對(duì)于同類晶圓執(zhí)行任務(wù)時(shí)，當(dāng)圖像受到其他因素影如噪聲，微小尺度縮放，或微小轉(zhuǎn)動(dòng)角度影響時(shí)信噪比太?。?br> 模板中水平或垂直方向的特征(基本上就是邊緣)太少，導(dǎo)致在對(duì)于同類晶圓執(zhí)行任務(wù)時(shí)，當(dāng)圖像受到其他因素影如噪聲，微小尺度縮放，或微小轉(zhuǎn)動(dòng)角度影響時(shí)信噪比太?。?br> 在執(zhí)行流程中做晶圓對(duì)準(zhǔn)時(shí)，由于機(jī)械手上片誤差偏大或，晶圓膜層厚度變化使得光學(xué)薄膜干涉導(dǎo)致圖像中的圖案發(fā)生變化，在晶圓第1搜索點(diǎn)就找不到匹配圖像，因此就需要在其周邊采集圖像尋找和模板模式匹配的圖案，此時(shí)模板在周邊的圖像中卻未必是唯一的，即有可能有多于1個(gè)的模式匹配以致無(wú)法確定正確匹配；
在執(zhí)行任務(wù)做晶圓對(duì)準(zhǔn)時(shí)，由于晶圓膜層厚度變化使得光學(xué)薄膜干涉產(chǎn)生的圖像中的圖案發(fā)生變化使得單色相機(jī)攝取的(或由彩色圖像紅，綠，藍(lán)平均獲得)的灰度圖像不適合作模式模式匹配而需要采用彩色圖像。例如硅(Si)晶圓上有多層介質(zhì)膜它們可以是Si02 和Si3N4，此時(shí)如果這些膜層的厚度在晶圓上分布不均勻，當(dāng)照明光源波長(zhǎng)范圍較窄時(shí)，光在這些膜層間以及和硅基底的界面間干涉會(huì)產(chǎn)生光強(qiáng)相長(zhǎng)或相消，造成圖像中圖案變化， 影響圖像模式模式匹配。應(yīng)用中稱之為色彩效應(yīng)，它常常造成模式模式匹配失敗；
這些問(wèn)題在使用者創(chuàng)建工作流程是作晶圓對(duì)準(zhǔn)時(shí)可能無(wú)法定量知道，和無(wú)法預(yù)見(jiàn)，而遇到后面設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行工作流程時(shí)才會(huì)遇到，從而導(dǎo)致圖像匹配乃至整個(gè)晶圓對(duì)準(zhǔn)失敗。 在線設(shè)備晶圓對(duì)準(zhǔn)失敗的后果很?chē)?yán)重，可能需要停機(jī)進(jìn)行人工干預(yù)，這對(duì)半導(dǎo)體集成電路制造廠商意味著相當(dāng)大的損失。因此有必要早在使用者創(chuàng)建工作流程中選擇圖像時(shí)，就能實(shí)時(shí)、定量反饋圖像(和其中模板)質(zhì)量相關(guān)特征信息給使用者，不僅能夠加快工作流程創(chuàng)建速度，還能極大提高將來(lái)在執(zhí)行流程時(shí)的成功率。綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，特別需要一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)反饋的系統(tǒng)及方法，以解決以上提到的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像反饋系統(tǒng)及其方法，通過(guò)軟件算法在給定圖像中自動(dòng)提供給使用者最佳模板的選擇，極大地提高所在設(shè)備的易用性， 減少流程創(chuàng)建時(shí)間和減少將來(lái)執(zhí)行任務(wù)時(shí)的出錯(cuò)率。本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一個(gè)能沿X、 Y、Z三軸方向平動(dòng)和繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和與其連接的晶圓托盤(pán)，一個(gè)用于實(shí)時(shí)采集目標(biāo)圖像的工業(yè)相機(jī)，工業(yè)相機(jī)設(shè)置有一個(gè)或若干個(gè)光學(xué)鏡頭，所述光學(xué)鏡頭能設(shè)置不同的孔徑和視場(chǎng)；一個(gè)能調(diào)節(jié)照明光波波長(zhǎng)范圍的照明裝置，一個(gè)測(cè)量裝置以及一臺(tái)用于控制上述設(shè)備的主計(jì)算機(jī)；所述主計(jì)算機(jī)包括其輸入裝置和輸出裝置，其軟件模塊包括用戶界面模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊和設(shè)備控制模塊。一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟
1)工業(yè)相機(jī)采集目標(biāo)晶圓的實(shí)時(shí)圖像，然后通過(guò)主計(jì)算機(jī)中的軟件和既定算法，從圖像和其中模板圖案中提取出模式識(shí)別/模板匹配相關(guān)的歸一化特征；
2)將這些特征的部分或全部，按照既定的權(quán)重計(jì)算，得出綜合圖像模板質(zhì)量評(píng)價(jià)；
3)將圖像模板質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果，在主計(jì)算機(jī)的用戶界面上顯示出來(lái)，能夠讓使用者，特別是對(duì)于圖像處理不了解的使用者可以不管個(gè)別模板圖像的特征，而僅僅根據(jù)該綜合圖像模板質(zhì)量來(lái)決定該圖像和其中模板是否可用。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板在所給圖像中的唯一性特征，也包括將該唯一性特征歸一化的方法。進(jìn)一步，所述方法還包括考慮模板在所給圖像對(duì)應(yīng)的晶圓表面位置周邊所采集圖中的唯一性特征。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板圖像亮度和對(duì)比度的特征，也包括將該亮度和對(duì)比度歸一化的方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板圖像飽和度特征，也包括將該飽和度歸一化的方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板包含水平和垂直方向上邊緣像素多寡的特征，也包括將邊緣像素多寡歸一化的方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算角部像素多寡的特征，也包括將該角部像素多寡歸一化的方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板圖像噪聲特征， 也包括將該噪聲特征歸一化的方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板圖像清晰度特征，也包括將該清晰度特征歸一化的方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用彩色模板圖像中紅， 綠，藍(lán)色彩相對(duì)比重的特征；也包括由紅，綠，藍(lán)圖子像中提取邊緣特征，以各色子圖像中邊緣特征像素的相對(duì)多寡來(lái)決定各色子圖像的相對(duì)比重。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步包括一種將上各獨(dú)立的歸一化的模板特征加權(quán)綜合來(lái)獲得的質(zhì)量總評(píng)價(jià)的方法，其結(jié)果是歸一化的；該方法還允許用戶增加或減少其中所包含的特征。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括在給定圖像中自動(dòng)產(chǎn)生最佳或接近最佳的模板的位置和尺寸，以便實(shí)時(shí)顯示到計(jì)算機(jī)屏幕上供用戶參考。進(jìn)一步，所述方法還包括一種尋找最佳模板的方法，對(duì)于既定參數(shù)如模板初始大小和位置，在X和Y方向變化范圍和步長(zhǎng)，包括如下步驟
1)從模板起始大小和位置開(kāi)始，先作不同模板大小的外循環(huán)，即每次按其X和Y方向的變化步長(zhǎng)改變模板大小，遍歷全部許可的模板大小，為了節(jié)省時(shí)間，X和Y方向的變化可以同步；
2)在以上每個(gè)不同模板大小的情況下，再作不同模板位置的內(nèi)循環(huán)，遍歷圖像中全部許可的模板位置；
3)對(duì)每個(gè)模板的大小和不同位置，即按既定算法計(jì)算好模板匹配相關(guān)歸一化特征，包括唯一性，對(duì)比度，亮度，飽和度，清晰度，噪聲，水平和垂直邊緣多寡和角部多寡；然后再按既定算法，計(jì)算由這些特征加權(quán)組成的綜合總評(píng)價(jià)；再將達(dá)到既定閾值的模板按綜合總評(píng)價(jià)按高低排序，選擇綜合總評(píng)價(jià)最高的一個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)顯示到計(jì)算機(jī)屏幕上。本發(fā)明能實(shí)時(shí)、定量反饋圖像(和其中模板)質(zhì)量相關(guān)特征信息給使用者，不僅能夠加快流程創(chuàng)建速度，還能極大提高將來(lái)在執(zhí)行流程時(shí)的成功率。


圖1為本發(fā)明所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 圖2為本發(fā)明所述的一個(gè)實(shí)施例中，晶圓上面的周期性的集成電路單元和由它們邊界所決定的晶圓方向。圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一幀模板圖像和其中的模板圖案，以及一幀要在其中尋找模板的目標(biāo)圖像和其中的模板匹配位置。圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中用戶界面的示意圖。圖5為本發(fā)明所述的一種自動(dòng)產(chǎn)生最佳模板的數(shù)據(jù)流圖。圖6為本發(fā)明所述的一種在當(dāng)前晶圓上某點(diǎn)的周?chē)杉瘓D像的示意圖。圖7為本發(fā)明所述的一種在一幀模板圖像中含有多個(gè)模板圖像的示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明所述的一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋系統(tǒng)，涉及到半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路設(shè)備，包括生產(chǎn)和工藝檢測(cè)設(shè)備中一部分，即其用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的子系統(tǒng)部分。本發(fā)明包括該子系統(tǒng)以及在該系統(tǒng)平臺(tái)上工作的方法。工作時(shí)，該方法還不免要用到本發(fā)明子系統(tǒng)所在的某具體的半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路設(shè)備，例如其上的晶圓預(yù)對(duì)準(zhǔn)器，機(jī)械手，機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，共享的主計(jì)算機(jī)及其軟、硬件等，因此本發(fā)明中部分部件是和其所在半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路設(shè)備共享的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案之一，本發(fā)明的系統(tǒng)部分包括
一個(gè)可沿X，Y, Z三軸方向平動(dòng)和繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其上放置晶圓的適配盤(pán)，它們通常也是半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路設(shè)備的一部分；
一工業(yè)相機(jī)和其上的光學(xué)鏡頭。相機(jī)可以是單色或彩色的，不限是CDD或CMOS的，不限分辨率，也不限是模擬或數(shù)字的。相機(jī)前端可以裝有決定視場(chǎng)大小的鏡頭(甚至可以有多個(gè)可切換)；
一個(gè)可變化照明光波波長(zhǎng)范圍的照明裝置，例如寬波段發(fā)光二極管(LED); 一臺(tái)主計(jì)算機(jī)包括其輸入、輸出裝置，例如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、顯示器等。主計(jì)算機(jī)上的工作軟件包括它的和晶圓對(duì)準(zhǔn)有關(guān)的圖形用戶界面GUI，其中的軟件架構(gòu)，算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流程，以及一些應(yīng)用模塊，包括圖像采集模塊圖像處理模塊和設(shè)備控制模塊。本發(fā)明只是涉及到大規(guī)模集成電路設(shè)備，包括生產(chǎn)和工藝檢測(cè)設(shè)備中一部分，即其用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的子系統(tǒng)部分。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明所涉及的子系統(tǒng)如圖 1所示，包括前面描述的工業(yè)相機(jī)40和其上有鏡頭42。如果是數(shù)字相機(jī)通?？梢赃B續(xù)獲取圖像直接傳輸給計(jì)算機(jī)，例如用通用串行總線(USB)或IEEE1394線，如果是模擬相機(jī)則先將模擬信號(hào)，例如用Camera-Link線傳給計(jì)算機(jī)上的圖像采集卡(Frame Grabber)，在由其取得數(shù)字圖像傳給計(jì)算機(jī)以便后續(xù)圖像處理，并將圖像顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。當(dāng)然相機(jī)也可以采集單幀圖像傳給計(jì)算機(jī)。相機(jī)40可以是黑白有灰度的，也可以是彩色的，有其紅、 綠、藍(lán)(RGB)分量。一般情況下，彩色圖像可以轉(zhuǎn)換為單色圖像來(lái)作圖像識(shí)別/模板匹配，例如用紅、綠、藍(lán)圖像的分量平均值。但是在某些情況下彩色圖像是有用的。相機(jī)的焦距、 視場(chǎng)有其上鏡頭決定，分辨率可有多種設(shè)置如最低的VGA設(shè)置為640 (寬)像素X480 (高) 像素，較高的1024像素X 1024像素。另外相機(jī)通常是C⑶類型的，也可以是高端CMOS類型的，在本發(fā)明中都不限。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，系統(tǒng)中還包括一主計(jì)算機(jī)70，其上的圖像采集模塊 71，圖像處理(包括圖像識(shí)別/模板匹配)模塊72，用戶界面73，和設(shè)備控制模塊75。晶圓在設(shè)備上的工作，無(wú)論是集成電路制作如光刻，還是工藝檢測(cè)如缺陷檢測(cè)，通常都分為兩個(gè)階段，即工作流程創(chuàng)建階段和工作流程執(zhí)行階段。在工作流程創(chuàng)建階段，是使用者使用主計(jì)算機(jī)70上的軟件，以人機(jī)對(duì)話的方式進(jìn)行的。首先是用單個(gè)晶圓創(chuàng)建任務(wù)即工作流程。它包括如何進(jìn)行晶圓對(duì)準(zhǔn)，在晶圓何單元何處作何種處理或測(cè)量，如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示、保存等 。在工作流程執(zhí)行階段，設(shè)備自動(dòng)按既定工作流程，機(jī)械手自動(dòng)從晶圓盒取同類晶圓，執(zhí)行全部工作流程中各項(xiàng)任務(wù)包括晶圓對(duì)準(zhǔn)，然后將晶圓放回晶圓盒，再取下一個(gè)晶圓做同樣的工作。本發(fā)明涉及工作流程創(chuàng)建階段的第一個(gè)關(guān)鍵步驟，即晶圓對(duì)準(zhǔn)的工作流程創(chuàng)建。 在晶圓對(duì)準(zhǔn)工作流程創(chuàng)建時(shí)，此時(shí)機(jī)械手已經(jīng)將經(jīng)過(guò)預(yù)對(duì)準(zhǔn)的晶圓放置于機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，使用者移動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和觀察相機(jī)實(shí)時(shí)攝取的圖像。參考圖2，圖3，通常使用者選取晶圓圓心附件的第1點(diǎn)13上的晶圓圖像111，以其中的子圖像為模板112。然后使用者向X 或Y方向移動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一個(gè)或多個(gè)單元(die)，到達(dá)應(yīng)該在同一直線上的第2點(diǎn)14，采集圖像121。在此實(shí)施方案以X方向?yàn)槔幌抻赬方向移動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為例，但沿Y 方向移動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)同樣可行。然后用模板匹配的方法找模板圖案112在目標(biāo)圖像121 中的匹配圖案122。模板匹配的方法有很多，例如下文中將要詳細(xì)描述的歸一化的交叉互相關(guān)算法，即Normalized Cross Correlation (NCC)算法，公式(1 )。一旦在第2點(diǎn)找到匹配，這兩點(diǎn)就可以決定一條直線，即晶圓的方向。通常實(shí)用中考慮到由于圖像質(zhì)量問(wèn)題某些模板匹配可能失敗和系統(tǒng)誤差的存在，用戶用多點(diǎn)例如15，16點(diǎn)進(jìn)行同樣的匹配，或用多點(diǎn)來(lái)擬合一條直線，更準(zhǔn)確地決定晶圓方向(圖2)，即夾角23。最終用戶轉(zhuǎn)動(dòng)晶圓矯正夾角23，使得晶圓水平/X和垂直/Y軸都和機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)方向一致。這些圖像采集點(diǎn)也都保存在工作流程中。在工作流程執(zhí)行階段，幾乎所有半導(dǎo)體設(shè)備工作的第一步就是晶圓對(duì)準(zhǔn)。此時(shí)是無(wú)人干預(yù)的，即全自動(dòng)的。一切都是按照創(chuàng)建的工作流程來(lái)執(zhí)行。機(jī)械手將預(yù)對(duì)準(zhǔn)過(guò)的晶圓放到機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，它自動(dòng)移動(dòng)到流程中的圖像采集點(diǎn)13，14，15，16等。按照同樣的流程執(zhí)行晶圓對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明涉及的核心部分就是在用戶選擇第1個(gè)模板圖像111以及其中的模板圖案 112時(shí)，給予其關(guān)于圖像以及其中模板圖案質(zhì)量的實(shí)時(shí)反饋，甚至包括對(duì)于其中模板圖案位置和大小的改良建議。使得使用者能選擇更好的圖像以及其中的模板圖案，提高圖像模式模式匹配乃至晶圓對(duì)準(zhǔn)精度，可靠性，避免或減少將來(lái)在流程執(zhí)行階段(全自動(dòng)，無(wú)操作人員干預(yù))的晶圓對(duì)準(zhǔn)失敗。而屆時(shí)晶圓對(duì)準(zhǔn)失敗對(duì)設(shè)備影響極大。特別是對(duì)于在線的設(shè)備， 如果需要停止自動(dòng)工作而需要人工干預(yù)，就意味著極大的經(jīng)濟(jì)損失。
一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，所述方法包括如下步驟
1)工業(yè)相機(jī)采集目標(biāo)晶圓的實(shí)時(shí)圖像，然后通過(guò)主計(jì)算機(jī)中的軟件和既定算法，從圖像和其中模板圖案中提取出模式識(shí)別/模板匹配相關(guān)的歸一化特征；
2)將這些特征的部分或全部，按照既定的權(quán)重計(jì)算，得出綜合圖像模板質(zhì)量評(píng)價(jià)；
3)將圖像模板質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果，在主計(jì)算機(jī)的用戶界面上顯示出來(lái)，能夠讓使用者，特別是對(duì)于圖像處理不了解的使用者可以不管個(gè)別模板圖像的特征，而僅僅根據(jù)該綜合圖像模板質(zhì)量來(lái)決定該圖像和其中模板是否可用。下面來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明所述的各種特征的詳細(xì)算法 模板唯一性算法
模板唯一性可用和圖像/模板模式匹配同樣的方法，即用歸一化的互相關(guān)算法 (normalized cross correlation)來(lái)計(jì)算。歸一化互相關(guān)算法為，如圖3所示取一幀圖像中的圖案，該圖像稱為模板圖像111，該圖案稱為模板112。然后遍歷目標(biāo)圖像121中，找和模板的最佳匹配。每次都用模板圖像和其相同大小的目標(biāo)圖像中的子圖像，計(jì)算歸一化互相關(guān)
權(quán)利要求
1.一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一個(gè)能沿 X、Y、Z三軸方向平動(dòng)和繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和與其連接的晶圓托盤(pán)，一個(gè)用于實(shí)時(shí)采集目標(biāo)圖像的工業(yè)相機(jī)，工業(yè)相機(jī)設(shè)置有若干個(gè)光學(xué)鏡頭，所述光學(xué)鏡頭能設(shè)置不同的孔徑和視場(chǎng)；一個(gè)能調(diào)節(jié)照明光波波長(zhǎng)范圍的照明裝置，一個(gè)測(cè)量裝置以及一臺(tái)用于控制上述設(shè)備的主計(jì)算機(jī)；所述主計(jì)算機(jī)包括其輸入裝置和輸出裝置，其軟件模塊包括用戶界面模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊和設(shè)備控制模塊。
2.一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟1)工業(yè)相機(jī)采集目標(biāo)晶圓的實(shí)時(shí)圖像，然后通過(guò)主計(jì)算機(jī)中的軟件和既定算法，從圖像和其中模板圖案中提取出模式識(shí)別/模板匹配相關(guān)的歸一化特征；2)將這些特征的部分或全部，按照既定的權(quán)重計(jì)算，得出綜合圖像模板質(zhì)量評(píng)價(jià)；3)將圖像模板質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果，在主計(jì)算機(jī)的用戶界面上顯示出來(lái)，能夠讓使用者，特別是對(duì)于圖像處理不了解的使用者可以不管個(gè)別模板圖像的特征，而僅僅根據(jù)該綜合圖像模板質(zhì)量來(lái)決定該圖像和其中模板是否可用。
3.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法還包括進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板在所給圖像中的唯一性特征，也包括將該唯一性特征歸一化的方法。
4.如權(quán)利要求2或3所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法還包括考慮模板在所給圖像對(duì)應(yīng)的晶圓表面位置周邊所采集圖中的唯一性特征。
5.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板圖像亮度和對(duì)比度的特征，也包括將該亮度和對(duì)比度歸一化的方法。
6.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板圖像飽和度特征，也包括將該飽和度歸一化的方法。
7.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板包含水平和垂直方向上邊緣像素多寡的特征，也包括將邊緣像素多寡歸一化的方法。
8.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算角部像素多寡的特征，也包括將該角部像素多寡歸一化的方法。
9.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板圖像噪聲特征，也包括將該噪聲特征歸一化的方法。
10.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用模板圖像清晰度特征，也包括將該清晰度特征歸一化的方法。
11.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括計(jì)算和使用彩色模板圖像中紅，綠，藍(lán)色彩相對(duì)比重的特征；也包括由紅，綠， 藍(lán)圖子像中提取邊緣特征，以各色子圖像中邊緣特征像素的相對(duì)多寡來(lái)決定各色子圖像的相對(duì)比重。
12.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，進(jìn)一步包括一種將上各獨(dú)立的歸一化的模板特征加權(quán)綜合來(lái)獲得的質(zhì)量總評(píng)價(jià)的方法，其結(jié)果是歸一化的；該方法還允許用戶增加或減少其中所包含的特征。
13.如權(quán)利要求2所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括在給定圖像中自動(dòng)產(chǎn)生最佳或接近最佳的模板的位置和尺寸，以便實(shí)時(shí)顯示到計(jì)算機(jī)屏幕上供用戶參考。
14.如權(quán)利要求2或12所述的用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋方法，其特征在于， 所述方法進(jìn)一步包括一種尋找最佳模板的方法，對(duì)于既定參數(shù)如模板初始大小和位置，在X 和Y方向變化范圍和步長(zhǎng)，包括如下步驟1)從模板起始大小和位置開(kāi)始，先作不同模板大小的外循環(huán)，即每次按其X和Y方向的變化步長(zhǎng)改變模板大小，遍歷全部許可的模板大小，為了節(jié)省時(shí)間，X和Y方向的變化可以同步；2)在以上每個(gè)不同模板大小的情況下，再作不同模板位置的內(nèi)循環(huán)，遍歷圖像中全部許可的模板位置；3)對(duì)每個(gè)模板的大小和不同位置，即按既定算法計(jì)算好模板匹配相關(guān)歸一化特征，包括唯一性，對(duì)比度，亮度，飽和度，清晰度，噪聲，水平和垂直邊緣多寡和角部多寡；然后再按既定算法，計(jì)算由這些特征加權(quán)組成的綜合總評(píng)價(jià)；再將達(dá)到既定閾值的模板按綜合總評(píng)價(jià)按高低排序，選擇綜合總評(píng)價(jià)最高的一個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)顯示到計(jì)算機(jī)屏幕上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于晶圓對(duì)準(zhǔn)的模板圖像質(zhì)量反饋系統(tǒng)及其方法，所述系統(tǒng)包括一可自由移動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，一晶圓托盤(pán)，一工業(yè)相機(jī)，一可變化照明光波波長(zhǎng)范圍的照明裝置以及一主計(jì)算機(jī)；本發(fā)明的軟件系統(tǒng)包括用戶界面模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊和設(shè)備控制模塊。本發(fā)明能實(shí)時(shí)采集機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的目標(biāo)圖像，通過(guò)軟件系統(tǒng)中既定算法的處理后，從圖像和模板圖案中提取出模式識(shí)別/模板匹配相關(guān)的諸歸一化的特征，并實(shí)時(shí)顯示在用戶界面上，本發(fā)明還包括一種能從給定的圖像中找到最佳匹配模板的方法。
文檔編號(hào)H01L21/68GK102184878SQ20111008221
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者驪松·劉 申請(qǐng)人:無(wú)錫睿當(dāng)科技有限公司