[发明专利]机器视觉动态标定系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉系统的标定领域，尤其是关于一种用于步进光刻机的机器视觉动态标定系统与方法。

背景技术

对准系统是半导体光刻设备非常重要的一个核心分系统，其对准精度的高低往往直接决定了半导体光刻设备所能达到的套刻精度。步进光刻机用于集成电路生产的前道非关键层工艺及后道封装工艺，相对于制作前道关键层工艺的扫描光刻机，其套刻精度要求相对较低，故目前步进光刻机的对准系统一般采用广泛应用于工控等各个行业的机器视觉系统，以简化光刻设备的结构复杂度和降低加工制造成本。通常机器视觉系统由待测工件、照明光源、成像镜头、CCD摄像机、图像采集卡及图像处理包组成，其中不可避免的要涉及机器视觉系统的标定方法及相关标定算法。

机器视觉系统的标定，是指建立CCD摄像机图像像素位置与被测物所在三维空间位置之间的关系。机器视觉系统所用的CCD摄像机，主要用于拍摄被测物体图像，然后保存到计算机系统内，计算机系统再进行相应的处理。而高精度机器视觉系统的标定，是保证机器视觉系统高精度、高可靠性的前提和基础，它可以矫正和补偿由于镜头畸变和CCD摄像机安装误差等因素所带来的系统失真，提高系统的测量精度及可靠性。

通常的机器视觉标定方法，是采用一块相对精度比较高的标定板，如附图2为机器视觉系统常用静态标定板的示意图，在标定板上有许多已知物理坐标的标定点，CCD摄像机对标定板进行拍摄并保存图像，然后通过特定的图像程序对图像进行处理，获取各个标定点的图像像素坐标，再将这些标定点的图像像素坐标和其相应的物理坐标成对输入，通过标定算法程序对此机器视觉系统进行标定。

但是采用上述静态标定板进行机器视觉系统标定存在以下缺陷：

1.首先，必须要有满足精度要求的高精度标定板。虽然相对于扫描光刻机，步进光刻机对于对准系统的精度要求低的多，然而市面上常用的标定板的精度通常为微米级别，而步进光刻机所要求的标定板精度在纳米级别，差距较大，远远满足不了需求，这就需要额外定制高精度的标定板，从而导致对准系统的成本比较高。

2.其次，图像处理程序复杂。需要有专门的程序对标定板上的标定点进行像素坐标的提取，由于如此大量标定点的形状是相同的，因此首先对图像进行分割才能再提取，为保证精度，提取的标定点图像位置精度要求达到亚像素级别，这样都增加了系统的复杂程度和实现难度。

3.标定板固定于运动的定位平台上，长时间的使用会使标定板受到污染和磨损，从而导致标定点图形质量下降，直接影响标定点的位置提取精度，最终影响机器视觉系统的对准测量精度。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有的技术问题，采用一种动态标定的方法进行机器视觉的标定，充分利用步进光刻机自身所带的高精度运动定位台，从而摆脱静态标定板标定所带来的各种限制。为实现上述目的，本发明提供了一种用于步进光刻机的机器视觉动态标定系统及方法。

本发明所述的机器视觉动态标定系统包括：

可高精度驱动的运动定位平台；对准运动定位平台的成像镜头；连接成像镜头的CCD摄像机；用于采集CCD摄像机图像的图像采集卡；控制计算机以及可驱动运动定位平台的运动控制器。

控制计算机通过图像采集卡从CCD摄像机获取采集图像数据，并采用一定的标定算法模型进行处理。同时也通过运动控制器驱动运动定位平台，决定其运动路径。

本发明所述的机器视觉动态标定方法如下：

按照一定路径定点驱动步进光刻机的机器视觉对准系统自身的高精度运动定位平台，其定点驱动，首先设定一起始位，然后按照特定路径跑完所有预设标记点，定点驱动路径可以为螺旋形运动路径、弓字形运动路径、逐行单向运动路径等。

通过CCD摄像机连接成像镜头，对准运动定位平台以获取每个标记点的图像；利用图像采集卡采集CCD摄像机图像输入控制计算机处理，获取每个标记点的图像像素坐标，同时记录下此时对应的运动定位平台的物理坐标；将以上各个标记点的图像像素坐标和对应的运动定位平台物理坐标作为数据成对输入控制计算机，通过特定标定算法程序从而完成对机器视觉对准系统的标定。

本发明较好地完成了对机器视觉对准系统进行动态标定的功能，充分利用步进光刻机已有的高精度运动定位平台，不需要定制昂贵的高精度标定板，节约成本，同时降低了系统的复杂度。相对于通常使用标定板的静态标定方法，具有以下优势：

1.不需要额外的标定板，充分利用现成的运动定位平台，降低了成本。

2.图像处理程序简化，降低系统的复杂度。