机器可读标记和识别方法与流程

本技术一般涉及机器可读基准标记以及用于读取或识别该标记的方法。特别地，本技术提供了一种用于例如纳米级应用的光学或机器可读基准标记，以及一种用于自动检测标记的方法。

背景技术：

1、制造有效的光电子器件，以便降低功耗或达到全局可持续的功耗水平是值得期待的。为了使光电子学更有效，需要原子级别的薄的纳米材料和特定的微结构，例如单分子层、晶界或纳米线/纳米管。然后，例如，纳米线可用于形成高效光伏器件。

2、一般而言，存在两种构建感兴趣的纳米特征的方法，即自顶向下的方法和自底向上的方法。在自顶向下的方法中，通过例如光刻减少较大的材料块，以形成感兴趣的纳米特征。在自底向上的方法中，通过组合组成原子合成感兴趣的纳米特征。自底向上的过程可包括生长感兴趣的纳米特征。

3、在感兴趣的纳米特征生长在衬底上的情况下，必须在纳米特征可以用于构建更复杂的结构(诸如光电子器件)之前识别它们的位置。然而，目前识别这些纳米结构依赖于人工输入，因此既耗时又昂贵。使识别感兴趣的纳米特征的过程自动化以能够将它们用于例如光电子的制造，使得高效光电子的生产耗时更少并且因此在商业上可行。

4、基准标记可以是帮助自动化识别感兴趣的纳米特征的有用工具，并且因此对诸如光刻、显影和剥离敷金属(lift-off metallisation)的纳米制造中的当前过程做出显著改进。基准标记可以用作对准标记，其可以使用计算机视觉方法自动识别。然后，对准标记可以用于在样品或衬底上定位感兴趣的特征，并且对准光刻限定的纳米结构的连续层，例如电极或天线。

5、然而，为了有用，任何对准标记/基准标记应在纳米制造工艺(例如光刻)期间尽可能保持不变。除了抵抗制造工艺步骤的改变之外，基准标记应当是可通过计算机视觉方法很好地检测的。当前的基准标记不满足这些标准和/或不适合用于产生纳米级特征。

6、因此，本技术人已经认识到需要一种改进的基准标记以及读取或识别该基准标记的方法。

技术实现思路

1、在本技术的第一方法中，提供了一种机器可读基准标记，所述标记包括：脊柱(spine)，所述脊柱包括短轴和长轴，其中所述长轴和短轴的取向限定所述标记在衬底上的取向，并且其中所述脊柱限定：所述标记的形状，所述形状具有在预定义阈值范围内的周长面积比，以及所述标记的至少两个区域；以及至少一个符号集，其设置在所述至少两个区域中的一个或多个中，所述至少一个符号集对与衬底上的所述脊柱的所述质心相关的位置的坐标信息进行编码。

2、所述基准标记可以适用于纳米级应用，但是应当理解，这是非限制性的使用情况。实际上，所述基准标记可以根据不同应用的需要而按比例放大或缩小。

3、所述符号可以对所述脊柱的所述质心的坐标信息(在这种情况下与所述质心相关的位置是质心位置)进行编码，或者对衬底上另一位置的坐标信息(在这种情况下与所述质心相关的位置是衬底上远离所述质心的另一位置)进行编码。

4、所述标记的所述形状可以是任何二维形状或平面图形，例如圆形、具有至少一个弯曲边缘或侧边的形状、以及多边形。

5、由所述脊柱限定的所述周长面积比可以指示所述形状的圆度(circularity)。

6、所述至少一个符号集可对所述基准标记的所述脊柱的所述质心的坐标信息进行编码，或者可对与所述质心相关的另一位置/方位的坐标信息进行编码。

7、因此，在一些情况下，所述至少一个符号集可包括对所述脊柱的所述质心的x坐标进行编码的第一符号集和对所述脊柱的所述质心的y坐标进行编码的第二符号集。

8、在这些情况下，所述至少一个符号集还可以包括对与所述x坐标相关联的校验和(checksum)进行编码的第三符号集，以及对与所述y坐标相关联的校验和进行编码的第四符号集。

9、在其它情况下，所述至少一个符号集可包括对距所述脊柱的所述质心的距离进行编码的第一符号集，以及对与由所述脊柱限定的参考方向所成的角度进行编码的第二符号集。所述参考方向可以由所述脊柱的所述长轴定义。也就是说，除了笛卡尔坐标，所述符号可以对所述脊柱的质心的极坐标进行编码。

10、在这些情况下，所述至少一个符号集可包括对与所述距离相关联的校验和进行编码的第三符号集以及对与角度相关联的校验和进行编码的第四符号集。

11、在其它情况下，至少一个符号集可包括对与所述脊柱的所述质心相关的偏移位置的第一坐标进行编码的第一符号集，以及对与所述脊柱的所述质心相关的偏移位置的第二坐标进行编码的第二符号集。

12、在这种情况下，所述第一坐标和所述第二坐标可以是笛卡尔坐标或极坐标。所述至少一个符号集可以包括对与所述第一坐标相关联的校验和进行编码的第三符号集，以及对与所述第二坐标相关联的校验和进行编码的第四符号集。所述第一坐标和所述第二坐标可以在校准或制造过程中形成对机器的指令，如参考附图更详细的解释。

13、所述脊柱可以包括至少两个臂。所述至少一个符号集中的每个符号之间的间距可以与所述脊柱的每个臂的宽度相同。

14、所述脊柱可以限定六边形标记、正方形标记或矩形标记。应当理解，这些是所述标记可以具有的形状的非限制性示例。

15、对坐标信息进行编码的所述至少一个符号集可以以指示每个符号的预期位置的预定义图案(pattern)布置。例如，指示每个符号的预期位置的预定义图案可以包括四个、九个或十六个位置。能够理解的是，这些是位置的非限制性示例数目。位置的数目可以取决于所述标记的总体尺寸和/或形状。例如，较大的标记可以包括其中可以提供更多预期位置/符号的较大区域。然而，对于较大的标记来说，不必包括更多的预期位置/符号。

16、在所述基准标记的特定示例形式中，所述脊柱可以是具有四个臂并限定所述标记的四个区域的十字形脊柱。在该示例中，所述至少一个符号集可以包括：第一符号集，其设置在所述四个区域中的第一区域中，所述第一符号集以指示每个符号的预期位置的预定义图案布置，其中所述第一符号集形成与所述衬底上的所述脊柱的所述质心相关的位置的第一坐标的二进制表示；第二符号集，其设置在所述四个区域中的第二区域中，所述第二符号集以指示每个符号的预期位置的预定义图案布置，其中所述第二符号集形成与所述衬底上的所述基准标记的所述质心相关的位置的第二坐标的二进制表示；第三符号集，其设置在所述四个区域中的第三区域中，所述第三符号集限定与所述第一坐标相关联的校验和；以及第四符号集，其设置在所述四个区域中的第四区域中，所述第四符号集限定与所述第二坐标相关联的校验和。

17、在本技术的第二方法中，提供了一种装置，包括：衬底；至少一个机器可读基准标记，所述至少一个机器可读基准标记包括：脊柱，所述脊柱包括短轴和长轴，其中所述长轴和短轴的取向限定所述标记在衬底上的取向，并且其中所述脊柱限定：所述标记的形状，所述形状具有在预定义阈值范围内的周长面积比，以及所述标记的至少两个区域；以及至少一个符号集，所述至少一个符号集设置在所述至少两个区域中的一个或多个中，所述至少一个符号集对与衬底上的所述脊柱的所述质心相关的位置的坐标信息进行编码。

18、以上关于第一方法描述的特征同样适用于第二方法的机器可读基准标记，因此为了简明起见，不再重复。

19、所述装置的所述至少一个机器可读基准标记可以是基准标记的阵列。所述基准标记的阵列可以包括至少两个不同尺寸的基准标记。

20、所述装置的所述衬底可以是以下中的任何一种：可图案化材料、半导体器件、半导体晶片、金属层、介电层、透明衬底和显微镜盖玻片。

21、在一些情况下，所述至少一个机器可读基准标记可通过用对比材料图案化所述衬底来形成。应当理解，可以使用任何合适的制造工艺或技术来形成所述基准标记。

22、在本技术的第三方法中，提供了一种用于识别本文所述类型的机器可读基准标记的方法，所述方法包括：获得其上形成有所述机器可读基准标记的衬底的图像；获得关于形成在所述衬底上的所述基准标记的特性的信息；以及使用所获得的信息识别所述图像中的基准标记。

23、获得关于所述基准标记的特性的信息的步骤可以包括获得由所述基准标记的脊柱限定的形状的周长面积比。

24、所述方法还可以包括：识别所述图像中的潜在基准标记；确定所述潜在基准标记的质心；使用所述质心确定所述潜在基准标记的脊柱的长轴和短轴；使用所确定的长轴和短轴计算由所述脊柱限定的潜在的形状的周长面积比；确定所计算的周长面积比是否与所获得的信息中的比(ratio)匹配；以及当所计算的周长面积比被确定为与所获得的信息中的比匹配时，将所述潜在基准标记识别为基准标记。

25、所述方法还可以包括：使用所述长轴和短轴确定所述基准标记的取向。

26、所述方法还可以包括：使用所获得的信息来确定对坐标信息进行编码的所述至少一个符号集的预期位置；基于所述符号的所述预期位置，识别在所述预期位置是否存在任何符号；以及基于识别任何符号，读取与所述基准标记的质心相关的位置的第一坐标和第二坐标。

27、获得关于所述基准标记的特性的信息的步骤可以包括获得所述基准标记的所述脊柱的模板。

28、在这种情况下，所述方法还可以包括：识别所述图像中的潜在基准标记；旋转并缩放所述模板以匹配所述潜在基准标记的取向和尺寸；计算所述图像中的所识别的潜在基准标记与所述模板之间的相关值；以及当相关值指示所述潜在基准标记紧密匹配所述模板时，将所述潜在基准标记识别为基准标记。

29、所述方法还可以包括：使用所述模板识别在所述预期位置中是否存在任何符号；以及基于所识别的任何符号，读取与所述基准标记的质心相关的位置的第一坐标和第二坐标。

30、所述方法还可以包括：使用所获得的信息来识别对与所述第一坐标相关联的校验和进行编码以及对与所述第二坐标相关联的校验和进行编码的任何符号，并且读取所述校验和；计算所述第一坐标和所述第二坐标的校验和；以及检查所计算的校验和是否与所读取的校验和匹配；其中当所计算的校验和与所读取的校验和匹配时，所述潜在基准标记已被正确地识别和读取。

31、在本技术的第四方法中，提供了一种用于在机器校准或制造过程期间使用衬底上的本文所述类型的机器可读基准标记的阵列来控制机器的方法，所述方法包括：捕获所述机器可读基准标记的阵列的至少一个图像；使用本文所述的方法识别所述阵列中的至少一个机器可读基准标记；以及使用所识别的至少一个基准标记来控制所述机器。

32、所述方法可以用于校准成像机器的平移台。在这种情况下，所述方法可以包括：读取所识别的基准标记以确定与所述基准标记的所述质心相关的位置的第一坐标和第二坐标；将所述平移台移动预定距离；使用所述机器可读基准标记的阵列来确定所述平移台相对于所识别的基准标记移动的距离；计算所述平移台移动的真实距离；以及使用所述真实距离来校准所述平移台。

33、所述方法可以用于校准成像机器的放大率。在这种情况下，所述方法包括：使用所述机器可读基准标记的阵列确定所述基准标记之间的以像素计的间距；以及使用所述阵列中的所述基准标记之间的已知距离来计算所述成像机器的放大率。

34、所述方法可以用于校准成像机器的焦距。在这种情况下，所述方法可以包括：将所捕获的图像与所述基准标记的所述脊柱的模板进行卷积；识别所述卷积中指示所述基准标记的存在的峰值；控制所述成像机器调整所述焦距以增加所述卷积中的所述峰值。

35、在本技术的相关方法中，提供了一种非暂态数据载体，其携带处理器控制代码以实现本文描述的方法、过程和技术中的任一个。

36、如本领域技术人员将理解的，本技术可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本技术可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例或组合软件和硬件方面的实施例的形式。

37、此外，本技术可以采取在计算机可读介质中实现的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有在其上实现的计算机可读程序代码。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读介质可以是，例如，但不限于，电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。

38、用于执行本技术的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写，所述编程语言包括面向对象的编程语言和传统的过程编程语言。代码组件可以被具体化为过程、方法等，并且可以包括子组件，所述子组件可以采取从本地指令集的直接机器指令到高级编译或解释语言构造的任何抽象级的指令或指令序列的形式。

39、本技术的实施例还提供了一种携带代码的非暂态数据载体，当在处理器上实现所述代码时，使得所述处理器执行本文描述的方法中的任何方法。

40、该技术还提供处理器控制代码以例如在通用计算机系统或数字信号处理器(dsp)上实现上述方法。本技术还提供了一种承载处理器控制代码的载体，当运行所述代码时，实现上述方法中的任何方法，特别是在非暂态数据载体上实现上述方法中的任何方法。所述代码可以在诸如磁盘、微处理器、cd-rom或dvd-rom的载体上、诸如非易失性存储器(例如闪存)或只读存储器(固件)的编程存储器上、或在诸如光信号载体或电信号载体的数据载体上提供。用于实现这里描述的技术的实施例的代码(和/或数据)可以包括诸如c语言的传统编程语言(解释或编译)的源、对象或可执行代码，或者汇编代码、用于设置或控制专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)的代码，或者用于诸如verilog(rtm)或超高速集成电路硬件描述语言(vhdl)的硬件描述语言的代码。如本领域技术人员将理解的，这样的代码和/或数据可以分布在彼此通信的多个耦合的组件之间。该技术可以包括控制器，该控制器包括耦合到系统的一个或多个组件的微处理器、工作存储器和程序存储器。

41、本领域技术人员还将清楚，根据本技术的实施例的逻辑方法的全部或部分可以适当地在包括用于执行上述方法的步骤的逻辑元件的逻辑装置中实施，并且这样的逻辑元件可以包括诸如在例如可编程逻辑阵列或专用集成电路中的逻辑门的组件。这种逻辑布置还可以实现为使能元件，用于使用例如虚拟硬件描述符语言在这种阵列或电路中临时或永久地建立逻辑结构，可以使用固定或可传输载体介质来存储和传输该虚拟硬件描述符语言。

42、在实施例中，本技术可以使用多个处理器或控制电路来实现。本技术可以适于在装置的操作系统上运行或集成到装置的操作系统中。

43、在一个实施例中，本技术可以以其上具有功能数据的数据载体的形式实现，所述功能数据包括功能计算机数据结构，以便当所述功能计算机数据结构被加载到计算机系统或网络中并由此运行时，使所述计算机系统能够执行上述方法的所有步骤。