CN103293867B - 一种方形基板预对准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种方形基板预对准装置及方法。方形基板预对准装置，用于对基板传输中机械手上片误差(基板的偏心，偏向)的测量，这个测量的过程称为预对准，主要用到装置包括机械手、工件台、第一探测器、第二探测器和控制器。其中，工件台承载上述方形基板，第一探测器扫描方形基板的第一边缘，并计算第一边缘的偏向值；第二探测器扫描方形基板的第二边缘，第二边缘垂直于第一边缘，并计算第二边缘的偏向值；控制器根据第一边缘的偏向值和第二边缘的偏向值控制并驱动工件台。本发明的方形基板预对准装置和方法不会破坏方形基板，节省时间并提高经济效率。而且由于采用边扫面的方式，采样点多，并更接近实际边的状态，从而提高了测量精度。

Description

一种方形基板预对准装置及方法

技术领域

本发明涉及基底处理系统，且特别涉及一种方形基板预对准装置及方法。

背景技术

在当今信息化社会，显示器在人们的生活中正扮演着越来越重要的角色。在当今的显示器领域，已有100年历史的CRT(阴极射线管)正逐渐被LCD(液晶显示器)为代表的平板显示器(FPD)所替代，而新近出现的OLED(有机发光显示器)为代表的新型平板显示器将为人们提供更加理想的显示画面，并对现有的显示产业格局产生巨大的影响。OLED因其具有超薄、主动发光、高亮度、高对比度、宽视角、宽工作温度范围、低功耗、低成本、全固态等优点，被认为是LCD最强有力的竞争者。而OLED的制作依赖于光刻工艺，在进行光刻工艺之前方形基板的预对准起了很重要的作用。

方形基板在上片盒内的位置偏差，以及机器人的搬运误差，都会导致方形基板初次上片时存在误差。如果上片精度不满足光刻机的要求，则无法进行下一步工艺。

现有技术有提供一种基于接触式传感器的机械检测方法，特点是在承载台上放置位置传感器，实现对方形基板的预对准；其缺点是采用接触式的对准方法容易污染和损坏方形基板，另外该方案对于位置传感器的稳定性要求非常严格。

另有一现有技术是在机械手上实现对方形基板进行预对准，大致方案如下：在机械手某一固定位置的上方放置两个CCD，这两个CCD通过光学镜头对方形基板的边缘信息进行采集，然后通过上步采集到的边缘信息检测方形基板位置，与方形基板的理想位置做比较，求出当前方形基板的旋转及位移量，从而调整机械手的位置，达到调整方形基板位置的目的；该方案的缺点是在机械手上进行预对准以后，后续还需将方形基板放到工件台上，放置的过程中不可避免的引入误差，导致对准精度的下降。另外一个缺点是，该方案试图通过与CCD一侧的照明来提取方形基板的边缘信息，通过这样的照明方式来获取的边缘信息量是非常有限的。

发明内容

为克服上述缺点，本发明提供了一种方形基板预对准装置和方法，不会破坏方形基板，节省时间并提高经济效率。而且由于采用边扫面的方式，采样点多，并更接近实际边的状态，从而提高了测量精度。

为达上述目的，本发明提出一种方形基本预对准装置，用于对搬运到曝光装置的方形基板进行预对准，包括工件台、第一探测器、第二探测器和控制器。其中，工件台承载上述方形基板，第一探测器扫描方形基板的第一边缘，并计算第一边缘的偏向值；第二探测器扫描方形基板的第二边缘，第二边缘垂直于第一边缘，并计算第二边缘的偏向值；控制器根据第一边缘的偏向值和第二边缘的偏向值控制并驱动工件台。

本发明中，第一探测器和第二探测器均包括预对准镜头和背景反射镜，预对准镜头设置在方形基板的上方，背景反射镜设置在方形基板的下方。且预对准镜头包括线阵CCD、照明光路和成像光路。

进一步，第一探测器和第二探测器的预对准镜头的探测视场是一条直线。

本发明另提出一种方形基板预对准方法，包括下列步骤：

(1)工件台Y向运动，用第一探测器扫描方形基板第一边缘，并对扫描得到的第一边缘采样数据进行处理，找出基板第一边缘像素，同时第二边缘运动到第二探测器下方，控制器记录第一边缘采样数据和工件台的第一运动距离并根据上述第一边缘采样数据和工件台的第一运动距离计算第一边缘偏向值；

(2)工件台X向运动，用第二探测器扫描方形基板的第二边缘，并对扫描得到的第二边缘采样数据进行处理，找出基板第二边缘像素，控制器记录第二边缘采样数据和工件台的第二运动距离并根据第二边缘采样数据和工件台的第二运动距离计算第二边缘偏向值；

(3)控制器根据上述第一探测器和第二探测器的位置参数、工件台的运动参数、以及第一边缘采样数据和第二边缘采样数据，计算方形基板拐角坐标，根据基板矩形的长和宽、第一边缘偏向值和第二边缘偏向值计算出偏心值。

综上所述，本发明的方形基板预对准的装置和方法是基于工件台的运动特点和方形基板的形状特点而提出边扫描方式在工件台上实现对方形基板的预对准，其有益效果在于：

采用非接触式的光学对准方式对工件台上的方形基板直接进行对准，对准精度高且不会破坏方形基板；另外，本发明基于工件台的运动特点和方形基板的形状特点提出边扫描方式，即对方形基板进行定心、定向的测量，且在测量过程中结合实际上板交接位置合理布局预对准镜头，对两边测量可以大量节省时间，提高经济效率。而且由于采用边扫面的方式，采样点多，并更接近实际边的状态，从而从客观上提高了测量精度。

附图说明

图1所示为本发明实施例的方形基板预对准装置的示意图。

图2是探测器的主视图。

图3是图1中探测器的俯视图。

图4为理想基板位置和实际上片后基板位置的比较图。

图5为实际上片后基板位置算法原理说明图。

图6为图4中方形基板预对准装置在实际工程中应用的示意图。

图7为图4中方形基板预对准装置在实际中另一应用的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示为本发明实施例的方形基板预对准装置的示意图，图2是探测器的主视图，图3是图1中探测器的俯视图，图4为理想基板位置和实际上片后基板位置的比较图。请同时参考图1至图4。

方形基板预对准装置用于对机械手搬运到工件台上的的方形基板进行预对准，包括工件台10、第一探测器20、第二探测器30和控制器(图中未示)。其中，工件台10承载方形基板B，第一探测器20扫描方形基板的第一边缘S1，并计算第一边缘的偏向值；第二探测器30扫描方形基板的第二边缘S2，第二边缘S2垂直于第一边缘S1，并计算第二边缘S2的偏向值；控制器根据第一边缘S1的偏向值和第二边缘S2的偏向值控制并驱动工件台10相应的补偿基板的偏心，偏向。

本发明中，第一探测器20和第二探测器30的结构相同，此处仅对第一探测器20做具体描述。第一探测器20包括预对准镜头201和背景反射镜202，预对准镜头201设置在方形基板B的上方，背景反射镜202设置在方形基板的下方。预对准镜头201包括线阵CCD 201a、照明光路201b、成像光路201c，其中，且本实施例中，第一探测器20和第二探测器30的预对准镜头的探测视场是一条直线。

选用线阵CCD 201a作为图像采集元件，因为它有采样频率高，处理速度快的特点，适合探测运动中边缘提取。背景反射镜202用于对预对准镜头一侧方向照下来的照明光进行反射，实现额外的背光照明，有利于预对准镜头对边缘信息的提取；此处由于采用线阵CCD扫描的探测的方式，为了保证背景的连续性，在这里背景反射镜202的长度至少保证需要的扫描长度，详细见图4和图5。

在图3中可以看到探测器布局在方形基板B的边缘，并固定不动，当方形基板沿着V向移动L，通过探测器的线视场F1可对方形基板的边缘S1进行扫描测量，实际边缘S1与理想边缘S1v在探测器上变化量D可以测量出来，基板倾斜角度θ：

$\mathrm{tg\θ}=\frac{D}{L}$

本实施例中，方形基板预对准装置运用这样的原理，对已知形状和大小的方形基板可以分别对相邻的两个直角边进行扫描测量，具体参照图4。方形基板B沿着Y向运动，探测器30的线视场F1可以测量边S1的倾斜变化；方形基板B沿着X向运动，探测器30的线视场F2可以测量边S2的倾斜变化，并且基板矩形B的长W和宽H也是已知的。

本发明的方形基板预对准方法，具体介绍如下：

(1)工件台Y向运动，用第一探测器20扫描方形基板B第一边缘S1，并对扫描得到的第一边缘采样数据进行处理，找出方形基板B第一边缘像素，同时第二边缘S2运动到第二探测器30下方，控制器记录第一边缘采样数据和工件台的第一运动距离并根据上述第一边缘采样数据和工件台10的第一运动距离计算第一边缘偏向值；

(2)工件台X向运动，用第二探测器30扫描方形基板的第二边缘S2，并对扫描得到的第二边缘采样数据进行处理，找出方形基板第二边缘像素，控制器记录第二边缘采样数据和工件台的第二运动距离并根据第二边缘采样数据和工件台的第二运动距离计算第二边缘偏向值；

(3)控制器根据上述第一探测器20和第二探测器30的位置参数、工件台10的运动参数、以及第一边缘采样数据和第二边缘采样数据，计算方形基板B拐角坐标，根据基板矩形B的长W和宽H、第一边缘偏向值和第二边缘偏向值计算出偏心值(Xc，Yc)。

在xy坐标系中的坐标及基板的尺寸W*H，

已知两条直线的参数k_R，b_R，k_B，b_B的情况下，可以方便的求出它们的交点(x，y)。解方程组：

$\left\{\begin{array}{c}y=k_{R}x+b_R\\ y=k_{B}x+b_B\end{array}\right.$

得出：

$x=\frac{b_B-b_R}{k_R-k_B}.$

y＝k_Rx+b_R

求偏向角

用边1的斜率计算偏向角θ₁：

θ₁＝arctan(-d₁/L₁)

用边2的斜率计算偏向角θ₂：

θ₂＝arctan(-d₂/L₂)

θ₁≈θ₂

取： $\mathrm{\θ}=\frac{{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2}{2}$

求偏心

x_c＝x+Lsin(α+θ)

y_c＝y-Lcos(α+θ)

其中：

$L=\sqrt{{(W/2)}^2+{(H/2)}^2}$

α＝arctan(W/H)

图5为实际上片后方形基板预对准装置偏心偏向的算法原理说明图。

在上板预对准的时候，不仅要保证上板后预对准的精度，预对准的时间也是要考虑在内的。通常情况下，机械手和工件台在交接位置完成方形基板的交接，然后预对准，预对准完成后工件台运动到零位。

图6为图1中方形基板预对准装置在实际工程中应用的示意图。如图6所示：机械手MH上片后，当交接位Pe位于整机Y轴正向时，交接完成后，Y向运动到零位P0过程中对边S1’扫描，Y向到位后，X向运动扫描边S2’，最后回到零位P0。

图7为图1中方形基板预对准装置在实际中另一应用的示意图。如图7所示：机械手MH上片后，当交接位Pe’偏离整机正向时，交接完成后，Y向运动到零位P0’过程中对边S1”扫描，Y向到位后，X向运动扫描边S2”，最后回到零位。

综上所述，本发明的方形基板预对准的装置和方法是基于工件台的运动特点和方形基板的形状特点而提出边扫描方式在工件台上实现对方形基板的预对准，其具有以下优点：

采用非接触式的光学对准方式对工件台上的方形基板直接进行对准，对准精度高且不会破坏方形基板；另外，本发明基于工件台的运动特点和方形基板的形状特点提出边扫描方式，即对方形基板进行定心、定向的测量且在测量过程中结合实际上板交接位置合理布局对两边测量与对准镜头，可以大量节省时间，提高经济效率。而且由于采用边扫面的方式，采样点多，并更接近实际边的状态，从而从客观上提高了测量精度。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.一种方形基板预对准装置，用于对搬运到曝光装置的方形基板进行预对准，特征在于，包括：

工件台，承载上述方形基板

第一探测器，扫描上述方形基板的第一边缘，并计算第一边缘的偏向值；

第二探测器，扫描上述方形基板的第二边缘，第二边缘垂直于第一边缘，并计算第二边的偏向值；以及

控制器，根据第一边的偏向值和第二边的偏向值控制并驱动上述工件台；

其中第一探测器和第二探测器均包括预对准镜头和背景反射镜，预对准镜头设置在方形基板的上方，背景反射镜设置在方形基板的下方。

2.根据权利要求1所述的方形基板预对准装置，其特征在于，预对准镜头包括线阵CCD、照明光路和成像光路。

3.根据权利要求1所述的方形基板预对准装置，其特征在于，其中，第一探测器和第二探测器的预对准镜头的探测视场是一条直线。

4.一种方形基板预对准方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)工件台Y向运动，用第一探测器扫描方形基板第一边缘，并对扫描得到的第一边缘采样数据进行处理，找出基板第一边缘像素，同时第二边缘运动到第二探测器下方，控制器记录第一边缘采样数据和工件台的第一运动距离，根据上述第一边缘采样数据和工件台的第一运动距离计算第一边缘偏向值；

(2)工件台X向运动,用第二探测器扫描方形基板的第二边缘，并对扫描得到的第二边缘采样数据进行处理，找出基板第二边缘像素，控制器记录第二边缘采样数据和工件台的第二运动距离，根据第二边缘采样数据和工件台的第二运动距离计算第二边缘偏向值；

(3)控制器根据上述第一探测器和第二探测器的位置参数、工件台的运动参数、以及第一边缘采样数据和第二边缘采样数据，计算方形基板拐角坐标，根据基板矩形的长和宽、第一边缘偏向值和第二边缘偏向值计算出偏心值。