CN109426152A - 自动对位设备的系统转换参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动对位设备的系统转换参数优化方法。为解决自动对位设备的视觉系统与运动系统间的单位转换，两系统单位转换并非一比一，因此须找寻合适的系统转换参数的优化方法。优化方法包含：定义系统转换参数为实验因子，设定对位叠代次数为输出值；选择合适的直交矩阵及设定逐步调整的比例值；安排系统转换参数值至直交矩阵中；依序将系统转换参数的矩阵对应值作为输入参数，进行线上实验；利用视觉系统与转换参数，产生对位运动数值并进行对位，并藉此得到最佳叠代次数及相对应的系统转换参数。

Description

自动对位设备的系统转换参数优化方法

技术领域

本发明涉及一种自动对位设备的系统转换参数优化方法。

背景技术

多年来，许多产品已越来越轻、薄、短、小，这类产品的制程精度与速度，多数已超越人工所能处理的极限，大都要仰赖由视觉模块与运动控制模块组合而成的“自动对位系统”协助，才能达到又快、又准的制程严格要求。为提高制造精度，自动对位技术已越来越受到关注，但由于它是结合电脑视觉、对位平台、对位方法、运动控制、多坐标系统，坐标变换及系统整合，由此可知其技术门槛甚高，特别是应用在微影制程的设备开发。

一个自动曝光机自动对位模块的开发者起始的最重要工作是必须了解视觉系统与运动控制系统(包含螺杆、马达、驱动、控制)的规格及特性，然后搭配所开发的对位方法求得一组属于机台的视觉与运动控制系统的最佳系统转换参数。在取得合适的系统转换参数后，进入实际的生产操作流程才能发挥自动曝光机的高度效能。

在无法取得合适的系统转换参数的情况下，常造成如以图1A～图1C示出的状况。图1A～图1C分别示出现有技术多种不同对位动作的目标位置-对位时间示意图。其中，图1A中，目标物体的位置虽可逐渐的与目标位置靠拢，但需要很长的时间方能完成。图1B中，目标物体的位置以震荡的方式进行收敛，并可逐渐的与目标位置靠拢，同样需要很长的时间方能完成对位。在图1C中，目标物体的位置以震荡的方式进行调整，但却呈现发散的现象，无法完成对位。因此，快速找到优质的转换参数，成为本领域的重要课题。

发明内容

本发明提供一种系统转换参数优化方法，可有效并快速寻找出最佳的系统转换参数。

本发明的系统转换参数优化方法包括：定义一系统转换参数为实验因子，设定一对位叠代次数为输出值；选择一直交矩阵及设定逐步调整的一比例值；安排系统转换参数至直交矩阵中，并获得系统转换参数的矩阵；依序将系统转换参数矩阵中的多数个对应值分别作为多数个输入参数，以进行一直交矩阵线上实验；利用图像系统与各输入参数来产生对位运动的所需数值并进行对位动作；经由图像系统检查对位动作的对位结果，进行此阶段的该直交矩阵对位实验，并判断对位叠代次数是否不大于需求值；以及，若对位叠代次数不大于需求值，获得最佳叠代次数及相对应的系统转换参数。

在本发明的一实施例中，对位方法还包括：若对位叠代次数大于需求值，使用田口推论与比例值，决定下一阶段的直交矩阵实验的系统转换参数值，并重新进行直交矩阵对位实验。

在本发明的一实施例中，其中，利用图像系统与各输入参数来产生对位运动的所需数值并进行对位动作的步骤包括：提供视觉系统对被对位物件取像，依据空间相对坐标及各输入参数进行运算，以产生第一对位运动位移距离数值使运动系统产生运动并进行对位动作。

在本发明的一实施例中，对位方法还包括：提供视觉系统以判断对位动作的对位误差是否小于设定值；当对位误差不小于设定值时，再使视觉系统对被对位物件取像，依据空间相对坐标及输出系统转换参数组进行运算，以产生下一次对位运动位移距离数值使运动系统产生运动并进行下一次的对位动作。

在本发明的一实施例中，其中，若对位叠代次数大于需求值，使用田口推论与比例值，决定下一阶段的直交矩阵实验的系统转换参数值，并重新进行该直交矩阵对位实验的步骤包括：判断多次的对位动作中产生的对位叠代次数的平均值是否小于需求值；以及，当平均值大于该需求值时，依据田口推论与比例值来决定下一阶段的直交矩阵实验的系统转换参数值以进行直交矩阵对位实验。

在本发明的一实施例中，其中，系统转换参数组包括第一轴转换参数、第二轴转换参数以及第三轴转换参数。

基于上述，本发明通过直交矩阵以及所设定的调整比例来产生系统转换参数的矩阵，并通过系统转换参数的矩阵中的多个对应值以分别作为多数个输入参数来执行一直交矩阵线上实验。通过检查对位动作中产生的对位叠代次数，可获得最佳叠代次数及相对应的系统转换参数，并优化自动对位设备的自动对位动作。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A～图1C分别示出现有技术多种不同定位动作的目标位置-对位时间示意图。

图2示出本发明一实施例的自动对位装置的示意图。

图3示出本发明一实施例的系统转换参数优化方法的流程图。

图4示出本发明实施例的系统转换参数优化方法进一步实施方式的流程图。

附图标号说明

200：自动对位装置

221、222：视觉系统

211、212、213：运动系统

S310～S350、S410～S450：系统转换参数优化方法的步骤

OBJ：物件

MSK：光罩

AK1、AK2：对位标志

fx、fy、fq：系统转换参数

具体实施方式

请参照图2，图2示出本发明一实施例的自动对位装置的示意图。自动对位装置200包括视觉系统221、222、运动系统211、212以及213。自动对位装置200通过运动系统211、212以及213来调整物件OBJ以进行对位动作。在本实施例中，视觉系统221、222可通过光罩MSK对物件OBJ上的对位标志AK1、AK2进行取像，并依据取像的结果以驱使运动系统211、212以及213来进行物件OBJ的位置调整。其中，使运动系统211以及212可分别进行物件OBJ的垂直轴以及平行轴进行调整。运动系统213可使物件OBJ进行转动。其中，自动对位装置的视觉系统221、222以及运动系统211、212、213间具有的多数个系统转换参数组。以三个轴的运动系统而言，系统转换参数组具有三个系统转换参数，并分别对应自动对位装置200上的平行轴、垂直轴以及旋转轴。

附带一提的，本发明实施例中的物件OBJ可以是印刷电路板或也可以是积体电路基板、晶圆、玻璃基板及相关平板物件。

以下请参照图3，图3示出本发明一实施例的系统转换参数优化方法的流程图。首先，步骤S310中定义系统转换参数为实验因子，系统转换参数可以具有三个转换参数fx、fy、fq，转换参数fx、fy、fz可分别对应三个不同的轴，并设定对位叠代次数为输出值。其中，步骤S310用以设定自动对位装置的视觉系统以及运动系统间的多数个系统转换参数，并依据系统转换参数进行对位实验。

值得一提的，在本发明实施例中，四个量测因子与系统转换参数有直接关联，分别为对位过程中，目标位置与第一次对位到达点的位置误差(e1)与角度误差(θ1)、第一次目标位置与最后一次到达点的位置误差(e2)与角度误差(θ2)。为反映非线性效应和收集足够代表自动对位装置定位性能的数据，可采用五水准的全因子实验，并依据实验结果来设定系统转换参数。

藉此，在满足对位测试实验过程中所产生的位置误差与角度误差的条件下，步骤S310可设定合适的系统转换参数为实验因子。

接着，步骤S320选择合适的直交(orthogonal)矩阵，并设定调整比例值，再安排系统转换参数至直交矩阵中。其中，依据直交矩阵、调整比例值对选取系统转换参数组进行运算，藉以产生系统转换参数的矩阵。且系统转换参数的矩阵具有多数个对应值。关于动作细节上，举例来说明，直交矩阵可如下示的表1：

表1

当然，直交矩阵并非限制如表1所示，本领域技术人员可选择任意合适的直交矩阵，没有固定的限制。

另外，调整比例值例如可设定为0.02，并且，例如，当系统转换参数(fx,fy,fq)＝(0.06、0.06,0.14)时，对应表1的直交矩阵并安排系统转换参数至直交矩阵中，可获得具有多数个对应值的系统转换参数的矩阵，如下表2所示：

表2：

当然，表2所示的转换参数矩阵也只是一个说明范例，不用以限缩本发明。

其中，对应直交矩阵的三个行，表2中的各个列可依据直交矩阵对应的各行中的数值，以依据调整比例值对系统转换参数(fx,fy,fq)进行调整而获得。举例说明，当对应的直交矩阵中的数值等于1时，表2中的对应值等于系统转换参数中对应的数值；当对应的直交矩阵中的数值等于2时，表2中的对应值等于系统转换参数中对应的数值加上调整比例值(0.02)；当对应的直交矩阵中的数值等于3时，表2中的对应值等于系统转换参数中对应的数值加上两倍的调整比例值(0.04)。

步骤S330则使转换参数矩阵中的各个系统转换参数组依序输入至多层感知对位模型以执行线上实验的测试动作，并产生对位误差比值。以表2的系统转换参数的矩阵为范例，步骤S330可先使系统转换参数的矩阵中第一列的对应值((fx,fy,fq)＝(0.06,0.06,0.14))作为输入值以进行直交矩阵线上实验，接着使第二列的对应值((fx,fy,fq)＝(0.06,0.08,0.16))作为输入值以进行直交矩阵线上实验，依此类推，使表2中的多个对应值依序作为输入参数以进行直交矩阵线上实验。

请继续新参照图3，步骤S340中，使视觉系统对被对位物件取像，计算空间相对坐标并与对应的系统转换参数进行计算，产生对位运动位移距离并执行对位动作。其中，步骤S340依据步骤S330中执行的直交矩阵线上实验所产生的对位误差比值以选择多个对应值(系统转换参数)的其中之一最佳者，并依据这个选出的系统转换参数使运动系统产生运动并进行对位动作。本发明实施例可依据对位误差比值来产生输出系统转换参数组，通过视觉系统对被对位物件取像，依据空间相对坐标及选取系统转换参数组进行运算，以产生对位运动位移距离数值使运动系统产生运动并进行对位动作。

值得注意的，若步骤S350中的的对位动作对应输出的对位叠代次数可以不大于一个预定的需求值时，可以判定这个选出的系统转换参数可满足要求。相对的，若步骤S350中的的对位动作对应输出的对位叠代次数大于预定的需求值时，表示选出的系统转换参数尚无法满足要求。

为更优化本发明实施例的对位动作，请参照图4，图4示出本发明实施例的系统转换参数优化方法进一步实施方式的流程图。在步骤S410中，延续前述的步骤S350，通过视觉系统可判断前述的对位动作后所产生的对位误差是否小于一设定值。若判断结果为是，可判定对位动作完成，并进行步骤S420；相对的，若判断结果为否，需重新执行步骤S350，再使视觉系统对被对位物件取像，并依据空间相对坐标及系统转换参数进行运算，以产生新的对位运动位移距离数值使运动系统产生运动并进行对位动作。

另外，步骤S420判断直交矩阵实验是否都已完成。若判断结果为是，则可执行步骤S430；相对的，若判断结果为否，则需重新执行步骤S340。

步骤S430中并判断依据选出的系统转换参数所进行的对位动作，其所需要的叠代次数是否满足需求。也就是说，可以通过多次的对位动作中的的多个叠代次数平均值是否小于预设的目标值，若是，表示选中的系统转换参数为最佳的系统转换参数，并应用来进行对位动作；相对的，若判断的结果为否，则执行步骤S440。

为加速最佳的系统转换参数的产生，步骤S440依据田口理论与比例值来设定新的系统转换参数以进行下一阶段的直交矩阵实验的系统转换参数值，并重新执行步骤S330。上述的田口理论是田口玄一(Taguchi Genichi)博士于1950年代所开发倡导，利用简单的直交表实验设计与简洁的变异数分析，以少量的实验数据进行分析，可有效提升产品质量，为本领域技术人员所熟知的技术，在此不多赘述。

综上所述，本发明整合全因子实验设计以及田口理论来找到自动对位装置(例如：晶圆曝光机)的最佳系统转换参数，为一种有效、低成本、和节省时间的方法。全因子实验子设计的用途是收集代表曝光机的定位模型的实验数据，而田口理论则用以更有效率的得到更好的系统转换参数。举例来说明，本发明实施例的寻找出的系统转换参数，在定位精度±5μm的要求条件下，相对于既有的方法，对位效率可提升达55％。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种系统转换参数优化方法，适用于自动对位设备，其特征在于，包括：

定义系统转换参数为实验因子，设定对位叠代次数为输出值；

选择直交矩阵及设定逐步调整的比例值；

安排所述系统转换参数至所述直交矩阵中，并获得系统转换参数的矩阵；

依序将所述系统转换参数矩阵中的多数个对应值分别作为多数个输入参数，以进行直交矩阵线上实验；

利用图像系统与各所述输入参数来产生对位运动的所需数值并进行对位动作；

经由所述图像系统检查所述对位动作的对位结果，进行此阶段的所述直交矩阵对位实验，并判断所述对位叠代次数是否不大于需求值；以及

若所述对位叠代次数不大于所述需求值，获得最佳叠代次数及相对应的所述系统转换参数。

2.根据权利要求1所述的系统转换参数优化方法，其特征在于，还包括：

若所述对位叠代次数大于所述需求值，使用田口推论与所述比例值，决定下一阶段的所述直交矩阵实验的所述系统转换参数值，并重新进行所述直交矩阵对位实验。

3.根据权利要求1所述的系统转换参数优化方法，其特征在于，利用所述图像系统与各所述输入参数来产生对位运动的所述所需数值并进行所述对位动作的步骤包括：

提供所述视觉系统对被对位物件取像，依据空间相对坐标及各所述输入参数进行运算，以产生第一对位运动位移距离数值使运动系统产生运动并进行所述对位动作。

4.根据权利要求3所述的系统转换参数优化方法，其特征在于，还包括：

提供所述视觉系统以判断所述对位动作的对位误差是否小于设定值；以及

当所述对位误差不小于所述设定值时，再使所述视觉系统对所述被对位物件取像，依据所述空间相对坐标及所述输出系统转换参数组进行运算，以产生下一次对位运动位移距离数值使所述运动系统产生运动并进行下一次的所述对位动作。

5.根据权利要求2所述的系统转换参数优化方法，其特征在于，若所述对位叠代次数大于所述需求值，使用田口推论与所述比例值，决定下一阶段的所述直交矩阵实验的所述系统转换参数值，并重新进行所述直交矩阵对位实验的步骤包括：

判断多次的所述对位动作中产生的对位叠代次数的平均值是否小于所述需求值；以及

当所述平均值大于所述需求值时，依据田口推论与所述比例值来决定下一阶段的所述直交矩阵实验的所述系统转换参数值以进行所述直交矩阵对位实验。

6.根据权利要求1所述的系统转换参数优化方法，其特征在于，所述系统转换参数组包括第一轴转换参数、第二轴转换参数以及第三轴转换参数。