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Diese Erfindung betrifft Abbildungssysteme insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich,
für Anwendungen
auf dem Gebiet der Siebdrucker für
das Aufbringen von Lötpaste
auf Leiterplatten. Die folgende Beschreibung wird sich auf Siebdruckeranwendungen
fokussieren, es versteht sich aber, daß verschiedene Aspekte der
Erfindung Anwendung auf anderen Gebieten finden, wo ähnliche
Techniken vennrendet werden.
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Bei Siebdruckern für Leiterplatten
(pcb) wird das Sieb über
der Leiterplatte positioniert und Lötpaste wird auf die Platte
durch die Öffnungen
in dem Sieb aufgebracht. Um sicherzustellen, daß die Lötpaste auf den richtigen Orten
der Platte für
die nachfolgende Plazierung von Komponenten gedruckt wird, muß das Sieb
vor dem Drucken gegenüber
der Platte ausgerichtet werden. Um diese Ausrichtung durchzuführen, wird
im allgemeinen eine Abbildungseinrichtung, wie z. B. ein Videosensor
zwischen dem Sieb und der Platte bewegt, um Bezugsmarkierungen oder "Koordinaten" an den entsprechenden
Positionen auf dem Sieb und der Platte zu betrachten. Bilder der
entsprechenden Koordinaten auf dem Schirm und der Platte werden
an die Bildverarbeitungsvorrichtung weitergegeben. Die Bildverarbeitungsvorrichtung
bestimmt die relative Fehlausrichtung des Siebes und der Platte
gegenüber
den Positionen der Koordinaten in den erfaßten Bildern und die relative
Position des Siebes und der Platte wird eingestellt, um vor dem
Drucken die Ausrichtung zu erzielen.
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Die allgemeine Anordnung eines Typs
von Siebdruckern ist in 1 der
begleitenden Zeichnungen dargestellt. Die zu bedruckende Leiterplatte 1 wird
von einer Basis (nicht gezeigt) des Druckers in einer im allgemeinen
horizontalen Ebene parallel zu den in der Figur gezeigten x- und
y-Achse gehalten. Ein Schirm bzw. Sieb 2 wird in einem
Rahmen 2a gehalten, so daß es oberhalb und im allgemeinen
parallel zu der Platte 1 liegt. Die Position des Siebes 2 in der
xy-Ebene kann mit
Hilfe der Siebpositionierungsmotoren 3, deren Funktionsweise
von dem Positionskontroller 4 gesteuert wird, eingestellt
werden. Der Tragrahmen 2a und die Siebpositionierungsmotoren 3 sind
in einem Druckkopfabschnitt (nicht gezeigt) des Druckers montiert,
der von der Basis weggeschwenkt werden kann, um den Zugriff zu erlauben, beispielsweise,
um die Plattenhalterung einzustellen, sofern dies notwendig ist.
Die Vorrichtung beinhaltet eine Abbildungseinrichtung 5,
die auf einem xy-Tisch (nicht gezeigt) für die Bewegung in einer horizontalen Ebene
zwischen der Platte 1 und dem Sieb 2 montiert ist.
Die Positionierung der Abbildungsvorrichtung 5 wird ebenso
durch den Positionskontroller 4 gesteuert.
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Die Oberfläche des Siebes 2,
die der Platte 1 zugewandt ist, hat eine Mehrzahl von Bezugsmarkierungen
oder Siebkoordinaten 6a und 6b. Die Oberfläche der
Platte 1, die dem Sieb 2 zugewandt ist, hat entsprechende
Plattenkoordinaten 7a und 7b. Die Positionen der
Platten- und Siebkoordinaten
sind derart, daß,
wenn jedes Paar von entsprechenden Koordinaten 6a,
7a und 6b, 7b zueinander
ausgerichtet ist, das Sieb in korrekter Weise relativ zu der Platte
ausgerichtet ist für
den nachfolgend durchzuführenden
Druckbetrieb nach einfachem Anheben der Platte mit Hilfe eines Mechanismus,
der in der Basis des Druckers zur Verfügung gestellt wird, bis sie
mit dem Sieb in Kontakt tritt.
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Die Abbildungseinrichtung 5 wird
derart betrieben, daß sie
die Bilder der Koordinaten 6, 7 erfaßt und die
erfaßten
Bilder werden zu einem Bildprozessor 8 geliefert, der programmiert
ist, um die Orte der Koordinaten in den Bildern zu bestimmen. Die
Koordinatenortsdaten werden dann zu dem Positionskontroller 4 geliefert
für das
Einstellen der Position des Siebes 2, um die entsprechenden
Koordinaten 6a, 7a und 6b, 7b und
somit die Platte und das Sieb zueinander auszurichten. Ein Videomonitor 9a erlaubt
es einem Bediener, die Bilder, die zu dem Bildprozessor 8 geliefert
werden, zu überwachen.
Eine Benutzerschnittstelle 9b ist mit dem Positionskontroller 4 verbunden,
um dem Benutzer die Steuerung der Vorrichtung, z. B. während vorläufigen Einstellverfahrens,
zu erlauben.
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Die allgemeine Anordnung einer bekannten Abbildungseinrichtung 5 ist
schematisch in 2 der Figuren
dargestellt. Die Abbildungseinrichtung ist hier ein Videosensor,
der eine CCD-Kamera 11 und ein optisches System, das allgemein
mit 12 bezeichnet ist, aufweist. Das optische System 12 weist
eine Sieb- und eine Plattenbeleuchtung auf, die schematisch mit 13 b zw. 14 angezeigt
wird. Die Sieb- und Plattenbeleuchtung 13 und 14 bildet
eine "direkte Beleuchtung" für das Beleuchten
der Bereiche A und B des Siebes und der Platte mit im wesentlichen
kollimierten Licht, wie durch die Pfeile in der Figur angezeigt
wird. Die direkte Beleuchtung 13, 14 kann in einer
Anzahl von Art und Weisen implementiert werden, beispielsweise durch
optische Anordnungen, die Licht von Quellen an ihrer einen Seite
empfangen, um das Licht nach oben/nach unten zu dem Sieb/der Platte
zu reflektieren. Wie durch die fettgedruckten Pfeile in der Figur
angezeigt wird, fällt
das Licht, das von dem Sieb und der Platte reflektiert wird, auf
die Reflektiereinrichtung 16 in einen Antwortlichtkanal 17 des
Systems, der schematisch durch die gestrichelten Linien in der Figur
dargestellt ist. Die Reflektiereinrichtung 16 kann beispielsweise eine
Prismaanordnung sein, die einfallendes Licht von dem Sieb/der Platte
entlang des Antwortlichtkanals 17 reflektiert. Das Antwortlicht
wird entlang des Kanals 17 über verschiedene Optiken (nicht
gezeigt) zu der CCD-Kamera 17 übertragen. Die beleuchteten Bereiche
des Siebs und der Platte können
nebeneinander auf der CCD-Anordnung abgebildet werden.
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Während
das direkte Licht, das nominell rechtwinklig zu dem Sieb und der
Platte verläuft,
für die
Aufnahme von Koordinaten für
Ausrichtungszwecke ausreichend ist, ist es, wenn der Sensor 5 ebenso
zu Überprüfungszwecken
verwendet wird, dann wünschenswert,
daß eine
zusätzliche,
diffuse Beleuchtung zur Verfügung
gestellt wird. Insbesondere wenn der Sensor verwendet wird, um das
Sieb 2 nach Öffnungsverschlüssen oder
Kontaminationen abzusuchen oder die Platte 1 nach fehlender,
fehlausgerichteter oder überschüssiger Drucksubstanz abzu suchen,
kann das direkte Licht für
die Unterscheidung der erforderlichen Merkmale nicht ausreichend
sein. Der Ort der direkten Sieb- und Plattenbeleuchtung 13, 14 oberhalb
und unterhalb des Antwortlichtkanals 17, wie er in 2 gezeigt ist, bedeutet
in der Praxis, daß es
nicht genügend
Raum gibt, um die erforderliche diffuse Beleuchtung des Sensors
bereitzustellen, wenn ein brauchbares kompaktes Design erzielt werden
soll.
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Die DE-A-4233455 beschreibt ein Paßgenauigkeitsverfahren
und eine Vorrichtung für
die paßgenaue
Anordnung eines Drucksiebes mit einem Druckobjekt. Bei der Durchführung der
paßgenauen Anordnung
werden das Drucksieb und das Druckobjekt beleuchtet und eine Bezugsmarkierung
auf dem Drucksieb und ein Bezugsloch in dem Druckobjekt werden abgebildet.
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Die WO-A-98/07569, die Stand der
Technik gemäß Artikel 54 (3)
ist, beschreibt einen Videosensor, der verwendet wird, um ein Drucksieb
und ein Substrat vor dem Drucken zu betrachten, um Bildsignale zur
Verfügung
zu stellen, die verwendet werden, um das Drucksieb und das Substrat
vor dem Drucken zueinander auszurichten.
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Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung
eine Abbildungsvorrichtung für
die Erfassung von Bildern von Regionen, insbesondere eines Siebes
und/oder einer Platte, in einem Siebdrucker zur Verfügung, wobei
die Vorrichtung aufweist: eine Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen
für das
Beleuchten der Regionen, die abgebildet werden sollen; und Abbildungseinrichtungen
für das
Erfassen der von den Beleuchtungseinrichtungen beleuchteten Regionen,
dadurch gekennzeichnet, daß:
die Vorrichtung weiterhin eine Steuereinrichtung aufweist für die Steuerung
jeder Beleuchtungseinrichtung, um einen Lichtpuls zu erzeugen, wobei
die Steuereinrichtung derart betreibbar ist, daß sie die Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen
steuert, um entsprechende Pulse von unterschiedlicher Dauer zu erzeugen, so
daß die
zeitlichen Mittelpunkte der Pulse von den entsprechenden Beleuchtungseinrichtungen
zusammenfallen.
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In Ausführungsformen dieses Aspektes
der Erfindung kann daher die Abbildungsvorrichtung eine Mehrzahl
von Beleuchtungseinrichtungen beinhalten, die Pulse mit unterschiedlicher
Dauer erzeugen können,
z. B. unterschiedliche zeitliche Pulsbreiten, doch obgleich die
Pulsbreiten für
unterschiedliche Beleuchtungseinrichtungen unterschiedlich sind, sind
die Pulse um denselben Zeitpunkt zentriert. Da die effektive Lichtintensität von unterschiedlichen
Beleuchtungseinrichtungen von der Pulsbreite abhängt, erlaubt dieses verschiedenen
Beleuchtungseinrichtungen, Licht unterschiedlicher Intensität in einer Stroboskopsituation
zu erzeugen, wobei die koinzidenten Lichtpulse das Bild an einem
einzelnen Zeitpunkt "einfrieren".
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Die Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen
können
direkte Beleuchtungseinrichtungen und/oder diffuse Beleuchtungseinrichtungen
aufweisen, wie sie für Überprüfungszwecke
verwendet werden können.
Weiterhin ist die Steuereinrichtung in bevorzugten Ausführungsformen
derart betreibbar, daß sie
die Pulsdauer und daher die effektive Intensität von einer oder mehreren und
vorzugsweise von allen Beleuchtungseinrichtungen in Antwort auf
eine Steuer eingabe variiert. Die Intensität von einzelnen Beleuchtungseinrichtungen
kann somit unabhängig von
den anderen variiert werden, während
die Lichtpulse von unterschiedlichen Quellen immer noch durch die
Steuereinrichtung um denselben Zeitpunkt zentriert sind.
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Die Steuereinrichtung kann in einem
ersten Modus betrieben werden, um die Beleuchtungseinrichtung zu
steuern, um wiederholt Lichtpulse zu erzeugen, vorzugsweise synchron
mit einem Videosignalausgang von der Abbildungseinrichtung und besonders
bevorzugt mit der Einzelbildrate des Videosignals. Die Steuereinrichtung
kann ebenso in einem zweiten Modus betrieben werden, um die Beleuchtungseinrichtung
zu triggern, um Pulse zu Zeitpunkten zu erzeugen, die von äußeren Steuersignalen
abhängen,
die von der Steuereinrichtung empfangen werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt stellt
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Bildern
von Regionen, insbesondere eines Siebes und/oder einer Platte in
einem Siebdrucker zur Verfügung,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Beleuchten der abzubildenden
Regionen durch eine Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen und Erfassen
der Bilder der durch die Beleuchtungseinrichtungen beleuchteten
Regionen, dadurch gekennzeichnet, daß: der Schritt des Beleuchtens
der abzubildenden Regionen den Schritt aufweist des Betreibens einer
Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen, um entsprechende Lichtpulse
für die
Beleuchtung der abzubildenden Regionen zu erzeugen, und das Verfahren
weiterhin den Schritt aufweist des Steuerns der Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen,
um entsprechende Pulse von unterschiedlicher Dauer zu erzeugen,
so daß die
zeitlichen Mittelpunkte der Pulse von den entsprechenden Beleuchtungseinrichtungen
koinzident sind.
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Darüber hinaus können, wo
Merkmale hier unter Bezug auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben
werden, entsprechende Merkmale in einem Verfahren der Erfindung
bereitgestellt werden und umgekehrt.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden nun beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung der allgemeinen Anordnung eines Siebdruckers
ist,
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2 schematisch
die allgemeine Anordnung einer bekannten Abbildungseinrichtung für einen
Siebdrucker darstellt,
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die 3a, 3b und 3c schematische Drauf- und Seitenansichten
eines Videosensors, der die Erfindung verkörpert, sind, wobei die Figuren
teilweise weggeschnitten sind, um das optische System darzustellen,
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die 4a und 4b eine Seiten- bzw. Draufsicht
eines alternativen optischen Elements für den Sensor der 3a bis 3c sind,
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5 die
Anordnung einer diffusen Ringbeleuchtung darstellt, die in dem Sensor
der 3a bis 3c verwendet wird,
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6 einen
Schaltkreis für
einen Teil der Ringbeleuchtung von 5 zeigt, 7 ein Blockdiagramm eines
Lichtsteuerkreises des Sensors ist,
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8 ein
Beispiels eines Pulstaktes für
die Sensorbeleuchtung darstellt,
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9 einen
Pulstakt relativ zu einem Videosignalausgang von dem Sensor darstellt
und
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10 den
Pulstakt relativ zu dem Ausgangsvideosignal in einem kontinuierlichen
und einem getriggerten Betriebsmodus darstellt.
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Die 3a, 3b und 3c sind schematische, teilweise weggeschnittene
Ansichten einer Abbildungseinrichtung in der Form eines Videosensors 20, der
die Erfindung verkörpert. 3a ist eine Draufsicht auf
den Sensor, wobei die Oberseite weggeschnitten ist, um die Bild-
bzw. Abbildungsvorrichtung darzustellen. 3b ist ein schematischer Querschnitt
entlang der Linie A-A von 3a,
der eine Seitenansicht des Sensors zeigt. 3c ist ein schematischer Querschnitt
entlang der Linie B-B von 3a,
der eine Endansicht des Sensors zeigt. In den 3b und 3c ist
der Sensor 20 zwischen dem Sieb 2 und der Platte 1,
die zu betrachten sind, gezeigt.
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Der Sensor 20 weist eine
CCD-Kamera 21 und eine Abbildungsvorrichtung, die allgemein
mit 22 bezeichnet ist, auf für das Beleuchten und Ansehen von
Bereichen des Siebes 2 und der Platte 1, die abzubilden
sind. Im Gebrauch ist der CCD 21 mit dem Bildprozessor 8 (1) verbunden, um die Videobilder
dort hinzuliefern und die Steuersignale von dem Bildprozessor und
der Benutzerschnittstelle 9b (1) zu empfangen. Die Bild- bzw. Betrachtungsvorrichtung 22 weist
ein Gehäuse 23,
das ein Antwortlichtkanal 24 bestimmt, der ein Linsensystem 25 enthält, der
das Antwortlicht über
eine telezentrische Blende 26 auf die Bildebene des CCD 21 abbildet. Der
Antwortlichtkanal 24 beinhaltet ebenso eine Beamsplitterplatte 27 und
ein Dachprisma 28, das, wie in den Figuren gezeigt, angeordnet
ist. Das Dachprisma 28 ist zwischen den Aperturen 29 und 30 in
dem Gehäuse 23 lokalisiert
für das
Leiten von Licht zwischen dem Dachprisma und dem Sieb bzw. der Platte.
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Wie in den 3a und 3c gezeigt
ist, ist die Beleuchtungseinrichtung, die im allgemeinen mit 32 bezeichnet
wird, an einer Seite des Antwortlichtkanals 24 montiert.
Die Beleuchtungseinrichtung 32 stellt für das Sieb und die Platte eine
direkte Beleuchtung zur Verfügung.
Wie am einfachsten in 3c zu erkennen
ist, weist die direkte Beleuchtungseinrichtung 32 Sieb-
bzw. Platten-LEDs 33 bzw. 34 auf, zwischen denen
ein weiteres Dachprisma 35 montiert ist. Obere und untere
Kollimationslinsen 36 und 37 sind neben dem Dachprisma 35 lokalisiert.
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Wie in der Seitenansicht in den 3b und 3c und schraffiert in 3a gezeigt ist, erstreckt sich eine Lichtbarriere
in der Form einer dünnen
Membran 39 zwischen dem Punkt des Dachprismas 35,
der Beamsplitterplatte 27 und dem Punkt des Dachprismas 28.
Die Membran 39 kann jede geeignete Lichtbarriere sein,
beispielsweise eine dünne
Schicht aus rostfreiem Stahl, die geschwärzt ist, um Reflektionen zu minimieren.
Die Membran 39 ist mit der opti schen Achse A des Antwortlichtkanals 27 in
einer Ebene im wesentlichen parallel zu dem Sieb und der Platte ausgerichtet.
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Wie in den 3b und 3c gezeigt
ist, wird neben den Aperturen 29, 30 in dem Gehäuse 23 eine zusätzliche
Beleuchtung zur Verfügung
gestellt. Auf der Siebseite werden um die Apertur 29 zwei
Ringe aus LEDs 40a und 40b bereitgestellt, wobei
die LEDs in jedem Ring gewinkelt angeordnet sind, so daß sie im
allgemeinen in Richtung des Sichtfeldes des Siebes zeigen. Obgleich
in diesen Figuren nicht gezeigt, kann der innere Ring 40a insgesamt 12 LEDs
aufweisen, und der äußere Ring 40b kann
insgesamt 16 LEDs aufweisen. In ähnlicher
Weise werden zwei LED-Ringe 41a und 41b auf der
Plattenseite neben der Apertur 30 zur Verfügung gestellt.
Die LEDs 40a und 40b stellen eine diffuse Beleuchtung
für die
Beleuchtung des Siebes 2 mit Licht von vielen unterschiedlichen
Richtungen zur Verfügung,
und die LEDs 41a, 41b stellen in ähnlicher
Weise eine diffuse Beleuchtung für
die Platte 1 zur Verfügung.
Die LEDs 40a und 40b sind auf einer Lichtsteuerplatte 43 montiert,
auf der der Steuer- und Antriebsschaltkreis für die LEDs bereitgestellt wird,
wie weiter unten diskutiert wird. In ähnlicher Weise sind die LEDs 41a und 41b auf
einer Lichtsteuerplatte 44 montiert. Geeignete Verbindungen
(nicht gezeigt) werden zwischen den Lichtsteuerplatten 43, 44 und
dem CCD 21 bereitgestellt, um die Steuerung der diffusen
Beleuchtung durch die Kamera 21, den Bildprozessor 8 und die
Benutzerschnittstelle 9b (1)
zu erlauben. Die LEDs 33, 34 der direkten Beleuchtung
sind ebenso mit den Beleuchtungssteuerkarten 43, 44 verbunden für die Steuerung
durch diese. Die verschiedenen LEDs können unabhängig gesteuert und eingestellt werden,
wie weiter unten erörtert
wird.
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Als erstes wird die direkte Beleuchtung
des Siebes 2 betrachtet. Wenn die Sieb-LED 33 an
ist, breitet sich Licht von dieser LED vertikal nach unten zu dem
Prisma 35 aus, wobei die Flächen von diesem in dieser Ausführung 100%
reflektieren. Das Licht wird daher horizontal durch die Kollimatorlinse 36 reflektiert
bis es die dünne
Beamsplitterplatte 27 erreicht. Hier tritt näherungsweise
50% des Lichtes durch die Platte 27 und wird durch die
Gehäusewand absorbiert
und ist effektiv verloren. Die anderen 50% des Lichtes werden von
dem Beamsplitter 27 zu dem zweiten Dachprisma 28 reflektiert.
Wieder sind in dieser Ausführungsform
die Flächen
des Prismas 28 100% reflektierend, so daß das Licht
vertikal nach oben reflektiert wird, um das Sieb 2 zu beleuchten. Die
direkte Beleuchtung ist im wesentlich kollimiert, so daß das Licht
im wesentlichen parallel ist und im allgemeinen im rechten Winkel
auf das Sieb 2 auftrifft (in der Praxis gibt es üblicherweise
einen kleinen Einfallskegelwinkel und dies ist für die Abbildungszwecke tatsächlich wünschenswert).
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Man wird sehen, daß die Anwesenheit
der Membran 39 sicherstellt, daß Licht von der Sieb-LED 33 nur
auf die obere Fläche
des Dachprismas 28 auffällt
und nicht von der unteren Fläche
des Prismas zu der Platte 1 reflektiert werden kann. Ein ähnlicher
Betrieb der Platten-LED 34 erlaubt
die direkte Beleuchtung der Platte 1, wobei die Membran 39 dieses
Licht daran hindert, daß es
von der oberen Fläche
des Dachprismas 28 zu dem Sieb reflektiert wird. Der direkte
Lichteinfall auf das Sieb 2 wird zurück zu der oberen Fläche des
Dachprismas 28 reflektiert und wird zurück zu dem Beamsplitter 27 reflektiert.
Hier wird näherungsweise
50% zurück
zu der Kollimatorlinse 36 reflektiert und ist verloren,
während
die verbleibenden 50% durch die Platte 27 entlang des Antwortlichtkanals 24 übertragen
werden und durch das Linsensystem 25 auf die Abbildungsebene
der CCD-Kamera 21 fokussiert wird. Direktes Licht, das von
der Platte 1 reflektiert wird, wird von der unteren Fläche des
Dachprismas 28 reflektiert und folgt einem ähnlichen
Antwortpfad zu der CCD-Kamera 21. In dieser Ausführungsform
werden die Sieb- und Plattenbilder
nebeneinander auf dem CCD-Array gebildet.
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Man wird sehen, daß die obige
Anordnung erlaubt, daß die
direkte Sieb- und Plattenbeleuchtung in den Antwortlichtkanal 24 eingefügt wird,
während die
dünne Membran 39 ein Übersprechen
zwischen der Sieb- und der Plattenbeleuchtung verhindert. Somit
sind die Bereiche neben den Aperturen 29, 30 des
Sensors für
die LEDs 40a bis 41b der diffusen Beleuchtung
verfügbar.
Darüber
hinaus wird mit dem direkten Beleuchtungssystem, das an einer Seite
des Sensors angeordnet ist, ein besonders kompaktes Design erzielt,
wobei die obere und untere Fläche
frei ist für
die Lokalisierung der Beleuchtungssteuerplatten 43 und 44.
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Als eine Alternative zu der in der 3c gezeigten Anordnung könnte das
Dachprisma 35 weggelassen werden und die Direktbeleuchtungs-LEDs 33 und 34 könnten an
dem linken Ende des Probengehäuses
angeordnet sein, wie in 3c zu
sehen ist, um das Licht direkt zu den Kollimatorlinsen 36 bzs. 37 zu
emittieren. Hier würde
sich die Membran 39 nach oben zu dem Probengehäuse auf
der linken Seite der 3c erstrecken,
um ein Übersprechen zwischen
der Sieb- und der Plattenbeleuchtung zu verhindern.
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Eine weitere Alternative zu der optischen
Anordnung der 3a bis 3c ist in den 4a und 4b gezeigt. Genauer gesagt kann die Beamsplitterplatte 27 und
das Dachprisma 28 durch eine strahlteilende Prismaanordnung,
die allgemein mit 50 bezeichnet ist, ersetzt werden. 4a zeigt eine Seitenansicht einer
Prismaanordnung entsprechend der 3b und 4b zeigt eine Draufsicht
entsprechend der 3a.
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Wie dargestellt, hat die Prismaanordnung 50 eine
innere strahlteilende Oberfläche 51,
die die Funktion der Beamsplitterplatte 57 in der vorher
beschriebenen Ausführungsform
durchführt.
In ähnlicher
Weise führen
die inneren gewinkelten Flächen 53 und 54 in 4a die Funktion der oberen
und unteren Flächen
des Dachprismas 28 in der früheren Ausführungsform durch. Eine optische
Barriere 55 in der Form einer dünnen Membran aus im wesentlichen
nichtreflektierendem Material erstreckt sich durch das Zentrum der
Prismenanordnung und vorzugsweise ebenso nach außen zu der Direktbeleuchtungsoptik 32 in
einer ähnlichen
Art und Weise wie die Membran 39 in der früheren Ausführungsform.
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Während
die Anordnung der 4a und 4b eine Alternative zu der
früheren
Ausführungsform zeigt
(und andere Anordnungen ergeben sich dem Fachmann), stellen die äußeren Flächen der
Prismaanordnung 50 mögliche
lichtreflektierende Oberflächen
zur Verfügung
und machen es schwieriger, Streulicht in dem System zu eliminieren.
Somit ist die Anordnung der 3a bis 3c in der Praxis bevorzugt.
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Die Beleuchtungsplatten 43, 44 erlauben
die unabhängige
Steuerung der direkten LEDs 33, 34 und des inneren
und äußeren Rings
der diffusen Beleuchtungs-LEDs 40a bis 41b auf
sowohl der Sieb- als auch der Plattenseite. Zusätzlich wird jeder Ring der
diffusen Beleuchtungs-LED in vier Quadranten unterteilt, was die
unabhängige
Steuerung der Beleuchtung aus der x- und y-Richtung erlaubt. Die
Intensitätssteuerung
wird ebenso bereitgestellt und das Steuersystem ist in der Lage,
die Beleuchtung zu pulsen, um pseudokontinuierliche Beleuchtung
bereitzustellen und es zu erlauben, daß die Bilder erfaßt werden,
während
der Sensor zwischen dem Sieb und der Platte in Bewegung ist. Das
Beleuchtungssteuersystem wird nun detaillierter unter Bezug auf
die 5 bis 10 beschrieben.
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5 ist
eine schematische Draufsicht auf die diffusen Beleuchtungsringe 40a und 40b auf
der Siebseite. Wie gezeigt, sind die LEDs in konzentrischen Ringen
angeordnet, wobei der innere Ring mit I bezeichnet ist und der äußere Ring
in der Figur mit O bezeichnet ist. Der innere Ring I ist als aus 12 LEDs
bestehend gezeigt und der äußere Ring
O ist als aus 16 LEDs bestehend gezeigt. Aus Steuerzwecken
sind die Ringe I, O in Quadranten in der xy-Ebene unterteilt, wie
durch die unterbrochenen Linien dargestellt wird. Die Quadranten
werden aus Gründen
der Bequemlichkeit als Nord (N), Süd (S), Ost (E) und West (W)
bezeichnet. Gegenüberliegende
Quadranten in jedem Ring sind aus Steuerzwecken zusammen geschaltet,
so daß die
diffuse Siebbeleuchtung aus vier unabhängig steuerbaren Lichtkanälen besteht,
wie folgt:
Kanal A: ON + OS
Kanal B: OE + OW
Kanal
C: IN + IS
Kanal D: IE + IW
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Jeder Beleuchtungskanal kann unabhängig von
den anderen ein- und ausgeschaltet werden und ebenso zwischen den
zwei gegenwärtigen
Einstellungen geschaltet werden durch einen entsprechenden Antriebsschaltkreis,
der auf der Beleuchtungssteuerplatte 43 bereitgestellt
wird. Der Antriebsschaltkreis für
einen Kanal, den Kanal A, wird schematisch in 6 dargestellt. Wie dargestel t steuert der
Antriebsschaltkreis 60 die zwei Quadranten ON und OS zusammen
in Antwort auf zwei Eingangswerte von einem Kontroller auf der Platte,
wie unten beschrieben wird. Genauer gesagt empfängt der Antriebsschaltkreis 60 einen
ENABLE-Eingang,
der entweder high oder low sein kann abhängig davon, ob die LEDs des
Kanals A an oder aus sein sollen. Durch Schalten dieses ENABLE-Eingangs
zwischen seinen zwei Zuständen,
kann der Lichtausgang gepulst werden. Der Schaltkreis 60 empfängt ebenso einen
high/low(H/L)-Eingang für
das Schalten zwischen hoher und niedriger Intensität durch
Variieren des Stroms durch die LEDs des Kanals A. Beispielsweise,
wenn der H/L-Eingang high ist, kann ein Strom von 550 mA ausgewählt werden
und wenn der H/L-Eingang low ist, kann ein Strom von 70 mA ausgewählt werden.
Eine geeignete Transistorlogik für das
Implementieren des Antriebsschaltkreises ergibt sich dem Fachmann
leicht.
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Drei ähnliche Antriebsschaltkreise 60 werden
für die
Beleuchtungskanäle
B bis D zur Verfügung
gestellt, wobei jeder Schaltkreis ENABLE- und H/L-Eingänge von
dem Kontrollen empfängt
und jeder das verknüpfte
Paar von LED-Quadranten steuert. Zusätzlich wird ein weiterer Antriebsschaltkreis auf
der Steuerplatte 43 zur Verfügung gestellt für das Steuern
der direkten Sieb-LEDs 33, was daher einen weiteren Beleuchtungskanal,
Kanal E, bildet. Der Antriebsschaltkreis des Kanals E arbeitet ähnlich wie der
Antriebsschaltkreis 60, empfängt ENABLE- und H/L-Eingänge, treibt
jedoch in diesem Fall nur die einzelne LED 33 an. Weiterhin
sind die high/low-Stromeinstellungen für die Direkt-LED in dieser
Ausführungsform
unterschiedlich, nämlich
800 mA bzw. 100 mA.
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7 zeigt
den Hauptschaltkreis auf der Beleuchtungssteuerkarte 43 für das Steuern
der Antriebsschaltkreise für
die fünf
Beleuchtungskanäle
A bis E. Der Steuerschaltkreis weist einen Mikrokontroller 62 auf,
der, wie gezeigt ist, fünf
Ausgangspaare hat, die mit den ENABLE- und H/L-Eingängen der Antriebsschaltkreise
für die
fünf Beleuchtungskanäle A bis
E verbunden sind. Der Kontrollen 62 hat einen Steuereingang 64,
der verwendet wird, um den Beleuchtungsmodus auf einen von drei
Modi, nämlich aus,
kontinuierlich oder getriggert einzustellen, und ebenso das gegenwärtige Niveau
(high oder low) und die Pulsbreite (ENABLE-high-Periode) für jeden der Beleuchtungskanäle einzustellen.
Die Steuersignale werden zu dem Steuereingang 64 von dem
Bildprozessor 8 und der Benutzerschnittstelle 9b (1) im Betrieb geliefert.
Der Kontrollen 62 hat ebenso einen Triggereingang 65,
der in dem getriggerten Betriebsmodus Triggersignale von dem Bildprozessor 8 empfängt für das Triggern
der Lichtpulse. Der Steuerschaltkreis beinhaltet ebenso ein Amplitudensieb 66, das
das Videosignal von der CCD-Kamera 21 empfängt für das Takten
der Lichtpulse in dem kontinuierlichen Betriebsmodus. Das Amplitudensieb 66 extrahiert
den vertikalen Synchronisierungspuls aus dem Videosignal und liefert
diesen zu dem Kontrollen 62 zusammen mit einem Feldpolaritätssignal
O/E, das die Polarität,
d. h. gerade oder ungerade, des Videofeldes anzeigt.
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In dieser Ausführungsform hat der Kontroller 62 ebenso
einen Ausgang 67, der mit dem Steuereingang eines entsprechenden
Mikrokontrollers auf der Beleuchtungssteuerkarte 44 für das Steuern
der Beleuchtung der Karte 1 verbunden ist. Der Beleuchtungssteuerschaltkreis
an der Platte entspricht hauptsächlich
dem gerade beschriebenen Siebbeleuchtungssteuerschaltkreis mit einem
Mikrokontroller entsprechend dem Siebbeleuchtungskontroller 62,
mit entsprechenden Eingängen
und Ausgängen für das Steuern
der äquivalenten
Beleuchtungskanäle
A bis E auf der Plattenseite über
die Antriebsschaltkreise, wie oben beschrieben wurde. In dieser Ausführungsform
fungiert jedoch der Siebkontroller 62 als ein Masterkontroller,
der Steuersignale weiterschaltet, den Betriebsmodus und Plattenbeleuchtungseinstellungen,
die an seinen Ein gängen 64 empfangen
werden, über
den Ausgang 67 dem Plattenkontroller anzeigt. In alternativen
Ausführungsformen
könnte
natürlich
der Plattenkontroller seine Steuereingänge direkt von dem Bildprozessor/Benutzerschnittstelle
empfangen.
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Wie oben beschrieben wurde, ist für jeden Beleuchtungskanal
das gegenwärtige
Niveau von high nach low von dem H/L-Eingang zu dem Antriebsschaltkreis
schaltbar. Die Intensitätseinstellung wird
jedoch ebenso durch Steuern der ENABLE-Eingänge zur Verfügung gestellt,
um die Dauer der Lichtpulse, die von jedem Lichtkanal emittiert
werden, zu variieren. Genauer gesagt kann durch Variieren der EIN-Zeit
eines Lichtkanals die Breite der resultierenden Lichtpulse variiert
werden, um eine weitere Intensitätseinstellung
effektiv zur Verfügung
zu stellen. Die Pulsbreiten für
jeden Kanal können
von einem Benutzer von der Benutzerschnittstelle 9b (1) eingestellt werden und über den
Steuereingang 64 des Kontrollers 62 in 7 in den Belichtungssteuerschaltkreis
eingegeben werden. Der Kontroller 62 bestimmt dann die
Startzeiten für
die Pulse auf jedem Kanal, so daß die Pulsbreiten für alle aktivierten
Kanäle
um denselben Zeitpunkt zentriert sind. Wenn Einstellungen von dem
Benutzer eingestellt werden oder automatisch von dem Bildprozessor
während des
normalen Betriebs eingestellt werden, führt der Kontroller 62 die
notwendigen Zeiteinstellungen durch, um die Koinzidenz der Pulsmittelpunkte
beizubehalten. 8 stellt
dies für
die Beleuchtungskanäle
A bis E der Siebbeleuchtung dar. In diesem Beispiel werden die Kanäle A und
C auf die Niederstromeinstellung und eine Pulsbreite von 90 Mikrosekunden
eingestellt. Die Kanäle
B und D werden auf die hohe Stromeinstellung mit einer Pulsbreite
von 30 Mikrosekunden eingestellt. Kanal E (die direkte Siebbeleuchtung)
wird auf die hohe Stromeinstellung (die größer als die für die diffusen
Beleuchtungskanäle ist)
mit einer Pulsbreite von 20 Mikrosekunden eingestellt. Mit diesen
Einstellungen würde
der Kontroller 62 die Kanäle A und C zur Zeit t = 0,
die Kanäle
B und D zur Zeit t = 30 und den Kanal E zur Zeit t = 35 aktivieren.
Der Kanal E wird zum Zeitpunkt t = 55, die Kanäle B und D zum Zeitpunkt t
= 60 und die Kanäle
A und C zum Zeitpunkt t = 90 deaktiviert. Wie in 8 dargestellt ist, führt dies zu Pulsen von allen
Kanälen, die
um denselben Zeitpunkt, t = 45 zentriert sind. Somit wird das erfaßte Bild
des Siebes effektiv bei t = 45 eingefroren, obgleich die Dauer und
die Intensität
der Beleuchtung von den verschiedenen Kanälen unterschiedlich ist.
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Während 8 nur ein Beispiel für die Siebbeleuchtung
zeigt, müssen,
wenn es die Untersuchung erfordert, daß gleichzeitig Bilder von der
Platte und dem Sieb erfaßt
werden, dann die Pulse für
sowohl die Sieb- als auch die Plattenbeleuchtung um denselben Zeitpunkt
zentriert sein. Wenn somit die Beleuchtungskanäle auf sowohl der Sieb- als
auch der Plattenseite aktiv sind, identifiziert der Kontroller 62 die
Längspulsbreite
aus den Eingabeeinstellungen und berechnet die ENABLE-Schaltzeiten
für die aktiven
Kanäle
entsprechend. In dieser Ausführungsform
wird die Schaltinformation für
die Plattenbeleuchtung von dem Kontroller 62 zu dem Plattenbeleuchtungsschaltkreis
weitergeleitet. Natürlich
könnte
in alternativen Ausführungsformen
der Plattenkontroller die notwendigen Berechnungen unabhängig durchführen.
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Wie oben angezeigt wird, ist der
Beleuchtungssteuerschaltkreis in einem kontinuierlichen und in einem
getriggerten Modus betreibbar. Der kontinuierliche Betriebsmodus
kann für
Einstellzwecke verwendet werden, um es dem Benutzer zu erlauben, die
verschiedenen Einstellungen einzustellen und zu optimieren. Der
kontinuierliche Modus kann ebenso für Untersuchungszwecke verwendet
werden, um es dem Benutzer zu erlauben, das Sieb zu überprüfen, beispielsweise
nach Öffnungsblockaden
oder Kontamination abzusuchen, und die gedruckte Platte nach Fehldrücken, fehlausgerichteten
Drücken
oder überschüssigem Abdruck,
der einzelne Druckmerkmale miteinander verbindet, abzusuchen. In
dem kontinuierlichen Modus kann jede Kombination der Sieb- und Plattenbeleuchtungskanäle aktiviert
sein, wie es erforderlich ist, obgleich zumindest einige der diffusen Beleuchtungskanäle für Untersuchungszwecke üblicherweise
verwendet werden. Welche Kanäle
auch immer aktiviert sind, imitiert in dem kontinuierlichen Modus
jeder Kanal einen Puls pro Einzelbild des Videosignals, das zu dem
Bildprozessor weitergeleitet wird, wobei die Pulse um denselben
Zeitpunkt, wie oben beschrieben wurde, zentriert sind. Die Pulstaktung
wird mit dem Videosignal synchronisiert in Übereinstimmung mit dem Vsync
und dem Feldpolarisationssignal O/E, die von dem Amplitudensieb 66 in 7 und dem entsprechenden
Amplitudensieb des Plattenbeleuchtungssteuerschaltkreises abgeleitet werden.
Genauer gesagt wird die Pulstaktung von der führenden Flanke des vertikalen
Synchronisierungspulses in jedem ungeraden Feld sequenziert. Dies
wird in 9 dargestellt,
die ein Beispiel der Taktung der Lichtpulse relativ zu dem Videosignalausgang
des CCD 21 zeigt, was in diesem Fall vom Zwischenzeilenübertragungstyp
ist. In 9 sind die Zeilenausgänge von
dem vorherigen Feld (geradzahliges Feld) bei 70 angezeigt.
Diesen folgt das vertikale Synchronisierungssignal, das von den
Amplituden 7 erfaßt
wird, um Vsync den Beleuchtungskontrollern zur Verfügung zu
stellen. Die Kontroller leiten dann die Lichtpulssequenzierung für die aktiven
Kanäle ein,
wie schematisch bei 71 gezeigt ist. Dies beleuchtet das Sieb und/oder
die Platte zeitweilig, abhängig von
den aktiven Kanälen
und das resultierende Bild wird von dem CCD 21 aufgezeichnet.
Folgend auf den Ladungsübertragungsbetrieb
in dem CCD werden die Bilddaten in den folgenden zwei Feldern des Videosignals
ausgelesen, d. h. den ersten paar Zeilen, die bei 72 gezeigt
sind.
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In dem getriggerten Betriebsmodus
werden die Lichtpulse von den aktiven Kanälen sequentiell geordnet, so
daß sie
wie oben beschrieben in der Zeit zusammenfallen, die Kanäle werden
jedoch nur in Antwort auf ein Triggersignal, was von dem Bildprozessor
zu den Triggereingängen 65 der
Sieb- und Plattenkontrollen geliefert wird, periodisch aktiviert. Dieser
Modus wird für
die Koordinatenaufnahme verwendet, wenn die Probe automatisch entlang
eines Pfades durch die Koordinatenorte bewegt wird, und an jedem
Ort ein gleichzeitiges Bild der Sieb- und Plattenkoordinaten benötigt wird.
Nur die Platten- und Siebdirektbeleuchtungskanäle werden für den Prozeß der Aufnahme der Koordinaten
im allgemeinen verwendet. Die diffusen Beleuchtungskanäle können jedoch
ebenso in dem getriggerten Modus betrieben werden, falls dies gewünscht ist,
z. B. in einem automatisierten Inspektionsprozeß. In jedem Fall wird mit Empfang
eines Triggersignals die Lichtpulssequenz für die aktiven Kanäle sofort
eingeleitet und das resultierende Bild, das von dem CCD 21 aufgenommen
wird, wird als die folgenden zwei Felder der Videodaten ausgegeben. 10 stellt die Lichtpulstaktung
in Beziehung zu dem Ausgangsvideosignal über einem Übergang zwischen dem kontinuierlichen
und dem getriggerten Modus dar.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform kann
ein breiter Bereich von Belichtungsbedingungen durch Auswählen der
Stromeinstellung und durch Variieren der Pulsbreite für jeden
Lichtkanal unabhängig
erzielt werden. Die Pulsbreite sollte vorzugsweise im Vergleich
zu der Videofeldperiode kurz sein, kann jedoch immer noch über einen
breiten Bereich, beispielsweise zwischen 10 und 250 Mikrosekunden
eingestellt werden. Es versteht sich, daß in dem kontinuierlichen Modus
ein pseudokontinuierlicher Belichtungseffekt erreicht wird durch
Erlauben der kontinuierlichen Überwachung
durch einen Benutzer, während
die Probe in Bewegung ist ohne Probleme der Bildschärfe und
der immer noch dieselben Beleuchtungseffekte wie in dem getriggerten
Modus zur Verfügung
gestellt werden. Darüber
hinaus wird, da die Pulse mit dem Videosignal synchronisiert sind, ein
Bildflackern verhindert. Weiterhin sind in sowohl dem kontinuierlichen
als auch in dem getriggerten Modus, obgleich die Pulsbreiten zwischen
den Lichtkanälen
variieren, die Pulse auf demselben Zeitpunkt zentriert, um sicherzustellen,
daß das
sich bewegende Bild in derselben Position von jedem Lichtkanal effektiv
eingefroren wird.
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Während
die bevorzugten Ausführungsformen
der Endung oben beschrieben wurden, versteht es sich, daß viele
Variationen und Modifikationen durchgeführt werden können. Beispielsweise
versteht es sich, daß Lichtpulse
erhalten werden könnten
durch Aktivieren einer Blende vor einer ständig eingeschalteten Lichtquelle,
obgleich das Pulsen durch Ein-/Ausschalten
der Lichtquellen bevorzugt ist. Weiterhin können, während Ausführungsformen, die an Siebdrucke
angewendet werden, explizit beschrieben wurden, Ausführungsformen
der Erfindung natürlich
in anderen Systemen, wo ähnliche
Techniken verwendet werden, benutzt werden. Beispielsweise könnten Ausführungsformen
der Erfindung in Plazierungssystemen für Komponenten oder in Systemen
zur Herstellung von Halbleiterwafer (z. B. für die Reticle/Wafer-Ausrichtung) und
in vielen anderen Gebieten, wo beispielsweise ein Objekt oder Objekte für Überprüfungs- oder
Positionierungszwecke betrachtet werden oder abgebildet werden,
verwendet werden.