TWI388945B - Two - stage upper and lower plate image precision alignment method and its device - Google Patents

Description

兩段式上下板影像精密對位方法及其裝置

本發明係關於影像精密對位之方法及裝置，尤指一種可應用於半導體產業(如：晶圓製造、LED、…)、液晶顯示器(如：TFT-LCD)、太陽能電池(Solar Cell)、印刷電路板(PCB/FPCB)、精密網版印刷、壓印、轉印、以及其他精密製程等技術領域中，並以兩段式影像對位手段達到對位快速且高精密度等功效之對位方法及裝置。

一般雙層板上下對位之技術應用甚廣，如半導體、平面顯示器、印刷電路板．．．等技術領域。由於前述各技術領域朝向小型精密化發展，故在前述各技術領域中，雙層板間上下對位的精密度，更是關鍵之所在。以電子產業各類曝光機為例，光罩與下板間的精密對位，為其重要的關鍵技術，因此若能有效掌握此精密對位之關鍵技術，並能有效縮短其精密對位時間，即能大幅降低其製造成本。

目前已知上下板精密對位之相關技術概包含以下數種：其一、係應用晶圓曝光系統中之曝光對位裝置，其實施方式係令晶圓與光罩於進行曝光步驟前完成準位固定，再透過影像擷取手段將晶圓與光罩間之對位情形呈現於顯示器的畫面上，再由人工以視覺判斷方式進行調整晶圓與光罩間的相對位置誤差之修正。惟此人工對位之作業方式，在操作上相當耗時費事。

其二、係應用於半導體產生之曝光製程中，其主要係於光罩及底層材料上各設置多數個標記，用以配合視覺化電腦輔助判斷的方式達到對位之目的。惟多數標記同時以視覺化電腦輔助判斷手段來對位，雖可達到減少對位之誤差，提高對位的精度，但是，該些標記是一次同時進行多個標記的影像擷取及影像比對判斷之步驟，其優點雖採取多組標記進行對位判斷，其對位程序及精度較為嚴謹，但是影像處理的協同作業較為複雜，對位時間相對較長，而不符實際需求。

本發明之主要目的在於提供一種兩段式上下板影像精密對位方法及裝置，以克服先前技術之對位精度不佳或進行精密對位費時等問題，以期提供一項對位快速而精密且操作便利者。

為達成前揭目的，本發明所設計之兩段式上下板影像精密對位方法係對上、下板先行提供一組複合標記，該複合標記包含有設於上板預定位置處的數個預對位上標記及數個細對位上標記，以及設於下板預定位置處的數個預對位下標記及數個細對位下標記，該精密對位方法之執行程序係包含：確認上板及下板是否進入啟始對位位置；預對位及位置誤差補償程序，係以低倍率影像判斷手段進行上下板間之預對位，且於判斷下板之各預對位下標記與上板相對應之預對位上標記有位置誤差時，令上、下 板中之任一位移而進行位置補償，直至每一預對位下標記分別與相對應之預對位上標記對準；細對位及位置誤差補償程序，係以高倍率影像判斷手段進行上下板間之細對位，且於判斷下板之各細對位下標記與上板相對應之細對位上標記有位置誤差時，令上、下板中之任一位移進行位置補償，直至每一細對位下標記分別與相對應之細對位上標記對準，完成上下板間之精密對位。

本發明另一設計之兩段式上下板影像精密對位裝置係包含：一承載組件，其包含一承載平台及一用以驅動承載平台位移之驅動器；一預對位取像組件，其包含數個低倍率影像擷取器，該數個低倍率影像擷取器分別裝設於該承載平台上方之預對位置處；一細對位取像組件，其包含數個高倍率影像擷取器，該數個高倍率影像擷取器分別裝設於該承載平台上方之細對位置處；以及一控制組件，其包含一內建有影像分析程式以及驅動控制程式之處理器，該控制組件分別電性連接該承載組件之驅動器、預對位取像組件以及細對位取像組件。

本發明藉由前揭兩段式上下板影像精密對位方法及其裝置，其特點至少包含有：1.可對上、下板間的對位提供一項執行簡便且精密對 位的方式。

2.本發明係先以低倍率影像判斷手段進行上、下板的預對位上標記及預對位下標記間之預對位，並作初步性必要的位置補償，接續再以高倍率影像判斷手段進行上、下板的細對位上標記、細對位下標記間之細對位，及必要位置補償，作精密的對位，藉此，使該上、下板間精密對位具有執行快速，且具有高度的準確度，相對於習知精密對位技術即具有大幅縮短其精密對位的時間，進而縮短上下板之製程時間，提昇生產效率。

3.本發明係預對位及細對位採取同一的設計方法、同一類對位標記(僅大小尺寸不同)，以及以相同之影像判斷處理方法，使其在執行上具有高度的方便性。

本發明係包含一種兩段式上下板影像精密對位方法及其裝置，該影像精密對位裝置主要係包含一承載組件(1)、一預對位取像組件(2)、一細對位取像組件(3)以及一控制組件(4)，該影像精密對位裝置係結合一組成形於上、下板(6)(7)上的複合標記，進行上、下板(6)(7)間之精密對位，其中：該組複合標記係包含數個預對位上標記(50)、數個細對位上標記(51)、數個預對位下標記(50')以及數個細對位下標記(51')，所述之數預對位上標記(50)及數個細對位上標記(51)係分別成形於該上板(6)上之各預定位置處，所述之數個預對位下標記(50')及數個細對位下標記(51')則 係分別成形於該下板(7)上之各預定位置處，於上、下板(6)(7)準確對位時，所述之預對位下標記(50')係對應於預對位上標記(50)，所述之細對位下標記(51')係對應於細對位上標記(51)，所述之細對位上標記(51)小於預對位上標記(50)，預對位下標記(50')及細對位下標記(51')之大小，係分別對應於預對位上標記(50)及細對位上標記(51)之尺寸大小；前述之預對位上標記(50)、細對位上標記(51)之形狀可為圓形、多邊形或其他可取得其形心座標的幾何形狀，較佳地，前述預對位上標記(50)、細對位上標記(51)之形狀為左右及上下對稱的幾何形狀，該預對位下標記(50')、細對位下標記(51')之形狀可為十字形、方形、三角形或其他可取得其形心座標的幾何形狀，較佳地，前述預對位下標記(50')、細對位下標記(51')之形狀為左右及上下對稱的幾何形狀，如第三圖所示之較佳實施例，所述之預對位上標記(50)、細對位上標記(51)可為方形標記，所述之預對位下標記(50')、細對位下標記(51')為十字形標記，前述之預對位上標記(50)、細對位上標記(51)以設於上板(6)周側邊或角隅處為佳，前述之預對位下標記(50')、細對位下標記(51')以設於下板(7)周側邊或角隅處為佳。

請參考第一、第二圖，該承載組件(1)係包含一承載平台(10)以及一驅動器(11)，該承載平台(10)可為所述之下板(7)，或提供下板(7)置放固定其上之載體，該驅動器(11)可連接該承載平台(10)，用以驅動該承載平台位移， 其中該驅動器(11)可驅動該承載平台(10)於X、Y軸方向移動，或進一步作θ角度旋轉等位移，或可進一步驅動該承載平台(10)作Z軸方向之位移，且該驅動器(11)電性連接該控制組件(4)。

該預對位取像組件(2)係包含數個低倍率(或低解析度)影像擷取器(20)，該數個低倍率影像擷取器(20)分別裝設於該承載平台(10)上方之預對位置處，且連接該控制組件(4)，該數個低倍率影像擷取器(20)可分別對承載平台(10)上的上、下板(6)(7)預定位置(各預對位上標記位置)擷取影像，並將其擷取所得的影像資料傳送至該控制組件(4)中。

該細對位取像組件(3)係包含數個高倍率(或高解析度)影像擷取器(30)，該數個高倍率影像擷取器(30)分別裝設於該承載平台(10)上方之細對位置處，且連接該控制組件(4)，該數個高倍率影像擷取器(30)可分別對承載平台(10)上方的上、下板(6)(7)預定位置(各細對位上標記位置)擷取影像，並將其擷取所得的影像資料傳送至該控制組件(4)中，所述之數個高倍率影像擷取器(30)可分別配置於各低倍率影像擷取器(20)側邊。

該控制組件(4)係包含一內建有影像分析程式以及驅動控制程式之處理器，其中利用影像分析程式分別對預對位取像組件(2)及細對位取像組件(3)所擷取的影像進行分析判斷，另以驅動控制程式執行上下板(7)之任一進行位置補償之控制，或者，該控制組件(4)尚可進一步包含一 顯示器(42)，該顯示器(42)且電性連接該處理器(41)，用以顯示該預對位取像組件(2)及細對位取像組件(3)所擷取之影像畫面。

本發明所設計之兩段式上下板影像精密對位方法，其係用以令上、下板(6)(7)得以達到高精密度對位之目的，該精密對位方法可搭配前揭之影像精密對位裝置來執行，而該方法係先對欲待精密對位之上、下板(6)(7)提供一組複合標記，該複合標記包含有設於上板(6)上的數個預對位上標記(50)及數個細對位上標記(51)，以及設於下板(7)上的數個預對位下標記(50')及數個細對位下標記(51')，當上板(6)及下板(7)於正確對位的狀態下，各預對位下標記(50')係恰好位於相對應之預對位上標記(50)下方處，各細對位下標記(51')則係恰好位於相對應之細對位上標記(51)下方處。如第七圖所示，該精密對位方法之執行程序係包含：確認上板(6)及下板(7)是否進入啟始對位位置，所述之上板(6)及下板(7)可透過機械傳動手段進入啟始對位位置處，而被確認，其中可令上板(6)、下板(7)中之一設定為固定的板體，另一設定為可被驅動位移的板體，以便於進行上、下板(6)(7)間相對位置的位置補償位移，於本較佳實施例中，可設定該上板(6)為固定之板體，下板(7)為可被驅動位移之板體，並設置於前述裝置之承載平台(10)上；預對位及位置誤差補償程序，其係以低倍率影像判斷 手段進行預對位，並於判斷任一預對位下標記(50')相對於所對應之預對位上標記(50)有位置誤差時，即驅動上、下板(6)(7)中之任一位移以進行位置補償，其中，係以數個低倍率影像擷取器(20)分別擷取上板(6)各預對位上標記(50)處的影像，並傳送至控制組件(4)之處理器中，由處理器以其內建之影像分析處理程式判斷各預對位下標記(50')是否完全與所對應之預對位上標記(50)對準，在本較佳實施例中，係以一預對位上標記(50)之形心座標與所對應預對位下標記(50')之形心座標來判斷該預對位上標記(50)與所對應預對位下標記(50')兩者是否對準，當兩者之形心座標相同時，即表示該預對位上標記(50)與所對應預對位下標記(50')兩者對準，經判斷任一預對位下標記(50')未與所對應之預對位上標記(50)對準時，由處理器計算出預對位下標記(50')相對於所對應之預對位上標記(50)的偏移量，進而由處理器內建之驅動程式驅動可移動之板(上板或下板)位移進行位置補償，直至各預對位下標記(50')與相對應之預對位上標記(50)對準為止，於本較佳實施例中，可驅動下板(7)位移進行位置補償；以及細對位及位置誤差補償程序，其係以高倍率影像判斷手段進行細對位，並於判斷任一細對位下標記(51')相對於所對應之細對位上標記(51)有位置誤差時，即驅動上、下板(6)(7)中之任一位移以進行位置補償，其中，係以數個高倍率影像擷取器(30)分別擷取上板(6)各較小之細對位上標記(51)處的影像，並傳送至控制組件(4)之處理器中， 由其處理器以內建之影像分析處理程式判斷各細對位下標記(51')是否皆與所對應之細對位上標記(51)對準，在本較佳實施例中，係以一細對位上標記(51)之形心座標與所對應細對位下標記(51')之形心座標來判斷該細對位上標記(51)與所對應細對位下標記(51')兩者是否對準，當兩者之形心座標相同時，即表示該細對位上標記(51)與所對應細對位下標記(51')兩者對準，經判斷任一細對位下標記(51')未與所對應之細對位上標記(51)對準時，由處理器計算出各細對位下標記(51')相對於所對應之細對位上標記(51)的偏移量，接續由處理器內建驅動程式驅動可移動之板(上板或下板)位移進行位置補償，直至各細對位下標記(51')與相對應之細對位上標記(51)對準為止，於本較佳實施例中，係驅動下板(7)位移進行位置補償，並經判斷各細對位下標記(51')與相對應細對位上標記(51)對準時，即表示該上、下板(6)(7)已達到精密對位。

之後，待上、下板(6)(7)進行加工程序完成後，再進一步判斷是否有下一組上、下板(6)(7)進行精密對位，如此，反復循環，直至結束。

前述中，處理器計算各預對位下標記(50')相對於所對應之預對位上標記(50)的偏移量，以及各細對位下標記(51')相對於所對應之細對位上標記(51)的偏移量時，係藉由幾何運算技術手段，求得上、下板(6)(7)各預對位下標記(50')及細對位下標記(51')之形心座標與相對應之預對位上標記(50)、細對位上標記(51)之形心座標間之X方向、Y方向 位置偏差量以及角度偏差量，接續由處理器內建之驅動程式依據前述之位置偏差量及角度偏差量，驅動可移動之板(上板或下板)移動或轉動進行位置之修正。

於本較佳實施例中，預對位及位置誤差補償程序係以各預對位下標記(50')之形心座標及所對應之預對位上標記(50)之形心座標來判斷上、下板(6)(7)間的偏移量；細對位及位置誤差補償程序係以各細對位下標記(51')之形心座標及所對應之細對位上標記(51)之形心座標來判斷上、下板(6)(7)間的偏移量，然而，可供判斷上、下標記間之偏移量的方法尚有多種，因此不應以本較佳實施例所述之特定態樣而囿限之。

綜上所述，本發明藉由前揭兩段式上下板影像精密對位方法及裝置，其係令預對位及細對位採取同一的方法、同一類對位標記(僅大小尺寸不同)，以及使用相同之影像判斷處理方法，故在執行上具有高度的方便性，故能提供一項執行簡便且高準確度之方法及裝置。

再者，本發明係先以低倍率影像判斷手段進行上、下板的預對位上標記及預對位下標記間之預對位，並作初步的位置補償，接續再以高倍率影像判斷手段進行上、下板的細對位上標記、細對位下標記間之細對位及必要位置補償，使該上、下板間可以快速且高精確度地完成精密對位作業，且因其執行速度快，並可大幅縮短其精密對位的時間，縮短上下板之製程作業時間，提昇生產效率，是故，本發明在所屬領域確可提供一項極具產業利用價值的精密 對位方法及裝置。

(1)‧‧‧承載組件

(10)‧‧‧承載平台

(11)‧‧‧驅動器

(2)‧‧‧預對位取像組件

(20)‧‧‧低倍率影像擷取器

(3)‧‧‧細對位取像組件

(30)‧‧‧高倍率影像擷取器

(4)‧‧‧控制組件

(41)‧‧‧處理器

(42)‧‧‧顯示器

(50)‧‧‧預對位上標記

(51)‧‧‧細對位上標記

(50')‧‧‧預對位下標記

(51')‧‧‧細對位下標記

(6)‧‧‧上板

(7)‧‧‧下板

第一圖係本發明兩段式上下板影像精密對位裝置之一較佳實施例之方塊示意圖。

第二圖係本發明兩段式上下板影像精密對位裝置之一較佳實施例之平面示意圖。

第三～六圖係本發明於上下板上設置之預對位上標記、細對位上標記、預對位下標記及細對位下標記之各種較佳實施例平面示意圖。

第七圖係本發明兩段式上下板影像精密對位方法之流程圖。

Claims (5)

1. 一種兩段式上下板影像精密對位方法，係對上、下板先行提供一組複合標記，該複合標記包含有設於上板預定位置處的數個預對位上標記及數個細對位上標記，以及設於下板預定位置處的數個預對位下標記及數個細對位下標記，該精密對位方法之執行程序係包含：確認上板及下板是否進入啟始對位位置；預對位及位置誤差補償程序，係以低倍率影像判斷手段進行上下板間之預對位，且於判斷下板之各預對位下標記與上板相對應之預對位上標記有位置誤差時，令上、下板中之任一位移而進行位置補償，直至每一預對位下標記分別與相對應之預對位上標記對準；細對位及位置誤差補償程序，係以高倍率影像判斷手段進行上下板間之細對位，且於判斷下板之各細對位下標記與上板相對應之細對位上標記有位置誤差時，令上、下板中之任一位移進行位置補償，直至每一細對位下標記分別與上板相對應之細對位上標記對準，完成上下板間之精密對位。
2. 如申請專利範圍第1項所述之兩段式上下板影像精密對位方法，其中：預對位及位置誤差補償程序中，係以數個低倍率影像擷取器分別擷取上板各預對位上標記處的影像，並藉由控制組件以其處理器內建之影像分析處理程式依據該影像判斷各預對位下標記是否完全與所對應之預對位上標記對 準，經判斷任一預對位下標記未完全與所對應之預對位上標記對準時，由處理器計算出預對位下標記相對於所對應之預對位上標記的偏移量，進而由處理器內建之驅動程式驅動上、下板中之任一位移進行位置補償，直至各預對位下標記皆與所對應之預對位上標記對準；細對位及位置誤差補償程序中，係以數個高倍率影像擷取器分別擷取上板各細對位上標記處的影像，並藉由控制組件以其處理器內建之影像分析處理程式判斷各細對位下標記是否完全與所對應之細對位上標記對準，經判斷任一細對位下標記未完全與所對應之細對位上標記對準時，由處理器計算出各細對位下標記相對於所對應之細對位上標記的偏移量，接續由處理器內建之驅動程式驅動上、下板中之任一位移進行位置補償，直至各細對位下標記皆與所對應之細對位上標記對準。
3. 一種兩段式上下板影像精密對位裝置，其包含：一承載組件，其包含一承載平台及一用以驅動承載平台位移之驅動器，用以驅動上、下排列之上、下板中之任一位移，所述上、下板各具有複數個預對位標記與複數個細對位標記；一預對位取像組件，其包含數個低倍率影像擷取器，該數個低倍率影像擷取器分別裝設於該承載平台上方之預對位置處；一細對位取像組件，其包含數個高倍率影像擷取器，該數個高倍率影像擷取器分別裝設於該承載平台上方之細 對位置處；以及一控制組件，其包含一內建有影像分析程式以及驅動控制程式之處理器，該控制組件分別電性連接該承載組件之驅動器、預對位取像組件以及細對位取像組件，所述影像分析程式係將低倍率影像擷取器及高倍率影像擷取器擷取上、下板預對位標記及細對位標記的影像，分別判斷上、下板各預對位標記及細對位標記是否對準，經判斷任一預對位標記或細對位標記未完全對準時，由處理器計算出預對位或細標記的偏移量；所述驅動控制程式將以影像分析程式計算出的偏移量，驅動上、下板中之任一位移進行位置補償。
4. 如申請專利範圍第3項所述之兩段式上下板影像精密對位裝置，其中，該數個高倍率影像擷取器分別配置於各低倍率影擷取器側邊。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之兩段式上下板影像精密對位裝置，其中，該控制組件尚包含一顯示器，該顯示器電性連接該處理器。