TWI454860B - 影像對位裝置 - Google Patents

Description

影像對位裝置

本發明係有關於一種影像對位裝置的技術領域，尤指一種可將兩物件相互對位減少位置偏差之一種影像對位裝置。

近年國內舉凡PCB、LCD與觸控面板產業，都需要高精準的對位應用。國產對位系統設備因應目前產品之精度要求趨向精密化與產量提高，以及必須提升自身設備競爭力，以切入以往由歐、日廠商發展已久的高精度對位系統領域。若本土企業想要提高企業競爭力，不能僅著重於節省成本及提高市佔率，產品的品質和可靠度更為重要。

在習用技術中，如中華民國專利公告第529078號揭露了一種曝光裝置，係透過形成有圖案之主標線板，例如將工作標線板製造用之基板加以曝光，其特徵在於包含有三隻第1支撐構件，以在該基板之照明區域(圖案區域、校準標記區域、資訊標記區域)以外之三個位置，將基板大致支撐為水平。在該技術中，透過求解出底片變形量，再透過特定方程式找出修正值，進而根據修正值，對投影光學系統3之光學特性、標線板旋轉、步進位置等進行微調整。

對位系統目的為讓底片與電路板的對位標記之間位置誤差縮小，讓誤差值掌控在容許範圍之內。而主要影響對位標記之間的誤差因素係為底片會受環境溫濕度與製程影響，造成底片漲縮現象。漲縮後底片形狀會呈現不規則四 邊形。另一個為印刷電路板經過多道製程，使得各對位標記的之間誤差值會變大。目前學術界常用最小平方法(Least squares Method)仍會有四邊對位標記誤差不一且單個對位標記誤差過大的問題，因此無法將誤差值縮小容許範圍之內，造成料號剔退率增加，而讓設備產能大幅降低。

習用技術中，如中華民國國公開第200746253號教導一種使殘差變小以達到對位精準的技術。該技術採用所謂EGA(Enhanced Global Alignment)方式的晶圓對準。以EGA方式的晶圓對準所求出的多項式的係數，由於是以最小平方法求出，因此，標記位置的實測值，與藉由EGA校正量所校正的標記位置之間會有偏差(非線性成分的誤差)的殘留。此偏差稱之為殘差，此殘差從重疊精度的觀點來看，當然是較小較佳。為了使殘差變小，該技術教導的手段為EGA多項式模式的高次化。

本發明提供一種影像對位裝置，其用以將第一物體與第二物體間相互對應的複數個對位標記間所具有的誤差能量向一特定誤差值逼近，使得第一物體與第二物體間複數個相對應之對位標記間所具有的位置誤差相近，以避免多個對位位置所具有的位置誤差變異不均，進而影響製程良率。

在一實施例中，本發明提供一種影像對位裝置，其包括依第一固持單元、一第二固持單元、一影像擷取裝置以及一控制單元。該第一固持單元，其係固持具有複數個第 一對位標記之一第一物體。該第二固持單元，係提供固持具有複數個第二對位標記之一第二物體，該複數第二對位標記係分別與該複數個第一對位標記相對應，且每一相對應的第二對位標記與第一對位標記具有一誤差能量。該影像擷取裝置，擷取該第一物體以及該第二物體之影像。該控制單元，其係接收關於該第一與第二物體之影像訊號，並根據該影像訊號辨識出該複數個第一與第二對位標記之幾何中心位置。其中，該控制單元藉由一第一演算，移動該第一物體至一初始對位位置，再藉由一第二演算使得每一第一對位標記與對應之第二對位標記所具有之誤差能量向一特定誤差值逼近，以得到關於該複數個第一對位標記之一組虛擬位置所具有的一第一幾何中心，並根據該第一幾何中心與關於該複數個第二對位標記間之一第二幾何中心間的相對位置關係，產生一控制訊號進而控制該第一固持單元移動或轉動，以調整該第一物體與該第二物體間的相對位置。

下文特以實施例之方式將本發明之設計理念進行說明，詳細說明陳述如下：請參閱圖一所示，該圖係為根據影像對位裝置之一實施例所示之架構示意圖。該影像對位裝置2包括有固持單元20與21、影像擷取裝置23以及一控制單元22。該固持單元20係可以提供固持物體90，該固持單元20可以進行多維度(XYZ)的轉動(Wx,Wy,Wz)以及移動(dx,dy,dz)，其 中Wx,Wy,Wz分別表示對X、Y、Z軸的轉動，而dx,dy,dz則分別表示於X,Y,Z方向的移動。該固持單元21可以用來固持物體91。在本實施例中，該固持單元21可以根據需要設計為不動的裝置或可動的裝置。該影像擷取裝置23，擷取該物體90以及該物體91之影像，以產生對應的影像訊號。

該控制單元22與該固持單元20以及該影像擷取裝置23電性連接，該控制單元22可以對該物體90與91之影像訊號進行辨識，以得到該物體90與91上對位標記的位置。該控制單元22係產生控制訊號給該固持單元20。該固持單元20根據該控制訊號產生至少三維度的運動，至少包括：XY平面移動以及Z軸向的轉動。該固持單元20包括有固持模組200以及驅動模組201。該驅動模組201與該固持模組200耦接，該驅動模組201根據該控制訊號產生移動以及轉動的驅動力，以控制該固持模組200進行移動或轉動。要說明的是固持模組200與驅動模組201的結構係為本領域之人所熟知的技術，在此不做贅述。

此外，要說明的是本發明之影像對位裝置可以應用在半導體製程、太陽能板製程、電路板製程或者是液晶顯示面板等製程中，需要對位以進行物體結合或曝光等製程。要說明的是該兩對位物體之種類係隨製程而會有改變，例如，對應圖一所示，在太陽能板或液晶顯示面板中，該物體90可以為光罩，該物體91為具有光阻層的基材。另外，如果在電路板製程中，則該物體90可以為底片或曝光用的聚酯薄膜(mylar)，而該物體91也可以為電路基板以及晶 片。

為了方便說明前述控制單元22對位的運作方式，以下以曝光製程的底片作為該物體90，以及以電路基板做為該物體91來說明該控制單元之控制方式，為了方便說明以下還是以物體90與物體91來表示底片與電路基板。請參閱圖二所示，該圖係為兩對位物體示意圖。該物體90上具有複數個對位標記900a~900d，在本實施例中，該複數個對位標記900a~900d係分別設置在物體90之四個角落。該物體91上也具有複數個對位標記910a~910d，該複數個對位標記910a~910d分別設置於該物體91的四個角落。

要說明的是，對位標記的圖案可以圓形，或者是十字形狀，但不以此為限，只要有利於對位辨識之形狀都可作為對位標記。複數個對位標記900a~900d分別對應於複數個對位標記910a~910d，例如：對位標記900a對應對位標記910a；對位標記900b對應對位標記910b，以此類推。要說明的是，該複數個對位標記之數量以及設置的位置並不以本實施例為限制，只要能有利於後續對位辨識演算即可。該控制單元22接收關於該物體90與91之影像訊號後，並根據該影像訊號利用影像辨識的方式辨識出該物體90與91所具有之複數個對位標記900a~900d以及910a~910d之位置座標。至於辨識的技術，係屬習知之技術在此不作贅述。

接著說明對位誤差能量，所謂誤差能量係指在完成兩物體之對位之後，但是實際上兩對位物體上的對位標記間還是會有距離差，這個距離差即定義為對位誤差能量。如 圖三A以及圖三B所示之情況，在一般對位技術處理的過程中，縱使對位誤差在合理的門檻值範圍內，由於環境或者是製程因素的影響，屬於物體90之對位標記900a與屬於物體91之對位標記910a間具有對位誤差能量D1；對位標記900b與對位標記910b間具有對位誤差能量D2；對位標記900c與對位標記910c間具有對位誤差能量D3以及對位標記900d與對位標記910d間具有對位誤差能量D4，由圖中可以看出相鄰之對位標記間，如：(900a,910a)與(900b,910b)之間所具有的對位誤差能量並不一致，而且會有很大落差。因此，雖然都在門檻值內，但因為對位誤差能量的不均一，也會影響到將來曝光製程的效果。

而透過本發明控制單元22之演算機制，如圖四所示，可以讓對位標記900a與對位標記910a；對位標記900b與對位標記910b；對位標記900c與對位標記910c以及對位標記900d與對位標記910d之間的對位誤差能量D1~D4相近，而且向內集中靠近於一特定誤差(能量)值Ds，進而提升曝光製程的精準度。

以下說明控制單元22的演算，在本實施例中，該控制單元22進行兩階段控制，在第一階段中，控制單元22先由影像擷取裝置23取得關於該物體90與91之影像之後，經過影像辨識處理得到該第一與第二對位標記900a~900d以及910a~910之幾何中心位置。然後利用一第一演算方式，如：最小平方法，計算出該物體90所具有之第一對位標記900a~900d與物體91上相對應之第二對位標記910a~910d之幾何形心位置間的對位誤差能量平方總和 (D1² +D2² +D3² +D4² )最小之位置作為初始對位位置。再控制該固持單元20將物體90移動至該初始對位位置，結果如圖五所示。要說明的是，雖然經過最小平方法演算之後進行了對位，不過其對位結果會如圖三B所示，雖然誤差能量D1,D2,D3與D4可能在門檻值內或外，不過彼此間的差距很大，有些遠低於門檻值，有些卻高於門檻值，因此造成對位失敗。因此本發明再透過第二次的對位演算，以期縮小各誤差能量間的差異，使D1,D2,D3與D4均低於門檻值，且D1,D2,D3與D4誤差能量間的差異能縮至一個更小的範圍。

該控制單元22在第二階段中，係藉由一第二演算求得關於該物體90所具有之複數個第一對位標記在經過一虛擬運動之後所得到之一組虛擬位置，再由該組虛擬位置求得對應該組虛擬位置所具有的一第一幾何中心，再根據該第一幾何中心與關於該物體91所具有之複數個第二對位標記之一第二幾何中心間的相對位置關係，產生該控制訊號以進行控制該固持單元20之移動或轉動，以調整該物體90與該物體91間的相對位置。

在該虛擬運動過程中，該控制單元22找出該複數個第一對位標記與對應之複數個第二對位標記所具有之誤差能量向特定誤差值逼近時所對應的位置。所謂虛擬運動係為透過演算的方式模擬物體經過一特定轉動角度或位移而得到新的位置，並非將該物體實際移動或轉動。該虛擬運動於本實施例中，係為一虛擬轉動。請參閱圖六A所示，該圖係為本發明第一物體經由虛擬轉動示意圖。該控制單元 22以該初始對位位置(如圖六A中第一物體90所在之位置)為基礎，以一旋轉中心95進行虛擬旋轉。該旋轉中心95為該物體90移動至該初始對位位置時，相對於該四個對位標記900a~900d之位置的幾何中心。在該第一物體90被虛擬轉動的過程中，可以如圖六B一樣，每一個誤差能量D1,D2,D3與D4向特定誤差Ds移動。如圖六A所示，當物體90經由虛擬轉動而轉動到最接近該特定誤差Ds時，此時該物體以標號90’代表。此時，控制單元22可以記錄在該物體90’的位置下，虛擬旋轉角度θ之大小。

要說明的是，虛擬轉動的解析度可以根據需要而定，例如可以一次虛擬轉動1度或者是虛擬轉動0.1度等方式。在另一實施例中，也可以透過多階段虛擬轉動解析度來找到虛擬旋轉角度θ，例如：第一階段可以先用1度作為轉動解析度，經過每次虛擬轉動1度的過程中，找到最接近特定誤差Ds之角度後，第二階段再改變解析度為0.1度的方式進行虛擬轉動，以此類推可以找到精確的虛擬旋轉角度θ。此外，要說明的是，虛擬運動並不以轉動為限制，亦可以透過X方向移動或Y方向移動或轉動、X方向移動以及Y方向移動的組合來實施。

請參閱圖七所示，當物體90’經由虛擬旋轉而轉動到每一第一對位標記與對應之第二對位標記所具有之誤差能量相近時，控制單元22可以計算出物體90’所具有之第一對位標記900a’~900d’在此角度θ下所對應的中心位置900e~900h以組成一組虛擬位置(900e~900h)。得到該組虛擬位置之後，該控制單元22根據該組虛擬位置(900e~900h) 所構成的四邊形中決定出對應的幾何中心位置97。由於該物體91之幾何中心位置96也為已知，因此控制單元22可以根據該幾何中心位置97與關於該複數個第二對位標記910a~910d之幾何中心位置96的相對位置關係，產生該控制訊號控制該固持單元移動或轉動，以調整該物體90與91間的相對位置。另外，根據該組虛擬位置(900e~900h)所構成的四邊形以及該物體91之側邊的關係，可以決定出角度θc。例如，有了位置900e以及900f，則可以和物體91上的對位標記910d以及910b的幾何中心位置，決定出角度θc，其決定的方式係屬習用之技術，在此不作贅述。

如圖一與圖八所示，該幾何中心位置97與幾何中心位置96間的距離即可得知X方向與Y方向移動的分量dx與dy。該控制單元22根據該移動的分量dx與dy以及該θc產生對應的控制訊號給該固持單元20，固持單元20之驅動模組201根據該控制訊號驅動該固持模組200移動與轉動進而使得幾何中心位置97與98相互重合。要說明的是，dx與dy以及該θc之量並不一定要同時存在，其值係根據計算而得，因此計算出之結果為0亦是可能的情況。藉由控制單元22進行上述的控制方式進行對位時，可以達到如圖四所示的效果，不但可以符合對位門檻值內的標準，而且每一的對位誤差也都相當接近與平均。

透過該控制單元22於第二階段的對位控制，可以讓對位標記間的誤差縮小且相近，解決習用技術對位物體間單相對應之對位標記誤差過大的問題。請參照圖三B以及圖九所示，經過第一階段與第二階段的對位調整之後，對位 標記900a與對位標記910a間具有對位誤差D1；對位標記900b與對位標記910b間具有對位誤差D2；對位標記900c與對位標記910c間具有對位誤差D3以及對位標記900d與對位標記910d間具有對位誤差D4，由圖中可以看出之間的對位誤差不但可以落在門檻值範圍內，而且相鄰之對位標記間，如：(900a,910a)、(900b,910b)、(900c,910c)以及(900d,910d)之間所具有的對位誤差相近。

要說明的是，圖一中，該控制單元22雖然與固持單元20相耦接，以控制該固持單元20移動使得固持單元20所固持的物體90與被固持於該固持單元20上的物體91相對位。但是在另一實施例中，該控制單元22亦可以與該固持單元21耦接，控制該固持單元21移動，使得固持單元21所固持的物體91與被固持於該固持單元20上的物體90相對位。

唯以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

2‧‧‧影像對位裝置

20‧‧‧固持單元

200‧‧‧固持模組

201‧‧‧驅動模組

21‧‧‧固持單元

22‧‧‧控制單元

23‧‧‧影像擷取裝置

90、91‧‧‧物體

900a~900d、900a’~900d’‧‧‧第一對位標記

910a~910d‧‧‧第二對位標記

900e~900h‧‧‧虛擬位置

97、98‧‧‧幾何中心位置

圖一係為根據影像對位裝置之一實施例所示之架構示意圖。

圖二係為兩對位物體示意圖。

圖三A與圖三B係為習用技術對位標記間的誤差能量 示意圖。

圖四係為利用本發明之影像對位裝置所得到的對位標記間的誤差示意圖。

圖五係為兩對位物體間的相對位置示意圖。

圖六A與六B係為控制單元對其中之一物體進行虛擬旋轉示意圖。

圖七係為控制單元尋找到最逼近一特定誤差位置時的虛擬旋轉角度示意圖。

圖八係為控制單元控制物體移動以及轉動示意圖。

圖九係為利用本發明之影像對位裝置所得到的對位標記間的誤差能量示意圖。

2‧‧‧影像對位裝置

20‧‧‧固持單元

200‧‧‧固持模組

201‧‧‧驅動模組

21‧‧‧固持單元

22‧‧‧控制單元

23‧‧‧影像擷取裝置

90、91‧‧‧物體

Claims (9)

1. 一種影像對位裝置，其包括：一第一固持單元，其係固持具有複數個第一對位標記之一第一物體；一第二固持單元，係提供固持具有複數個第二對位標記之一第二物體，該複數第二對位標記係分別與該複數個第一對位標記相對應，且每一相對應的第二對位標記與第一對位標記具有一位置誤差能量；一影像擷取裝置，擷取該第一物體以及該第二物體之影像；以及一控制單元，其係接收關於該第一與第二物體之影像訊號，並根據該影像訊號辨識出該複數個第一與第二對位標記之幾何中心位置；其中，該控制單元藉由一第一演算，移動該第一物體至一初始對位位置，再藉由一第二演算使得每一第一對位標記與對應之第二對位標記所具有之位置誤差能量向一特定誤差值逼近，以得到關於該複數個第一對位標記之一組虛擬位置所具有的一第一幾何中心，並根據該第一幾何中心與關於該複數個第二對位標記間之一第二幾何中心間的相對位置關係產生一控制訊號控制該第一固持單元移動或轉動以調整該第一物體與該第二物體間的相對位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像對位裝置，其中該第一物體係為基板或電路板，該第二物體係為底片、光罩或晶片，或者是該第一物體為底片、光罩或晶片，該第 二物體為基板或電路板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像對位裝置，其中該第一演算係為最小平方法。
4. 如申請專利範圍第3項所述之影像對位裝置，其中該初始對位位置係為每一第一對位標記與相對應之第二對位標記所具有之位置誤差能量平方總和最小之位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之影像對位裝置，其中該第二演算係為藉由一虛擬運動的方式，找出該複數個第一對位標記與對應之複數個第二對位標記所具有之位置誤差能量向該特定誤差值逼近時所對應的位置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之影像對位裝置，其中該虛擬運動係為虛擬轉動。
7. 如申請專利範圍第6項所述之影像對位裝置，其中該虛擬轉動係透過單一虛擬轉動解析度以得到最逼近該特定誤差時之一虛擬旋轉角度。
8. 如申請專利範圍第6項所述之影像對位裝置，其中該虛擬轉動係透過多階段的虛擬轉動解析度以得到最逼近該特定誤差時之一虛擬旋轉角度。
9. 如申請專利範圍第5項所述之影像對位裝置，其中該虛擬運動係為至少一維度之虛擬移動。