TWI534556B - 對位用照明裝置及具有該裝置之曝光裝置 - Google Patents

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Description

對位用照明裝置及具有該裝置之曝光裝置
本發明有關於對位用照明裝置及具有該照明裝置之曝光裝置。
微影(photolithography)方法已經用於印刷電路板，使用曝光裝置將既定的圖案如攝影般地壓印於基板表面上，基板上鍍有光敏材料，例如光阻，然後藉由蝕刻製程形成圖案。
當使用曝光裝置進行曝光時，光罩和電路板應該對準(aligned)，通常使用例為CCD相機之影像偵測裝置與照明裝置以進行攝影術(photographing)。
印刷電路板的圖案日益變小且已有雷射鑽孔術(laser via)能夠作出微小的孔洞，並且能夠作出微小孔洞的雷射鑽孔裝置經常用於製造印刷電路板上的對位標記(alignment mark)。
此外，少量多樣式(high-mix low-volume)的生產亦多見於印刷電路板的生產，並且電路板上的電阻與電阻的面積需視電路板的形式而定。
在電路板上使用雷射鑽孔裝置製作之對位標記與電路板表面有些許不同，故對位標記無法十分精確地取像。此外，上述少量多樣式的生產方式亦會導致電路板其他條件的變動，此為達到精確取像相當困難的原因之一。
為了精確地識別對位標記，目前已有多種裝置與方法被提出，例如調整照明亮度、高度或顏色的裝置與方法。
相關先前技術
1.　日本專利公開號：2006-251571
2.　日本專利公開號：H10-62134
3.　日本專利公開號：2004-272774
然而，上述調整照明亮度的裝置與方法不足以精確偵測對位標記，因為上述先前技術僅能選擇提供標記與電路板表面之間最高對比度的照明亮度。
本發明之對位用照明裝置係用於照明設置於一印刷電路板之上的一印刷電路板標記與設置於一光罩之上的一光罩標記，當根據上述印刷電路板標記與上述光罩標記，使用一影像識別裝置來識別上述印刷電路板標記與光罩標記，包括：一照明亮度控制裝置，用以改變一照明裝置的亮度；一對比度偵測裝置，用以偵測上述印刷電路板標記與上述印刷電路板之間的對比度，以及上述光罩標記與上述印刷電路板之間的對比度；一變異值偵測裝置，用以偵測上述印刷電路板標記與上述光罩標記位置的變異值，上述印刷電路板標記與上述光罩標記位置被上述影像識別裝置偵測識別複數次；一照明條件決定裝置，用於在上述照明亮度控制裝置改變之複數亮度之中，根據上述對比度偵測裝置偵測之對比度與上述變異值偵測裝置偵測之變異值，決定合適的照明亮度作為合適的照明條件。
本發明之照明裝置除了根據亮度，也根據標記識別裝置實際上識別之光罩標記與電路板標記位置的變異值來決定最佳的照明條件。因此所決定之照明條件較為可靠。
照明條件參數，照明的高度與照明的顏色亦可被加入。
本發明搭配所附圖式作說明如下。第1圖為用於生產印刷電路板之曝光裝置的架構圖。第2圖顯示照明裝置1的方塊圖，第3圖顯示照明裝置1的細部圖。
印刷電路板60藉由攜入裝置91在曝光台90上傳送，並使用光源95將光罩(mask)50上描繪的圖案對其加以曝光，然後其藉由攜出裝置92被傳送至下一階段的製程。
四個CCD相機3設置在光罩50之上，對應於印刷電路板60四個角落的位置。在曝光之前，先使用光罩標記51進行光罩50與印刷電路板60的對位，光罩標記51位於光罩50的角落，印刷電路板標記61位於印刷電路板60的角落。曝光台90能夠在XYZ方向與θ方向移動，並且光罩標記51與印刷電路板標記61在照明裝置1的照射下會發光。CCD相機3分別對光罩標記51與印刷電路板標記61取像，並且移動曝光台90以使光罩標記51與印刷電路板標記61能夠重疊。
照明裝置1為環形照明裝置，其照亮在CCD相機3周遭的標記。
如第2圖與第3圖所示之照明裝置1，其設有被控制器5控制之照明亮度控制裝置10、照明高度控制裝置11與照明顏色控制裝置12。7為顯示器且9為其他裝置，其亦由控制器5所控制。
照明亮度控制裝置10藉由脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation)連續地調變照明裝置1的亮度。
照明高度控制裝置11具有改變照明裝置1位置之高度的驅動機制(未圖示)且其改變照明裝置1的高度，即照明裝置1與印刷電路板60或光罩50之間的距離。高度改變能夠是連續式或是步進式改變，在本實施例中，照明裝置1具有兩個高度位置能夠選擇。第3(A)圖顯示照明裝置1位在比較高的位置(由印刷電路板60至光罩50的距離較長)，並且第3(B)圖顯示照明裝置1位在比較低的位置。
照明顏色控制裝置12選擇具有不同波長之光的其中一者，在本實施例中，照明顏色控制裝置12能夠選擇綠色、紅色與近紅外光的其中一者。
使用CCD相機3取像之光罩標記51與印刷電路板標記61的其中一例如第4圖所示。光罩標記51為黑色環且印刷電路板標記61為取像似黑色圓之穿孔。
印刷電路板60表面與光罩標記51或印刷電路板標記61之間的對比度(後文稱為『標記對比度』)必須大到足以識別，並將光罩標記51或印刷電路板標記61拍攝取像以進行可靠的對位。
控制器5控制照明亮度控制裝置10，並且控制照明高度控制裝置11及/或照明顏色控制裝置12，用以改變照明裝置1的亮度、顏色與高度並且決定能夠提供較佳標記對比度與可靠標記識別之最合適的照明條件。
藉由照明亮度控制裝置10來改變亮度以獲得最佳亮度至少是必須的。此外，藉由照明控制裝置11改變照明裝置1的高度能夠獲得照明裝置1最合適的高度以提供最佳的標記對比度。
此外，改變照明顏色控制裝置12的顏色能夠獲得提供最佳標記對比度之最合適的照明顏色。
在本實施例中，控制裝置5控制照明亮度控制裝置10、照明控制裝置11與照明顏色控制裝置12，並且讓照明的亮度、高度與顏色結合以提供最佳的對比識別度。
當設定CCD相機3的位置時，或將印刷電路板60與光罩50進行對位時，能夠進行讓照明的亮度、高度與顏色結合以提供最佳對比識別度的操作。
如第2圖所示，主要包括CPU的控制器5根據CCD相機3取得的影像訊號，使用標記識別裝置22識別光罩標記51與印刷電路板標記61，並且偵測與決定光罩標記51與印刷電路板60表面之間以及印刷電路板標記61與印刷電路板60表面之間的標記對比度。控制器5進一步根據上述標記對比度與來自變異值偵測/決定裝置24的變異值，使用照明條件決定裝置21決定最佳的照明條件。
偵測與決定對比度的方法如下：計算印刷電路板標記61與印刷電路板60表面交界上，與光罩標記51與印刷電路板60表面交界上明暗之間差值的平均值。平均值將與特定臨界值比較並且當該平均值小於該臨界值時，控制器5與對比度偵測/決定裝置23決定對比度為零。
最佳的照明條件意指照明裝置1之亮度、高度與顏色的組合能夠讓實際上被識別之標記產生較低的位置變異程度。
在使用照明條件決定裝置21決定最佳的照明條件之後，隨即使用所決定之照明條件來進行對位。藉由所決定之照明來對光罩標記51與印刷電路板標記61進行取像，並且將光罩標記51與印刷電路板標記61進行對位，然後使用曝光光源95產生之曝光光進行曝光。
控制器5連接於對比度降低偵測器25，以及標記無法識別裝置26。對比度降低偵測器25根據照明條件決定裝置21決定之條件來偵測標記對比度下降，且標記無法識別裝置26能偵測標記無法識別的情況。
重調/錯誤停止裝置27連接於控制器5。當標記對比度下降及/或標記無法識別的情況發生時，重調/錯誤停止裝置27決定獲得最佳的照明條件的過程是否需要重作，或決定曝光程序是否需要停止。
本實施例的操作將搭配第5圖的流程圖作說明如下。
對於照明高度與亮度的組合(K=1~M)，照明的亮度以每次1%的步距由1%改變至100%。
在每一個亮度，使用CCD相機3與標記識別裝置22偵測標記並且使用對比度偵測/決定裝置23偵測對比度(步驟S1~S3)。
在本實施例中，如第6圖所示，六種照明亮度與顏色的組合(No. 1~6)被評估。
在本實施例中，光罩標記51與印刷電路板標記61分別位於光罩50與印刷電路板60的四個角落，並且使用四個CCD相機3(相機1~4)進行對位。
上述照明亮度的百分比意指脈波寬度調變控制的工作比(duty ratio)。
然後，使用照明條件決定裝置21來決定組合1~6與相機1~4之中提供最佳標記對比度者之照明亮度(步驟S4)，並且該亮度、高度與顏色被儲存為合格的組合(步驟S5)。
在所有組合均被測試之後(步驟S6)，一旦在相機1~4之間有一個相機無法提供標記對比度，則將該組合標記為NG，並且將其他組合決定並儲存為候補項組合(candidate combination)(步驟S7)。舉例而言，如第6圖所示，第5個組合(No. 5)在相機2無法提供標記對比度。換言之，對於所有由1%至100%的照明對比度，第5個組合(No. 5)無法取得照明對比度。然後，第5個組合(No. 5)被排除在外且其他組合成為候補項組合。
接著，如第7圖所示，在每一個後補組合(No. 1~6)之中，相機1~4的最小對比度被選為代表值。如上所述，第5個組合被排除在候補項組合之外。
接著，在上述代表值之中，選擇在特定數值範圍(允許選擇的照明數值)之內最大的代表值作為最終的候補項(步驟S9)。如第8圖所示，在本實施例中，所有代表值之中，最大的代表值為第1個組合(No. 1)的230，且特定數值(允許選擇的照明數值)設定為100。在上述組合之中，代表值超過130的候補項組合被選為最終的候補項組合。在本實施例中，第1個、第3個與第6個組合被選為最終的候補項組合。
接著，決定上述最終的候補項組合的優先次序P=1~N(步驟S10)。在本實施例中，優先次序為：高度>顏色且照明高度上方位置>照明高度下方位置。關於照明顏色，優先次序為：綠色>紅色>近紅外。
接著，依照上述優先次序，進行標記中心座標之變異值的判斷程序(步驟S11)。本程序將搭配第9圖做說明如下。
關於優先次序P的組合，使用相機1~4分別偵測光罩標記51與印刷電路板標記61複數次(步驟S31)並且分別計算光罩標記51與印刷電路板標記61中心座標的變異值(步驟S32)。
將上述變異值與特定臨界值做比較(步驟S33)，並且判斷是否所有光罩標記51與印刷電路板標記61位置的變異數均小於上述臨界值(步驟S34)。若所有的變異數小於臨界值，照明條件決定裝置21決定上述組合為合格的組合並且使用上述組合(步驟S35)，並且進行第5圖的步驟S12。
在步驟S34，在所有相機、光罩標記51與印刷電路板標記61之中，若有一個或更多個變異值並未小於臨界值，則對下一個優先次序P=P+1進行相同的操作(步驟S36，S37)。
在對所有優先次序P=N均進行上述操作之後，在所有相機、光罩標記51與印刷電路板標記61之中，若均無小於臨界值的變異數，則上述裝置即可停止。
在第5圖的步驟S11，在所有相機、光罩標記51與印刷電路板標記61之中，若上述組合的變異數均小於臨界值，則可依上述組合進行對位(步驟S12)。
在對位過程中，當標記無法識別裝置26偵測到無法識別標記時，控制器5使用重調/錯誤停止裝置27來確認重調模式是否已經準備妥當(步驟S15)。若其已備妥，則控制器5重啟步驟S1並重複相同操作。若其未備妥，則控制器5停止上述操作(步驟S16)。
此外，當對比度降低偵測器25偵測到標記對比度下降時，控制器5也會進行步驟S15(步驟S14)。
1‧‧‧照明裝置
3‧‧‧CCD相機
5‧‧‧控制器
7‧‧‧顯示器
9‧‧‧其他裝置
10‧‧‧照明亮度控制裝置
11‧‧‧照明高度控制裝置
12‧‧‧照明顏色控制裝置
20‧‧‧指令輸入裝置
21‧‧‧照明條件決定裝置
22‧‧‧標記識別裝置
23‧‧‧對比度偵測/決定裝置
24‧‧‧變異值偵測/決定裝置
25‧‧‧對比度降低偵測器
26‧‧‧標記無法識別裝置
27‧‧‧重調/錯誤停止裝置
50‧‧‧光罩
51‧‧‧光罩標記
60‧‧‧印刷電路板
61‧‧‧印刷電路板標記
90‧‧‧曝光台
91‧‧‧攜入裝置
92‧‧‧攜出裝置
95‧‧‧曝光光源
第1圖為本發明實施例之示意圖。
第2圖為本實施例之方塊圖。
第3圖(A)、(B)為本實施例之局部示意圖。
第4圖為本實施例之說明圖。
第5圖為本實施例之操作的流程圖。
第6圖為本實施例之操作的說明圖。
第7圖為本實施例之操作的說明圖。
第8圖本實施例之操作的說明圖。
第9圖本實施例之操作的流程圖。
1．．．照明裝置
3．．．CCD相機
5．．．控制器
7．．．顯示器
9．．．其他裝置
10．．．照明亮度控制裝置
11．．．照明高度控制裝置
12．．．照明顏色控制裝置
20．．．指令輸入裝置
21．．．照明條件決定裝置
22．．．標記識別裝置
23．．．對比度偵測/決定裝置
24．．．變異值偵測/決定裝置
25．．．對比度降低偵測器\
26．．．標記無法識別裝置
27．．．重調/錯誤停止裝置

Claims (5)

  1. 一種對位用照明裝置，用於照明設置於一印刷電路板之上的一印刷電路板標記與設置於一光罩之上的一光罩標記，當根據上述印刷電路板標記與上述光罩標記，使用一影像識別裝置來識別上述印刷電路板標記與光罩標記，包括：一照明亮度控制裝置，用以改變一照明裝置的亮度；一對比度偵測裝置，用以偵測上述印刷電路板標記與上述印刷電路板之間的對比度，以及上述光罩標記與上述印刷電路板之間的對比度；一變異值偵測裝置，用以偵測上述印刷電路板標記與上述光罩標記位置的變異值，上述印刷電路板標記與上述光罩標記位置被上述影像識別裝置偵測識別複數次；及一照明條件決定裝置，用於在上述照明亮度控制裝置改變之複數亮度之中，根據上述對比度偵測裝置偵測之對比度與上述變異值偵測裝置偵測之變異值，決定合適的照明亮度作為合適的照明條件。
  2. 一種對位用照明裝置，用於照明設置於一印刷電路板之上的一印刷電路板標記與設置於一光罩之上的一光罩標記，當根據上述印刷電路板標記與上述光罩標記，使用一影像識別裝置來識別上述印刷電路板標記與光罩標記，包括：一照明亮度控制裝置，用以改變一照明裝置的亮度；一照明高度控制裝置，用以改變上述照明裝置與上述 印刷電路板與上述光罩之間的照明距離；一對比度偵測裝置，用以偵測上述印刷電路板標記與上述印刷電路板之間的對比度，以及上述光罩標記與上述印刷電路板之間的對比度；一變異值偵測裝置，用以偵測上述印刷電路板標記與上述光罩標記位置的變異值，上述印刷電路板標記與上述光罩標記位置被上述影像識別裝置偵測識別複數次；及一照明條件決定裝置，用於在上述照明亮度控制裝置改變之亮度與上述照明高度控制裝置改變之照明距離的複數組合之中，根據上述對比度偵測裝置偵測之對比度與上述變異值偵測裝置偵測之變異值，決定合適的組合作為合適的照明條件。
  3. 一種對位用照明裝置，用於照明設置於一印刷電路板之上的一印刷電路板標記與設置於一光罩之上的一光罩標記，當根據上述印刷電路板標記與上述光罩標記，使用一影像識別裝置來識別上述印刷電路板標記與光罩標記，包括：一照明亮度控制裝置，用以改變一照明裝置的亮度；一照明高度控制裝置，用以改變上述照明裝置與上述印刷電路板與上述光罩之間的照明距離；一照明顏色控制裝置，用以改變上述照明裝置的照明顏色；一對比度偵測裝置，用以偵測上述印刷電路板標記與上述印刷電路板之間的對比度，以及上述光罩標記與上述 印刷電路板之間的對比度；一變異值偵測裝置，用以偵測上述印刷電路板標記與上述光罩標記位置的變異值，上述印刷電路板標記與上述光罩標記位置被上述影像識別裝置偵測識別複數次；及一照明條件決定裝置，用於在上述照明亮度控制裝置改變之亮度、上述照明高度控制裝置改變之照明距離與上述照明顏色控制裝置改變的照明顏色的複數組合之中，根據上述對比度偵測裝置偵測之對比度與上述變異值偵測裝置偵測之變異值，決定合適的組合作為合適的照明條件。
  4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之對位用照明裝置，其中上述照明條件決定裝置首先根據上述對比度偵測裝置偵測之對比度決定合適之照明條件的候補項，並且根據上述變異值偵測裝置偵測之變異值，在上述候補項之中，決定上述合適之照明條件。
  5. 一種曝光裝置，具有如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之對位用照明裝置。
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