TWI641866B - Machine vision system and alignment device for substrate alignment - Google Patents

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Abstract

一種用於基片對準的機器視覺系統及對準裝置，該系統包括第一、第二照明光源，第一、第二反射鏡，第一、第二物鏡，第一、第二探測器，該第一、第二照明光源之間，該第一、第二反射鏡之間，該第一、第二物鏡之間以及第一、第二探測器之間關於X軸對稱，該第一、第二照明光源發出的照明光線照射至對應的基片上進行反射，並經對應的物鏡放大之後投射至對應的探測器上進行探測。本發明藉由將該第一、第二照明光源之間，該第一、第二反射鏡之間，該第一、第二物鏡之間以及第一、第二探測器之間關於X軸對稱設置，大大減少機器視覺系統在鏡筒方向的佔用體積，擴大機器視覺系統的檢測範圍，提高對準效率和精度。

Description

一種用於基片對準的機器視覺系統及對準裝置
本發明有關於基片鍵合技術領域，特別有關於一種用於基片對準的機器視覺系統及對準裝置。
現有技術中用於半導體技藝中基片鍵合的配套設備，在鍵合進行之前需將兩片基片進行對準。基片對準是基片鍵合設備中最重要的技術之一。
現有的基片對準方法為：先將兩片基片的表面相對，使用兩組顯微物鏡分別檢測出兩片基片上對準標記的位置，然後藉由執行器補償檢測出的兩片基片上對準標記的相對位置偏差。然而由於基片鍵合技藝的需求，在對準過程中，兩片基片中間必須放置間隔片，用於確保在鍵合之前兩片基片相互不接觸，這導致兩片基片之間存在較大的間隙，該間隙通常大於0.4mm，而該間隙的存在使得所選用的顯微物鏡的景深必須大於兩片基片之間存在的距離，這樣兩片基片上的對準標記才能清晰成像，而對於顯微物鏡來說，其景深與解析度是矛盾的關係，即景深越大的顯微物鏡，其解析度就越低，因此想要進一步提高對準精度，首先應該提高顯微物鏡的解析度，但由於存在景深的要求，使得基片的對準精度難以提高。
針對上述問題，現有技術中提出一種檢測裝置，如圖 1所示，藉由將兩對顯微物鏡3’佈置在第一基片1’和第二基片2’之間，使用兩對顯微物鏡3’分別觀測第一基片1’和第二基片2’上的對準標記，最終藉由承載台六個自由度的運動，實現第一基片1’和第二基片2’的對準。然而該技術中為了實現顯微物鏡對第一基片1’和第二基片2’的對焦及找尋對準標記，需要機器視覺系統中的顯微物鏡3’能夠實現X、Y、Z三個方向的運動，然而由於機器視覺系統中顯微物鏡3’是水平同軸佈置的，在鏡筒方向需要佔用的空間較多，導致機器視覺系統在鏡筒方向能夠檢測的範圍較小，因此無法實現對整張基片上的任意位置進行檢測，最終降低基片的對準精度。
本發明提供一種用於基片對準的機器視覺系統及對準裝置，以解决現有技術中存在的顯微物鏡水平同軸佈置，在鏡筒方向所佔用的空間較多而導致檢測的範圍較小以及降低基片對準精度的問題。
為了解决上述技術問題，本發明的技術方案是：一種用於基片對準的機器視覺系統，設於沿X軸對稱設置的第一、第二基片之間，包括第一、第二照明光源，第一、第二反射鏡，第一、第二物鏡，第一、第二探測器，其中，該第一、第二照明光源之間，該第一、第二反射鏡之間，該第一、第二物鏡之間以及第一、第二探測器之間關於X軸對稱，該第一、第二照明光源發出的照明光線照射至對應的基片上進行反射，並經對應的物鏡放大之後投射至對應的探測器上進行探測。
進一步的，該第一、第二照明光源，該第一、第二反 射鏡，該第一、第二物鏡，以及該第一、第二探測器固設於基礎框架上，該基礎框架上連有驅動機構，帶動該基礎框架沿X軸、Y軸、Z軸中的任意一個或幾個方向運動，其中，Y軸與X軸正交，Z軸同時與X軸和Y軸正交。
進一步的，該第一物鏡和第二物鏡沿X軸對稱設置，且分別與該第一基片和第二基片對應，該第一、第二反射鏡關於該第一物鏡和第二物鏡對稱設置。
進一步的，該第一反射鏡和第一探測器沿該X軸水平設置，該第二反射鏡和第二探測器沿該X軸水平設置，且該第一、第二探測器位於該第一物鏡、第二物鏡沿X軸方向的同一側。
進一步的，該第一反射鏡和第一探測器之間設有第一分束鏡，該第一照明光源的位置與該第一分束鏡對應，該第二反射鏡和第二探測器之間設有第二分束鏡，該第二照明光源的位置與該第二分束鏡對應，該第一照明光源發出的照射光線經該第一分束鏡投射至該第一反射鏡上，該第二照明光源發出的照射光線經該第二分束鏡投射至該第二反射鏡上。
進一步的，該第一物鏡和該第一反射鏡之間設有第三反射鏡，該第二物鏡和該第二反射鏡之間設有第四反射鏡，投射至該第一反射鏡上的光線經該第三反射鏡投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線經第一物鏡放大後依序經該第三反射鏡、第一反射鏡轉向後投射至該第一探測器上；投射至該第二反射鏡上的光線經該第四反射鏡投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線經第二物鏡放大後依序經該第四反射鏡、第二反射鏡轉向後投射至該第二探測器上。
進一步的，該第一反射鏡和第二反射鏡之間設有第三分束鏡，該第三分束鏡與該第一物鏡和第二物鏡的位置對應；該第一反射鏡上的光線經該第三分束鏡投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線經第一物鏡放大後依序經該第三分束鏡、第一反射鏡轉向後投射至該第一探測器上；該第二反射鏡上的光線經該第三分束鏡投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線經第二物鏡放大後依序經該第三分束鏡、第二反射鏡轉向後投射至該第二探測器上。
進一步的，該第一反射鏡、第一物鏡和第一探測器沿X軸方向依序排列，該第二反射鏡、第二物鏡和第二探測器沿X軸方向依序排列。
進一步的，該第一物鏡和該第一基片之間設有第三反射鏡，該第二物鏡和該第二基片之間設有第四反射鏡，投射至該第一反射鏡上的光線經該第三反射鏡投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線依序經該第三反射鏡、第一反射鏡轉向至第一物鏡放大後投射至該第一探測器上；投射至該第二反射鏡上的光線經該第四反射鏡投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線依序經該第四反射鏡、第二反射鏡轉向至第二物鏡放大後投射至該第二探測器上。
進一步的，該第一物鏡和該第一基片之間設有第三反射鏡，該第二物鏡和該第二基片之間設有第四反射鏡，該第一反射鏡上的光線經該第三反射鏡投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線依序經該第三反射鏡、第一反射鏡轉向至第一物鏡放大後投射至該第一探測器上；該第二反射鏡上的光線經該第四 反射鏡投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線依序經該第四反射鏡、第二反射鏡轉向至第二物鏡放大後投射至該第二探測器上。
進一步的，該第一反射鏡和第二反射鏡镜之間設有第三分束鏡；該第一反射鏡上的光線經該第三分束鏡投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線依序經該第三分束鏡、第一反射鏡轉向至第一物鏡放大後投射至該第一探測器上；該第二反射鏡上的光線經該第三分束鏡投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線依序經該第三分束鏡、第二反射鏡轉向至第二物鏡放大後投射至該第二探測器上。
進一步的，該第一照明光源、第二照明光源沿X軸方向設於該第一反射鏡和第二反射鏡之間，該第一照明光源、第二照明光源沿Y軸對稱設置，且分別與該第一基片和第二基片對應，該第一照明光源、第二照明光源發出的照明光線分別直接投射至第一基片、第二基片上。
進一步的，該第一物鏡和該第一照明光源之間設有第三反射鏡，該第二物鏡和該第二照明光源之間設有第四反射鏡，該第一基片上反射的光線依序經該第三反射鏡、第一反射鏡轉向至第一物鏡放大後投射至該第一探測器上；該第二基片上反射的光線依序經該第四反射鏡、第二反射鏡轉向至第二物鏡放大後投射至該第二探測器上。
進一步的，該第一照明光源和第二照明光源之間設有第三分束鏡，該第三分束鏡与該第一照明光源和第二照明光源的位置對應；該第一基片上反射的光線依序經該第三分束鏡、第 一反射鏡轉向至第一物鏡放大後投射至該第一探測器上；該第二基片上反射的光線依序經該第三分束鏡、第二反射鏡轉向至第二物鏡放大後投射至該第二探測器上。
進一步的，該第一、第二探測器採用CCD相機。
本發明還提供一種基片對準裝置，採用如上所述的用於基片對準的機器視覺系統。
本發明提供的用於基片對準的機器視覺系統及對準裝置，該系統包括第一、第二照明光源，第一、第二反射鏡，第一、第二物鏡，第一、第二探測器，該第一、第二照明光源之間，該第一、第二反射鏡之間，該第一、第二物鏡之間以及第一、第二探測器之間關於X軸對稱，該第一、第二照明光源發出的照明光線照射至對應的基片上進行反射，並經對應的物鏡放大之後投射至對應的探測器上進行探測。本發明藉由將該第一、第二照明光源之間，該第一、第二反射鏡之間，該第一、第二物鏡之間以及第一、第二探測器之間關於X軸對稱設置，大大減少機器視覺系統在鏡筒方向的佔用體積，擴大機器視覺系統的檢測範圍，提高對準效率和精度。
1‧‧‧第一基片
1’‧‧‧第一基片
2‧‧‧第二基片
2’‧‧‧第二基片
3’‧‧‧顯微物鏡
11‧‧‧第一照明光源
12‧‧‧第二照明光源
21‧‧‧第一反射鏡
22‧‧‧第二反射鏡
23‧‧‧第三反射鏡
24‧‧‧第四反射鏡
31‧‧‧第一物鏡
32‧‧‧第二物鏡
41‧‧‧第一探測器
42‧‧‧第二探測器
51‧‧‧第一分束鏡
52‧‧‧第二分束鏡
53‧‧‧第三分束鏡
圖1是現有技術中檢測裝置的結構示意圖；圖2是本發明實施例1用於基片對準的機器視覺系統的結構示意圖；圖3是圖2中A處的側視圖；圖4是本發明實施例2用於基片對準的機器視覺系統的結構示 意圖；圖5是圖4中A處的側視圖；圖6是本發明實施例3用於基片對準的機器視覺系統的結構示意圖；圖7是圖6中A處的側視圖；圖8是本發明實施例5用於基片對準的機器視覺系統的結構示意圖；圖9是圖8中A處的側視圖。
下面結合附圖對本發明作詳細描述。
[實施例1]
如圖2-3所示，本發明提供一種用於基片對準的機器視覺系統，設於沿Y軸對稱設置的第一、第二基片之間，包括第一、第二照明光源11、12，第一、第二反射鏡21、22，第一、第二物鏡31、32，第一、第二探測器41、42，該第一、第二照明光源11、12之間，該第一、第二反射鏡21、22之間，該第一、第二物鏡31、32之間以及第一、第二探測器41、42之間關於X軸對稱，該第一、第二照明光源11、12發出的照明光線照射至對應的基片上進行反射，並經對應的物鏡放大之後投射至對應的探測器上進行探測，較佳的，該第一、第二探測器41、42採用CCD相機。具體的，第一照明光源11發出的照明光線照射至第一基片1上進行反射，並經第一物鏡31放大之後投射至第一探測器41上進行探測，第二照明光源12發出的照明光線照射至第二基片2上進行反射，並經第二 物鏡32放大之後投射至第二探測器42上進行探測。藉由將該第一、第二照明光源11、12之間，該第一、第二反射鏡21、22之間，該第一、第二物鏡31、32之間以及第一、第二探測器41、42之間關於X軸對稱設置，即本系統包括兩條沿X軸對稱的檢測光路，分別對第一、第二基片進行檢測，大大減少機器視覺系統在鏡筒方向(即沿X軸方向)的佔用體積，擴大機器視覺系統的檢測範圍，提高對準效率和精度。
較佳的，該第一、第二照明光源11、12，該第一、第二反射鏡21、22，該第一、第二物鏡31、32，以及該第一、第二探測器41、42固設於基礎框架上，該基礎框架上連有驅動機構，帶動該基礎框架沿X/Y/Z方向運動，從而實現針對第一、第二基片上任意位置進行檢測。
較佳的，該第一物鏡31和第二物鏡32沿Y軸對稱設置，且分別與該第一基片和第二基片對應，該第一、第二反射鏡21、22關於該第一物鏡31、第二物鏡32對稱設置。具體的，該第一、第二反射鏡21、22分別位於XY平面的上下兩側。較佳的，該第一反射鏡21和第一探測器41沿該X軸水平設置，該第二反射鏡21和第二探測器41沿該X軸水平設置，且該第一、第二探測器41、42位於該第一物鏡31、第二物鏡32沿X軸方向的同一側。
較佳的，該第一反射鏡21和第一探測器41之間設有第一分束鏡51，該第一照明光源11的位置與該第一分束鏡51對應，該第二反射鏡22和第二探測器42之間設有第二分束鏡52，該第二照明光源22的位置與該第二分束鏡52對應，該第一照明光源11發出的照射光線經該第一分束鏡51投射至該第一反射鏡21上，該第二照明光源12發出的照射光線經該第二分束鏡52投射至該第二反射鏡22上進行探測。
較佳的，該第一物鏡31和該第一反射鏡21之間設有第三反射鏡23，該第二物鏡32和該第二反射鏡22之間設有第四反射鏡24，該第一反射鏡11上的光線經該第三反射鏡23投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線經第一物鏡31放大後依序經該第三反射鏡23、第一反射鏡21轉向後投射至該第一探測器41上；該第二反射鏡22上的光線經該第四反射鏡24投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線經第二物鏡32放大後依序經該第四反射鏡24、第二反射鏡22轉向後投射至該第二探測器42上進行探測。
本發明還提供一種基片對準裝置，採用如上所述的用於基片對準的機器視覺系統。
[實施例2]
如圖4-5所示，與實施例1不同的是，本實施例中，該第一反射鏡21和第二反射鏡22之間設有第三分束鏡53(見圖5)，該第三分束鏡53與該第一物鏡31和第二物鏡32的位置對應，該第一反射鏡21上的光線經該第三分束鏡53投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線經第一物鏡31放大後依序經該第三分束鏡53、第一反射鏡21轉向後投射至該第一探測器41上進行探測；該第二反射鏡22上的光線經該第三分束鏡53投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線經第二物鏡32放大後依序經該第三分束鏡53、第二反射鏡22轉向後投射至該第二探測器42上進行探測。本實施例中採用第三分束鏡53同時實現對兩個光路的光線進行反射，在 此過程中，需控制第一照明光源11和第二照明光源12發出的照明光線的波長不同，以免在第三分束鏡53中發生干涉而影響探測結果。
[實施例3]
如圖6-7所示，與實施例1-2不同的是，本實施例中，該第一反射鏡21、第一物鏡31和第一探測器41沿X軸方向依序排列，該第二反射鏡22、第二物鏡32和第二探測器42沿X軸方向依序排列。採用該排列方式可以獲得更大的物鏡的工作距，節約Y方向空間。
較佳的，該第一物鏡31和第一探測器41之間設有第一分束鏡51，該第一照明光源11的位置與該第一分束鏡51對應，該第二物鏡32和第二探測器42之間設有第二分束鏡52，該第二照明光源12的位置與該第二分束鏡52對應，該第一照明光源11發出的照射光線經該第一分束鏡51投射至該第一反射鏡21上，該第二照明光源12發出的照射光線經該第二分束鏡52投射至該第二反射鏡22上。
較佳的，該第一物鏡31和該第一基片之間設有第三反射鏡23，該第二物鏡22和該第二基片之間設有第四反射鏡24，該第一反射鏡21上的光線經該第三反射鏡23投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線依序經該第三反射鏡23、第一反射鏡21轉向至第一物鏡31放大後投射至該第一探測器41上進行探測；該第二反射鏡22上的光線經該第四反射鏡24投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線依序經該第四反射鏡24、第二反射鏡22轉向至第二物鏡32放大後投射至該第二探測器42上進行探測。
[實施例4]
與實施例3不同的是，本實施例中，該第一反射鏡21和第二反射鏡22之間設有第三分束鏡53；該第一反射鏡21上的光線經該第三分束鏡53投射至第一基片上，該第一基片上反射的光線依序經該第三分束鏡53、第一反射鏡21轉向至第一物鏡31放大後投射至該第一探測器41上進行探測；該第二反射鏡22上的光線經該第三分束鏡53投射至第二基片上，該第二基片上反射的光線依序經該第三分束鏡53、第二反射鏡22轉向至第二物鏡32放大後投射至該第二探測器42上進行探測。
[實施例5]
如圖8-9所示，與實施例3-4不同的是，該第一照明光源11、第二照明光源12設於該第一反射鏡21和第二反射鏡22之間，沿Y軸對稱設置，且分別與該第一基片和第二基片對應，該第一照明光源11、第二照明光源12發出的照明光線直接投射至第一基片或第二基片上。
較佳的，該第一物鏡31和該第一照明光源11之間設有第三反射鏡23，該第二物鏡32和該第二照明光源12之間設有第四反射鏡24，該第一基片上反射的光線依序經該第三反射鏡23、第一反射鏡21轉向至第一物鏡31放大後投射至該第一探測器41上進行探測；該第二基片上反射的光線依序經該第四反射鏡24、第二反射鏡22轉向至第二物鏡32放大後投射至該第二探測器42上 進行探測。
[實施例6]
與實施例5不同的是，本實施例中，該第一照明光源11和第二照明光源12之間設有第三分束鏡53，該第三分束鏡53與該第一照明光源11和第二照明光源12的位置對應；該第一基片上反射的光線依序經該第三分束鏡53、第一反射鏡21轉向至第一物鏡31放大後投射至該第一探測器41上進行探測；該第二基片上反射的光線依序經該第三分束鏡53、第二反射鏡22轉向至第二物鏡32放大後投射至該第二探測器42上進行探測。
綜上所述，本發明提供的用於基片對準的機器視覺系統及對準裝置，該系統包括第一、第二照明光源11、12，第一、第二反射鏡21、22，第一、第二物鏡31、32，第一、第二探測器41、42，該第一、第二照明光源11、12之間，該第一、第二反射鏡21、22之間，該第一、第二物鏡31、32之間以及第一、第二探測器41、42之間關於X軸對稱，該第一、第二照明光源11、12發出的照明光線照射至對應的基片上進行反射，並經對應的物鏡放大之後投射至對應的探測器上進行探測。本發明藉由將該第一、第二照明光源11、12之間，該第一、第二反射鏡之間21、22，該第一、第二物鏡31、32之間以及第一、第二探測器41、42之間關於X軸對稱設置，大大減少機器視覺系統在鏡筒方向的佔用體積，擴大機器視覺系統的檢測範圍，提高對準效率和精度。
雖然說明書中對本發明的實施方式進行說明，但這些實施方式只是作為提示，不應限定本發明的保護範圍。在不脫離本發明宗旨的範圍內進行各種省略、置換和變更均應包含在本發明的保護範圍內。

Claims (8)

  1. 一種用於基片對準的機器視覺系統，設於沿X軸對稱設置的一第一基片、一第二基片之間，包括一第一照明光源、一第二照明光源，一第一反射鏡、一第二反射鏡，一第一物鏡、一第二物鏡，一第一探測器、一第二探測器，其特徵在於：該第一照明光源、該第二照明光源之間，該第一反射鏡、該第二反射鏡之間，該第一物鏡、該第二物鏡之間以及該第一探測器、該第二探測器之間關於X軸對稱，該第一照明光源、該第二照明光源發出的照明光線照射至對應的該第一基片、該第二基片上進行反射，並經對應的該第一物鏡、該第二物鏡放大之後投射至對應的該第一探測器、該第二探測器上進行探測；該第一物鏡和該第二物鏡沿X軸對稱設置，且分別與該第一基片和該第二基片對應，該第一反射鏡、該第二反射鏡關於該第一物鏡和該第二物鏡對稱設置。
  2. 如請求項1之用於基片對準的機器視覺系統，其中，該第一照明光源、該第二照明光源，該第一反射鏡、該第二反射鏡，該第一物鏡、該第二物鏡，以及該第一探測器、該第二探測器固設於一基礎框架上，該基礎框架上連有一驅動機構，帶動該基礎框架沿X軸、Y軸、Z軸中的任意一個或幾個方向運動，其中，Y軸與X軸正交，Z軸同時與X軸和Y軸正交。
  3. 如請求項2之用於基片對準的機器視覺系統，其中，該第一反射鏡和該第一探測器沿X軸水平設置，該第二反射鏡和該第二探測器沿X軸水平設置，且該第一探測器、該第二探測器位於該第一物鏡、該第二物鏡沿X軸方向的同一側。
  4. 如請求項3之用於基片對準的機器視覺系統，其中，該第一反射鏡和該第一探測器之間設有一第一分束鏡，該第一照明光源的位置與該第一分束鏡對應，該第二反射鏡和該第二探測器之間設有一第二分束鏡，該第二照明光源的位置與該第二分束鏡對應，該第一照明光源發出的照射光線經該第一分束鏡投射至該第一反射鏡上，該第二照明光源發出的照射光線經該第二分束鏡投射至該第二反射鏡上。
  5. 如請求項4之用於基片對準的機器視覺系統，其中，該第一物鏡和該第一反射鏡之間設有一第三反射鏡，該第二物鏡和該第二反射鏡之間設有一第四反射鏡，投射至該第一反射鏡上的光線經該第三反射鏡投射至該第一基片上，該第一基片上反射的光線經該第一物鏡放大後依序經該第三反射鏡、該第一反射鏡轉向後投射至該第一探測器上；投射至該第二反射鏡上的光線經該第四反射鏡投射至該第二基片上，該第二基片上反射的光線經該第二物鏡放大後依序經該第四反射鏡、該第二反射鏡轉向後投射至該第二探測器上。
  6. 如請求項4之用於基片對準的機器視覺系統，其中，該第一反射鏡和該第二反射鏡之間設有一第三分束鏡，該第三分束鏡與該第一物鏡和該第二物鏡的位置對應；該第一反射鏡上的光線經該第三分束鏡投射至該第一基片上，該第一基片上反射的光線經該第一物鏡放大後依序經該第三分束鏡、該第一反射鏡轉向後投射至該第一探測器上；該第二反射鏡上的光線經該第三分束鏡投射至該第二基片上，該第二基片上反射的光線經該第二物鏡放大後依序經該第三分束鏡、該第二反射鏡轉向後投射至該第二探測器上。
  7. 如請求項1之用於基片對準的機器視覺系統，其中，該第一探測器、該第二探測器採用CCD相機。
  8. 一種基片對準裝置，其採用請求項1至7中任一項之用於基片對準的機器視覺系統。
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