TWM485590U - 奈米級光學對位及壓印調平裝置 - Google Patents

Description

奈米級光學對位及壓印調平裝置

本新型涉及一種光學對位及壓印調平裝置，尤指一種奈米級光學對位及壓印調平裝置。

目前在對位與壓印的製造過程中，主要係將一模具組的上、下模具進行對位後，在進行兩模具相對作動的壓印操作，其中由於所使用的模具組的上、下模具需要有精準的對位，因此，在對位的過程中主要係透過一電荷耦合元件攝影機(Charge-coupled Device；CCD)與一模具組上所設置的標記設計進行對位，並配合影像處理的方式，藉以提高現有非接觸式掃描量測的效益與實用性。

然而，由於現有電荷耦合元件攝影機的價格不斐，而且有時必須同時搭配多個電荷耦合元件攝影機進行使用，並且需搭配一昂貴的光學鏡組後，方能將影像對位的精度提升至微米等級，相對會增加使用者所需之成本；再者，電荷耦合元件攝影機在擷取影像進行對位時，常常會受到燈光與雜訊的干擾導致解析度差，無法進行精準的對位，而必須透過視覺進行判定，相對會增加量測上的不準確性，因此，目前在影象對位過程中系統的對位精度被侷限於在微米等級，而且利用上述的對位方法無法即時地回授上、下模具之間的位置訊號，僅能提供上、下模具在未進行壓印動作時的初始相關位置關係。

而目前在壓印過程中主要係使用一液壓囊均壓裝置，讓壓力 能均勻地分散於上、下模具之間，進而達成上、下模具的自動調平，藉以提供一種被動式的補償方法，然而，當上模具與下模具之間的角度誤差過大時，在Z軸(假設上、下模具係以Z軸方向進行上、下設置)於上升壓力過程中很容易造成上、下模具之間的平行度不佳，且無法準確的控制兩模具之間的平行度，相對會增加產品製造後的不良率。

為解決現有用於對位及壓印製程之CCD影像對位裝置及液壓囊鈞壓裝置之成本高且易受環境影響而精度不佳的缺失與不足，特經過不斷的研究與試驗，終於發展出一種能改進現有缺失之本新型。

本新型的主要目的在於提出一種奈米級光學對位及壓印調平裝置，其係透過一離軸式的對位方式進行對位，其係透過一已知校正過的標記影像辨識組及一干涉儀迴授組回授上、下模具的位置訊號，進而利用一高精度的對位平台進行補償，使該上、下模具之間可進行高精度的對位，且在進行壓印製程時，該干涉儀迴授組可即時監控該上、下模具的之間的相對位置(X、Y)與角度(θ_Z )誤差訊號，並且運用一三角雷射回授組與一壓電調整平台，即時地補償該上、下模具之間的高度與角度變化，有效提升目前對位精度不足與無法即時監控上下模具位置關係的問題。

本新型的奈米級光學對位及壓印調平裝置係設有一框架組、一對位模組及一壓印模組，其中：該框架組設有一基座、一升降座及一上框架，該升降座與該基座相結合且設有一升降驅動組及一升降平台，該升降驅動組設於該基座的底部，該升降平台係與該升降驅動組相結合而位於該基座上方，該上框架與該基座相固設結合而位於該升降座的上方；該對位模組與該框架組相結合且設有一對位平台、一壓電調 整平台、一干涉儀回授組、一三角雷射回授組及一標記影像辨識組，該對位平台固設於該升降平台上且設有一下結合板、數個對位驅動組及一上結合板，該下結合板與該升降平台相固設結合，各對位驅動組固設於該下結合板的頂面，該上結合板與各對位驅動組相固設結合而位於該下結合板上方，該壓電調整平台與該對位平台的上結合板相結合，該干涉儀回授組與該基座相結合且設有一第一位移量測組、一第二位移量測組及一角度位移量測組，藉以使該干涉儀回授組具有三自由度，其中兩位移量測組分別設於該基座頂面上，而該角度位移量測組設於該第一位移量測組上，該三角雷射回授組設於該壓電調整平台上且設有三個三角雷射位移計，各三角雷射位移計分別朝該框架組的上框架方向射出一雷射光束，該標記影像辨識組與該上框架相結合；以及該壓印模組與該框架組及該對位模組相結合且設有一上模組、一下模組及一標準校正模具，該上模組與該上框架相結合而位於該標記影像辨識組下方處，該上模組設有一上模夾治具及一上模具，該上模夾治具與該上框架的底部相固設結合，而該上模具可拆卸地設於該上模夾治具且位於該標記影像辨識組下方處，該下模組設有一下模夾治具及一下模具且與該壓電調整平台相結合，該下模夾治具固設於該壓電調整平台，該下模具可拆卸地與該下模夾治具相結合，而該標準校正模具係設置於該壓電調整平台上，用以校正該標記影像辨識組的位置。

進一步，該基座設有複數個支柱及一與各支柱頂面相結合的結合平台，該升降驅動組設有一升降馬達及一升降軸，該升降馬達固設於該結合平台的底部，該升降軸可升降地與該升降馬達相結合且伸設至該結合平台的頂面，該升降平台與該升降軸的頂面相固設結合而位於該結合平台的上方，該升降座設有數個與該升降平台及該結合平台相結合的滑軌 組，使該升降平台可隨著該升降軸而平穩地相對該結合平台上升或下降，該上框架係與該結合平台相固設結合而位於該升降座的上方，該上框架設有數個與該結合平台相結合的支撐樑以及一與各支撐樑相固設結合的結合框。

再進一步，各對位驅動組設有一對位驅動馬達、一滾珠導螺桿及一線性滑軌，各對位驅動馬達固設於該下結合板上，該滾珠導螺桿與該對位驅動馬達相結合且設有一滑動塊，該線性滑軌固設於該下結合板上且與該滾珠導螺桿相平行，該滾珠導螺桿的滑動塊可滑動地與該線性滑軌相結合，該上結合板與各對位驅動組的滑動塊相固設結合而位於該下結合板上方，且該對位平台設有三個對位驅動組，其中兩個對位驅動組沿著該框架組的X軸方向上的移動，而另一對位驅動組沿著該框架組的Y方向移動。

較佳地，該壓電調整平台設有一下固定板、數個微步進驅動組及一上固定板，該下固定板與該對位平台的上結合板相固設結合，各微步進驅動組與該下固定板的頂面相結合且設有一微調件、一固定套筒、一壓電致動器及一撓性體，其中該微調件設於該下固定板內，該固定套筒固設於該下固定板的頂面且位於該微調件的上方，該壓電致動器設於該固定套筒內且頂端係伸出該固定套筒外，該撓性體與該壓電致動器伸出該固定套筒的頂端相固設結合，該上固定板係與各微步進驅動組的撓性體相固設結合而位於該下固定板的上方，而各三角雷射位移計係以環形間隔排列地設於該壓電調整平台的上固定板上。

較佳地，該干涉儀回授組與該基座的結合平台相結合，該第一位移量測組設有一結合柱、一干涉儀回授器及一平面鏡，該結合柱固設於該結合平台上，該干涉儀回授器設於該結合柱的頂面，而該平面鏡固設 於該壓電調整平台的上固定板上且朝向該干涉儀回授器，該第二位移量測組設有一結合柱、一干涉儀回授器及一平面鏡，該結合柱固設於該結合平台上，該干涉儀回授器設於該結合柱的頂面，而該平面鏡固設於該壓電調整平台的上固定板上且朝向該干涉儀回授器，該角度位移量測組設於該第一位移量測組的結合柱上且設有一分光鏡、一聚焦透鏡及一四象限感測器，該分光鏡位於該第一位移量測組的干涉儀回授器及平面鏡之間，藉以將該平面鏡反射的光束一分為二，其中一道分光束係進入該干涉儀回授器，而該聚焦透鏡係對於該分光鏡分光後的另一道分光束進行聚焦，而該四象限感測器接收經該聚焦透鏡聚焦後的分光束。

較佳地，該標記影像辨識組設有四個影像擷取器，其中各影像擷取器係朝下伸設至該上框架的底部且由一照相機、一同軸光源及一高倍率物鏡所組成。

較佳地，該上模夾治具設有一頂板、一微調裝置、一底板、一鎖固裝置、兩滑動軌道、一固定基板及一上蓋夾板，其中該頂板與該上框架的底部相固設結合且於中心處設有一上開孔，該微調裝置設於該頂板的底部且設有數個微測器及數個旋轉微調軸承，各微測器設於該頂板的底部，而各旋轉微調軸承分別與各微測器相結合，該底板與該微調裝置的各旋轉微調軸承相結合而位於該頂板的下方，該底板於中心處貫穿設有一與該頂板上開孔相通的下開孔，該鎖固裝置與該底板相結合且朝下延伸至該底板的底部，該鎖固裝置係設有數個電磁鐵及數個調整螺絲，各電磁鐵係與該底板相結合而位於該下開孔周緣且伸出該底板的底部，而兩滑動軌道固設於該底板的底部且位於該下開孔的兩側，該固定基板係可滑動地設於兩滑動軌道之間且可與該鎖固裝置的各電磁鐵相吸附鎖固，而該上蓋夾板蓋設於該固定基板上。

較佳地，該上模具可拆卸地設於該上模夾治具的固定基板上且與該上蓋夾板相抵靠，該上模具可隨著該固定基板而移動至該標記影像辨識組的各影像擷取器下方處，其中該上模具為一呈方形之框架且於對角線上設有兩定位標記。

較佳地，該上蓋夾板於頂面設有一微機電製程雙軸微電子水平儀，而該下模夾治具固設於該壓電調整平台的上固定板上且設有一固定筒座，該固定筒座設有至少一電磁鐵及數個定位銷，該電磁鐵設於該固定筒座內，而各定位銷凸設於該固定筒座的頂面且環設該至少一電磁鐵，該下模具設有一微機電製程雙軸微電子水平儀及數個定位孔，該微機電製程雙軸微電子水平儀設於該下模具的底部，而各定位孔設於該下模具的底部且分別與該下模夾治具的定位銷相結合，該下模具係為一呈圓形之板體且於直徑上設有兩定位標記。

較佳地，該標準校正模具用以校正該標記影像辨識組各影像擷取器的位置，且該標準校正模具上包含四個定位標記，而各定位標記可為一圓形、十字形、方形、三角形、六角形等多邊形之圖案。

藉由前述的技術特徵，本新型奈米級光學對位及壓印調平裝置，在進行壓印製程時，該升降馬達及升降軸係搭配一奈米級光學尺進行長行程的毫米等級(mm)之升降，並且利用該壓電調整平台與該三角雷射回授組進行微奈米等級(nm)的定位控制與調平動作，有效且即時地調整該上、下模具間的角度關係(Z、θ_X 、θ_Y )，讓該上、下模具隨時保持平行的狀態，進而使壓印的成品之厚度精密度高，有效地提升成品的品質及良率，藉以提供一對位精密度高且可即時監控的奈米級光學對位及壓印調平裝置。

10‧‧‧框架組

11‧‧‧基座

111‧‧‧支柱

112‧‧‧結合平台

12‧‧‧升降座

13‧‧‧上框架

131‧‧‧支撐樑

132‧‧‧結合框

14‧‧‧升降驅動組

141‧‧‧升降馬達

142‧‧‧升降軸

15‧‧‧升降平台

16‧‧‧滑軌組

20‧‧‧對位模組

21‧‧‧對位平台

211‧‧‧下結合板

212‧‧‧對位驅動組

213‧‧‧上結合板

214‧‧‧對位驅動馬達

215‧‧‧滾珠導螺桿

216‧‧‧線性滑軌

217‧‧‧滑動塊

22‧‧‧壓電調整平台

221‧‧‧下固定板

222‧‧‧微步進驅動組

223‧‧‧上固定板

224‧‧‧微調件

225‧‧‧固定套筒

226‧‧‧壓電致動器

227‧‧‧撓性體

23‧‧‧干涉儀回授組

24‧‧‧三角雷射回授組

241‧‧‧三角雷射位移計

25‧‧‧標記影像辨識組

251‧‧‧影像擷取器

26‧‧‧第一位移量測組

261‧‧‧結合柱

262‧‧‧干涉儀回授器

263‧‧‧平面鏡

27‧‧‧第二位移量測組

271‧‧‧結合柱

272‧‧‧干涉儀回授器

273‧‧‧平面鏡

28‧‧‧角度位移量測組

281‧‧‧分光鏡

282‧‧‧聚焦透鏡

283‧‧‧四象限感測器

30‧‧‧壓印模組

31‧‧‧上模組

32‧‧‧下模組

33‧‧‧標準校正模具

331‧‧‧定位標記

34‧‧‧上模夾治具

341‧‧‧頂板

342‧‧‧底板

343‧‧‧滑動軌道

344‧‧‧固定基板

345‧‧‧上蓋夾板

346‧‧‧上開孔

347‧‧‧下開孔

348‧‧‧微機電製程雙軸微電子水平儀

35‧‧‧上模具

351‧‧‧定位標記

36‧‧‧微調裝置

361‧‧‧微測器

362‧‧‧旋轉微調軸承

37‧‧‧鎖固裝置

371‧‧‧電磁鐵

372‧‧‧調整螺絲

38‧‧‧下模夾治具

381‧‧‧固定筒座

382‧‧‧電磁鐵

383‧‧‧定位銷

39‧‧‧下模具

391‧‧‧微機電製程雙軸微電子水平儀

392‧‧‧定位孔

393‧‧‧定位標記

圖1是本新型較佳實施例的立體外觀圖。

圖2是本新型較佳實施例的側視示意圖。

圖3是本新型較佳實施例的局部立體分解圖。

圖4是本新型較佳實施例的局部立體外觀圖。

圖5是本新型較佳實施例的壓電調整平台的立體外觀圖。

圖6是本新型較佳實施例的壓電調整平台的局部立體分解圖。

圖7是本新型較佳實施例的上模夾治具的立體外觀圖。

圖8是本新型較佳實施例的上模夾治具的局部立體分解圖。

圖9是本新型較佳實施例的下模組的局部立體分解圖。

圖10是本新型較佳實施例的上模具、下模具及標準校正模具的俯視示意圖。

圖11是本新型較佳實施例的進行標記影像辨識的操作示意圖。

圖12是本新型較佳實施例的進行標記影像辨識的另一操作示意圖。

圖13是本新型較佳實施例作為定位標記之幾何形狀示意圖。

為能詳細瞭解本新型的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實現，玆進一步以如圖式(如圖1至3所示)所示的較佳實施例，詳細說明如后：本新型係提供一奈米級光學對位與壓印調平裝置，其係設有一框架組10、一對位模組20及一壓印模組30，其中：該框架組10設有一基座11、一升降座12及一上框架13，其中該基座11設有複數個支柱111及一與各支柱111頂面相結合的結合平台112，該升降座12係與該基座11相結合且設有一升降驅動組14及一升降平台15，該升降驅動組14設有一升降馬達141及一升降軸142，該升降 馬達141係固設於該結合平台112的底部，進一步，該升降馬達141係搭配一奈米級光學尺(圖未示)而可進行長行程毫米(mm)等級的升降作動，該升降軸142係可升降地與該升降馬達141相結合且伸設至該結合平台112的頂面，較佳地，該升降馬達142可為一步進馬達、伺服馬達、無刷馬達或交(直)流馬達或音圈馬達等，該升降平台15係與該升降軸142的頂面相固設結合而位於該結合平台112的上方，進一步，該升降座12設有數個與該升降平台15及該結合平台112相結合的滑軌組16，使該升降平台15可隨著該升降軸142而平穩地相對該結合平台112上升或下降，該上框架13係與該結合平台112相固設結合而位於該升降座12的上方，該上框架13設有數個與該結合平台112相結合的支撐樑131以及一與各支撐樑131相固設結合的結合框132；請進一步配合參看如圖4至6所示，該對位模組20係與該框架組10相結合且設有一對位平台21、一壓電調整平台22、一干涉儀回授組23、一三角雷射回授組24及一標記影像辨識組25，其中該對位平台21係固設於該升降平台15上且設有一下結合板211、數個對位驅動組212及一上結合板213，該下結合板211係與該升降平台15相固設結合，各對位驅動組212係固設於該下結合板211的頂面且分別設有一對位驅動馬達214、一滾珠導螺桿215及一線性滑軌216，各對位驅動馬達214係固設於該下結合板211上且可為一線性馬達、一伺服馬達或一步進馬達，較佳地，該對位平台21設有三個對位驅動組212，其中兩個對位驅動組212沿著該框架組10的X軸方向上的移動，而另一對位驅動組212沿著該框架組10的Y方向移動，該滾珠導螺桿215係與該對位驅動馬達214相結合且設有一滑動塊217，該線性滑軌216係固設於該下結合板211上且與該滾珠導螺桿215相平行，該滾珠導螺桿215的滑動塊217係可滑動地與該線性滑軌 216相結合，該上結合板213係與各對位驅動組212的滑動塊216相固設結合而位於該下結合板211上方；該壓電調整平台22係與該對位平台21相結合且設有一下固定板221、數個微步進驅動組222及一上固定板223，該下固定板221係與該對位平台21的上結合板213相固設結合，各微步進驅動組222係與該下固定板221的頂面相結合且設有一微調件224、一固定套筒225、一壓電致動器226及一撓性體227，其中該微調件224係設於該下固定板221內，該固定套筒225係固設於該下固定板221的頂面且位於該微調件224的上方，該壓電致動器226係設於該固定套筒225內且頂端係伸出該固定套筒225外，該撓性體227係與該壓電致動器226伸出該固定套筒225的頂端相固設結合，該上固定板223係與各微步進驅動組222的撓性體227相固設結合而位於該下固定板221的上方；該干涉儀回授組23係與該基座11的結合平台112相結合且設有一第一位移量測組26、一第二位移量測組27及一角度位移量測組28，藉以使該干涉儀回授組23具有三自由度(X、Y及θ_Z )，其中該第一位移量測組26設有一結合柱261、一干涉儀回授器262及一平面鏡263，該結合柱261係固設於該結合平台112上，該干涉儀回授器262係設於該結合柱261的頂面，而該平面鏡263係固設於該壓電調整平台22的上固定板223上且朝向該干涉儀回授器262，該第二位移量測組27設有一結合柱271、一干涉儀回授器272及一平面鏡273，該結合柱271係固設於該結合平台112上，該干涉儀回授器272係設於該結合柱271的頂面，而該平面鏡273係固設於該壓電調整平台22的上固定板223上且朝向該干涉儀回授器272，該角度位移量測組28係設於該第一位移量測組26的結合柱261上且設有一分光鏡281、一聚焦透鏡282及一四象限感測器283，該分光鏡281 係位於該第一位移量測組26的干涉儀回授器262及平面鏡263之間，藉以將該平面鏡263反射的光束一分為二，其中一道分光束係進入該干涉儀回授器262，而該聚焦透鏡282係對於該分光鏡281分光後的另一道分光束進行聚焦，而該四象限感測器283係用以接收經該聚焦透鏡282聚焦後的分光束；該三角雷射回授組24係設於該壓電調整平台22上且設有三個三角雷射位移計241，其中各三角雷射位移計241係以環形間隔排列地設於該壓電調整平台22的上固定板223上且分別朝該框架組10的上框架13方向射出一雷射光束；該標記影像辨識組25係與該上框架13相結合且設有四個影像擷取器251(CCD)，其中各影像擷取器251係朝下伸設至該上框架13的底部且可由一照相機、一同軸光源及一高倍率物鏡所組成；以及請參看如圖3及7至9所示，該壓印模組30係與該框架組10及該對位模組20相結合且設有一上模組31、一下模組32及一標準校正模具33，其中該上模組31係與該上框架13相結合而位於該標記影像辨識組25下方處，該上模組31設有一上模夾治具34及一上模具35，該上模夾治具34設有一頂板341、一微調裝置36、一底板342、一鎖固裝置37、兩滑動軌道343、一固定基板344及一上蓋夾板345，其中該頂板341係與該上框架13的底部相固設結合且於中心處設有一上開孔346，該微調裝置36係設於該頂板341的底部且設有數個微測器361及數個旋轉微調軸承362，各微測器361係設於該頂板341的底部，而各旋轉微調軸承362係分別與各微測器361相結合；該底板342係與該微調裝置36的各旋轉微調軸承362相結合而位於該頂板341的下方，該底板342於中心處貫穿設有一與該頂板341 上開孔346相通的下開孔347，該鎖固裝置37係與該底板342相結合且朝下延伸至該底板的342底部，該鎖固裝置37係設有數個電磁鐵371及數個調整螺絲372，各電磁鐵371係與該底板342相結合而位於該下開孔347周緣且伸出該底板342的底部，而各調整螺絲372係與該電磁鐵371相結合而位於該底板342上，而兩滑動軌道343係固設於該底板342的底部且位於該下開孔347的兩側，該固定基板344係可滑動地設於兩滑動軌道343之間且可與該鎖固裝置37的各電磁鐵371相吸附鎖固，而該上蓋夾板345係蓋設於該固定基板344上，另該上蓋夾板345於頂面設有一微機電製程(MEMS)雙軸微電子水平儀348；該上模具35係可拆卸地設於該上模夾治具34的固定基板344上且與該上蓋夾板345相抵靠，使該上模具35隨著該固定基板344而移動至該標記影像辨識組25的各影像擷取器251下方處，其中該上模具35係為一呈方形之框架且如圖10所示於對角線上設有兩定位標記351；該下模組32係與該壓電調整平台22相結合且設有一下模夾治具38及一下模具39，該下模夾治具38係固設於該壓電調整平台22的上固定板223上且設有一固定筒座381，該固定筒座381設有至少一電磁鐵382及數個定位銷383，該至少一電磁鐵382係設於該固定筒座381內，而各定位銷383係凸設於該固定筒座381的頂面且環設該至少一電磁鐵382；該下模具39係可拆卸地與該下模夾治具38相結合且設有一微機電製程雙軸微電子水平儀391及數個定位孔392，該微機電製程雙軸微電子水平儀391係設於該下模具39的底部，而各定位孔392係設於該下模具39的底部且分別與該下模夾治具38的定位銷383相結合，該下模具39係為一呈圓形之板體且如圖10所示於直徑上設有兩定位標記393；該標準校正模具33係設置於該壓電調整平台22上，用以校 正該標記影像辨識組25各影像擷取器251的位置，其中該標準校正模具33上係如圖10所示包含四個定位標記331，其中各定位標記331可如圖11所示為一圓形、十字形、方形、三角形、六角形等多邊形之圖案。

本新型奈米級光學對位及壓印調平裝置於操作時，當該對位平台21相對該基座11產生位移時，其在框架組的10的X軸方向設有兩組對位驅動馬達214，利用雙軸同動提供X方向位移訊號，並且利用雙軸位移訊號差異量可以提供θ_Z 方向的角度位移，而在該框架組的Y軸方向有一組對位驅動馬達214，主要可以提供Y方向訊號，其中兩位移量測組26，27的干涉儀回授器262，272的雷射光束，可分別由相對應的平面鏡263，273反射回相對應的干涉儀回授器262，272中，藉以取得該對位平台21的X方向位置訊號與Y方向位置訊號，並且再利用該角度位移量測組28取得該對位平台21的θ_Z 角度位移訊號，其中該此角度位移量測組28係利用該第一位移量測組26的平面鏡263反射回來的光束在被該干涉儀回授器262接收前，先經過該分光鏡281將反射光束分為一道穿透光束與一道折射光束，其中該穿透光束被該干涉儀回授器262接收X方向位置訊號，而該折射光束會射入該聚焦透鏡282，然後經該聚焦透鏡282聚焦後，將光點聚焦射入該四象限位置感測器283上，因此，當該平面鏡263產生θ_Z 角度位移訊號時，該四象限位置感器283可藉由光點的位置變化取得該該對位平台21的θ_Z 的角度位移訊號，使該對位平台21可進行高精度奈米級定位控制，其控制精度可達50奈米(nanometer)。

再者，該標記影像辨識影組25的架設位置係為一參考基準，因此，本新型透該標準校正模具33來校正四個影影像擷取器251的相關位置訊號，其係將該標準校正模具33放置於該對位平台21上，透過該對位平台21將該標準校正模具的定位標記331移動到各影像擷取器251的 下方，然後將其中兩影像擷取器251的中心調校至其中兩定位標記331的中心，此時，透過兩位移量測組26，27紀錄該對位平台21此時的位置(X1、Y1)，再透過同樣方式將另外兩影像擷取器251的中心調校至其他兩定位標記331的中心，可獲得另一組位置訊號(X2與Y2)，進而藉由(X1、Y1)與(X2、Y2)兩組位置訊號可獲得四個影像擷取器251的相對位置(X，Y)(X=X₁ -X₂ ，Y=Y₁ -Y₂ )，並且可將該標記影像辨識組25調校至已知的正確位置。

該上模具35係放置於該固定基板344中，且以該上蓋夾板345將該上模具35固定於該固定基板344內，沿著兩滑動軌道343滑動，使該上模具35滑動該標記影像辨識組25的其中兩影像擷取器251下方，將該鎖固裝置37的各電磁鐵371通電而吸附鎖固該固定基板344，此時，透過該微調裝置36該上模具35的X、Y及θ_Z 三個自由度，使該上模具35的兩定位標記351調整至兩相對應影像擷取器251的中心位置範圍，再利用該鎖固裝置37的調整螺絲372調整該上模具35的θ_X ，θ_Y ，使該上模具35微調至一水平狀態，而該下模具39係透過數個與該下模夾治具38定位銷直線相對的定位孔392以及該電池鐵382通電後可與該下模具39相吸附的方式，快速地將該下模具39進行定位。

當上、下模具35，39分別固定於該上、下模夾治具34，38中，則開始進行離軸式的對位操作，其中該對位流程與運算方式如下所述：

A.定位標記計算方式：定位標記351，393的計算方式可採用圖案辨識或邊緣偵測，主要是計算定位標記351，393與影像正中央的偏移值，理論上對位完成後，定位標記351，393必須剛好位於影像的正中央，而定位標記351，393的形式主要係如圖13所示以多邊形為主，透過多邊形圖案辨識的方式，可由單一圖案求得三個自由度(X、Y、θ_Z )的位置訊號。

B.標記影像辨識組的擺設方式：如圖11所示該上模具35或 該下模具39分別需使用兩組影像擷取器251，其擺設方式係依上、下模具35，39的形狀及系統結構而定，因此，上、下模具35，39的形狀不限定為矩形，亦可以為圓形、橢圓形、多邊形等各式形狀，且上、下模具35，39的對位面也不限定於平面，各影像擷取器251可透過夾具進行調整，使各影像擷取器251可對焦到在不同高度的定位標記351，393。

C.模具位置計算方式：請配合參看如圖12所示，該上、下模具35，39位置的計算方式係採用透過影像處理計算出定位標記351，393的位置，然後由標記的位置推算出上、下模具35，39在空間中的位置，由於本新型的定位標記351，393係採用具特徵的圖案，因此完成辨識後即可求得上、下模具35，39X軸、Y軸及θ_Z 軸的位置，但為了求得更高的θ_Z 軸的辨識精度，上、下模具35，39係分別搭配兩影像擷取器251進行影像擷取，透過各影像擷取器251所取得的定位標記偏移植(△X與△Y)，利用定位標記間的幾何關係(△x =L sinθ )，可以求得更精準的θ_Z 軸角度位移量。

D.對位系統的對位方式：本新型係利用定位標記351，393計算出上、下模具35，39的相對誤差，因此，需先校正該標記影像辨識組25的位置，且各影像擷取器251的鏡頭倍率亦經過校正，本新型係採用離軸式(off-axis)的對位，其操作方式係如下所示：1.將該上模具35設於該上模夾治具34中，透過其中兩影像擷取器251取得該上模具35的擺設誤差，透過該上模夾治具34的微調裝置36調整該上模具35的位置跟角度，使該上模具35的定位標記351設於兩相對應影像擷取器251的正中央；2.將該下模具39設於該下模夾治具38上，透過另兩影像擷取器251取得該下模具39的擺設誤差，透過該對位平台21與該壓電調整平台22調整該下模具39的位置跟角度，使該下模具39的定位標記393設 於兩相對應影像擷取器251的正中央；3.分別計算上、下模具35，39各定位標記351，393的位置與四個影像擷取器251中心的位置差異量(X，Y，θ_Z )；以及4.由辨識出的上、下模具35，39定位標記351，393位置與四個影像擷取器251中心的位置(X，Y，θ_Z )差異量和相對位置訊號(X_CCD ，Y_CCD )，透過該干涉儀迴授組23回授訊號進行該對位平台21的定位控制，使該下模具39的中心位置與上模具35中心位置相重疊，將該下模具39移動至壓印動作的初始位置，即完成本新型高精度的奈米級光學對位操作。

另外，在壓印調平的過程中，本新型可改善傳統利用液壓囊均壓裝置的被動式補償方法，改以一種主動式的壓電調整平台22搭配該三角雷射回授組24進行高精度的定位控制，藉以調整上、下模具35，39之間的平行度，其中該上模具35係放置於該上模夾治具34中，該上模夾治具34係具有方便抽換與快速上下料的功能，待該上模具35置放於該上模夾治具34中後，利用安裝在該上模夾治具34的各電磁鐵371產生的強力吸力，進而將該上模夾治具34的固定基板344進行固定，利用該微調裝置36調整該上模夾治具34的XYθ_Z 三個自由度，使該上模具35的兩定位標記351調整至其中兩影像擷取器251的中心位置範圍，再利用該鎖固裝置37的微調螺絲372調整θ_X ，θ_Y ，且利用該位於上蓋夾板345上的微機電製程雙軸微電子水平儀348進行角度調整，將該上模具35微調製至一水平狀態。

而該下模具39的底部中裝設一微機電製程雙軸微電子水平儀391和四個定位孔392，使該下模具39可快速定位放置於該下模夾治具38中，並且可由該微機電製程雙軸微電子水平儀391得知該下模具39放置於該下模夾治具38中時的偏差角度(θ_X 、θ_Y )，並利用該電磁鐵382將該下 模具39吸附鎖固於該下模夾治具38上，之後再利用該壓電調整平台22將該下模具39調整至一水平狀態。

前述有關利用該壓電調整平台22對於該下模具39進行水平調整的方式，主要係將該三角雷射回授組24各三角雷射位移計241的光束射向該上模具35，經該上模具35反射光束且由各三角雷射位移計241取得三個Z方向的位移訊號(Z₁ 、Z₂ 、Z₃ )，藉由此三個位移訊號，分別驅動相對應的壓電致動器226，讓相對應的撓性體227產生彈性變形，進而調整該壓電調整平台22的角度，最後可藉由該三角雷射回授組24、該下模具39的微機電製程雙軸微電子水平儀391的角度訊號，將該上模具35與該下模具39調整至同一平面，其調平的操作步驟係如下所述：

A.校正微調該上模具的角度偏擺：利用微機電製程雙軸微電子水平儀348偵測該上模具35的角度訊號，再利用該鎖固裝置37的微調螺絲372調整該上模具35的θ_X ，θ_Y ，將該上模具35微調至一水平狀態。

B.校正微調該下模具的角度偏擺：利用裝設於該下模具39的微機電製程雙軸微電子水平儀391偵測該下模具39的角度訊號，再利用該壓電調整平台22調整該下模具39的θ_X ，θ_Y ，將該下模具39微調至一水平狀態。

C.三角雷射回授組監控：在壓印過程中，該下模具會隨著該升降驅動組14而沿著該框架組10的Z方向上升，在上升的過程中該下模具39的角度可能會產生偏擺，此時，可利用該三角雷射回授組24即時監控該上、下模具35，39間的角度變化，回授至該壓電調整平台22，進而即時地調整該上、下模具35，39間的角度關係，藉以讓該上、下模具35，39可隨時保持平行與水平狀態。

經過前述的調平操作後，在進行壓印時係透過一兩段式的控 制方法進行操作，其中該升降驅動組14的升降馬達141及升降軸142係搭配一奈米級光學尺進行長行程的毫米等級(mm)的Z軸壓印動作，並利用一該壓電調整平台22與高解析度的三角雷射回授組24回授進行微奈米等級(nm)的定位控制與調平動作，進而調整該上、下模具35，39之間的高度與角度關係(Z、θ_X 、θ_Y )，使該上、下模具35，39保持平行，使壓印出的成品之厚度精度佳，進而提升整體的品質及良率，本新型的壓印製程動作係如下所述：

A.利用該對位平台21將該下模具39送至該壓印的位置，然後將一壓印材料均勻地塗布於該下模具39上。

B.利用該升降馬達141及該升降軸142搭配奈米級光學尺的方式，進行長行程的毫米等級(mm)移動，然後利用該壓電調整平台22搭配高解析度的三角雷射回授組24，進行微奈米等級(nm)定位控制該上、下模具35，39之間高度變化，完成壓印成品的厚度控制。

C.利用該壓電調整平台22搭配高解析度三角雷射回授組24，進行微奈米等級(nm)定位控制該上、下模具35，39之間角度變化，完成壓印成品的平行度控制。

D.由該干涉儀回授組23即時監控該下模具39在(62)壓印上升過程中X、Y及θ_Z 的變化，並利用該對位平台21進行即時的補償操作，讓該上、下模具35，39之間的XYθ_Z 位置，在壓印製程中的初始階段至完成階段時皆可以保持在相同位置，有效地對於壓印成品的位置進行控制。

藉由前述的技術特徵，本新型奈米級光學對位及壓印調平裝置，在進行壓印製程時，該升降馬達141及升降軸142係搭配一奈米級光學尺進行長行程的毫米等級(mm)之升降，並且利用該壓電調整平台22與該 三角雷射回授組24進行微奈米等級(nm)的定位控制與調平動作，有效且即時地調整該上、下模具35，39間的角度關係(Z、θ_X 、θ_Y )，讓該上、下模具35，39隨時保持平行的狀態，進而使壓印的成品之厚度精密度高，有效地提升成品的品質及良率，藉以提供一對位精密度高且可即時監控的奈米級光學對位及壓印調平裝置。

10‧‧‧框架組

11‧‧‧基座

111‧‧‧支柱

112‧‧‧結合平台

12‧‧‧升降座

13‧‧‧上框架

131‧‧‧支撐樑

132‧‧‧結合框

15‧‧‧升降平台

16‧‧‧滑軌組

25‧‧‧標記影像辨識組

251‧‧‧影像擷取器

Claims (10)

1. 一種奈米級光學對位及壓印調平裝置，其包含有一框架組、一對位模組及一壓印模組，其中：該框架組設有一基座、一升降座及一上框架，該升降座與該基座相結合且設有一升降驅動組及一升降平台，該升降驅動組設於該基座的底部，該升降平台係與該升降驅動組相結合而位於該基座上方，該上框架與該基座相固設結合而位於該升降座的上方；該對位模組與該框架組相結合且設有一對位平台、一壓電調整平台、一干涉儀回授組、一三角雷射回授組及一標記影像辨識組，該對位平台固設於該升降平台上且設有一下結合板、數個對位驅動組及一上結合板，該下結合板與該升降平台相固設結合，各對位驅動組固設於該下結合板的頂面，該上結合板與各對位驅動組相固設結合而位於該下結合板上方，該壓電調整平台與該對位平台的上結合板相結合，該干涉儀回授組與該基座相結合且設有一第一位移量測組、一第二位移量測組及一角度位移量測組，藉以使該干涉儀回授組具有三自由度，其中該第一位移量測組及該第二位移量測組分別設於該基座頂面上，而該角度位移量測組設於該第一位移量測組上，該三角雷射回授組設於該壓電調整平台上且設有三個三角雷射位移計，各三角雷射位移計分別朝該框架組的上框架方向射出一雷射光束，該標記影像辨識組與該上框架相結合；以及該壓印模組與該框架組及該對位模組相結合且設有一上模組、一下模組及一標準校正模具，該上模組與該上框架相結合而位於該標記影像辨識組下方處，該上模組設有一上模夾治具及一上模具，該上模夾治具與該上框架的底部相固設結合，而該上模具可拆卸地設於該上模夾治具且位於該標記影像辨識組下方處，該下模組設有一下模夾治具及一下模具，且與該 壓電調整平台相結合且，該下模夾治具固設於該壓電調整平台，該下模具可拆卸地與該下模夾治具相結合，而該標準校正模具係設置於該壓電調整平台上，用以校正該標記影像辨識組的位置。
2. 如請求項1所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中該基座設有複數個支柱及一與各支柱頂面相結合的結合平台，該升降驅動組設有一升降馬達及一升降軸，該升降馬達固設於該結合平台的底部，該升降軸可升降地與該升降馬達相結合且伸設至該結合平台的頂面，該升降平台與該升降軸的頂面相固設結合而位於該結合平台的上方，該升降座設有數個與該升降平台及該結合平台相結合的滑軌組，使該升降平台可隨著該升降軸而平穩地相對該結合平台上升或下降，該上框架係與該結合平台相固設結合而位於該升降座的上方，該上框架設有數個與該結合平台相結合的支撐樑以及一與各支撐樑相固設結合的結合框。
3. 如請求項2所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中各對位驅動組設有一對位驅動馬達、一滾珠導螺桿及一線性滑軌，各對位驅動馬達固設於該下結合板上，該滾珠導螺桿與該對位驅動馬達相結合且設有一滑動塊，該線性滑軌固設於該下結合板上且與該滾珠導螺桿相平行，該滾珠導螺桿的滑動塊可滑動地與該線性滑軌相結合，該上結合板與各對位驅動組的滑動塊相固設結合而位於該下結合板上方，且該對位平台設有三個對位驅動組，其中兩個對位驅動組沿著該框架組的X軸方向上的移動，而另一對位驅動組沿著該框架組的Y方向移動。
4. 如請求項3所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中該壓電調整平台設有一下固定板、數個微步進驅動組及一上固定板，該下固定板與該對位平台的上結合板相固設結合，各微步進驅動組與該下固定板的頂面相結合且設有一微調件、一固定套筒、一壓電致動器及一撓性體，其中該微 調件設於該下固定板內，該固定套筒固設於該下固定板的頂面且位於該微調件的上方，該壓電致動器設於該固定套筒內且頂端係伸出該固定套筒外，該撓性體與該壓電致動器伸出該固定套筒的頂端相固設結合，該上固定板係與各微步進驅動組的撓性體相固設結合而位於該下固定板的上方，而各三角雷射位移計係以環形間隔排列地設於該壓電調整平台的上固定板上。
5. 如請求項4所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中該干涉儀回授組與該基座的結合平台相結合，該第一位移量測組設有一結合柱、一干涉儀回授器及一平面鏡，該結合柱固設於該結合平台上，該干涉儀回授器設於該結合柱的頂面，而該平面鏡固設於該壓電調整平台的上固定板上且朝向該干涉儀回授器，該第二位移量測組設有一結合柱、一干涉儀回授器及一平面鏡，該結合柱固設於該結合平台上，該干涉儀回授器設於該結合柱的頂面，而該平面鏡固設於該壓電調整平台的上固定板上且朝向該干涉儀回授器，該角度位移量測組設於該第一位移量測組的結合柱上且設有一分光鏡、一聚焦透鏡及一四象限感測器，該分光鏡位於該第一位移量測組的干涉儀回授器及平面鏡之間，藉以將該平面鏡反射的光束一分為二，其中一道分光束係進入該干涉儀回授器，而該聚焦透鏡係對於該分光鏡分光後的另一道分光束進行聚焦，而該四象限感測器接收經該聚焦透鏡聚焦後的分光束。
6. 如請求項5所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中該標記影像辨識組設有四個影像擷取器，其中各影像擷取器係朝下伸設至該上框架的底部且由一照相機、一同軸光源及一高倍率物鏡所組成。
7. 如請求項6所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中該上模夾治具設有一頂板、一微調裝置、一底板、一鎖固裝置、兩滑動軌道、一固定 基板及一上蓋夾板，其中該頂板與該上框架的底部相固設結合且於中心處設有一上開孔，該微調裝置設於該頂板的底部且設有數個微測器及數個旋轉微調軸承，各微測器設於該頂板的底部，而各旋轉微調軸承分別與各微測器相結合，該底板與該微調裝置的各旋轉微調軸承相結合而位於該頂板的下方，該底板於中心處貫穿設有一與該頂板上開孔相通的下開孔，該鎖固裝置與該底板相結合且朝下延伸至該底板的底部，該鎖固裝置係設有數個電磁鐵及數個調整螺絲，各電磁鐵係與該底板相結合而位於該下開孔周緣且伸出該底板的底部，而兩滑動軌道固設於該底板的底部且位於該下開孔的兩側，該固定基板係可滑動地設於兩滑動軌道之間且可與該鎖固裝置的各電磁鐵相吸附鎖固，而該上蓋夾板蓋設於該固定基板上。
8. 如請求項7所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中該上模具可拆卸地設於該上模夾治具的固定基板上且與該上蓋夾板相抵靠，該上模具可隨著該固定基板而移動至該標記影像辨識組的各影像擷取器下方處，其中該上模具為一呈方形之框架且於對角線上設有兩定位標記。
9. 如請求項8所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中該上蓋夾板於頂面設有一微機電製程雙軸微電子水平儀，而該下模夾治具固設於該壓電調整平台的上固定板上且設有一固定筒座，該固定筒座設有至少一電磁鐵及數個定位銷，該電磁鐵設於該固定筒座內，而各定位銷凸設於該固定筒座的頂面且環設該至少一電磁鐵，該下模具設有一微機電製程雙軸微電子水平儀及數個定位孔，該微機電製程雙軸微電子水平儀設於該下模具的底部，而各定位孔設於該下模具的底部且分別與該下模夾治具的定位銷相結合，該下模具係為一呈圓形之板體且於直徑上設有兩定位標記。
10. 如請求項9所述之奈米級光學對位及壓印調平裝置，其中該標準校正模具用以校正該標記影像辨識組各影像擷取器的位置，且該標準校正模 具上包含四個定位標記，而各定位標記可為一圓形、十字形、方形、三角形、六角形等多邊形之圖案。