TWI288365B - Design and image processing method of fiducial marks for the motion control system of two plates alignment - Google Patents

Description

1288365 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 記設板對位運動控制系統之對位標 效率對位標記’ _是有關於—種防干擾之高 理方法之整合則運動控騎準定位之快速影像處 【先前技術】 除此=的對位之技術應用為玻璃光罩精密對位， 許業、平面:|板_位技術的範圍甚為廣泛，如半導 二、而朵置：：益業、、印刷電路板業等領域皆為其應用領 技衍，^Ϊ讀位為上述電子產業之各類曝光機之關鍵 技㈣降低製造成本，則對提高國 際只兄f力將有莫大的助益。

首先"月參照[第1A圖]所示先前技術之圓環與圓點對 位標記及其影像處衫意圖。目前f知的雙層板對位技術 如日商EP簡公司之STN-LCD生產線的光罩對準系統，是 採用-個圓環標記al及-個圓點對位標記a2進行光罩對 位，這兩組標記分別置於上下兩片不同的板子上，每組標 記又分置於上下板的兩個角落’透過兩具cCD取像及灰階 影像處理’當上下兩個標記中心a3幾乎重疊時，就代表上 下兩片板子完成對位，可進行後續之製造程序。此先前技 術之優點係標記構造及製作簡易，惟其缺點為其灰階值（水 平灰階值a4及垂直灰階值a5)之選定及光源強弱會影響 1288365 精度。 再請參照[帛a _ 於晶圓之光罩對位應用—二不先别技術之雙十字對位標記 雙十字對位的方式，預=忍圖，此種標記對位的方式是採 存於記憶體中，實際對擷曰曰圓上的十字標記bl，將之儲 標記b2與晶圓上的十字時，再將即時從光罩取得之十字 之工作。此法優點：單t Μ進行對位及運動控制補償 影像處理有邊緣干擾及叠^標記，^製作容易，而缺點則是： 續請參照[第1C、第m ^ 位標記於TFT-LCD之舞位圖所示先前技術之雙十字對 仞妒人β从、日丨# 應用示意圖。TFT-LCD在光罩對 位、膠合及檢測時一般传用… 之用十予標記作為對位之標記，這 種對位方式經常採用的是上下板雙十字ei，e2精密對位的 方式。而杈常被討論及使用的標記影像處理方法為H〇ugh Transform，由於存在疊影d等問題，將使得影像處理的速

度與精度受到影響。而此法之優點為：單一種標記，製作 容易，缺點則是：影像處理有邊緣干擾及疊影等問題，處 理速度較慢。 再請參閱[第1E圖]所示先前技術之多組十字標記於 雷射光纖對位應用示意圖。這是一種多組雷射光纖el對位 的應用，同樣是上層板e2、下層板e3雙層精密對位的方 式，較不同的是，使用多組的十字對位標記e4作為對位的 輔助工具及基準，此方法之優點係為採多組標記，對位程 序與精度較嚴謹，而缺點乃係影像處理協同作業較複雜， 對位時間相對較長。 1288365 【發明内容】 有鑑於此’本發明之目的係在提供 處理方:’係可避免雙十字標記之直二 …中二對稱型對位記號，並將影 小挺赴、 分開處理，並財像素（像素之 • 雙以二下1位）之精度得到其形心、（幾何中心），可符合 鲁雙曰板向精密對位之需求’並可有效提高對位速度。 影傻ΐ據上狀目的’树明提供_種靠域設計及其 =一处理方法’包含：提供—具有―對位孔且對位孔内呈 ^對位標記之複合影像，運用二值化法獲得 像 值影像，進行閉合處理將雜訊去除，填滿對位= 心像獲得對位孔影像，以取得對位孔影像之形心、座標，另 再運用二值化法，對複合影像進行處理，以獲得-低閥值 影像之後進行閉合處理，將對位孔之外的影像去除^用 =態學處理方法將對位標記邊緣區域之外的影像去除，獲 侍對位標記影像，再取得對位標記影像之形心座標，之後 將一开座標施以座標運算，分別取得兩組座標之偏移量。 • /本發明之另一目的係在於提供一種雙層板對位運動控 制系統及其應用的方法，其藉由此上述之對位記號影像處 理方法，結合一幾何計算模式與一運動控制模組，可自動 地、快速地完成雙層板的精密對位。 根據上述之目的，本發明提供一種雙層板對位運動控 制系統，包含：設置於第一層板與第二層板之兩組對位記 (ί 7 1288365 號，並以二取像裝置分別攝取對位記號之複合影像，再利 用一對位C號影像處理模組，計算每一複合影像之X軸（橫 轴）與Y軸（縱軸）之一座標偏移量，接著以一雙層板偏差量 計算模組，算得雙層板間之位置與角度偏差量再以三軸運 動控制模組，進行雙層精密對位之補償修正。 【實施方式】 兹配合圖式將本發明較佳實施例詳細說明如下。 • 參閱[第2圖]所示之本發明較佳實施例之對位記號影 像處理方法流程圖。本發明之對位記號影像處理方法S2〇 主要係為求出複合影像之偏移座標值，其至少包含下列步 驟：提供一複合影像，例如可由一影像擷取設備之取像裝 置提供複合影像，重要的是，此複合影像須具有一對位孔， 例如一圓形孔，且對位孔内具有一對位標記，例如一十字 標記（步驟S21)。利用二值化法處理上述複合影像，進行 鲁一兩於一基準閥值之處理，以進一步獲得一高閥值影像（步 驟S22a)。接續進行高閥值影像的閉合處理，將對位孔之 外的雜訊影像去除（步驟S23a)。續填滿高閥值影像内的 對位標記影像，獲得對位孔的影像（步驟S24a)。再利用 形心運算法則求得對位孔影像之形心座標，如形心座標為 (Xlc，Yic)(步驟S25a)。再次運用二值化法對前述的複合 影像進行一低於基準閥值的處理，以獲得一複合影像的低 $值衫像（步驟S22b)。進行低閥值影像的閉合處理，將 對位孔之外的雜訊影像去除（步驟S23b)。利用型態學的處 8 1288365 理技術將對位標記邊緣區域之外的影像去除，而獲得對位 標記影像（步驟S24b)。再以形心法求得對位標記影像之 形心座標，如其形心座標為（Xlm，Ylm)(步驟S25b)。將二 形〜座私施以座標運算，取得一組座標偏移量，例如此組 座標偏移量為△ XI ，△ γι( △ xl=xlm—Xle，△ Yl=Ylm-Ylc)(步驟 S26)。 上述步驟S22a至步驟S25a之取出對位孔影像之形心 座標，和上述之步驟S22b至步驟S25b之求取對位標記之 形心座標的步驟並無先後執行順序之要求，惟進行步驟S26 運算座b偏移置之如，需先將對位孔影像之形心座標與對 位標記之形心座標求出，始得進行。 請參閱[第3圖]所示之本發明較佳實施例之雙層板對 位運動控制系統之系統架構圖、及[第4圖]所繪示之雙層 板對位運動控制糸統之對位示意圖，其中雙層板對位運動 控制系統30包括··兩組對位記號31 ,係分別設置於第一 層板301與第一層板302之對應兩側之同一位置，且每組 對位圮號31係至少由一對位孔311與一對位標記312所組 成。一取像裝置32，設置於第一層板3〇1兩侧面上，取像 裝置32的設置位置可如第2圖内之方式或設置於第一層板 301與第二層板302之斜對角之方式，用以分別攝取對位 記號31之一複合影像。一對位記號影像處理模組33，利 用前述之對位記號影像處理方法，用以自取像裝置32取得 複合影像後，運用高、低二值化法取得其高、低閥值影像， 並去除雜訊後單純化，以求出每一對位孔及對位標記影像 1288365 ^心座標，以計算出每—該純合影像之u (橫轴） *軸（縱軸）之-座標偏移量。一雙層板偏差量計算模 =34’用以自對位記號影像處理模組33取得兩組對位記 =之座標偏移量之後，以幾何空間運算技術，得出第一層 ^〇1與第二層板302之雙層板間的位置與角度偏差量。 ★二軸運動控制模組35，用以取得由雙層板偏差量計算模 ί 出之位置與角度偏差量’並根據位置與角度偏差量 鲁:制第二層板或第—層板向X軸（橫軸）、Υ轴（縱軸）或 :軸（施轉軸）補償移動或轉動—偏差角度。且本發明之 二軸運動控制模組35於修正偏差量時，可固定第一層板 3〇1或第二層板逝中的任—層，而僅根據固定的一層板 來修正另一層板。 [第5Α、5Β、第6Α、6Β、第7Α、7Β及第8Α、8Β圖]係本 發明較佳實施例之雙層板對位運動控制系統之各種形狀的 、子位孔與對位標記形狀示意圖，其中左側乃分♦示對位孔 # 311與對位標記312，右側乃為其重疊後之複合影像示意， 然而上述之對位孔311形狀不必限定為圓形，亦可為橢圓或 、其他可尋求形心座標之兩個象限或四個象限對稱式之幾何 • ie型，又其對位孔311之外圍覆蓋一無亮區遮罩，此區面積 大小與影像之純度有助於取像品質及後續的影像處理。另 外，對位標記形狀也不限定一種形狀，舉凡十字形對位標 記312、方形對位標記312a、三角形對位標記312b、圓形對 位標記312c等可運用幾何原理找出一形心之形狀，皆可作 為本發明之對位標記（31、31a、31b、31c)。 1288365 上述的第一層板301或第二層板302中，若其中一層為 晶圓、STN-LCD或TFT - LCD時，另一層應為玻璃光罩，此時 取像裝置32應設於玻璃光罩之外側。 又，本發明所提之取像裝置32可用CCD、CMOS或數位攝 影機型態之電子裝置。 再請參閱[第9圖]之本發明較佳實施例之雙層板對位 運動控制方法之流程圖。本件雙層板對位運動控制方法 S40，包含下列步驟··首先需在第一層板3〇ι與一第二層板 302上提供兩組對位記號31，此對位記號31係分別設置於 第一層板301與第二層板3〇2之對應兩側之同一位置（步驟 S41)。其次分別取得兩組對位記號31之複合影像，此可藉 由。又置於帛g板3G1或第二層板側面之二取像裝置 32/刀別獲得兩組對位記號31之兩組複合影像（步驟⑽）。 兩組對位記號31之偏差量，可利用前述之對位記 理方法，執行兩組複合影像之兩組座標偏差量計 异，取付岐座標料量分_(Δχι，Λγι) 步驟S43)。續而求出雙層板間之位置與角度偏差 二層板之間位置偏得到第-層板與第 S44)。再藉由一 f、:AX，AY與角度偏差量“(步驟 二;巧動控制模組補償上述位置偏差量△ 量與二::n-標準差，當位置偏差 兩㈣人μ、 丰時回獲得兩組對位記號之 兩、、且複"邊叮步驟依序執行（步驟s46)。完成對位： 1288365 當位置偏差量與角度偏差量進入標準差時即完成對位（步 驟 S47)。 綜上所述，當知本案所揭露之專利技術已具有產業 性、新賴性與進步性，符合發明專利要件。惟以上述者， 僅為本案之一較佳實施例而已，並非用來限定本案實施之 摩色圍。即凡依本案申請專利範圍所做的均等變化與修飾， 皆為本案之專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 第1A圖係先前技術之圓環與圓點對位標記及其影像處理示意 圖； 第1B圖係先前技術之雙十字對位標記於晶圓之光罩對位應用 示意圖； 第1C、1D圖係先前技術之雙十字對位標記於tFT—lcd之對位應 用示意圖； 第1E圖係先前技術之多組十字標記於雷射光纖對位應用示意 圑， 程 第2圖係本發輸佳實關之對位記號及其影像處理方法流 1Ξ1 · 圃， 第3圖係本發·佳實關之雙層板靠運動控㈣統之 架構圖； ” 〜 第4圖係本發明較佳實施例之雙層板對位運動控制系統之 示意圖； ~ 、 8B圖係本發明較佳實 第5A、5B、第6A、6B、第7A、7B及第8A、 1288365 施例之雙層板對位運動控制系統之各種形狀的對位孔與 對位標記形狀示意圖；及 第9圖係本發明較佳實施例之雙層板對位運動控制方法之流程 圖。 【主要元件符號說明】 [先前技術部分]

(K al 圓環標記 a2 圓點對位標記 s3 標記中心 a4 水平灰階值 a5 垂直灰階值 bl 晶圓上的十字標記 b2 光罩取得之十字標記 cl 雙十字 c2 雙十字 d 疊影 el 雷射光纖 e2 上層板 e3 下層板 e4 十字對位標記 13 1288365

[本發明部分] S20 步驟S21 步驟S22a 步驟S23a 步驟S24a 步驟S25a 步驟S22b 步驟S23b 步驟S24b 步驟S25b 步驟S26 對位記號影像處理方法 提供複合影像 取得高閥值影像 去除雜訊 單純化對位孔影像 求出對位孔影像之形心座標 (Xlc，Ylc) 取得低閥值影像 去除雜訊 單純化對位標記影像 求出對位標記影像之形心座標 (Xlm，Ylm) 取得座標偏移量ΔΧ1，ΔΥ1 (AXl=Xlm-Xlc, Δ Yl-Ylm-Ylc)

30 301 302 3 卜 31a、31b、31c 雙層板對位運動控制系統 第一層板 第二層板 對位記號 311 對位孔 312、312a、312b、312c 對位標記 32 取像裝置 33 對位記號影像處理模組 34 雙層板偏差量計算模組 14 1288365 35 三軸運動控制模組 X 橫軸 Y 縱軸 θ 旋轉轴 S40 雙層板對位運動控制方法 步驟S41 提供兩組對位記號 步驟S42 取得兩組對位記號之複合影像 步驟S43 求出兩組對位記號之偏差量 步驟S44 求出雙層板間之位置與角度偏差量 步驟S45 以偏差量修正雙層板間之相對位置 步驟S46 判斷是否完成對位，否則返回步驟S42 步驟S47 完成對位

Claims (1)

1288365 十、申請專利範圍： 1. 一種對位記號影像處理方法，至少包含下列步驟： 提供一複合影像，其具有一對位孔且該對位孔内具 有一對位標記； 取得一高閥值影像，係運用二值化法（Threshold)， 對該複合影像進行一高於一基準閥值之處理，以獲得一 該複合影像的高閥值影像； 去除雜訊，係進行該高閥值影像的閉合處理，將該 對位孔之外的影像去除； 單純化該對位孔影像，係填滿該高閥值影像内的該 對位標記影像，獲得該對位孔影像； 求出該對位孔影像之形心，係以形心法取得該對位 孔影像之形心座標為（Xlc，Ylc); 取得一低閥值影像，係運用二值化法，對該複合影 像進行一低於該基準閥值之處理，以獲得一該複合影像 的低閥值影像； 去除雜訊，係進行該低閥值影像的閉合處理，將該 對位孔之外的影像去除； 單純化該對位標記影像，係利用型態學處理技術， 將該對位標記邊緣區域之外的影像去除，獲得該對位標 記影像； 求出該對位標記影像之形心，係以形心法取得該對 位標記影像之形心座標為（Xlm，lm);以及 取得座標偏移量，係將該二形心座標施以座標運 d 16 1288365 算，取得一組座標偏移量（△ X1=xim—Xlc，△ Yl=Ylm-Ylc)。 2·—種應用於對位記號影像處理之雙層板對位運動控制系 統，適用於對一第一層板與一第二層板之精密對位，該 雙層板對位運動控制系統包括： - 兩組對位記號，係分別設置於該第一層板與該第二 層板之對應兩側或對角側之同一位置，且每組該對位記 籲 號係至少由一對位孔與一對位標記所組成； 二取像裝置，設置於該第一層板與該第二層板之一 側，用以分別攝取該些對位記號之一複合影像； 一對位記號影像處理模組，用以自該些取像裝置取 得該複合影像後，運用高、低二值化法取得該複合影像 之高、低閥值影像，並去除雜訊後單純化，以求出每一 该對位孔及對位標記影像之形心座標，以計算出每一該 些複合影像之X軸與γ軸之一座標偏移量； # 一雙層板偏差量計算模組，用以自該對位記號影像 處理模組取得兩組對位記號之座標偏移量後，以幾何空 間運算得到該雙層板間之一位置與角度偏差量；以及 一二軸運動控制模組，該三軸運動模組用以取得由 δ亥雙層板偏差量計算模組算出之該位置與角度偏差量， 據以控制該第一層板或第二層板向X軸、γ軸或Θ軸補 償移動或轉動的向量。 Q • °申請專利範圍第2項所述之雙層板對位運動控制系 統，其中該對位孔之外圍覆蓋區域包含一無亮區遮罩， 17 1288365 且該對位標記係-相χ軸（橫軸）或γ軸（ 稱型標記。 4.如申請專利範圍第3項所述之雙層板對位運動控制系 統，其中§亥對位孔係為圓形對位孔。 5·如申請專利範圍第3如述之雙層板對位運動控制系 統，其中該對位標記係為圓形、方形、三角形或十字形。 6.如申請專利範圍第2項所述之雙層板對位運動控制系 統，其中該第一層板係為玻璃光罩且該第二層板係為 STN-LCD、TFT-LCD 或晶圓（Wafer)〇 , 7.如申請專利範圍第2項所述之雙層板對位運動控制系 統，其中該第二層板係為玻璃光罩且該第一層板= STN-LCD、TFT-LCD 或晶圓。 9 ’、為 8·如申請專利範圍第2項所述之雙層板對位運動控制/ 統，其中該取像裝置係為CCD、⑽s或數位攝影機^ 之電子裝置。 怒 9· 一種雙層板對位運動控制方法，適用於對一第一層才 一第二層板之精密對位，該雙層板對位運動控制^與 含下列步驟： / & 提供兩組對位記號，係包含具有兩組對位記號之第 一層板與一第二層板，該些對位記號係分別設置於鸪第 一層板與该第二層板之對應兩側之同一位置； 取得兩組對位記號之複合影像，獲得兩組對位記號 之兩組複合影像，藉由設置於第一層板或第二層板甸= 之一取像裝置獲得兩組對位記號之兩組複合影像； 18 1288365 求出兩組對位記號之偏差量，利用前述之對位記號 影像處理方法，執行該兩組複合影像之兩組座標偏差量 計算，取得該兩組座標偏差量（ΔΧ1，ΔΥ1)，（ ΔΧ2, △ Y2)； 求出雙層板間之位置與角度偏差量，藉由幾何空間 運算，計算上述該兩組座標偏差量（ΔΧ1，ΔΥ1)，（ ΔΧ2, △ Y2 )，得到該第一層板與該第二層板之間位置偏差量△ X，ΔΥ與角度偏差量△ 0 ; 以偏差量修正雙層板間之相對位置，藉由一三軸運 動控制模組補償上述該位置偏差量ΔΧ,ΔΥ與角度偏差 量△ Θ ; 判斷是否完成對位，係設定一標準差，當該位置偏 差量與角度偏差量未達標準差時，返回獲得兩組對位記 號之兩組複合影像以下步驟依序執行；以及 完成對位，當該位置偏差量與角度偏差量進入標準 差時即完成對位。