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光電技術 No.18 發行時間:2008/4
       
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[技術專文]TFT-LCD各製程段玻璃基板裂片檢測設備應用之探討
    

瑋旻科技

 依工研院IEK ITIS計畫所公佈的統計數據,2007年台灣面板產業產值達新台幣1兆2,849.0億元,而主力的大型TFT-LCD面板產值約佔84.5%(G5尺寸以上),隨著低價化TFT-LCD市場的快速擴大,簡化製造流程及提高良率以降低成本是液晶顯示面板業者與設備供應商提昇產品競爭力的共同課題。對TFT-LCD的生產線來說,玻璃基板大型化是降低單位成本與提高效能的的最直接方式,惟單一面板的尺寸擴增也增加製程的困難度與成本。不管在TFT Array製程、Cell製程、CF製程及Module製程的諸多設備作業過程中,玻璃基板會因搬送、上下載(Load/UnLoad-by Conveyor or Robot)及製程加工的外力作用而產生破片(Crack & Chipping)的致命缺陷。

 早期中小尺寸基板因人員可直接以徒手方式做破片基板的移除動作,對於破片區域的清理與復原時間較短,但大型基板(表一)無法直接以徒手處理,基板的移除與清理也隨影響區域的擴大而增加困難度尤其是真空鍍膜段,故大型玻璃基板製程作業前的破片檢測益形重要。

 玻璃基板破片的檢測機制首重Corner部份,對於靜態基板可於對位(Alignment)後以四個固定式光電Sensor偵測基板四個Corner的完整性,但基板兩側的破片檢測則要在傳動中執行,此部份因會有基板行走時產生左右偏移及上下微幅振動的影響,故使用光電Sensor較不合適。當然不同製程作業區的不同傳動方式是影響視覺設備選擇的主因。本文中不探討各式檢測方案的優劣,而僅以電腦視覺的觀點探討對於基板邊緣區域檢測可以得到的效益。

基板邊緣(20mm區域)的有效資訊Corner Mark
 玻璃基板是有方向性的,每家玻璃原材廠商都有其Corner Mark的定義,一般都以最大的缺角做為識別角。生產線上每一道製程均與此Corner Mark有關,它代表基板傳動的方向與製程作業的面別,識別的方法是找出Corner Mark所在位置做為異常原因的判定,除此之外還有不同玻璃基板供應商之間玻璃的混料問題(Corner Mark尺寸的差異)。所有異常的形態與原因如表二。

Alignment Mark/2D Barcode/Pattern
 TFT-LCD各製程段的作業都要依玻璃基板上的Alignment Mark做定位,如光罩(Photo Mask)、檢測系統(ADI/AEI/AOI/Review/Macro/Repair…)、壓合、偏貼…等。故這些在基板邊緣的Pattern是有其重要性的,此處檢測的重點是確認Alignment Mark及Pattern的存在與完整,2D Barcode內有完整GlassID資訊也可透過影像資料解讀(表三)。異常的原因有:缺損、光阻污染、漏失等。

玻璃基板研磨倒角(Grinding)
 為避免玻璃基板的邊緣有銳角(與外物碰撞易產生碎裂),一般於玻璃切割完成後會將邊緣處研磨成鈍角,以增加玻璃邊緣強度,但不適當的研磨深度會適得其反,所以基板每個邊的倒角量都要得到控制,對於過大或過小的倒角量變化可視為異常。下圖中w為倒角深度,檢測範圍r約20mm(可涵蓋到內部的Alignment Mark區),關於玻璃原材上於研磨製程中產生的Micro-Crack因屬於需要更高精度檢測的小缺陷故不在本文討論範圍內。表四為玻璃基板倒角範例。

玻璃基板光穿透率
 玻璃基板光穿透變化因素有:基板厚度、製程光阻的污染、傳動角度、檢測光源的強弱、玻璃材質的純度、鍍膜層厚度變化等,其中光源強弱可透過檢測系統本身的校正機制加以補償,但造成光穿透亮度變化的可能因素仍有多種。雖然電腦影像光學的解析度只有256灰階,不過透過穿透亮度的分析在不考量外物污染的情況下仍可以得到如下資訊(表五)。

基板邊緣的缺陷
 不在原材玻璃規格內或生產製程後產生的異常均為缺陷,一般玻璃基板邊緣缺陷有三種型態:破(Cracking)、損(Chipping)及污染(Dirt)。玻璃基板上的破損缺陷雖然不在基板的有效範圍內,但都有可能造成基板的大面積破裂,一般導致破片的外力的作用有Roller、Stopper、Alignment Machine、Robot、Cassette及製程設備的接觸,尤其是Robot上下掛取片時的重力影響最大。但不管如何,在發現有破損缺陷時立即的移除處理是預防在產線上或製程設備內破片損害的最有效方法。基板邊緣缺陷的詳細定義如表六:

Cr基板的特別處理
 Cr(BM製程)基板因整面為不透光鏡面,光學影像上會與上述定義中的損部份造成干擾,表七的影像範例可以看到Cr基板在檢測上的困難處,不過在影像處理技術上仍可利用實際缺陷的不規則性來與Cr分離。至於Cr基板的嚴重性缺陷:針孔or不均,因本文介紹的僅為基板邊緣的檢測非全面性AOI設備,故不在本文討論的範圍。

裂片檢測系統在各製程段的整合
 在TFT-LCD各不同製程段有不同的傳動方式,對於缺陷的檢測定義也有差異,架構一個中央控制台來監控各生製程線上的裂片檢測異常是節省人力的最佳方式,下面的示意圖表現在同一樓層各裝置點的作業狀況。

Conveyor上檢測作業的考量
a. Roller移動速度(一般約在20m/min以下)
b. 基板移動振動幅度控制(一般約±0.8 mm以上)
c. 基板移動偏移量控制(一般約±1.5 mm以下)

Robot上檢測作業的考量
a. Robot移動速度(一般約在60m/min以上)
b. 基板兩側振動幅度控制(一般約±2mm以上)
c. 基板移動偏移量控制(一般約±1.5mm以下)

現場實際架設
光學檢測設備
 不同的精度可選擇不同解析度或取像型態的CCD(或光學Sensor),本文不討論實際系統的組成元件,因上述提到的檢測項目會依線上需求或成本的考量而變動,當然也會改變系統的組成結構。客製化是目前客戶需求的驅勢,依需求調整光學元件的選擇及軟體功能是因應之道。總之,能達到客戶的要求就是好的設備。

檢測系統畫面
 下圖為檢測系統的表現畫面,可以顯示的數據有:缺陷影像、倒角量、基板傳動偏移量、光穿透量、Corner Mark、光源亮度等,當然檢測系統會依其型式(Sensor Type、Module Type、PC-System Type)有不同的表現方式。

結語
 裂片檢測系統是相當簡易的檢測設備,不需要有傳動的機構與複雜的CIM資料,可視需要架設於任一個製程段。一般結構為2個CCD固定式架設於基板傳動方向的左右兩側,透過高速的動態取像機制掃描整片基板的兩側區域。系統因小檢測區域(約20mm)而得到最快的檢測速度(約基板掃描後1秒內完成所有檢測項目;故也適合應用於對速度要求高的Robot傳動作業區),可以得到的檢測結果有:破片檢知、Corner Mark確認、倒角量量測、穿透率量測、光阻殘(EBR)檢知、Alignment Mark確認等,可說是最有效益的檢測設備。瑋旻科技運用在PCB、CCL、LCD等領域的光學檢測技術與經驗開發出新一代全功能的玻璃基板邊緣檢測系統,已陸續通過面板大廠客戶的驗證,預期可大量導入來達到異常基板先期偵測排除,以縮短生產線上異常處理時間,達到降低成本提高產品競爭力的目標。CSOT

 
 
 
 
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