专利名称：定位工具用x-y定位的校准方法及具有这种定位工具的装置的制作方法
技术领域：
本发明系一种具有权利要求l特征的定位工具用x-y定位的校 准方法、一种具有权利要求7特征的以图像辨识系统为基础的定位 系统的校准方法、一种具有权利要求8特征的将组件定位在基板上 的方法、 一种具有权利要求12特征的再校准方法、 一种具有权利 要求13特征的具有这种定位工具及图像辨识系统的装置、以及一 种具有权利要求16特征的校准以图像辨识系统为基础的定位工具 之x-y定位的校准装置。
这 一 类的方法及装置可以和所谓的"捡拾及放置(Pick and Place)"工具一起被应用于半导体組件的操作。也就是使用这一类的 方法及装置将半导体组件(尤其是半导体芯片)放置及/或接合在位 于工作面的相应的基板上。
在将组件放下及在将工具趋近工作面时，精确的定位及对准扮 演一个十分重要的角色，因此需要对定位工具或捡拾工具釆取特别
的措施。
定位系统至少包括一个定位工具，尤其是一个"捡拾及放置" 工具，这个定位工具通常具有数个传动轴，尤其是具有两个传动轴， 沿着这些传动轴，定位工具可以在一个工作范围内以平行于基板表 面的方式移动。
所谓x-y定位是指确定在基板表面或基板表面上方的位置。工 具的位置是由定位工具的控制系统内的坐标确定，因此在以下的说明中称这个坐标为工作坐标。
例如，定位工具的工作是从一个领取站选取一个组件，然后将 这个组件定位在基板上。
图像识别系统可以检测位于基板上的组件目标记号或所谓的
"基准点，，(Fiducials)。从检测到的位置可以计算出定位工具的目标 位置。这种利用图像识别系统进行的x-y定位称为以图像辨识系统 为基础的定4立。
如果图像辨识系统的图像区将定位工具的整个工作面覆盖住， 则图像辨识系统就可以以工作面为准被固定安装上去。目标记号或 其它基准记号的成像在图像识别系统的图像区有 一 个带有坐标的 位置，在以下的说明中称这个坐标为图像坐标。
但是图像辨识系统通常是沿着传动轴在基板上方移动。尤其是 图像辨识系统通常可以平行于基板表面移动，因此也可以执行图像 辨识系统的x-y定位。图像辨识系统的位置是依据图像辨识系统的 控制系统中的坐标被确定，在以下的说明中称此坐标为照相机坐 标。
目标记号的成像代表一个在图像辨识系统的坐标系统中由照 相机坐标及图像坐标组成的位置。
基板或另外一个组件支架被一个基板输送单元运送到定位工 具及/或图像辨识系统的工作区。
只有在原始独立系统单元的坐标系统相互配合协调的情况下， 也就是在基板输送单元、定位工具、以及图像辨识系统相互配合协 调的情况下，才能够将组件精确定位。
在以下的说明中将这种系统单元之间的配合协调称为校准。
经由校准可以抵消控制装置测得的坐标与实际目标坐标之间 的偏差。有许多原因可能造成偏差，例如系统单元在制造及安装上的不精确性、系统单元未精确对准、传动轴的正交性不足或标度错 误、传动系统的非线性、或是环境条件或系统条件的变化(例如温 度变化)。
背景技术：
由于在安装半导体芯片时只要有数pm的偏差就足以导致电触 点接通不足，因而可能造成半导体芯片故障，因此必须执行校准工 作。
属于先前技术的一些校准方法是将定位工具及图像辨识系统 各别分开对准一个共同的基准点。典型的方式是将定位工具的传动 轴、图像辨识系统的传动轴、以及图像辨识系统的图像坐标系统对 准基板输送单元或基板表面所在的平面。在这些校准方法中，共同 的对准是根据基板输送单元建立重要的系统单元之间所希望的配 合协调。
例如可以利用 一种光学校准板校准图像辨识系统。这种光学校 准板通常是一片玻璃板，这片玻璃板具有图像辨识系统可以很容易 分辨的记号，例如以很高的精确度设置在 一 个特定的网栅上的记
校准时是以光学校准板代替基板，并将光学校准板定位在基板 输送单元上，然后以图像辨识系统检测这些记号。这些记号的实际 坐标可以和图 <象辨识系统之控制系统中的坐标建立关系，这样就可 以实现图像辨识系统与基板表面之间的校准工作。
如果图像辨识系统是以基板为准被固定安装上去，或是以定位 工具(例如欧洲专利EP 1 437 933 A2揭示的定位工具)为准被固定 安装上去，则不需校准图像辨识系统的照相机坐标。在这种情况下， 只需对图像坐标进行校准，以便能够将图像坐标从目标记号换算成
9实际的物理尺寸。
例如可以利用针穿刺同样也是被定位于基板输送单元上的测 试基板来校准定位工具。校准的过程是将一根针夹在定位工具的工 具安装架上，然后向特定的标称工具坐标移动，并以针在测试基板 上作记号。然后利用显微镜检视穿刺点。测量在测试基板上的实际 坐标，以及确定实际坐标与基板表面的 一般关系。然后可以使实际 坐标与定位工具之控制系统中相应的坐标产生关联，这样就可以以
基板表面为准;f交准这个相应的坐标。
另外 一 种可行的方式是由定位工具经由电机方式以 一 个卡规 测出点或线条以基板输送单元为准定义的位置。
另外一种已知的方法是以定位工具将一个带有记号的测试组 件定位在一片玻璃板上，这片代替基板的玻璃板系位于基板输送单 元上，而且也具有基准记号(例如US 5,537,204 A揭示的方式)。记 号及基准记号之间的距离是作为校准定位工具之用。可以利用系统 以外的工具测量出这个距离，也可以由图像系统测量出这个距离。
这些已知的校准方法的缺点是，每一次校准都必须将经特别设 计的测试板、测试基板、或玻璃板放到基板输送单元中，4旦是并不 能保证可以重复定位。这一类的方法通常需要对系统进行费事的重 装工作，而且只能在系统启用之前，或是在进行定期保养时进行校 准工作。
所有目前已知的方法都需要另外使用其它的量规及辅助器具， 例如测试板、测试组件、针架、显微镜、照相机等，这些量规及辅 助器具一方面本身也可能造成偏差，另 一方面也会使成本增加不 少。这些缺点在使用光学校准板或光学测试板进行校准时尤其明 显，因为光学校准板或光学测试板必须将定位工具及/或图像辨识 系统的整个工作面覆盖住。另外一个缺点是，这些已知方法不是无法修正随时间改变(通常是由温度造成)的系统组件的偏差，就是只 能在停工状态下才能对系统组件修正这些偏差。
发明内容
本发明之目的是提出 一种能够克服先前技术之缺点的装置及 方法，这装置及方法无需以外部的基准点为准就可以校准定位工 具，而且能够以非常精确的方式、更低的成本、以及更简易的操作 方式校准定位系统。此外，本发明的另外一个目的是要在不需变更 设计的情况下，也能够检验工作中的定位工具的校准结果，及/或 重新进行校准，以便将随时间改变的偏差考虑进去。
釆用具有本发明权利要求1特征的定位工具用x-y定位的校准 方法即可达到上述目的。
定位工具可以定位在 一 个工作面的上方，并在定位工具的控制 系统内设有工具坐标。图像辨识系统在运转模式中的功能是检测工 作面上的目标记号。定位工具的x-y定位是以图像辨识系统的坐标 为准被校准，也就是在校准模式中将定位工具定位在一个网点上， 并检测这个网点的工具坐标。接着以图像辨识系统4全测 一个设置在 相对于定位工具具有一个规定位置的基准记号，并求出这个基准记 号以图像辨识系统为准的坐标。
为了对工具坐标及在图像辨识系统中的坐标之间的与位置有 关的关系作出正确的评价，可以在接下来的步骤中对其他网点重复 检测工具坐标及在图像辨识系统中的坐标。由于x-y定位的非线性 特性，因此在测量出的坐标点之间通常会产生非线性的关系。
另外 一种可行的方式是对同样的网点重复检测坐标，例如为了 计算平均值。可以连续对同一个网点进4亍多次测量，以求取局部起 伏的平均值，例如因为曝光效应造成的起伏。也可以将传动系统多次驶向标称相同的网点。这样做可以求取因传动系统的可再现性不 足所造成的起伏的平均值。
最后是使网点的工具坐标及在图像辨识系统中的坐标彼此产 生关联及/或彼此平衡。
所谓数据的平衡是指比较数据间距，以便找出数据之间的关联 性，并这个关联性转用到其它的数据处理单元。通常数据之间现有 的实际关联性与模型化的关联性(例如可以从结构图中看出的关联 性)之间会存在偏差。
图像辨识系统可以被固定在工作面上方。这样基准记号在图像 辨识系统中的坐标就是由图像坐标所产生。
根据本发明的一种有利且可供一般应用的实施方式，图像辨识
系统可以不受定位工具约束定位(尤其是在x-y方向上)在工作面的
上方，并在图像辨识系统的控制系统内设有照相机坐标。每一次在 定位工具定位后，图^f象辨识系统就会跟踪到一个相应的网点，并利 用照相坐标及基准记号的图像坐标来确定基准记号在图像辨识系 统中的坐标。
经由相对于定位工具具有 一规定位置的基准记号，以及以图像 辨识系统检测始终是相同的基准记号，就可以 一 一 对应在定位工具 的控制系统中的网点坐标及在图像辨识系统的控制系统中的网点 坐标。
在将4全测到的坐标—对应及/或平衡后，可以反过来将定位 工具精确地移动到 一 个先前在图像辨识系统的坐标中^^皮确定的位 置，例如在检测到基4反上的一个目标记号后可以进行这个移动。这 样就可以以图像系统为准校准定位工具。
和属于已知技术的方法不同的是，本发明的校准方法并不是以 使图像辨识系统及定位工具对准 一 个与其无关的基准点为基础，而是以图像系统为准及以图像辨识系统测量工具的x-y定位为基础。 本发明的校准方法最好是以全自动化的方式进行。例如可以预
先设定网点的顺序及对一个网点的测量次数。
本发明的校准方法不需要使用或更换量规、刻度尺、校准基板
或校准组件。
在校准之前可以先设定网点的顺序。资料4企测的工作可以在均 匀分布在定位工具的整个工作面的网点上进4亍。也可以在经选出的 特定区域，也就是在典型的放置区域及目标记号所在的区域，设定 较高的网点密度进行;险测。
由于网点的配置方式及密度可以自由决定，因此本发明校准方 法可以配合不同的应用场合及对精确度的要求，例如不同的基板尺 寸、组件尺寸、及/或组件间距。
实际上在任何时候都可以进行校准，而且并不特别费事。利用 所谓的再校准可以修正随时间改变(通常是由温度造成)的偏差。在 生产过程中可以不时进行再校准的工作，而且不会对产量造成太大 的影响。可以选取和第一次校准时相同的网点进行再4交准，也可以 选取其它的网点或是使选取的网点与最佳放置区域配合。
可以按照预先设定的时间间隔进行再校准。可以配合机器的运 转情况决定时间间隔。例如可以在温度变化较大的热机阶段或是在 生产运转中断后设定较短的时间间隔连行再校准，而在接下来的持
续运转阶段则设定较长的时间间隔连行再校准。
也可以根据再校准的结果，也就是根据适配性，决定再校准的 时间间隔。如果前后两次的测量结果存在较大的偏差，则下一次再 校准的时间间隔就应该定的比较短，反之则可以定的比较长。这样 做的好处是可以避免会造成产量下降的不必要的再校准。
经由不断将新检测到的数据和之前的数据作一比较，可以辨识出随时间改变的偏差，并在生产运转时将这个偏差考虑进去。
除了基准记号的位置外，也可以检测可能会随时间及/或位置 改变的基准记号的对准。以这种方式还可以获知每 一 个网点的角度 数据，在运转模式下，这个角度数据对于调整定位工具的对准可以 扮演一定的角色。这样在运转模式下被询问的就不只是目标记号的 位置，而是连对准也会被询问，并根据询问到的结果调整定位工具 的位置及对准。
可以用不同的方式平衡检测到的坐标。 一 种特别有利的方式是 制作 一份参考用表，这份参考用表的内容是列出图像辨识系统的控 制系统中的网点坐标(也就是照相坐标)与定位工具的控制系统中 的网点坐标(也就是工具坐标)及/或基准记号在图像辨识系统之坐 标系统中的每一个网点上的坐标(也就是图像坐标)的关系。这样就 可以计算出每 一 个网点的多个直接连续测量到的图像坐标的平均 值，及/或计算出基准记号的坐标的多个测量值的平均值，为此坐 标定位工具会重复驶向网点的标称坐标。
鉴于每 一 个坐标之间的关系会随时间变化，可以进行 一 个适配
校准，以便将参考用表及测量的时间点一起储存起来，并应用于与 时间有关的过程的求值工作。
此外，还可以在参考用表中为每一个网点加入基准记号的对准数据。
从一个目标记号在图像辨识系统中的坐标出发，也就是说从一 个目标记号的照相坐标及图像坐标出发，可以从参考用表读出在定 位工具的控制系统中的相应位置。如果所希望的位置没有任何 一 个 检测到的网点坐标，则可以利用内插法从检测到的相邻的网点坐标 计算出该位置的坐标。
原则上也可以制作 一 个相当于定位精确度的参考用表。为此是
14利用内插法从检测到的网点坐标产生表格项目。属于检测到及计算 而得到的网点坐标的网点的密度就相当于定位精确度。这个定位精 确度可以与定位工具及图像辨识系统能够控制的精确度配合。 可以使用线性内插法或非线性内插法进行内插计算。 这些方法也可以被用来避开与配合目标记号及定位工具的对 准有关的角度资料。
此外，采用具有本发明权利要求7特征的以图像辨识系统为基
础的定位系统的校准方法，尤其是以一种所谓的"捡拾及放置，，工 具将组件定位在基板上的定位系统，也可以达到本发明的目的。
这种方法包括以下的步骤。首先以 一个基准平面为准校准图像 辨识系统的图像坐标，所谓基准面是指图像辨识系统在其上被最佳 化因而形成清晰的目标记号成像的一个平面。此处的基准平面尤其 是指基板的表面，因此也称为基板平面。
所谓校准图像坐标是指在图像坐标系统中的点及基准平面上 相应的实际物理尺寸之间进行调整。
下 一 个步骤是以图像辨识系统为准校准定位工具的x-y定位， 尤其是利用前面提及的一种校准方法进行这个校准工作。
这种方法也不需要以一个另外的基准物为准校准定位工具。最 好是利用至少 一 个与定位工具联结并能够被图像辨识系统检测到 的基准记号进行定位工具的校准。
此外，采用具有本发明权利要求8特征的利用定位工具将组件 定位在基板上的方法，尤其是利用一种"捡拾及放置"工具及图像 辨识系统来进行这个工作，也可以达到本发明的目的。
首先可以以 一 个基准平面(尤其是基板平面)为准校准图像辨 识系统的图像坐标。
接下来包括以下的步骤。第 一 步骤(i)是以图像辨识系统为准校准定位工具的x-y定位，尤其是利用前面提及的一种校准方法进行 这个校准工作；第二步骤(ii)是以图像辨识系统检测一个设置在基 板上的目标记号，以及测出目标记号在图^f象辨识系统中的坐标；第 三步骤(iii)是应用第 一步骤(i)完成的校准，从目标记号在图像辨识 系统中的坐标确定定位工具的工具坐标；第四步骤(iv)是将定位工 具定位。以上的步骤可以自第一步骤或第二步骤起一再重复。
如果在生产过程中自第一步骤起重复进行上述步骤，则是一种 再校准。
根据经校准后获得的数据从目标记号在图像辨识系统中的坐 标确定工作坐标，也就是确定在定位工具的控制系统中的坐标。
在校准过程中，定位工具当然可以进行其它的移动及动作，例 如捡拾、控制、加工、及/或放下组件。在任何时候都可以结束校 准过程。
一种有利的方法是在一个固定、可配置、或是适配的时间间隔 后重新进行校准，或是在一个固定、可配置、或是适配的定位次数 后重新进行校准。
此处所谓的适配是指次数或时间间隔会随着先前的校准结果 或外界的影响(例如温度变化)而改变。
此外，采用具有本发明权利要求12特征的对利用定位工具将 组件定位在基板上的再校准方法，尤其是对利用 一种"捡拾及放置" 工具及图像辨识系统将组件定位在基板上的再校准方法，也可以达 到本发明的目的。这种方法包括以下的步骤。第一步骤(i)以 图 像辨识系统检测设置在基板上的目标记号，以及求出目标记号在图 像辨识系统中的坐标；第二步骤(ii)是从目标记号在图像辨识系统 中的坐标测定定位工具(l)的工具坐标；第三步骤(iii)是将定位工具 定位。接下来的第四步骤(iv)是以图像辨识系统(2)检测 一 个设置在 相对于定位工具(1)的一个规定位置的基准记号(14);第五步骤(v) 是以图像辨识系统为准求出基准记号(14)的坐标；第六步骤(v i)是 将求出的坐标及预期的基准记号的坐标及/或定位系统的坐标作一 比较。经过比较后可以确定求出的坐标及预期的坐标之间的偏差是 否大于给定的公差范围。如果比较结果显示二者的偏差大于给定的 公差范围，则要给定下 一 次测定工具坐标的修正值。
最好是根据偏差的大小及方向给定修正值。
可以根据上 一 个测量步骤的结果测定预期的基准记号的坐标， 例如根据上 一 次进行再校准工作时求出的坐标。
另外 一种可行的方式是根据第二步骤(ii)测定的工具坐标及相 对于工具具有一规定位置之基准记号测定预期的基准记号坐标。并 将预期的基准记号坐标与求出的坐标相比较。
如果比较结果显示二者之间的偏差大于给定的公差范围，则这 个偏差可以纟皮用于^f务正下一次测定工具坐标。
另外一种可行的方式是从以图像辨识系统求出的基标记号坐 标反推回去求出工具坐标。这样就可以将被驶向的工具坐标与经由 基准记号求出的工坐标作一比较。同样的，在这种情况下，如果二 者的偏差大于给定的公差范围，则这个偏差可以被用于修正下一次 测定工具坐标。
这个再校准过程可以从第一步骤(i)起重复进行。
除了可以执行完整的再校准过程外，也可以检视逐点检验工具 是否驶向正确的坐标。这个检视系进行于目标记号给定的位置。
以成批方式进行生产时，之后的基板均配置相同或至少是类似 的目标记号，因此不需要再对整个基板面进行完整的校准。
另外一种可行的方式是将关于图像系统的再校准作为完整的
17校准，尤其是以前面提及的方法进行校准。
如果可以接受第 一批直通基板的定位会造成一介于预期的坐
标及求出之坐标之间的偏差，则可以不必进行第 一次x-y定位之前 的校准。这个偏差会因为生产过程中再校准所做的修正而逐渐变 小。
在第三步骤(iii)结束后的下一个步骤中可以另外加入一个步 骤检验是否需要再校准。如果检验结果显示不需要再校准，则可以 从第 一步骤(i)起重复这个再校准过程。例如在这个检验步骤中可以 检验是否已完成一在这之后应进行再校准的特定次数的定位，或是 检验运转时间是否已超过在这之后应进行再校准的特定的时间间 隔。在这个检验步骤中也可以检验外在条件是否已发生改变、定位 的质量是否足够、或是否应将在基板上的目标记号移动到基板上的 其它位置。另外一种方式是可以根据先前的再校准过程的结果来决 定是否要进行再校准。
在再校准过程中，定位工具当然可以进行其它的移动及动作， 例如捡拾、控制、加工、及/或放下组件。在任何时候都可以结束 再校准过程。
此外，采用 一种具有本发明权利要求13特征的装置也可以达 到本发明之目的，这种装置具有一个定位工具，尤其是具有一个将 组件定位在基板上的"捡拾及放置，，工具，以及具有一个检测设置 在基板上的目标记号用的图像辨识系统。
为了校准定位工具的x-y定位，这种装置至少具有一个可以被 图像辨识系统检测到的基准记号，而且基准记号相对于定位工具至 少具有一个规定及/或固定的位置。
为了测定定位工具在图像辨识系统中的位置坐标，被图像系统 检测到的基准记号需具有一个预先设定的相对于定位工具的位置。虽然这个至少一个基准记号之相对于定位工具的位置是可以调整 的，但最好是在整个过程中都保持不变。
基准记号的坐标及定位工具的坐标可以在 一 个以定位工具及 图像辨识系统为准的校准模式中被检测出来，并与图像辨识系统的 坐标产生关联及/或平衡。经由这种方式就能够以图像辨识系统为 准来校准定位工具。
这样就无需单独进行定位工具的校准，也不需要与刻度尺作一 比较。在机器运转时，作为测量系统的图像辨识系统也可以求出组 件在工作面上的目标位置。因此无需为了校准定位工具另外使用校 准板及测量器具。
根据一种有利的实施方式，这至少一个基准记号是被设置在一 个支架上，尤其是一个与定位工具固定连接的支架。因此基准记号 位于一个分离的组件上。虽然可以将这个支架设置在图像辨识系统 的光学场中，但最好还是与定位工具固定连接在一起，以便使基准 记号具有一个相对于定位工具的规定位置。
将基准记号配置在一个分离的组件上的优点是可以为定位系
统加装一个校准x-y定位用的基准记号。
最好是将支架设置在定位工具上，这样图像辨识系统就可以检 测到整个工作面上的基准记号。当然也可以设置多个支架，这些支 架为基准记号定义不同的位置。
为了也能够检测到位于基板边缘或工作边缘的基准记号，基准 记号不应距离定位工具的中心点太远。否则位于基板边缘的基准记 号可能会位于图像辨识系统的工作范围之外，因为图像辨识系统的 工作范围通常位于定位工具的工作范围，而且其大小会与基板配 合。
当图像辨识系统位于定位工具的中间正上方时，支架的设置方式最好是使基准记号位于图像辨识系统的图像区内。否则在校准时 必须将图 <象辨识系统的位置及定位工具的位置之间存在 一 个相应 的偏移考虑进去。
达到精确定位的先决条件是图像辨识系统将目标记号清晰成 像。因此检测基板上基准记号的图像辨识系统通常具有 一 个固定焦 距，而且这个焦距需要与图像辨识系统及基板平面之间的距离匹 配。图像辨识系统检测到的基准记号的位置越精确，校准的结果就 越精确。
因此一种特别有利的实施方式是将这至少一个基准记号设置 在一个非常靠近基板的平面上。因为这样基准记号的位置就会很接
近一个基准平面(通常是基板平面)，也就是会很接近一个图像辨识 系统以其为准最佳化的焦距，而且可以被清晰成像。
设置在定位工具上的基准记号所在的平面最好是位于一个被 定位工具输送的组件的正上方。这样基准记号就可以被引到很靠近 基板平面的位置，而且不会碰撞到要被定位的组件。
此外，采用 一种具有本发明权利要求16特征的校准装置在一 定的情况下可以产生前面提及的方法所没有的优点，这种校准装置 的作用是校准以图像辨识系统为基础定位工具的x-y定位，尤其是 校准一个安装在如前面提及的一项装置中将组件定位在基板上的 "捡拾及放置"工具。
这种校准装置具有至少一个光学系统，尤其是一种由至少一个 透镜构成的光学系统，同时这种校准装置与所联结的至少一个基准 记号的连接方弍使这至少 一 个基准记号经由这至少 一 个光学系统 可以被图像辨识系统成像，而且这个成像相当于一个具有相同之 x-y位置的基准记号在没有光学系统的情况下在一个基准平面上的 成像，尤其是在一个与基板(尤其是基板平面)非常靠近的平面上的成像。
以上提及的定位工具可以是一种"捡拾及放置"工具，但也可
以是任何一种需要精确的x-y定位的工具，例如一种将黏胶或黏胶 膜带到定位的定位装置。
在本发明中图像辨识系统不只可以被用来4t测基板上的目标 记号，而是也可以被用来检测与定位工具之间存在一特定关系的基 准记号，以及将这个基准记号成像。为了达到精确的校准过程，基 准记号被图像辨识系统成像的清晰度必须达到和目标记号相同的 程度。
图像辨识系统通常具有一个固定焦距，为了检测目标记号，这 个固定焦距被设定为到基准平面(通常是基板平面)的距离。如果因 为构造上的原因而无法将基准记号设置在非常靠近基板平面的位 置，则校准装置的光学系统就必须使基准记号仍然能够被清晰的成 像，就如同基准记号位于非常靠近基板平面的位置一样。
为了检测基准记号，可以将光学系统设置在基准记号及图像辨 识系统之间。
一种有利的方式是将校准装置与定位工具连接在一起，以便使 校准装置与定位工具始终保持固定的空间关系，而且当定位工具为 进行工作或校准而移动时，校准装置也会跟着移动。因此校准装置 既不需要有独立的支架，也不需要有自己的驱动装置。
根据一种有利的实施方式，可以将光学系统与基准记号固定连 接在 一起，这样基准记号及光学系统之间就具有 一 个固定的空间关 系，因此基准记号及光学系统之间的相对定位就不会成为造成偏差 的来源。基准记号及光学系统最好是构成一个单一个构件。这样就 可以将基准记号直接整合到光学系统中，例如可以用绘制、黏贴、 刻划、或是蚀刻等方式在光学系统的一个透镜上形成基准记号。
21基准记号可以位于一个支架上，并与要测定的工具坐标相距一 段横向距离。但是这个距离不应太大。如果这个距离过太的话，一 方面当定位工具被定位在规定的工作范围的边缘时，支架可能会超 出定位工具的工作范围，这可能会使基准记号不再位于图像辨识系 统的工作范围内。另 一方面会使支架本身受到温度变化的影响，而 温度变化的程度愈大，支架的伸缩程度就会愈大。因此最好是将基 准记号及/或校准系统设置在定位工具上。
在大部分的情况下，定位工具除了可以进行x-y定位，还具有 其它的附加功能。例如，定位工具可以将组件旋转以进行最多达 180度的角度修正，也可以进行倾斜修正。此外，也可以将加热器 安装到定位工具中。这些附加功能可能会使定位工具的体积变大很 多。因此在某些情况下，位于一个非常靠近基板平面上的基准记号 的支架会变得很长，因此如果是将图像辨识系统设置在定位工具的 中间正上方，则这个支架可能会不再位于图像辨识系统的图像区 内。
因此一种有利的方式是利用前面提及的校准装置及校准装置 中的光学系统将基准记号设置在定位工具的正中央。这样做的另外 一个好处是可以使整个结构更为紧密，而且也可以有效防止因温度 关系造成定位工具及基准记号的相对位置的改变。
校准主要是将定位工具的 一 个特定点的坐标与图像辨识系统 产生关联。例如一个"捡拾及放置"工具的升降轴通过的中心点。 例如在这个升降轴上设有一个用来提取或放置组件用的带有真空 或压力连接管的喷嘴，或是一个涂抹黏胶用的配料针。
一种有利的实施方式是将基准记号设置在一个轴上，这个轴平 行于图像辨识系统的光学轴，并通过定位工具的一个中心点，尤其 是通过"捡拾及放置"工具的喷嘴。图像辨识系统的光学轴通常是垂直于基板平面。
如果图像辨识系统被设置在定位工具的中间正上方，则通过中 心点并定义基准记号(尤其是基准记号的 一 个特定的重心)的轴与 图像辨识系统的光学轴重合。在这种情况下，基准记号在经由光学 系统进行检测时代表中心点的位置。
定位工具在改装后通常需要重新校准，因为改装可能会改变系 统中各组件之间的距离。因此根据本发明的 一种有利的实施方式， 光学系统的成像特性是可后调整的。这种实施方式的优点是光学系 统可以用与基准平面相距不同距离的不同的基准记号进行校准，或 是以不同的定位工具进行校准，或是使用不同的图像辨识系统。
例如可以校准透镜系统与基准记号之间的距离，例如其中 一 个 物镜带有一个外螺紋，而一个设置基准记号的支架则带有一个相应 的内螺紋。
一种有利的方式是基准记号带有一个照明器具或发光器具。这 种实施方式的优点是在进行光检测时不必以外部光源照射基准记 号，而且基准记号的照亮也不会受工具及图像辨识系统的定位的影 响。
一种有利的方式是基准记号至少标示一个点及/或至少一个对 准，尤其是以一个十字记号标示。标示一个点时，基准记号可以被 用来测定一个被标示的重心位置，标示一个对准时，基准记号可以 被用来测定一个角度数据。借助基准记号可以直接检验保角性，或 是基准记号可以被用来校准具有旋转自由度的定位工具。
图1为一个以图像辨识系统为基础的定位系统的立体透^L图。 图2为一个校准过程的示意图。图3为一个定位工具的侧视图。
图4为一个具有校准装置的定位工具的另外一个侧视图。 图5为一个校准装置的立体透视图。
具体实施例方式
以下配合图式及实施例对本发明的内容做进一 步的说明。
图1显示 一 个定位系统200的立体透#见图。定位系统200具有 一个图像辨识系统2及一个定位工具1,其中，定位工具1可以是 一个被用来将组件3定位在基板4上的"捡拾及放置"工具。基板 4被一个基板输送单元5送到定位工具1及图像辨识系统2。
定位工具l及图像辨识系统2各自具有未在图1中被明确绘出 的传动轴及控制系统，且二者的传动轴及控制系统均能够平行于基 板4移动。此外，为了捡拾及放置组件3，定位工具l还具有另外 一个能够沿着z方向12移动的传动轴。定位工具1及图像辨识系 统2的横向作用距离分别受限于相应的传动轴的延伸范围，并决定 了定位系统200的工作范围27。
定位工具1的控制系统能够将定位工具定位在其所属的标称 工具坐标(Xw, Yw)的位置。同样的，图像辨识系统2的控制系统 能够将图像辨识系统定位在其所属的照相机坐标(Xk ， Yk)的位置。
在基板4上有设置一个或多个目标记号6。图像辨识系统2在 工作面23上方被沿着x方向7及y方向8移动，直到至少有一个 目标记号6位于图像辨识系统2的图像区9为止。图像辨识系统2 会测定目标记号6的坐标，接着定位工具1也会被传动轴沿着x 方向10及y方向11移动到相应的x-y定位。
定位工具1带有一个基准记号14，而且这个基准记号14位于 一个与定位工具1固定连接的支架19上。为了捡拾及放置组件，定位工具l可以连接负压、大气压力、 或过压。此外，定位工具l也可以具有其它的功能，例如可以将组
件3旋转及加热。
图2显示一个校准过程的示意图。图2中的两个部分图标分别 显示工作面23的一个相当于定位系统之工作范围27的部分。其中 位于上方的图标显示定位工具在校准模式中驶向的网点24。关于 工作面，标称均匀分布且是直角的网点可能会完全扭曲变形，例如 由于定位工具的传动轴的非直线性造成的扭曲变形。
举例而言，定位工具在网点Pi上具有工具坐标(Xwi, YWi)。另 外一个例子是定位工具在网点Pj上具有工具坐标(Xwj， Ywj)。以定 位工具为准，基准记号14具有一个固定的位置。
图2中位于下方的图标显示以工作面23为准，；陂图^f象辨识系 统跟踪的相应的网点24。图像辨识系统在字母i代表的网点上具 有照相机坐标(Xjci, XKi)。基准记号14会被图像辨识系统成像，并 在图像坐标系统21中具有图像坐标(XBi， YBi)。每一个网点24的 工具坐标、照相机坐标、以及图像坐标都会被求出，因此形成以下 的分配表。
网点工具坐标照相才几坐标图像坐标
1(Xwi, Ywi)(XK1， YK1)(XB1， YB1)
,, ,,,,,
i(Xwi， Ywi)(Xfci, Yki')(Xb" Ybj)
.,, .■ ■
(Xwj ， Y\yj)(XKi, YKi)(XBi, YBi)
* ■■. .
基准记号14在网点i上的位置一方面是以工作面23为准经由 照相机坐标及图像坐标被唯一确定，另 一方面是以定位工具及其工 具坐标为准被唯一确定。
25同样的，在以图像辨识系统检测一个未在图2中绘出的设置在 工作面23上的目标记号后，可以经由相应的照相机坐标及图像坐标 断出定位工具的工具坐标。可以从上述的分配表中直接读取这些坐 标，或是可以从分配表中最接近的坐标以内插法计算出这些坐标。
此时图像坐标被假定为已校准，也就是说，已经在图像坐标系 统中的点及相应的在基板平面上的实际的物理尺寸之间进行过分 配。这个校准应事先在一个另外的步骤中完成。
图3显示一个定位工具1的侧视图。定位工具1带有一个设置 在支架19上的基准记号14。当图像辨识系统2位于定位工具1的 中间正上方时，支架19的设置方式会使基准记号14位于图像辨识 系统2的图像区9内。同时以定位工具1为准，基准记号14被设 置在一个平面20上，而且平面20所在的位置应尽可能略高于被定 位工具输送的组件3。这样基准记号14就可以被引到很靠近基板 平面18的位置，而且不会碰撞到已被定位的组件。图像辨识系统 2在基板平面18上能够以最佳化的方式检验目标记号。
以定位工具l为准，基准记号14具有一个固定的位置，尤其 是相对于定位工具1上的一个点Pp,也就是要以未在图3中绘出 的目标记号为准定位的点。由图像辨识系统2测定基准记号以图像 辨识系统2的图像坐标系统21为准的位置。
如果图像辨识系统2无法如图3所示位于定位工具1的中间正 上方，以便检测基准记号14,则在校准时必须将图像辨识系统2 及定位工具1之间有 一 个偏移。
如果定位工具1位于工作范围的边缘，则因为基准记号14可 能会超出工作范围，因此只有在工作范围也相应变大的情况下，图 像辨识系统2才能够检测到基准记号14。
如图4显示的定位工具1的另外 一 个实施例的侧4见图可以避免图像辨识系统2及定位工具1之间发生偏移。在图4的实施例中， 定位工具l有配备一个校准装置100，同时基准记号14设置在定 位工具1上。
校准装置100具有一个光学系统101。由一个透镜构成的光学 系统101会将图像辨识系统2产生的基准记号14的成像修改成相 当于一个设置在基板平面18上的基准记号14在没有光学系统的情 况下由图像辨识系统2产生"清晰"的成像。
基准记号M最好是位于光学系统101的光学轴103上，其中 光学轴103平行于图像辨识系统2的光学轴17,并通过定位工具1 的一个中心点Pp,尤其是通过"捡拾及放置"工具的喷嘴22。在 图4显示的最佳情况中，光学轴17， 103均垂直于基板平面18。 如果将图像辨识系统2设置在定位工具1的中间正上方，基准记号 14就会位于光学轴17上。
图5显示校准装置100的一种可能的实施方式的侧视图，其中 光学系统101是一个单一的结构。在这种实施方式中，校准装置 100仅由一个具有适当形状的透镜体104构成，在透镜体104的平 坦的底面105上有一个十字形的基准记号14。可以用绘制、黏贴、 刻划、或是蚀刻等方式在透镜体104上形成基准记号14。
在本实施方式中，应用于图像辨识系统的光学透镜系统最好具 有权利要求24光学透镜系统的特征。显而易见的，这种光学透镜 系统也可以被应用在其它的图像辨识系统，这些图像辨识系统的特 征是照相机必须辨识出图像辨识平面上的 一 个位置及设置在图像 辨识平面及照相才几之间的工具上的一个位置。光学透镜系统可以才艮 据在景深中需要抵消的差异而具有不同的构造，必要时也可以由多 个透镜构成光学透镜系统。使用短焦距透镜可以使光学透镜系统的 构造高度保持在很低的程度。
权利要求
1.一种定位工具(1)用x-y定位的校准方法，定位工具(1)可以定位在一个工作面(23)的上方，并在定位工具(1)的控制系统内设有工具坐标，同时定位工具(1)借助一个图像辨识系统(2)被引导，这个图像辨识系统(2)在一个运转模式中的作用是检测工作面(23)上的目标记号(6)，这种方法的特征为以图像辨识系统的坐标为准校准定位工具(1)的x-y定位，其校准模式具有以下的步骤(i)将定位工具(1)定位在一个网点(24)上；(ii)检测网点(24)的工具坐标；(iii)以图像辨识系统(2)检测一个设置在相对于定位工具(1)的一个规定位置的基准记号(14)；(iv)以图像辨识系统(2)为准求出基准记号(14)的坐标；(v)对相同或其它网点(24)重复进行步骤(i)至步骤(iv)；(vi)使网点(24)的工具坐标及在图像辨识系统(2)中的坐标彼此产生关联及/或彼此平衡。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，图像辨识系统不依赖于工作平面上的定位工具进行定位，并在图像辨识系统(2)的控制系统内设有照相机坐标，在步骤(ii)结束后使图像辨识系统(2)跟踪到网点，并利用照相坐标及基准记号(14)的图像坐标确定基准记号(14)在图像辨识系统(2)中的坐标。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征为可以将网点(24)以任意方式配置在工作面上。
4. 如权利要求1 3中至少任一项所述的方法，其特征为制作一份参考用表，这份参考用表的内容是列出网点(24)的照相坐标与网点(24)的工具坐标及/或基准记号(14)在每一个网点(24)上的图像坐标的关系。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征为参考用表至少有一部 分的坐标是从网点(24)被检测到的坐标以线性及/或非线性内插法 计算出来的。
6. 如权利要求1~5中至少任一项所述的方法，其特4正为从网 点(24)按照一个预先设定的顺序开始进行第一个步骤，及/或第一 个步骤是选择网点。
7. —种以图像辨识系统为基础的定位系统的校准方法，尤其是 以一种所谓的"捡拾及放置"工具将组件定位在基板上的定位系 统，这种方法的特征为具有以下的步骤(i) 以 一 个基准平面为准来校准图像辨识系统(2)的图像坐标， 此处的基准平面尤其是指基板平面(18);(ii) 以图像辨识系统(2)为准校准定位工具(1)的x-y定位，尤其 是利用权利要求第1项至第6项中任一项的方法进行这个校准工 作。
8. —种利用定位工具将組件定位在基板上的方法，尤其是利用 一种"捡拾及放置"工具及图像辨识系统来进行这个工作，这种 方法的特征为具有以下的步骤(i) 利用权利要求第1项至第7项中任一项的方法以图像辨识 系统(2)为准来校准定位工具(1)的x-y定位；(ii) 以图像辨识系统(2)检测 一 个设置在基板上的目标记号 (6),以及测出目标记号(6)在图像辨识系统(2)中的坐标；(iii) 应用步骤(i)完成的校准，从目标记号(6)在图像辨识系统(2) 中的坐标确定定位工具(l)的工具坐标；(iv) 将定位工具(l)定位； ，(v) 自步骤(i)或步骤(ii)起重复上述步骤。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征为在以图像辨识系统(2) 为准校准定位工具(l)的x-y定位时检测工具坐标、图像坐标、以 及照相坐标，以及按照步骤(iii)在网点坐标之间以内插法确定定位 工具(l)的工具坐标。
10. 如权利要求8或9所述的方法，其特征为第一步骤是以 一个基准平面为准，尤其是以基板平面(18)为准，校准图像辨识系 统(2)的图像坐标。
11. 如权利要求8~10中至少任一项所述的方法，其特4正为在 一个固定、可配置、或是适配的时间间隔后重新进行;f交准，或是 在一个固定、可配置、或是适配的定位次数后重新进行4i准。
12. —种对利用定位工具将组件定位在基板上的再校准方法， 尤其是对利用一种"捡拾及放置"工具及图像辨识系统将组件定 位在基板上的再校准方法，这种方法的特征为具有以下的步骤(i) 以图像辨识系统(2)检测设置在基板上的目标记号(6)，以及 测定目标记号(6)在图像辨识系统(2)中的坐标；(ii) 从目标记号(6)在图像辨识系统(2)中的坐标，测定定位工 具(l)的工具坐标；(m)将定位工具(l)定位；(iv) 以图像辨识系统(2)检测 一 个设置在相对于定位工具(1)的 一个规定位置的基准记号(14);(v) 以图像辨识系统(2)为准求出基准记号(14)的坐标；(vi) 将求出的坐标及预期的基准记号(14)的坐标及/或定位工具(l)的坐标作一比较；(vii) 如果比较结果显示偏差大于给定的公差范围，则要给定下 一 次测定工具坐标的修正值。
13. —种具有定位工具的装置，尤其是具有一个将组件定位在基板上的"捡拾及放置"工具，以及具有一个以权利要求第1项至第12项中任一项的方法检测设置在基板上的目标记号用的图像辨 识系统，这种装置的特征为为了校准定位工具(l)的x-y定位， 至少具有一个可以被图像辨识系统(2)检测到的基准记号(14),而 且基准记号(14)相对于定位工具(l)至少具有一个规定及/或固定的 位置。
14. 如权利要求13所述的装置，其特征为至少一个基准记号 (14)被设置在一个支架(19)上，尤其是一个与定位工具(l)固定连接 的支架(19)。
15. 如权利要求13或14所述的装置，其特征为将平面(20) 上的至少一个基准记号(14)设置在很靠近基板的位置。
16. —种校准装置，其作用是校准以图像辨识系统为基础之定 位工具之x-y定位，尤其是校准一个安装在如权利要求13~15中 一项装置(200)中将组件定位在基板上的"捡拾及放置"工具，这种 校准装置的特征为校准装置(100)具有至少一个光学系统(IOI)，尤其是一种由至少一个透镜构成的光学系统，同时校准装置与所 联结的至少一个基准记号(H)的连接方式使这至少一个基准记号 (14)经由至少 一 个光学系统(101)可以被图像辨识系统(2)成像，而 且这个成像相当于一个基准记号在没有光学系统的情况下在一个 基准平面(20)上的成像，尤其是在一个与基板非常靠近的平面(20)上的成像。
17. 如权利要求16所述的校准装置，其特征为光学系统(IOI) 及基准记号(14)连接在一起，尤其是构成一个单一结构。
18. 如权利要求16或17所述的校准装置，其特征为光学系 统(101)与定位工具(1)连接在一起。
19. 如权利要求16~18中至少任一项所述的校准装置，其特征为将基准记号(14)设置在定位工具(1)上。
20. 如权利要求16~19中至少任一项所述的校准装置，其特征 为基准记号(14)被设置在一个轴(103)上，而且轴(103)平行于图 像辨识系统(2)的光学轴(17)，并通过定位工具的一个中心点(Pp), 尤其是通过"捡拾及放置"工具(1)的喷嘴(22)。
21. 如权利要求16 20中至少任一项所述的校准装置，其特征 为光学系统(101)的成像特性是可以改变的。
22. 如权利要求13~21中至少任一项所述的校准装置，其特征 为基准记号(14)带有照明器具或发光器具。
23. 如权利要求13~22中至少任一项所述的校准装置，其特征 为基准记号(14)至少标示一个点及/或至少一个对准，尤其是以 一个十字记号标示。
24. —种应用于图像辨识系统的光学透镜系统，这个图像辨识 系统可以利用 一 个照相机来辨识出位于图像辨识距离之内的图像 辨识平面上的图像，这种光学透镜系统的特征为光学透镜系统 带有一个位于光学轴上的基准记号，同时光学系统的构造方式使 其在基准记号成像时能够根据基准记号及图像辨识平面之间的距 离相对于照相机的位置而修正在景深范围内的偏差。
全文摘要
本发明涉及一种定位工具用X-Y定位的校准方法及具有这种定位工具的装置。本发明涉及一种定位工具(1)用x-y定位的校准方法、一种将组件(3)定位在基板(4)上的方法、一种具有定位工具(1)及图像辨识系统(2)的装置、以及一种校准以图像辨识系统(2)为基础的定位工具(1)用x-y定位的校准装置(100)。定位工具(1)的x-y定位是以图像辨识系统(2)的坐标为准被校准，在这个校准模式中，步骤(i)是将定位工具(1)定位在一个网点(24)上，步骤(ii)是检测网点(24)的工具坐标，步骤(iii)是以图像辨识系统(2)检测一个设置在相对于定位工具(1)的一个规定位置的基准记号(14)，步骤(iv)是以图像辨识系统(2)为准求出基准记号(14)的坐标，步骤(v)是对相同或其它网点(24)重复进行步骤(i)至步骤(iv)，步骤(vi)是使网点(24)的工具坐标及在图像辨识系统(2)中的坐标彼此产生关联及/或彼此平衡。
文档编号G05B19/401GK101568891SQ200680056754
公开日2009年10月28日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者安德烈斯·马特尔, 尔邦·恩斯特, 约翰尼斯·舒斯特 申请人:K&S芯片键合设备有限公司