探讨:TFT-LCD各制程段玻璃基板裂片检测设备应用

依工研院IEK ITIS计划所公布的统计数据，2007年台湾面板产业产值达新台币1兆2,849.0亿元，而主力的大型TFT-LCD面板产值约占84.5%(G5尺寸以上)，随着低价化TFT-LCD市场的快速扩大，简化制造流程及提高良率以降低成本是液晶显示面板业者与设备供货商提升产品竞争力的共同课题。对TFT-LCD的生产线来说，玻璃基板大型化是降低单位成本与提高效能的的最直接方式，惟单一面板的尺寸扩增也增加制程的困难度与成本。不管在TFT Array制程、Cell制程、CF制程及Module制程的诸多设备作业过程中，玻璃基板会因搬送、上下载(Load/UnLoad－by Conveyor or Robot)及制程加工的外力作用而产生破片(Crack & Chipping)的致命缺陷。

　　早期中小尺寸基板因人员可直接以徒手方式做破片基板的移除动作，对于破片区域的清理与复原时间较短，但大型基板(表一)无法直接以徒手处理，基板的移除与清理也随影响区域的扩大而增加困难度尤其是真空镀膜段，故大型玻璃基板制程作业前的破片检测益形重要。

　　玻璃基板破片的检测机制首重Corner部份，对于静态基板可于对位(Alignment)后以四个固定式光电Sensor侦测基板四个Corner的完整性，但基板两侧的破片检测则要在传动中执行，此部份因会有基板行走时产生左右偏移及上下微幅振动的影响，故使用光电Sensor较不合适。当然不同制程作业区的不同传动方式是影响视觉设备选择的主因。本文中不探讨各式检测方案的优劣，而仅以计算机视觉的观点探讨对于基板边缘区域检测可以得到的效益。

基板边缘(20mm区域)的有效信息
Corner Mark
　　玻璃基板是有方向性的，每家玻璃原材厂商都有其Corner Mark的定义，一般都以最大的缺角做为识别角。生产在线每一道制程均与此Corner Mark有关，它代表基板传动的方向与制程作业的面别，识别的方法是找出Corner Mark所在位置做为异常原因的判定，除此之外还有不同玻璃基板供货商之间玻璃的混料问题(Corner Mark尺寸的差异)。所有异常的形态与原因如表二。

Alignment Mark/2D Barcode/Pattern
　　TFT-LCD各制程段的作业都要依玻璃基板上的Alignment Mark做定位，如光罩(Photo Mask)、检测系统(ADI/AEI/AOI/Review/Macro/Repair…)、压合、偏贴…等。故这些在基板边缘的Pattern是有其重要性的，此处检测的重点是确认Alignment Mark及Pattern的存在与完整，2D Barcode内有完整GlassID信息也可透过影像数据解读(表三)。异常的原因有：缺损、光阻污染、漏失等。

玻璃基板研磨倒角(Grinding)
　　为避免玻璃基板的边缘有锐角(与外物碰撞易产生碎裂)，一般于玻璃切割完成后会将边缘处研磨成钝角，以增加玻璃边缘强度，但不适当的研磨深度会适得其反，所以基板每个边的倒角量都要得到控制，对于过大或过小的倒角量变化可视为异常。下图中w为倒角深度，检测范围r约20mm(可涵盖到内部的Alignment Mark区)，关于玻璃原材上于研磨制程中产生的Micro-Crack因属于需要更高精度检测的小缺陷故不在本文讨论范围内。表四为玻璃基板倒角范例。

玻璃基板光穿透率
　　玻璃基板光穿透变化因素有：基板厚度、制程光阻的污染、传动角度、检测光源的强弱、玻璃材质的纯度、镀膜层厚度变化等，其中光源强弱可透过检测系统本身的校正机制加以补偿，但造成光穿透亮度变化的可能因素仍有多种。虽然计算机影像光学的分辨率只有256灰阶，不过透过穿透亮度的分析在不考虑外物污染的情况下仍可以得到如下信息(表五)。

表五 光穿透率的分析
编号 分析项目 可能因素
1 同一片基板前后位置的变化量 制程光阻的污染、镀膜层厚度变化
2 同一批次基板的相对变化量 玻璃材质的纯度、传动角度、基板厚度

基板边缘的缺陷
　　不在原材玻璃规格内或生产制程后产生的异常均为缺陷，一般玻璃基板边缘缺陷有三种型态：破(Cracking)、损(Chipping)及污染(Dirt)。玻璃基板上的破损缺陷虽然不在基板的有效范围内，但都有可能造成基板的大面积破裂，一般导致破片的外力的作用有Roller、Stopper、Alignment Machine、Robot、Cassette及制程设备的接触，尤其是Robot上下挂取片时的重力影响最大。但不管如何，在发现有破损缺陷时立即的移除处理是预防在产在线或制程设备内破片损害的最有效方法。基板边缘缺陷的详细定义如表六：

Cr基板的特别处理
　　Cr(BM制程)基板因整面为不透光镜面，光学影像上会与上述定义中的损部份造成干扰，表七的影像范例可以看到Cr基板在检测上的困难处，不过在影像处理技术上仍可利用实际缺陷的不规则性来与Cr分离。至于Cr基板的严重性缺陷：针孔or不均，因本文介绍的仅为基板边缘的检测非全面性AOI设备，故不在本文讨论的范围。

裂片检测系统在各制程段的整合
　　在TFT-LCD各不同制程段有不同的传动方式，对于缺陷的检测定义也有差异，架构一个中央控制台来监控各生制程在线的裂片检测异常是节省人力的最佳方式，下面的示意图表现在同一楼层各装置点的作业状况。

Conveyor上检测作业的考虑
a. Roller移动速度(一般约在20m/min以下)
b. 基板移动振动幅度控制(一般约±0.8mm以上)
c. 基板移动偏移量控制(一般约±1.5mm以下)

Robot上检测作业的考虑
a. Robot移动速度(一般约在60m/min以上)
b. 基板两侧振动幅度控制(一般约±2mm以上)
c. 基板移动偏移量控制(一般约±1.5mm以下)

现场实际架设

光学检测设备:
　　不同的精度可选择不同分辨率或取像型态的CCD(或光学Sensor)，本文不讨论实际系统的组成组件，因上述提到的检测项目会依在线需求或成本的考虑而变动，当然也会改变系统的组成结构。客制化是目前客户需求的驱势，依需求调整光学组件的选择及软件功能是因应之道。总之，能达到客户的要求就是好的设备。

检测系统画面
　　下图为检测系统的表现画面，可以显示的数据有：缺陷影像、倒角量、基板传动偏移量、光穿透量、Corner Mark、光源亮度等，当然检测系统会依其型式(Sensor Type、Module Type、PC-System Type)有不同的表现方式。

结语
　　裂片检测系统是相当简易的检测设备，不需要有传动的机构与复杂的CIM数据，可视需要架设于任一个制程段。一般结构为2个CCD固定式架设于基板传动方向的左右两侧，透过高速的动态取像机制扫描整片基板的两侧区域。系统因小检测区域(约20mm)而得到最快的检测速度(约基板扫描后1秒内完成所有检测项目；故也适合应用于对速度要求高的Robot传动作业区)，可以得到的检测结果有：破片检知、Corner Mark确认、倒角量量测、穿透率量测、光阻残(EBR)检知、Alignment Mark确认等，可说是最有效益的检测设备。玮旻科技运用在PCB、CCL、LCD等领域的光学检测技术与经验开发出新一代全功能的玻璃基板边缘检测系统，已陆续通过面板大厂客户的验证，预期可大量导入来达到异常基板先期侦测排除，以缩短生产在线异常处理时间，达到降低成本提高产品竞争力的目标。