曝光系统、校准系统和光学引擎 |
|||||||
| 申请号 | CN201220230558.5 | 申请日 | 2012-05-21 | 公开(公告)号 | CN202615113U | 公开(公告)日 | 2012-12-19 |
| 申请人 | 中山新诺科技有限公司; | 发明人 | 梅文辉; 杜卫冲; 曲鲁杰; | ||||
| 摘要 | 本实用新型公开了一种曝光系统、校准系统和光学引擎。该曝光系统包括：第一光学引擎；第二光学引擎； 光源 系统，用于对该第一光学引擎和该第二光学引擎提供曝光光束；第一分束装置，设置在该第一侧，用于对经过该第一光学引擎的入射光束以及对经过该第二光学引擎的入射光束进行分光；第一视觉系统，设置在该第一侧，该第一视觉系统接收经过该第一光学引擎并由该第一分束装置反射的第一光束，以及接收经过该第二光学引擎并由该第一分束装置反射的第二光束，以用于校准该第一光学引擎和该第二光学引擎的光轴。本实用新型的曝光系统、校准系统和光学引擎，能够校准各光学引擎的光轴，从而能够提高曝光 质量 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双面无掩膜的曝光系统，其特征在于，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 曝光系统、校准系统和光学引擎技术领域[0001] 本实用新型涉及无掩膜直写数字光刻技术，尤其涉及双面无掩膜的曝光系统、用于双面无掩膜的曝光系统的校准系统、用于无掩膜曝光的光学引擎。 背景技术[0002] 目前印刷电路板PCB曝光行业主要使用胶片掩膜技术，但这种技术具有明显的缺点，例如胶片易变形、对准精度低，只能达到4密耳左右的线宽，并且胶片存储和管理困难等。随着PCB朝向高密度互连HDI和多层化等趋势发展，PCB电路板需要更小的线宽和更高的对准精度。而传统的胶片掩模（MASK）曝光光刻工艺已经没法满足需求不断提高而出现的生产技术瓶颈。为了解决产量和生产率的问题，新兴的无掩模光刻技术或直接成像设备（直写数字成像系统）受到PCB行业越来越多的关注，并且预计会成为未来光刻技术的主流或成为未来主要的光刻设备。虽然传统的用于PCB的光刻技术由于速度快且价格相对便宜，目前仍具有一定的优势，但该传统的光刻技术不能很好地解决PCB各层之间的变形以及缩放失真等问题。而HDI多层板和高密度电路板的发展，更好地突出了无掩模技术的优势。对于具有失真校正的传统光刻胶干膜，采用无掩膜技术的曝光设备仍具有较高的曝光速度。因此，直写数字光刻设备具有产量高（高通量）、成本低等特点，并且这样的PCB无掩模曝光设备将会逐步被推广使用。 [0003] 传统的双面曝光系统需要采用掩模板，以将图案成像到目标物的涂有光刻胶的侧面，如美国专利申请US5337151、US5627378、US5923403、US5929973、US5933216和US6211942中所述。该目标物例如可以包括：用于制造集成电路的半导体衬底、用于蚀刻的引线框制造的金属基板、用于印刷电路板制造的导电板等。图案化的掩模或光掩模板例如可以包括多种线条、结构或图像。在传统光刻中，用于高分辨率应用的具有复杂图案的掩模板通常都非常昂贵，而且寿命很短。此外，掩膜板需要较长的采购和交货时间。对需要较短开发周期的产品来说，较长的掩模板采购和交货时间是不能容忍的。此外，当发现特定的掩模设计需要修改图案时，无论多么小的变化都会由于掩模修改成本及其交货时间变化而导致严重的后果。 [0004] 目前市场上已经出现一些用于单面曝光的无掩模曝光系统。而大多数PCB曝光都需要双面曝光，因此单面无掩模曝光系统不仅需要对第一面和第二面采取至少两次曝光，还需要对准过程以对准两侧的图案。由于较差的对准条件，这个过程会大大降低系统的生产率和产量。而双面无掩模曝光系统不需要进行两侧图案对齐，并且能够与传统的双面曝光设备和其他工艺兼容。尤其是对于柔性的曝光物体，例如滚动状态下的引线框，由于需要在连续曝光下两侧对齐，因此对单面无掩模曝光设备来说设备数量和成本都会大大增加。 [0005] 尽管由单面无掩膜曝光系统容易想到双面无掩膜曝光系统，如美国专利申请US6396561、US2009/0279057中所述，但关键问题是在增加了另一侧的无掩膜曝光机制后，如何获得系统的稳定性和可靠性。由于在双面无掩膜曝光系统中，至少有两个无掩模光学引擎，以对基板的两侧曝光，而两个无掩膜光学引擎之间的距离相对系统的对准精度来说又太远。即使无掩膜光学系统在制造时已经对齐，但也很容易被振动、温度和其他环境条件变化而影响。 [0006] 因此，在实际的生产和应用中，无法对双面无掩膜曝光系统中的各无掩膜光学引擎的光轴进行对准或检验，导致无掩膜光学引擎之间的对准精度无法保证，从而严重影响曝光系统的曝光质量。实用新型内容 [0007] 为此，本实用新型提供了一种曝光系统、校准系统和光学引擎，能够校准双面无掩膜曝光系统中的各无掩膜光学引擎的光轴。 [0008] 一方面，本实用新型提供了一种双面无掩膜的曝光系统，该曝光系统包括：第一光学引擎，设置在基板的第一侧，用于生成第一曝光图案并将该第一曝光图案投影到该基板的第一面；第二光学引擎，设置在该基板的第二侧，用于生成第二曝光图案并将该第二曝光图案投影到该基板的第二面；光源系统，用于对该第一光学引擎和该第二光学引擎提供曝光光束；第一分束装置，设置在该第一侧，用于对经过该第一光学引擎的入射光束以及对经过该第二光学引擎的入射光束进行分光；第一视觉系统，设置在该第一侧，该第一视觉系统接收经过该第一光学引擎并由该第一分束装置反射的第一光束，以及接收经过该第二光学引擎并由该第一分束装置反射的第二光束，以用于校准该第一光学引擎和该第二光学引擎的光轴。 [0009] 另一方面，本实用新型提供了一种用于双面无掩膜的曝光系统的校准系统，该曝光系统包括：第一光学引擎，设置在基板的第一侧，用于生成第一曝光图案并将该第一曝光图案投影到该基板的第一面；第二光学引擎，设置在该基板的第二侧，用于生成第二曝光图案并将该第二曝光图案投影到该基板的第二面；该校准系统包括：第一分束装置，设置在该第一侧，用于对经过该第一光学引擎的入射光以及对经过该第二光学引擎的入射光束进行分光；第一校准光源，设置在该第一侧，为该校准系统提供第一校准光束，并且入射到该第一光学引擎的第一校准光束与该第一光学引擎的光轴平行或重合；第一视觉系统，设置在该第一侧，该第一视觉系统接收经过该第一光学引擎并由该第一分束装置反射的该第一校准光束，以及接收经过该第二光学引擎并由该第一分束装置反射的该第二校准光束。 [0010] 再一方面，本实用新型提供了一种用于无掩膜曝光的光学引擎，该光学引擎包括根据本实用新型的校准系统。 [0011] 再一方面，本实用新型提供了一种双面无掩膜的曝光系统，该曝光系统包括根据本实用新型的；或包括根据本实用新型的用于无掩膜曝光的光学引擎。 [0012] 基于上述技术方案，本实用新型的曝光系统、校准系统和光学引擎，通过采用视觉系统来检验各无掩膜光学引擎的光轴对准情况，从而能够校准各光学引擎的光轴，并保证校准精度，由此能够在提高生产率和产量的基础之上，显著地提高曝光系统的曝光质量。附图说明 [0013] 为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对本实用新型中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0014] 图1是根据本实用新型的双面无掩膜的曝光系统的示意性框图。 [0015] 图2是根据本实用新型的双面无掩膜的曝光系统的另一示意性框图。 [0016] 图3是根据本实用新型的具有校准光源的曝光系统的示意性框图。 [0017] 图4是根据本实用新型的具有校准光源的曝光系统的另一示意性框图。 [0018] 图5是根据本实用新型的具有两套视觉系统的曝光系统的示意性框图。 [0019] 图6A和6B是根据本实用新型的数字微镜器件DMD的镜面状态与光线方向的示意性框图。 [0020] 图7是根据本实用新型的基板两侧都具有校准光源的曝光系统的示意性框图。 [0021] 图8是根据本实用新型的采用轧辊固定基板的曝光系统的示意性框图。 [0023] 图10A和10B分别是图9所示的曝光系统的具体实施方案的示意性框图。 [0024] 图11A和11B分别是根据本实用新型的光源的具体实施方案的示意性框图。 [0025] 图12是包括根据本实用新型的曝光系统的生产设备的示意性透视图。 [0026] 图13是图12所示的生产设备的示意性前视图。 [0027] 图14是图13所示的生产设备的示意性部件分解图。 [0028] 图15是根据本实用新型的包括视觉系统的无掩膜光学引擎的示意性框图。 [0029] 图16是图15所示的无掩膜光学引擎的示意性部件分解图。 [0030] 图17是根据本实用新型的包括多个无掩膜光学引擎的曝光系统的示意性透视图。 具体实施方式[0031] 下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。 [0032] 应理解，本实用新型涉及无掩膜光刻或直写数字成像技术，特别涉及双面无掩模的曝光系统，该曝光系统能够同时对平板的两侧进行曝光，该平板例如为用于印刷电路板PCB的基板，或用于引线框的片板等。本实用新型期望的主要应用场景是用于印刷电路板、IC封装和液晶显示器制造中的双面曝光；然而，本实用新型还可以用于文件印刷、照相复制等。下文中将以PCB中的曝光应用为例进行说明，但本实用新型并不限于此，本实用新型还可以应用于其它领域。 [0033] 图1示出了根据本实用新型的双面无掩膜的曝光系统1100的示意性框图。如图1所示，该双面无掩膜的曝光系统1100，包括：第一光学引擎110、第二光学引擎120、第一分束装置210、光源系统310和第一视觉系统410。 [0034] 其中，第一光学引擎110设置在基板910的第一侧，例如，如图1所示的基板910的上面，用于生成第一曝光图案并将该第一曝光图案投影到该基板910的第一面911；第二光学引擎120设置在该基板911的第二侧，例如，如图1所示的基板910的下面，用于生成第二曝光图案并将该第二曝光图案投影到该基板910的第二面912；光源系统310和320用于对该第一光学引擎110和该第二光学引擎120提供曝光光束；第一分束装置210设置在该第一侧，用于对经过该第一光学引擎110的入射光束以及对经过该第二光学引擎120的入射光束进行分光；第一视觉系统410设置在该第一侧，该第一视觉系统410接收经过该第一光学引擎110并由该第一分束装置210反射的第一光束，以及接收经过该第二光学引擎120并由该第一分束装置210反射的第二光束，以用于校准该第一光学引擎110和该第二光学引擎120的光轴。 [0035] 由于第一视觉系统通过第一分束装置与第一光学引擎和第二光学引擎共轴，使得第一视觉系统既能够接收经过第一光学引擎的光束，又能够接收经过第二光学引擎的光束，从而通过该第一视觉系统能够检测第一光学引擎和第二光学引擎的光轴对准误差，由此能够校准第一光学引擎和该第二光学引擎的光轴。 [0036] 因此，本实用新型双面无掩膜的曝光系统，通过采用视觉系统来检验各无掩膜光学引擎的光轴对准情况，从而能够校准各光学引擎的光轴，并保证校准精度，由此能够在提高生产率和产量的基础之上，显著地提高曝光系统的曝光质量。 [0037] 具体而言，在本实用新型中如图1所示，例如，对第一光学引擎110提供曝光光束的光源系统310包括曝光光源311，例如该曝光光源311提供UV光，以对涂有诸如光刻胶的光敏材料的基板910进行曝光。该光源系统310例如还可以包括光纤312以及光准直匀化装置313，曝光光源311发射的曝光光束通过光纤312进入光准直匀化装置313，以对曝光光束进行准直和/或均匀化处理。应理解，光源系统可以仅包括曝光光源，也可以包括输出光束已经经过准直和/或均匀化处理的曝光光源，本实用新型并不限于此。类似地，对第二光学引擎120提供曝光光束的光源系统320可以包括：曝光光源321、光纤322以及光准直匀化装置323。 [0038] 例如，第一光学引擎110包括用于生成第一曝光图案的空间光调制器111，用于改变光束传输方向的反射镜112，以及用于将该第一曝光图案投影到该基板910的第一面911的无掩膜投影系统113。类似地，第二光学引擎120包括：空间光调制器121、反射镜122和无掩膜投影系统123。 [0039] 空间光调制器111、121可以产生需要的像素图形或像素掩膜图形，该像素掩膜图形可以在与平台运动同步的特定时间内持续存在。由空间光调制器111、121的像素掩膜图形产生的光输入到投影系统113、123。通过投影系统113的光会聚焦到基板910的第一面911上，同时通过投影系统123的光会穿过平台920并聚焦到基板910的第二面912上。由此，像素掩膜图形就被投影到基板910的两侧。 [0040] 例如，第一分束装置210可以为半透半反的分束镜，也可以为对曝光光束很少反射或几乎全透射的分束镜。该第一视觉系统410例如包括图像透镜411，以及诸如照相机、摄像机的成像装置412，该第一视觉系统410由此可以捕获经过第一光学引擎110和第二光学引擎120的光束，或捕获经过第一光学引擎110和第二光学引擎120所形成的图像。 [0041] 在本实用新型中，第一视觉系统根据接收的该第一光束和该第二光束的偏移量，或由该第一光束形成的图像与由该第二光束形成的图像的偏移量，确定该第一光学引擎与该第二光学引擎的光轴偏移量。即第一视觉系统可以根据接收的该第一光束和该第二光束重合，或接收的由该第一光束形成的图像与由该第二光束形成的图像重合，确定该第一光学引擎与该第二光学引擎的光轴对准。应理解，该对准既包括完全对准，又包括误差范围内的微小偏差或偏移，本实用新型并不限于此。 [0042] 在本实用新型中，可选地，该曝光系统还包括：移动平台系统，相对于该第一光学引擎和该第二光学引擎移动该基板。该移动平台系统可以包括XY移动平台以及Z轴控制台，该XY移动平台可以实现光学引擎在基板所在的平面，与基板产生相对移动，如图1中的平台920所示；该Z轴控制台（图1中未示出）可以控制光学引擎在与基板所在平面相垂直的方向移动，以改变与基板的相对距离或高度。该平台920的两侧面921和922在曝光区域可以是透明的，也可以是镂空的，以使得曝光光束能够到达基板910的第二面912。 [0044] 应理解，该基板910的两面911和912包括对曝光光束敏感的蚀刻层或涂敷层。还应理解，该基板可以是用于制造PCB的PCB板和晶片，也可以用于引线框的片板，还可以是用于液晶显示器制造、文件印刷、照相复制等的各种其它平板，本实用新型并不限于此。 [0045] 下面将结合图1所示的曝光系统1100，对曝光前即放置基板前的校准过程进行描述。 [0046] 在曝光前的校准过程中，基板910没有放置于平台920上，并且两个无掩膜光学引擎110和120的光轴在设计和制造中可以已经预先对齐。首先，给第一光学引擎110和第二光学引擎120发送对准图形，即给每一个空间光调制器111、121发送对准图形，并且打开曝光光源311、321，并使得曝光光源311、321产生适当的光强；然后，调整每一个光学引擎110、120的Z轴位置，使得对准图形聚焦到平台920的表面921。经过第一光学引擎110的部分光束将透过分束镜210，并在表面921处产生少许的反射；反射光（即第一光束）会由分束镜210反射到第一视觉系统410中，并由第一视觉系统410的相机412获取该对准图形，从而得到第一光学引擎110的光轴的位置。经过第二光学引擎120的光束（即第二光束）穿过平台920，并由该分束镜210反射回第一视觉系统410。因此，第一视觉系统410的相机 412中可以得到两个对准图形，由此可以确定第一光学引擎110与第二光学引擎120的光轴偏移量。这些位置数据将被存储在计算机控制系统中，用于曝光过程中的数据校正。 [0047] 在本实用新型中，第一视觉系统410还可以用于获取平台920上的参考标记（图1中未示出）的位置信息，从而能够根据该参考标记的位置信息，获取第一光学引擎110与第二光学引擎120的光轴的绝对位置信息或坐标信息，以用于后续的数据校正。应理解，该曝光系统1100也可以仅获取两光学引擎的光轴的相对偏移量，以对两光学引擎的光轴进行校准，本实用新型并不限于此。 [0048] 在本实用新型中，设置第一分束装置210的一个主要目的是，使得第一视觉系统410与第一光学引擎110的光轴共轴，从而在第一光学引擎120与第一光学引擎110的光轴共轴时，该第一视觉系统410与第二光学引擎120的光轴共轴。而第一视觉系统410主要是通过接收空间光调制器111、121形成的图形，确定第一光学引擎110和第二光学引擎 120的光轴对准情况，因此，该第一分束装置210只要设置在经过第一光学引擎110的空间光调制器111之后的光路中即可。 [0049] 因此，在本实用新型中，可选地，如图1所示，该第一分束装置210设置在该第一光学引擎110和该基板910之间。可选地，如图2所示，该第一分束装置210设置在该第一光学引擎110内。具体地，该第一分束装置210可以设置在第一光学引擎110的空间光调制器111和投影系统113之间。 [0050] 在图2所示的曝光系统1200中，第一视觉系统410近置于空间光调制器111。如果该第一视觉系统410的工作距离足够长，则该第一视觉系统410可以仅包括成像装置412，而不需要图像透镜411。在该曝光系统1200中，曝光前的校准过程与曝光系统1100相类似，区别仅在于第一光束和第二光束需要经过投影系统113后，由第一分束装置210反射回第一视觉系统410。并且，在根据本实用新型的各曝光系统中，相同的附图标记表示相同的器件，并具有相同的作用，为了简洁，在各附图中不再一一赘述。 [0051] 在图1和图2所示的双面无掩膜曝光系统中，第一视觉系统可以校准各光学引擎的光轴，并保证校准精度，由此能够在提高生产率和产量的基础之上，显著地提高曝光系统的曝光质量。 [0052] 在本实用新型中，如图3所示，可选地，该曝光系统1300还包括第一校准光源510，该第一校准光源510用于向该基板910的第一面911发射校准光束，该第一校准光源510发射的校准光束由该第一分束装置210反射回该第一视觉系统410，并且具有该基板910上的光敏材料不敏感的光波长。 [0053] 在图3所示的曝光系统1300中，该第一校准光源510例如包括：校准光源511、准直透镜512和半透半反分束镜513，该校准光源511发射的校准光束的光波长对基板910上的光敏材料不敏感，不会引起基板910的曝光，该校准光源511例如发射黄光或红光；该准直透镜512用于对校准光束进行准直；该半透半反分束镜513用于将校准光束耦合进入第一光学引擎110的光路中。 [0054] 应理解，第一校准光源也可以仅包括发射的光波长对基板上的光敏材料不敏感的光源；第一校准光源也可以采用其它方式将校准光束耦合进曝光系统的光路中，本实用新型并不限于此。 [0055] 在本实用新型中，可选地，该第一视觉系统410还用于根据接收的该第一校准光源510发射的、并经过该基板910和该第一分束装置210反射回的校准光束，确定该基板910上的图形位置，以校准该第一曝光图案与该基板910的相对位置。 [0056] 由于第一校准光源发射的校准光束对基板上的光敏材料不敏感，因此，在曝光过程中该第一校准光源可以用于对齐该第一曝光图案与基板上的图形。下面将结合图3所示的曝光系统1300具体说明。 [0057] 在曝光过程中，首先曝光光源311、321关闭，而第一校准光源510打开；然后将基板910置于平台920上。如果基板910的表面没有任何图形，那么曝光系统就以电脑中存储的正确数据进行曝光；如果基板910的表面有图形，那么第一校准光源510发射的校准光束被基板910反射后，入射到第一视觉系统410，从而第一视觉系统410能够获取基板910上的图形的位置，并校正曝光数据以对基板910进行曝光。 [0058] 在本实用新型中，该第一校准光源510可以设置在该第一分束装置210和该第一视觉系统410之间，如图3中的曝光系统1300所示。可选地，该第一校准光源510设置在该第一光学引擎110的曝光光源311与该第一光学引擎110之间，如图4中的曝光系统1400所示，由此该第一校准光源510还可以用于曝光前的光轴校准。即在曝光前的校准过程中，用该第一校准光源510代替曝光光源311，为了简洁，在此不再赘述。 [0059] 应理解，该第一分束装置210对第一校准光源510发射的校准光束能够部分透射并部分反射。还应理解，在实际应用中，如果从平台表面反射的校准光束或第一光束较少时，第一视觉系统在一些情况下较难读取这些反射光，为此，可以对平台的表面进行镀膜以增加反射率，也可以在平台表面放置透明的高反射率薄片等，但本实用新型并不限于此。 [0060] 在本实用新型中，可选地，如图5所示，该曝光系统1500还包括：第二校准光源520，用于向该基板910的第二面912发射校准光束，该第二校准光源520发射的校准光束由该第一分束装置210反射回该第一视觉系统410，并且具有该基板910上的光敏材料不敏感的光波长。可选地，该第二校准光源520设置在该第二光学引擎120的曝光光源321与该第二光学引擎120之间。 [0061] 由于曝光系统1500具有第一校准光源510和第二校准光源520，因此在曝光前的校准过程中，可以用该第一校准光源510和第二校准光源520分别代替曝光光源311和321。因而，在本实用新型中，第一分束装置210对光源系统提供的曝光光束可以全透射；或第一分束装置210对该曝光光束的透射率大于反射率。本实用新型并不限于此，例如，第一分束装置210对该曝光光束的透射率也可以小于反射率。 [0062] 在本实用新型中，可选地，如图5所示，该曝光系统1500还包括：第二分束装置220和第二视觉系统420，该第二分束装置220设置在该第二侧，用于对经过该第二光学引擎120的入射光束进行分光；该第二视觉系统420设置在该第二侧，该第二视觉系统420接收经过该第二光学引擎120并由该第二分束装置220反射的第三光束。可选地，该第二校准光源520设置在该第二分束装置220和该第二视觉系统120之间。 [0063] 应理解，在本实用新型中，曝光系统可以包括多个光学引擎、多个校准光源、多个视觉系统或多个分束装置。本实用新型仅以曝光系统包括两个光学引擎、两个校准光源、两个视觉系统或两个分束装置为例进行说明，但本实用新型并不限于此。 [0064] 还应理解，在本实用新型中，术语“第一”、“第二”仅为了区分不同的器件，而不应对器件的数量构成任何限定，例如，第一光学引擎可以包括一个或多个光学引擎；并且“第一”和“第二”可以互换，本实用新型并不限于此。 [0065] 在图5所示的曝光系统1500中，第一分束装置210和第二分束装置220可以对光源系统310、320提供的曝光光束几乎全部透射，以增大曝光光强，并且第一分束装置210和第二分束装置220可以对第一校准光源510和第二校准光源520提供的校准光束部分反射部分透射，例如对校准光束半透半反。在此情况下，曝光前的校准过程可以如下：在平台920上放置带有标记的透明玻璃作为基板910，该标记可以呈现在第一视觉系统410和第二视觉系统420的视野中，无掩膜的第一光学引擎110和第二光学引擎120在设计和制造已经预先对准。首先，向每一个空间光调制器111、121发送对准图形，并打开曝光光源311、 321，使得曝光光源311、321具有适当的光强。然后，调整每一个光学引擎的Z轴位置，使得对准图形聚焦在透明的基板910上。因此，经过第一光学引擎110的光将透过第一分束装置210，并由第二分束装置220反射回第二视觉系统420，该第二视觉系统420可以读取图形，并且基板910上的标记也可以由该第二视觉系统420读取；经过另一个无掩膜的第二光学引擎120的光透过第二分束装置220、平台920和基板910，并由第一分束装置210反射回第一视觉系统410，并由第一视觉系统410读取基板910上的标记。因而，第一视觉系统 410和第二视觉系统420可以分别获取第一光学引擎110的光轴和第二光学引擎120的光轴相对于同一标记的位置。这意味着计算机控制系统可以得到两光学引擎的光轴位置，这些位置数据将被保存在计算机控制系统中，并用于曝光过程中的数据校正。 [0066] 在本实用新型中，可选地，光源系统包括：第一曝光光源，对该第一光学引擎提供曝光光束；以及第二曝光光源，对该第二光学引擎提供曝光光束。例如，如图5所示，光源系统可以包括分别为第一光学引擎110和第二光学引擎120提供曝光光束的第一曝光光源310和第二曝光光源320。可选地，该光源系统也可以包括第三曝光光源，该第三曝光光源通过光纤或介质膜镜片，分别对该第一光学引擎和该第二光学引擎提供曝光光束。即各光学引擎可以分别具有独立的曝光光源，或各光学引擎也可以共用曝光光源。 [0067] 在本实用新型中，光源系统还可以为同时提供两类波长的光束的光源，一类波长的光束用于曝光，例如UV光束；另一类波长的光束用于校准，例如黄光或红光，该类光束的波长对基板上的光敏材料不敏感。本实用新型并不限于此。 [0068] 在本实用新型中，该第一光学引擎110或该第二光学引擎120包括用于生成曝光图案的空间光调制器111、121，以及用于将曝光图案投影到该基板的投影系统113、123。该空间光调制器SLM 111、121例如是数字微镜器件DMD、液晶显示器件LCD、硅基液晶器件LCOS等。 [0069] 可选地，该投影系统113、123包括将来自该空间光调制器111、121的曝光图案投影到基板910上的成像透镜；即投影系统113、123采用直接成像法。 [0070] 可选地，该投影系统113、123包括将来自该空间光调制器111、121的每个象素的光聚焦为点阵列并成像到该基板910上的点阵列成像系统；即投影系统113、123采用点阵列法。 [0071] 可选地，该投影系统113、123包括将来自该空间光调制器111、121的曝光图案划分成子图像阵列并成像到该基板910上的子图像阵列成像系统；即投影系统113、123采用子图像阵列法。 [0072] 在本实用新型中，该第一光学引擎110或该第二光学引擎120在该空间光调制器111、121关闭时，全反射来自该第二光学引擎120或该第一光学引擎110的光束。下面将结合图6A和6B进行详细说明。 [0073] 图6A和6B示出了根据本实用新型的数字微镜器件DMD的镜面状态与光线方向的示意性框图。在图6A中，601a、601b和601c是平行入射光束，镜面603a和镜面603c是DMD的电源开关关闭和打开时的状态。镜面603b是DMD断电时的状态。镜面603a为关闭状态是因为光束601a被镜面603a反射，同时镜面603c反射光束601a到DMD的法线方向602c。根据入射光束的方向，实际上各镜面的反射光束具有如图6B所示的不同方向。在图6B中，平行入射光束604a、604b、604c的方向为法线方向。镜面607a、607c偏离法线方向反射光束，如光束605a、605c所示。镜面607b将光束604b全反射回来。这意味着如果DMD断电的话，DMD镜片会将正入射的光反射回来。 [0074] 对于图3所示的曝光系统1300，如果空间滤波器111、121为DMD，那么曝光前的校准过程可以为：首先基板910不放置于平台920上，两个无掩膜光学引擎的光轴在设计和制造时已经预先对准。给空间光调制器121发送对准图形，并且打开曝光光源321，并使得曝光光源321产生适当的光强；调整第二光学引擎120的Z轴位置，使来自空间光调制器121的对准图形聚焦在第一视觉系统410的相机412上，因此相机412可以读取空间光调制器121的位置。然后关闭空间调制器121和曝光光源321，并打开曝光光源311和具有对准图形的空间光调制器111。经过第一光学引擎110的光束将透过第一分束装置210、投影系统 123，并将对准图形成像在空间光调制器121上。因为空间光调制器121处于关闭状态，光束会从空间光调制器121反射回并进入投影系统123，并由第一分束装置210反射回相机 412，因此相机412可以读取对准图形，并获得光轴的位置。因此，第一视觉系统410可以获取两光学引擎的光轴位置。相似的过程可以被应用于其它附图所示的曝光系统中，为了简洁，在此不再赘述。如果空间光调制器111、121不是DMD、LCOS，那么空间光调制器不需要关闭电源来反射回光。在空间光调制器111、121为LCOS的情况下，如果像素是关闭状态，同时空间调制器是上电的，来自投影系统的光会被反射回投影系统。因此，这种无掩膜光学引擎在关闭时等价于平台上的反射镜。即第一光学引擎110或第二光学引擎120在空间光调制器111、121关闭时，全反射来自第二光学引擎120或第一光学引擎110的光束。 [0075] 图7示出了根据本实用新型的基板两侧都具有校准光源的曝光系统的示意性框图。如图7所示，该曝光系统1700包括：第一光学引擎110、第二光学引擎120、光源系统310、320、第一校准光源510、第二校准光源520、第一分束装置210和第一视觉系统410。 [0076] 其中，每个光学引擎110、120包括具有光纤312、322的曝光光源311、321，以及给空间光调制器111、121提供均匀光束的光准直匀化装置313、323；第一校准光源510、第二校准光源520发射的校准光束所具有的波长与曝光光束具有的波长不同，并且校准光束具有的波长对基板910上的光敏物质不敏感；第一校准光源510、第二校准光源520发射的校准光束分别通过具有特殊镀膜的分束镜或合成器513、523，耦合进第一光学引擎110和第二光学引擎120。从313、323输出的光束分别被反射镜112、122反射进入类似DMD的空间光调制器111、121，投影系统113、123分别把空间光调制器111、121生成的曝光图案成像在基板910上。基板910的两面可能设置有光刻胶层或涂层。用于固定基板910的平台920位于基板910下方的区域是透明的，并且平台920可以通过计算机控制系统在XY方向移动。空间光调制器111、121产生需要的像素图形（像素掩膜图形），像素掩膜图形在空间光调制器111、121上可以在与平台同步的特定时间内持续存在。由空间光调制器111、121的像素掩膜图形产生的光随之入射到投影系统113、123。来自投影系统113的光束把空间光调制器111的像聚焦到基板910的第一面911，来自投影系统123的光束透过平台920，并将空间光调制器123的像聚集到基板910的另一面912。以这种方式，像素掩模图形投影到基板910的两侧。空间光调制器111、121和投影系统113、123的光轴可以互相对准。在基板910的第一侧设置有第一分束装置210和第一视觉系统410。第一分束装置210对于曝光光束可以几乎完全透明，并对校准光束半透半反。基板910可以是传统印刷电路板制造中的PCB板、晶片，但是应理解，很多不同的基板都能从这一实用新型中受益，包括非平面基板。 [0077] 在曝光前的校准过程中，首先基板910没有置于平台920上，曝光光源311、321关闭。两个无掩膜光学引擎110、120的光轴在设计和制造时已经预先对准。对准图形在空间光调制器121上，打开第二校准光源520并选择适当的光强。调整第二光学引擎120的Z轴位置，使得空间光调制器121上的对齐图形由第一分束装置210反射，进入相机镜头411并聚焦到相机412上。然后，关闭空间调制器121和第二校准光源520，打开第一校准光源510和具有对准图形的空间光调制器111。经过空间光调制器111的光将透过投影系统113、第一分束装置210、平台920、投影系统123，并将对准图形成像在空间光调制器121上。因为空间光调制器121处于断电状态，光束会从空间光调制器121返回，经过投影系统123、平台920，并被第一分束装置210反射回相机412。由于空间光调制器111、121，投影系统113、 123以及第一视觉系统410为共轭光学系统，空间光调制器111的图像位置对系统光轴和相机412的偏差不敏感，因而第二光学引擎120在处于关闭状态时可以等效于平台910上的反射镜。由此第一视觉系统410内可以获取两个对准图形，从而可以确定光轴的偏差或确定光轴的位置。 [0078] 在曝光过程中，首先曝光光源311、321处于关闭状态，第一校准光源511打开；然后把基板910置于平台上。如果基板910的表面上没有图形，则曝光系统依据存储在计算机控制系统中的校准数据，直接进行曝光处理；如果基板910的表面上有图形和对准标记，则第一视觉系统410获取相应的位置信息，并保存在计算机控制系统中，从而调整曝光参数并进行曝光处理。如果空间光调制器111上有图形，相机412可以同时读取这个图形和对准标记，以获得空间光调制器103和对准标记之间更精确的距离。在此实施例中，由于从空间光调制器121反射的光束非常强，第一视觉系统410易于读取该光束。如果无掩膜光学引擎没有安装在分开的Y轴引动平台，那么可以对每个扫描起点或步进位置进行校准过程，然后校正曝光数据以获得良好的对齐曝光。 [0079] 图8示出了根据本实用新型的采用轧辊固定基板的曝光系统1800的示意性框图。图8中所示的曝光系统1800与图7中的曝光系统1700类似，区别仅在于曝光系统1800中采用的基板801为柔性滚压类型。成对的轧辊803控制基板801的速度和力量；轧辊802则用于不断地接收和提供基板801。基板801可以不断地沿X方向移动。该曝光系统的无掩膜光学引擎可能具有用于调整聚焦的Z平台和更大基板的Y平台。 [0080] 图9示出了根据本实用新型的采用真空吸盘固定基板的曝光系统1900的示意性框图。该曝光系统1900与图7中的曝光系统1700类似，区别在于曝光系统1900中采用了真空吸盘来固定基板910，因为对于投影系统113、123的聚集深度而言，基板910未必足够平。该真空吸盘包括顶板901、底板903、真空软管904和软密封材料902，其中顶板901和底板903在基板的曝光区域是透明的，并且表面可涂上增透层。 [0081] 图10A和10B分别是图9所示的曝光系统的具体实施方案的示意性框图。如图10A所示，根据本实用新型的双面无掩模的曝光系统1900a可以垂直设置；如图10B所示，曝光系统1900b还可以倾斜设置，本实用新型并不以此为限。 [0082] 图11A和11B示出了两种类型的光源合成器，其中一种是介质膜类型的，另一种是光电耦合类型的。在图11A中，校准光源511通过准直透镜512准直后，由分束镜或光束合成器513反射，从而与曝光光源311发射的曝光光束耦合。在图11B中，曝光光源311和校准光源511分别耦合到光纤311、514，然后将光纤311、514捆绑到光准直均匀装置前的光纤中。图11A所示的光源合成器适可能适合于LED光源；而图11B所示的光源合成器可能适用于激光光源。 [0083] 图12示出了包括根据本实用新型的曝光系统的生产设备的示意性透视图。如图12所示，该曝光系统包括两组无掩膜光学引擎1205、1207，光学引擎的移动平台1206、1204、1202，扫描平台1203和基座1201。 [0084] 图13示出了图12所示的生产设备的示意性前视图。无掩膜光学引擎1205、1207具有各自的XZ平台1204、1206、1302、1202。Y平台1304支撑基板，并与无掩膜光学引擎的移动平台1206、1202同步扫描曝光。扫描平台1203安装在非常沉重的石头基座1304上。该石头基座1304在平台1203的表面板下面有一个孔。平台1303同样在平台1203的表面板下面具有空区。平台1203的表面板对曝光光束是透明的。 [0085] 图14示出了图13所示的生产设备的示意性部件分解图。无掩膜光学引擎1205安装在Y平台1203的表面板上方的X1平台1204和Z1平台1206上。无掩膜光学引擎1207安装在X2平台1302和Z2平台1202上。 [0086] 图15和图16示出了图13所示的无掩模光学引擎1205。该无掩模光学引擎1205包括光纤输入端口1603、空间光调制器（DMD）1601、安装DMD1601的基底1505、镜片1503、热沉1504、1602、投影系统1506、调节机构1604、分束镜1501、视觉系统1502和基板1507，镜片1503将来自光纤输入端口1603的光束反射到空间光调制器1601。投影系统1506可以是整体的成像透镜，用于将空间光调制器的图像缩放在基板上，该投影系统1506也可以是点阵列光学系统或子图像阵列光学系统。 [0087] 图17示出了根据本实用新型的包括多个无掩膜光学引擎的曝光系统的示意性透视图。在图17所示的曝光系统中，基板1703的每一侧都设置有两个光学引擎1701、1702；1704、1705。 [0088] 因此，本实用新型的双面无掩膜的曝光系统，通过采用视觉系统来检验各无掩膜光学引擎的光轴对准情况，从而能够校准各光学引擎的光轴，并保证校准精度，由此能够在提高生产率和产量的基础之上，显著地提高曝光系统的曝光质量。 [0089] 本实用新型还提供了一种用于双面无掩膜的曝光系统的校准系统，该曝光系统包括：第一光学引擎，设置在基板的第一侧，用于生成第一曝光图案并将该第一曝光图案投影到该基板的第一面；第二光学引擎，设置在该基板的第二侧，用于生成第二曝光图案并将该第二曝光图案投影到该基板的第二面；该校准系统包括：第一分束装置、第一校准光源和第一视觉系统。 [0090] 其中，该第一分束装置设置在该第一侧，用于对经过该第一光学引擎的入射光以及对经过该第二光学引擎的入射光束进行分光；该第一校准光源设置在该第一侧，为该校准系统提供第一校准光束，并且入射到该第一光学引擎的第一校准光束与该第一光学引擎的光轴平行或重合；该第一视觉系统设置在该第一侧，该第一视觉系统接收经过该第一光学引擎并由该第一分束装置反射的该第一校准光束，以及接收经过该第二光学引擎并由该第一分束装置反射的该第二校准光束。 [0091] 例如，如图3或图7所示，该曝光系统包括第一光学引擎110和第二光学引擎120；用于该曝光系统的校准系统包括：第一分束装置210、第一校准光源510和第一视觉系统 410。 [0092] 因此，本实用新型用于双面无掩膜的曝光系统的校准系统，通过采用视觉系统来检验各无掩膜光学引擎的光轴对准情况，从而能够校准各光学引擎的光轴，并保证校准精度，由此能够在提高生产率和产量的基础之上，显著地提高曝光系统的曝光质量。 [0093] 在本实用新型中，该第一视觉系统根据接收的第一光轴校准光束和第二光轴校准光束的偏移量，确定该第一光学引擎与该第二光学引擎的光轴偏移量，其中，该第一光轴校准光束为经过该第一光学引擎，并分别由该曝光系统的承载基板的移动平台系统以及该第一分束装置反射回该第一视觉系统的该第一校准光束；该第二光轴校准光束为经过该第二光学引擎，并由该移动平台系统透射，再由该第一分束装置反射回该第一视觉系统的该第二校准光束。 [0094] 在本实用新型中，该第一视觉系统根据接收的第一基板校准光束，确定该基板上的图形位置，以用于校准该第一曝光图案与该基板的相对位置，其中，该第一基板校准光束为经过该第一光学引擎，并分别由该基板和该第一分束装置反射回该第一视觉系统的该第一校准光束。 [0095] 在本实用新型中，可选地，该校准系统还包括：第二校准光源，设置在该第二侧，为该校准系统提供第二校准光束，并且入射到该第二光学引擎的第二校准光束与该第二光学引擎的光轴平行或重合。例如，如图7所示，用于该曝光系统的校准系统可以包括：第一分束装置210、第一校准光源510、第二校准光源520和第一视觉系统410。 [0096] 在本实用新型中，可选地，该第一校准光源发射的该第一校准光束以及该第二校准光源发射的该第二校准光束，具有该基板上的光敏材料不敏感的光波长；或该第一校准光源和该第二校准光源包括该曝光系统的曝光光源，其中，该第一分束装置对该曝光光源发射的曝光光束的透射率大于反射率。即该校准光源可以仅提供例如黄光或红光的光束，该类光束的波长对基板上的光敏材料不敏感；或该校准光源可以为同时提供两类波长的光束的光源，一类波长的光束用于曝光，例如UV光束；另一类波长的光束用于校准，例如黄光或红光，该类光束的波长对基板上的光敏材料不敏感。本实用新型并不限于此。 [0097] 在本实用新型中，该第一分束装置可以设置在该第一光学引擎和该基板之间，例如，如图1、3、4、5、7所示；或该第一分束装置设置在该第一光学引擎内，例如，如图2所示，该第一分束装置210可以设置在第一光学引擎110的空间光调制器111和投影系统113之间。 [0098] 在本实用新型中，可选地，该校准系统还包括：第二分束装置，设置在该第二侧，用于对经过该第二光学引擎的入射光束进行分光；第二视觉系统，设置在该第二侧，该第二视觉系统接收经过该第二光学引擎并由该第二分束装置反射的该第二校准光束。可选地，该第二分束装置设置在该第二光学引擎和该基板之间；或该第二分束装置设置在该第二光学引擎内，即设置在第二光学引擎的空间光调制器和投影系统之间。 [0099] 应理解，根据本实用新型的校准系统所包括的各种模块或器件，与根据本实用新型的曝光系统中的相应模块或器件相同，并具有相同的功能与作用，为了简洁，在此不再赘述。 [0100] 因此，本实用新型用于双面无掩膜的曝光系统的校准系统，通过采用视觉系统来检验各无掩膜光学引擎的光轴对准情况，从而能够校准各光学引擎的光轴，并保证校准精度，由此能够在提高生产率和产量的基础之上，显著地提高曝光系统的曝光质量。 [0101] 本实用新型还提供了一种用于无掩膜曝光的光学引擎，该光学要求包括根据本实用新型的校准系统。具体而言，该光学引擎具有的校准系统包括： [0102] 第一分束装置，设置在该第一侧，用于对经过该第一光学引擎的入射光以及对经过该第二光学引擎的入射光束进行分光； [0103] 第一校准光源，设置在该第一侧，为该校准系统提供第一校准光束，并且入射到该第一光学引擎的第一校准光束与该第一光学引擎的光轴平行或重合； [0104] 第一视觉系统，设置在该第一侧，该第一视觉系统接收经过该第一光学引擎并由该第一分束装置反射的该第一校准光束，以及接收经过该第二光学引擎并由该第一分束装置反射的该第二校准光束。 [0105] 根据本实用新型的用于无掩膜曝光的光学引擎所包括的校准系统可对应于本实用新型中的用于双面无掩膜的曝光系统的校准系统，为了简洁，在此不再赘述。 [0106] 因此，本实用新型用于无掩膜曝光的光学引擎，通过采用视觉系统来检验各无掩膜光学引擎的光轴对准情况，从而能够校准各光学引擎的光轴，并保证校准精度，由此能够在提高生产率和产量的基础之上，显著地提高曝光系统的曝光质量。 [0107] 再一方面，本实用新型还提供了一种包括根据本实用新型的校准系统的双面无掩膜曝光系统；再一方面，本实用新型还提供了一种包括根据本实用新型的光学引擎的双面无掩膜曝光系统。为了简洁，在此不再赘述。 [0108] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。 [0109] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。 [0110] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实用新型实施例方案的目的。 [0111] 另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。 [0112] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行实现该功能的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 [0113] 以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈