曝光系统、校准系统和光学引擎技术方案

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术的曝光系统、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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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。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。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。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。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。
技术实现思路
为此，本技术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。一方面，本技术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。另一方面，本技术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。再一方面，本技术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技术的校准系统。再一方面，本技术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技术的；或包括根据本技术的用于无掩膜曝光的光学引擎。基于上述技术方案，本技术的曝光系统、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。附图说明为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对本技术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技术的一些实施例，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。图I是根据本技术的双面无掩膜的曝光系统的示意性框图。图2是根据本技术的双面无掩膜的曝光系统的另一示意性框图。图3是根据本技术的具有校准光源的曝光系统的示意性框图。图4是根据本技术的具有校准光源的曝光系统的另一示意性框图。图5是根据本技术的具有两套视觉系统的曝光系统的示意性框图。图6A和6B是根据本技术的数字微镜器件DMD的镜面状态与光线方向的示意 性框图。图7是根据本技术的基板两侧都具有校准光源的曝光系统的示意性框图。图8是根据本技术的采用轧辊固定基板的曝光系统的示意性框图。图9是根据本技术的采用真空吸盘固定基板的曝光系统的示意性框图。图IOA和IOB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。图IlA和IlB分别是根据本技术的光源的具体实施方案的示意性框图。图12是包括根据本技术的曝光系统的生产设备的示意性透视图。图13是图12所示的生产设备的示意性前视图。图14是图13所示的生产设备的示意性部件分解图。图15是根据本技术的包括视觉系统的无掩膜光学引擎的示意性框图。图16是图15所示的无掩膜光学引擎的示意性部件分解图。图17是根据本技术的包括多个无掩膜光学引擎的曝光系统的示意性透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双面无掩膜的曝光系统，其特征在于，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所述第一曝光图案投影到所述基板的第一面；第二光学引擎，设置在所述基板的第二侧，用于生成第二曝光图案并将所述第二曝光图案投影到所述基板的第二面；光源系统，用于对所述第一光学引擎和所述第二光学引擎提供曝光光束；第一分束装置，设置在所述第一侧，用于对经过所述第一光学引擎的入射光束以及对经过所述第二光学引擎的入射光束进行分光；第一视觉系统，设置在所述第一侧，所述第一视觉系统接收经过所述第一光学引擎并由所述第一分束装置反射的第一光束，以及接收经过所述第二光学引擎并由所述第一分束装置反射的第二光束，以用于校准所述第一光学引擎和所述第二光学引擎的光轴。

【技术特征摘要】
2011.08.15 US 61/523,7421.一种双面无掩膜的曝光系统，其特征在于，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所述第一曝光图案投影到所述基板的第一面； 第二光学引擎，设置在所述基板的第二侧，用于生成第二曝光图案并将所述第二曝光图案投影到所述基板的第二面； 光源系统，用于对所述第一光学引擎和所述第二光学引擎提供曝光光束； 第一分束装置，设置在所述第一侧，用于对经过所述第一光学引擎的入射光束以及对经过所述第二光学引擎的入射光束进行分光； 第一视觉系统，设置在所述第一侧，所述第一视觉系统接收经过所述第一光学引擎并由所述第一分束装置反射的第一光束，以及接收经过所述第二光学引擎并由所述第一分束装置反射的第二光束，以用于校准所述第一光学引擎和所述第二光学引擎的光轴。2.根据权利要求I所述的曝光系统，其特征在于，所述第一视觉系统根据接收的所述第一光束和所述第二光束的偏移量，或由所述第一光束形成的图像与由所述第二光束形成的图像的偏移量，确定所述第一光学引擎与所述第二光学引擎的光轴偏移量。3.根据权利要求I所述的曝光系统，其特征在于，所述曝光系统还包括 第一校准光源，用于向所述基板的第一面发射校准光束，所述第一校准光源发射的校准光束由所述第一分束装置反射回所述第一视觉系统，并且具有所述基板上的光敏材料不敏感的光波长。4.根据权利要求3所述的曝光系统，其特征在干，所述第一校准光源设置在所述第一分束装置和所述第一视觉系统之间；或 所述第一校准光源设置在所述第一光学引擎的曝光光源与所述第一光学引擎之间。5.根据权利要求3所述的曝光系统，其特征在于，所述第一视觉系统还用于根据接收的所述第一校准光源发射的、并经过所述基板和所述第一分束装置反射回的校准光束，确定所述基板上的图形位置，以校准所述第一曝光图案与所述基板的相对位置。6.根据权利要求I所述的曝光系统，其特征在于，所述光源系统包括 第一曝光光源，对所述第一光学引擎提供曝光光束； 第二曝光光源，对所述第二光学引擎提供曝光光束。7.根据权利要求I所述的曝光系统，其特征在于，所述光源系统包括 第三曝光光源，所述第三曝光光源通过光纤或介质膜镜片，分别对所述第一光学引擎和所述第二光学引擎提供曝光光束。8.根据权利要求I所述的曝光系统，其特征在于，所述第一光学引擎或所述第二光学引擎包括用于生成曝光图案的空间光调制器，以及用于将曝光图案投影到所述基板的投影系统。9.根据权利要求8所述的曝光系统，其特征在干，所述第一分束装置设置在所述第一光学引擎和所述基板之间；或 所述第一分束装置设置在所述第一光学引擎的所述空间光调制器和所述投影系统之间。10.根据权利要求8所述的曝光系统，其特征在于，所述投影系统包括将来自所述空间光调制器的曝光图案投影到所述基板上的成像透镜。11.根据权利要求8所述的曝光系统，其特征在于，所述投影系统包括将来自所述空间光调制器的每个象素的光聚焦为点阵列并成像到所述基板上的点阵列成像系统。12.根据权利要求8所述的曝光系统，其特征在于，所述投影系统包括将来自所述空间光调制器的曝光图案划分成子图像阵列并成像到所述基板上的子图像阵列成像系统。13.根据权利要求8所述的曝光系统，其特征在于，所述第一光学引擎或所述第二光学引擎在所述空间光调制器关闭时，全反射来自所述第二光学引擎或所述第一光学引擎的光束。14.根据权利要求I所述的曝光系统，其特征在于，所述第一分束装置对所述曝光光束全透射；或 所述第一分束装置对所述曝光光束的透射率大于反射率。15.根据权利要求I至14中任一项所述的曝光系统，其特征在于，所述曝光系统还包括 第二校准光源，用于向所述基板的第二面发射校准光束，所述第二校准光源发射的校准光束由所述第一分束装置反射回所述第一视觉系统，并且具有所述基板上的光敏材料不敏感的光波长。16.根据权利要求15所述的曝光系统，其特征在于，所述曝光系统还包括 第二分束装置，设置在所述第二侧，用于对经过所述第二光学引擎的入射光束进行分光; 第二视觉系统，设置在所述第二侧，所述第二视觉系统接收经过所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅文辉，杜卫冲，曲鲁杰，
申请(专利权)人：中山新诺科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：