光直寫成像設備以及系統的製作方法
2024-01-22 03:28:15
本發明涉及光刻技術領域，尤其是涉及一種光直寫成像設備以及系統。
背景技術：
光刻技術是用於在襯底表面上印刷具有特徵的構圖，這樣的襯底可包括用於製造半導體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物晶片、微機械電子晶片、光電子線路晶片等的晶片。
目前，多數印製電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB板)光直接成像系統都是採用連續型光源，使用脈衝光源必須與空間光調製器的頻率匹配。目前在印刷電路板無掩膜連續光直接成像系統中，空間光調製器多基於數字微鏡器件(Digital Micro mirror Device，簡稱DMD)，待曝光基板在精密位移平臺上，精密位移平臺每移動一段固定的距離，通過同步脈衝信號觸發空間光調製器的控制器，控制空間光調製器內部的DMD鏡片復位並翻轉一次，DMD在這一個周期的復位及翻轉的過渡過程並不是我們需要的有效工作狀態。
但是，在這期間連續光的光源一直照射在DMD的微鏡上，帶來了其技術問題：在過渡過程光源一直在打開狀態，被微鏡反射的光會投射到成像鏡筒中成為雜散光，雜散光投射到基板上的部分會影響曝光效果。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種光直寫成像設備以及系統，實現了在DMD微鏡翻轉的過渡過程中，關閉光源輸出，減少了成像系統雜散光，提高了印製電路板的曝光效果。
第一方面，本發明實施例提供了一種光直寫成像設備，包括：精密位移平臺、精密位移平臺控制器、空間光調製器、空間光調製器控制模塊、光源、光源控制器；
精密位移平臺每移動一個設定的觸發距離，精密位移平臺控制器分別向空間光調製器控制模塊與光源控制器輸出一個脈衝信號；
空間光調製器控制模塊根據每次接收到的脈衝信號的觸發沿，控制空間光調製器的內部鏡片裝置運行一個固定時間的過渡過程；
光源控制器根據每次接收到的脈衝信號的觸發沿，控制光源發出脈衝光的佔空比。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，光源控制器在接收到脈衝信號的觸發沿時，控制光源延遲固定時間後發出脈衝光，並在接收到下一個脈衝信號的觸發沿時關閉光源。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，過渡過程包括鏡片裝置復位與加載曝光數據。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，光源為脈衝雷射光源或脈衝LED光源。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，鏡片裝置為數字微鏡器件或液晶裝置。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，觸發沿為上升沿或下降沿。
結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，精密位移平臺控制器用於控制精密位移平臺的移動，移動方式為在橫向做步進運動，以及在縱向做勻速直線運動。
第二方面，本發明實施例還提供一種光直寫成像系統，包括：主控計算機、收光模塊、成像鏡頭，以及如第一方面的光直寫成像設備；
主控計算機用於將曝光數據發送到空間光調製器控制模塊；
脈衝光源控制器用於控制光源經過收光模塊投射到空間光調製器的鏡片裝置上；
精密位移平臺用於承載曝光基板；
空間光調製器用於將鏡片裝置上顯示的圖形經過成像鏡頭顯示在精密位移平臺上的曝光基板上。
結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，主控計算機還用於將精密位移平臺的運動指令發送到精密位移平臺控制器。
結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，其中，由光源、收光模塊、空間光調製器、空間光調製器控制模塊、成像鏡頭以及光源控制器組成的結構為至少一組。
本發明實施例帶來了以下有益效果：本發明實施例提供的光直寫成像設備，包括光源、光源控制器、精密位移平臺、精密位移平臺控制器、空間光調製器以及空間光調製器控制模塊；精密位移平臺控制器在精密位移平臺每移動一個設定的觸發距離時，分別向光源控制器以及空間光調製器控制模塊發送一個脈衝信號；空間光調製器控制模塊在每次接收到脈衝信號的觸發沿時，控制空間光調製器內部的鏡片裝置運行一個固定時間的過渡過程；光源控制器在每次接收到脈衝信號的觸發沿時，控制光源發出脈衝光的佔空比。通過光源控制器控制光源發出脈衝光的佔空比，以此來實現在空間光調製器內部的鏡片裝置運行微鏡翻轉的過渡過程中，關閉光源輸出，在空間光調製器運行圖形加載的過渡過程完成後再打開光源，減少了成像系統雜散光，提升了印製電路板的曝光效果，提高了曝光的可靠性。
本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的光直寫成像設備的結構示意圖；
圖2為本發明實施例中脈衝信號的時間順序圖；
圖3為本發明實施例提供的光直寫成像系統的結構示意圖；
圖4為本發明實施例提供的光直寫成像系統的具體實施過程流程圖。
圖標：1-光直寫成像設備；2-精密位移平臺；3-精密位移平臺控制器；4-空間光調製器；5-空間光調製器控制模塊；6-光源；7-光源控制器；10-光直寫成像系統；11-主控計算機；12-收光模塊；13-成像鏡頭；14-曝光基板。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
目前，空間光調製器內部的鏡片裝置在運行過渡過程時，連續光的光源一直照射在鏡片裝置上，被鏡片裝置反射的光會投射到成像鏡筒中成為雜散光，雜散光投射到基板上的部分會影響曝光效果，基於此，本發明實施例提供的一種光直寫成像設備以及系統，可以實現在鏡片裝置翻轉的過渡過程中，關閉光源輸出，減少了成像系統雜散光，提高了印製電路板的曝光效果。
為便於對本實施例進行理解，首先對本發明實施例所公開的一種光直寫成像設備以及系統進行詳細介紹。
實施例一：
如圖1所示，本發明實施例提供的光直寫成像設備1，包括精密位移平臺2、精密位移平臺控制器3、空間光調製器4、空間光調製器控制模塊5、光源6與光源控制器7。
本實施例中，精密位移平臺控制器3用於控制精密位移平臺2的移動，移動方式為在橫向X軸方向做步進運動，以及在縱向Y軸方向做勻速直線運動。精密位移平臺2上承載待曝光基板，基板位於光直寫成像設備1的最佳焦面上，精密位移平臺2勻速運動進入設定觸發信號窗口後，沿著Y軸方向每移動間隔一個設定的觸發距離，精密位移平臺控制器3同步輸出一個脈衝信號，每一個脈衝信號分別被發送到空間光調製器控制模塊5和光源控制器7。
進一步的是，每一個脈衝信號觸發空間光調製器控制模塊5根據每次接收到的脈衝信號的觸發沿做出響應，控制空間光調製器4內部的鏡片裝置運行一個固定時間的過渡過程，該過渡過程包括鏡片裝置復位與翻轉一次加載曝光數據，來控制空間光調製器4中圖形平移一個像素。
其中，鏡片裝置為DMD或液晶裝置，作為一個優選方案，本實施例採用DMD，DMD在工作時有兩種狀態，+12°和-12°，復位時會將DMD所有的微鏡切換到-12°狀態，主控計算機將曝光數據發送到空間光調製器控制模塊5，然後加載下一幀數據，此時相關微鏡再翻轉到+12°狀態。
對於空間光調製器控制模塊5，控制DMD完成復位和加載顯示下一幀數據兩個過程，在這個過程中，復位時+12°狀態的鏡片會先恢復到-12°的狀態，加載顯示數據時需要的鏡片會從-12°翻轉到+12°的狀態，這兩次翻轉過程我們定義為過渡過程，所用時間與硬體相關，每次為固定的時間t。
如圖2所示，在這一個周期T的DMD復位及翻轉加載顯示新數據的過渡過程並不是我們需要的有效工作狀態，因此光源控制器7根據每次接收到的脈衝信號的觸發沿也做出響應，控制光源6發出脈衝光的佔空比：光源控制器7在接收到脈衝信號的觸發沿時，控制光源6延遲固定時間t後打開光源6發出脈衝光，使光源6經過收光系統投射到空間光調製器4的鏡片裝置上，並在接收到下一個脈衝信號的觸發沿時關閉光源6。其中，觸發沿為脈衝信號的上升沿或下降沿，本實施例採用的是上升沿。
作為一個優選方案，光源6為脈衝雷射光源或脈衝LED光源，實現對曝光系統提供能量供給。
本發明實施例提供的DMD根據加載顯示的圖形將光投射鏡成像系統，經過成像系統將DMD顯示的圖形顯示在置於位移平臺的基板上，對基板上的感光材料進行曝光，到下一個脈衝信號的觸發沿到來時，光源控制器7做出響應，關閉光源6完成一個同步周期T。
現有的空間光調製器4的過渡過程中，被微鏡反射的光會投射到成像鏡筒中成為雜散光，雜散光投射到基板上的部分會造成其它圖像影響曝光效果，本實施例提供的光直寫成像設備1避免了這個問題，本實施例中，精密位移平臺控制器3同時輸出兩路脈衝信號，輸入空間光調製器控制模塊5的信號沒有延遲直接應用，輸入光源控制器7的信號有一個時間t的延遲，這個過程實現了精密位移平臺2運動與空間光調製器4、光源6的同步控制，並且在DMD微鏡翻轉的過渡過程時，實現了關閉光源6輸出。
實施例二：
如圖3所示，本發明實施例提供的光直寫成像系統10，包括主控計算機11、收光模塊12、成像鏡頭13，以及上述實施例一提供的光直寫成像設備，當光直寫成像系統10要曝光時，主控計算機11內置的控制系統將要曝光的柵格化數據發送給空間光調製器控制模塊5，空間光調製器控制模塊5將要曝光的數據存儲在自己的存儲器裡，該曝光數據已經按照要曝光順序按幀存儲。曝光數據存儲完畢後，主控計算機11將精密位移平臺2的運動指令發送到精密位移平臺控制器3，控制精密位移平臺2帶動基板運動，運動方式為在橫軸X方向做步進運動，在縱軸Y方向做勻速直線運動。
如圖2所示，精密位移平臺2沿Y方向的掃描運動過程中，每移動一個設定的觸發距離，精密位移平臺控制器3會發出一個脈衝信號，該脈衝信號每移動一個觸發距離完成一個周期T。
本發明實施例提供的精密位移平臺控制器3將脈衝信號分兩路傳出，一路輸送到空間光調製器控制模塊5，空間光調製器控制模塊5接收到信號後按照收到的脈衝信號上升沿觸發響應，空間光調製器控制模塊5控制空間光調製器4中的DMD完成復位並加載下一幀需要曝光的數據。
進一步的是，復位和加載顯示下一幀數據是兩個動作，在這個過程中復位時，+12°狀態的鏡片會先恢復到-12°的狀態，加載顯示時需要的鏡片會從-12°翻轉到+12°的狀態，這兩次翻轉過程我們定義為過渡過程，所用時間與硬體相關，每次為固定的時間t，該時間t可以通過實驗測得或從硬體供應商處獲得。
因此，完成加載後，DMD鏡片已經顯現需要曝光的圖形，空間光調製器4會將收光模塊12收到光源6的光能與DMD鏡片上顯示的圖形，經過成像鏡頭13投影顯示到精密位移平臺2上的曝光基板14完成曝光。
現有的印製電路板無掩膜連續光直接成像系統中，一個周期T的復位及加載顯示新數據的過渡過程並不是我們需要的有效工作狀態，但是連續光的光源一直照射在DMD的微鏡上，導致了其技術問題：在過渡過程光源一直在打開狀態，電能在持續不斷的裝換為光能，但並沒有投射到位於精密位移平臺2的基板上進行曝光，這造成了嚴重的能量浪費與生產成本上升；光源一般具有固定的壽命，過渡過程的使用浪費了光源的有效使用時間；且過渡過程中被微鏡反射的光會投射到成像鏡筒中成為雜散光，雜散光投射到基板上的部分會造成其它影像影響曝光效果。
本實施例中，精密位移平臺控制器3將脈衝信號分兩路傳出，精密位移平臺控制器3傳送出的另一路脈衝信號被輸送到光源控制器7，光源控制器7能夠根據脈衝信號控制光源6的打開與關閉：當光源控制器7接收到脈衝信號的觸發沿時，延遲時間t後再觸發打開光源6，持續到下一次上升沿到來時關閉光源6，如此完成一個周期T對光源6的控制。
其中，光源6為脈衝雷射光源或脈衝LED光源。
如圖4所示，空心箭頭為光路路徑，實心箭頭為控制點信號路徑，在圖4的整個控制過程中，以精密位移平臺2為觸發源，空間光調製器4同步控制投圖，以及光源6同步開光，通過該過程實現了精密位移平臺2運動與空間光調製器4、光源6的同步控制，並且在DMD微鏡翻轉的過渡過程中，實現了關閉光源6輸出，因此，減少了成像系統雜散光，提升了印製電路板的曝光效果，而且可以有效節省能量，減小功耗，降低生產成本，且光源6一般具有固定的壽命，過渡過程時光源6的關閉，提高了光源6的有效使用時間，延長光源6壽命，同時會減小光源6熱量的產生，提高了曝光的可靠性。
如圖2所示，以方波時間順序圖的方式展示了該同步過程，精密位移平臺控制器3發出脈衝信號，空間光調製器控制模塊5接收到精密位移平臺控制器3的信號後做出響應，對空間光調製器4發送控制信號，通過圖2可以看出此過程是實時的，沒有延遲的，周期為T。光源控制器7接收到精密位移平臺控制器3的信號後做出響應，對光源6發送控制信號。
因此，通過對比可以看出，光源控制器7的上升沿延遲時間t，即在DMD微鏡翻轉的過程狀態，光源6不打開，不形成有效曝光；在t時間後DMD鏡片加載數據完畢，光源6經過觸發打開，光源控制器7控制光源6經過收光模塊12投射到空間光調製器4的DMD上，DMD上呈現的圖形經過成像鏡頭13成像到置於精密位移平臺2上的曝光基板14上，持續至接收到下一個上升沿時關閉光源6完成T-t時間的曝光。如此按周期反覆，直到完成整個基板曝光過程，主控計算機11控制精密位移平臺2運送已曝光的基板退出曝光區域。
作為一個優選方案，曝光基板14通過真空吸附或夾具的方式固定在精密位移平臺2上，曝光過程中曝光基板14位於成像鏡頭13的最佳焦面上，基板上覆有對光源6敏感的感光材料。
此外，由光源6、收光模塊12、空間光調製器4、空間光調製器控制模塊5、成像鏡頭13以及光源控制器7組成的結構為至少一組，圖3顯示的系統作為一種實現方式，僅提供了兩組該結構，該系統以實用一組或多組該結構為優選方案。
本發明實施例提供的光直寫成像系統，與上述實施例提供的光直寫成像設備具有相同的技術特徵，所以也能解決相同的技術問題，達到相同的技術效果。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
最後應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護範圍並不局限於此，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和範圍，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。