CN105182699B - 一种双台面激光直写曝光机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双台面激光直写曝光机及其控制方法，与现有技术相比解决了激光直写曝光机工作效率低下的缺陷。本发明的支撑底座上安装有双滑块运动组件和精密运动步进轴，双滑块运动组件和精密运动步进轴均位于台面支撑调整组件A和台面支撑调整组件B的上方，光路系统安装在精密运动步进轴的运动滑块上且光路系统的曝光方向朝向台面支撑调整组件A或台面支撑调整组件B，双滑块运动组件的左滑块上安装有左CCD组件，双滑块运动组件的右滑块上安装有右CCD组件，左CCD组件和右CCD组件的光源方向朝向台面支撑调整组件A或台面支撑调整组件B。本发明大大节省了整个曝光环节中串联等待的时间，大大提高了产能。

Description

一种双台面激光直写曝光机及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光直写曝光机技术领域，具体来说是一种双台面激光直写曝光机及其控制方法。

背景技术

激光直写曝光机相对于传统曝光机，节省了制作菲林底片或光罩的工序，其产能高、对位精度高。但是目前市面上的激光直写曝光机均为单台面设计，完成一个台面的曝光工作需要等待较长时间周期，其产能无法满足生产需求。激光直写曝光机在曝光之前，先要进行聚集Z轴基于曝光基板的最佳焦面的定位、CCD系统的对准作业后，才开始光路系统的曝光作业，曝光作业前准备工作时间较长，工作过程中多是出现操作人员等待机器后再进行人工操作，造成效率低下、产量低。而大部分企业为了能够满足产能需求，大多采用两个单台面配自动线系统同时工作，无形中提高了生产成本。如何开发出一种能够提高激光直写曝光机的工作效率已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中激光直写曝光机工作效率低下的缺陷，提供一种双台面激光直写曝光机及其控制方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双台面激光直写曝光机，包括一体化底座、光路系统、左CCD组件和右CCD组件，一体化底座上安装有支撑底座，支撑底座上安装有台面支撑调整组件A，台面支撑调整组件A包括扫描轴，扫描轴的上方安装有聚集Z轴，聚集Z轴上方安装有真空吸盘，

还包括台面支撑调整组件B，台面支撑调整组件B与台面支撑调整组件A两者结构相同，台面支撑调整组件B安装在支撑底座上且与台面支撑调整组件A横向对应；

支撑底座上安装有双滑块运动组件和精密运动步进轴，双滑块运动组件和精密运动步进轴均位于台面支撑调整组件A和台面支撑调整组件B的上方，光路系统安装在精密运动步进轴的运动滑块上且光路系统的曝光方向朝向台面支撑调整组件A或台面支撑调整组件B，双滑块运动组件的左滑块上安装有左CCD组件，双滑块运动组件的右滑块上安装有右CCD组件，左CCD组件和右CCD组件的光源方向朝向台面支撑调整组件A或台面支撑调整组件B。

所述的双滑块运动组件包括安装在支撑底座上的双滑块底座，双滑块底座上安装有导轨，左滑块和右滑块安装在导轨上且与导轨构成滑动配合。

还包括隔板，隔板安装在支撑底座上且位于台面支撑调整组件A和台面支撑调整组件B之间。

还包括电控系统，电控系统固定安装在一体化底座上，左滑块驱动电机的控制线、右滑块驱动电机的控制线均接在电控系统上，精密运动步进轴的驱动控制线接在电控系统上。

所述的左CCD组件包括左CCD支架，左CCD支架安装在左滑块上，左CCD支架上安装有左CCD系统，左CCD系统包括安装在左CCD支架上的CCD放大光路，CCD放大光路的尾端安装有CCD相机，CCD放大光路的前端安装有CCD光源；右CCD组件包括右CCD支架，右CCD支架安装在右滑块上，右CCD支架上安装有右CCD系统，右CCD系统与左CCD系统两者结构相同。

一种双台面激光直写曝光机的控制方法，包括以下步骤：

设定时间周期T，T={t1、t2、t3、…t12}；

在0-t4时间段，光路系统对台面支撑调整组件A进行曝光作业；

在t1时间段，电控系统控制双滑块运动组件带动左CCD组件和右CCD组件移动至台面支撑调整组件B的上方；

在0-t2时间段，对台面支撑调整组件B进行收放板；

在t2-t3时间段，台面支撑调整组件B调整移动至对准起始点；

在t3-t5时间段，左CCD组件和右CCD组件对台面支撑调整组件B进行对准作业；

在t4-t6时间段，台面支撑调整组件A结束曝光作业，电控系统控制精密运动步进轴带动光路系统移动至台面支撑调整组件B的曝光起始点；

在t6-t7时间段，电控系统控制双滑块运动组件带动左CCD组件和右CCD组件移动至台面支撑调整组件A的上方；

在t6-t8时间段，台面支撑调整组件A进行收放板操作；

在t6-t10时间段，台面支撑调整组件B进行曝光作业；

在t8-t9时间段，台面支撑调整组件A调整移动至对准起始点；

在t9-t11时间段，左CCD组件和右CCD组件对台面支撑调整组件A进行对准作业；

在t11-t12时间段，台面支撑调整组件A调整移动至对准起始点；

在t10-t12时间段，台面支撑调整组件B曝光结束，电控系统控制精密运动步进轴带动光路系统移动至台面支撑调整组件A的曝光起始点。

有益效果

本发明的一种双台面激光直写曝光机及其控制方法，与现有技术相比大大节省了整个曝光环节中串联等待的时间，大大提高了产能，接近于两台单台面的直写曝光机同时工作的产能。并且降低了成本，具有占用空间小、功耗小的特点。

附图说明

图1为本发明的结构立体图；

图2为本发明中双滑块运动组件的结构正视图；

图3为本发明中真空吸盘的结构俯视图；

图4 为本发明的控制方法流程图；

图5为本发明在t4时间段时的结构俯视图；

图6为本发明在t6时间段时的结构俯视图；

图7为本发明在t10时间段时的结构俯视图；

图8为本发明在t12时间段时的结构俯视图；

其中，1-支撑脚、2-扫描轴、3-聚集Z轴、4-真空吸盘、5-电控系统、6-光路系统、7-精密运动步进轴、8-双滑块运动组件、9-右CCD组件、10-左CCD组件、11-隔板、12-支撑底座、13-一体化底座、14-吸盘相机、15-标定Mark、16-导轨、17-左滑块、18-左CCD支架、19-左CCD系统、20-右滑块、21-右CCD支架、22-右CCD系统、23-双滑块底座、24-CCD光源、25- CCD放大光路、26-CCD相机、30-台面支撑调整组件A、31-台面支撑调整组件B。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种双台面激光直写曝光机，包括一体化底座13、光路系统6、左CCD组件10和右CCD组件9，一体化底座13的底部安装有四个支撑脚1，支撑脚1为隔震支撑脚，支撑整个双台面曝光机的重量、有效降低在双台面工作过程中产生的振动，并能隔离一定频率段的地面或外界产生的振动。一体化底座13上安装有支撑底座12，支撑底座12为大理石龙门支撑结构，实现光路系统6、左CCD组件10和右CCD组件9的分层次固定安装。支撑底座12上安装有台面支撑调整组件A30，台面支撑调整组件A30为现有技术内容，即为台面A，其包括扫描轴2，扫描轴2用于PCB板在真空吸盘4上曝光时的移动。扫描轴2的上方安装有聚集Z轴3，聚集Z轴3用于找到所曝光基板的最佳焦面，主要方法为图形发生器投影到基板上光栅图，然后上下移动聚集Z轴3，用图形处理的方法判断光栅图像最佳时的聚集Z轴3位置，即被动聚焦。聚集Z轴3上方安装有真空吸盘4，真空吸盘4用于放置PCB板。

如图3所示，在真空吸盘4上按现有技术方式设有吸盘相机14和标定Mark15，吸盘相机14和标定Mark15用于长期工作时的系统校准，吸盘相机14用于标定光路系统各个光头之间的位置关系；标定Mark15用于定期标定两个CCD基于每个台面坐标系的位置关系。

台面支撑调整组件B31与台面支撑调整组件A30配套使用，台面支撑调整组件B31（台面B）与台面支撑调整组件A30两者结构相同，同样由扫描轴、聚焦Z轴和真空吸盘所组成。台面支撑调整组件B31与台面支撑调整组件A30这两个台面系统的两根扫描轴均平行安装于支撑底座12，聚焦Z轴在同一位置时，两个台面基于支撑底座12的高度一致。两个台面系统基于光路系统的焦面分别靠两个聚焦Z轴调节，即两个聚焦Z轴组成了两个单独的自动聚焦系统。同样，两个台面系统的真空系统单独布置，分别采用两个鼓风机进行供气。台面支撑调整组件B31安装在支撑底座12上且与台面支撑调整组件A30横向对应，与台面支撑调整组件A30搭配使用，以提高生产效率。

支撑底座12上安装有双滑块运动组件8和精密运动步进轴7，双滑块运动组件8和精密运动步进轴7均位于台面支撑调整组件A30和台面支撑调整组件B31的上方，两者分别用于左CCD组件10、右CCD组件9和光路系统6的安装固定。精密运动步进轴7可以使用Aerotech公司的型号为PRO280LM-800的步进轴，起到精确定位作用。光路系统6安装在精密运动步进轴7的运动滑块上，光路系统6的曝光方向朝向台面支撑调整组件A30或台面支撑调整组件B31，通过精密运动步进轴7上运动滑块的运动，带动光路系统6横向（X轴方向）运动，对台面支撑调整组件A30或台面支撑调整组件B31上的PCB板进行曝光作业。精密运动步进轴7还可以采用中空结构，光路系统6从中空结构穿入，有利于精密运动步进轴7负载的合理分配和精密运动步进轴7寿命的提高。并且，光路系统6随光路固定在精密运动步进轴7的运动滑块上，随精密运动步进轴7左右移动，激光光源相对于光路是静止不动的，避免光纤因长期运动造成损伤。

如图2所示，双滑块运动组件8包括安装在支撑底座12上的双滑块底座23，双滑块底座23上安装有导轨16。左滑块17和右滑块20安装在导轨16上且与导轨16构成滑动配合，左滑块17、右滑块20与导轨16构成滑动配合的方式可以采用现有技术中的多种方式，如左滑块17、右滑块20卡在导轨16上。双滑块运动组件8的左滑块17上安装有左CCD组件10，双滑块运动组件8的右滑块20上安装有右CCD组件9。左CCD组件10包括左CCD支架18，左CCD支架18用于安装左CCD系统19。左CCD支架18安装在左滑块17上，左CCD支架18上安装有左CCD系统19。左CCD系统19包括安装在左CCD支架18上的CCD放大光路25，CCD放大光路25的尾端安装有CCD相机26，CCD放大光路25的前端安装有CCD光源24。右CCD系统22与左CCD系统19的结构相同，同样是由CCD系统放大光路、CCD系统高清相机和CCD系统光源组成。右CCD组件9包括右CCD支架21，右CCD支架21安装在右滑块20上，安装有右CCD系统22在右CCD支架21上。左CCD组件10和右CCD组件9的光源方向朝向台面支撑调整组件A30或台面支撑调整组件B31，通过左滑块17和右滑块20的运动，可以带动左CCD组件10和右CCD组件9横向（X轴方向）运动，对台面支撑调整组件A30或台面支撑调整组件B31上的PCB板进行对准定位作业。

隔板11安装在支撑底座12上且位于台面支撑调整组件A30和台面支撑调整组件B31之间，使得台面支撑调整组件B31与台面支撑调整组件A30独立工作在自己所属的空间里，有效避免了人工上下板时，两个吸盘之间的缝隙会对人手造成损伤的风险。为了实现设备的自动化操作，可以加装电控系统5，也可以利用上位对双滑块运动组件8和精密运动步进轴7进行自动化控制。其中，使用电控系统5的情况下，其可以固定安装在一体化底座13上，将支撑底座12、台面支撑调整组件B31与台面支撑调整组件A30均集成在一体化底座13上，便于一体化装调和运输。左滑块17驱动电机的控制线、右滑块20驱动电机的控制线均接在电控系统5上，精密运动步进轴7的驱动控制线同样接在电控系统5上，通过电控系统5自动控制左滑块17、右滑块20和精密运动步进轴7的运动滑块的移动。

如图4所示，在此还提供一种用于双台面激光直写曝光机的自动化控制方法，通过多个固定的时间周期完成台面支撑调整组件A30和台面支撑调整组件B31的工作流程串联化工作，将CCD系统定位和曝光过程分解开，在两个台面上同步进行，在此实际应用中，台面支撑调整组件A30和台面支撑调整组件B31上可由人工放置PCB板，如果配上机械上或自动线进行上下片，产能可提高到单台面人工操作的2倍以上。其具体包括以下步骤：

第一步，设定时间周期T，T={t1、t2、t3、…t12}，具体t的取值根据激光直写曝光机的工作实际情况来确定，以此来标定台面支撑调整组件A30和台面支撑调整组件B31双向同步工作。人工将台面支撑调整组件A30和台面支撑调整组件B31两面的图形资料导入资料服务器分别进行分图处理，处理完毕后导入图形发生器的存储器。

第二步，在0-t4时间段，光路系统6对台面支撑调整组件A30进行曝光作业，曝光作业花费时间为t1-t4总共4个时间段t。

第三步，同步的在t1时间段时，电控系统5控制双滑块运动组件8带动左CCD组件10和右CCD组件9移动至台面支撑调整组件B31的上方。

第四步，在0-t2时间段，对台面支撑调整组件B31进行收放板操作，可以为人工操作或生产线上下板。

第五步，在t2-t3时间段，台面支撑调整组件B31通过调整移动扫描轴和聚集Z轴，使其对准起始点。

第六步，如图5所示，在t3-t5时间段，左CCD组件10和右CCD组件9对台面支撑调整组件B31进行对准作业，分别完成在台面支撑调整组件B31上PCB板的四个定位点（或矩阵孔多孔对位）的对准作业。

第七步，如图5和图6所示，在t4-t6时间段，台面支撑调整组件A30结束曝光作业。电控系统5控制精密运动步进轴7带动光路系统6移动至台面支撑调整组件B31的曝光起始点，准备对台面支撑调整组件B31上的PCB板进行曝光。

第八步，如图6所示，在t6-t7时间段，电控系统5控制双滑块运动组件8带动左CCD组件10和右CCD组件9移动至台面支撑调整组件A30的上方。

第九步，在t6-t8时间段，对台面支撑调整组件A30进行收放板操作。

第十步，如图7所示，在t6-t10时间段，台面支撑调整组件B31进行曝光作业。

第十一步，如图7所示，在t8-t9时间段，台面支撑调整组件A30调整移动至对准起始点，同样通过调整移动扫描轴和聚集Z轴，使其对准起始点。

第十二步，在t9-t11时间段，左CCD组件10和右CCD组件9对台面支撑调整组件A30进行对准作业。

第十三步，在t11-t12时间段，电控系统5控制双滑块运动组件8带动左CCD组件10和右CCD组件9移动至台面支撑调整组件B31的上方。

第十四步，在t10-t12时间段，台面支撑调整组件B31曝光结束，电控系统5控制精密运动步进轴7带动光路系统6移动至台面支撑调整组件A30的曝光起始点，重新开始另一轮的流程作业。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种双台面激光直写曝光机，包括一体化底座（13）、光路系统（6）、左CCD组件（10）和右CCD组件（9），一体化底座（13）上安装有支撑底座（12），支撑底座（12）上安装有台面支撑调整组件A（30），台面支撑调整组件A（30）包括扫描轴（2），扫描轴（2）的上方安装有聚集Z轴（3），聚集Z轴（3）上方安装有真空吸盘（4），其特征在于：

还包括台面支撑调整组件B（31），台面支撑调整组件B（31）与台面支撑调整组件A（30）两者结构相同，台面支撑调整组件B（31）安装在支撑底座（12）上且与台面支撑调整组件A（30）横向对应；

支撑底座（12）上安装有双滑块运动组件（8）和精密运动步进轴（7），双滑块运动组件（8）和精密运动步进轴（7）均位于台面支撑调整组件A（30）和台面支撑调整组件B（31）的上方，光路系统（6）安装在精密运动步进轴（7）的运动滑块上且光路系统（6）的曝光方向朝向台面支撑调整组件A（30）或台面支撑调整组件B（31），双滑块运动组件（8）的左滑块（17）上安装有左CCD组件（10），双滑块运动组件（8）的右滑块（20）上安装有右CCD组件（9），左CCD组件（10）和右CCD组件（9）的光源方向朝向台面支撑调整组件A（30）或台面支撑调整组件B（31）；

还包括电控系统（5），电控系统（5）固定安装在一体化底座（13）上，左滑块（17）驱动电机的控制线、右滑块（20）驱动电机的控制线均接在电控系统（5）上，精密运动步进轴（7）的驱动控制线接在电控系统（5）上；双台面激光直写曝光机的控制方法，包括以下步骤：

11）设定时间周期T，T={t1、t2、t3、…t12}；

12）在0-t4时间段，光路系统（6）对台面支撑调整组件A（30）进行曝光作业；

13）在t1时间段，电控系统（5）控制双滑块运动组件（8）带动左CCD组件（10）和右CCD组件（9）移动至台面支撑调整组件B（31）的上方；

14）在0-t2时间段，对台面支撑调整组件B（31）进行收放板；

15）在t2-t3时间段，台面支撑调整组件B（31）调整移动至对准起始点；

16）在t3-t5时间段，左CCD组件（10）和右CCD组件（9）对台面支撑调整组件B（31）进行对准作业；

17）在t4-t6时间段，台面支撑调整组件A（30）结束曝光作业，电控系统（5）控制精密运动步进轴（7）带动光路系统（6）移动至台面支撑调整组件B（31）的曝光起始点；

18）在t6-t7时间段，电控系统（5）控制双滑块运动组件（8）带动左CCD组件（10）和右CCD组件（9）移动至台面支撑调整组件A（30）的上方；

19）在t6-t8时间段，台面支撑调整组件A（30）进行收放板操作；

110）在t6-t10时间段，台面支撑调整组件B（31）进行曝光作业；

111）在t8-t9时间段，台面支撑调整组件A（30）调整移动至对准起始点；

112）在t9-t11时间段，左CCD组件（10）和右CCD组件（9）对台面支撑调整组件A（30）进行对准作业；

113）在t11-t12时间段，电控系统（5）控制双滑块运动组件（8）带动左CCD组件（10）和右CCD组件（9）移动至台面支撑调整组件B（31）的上方；

114）在t10-t12时间段，台面支撑调整组件B（31）曝光结束，电控系统（5）控制精密运动步进轴（7）带动光路系统（6）移动至台面支撑调整组件A（30）的曝光起始点。

2.根据权利要求1所述的一种双台面激光直写曝光机，其特征在于：所述的双滑块运动组件（8）包括安装在支撑底座（12）上的双滑块底座（23），双滑块底座（23）上安装有导轨（16），左滑块（17）和右滑块（20）安装在导轨（16）上且与导轨（16）构成滑动配合。

3.根据权利要求1所述的一种双台面激光直写曝光机，其特征在于：还包括隔板（11），隔板（11）安装在支撑底座（12）上且位于台面支撑调整组件A（30）和台面支撑调整组件B（31）之间。

4.根据权利要求2所述的一种双台面激光直写曝光机，其特征在于：所述的左CCD组件（10）包括左CCD支架（18），左CCD支架（18）安装在左滑块（17）上，左CCD支架（18）上安装有左CCD系统（19），左CCD系统（19）包括安装在左CCD支架（18）上的CCD放大光路（25），CCD放大光路（25）的尾端安装有CCD相机（26），CCD放大光路（25）的前端安装有CCD光源（24）；右CCD组件（9）包括右CCD支架（21），右CCD支架（21）安装在右滑块（20）上，右CCD支架（21）上安装有右CCD系统（22），右CCD系统（22）与左CCD系统（19）两者结构相同。