CN106647178A - 光直写成像设备以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光直写成像设备以及系统，涉及光刻技术领域，包括精密位移平台、精密位移平台控制器、空间光调制器、空间光调制器控制模块、光源、光源控制器；精密位移平台每移动一个设定的触发距离，精密位移平台控制器分别向空间光调制器控制模块与光源控制器输出一个脉冲信号；空间光调制器控制模块根据每次接收到的脉冲信号的触发沿，控制空间光调制器的内部镜片装置运行一个固定时间的过渡过程；光源控制器根据每次接收到的脉冲信号的触发沿，控制光源发出脉冲光的占空比。实现了在镜片装置微镜翻转的过渡过程中，关闭光源输出，减少了成像系统杂散光，提高了印制电路板的曝光效果。

Description

光直写成像设备以及系统

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其是涉及一种光直写成像设备以及系统。

背景技术

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图，这样的衬底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的芯片。

目前，多数印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB板)光直接成像系统都是采用连续型光源，使用脉冲光源必须与空间光调制器的频率匹配。目前在印刷电路板无掩膜连续光直接成像系统中，空间光调制器多基于数字微镜器件(Digital Micro mirrorDevice，简称DMD)，待曝光基板在精密位移平台上，精密位移平台每移动一段固定的距离，通过同步脉冲信号触发空间光调制器的控制器，控制空间光调制器内部的DMD镜片复位并翻转一次，DMD在这一个周期的复位及翻转的过渡过程并不是我们需要的有效工作状态。

但是，在这期间连续光的光源一直照射在DMD的微镜上，带来了其技术问题：在过渡过程光源一直在打开状态，被微镜反射的光会投射到成像镜筒中成为杂散光，杂散光投射到基板上的部分会影响曝光效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光直写成像设备以及系统，实现了在DMD微镜翻转的过渡过程中，关闭光源输出，减少了成像系统杂散光，提高了印制电路板的曝光效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种光直写成像设备，包括：精密位移平台、精密位移平台控制器、空间光调制器、空间光调制器控制模块、光源、光源控制器；

精密位移平台每移动一个设定的触发距离，精密位移平台控制器分别向空间光调制器控制模块与光源控制器输出一个脉冲信号；

空间光调制器控制模块根据每次接收到的脉冲信号的触发沿，控制空间光调制器的内部镜片装置运行一个固定时间的过渡过程；

光源控制器根据每次接收到的脉冲信号的触发沿，控制光源发出脉冲光的占空比。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，光源控制器在接收到脉冲信号的触发沿时，控制光源延迟固定时间后发出脉冲光，并在接收到下一个脉冲信号的触发沿时关闭光源。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，过渡过程包括镜片装置复位与加载曝光数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，光源为脉冲激光光源或脉冲LED光源。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，镜片装置为数字微镜器件或液晶装置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，触发沿为上升沿或下降沿。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，精密位移平台控制器用于控制精密位移平台的移动，移动方式为在横向做步进运动，以及在纵向做匀速直线运动。

第二方面，本发明实施例还提供一种光直写成像系统，包括：主控计算机、收光模块、成像镜头，以及如第一方面的光直写成像设备；

主控计算机用于将曝光数据发送到空间光调制器控制模块；

脉冲光源控制器用于控制光源经过收光模块投射到空间光调制器的镜片装置上；

精密位移平台用于承载曝光基板；

空间光调制器用于将镜片装置上显示的图形经过成像镜头显示在精密位移平台上的曝光基板上。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，主控计算机还用于将精密位移平台的运动指令发送到精密位移平台控制器。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，由光源、收光模块、空间光调制器、空间光调制器控制模块、成像镜头以及光源控制器组成的结构为至少一组。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供的光直写成像设备，包括光源、光源控制器、精密位移平台、精密位移平台控制器、空间光调制器以及空间光调制器控制模块；精密位移平台控制器在精密位移平台每移动一个设定的触发距离时，分别向光源控制器以及空间光调制器控制模块发送一个脉冲信号；空间光调制器控制模块在每次接收到脉冲信号的触发沿时，控制空间光调制器内部的镜片装置运行一个固定时间的过渡过程；光源控制器在每次接收到脉冲信号的触发沿时，控制光源发出脉冲光的占空比。通过光源控制器控制光源发出脉冲光的占空比，以此来实现在空间光调制器内部的镜片装置运行微镜翻转的过渡过程中，关闭光源输出，在空间光调制器运行图形加载的过渡过程完成后再打开光源，减少了成像系统杂散光，提升了印制电路板的曝光效果，提高了曝光的可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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1为本发明实施例提供的光直写成像设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中脉冲信号的时间顺序图；

图3为本发明实施例提供的光直写成像系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光直写成像系统的具体实施过程流程图。

图标：1-光直写成像设备；2-精密位移平台；3-精密位移平台控制器；4-空间光调制器；5-空间光调制器控制模块；6-光源；7-光源控制器；10-光直写成像系统；11-主控计算机；12-收光模块；13-成像镜头；14-曝光基板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，空间光调制器内部的镜片装置在运行过渡过程时，连续光的光源一直照射在镜片装置上，被镜片装置反射的光会投射到成像镜筒中成为杂散光，杂散光投射到基板上的部分会影响曝光效果，基于此，本发明实施例提供的一种光直写成像设备以及系统，可以实现在镜片装置翻转的过渡过程中，关闭光源输出，减少了成像系统杂散光，提高了印制电路板的曝光效果。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种光直写成像设备以及系统进行详细介绍。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供的光直写成像设备1，包括精密位移平台2、精密位移平台控制器3、空间光调制器4、空间光调制器控制模块5、光源6与光源控制器7。

本实施例中，精密位移平台控制器3用于控制精密位移平台2的移动，移动方式为在横向X轴方向做步进运动，以及在纵向Y轴方向做匀速直线运动。精密位移平台2上承载待曝光基板，基板位于光直写成像设备1的最佳焦面上，精密位移平台2匀速运动进入设定触发信号窗口后，沿着Y轴方向每移动间隔一个设定的触发距离，精密位移平台控制器3同步输出一个脉冲信号，每一个脉冲信号分别被发送到空间光调制器控制模块5和光源控制器7。

进一步的是，每一个脉冲信号触发空间光调制器控制模块5根据每次接收到的脉冲信号的触发沿做出响应，控制空间光调制器4内部的镜片装置运行一个固定时间的过渡过程，该过渡过程包括镜片装置复位与翻转一次加载曝光数据，来控制空间光调制器4中图形平移一个像素。

其中，镜片装置为DMD或液晶装置，作为一个优选方案，本实施例采用DMD，DMD在工作时有两种状态，+12°和-12°，复位时会将DMD所有的微镜切换到-12°状态，主控计算机将曝光数据发送到空间光调制器控制模块5，然后加载下一帧数据，此时相关微镜再翻转到+12°状态。

对于空间光调制器控制模块5，控制DMD完成复位和加载显示下一帧数据两个过程，在这个过程中，复位时+12°状态的镜片会先恢复到-12°的状态，加载显示数据时需要的镜片会从-12°翻转到+12°的状态，这两次翻转过程我们定义为过渡过程，所用时间与硬件相关，每次为固定的时间t。

如图2所示，在这一个周期T的DMD复位及翻转加载显示新数据的过渡过程并不是我们需要的有效工作状态，因此光源控制器7根据每次接收到的脉冲信号的触发沿也做出响应，控制光源6发出脉冲光的占空比：光源控制器7在接收到脉冲信号的触发沿时，控制光源6延迟固定时间t后打开光源6发出脉冲光，使光源6经过收光系统投射到空间光调制器4的镜片装置上，并在接收到下一个脉冲信号的触发沿时关闭光源6。其中，触发沿为脉冲信号的上升沿或下降沿，本实施例采用的是上升沿。

作为一个优选方案，光源6为脉冲激光光源或脉冲LED光源，实现对曝光系统提供能量供给。

本发明实施例提供的DMD根据加载显示的图形将光投射镜成像系统，经过成像系统将DMD显示的图形显示在置于位移平台的基板上，对基板上的感光材料进行曝光，到下一个脉冲信号的触发沿到来时，光源控制器7做出响应，关闭光源6完成一个同步周期T。

现有的空间光调制器4的过渡过程中，被微镜反射的光会投射到成像镜筒中成为杂散光，杂散光投射到基板上的部分会造成其它图像影响曝光效果，本实施例提供的光直写成像设备1避免了这个问题，本实施例中，精密位移平台控制器3同时输出两路脉冲信号，输入空间光调制器控制模块5的信号没有延迟直接应用，输入光源控制器7的信号有一个时间t的延迟，这个过程实现了精密位移平台2运动与空间光调制器4、光源6的同步控制，并且在DMD微镜翻转的过渡过程时，实现了关闭光源6输出。

实施例二：

如图3所示，本发明实施例提供的光直写成像系统10，包括主控计算机11、收光模块12、成像镜头13，以及上述实施例一提供的光直写成像设备，当光直写成像系统10要曝光时，主控计算机11内置的控制系统将要曝光的栅格化数据发送给空间光调制器控制模块5，空间光调制器控制模块5将要曝光的数据存储在自己的存储器里，该曝光数据已经按照要曝光顺序按帧存储。曝光数据存储完毕后，主控计算机11将精密位移平台2的运动指令发送到精密位移平台控制器3，控制精密位移平台2带动基板运动，运动方式为在横轴X方向做步进运动，在纵轴Y方向做匀速直线运动。

如图2所示，精密位移平台2沿Y方向的扫描运动过程中，每移动一个设定的触发距离，精密位移平台控制器3会发出一个脉冲信号，该脉冲信号每移动一个触发距离完成一个周期T。

本发明实施例提供的精密位移平台控制器3将脉冲信号分两路传出，一路输送到空间光调制器控制模块5，空间光调制器控制模块5接收到信号后按照收到的脉冲信号上升沿触发响应，空间光调制器控制模块5控制空间光调制器4中的DMD完成复位并加载下一帧需要曝光的数据。

进一步的是，复位和加载显示下一帧数据是两个动作，在这个过程中复位时，+12°状态的镜片会先恢复到-12°的状态，加载显示时需要的镜片会从-12°翻转到+12°的状态，这两次翻转过程我们定义为过渡过程，所用时间与硬件相关，每次为固定的时间t，该时间t可以通过实验测得或从硬件供应商处获得。

因此，完成加载后，DMD镜片已经显现需要曝光的图形，空间光调制器4会将收光模块12收到光源6的光能与DMD镜片上显示的图形，经过成像镜头13投影显示到精密位移平台2上的曝光基板14完成曝光。

现有的印制电路板无掩膜连续光直接成像系统中，一个周期T的复位及加载显示新数据的过渡过程并不是我们需要的有效工作状态，但是连续光的光源一直照射在DMD的微镜上，导致了其技术问题：在过渡过程光源一直在打开状态，电能在持续不断的装换为光能，但并没有投射到位于精密位移平台2的基板上进行曝光，这造成了严重的能量浪费与生产成本上升；光源一般具有固定的寿命，过渡过程的使用浪费了光源的有效使用时间；且过渡过程中被微镜反射的光会投射到成像镜筒中成为杂散光，杂散光投射到基板上的部分会造成其它影像影响曝光效果。

本实施例中，精密位移平台控制器3将脉冲信号分两路传出，精密位移平台控制器3传送出的另一路脉冲信号被输送到光源控制器7，光源控制器7能够根据脉冲信号控制光源6的打开与关闭：当光源控制器7接收到脉冲信号的触发沿时，延迟时间t后再触发打开光源6，持续到下一次上升沿到来时关闭光源6，如此完成一个周期T对光源6的控制。

其中，光源6为脉冲激光光源或脉冲LED光源。

如图4所示，空心箭头为光路路径，实心箭头为控制点信号路径，在图4的整个控制过程中，以精密位移平台2为触发源，空间光调制器4同步控制投图，以及光源6同步开光，通过该过程实现了精密位移平台2运动与空间光调制器4、光源6的同步控制，并且在DMD微镜翻转的过渡过程中，实现了关闭光源6输出，因此，减少了成像系统杂散光，提升了印制电路板的曝光效果，而且可以有效节省能量，减小功耗，降低生产成本，且光源6一般具有固定的寿命，过渡过程时光源6的关闭，提高了光源6的有效使用时间，延长光源6寿命，同时会减小光源6热量的产生，提高了曝光的可靠性。

如图2所示，以方波时间顺序图的方式展示了该同步过程，精密位移平台控制器3发出脉冲信号，空间光调制器控制模块5接收到精密位移平台控制器3的信号后做出响应，对空间光调制器4发送控制信号，通过图2可以看出此过程是实时的，没有延迟的，周期为T。光源控制器7接收到精密位移平台控制器3的信号后做出响应，对光源6发送控制信号。

因此，通过对比可以看出，光源控制器7的上升沿延迟时间t，即在DMD微镜翻转的过程状态，光源6不打开，不形成有效曝光；在t时间后DMD镜片加载数据完毕，光源6经过触发打开，光源控制器7控制光源6经过收光模块12投射到空间光调制器4的DMD上，DMD上呈现的图形经过成像镜头13成像到置于精密位移平台2上的曝光基板14上，持续至接收到下一个上升沿时关闭光源6完成T-t时间的曝光。如此按周期反复，直到完成整个基板曝光过程，主控计算机11控制精密位移平台2运送已曝光的基板退出曝光区域。

作为一个优选方案，曝光基板14通过真空吸附或夹具的方式固定在精密位移平台2上，曝光过程中曝光基板14位于成像镜头13的最佳焦面上，基板上覆有对光源6敏感的感光材料。

此外，由光源6、收光模块12、空间光调制器4、空间光调制器控制模块5、成像镜头13以及光源控制器7组成的结构为至少一组，图3显示的系统作为一种实现方式，仅提供了两组该结构，该系统以实用一组或多组该结构为优选方案。

本发明实施例提供的光直写成像系统，与上述实施例提供的光直写成像设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光直写成像设备，其特征在于，包括：精密位移平台、精密位移平台控制器、空间光调制器、空间光调制器控制模块、光源、光源控制器；

所述精密位移平台每移动一个设定的触发距离，所述精密位移平台控制器分别向所述空间光调制器控制模块与所述光源控制器输出一个脉冲信号；

所述空间光调制器控制模块根据每次接收到的所述脉冲信号的触发沿，控制所述空间光调制器的内部镜片装置运行一个固定时间的过渡过程；

所述光源控制器根据每次接收到的所述脉冲信号的触发沿，控制所述光源发出脉冲光的占空比。

2.根据权利要求1所述的光直写成像设备，其特征在于，所述光源控制器在接收到所述脉冲信号的触发沿时，控制所述光源延迟所述固定时间后发出脉冲光，并在接收到下一个脉冲信号的触发沿时关闭光源。

3.根据权利要求1或2所述的光直写成像设备，其特征在于，所述过渡过程包括所述镜片装置复位与加载曝光数据。

4.根据权利要求1或2所述的光直写成像设备，其特征在于，所述光源为脉冲激光光源或脉冲LED光源。

5.根据权利要求1或2所述的光直写成像设备，其特征在于，所述镜片装置为数字微镜器件或液晶装置。

6.根据权利要求1或2所述的光直写成像设备，其特征在于，所述触发沿为上升沿或下降沿。

7.根据权利要求1或2所述的光直写成像设备，其特征在于，所述精密位移平台控制器用于控制所述精密位移平台的移动，移动方式为在横向做步进运动，以及在纵向做匀速直线运动。

8.一种光直写成像系统，其特征在于，包括：主控计算机、收光模块、成像镜头，以及如权利要求1至7任一项所述的光直写成像设备；

所述主控计算机用于将曝光数据发送到所述空间光调制器控制模块；

所述光源控制器用于控制所述光源经过所述收光模块投射到所述空间光调制器的镜片装置上；

所述精密位移平台用于承载曝光基板；

所述空间光调制器用于将所述镜片装置上显示的图形经过所述成像镜头显示在所述精密位移平台上的曝光基板上。

9.根据权利要求8所述的光直写成像系统，其特征在于，所述主控计算机还用于将所述精密位移平台的运动指令发送到所述精密位移平台控制器。

10.根据权利要求8或9所述的光直写成像系统，其特征在于，由所述光源、所述收光模块、所述空间光调制器、所述空间光调制器控制模块、所述成像镜头以及所述光源控制器组成的结构为至少一组。