CN112612179A - 一种双工位的曝光机以及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双工位的曝光机以及工作方法，包括底座和设置在所述底座上的多轴运动平台和龙门，所述多轴运动平台上安装有基板台面，基材放置在所述基板台面上，所述多轴运动平台能够带动基材在三维空间中运动，所述多轴运动平台包括y轴运动组件，所述y轴运动组件设置在底座上穿过所述龙门，所述y轴运动组件上设置有第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台沿所述y轴运动组件运动，所述龙门安装有曝光系统，在所述曝光系统的前后两侧分别安装有对应于第一工作台和第二工作台的第一对位系统和第二对位系统。结构简单可靠，形成交替式曝光作业，大大提升了生产效率，降低制造和使用成本，极大提高了产品性价比。

Description

一种双工位的曝光机以及工作方法

技术领域

本发明属于光源直投式曝光机的技术领域，具体涉及一种双工位的曝光机以及工作方法。

背景技术

光源直投式曝光机设备又称影像直接投射设备，可应用于半导体和PCB以及平面成像领域的研发，生产。直投式是利用图形发生器取代传统的掩模技术，直接将计算机的图形数据曝光到产品上，节省成本和提高效率。传统曝光机的CCD对位和曝光是在同一工位上，先对位后曝光。

传统曝光机的单台面模式生产速度已经发展到极限，需要双台面设计提升生产速度，光学引擎造价高，双台面设计可提高光学部分的利用率，节约成本，提高设备性价比；当前市面上双台面曝光机有两种，均有不理想之处，一是上下交互双台面模式，此模式导轨挂单边受力不均匀，长时间使用会导致精度下降；二是左右双台面结构，两台面左右分布安装，光学系统需要左右移动，因为光学非常敏感，活动的光学系统使曝光精度下降，此外，以上两种模式均两组Y向导轨结构，安装要求很高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种双工位的曝光机以及工作方法，结构简单可靠，形成交替式曝光作业，大大提升了生产效率，降低制造和使用成本，极大提高了产品性价比。

其技术方案是这样的：

一种双工位的曝光机，包括底座和设置在所述底座上的多轴运动平台和龙门，所述多轴运动平台上安装有基板台面，基材放置在所述基板台面上，所述多轴运动平台能够带动基材在三维空间中运动，所述多轴运动平台包括y轴运动组件，所述y轴运动组件设置在底座上穿过所述龙门，所述y轴运动组件上设置有第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台沿所述y轴运动组件运动，所述龙门安装有曝光系统，在所述曝光系统的前后两侧分别安装有对应于第一工作台和第二工作台的第一对位系统和第二对位系统。

进一步的，所述第一工作台和所述第二工作台沿y轴运动组件运动的轨迹部分重合。

进一步的，所述曝光系统的扫描中心和所述第一对位系统的对位中心A之间至少具有容纳一个基板台面的距离；所述曝光系统的扫描中心和所述第二对位系统的对位中心B之间至少具有容纳一个基板台面的距离。

进一步的，所述基板台面上能够沿x轴设置至少一块基材，所述第一对位系统和所述第二对位系统对所述至少一块基材对位，所述第一对位系统和所述第二对位系统包括两个位于两端的移动对准相机，

进一步的，所述x轴方向放置两块以上基材时，还包括至少一个位于所述两端的移动对准相机中间的移动对准相机，所述位于中间的移动对准相机同时对相邻的基材的相邻边上对位点进行对位。

进一步的，所述基板台面上能够沿x轴并排设置两块基材，所述第一对位系统和所述第二对位系统同时对所述两块基材对位。

进一步的，所述第一对位系统和所述第二对位系统包括两个位于两端的移动对准相机和一个位于所述两端的移动对准相机中间的移动对准相机，所述位于中间的移动对准相机同时对两个基材的相邻边上对位点进行对位。

进一步的，所述位于中间的移动对准相机可以沿x轴方向移动，或者固定于固定位置。

进一步的，所述第一对位系统和所述第二对位系统设置于独立的龙门机构。

一种双工位的曝光机的工作方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤1：第一基材上料，放置在第一基板台面上；

步骤2：第一基材沿y轴移动到第一对位系统位置处进行对位；

步骤3：第一基材沿y轴移动到曝光系统位置处进行曝光扫描，同时，第二基材上料，放置在第二基板台面上；

步骤4：第一基材完成扫描曝光后，沿y轴退回到第一基材的上料位置处，进行下料，同时，第二基材沿y轴移动到第二对位系统位置处进行对位；

步骤5：第二基材沿y轴移动到曝光系统位置处进行曝光扫描，同时，第一基材重新上料，放置在空置的基板台面上；

步骤6：第二基材完成扫描曝光后，沿y轴退回到第二基材的上料位置处，进行下料，同时，第一基材沿y轴移动到第一对位系统位置处进行对位；

步骤7：循环进行步骤3至步骤6。

本发明的双工位的曝光机以及工作方法，结构简单可靠，双工位把对位系统和曝光系统分开来做，并且前后对称设置两套台面，形成交替式曝光作业，形成交替式曝光作业，大大提升了生产效率，双工位的曝光其结构简单可靠，保障品质耐用且稳定，单台机的配置可提供接近两台单工位的机器的性能，降低制造和使用成本，极大提高产品性价比，同时也不会存在上下交互双台面、左右双台面两种现有的双台面曝光机存在的长时间使用会导致曝光精度下降的问题，安装要求也低于以上两种双台面曝光机，此外，还可以设置超大台面能放置较大面积的基板或者放置多块基板同时，进一步提高生产效率。

附图说明

图1为实施例1中的双工位的曝光机的示意图；

图2为实施例2中的双工位的曝光机的示意图；

图3为实施例3中的双工位的曝光机的示意图；

图4为位于中间的移动对准相机的示意图；

图5为对位系统工作的示意图；

图6为双工位的曝光机的曝光系统曝光的示意图；

图7为双工位的曝光机的进行曝光的工作示意图；

图8为双工位的曝光机的进行曝光的工作示意图；

图9为双工位的曝光机的示意图。

图10为双工位曝光机的工作位置示意图。

具体实施方式

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，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

定义坐标系：本发明的实施例中的x轴沿设备宽度方向设置，y轴沿设备长度方向，也是产品扫描曝光方向设置，z轴沿设备高度方向设置。

实施例1：见图1，本实施例的一种双工位的曝光机，包括底座1和设置在底座1上的多轴运动平台，底座1为大理石底座，多轴运动平台上安装有基板台面2，基板台面2上安装有吸盘，基材4放置在基板台面2上，多轴运动平台能够带动基材4在三维空间中运动，多轴运动平台包括y轴运动组件5，y轴运动组件5设置在底座1上，y轴运动组件上设置有两个工作台，分别为第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台共用所述y轴运动组件5，可沿y轴运动组件5在y轴方向运动，沿y轴运动组件运动的轨迹部分重合。所述第一工作台和第二工作台均包括x轴运动组件6和z轴运动组件7，z轴运动组件7设置与x轴运动组件6上，z轴运动组件7上分别设置有基板台面2，底座1上通过龙门8安装有曝光系统9，在曝光系统9的前后两侧对应于所述第一工作台和第二工作台分别安装有第一对位系统101和第二对位系统102，x轴运动组件6和y轴运动组件5配合能够使得基板台面2在平行于底座1的平面内移动，z轴运动组件7能够使得基板台面2的上的基材4运动到曝光和对位的焦面。

在本实施例中，第一对位系统101和第二对位系统102分别包括安装在龙门8上沿龙门8设置的滑轨104，滑轨104上设置有能够沿滑轨104移动的移动对准相机105，移动对准相机105设置有2个，移动对准相机105的镜头朝向基板台面2设置，两个移动对准相机配合抓取基材上的对位点，所述移动对准相机还包括固定在龙门上的照明光源。

在本实施例中，曝光系统9包括激光器91、曝光镜头92及控制板93，曝光镜头并排设置。

实施例2：见图2，本实施例中的一种双工位的曝光机，包括底座1和设置在底座1上的多轴运动平台，底座1为大理石底座，多轴运动平台上安装有基板台面2，基板台面2上安装有吸盘，基材4放置在基板台面2上，多轴运动平台能够带动基材4在三维空间中运动，多轴运动平台包括y轴运动组件5，y轴运动组件5设置在底座1上，y轴运动组件上设置有两个x轴运动组件6，x轴运动组件6上分别设置有z轴运动组件7，z轴运动组件7上分别设置有基板台面2，底座1上通过龙门8安装有曝光系统9，在位于曝光系统9的前后两侧分别安装有第一对位系统101和第二对位系统102，x轴运动组件6和y轴运动组件5配合能够使得基板台面2在平行于底座1的平面内移动，z轴运动组件7能够使得基板台面2的上的基材4运动到曝光和对位的焦面。

在本实施例中, 基板台面2为超大台面，基板台面2上能够沿x轴并排设置两块基材4，第一对位系统101和第二对位系统101分别包括安装在龙门8上沿龙门8设置的滑轨104，滑轨104上设置有能够沿滑轨104移动的移动对准相机105，移动对准相机105设置有3个，移动对准相机105的镜头朝向基板台面2设置，两个移动对准相机配合抓取基材上的对位点。

在本实施例中，曝光系统9包括激光器91、曝光镜头92及控制板93，曝光镜头并排设置，曝光系统能够同时对两块基材进行曝光。

实施例3：见图3，本实施例中的一种双工位的曝光机，包括底座1和设置在底座1上的多轴运动平台，底座1为大理石底座，多轴运动平台上安装有基板台面2，基板台面2上安装有吸盘，基材4放置在基板台面2上，多轴运动平台能够带动基材4在三维空间中运动，多轴运动平台包括y轴运动组件5，y轴运动组件5设置在底座1上，y轴运动组件上设置有两个工作台，分别为第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台可沿y轴运动组件5在y轴方向运动，所述第一工作台和第二工作台均包括x轴运动组件6和z轴运动组件7，z轴运动组件7设置与x轴运动组件6上，z轴运动组件7上分别设置有基板台面2，底座1上通过龙门8安装有曝光系统9，在曝光系统9的前后两侧对应于所述第一工作台和第二工作台分别安装有第一对位系统101和第二对位系统102，x轴运动组件6和y轴运动组件5配合能够使得基板台面2在平行于底座1的平面内移动，z轴运动组件7能够使得基板台面2的上的基材4运动到曝光和对位的焦面。

在本实施例中, 基板台面2为超大台面，基板台面2上能够沿x轴并排设置两块基材4。第一对位系统101和第二对位系统101分别包括安装在龙门上的固定对准组件和移动对准组件，所述固定对准组件位于两个所述移动对准组件之间，固定对准组件103包括固定在龙门8上的固定对准相机103，固定对准相机103的镜头朝向基板台面2设置，移动对准组件包括沿龙门8设置的滑轨104，滑轨104上设置有能够沿滑轨104移动的移动对准相机105，移动对准相机105的镜头朝向基板台面2设置，固定对准相机103与移动对准相机105配合抓取基材上的对位点，固定对准组件和移动对准组件分别还包括照明光源。

在本实施例中，曝光系统9包括激光器、曝光镜头及控制板，曝光镜头并排设置。

实施例2和实施例3中所述第一对位系统101和所述第二对位系统102具体对位方式见图5，对位系统的相机上下自动调整焦距，x轴、y轴方向扫描产品上四个点P01,P02,P03,P04,然后整体扫描产品的L1,L2,L3,L4,W1,W2的尺寸值，计算出整个产品的版面以及相对于四个点的位置关系。其中，实施例3中的固定对准组件103和实施例2中位于中间位置的移动对准相机扫描左侧基材4的P04和P03对位点和右侧基材的P01和P02对位点，位于所述固定对转组件103左侧的对准组件扫描左侧基材的P01和P02对位点，位于所述固定对转组件103右侧的对准组件扫描右侧基材的P03和P04对位点。所述对位系统通过三个相机即完成两个基板的对位。扫描的点数取决于产品结构，不局限于四个点，曝光镜头根据预对位完成的数据，快速调整x轴、y轴、z轴三个方向的距离，然后基板台面沿Y方向移动，进行对产品成像扫描曝光。所述基板台面中x轴向所述基材的数量也可以多于两个，当所述基材数量多于两个时，所述第一对位系统和所述第二对位系统包括两个位于两端的移动对准相机和至少两个位于所述两端的移动对准相机中间的移动对准相机，所述位于中间的移动对准相机同时对相邻的基材的相邻边上对位点进行对位。当所述基板台面上沿x轴放置n块以上基材时，n为大于等于2的自然数，所述第一对位系统和所述第二对位系统分别还包括n-1个位于两个所述移动对准相机中间的对准相机，所述对准相机能够同时对相邻的基材的相邻边上对位点进行对位。所述中间的移动对准相机可以采用如图4所示的机构，包括第一对准件、第二对准件和光源，所述第一对准件和第二对准件包括相机31和与相机31连接的镜头32，第一对准件和第二对准件并列排列，并彼此相接或者具有微小间隙，所述光源32邻接所述第一对准件和所述第二对准件的镜头，覆盖所述第一对准件和所述第二对准件镜头的轮廓范围，所述第一对准件和第二对准件通过安装件34固定。所述光源33与所述镜头相接，其可以固定于所述镜头，也可以通过固定件固定于所述安装件34，所述相机和所述镜头通过所述安装件固定。通常情况下，所述镜头的横向宽度大于所述相机的横向宽度，所述镜头按照最小间隔排列，彼此相接或者之间具有一个微小缝隙。所述光源33设置于所述两个镜头32的下方，覆盖所述两个镜头32，所述光源33为U形光源，其轮廓呈田径跑道的形状，两端为圆弧形，中间连接部分为直线连接，同时为两组对位相机提供全方位照明，采用U形光源可以实现四周没有阴影，提高照明效果。

实施例1-3中，所述曝光系统可以采用单排镜头的方式，也可以采用双排镜头的方式，见图6，曝光镜头92设置成两排，位于不同排的曝光镜头在x轴上错开设置。在所述曝光系统采用单排曝光镜头时，根据所应用的曝光镜头不同，所需要扫描的条带也不同，可通过单条带完成扫描或者多条带完成扫描，在所述曝光系统采用双排镜头的方式时，多为单条带扫描。单条带扫描时，所述基板台面只需进行y轴方向的运动，而无需x轴方向的运动，所述工作台可以只设置z轴运动组件，而无需设置x轴运动组件，所述z轴运动组件分别设置于y轴运动组件上，基板平台2设置于z轴运动组件上。x轴上并排设置有两块基材，曝光镜头能够同时对两块基材进行曝光。图7和图8分别为单条带扫描和双条带扫描的的示意图，单条带扫描时，通过一个条带一次完成须曝光区域，所述曝光区域中间空白区域为分割区域，无需进行曝光，只需要y轴方向的一次运动，即可完成曝光扫描。同理，双条带扫描时，在完成y轴向一次扫描后，须x轴方向运动至下一扫描条带区域，通过y轴方向运动，完成曝光扫描。

见图9，所述基板台面2上可以设置有矫正组件，矫正组件包括平行于x轴设置在基板台面一侧的玻璃标尺11和丝杆运动模组12，丝杆运动模组12上安装有反装相机13和能量探头3，反装相机13的镜头朝上设置，丝杆运动模组12能够带动反装相机13和能量探头3移动到每个曝光镜头下端。

矫正组件用于支持标定校正工作，按两个基板台面独立进行。玻璃标尺11固定安装在基板台面2后端，随基板台面2走到对位系统的相机下面，相机抓取标尺上的基准点阵列，加以计算分析，从而实现对对位系统的相机的位置精度校正；丝杆运动模组12带反装相机13和能量探头3移动到每一个曝光镜头下面，可实现每一曝光镜头的曝光位置一致性和能量一致性测量和校正；相机读取台面上的固定标尺位置，可以获取台面与相机位置关系，镜头投影到反装相机，可以获取镜头与台面的位置关系，从而获取相机、台面与镜头之间的相对位置关系，达成一致协调工作的条件。

见图10，所述曝光系统9位于所述第一对位系统101和第二对位系统102之间，所述曝光系统9、所述第一对位系统101和所述第二对位系统102均是独立的工位，分别设置于独立的龙门机构，所述曝光系统的扫描中心和所述第一对位系统的对位中心A之间至少具有容纳一个基板台面的距离，同样，所述曝光系统的扫描中心和所述第二对位系统的对位中心B之间至少具有容纳一个基板台面的距离。这样，位于左侧的基板台面在位置A开始进行对位，在位置B开始进行曝光扫描，在位置C完成曝光扫描。所述左侧基板台面的基材完成曝光扫描时，不会与位于所述位置D等待对位的右侧基板台面发生碰撞。并所述左侧基材和右侧基材的对位操作相对独立，曝光扫描操作区域重叠，在对位和曝光扫描操作之间无需沿Y轴方向多次往返运动，提高生产效率。

在本发明的实施例中，还提供一种双工位的曝光机的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：第一基材上料，放置在第一基板台面上；

步骤2：第一基材沿y轴移动到第一对位系统位置处进行对位；

步骤3：第一基材沿y轴移动到曝光系统位置处进行曝光扫描，同时，第二基材上料，放置在第二基板台面上；

步骤4：第一基材完成扫描曝光后，沿y轴退回到第一基材的上料位置处，进行下料，同时，第二基材沿y轴移动到第二对位系统位置处进行对位；

步骤5：第二基材沿y轴移动到曝光系统位置处进行曝光扫描，同时，第一基材重新上料，放置在空置的基板台面上；

步骤6：第二基材完成扫描曝光后，沿y轴退回到第二基材的上料位置处，进行下料，同时，第一基材沿y轴移动到第一对位系统位置处进行对位；

步骤7：循环进行步骤3至步骤6。

本发明的双工位的曝光机以及工作方法，结构简单可靠，双工位把对位系统和曝光系统分开来做，并且前后对称设置两套台面，形成交替式曝光作业，大大提升了生产效率，双工位的曝光其结构简单可靠，保障品质耐用且稳定，单台机的配置可提供接近两台单工位的机器的性能，降低制造和使用成本，极大提高产品性价比，同时也不会存在上下交互双台面、左右双台面两种现有的双台面曝光机存在的长时间使用会导致曝光精度下降的问题，安装要求也低于以上两种双台面曝光机，此外，还可以设置超大台面能放置较大面积的基板或者放置多块基板同时，进一步提高生产效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种双工位的曝光机，包括底座和设置在所述底座上的多轴运动平台和龙门，所述多轴运动平台上安装有基板台面，基材放置在所述基板台面上，所述多轴运动平台能够带动基材在三维空间中运动，其特征在于：所述多轴运动平台包括y轴运动组件，所述y轴运动组件设置在底座上穿过所述龙门，所述y轴运动组件上设置有第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台沿所述y轴运动组件运动，所述龙门安装有曝光系统，在所述曝光系统的前后两侧分别安装有对应于第一工作台和第二工作台的第一对位系统和第二对位系统。

2.根据权利要求1所述的一种双工位的曝光机，其特征在于：所述第一工作台和所述第二工作台沿y轴运动组件运动的轨迹部分重合。

3.根据权利要求1所述的一种双工位的曝光机，其特征在于：所述曝光系统的扫描中心和所述第一对位系统的对位中心A之间至少具有容纳一个基板台面的距离；所述曝光系统的扫描中心和所述第二对位系统的对位中心B之间至少具有容纳一个基板台面的距离。

4.根据权利要求1所述的一种双工位的曝光机，其特征在于：所述基板台面上能够沿x轴设置至少一块基材，所述第一对位系统和所述第二对位系统对所述至少一块基材对位，所述第一对位系统和所述第二对位系统包括两个位于两端的移动对准相机。

5.根据权利要求4所述的一种双工位的曝光机，其特征在于：所述x轴方向放置两块以上基材时，还包括至少一个位于所述两端的移动对准相机中间的移动对准相机，所述位于中间的移动对准相机同时对相邻的基材的相邻边上对位点进行对位。

6.根据权利要求1所述的一种双工位的曝光机，其特征在于：所述基板台面上能够沿x轴并排设置两块基材，所述第一对位系统和所述第二对位系统同时对所述两块基材对位。

7.根据权利要求6所述的一种双工位的曝光机，其特征在于：所述第一对位系统和所述第二对位系统包括两个位于两端的移动对准相机和一个位于所述两端的移动对准相机中间的移动对准相机，所述位于中间的移动对准相机同时对两个基材的相邻边上对位点进行对位。

8.根据权利要求5或7所述的一种双工位的曝光机，其特征在于：所述位于中间的移动对准相机可以沿x轴方向移动，或者固定于固定位置。

9.根据权利要求1所述的一种双工位的曝光机，其特征在于：所述第一对位系统和所述第二对位系统设置于独立的龙门机构。

10.一种双工位的曝光机的工作方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤1：第一基材上料，放置在第一基板台面上；

步骤2：第一基材沿y轴移动到第一对位系统位置处进行对位；

步骤3：第一基材沿y轴移动到曝光系统位置处进行曝光扫描，同时，第二基材上料，放置在第二基板台面上；

步骤4：第一基材完成扫描曝光后，沿y轴退回到第一基材的上料位置处，进行下料，同时，第二基材沿y轴移动到第二对位系统位置处进行对位；

步骤5：第二基材沿y轴移动到曝光系统位置处进行曝光扫描，同时，第一基材重新上料，放置在空置的基板台面上；

步骤6：第二基材完成扫描曝光后，沿y轴退回到第二基材的上料位置处，进行下料，同时，第一基材沿y轴移动到第一对位系统位置处进行对位；

步骤7：循环进行步骤3至步骤6。

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