CN114839842B - 能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统，包括激光器、光刻成像镜头、DMD和信号获取与处理系统，光刻成像镜头包括照明镜头、反射镜和成像透镜组，光刻成像镜头上的光电探测器与信号获取与处理系统相连，激光器、照明镜头、反射镜、DMD、成像透镜组沿光线入射方向依次设置。本发明通过控制DMD投全白图、等分面积的部分白图和全黑图分析能量大小和分布情况；能量追踪模式下直接得到激光光源的整体能量大小和分布，光刻模式下所有激光能量均用于光刻生产，能量利用率高；可根据探测点的能量变化输出对应信号，调整激光器的辐射能量，保证光刻工艺的稳定性，同时能定位引起能量变化的关键部件，方便及时处理和修复。
Description
技术领域
本发明属于激光直接成像技术领域，具体涉及能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统。
背景技术
LDI设备的照明光源随着使用时长必然存在能量衰减的问题，但是对于曝光生产设备来说，能量的衰减不仅意味着曝光线条的良率受到影响，这对终端产品的可靠性产生关键影响，而且能量的减低同时也会降低生产效率，影响客户收益。另外，LDI设备的能量传递过程涉及到的器件比较多，即使出现能量变化，在设备需要维护和更换时，需要拆解光学系统并对各个关键节点的能量进行测试才能定位到问题器件，这样不仅破坏设备调试状态，同时浪费人力和时间。从实际生产和产品质量等多方面考虑，设备的能量变化情况是设备重点关注的方面，因此，需要开发一种方法来对设备的能量变化进行实时监测并根据监测能量变化进行调整，同时快速定位引起能量变化的关键部件，方便及时进行处理和设备修复。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统，包括激光器、光刻成像镜头、DMD和信号获取与处理系统，所述光刻成像镜头包括照明镜头、反射镜和成像透镜组，光刻成像镜头上设置有光电探测器，光电探测器与信号获取与处理系统相连，所述DMD下方为PCB工件，所述PCB工件处设置有功率计，所述激光器、照明镜头、反射镜、DMD、成像透镜组沿光线入射方向依次设置，经过成像透镜组出射的透射光线投射在PCB工件上，控制DMD投全白图和全黑图得到监测点能量大小，控制DMD投等分面积的部分白图得到能量分布。
进一步的，所述光电探测器包括光电探测器Ⅰ和光电探测器Ⅱ，所述反射镜处设置光电探测器Ⅰ，所述光刻成像镜头的照明方盒上DMD处于off状态反射光线到达的位置处设置光电探测器Ⅱ。
进一步的，所述激光器通过光纤连接照明镜头，所述反射镜位于照明镜头下方。
进一步的，所述成像透镜组包括沿光线入射方向依次同轴设置的前透镜、光阑和后透镜。
进一步的，所述信号获取与处理系统通过电线Ⅰ连接功率计，所述信号获取与处理系统通过电线Ⅱ连接光电探测器Ⅰ，所述信号获取与处理系统通过电线Ⅲ连接光电探测器Ⅱ，所述信号获取与处理系统通过电线Ⅳ连接激光器。
进一步的，所述能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统包括两种工作模式：光刻模式和能量追踪模式；
在光刻模式下，利用激光器对PCB工件进行正常光刻生产；
在能量追踪模式下，信号获取与处理系统根据照明镜头、曝光面和DMD出射面的能量变化判断部件的损坏情况，输出相应的信号。
进一步的，在光刻模式下，激光器发出的紫光波段光束经过光纤后再经过照明镜头匀光准直，形成出射面光强度均匀分布的准直面光源，再经过反射镜照射在DMD上，经过DMD的空间光调制，形成调制图案的波前分布，然后经过成像透镜组后出射的透射光线最终投射在PCB工件上，PCB工件上的光刻胶经紫光照射固化，形成刻蚀图案，此时能量追踪模式关闭。
进一步的，在能量追踪模式下，激光器的总能量通过功率计测量得到，信号获取与处理系统启用，对DMD投射全白图案，通过光电探测器Ⅰ和功率计实时监测照明镜头和曝光面能量分布情况并反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，对DMD投射全黑图案，则通过光电探测器Ⅰ和光电探测器Ⅱ分别实时监测照明镜头和DMD出射面的能量分布情况并反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，至此整个系统实现闭环能量追踪，信号获取与处理系统根据各探测点能量变化情况判断关键部件的损坏情况，输出相应的信号，并判断是哪一部件出现问题，若判断为激光光源衰减，则切换成光刻模式进行PCB工件的生产，若判断为其他部件损坏，视情况及时处理修复。
能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统的使用方法，包括以下步骤：
在光刻模式下，激光器发出的紫光波段光束经过光纤后再经过照明镜头匀光准直，形成出射面光强度均匀分布的准直面光源，再经过反射镜照射在DMD上，经过DMD的空间光调制，形成调制图案的波前分布，然后经过成像透镜组后出射的透射光线最终投射在PCB工件上，PCB工件上的光刻胶经紫光照射固化，形成刻蚀图案，此时能量追踪模式关闭；
在能量追踪模式下，功率计将其检测的曝光面的能量数据反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，信号获取与处理系统将接收的数据与最初能量大小和分布情况进行比较，若相同则输出“能量正常”，反之，输出“能量异常”，此时则需要利用光电探测器Ⅱ将其检测的DMD出射面的能量数据反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，若DMD出射面的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统输出“能量异常”，成像透镜组异常报警，反之，需要利用光电探测器Ⅰ将其检测的照明镜头的能量数据反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，若照明镜头的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统输出“能量异常”，DMD 异常报警，成像透镜组异常报警，排查优先等级为：DMD>成像透镜组，反之，激光器与信号获取与处理系统5连接，若功率计检测的激光器的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统输出“能量异常”，照明镜头异常报警，DMD异常报警，成像透镜组异常报警，排查优先等级为：照明镜头>DMD>成像透镜组，反之，激光器异常报警，对于不可插拔光纤，直接判定激光器有问题，对于可插拔光纤，需要判定是激光器还是光纤的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统，主要是针对直接成像光刻系统而设计的，仅通过控制DMD投全白图、等分面积的部分白图和全黑图即可分析能量大小和分布情况；能量追踪模式下直接得到激光光源的整体能量大小和分布，而光刻模式下所有激光能量均用于光刻生产，提高能量利用效率；可以根据探测点的辐射能量变化输出能量正常或异常的信号，进而根据输出信号调整激光光源的辐射能量，保证光刻工艺的稳定性，同时能够定位引起能量变化的关键部件，方便及时进行处理和修复。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的光电探测器Ⅰ和光电探测器Ⅱ的结构示意图；
图3为本发明的流程图；
图4为本发明的DMD投全黑图、半黑半白图和全白图的示意图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
如图1-4所示，一种能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统，包括激光器1、光刻成像镜头2、DMD 3、PCB工件4和信号获取与处理系统5，光刻成像镜头2包括照明镜头21、反射镜22和成像透镜组24，激光器1通过光纤11连接照明镜头21，反射镜22处设置光电探测器Ⅰ，光刻成像镜头2的照明方盒上DMD 3处于off状态反射光线到达的位置处设置光电探测器Ⅱ23，反射镜22位于照明镜头21下方，DMD 3下方为PCB工件4且二者之间设置有成像透镜组24，PCB工件4处设置有功率计，控制DMD 3投全白图和全黑图可以得到监测点能量大小，控制DMD 3投等分面积的部分白图（如半白半黑图）即可得到能量分布，如图4所示。
本发明的能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统有两种工作模式：光刻模式和能量追踪模式：
1）在光刻模式下，可对PCB工件4进行正常光刻生产，具体为：在正常的光刻模式下，激光器1发出的紫光波段光束经过光纤11后再经过照明镜头21匀光准直，形成出射面光强度均匀分布的准直面光源，再经过反射镜22照射在DMD 3上，经过DMD 3的空间光调制，形成调制图案的波前分布，然后经过成像透镜组24后出射的透射光线最终投射在PCB工件4上，PCB工件4上的光刻胶经紫光照射固化，形成刻蚀图案，此时能量追踪模式关闭；
2）在能量追踪模式下，激光器1的总能量通过功率计测量得到，信号获取与处理系统5启用，若对DMD 3投射全白图案，通过光电探测器Ⅰ和功率计可以实时监测照明镜头21和曝光面能量分布情况并反馈至信号获取与处理系统5进行分析和处理，若对DMD 3投射全黑图案，则通过光电探测器Ⅰ和光电探测器Ⅱ23分别实时监测照明镜头21和DMD 3出射面的能量分布情况并反馈至信号获取与处理系统5进行分析和处理，至此整个系统实现闭环能量追踪，信号获取与处理系统5根据各探测点（照明镜头21、曝光面、DMD 3出射面）能量变化情况判断关键部件的损坏情况，输出“能量正常”、“能量异常”、“关键部位报警”等信号。若判断为激光光源衰减，可暂时调整激光光源辐射能量大小，切换成光刻模式进行PCB生产，若判断为其他部件损坏，视情况及时处理修复。
作为具体的一种实施方式，成像透镜组24包括沿入射方向依次同轴设置的前透镜、光阑和后透镜。
作为具体的一种实施方式，信号获取与处理系统5通过电线Ⅰ401连接功率计，信号获取与处理系统5通过电线Ⅱ221连接光电探测器Ⅰ，信号获取与处理系统5通过电线Ⅲ 231连接光电探测器Ⅱ23。信号获取与处理系统5通过电线Ⅳ 12连接激光器1。
作为更具体的一种实施方式，光电探测器Ⅰ、光电探测器Ⅱ23和功率计接收到激光后，分别将其转换为电信号，并传送给信号获取与处理系统5进行分析处理，信号获取与处理系统5给出能量正常或能量异常的信号，并判断是哪一部件出现问题。信号获取与处理系统5的处理步骤为：
在能量追踪模式下，通过功率计检测的总激光（直接来自激光器1的激光）的能量正常为W1（如20W），经过照明镜头21后，光电探测器Ⅰ检测到的能量正常为W2（17W），光线经反射镜22反射后到达DMD 3，当DMD 3在其控制系统的作用下投全黑图时，DMD 3的光斑全部反射到光电探测器Ⅱ23（光刻成像镜头2上DMD 3处于off状态反射光线到达的位置），假设能量正常为W3（11W），W1>W2>W3，而当DMD 3投全白图时，DMD 3的光斑全部反射进入成像透镜组24，最终到达功率计处，通过功率计检测的能量正常为W4（9.5W），W1>W2>W3>W4，左右均匀，各为1/2W4（4.75W）。定期追踪系统各监控点能量，并与最初能量大小和分布情况进行比较，即可判断系统部件损坏情况。当判断为激光器1、光纤11或其他部件损坏但当前不具备维修条件的情况下，可以调节激光器1能量，暂时维持光刻生产模式。而根据功率计检测的能量分布情况，如左右能量分布变得不均匀，可以转动光纤11与照明镜头21的耦合位置来进行调整。
更具体的，在能量追踪模式下，功率计通过电线Ⅰ401将其检测的曝光面的能量数据反馈至信号获取与处理系统5进行分析和处理，信号获取与处理系统5将接收的数据与最初能量大小和分布情况进行比较，若相同则输出“能量正常”，反之，输出“能量异常”，此时则需要利用光电探测器Ⅱ23通过电线Ⅲ 231将其检测的DMD 3出射面的能量数据反馈至信号获取与处理系统5进行分析和处理，若DMD 3出射面的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统5输出“能量异常”，成像透镜组24异常报警，反之，需要利用光电探测器Ⅰ通过电线Ⅱ221将其检测的照明镜头21的能量数据反馈至信号获取与处理系统5进行分析和处理，若照明镜头21的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统5输出“能量异常”，DMD 3异常报警，成像透镜组24异常报警，排查优先等级为：DMD 3>成像透镜组24，反之，需要利用激光器1通过电线Ⅳ 12与信号获取与处理系统5进行数据连接，若功率计检测的激光器1的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统5输出“能量异常”，照明镜头21异常报警，DMD 3异常报警，成像透镜组24异常报警，排查优先等级为：照明镜头21>DMD 3>成像透镜组24，反之，激光器1异常报警，对于不可插拔光纤，直接判定激光器1有问题，对于可插拔光纤，需要判定是激光器1还是光纤11的问题，如图3所述。
本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统，其特征在于，包括激光器、光刻成像镜头、DMD和信号获取与处理系统，所述光刻成像镜头包括照明镜头、反射镜和成像透镜组，光刻成像镜头上设置有光电探测器，光电探测器与信号获取与处理系统相连，所述DMD下方为PCB工件，所述PCB工件处设置有功率计，所述激光器、照明镜头、反射镜、DMD、成像透镜组沿光线入射方向依次设置，经过成像透镜组出射的透射光线投射在PCB工件上，控制DMD投全白图和全黑图得到监测点能量大小，控制DMD投等分面积的部分白图得到能量分布；
所述光电探测器包括光电探测器Ⅰ和光电探测器Ⅱ，所述反射镜处设置光电探测器Ⅰ，所述光刻成像镜头的照明方盒上DMD 处于off状态反射光线到达的位置处设置光电探测器Ⅱ；
所述激光器通过光纤连接照明镜头，所述反射镜位于照明镜头下方；
所述成像透镜组包括沿光线入射方向依次同轴设置的前透镜、光阑和后透镜；
所述信号获取与处理系统通过电线Ⅰ连接功率计，所述信号获取与处理系统通过电线Ⅱ连接光电探测器Ⅰ，所述信号获取与处理系统通过电线Ⅲ连接光电探测器Ⅱ，所述信号获取与处理系统通过电线Ⅳ连接激光器；
所述能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统包括两种工作模式：光刻模式和能量追踪模式；
在光刻模式下，利用激光器对PCB工件进行正常光刻生产；
在能量追踪模式下，信号获取与处理系统根据照明镜头、曝光面和DMD出射面的能量变化判断部件的损坏情况，输出相应的信号；
在光刻模式下，激光器发出的紫光波段光束经过光纤后再经过照明镜头匀光准直，形成出射面光强度均匀分布的准直面光源，再经过反射镜照射在DMD上，经过DMD的空间光调制，形成调制图案的波前分布，然后经过成像透镜组后出射的透射光线最终投射在PCB工件上，PCB工件上的光刻胶经紫光照射固化，形成刻蚀图案，此时能量追踪模式关闭；
在能量追踪模式下，激光器的总能量通过功率计测量得到，信号获取与处理系统启用，对DMD投射全白图案，通过光电探测器Ⅰ和功率计实时监测照明镜头和曝光面能量分布情况并反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，对DMD投射全黑图案，则通过光电探测器Ⅰ和光电探测器Ⅱ分别实时监测照明镜头和DMD出射面的能量分布情况并反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，至此整个系统实现闭环能量追踪，信号获取与处理系统根据各探测点能量变化情况判断关键部件的损坏情况，输出相应的信号，并判断是哪一部件出现问题，若判断为激光光源衰减，则切换成光刻模式进行PCB工件的生产，若判断为其他部件损坏，视情况及时处理修复。
2.根据权利要求1所述的能量闭环追踪及问题部件定位的激光直接成像光学系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
在光刻模式下，激光器发出的紫光波段光束经过光纤后再经过照明镜头匀光准直，形成出射面光强度均匀分布的准直面光源，再经过反射镜照射在DMD上，经过DMD的空间光调制，形成调制图案的波前分布，然后经过成像透镜组后出射的透射光线最终投射在PCB工件上，PCB工件上的光刻胶经紫光照射固化，形成刻蚀图案，此时能量追踪模式关闭；
在能量追踪模式下，功率计将其检测的曝光面的能量数据反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，信号获取与处理系统将接收的数据与最初能量大小和分布情况进行比较，若相同则输出“能量正常”，反之，输出“能量异常”，此时则需要利用光电探测器Ⅱ将其检测的DMD出射面的能量数据反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，若DMD出射面的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统输出“能量异常”，成像透镜组异常报警，反之，需要利用光电探测器Ⅰ将其检测的照明镜头的能量数据反馈至信号获取与处理系统进行分析和处理，若照明镜头的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统输出“能量异常”，DMD 异常报警，成像透镜组异常报警，排查优先等级为：DMD>成像透镜组，反之，激光器与信号获取与处理系统连接，若功率计检测的激光器的能量数据与其最初能量大小和分布情况一致，则信号获取与处理系统输出“能量异常”，照明镜头异常报警，DMD异常报警，成像透镜组异常报警，排查优先等级为：照明镜头>DMD>成像透镜组，反之，激光器异常报警，对于不可插拔光纤，直接判定激光器有问题，对于可插拔光纤，需要判定是激光器还是光纤的问题。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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