CN1295305A - 将一板件曝光于激光辐射的机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用激光制造印刷电路板的曝光机。主激光束被分成N个单元激光束。每个单元激光束利用一个光学装置偏转以照射印刷电路板的一预定部分。光学装置布置成,使单元激光束基本上垂直于印刷电路板,且使在印刷电路板的被各单元激光束照射的部分之间存在重叠部分。

Description

将一板件曝光于激光辐射的机器

本发明有关一种将一板件、尤其是一印刷电路板曝光于激光辐射的机器。

已经有着不同的技术，它们使用激光束来制造印刷电路，更精确地说是用来执行下述方法的步骤之一，该方法在于采用形成在一绝缘衬底之上的一金属化层来规定印刷电路的印刷线。这些技术可以要么用激光束来转换一层抗蚀剂的状态，或者直接将抗蚀剂层剥去来显露出金属化层，或者完全不采用一抗蚀剂层而直接用激光束来剥离金属化层。本发明有关所有这三种采用一激光束的方法。

当然，在这样一种技术中，在印刷电路板工作区的表面上的每一个点或象素均为一激光束所扫描，该激光束要么处于一种工作状态，或者处于一种中断状态，取决于相应点是否要被印制还是不被印制。扫描控制与计算机装置相连，该计算机装置对每个与其座标相连系的象素在存储器服务中都包含有相应的信息，用来规定所要达到的印制或非印制状态。

在已有技术中，扫描是用一单根激光束来进行的，该激光束因此必须扫过印刷电路板的整个表面。更精确地讲，激光束在印刷电路板的一个方向上作顺序扫描而这些扫描在另一方向上则被偏置一个量。

可以理解，当印刷电路的尺寸大时，在已有技术的应用中采用一单根激光束进行的扫描操作可需要相当长的时间。因此具有优点的则是提供一种这样的曝光机，其中采用多根激光束来同时进行扫描，每根激光束扫描印刷电路的各一个区域。

然而，很容易理解的是，同时采用多根扫描激光束不能仅靠并置这样的装置来实现，这些装置的每一个采用一单根扫描激光束。可理解的是，要想从一个扫描区到另一扫描区在印刷电路中获取连续性，会遇上专门的问题。

还应强调的是，为了十分精确地规定印刷线形状，采用的激光束具有一20μm的打击在印刷电路板上的直径。然而，由于能量非均匀地分布在这样一个圆孔中且也因为由于扫描的缘故而使冲击交叠，最后的结果是就好象被一冲击所印制的板件表面是一个12．7μm×12．7μm的矩形。12．7μm这个长度因此便组成了应用于被做成在板件的两正交方向上的不同图形的清晰度单位。为保有该清晰度的精度，有必要让打击印刷电路板的激光束与板垂直。此外，也有必要在每个区域中保有一定量的宽容度，用于在激光束的扫描方向上作调节，从而能在用于产生和控制激光束的不同文件中允许有定位不精确度。

本发明的一个目的是提供一种曝光机，它采用多根同时工作的激光束将板件曝光于激光辐射下，同时却仍能获得一种具有与仅仅采用一根激光束时相同的清晰度质量的印刷电路。

为达到这一目的，本发明提供一种将一板件曝光于激光辐射的曝光机，所述板件在一第一方向Y上具有一工作长度L，所述长度L被分成N个长度为L／N的顺序段，所述曝光机的特征在于，它包括：

-一固定结构；

-一用于接收所述板件的水平板件支承；

-用于在一方向X上相对于该结构移动所述支承的位移装置，方向X垂直于板件的Y方向；

-产生N根主激光束的装置；

-用于时间调制每根主激光束的调制器装置；以及

-N个相对于所述结构固定的光学装置，每个装置在一完全垂直Y方向的方向上具有一光轴，每个光学装置包括：

-偏转器装置，用于周期地将主光束之一转换为一根被连续偏转且被时间调制的光束，所述光束被导向到所述光学装置的光轴上；以及

-一偏转镜，用于在一垂直于X、Y平面的方向上将所述被偏转激光束朝向所述板件支承导向，在垂直于所述光学装置的光轴的方向上的、且用于在每个周期中被所述光束所打击的所述偏转镜的长度 l ₁大于L／N；

-所述光学装置被组织为两组光学装置，如果N为偶数，每组则具有N／2个光学装置，如果N为奇数，每组则具有1／2(N+1)和1／2(N-1)个装置，在每组中的装置被并置在Y方向上，其放置的方式为使它们的偏转镜完全与Y方向对准，在两组偏转镜间的位于X方向上的距离等于D，在同一组中两并置的光学装置光轴间的在X方向上的距离等于2L／N，而在一组中一个装置的光轴和在另一组中最近的光学装置的光轴之间的在Y方向上的距离等于L／N，由此来自一光学装置的偏转激光束便能扫过一长度 l ₁，该长度 l ₁大于需被扫描的该板件段的长度，偏转激光束因此便能被控制来扫描该板件段，从它的第一端一直扫描到它的第二端。

尤其是因为被配置在两平行线上的那些光学装置的特殊配置形式，即一个组件中的光学装置被相对于另一组中的光学装置偏置一个“半间距”，此处用术语“间距”，来指两并置在同一组中的光学装置光轴间的距离，因此可以使不同光学装置的扫描区域交叠。如果说组成光学装置的不同元件的定位不精确性是不可避免的话，那么这种促使扫描区域交叠的可能性则能够使得校正变得必要以便取得所需的精度，该精度有关实际扫过板件每个区域的激光束的顺序的冲击点。

用于偏转每个光学装置的装置优选地包括：

-一转动多角镜，它具有n个面，用于在相继的固定周期内根据所述的面来在同一平面中连续地偏转所述激光束；以及

-将该被多角镜的每个面相继偏转的激光束进行聚焦并沿所述光轴方向及在包括Y方向的一公共平面中导向的物镜装置。

在一优选实施例中，调制器装置包括一声光调制器，它在所述的固定周期内接收主光束并输出在时间上顺序的所述激光束。

可以理解，控制声光调制器的透明或不透明状态除了用来调制激光束外还可以来使调制器状态与多角镜的转动同步，且因此也与其反射面的每一个的位置同步。如下面要解释的那样，这样尤其可以引入校正量，从而保证使每个扫描段的两端被精确定位。

在一优选实施例中，曝光机的特征为：

-用于将板件支承沿X方向移动的位移装置以一恒定速度连续地移动所述板件支承；且

-每个光学装置光轴的所述方向与一垂直于Y方向的方向成一角度a，从而来补偿支承在X方向上的连续位移效应。

当板件支承被以恒速移动时，这种状态目前来说可谓是最佳的方案，引入角度 a则能保证那些为不同激光束所同时扫描的线段相互间是连续的。

阅读了以下对作为非限定性例子所给出的本发明的不同实施例的叙述之后便能更好地理解本发明的其它特征和优点。该叙述参照附图来进行，附图中：

-图1为曝光机整体的一示意性正视图；

-图2为曝光机光学部分的一简化视图；

-图3为一示意图，示出一板件是如何被激光束所扫描的；

-图4为曝光机中的光学装置的一顶视图；

-图5为一光学装置的一顶视图；

-图6为该同一光学装置的一侧视图；

-图7示出如何能调节那些被不同激光束所扫过的区域。

曝光机整体最开始是参照图1被描述的。它包括一具有一底部12和一顶部14的结构，该结构是固定的。结构的底部12支承一用于接收一板件20的移动平板16。平板16可在X方向上移动，即在一垂直于图的平面的方向上移动。为此，在图中示出马达驱动的滚珠丝杠系统18和19。支承平板16被设计用来接收印刷电路板20，该印刷电路板20将被承受激光束照射来规定要被制造在印刷电路板上的印制线。结构的顶部14支承图中用矩形22₁～22₆所代表的光学装置。每个光学装置22在其输出端提供一激光束，该激光束具有一垂直于板件20的平面的方向，即一垂直方向。每一激光束的扫描区域标志性地用虚线24代表，扫描是在垂直于X方向的Y方向上进行的。

在用例子描述的曝光机中并参照图3，板件20的工作区域26同时被六根激光束所扫描，每根激光束在Y方向上扫描过板件工作区域的各自一个区域Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、Z₅和Z₆。术语“扫描”用来指激光束被在Y方向上连续移动。位移单位是象素，即可用激光束被制造的最小图形元素。在该特例中，每一象素如上所述是一边长为12．7μm的矩形。现实中，当一线段S被扫描时，则有着子线段对应于激光束的一实际冲击以及子线段对应于被中断的激光束。这些子线段的宽度“单位”当然是象素。在垂直于Y方向的X方向上的扫描如上所述是通过在X方向上移动板件来实行的。板件工作区域26在Y方向上的总长写为L，采用这样的标记法，则每根激光束需要扫过长度为 l ₂的一线段S₁、S₂…，其中 l ₂等于L／N。激光束数N当然可不等于六。

可看到，为确定从一个区域到一邻接区域所制造的图形的连续性，要求一扫描线段、比如线段S₁的最后的冲击应离开下一扫描线段的第一冲击点有一个象素的距离，在举例中该下一扫描线段为线段S₂。

现在来参照图2，以下来描述曝光机中能使板件同时被多根激光束所扫描的光学部分的基本元件，本例中共有6根激光束。

光学组件包括一激光器40，它优选地为氩型，在当曝光机采用改变抗蚀剂层的状态的方式工作时提供有7W的功率。由激光器40所提供的光束F被加到一分束器42的输入端，该分束器将光束分为6根分开的光束FD1、FD2、FD3、FD4、FD5、和FD6。所有分开的光速FD优选地均具有相同量级数值的功率并包括有有限数目的、相互非常接近的波长。

每根分开的光束FD被加到一声光调制器46的输入端，该声光调制器46与一控制电路47相连。众所周知，调制器可以采取一透明状态或者一种阻断激光束透过的不透明状态。每根具有一调制器的激光束被加到一光学装置22的输入端。该光学装置包括一输入端光学系统44和一设计用来将激光束导向至一转动多角镜50的光学系统48。众所周知，多角镜50由多个反射面52组成。在图2所示特例中，共有6个反射面。在其它的实施例中，该镜子可以有10个面。镜50被一马达54所转动，该马达54与一控制电路56和位置传感器相连接。

众所周知，具有光学系统48的激光束以一入射角撞击多角镜的一个面52，该入射角按照多角镜转动的一个函数连续变化。由该面所反射的激光束便连续地被反射。被多角镜的面的旋转所偏转的反射光束所转过的角度在图中用参考数字58所表示。为一转动镜面所引起的光束偏转相应于扫过板件的一线段S。激光束扫描的始和末是通过将调制器的透明和不透明状态控制与多角镜转动相同步来规定的。调制器在一段时间内当然是不透明的，在该段时间内，入射激光束否则的话便已经从多角镜的一个面走到另一个面了。每个面这样便规定了一个对应于一段线段的扫描周期。激光束被加到一物镜系统60的输入端。物镜60既用来聚焦激光束从而使其直径在本例中等于20μm，亦即大于象素尺寸，也用来将激光束导向到光学装置光轴的方向X’X’上来。

最后，光学装置22包括作为基本元件的一偏转镜62，它垂直于光学装置的光轴X’X’。镜62将被偏转的激光束反射到一垂直方向上，立即朝着板件支承16且因此也便是朝板件本身反射，且还是与板件支承16和板件正交地反射。激光束被这样地偏转，使得被偏转的光束撞击到镜62的分布在以光轴X’X’为中心的一段长度 l ₁上的众多点上。光学元件被以这样的方式来制造，使得长度 l ₁大于对应于与有关激光束相连系的板件上的扫描区域Z的长度 l ₂。

现在来参照图4，以下来描述固定在曝光机结构顶部14上的光学装置22的相对配置。在所考虑的该特例中，有六根激光束且因此有六个光学装置22。这些光学装置被组成两组，每组三个装置，它们被并置在垂直于装置光轴的方向X’X’的方向Y’Y’上。在一个组中的光学装置相互间隔有一等于L₁的距离，其中L₁等于2L／N。在两组中的光学装置各自用参考数字22₁～22₃和22₄～22₆表示，且它们是相互交错的，即在一第一组中的一光学装置的光轴到在第二组中的与之最接近的一光学装置的光轴的距离等于L₁／2，亦即L／N。在该图中，可看到长度 l ₁对应于被一转动镜的一单个面所偏转的该光束所能达到的扫描范围。可以理解，在从一组光学装置中的一个光学装置前进到另一组中的下一面光学装置时，能被相应激光束所扫描的长度 l ₁则相互交叠。类似地，当光学装置形状给定，则在激光束在光学装置的输出端镜62上的冲击点之间存在有一距离D，其中该镜62属于不同组中的光学装置。

以下参照图7，叙述根据本发明的配置形式能得到的对六根激光束的调整方式。该图中，要被各激光束所扫描的区域Z₁～Z₆在图中用虚线画出，且这些区域是被刚性地并置在板件的Y方向上。实线表示能被各自的激光束所扫描的区域Z’₁～Z’₆。可以理解，这些区域是有大于 l ₂ 的宽度 l ₁ ，且还可理解，在被第一组光学装置中的光学装置22₁所能扫描的区域Z’₁和能被光学装置22₄所扫描的区域Z₂’之间，在板件的X方向上存在有一偏置量D。

这样，通过合适地控制每一光学装置的声光调制器46，便可对其多角镜的每一面52规定一个时刻，在该时刻一区域Z_i开始被以这样的方式扫描：使得该扫描精确地与所述区域相对应而不管在不同光学系统的定位中还存在有不完善点。还可看到，为在X方向获取对区域Z的扫描，第一组中的光学装置的声光调制器46要晚于第二组中的光学装置的声光调制器开始工作，从而来考虑到X方向上的偏置量D。

这样可以理解，即使同时用六根激光束同时进行扫描，用本发明也可以获取对板件整个工作区域的连续扫描。板件被丝杠系统18和19在X方向连续地移动。结果，对用一激光束所作的每次扫过一个区域，扫描并不精确发生在Y方向上，但却发生在与所述方向成一角 a的一方向Y’上，因为在两方向上的位移是相加的。角 a的正切对应于X方向上从一个扫描到下一个扫描的距离 r被一个区域中的扫描的长度 l ₂所除的比值。距离 r对应于板件上激光束冲击的尺寸，约为12．7μm。角 a的正切值于是对应于r／ l ₂。该角因此很小。为补偿这一现象，每个光学装置的光轴X’X’并不精确地沿结构的X方向延伸，但却与所述方向成角度 a。自然，角 a对第一组中的光学装置和对第二组中的光学装置是在两相反的方向上。

图5和6示出一光学装置22的一具体实施例。在图4～6中所示的实施例中，声光调制器未被装在光学装置的底板上。六个调制器被安装在一分开的板上，该板同样固定有分束器。这一方案能确保这些声光调制器相对于分开的激光束被精确定位。光学装置22包括一底板80，它通过诸如82和84这样的机械调节件被固定到曝光机结构的顶部14上。这些调节件用于补偿组装公差并用来给出光学装置的光轴X’X’要与结构的X方向形成的角 a。这些调节装置还可以修正支承相对于板件方向Y的行程方向X上的一误差。在这些情况下，在垂直于板件的Y方向的方向和光轴X’X’之间给出的角等于 b，从而两个方向均被考虑到。偏转镜62经一板86被安装在底板80上，板86能使镜62的位置相对于底板被非常精确地调节。类似地，转动多角镜50及其马达54被固定在一板88上，板88相对于底板80可调。

这些图也示出了用于将激光束偏转到转动镜50的物镜系统60和镜48。

Claims (6)

1．一种将一板件曝光于激光辐射的曝光机，所述板件在一第一方向Y上具有一工作长度L，所述长度L被分成N个长度为L／N的顺序线段，所述曝光机的特征在于，它包括：

-一固定结构；

-一接收所述板件的水平板件支承；

-用于在一垂直于板件的Y方向的方向X上相对于结构来移动所述支承的位移装置；

-用于产生N个主激光束的装置；

-用于在时间上调制每根主激光束的调制器装置；以及

-N个被相对于所述结构固定的光学装置，每个光学装置在一完全垂直于Y方向的方向上具有一光轴，每个光学装置包括：

-偏转器装置，用于周期性地将主光束的每一根转换成一光束，该光束被连续偏转且在时间上被调制，所述光束被沿着所述光学装置的光轴导向；以及

-一偏转镜，用于将所述被偏转的激光束在一垂直于X、Y平面的方向上朝向所述板件支承进行导引，在垂直于所述光学装置的光轴的方向上的、且适合于在每个周期中被所述激光束所打击的所述偏转镜的长度 l ₁大于L／N；

-所述光学装置被组成两组光学装置，当N为偶数时，每组具有N／2个光学装置，当N为奇数时，每组具有1／2(N+1)和1／2(N-1)于光学装置，每组中的光学装置被并置在Y方向上，其方式为：它们的偏转镜完全与Y方向对齐，两组的偏转镜之间在X方向上的距离等于D，在同一组中的两并置的光学装置的光轴间在Y方向上的距离等于2L／N，且在一组中的一个光学装置的光轴和在另一组中的与之最近的光学装置的光轴之间在Y方向上的距离等于L／N，由此，来自一光学装置的偏转激光束便能够扫过一长度 l ₁ ，该长度 l ₁ 要大于需要被扫描的该板件段的长度，偏转的激光束因此便能被控制来扫描该板件段，从其第一端一直扫描到其第二端。

2．如权利要求1所述的曝光机，其特征在于，每个光学装置的偏转器装置包括：

-一转动多角镜，它具有 n个面，用于根据所述面在顺序的固定周期内在同一平面中连续地偏转所述激光束；以及

-物镜装置，用来将被多角镜的每个面所顺序偏转的激光束聚焦和导向到所述光轴的方向上且在一包含有Y方向的公共平面中。

3．如权利要求2所述的曝光机，其特征在于：调制器装置包括一声光调制器，该声光调制器接收所述主激光束并在其输出端提供所述时间调制的光束。

4．如权利要求3所述的曝光机，其特征在于：所述声光调制器包括控制装置，用于确保在每个扫描周期内垂直激光束打在板件上的第一冲击点与对应于有关的光学装置的线段的起点重合。

5．如权利要求1～4之一所述的曝光机，其特征在于：

-用于在X方向上移动板件支承的位移装置以一恒定速度连续移动所述板件支承；且

-每个光学装置的光轴的所述方向与一垂直于Y方向的方向成一角度 a，用来补偿支承在X方向上的连续位移效应。

6．如权利要求1～4之一所述的曝光机，其特征在于：

-用于在X方向上移动板件支承的位移装置以一恒定速度连续移动所述板件支承；且

-每个光学装置的光轴的所述方向与一垂直于Y方向的方向成一角度 b，用于补偿所述支承在X方向上的连续位移效应，且用来补偿行程方向X和Y方向之间的垂直度误差。

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