CN201516538U - 双光学头激光并行加工的光刻系统 - Google Patents

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邵其文
陈林森
许家明
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Abstract

本实用新型公开了一种双光学头激光并行加工的光刻系统，包括工作平台、光学平台和光学平台驱动装置，其特征在于：所述光学平台驱动装置主要由平行设置于工作平台上方的横梁，位于横梁两端的一对Y方向直线导轨、驱动横梁沿Y方向直线导轨运动的直线电机，位于横梁上的X方向直线导轨、驱动光学平台沿X方向直线导轨运动的直线电机构成；设有两个独立的光学平台，每一光学平台上固定有一组激光光源和光学头。本实用新型能够快速、有效地实现大幅面的激光光刻。

Description

双光学头激光并行加工的光刻系统
技术领域
本实用新型涉及一种激光加工设备，具体涉及一种具有双光学头的激光并行加工的光刻系统。
背景技术
随着激光加工技术的不断更新，激光加工的幅面大小和速度也越来越受到重视。在早些时候光刻设备采用的驱动装置多为步进电机，步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，因而控制精度较差。随着精度的要求越来越高，步进电机逐步被伺服电机取代，伺服电机相比步进电机，精度高，速度较快。然而，采用伺服电机驱动直线运动时，通常采用伺服电机加滚珠丝杠的组合结构，其定位精度仍受到限制，且高速运动能力不足。
目前，激光加工的幅面越来越大，同时，由于单位时间内生产速度越快，成本也随之越低，对于光刻的幅面速度提出了更高的要求。
发明内容
本实用新型目的是提供一种能够实现快速激光光刻的双光学头激光并行加工的光刻系统，以适用于大幅面的激光光刻。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种双光学头激光并行加工的光刻系统，包括工作平台、光学平台和光学平台驱动装置，所述光学平台驱动装置主要由平行设置于工作平台上方的横梁，位于横梁两端的一对Y方向直线导轨、驱动横梁沿Y方向直线导轨运动的直线电机，位于横梁上的X方向直线导轨、驱动光学平台沿X方向直线导轨运动的直线电机构成；设有两个独立的光学平台，每一光学平台上固定有一组激光光源和光学头。
上文中，在工作平台上方安装有横梁，由直线电机动子驱动横梁经由Y方向直线导轨在Y方向运动。横梁上安装有X方向直线导轨，同时安装有两个X方向直线电机动子和两个独立的光学平台，直线电机动子可快速驱动横梁和光学平台运动，最大速度可达1000mm/s以上。
上述技术方案中，每组所述激光光源包括激光器件、扩束镜机构、旋转变换光阑机构，每组所述光学头包括反射镜调节器、光栅更换机构和镜筒，光路构成为，激光器件发出的水平的激光束经扩束镜机构、旋转变换光阑机构后由反射镜反射为竖直向下的光束，经光栅后，由镜筒聚焦在工作平台上。
扩束镜机构可以将激光器发射出来的光扩束变换成所需要的光束。通过步进电机可随时精确控制旋转变换光阑机构上的光阑孔型和孔的大小。光栅更换机构可由伺服电机通过带轮带动，随时旋转不同角度，光栅更换机构本身亦可随时更换内部的不同光栅片，以满足不同的光刻需要。
进一步的技术方案，在每一光学平台上设置有一CCD光检测机构，所述CCD光检测机构接收光斑点反射信号，其输出与计算机系统连接。CCD光检测机构可以随时监测工作平台上的光斑点，将图形显示在计算机屏幕上，根据画面可适时调整光点形状和大小，以满足光刻所需要。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：
1、本实用新型通过直线电机、直线导轨和横梁的配合，可以实现光学头的快速运动，直线电机不但有很高的定位精度，同时速度相比伺服电机系统提高了很多，负载量大，配合两个独立运动的光学平台，能够实现1300mm×1100mm幅面的激光光刻。
2、本实用新型可以由CCD光检测机构对光斑点进行监测，适时调整光点形状和大小，以满足光刻需要。
3、光刻中光阑可随时改变，根据不同需要调整其孔型和孔的尺寸；光栅也可随时改变，实现不同角度光刻。
本发明就是在这种状况下提出的。首先直线电机在近几年的发展比较迅速，主要得益于它不但能够有很高的定位精度，同时速度相比伺服电机系统的速度提高了很多，负载量大，在生产上应用的越来越广泛。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是图1中光栅与镜片组结构示意图；
图3是图1中光阑的示意图；
图4是图1中光阑上孔型示意图；
图5是图2中光栅孔位示意图。
其中：1、直线电机磁轨；2、Y方向直线导轨；3、横梁；4、直线电机磁轨；5、光学平台；6、激光器件；7、扩束镜机构；8、旋转变换光阑机构；9、光学平台；10、X方向直线导轨；11、感应限位机构；12、伺服电机；13、CCD光检测机构；14、工作平台；15、定位光栅尺；16、位置检测读数头；17、反射镜调节器；18、光栅零位检测机构；19、带轮；20、零位检测盘；21、光栅更换机构；22、挡光盘；23、调焦旋钮；24、镜筒；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：参见附图1至5所示，一种双光学头激光并行加工的光刻系统，工作平台14调节水平后安放于防震基台上，基台通过橡胶垫片与地面隔离，基台为此双驱双光学头并行光刻系统提供支撑并隔离外界震动；在工作平台14上方安装有横梁3，它可由直线电机动子(未画出)驱动横梁3经由Y方向直线导轨2在Y方向运动，与Y方向直线导轨2平行设置有直线电机磁轨1。
横梁3上安装有X方向直线导轨10，同时安装有X方向直线电机动子(未画出)和两个独立的光学平台5、9。由直线电机动子驱动光学平台5和9在直线导轨上沿X方向独立移动，直线电机磁轨4平行于X方向直线导轨10设置。
在光学平台5、9上安装有激光器件6、扩束镜机构7、旋转变换光阑机构8、CCD光检测机构13。扩束镜机构可以将激光器发射出来的光扩束变换成所需要的光束。CCD光检测机构13可以随时监测工作平台14上的光斑点，将图形显示在计算机屏幕上，同时根据画面可适时调整光点形状和大小，以满足光刻所需要。
所述的旋转变换光阑机构为，旋转光阑支架上安装有步进电机，步进电机驱动旋转光阑盘(图3)绕其中心旋转。旋转光阑盘上相应的孔位到达其指定位置后，激光束通过孔位获得相应的形状和尺寸(图4)。多余的光束则通过光阑盘和支架将其挡住。旋转光阑盘(图3)可根据需要上下、前后进行移动。旋转光阑变换机构可整体前后、左右微调。
光束变换后经由反射镜调节器17，由水平光变为竖直光，再经过光学透镜变化，到达光栅表面。光栅更换机构21由伺服电机12驱动，运行平稳、可靠，没有声响，可获得任意角度的位置。光栅基座(图5)上可安放多片不同光栅，根据需要适时改变。
光栅零位检测机构18，安装有零位检测元件，可对光栅零点的位置进行检测，记录下零位后，通过程序驱动，可以获得光栅旋转时任意角度的位置。
光栅分光后多余的光将通过挡光盘22将其挡住，不会影响光刻。
镜筒24中含有多组镜片结构，光束经过镜片组后最终到达工作平台表面。其中镜片组焦距可调，通过调焦旋钮23实现。

Claims (3)

1.一种双光学头激光并行加工的光刻系统，包括工作平台、光学平台和光学平台驱动装置，其特征在于：所述光学平台驱动装置主要由平行设置于工作平台上方的横梁，位于横梁两端的一对Y方向直线导轨、驱动横梁沿Y方向直线导轨运动的直线电机，位于横梁上的X方向直线导轨、驱动光学平台沿X方向直线导轨运动的直线电机构成；设有两个独立的光学平台，每一光学平台上固定有一组激光光源和光学头。
2.根据权利要求1所述的双光学头激光并行加工的光刻系统，其特征在于：每组所述激光光源包括激光器件（6）、扩束镜机构（7）、旋转变换光阑机构（8），每组所述光学头包括反射镜调节器（17）、光栅更换机构（21）和镜筒（24），光路构成为，激光器件（6）发出的水平的激光束经扩束镜机构（7）、旋转变换光阑机构（8）后由反射镜反射为竖直向下的光束，经光栅后，由镜筒聚焦在工作平台上。
3.根据权利要求1或2所述的双光学头激光并行加工的光刻系统，其特征在于：在每一光学平台上设置有一CCD光检测机构（13），所述CCD光检测机构接收光斑反射信号，其输出与计算机系统连接。
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