直写式光刻机曝光对准装置及方法与流程

本发明涉及一种对准装置及方法，尤其是一种直写式光刻机曝光对准装置及方法，具体地说是并置式双台面曝光对准方法，属于直写式光刻机的技术领域。

背景技术：

直写式（LDI：Laser Direct Imaging）光刻机设备又称影像直接转移设备，可应用于半导体及PCB生产领域。区别于传统半自动曝光设备，它利用图形发生器取代传统光刻机的掩模板，从而可以直接将计算机的图形数据曝光到晶圆或PCB板上，节省制板时间和制作掩模板的费用。为了提升直写式曝光机的曝光效率，并置式双台面曝光设备应运而生。由于传统曝光机只有一个台面，对准时，一般采用一个对准CCD固定，另一个对准CCD移动的方式，双台面曝光设备由于两个并置台面上的PCB板均需要对准，所以两个对准CCD都需要移动，覆盖两个台面上PCB板的图形范围。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种直写式光刻机曝光对准装置及方法，其结构紧凑，对准方便，提升曝光效率，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述直写式光刻机曝光对准装置，包括呈并置式分布的第一台面以及第二台面；在所述第一台面、第二台面的上方设置对准图像抓取机构，所述对准图像抓取机构包括导轨以及设置于导轨上的第一对准相机与第二对准相机，第一对准相机、第二对准相机能在所述导轨上进行所需的运动，并在运动到所需的位置后，能抓取第一台面、第二台面上相应靶标的图像。

所述第一对准相机包括用于与导轨连接的第一相机安装底座以及安装于所述第一相机安装底座上的第一对准镜头，所述第一对准镜头上设有第一对准镜筒。

所述第二对准相机包括用于与导轨连接的第二相机安装底座以及安装于所述第二相机安装底座上的第二对准镜头，所述第二对准镜头上设有第二对准镜筒。

所述第一对准相机、第二对准相机在导轨上运动时，第一对准相机、第二对准相机在导轨上的间距不小于安全距离。

一种直写式光刻机曝光对准方法，所述曝光对准方法包括如下步骤：

步骤1、提供呈并置式分布的第一台面以及第二台面，并在第一台面、第二台面的上方设置对准图像抓取机构，所述对准图像抓取机构包括导轨以及设置于导轨上的第一对准相机与第二对准相机，第一对准相机、第二对准相机能在所述导轨上进行所需的运动；

步骤2、在上述第一台面、第二台面上放置所需的PCB板，在对第一台面或第二台面上的PCB板利用第一对准相机、第二对准相机进行对准时，对第二台面或第一台面上的PCB板进行曝光。

在对PCB板进行对准时，包括内层对准步骤以及外层对准步骤；其中，

内层对准步骤为：将PCB板的A面朝上放置，并开启当前PCB板所在台面用于形成靶标的光源，在对PCB板的A面曝光时，在PCB板的B面打两个靶标；

在PCB板的A面曝光完成后，将PCB板翻面，利用第一对准相机、第二对准相机分别抓取并记录B面上靶标的位置，根据B面上靶标的位置确定PCB板B面的曝光初始位置，并根据所述曝光初始位置对所述PCB板的B面进行曝光；

外层对准时，利用PCB板上的四个定位孔作为外层对准的靶标，根据四个定位孔的位置范围，控制当前PCB板所在台面移动到所需的位置，以使得靠近第一对准相机、第二对准相机的两个定位孔处于第一对准相机、第二对准相机的视场内，并利用第一对准相机、第二对准相机抓取并记录所述两个作为靶标的定位孔位置；

控制当前PCB板所在台面移动至所需的位置，以使得远离第一对准相机、第二对准相机的两个定位孔处于第一对准相机、第二对准相机的视场内，利用第一对准相机、第二对准相机抓取并记录所述两个作为靶标的定位孔位置；

根据上述获取四个靶标的位置，确定PCB板外层的曝光初始位置。

所述第一对准相机、第二对准相机在导轨上运动时，第一对准相机、第二对准相机在导轨上的间距不小于安全距离。

所述第一对准相机包括用于与导轨连接的第一相机安装底座以及安装于所述第一相机安装底座上的第一对准镜头，所述第一对准镜头上设有第一对准镜筒。

所述第二对准相机包括用于与导轨连接的第二相机安装底座以及安装于所述第二相机安装底座上的第二对准镜头，所述第二对准镜头上设有第二对准镜筒。

本发明的优点：第一对准相机、第二对准相机安装在导轨上，并能在导轨上进行所需的运动，第一对准相机、第二对准相机在导轨上移动后，能满足实际对准需求的同时，减少了运动轴的数量，保证了运动的精度以及可重复性要求，简化了结构、节省了成本。对第一对准相机、第二对准相机在导轨上的运动过程更容易进行运动控制，第一端对准相机、第二对准相机抓取的靶标相对位置关系更容易标定和换算，使对准流程简便；一个台面上的对准过程是在另一个台面曝光过程这个时间段内实现的，因此，可以忽略对准时间对曝光效率的影响，大幅提升了曝光效率。

附图说明

图1为本发明对第一台面上的PCB板进行内层对准的示意图。

图2为本发明对第二台面上PCB板进行曝光的示意图。

图3为本发明对第一台面上PCB板进行外层对准时抓取两个靶标位置的示意图。

图4为本发明对第一台面上PCB板进行外层对准时抓取另外两个靶标位置的示意图。

图5为本发明仅利用第一对准相机抓取靶标位置的示意图。

图6为本发明仅利用第二对准相机抓取靶标位置的示意图。

图7为本发明第一对准相机、第二对准相机与导轨的配合示意图。

附图标记说明：1-导轨、2-第一对准相机、3-第二对准相机、4-第一台面、5-第二台面、6-靶标、7-PCB板、8-第一相机安装底座、9-第一对准镜头、10-第一对准镜筒、11-第二相机安装底座、12-第二对准镜头以及13-第二对准镜筒。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示：对并置式双台面曝光设备，为了能实现有效对准，提升曝光效率，本发明包括呈并置式分布的第一台面4以及第二台面5；在所述第一台面4、第二台面5的上方设置对准图像抓取机构，所述对准图像抓取机构包括导轨1以及设置于导轨1上的第一对准相机2与第二对准相机3，第一对准相机2、第二对准相机3能在所述导轨1上进行所需的运动，并在运动到所需的位置后，能抓取第一台面4、第二台面5上相应靶标6的图像。

具体地，第一台面4以及第二台面5呈并置式分布，利用第一台面4、第二台面5能同时实现对两块PCB板7同时进行对准、曝光的操作，对准图像抓取机构位于第一台面4、第二台面5的上方，导轨1的长度方向与第一台面4、第二台面5的并置方向相平行，第一对准相机2、第二对准相机3能在导轨1上运动，第一对准相机2、第二对准相机3在导轨1上的运动相互独立，以便利用第一对准相机2、第二对准相机3实现对所需靶标6图像的抓取。本发明实施例中，利用第一对准相机2、第二对准相机3抓取靶标6的图像，能为后续的对准提供依据。

如图7所示，所述第一对准相机2包括用于与导轨1连接的第一相机安装底座8以及安装于所述第一相机安装底座8上的第一对准镜头9，所述第一对准镜头9上设有第一对准镜筒10。

所述第二对准相机3包括用于与导轨1连接的第二相机安装底座11以及安装于所述第二相机安装底座11上的第二对准镜头12，所述第二对准镜头12上设有第二对准镜筒13。

本发明实施例中，第一对准镜头9、第二对准镜头12均可采用CCD镜头，第一相机安装底座8能带动第一对准镜头9以及第一对准镜筒10在导轨1上的运动，第二相机安装底座11能带动第二对准镜头12以及第二对准镜筒13在导轨1上运动，对准镜头与对准镜筒间的具体配合关系为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。具体实施时，第一相机安装底座8上还安装有第一驱动机构，第二相机安装底座11上还安装有第二驱动机构，通过第一驱动机构能实现驱动第一相机安装底座8在导轨1上的运动，通过第二驱动机构能实现驱动第二相机安装底座11在导轨1上的运动，第一驱动机构、第二驱动机构可以采用本技术领域常用的驱动形式，只要能满足驱动运动即可，具体为本技术领域人员根据需要进行选择，此处不再赘述。

由于第一对准相机2、第二对准相机3在导轨1上运动相互独立，为了避免第一对准相机2与第三对准相机3工作时的碰撞，第一对准相机2、第二对准相机3在导轨1上运动时，第一对准相机2、第二对准相机3在导轨1上的间距不小于安全距离。本发明实施例中，所述第一对准相机2、第二对准相机3间的安全距离可以由直写式光刻机的控制器进行设定，所述直写式光刻机的控制器还能控制第一对准相机2、第二对准相机3的运动状态。当然，为了确定你给第一对准相机2、第二对准相机3间的距离，还可以设置用于采集第一对准相机2与第二对准相机3间距离的传感器，所述距离传感器与直写式光刻机的控制器连接，从而直写式光刻机的控制器能实时获取第一对准相机2与第二对准相机3间的距离。

根据上述的直写式光刻机，所述曝光对准方法包括如下步骤：

步骤1、提供呈并置式分布的第一台面4以及第二台面5，并在第一台面4、第二台面5的上方设置对准图像抓取机构，所述对准图像抓取机构包括导轨1以及设置于导轨1上的第一对准相机2与第二对准相机3，第一对准相机2、第二对准相机3能在所述导轨1上进行所需的运动；

步骤2、在上述第一台面4、第二台面5上放置所需的PCB板7，在对第一台面4或第二台面5上的PCB板7利用第一对准相机2、第二对准相机3进行对准时，对第二台面5或第一台面4上的PCB板7进行曝光。

具体地，在对PCB板7进行对准时，包括内层对准步骤以及外层对准步骤；其中，

内层对准步骤为：将PCB板7的A面朝上放置，并开启当前PCB板7所在台面用于形成靶标6的光源，在对PCB板7的A面曝光时，在PCB板7的B面打两个靶标6；

在PCB板7的A面曝光完成后，将PCB板7翻面，利用第一对准相机2、第二对准相机3分别抓取并记录B面上靶标6的位置，根据B面上靶标6的位置确定PCB板7B面的曝光初始位置，并根据所述曝光初始位置对所述PCB板7的B面进行曝光；

本发明实施例中，PCB板7在第一台面4或第二台面5上进行内层对准的过程相一致。一般地，一块PCB板7在第一台面4上进行对准时，另一块PCB板7在第二台面5上进行曝光，从而能提升效率。PCB板7在第一台面4或第二台面5上对准时，第一对准相机2、第二对准相机3需要移动到当前需要对准台面的位置区域，以便抓取所需的靶标6位置。具体实施时，第一台面4以及第二台面5上均设置两个能发射紫外光束的LED灯，利用LED灯发射的紫外光束形成内层对准所需的靶标6。

如图1所示，为对第一台面4上PCB板7进行内层对准的示意图，此时，第二台面5上的PCB板7进行曝光过程。对第一台面4上PCB板7进行内层对准时，利用第一对准相机2以及第二对准相机3分别抓取一个靶标6的图像，根据靶标6的图像确定靶标6的位置。如图2所示，为第二台面5上PCB板5曝光完成后，进行下板，并放置另一块PCB板7的示意图，此时，第一台面4上的PCB板7可以根据获取靶标6的位置，实现所需的曝光。

外层对准时，利用PCB板7上的四个定位孔作为外层对准的靶标6，根据四个定位孔的位置范围，控制当前PCB板7所在台面移动到所需的位置，以使得靠近第一对准相机2、第二对准相机3的两个定位孔处于第一对准相机2、第二对准相机3的视场内，并利用第一对准相机2、第二对准相机3抓取并记录所述两个作为靶标6的定位孔位置；

控制当前PCB板7所在台面移动至所需的位置，以使得远离第一对准相机2、第二对准相机3的两个定位孔处于第一对准相机2、第二对准相机3的视场内，利用第一对准相机2、第二对准相机3抓取并记录所述两个作为靶标6的定位孔位置；

根据上述获取四个靶标6的位置，确定PCB板7外层的曝光初始位置。

具体地，外层板制作时，由于PCB板7有四个定位孔，所述四个定位孔即可作为对准的靶标6。每种IC电路图形都有一个料号，料号里有图形所有的信息，包括四个定位孔的位置信息，所以曝光时，每个台面上的PCB板7的四个定位孔位置范围已知，对准时，第一对准相机2、第二对准相机3移动到对应位置，可以实现预对准。

第一台面4上的PCB板7进行曝光时，第一对准相机2、第二对准相机3移动到与第二台面5正对应的位置，以便进行靶标6抓取，将第一对准相机2、第二对准相机3抓取的四个定位孔位置记录下来，根据四个定位孔的位置，即能实现第二台面5上PCB板7的外层对准。具体实施时，在抓取四个定位孔的位置后，可以将四个定位孔的位置变换到同一坐标系内，即得到曝光的初始位置。由四个定位孔的位置，能实现对PCB板7外层对准的具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。此外，在PCB7的外层对准时，PCB板7的A面、B面均需要进行上述的对准过程，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本发明实施例中，当第一台面4上PCB板7的曝光结束后，取下PCB板7并放上另一片PCB板7，第一对准相机2、第二对准相机3需要移动到与第一台面4对应的位置，以对第一台面4上PCB板7的定位孔图像进行抓取，实现第一台面4上PCB板7的对准；与此同时，由于第二台面5上PCB板7已进行了对准，根据记录的靶标6位置直接曝光。如上所述，一个台面的对准过程是在另一个台面曝光过程这个时间段内实现的，所以，本发明的对准方式可以忽略对准时间对曝光效率的影响。

如图3所示，为第一台面4上PCB板7进行外层对准的示意图，具体为获取PCB板7上邻近第一对准相机2、第二对准相机3的两个定位孔的位置图像，即获取两个靠近第一对准相机2、第二对准相机3的靶标6的位置。对准时，根据料号信息控制第一台面4带动PCB板7移动到合适位置，使靠近第一对准相机2、第二对准相机3的两个定位孔分别第一对准相机2、第三对准相机3的视场内，第一对准相机2、第二对准相机3分别抓取两个作为靶标6的定位孔的精确位置，记录待用。

如图4所示，为第一台面4上PCB板7进行外层对准的示意图，具体为获取PCB板7上远离第一对准相机2、第二对准相机3的两个定位孔的位置图像，对准时，控制第一台面4带动PCB板7Y方向进行移动，直至远离第一对准相机2、第二对准相机3的定位孔进入第一对准相机2、第二对准相机3的视场内，第一对准相机2、第二对准相机3分别抓取两个靶标6的精确位置，记录待用，四个靶标6位置通过计算换算到同一坐标系内，完成外层对准过程，具体变换过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图5和图6所示，由于第一对准相机2、第二对准相机3共轴运动，考虑防撞，第一对准相机2、第二对准相机3的最小距离始终保持大于或等于安全距离。这种方式考虑小板曝光，PCB板7两侧的靶标6若小于安全距离，需考虑运动方式：第一对准相机2移动到左侧靶标6位置范围，进行靶标6位置精确抓取，此时，若第二对准相机3离第一对准相机2的距离小于安全距离，则会自动往右移动，使第一对准相机2、第二对准相机3位置满足安全要求，左侧靶标6精确定位后，记录坐标待用；控制第一对准相机2往导轨1的左侧移动，控制第二对准相机3往左侧移动至右测靶标6位置，进行精确定位，记录右测靶6标位置待用，将PCB板7两侧靶标6通过计算，换算到同一坐标系代待用，至此完成小尺寸PCB板7对准过程。

本发明第一对准相机2、第二对准相机3安装在导轨1上，并能在导轨1上进行所需的运动，第一对准相机2、第二对准相机3在导轨1上移动后，能满足实际对准需求的同时，减少了运动轴的数量，保证了运动的精度以及可重复性要求，简化了结构、节省了成本。对第一对准相机2、第二对准相机3在导轨1上的运动过程更容易进行运动控制，第一端对准相机2、第二对准相机3抓取的靶标6相对位置关系更容易标定和换算，使对准流程简便；一个台面上的对准过程是在另一个台面曝光过程这个时间段内实现的，因此，可以忽略对准时间对曝光效率的影响，大幅提升了曝光效率。