一种多波段分别曝光的曝光装置及方法与流程

本发明涉及一种多波段分别曝光的曝光装置及方法，属于印刷线路板技术领域、医学领域和印染领域。

背景技术：

复合光敏材料是一种能够对多种波长的光源产生光化学反应的光敏材料，在集成电路领域的印制电路板(printedcircuitboard，pcb)产业中，阻焊工艺中所采用的光固化阻焊油墨，由于掺杂了多种波长的光引发剂，因而是一种典型的复合光敏材料。pcb阻焊油墨的基本组成是：预聚物、活性稀释剂、光引发剂、颜料、助剂等。阻焊过程中，pcb阻焊油墨的紫外光(ultra-violet，uv)固化依靠光引发剂吸收紫外光源的辐射能后形成自由基，引发活性稀释剂和预聚物发生交联反应，形成网状结构的高分子聚合物，从而使液体迅速变成固体，形成阻焊层。

由于pcb阻焊油墨能够对多种波长的光源产生光化学反应，因此需要多种波长的光源进行曝光，为在阻焊油墨上实现预期的曝光效果，通常采用两种方式的光源进行曝光；一是传统光固化阻焊油墨的光源普遍采用高压汞灯，其最强的波长为365nm，这正是光引发剂吸收范围的中心波长。由于高压汞灯发出的光谱中紫外线区域广，油墨中可将吸收不同波长光能的光引发剂和增感剂组合使用，从而在油墨表面和内部均能获得硬化性。二是将不同波长的光源混合在一套光学系统中，得到类似汞灯的多种波长的混合光源，再通过该套光学系统进行曝光。

但是上述两种方式中，采用高压汞灯的方式存在汞灯光源衰减快，使用寿命有限，有效波段能量输出不稳定，辐射高、热量大，存在一定污染的问题，具体的汞灯光源衰减快，使用寿命有限，通常为1个月左右。且其光谱分布较广，能量利用效率不高，输入能量中只有大约20％的能量产生紫外线，而有20％是可见光能源，40％是热量，而有效波段(365nm)能量还可能出现输出不稳定的情况。由于汞灯的高压、高温和强辐射，很容易使周围的氧气分子发生化学反应而生产臭氧存在一定污染；而采用混合光源的方式则存在着需要设计复杂的镀膜层、镀膜层寿命低，且造成能量损失，混合后的光源经过同一套光学系统时，曝光能量上限受到限制，并且会严重降低光学器件的寿命的问题，具体的，光学系统设计复杂，而复杂的结构会增加装配误差。镀膜层本身对pcb光刻中使用的激光的耐受能力一般，因此寿命也不长。多种波长光束混合照射，会严重降低光学器件的寿命。如作为图形发生器的空间光调制器数字微镜(digitalmicromirrordevice，dmd)，不同规格的dmd器件所能够承受的波长范围及能量不同。波长越短，dmd器件的价格越高，在最高能量使用规范下，使用寿命也越短。因此当使用混合光源时，在同一光学系统中，一般为365nm、385nm、395nm、405nm等多种不同波长的光源混合，所以需要使用能够承受所有波长照射的dmd器件，通常为363nm-420nm规格dmd。此种dmd器件价格昂贵，使用寿命短，需要定期维护与更换，使用成本较高。所能承受的总能量低，会导致曝光设备的产能较低。同时混合光源中的各个波长的功率总和不能超过配套dmd的额定功率，因此各波长的曝光能量受到限制，使曝光设备的产能较低。

技术实现要素：

为了解决目前存在的上述问题，本发明提供了一种多波段分别曝光的曝光装置及方法。

本发明的第一个目的在于提供一种多波段光学曝光装置，所述多波段光学曝光装置包括至少两组曝光子系统，每组曝光子系统匹配不同波长范围的光源和对应不同波长范围的光学器件。

可选的，所述每组曝光子系统匹配不同波长范围的光源包括：每组曝光子系统匹配不同波长的单波长光源和/或每组曝光子系统匹配不同波长范围内的集成光源。

可选的，所述光学曝光装置还包括运动平台，所述运动平台用于将待曝光基板送至不同的曝光子系统进行曝光。

可选的，所述光学曝光装置还包括标定装置，所述标定装置用于对待曝光基板进行单方向上、平面上或者空间位置上进行标定以实现不同的曝光子系统对待曝光基板曝光时形成的图形重叠在同一位置。

可选的，所述标定装置包括以下任意一种：电荷耦合器件捕捉特征定位、机械或激光打孔定位、机械或人工调整摆放位置定位。

可选的，所述光学器件包括空间光调制器数字微镜。

本发明的第二个目的在于提供一种多波段光学曝光方法，所述方法应用于上述多波段光学曝光装置。

可选的，所述方法包括：

选择具有待曝光基板曝光时所需波长范围内的光源；

运动平台将待曝光基板送至匹配不同波长范围的光源和对应不同波长范围的光学器件的曝光子系统进行曝光；

采用标定系统对待曝光基板进行单方向上、平面上或者空间位置上进行标定。

可选的，所述匹配不同波长范围的光源包括：每组曝光子系统匹配不同波长的单波长光源和/或每组曝光子系统匹配不同波长范围内的集成光源。

可选的，所述对应不同波长范围的光学器件包括：根据所对应波长范围选择对应规格的空间光调制器数字微镜。

本发明有益效果是：

本发明采用把不同波长光源分离的思路，在一套光电曝光设备上，适配多个曝光子系统，每个曝光子系统匹配不同波长的光源和对应不同波长范围的光学器件，对待曝光基板进行多次分序曝光，并经过精确的光学系统标定方法，使不同光学系统间所曝光的图形能够重合。由于每个曝光子系统匹配不同波长的光源，所以避免了采用高压汞灯所带来的一系列问题，提高了能量的利用率，同时也避免了无用的能量降低光学器件的寿命的问题，同时因为不同波长采用对应规格的光学器件，使得每种规格的光学器件只需承受对应波长的光源照射而非所有光源的照射，进一步提高了光学器件的使用寿命和能量利用率，也降低了系统中光学器件的使用成本和维护成本，使曝光设备的产能整体得到了提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是多次多波段光学曝光方法示意图。

图2是子系统曝光图案重叠示意图。

图3是增加标定的曝光系统组成示意图。

图4是多组单波长光源组合的曝光系统组成示意图。

图5是多组集成光源组合的曝光系统组成示意图。

图6是多组单波长、集成光源组合的曝光系统组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种多波段光学曝光装置及方法，请参考图1，所述多波段光学曝光装置包括至少两组曝光子系统，每组曝光子系统匹配不同波长范围的光源和对应不同波长范围的光学器件；

所述光学曝光装置还包括运动平台，所述运动平台用于将待曝光基板送至不同的曝光子系统进行曝光。

所述光学曝光装置还包括标定装置，所述标定装置用于对待曝光基板进行单方向上、平面上或者空间位置上进行标定以实现不同的曝光子系统对待曝光基板曝光时形成的图形重叠在同一位置。

所述标定装置包括以下任意一种：电荷耦合器件捕捉特征定位、机械或激光打孔定位、机械或人工调整摆放位置定位。

所述光学器件包括空间光调制器数字微镜。

曝光过程中，每组曝光子系统可以匹配只产生一种波长的单波长光源，也可以匹配一种能够输出多种波长的光源，如混合光源，亦如集成光源。运动平台将涂布有复合光敏材料的基板送至不同子系统进行曝光，将输入曝光系统的图形分序重复曝光，形成的图形可以重叠在同一位置，如附图2所示。

运动平台可以上下运动，让材料适应曝光系统的不同焦深及焦点位置。也可以调节曝光系统结构，使各曝光子系统的焦点及焦深在相近位置，使平台不必上下运动。

上述调节曝光系统结构为将曝光系统安装在设备上(一般安装在设备的龙门结构上)，通过在其之间安装一个可自动控制的可滑动导轨，即一个可z向小范围运动的导轨，来上下调节曝光系统的焦点位置。

各曝光子系统位置可根据实际需要安放，不严格按照从小到大的波长顺序排列，其它对曝光子系统的放置顺序也包括在本发明中。运动平台运送涂布有复合光敏材料的基板至各个曝光子系统的顺序亦可按实际需要安排，送至各曝光子系统各种顺序均包括在本发明中。

如附图3所示，为保证曝光图形位置准确，系统中可增加对平台上曝光材料有关特征的标定系统，在单方向上、平面上及空间位置进行标定，实现精确对位。其具体方式可以是电荷耦合器件(chargecoupleddevice，ccd)捕捉特征定位，可以是机械或激光打孔定位，可以是机械或人工调整摆放位置等。

需要进行说明的是，本发明实施例中曝光子系统包括的多种波长的光源，其具体波长范围仅是举例，其它波长范围的多种波长光源也包括在本发明中。包含多种波长光源的子系统数量，不同的子系统位置组合方式也包括在本发明中。

实施例二

本实施例提供一种曝光子系统全部使用单波长光源的多波段光学曝光装置，请参考图4，下述以包含三个曝光子系统为例进行说明。

曝光过程中，针对pcb阻焊油墨这种复合光敏材料，由运动平台送至波长分别为365nm、385nm和415nm的单波长光源子系统分别曝光。本实施例单波长光源的具体波长仅是举例，其它数值的单波长光源也包括在本发明中。其它的包含单波长光源的曝光子系统数量，不同的曝光子系统位置组合方式也包括在本发明中。

具体的实施方案是：一个曝光子系统包括12个呈双排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为415nm的光源、415nm波长的配套空间光调制器数字微镜(digitalmicromirrordevice，dmd)、照明光路及成像光路。另一个曝光子系统包括6个呈单排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为385nm的光源、385nm波长的配套dmd、照明光路以及成像光路。第三个曝光子系统包括6个呈单排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为365nm的光源、365nm波长的配套dmd、照明光路以及成像光路。12个呈双排布置的曝光光路构成的415nm光源曝光子系统可实现整板一次曝光扫描，6个呈单排布置的曝光光路构成的385nm光源曝光子系统需要至少一次步进扫描曝光，6个呈单排布置的曝光光路构成的365nm光源曝光子系统需要至少一次步进扫描曝光。

实施例三

本实施例提供一种曝光子系统全部使用多种波长的光源的多波段光学曝光装置，即每组曝光子系统匹配不同波长范围内的集成光源。本实施例以包括两组曝光子系统为例进行说明，其中一组曝光子系统匹配的集成光源的波长范围为350-400nm，另外一组曝光子系统匹配的集成光源的波长范围为400-420nm。

波长350-400nm的曝光子系统，可以是在此波长范围的混合光源，也可以分别是365nm、395nm的单波长光源所组成的集成光源。波长400-420nm的曝光子系统可以是在此波长范围的混合光源，也可以是405nm、415nm的单波长光源所组成的集成光源。

具体的实施方案是：一个曝光子系统包括6个呈单排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为350-400nm的光源、400nm以下波长的配套dmd、照明光路及成像光路。另一个曝光子系统包括12个呈双排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为400-420nm的光源、400nm以上波长的配套dmd、照明光路以及成像光路。6个呈单排布置的曝光光路构成的350-400nm光源曝光子系统需要至少一次步进扫描曝光，12个呈双排布置的曝光光路构成的400-420nm光源曝光子系统可实现整板一次扫描曝光。

实施例四

本实施例提供一种曝光子系统既使用单波长光源，也使用多种波长的光源。本实施例以包括四组曝光子系统为例进行说明，其中三组曝光子系统匹配的单波长光源的波长为365nm、385nm、395nm；另外一组曝光子系统匹配集成光源，波长范围为400-420nm，光源波长400-420nm的子系统可以是在此波长范围的混合光源，也可以是405nm、415nm的单波长光源所组成的集成光源。

具体的实施方案是：一个曝光子系统包括12个呈双排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为400-420nm的光源、400nm波长及以上的配套dmd、照明光路及成像光路。另一个曝光子系统包括6个呈单排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为395nm的光源、395nm波长的配套dmd、照明光路以及成像光路。第三个曝光子系统包括6个呈单排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为385nm的光源、385nm波长的配套dmd、照明光路以及成像光路。第四个曝光子系统包括4个呈单排布置的曝光光路，每个曝光光路包括波长为365nm的光源、365nm波长的配套dmd、照明光路以及成像光路。12个呈双排布置的曝光光路构成的400-420nm光源曝光子系统可实现整板一次曝光扫描，6个呈单排布置的曝光光路构成的395nm光源曝光子系统需要至少一次步进扫描曝光，6个呈单排布置的曝光光路构成的385nm光源曝光子系统需要至少一次步进扫描曝光，4个呈单排布置的曝光光路构成的365nm光源曝光子系统需要至少一次步进扫描曝光。

需要进行说明的是，本发明的应用领域不局限在pcb阻焊油墨这种复合光敏材料上曝光成像，也可用于医学、印染等领域。也即曝光子系统光源不仅可以在紫外光、紫光范围，也可在可见光蓝色光、黄色光、红色光以及红外光范围。

本发明采用把不同波长光源分离的思路，在一套光电曝光设备上，适配多个曝光子系统，每个曝光子系统匹配不同波长的光源和对应不同波长范围的光学器件，对待曝光基板进行多次分序曝光，并经过精确的光学系统标定方法，使不同光学系统间所曝光的图形能够重合。由于每个曝光子系统匹配不同波长的光源，所以避免了采用高压汞灯所带来的一系列问题，提高了能量的利用率，同时也避免了无用的能量降低光学器件的寿命的问题，同时因为不同波长采用对应规格的光学器件，使得每种规格的光学器件只需承受对应波长的光源照射而非所有光源的照射，进一步提高了光学器件的使用寿命和能量利用率，也降低了系统中光学器件的使用成本和维护成本，使曝光设备的产能整体得到了提高。

本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。