本实用新型涉及无掩模光刻技术领域，特别是涉及一种无掩模光刻系统。
背景技术：
相比于掩模光刻技术，无掩模光刻技术在高精度HDI(高密度互连，High Density Interconnector)的多层线路板领域、平板显示器领域和集成电路封装领域，可以省去昂贵的掩模板，直接将计算机设计产生的所需线路图形曝光在涂有感光层的移动基板上，满足多层板高精度互连的要求。无掩膜光刻系统中的空间光调制器(SLM，Special Light Modulator)包括一个可独立寻址和控制的像素阵列，每个像素可以对透射、反射或衍射的光线产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制。
空间光调制器包括DMD(Digitalmicromirrordevice，数字微镜器件)或 LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)，空间光调制器对每个像素灰度的调制实质上是对各像素单元的输出光强度的调制。比如：DMD是由许多微镜镜面构成的长方形微镜阵列，无掩模光刻系统采用特定频率的激光照射 DMD，通过控制微镜的旋转角度，以通过调制各像素单元的输出光强度，将特定的线路图像投影到涂有感光层的移动基板上。
现有技术中的无掩膜光刻系统制作的线路线宽最高只能做到15um左右，已经远远不能满足现在市场上对于掩膜板的要求。除此之外，现有技术中的无掩膜光刻系统虽然已经可以实现高速光刻扫描，但是在高精度的情况下，拼接难度较大，其原因主要有：
一方面，现有技术中的无掩膜光刻系统很难保证每条曝光图形都在焦点上，因为高精度图形，其焦深一般很小(±10um以内)，只有图形曝光时在焦点内，才能保证两条曝光的图形在拼接的地方，线条粗细一致，而要保证图形在焦点内，就必须要用距离传感器。另一方面，要有高精度的移动平台，要保证平台移动重复精度在1um以内，才能保证相邻两条图形可以拼接在一起。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种无掩模光刻系统来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
为实现上述目的，本实用新型提供一种无掩模光刻系统，所述无掩模光刻系统包括：二维载物平台，所述二维载物平台用于放置待曝光的感光基板/ 片，所述感光基板/片以相对于二维载物平台固定的方式设于所述二维载物平台；无掩模曝光装置，所述无掩模曝光装置包括空间光调制器和镜头组件，所述镜头组件设在所述空间光调制器与所述感光基板/片之间，用于改变所述空间光调制器投射下来的光影图像的像素分辨率，实现不同线宽线距图像的曝光；二维载物平台运动检测装置，所述二维载物平台运动检测装置用于检测所述二维载物平台在垂直于所述空间光调制器的光轴的平面内的二维运动信息；同步运动控制装置，所述同步运动控制装置用于控制所述二维载物平台沿预设扫描运动方向匀速运动和基于所述二维载物平台的二维运动信息控制所述空间光调制器的开闭动作，将需要曝光的图分成多条等宽的图形进行分次曝光；以及用于将待用的所述远心镜头切换到所述光轴上的切换装置。
进一步地，所述镜头组件包括高倍率远心镜头和低倍率远心镜头；所述切换装置包括：固定移动基板，所述固定移动基板固定设置在所述镜头组件与所述感光基板/片之间；移动基板，所述移动基板上沿垂直于所述光轴的方向上依序布置各所述远心镜头；和驱动设备，所述驱动设备设在所述移动基板与所述固定移动基板之间，所述移动基板通过所述驱动设备可滑动地连接到所述固定移动基板。
进一步地，所述固定移动基板设沿垂直于所述光轴的方向布置的导轨；所述移动基板设可沿所述导轨运动的滑块；所述驱动设备包括气缸，所述气缸一端固定连接到所述固定移动基板，另一端固定连接到所述移动基板。
进一步地，所述切换装置还包括：两限位件，所述两限位件分别设在所述固定移动基板两侧的预设位置，用于固定所述移动基板，将所述远心镜头对齐所述光轴。
进一步地，所述无掩模光刻系统还包括：轴向间距检测装置，所述轴向间距检测装置用于检测所述无掩模曝光装置与所述感光基板/片之间在所述光轴上的轴向间距信息，并输出；和轴向间距调整装置，所述轴向间距调整装置用于基于所述轴向间距信息，控制所述无掩模曝光装置沿所述光轴运动，使所述感光基板/片的感光表面保持在所述无掩模曝光装置的焦平面。
进一步地，所述轴向间距检测装置包括：非接触式距离传感器，所述非接触式距离传感器用于检测所述无掩模曝光装置与所述感光基板/片之间的轴向间距信息，并输出给所述轴向间距调整装置；光路方向调整元件，所述光路方向调整元件设在所述无掩模曝光装置的出光口与所述非接触式距离传感器的入光口之间，用于将所述非接触式距离传感器的光路调整到所述光轴上。
进一步地，所述光路方向调整元件包括反射棱镜；所述非接触式距离传感器布置在所述镜头组件的侧面，所述反射棱镜设在所述镜头组件与感光基板/片之间；所述非接触式距离传感器发出的激光经由反射棱镜反射的反射光线投射到所述感光基板/片的感光表面，且所述反射光线位于所述光轴上。
进一步地，所述二维载物平台通过气浮的方式设在固定基座上。
本实用新型可以在不使用菲林的情况下，在感光基板/片上曝光出不同精细要求的图案，从而降低了针对各种不同精度掩膜板的制作成本，并且可以提高掩膜板的制作效率。
附图说明
图1是本实用新型所提供的无掩模光刻系统一实施例的原理性示意图。
图2是本实用新型所提供的无掩模光刻系统一实施例的结构示意图。
图3是图1中无掩模光刻系统的低倍远心镜头的工作状态示意图。
图4是图1中无掩模光刻系统的高倍远心镜头的工作状态示意图。
图5是图1中无掩模光刻系统的轴向间距检测装置的原理性示意图。
图6是图1中无掩模光刻系统的切换装置一实施例的结构示意图。
附图标记：
具体实施方式
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
如图1所示，本实施例所提供的无掩模光刻系统包括感光基板/片2、二维载物平台3、无掩模曝光装置1、轴向间距检测装置4、轴向间距调整装置 5、二维载物平台运动检测装置8、同步运动控制装置6和切换装置7，其中：
待曝光的感光基板/片2放置在二维载物平台3，感光基板/片2以相对于二维载物平台3固定的方式设于二维载物平台3。
无掩模曝光装置1包括镜头组件和空间光调制器，其中：所述镜头组件设在事实空间光调制器与感光基板/片2之间，用于改变所述空间光调制器投射下来的光影图像的像素分辨率，实现不同线宽线距图像的曝光。
所述镜头组件包括多个放大倍率不同的远心镜头，利用切换装置7，可以将待用的所述远心镜头切换到光轴110上。远心镜头的放大倍率的选取原则可以理解为：
根据待曝光的产品对生产线路的线宽线距的大小要求，比如：待曝光的产品对生产线路的线宽线距要求精细，则需要使用放大倍率相对较高的远心镜头，即本文中提及的高倍率远心镜头15；反之，使用放大倍率相对较低的远心镜头即可，即本文中提及的低倍率远心镜头16。下文提及的远心镜头，指的是高倍率远心镜头15或低倍率远心镜头16。
通常情况下，高倍率远心镜头15的放大倍率范围限定在(3:1至5：1) 的范围内，低倍率远心镜头16的放大倍率范围限定在(1.8:1到1：1)的范围内。在实际使用过程中，生产线路的线宽线距大于7um时使用低倍率远心镜头16即可，利用低倍率远心镜头16，可以减少曝光的时间，提高曝光的效率。生产线路的线宽线距大于2um时，既可以使用低倍率远心镜头16，也可以使用高倍率远心镜头15，则可以根据精细要求选择。切换使用高倍率远心镜头15，可以提高曝光的精度，完成低倍率远心镜头16不能实现的曝光精度。因此，本实施例可以在不使用菲林的情况下，在感光基板/片2上曝光出不同精细要求的图案，从而降低了针对各种不同精度掩膜板的制作成本，并且可以提高掩膜板的制作效率。
空间光调制器可以采用图中示出的DMD11，但不限于此，也可以采用 LCD。下面以空间光调制器采用DMD为例，说明本实施例的无掩模光刻系统的工作原理。DMD是光开关的一种，利用旋转反射镜实现光开关的开闭动作。
DMD11与感光基板/片2之间设所述镜头组件，DMD11由许多微镜镜面构成的微镜阵列，如图3和图4所示，光源14是激光光源，其输出固定波长的激光，该激光通过集束光纤12传导至匀光装置13，激光的均匀性经由匀光装置13调整后，通过一组放射镜(图中未示出)投射到DMD11上，DMD11将需要曝光的图案投射下来，使成像的光影进入到所述镜头组件的选定好的放大倍率的远心镜头中。利用所述远心镜头改变DMD11投射下来的光影图像的像素分辨率，实现不同线宽线距图像的曝光。本实施例所提供的无掩模光刻系统可以将需要曝光的图形直接曝光到感光基板/片2上，而不需要使用菲林。
轴向间距检测装置4用于检测所述无掩模曝光装置1与感光基板/片2之间在光轴110上的轴向间距信息，并输出。所述轴向间距信息实质上是远心镜头的出光端的端面与感光基板/片2之间的轴向间距信息。文中提及的“轴向间距信息”指的是沿光轴110方向的距离信息。“光轴110”可以理解为无掩模曝光装置1的光轴，具体指的是DMD11的光轴或选定好的远心镜头放置于DMD11的下游之后，远心镜头的光轴。“下游”则是以光路方向的出射方向为基准。比如：集束光纤12和匀光装置13位于DMD11的上游，所述镜头组件位于DMD11的下游。
如图5所示，在一个实施例中，轴向间距检测装置4包括非接触式距离传感器41和光路方向调整元件42，其中，非接触式距离传感器41用于检测无掩模曝光装置1与感光基板/片2之间的轴向间距信息，并输出给轴向间距调整装置5。非接触式距离传感器41可以采用市面上型号为基恩士 LK-H150+LK-F2、LK-H080+LK-F3、LK-H052K等产品。光路方向调整元件42设在无掩模曝光装置1的出光口与非接触式距离传感器41的入光口之间，用于将非接触式距离传感器41的光路调整到光轴110上。
在一个实施例中，光路方向调整元件42包括反射棱镜。非接触式距离传感器41布置在所述镜头组件的侧面，所述反射棱镜设在所述镜头组件与感光基板/片2之间。非接触式距离传感器41发出的激光经由反射棱镜反射的反射光线投射到感光基板/片2的感光表面，且所述反射光线位于光轴110上。
轴向间距调整装置5用于基于所述轴向间距信息，控制无掩模曝光装置 1沿光轴110运动，使感光基板/片2的感光表面保持在无掩模曝光装置1的焦平面。工作原理：无掩模曝光装置1可以沿光轴110方向自由运动，而非接触式距离传感器41安装在无掩模曝光装置1上，可实时测量无掩模曝光装置 1与感光基板/片2的距离，其可将测量距离反馈给控制系统(比如伺服控制系统，图中未示出)，控制系统再控制无掩模曝光装置1沿沿光轴110方向运动，以保证无掩模曝光装置1与感光基板/片2之间的轴向间距在预设范围内。
需要说明的是，轴向间距检测装置4和轴向间距调整装置5可以组成一个自动聚焦系统，非接触式距离传感器41使用红色激光光源测量距离，安装在远心镜头的侧面，反射棱镜安装在远心镜头的下面，跟远心镜头的光轴110 同轴，安装时使远心镜头的光轴110与非接触式距离传感器41的光路410重合，这样可以实现实时测量远心镜头中心到与感光基板/片2之间的轴向间距信息，通过控制系统和非接触式距离传感器41测量出来的距离来形成一个闭环反馈机制，以保证远心镜头的焦面在曝光扫面过程中保持不变。
二维载物平台运动检测装置8用于检测二维载物平台3在垂直于光轴110 的平面内的二维运动信息，通常二维运动包括X方向和Y方向运动，该两方向相互垂直。同步运动控制装置6用于控制二维载物平台3沿预设扫描运动方向匀速运动和基于二维载物平台3的二维运动信息同步控制空间光调制器的开闭动作，即同步控制DMD11的每一个微镜按照时间先后顺序的翻转动作，将需要曝光的图分成多条等宽的图形进行分次曝光。
如图2至图4所示，在一个实施例中，切换装置7包括固定基板71、移动基板72和驱动设备75，固定基板71固定设置在所述镜头组件与感光基板/ 片2之间。移动基板72上沿垂直于所述光轴110的方向上依序布置各所述远心镜头。驱动设备75设在移动基板72与固定基板71之间，移动基板72通过所述驱动设备可滑动地连接到固定基板71。远心镜头固定在移动基板72上。
如图6所示，在一个实施例中，固定基板71设沿垂直于光轴110的方向布置的导轨74。移动基板72设可沿导轨74运动的滑块76。驱动设备75包括气缸751，气缸751一端固定连接到固定基板71，另一端固定连接到移动基板 72。通过控制气缸751的开启以及关闭，来推动移动基板72运动，以达到切换远心镜头的目的。
在一个实施例中，切换装置7还包括两限位件73，两限位件73分别设在固定基板两侧的预设位置，用于固定基板，将远心镜头对齐光轴110。在需要使用低倍率远心镜头16进行曝光时时，驱动设备75将移动基板72推到左侧，并依靠左侧的限位件73固定低倍率远心镜头16，使低倍率远心镜头16 的光轴与DMD11的光轴110重合；同理，在使用高倍率远心镜头15进行曝光时，驱动设备75将移动基板72推到右侧，并依靠右侧的限位件73固定高倍率远心镜头15，使高倍率远心镜头15的光轴与DMD11的光轴110重合，实现低倍率远心镜头16和高倍率远心镜头15的切换。为了表述方便，本文使用图中示出的“左”“右”描述切换装置7的工作原理。
在一个实施例中，二维载物平台3通过气浮的方式设在固定基座上。为达到可以实现高精度的图案，采用气浮的方式，减少二维载物平台3运动过程中的阻力，提高二维载物平台3的运动精度，这有利于实现精准的图案拼接。
本实施例还提供一种无掩模光刻系统的曝光方法，所述无掩模光刻系统的曝光方法包括如下步骤：
设置包括二维载物平台3、无掩模曝光装置1和切换装置7的无掩模光刻系统，该无掩模曝光装置1包括DMD11和多个放大倍率不同的远心镜头。具体地，高倍率远心镜头15的放大倍率范围限定在(3:1至5：1)的范围内，低倍率远心镜头16的放大倍率范围限定在(1.8:1到1：1)的范围内。
将待曝光的感光基板/片2以相对于二维载物平台3固定的方式设于二维载物平台3。
根据需要曝光的产品的生产线路的线宽大小，通过切换装置7将合适倍率的远心镜头切换到光轴110上。远心镜头的放大倍率的选取原则可以理解为：根据待曝光的产品对生产线路的线宽线距的大小要求，比如：待曝光的产品对生产线路的线宽线距要求精细，则需要使用放大倍率相对较高的远心镜头，即本文中提及的高倍率远心镜头15；反之，使用放大倍率相对较低的远心镜头即可，即本文中提及的低倍率远心镜头16。
检测无掩模曝光装置1与感光基板/片2之间在光轴110上的轴向间距信息。基于检测到的轴向间距信息，控制无掩模曝光装置1沿光轴110运动，使感光基板/片2的感光表面保持在无掩模曝光装置1的焦平面，这样可以保证远心镜头的焦面在曝光扫面过程中保持不变。
控制二维载物平台3沿预设扫描运动方向匀速运动和基于二维载物平台 3的二维运动信息同步控制DMD11在预设扫描运动方向上每一行的每一个微镜依序间隔相同的单位时间各旋转一次角度，所述单位时间为所述感光基板/片 2移动一个微镜距离所需的时间，将需要曝光的图分成多条等宽的图形进行分次曝光。
在一个实施例中，所述无掩模光刻系统的曝光方法还包括：
在远心镜头与感光基板/片2之间设反射棱镜；
在远心镜头的侧面布置非接触式距离传感器41，使非接触式距离传感器 41发出的激光经由反射棱镜反射的反射光线投射到感光基板/片2的感光表面，且反射光线位于光轴110上。轴向间距检测装置4和轴向间距调整装置5 可以组成一个自动聚焦系统，非接触式距离传感器41使用红色激光光源测量距离，安装在远心镜头的侧面，反射棱镜安装在远心镜头的下面，跟远心镜头的光轴110同轴，安装时使远心镜头的光轴110与非接触式距离传感器41的光路410重合，这样可以实现实时测量远心镜头中心到与感光基板/片2之间的轴向间距信息，通过控制系统和非接触式距离传感器41测量出来的距离来形成一个闭环反馈机制，以保证远心镜头的焦面在曝光扫面过程中保持不变。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。