扫描仪系统的制作方法

专利名称：扫描仪系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于用于扫描平面的方法，例如，用于以扫描激光光束写在平面上。特别地，揭示一种用于将图案直接写在印刷电路板上的系统。
背景技术：
大部份印刷电路板是通过首先以光阻材料涂覆印刷电路板基底而制造，基底具有固体铜镀层。当选择性曝光及显影时，部份光阻移除，剩余光阻形成对应于照射的光亮及黑暗区域的图案。在显影的光阻图案形成以后，铜镀层典型上接受蚀刻步骤，其中移除未由光阻涂覆的铜镀层部份。
基本上，使用二个选择性曝光光阻方法的一。一方法利用诸如薄膜的主材(master)，其上形成所需要的图案(或其反相)。光阻涂层经由此薄膜暴露于强的照射。然后曝光的板显影及蚀刻，如上述。就小物件尺寸的高精密图案而言，此方法具有很多显著的缺点。第一，薄膜可能伸展或扭曲。此伸展有时候造成图案尺寸及位置之间的显著变化，图案是形成于多层或双侧板的不同层上。第二，薄膜的磨损及撕裂需要经常换薄膜。第三，布置图的任何改变需要一组新的薄膜，而通常需要若干组新的薄膜。最后，难以补偿在板处理期间所发生的尺寸的小变化。
第二种方法，其为本发明的主题，利用扫描激光光束扫描光阻涂层，以将图案写于其上。此方法以直接写入方法为人所知。原则上，直接写入克服已有技术的很多缺点。实用上，传统直接写入方法经常具有它们本身的问题。特别地，传统直接写入系统大体上比薄膜曝光方法慢很多，且需要高很多的经费。虽然，原则上，直接写入的精确度及解析度高，但很多实际上的考虑，诸如快速传送高能量辐射以使光阻曝光的能力，已限制传统直接写入方法所产生的板的产出率及实际精确度与精密度。
以多个光束扫描印刷电路板以增加直接写入系统的扫描速度在此技术中是属公知。通常，此多光束扫描使用于很多领域，诸如用于印刷电路工业的标线制备及电子照相印刷机器。然而，在此应用中，功率需求低，且所扫描物件尺寸通常较小。
美国专利5,635,976号描述一系统，用于产生标线的改进的特性定义。在此系统中，使用解析度至少为物件像素解析度四倍高的光束扫描标线。揭示单一激光扫描线或多重扫描线。
美国专利5,495,279号描述一系统，用于很大装置的图案的曝光。在此装置中，使用椭圆形激光光束。光束分成至少100平行段，每一段可独立编址(addressable)，使得100像素线可写在一起。
直接写入系统的又一需求为系统精确地知道光束在任何时间位在写入平面上的何处。做此决定之一方式为以测试光束校准写入光束。在写入光束入射印刷电路板平面以前，测试光束与写入光束分离。一刻度计选择性反射一部份测试光束。接着，检测到反射光束，所检测到的信号作为数据时钟的基准。然而，为了易于校准及特别用于校准光束的分离，光束波长不同。不幸地，波长不同的光束受光学器材的影响不同，且未能良好地追踪。此外，只有一部份相关的路径为二个光束所横越，且典型上用于此扫描器的之f-θ透镜未由二个光束完全横越。此系统的一为德国Jena，GmbH的激光影像系统，LIS DirectPrint 40。
直接写入系统通常操作于不同厚度的印刷电路板。虽然光的光学聚焦广为人知，由于光学器材的复杂性，其未用于直接写入系统。所以，已有技术系统使用一高度可以变化的台。就不同高度的板而言，台的高度调整为，使得板的平面聚焦于一预定焦平面。然而，特别就大的板而言，此台机械结构复杂，特别是如果必须做诸如板相对于台的角度的其他机械调整而言尤然。
光栅化激光扫描系统典型上受苦于用来扫描光束的多边形所造成的不精确度。颤动造成在写入激光光束于交叉扫描方向时的随机误差。扫描器光学器材的缺陷造成其他而通常是系统性的误差。
通常，将光阻的光学曝光(及随后的蚀刻图案)精密地定位于板上是重要的。虽然对于复合板的单侧内层(其用于形成在已层化的板上的外层)及双侧板(其中钻孔以连接在板内或在板或层的对立侧上的特性)而言，此并非很重要，但图案的精确定位是不可避免的。此可通过使扫描数据参考预定特性而达成，例如，就内层而言，参考出现在板二侧上的特性。此通常使用的特性的一是一钻孔。大体上，一未写入的板具有一或更多存在于板上的钻孔，该孔配合扫描器上的销。就双侧内层而言，扫描于是参考板二侧的孔。
然而，此一系统未能完全令人满意。比起所需要的印刷电路元件解析度，销对准所可能达成的精确度较有限。尝试减少孔对销的公差会导致孔的损坏及随的而来的不良对准。
发明概述本发明某些较佳实施例的一方面是关于一种扫描方法其中一光束，包括多个独立可编址的段，是用于扫描一平面，诸如印刷电路板的光阻涂覆平面。
在具有此方面的某些较佳实施例中，一具有椭圆形光束的光束(以下称为椭图形光束)扫描平面。此光束分为预定数目的独立可编址段，每一段比待写于平面上的特性的最小尺寸小若干倍。这些段中的每一段标示一子光束或扫描线。于是，多数极薄的子光束(每一子光束等同于一可编址段)一起以平行扫描线扫描平面。然而，较诸已有技术系统，该区域是以椭圆形光束的连续重叠扫描加以扫描。
在本发明的某些较佳实施例中，扫描线之间隔实质上小于待写在平面上的图案特性的最小尺寸。于是，就这些实施例而言，每一最小特性尺寸是由很多平行独立可编址扫描线写入。在椭图形光束的连续扫描期间，印刷电路板上的每一子光束路径曝光好几次。
较佳地，椭圆光束在其长度方向未具有均匀功率。为了增加系统的功率使用率，光束外形宁可在此方向为高斯形，只有高斯的低功率尾部未使用。此外，在本发明的较佳实施例中，限制每一子光束的绕射，使得一扫描线所曝光的宽度实质上大于扫描线之间的中心距。在本发明的某些实施例中，于数据所要写上的平面，子光束是独立可编址子光束之间距的二或三倍宽。
在本发明某些较佳实施例的一方面中，一最佳扫描速率提供光阻的不同敏感度。通常，扫描器可用于各种敏感度的很多不同型式的光阻。原则上，通过与光阻速率成反向地改变扫描速率，则扫描速率可配合敏威度。然而，大部份大的扫描器使用大多边形扫描器，其在相对受限的速率范围操作得最佳。于是，在已有技术中，除了可能改变扫描速率以外，在扫描高速光阻时，必须减少激光功率。以此方式，光阻的很多敏感度优点将会失去。
在本发明的一较佳实施例中，除了如同已有技术装置的改变扫描速率以外，依据光阻的功率需求，改变连续地带的重叠数量。于是，就慢的光阻而言，重叠增加(通过减少印刷电路板的移动速率)。就较快的光阻而言，不仅扫描速率略微增加，而且重叠数量减少。于是，在相当大的功率范围，激光功率保持在高，较佳为常数，而最佳化的量级。此导致众多各种光阻速率的最佳扫描速率及最佳功率使用本发明某些较佳实施例的一方面是关于改良扫描时的光束位置的决定在本发明的一较佳实施例中，测试光束与写入光束的至少一光谱线是相等波长。此外，测试光束较佳为导自于产生写入光束的相同激光来源，较佳为通过提供一靠近来源的输出的分光器。在本发明的一较佳实施例中，二个光束在它们的大部份长度是行进于平行或接近平行的路径。特别地，测试光束行进通过包含，较佳为，f-θ透镜的所有扫描光学器材(至少自多边形开始)。然而，在本发明的一较全实施例中，二个光束不平行。它们二者宁可在一垂直于扫描方向的平面中。虽然光束既不校准亦不平行，它们二者行进通过相同的扫描光学器材，且近乎相同地偏转。于是，在测试光束位置所作的测量精确地反应写入光束的位置。
在本发明的一较佳实施例中，一测量刻度计位于f-θ透镜的后面，与写入光束偏置(在交叉扫描方向)。测试光束，其与写入光束成一角度而行进，是由刻度计反射，而写入光束偏离刻度计并入射到光阻。刻度计包含标志，其调谐反射光束。此调谐受检测，且形成数据时钟的基准。
本发明某些较佳实施例的其他方面与光学系统的方面有关。此方面之一是将光束光学聚焦于光阻上的能力，用以容纳不同厚度的印刷电路板。如在本发明背景所述的，系统的复杂性要求相当小心，以允许此聚焦。
依据本发明某些较佳实施例的一方面，数据与板之间的对准是参考贯穿孔，如同已有技术。然而，不同于已有技术系统，其中孔是机械式对准扫描器，在本发明的较佳实施例中，孔是光学对准扫描数据。
在本发明的一较佳实施例中，用于写在印刷电路板上的系统，包含扫描及交叉扫描定位机构，是用于决定孔在扫描器台上的精密位置，亦即板的精密位置。在本发明的较佳实施例中，通过转动板以修正板与数据的角偏差，使数据配合板的位置。替代地或额外地，扫描线数据的选择性延迟修正残余的扫描位置偏差。较佳地，交叉扫描偏差是通过延迟或前置数据于交叉扫描方向而修正。通常，执行全部三种修正。
在本发明的一替代较佳实施例中，数据本身通过转动及移动数据而转变为测量坐标系统，以配合测量位置。然而，线上作此转变是困难的，以致于数据与位置的混合对准，如上述，是较佳的。
在本发明某些较佳实施例的一方面中，待扫描影像的尺寸是通过将板中的孔之间的实际距离与预定距离相比而调整。
在本发明某些较佳实施例中，定标操作是在一方向执行。另外，依据在一方向的距离测量而在二个方向执行。另外，依据在二个方向的距离测量而在二个方向执行。
在本发明某些较佳实施例的一方面中，板是使用真空夹头固定。真空夹头是台的一零件，而印刷电路板安装于台上。夹头较佳为通用式，其基本结构适用于所有板。较佳地，提供一简单穿孔式金属片，以使夹头的通用部份适用于特殊板。
本发明的其他方面由本发明的下列详细说明及附属的权利要求将可明白。
所以，依据本发明的一较佳实施例，提供一种扫描方法，用于将图案写在一平面上，包括提供一扫描光束，包括多个独立可编址子光束；以该扫描光束扫描平面若干次，该子光束于交叉扫描方向并排扫描平面，每一该子光束是经调谐以反射待写入的数据；及重叠光束，使得在至少二次扫描期间，平面的所有写入区域皆予以写上。较佳地，该写入区域至少写入三次。替代地，该写入区域至少写入四次。替代地，该写入区域至少写入六次。替代地，该写入区域至少写入八次。替代地，该写入区域至少写入十二次。替代地，该写入区域至少写入二十四次。
在本发明的一较佳实施例中，光束是通过独立调谐一椭圆光束的个别段而形成，该段包括该子光束。较佳地，独立调谐包括提供一椭圆光束，在长度方向具有可使用的范围；及提供沿着该长度方向的多个调谐段，该段的总范围大于可使用的范围。
替代地，子光束是独立产生，且方法包含结合子光束以形成该光束。
在本发明的一较佳实施例中，至少二个独立可编址子光束的未调谐能量不同。较佳地，未调谐能量通常为高斯形。替代地或额外地，光束的调谐为二进制、通断式调谐。
在本发明的一较佳实施例中，写入一具有最小特性尺寸的图案，且子光束的间隔实质上小于特性尺寸。较佳地，最小特性尺寸至少为子光束范围的四倍大。替代地或额外地，最小特性尺寸小于或等于约77微米。替代地或额外地，最小特性尺寸小于或等于约51微米。替代地或额外地，最小特性尺寸小于或等于约39微米。
在本发明的一较佳实施例中，子光束在该平面间隔一预定距离，且子光束具有一在平面而在邻近光束方向的范围，且范围大于间隔。较佳地，间隔小于约15微米。替代地，间隔小于约10微米。替代地，间隔约为6.35微米。
在本发明的一较佳实施例中，间隔小于约6.35微米。
在本发明的一较佳实施例中，范围至少是间隔的二倍。较佳地，范围至少是间隔的三倍。替代地或额外地，范围大于约6.35微米。替代地或额外地，范围大于或等于约12.7微米。替代地或额外地，范围大于或等于约19微米。替代地或额外地，范围大于或等于约25.4微米。
亦依据本发明的一较佳实施例，提供一种使扫描系统中的产出率最佳化的方法，且选择性传递可变的所需量级的能量至平面，包括
如前述权利要求中任一项来扫描一平面，以依据子光束的调谐提供曝光区域及未曝光区域；提供给定的最佳化功率的该光束；决定参数的组合，包含(1)在最大及最小速度之间的光束扫描速度，该最大及最小速度定义一扫描速度比；(2)平面及光束在垂直于扫描的方向的相对移动速率；及(3)光束重叠，适于以最佳化功率的光束将曝光平面区域曝光至所需能量；及利用所决定的参数组合曝光平面。较佳地，方法包含通过改变参数，以实质上大于扫描速度比的比例选择性改变传递到板上的曝光区域的能量。
亦依据本发明的一较佳实施例，提供一种使扫描系统中的产出率最佳化的方法，而选择性传递可变的所需量级的能量至平面，包括提供一给定的最佳化功率的光束；调谐光束；以在最大及最小速度之间的第一速度于第一方向使光束扫过平面，该最大及最小速度定义一扫描速度比；在垂直于第一方向的第二方向以第二速度相对移动平面及扫描光束；及以实质上大于扫描速度比的比例选择性改变传递到板上的曝光区域的能量。
在本发明的一较佳实施例中，所传递能量是以一因子改变，其至少为扫描速度比的一倍半高。替代地或额外地，所传递能量是以至少为扫描速度比的三倍高的比例改变。替代地或额外地，所传递能量是以至少为扫描速度比的五倍高的比例改变。替代地或额外地，所传递能量是以至少为扫描速度比的十倍高的比例改变。
在本发明的一较佳实施例中，扫描速度比不大于1.5。替代地或额外地，扫描速度比不大于2。
亦依据本发明的一较佳实施例，提供一种决定与扫描器中的扫描光束相关的平面位置的方法，方法包括提供具有至少二个孔的平面；以光束扫描至少在孔附近的平面；当光束是在通过孔的位置时检测该光束；决定光束在扫描器参考架构中的位置，至少是在光束位于孔边缘的那些位置；及依据孔边缘的位置的决定，决定孔在扫描器参考架构中的位置。较佳地，孔边缘的位置是遍及孔的全部圆周而决定。替代地或额外地，方法包括决定二个孔间的距离；比较所决定的距离与设计距离；及由该比较，决定待由扫描器写在平面上的数据的定标因子。较佳地，方法包含提供至少一额外孔，其在平面中而与至少二个孔为非共线定位决定至少一额外孔的位置；决定至少一额外孔与至少二个孔中至少一孔之间的又一距离；比较该又一距离与设计的又一距离；及由该又一距离与设计的又一距离的比较，决定待由扫描器写在平面上的数据的至少一定标因子。较佳地，决定一孔的位置包括决定点在孔边缘上的位置，及依据边缘位置的决定位置来计算孔中心的位置。
在本发明的一较佳实施例中，方法包含比较孔的位置与设计位置。较佳地，方法包含依据该比较，修正平面位置的一或二者及待写在平面上的数据的定位。较佳地，修正包括转动平面。替代地或额外地，修正包括转动数据。替代地或额外地，修正包括移动平面或数据的相对位置。替代地或额外地，方法包含依据该比较，修正待写在平面上的数据的大小。
在本发明的一较佳实施例中，检测包括使用用于多个孔的同一检测器的检测，且检测器接收经由光导件通过孔的能量。较佳地，光自多个孔经由同一光导件透射至检测器。
在本发明的一较佳实施例中，检测包括使用一用于不同孔的不同检测器的检测。
在本发明的一较佳实施例中，平面是由至少一孔的位置决定。较佳地，至少二个孔包括至少三个非对称安置的孔，且平面的侧是由孔的相对位置决定。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种在扫描器型写入系统中写入数据的方法，包括提供用于写在一平面上的数据；测量至少二个特性在一平面上的位置；比较特性与一设计距离之间的距离；依据比较来定标数据；及将定标数据写在平面上。较佳地，测量包括测量至少三个非共线特性的位置，且定标包括在二个方向以不同的定标因子定标。替代地或额外地，特性贯穿孔。
在本发明的一较佳实施例中，平面是一涂覆了光阻材料的金属化印刷电路板基底的平面。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种在用于印刷电路板的扫描式直接写入曝光系统中容纳不同厚度印刷电路板的方法，包括提供一涂覆了具有给定厚度的光阻材料的金属化印刷电路板基底；及通过改变扫描光束的焦平面，将扫描光束聚焦于光阻材料上。较佳地，光束在一扫描方向扫描，且具有在扫描方向的第一范围及在交叉扫描方向的第二、不同范围，且包含将扫描光束于二个方向聚焦于该平面。较佳地，扫描包括提供一预扫描光束至一扫描元件；且聚焦包括决定一用于预扫描光束的扫描及交叉扫描方向的共同焦点；及改变共同焦点，以引发扫描光束聚焦于涂层上。较佳地，改变共同焦点包括改变透镜的位置。较佳地，改变位置包括改变单一透镜的位置。
在本发明的一较佳实施例中，提供一预扫描光束包括独立调谐配置于交叉扫描方向的多个光束段，且所调谐的预扫描光束仅在其一部份路径于扫描及交叉扫描方向实质上对焦。较佳地，该部份实质上包括一点。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种将光束扫过一平面的装置，包括第一光束；一调谐器，在其光学输入端接收一光束，且依据传送至其的调谐信号在其出口产生一调谐光束；第二光束；一扫描器，其接收第一及第二光束，且以第一光束扫描平面，并以第二光束沿着实质上平行于第一光束路径的路径扫描；及一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号，其特征为第一及第二光束具有实质上相同的波长。较佳地，第一光束包含波长与第二光束波长不同的能量。替代地或额外地，装置包含一有标志的刻度计，被第二光束所入射，使第二光束从其反射，以形成一调谐反射光束。较佳地，第二光束与刻度计平面成一角度而入射，使得调谐反射光束沿着与第二光束不同的轴反射。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种使光束扫描平面的装置，包括
第一光束；一调谐器，在其光学输入端接收一光束，且依据到达的调谐信号在其出口产生一调谐光束；第二光束；一扫描器，其接收第一及第二光束，且以第一光束扫描平面，并以第二光束沿着实质上平行于第一光束路径的路径扫描；及一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号；及一有标志的刻度计，被第二光束所入射，使得第二光束自其反射以形成一调谐反射光束，其特征为第二光束与刻度计平面成一角度而入射，使得调谐反射光束沿着与第二光束不同的轴反射。
在本发明的一较佳实施例中，扫描器包括一扫描装置，其接收沿着第一轴的光束，且周期性转动光束轴，以形成转动光束；及一光学系统，其转换光束3周期性转动为光束的周期性线性扫描，其中第一及第二光束二者皆使用扫描装置及光学系统扫描。较佳地，该光束的功率在光束轴转动时改变，且光学系统包含一准f-θ透镜系统，其改变线性扫描的线性速率，以补偿功率变化。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种将光束扫描过平面的装置，包括第一光束；一调谐器，在其光学输入端接收一光束，且依据到达其的调谐信号在其出口产生一调谐光束；第二光束；一扫描器，其接收第一及第二光束，且以第一光束扫描平面，并以第二光束沿着实质上平行于第一光束路径的路径扫描；扫描器包括一扫描装置，其接收沿着第一轴的光束，且周期性角向移动光束轴，以形成转动光束；及一光学系统，其转换光束的周期性转动为光束的周期性线性扫描，及一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号；其特征为第一及第二光束二者皆使用扫描装置及光学系统扫描。较佳地，光学系统包含一准f-θ透镜，其提供线性光束位置及角度的非线性追踪。
在本发明的一较佳实施例中，装置包含一有标志的刻度计，其被第二光束所入射，使得第二光束从其反射以形成一调谐反射光束。较佳地，第二光束与刻度计平面成一角度而入射，使得调谐反射光束沿着与第二光束不同的轴反射。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种将光束扫描过平面的装置，包括第一光束；一调谐器，在其光学输入端接收一光束，且依据到达其的调谐信号在其出口产生一调谐光束；第二光束；一扫描器，其接收第一及第二光束，且以第一光束扫描平面，并以第二光束沿着实质上平行于第一光束路径的路径扫描；一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号；及一有标志的刻度计，其为第二光束所入射，使得第二光束从其反射以形成一调谐反射光束。
其特征为第二光束与刻度计平面成一角度而入射，使得调谐反射光束沿着与第二光束不同的轴反射。
在本发明的一较佳实施例中，控制器依据反射光束的调谐提供该调谐。替代地或额外地，装置包含一检测器，其接收该调谐反射光束，且产生来自其的调谐信号，该控制器依据该调谐信号提供该调谐。较佳地，控制器包含一时钟产生器，其接收调谐信号且产生一定时时钟，定时时钟具有可控制地相关于调谐信号频率的时钟频率。较佳地，时钟产生器包含第一产生器，其产生一中间时钟及一具有相同频率且反相的反相中间时钟；及切换电路，其具有各接收中间时钟及反相中间时钟的二个输入端以及一定时时钟输出端，在二个输入端之一的时钟选择性切换至定时时钟输出端，使得输出端的定时时钟的平均频率由该选择性切换控制。较佳地，切换电路回应于时钟修正数据而切换该输入端至该输出。
在本发明的一较佳实施例中，装置包含一含有所储存调谐数据的数据存储器，其依据该稳定时钟的定时，传达该数据至该调谐器，以调谐第一光束。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种将光束扫描过平面的装置，包括一调谐光束；一扫描器，其接收调谐光束，且以其扫描平面，扫描器包括一扫描装置，其接收沿着第一轴的光束，且周期性转动光束轴，以形成转动光束；及一光学系统，其转换光束的周期性转动为光束的周期性线性扫描，其特征为光学系统包含一准f-θ透镜，其提供线性光束位置及角度的非线性追踪，以补偿在光束中以角度的函数表示的功率变化。较佳地，装置包含一调谐器，在其光学输入端接收一光束，且依据到达其的调谐信号在其出口产生一调谐光束；第二光束，扫描器于该处接收调谐的光束及第二光束，且以第二光束沿着实质上平行于调谐光束的路径的路径扫描；及一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号。较佳地，装置包含一有标志的刻度计，其被第二光束所入射，使得第二光束自其反射以形成一调谐反射光束。较佳地，第二光束与刻度计平面成一角度入射，使得调谐反射光束沿着与第二光束不同的轴反射。替代地或额外地，刻度计上的标志是非均匀的，以修正调谐及第二光束位置之间的系统差异。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种用于支特不同尺寸平板的装置，其具有，包括一底部，具有一平坦平面，且包含多个形成于其平面上的相连接的频道；至少一连接至该频道的口；一连接到至少一口的真空源；一中间板，遮盖所有该频道，且具有形成于其上的多个孔，该板仅存在于没有孔的平坦平面区域中。较佳地，至少一部份底部包括一阵列棱锥台，该棱锥台的平顶包括平坦平面及含有频道而在棱锥台之间的区域。替代地或额外地，该孔的密度足以支持该平板顶住该平坦平面。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种用于写入图案于平面上的扫描装置，包括一光束，由数据调谐；一转动多边形，包括多个面，其在多边形转动时移动；第一光学系统，其至少在一交叉扫描方向将光束聚焦于一面上，使得当多边形转动时，光束在一扫描方向角状扫描；第二光学系统，其接收光束且将其聚焦于平面上，使得多边形的颤动不会转变成平面的交叉扫描偏移。较佳地，光束是在扫描方向散焦于多边形上。替代地或额外地，光束在扫描及交叉扫描方向聚焦于平面上。替代地或额外也，第二光学系统将光束的角状扫射转变成平面上的线性扫射。替代地或额外地，第二光学系统将交叉扫描方向的系统偏移以在扫描方向的其位置的函数引入；及一数据源，其改变调谐光束的数据，以补偿交叉扫描偏移。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种用于将图案写在一阵列通道的平面上的扫描装置，包括至少一光束，由至少一数据信号调谐；一转动多边形，包括多个面，其在多边形转动时移动；一光学系统，其接收至少一光束且将其聚焦于平面上，使一图案由至少一光束写在平面上，其中光学系统将交叉扫描方向的系统偏移以在扫描方向的其位置的函数引入；及一数据源，其改变调谐光束的数据，以补偿交叉扫描偏移。
在本发明的一较佳实施例中，装置包含一多频道光学调谐器，其接收至少一光束，且调谐该至少一光束以形成调谐光束。较佳地，装置包含一数据存储器，其储存多个数据线，该多个线大于调谐器的独立调谐频道的数目，且该处的数据回应于交叉扫描偏移而送至调谐器，以调谐来自一线的光束。较佳地，数据存储器亦储存交叉扫描偏移与扫描位置的依附性。替代地或额外地，至少一光束包括多个光束。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种用于将图案写在辐射敏感平面上的扫描装置，包括至少一激光光束，具有预定强度；一调谐器，在其输入接收至少一光束，且在其输出端产生至少一调谐光束；及一扫描器，其以在一扫描速度范围内的扫描速度将至少一调谐光束扫过平面，扫描速度范围是在多个连续、部份重叠地带中，该地带在一重叠范围内具有可变的重叠，其中重叠及扫描速度可独立控制，使得可以将大于重叠范围或速度范围的范围的功率量级传送至该平面。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种声光调谐器，包括一输入平面，一光束在该处进入调谐器，光束在该平面以第一角折射，第一角是光束波长及光束在输入平面的入射角的函数；一输出平面，光束在该处离开调谐器，光束在该平面以第二角折射，第二角是光束波长及光束在输出平面的入射角的函数；一声光布勒格绕射区域，其中当声波存在时，光束以第三角绕射，第三角是光束波长的函数该处，至少在输入及输出平面之间的角是使得二个输出光束具有给定、不同的波长，其以相同角度入射于输入平面，以相同角度离开输出平面。
依据本发明的一较佳实施例，亦提供一种用于将图案写在平面上的扫描装置，包括一光束，其包括在二个不同光谱线上的能量，由数据调谐；及一光学系统，其接收光束且将其聚焦于平面上，使得一图案通过至少一光束写在平面上，且使得在二个光谱线上的能量在相同位置聚焦于平面上。
附图的简短说明由本发明较佳实施例的下列详细说明及下列图，将可更清楚了解本发明，其中

图1是依据本发明一较佳实施例的印刷电路板直接写入扫描器的示意透视图2是图1的扫描器的示意顶视图；图3是图1及2的扫描器的示意图，其中为了清楚起见扫描器的元件以无安装件且不照比例显示围4A-4d显示四个依据本发明较佳实施例的扫描方案；图5是就不同重叠值，扫描重叠相关于多边形速率的示意曲线，示出一种依据本发明一较佳实施例用于便直接激光扫描器产出率最佳化的方法；图6A-6C示出依据本发明一较佳实施例的扫描器对准补偿；图7A及7B显示依据本发明一较佳实施例的主要光束光学器材加于声光调谐器的二个功能性视图；图8A及8B显示依据本发明一较佳实施例在声光调谐器及印刷电路板之间的主要光束光学器材的二个功能性视图；图9是数据控制系统的简化方块图，用于依据本发明一较佳实施例的扫描器；图10A是依据本发明一较佳实施例，图9的部份系统的总体方块图；图10B显示，依据本发明一较佳实施例，图10A硬件逻辑的一实例；图11示出图10B的一部份电路的操作，其中依据本发明一较佳实施例，数据线是依据扫描控制信号而送至声光调谐器；图12是依据本发明一较佳实施例，用于提供数据时钟的装置的方块图图13显示用于了解图12的装置的某些时钟波形；图14是一示意图，依据本发明一较佳实施例，示出一种用于精密决定印刷电路板在扫描器中的位置的方法；图15显示，依据本发明一较佳实施例，一种扫描器系统，其包含用于支持印刷电路板的真空夹头的通用式零件及用于支持印刷电路板的特殊接头；图16显示图15的真空夹头永久部份的细节；图17A及17B各显示用于决定特定交叉扫描误差的扫描器的零件的侧及顶视图；图18A及18B显示已有技术声光调谐器及依据本发明一较佳实施例而构成的声光调谐器。
较佳实施例详细说明系统综观现在参考图1-3，其显示依据本发明一较佳实施例的示范性直接写入印刷电路板扫描器10。扫描器10包括一激光来源12，其输出波长适于将一光阻涂层曝光。在本发明一较佳实施例中，已发现在351.1及363.8毫微米操作且传送最大功率为4.4瓦的氩离子型式紫外线激光是适用的。此激光大体上为可用，而美国加州CoherentInc.的Innova Sabre型式激光或美国加州Spectra Physics的BeamLocK 2085型激光皆已发现是适用的。光束14离开源12，且由第一光束分光器(或部份反射镜)20分为二个光束，一主要光束16及一测试光束18。如下述，主要光束16(以虚线显示)是(最终地)用于扫描及曝光印刷电路板的光阻。测试光束18(以点线显示)用于决定主要光束16的扫描位置，及用于特定的其他测试与对准功能，如下述。较佳地，分光器20及镜及下述其他分光器是前平面镜及分光器。较佳地，镜及分光器是电介质前平面镜。
既然测试所需的功率远低于写入所需要的，光束分光器20较佳地为反射的功率远大于透射的功率。较佳地，99％的光束14的功率反射进入主要光束16。在下列说明中，垂直于光束传播轴的二个方向标示为扫描方向及交叉扫描方向。这些方向各对应于写入光束的扫描方向及垂直于光束轴与扫描方向二者的方向。应了解，此命名的完全引入在以下可明白。
为易于说明，首先讨论主要光束16的光学路径。主要光束16通过一系列光学元件22、24、25及26，其功能是在光束自第一镜30反射以后，将光束聚焦于调谐器28内的调谐平面上。就图1-3的示范性实施例而言，这些元件是第一交叉扫描圆柱形透镜22、第二交叉扫描圆柱形透镜24、第一球形透镜25及第一扫描圆柱形透镜26。此外，当光束16自第一分光器20反射以后实质上为圆形，而当其进入调谐器28时是椭圆形，在交叉扫描方向比在扫描方向长。当光束通过调谐器28时，交叉扫描方向的光束段由调谐器28独立调谐。此光束可认为包括多个并排行进的独立调谐光束。然而，为易于观看，仅显示用于主要光束16的单一光束路径。交叉扫描方向是在调谐器28出口的垂直方向(由图3的参考号码29指示)。
虽然在较佳实施例中，主要光束描述成包括多个独立调谐子光束的单一光束，但可易于了解，就本发明某些方面而言，光束16可由多个离散光束形成、产生，例如光束分光器、多个激光发射器或其他适当装置。
可注意到，就此示范性实施例而言，第一镜30并未以90°反射主要光束。实际上，光束16是自镜30以锐角反射，且以不同于离开调谐器的角入射调谐器28。调谐器28较佳为声光调谐器，是此技术所熟知的，且描述于《声光装置的设计及制造》第94页，其为Akis P.Goutzoulis及Dennis R.Papa所编辑，Marcel Dekker公司于1994年出版，附于此供参考。调谐以后，光束必须进一步光学处理，较佳为经由畸变透镜系统，以准备扫描。在图1-3的示范性实施例中，光束首先通过第二球形透镜32，然后经过第三交叉扫描圆柱形透镜34、第三球形透镜36及第四交叉扫描圆柱形透镜38。主要光束16接着自第二、第三及第四镜40、42及44反射。自镜44反射以后，光束16瞄准转动多边形46的一面。光束较佳为在撞击多边形46前通过一复合透镜48。如下述，透镜36的Z位置可调整(例如，通过一未显示的机动安装件的移动)，以将光束聚焦于不同厚度的印刷电路板。虽然系统的所有其他透镜可为简单熔融矽石透镜，但透镜48较佳为复合透镜，以修正轴上的色差，以致于在板上的扫描及交叉扫描方向的二个激光波长(351.1毫微米及363.8毫微米)的焦点更紧密重合。
由图1可注意到，通过透镜38以后，光束16由反射器组50及52(为观看简便起见，未显示于图3)折叠。这些反射器的目的是增加光束路径长度及增加光束大小，使得光学平面上的光学功率密度减少。
又注意到，就示范性实施例而言，交叉扫描方向的聚焦远大于扫描方向的。在本发明的一较佳实施例中，光束16在交叉扫描方向聚焦于面上，其减少多边形颤动引起的误差，且在扫描方向散焦(准直)，使得该面甚不充满(weLL underfilled)，以便不会损失功率。
转到测试光束18的路径。通过第一光束分光器20后，测试光束18由第五镜54反射，使其路径较佳为实质上平行于主要光束16的路径。光束转动器55较佳为使光束18绕其轴转动90°，其理由稍后将了解。除了转动以外，转动器-其可为一系列镜子-较佳为未改变光束16的轴。
光束18的一部份56由第二分光器58割离测试光束，且引导朝向激光对准装置60，其操作说明于下。在本发明的一较佳实施例中，分光器58是50-50分光器，虽然可使用实质上不同的比例。光束18通到第六镜62之侧，且入射到将其反射的第七镜64，以致于其较佳为实质上平行于光束16，其后，光束离开调谐器28。注意，光束16及18在其路径的此腿部隔得相当远。光束18由二个圆柱形透镜65及66聚焦于交叉扫描方向。一对镜68、70将光束18反射，以致于其亦由镜42及44朝多边形46经由透镜48反射。然而，光束16及18到达镜42时不再平行。镜70较佳为以一角度定位，使光束16及18以一角度朝彼此行进。较佳地，该角度是使得光束实质上在多边形的面重合。自该面反射后，它们分散。
注意，当光束16及18离开镜42时，其较佳为位于一垂直(交叉扫描)平面中。此确保，它们在自多边形面反射后于实质上相同的扫描位置扫描。光束18于是，例如，在入射多边形46以前是在光束上方，而在自多边形46反射以后是在光束16下方。
不同于主要光束16，其未充满单一面，测试光束18较佳为在交叉扫描方向聚焦于面，而在扫描方向溢出二个面以上。当多边形转动时，主要光束16被跟踪于面上，如下述。同时，面将部份光束18切离总光束。因测试光束18是高斯形，此切除部份的总功率随着扫描角度改变。
当二个光束由多边形46扫过光学器材72时，扫描光学器材72将二个光束聚焦。通常，光学器材72是球形光学器材，使其实质上将二个光束聚焦于扫描及交叉扫描方向。光束由扫描镜74反射朝向透镜76。通过圆柱形(交叉扫描)透镜82后，光束16入射一光阻涂覆的印刷电路板78。透镜系统72及透镜76一起形成准f-θ光学系统，其将多边形赋予光束的角变化转换为板上的线性移动。
光束18，其在那时候已与光束16分散，入射于刻度计80，而不通过圆柱形透镜82。应注意，光束16及18的扫描位置实质上相同，使得测试光束18扫描位置的测量定义光束16的位置。
刻度计80较佳为指向与光束18的法线方向成小角度(绕扫描方向轴)之处。以此方式，当光束18以大约相同于其到达刻度计的方向自刻度计反射时，一小角度形成于入射及反射光束之间。为了清楚解说，在说明书及图中，于可行之处，反射光束标示为光束18’。
光束18’通过透镜76、镜74、光学器材72、多边形46、透镜48、镜44、42、70及68，且通过透镜66及65而到达镜64。在光束到达镜62前，光束18及18’分离，使得镜62截断光束18’，且经由透镜85将其反射到检测器84。检测器84通过刻度计80上的标志检测施加于光束的调谐。这些检测信号，其含有扫描光束16位置的数据，较佳地被用于控制调谐器28的光束16调谐，如下述。
现在，回到光束56，其是由分光器52自测试光束18导出。光束56入射于光束分光器86，较佳为在通过第一球形透镜(未显示)以后。光束的一部份较佳为在通过第二球形透镜(未显示)以后送至第一个四极检测器88。第一及第二球形透镜将激光光束腰部投射至检测器88，使得来自检测器88的信号指示光束在扫描及交叉扫描方向的偏移。
光束56的第二部份由光束分光器52经由一对透镜(为清楚起见，未显示)送至第二个四极检测器90。该对透镜是构成为如同f-θ透镜而操作，使得来自检测器90的信号在扫描及交叉扫描方向二者显示出角偏移。较佳地，电路91接收信号，且将其传至一系统控制器。
当系统初始对准时，将检测器定位及调整，使得其偏移信号全部为零。当激光替换时，全部系统不需要再对准。将激光定位于其安装件中且调整其高度与角位置即已足够，使得检测器88及90二者产生零偏移信号。只有当激光适当对准以产生一光束，其光束路径恰相同于系统所初始对准的激光时，此零偏移信号将产生。对准激光的结果为整个系统对准。
较佳地，为求稳定，系统安装于一合成花岗石底部92。很多部件较佳为安装于轨道94上，使用的安装方法描述于中国台湾专利申请共同特审案，名称为光学对准及安装系统，其揭示附于此供参考，是与本申请案同日申请。此安装方案允许部件容易替换，不需要再对准全部光学器材，甚至于所替换的部件。
光束调谐如上述，主要光束16由调谐器28分段调谐。大体上，本发明考虑极小元件的极高精确度写入。大体上，具有小于约50微米(2密拉)范围的特性(诸如线)待写入。
为此目的，光束在调谐器28调谐，使得当调谐光束投射于印刷电路板上时，它们形成光点，其中心间隔为待写入的最小特性尺寸的八分之一。然而，应注意，当中心间隔约为6.35微米(0.25密拉)时，个别编址扫描线的光点尺寸，由于折射及其他光学效应，通常较差，即，约19微米(0.75密拉)。应注意，光束在每6.35微米(于板上)的扫描线解析度时可编址。这些尺寸的结果允许达到具有尖锐边缘的2密拉特性尺寸的高真度图案及精确的线宽度控制。实用上，在本发明的一较佳实施例中，对应于可编址调谐光束段的板上的扫描线位置较佳为扫描多次。
图4A-4D显示依据本发明较佳实施例的四扫描方案。在这些图的每一图中，交叉扫描是自左至右。注意，只显示在扫描方向的单一线。上线代表扫描线数目(在印刷电路板上)及正写入的扫描线数据。欲曝光的扫描线以阴影显示，无数据特写入的以无阴影显示。在所示例子中，扫描线7-10、19-26及31-34待曝光，其他线则非待曝光。
下线代表连续扫描，数目代表调谐光束段(每一扫描对应的调谐频道数目)。光束延伸于24调谐器(＝扫描线)频道。在每一事例中，一频道将具有数据，其对应于写入它的上线的指标。为易于观看起见，让光束透射以曝光印刷电路板的频道以阴影显示，未透射者以白色显示。
图4A显示第一示范性方案，此处称为2x重叠，因为每一扫描线写二次。图4A显示扫描的三地带。在此特殊方案中，当扫描线的地带是24扫描线宽时，就2x重叠而言，地带于每一扫描时前进12扫描线。就第一扫描(只有一部份显示)而言，调谐器17-20让光束通过以便写入。就相同扫描位置的第二次扫描而言，显示于下一线，调谐器5-8及17-24让光束通过以便写入。就相同扫描位置的第三扫描而言，显示于下一线，调谐器5-12及17-20让光束通过以便写入。就相同扫描位置的第四扫描而言，显示于下一线，调谐器5-8让光束通过以便扫描。在所提到的示范性实施例中，注意，当地带重叠时，光束中的线未交错。
图4B-4D各显示3x重叠(该处的地带在每一扫描时前进8扫描线)，4x重叠(该处的地带在每一扫描时前进6线)，6x重叠(该处的地带在每一扫描时前进4线)。应了解，12x重叠及24X重叠亦为可能。
应了解，只显示沿着交叉扫描方向的一数据线。此代表该地带用于单一扫描位置的数据。当地带前进，数据改变，使调谐符合在特殊扫描位置正扫描的像素的需求。
在本发明的一较佳实施例中，扫描重叠及多边形速率的组合是用于提供在最大可行写入速率的光阻的最佳曝光，及用于使光束提供的能量利用最大化。在本发明的此较佳实施例中，扫描重叠及多边形速率改变(用于不同敏感度的光阻)，以提供光阻的所需曝光能量。较佳地，激光功率设为固定，较佳为最佳化(最大值或接近最大值)功率量级。图5显示一阵列相关于多边形速率及曝光能量的曲线，用于各种扫描重叠量级，其作为曲线的参数。曲线是基于24”的扫描长度。就极高速光阻而言，可能需要减少激光的功率。然而，在大的光阻速率范围，如图5所显示，通过调整多边形速率及地带重叠，并保持激光功率在所需的最佳化量级，则产出率可最佳化。
注意，使用2x、3x及4x重叠方案，则对于只有3∶2的多边形速率比，可允许所传送能量的3x变化。既然功率保持在常数最佳化(最大值或接近最大值)功率量级，则这些曝光中的每一曝光是以扫描器能力所及的最大速率执行。此外，通过使用6x、8x、12x及24x重叠，当激光的功率(及曝光期间)最佳化时，曝光能量变化的范围可以大很多。
在本发明又一较佳实施例中，自动补偿是提供给在调谐器的激光光束交叉扫描偏置。图6A-6C示出提供此自动补偿的一方法。特别地，当照射调谐器的光束是24物理(扫描线)像素宽时，调谐器提供若干额外物理调谐频道于一中央24像素部份的每一侧上。在图6A-6C中，频道以与图4A-4D相同的方式涂成阴影，且代表下线的调谐器设定。
图6A-6C显示编号为1-24的频道，而四额外频道-1，-2及+1，+2在调谐器的任一端。注意，每一频道提供调谐，其依据若功率存在于调谐器的光束中将扫描的线，即，x轴扫描线位置。
在图6A中，以粗外形线显示的光束是正确定位。于是，就所示2x重叠，结果与图4A相同。在图6B中，光束由二个朝左的扫描线错误定位于调谐器上。注意，扫描位置25及26，其由第一地带中的调谐器位置23及24与第二地带中的调谐器位置11及12写入图6A，现在由第二地带中的位置11及12与第三地带中的-1及-2写入。注意，虽然每一地带可能错误定位，但每一线是以正确次数及正确数据扫描。图6C显示由二个朝右的扫描线错误定位的光束。再次地，保存扫描功率及数据。于是，通过提供比实际地带宽度所需更多的调谐频道，调谐器中的光束的交叉扫描定位(及其长期稳定性)较不重要。
应注意，在本发明的一较佳实施例中，主要光束16的能量形状在扫描或交叉扫描方向不均匀。在二个方向，其为高斯或接近高斯形。允许光束在交叉扫描方向为高斯形可增加系统的总效率，因为只有光束的极尾部(小于尖峰功率的1/c2)未使用(或至少不予考虑)。若每一像素由单一扫描线写入，将导致改变不同像素的曝光。然而，因为印刷电路板上的每一扫描线使用交叉扫描光束地带的不同部份写入至少(通常多于)二次，传送至光阻的功率总量相当稳定，纵然使用大部份高斯剖面光束亦然。此外，因为每一个别调谐扫描线约比绕射极限小三倍，如前述，则会有写入线的功率再均匀化。
主要光束光学系统依据本发明的一较佳实施例，提供一种改良光学系统。光学系统可依据其不同功能细分为二个部份调谐器照射系统及调谐器至印刷电路板影像系统。系统亦可细分为预扫描光学器材及扫描光学器材。预扫描光学器材包括所有透镜，位于激光及多边形之间。扫描光学器材包括在多边形及板平面之间的光学器材。因为此二个零件的极不同需求，此分割是所需要的。预扫描光学器材元件是小尺寸，因为光束小。然而，功率密度高，其可能产生问题。
就扫描光学器材而言，关于光束尺寸及功率密度的需求通常相反。
调谐器照射系统依据激光腰部转换的光学需求将光束自激光头调谐至调谐器，其为现今激光光学技术所熟知。结果，照射调谐器频道，较佳为以在扫描及交叉扫描方向具有不同范围的高斯能量分布照射。光束较佳为以此光学器材校准，以致于激光腰部是在调谐器上或在附近。
在本发明的一较佳实施例中，提供一种改良激光照射系统。图7A及7B显示加之于调谐器28的主要光束光学器材部份。这些元件显示于以上的图1-3中，然而，图7A及7B显示在需要时可施加于这些元件的调整。图7A显示由上方所见的系统视图。在此视图中，扫描方向是由顶至底。图7B显示由侧面所见的光束，交叉扫描方向是由顶至底。
图7A及7B所显示的光学系统部份由四透镜(22，24，25及26)组成，其具有在扫描及交叉扫描方向不同及组合的光学功率。在本发明的一较佳实施例中，透镜22及24是相同的圆柱形透镜，具有一在交叉扫描方向的光学功率，透镜25是球形透镜，透镜26是圆柱形透镜，具有一在扫描方向的光学功率。
透镜25及26在扫描方向是作为动态光束扩张器。通过沿着光轴移动透镜26，光束在调谐器而于扫描方向的尺寸可以增加或减少。此特性能够在激光源有效期间补偿个别差异及变化，诸如其腰部直径、腰部位置及光束模式纯度(平方公尺)。其允许对于调谐器高绕射效率(即，调谐器所导致的光束透射)的需求与对于施加“史柯风效应”的需求之间的妥协，调谐器高折射效率需要大扫描方向光束尺寸，施加“史柯风效应”需要较小的扫描方向光束尺寸。史柯风效应是用于减少或移除在飞点扫描器扫描方向所产生边缘的模糊处。其在以下说明，且是在以上提到的《声光装置的设计及制造》第190-192页中，且在美国专利4,205,348号中，二者的揭示附于此供参考。
透镜22、24及25作为一用于交叉扫描方向的组合光束扩张器碧瑶风(vario)及光束转向系统。通过沿着光轴移动透镜22，调谐器的光束尺寸改变，但是去准直。通过移动透镜24于相反方向，光束再准直。
通过移动透镜22、24于交叉扫描方向，离开轴，光束可相对于调谐器的现场定位及光轴角度而转向。在本发明的一较佳实施例中，光束角度及位置是使用下述光导件152测量。为清楚起见，执行这些测量的较佳方法说明于下节，名称为“交叉扫描误差的决定”。若“p”及“a”是光束的现场及角移动的测量，则转向数据为对于透镜22，Δy＝C*p+d*a，对于透镜24，Δy＝c*p+f*a，其中c，d，e，f为视光学设计而定的常数。如果调谐器只具有与写入所需相同数目的段，则此型式的修正特别重要。如果使用具有额外频道的调谐器，如相关于图6而说明的，则光束定位需求较不精确。
此光束扩张器碧瑶风及光束转向系统是必需的，用以补偿在日常使用循环期间或激光有效期间，由于热改变或者电或光学性质的激光谐振器状况的改变所引起的变化。如果这些变化不修正，则所产生的图案将退化。调谐器的光束的不适当尺寸或现场定位，由于上述2x-24x重叠过程，会导致不均匀功率分布，因而导致所产生图案的线宽度变化或边缘粗糙度增加。不适当角变化，由于在曝光系统数值孔止动件的光束的切割部份，会导致功率损失，或导致在所产生图案边缘的非对称效应。
在上述较佳实施例中，所产生图案的所有这些退化效应较佳为加以防止。
调谐器-印刷电路板影像系统是用于透射调谐器的影像至印刷板平面。
在本发明的一较佳实施例中，激光光束在印刷电路板上的焦点可以光学调整。当然，可聚焦的光学系统是公知的。然而，复杂的扫描器，诸如本发明的扫描器，通常为固定焦点。考虑系统的集流管需求，及扫描与交叉扫描方向的(通常)不同聚焦方案，此不会令人惊讶。亦注意，物体必须只移动较短的距离，以使其回到焦点。然而，本发明人相信，为了高精确度，机构应该尽可能简单及坚固。
为了允许此聚焦，系统需求，诸如高总激光功率传递效率、高解析度及高真度图案产生，必须予以考虑。
图8A及8B显示本发明较佳实施例的一功能性方案。如同图7A及7B，图8A及8B各代表沿着交叉扫描及扫描方向的视图。
调谐器-板影像系统由若干模组单元组成。影像系统的开始点是声光调谐器28，其较佳为一多频道调谐器。在光轴上的声波中心位置视为物面。来自Crystal Technology，Inc.的AOMC 117/24-UV型式声调谐器可使用24频道的调谐器，适用于本发明的某些较佳实施例。
在扫描方向(图8A)，第一调谐影像单元由球形透镜32及36组成，其在平面39形成调谐器平面(物面)的第一影像。第二模组影像单元使平面39的影像成像于印刷电路板78的平面。第二模组单元包括球形透镜48及扫描透镜系统72的球形部份与透镜76。结果，在多变形46及板平面78之间，光学系统作为准f-θ透镜，其较佳为远心。物理止动件31显示于透镜34及36之间。此止动件做成足够大，以至于不会限制在此方向的扫描数值孔，其是由多边形的转动面定义。其主要功能是制止来自调谐器28的直接透射光束进入光学系统。交叉扫描方向的物理止动件31’定义在此方向的数值孔。
为了达成所产生图案的陡峭侧壁及高功率效率，较佳为使用此技术中公知的史柯风效应及面追踪。史柯风效应的需求为调谐器媒介中的切换数据的声速-以调谐器及板之间的光学系统减速比减小-等于板上的写入点的扫描速率，但方向相反。此导致板上预定地方上的“静止”数据。在作为调谐器光学媒介的石英材料声速是每秒5.7公里且扫描速率为每秒0.270公里(每分钟1700转的多边形速率，见图5)时，需要约21x的减速比，如果此减速比固定，扫描速率与每秒0.270公里(达成最佳扫描次数所需)的每一差异会导致图案边缘的模糊。在不同扫描速率的模糊的大小可以通过减少在调谐器的照射光束大小而减少。但减少的大小导致增加的分散，且因而导致调谐器绕射效率减少。
在多边形处达到1/e2的光束大小小于面的宽度。面本身作为扫描方向的数值孔止动件，且当多边形的转动使光束偏转时，孔将移动。如果到达多边形的光束是固定位置，多边形的移动将导致减少的扫描功率。其补偿可通过改变在调谐器的调谐信号的载体频率，以造成在调谐器的光轴的角向改变，导致在多边形的光束的平行移动。调谐频率的改变是使得同步追踪光束与面的转动(面追踪)。
与其他方法(见Goutzoulis等人，第182页)比较，面追踪改良循环时间效率达约99％。其在此技术领域是公知的，如果入射光及声波前形成特殊角-布勒格角，则在调谐器达到最大绕射效率(透射)。当布勒格角只依光束波长、光学媒介中的声速及调谐信号的载体频率而定时，光束调整只可就一频率而最佳化。此通常选为扫射的中心频率。就扫射之外位置而言，那些位置的绕射效率减少，降低传送至板的功率。本发明的一较佳实施例可光学性补偿此效应，结果，使沿着扫描的功率分均匀化。此是通过使光束在交叉扫描方向聚焦于多变形上及板上而完成。于是，由颤动引起的光束方向的小角度交叉扫描改变不会导致板上的光束位置的移动。
转到图8B，在交叉扫描方向，球形透镜32及36及圆柱形透镜34是模组影像单元，具有接近于扫描方向焦距的真实焦距，圆柱形透镜38则移走。当镜38在系统中，在平面39的交叉扫描焦距转变为虚拟焦距。连同球形复合透镜48，真实第二影像只在交叉扫描方向形成于或接近于多边形面。交叉扫描的影像尺寸比面高度小很多倍。自第二影像至板平面的第三模组影像单元由扫描透镜(72及76)球形部分及圆柱形透镜82组成。
第三模组单元是用于多边形颤动补偿，因为接近第二焦距的面的角变化也以角变化而非以现场位置变化透射至板平面。然而，光学器材的缺陷会在光束沿着扫描路径扫描时，造成光束交叉扫描位置的系统偏移。这些偏移可如下述予以补偿。全部交叉扫描影像系统自调谐器至板的减速比是由所需数据解析度预先决定。在本发明的较佳实施例中，作为最小可编址单元的375微米单一调谐器频道的宽度依据所需要的4000DPI(每寸的点)位址解析度而减少至6.35微米。结果，选择59x的减速比以用于交叉扫描方向。
在本发明的一较佳实施例中，扫描及交叉扫描方向二者皆特别具有一介于调谐器及印刷电路板之间的联合影像平面(调谐器平面的第一影像)。应注意，影像平面可相差小的数量。较佳地，二个光束方向由单一元件聚至焦点，该元件是透镜36。自此点至板平面的减速比在二个方向相等。依此方式，透镜36的简单轴向移动允许扫描及交叉扫描方向二者的近平相等的焦距改变。在聚焦透镜36与板上的焦距移动之间的齿轮比由自第一焦距39至板平面78的减速比决定。
在一示范性系统中，依据本发明的一较佳实施例，选择下列减速比扫描方向调谐器至第一影像12.35X；第一影像至板1.7x；调谐器至板21x。
交叉扫描方向调谐器至第一影像34.7x；第一影像至第二影像0.113x；第二影像至板15x；第一影像至板1.7x；调谐器至板59x。
如上述，为了改进扫描方向的精确度及光束的边缘解析度，面追踪及史柯风用于调谐器28中。然而，此造成调谐器中的光束偏转角改变。接着，此造成光束的功率改变，因为调谐器效率是偏转角的函数。此导致功率在扫描时为非均匀。为了修正这个现象，f-θ透镜是x＝f(θ)的透镜，其中f(θ)是补偿函数，其使功率低处-即，扫描末端的光束减漫。通常，简单二次修正，x＝f1*θ+f2*θ3即足以有效补偿功率非均匀性，其中f1是中央焦距，f2较佳为负数。
用于多波长的声光调谐器图18A显示一可用的调谐器28，诸如上述商用调谐器。在调谐器320中，声波产生于转换器322，且形成用于使输入光束324及326折射的图案。如上述，本发明考虑使用具有二个光谱线的激光。为了效率，二个线皆应使用。然而，如图18A所示，此将导致二个波长的绕射光束324’及326’具有不同的出口角，因为当它们进入及离开调谐器时是不同地折射，且因为它们的布勒格角不同。
图18B显示当线离开调谐器时此分割的建议解决方式。在图18B的调谐器28’中，调谐器入口及出口面不平行。它们最好成一角度，其设计是使得二个光束(波长不同)在输入及输出面的折射差恰等于且相反于光束的布勒格角差。于是，一起进入的二个光束一起离开。
注意，透射光束324”及326”具有不同的出口角。然而因为只有绕射波使用于本系统，此不令人感兴趣。然而对于使用透射光束而非绕射光束的系统，输入及输出面之间的补角将导致光束以与透射相同的角离开。当然，此将增加绕射光束的偏移。
扫描方向位置测量印刷电路板精确直接激光写入最重要的因素的一是印刷电路板上的光束位置的认知。此认知允许在扫描线位置利用正确数据的光束(或更精确地，扫描线)适当调谐。印刷电路板移动于交叉扫描方向，光束扫描于扫描方向。于是，光束的位置可由对于上面安装有印刷电路板78的台79的交叉扫描位置的认知及对于光束扫描位置的认知而完全决定。
决定台的交叉扫描位置是简单的。可以使用此技术中公知的众任何编码器。在本发明的一较佳实施例中，台沿着二个x形轨道96输送，而光学编码器用于测量。配合编码器的刻度计98显示于图1，在本发明的一较佳实施例中，使用德国Jena，Numerik Jena GmbH编码系统LIE 5型(精确度2微米，解析度0.2微米)。较佳地，交叉扫描位置测量做到±2或3微米的精确度及±0.1微米的解析度，虽然可使用其他解析度及精确度，视系统需求而定。
应注意，印刷电路板上的每一特性是由光束16的若干段写入。于是，交叉扫描位置的认知可用于决定光束的调谐到达一位置精确度，其大于最小需要特性尺寸。数据位置可以调整至等于扫描线间隔的位置精确度，其通常远大于所需的精确度。
以大的精确度决定光束扫描方向位置更加困难。此问题由于使用随着位置而改变的扫描速率变得更加困难，因为此需要更精密控制来自数据源的数据流。
图9是数据控制系统100的简化方块图，用于依据本发明一较佳实施例的扫描器。
控制系统100接受来自检测器电路84的信号。这些信号代表由刻度计80上的标志所调谐的光束18’功率变化。通常，这些标志产生一对比信号(“光学时钟”)，其具有较低时钟频率，远小于此系统的数据时钟频率。时钟产生器102产生来自扫描位置检测器信号的X时钟(数据时钟)及扫描信号启动。产生来自扫描信号的X时钟的较佳方法的一说明如下。然而，应注意时钟的下列特性1)平均X时钟频率较佳为在扫描的全长不是一个常数。
2)数据依据瞬时x时钟计数及扫描信号启动而送至调谐器28。应了解，当数据回应于x时钟而送至调谐器时，除了当光束是在写于印刷电路板上的正确位置时以外，无数据传送。于是，对于在光束改变面或在扫描开始或结束的时期而言，当光束不在写入位置时，无数据送至调谐器，其是关闭。
时钟产生器102传送x时钟信号及扫描信号启动至数据库104，其含有一待扫描的印刷电路板二进制图。替代地，数据可为向量形式，且可在线地转换为光栅形式。此数据较佳为压缩形式。扫描信号启动的产生可依据独立检测器，其将扫描信号(未显示)的启动送到时钟产生器。较佳地，扫描信号的启动是依据扫描信号本身，例如通过在扫描开始及/或结束所产生的长信号。
时钟产生器102亦送y同步信号至一控制器(未显示)。此控制器控制与y扫描信号同步的台的移动。止信号，其与扫描器启动同步，提供一用于使台的位置与数据流同步的装置。
数据库104将多个数据扫描线送至多线数据缓冲及扫描线产生器106。较佳地，多线数据缓冲106含有目前扫描及下一扫描所需要的所有数据线。
依据交叉扫描位置信号及印刷电路板位置数据，多线数据缓冲及扫描线产生器产生扫描线数据，且传送扫描线数据至扫描线缓冲及控制器108。此数据回应于时钟，而在依扫描信号启动而定的时间，开始一次一位元地馈送至各调谐器。
应了解，图9只代表一功能性方块图，而用于执行图9功能的各种装置及方法可由专精于此技术的人士思及。此外，某些与方块图的有关的功能可通过其他方块执行，或者，方块在实用上可以组合。此外，所有或某些功能可由硬件、软件或固件或硬件、软件或固件及/或一般或特殊目的的电脑的组合而执行。然而，通常，对于很快的系统而言，专用硬件系统是所需。此系统通常使用硬件数据解压缩、用于保持数据的FIFO、用于切换来自FIFO的数据至光束的开关及用于依据印刷电路板位置使数据延迟的可编程的延迟。此系统(用于产生36扫描线，其中只有24线实际写至声光调谐器(AOM)，而其12线是用于交叉扫描修正，说明于下)的全视图显示于图10A中。图10A显示依据本发明一较佳实施例的缓冲/产生器106及扫描线缓冲及控制108的全部方块图。图10B显示图10A硬件逻辑的一实施例。图11示出图10B的快速切换器如何依据上述扫描控制信号而操作，以控制什么数据线送到AOM。系统允许在每一方向的调谐器信号达到6扫描线偏置。
应注意，图11所示的快速切换器允许相关于扫描位置的交叉扫描误差修正。此误差可例如由扫描光学器材中的残余像差造成。此误差不随时间改变，且可在扫描器有效期内测量一次。这些误差储存于存储器中，且形成到达快速切换器的信号的根据。
特别地，图11显示进入切换系统的36个数据输入流，其在图11中显示成光束，及离开切换系统而各对应于调谐器28中的一光束调谐频道的24个输出数据流(就图6的系统而言，30个光束将离开系统)。进入的数据流依据其正常位置对应于板上的一给定扫描线。亦显示于图11者为三箱310-312，其标示用于切换器的三个示范性“位置”。每一箱310-312对应于一用于给定扫描位置的板上光束的示范性交叉扫描偏置位置，诸如可能由于扫描光学器材中的缺陷而产生的。在位置310，交叉扫描偏置为零。在此例中，输入线N＝0至N＝23送到调谐器。参考311标示光束在交叉扫描方向偏置二扫描线的状况。为了补偿，输入线N＝-2至N＝21送到调谐器，以致于子光束由来自这些输入线的数据调谐。此确保即使光束在扫描期间移动于交叉扫描方向，数据写入板上的正确位置。类似地，参考312代表在相反方向偏置一扫描线的状况，使得输入线N＝1至N＝24送到调谐器。
图12是依据本发明一较佳实施例用于产生X时钟的时钟产生器102电路示意图。虽然此电路及其执行方法是较佳，应了解，自低速信号产生高速时钟的其他方法，在此技术中是属公知的，可用于本发明的其他实施例。图13示出用于了解时钟产生器102操作的时钟信号。
来自检测器电路84的光学时钟信号是用以提供用于PLL及VCO140的锁定信号。PLL及VCO 140形成一具有分割成16个电路142的回路，以依据类似于光学时钟的PLL信号产生VCO信号。PLL时钟以下列方式而不同于光学时钟(opt时钟)1)PLL时钟比opt时钟更稳定。
2)PLL时钟具有比opt时钟更尖锐及更稳定的转换。
3)PLL时钟是连续的。opt时钟在面切换期间消失。当opt时钟再出现时，PLL将PLL时钟锁定至opt时钟。一相差可能存在若干循环。然而，在此期间没有数据触发，因为当仍然没有数据待写入时，光束是在扫描的开始。
PLL及VCO 140产生二个时钟(VCO及反相VCO)，二者皆是PLL时钟及光学时钟的16倍快。标准电路可用于此分割。使用AD9850BRS(可由美国类比装置公司取得)以执行此分割，则其他分割(诸如15,999或16.001)能以40位元精确度达成。如此使得可以产生任何需要的线性定标。
VCO时钟是由逻辑电路144使用，以产生启动扫描信号及Y相信号。逻辑电路144亦接受定标因子及来自扫描修正存储器146的扫描修正值。
在本发明一较佳实施例中，刻度计所产生的VCO时钟具有比调谐器的实际所需数据流频率略高的频率。系统的此内建式误差及其他误差由一时钟产生方案修正，其示出于图13的时钟轨迹中。注意，显示于此线的信号利用VCO时钟及反相VCO时钟二者，以形成X时钟(数据时钟)。注意，时钟之间的每一对开关导致单一计数的损失。于是，当VCO时钟的计数频率有意设定为高，则可以到达所需要程度地减少频率至所需频率。逻辑144产生足以修正下列的切换频率1)刻度计预扭曲造成的有意的高VCO频率。此类率可为约0.75％高。
2)板的一定标因子，如下述。
3)刻度计测量及写入光束位置之间的位置误差。这些误差的发生主要是因为二个光束未依循相同的路径，且扫描透镜虽然为远心，却具有某些残余非远心误差。于是，光束及不同长度光束之间的偏置导致某些小的可重复误差。这些误差值储存于修正存储器146中。
逻辑亦产生一启动扫描信号，较佳为而来自光学时钟本身，如上述。此信号由y相信号补充，其决定多边形及台的y运动之间的实际同步性。
应了解，为了说明简单起见，其他数据修正未予说明。然而，较佳地，扫描读数中的已知误差在决定送到调谐器的数据时列入考虑。时间延迟又一修正是针对基于电时钟的数据切换及光束对于板的入射之间的时间延迟。时间延迟的结果，在扫描方向将有一额外的位置延迟，例如视目前多边形速率而定。在本发明的一较佳实施例中，使用一基于位置测量系统而如下述(图14)的自动对准机构。
在光导件152区域外侧的一台位置(图14)，较佳为板不是在光束下方，一数据信号在已知的X时钟位置传送。然而，在电子系统-特别是调谐器28的切换时间-延迟将在板而于数据送出的偏置时间产生调谐。此导致在板的位置的一个位置误差。此位置误差主要是多边形速率的一因子。为了测量改变多边形速率以后的位置偏置，一数据信号送到调谐器而在第一X位置，来自光管的光信号于第二x位置接受。
第一及第二位置之间的X时钟脉冲数目现在代表时间延迟，且作为X时钟产生器的额外延迟。
应了解，在若干X时钟位置的若干时间延迟可用于提供较佳的精确度。
系统也较佳为包含一测试时钟，用于测试电路，而不需要启动激光。
印刷电路板对准依据本发明的较佳实施例，数据与板的对准是参考贯穿孔，如同已有技术。当写在已写入的板上时，写在板上的绝对位置特别重要，诸如待用于一多层板内或多层板外的层的第二侧。然而，不同于已有技术系统，其中板上的孔是机械式对准扫描器，在本发明的较佳实施例中，板上的孔是光学对准扫描数据。较佳地，用于写在印刷电路板上的系统，包含扫描及交叉扫描定位机构，是用于决定孔的精确位置，即，板在扫描器上的精确位置。在本发明的较佳实施例中，数据的配合于板的位置是通过转动板，以修正板与数据的角向偏差，及/或通过扫描线数据在扫描及交叉扫描方向二者的选择性延迟，以修正残余的扫描位置偏差。较佳地，交叉扫描偏差是通过使数据延迟或前置于交叉扫描方向。通常，执行所有三修正。
在本发明的一替代较佳实施例中，通过转动及移动数据以配合测量位置，数据本身转换为测量坐标系统。然而，难以在线地做这些转换，以至于数据与位置的混合对准，如上述，较佳为用于高产出率扫描器，其中来自数据库的在线地转换是所需的。
图14是依据本发明一较佳实施例的位置测量系统示意性表示图。印刷电路板78形成多个孔150，较佳为三孔，如所示。台79未显示于图14中，但其亦形成孔，是位于下方且略大于孔150。台下方为一顶部涂覆以萤光材料的光导件152，其接受通过孔的光且以光照射检测器153。当光束通过一孔时，检测器153将产生信号。当光束由印刷电路板阻隔时，检测器153没有产生信号。来自检测器153的信号与光束x位置及光束y位置一起送入位置计算器及存储器155。位置计算器及存储器决定当信号从关闭改变为开动及从开动改变为关闭时孔距离光束位置的边缘(扫描及交扫描方向)。由此边缘，可决定孔中心实际位置。
所有三孔150的中心位置送至到位置误差计算器156。计算器156亦接受(或储存)孔的标称位置。依据孔的实际及标称位置之间的差，转动修正单元157决定台所需要的转动。转动机构158在扫描以前将台以所需的数量精确地转动，以将板78的x-y轴对准扫描器系统的个别轴。此外，位置修正模组160决定台的位置与待写入区域位置之间的关系。此关系用于修正由数据控制100送到调谐器28的数据的位置。
此外，扫描方向定标因子(显示于图12)可依据孔之间距离的标称值的差而计算。在本发明一较佳实施例中，可提供额外的孔150’，使得孔150及150’之间的交叉扫描距离可以决定。此距离(相较于公称距离)可用于定标交叉扫描方向的输入数据。替代地，相同的定标因子可用于二个方向。此定标修正是在实际写于印刷电路板上以定标数据时使用，如上述。
在孔位置决定期间，将板78上的光阻曝光是不需要的。此之达成可通过减少功率以致于光束16不够强到足以将光阻曝光，或通过将辐照区域限制在孔的区域，其并非待写入图案的部份。
应了解，图14本质上很通用，且大体上为功能性。其他电子结构亦可用于执行位置决定，或者，它们可以整体或部份地在软件或固件中执行。
实用上，在板的一侧写入后，板乃翻转。图14最左方的孔已移动靠近台的左边缘，且其新位置是安放于台的一额外孔上方。中间孔，其较佳为对称安置，只交换位置。再次地，计算孔的位置，及利用孔的相应位置作为参考以决定对应于写在第一侧上的图案第二侧的图案应写于该处的位置来写入第二侧。应注意，孔的不对称定位导致板侧的自动检测。
通常，很多层将以此方式曝光而后蚀刻。通常，当层(甚至于不同层)是整批制造，全部层的尺寸变化约为相同。层是堆叠的，较佳为使用孔作为导件，但使用诸如此技术所公知的X光影像的其他装置以对准层，其然后互相层化。外层(其外侧完全以铜遮盖)是堆叠的部分。如同已有技术，例如，依据X光影像而钻孔以供安装。较佳地，亦钻孔以用于对准堆叠，用以写在外层上。这些孔可用于对准板外侧的数据与写在内层上的图案。应注意，堆叠的定标因子通常与层不同，是由于堆叠及组装过程中的压力所造成的扭曲。
虽然此定位方法系较佳，但就本发明某些较佳实施例而言，诸如安装孔(于板中)及销(于台上)的其他对准方法亦可使用。
选择性地，台可设有定位销，而板设有孔，用于在利用上述位置决定及修正方法以前，粗略对准板，依此方式，所需要的转动修正及数据位置修正减到最小。
在本发明一较佳实施例中，光导件152是10毫米高乘10毫米宽。较佳地，只照射单一光束段。光束可聚焦于印刷电路板，或者，光束可有意地散焦，以致于“光学边缘”不尖锐。此将导致光的斜坡功能，作为定位功能。此功能可用于从以位置的函数表示亮度的图来决定边缘至次像素尺寸的位置。在本发明的替代的较佳实施例中(未显示)，个别检测器(每一检测器在每一孔下方)是用于取代导件152及检测器153。
交叉扫描误差决定如上述，二型式的交叉扫描误差待决定及修正。其中之一是交叉扫描位置误差，其能以多边形角位置的函数变化，且利用配合图11而说明的方法修正。另一误差是交叉扫描角向及缓慢变化偏置，其如配合图7B所说明的那样修正。
光束在交叉扫描方向于声波调谐器28的不正确安置可以相当容易地决定。为了做此决定，光束扫过光管152(在没有台时)，且测量来自检测器153的信号。此扫描重复很多次，而激发连续扫描线或小群扫描线。如果光束正确安置在调谐器，则以调谐器段数目为函数的光束功率图将为高斯形，定心于中间的二个段。如果其偏置于调谐器中心(不论是否如同图6提供额外频道与否)，则高斯形的中心将偏置。此偏置可通过决定以调谐器段为函数的光束功率图的拟合高斯曲线中心而决定。
图17A及17B是一部份扫描器的侧视及顶视图，用于一较佳方法，以决定交叉光束角偏置。在图17中，提供与前图相同数目的元件，而新元件300代表焦平面，302代表角移动的基准。
如图17A所见，一角误差将在交叉扫描方向中光束接触光导件152的位置的偏置中显现。基准302较佳为包括一不透明材料，其中形成隙缝304。隙缝304与扫描及交叉扫描方向成一角度而安置。注意(由图17B)，光束在交叉扫描方向的位置对于焦平面及对于光导件而言并不相同。此在交叉扫描方向的位置的不同由隙缝304转变为时间差(因而是扫描方向的位置)。如所述，只有当光束穿过基准时，一脉冲将由检测器153自基准收集。此扫描位置可利用X位置测量系统测量，其包含测量在焦平面的位置的刻度计80。角偏置可自所接受脉冲的位置(时间)误差导出。
以上提到，通过光学系统的设计，多边形的颤动不会导致光束在交叉扫描方向可观的移动。
刻度计80具有很多特性，以改良位置测量的精确度及可靠性。如已提到的，面将一部份光切离扩张的高斯分布测试光束18。结果，前光束的总功率在扫描的外部份比其中心低。此外，因为扫描线非完全远心，光束将自入射光处而在不同方向、在扫描方向反射。结果，反射光束未如同进入光束在相同位置入射面。然后，反射光束由面再次切割，视远心误差而定。
远心误差特征通常具有通式O＝a*X+b*X3，其中O是远心误差，X是扫描位置，自扫描中心对称测量，a及b是常数。
为了克服此问题，在本发明一较佳实施例中，刻度计的平面在扫描方向轮廓化，使得光束在与入射光束相同的方向反射(即，垂直于刻度计)。如果刻度计具有一平面，其轮廓的形状为Z＝c*X2+d*X4，其中Z是与刻度计平坦度的偏差，则此可达成。然而，由于焦点深度的考虑，偏置限制为约0.5毫米。
然而，此修正不够完整。结果，在某些扫描位置，特别是在扫描中间，依据反射光束的信号强度是饱和，而开动时期实质上大于关闭时期。在其他位置，特别是在刻度计末端，关开时期大于开动时期。因为数据时钟的产生传统上是依据将信号设定门槛，此可导致时间误差，特别是如果关闭时期强度未落于门槛之下或开动时期强度未升至其上尤然。在本发明一较佳实施例中，刻度计反射及非反射部份的尺寸随着位置改变，使得信号的开动及关闭时期相同。
印刷电路板的真空夹头在位置测量及扫描循环期间，重要的是印刷电路板固定。纵然使用定位销，它们不够精确以供定位，使得比问题变得复杂。于是，较佳为使用真空夹头，以支持印刷电路板78于板79上的定位。
图15是图1的扫描器的透视图，台79在延伸位置，印刷电路板78自台移走。台79形成段平面200，更清楚显示于图16。段平面200较佳为由一阵列棱维台形成，棱锥台之顶形成平坦平面。平面200又形成一或更多真空出口202，空气可由该处在任一方向抽送。如果全部平面都遮盖，且空气经由出口202抽出，如此形成的真空遍布于棱锥台之间的频道，而遮盖物的全部平面由真空固持。
实用上，大部份印刷电路板不能直接安置在截头圆锥上，因为大部份印刷电路板小于全部平面。于是，任何潜在的真空将在板的边缘逃逸。此外，很多印刷电路板具有在其曝光以前钻入的孔，以致于真空亦将通过它们逃逸。
依据本发明一较佳实施例，中间板204安置于平面200及印刷电路板78之间。板204是设计成作为用于一特殊设计印刷电路板的真空分布器。板204典型上具有很多孔205，但仅在由印刷电路板固体区域遮盖的区域中。
可由图15及16注意到，台200端部具有不同于平面200的结构。较佳地，在使用上述位置测量系统之处，台将形成孔206，其对应于印刷电路板上的孔150及形成于板204中的孔207。应了解，孔206及207实质上大于孔150，以致于它们不会干涉上述板78的对准。亦注意，选择性的销208设在台79顶上，用于粗略定位印刷电路板。这些销配合印刷电路板78中的孔210及板204中的孔212。
亦应注意，由于台内的孔的存在，棱锥台不使用在台的端部。宁可，较佳为使用一阵列连接到棱雉台之谷的频道，以在台的端部提供固持真空。
依据本发明一较佳实施例，在写入完成后的印刷电路板移除，是借助于经由孔202及棱锥台的谷提供压缩空气至板底。此压缩空气稍微将板举起，使其易于移除。
上述真空夹头又具有的优点为，将整个板推向一平坦平面(棱锥含的截头顶)且参考之。于是，整个板在相同焦平面。
应了解，上述本发明较佳实施例的详细说明本质上是意图示范而非限制。特别地，较佳实施例含有很多特性及细节，其对于本发明而言并非绝对必要，虽然它们可提供系统的最佳化操作。此外，虽然揭示特殊电路及其他结构以用于较佳实施例，专业读者将可明白，其他结构可以取代所述结构。此外，应了解，此处使用的术语“印刷电路板”亦包含其他大的类似结构，诸如平板显示器，其类似技术写入。最后，所述装置及方法包含很多观念及方面，纵然密切相关，其可分别应用至实际扫描系统。不可以依据详细说明推论，这些观念及方面必须一起应用，各段的标题亦不可认为是限制本发明的范畴。
使用于揭示及权利要求的术语“包括”或“包含”或其词类变化意谓“包含而不限于”。
权利要求
1.一种扫描方法，用于将图案写在平面上，包括提供一扫描光束，包括多个独立可编址子光束；以该扫描光束扫描平面若干次，该子光束于交叉扫描方向并扫描平面，每一该子光束是经调谐，以反射待写入的数据；及重叠光束，使得在至少二次扫描期间，平面的所有写入区域皆予以写上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该写入区域至少写入三次。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该写入区域至少写入四次。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该写入区域至少写入六次。
5.根据权利要求1所述的方法，其中该写入区域至少写入八次。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该写入区域至少写入十二次。
7.根据权利要求1所述的方法，其中该写入区域至少写入二十四次。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中光束是通过独立调谐一椭圆光束的个别段而形成，该段包括该子光束。
9.根据权利要求8所述的方法，其中独立调谐包括提供一椭圆光束，在长度方向具有可使用的范围；及提供沿着该长度方向的多个调谐段，该段的总范围大于可使用的范围。
10.根据权利要求1至7项中任一项的方法，其中子光束是独立产生，且包含结合子光束以形成该光束。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其中至少二次独立可编址子光束的未调谐能量不同。
12.根据权利要求11所述的方法，其中未调谐能量通常为高斯形。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中光束的调谐为二进制、通断式调谐。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将一具有最小特性尺寸的图案写入，且子光束之间隔实质上小于特性尺寸。
15.根据权利要求14所述的方法，其中最小特性尺寸至少为子光束范围的四倍大。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中最小特性尺寸小于或等于约77微米。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其中最小特性尺寸小于或等于51微米。
18.根据权利要求14或15所述的方法，其中最小特性尺寸小于或等于约39微米。
19.根据前述权利要求中任一项的方法，其中子光束在该平面相隔一预定距离，且子光束具有一在平面而在邻近光束方向的范围，且范围大于间隔。
20.根据权利要求19所述的方法，其中间隔小约15微米。
21.根据权利要求19所述的方法，其中间隔小于约10微米。
22.根据权利要求19所述的方法，其中间隔约为6.35微米。
23.根据权利要求19所述的方法，其中间隔小于约6.35微米。
24.根据权利要求19至23所述的任一项的方法，其中范围至少是间隔的二倍。
25.根据权利要求24所述的方法，其中范围至少是间隔的三倍。
26.根据权利要求19至25项中任一项所述的方法，其中范围大于约6.35微米。
27.根据权利要求19至25所述任一项的方法，其中范围大于或等于约12.7微米。
28.根据权利要求19至25所述任一项的方法，其中范围大于或等于约19微米。
29.根据权利要求19至25中任一项所述的方法，其中范围大于或等于约25.4微米。
30.一种使扫描系统中的产出率最佳化的方法，且选择性传递可变的所需量级的能量至平面，包括根据前述权利要求中任一项以扫描一平面，以依据子光束的调谐提供曝光区域及未曝光区域；提供给定的最佳化功率的该光束；决定参数的组合，包含(1)在最大及最小速度之间的光束扫描速度，该最大及最小速度定义一扫描速度比；(2)平面及光束在垂直于扫描的方向的目对移动速率；及(3)光束重叠，适于以在最佳化功率的光束将曝光平面区域曝光至所需能量；及利用所决定的参数组合曝光平面。
31.根据权利要求30所述的方法，包含通过改变参数，以实质上大于扫描速度比之比例选择性改变传递到板上的曝光区域的能量。
32.一种使扫描系统中的产出率最佳化的方法，且选择性传递可变的所需量级的能量至平面，包括提供一给定的最佳化功率的光束调谐光束；以在最大及最小速度之间的第一速度于第一方向使光束扫过平面，该最大及最小速度定义一扫描速度比；在垂直于第一方向的第二方向以第二速度相对移动平面及扫描光束；及以实质上大于扫描速度比的比例选择性改变传递到板上的曝光区域的能量。
33.根据权利要求31或32所述的方法，其中所传递能量是以一因子改变，其至少为扫描速度比的一倍半高。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所传递能量是以至少为扫描速度比的三倍高的比例改变。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所传递能量是以至少为扫描速度比的五倍高的比例改变。
36.根据权利要求33所述的方法，其中所传递能量是以至少为扫描速度比的十倍高的比例改变。
37.根据权利要求31至36中所述的任一项的方法，其中扫描速度比不大于1.5。
38.根据权利要求31至37中任一项所述的方法，其中扫描速度比不大于2。
39.一种决定与扫描器中的扫描光束相关的平面位置的方法，方法包括提供平面至少二个孔；以光束扫描至少在孔附近的平面；当光束是在通过孔的位置时检测该光束；决定光束在扫描器参考架构中的位置，至少是在光束位于孔边缘的那些位置；及依据孔边缘的位置的决定，决定孔在扫描器参考架构中的位置。
40.根据权利要求39所述的方法，其中孔边缘的位置是遍及孔的全部圆周而决定。
41.根据权利要求39或40所述的方法，包括决定二个孔间的距离；比较所决定的距离与设计距离；及由该比较，决定待由扫描器写在平面上的数据的定标因子。
42.根据权利要求41所述的方法，又包含提供至少一额外孔，其在平面中而与至少二个孔为非共线定位；决定至少一额外孔的位置；决定至少一额外孔与至少二个孔中至少一孔之间的又一距离；比较该又一距离与设计的又一距离；及由该又一距离与设计的又一距离的比较，决定待由扫描器写在平面上的数据的至少一定标因子。
43.根据权利要求42所述的方法，其中决定一孔的位置包括决定点在孔边缘上的位置，及依据边缘位置的决定位置以计算孔中心的位置。
44.根据权利要求39至43项中任一项所述的方法，包含比较孔的位置与设计位置。
45.根据权利要求44所述的方法，包含依据该比较，修正平面位置的一或二者及待写在平面上的数据的定位。
46.根据权利要求45所述的方法，其中修正包括转动平面。
47.根据权利要求45所述的方法，其中修正包括转动数据。
48.根据权利要求45至47项中任一项所述的方法，其中修正包括移动平面或数据的相对位置。
49.根据权利要求45至48项中任一项所述的方法，包含依据该比较，修正待写在平面上的数据的大小。
50.根据权利要求39至49项中任一项所述的方法，其中检测包括使用用于多个孔的同一检测器的检测，且检测器接收经由光导件通过孔的能量。
51.根据权利要求50所述的方法，其中光自多个孔经由同一光导件透射至检测器。
52.根据权利要求39至48项中任一项所述的方法，其中检测包括使用一用于不同孔的不同检测器的检测。
53.根据权利要求39至51项中任一项所述的方法，其中平面是由至少一孔的位置决定。
54.根据权利要求53所述的方法，其中至少二个孔包括至少三非对称安置的孔，且平面之侧是由孔的相对位置决定。
55.一种在扫描器型写入系统中写入数据的方法，包括提供用于写在一平面上的数据；测量至少二个特性在一平面上的位置；比较特性与一设计距离之间的距离；依据比较以定标数据；及将定标数据写在平面上。
56.根据权利要求55所述的方法，其中测量包括测量呈少三非共线特性的位置，且定标包括在二个方向以不同的定标因子定标。
57.根据权利要求55或56项所述的方法，其中特性是贯穿孔。
58.根据权利要求中任一项所述的方法，其中平面是一涂覆以光阻材料的金属化印刷电路板基底的平面。
59.一种在用于印刷电路板的扫描式直接写入曝光系统中容纳不容厚度度印刷电路板的方法，包括提供一涂覆以具有给定厚度的光阻材料的金属化印刷电路板基底；及通过改变扫描光束的焦平面，将扫描光束聚焦于光阻材料上。
60.根据权利要求59所述的方法，其中光束在一扫描方向扫描，且具有在扫描方向的第一范围及在交叉扫描方向的第二、不同范围，且包含将扫描光束于二个方向聚焦于该平面。
61.根据权利要求60所述的方法，其中扫描包括提供一预扫描光束至一扫描元件；且聚焦包括决定一用于预扫描光束的扫描及交叉扫描方向的共同焦点；及改变共同焦点，以引发扫描光束的聚焦于涂层上。
62.根据权利要求61所述的方法，其中改变共同焦点包括改变透镜的位置。
63.根据权利要求62所述的方法，其中改变位置包括改变单一透镜的位置。
64.根据权利要求61至63项中任一项所述的方法，其中提供预扫描光束包括独立调谐配置于交叉扫描方向的多个光束段，且所调谐的预扫描光束仅在其一部份路径于扫描及交叉扫描方向实质上对焦。
65.根据权利要求64所述的方法，其中该部份实质上包括一点。
66.一种将光束扫过一平面的装置，包括第一光束；一调谐器，其接收一在其光学输入的光束，且依据传送至彼的调谐信号产生一在其出口的调谐光束；第二光束；一扫描器，其接收第一及第二光束，且以第一光束扫描平面，并以第二光束沿着实质上平行于第一光束路径的路径扫描；及一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号，其特征为第一及第二光束具有实质上相同的波长。
67.根据权利要求66所述的装置，其中第一光束包含波长与第二光束波长不同的能量。
68.根据权利要求66或67所述的装置，包含一有标志的刻度计，为第二光束所入射，使得第二光束从其反射，以形成一调谐反射光束。
69.根据权利要求68所述的装置，其中第二光束与刻度计平面成一角度而入射的，使得调谐反射光束沿着与第二光束不同的轴反射。
70.一种将光束扫描过平面的装置，包括第一光束；一调谐器，其接收一在其光学输入的光束，且依据到达其的调谐信号在其输出端产生一调谐光束第二光束；一扫描器，其接收第一及第二光束，且以第一光束扫描平面，并以第二光束、接着实质上平行于第一光束路径的路径扫描；及一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号；及一有标志的刻度计，为第二光束所入射，使得第二光束从其反射，以形成一调谐反射光束，其特征为第二光束与刻度计平面成一角度而入射，使得调谐反射光束沿着与第二光束不同的轴反射。
71.根据权利要求66至70项中任一项所述的装置，其中扫描器包括一扫描装置，其接收沿着第一轴的光束，且周期性转动光束轴，以形成转动光束；及一光学系统，其转换光束的周期性转动为光束的周期性线性扫描，其中第一及第二光束二者皆使用扫描装置及光学系统扫描。
72.根据权利要求71所述的装置，其中该光束的功率在光束轴转动时改变，且光学系统包含一准f-θ透镜系统，其改变线性扫描的线性速率，以补偿功率变化。
73.一种扫描光束于平面的装置，包括第一光束；一调谐器，其接收一在其光学输入的光束，且依据到达波的调谐信号产生一在其出口的调谐光束；第二光束；一扫描器，其接收第一及第二光束，且以第一光束扫描平面，并以第二光束沿着实质上平行于第一光束路径的路径扫描；扫描器包括一扫描装置，其接收沿着第一轴的光束，且周期性角向移动光束轴，以形成转动光束；及一光学系统，其转换周期性转动为光束的周期性线性扫描，及一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号；其特征为第一及第二光束二者皆使用扫描装置及光学系统扫描。
74.根据权利要求73所述的装置，其中光学系统包含一准f-θ透镜，其提供线性光束位置及角度的非线性追踪。
75.根据权利要求66至74项中任一项的装置，其中装置包含一有标志的刻度计，其为第二光束所入射，使得第二光束从其反射，以形成一调谐反射光束。
76.根据权利要求75所述的装置，其中第二光束与刻度计平面成一角度而入射的，使得调谐反射光束、台着与第二光束不同的轴反射。
77.一种扫描光束于平面的装置，包括第一光束；一调谐器，其接收一在其光学输入的光束，且依据到达波的调谐信号产生一在其出口的调谐光束；第二光束；一扫描器，其接收第一及第二光束，且以第一光束扫描平面，并以第二光束沿着实质上平行于第一光束路径的路径扫描；一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号；及一有标志的刻度计，其为第二光束所入射，俾使第二光束从其反射，以形成一调谐反射光束，其特征为第二光束与刻度计平面成一角度而入射，使得调谐反射光束沿与第二光束不同的轴反射。
78.根据权利要求75至77项中任一项所述的装置，其中控制器依据反射光束的调谐提供该调谐。
79.根据权利要求75至78项中任一项所述的装置，包含一检测器，其接收该调谐反射光束，且产生来自其的调谐信号，该控制器依据该调谐信号提供该调谐。
80.根据权利要求79所述的装置，其中控制器包含一时钟产生器，其接收调谐信号且产生一定时时钟，定时时钟具有可控制地相关于调谐信号频率的时钟频率。
81.根据权利要求80所述的装置，其中时钟产生器包含第一产生器，其产生一中间时钟及一具有相同频率且反相的反相中间时钟；及切换电路，其具有各接收中间时钟及反相中间时钟的二个输入以及一定时时钟输出，在二个输入的一的时钟选择性切换至定时时钟输出，使得在输出的定时时钟的平均频率由该选择性切换控制。
82.根据权利要求81所述的装置，其中切换电路回应于时钟修正数据而切换该输入至该输出。
83.根据权利要求80至82中任一项所述的装置，包含一含有所储存调谐数据的数据存储器，其依据该稳定时钟的定时，传达该资言几至该调谐器，以调谐第一光束。
84.一种将光束扫描过平面的装置，包括一调谐光束；一扫描器，其接收调谐光束，且以其扫描平面，扫描器包括一扫描装置，其接收沿第一轴的光束，且周期性转动光束轴以形成转动光束；及一光学系统，其转换周期性转动为光束的周期性线性扫描其特征为光学系统包含一准f-θ透镜，其提供线性光束位置及角度的非线性追踪，以补偿在光束中以角度的函数表示的功率变化。
85.根据权利要求84的装置，包含一调谐器，其接收一在其光学输入的光束，且依据到达彼的调谐信号产生一在其出口的调谐光束；第二光束，扫描器于该处接收调谐及第二光束，且以第二光束沿着实质上平行于调谐光束的路径的路径扫描；及一控制器，其提供回应于第二光束位置的该调谐信号。
86.根据权利要求85所述的装置，包含一有标志的刻度计，其为第二光束所入射，使得第二光束从其反射，以形成一调谐反射光束。
87.根据权利要求86所述的装置，其中第二光束与刻度计平面成一角度而入射的，使得调谐反射光束沿着与第二光束不同的轴反射。
88.根据权利要求85或86所述的装置，其中刻度计上的标志是非均匀，以修正调谐及第二光束位置之间的系统差异。
89.一种用于支持不同尺寸平板的装置，其具有、包括一底部，具有一平坦平面，且包含多个形成于其平面上的相连接频道至少一连接至该频道的口；一连接到至少一口的真空源；一中间板，遮盖所有该频道，且具有形成于其的多个孔，其仅存在于没有孔的平坦平面区域中。
90.根据权利要求89所述的装置，其中至少一部份底部包括一阵列棱锥台，该棱锥台的平顶包括平坦平面及具备频道而在棱锥台之间的区域。
91.根据权利要求89或90所述的装置，其中该孔的密度足以支持该平板顶住该平坦平面。
92.一种扫描装置，用于将图案写在平面上，包括一光束，由数据调谐；一转动多边形，包括多个面，其在多边形转动时移动；第一光学系统，其至少在一交叉扫描方向将光束聚焦于一面上，俾使当多边形转动时，光束在一扫描方向角状扫描第二光学系统，其接收光束且将其聚焦于平面上，使得多边形的颤动不会转变成平面的交叉扫描偏移。
93.根据权利要求92所述的装置，其中光束是在扫描方向散焦于多边形上。
94.根据权利要求92或93所述的装置，其中光束在扫苗及交叉扫描方向聚焦于平面上。
95.根据权利要求92至94中任一项所述的装置，其中第二光学系统将光束的角状扫射转变成平面上的线性扫射。
96.根据权利要求92至95项中任一项的装置，其中第二光学系统将交叉扫描方向的系统偏移以在扫描方向的位置的函数引入；及一数据来源，其改变调谐光束的数据，以补偿交叉扫描偏移。
97.一种扫描装置，用于将图案写在一系列通道的平面上，包括至少一光束，由至少一数据信号调谐；一转动多边形，包括多个面，其在多边形转动时移动；一光学系统，其接收至少一光束且将其聚焦于平面上，使得一图案由至少一光束写在平面上，该处的光束系统将交叉扫描方向的系统偏移以在扫描方向的其位置的函数引入；及一数据来源，其改变调谐光束的数据，以补偿交叉扫描偏移。
98.根据权利要求96或97所述的装置，包含一多频道光学调谐器，其接收至少一光束，且调谐该至少一光束以形成调谐光束。
99.根据权利要求98所述的装置，包含一数据存储器，其储存多个数据线，该多个线大于调谐器的独立调谐频道的数目，且该处的数据回应于交叉扫描偏移而送至调谐器，以调谐来自一线的光束。
100.根据权利要求99所述的装置，其中数据存储器亦储存交叉扫描偏移与扫描位置的依附性。
101.根据权利要求99或100所述的装置，其中至少一光束包括多个光束。
102.一种用于将图案写在辐射敏感平面上的装置，包括至少一激光光束，具有预定强度；一调谐器，其接收至少一在其输入的光束，且产生至少一在其输出的调谐光束；及一扫描器，其以在一扫描速度范围内的扫描速度将至少一调；告光束扫过平面，扫描速度范围是在多个连续、部份重叠地带中，该地带在一重叠范围内具有可变的重叠，其中重叠及扫描速度可独立控制，使得可以将大于重叠范围或速度范围的范围的功率量级传送至该平面。
103.一种声光调谐器，包括一输入平面，一光束在该处进入调谐器，光束在该平面以第一角折射，第一角是光束波长及光束在输入平面的入射角的函数一输出平面，光束在该处离开调谐器，光束在该平面以第二角折射，第二角是光束波长及光束在输出平面的入射角的函数；一声光布勒格绕射区域，其中当声波存在时，光束以第三角绕射，第三角是光束波长的函数；其中至少在输入及输出平面之间的角是使得二个输出光束具有给定、不同的波长，其以相同角度入射于输入平面，以相同角度离开输出平面。
104.一种扫描装置，用于将图案写在平面上，包括一光束，其包括在二个不同光谱线的能量，由数据调谐；及一光学系统，其接收光束且将其聚焦于平面上，使得一图案通过至少一光束写在平面上，且使得在二个光谱线之能量在相同位置聚焦于平面上。
全文摘要
一种扫描方法,用于将图案写在平面上,包括:提供一扫描光束,包括多个独立可编址的子光束;以该扫描光束扫描平面若干次,该子光束于交叉扫描方向并排扫描平面,每一该子光束经调谐以反射待写入之数据;及重叠光束,使得在至少二次扫描期间,平面的写入区域皆予以写上。
文档编号H05K3/12GK1308837SQ99808158
公开日2001年8月15日 申请日期1999年3月15日 优先权日1998年7月4日
发明者沃尔夫冈·雷彻克, 沃尔夫冈·森夫, 斯特芬·鲁克尔, 乌韦·克劳乌斯基, 乌多·巴蒂希, 乌尔里希·鲍曼 申请人:激光影像系统有限公司