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平版印刷设备中的光学系统

阅读：998发布：2021-03-01

IPRDB可以提供平版印刷设备中的光学系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种光学系统，具有单一放大率，在像空间和物空间中是远心的，用于中等清晰度要求的平版印刷，包括：一种“Dyson Winne”型的结构，该结构具有一个凹球面镜(10)，用于一个物体(31)和像(32)通过上述凹球面镜的曲率中心，一个光学模块(11)，配置在凹球面镜的曲率中心附近，其特征在于，它包括凹球面镜和光学模块。一个组(40)，至少由两个透镜组成，位于上述光学模块附近，具有区域校正功能，以及可以将光速约束在一个小的体积中。一个至少由另外两个透镜组成的组(50)，位于凹球面镜的正向附近，且有对孔径和色差进行校正的重要功能。，下面是平版印刷设备中的光学系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.光学系统，所述光学系统具有单一放大率，在像空间和物空间是远心的，并且用于中等清晰度的平版印刷，包括：-“Dyson-Winne”型的结构，所述结构具有凹球面镜和光学模块，所述凹球面镜用于使物体和像穿过其曲率中心，并且所述光学模块配置在所述凹球面镜的曲率中心附近，在所述凹球面镜与所述光学模块之间包括：-由至少两个透镜组成的组，其中，所述至少两个透镜位于所述光学模块的附近，并具有区域校正功能以及将光速约束在减小的体积中的功能，-由至少两个其他透镜组成的组，其中，所述至少两个其他透镜位于所述凹球面镜的正向附近，并具有对孔径和色差进行校正的主要功能，所述光学系统的特征在于，整个像区域大于所述凹球面镜的直径的65％。

2.根据前述权利要求所述的光学系统，其特征在于，所述凹球面镜、所述光学模块和不同透镜都分布在基本圆柱形的封罩中。

3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的光学系统，其特征在于，待被平版印刷的掩模和板平行面移动，其特征还在于，所述光学模块包括反射表面，其中所述反射表面相对于凹球面镜的轴线呈45°延伸以收集来自所述掩模的光并向所述板发射像光束。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的光学系统，其特征在于，所述透镜中的至少一个是非球形的。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的光学系统，其中，所述凹球面镜是通过对所述透镜的背面进行反射处理而形成的Mangin镜型。

说明书全文

平版印刷设备中的光学系统

技术领域

[0001] 本发明涉及用于照相平版印刷术的光学系统。

背景技术

[0002] 照相平版印刷术一般应用于高性能的十分之一微米级清晰度集成电路的制造。

[0003] 然而，某些应用却不需要上述类型的精度，只需满足于1到几微米级的平版印刷清晰度。特别指出的是，采用照相平版印刷术，用于进行互联接点的制造以及彼此重叠的电路板中的多层电路的焊接。上述电路的优越性在于，可以使用电子晶片设计以及利用多个单一晶片的重叠，因此，每个晶片易于设计和制造。

[0004] 用于制造前述接点所应用的技术由图1A和1B示出。在公知的第一系列步骤中，由于利用来自于照相平版印刷设备的发光装置发出的光7来照明，因此，通常单向放大率用于大的工作区域，一层树脂层2位于电路板1(或者已有技术人员使用的专业术语通常称之为“wafer”)之上。照明仅通过掩模的某些区域进行，通过专门的处理将区域3的树脂挖空，以便充填适于形成焊点的材料。一般来说，这涉及到黄金(人们称之“金凸点”)。同样，公知的另一系列步骤中，可以获得图1B示出的电路即电路板1，其上布置有差不多呈球状的焊点6。

[0005] 通常，两个焊点6分开的距离4一般在50至500μm之间。因此，所使用的照相平版印刷设备，实施起来不需要很高的精度，而且，对照当前技术尖端的照相平版印刷设备来说，也不具有高清晰度，请注意，可以是十分之一μm级的清晰度。对于上述应用2μm级的清晰度和最大0.3μm的失真都是达标的。

[0006] 树脂层2的厚度在5至100μm左右。因此，该设备应该具有50μm至100μm的大深度区域。

[0007] 最后，这种类型的集成电路应该是具有最佳生产率的工业系统制造的产品。因此，这种设备应当具有一个尽可能大的区域，用于能够照亮在给定时间内尽可能大的板和/或给定板的尽可能大的面积。所述设备也应该能够适于多种类型的用于工业高功率照明灯，特别是用于可以使用使光敏树脂不溶解的最大必要光通量的高压水银灯的频谱射线g，h和i。

[0008] 此外，比起那种物空间与像空间是远心的光学，在光学平版印刷时是极其理想的，如同已有技术人员所主张的，也就是说，有效锥形光束很好地垂直于物体面与像面，当进行平版印刷过程的各个步骤时，掩盖刻画的不利像侧面定位的偏差，以便系统不改变调焦的偏差。

[0009] 本发明目的及已有技术的描述

[0010] 本发明目的是提出一种平版印刷术的光学结构：

[0011] -描述一种单一的放大率(复制1/1)，

[0012] -特别适于一般清晰度要求(1至几个微米级)，

[0013] -能够在物空间和像空间的远心的重要区域运行，

[0014] -特别是同时具有多重紧凑特性，价格不昂贵且性能好(尤其是能够在水银灯的g，i和h射线下运行)。

[0015] 我们已经了解大量的用于这种类型的已经被设计和开发的照相平版印刷的光学结构。

[0016] 图2描述本发明这种设备的第一实施例，示出“Dyson Winne”型结构。所述设备包括曲率中心通过C来参照的凹球面镜10。镜子10反射来自发光装置(未示出)的光线，穿过掩模M用以向用来形成所需图像的板W的某些部分反射，例如焊点。如果M和W都位于镜子的曲率中心C上，W上的M的像将是理想的光学像，但是，M和W不可能混淆，因而所述设备不起作用。由于掩模M和板W虽在同一平面内却没有完全位于球面凹镜的曲率中心C上，如图3所示，在光学轴线上部和下部都分别有略微偏差，因此，设备包括具有镜子10的曲率表面的透镜11和12，用于校正产生的像差。但是，图2所示的设备具有缺陷，尤其是M和W位于同一平面，这就难以使设备在照明时通过驱动件进行相关位移。此外，用于照明及工业化实施兼用的尺寸来说，设备区域7宽度太小。由于M和W应该趋近位于镜子10的曲率中心和校正透镜11 和12，便于能够在圆形光学部件的有效区域并强制限定Dyson-Wynne型设备性能的确定值，这就造成了现有设备的局限性。

[0017] 图4示出公知设备的第二实施例。具有与前面述及的完全相似的光学结构、一个球面凹镜10以及与其同心的透镜11和12。但是，透镜11和12包括两个反射面20和22(已有技术人员也称其为“合拢棱镜”)，以便光线贯穿掩模M，以及，用以照亮板的来自镜子(10)的光线都不再经过镜子10的曲率中心和透镜11和12，但将会重叠。这样的光线的合拢允许M和W不再可能被置于同一平面。因此，可以在水平平面移动W和在倾斜平面移动M。包含W的水平面和包含M的倾斜平面都与球面凹镜10和透镜11、12组之间传播的有效锥形光线相切，以便减小区域，从而导致透镜11和12应该进行校正。透镜11和12都与镜子10同心，实际上，必须减小光线全部入射到镜子10和透镜11、12的区域的角度。但是，图4示出的设备还是存在缺陷。事实上，M位于倾斜平面，那么，在其安装、保持和机械移动就会出现困难。此外，设备的区域宽度用以允许照明具有工业应用兼容尺寸的板来说还是太小，因为M和W彼此靠得太近，与曲率中心C也靠得太近。图4示出的设备，只可以借助透镜11和12校正微小畸变、象散或者失真，因为光线应该保持尽可能垂直入射在镜子
10和透镜11、12的表面，这是由于人们希望设备相对于镜子中心C尽可能保持同心。

[0018] 根据文献US 6.424.471，也了解一种包括透镜和分离器体积的投影光学结构。

[0019] 除了这种结构符合1/4的放大率和适用于亚微观的应用外，人们还将特别提出它们占地面积以及为了减小象差而采用一种偏振分离器体积，这就使结构复杂且提高生产成本。

[0020] 此外，通过文献US 6.556.278，人们了解单一放大率的平版印刷的光学方面的不同方案。该文献中提及的方案不具备令人满意的紧凑性，相反，该文献提倡使用小的成套光学设备以获得大的运行区域。

[0021] 另一种单一放大率的光学方案在文献US2003/0223127中被提出。然而，该文献中提出的方案中的凹面镜不是使用“Dyson Winne”型的结构，而是一种反射面镜的结构。该文献没有考虑“Dyson Winne”型结构存在象差的问题，当然不允许上述结构不再紧凑。

发明内容

[0022] 本发明提出至少弥补上述缺陷中的一种缺陷。

[0023] 本发明特别提出一种单一放大率的光学系统，远心的像空间和物空间，用于一般清晰度的平版印刷的应用，包括：

[0024] -已知的“Dyson Winne”型的结构，该结构具有一个凹球面镜，用于一个物体和像通过上述凹球面镜的曲率中心和一个置于其曲率中心附近的光学模块。

[0025] 其特征在于，它包括上述的凹面镜和光学模块：

[0026] -一个聚光组，至少由两个透镜组成，位于上述光学模块附近，具有校正区域的功能，并通过集中在上述凹面镜、光学模块及聚光组之间会聚光线传播来减小凹球面镜的尺寸，

[0027] -一个至少另外两个透镜组，位于上述凹面镜附近，并具有对孔径和色象差进行校正的功能。

[0028] 这种结构的优越性在于，允许一个大的区域以及可以有效改进光学部件的紧凑性，同时可以得到高质量的所需像。

[0029] 尤其是可以得到一个大于凹面镜直径70％的像区域。

[0030] 本发明其他特征、目的及其优越性将下面加以描述。特别是由于区域增大，述及的方案可以使掩模支架和板支架相互移开，以便易于插入机器。展开的区域也可以在每次曝光对板较大表面进行照明，并提高设备效率。

[0031] 此外，掩模支架和板支架可以平行于系统的光学轴。因此，掩模和板的安装、保持和移动都大大简化，支架构件设计难度小，价格不昂贵。通过支架构件的移开，可以使支架构件从系统的其他光学部件中分离，这样就改进掩模与板进行安装和自由移动的简易性。

附图说明

[0032] -图1A和1B示出制造焊点的已有技术；

[0033] -图2示出一个照相平版印刷光学系统的实施方式的第一实施例；

[0034] -图3示出单一放大率的照相平版印刷系统和Dyson–Winne型系统的光学区域的视图；

[0035] -图4示出单一放大率的照相平版印刷光学系统公知的实施方式的第二实施例；

[0036] -图5和6示出本发明光学系统的两种可能实施方式。

[0037] 附图中，相似部件采用同一标号标示。

具体实施方式

[0038] 图5和6示出本发明的一个照相平版印刷设备的一个光学系统的两种实施方式的两个实施例。其他实施方式也是可能的，但未做描述。

[0039] 图5描述一个光学系统，该系统不具有可以接受来自掩模M的光线并将其反射回板W的棱镜。

[0040] 图6描述一个光学系统的比较成功的一个实施方式，该系统具有两个反射棱镜。

[0041] 特别是，这种光学系统描述已有技术人员公知的“Dyson Winne”型的远心结构，根据曲率中心位于物体中心附近的屈光面变厚的棱镜为主要组成的“Dyson Winne”概念，其具有一个凹球面镜10，用于一个被置于其曲率中心附近的物体和像以及光学模块11。

[0042] 该结构包括一个至少由两个透镜构成的组40，位于上述光学模块11附近，具有校正区域的功能，并且，可以通过聚集光束以减小所述凹球面镜10的尺寸，以及包括至少两个其他棱镜的组50，位于上述凹面镜(10)的附近且有校正孔径和色象的功能。构成两个组40和50的棱镜的玻璃，都是参照光学组合计算的技术准则选用的，以确保在所需光谱的范围内进行色差校正。

[0043] 该结构也包括支架构件31与32，一方面适于接受和保持一个掩模M，另一方面适于接受和保持一个板W。构件31被设计用于配接掩模M以及设施32被设计用于配接板W。

[0044] 构成组40和50的校正设施位于支架构件31，32和镜子10之间。换句话说，该光线来自于照相平版印刷法设备的发光装置并且穿过位于支架构件31上的掩模M，所述光线在被镜子10反射之前经由校正设施，以便再次穿过校正设施，照亮支架构件32上的板W。

[0045] 上述组40的折射能量被校正用于使光学轴线最远处的光线的经行路线在光学组40和50之间时几乎平行于光学轴线。通过这种方法，光学元件的整体尺寸都合理降低，光学材料的价格、加工及抛光的价格也都降低。

[0046] 上述组50的总折射能量是微弱的且恰好在镜子10的折射能量的50％之下。在已有技术述及的设备中，支架构件和校正透镜都位于最接近镜子的曲率中心，尤其如同图6所示，光学模块11可以包括一个适宜于合拢来自掩模M或者发射到板W光束的合拢棱镜。合拢棱镜呈现在模块11中的两个面20和22的形态下，两个面20和22相对于凹面镜的主轴线成45°延伸。穿过掩模M或照亮板W的光线也都因此合拢，事实上，它可以使支架构件
31和32差不多沿平行于系统的一光学轴线进行延伸。显然，支架构件31和32这样布置，以便掩模M和板W也可以沿平行于系统的一光学轴线进行延伸。相对于已有技术而言，这种设计和将掩模及板保持在水平平面中的技术大大简单化。

[0047] 上述支架构件31和32还包括适于沿差不多平行于系统的光学轴线方向移动掩模M与/或板W设施33。

[0048] 本发明优越性在于，可以设计本发明光学物体，使支架构件31和32与系统光学轴线的距离大于镜子10和设施11、40和50的径向占地面积。

[0049] 这样，空间畅通，支架构件进行自由移动。

[0050] 同时，上述结构可以在例如44*44mm2的大区域进行作用，而不是在已有技术中提2
及的22*44mm的区域进行作用，已有技术中光学物体处于观察状态的区域太紧凑。所述紧凑性的特征在于，物体区域的尺寸和像大于一般由“Dyson Winne”类型的凹面镜组成的惯用的大光学元件直径的65％。

[0051] 例如，较好的是，述及的组40或组50的透镜由包含非球面形的表面制成。

[0052] 图5中，系统包括一个球镜10，靠近球镜10出布置有2个透镜构成的组50。组40由3个透镜构成。有效数字相对孔径是NA＝0.18.对于像区域，我们可以为掩模和板提取2
44*44m的区域。通过该光学部件密集的清晰度在整个表面上是2μm用以覆盖高压水银灯的g(435nm),h(405nm)，i(365nm)的三种射线的光谱区。

[0053] 图6中，系统包括掩模M和板W方向的光线折射棱镜。组40仅由两个透镜组成。工作性能非常接近但略低于图5示出的系统的工作性能。

[0054] 图6示出的光学模块11是一个反射面式的棱镜，而图5示出的是一一个明显的变形，其中，光学模块不具有反射面，发射的掩模与接受的板均在一个与一般光学轴线也就是球镜10的轴线垂直的平面中。

[0055] 在上述两个实施例中，环形像区域环绕用于掩模M与板W的有效区域，根据图(3)所描述的设计，该环形像区域的直径大于凹面镜(10)的65％，而凹面镜，光学模块和不同的透镜均被分布在一个近似于圆柱的封套中，以获得系统的良好紧凑性能和平版印刷机中宽裕的装配空间。

[0056] 这种圆柱的内径小于250mm，而其内长度小于750mm。

[0057] 运行的波状物的长度在360至435nm之间。

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