專利名稱：一種測量相對位置誤差的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關一種用于測量在一激光束和一目標之間的相對位置誤差的裝置，且也有關用該裝置來制造曝光印刷電路板的曝光機的用途。
為了用傳統(tǒng)的方法來制造印刷電路，一個已知的步驟是將印刷電路板的導電層覆蓋在一層抗蝕劑材料中并將所述抗蝕劑層通過一原圖進行曝光從而能在印刷電路上獲得所希望的導體印制線的形狀。在抗蝕劑層被曝光之后，未曝光區(qū)被除去，這些區(qū)域對應于要被除去的那些導電層部分。
另一種日益廣泛應用的已知技術在于所制造的印刷電路板中抗蝕劑層是采用一激光束產生的沖擊來進行局部印制的。印刷電路板上的激光束沖擊的位置通常由一掃描組件所控制，該掃描組件包括一旋轉多角鏡和一控制激光束阻斷裝置，該裝置通常由一聲光調制器組成。
其它同樣使用一激光束的技術要么采用一激光束直接剝去抗蝕劑層，或者干脆完全不采用一層抗蝕劑，還有的則采用一激光束來直接剝去導電層。
因為要取得一塊大尺寸印刷電路板所要求的精度自然要求有很大數(shù)量的激光束沖擊點，因此具有優(yōu)點的是要能夠將印刷電路板表面細分為多個區(qū)域且能采用一各自的激光束同時對這些區(qū)域中的每一個進行掃描。
在那些能使該操作被實施且在以下被稱作“曝光機”的機器中，會發(fā)生兩種主要的相對定位問題。首先需要相對于曝光機結構對激光束的位置或每根激光束的位置精確標定，其次需要將采用激光束來曝光的印刷電路板十分精確地定位在曝光機結構上。
對激光束標定來說，要理解的是在曝光機中，激光束通過一包括有大量附件的附屬裝置被指向印刷電路板。此外，印刷電路板通常籍助于一旋轉多角鏡被掃描，該多角鏡中每個面的轉動規(guī)定了一個掃描長度的一部分。另外，采用激光束所要制造的圖形是用所存儲的信息來規(guī)定的，這些信息規(guī)定了印刷電路板上的每一點是否應被沖擊還是不應被沖擊。
根據(jù)以上所述可知，盡管最初對不同的部件作了精確調整，然而在每次使用曝光機之前仍要檢查一激光束的沖擊相對于曝光機結構的實際位置。
為將印刷電路板相對于曝光機結構進行定位，要理解的是，這一步驟仍需以很高的精度來進行，尤其是當印刷電路板被設計成來形成具有一多層印刷電路的零部件時。我們記得，印刷電路板通常是用被形成在印刷電路板中的某些被精確規(guī)定的位置上的圓孔相對于曝光機結構來定位的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于測量在一激光束和一目標之間的相對位置誤差的裝置，該目標比如可由一曝光機結構或一印刷電路板所組成，該裝置能容易地以很高的精度來確定誤差。
根據(jù)本發(fā)明，為達到該目的，該用于測量一激光束和一目標之間的相對位置誤差的裝置的特征在于所述目標被提供有一圓孔，該圓孔占有一相對于所述目標的參考位置；以及該裝置還包括-用于將激光束聚焦在所述目標平面中的裝置；以及-用于獲取所述圓孔和聚焦在所述目標的平面中的光束的圖象的裝置，以及用于計算位于所述沖擊點和所述孔的中心之間的線段的元件。
要理解的是，采用本發(fā)明確實可非常精確地確定誤差，尤其是因為圖象攝取裝置，比如一個照相機，它不需要被精確定位，因為只要這些裝置能夠同時從圓孔以及激光束沖擊的周邊來獲取一個圖象就足夠了。
本發(fā)明的另一目的是提供以上所規(guī)定裝置的一種用途，用它來制造一種用以曝光印刷電路板的機器來將一印刷電路板相對于該曝光機的結構進行定位。
這一用途的特征在于所述曝光機還包括-用于將所述激光束相續(xù)聚焦在該結構的兩相應點上的裝置，該兩個點應該被兩圓孔的中心所占據(jù)；-用于攝取兩孔以及相應的激光束沖擊點的每個圖象的照相機裝置；-響應于所述圖象的每一個來計算連接每個圓的中心與相應激光束的沖擊點的線段的分量的計算裝置，由此得到有關印刷電路板位置誤差的兩組數(shù)據(jù)；-用于將所述印刷電路板相對于該結構進行移動、至少轉動的電路板位移裝置，以及用于控制該電路板位移裝置的控制裝置和用于根據(jù)有關印刷電路板位置誤差的兩組數(shù)據(jù)的一種函數(shù)來聚焦激光束的裝置。
可以理解，在這些情況之下，參考物由激光束的沖擊點所組成，且其定位誤差要被校正的該元件是印刷電路板以及它的兩個定位孔。
本發(fā)明的另一個目的是將上面所規(guī)定的檢測裝置用來對一個用于曝光印刷電路板的機器的激光束作標定。這一用途的特征在于它還包括-至少一個固定到所述結構上的目標，所述目標包括至少一個圓孔，其中心組成該結構的一個參考點；-根據(jù)相應于所述圓孔中心的位置的位置信息來控制激光束偏移裝置的裝置；-用于攝取所述圓孔以及在所述圓孔中的激光束的實際沖擊點的圖象的照相機裝置；-用于計算連接所述孔的中心與激光束的沖擊點的線段的分量的計算裝置；-將所述分量發(fā)送至控制激光束偏移裝置的控制裝置。
可以理解，在這些條件下，位置參考物是由被提供有圓孔的目標所組成，而其位置誤差要被確定的元素是激光束的沖擊點。
通過閱讀了以下的對作為非限制性例子而給出的本發(fā)明的不同實施例的描述之后則可更加清楚地了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。這一描述是參考附圖來進行的，附圖中-

圖1A為一種測量相對誤差的裝置的一立視圖；-圖1B為該測量相對誤差的裝置的一局部頂視圖；-圖2為一用于曝光印刷電路板的且包括有本發(fā)明的一種用于定位一印刷電路板的裝置的曝光機的一筒化視圖；-圖3為一用于曝光印刷電路板的曝光機的一簡化視圖，它配置有一用于標定該曝光機的激光束的一裝置；-圖4為一具有多根激光束用于曝光印刷電路板的曝光機的一示意圖。
首先參照圖1A和1B，然后來描述該用于檢測和測量位于一激光束和一目標間的相對定位誤差的裝置。在兩圖中，可看到一目標10和一用于向目標10發(fā)送一激光束14的光學系統(tǒng)。
目標10被提供有一中心O的圓孔16，該圓孔16與所述目標10相連并組成其位置參考物。檢測裝置還具有一照相機17，它被配置在目標10背離激光束14的另一側并能攝取孔16和激光束14外圍的一張圖象。根據(jù)該圖象，一與該照相機相連的計算電路18能夠沿著正交的兩方向X和Y來計算分量用于確定連接圓孔中心O與沖擊點A的直線段，從而完全確定相對位置誤差。
如上所述，根據(jù)激光束是否組成位置參考物以及目標10是否可移動，或根據(jù)目標10是否如由其圓孔16所規(guī)定的那樣組成位置參考物，且激光束14則有可能遭受一位置誤差的影響，用本裝置則可來檢測和測量兩類絕對位置誤差。
當然，照相機17必須能夠檢測激光束。可以采用一CCD攝象機，并配備有與激光束波長相配的透鏡。
在圖2中，可看到采用圖1A和1B所示裝置來相對于一曝光設備結構標定激光束。圖中示出一光學裝置30，它將一激光束32投向一固定在曝光機結構36上的目標34。目標34比如可由一固定在結構36上且由諸如殷鋼那樣的一種具有很高穩(wěn)定性的材料所制成的窄條所組成。窄條34被提供有至少兩個具有精確規(guī)定直徑的圓孔38和40。圓孔38和40因此便構成結構36的位置參考物。光學裝置30與一用于控制激光束沖擊點的控制組件42相連結。
為標定激光束，用控制電路42發(fā)出指令到光學裝置30來定位激光束，這樣使激光束精確地對應于圓孔38的位置。用一照相機44來從圓孔38和激光束32攝取一圖象。與照相機44相連接的電路46則如上所述地計算位置誤差。由于激光束部分地是響應于存儲于其控制電路中的指令來被定位的，誤差計算可被用來修正控制激光束定位的指令。
由于激光束被設計成可移動的用于在相對于結構的一定距離范圍上進行掃描，因此該操作可有利地結合一提供在窄條34上的第二參考孔40以及用對應于所述第二參考孔40的位置的指令來控制激光束的位置而重復進行。這種誤差的確定可通過窄條34上的多個孔來實施。在由窄條所標記的不同位置上所進行的這些不同的誤差測量使得能夠計算出一個誤差校正多項式，它可被用來校正那些支配由激光束在所有掃描位置上所進行的掃描的指令。
參照圖3來描述應用相對誤差檢測裝置來將一印刷電路板50定位于一個采用激光束對其曝光的曝光機中。在該圖中，示出一曝光機結構52，其上放置有印刷電路板50。印刷電路板50被提供有兩定位孔54和56。該圖還示出一光學裝置58，它根據(jù)由一控制電路62所發(fā)出的指令來控制一激光束60的沖擊點。
為相對于結構52來定位印刷電路板50，光學裝置58被這樣控制使得激光束被聚焦到結構的一個點上，該點精確地對應于應該被定位孔54的中心所占據(jù)的該位置。照相機63被用來攝取孔54和激光束60的沖擊點外圍的一個圖象，且誤差的座標被在計算電路64中計算。為結束印刷電路板的定位操作，將光學裝置58進行控制，使得一激光束60′具有一精確對應于印刷電路板50的第二定位孔56的中心的理想位置的一沖擊點。采用一第二照相機65，來攝取對應于孔56的一第二圖象，且該第二位置誤差被送入計算電路64。該兩位置誤差使得能夠在兩正交方向X和Y以及在旋轉方向上確定印刷電路板的位置誤差。旋轉誤差可由連接孔54和56的兩中心的直線以及連接激光束的兩沖擊點的直線之間的角度所測量。旋轉位置誤差被發(fā)送到用于控制執(zhí)行器68的控制電路66，執(zhí)行器68能校正所述誤差。X和Y位置誤差優(yōu)選地被直接發(fā)送至控制光學裝置58的控制電路62。
圖4示出一曝光機70，它包括多根激光束721、722、723、724，它們由與之相應數(shù)目的光學裝置741、742、743、744所產生，每個光學裝置由各一個電路76所控制。為標定激光束，曝光機的結構78被配置有一殷鋼尺80，該尺80具有眾多系列S1、S2、S3、S4的標定孔82，系列的數(shù)目與要標定的激光束數(shù)相等。任一系列中的孔各自被曝光，面對由激光束所掃描的區(qū)域Z1、Z2、Z3、Z4；每一系列比如包括20個孔。
采用一移動照相機84，來相續(xù)地攝取每一孔系列中的每個孔82的圖象以及每一孔系列激光束的圖象。計算電路86然后對每一激光束產生一校正多項式，該多項式被發(fā)送至光學裝置的控制電路76。
權利要求
1．一種用于測量一激光束和一目標之間的相對位置誤差的裝置，其特征在于所述目標被提供有一圓孔，該圓孔占據(jù)有一相對于所述目標的參考位置；且該裝置還包括-用于將激光束聚焦在所述目標的平面中的裝置；以及-用于攝取所述圓孔和聚焦在所述目標的平面中的激光束的一個圖象的裝置，以及用于計算在所述激光束的沖擊點和所述圓孔的中心間的線段的分量的裝置。
2．采用根據(jù)權利要求1的裝置來制造一用于曝光印刷電路板的曝光機的用途，該曝光機包括-一適宜于接收一印刷電路板的固定結構，所述印刷電路板被提供有至少兩圓形定位孔；以及-至少一個激光器，它連接有用于將所述激光束聚焦在印刷電路的一任意點上的光學裝置；其特征在于所述曝光機還包括-用于將所述激光束相繼定位在結構的兩相應點上，該兩相應點應被兩圓孔的中心所占據(jù)；-用于攝取兩孔以及激光束的相應沖擊點的各自的圖象的照相機裝置；-根據(jù)每個所述圖象來計算連接每個圓孔中心和相應激光束的沖擊點的線段的分量的計算裝置，由此來獲取兩有關印刷電路板位置誤差的數(shù)據(jù)組；以及-用于將所述印刷電路板相對于曝光機結構移動、至少是轉動的印刷電路板位移裝置，以及控制該印刷電路板位移裝置的控制裝置和根據(jù)兩有關印刷電路板的位置誤差的數(shù)據(jù)組的一種函數(shù)關系來聚焦激光束的裝置。
3．如權利要求2所述的用途，其特征在于計算裝置確定連接激光束的兩沖擊點和圓孔的兩中心的線段間的角度，由此來獲取有關一第二圓孔的中心相對于第一圓孔的中心的轉動位置的誤差信息，以及第一個圓孔中心的位置誤差的結構在兩正交方向上的分量；且控制裝置包括-用于在轉動時根據(jù)所計算的轉動誤差的一種函數(shù)控制該位移裝置的控制裝置；以及-將所述分量發(fā)送至聚焦所述激光束的裝置的發(fā)送裝置。
4．應用根據(jù)權利要求1的裝置來制造一種曝光印刷電路板的曝光機的用途，該曝光機包括-一接收所述印刷電路板的固定結構；以及-一產生至少一根激光束的激光源和控制激光束偏轉的裝置，所述曝光機的特征在于它還包括-至少一個固定到所述結構上的目標，所述目標包括至少一個圓孔，其中心組成結構的一參考點；-根據(jù)相應于所述圓孔中心的位置的位置信息來控制激光束偏轉裝置的控制裝置；-用于攝取所述圓孔以及在所述圓孔中的激光束的實際沖擊點的一圖象的照相機裝置；-用于計算連接所述圓孔中心和激光束沖擊點的線段的分量的計算裝置；以及-將所述分量發(fā)送至用于控制激光束偏轉裝置的控制裝置的發(fā)送裝置。
5．如權利要求4所述的用途，其特征在于所述目標具有一系列圓孔，它們的中心規(guī)定了一系列結構位置參考物；-控制裝置包括根據(jù)一系列相應于該系列孔的中心的位置的位置信息數(shù)據(jù)來相繼控制激光束偏轉裝置的裝置；-照相機裝置攝取每個孔的一系列順序圖象；-計算裝置為系列圖象中的每一圖象確定所述分量并產生一多項式函數(shù)用于根據(jù)所述系列分量作為系列孔中心位置的函數(shù)來校正激光束的位置；以及-發(fā)送裝置能將所述多項式校正函數(shù)發(fā)送至用于偏轉裝置的所述控制裝置。
6．如權利要求5所述的用途，其特征在于所述曝光機包括-用于產生多根激光束的裝置；以及-多個偏轉裝置，每個偏轉裝置被連接有一各自的激光束；每個偏轉裝置被連接有各自的控制裝置，這樣每根激光束掃描一部分所述的印刷電路板；所述目標具有多個孔系列，每個孔系列對應于為所述激光束所掃描的印刷電路的部分；且所述計算裝置確定一多項式函數(shù)，用于為與一個孔系列相連接的每個圖象系列校正位置。
全文摘要
本發(fā)明有關一種用于測量在一激光束(14)和一目標(10)之間的相對位置誤差的裝置。目標(10)被提供有一圓孔(16),它占據(jù)一相對于所述目標(10)的參考位置。該裝置具有將激光束聚焦于所述目標的平面中的裝置(12),用于攝取所述圓孔和聚焦在所述目標的平面中的激光束的一圖象的裝置(17)、以及用于計算連接所述沖擊點和所述圓孔中心的線段的分量的裝置(18)。
文檔編號G03F9/00GK1295268SQ00133808
公開日2001年5月16日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權日1999年11月3日
發(fā)明者塞爾日·沙博尼耶, 戴維·克拉維耶 申請人:奧托瑪-泰克公司