CN111812946A - 倾斜旋转曝光方式的3d微光刻-打印系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在通过向基板上层压掩模的曝光对象物照射曝光用紫外线成型图案的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻‑打印系统，尤其涉及一种具备照射曝光用紫外线的LED透镜的曝光模块以可沿左右水平方向自转或空转的形式结合，安设有曝光对象物的基板工作台以可前后移动、变更前后角度及左右水平旋转的方式结合，以立体变更照射紫外线的方向，从而形成高纵横比的柱子(Pillar)结构或成型3D结构物，而且，通过对曝光对象物的多层曝光，也可成型组合多个层的各种形状的3D结构物，小至可成型约5μm范围内的微细柱子的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻‑打印系统。

Description

倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统
技术领域
本发明涉及一种在通过向基板上层压掩模的曝光对象物照射曝光用紫外线成型图案的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，尤其涉及一种具备照射曝光用紫外线的LED透镜的曝光模块以可沿左右水平方向自转或空转的形式结合，安设有曝光对象物的基板工作台以可前后移动、变更前后角度及左右水平旋转的方式结合，以立体变更照射紫外线的方向，从而形成高纵横比的柱子(Pillar)结构或成型3D结构物，而且，通过对曝光对象物的多层曝光，也可成型组合多个层的各种形状的3D结构物，小至可成型约5μm范围内的微细柱子的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统。
背景技术
一般而言，曝光装置用于平板显示器及印刷电路基板的技术领域。
具体而言，曝光装置用于在玻璃基板或印刷电路基板上形成电极或点等多个相同或不同的图案，或形成构成印刷电路基板上的电路的图案。
上述利用曝光装置的曝光方法，一般包括：涂布或覆盖如光刻胶(photoresist，PR)液或铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)等金属浆料(paste)等墨水的步骤；通过图案掩模向覆盖的墨水上透射从曝光装置的光源照射的光线的步骤；及蚀刻和清洗步骤。
印刷电路基板的图案成型用曝光装置可在大韩民国公开专利第10-2011-0058501号、公开专利第10-2013-0092224号、公开专利第10-2014-0058135号、公开专利第10-2011-0074623号等确认。
上下固定排列对准安设基板及掩模的基板工作台及照射曝光用光线的曝光模块，通过向曝光对象物照射曝光用光线形成图案。
现有技术的曝光装置因光线的照射角度和方向及受到光线照射的基板的方向上下固定不变，无法以各种形状多层成型图案尤其是微细图案，从而存在可使用曝光装置生产的印刷电路基板的种类和数量受到限制的问题。
即印刷电路基板的曝光方法根据PR液的种类分为：
在曝光后进行的显影步骤中，去除曝光时照射光线的部位，从而使除照射光线的部位之外的部位硬化成型图案；
或在曝光后进行的显影步骤中，曝光时照射光线的部位硬化，去除除照射光线的部位之外的部位完成图案的成型。
此时，照射光线的方向及受光线照射的基板的方向相对于基板的平面垂直，因此不适合于微细图案及多层图案的成型，而且，无法立体实现构成多层图案的柱子的形状的3D图案，因此曝光装置的使用存在限制。
发明内容
所要解决的课题
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，其具备照射曝光用紫外线的LED透镜的曝光模块以可沿左右水平方向自转或空转的形式结合，安设有曝光对象物的基板工作台以可前后移动、变更前后角度及左右水平旋转的方式结合，以立体变更照射紫外线的方向，从而形成高纵横比的柱子结构或成型3D结构物，而且，通过应用掩模对准功能(掩模对准器)可实施多层曝光。
课题解决方案
为达到上述目的，本发明的一种倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，在通过向基板上层压掩模的曝光对象物照射曝光用紫外线成型图案的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统中，包括：
主体，包括台子、在上述台子上沿左右方向形成的导向框架；
倾斜工作台，包括以可在上述台子上前后移动的方式结合的一对第一移动框架、连接上述一对第一移动框架上端并以前后移动从而可变更角度的方式结合的倾斜框架、在上述倾斜框架上面以可左右水平旋转的方式结合的旋转板、具备于上述旋转板的上面并供曝光对象物固定的安设块；及
曝光单元，包括以可沿上述导向框架左右水平方向移动的方式结合的第二移动框架、在上述第二移动框架前面以中心轴线为准左右水平自转或以虚拟的轴线为准左右水平空转的方式结合并在下面具备用于形成图案的多个曝光用UV LED灯的曝光模块。
另外，本发明的一种倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，还包括对准单元，包括以连接于上述第二移动框架的一侧并与第二移动框架一起沿上述导向框架左右向平方向移动的方式结合的第三移动框架、结合于上述第三移动框架的前面并可用肉眼确认层压于基板上的掩模的对准与否的显微镜。
另外，本发明的一种倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，还包括掩模装载单元，包括在上述倾斜框架的下部以可前后移动的方式结合的移动板、以相对于上述移动板可左右调节位置的方式结合的第一移动块、以相对于上述第一移动块可前后调节位置的方式结合的第二移动块、以相对于上述第二移动块可上下调节高度的方式结合的升降块、在上述升降块上迂回上述旋转板连接于旋转板的上部并还具备安设掩模的拆装部的装载框架。
另外，本发明的一种倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，还包括各个别控制上述曝光单元的UV LED灯，组合不同灯的闪灭与否、不同灯的颜色、不同灯的亮度中的一种以上，从而可实现不同灯的个别控制的控制手段。
发明效果
本发明的一种倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统：
通过立体变化光线的照射方向及受光线照射的方向形成3D结构物，或通过掩模对准功能(掩模对准器)将形成多层电路图案的柱子，具备高纵横比的同时，以通过多层曝光的各种形状3D成型；
通过柱子的3D成型，可成型现有技术的曝光装置无法实现的30～50μm范围内，甚至约5μm范围内的微细柱子；
在提高基板和掩模的对准准确度的同时，微调掩模的前后左右位置及高度，以准确对准基板和掩模，从而减少不良率，而且，可用一个曝光装置通过更换掩模实现柱子的多层成型；
可以各种新装成型微细图案的柱子，从而提高印刷电路基板的质量及生产性。
附图说明
图1a、图1b为本发明的斜视图；
图2为本发明的重要部位正面图；
图3a、图3b为本发明的倾斜工作台及掩模装载单元的斜视图；
图4为本发明的曝光单元及对准单元的斜视图；
图5a至图5e为本发明的不同运行步骤的重要部位斜视图；
图6a至图6d为本发明的曝光单元的灯排列示例图；
图7a至图7f为用显微镜拍摄通过本发明成型的柱子及3D图案的放大照片图。
*附图标记*
B：基板 M：掩模
S：曝光对象物
10：主体 11：台子
12：导向框架 13：台式机
20：倾斜工作台 21：第一移动框架
22：第一马达 23：倾斜框架
24：第二马达 25：旋转板
26：第三马达 27：安设块
30：曝光单元 31：第二移动框架
32：第四马达 33：曝光模块
34：第五马达 35：固定板
36：第一运行板 37：第二运行板
38：偏心凸轮 40：对准单元
41：第三移动框架 42：显微镜
50：掩模装载单元 51：移动板
52：第一移动块 53：第一微调棒
54：第二移动块 55：第二微调棒
56：升降块 57：第三微调棒
58：装载框架
具体实施方式
本发明可进行各种变形且可有各种实施例，而在下面，将详细说明实施例(aspect)。但是，不是把本发明限定在特定事实方式，而需包含属于本发明的思想及技术范围的所有变更、均等物乃至替代物。
在附图中，相同附图标记，尤其是十位及个位数或十位、个位及字母相同的附图标记表示具有相同或类似功能的部件，在没有特殊说明的情况下，附图中的各附图标记所指示的部件遵循上述标准。
另外，各附图中的要素，为了帮助理解而夸张或简化表示其大小和厚度，但本发明不受这些图的限制。
用于本申请的术语只是说明特定实施例(aspect)而非限制本发明。在语境中没有明显的区别，则单数的记载包含复数的含义。
在本申请中，“包括”或“拥有”等术语表示存在说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、结构、部件或它们的组合，而非预先排除一个或以上的其他特征、数字、步骤、动作、结构、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
除非有特别的说明，包括技术或科学术语在内的在此使用的所有术语的意思与本发明所属技术领域的技术人员通常所理解的意思一样。一般使用的与词典中定义的术语相同的术语具有与相关技术的语境中的意思相同的含义，除非有明确的定义，在本申请中不具有理想的或过度的含义。
在本说明书中所记载的“第一”、“第二”等旨在区分不同的结构，而不受制造顺序的限制，而且，在具体实施方式和权利要求书中的名称有可能不同。
为了便于说明，在说明本发明的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统时，若以不严谨的大致的方向为准规定大致的方向，则在图1a中可规定设置倾斜工作台20的方向为正面，以观察正面的方向为准将重力作用的方向规定为下侧，并以此规定上下左右，而在与附图相关的发明的详细说明及权利要求书中，除非有特殊的说明，以此为标准规定方向进行说明。
另外，在本说明书中将作为导向框架12的长度方向的左右水平方向设为X轴，将作为与导向框架12水平垂直的方向的前后水平方向设为Y轴，将上下垂直方向设为Z轴进行说明。
下面，结合附图对本发明的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统进行说明。
本发明涉及一种在通过向基板B上层压掩模M的曝光对象物S照射曝光用紫外线成型图案的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，如图1a至图5e所示，大致包括主体10、倾斜工作台20、曝光单元30、对准单元40、掩模装载单元50、控制手段。
上述主体10包括台子11、在上述台子11的上部沿左右水平方向形成的导向框架12。
在上述台子11的中央前端侧设置上述倾斜工作台20及掩模装载单元50，在台子11的后端侧沿左右水平方向设置上述导向框架12，而在上述导向框架12上滑动结合可实现上述曝光单元30及对准单环40的左右移动的第二、第三移动框架31、41。
上述倾斜工作台20包括以可在上述台子11上前后移动的方式结合的一对第一移动框架21、连接上述一对第一移动框架21上端并以前后移动从而可变更角度的方式结合的倾斜框架23、在上述倾斜框架23上面以可左右水平旋转的方式结合的旋转板25、具备于上述旋转板25的上面并供曝光对象物S固定的安设块27。
上述第一移动框架21在固定设置于台子11的底座20A的两侧部各沿垂直方向插入设置，连接各第一移动框架21的下侧端的连接框架在底座20A内，沿Y轴方向可移动地滑动结合，而上述第一移动框架21从设置于底座20A下部的第一马达22获得动力前后往复进行移动。
上述倾斜框架23的两端各铰链结合于两侧的第一移动框架21的上侧端，从设置于一侧(图中的上游侧)第一移动框架21的第二马达24获得动力，以X轴为轴往复，从而在前后旋转(倾斜)的同时改变角度。
上述旋转板25以轴设于上述倾斜框架23的上面，从而可以Z轴为轴左右水平旋转的方式结合，而上述旋转板25从设置于上述倾斜框架23下面的第三马达26获得动力沿一个方向(或两个方向)进行左右旋转。
上述安设块27结合于上述旋转板25的上面中央，而在安设块27的上面，由硅或玻璃等材料制作的基板B通过粘合或胶带粘接或真空吸附等呗固定安设。
另外，虽然未图示，但在上述旋转板25及/或安设块27上还可具备用于固定固定于安设块27的基板B和重叠于基板B的上面的掩模M的另外的吸附手段或夹具。
上述曝光单元30包括以可沿上述导向框架12左右水平方向移动的方式结合的第二移动框架31、在上述第二移动框架31前面以中心轴线为准左右水平自转或以虚拟的轴线为准左右水平空转的方式结合并在下面具备用于形成图案的多个曝光用UV LED灯的曝光模块33。
上述第二移动框架31从设置于后面的第四马达32获得动力可沿作为导向框架12的长度方向的X轴方向左右移动。
上述曝光模块33具备于固定结合于上述第二移动框架31的前面的固定板35的下部，通过具备于下面的多个曝光用UV LED向固定于倾斜工作台20的曝光对象物S照射曝光用紫外线。
此时，上述UV LED灯照射短波长(约365nm至405nm带宽)的曝光用紫外线，在图6a至图6d中代表性地图示排列有横*竖20*20，共400个灯的实施例。
在图6的a中表示只具备405nm带宽的灯(下称“第一灯”)的实施例，图6的b表示只具备365nm带宽的灯(下称“第二灯”)的实施例，图6的c表示第一灯和第二灯相互之字形交叉排列的实施例，图6的d表示各在n列排列第一灯(或第二灯)，在n+1列排列第二灯(或第一灯)，从而根据不同的列交叉排列不同的灯的实施例。
但是，上述灯的种类或数量乃至排列形式等不受本发明的限制，而根据曝光对象物S的情况变更。
未说明附图标记33a为包括各灯的透光透镜，通过模块化一定数量的透光透镜，可根据曝光对象物S的大小等调整设置于曝光单元30的灯的数量。
另外，未说明附图标记33b为向外部排出灯所产生的热的散热板。
另外，上述曝光模块33从设置于上述第二移动框架31的前面的第五马达34获得动力沿一方向自转或空转。
首先，虽然未图示，但上述曝光模块33在上述固定板35的中央通过旋转轴轴设，且第五马达34和旋转轴通过齿轮或皮带等连接，从而以作为曝光模块33的中心轴的旋转轴为轴沿一方向旋转进行自转运动。
接着，结合图4的园内斜视图说明上述曝光模块33的空转运行如下：
具体而言，上述曝光单元30包括在上述固定板35的上面以沿左右水平方向往复从而可移动的方式结合的第一运行板36、在上述第一运行板36的上面以沿前后水平方向往复从而可移动的方式结合的第二运行板37。
上述曝光模块33在上述固定板35的下部，以通过固定轴连接于上述第一运行板36，从而与第一运行板36一同移动的方式结合。
上述第二运行板37在后端侧包括结合于偏离上述第五马达34的驱动轴34a的中心的位置的偏心凸轮38。
因此，当第五马达运行34，则通过固定的驱动轴34a的旋转，偏心凸轮38以驱动轴34a为轴进行空转而进行旋转。
而上述偏心凸轮38的旋转，在将第二运行板37沿Y轴方向往复移动的同时，将第一运行板36沿X轴方向往复移动。
通过第一、第二运行板36、37的反复的往复移动的组合，连接于第一运行板36的曝光模块33以作为固定轴的圆运动的中心的虚拟的轴线为轴沿一方向旋转而进行空转运动。
再如图1a至图5e所示，上述对准单元40包括以连接于上述第二移动框架31的一侧并与第二移动框架31一起沿上述导向框架12左右向平方向移动的方式结合的第三移动框架41、结合于上述第三移动框架41的前面并可用肉眼确认层压于基板B上的掩模M的对准与否的显微镜42。
上述第三移动框架41与上述第二移动框架31连接并从第四马达32获得动力，可与第二移动框架31一同沿X轴方向移动。
上述显微镜42包括上侧的触眼部(未图示)和下侧的透镜部，可通过放大设置于安设块27上的基板B和掩模M的上面使作业者能够通过肉眼识别。
上述掩模装载单元50包括在上述倾斜框架23的下部以可前后移动的方式结合的移动板51、以相对于上述移动板51可左右调节位置的方式结合的第一移动块52、以相对于上述第一移动块52可前后调节位置的方式结合的第二移动块54、以相对于上述第二移动块54可上下调节高度的方式结合的升降块56、在上述升降块56上迂回上述旋转板25连接于旋转板的上部并还具备安设掩模M的拆装部58a的装载框架58。
上述移动板51可前后滑动地结合于上述底座20A的上面，通过用手柄51a沿Y轴方向推拉移动板51进行移动，而在移动板51的上面中央固定结合有固定块51b。
上述第一移动块52在上述固定块51b的上面可左右移动地滑动结合并连接于具备于上述固定块51b的前面的第一微调棒53，当沿两个方向旋转第一微调棒53，则通过引出/引入于第一微调棒53的杆部第一移动块52沿X轴方向移动，从而可调节左右位置。
上述第二移动块54在上述第一移动块52的上面可前后移动地滑动结合并连接于具备于上述第一移动块52的另一侧面的第二微调棒55，当沿两个方向旋转第二微调棒55，则通过引出/引入于第二微调棒55的杆部第二移动块54沿Y轴方向移动，从而可调节前后位置。
上述升降块56在上述第二移动块52的前后侧面可上下移动地滑动结合并通过齿轮结构(例如齿条等)与贯通上述第二移动块54的侧板具备的第三微调棒57，当沿两个方向旋转第三微调棒57，则升降块56沿Z轴方向升降，从而可调节高度。
上述装载框架58在上述升降块56的后端侧以“匚”字形连接从而迂回旋转板25，在上端部具备前端部开口的“匚”字形的拆装部58a，上述拆装部58a位于旋转板的上部，而在上述拆装部58a可以滑动结合方式插入安设掩模M。
上述控制手段各个别控制上述曝光单元的UV LED灯，组合不同灯的闪灭与否、不同灯的颜色、不同灯的亮度中的一种以上，从而可实现不同灯的个别控制的控制手段。
在本说明书的附图中，作为控制手段代表性地表示具备于台子11的前端侧一侧的台式机13，但可使用笔记本、膝上电脑、中央控制室、另外的操作控制器等各种电子输入装置。
而且，上述控制手段与上述对准单元40及/或掩模装载单元50电连接，从而可通过控制手段控制对准单元40及/或掩模装载单元50的运行。
即可将输入至上述显微镜42的放大影像输出至控制手段的显示部(例如计算机13的监视器)。
另外，可通过上述控制手段的输入部(例如，计算机13的鼠标或键盘)远程控制移动板51、第一移动块52、第二移动块54、升降块56、装载框架58的各不同部位的个别运行。
此时，为通过控制手段远程控制掩模装载单元50，按掩模装载单元40的不同构成设置可进行个别运行的马达等驱动手段，而这是单纯地将手动运行所需的结构替换为马达等。
需条件用于移动板51、第一移动块52、第二移动块54、升降块56、装载框架58的远程控制的马达等驱动手段，而利用马达的各结构的个别运行是本领域技术人员可基于上述手动运行容易再现的，在此不再赘述。
下面，对本发明的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统的具体运行进行说明。
首先，如图5a所示，作业者在旋转板25的安设块27上面安设固定基板B。此时，基板B可粘合或胶带粘接或真空吸附，或通过另外的夹具固定，而基板B上预先涂布有PR液。
完成基板B的固定之后，如图5b所示，在掩模装载单元50的拆装部58a搁置掩模M之后，利用移动板51的手柄51a使掩模装载单元50前进，从而使拆装部58a的掩模M位于安设块27的基板B上部。
另外，如图5c及5d所示，将上述对准单元40移动至倾斜工作台20上部之后，作业者利用显微镜42确认基板B和掩模M的垂直方向对准位置的同时(例如，用肉眼确认基板B和印刷于掩模M的标记部的对准与否)，利用掩模装置单元50的第一、第二微调棒53、55调整掩模M的前后左右位置之后，当基板B和掩模M上下对准之后，在利用第三微调棒57降低掩模M按设置于基板B上的状态下，利用夹具等固定基板B和掩模M。
当完成基板B和掩模M的对准固定之后，用手柄51a推掩模装载单元50向后退，使装载框架58从倾斜工作台20脱离。
当然，上述掩模M的对准位置的确认及掩模装载单元50的运行可通过上述控制手段远程实现。
此时，本发明在完成对一个掩模M的曝光作业之后，只去除完成的掩模M之后，利用上述对准单元40及掩模装载单元50在作业中的基板B上再重新准确对准其他掩模M，从而可进行连续作业，由此实现通过多层曝光的高纵横比的柱子及3D图案的成型。
完成基板B和掩模M的对准之后，作业者通过控制手段设置不同灯的运行并开始曝光作业。
开始曝光作业之后，如图5e所示，上述曝光单元30移动至上述倾斜工作台20上部之后，倾斜工作台20的第一至第三马达22、24、26和曝光单元30的第五马达34运行。
固定于安设块27的曝光对象物S同时完成第一移动框架21的前后往复移动、通过倾斜框架23的前后往复旋转的角度变更(倾斜)、旋转板25的连续旋转，从而使受光线照射的方向按照设置的图案继续变更。
与此同时，通过曝光模块33的自转或空转，从灯照射光线的方向继续变更的同时，各灯按照设置的团个别运行(闪灭、颜色变更、亮度调节)。
通过立体改变入射至曝光对象物S的光线的方向，可以各种形状3D成型高纵横比的柱子和多层微细团。
图7a至图7f为放大拍摄通过本发明实现的柱子及图案的照片，图7a表示具有6:1以上的纵横比的柱子(Pillar)，图7b及图7c表示S字形(S-shape)3D微细团，图7d表示螺旋形圆锥形状(Horn-near)3D微细图案，图7e表示V字形(V-shape)3D微细团，图7f表示圆锥形(Corn type)3D微细图案。
上述柱子或微细图案可大致以30～50μm的规格以倾斜方式实现，可精密成型无法用现有技术的曝光装置实现的印刷电路基板B的微细图案，而也可实现小至约5μm范围内的微细成型。
尤其是，可通过设置上述倾斜工作台20的运行及曝光单元30的运行的各种组合及掩模M的反复层压，可以3D形式成型各种图案形状。
上述实施例仅用以说明倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，在通过向基板上层压掩模的曝光对象物照射曝光用紫外线成型图案的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统中，包括：
主体，包括台子、在上述台子上沿左右方向形成的导向框架；
倾斜工作台，包括以可在上述台子上前后移动的方式结合的一对第一移动框架、连接上述一对第一移动框架上端并以前后移动从而可变更角度的方式结合的倾斜框架、在上述倾斜框架上面以可左右水平旋转的方式结合的旋转板、具备于上述旋转板的上面并供曝光对象物固定的安设块；及
曝光单元，包括以可沿上述导向框架左右水平方向移动的方式结合的第二移动框架、在上述第二移动框架前面以中心轴线为准左右水平自转或以虚拟的轴线为准左右水平空转的方式结合并在下面具备用于形成图案的多个曝光用UV LED灯的曝光模块。
2.根据权利要求1所述的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，其特征在于：还包括对准单元，包括以连接于上述第二移动框架的一侧并与第二移动框架一起沿上述导向框架左右向平方向移动的方式结合的第三移动框架、结合于上述第三移动框架的前面并可用肉眼确认层压于基板上的掩模的对准与否的显微镜。
3.根据权利要求2所述的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，其特征在于：还包括掩模装载单元，包括在上述倾斜框架的下部以可前后移动的方式结合的移动板、以相对于上述移动板可左右调节位置的方式结合的第一移动块、以相对于上述第一移动块可前后调节位置的方式结合的第二移动块、以相对于上述第二移动块可上下调节高度的方式结合的升降块、在上述升降块上迂回上述旋转板连接于旋转板的上部并还具备安设掩模的拆装部的装载框架。
4.根据权利要求1所述的倾斜旋转曝光方式的3D微光刻-打印系统，其特征在于：还包括各个别控制上述曝光单元的UV LED灯，组合不同灯的闪灭与否、不同灯的颜色、不同灯的亮度中的一种以上，从而可实现不同灯的个别控制的控制手段。
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