CN112824974A - 微制像设备及其加工方法 - Google Patents

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CN112824974A CN201911257838.8A CN201911257838A CN112824974A CN 112824974 A CN112824974 A CN 112824974A CN 201911257838 A CN201911257838 A CN 201911257838A CN 112824974 A CN112824974 A CN 112824974A
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郭鸿鼎
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Abstract

本发明提供一种微制像设备及其加工方法，包括：一投影装置，用以提供形成有一图案的多个光束；一准直元件，用以将该多个光束形成多个准直光束；一缩光元件，用以将该多个准直光束形成多个缩光光束；以及一聚焦元件，用以将该多个缩光光束形成多个聚焦光束，以将该多个聚焦光束所形成的该图案成像在目标物上，避免使用传统制程中的光罩，以降低制程成本，且提高制程效率。

Description

微制像设备及其加工方法
技术领域
本发明关于一种微制像设备及其加工方法，特别涉及一种用于无光罩制程中的微制像设备及其加工方法。
背景技术
微制像设备用于将所需的图案成像至目标物的设备，其主要应用于例如半导体封装、面板显示器或印刷电路板(PCB)的制程中。而现行的半导体制程中的微制像设备常利用光罩将所需图案成像于基板的感光材料层上，进而转印于例如硅晶圆或玻璃板的基板上。
然而，现今制程中光罩本身不但需要花费相当的时间制造，且其成本也相当昂贵，此外，也无法随时因应需求而改变光罩上所形成的图案，此时光罩上所形成的图案若非所需，此光罩即无法使用，故对于产品制造商而言产生了相当大的损失。
为解决上述问题，相关业界发展出“无光罩(maskless)”制程，此无光罩制程相较于传统需光罩的制程上，具有减少制程时间且能随时改变图案的优点。而现今的无光罩制程主要采用美国德州仪器所制造的“高度精密的数字微反射镜(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)”。美国德州仪器所制造的DMD晶片由多个微小镜片所组成，利用光源通过多个微小镜片，并由多个微小镜片的角度切换达到ON及OFF的状态以控制光线的明暗，借此形成图案并成像于基板上。
尽管现今制程中能够利用DMD晶片达到无光罩制程，但DMD晶片本身价格昂贵，且照射面积有限，故在制程过程中需要将多个DMD晶片组合成阵列，以提高生产效率，此外，DMD晶片上的多个微小镜片在多次切换ON及OFF的状态后也容易故障，故其制程的成本仍然高居不下。
因此，如何克服上述现有技术的种种问题，实已成为目前业界亟待克服的难题。
发明内容
鉴于上述现有技术的种种缺失，本发明提供一种微制像设备及其加工方法，可降低制程成本，且提高制程效率。
本发明提供一种微制像设备，包括：一投影装置，其为光元件阵列，用以提供形成有一图案的多个光束；一准直元件，其用以修正该多个光束，以形成多个准直光束；一缩光元件，其用以缩小该多个准直光束，以形成多个缩光光束；以及一聚焦元件，其用以聚焦该多个缩光光束形成多个聚焦光束，以将该多个聚焦光束所形成的该图案成像在目标物上。
本发明提供一种微制像加工方法，包括：提供一包括有用以形成一图案的多个光束的光源；修正该多个光束，以形成多个准直光束；缩小该多个准直光束，以形成多个缩光光束；聚焦该多个缩光光束聚焦，以形成多个聚焦光束；以及将该多个聚焦光束所形成的该图案成像在目标物上。
在一实施例中，还包括一分光元件，其设于该准直元件与该缩光元件之间，用以将该准直元件所产生的该多个准直光束分光为多个第一分光准直光束及多个第二分光准直光束，以将该多个第一分光准直光束投射至一检测元件及将该多个第二分光准直光束投射至该缩光元件上。
在一实施例中，还包括一遮光元件，其设于该分光元件与该缩光元件之间，用以遮挡该多个第二分光准直光束。
在一实施例中，还包括一处理模块，其通信连接该检测元件及该遮光元件，其中，该检测元件检测该多个第一分光准直光束所形成的该图案是否正确，若形成的该图案为正确，则由该处理模块控制该遮光元件使该多个第二分光准直光束投射至该缩光元件上，以经由该缩光元件形成该多个缩光光束。
在一实施例中，该处理模块通信连接该投影装置，若该检测元件检测该多个第一分光准直光束所形成的该图案为不正确，则由该处理模块调整该投影装置所产生的该多个光束，以重新形成该图案。
在一实施例中，该缩光元件依据可调倍率或固定倍率将该多个准直光束缩小成该多个缩光光束。
在一实施例中，该投影装置的该光元件阵列为微发光二极管(Micro LightEmitting Diode,Micro LED)。
在一实施例中，该准直元件、该缩光元件及该聚焦元件为非球面元件或球面元件。
由上可知，本发明的微制像设备及其加工方法中，借由微发光二极管(Micro-LED)所形成的光元件阵列提供已形成图案的光源，借此在制程上能减少光罩的成本，且能随时因应需求改变图案。此外，相较于现有技术利用DMD晶片的制程上，本发明利用微发光二极管(Micro-LED)配合准直元件、分光元件、缩光元件及聚焦元件的使用，以取代光源结合DMD晶片的结构，也大幅减少了无光罩制程上的成本。
附图说明
图1为示出本发明微制像设备的架构示意图；
图2为示出本发明的微制像加工方法的流程图；
图3为示出本发明的分光元件的剖面图；以及
图4为示出本发明的微制像设备的另一应用实施例。
其中，附图标记说明如下：
1微制像设备
1a元件组
10投影装置
100光束
20准直元件
21第一校正元件
210校正光束
22第一均值元件
220第一均值光束
23第二均值元件
230第二均值光束
24第二校正元件
240准直光束
30分光元件
300a第一分光准直光束
300b第二分光准直光束
301抗反射镀膜
302光束分离器镀膜
303胶部
303a第一表面
303b第二表面
31缩光元件
310缩光光束
32聚焦元件
320聚焦光束
40处理模块
41检测元件
42遮光元件
43基板
53D打印装置
51容器
510开口
511底部
52防粘玻璃
53光固化材料
54架体
55三轴平台
L、T光轴
S容置空间。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点及技术效果。
须知，本说明书附图所示出的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所公开的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关是的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的技术效果及所能实现的目的下，均应仍落在本发明所公开的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“后”、“底”及“一”等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范围。
图1为示出本发明微制像设备1的架构示意图。如图1所示，该微制像设备1包括有一投影装置10、一准直元件20、一分光元件30、一缩光元件31、一聚焦元件32、一处理模块40、一检测元件41以及一遮光元件42，用以在如一基板43的目标物上进行图案化制程。在其他实施例中，该微制像设备1另可在该投影装置10至该聚焦元件32之前、之后或二者之间设置其他所需的元件(如光学元件)。
该投影装置10为光元件阵列，用以提供多个光束100的光源，且形成一图案。该投影装置10可为微发光二极管(Micro Light Emitting Diode,Micro LED)，但不以此为限。
于本实施例中，定义一光轴L(如图1所示)为该投影装置10所产生的光束100自该投影装置10投射向该基板43的方向。
该准直元件20依据该光轴L的方向修正该投影装置10所提供该多个光束100，以使该多个光束100成为多个准直光束240，其中，该准直元件20包括依序排列或对应的一第一校正元件21、一第一均值元件22、一第二均值元件23及一第二校正元件24。
此外，该投影装置10的光元件阵列提供该多个光束100进入该第一校正元件21，该第一校正元件21初步地将该多个光束100修正为水平沿着该光轴L的方向前进的多个校正光束210，且该多个校正光束210经由该第一均值元件22产生多个第一均值光束220，以及该多个第一均值光束220经由该第二均值元件23产生多个第二均值光束230，以通过该第一均值元件22及该第二均值元件23使多个校正光束210的强度更加均匀且一致，最后由该第二校正元件24再次将该多个第二均值光束230修正为水平沿着该光轴L的方向的该多个准直光束240。
该分光元件30用以将该准直元件20所产生的该多个准直光束240分光为多个第一分光准直光束300a及多个第二分光准直光束300b，该分光元件30将该多个第一分光准直光束300a投射至检测元件41上，以检测该多个第一分光准直光束300a所形成的该图案是否有光束强度不足、该图案成像错误及光束偏移等状况，其中，该检测元件41可为感光耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)。
另外，该分光元件30将该多个第二分光准直光束300b投射至该遮光元件42上，该遮光元件42用以遮挡该多个第二分光准直光束，且该处理模块40通信连结该投影装置10、该检测元件41及该遮光元件42。
也就是，该检测元件41用以检测该多个第一分光准直光束300a所形成的图案，若所形成的该图案为正确，则由该检测元件41反馈给该处理模块40，且该处理模块40控制该遮光元件42使该多个第二分光准直光束300b水平沿着该光轴L的方向投射至该缩光元件31，由该缩光元件31缩小该多个第二分光准直光束300b，以形成多个缩光光束310；反之，若该检测元件41检测该多个第一分光准直光束300a所形成的该图案为不正确，则由该检测元件41反馈给该处理模块40，且该处理模块40调整该投影装置10所产生的该多个光束100，以重新形成该图案。
当调整该投影装置10所产生的该多个光束100，并已排除该多个第一分光准直光束300a的光束强度不足、该图案成像错误及光束偏移等状况后，该处理模块40控制该遮光元件42以使该多个第二分光准直光束300b水平沿着该光轴L的方向投射至该缩光元件31。
于一实施例中，该缩光元件31依据可调倍率或固定倍率将该多个第二分光准直光束300b缩小成多个缩光光束310。
该聚焦元件32将该缩光元件31所产生的该多个缩光光束310聚焦形成多个聚焦光束320。
该聚焦元件32产生的多个聚焦光束320映射在该基板43上，以形成该图案，其中，一材料层形成于该基板43上，以便该图案形成于该基板43上。
于一实施例中，该准直元件20、该缩光元件31及该聚焦元件32为球面镜或非球面镜。
图2为示出本发明的微制像加工方法的流程图。以下将详述图2所示的微制像加工方法，并请一并参阅上述图1。
该微制像加工方法包括：提供一包括有用以形成一图案的多个光束100的光源；修正该多个光束100，以形成多个准直光束240；缩小该多个准直光束240，以形成多个缩光光束310；聚焦该多个缩光光束310，以形成多个聚焦光束320；以及将该多个聚焦光束320所形成的该图案成像在目标物上。
如图2所示，本发明的微制像加工方法可包括下列步骤S21至步骤S27的技术内容。
在步骤S21中，由一投影装置10提供包括有多个光束的光源，且该多个光束形成一图案，其中，该投影装置10为由微发光二极管(Micro Light Emitting Diode,Micro LED)组成的光元件阵列。
在步骤S22中，一准直元件20依据光轴L的方向修正该多个光束100的方向，以使该多个光束100成为多个准直光束240，其中，该准直元件20包括依序排列或对应的一第一校正元件21、一第一均值元件22、一第二均值元件23及一第二校正元件24。
该投影装置10的光元件阵列提供该多个光束100进入该第一校正元件21，该第一校正元件21初步地将该多个光束100修正为水平沿着该光轴L前进的多个校正光束210，且该多个校正光束210经由该第一均值元件22产生多个第一均值光束220，以及该多个第一均值光束220经由该第二均值元件23产生多个第二均值光束230，以通过该第一均值元件22及该第二均值元件23令多个校正光束210的强度更加均匀且一致，最后由该第二校正元件24再次将该多个第二均值光束230修正为水平沿着该光轴L的方向的多个准直光束240。
在步骤S23中，一分光元件30将该准直元件20所产生的该多个准直光束240分光为多个第一分光准直光束300a及多个第二分光准直光束300b。
在步骤S24中，该分光元件30将该多个第一分光准直光束300a投射至一检测元件41上，以检测该多个第一分光准直光束300a所形成的该图案是否有光束强度不足、该图案成像错误以及光束偏移等状况，另外，该分光元件30将该多个第二分光准直光束300b投射至该遮光元件42上，且一处理模块40通信连结该投影装置10、该检测元件41及该遮光元件42。若该检测元件41检测结果正常，则该检测元件41反馈给该处理模块40，且该处理模块40控制该遮光元件42使该多个第二分光准直光束300b投射至该缩光元件31；反之，若该检测元件41检测结果异常，则该检测元件41反馈给该处理模块40，且该处理模块40调整该投影装置10所产生的该多个光束100，如此，回到步骤S21，重新形成该图案。
在步骤S25中，一缩光元件31接收该多个第二分光准直光束300b，且依据可调倍率或固定倍率缩小该多个第二分光准直光束300b以产生多个缩光光束310。
在步骤S26中，通过一聚焦元件32将该缩光元件31所产生的该多个缩光光束310聚焦形成多个聚焦光束320。
在步骤S27中，该聚焦元件32产生的多个聚焦光束320映射在上方具有材料层的基板43上，以便在该基板43上形成该图案。
图3为示出本发明的分光元件30的剖面图。如图3所示，该分光元件30包括有抗反射镀膜(Antireflective coating,AR coating)301、光束分离器镀膜(Beam Splittercoating,BS coating)302及胶部303。
于本实施例中，该分光元件30为矩形立体的透镜，且该分光元件30内部设有该胶部303，其中，该胶部303具有相对的一第一表面303a及一第二表面303b，该第二表面303b与该光轴L形成夹角α(如图3所示)，该夹角α例如为45°，且该第一表面303a上设有该光束分离器镀膜302，用以将该多个准直光束240分光为多个第一分光准直光束300a及多个第二分光准直光束300b，此外，该分光元件30表面设有抗反射镀膜301，用以防止该多个准直光束240、多个第一分光准直光束300a及多个第二分光准直光束300b等光束产生反射，而造成该图案光束强度不足、该图案成像错误及光束偏移等状况。
由上可知，本发明的微制像设备及其加工方法中，借由微发光二极管(Micro-LED)所形成的光元件阵列提供已形成图案的光源，经过该准直元件20、该分光元件30、该缩光元件31及该聚焦元件32将该图案映设于该基板上，借此在制程上能减少光罩的成本，且能随时因应需求改变该图案。此外，相较于现有技术利用DMD晶片的制程上，本发明利用微发光二极管(Micro-LED)搭配该准直元件20、该分光元件30、该缩光元件31及该聚焦元件32，取代光源结合DMD晶片的结构，大幅减少了制程上的成本。
图4为示出本发明的微制像设备1的另一应用实施例。如图4所示，一3D打印装置5包括：一微制像设备1，于本实施例中，该微制像设备1包括一投影装置10及一元件组1a，该元件组1a可包括如前所述的一准直元件20、一分光元件30、一缩光元件31、一聚焦元件32、一处理模块40、一检测元件41及一遮光元件42，其利用该微制像设备1产生多个聚焦光束320以形成一图案；一容器51，其设于一三轴平台55上，且该容器51具有相对的一开口510和一底部511以及连通该开口510的一容置空间S，其中，该容置空间S装有一光固化材料53，且一架体54设于该容器51的容置空间S中并接触该底部511；以及一防粘玻璃52遮盖于该容器51的开口510上。
于本实施例中，定义一光轴T(如图4所示)为该投影装置10所产生的光束100自该投影装置10投射向该架体54的方向。该3D打印装置5将欲打印的一目标物的图形切分成多个图案，并通过该微制像设备1产生该多个聚焦光束320以逐一形成该多个图案，且该多个聚焦光束320沿着该光轴T穿透该防粘玻璃52投射于该架体54或该底部511上，使该光固化材料53于该架体54或该底部511上逐一形成该多个图案，且该多个图案彼此堆叠形成该目标物。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理、特点及其技术效果，并非用以限制本发明的可实施范围，任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修饰与改变。任何运用本发明所公开内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为下述的权利要求范围所涵盖。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (14)

1.一种微制像设备，其特征在于，包括：
一投影装置，其为光元件阵列，用以提供形成有一图案的多个光束；
一准直元件，其用以修正该多个光束，以形成多个准直光束；
一缩光元件，其用以缩小该多个准直光束，以形成多个缩光光束；以及
一聚焦元件，其用以聚焦该多个缩光光束形成多个聚焦光束，以将该多个聚焦光束所形成的该图案成像在目标物上。
2.根据权利要求1所述的微制像设备，其特征在于，该微制像设备还包括一分光元件，其设于该准直元件与该缩光元件之间，用以将该准直元件所产生的该多个准直光束分光为多个第一分光准直光束及多个第二分光准直光束，以将该多个第一分光准直光束投射至一检测元件及将该多个第二分光准直光束投射至该缩光元件上。
3.根据权利要求2所述的微制像设备，其特征在于，该微制像设备还包括一遮光元件，其设于该分光元件与该缩光元件之间，用以遮挡该多个第二分光准直光束。
4.根据权利要求3所述的微制像设备，其特征在于，该微制像设备还包括一处理模块，其通信连接该检测元件及该遮光元件，其中，该检测元件检测该多个第一分光准直光束所形成的该图案是否正确，若形成的该图案为正确，则由该处理模块控制该遮光元件使该多个第二分光准直光束投射至该缩光元件上，以经由该缩光元件形成该多个缩光光束。
5.根据权利要求4所述的微制像设备，其特征在于，该处理模块通信连接该投影装置，若该检测元件检测该多个第一分光准直光束所形成的该图案为不正确，则由该处理模块调整该投影装置所产生的该多个光束，以重新形成该图案。
6.根据权利要求1所述的微制像设备，其特征在于，该缩光元件依据可调倍率或固定倍率将该多个准直光束缩小成该多个缩光光束。
7.根据权利要求1所述的微制像设备，其特征在于，该投影装置的该光元件阵列为微发光二极管。
8.根据权利要求1所述的微制像设备，其特征在于，该准直元件、该缩光元件及该聚焦元件为非球面元件或球面元件。
9.一种微制像加工方法，其特征在于，包括：
提供一包括有用以形成一图案的多个光束的光源；
修正该多个光束，以形成多个准直光束；
缩小该多个准直光束，以形成多个缩光光束；
聚焦该多个缩光光束，以形成多个聚焦光束；以及
将该多个聚焦光束所形成的该图案成像在目标物上。
10.根据权利要求9所述的微制像加工方法，其特征在于，该方法还包括将该多个准直光束分光为多个第一分光准直光束及多个第二分光准直光束。
11.根据权利要求10所述的微制像加工方法，其特征在于，该方法还包括检测该多个第一分光准直光束所形成的该图案是否正确，以在形成的该图案为正确时，调整该多个第二分光准直光束以形成该多个缩光光束。
12.根据权利要求11所述的微制像加工方法，其特征在于，若形成的该图案为不正确时，重新调整该多个光束以形成该图案。
13.根据权利要求9所述的微制像加工方法，其特征在于，该多个缩光光束依据可调倍率或固定倍率将该多个准直光束缩小而形成。
14.根据权利要求9所述的微制像加工方法，其特征在于，该光源来自微发光二极管。
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