KR20180104028A - 2차원의 신속한 온도 제어 환경에서 솔더 레지스트의 직접 노광을 위한 직접 노광 장치 - Google Patents

2차원의 신속한 온도 제어 환경에서 솔더 레지스트의 직접 노광을 위한 직접 노광 장치 Download PDF

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마티아스 나겔
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리마타 게엠베하
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Abstract

본 발명은 일반적으로 노광 장치, 특히, 솔더 레지스트로 코팅된 기판을 노광 및 구조화하기 위한 노광 장치(20)뿐만 아니라 본 발명에 따른 노광 장치(20)로 노광하기 위한 대응하는 노광 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 바람직하게는 상이한 UV 파장의 2개 이상의 레이저 빔(51)에 의해 형성되는 적어도 하나의 광 빔(51)을 갖는 노광 장치(20)에 관한 것으로, 광 빔은 기판(100) 상에 구조부를 생성하기 위해, 가변 편향 장치(30)에 의해 기판(100)에 대해 편향된다. 특히, 광 빔(51)은 공간적으로 제한된 고-에너지, 바람직하게는 외부적으로 장착된 열원(10)에 의해 시간적으로 노광에, 그리고, 공간적으로 이미지 평면(40)에 중첩되며, 바람직하게는 선형 광학장치를 갖는 적외선 레이저 다이오드가 사용된다.

Description

2차원의 신속한 온도 제어 환경에서 솔더 레지스트의 직접 노광을 위한 직접 노광 장치
본 발명은 일반적으로 인쇄 회로 보드, 즉 PCB 또는 포토 에칭된 부품을 제조하기 위해 감광 층으로 코팅된 기판을 직접 노광하는 노광 장치, 특히 직접 노광 장치 또는 리소그래피 노광 장치 및 본 발명에 따른 직접 노광 장치로 기판을 노광하는 대응하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 감광 층에 구조부를 생성하기 위해 가변 편향 장치에 의해 기판에 대해 편향되는 적어도 하나의 UV 광 빔을 갖는 노광 장치에 관한 것이다. 바람직하게는, 광 빔은 상이한 UV 파장을 갖는 2개 이상의 레이저 빔에 의해 형성된다. 특히, 광 빔은 공간적으로 제한된, 바람직하게는 외부적으로 장착된 열원에 의해 공간의 관점에서 화상 평면에, 그리고, 시간의 관점에서 노광에 중첩되며, 바람직하게는 선형 광학장치를 갖는 적외선 레이저 다이오드(IR 레이저 다이오드)가 열원으로 사용된다.
인쇄 회로 보드(PCB)는 단단히 접착된 도전성 접속부를 포함하는 절연 재료로 제조된 캐리어 또는 기판이다. 인쇄 회로 보드는 전자 구성요소를 기계적으로 고정하고 전기적으로 연결하는 데 사용된다. 연결 라인(트랙)은 전형적으로 절연 기판(소위 기재) 상의 도전성 재료, 예를 들어 구리의 얇은 층으로부터 마스크 에칭(에칭된 배선 보드 = EWB)에 의해 제조된다.
마스크 에칭에 의해 배선 구조부 또는 연결 라인을 제조할 때, 회로 패턴은 일반적으로 마스킹 상에 제공된다. 도전성 코팅이 제공된 보드 블랭크 상에 도포된 감광 층(포토레지스트 또는 감광성 레지스트)은 마스킹을 통해 노광되고, 회로 패턴은 마스킹으로부터 포토레지스트로 전사된다.
포토레지스트의 특성은 UV 광에 노광시킴으로써 변경되어 노광 및 비노광 구조부가 현상액에 의해 다르게 용해되게 된다. 따라서, 원하는 PCB 레이아웃을 포함하는 마스크를 통해 포토레지스트를 노광한 후, 사용된 포토레지스트에 따라 적합한 현상액에서 레지스트의 노광되거나 비노광 부분이 용해되어 제거될 수 있다. 이와 같이 처리된 인쇄 회로 보드를 적절한 에칭 용액(예를 들어, 물에 용해된 염화 제2철 또는 과황산나트륨 또는 염산 + H2O2)에 넣으면, 금속화된 표면의 노광된 부분만 영향을 받게 되고; 레지스트는 에칭 용액에 내성이기 때문에 포토레지스트에 의해 덮인 부분은 보존된다.
일단 인쇄 회로 보드의 트랙이 형성되면, 솔더 레지스트가 적용된다. 완성된 인쇄 회로 보드의 솔더 레지스트는 바람직하게는 트랙을 덮고 솔더링 지점만 노출시키도록 구조화되어야 한다. 이 솔더 레지스트는 인쇄 회로 보드 상에 그린 레지스트 층(green resist layer)으로서 종종 형성된다. 용어 솔더 레지스트의 동의어로는 솔더 마스크 또는 솔더 스톱 마스크라는 용어도 사용된다. 솔더 레지스트는 예를 들어 솔더링 결함을 피할 수 있게 하고, 웨이브 솔더링(wave soldering)이 수행될 때, 주석이 절약되고 트랙이 부식으로부터 보호된다. 물리적 프로세스(열풍 평탄화)에 의해, 노출되어 유지되는 솔더링 지점(패드 및 랜드)이 주석 층으로 코팅되고 추가적으로 플럭스로 코팅될 수 있으며, 이는 개선된 솔더링 프로세스를 가능하게 한다.
솔더 레지스트는 일반적으로 두 가지 그룹으로 나눌 수 있는데, 이는 적용 방법에 의해 특징지어질 수 있다. 솔더 레지스트는 구조화된 방식으로 적용되거나 또는 광도 측정 프로세스를 통한 후속 구조화 작업과 함께 전체 표면 영역 위에 적용된다.
구조화 스크린 프린팅 방법에서, 예를 들어, 솔더 레지스트는 스크린을 통해 스퀴지(squeegee)에 의해 가압된다. 또한, 직접 인쇄 방법, 예를 들어 잉크젯 인쇄에 의해 인쇄 회로 보드 상에 액체 레지스트를 인쇄하는 것도 점점 더 가능해지고 있다.
두 번째 방법에 따르면, 솔더 레지스트는 스프레이, 커튼 코팅, 롤러 코팅 또는 임의의 다른 코팅 작업에 의해 인쇄 회로 보드의 표면 영역에 도포된다. 그후, 솔더 레지스트의 구조화, 즉 패턴의 형성이 노광에 의해 수행된다. 특히, 각각의 솔더 레지스트는 소위 광 구조화 솔더 레지스트(LPI, 액체 광이미징 가능 솔더 마스크)이다. 일반적으로 광 구조화 솔더 레지스트는 점성 액체 또는 일종의 건식 필름인 포토폴리머 필름이다. 일단 도포되고 나면, 이들은 바람직하게는 건조, 노광 및, 후속 현상된다.
바람직하게는, 솔더 레지스트는 하나 이상의 파장의 UV 광으로 조사되거나 UV 광에 노광된다. 솔더 레지스트의 노광 동안, 노광된 영역은 노광에 의해 변형되어 후속하는 현상 프로세스에서 존속한다. 이러한 솔더 레지스트는 종종 UV 경화성 솔더 레지스트라고 지칭된다.
제1 실시예에 따르면, 솔더 레지스트의 비노광 영역은 현상액에 의해 세척 및/또는 용해될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 솔더 레지스트의 노광된 영역은 현상액에 의해 세척 및/또는 용해될 수 있다.
후속 열 베이킹 프로세스 후에, 인쇄 회로 보드 상에 남겨진 솔더 레지스트는 후속하는 리플로우 솔더링 프로세스 동안 보드 상에 배치된 구성요소들이 유출되는 것을 방지한다. 솔더 레지스트는 또한 에칭된 회로 구조부는 물론 기재를 외부 영향으로부터 보호한다. 또한, 특정 색상의 솔더 레지스트를 사용하여 PCB의 특성, 예를 들어, 개선된 빛의 반사를 제어하는 것이 가능하다.
마스크에 의한 솔더 레지스트의 노광 및 결과적인 경화는 종래 기술로부터 알려져 있다(마스크 노광; 흔히 접촉 노광이라고도 함). 이 마스크 방법에 의한 솔더 레지스트 경화는 속도면에서 유리하다. 일반적으로 솔더 레지스트 노광에는 350㎚ - 450㎚의 UV 파장 범위의 광 강도의 높은 선량이 필요하다. UV 램프 또는 UV 광원은 노광을 위한 이 스펙트럼 범위에서 충분한 광 파워를 달성할 수 있도록 종래의 마스크 방법에서 특수하게 도핑되어 왔다. 이러한 고-에너지 UV 광원의 단점은 높은 파워 손실이었다. 통상적인 토치 램프 또는 접촉 노광 기기는 15 kWh를 초과한 연결 파워를 필요로 하며, 여기서, 주 에너지는 토치 도핑 후에도 적외선(IR) 스펙트럼 범위에 있다. 가능한한 이 IR 에너지를 최소화하는 것을 목표로 하며, 그 이유는 이 에너지가 이미징 매체, 마스크를 가열하고 매체가 이 가열로 인해 팽창하거나 변하기 때문이다. 따라서, 마스크의 정의되지 않은 비선형 스케일링이 일어나서 솔더 레지스트 이미지의 이미징 결함이 발생한다. 예를 들어 구조부 크기가 변하고, 인쇄 회로 보드의 설계 상의 결함을 수반하며, 또한, 비선형 스케일링은 이미 구조화된 트랙에 대한 노광될 솔더 레지스트의 적합(fitting) 정확도에 악영향을 미친다. IR 스펙트럼을 제거하기 위한 많은 조치에도 불구하고, 인쇄 회로 보드 및 마스크는 접촉 노광 기기에서 솔더 레지스트의 노광 동안, 특히 고-에너지 솔더 레지스트, 예컨대 컬러 화이트(color white)의 노광 동안 가열된다. 이러한 이유로, 제1 접촉 노광 기기에는 더 이상 IR 스펙트럼을 갖지 않는 UV LED 소스가 장비되어 왔다. 이에 의해, 마스크 방법에서 노광의 품질 열화의 상술한 효과가 배제된다.
직접 노광은 마스크 방법의 대안이다. 직접 노광은 기존의 마스크 노광과 달리 다양한 직접 구조화 방법에 의해 이미징 수단(마스크)없이 노광될 구조부를 도입할 수 있다는 특성을 지니고 있다. 이 기술의 장점은 셋업 재료(예를 들어, 마스크)를 제조할 때 어떠한 비작업 시간(dead time)도 없는 처리의 신속성 뿐만 아니라 증가된 해상도 품질 및 정합 품질에 있다. 예를 들어, 레이저 직접 노광 방법은 종래 기술로부터 알려져있으며; 레이저 빔은 상기 방법에서 갈바노-스캐너 거울 방법 및 다각형 스캐닝 방법에 의해 편향된다. 게다가, 레이저 또는 발광 다이오드와 함께 사용되는 마이크로미러 기술을 포함하는 광 변조기에 기초한 방법이 있다.
종래 기술에서 솔더 레지스트의 직접 노광은 UV 레이저 또는 UV 발광 다이오드를 사용하여 수행되며, 이는 무수히 캐스케이딩(cascade)될 때에만 노광의 이미지 필드에서 높은 출력 파워를 달성할 수 있다. 특히, 하나의 개별 UV LED 또는 레이저 다이오드의 출력 파워가 솔더 레지스트의 신속한 UV 중합을 달성하기에는 너무 낮다는 것이 종래 기술로부터 알려져있다. 따라서, 충분히 높은 에너지 밀도를 달성하기 위해 종래 기술에서 몇몇 다이오드가 상호 접속(캐스케이딩)된다. 그러나, 개별 레이저 다이오드가 비싸기 때문에 UV 직접 노광은 너무 비싸져서 너무 높은 케스케이딩의 경우 더 이상 경제적이지 않다.
게다가, UV 범위에서 광을 방출하는 다른 레이저는 또한 고가이며, 그래서, 높은 광 강도를 갖는 UV 광에 대한 노광은 비싸고 빠르거나 저렴하고 느리다. 또한, 광학 요소의 파워 손실이 고온 영향, 그리고, 따라서, 짧은 구성요소 수명을 수반할 수 있으므로 모든 직접 노광 기술이 무제한의 광 파워를 이미지 평면으로 전송할 수 있는 것은 아니다.
따라서, 기술적 및 경제적 관점에서 솔더 레지스트의 노광에 필요한 에너지를 감소시키는 해결책이 필요하다.
이 목적은 청구범위에서 정의된, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에 의해 달성된다.
제1 양태에 따르면, 본 발명은 UV 경화성 레지스트, 바람직하게는 솔더 레지스트에서 원하는 구조부의 직접적인, 바람직하게는 마스크를 사용하지 않는 노광 및 경화를 위한 직접 노광 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 UV 광으로 경화 가능한 액체 폴리머 화합물의 노광에도 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명은 레전드 인쇄(legend printing)에도 사용될 수 있다. 레전드 인쇄는 인쇄 회로 보드에 라벨 또는 표시를 부여하는 방법이다. 종래 기술에서, 레전드는 통상 스크린 인쇄에 의해 인쇄된다. 그러나 프로토타입이나 소규모 배치(batch)의 경우 잉크젯 인쇄와 유사한 방법도 있다. 본 발명에 따르면, 레전드 인쇄를 위해 UV 경화성 레지스트를 사용할 수도 있다. 일반적으로 수동 조립을 용이하게 하고 따라서 오류를 방지하기 위해 구성요소의 윤곽이 인쇄된다. 개별 구성요소에는 예를 들어 후속 수리 작업 동안 회로도의 도움으로 이들을 발견할 수 있도록 연속적으로 번호가 부여되는 경우가 많다. 흰색과 노란색은 인쇄 색상으로 가장 일반적으로 사용되는 색상이지만 원론적으로 다른 색상도 고려할 수 있다.
본 발명에 따른 직접 노광 장치는 바람직하게는 UV 레이저 광 빔을 발생시키는 적어도 하나의 UV 레이저 광원을 포함하는 적어도 하나의 노광 장치를 포함한다. 추가적으로, 본 발명에 따른 직접 노광 장치는 바람직하게는 노광면 내에 배열된 레지스트, 바람직하게는 솔더 레지스트 내에 원하는 구조부를 노광, 그리고, 바람직하게는 경화시키기 위해 노광면으로 UV 레이저 광 빔을 편향시키도록 구성된 편향 장치를 포함한다. 직접 노광 장치는 노광면 내의 영역이 공간의 관점에서, 그리고 바람직하게는, 시간의 관점에서, 편향된 UV 레이저 광 빔 및 열원 장치에 의해 방출되는 열 방사에 중첩하는 방식으로 노광되도록 구성된 열원 장치를 포함한다.
바람직하게는, 직접 노광 장치는 코팅된 기판을 수용하기 위한 수용 장치를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 기판은 UV 경화성 솔더 레지스트로 코팅된다. 또한, 직접 노광 장치는 적어도 하나의 노광 장치와 기판 사이의 상대 이동을 발생시키는 적어도 하나의 이동 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
적어도 하나의 노광 장치는 바람직하게는 적어도 2개의 UV 레이저 광원, 바람직하게는 350㎚ 내지 450㎚ 범위의 2개의 다른 파장의 UV 레이저 광을 방출하는 것이 바람직한 적어도 2개의 UV 레이저 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 2개의 UV 레이저 다이오드에 한정되지 않으며, 즉 복수의 동일 및/또는 상이한 UV 레이저 다이오드가 제공될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 조합된 UV 레이저 광을 편향 장치를 통해 노광면, 특히 솔더 레지스트 상으로 유도하기 위해 복수의 UV 레이저 광원의 광을 조합하도록 구성된 커플링 광학장치가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 열원 장치는 바람직하게는 실질적으로 고정된 노광 영역이 노광면 내에 생성되도록 직접 노광 장치에 커플링되는 적어도 하나의 IR 레이저를 포함한다. 바람직하게는, IR 레이저는 노광 영역 상에 특정 기하학적 형태, 예를 들어 사변형, 평행 사변형, 사다리꼴, 직사각형 또는 타원형 또는 원형을 갖는 IR 노광 영역을 노광한다. 또한, UV 레이저 광원의 레이저 광은 편향 장치에 의해 노광면 상으로 편향되어 동시에 UV 레이저 광 빔에 노광된 각 스폿이 IR 광에 노광되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, UV 레이저 광원의 광은 노광면에서 노광된 스폿이 IR 레이저의 노광 영역 내에 있도록 편향되는 것이 바람직하다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, UV 레이저 광 노광 중에 노광 영역을 변경, 예를 들어, 확대, 축소 및/또는 이동하여, 경우에 따라, UV 레이저 노광에 응답하여 최적화되는 노광 영역을 획득할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 직접 노광 장치는 직접적으로 노광면 위에, 바람직하게는 노광 영역 위에 불활성 가스를 제공하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 특히 UV 경화성 레지스트 내의 원하는 구조부의 직접적인, 바람직하게는 마스크 없이, 노광을 위한 본 발명에 따른 방법을 특징으로 한다. 특히, 본 발명에 따른 노광은 솔더 레지스트의 보다 효율적인 경화와 함께 효과적인 노광을 유발한다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 노광 장치로 UV 레이저 광 빔을 생성하는 단계와, UV 레이저 광 빔을 솔더 레지스트가 배치된 노광면 상으로 편향시켜 솔더 레지스트 내에 원하는 구조부를 노광하는 단계(UV 노광)를 포함한다. 또한, 열원 장치로부터의 열 방사가 특히 UV 노광된 부위가 UF 및 열 방사에 동시에 노출되는 방식으로 UV 노광이 일어나는 것과 동시에 솔더 레지스트 상으로 유도되는 것이 바람직하다. 즉, 방출된 열 방사는 노광면 상으로 편향된 UV 레이저 광 빔과 공간 및 시간의 관점에서 중첩되어, 편향된 UV 레이저 광 빔은 방출된 열 방사에 의해 가열된 솔더 레지스트의 영역을 타격한다.
열 방사는 바람직하게는 IR 레이저에 의해 방출되는 것이 바람직한 IR 광이고, IR 레이저는 바람직하게는 노광 영역에 실질적으로 기하학적으로 고정된 노광 영역을 발생시키며, 편향된 UV 레이저 광 빔은 바람직하게는 UV 광에 노광된 이 고정 노광 영역 내에서 편향된다.
바람직하게는, UV 레이저 광 빔은 UV 범위에서 적어도 2개, 바람직하게는 3개의 상이한 파장, 바람직하게는 350㎚ 내지 450㎚의 범위의 파장을 포함한다.
또한, UV 노광 동안 직접적으로 노광면 위에 불활성 가스를 제공하는 것이 유리할 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 목적은 특히 솔더 레지스트의 UV 노광 또는 UV 경화가 선택적으로 도입된 열에 의해 지원된다는 점에서 달성될 수 있다.
일반적으로 일부 솔더 레지스트 제조자는 노광 중 최대 온도가 35°C를 넘지 않도록 권장한다. 또한, 직접 노광 장치와 같은 정밀 공구에서, 포괄적인 열 도입은 환경 온도가 마찬가지로 가열되는 것을 필연적으로 수반하며, 따라서 장치 자체에, 예컨대, 예를 들어 금속 또는 알루미늄 부품을 포함하는 직접 노광 장치의 셋업에 원치않는 열 팽창 영향을 수반한다. 따라서, 전체 표면 영역에 대한 포괄적인 가열은 회피되어야 하거나, 아니면, 환경에, 그리고, 따라서, 적용의 정확도에 부정적인 영향을 미치게 된다. 또한, 가열 요소에 의한, 구조화될 솔더 레지스트가 적용되는 인쇄 회로 보드의 포괄적인 가열은 바람직하지 않은 팽창 효과를 초래한다. 이러한 효과는 필요한 경우 직접 노광에 대한 데이터의 비선형 스케일링에 의해 보정되거나 보상될 수 있으므로 실제 노광 프로세스 이전에 일어나는 정합 프로세스의 경우 팽창 효과가 선택적으로 식별되고 보상된다. 그러나, 이는 온도의 측면에서 안정하고 단지 몇 도의 편차만을 수반하는 프로세스 또는 상황에 대해서만 가능하다.
또한, 직접 노광의 바람직한 정밀도에 더하여, 높은 처리량을 달성하는 것이 더 바람직하고, 즉, 솔더 레지스트로 코팅된 인쇄 회로 보드의 노광은 가능한한 적은 시간을 요구해야 한다. 현저한 왜곡을 피하기 위해 너무 급격하지 않은 온도 프로파일을 사용하여, 구리로 적층되고 솔더 레지스트로 코팅된 보드(표준 크기 610㎜ x 457㎜)를 전체 가열하는 것은 너무 긴 기간을 필요로 할 것이다. 더욱이, 전체 가열 동작은 재료 두께 및 구리 두께에 상당히 의존하므로 정확한 보드 파라미터의 사전 검사가 필요하며, 이러한 보드 파라미터는 실제로 갈바니 프로세스의 셋업 공차에서, 부분적으로 제조 공차가 너무 높다.
본원에 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 새로운 방법은 솔더 레지스트를 포함하는 인쇄 회로 보드의 직접 노광의 마스크를 사용하지 않는 특성을 IR 레이저에 의한, 바람직하게는 특정 스펙트럼을 갖는 IR 레이저에 의한 고정밀 및 고-에너지 라인 가열과 조합한다. 본 발명에 따른 IR 레이저는 바람직하게는 노광 장치에서 외부 구성요소로서, 바람직하게는 멀티 헤드 시스템의 형태로 배열되며, 따라서 라인 가열 프로세스와 병렬로 작동하는 UV 다중 파장 중합의 일종의 "촉매" 효과를 달성한다. 본 발명에 따른 방법은 특히, 노광 기기의 광학 및 기계적 구성요소에 대한 어떠한 추가적 외부 환경 영향도 없는, 그리고, 캐리어 재료의 표면 가열도 없는 선택적 가열을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 구리 라미네이션의 높이(두께)에 독립적인 것이 바람직하다.
선형 유형의 레이저 노광 장치를 갖는 예시된 방법 구성에서, 도전성 패턴에 따라 변조된 UV 중합 레이저 빔은 외부 IR 라인 레이저 빔에 의해 모두 중첩되어, 솔더 레지스트의 중합을 위한, 제한적이고 강하게 가열되고 단시간적인 이상적 환경 조건을 생성한다.
IR 광의 효과는 상술한 바와 같이 다른 방법의 경우에 불가피한 어떠한 부정적 영향도 없이 단시간 동안 작은 라인 섹션 상으로 신속하고 정확하게 방출된다.
IR 방사의 관련 효과는 라인 길이 80㎜ 및 라인 폭 1-2㎜에서 0.3W/㎜²의 에너지 입력에서 얻을 수 있다. 요구되는 최종 중합을 위해 IR 가열 없이 이전에 요구된 UV 에너지는 처리될 레지스트 시스템에 따라 다양한 인자에 의해 감소한다. 하기 표는 상이한 레지스트의 경우에 0.4W/㎜²의 에너지 밀도에서 본 발명에 따른 IR 방사의 효과를 나타낸다. 특히, 요구되는 UV 에너지는 공지된 그레이 스케일 웨지(gray scale wedge)에 따라 정의된 그레이 스케일 값에 대응하는 원하는 "그레이 스케일 값"에 관하여 결정된다. 예를 들어, 소위 Stouffer 그레이 스케일 웨지(예를 들어, T2115)는 각각의 그레이 스케일 값 분류를 제공한다.
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높은 에지 해상도 및/또는 가열의 면적 성능 분포를 갖는 에너지 제한이 광학 구성요소에 의해 캐리어 보드로 전달됨으로써, IR 방사가 이들 장소에서만 작용하거나 정확하게 작용할 수 있음을 입증할 수 있다.
발명의 요약
본 발명에 따른 직접 노광 장치는 감광 층(예를 들어 솔더 레지스트)을 포함하는 기판을 노광하는 노광 장치를 포함한다. 노광 장치는 UV 파장 범위, 바람직하게는 350㎚ 내지 450㎚의 범위, 즉 바람직하게는 감광 층이 감응하는 파장 범위에서 광을 방출하는 적어도 하나의 광원을 포함한다. 바람직하게는, 광은 하나 이상의 UV 레이저 다이오드 및/또는 반도체 레이저로 생성된다.
특히, 본 발명에 따른 직접 노광 장치는 마스크를 사용하지 않는 직접 노광 장치로서, 이에 의해 노광 동안, 패턴 및/또는 구조부가 기판, 바람직하게는 솔더 레지스트 상에 직접적으로 레이저 광 빔의 편향으로 인해 노광될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 350㎚ 내지 450㎚의 UV 범위에서 경화되는 솔더 레지스트 내의 패턴 및/또는 구조부의 리소그래피 직접, 바람직하게는 마스크를 사용하지 않는, 노광 및 경화를 위한 직접 노광 장치에 관한 것이다. 직접 노광 장치는 적어도 하나의 노광 장치, 바람직하게는 복수의 노광 장치를 포함하며, 각각의 노광 장치는 바람직하게는 350㎚ 내지 450㎚의 파장 범위의, 더욱 바람직하게는 375㎚, 395㎚ 및/또는 405㎚의 파장에서의 UV 레이저 광을 발생시키는 하나 이상의 UV 레이저 광원을 포함하는 변조 가능한 광원을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, UV 레이저 광은 시준된 레이저 광을 얻기 위해 노광 장치의 내부 및/또는 외부에서 시준된다. 시준은, 예를 들어 커플링 광학장치에 의해 수행된다. 게다가, 직접 노광 장치는 UV 레이저 광을 편향시킴으로써, 바람직하게는 시준된 UV 레이저 광을 편향시킴으로써 기판 상에 패턴을 노광시키는데 적합한 변경 가능한 편향 장치를 또한 포함한다.
변경 가능한 편향 장치는 상이한 각도에서 시간 제어에 응답하여 편향 장치에 입사하는 광을 바람직하게 편향시킬 수 있다. 이를 위해, 가장 단순한 경우에, 변위될 수 있거나 축을 중심으로 조정 가능/변경 가능한 거울이 사용될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 거울은 적어도 2개의 축, 즉 2개의 평면을 중심으로 조정 가능 및/또는 회전 가능할 수 있다. 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 광을 편향시키기 위해 복수의 변경 가능한 거울을 사용할 수도 있다. 본 발명의 의미 내의 변경 가능한 편향 장치는 기계적으로 변경 가능하지 않고 반사 거동만을 변경하는 장치에 의해 구현될 수도 있다. 예를 들어, AOM(accusto-optic modulator)을 사용하여 레이저 빔의 강도와 주파수 모두를 변조할 수 있다. 마찬가지로 AOM을 사용하여 레이저 빔의 방향을 변경하는 것이 가능하다.
본 발명의 의미 내의 또 다른 예시적인 유형의 적용예로서, 변경 가능한 편향 장치는 기판 상의 상이한 위치에서 UV 레이저 광을 편향시키기 위해 적어도 하나의 회전 및/또는 경사 가능한 다각형 거울로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 변경 가능한 편향 장치는 1차원 또는 2차원 갈바노미터 스캐너를 포함할 수 있다.
본 발명의 의미 내의 또 다른 예시적인 유형의 적용예로서, 이미징은 반도체에 기초한 마이크로미러 배열을 통해 수행될 수 있다.
또한, 광원 및/또는 레이저 다이오드는 변조 가능하고, 즉 바람직하게는 0 % 및 100 % 모두로 그리고 추가로 바람직하게는 그 성능의 임의의 중간 레벨로 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 이는 윤곽에 충실한 에지 및 경사 경로의 보다 나은 이미징을 가능하게한다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 노광 장치는 이동 장치에 추가적으로 부착될 수 있으며, 이동 장치는 노광 장치와 기판 사이의 상대 이동을 생성한다. 그러나, 바람직하게는, 기판은 그 주위에 대해 고정되고 이동 장치가 기판에 대해 노광 장치를 이동시킨다. 이하에서, 평평한 기판은 XY 평면 내에 있고, 노광 장치는 바람직하게는 XY 평면에 평행한 평면(바람직하게는, X 축 및 Y 축은 서로 수직임)에서 이동 장치에 의해 이동될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 노광 장치는 또한 XY 평면에 수직한 Z 축(바람직하게는 중력에 평행함)을 따라 이동 장치에 의해 이동될 수 있다. 환언하면, 이동 장치는 하나의 차원에서, 바람직하게는 기판에 평행하게 또는 기판에 수직으로, 상대 이동이 가능하도록 및/또는 2차원으로, 바람직하게는 기판에 평행하게, 상대 이동이 가능하도록 및/또는 3차원으로, 바람직하게는 기판에 평행하게 및 수직으로, 상대 이동이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 따르면, 노광 장치는 적어도 2개의 UV 레이저 광원, 바람직하게는 적어도 2개의 UV 레이저 다이오드를 포함한다. 또한, 2개의 UV 레이저 광원 또는 UV 레이저 다이오드가 상이한 파장의 레이저 광을 방출하는 것이 바람직하며, 이 두 파장은 바람직하게는 350㎚ 내지 450㎚ 범위이다. 그러나, 2개의 UV 레이저 광원 또는 UV 레이저 다이오드가 동일한 파장으로 광을 방출할 수도 있으며, 이는 예를 들어, 레이저 광원 또는 UV 레이저 다이오드의 성능을 증가시키기 위해 유리할 수 있다. 게다가, 2개보다 많은 UV 레이저 광원 또는 UV 레이저 다이오드를 제공할 수도 있으며, 바람직하게는 적어도 2개 또는 그 이상의 광원이 상이한 파장으로 광을 방출한다.
기판 상에 원하는 패턴을 원하는 크기로 노광하기 위해, 이미지 처리 조치를 위한 이미지 처리 장치가 추가로 제공되어, 노광될 패턴이 기판 상에서 스케일링, 회전, 변위 및/또는 기울임에 의해 변형 및/또는 보정될 수 있다.
정확하고 안전한 노광을 제공하기 위해, 복수의 광원, 바람직하게는 UV 레이저 광원 또는 UV 레이저 다이오드의 광 빔이 본 발명에 따라 광학 요소에 의해 공통 광 빔으로 조합된다. 이 공통 광 빔은 이후 빔이 단일 광원으로부터 나오는 것처럼 변경 가능한 편향 장치에 의해 기판 상으로 유도될 수 있다.
노광되는 기판의 한 측면, 바람직하게는 상부 만이 직접 노광 장치에 노광되는 것이 바람직하다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 2개의 측면, 예를 들어, 기판의 상부 및 하부 또는 우측 및 좌측이 노광될 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 노광 장치가 기판 위에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 노광 장치가 기판 아래에 배치될 수 있고, 두 노광 장치는 바람직하게는 서로 별개로 이동할 수 있다.
앞서 설명된 장치 이외에, 본 발명은 또한 350㎚ 내지 450㎚의 UV 범위의 감광 층을 포함하는 기판 상의 패턴의 리소그래피 직접, 바람직하게는 마스크를 사용하지 않는, 노광 방법에 관한 것으로, 이는 바람직하게는 350㎚ 내지 450㎚의 파장 범위의 시준된 UV 레이저 광을 발생시키는 하나 이상의 UV 레이저 광원을 갖는 변조된 광원을 포함하는 적어도 하나의 노광 장치를 포함하는 직접 노광 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 이어서, 기판은 노광 장치에 의해 방출된 UV 레이저 광이 기판 상으로 유도될 수 있도록 직접 노광 장치에 대해 배치된다. 그 다음에, 기판은 노광 장치에 노광되고, 패턴은 시간에 관하여 가변적인 방식으로 UV 레이저 광을 편향 및/또는 변조함으로써 변경 가능한 편향 장치에 의해 기판 상에 달성된다.
노광 장치와 기판 사이의 거리는 바람직하게는 노광 중에 변경될 수 있어서, 기판 상에 생성된 노광 스폿의 연장이 바람직하게 변경되고, 상이한 폭의 라인이 기판 상에 노광된다.
가변 편향 장치는 바람직하게는 2차원적으로 기판으로 광을 편향시키며, 시간에 관하여 가변적인 편향 동작이 바람직하게는 2개의 동일한 발진 주파수로 수행되어 45 °의 평행선을 주사함으로써 주사 속도는 √2배 만큼 증가된다. 즉, 선형 역학의 이동 방향(고속 스캔 축 및 저속 스캔 축)에 대해 90 °에서 작동하지 않고 동일한 속도에서 45 °로 둘 모두를 스캔한다는 점에서 스캐너의 편향 속도가 증가될 수 있다. 상대적으로, 레이저 스폿은 이러한 작동 방법에 의해 더 빠르게 움직이지만, 이는 또한 이에 대응하여 경화를 위해 더 많은 레이저 파워를 필요로 한다.
노광 장치와 기판 사이의 상대 이동을 발생시키는 이동 장치의 속도는 바람직하게는 기판에 대한 노광 장치의 상대 이동이 스캐닝 속도의 함수로서 수행되도록 가변 편향 장치의 스캐닝 속도에 적응된다.
가변 편향 장치는 바람직하게는 기판의 평면에 있는 Y 축을 따른 편향을 위한 갈바노미터 거울의 형태인 제1 거울 스테이지와, 바람직하게는 기판의 평면에 있고 Y 축에 수직인 X 축을 따른 편향을 위한 1차원 전기-자기적 진동 마이크로미러 형태인 것이 바람직한 제2 거울 스테이지를 갖는다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 제1 및/또는 제2 거울 스테이지는 바람직하게는 1차원 또는 2차원적으로 동작하는 다각형 스캐너의 형태로 구성될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제1 및/또는 제2 거울 스테이지는 1차원 또는 2차원적으로 작동하는 갈바노미터 거울의 형태로 바람직하게 구성될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제1 및/또는 제2 거울 스테이지는 일차원 또는 이차원적으로 작동하는 MEM 거울(마이크로-전기기계적 거울; MEM)의 형태로 바람직하게 구성될 수 있다. MEM은 전자기계적으로 작동하는 거울 시스템으로 광학 스위치의 광 빔을 전환하는 미시적 소형 거울로 구성된다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제1 및/또는 제2 거울 스테이지는 바람직하게는 마이크로 스캐너 또는 마이크로스캐닝 거울의 형태로 구성될 수 있다. 마이크로 스캐너는 동적으로 광을 변조하기 위한 마이크로미러 작동기 부류의 마이크로 옵토-전기기계 시스템(MOEMS)이다. 그 디자인에 따라, 개별 거울의 조정 작동 이동은 하나 또는 2개의 축 주위를 병진 방식으로 또는 회전 방식으로 이루어질 수 있다. 첫 번째 경우에, 위상 시프트 효과가 달성되고, 두 번째 경우에, 입사광 파의 편향이 달성된다.
바람직하게는, 노광 장치는 다수의 용례에서 스캐닝 동작 중에 노광 장치의 수만큼 증대된 연속 라인이 달성되도록 서로 병치되어 배열된다. 예를 들어, 노광 유닛이, 예를 들어 4개 유닛의 경우에, 개별 스캐닝 영역이 매끄럽게 나란하게 정렬되도록, 특정하게 통합된 디자인에 의해 장착될 수 있다면, 연속적인 스캐닝 라인이 달성된다. 지금까지 적용된 일반적 작동 방식에서는 이것이 가능하지 않으며 이 것이 적어도 두 번의 작동(전후로)을 실행해야 하는 이유이다.
바람직하게는, 노광 장치는 UV 레이저 광, 바람직하게는 시준된 UV 레이저 광을 보다 큰 정의된 직경으로 확장시키기 위해 빔 확장 광학장치를 구비한다.
바람직하게는, 하나 이상의 UV 레이저 다이오드는 바람직하게는 공급 소스의 이미지의 그레이 스케일 값의 함수로서 전기적으로 아날로그 방식으로 변조될 수 있다.
추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 하나 이상의 UV 레이저 다이오드는 바람직하게는 공급 소스의 이미지의 그레이 스케일 값의 함수로서 전기적으로 디지털 방식으로 변조될 수 있다.
최종적으로, 개별 이미지의 적응은 바람직하게는 투사된 개별 이미지의 중첩에 의해 및/또는 투사 에지 영역의 흑색화 또는 비노광에 의해 노광 작업 이전에 본 발명에 따라 공급 소스에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 직접 노광 장치는, 상술한 동작 방식을 위해, 바람직하게는 균일한 가열 영역과 UV 중합 광 빔을 중첩시킴으로써 선형 광학장치를 갖는 적외선 반도체 고-에너지 다이오드에 의해 시간의 측면에서 동기화되고 공간의 측면에서 제한되는 방식으로 이미지 평면에 열을 도입하기 위해 바람직하게는 외부적으로 부착된 구성요소를 포함한다. 바람직하게는, 적외선 레이저는 섬유 공급에 의해 소정 경사각으로 직접 노광 장치에 부착된다.
바람직하게는, 시준된 IR 레이저 빔은 균일화 광학장치, 바람직하게는 마이크로 렌즈 배열 및 선형 광학장치에 의해 폭 2㎜ 및 선 길이 80㎜의 영역에서 변환된다.
본 발명에 따른 라인 가열에 의해 설명된 UV 노광의 "촉매 효과"를 달성하기 위해, IR 레이저 빔은 높은 면적 조사 성능으로 레지스트 평면 상으로 안내되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 대응하는 높은 면적 성능은 바람직하게는 초점을 갖는 선형 광학장치에 의해 달성된다. 본 발명은 바람직하게는 가능한 균일한 라인 형태의 바람직하게 높은 에너지의 노광 영역을 생성하기 위해 200 내지 350㎜의 범위, 바람직하게는 240 내지 320㎜의 범위, 예를 들어 약 280㎜의 초점 폭을 갖는 선형 광학장치를 사용한다.
바람직한 실시예에 따르면, 균일한 방사 조도는 우선 레이저 소스의 균일화에 의해 달성되며, 바람직하게는 마이크로 렌즈 배열이 사용된다. 바람직하게는, 마이크로 렌즈는 수 ㎜, 바람직하게는 10㎜ 미만 또는 5㎜미만, 바람직하게는 약 1.3㎜의 피치를 갖는다. 그 후, 바람직하게는 초점 및/또는 선형 렌즈의 배열에 의해 광을 포커싱함으로써, 예를 들어 노광될 레지스트 상에 80㎜의 폭 및 바람직하게는 약 2㎜ 높이의 라인이 생성된다. UV 광에 의한 직접 노광의 속도의 함수로서, IR 광 노광 영역의 폭 및/또는 높이는 또한 더 크거나 더 작을 수 있다. 예를 들어, 40 내지 160㎜ 또는 60 내지 100㎜의 폭이 선호된다. 노광 영역의 바람직한 높이는 바람직하게는 1 내지 5㎜의 범위, 바람직하게는 1 내지 3㎜의 범위, 보다 바람직하게는 약 2㎜이다.
바람직하게는, 거의 직사각형의 강도 프로파일(탑 햇(top hat))이 라인(폭) 내에 생성되고; 그 반면에, 바람직하게는 가우스 강도 프로파일이 라인의 높이에서 이미징된다(도 3 참조).
본 발명의 발명자들은, IR 범위의 고-에너지 레이저 소스, 균일화 스테이지 및 후속하는 포커싱 또는 선형 스테이지의 조합이 양호한 방식으로 캐리어 재료의 UV 노광에 영향을 주기 위해, 즉, "촉매 효과"를 달성하기 위해 높은, 그리고, 동시에 고품질의 균일한 라인 가열을 제공하는 IR 노광 영역의 강도 프로파일을 생성할 수 있다는 것을 발견했다.
또한, 스폿 강도 프로파일, 즉 노광 영역 내의 불균일한 IR 광 강도를 피해야 한다는 것이 밝혀졌다. 예컨대, 예를 들어, 광이 하나 이상의 광섬유 디커플링으로부터 기판 상으로 직접 안내될 때(예를 들어, 복수의 디커플링이 라인의 형태로 병치되어 배열되는 경우) 발생하는 스폿 강도 프로파일은, 충분히 균일할뿐만 아니라 강도-관련 이미징 및/또는 충분히 높은 에지 해상도를 갖는 가열을 생성하지 않는다. 게다가, 섬유 디커플링의 경우, 섬유로부터의 방사의 출사 각도는 물리적으로 0.2 이상의 값의 전형적인 개구수를 가지므로 본 발명의 의미 내에서 이론적으로 임의의 유의미한 가열을 조금이라도 달성하기 위해 섬유 출력은 노광될 레지스트 위에 수 ㎜로 발생되어야 한다. 실제로, 이는 본 발명에 따른 신속한 UV 노광을 달성하기 위해서는 가능하지 않다. 노광될 기판을 향한 섬유 출구 영역의 경사는 기판까지의 거리가 너무 커서 불가능하다.
본 발명에 따른 UV 노광 시스템은 바람직하게는 2 축 포털 배열 상에 평행한 방식으로 배치되는 노광 유닛으로 작동하는 것이 바람직하다. UV 노광은 제한된 노광 영역, 예를 들어 60 내지 100㎜의 영역, 바람직하게는 약 80㎜의 폭/높이를 갖는 노광 영역에서 수행되는 것이 바람직하다.
IR 광 라인 가열은 본 발명에 따라 바람직하게는 UV 노광의 영역에 대해 높은 에지 해상도에서 제한되어야 하며, 이에 의해 이웃하는 UV 노광 영역에서의 "촉매 효과"가 감소되거나 억제될 수 있다. 특히, 인접한 영역에서의 원하지 않는 "촉매 효과"는 노광의 개별 섹션에서 이미징 품질에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 동일한 축 및 그 노광 영역 내에서 제2 노광 유닛에 대한 하나의 노광 유닛의 가열 소스의 가능한 크로스토크는 바람직하게는 외부 균일화 스테이지 및/또는 포커싱 또는 선형 스테이지에 의해 해소 및/또는 방지될 수 있다.
바람직하게는, UV 라인 노광은 IR 라인 노광 내에 위치되어야 한다. 외부 광학 구성요소 조립체는 바람직하게는 UV 노광 및/또는 IR 노광의 초점면을 중첩할 수 있도록 X, Y 및/또는 Z 위치에 정렬 가능해야 한다. 정렬은 조정 장치에 의해 바람직하게 수행될 수 있으며, 조정 장치는 예를 들어 나사 기구를 조정하거나 설정함으로써 수동으로 조정 가능하도록 기계적으로 설계되는 것이 바람직하다. 또 다른 실시예에 따르면, 조정 장치는 조정을 위한 기계-전기 기구를 또한 포함할 수 있다. 또한 모터 제어 장치, 센서 및 피드백 신호 송신기를 사용할 수 있다. 또한, 조정 중 하나 이상의 위치가 전자적으로 저장되고 이어서 단지 바람직한 조건으로 조정되는 것이 바람직할 수 있다.
환언하면, 열 조사(IR 방사)의 균일화 및/또는 포커싱을 위해 외부 광학 구성요소 조립체를 UV 노광 소스에 기계적으로 커플링시키는 것이 본 발명에 따라 특히 유리하다. 이는, 예를 들어, 상이한 캐리어 재료 두께의 경우에, 양 시스템의 초점 범위에서 항상 용이한 방식으로 작동할 수 있다는 이점을 제공한다. 따라서, 예를 들어 프로세스가 일정한 프로세스 파라미터로 수행될 수 있다는 것이 달성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학장치의 도움으로, 하부 기판의 두께가 상이한 경우에도 바람직하게는 레지스트 표면 상으로의 최대 IR 성능 강도의 지점을 조정할 수 있다. "촉매 효과"를 개별적으로 조절 및/또는 조정하기 위해 기판 구리 영역 상으로의 최대 IR 성능 강도의 지점을 조정하는 것도 가능하다. 이는 외부 광학 구성요소 조립체의 조정 장치에 의해 바람직하게 수행될 수 있으며, 조정은 바람직하게는 기계적으로 수동으로 및/또는 전기적으로 동력화된 방식으로 실행될 수 있다.
또한, 본 발명은 이미지 평면 상의 X 및 Y 방향으로의 기계적 정렬 배열뿐만 아니라 라인 레이저 영역의 회전각 α와 Z의 초점 폭 재조정에 관한 것이다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 하나 이상의 IR 레이저 다이오드는 바람직하게는 공급 소스의 이미지의 그레이 스케일 값의 함수로서 전기적으로 디지털적으로 변조될 수 있다.
결국, 고정밀 열 선량 도입을 위해 열원은 한편으로 펄스 폭 변조뿐만 아니라 CW(연속파) 방법을 통해 작동될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 열원은 캐스케이드 방식으로 설계될 수 있으며, 바람직하게는 성능의 관련 증가가 요구되는 경우에 수 개의 단일 다이오드 레이저의 레이저 섬유 커플링 수단이 될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 두꺼운 레지스트 층의 경우 상이한 레지스트 레벨을 균일하게 가열할 수 있도록 몇몇 적외선 파장의 열원을 바람직하게는 하나의 개별 빔 및/또는 하나의 개별 영역으로 조합할 수 있다.
바람직하게는 가변 렌즈들 및/또는 광학 요소들은 바람직하게는 소프트웨어에 의해 제어되는 방식으로 이미지 평면 내의 열 분포, 열 영역 및 초점면의 공간 특성을 동적으로 적응시킬 수 있도록 빔 경로 또는 열 전달 채널에 도입될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 외부 열원 배열을 포함하는 본 발명에 따른 직접 노광 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 노광 장치 내에 4 레벨 투사 유닛을 포함하는 2 축 포털 배열 형태의 외부 열원 배열을 포함하는 본 발명에 따른 직접 노광 장치의 사시도를 도시한다.
도 3은 노광 장치의 UV 레이저 라인과 외부 열원 배열의 라인 영역의 중첩의 개략도를 도시한다.
도 1은 노광 장치(20) 및 외부 열원 장치(10)를 포함하는 직접 노광 장치(1)(이후 리소그래피 노광 장치라고도 지칭됨)의 사시도를 도시한다. 열원 장치(10)는 예를 들어 조정 장치(60)를 통해 노광 장치(20)에 장착될 수 있다.
이 조립체는 바람직하게는 350㎚ 내지 450㎚의 자외 스펙트럼 범위의 투과 레이저 광 빔을 갖는 커플링 광학장치(50)를 포함하는 레이저 다이오드 모듈을 포함한다. 바람직하게는, 커플링은 레이저 모듈 내에서 발생하고 종래 기술로부터의 광학 요소에 의해 수행된다. 이를 위해, 예를 들어 극 큐브 및 반투과성 거울뿐만 아니라 다른 조합 광학장치가 사용된다. 바람직하게는, 서로 다른 주된 최대값을 갖는 분리된 단일 모드 파장을 갖는 레이저가 커플링 광학장치(50)에서 커플링되거나 조합된다. 예를 들어, 약 375㎚, 390㎚ 및 405㎚에서 주된 최대값을 갖는 3개의 레이저 소스의 광 빔이 커플링될 수 있다.
바람직하게는 레이저 다이오드 소스인 개별적인 빔 및/또는 UV 레이저 광원의 커플링된 빔은 편향 장치(이하, 레이저 편향 장치(30)라고도 함)에 의해 노광면(40) 상에 이미징된다. 바람직하게는, 노광될 영역은 노광면(40)에 있거나 또는 노광면(40)에 실질적으로 평행하다. 바람직하게는, 기판 또는 인쇄 회로 보드(100)의 솔더 스톱 코팅 영역이 본 발명에 따라 노광된다.
레이저 편향 장치(30)는 예를 들어 UV 파장을 반사시키는 거울 코팅을 포함하고 바람직하게는 무색 텔레센트릭 F-세타 렌즈(70)를 통해 노광면(40) 또는 초점면 상에 이미징하는 갈바노 스캐너일 수 있다. 도 1에 도시된 렌즈(70) 아래의 입방체는 렌즈(70)의 작업 영역을 나타낸다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 작업 영역은 또한 더 작거나 또는 더 크고 및/또는 더 넓을 수 있다.
도 2는 4개의 노광 장치(201, 202, 203 및 204)를 포함하는 본 발명에 따른 또 다른 직접 노광 장치(1)의 사시도를 도시한다. 이들 4개의 노광 장치(20X)는 외부 열원 장치(10X)에 각각 커플링되고, 외부 열원 장치는 차례로 각각의 조정 장치(60X)를 통해 노광 장치(20X)에 장착된다.
또한, 도 2는 노광 장치(20)를 이동 장치(90)에 조립하는 것을 도시한다. 이동 장치(90)에 의해, 노광될 노광 장치(20)와 기판(100) 사이의 상대 이동이 발생되어, 기판(100)의 더 큰 영역을 노광할 수 있다.
본 발명에 따른 직접 노광 장치는 대안적으로 또는 추가적으로 제2 이동 장치(110)를 포함할 수 있다. 제2 이동 장치(110)는 바람직하게는 기판(100)이 부압에 의해 부착 가능한 진공 테이블로서 구성될 수 있다. 제2 이동 장치(110)의 이동은, 예를 들어 바람직하게는 노광면에 평행한, XY 평면에서의 이동을 제공할 수 있다. 이동은 전기 모터 또는 전기 모터들에 의해, 바람직하게는 대응하는 안내 기구를 포함하는 선형 모터에 의해 수행될 수 있다. 이동 장치 또는 이동 장치들에 의해, 노광 장치(20)는 캐스케이딩 방식으로, 바람직하게는 컬럼 형태의 캐스케이딩 방식으로 노광면을 따라 이동할 수 있다. 즉, 복수의 노광 장치와의 병렬화가 가능하다.
초점면 또는 노광면(40)은 Z 축을 따라 노광 장치(20)의 이동을 허용하는 통합 서보모터(80)에 의해 재조정될 수 있다. 바람직하게는, 노광면(20)의 조정은 노광 프로세스 이전에 수행된다.
도 3은 본 발명에 따른 외부 열원 배열(10)을 포함하는 노광 장치(20)의 개략적인 측면도를 도시하며, 이 실시예에서, 상기 열원 배열(10)은 조정 장치(60)를 통해 노광 장치(20)에 장착된다.
도 3에서, 노광면 상의 방출된 UV 레이저 빔의 빔 경로(51)는 크기비에 따르지 않는 방식으로 순수하게 개략적으로 도시되어 있다. 예를 들어, UV 레이저 빔은 편향 장치(30), 바람직하게는 갈바노 스캐너 시스템(30)에 의해 라인 또는 컬럼을 따라 편향된다. 본 발명에 따르면, 빔 경로(51)는 노광면 상의 IR 레이저 빔과 중첩된다. 특히, 열원 장치(10)에 의해 방출된 광은 실질적으로 노광면(40) 상의 직사각형 노광 영역(11)을 나타내며, 한 방향을 따라 가우스 광 강도 분포를 나타내는 것이 바람직하다.
폭이 80㎜, 바람직하게는 높이가 5-25㎛(FWHM, 가우스 강도 프로파일)의 전형적인 레이저 라인 치수를 갖는 바람직하게는 1 내지 6개의 변조된, 따라서 구조화 UV 레이저 빔 라인(51)은 조정 장치(60)에 의해 IR 레이저 빔의 열 필드(11) 위에 직접적으로 중심에 위치된다.
이와 같이 형성된 열 필드(11)의 강도 프로파일은 바람직하게는 직사각형이고, 강하게 경사지며, 바람직하게는 2차원의 렌즈 조정 수단에 의해 적응된다. 바람직하게는, 높이의 가우스 강도 프로파일 분포뿐만 아니라 폭에서 탑 햇 강도 프로파일 분포가 있다. 열 필드 치수는 바람직하게는 폭과 높이 모두 UV 레이저 빔 라인(51)보다 크게 구성되어야 한다. 바람직하게는, UV 레이저 빔 라인(51)의 영역에서의 온도 변화가 2차원적으로 균일하게 분포되도록 약 85㎜의 폭 및 약 2㎜의 높이가 관측되어야 한다.
1 직접 노광 장치, 리소그래피 노광 장치(전체 시스템)
5 솔더 레지스트
6 기판
10 열원 장치, 열원
11 노광 영역, 열 필드
20 노광 장치(UV 레이저를 포함하는 "레이저 시스템")
30 편향 장치, 레이저 편향 장치
40 노광면(XY 평면)
50 커플링 광학장치
51 빔 경로
60 조정 장치
70 렌즈
80 서보모터
90 제1 이동 장치
100 인쇄 회로 보드, 기판
110 제2 이동 장치

Claims (12)

  1. 솔더 레지스트(5) 내의 원하는 구조부의 직접적인, 바람직하게는 마스크를 사용하지 않고, 노광 및 경화를 위한 직접 노광 장치(1)로서,
    UV 레이저 광 빔을 생성하기 위한 적어도 하나의 UV 레이저 광원을 포함하는 적어도 하나의 노광 장치(10), 및
    노광면(40)에 배치된 솔더 레지스트(5)의 원하는 구조부를 노광하기 위해 UV 레이저 광 빔을 노광면(40)으로 편향시키도록 구성된 편향 장치(30)를 포함하는, 직접 노광 장치에 있어서,
    직접 노광 장치(1)는 열원 장치(20)를 포함하고, 열원 장치는 노광면(40) 내의 영역(11)이, 공간 및 시간 측면에서 중첩되는 방식으로, 편향된 UV 레이저 광 빔(51)에 대해 그리고 열원 장치(20)에 의해 방출된 열 방사에 대해 노광되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 직접 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 솔더 레지스트(50)로 코팅된 기판(100)을 수용하는 수용 장치, 및
    적어도 하나의 노광 장치(10)와 기판(100) 사이의 상대 이동을 생성하는 적어도 하나의 이동 장치(90, 110)를 추가로 포함하는, 직접 노광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 노광 장치(10)는 350㎚ 내지 450㎚ 범위의 적어도 두 개의 상이한 파장의 UV 레이저 광(13)을 방출하는 적어도 2개의 UV 레이저 광원, 바람직하게는 적어도 2개의 UV 레이저 다이오드를 포함하는, 직접 노광 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 열원 장치(20)는, 실질적으로 고정된 노광 영역(11)이 노광면(40)에 생성되고 그리고 편향 장치(30)에 의해 편향된 UV 레이저 광 빔(51)이 노광면(11) 내에서 편향되도록, 직접 노광 장치(1)에 커플링되는 적어도 하나의 IR 레이저를 포함하는, 직접 노광 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 솔더 레지스트(5) 상에 균일한 IR 영역 조사를 생성하기 위해, 예를 들어 마이크로 렌즈 배열의 형태인 적어도 하나의 균일화 광학 요소를 추가로 포함하는, 직접 노광 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 솔더 레지스트(5) 상의 IR 노광 영역의 위치를 조정할 수 있는 조정 장치를 추가로 포함하는, 직접 노광 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 직접적으로 노광면(40) 위에, 바람직하게는 노광 영역(11) 위에 불활성 가스를 제공하는 장치를 추가로 포함하는, 직접 노광 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, UV 레이저 광을 편향 장치(30)를 통해 솔더 레지스트(5) 상으로 유도시키도록 복수의 UV 레이저 광원의 광을 조합하도록 구성된 커플링 광학장치(50)를 포함하는, 직접 노광 장치.
  9. 솔더 레지스트(5) 내의 원하는 구조부의 직접적인, 바람직하게는 마스크를 사용하지 않는, 노광 및 경화를 위한 방법으로서,
    노광 장치(10)에 의해 UV 레이저 광 빔을 생성하는 단계, 및
    솔더 레지스트(5) 내의 원하는 구조부를 노광시키기 위해 솔더 레지스트(5)가 위치된 노광면(40) 상으로 UV 레이저 광 빔을 편향시키는 단계를 포함하는, 방법에 있어서,
    열원 장치(20)의 열 방사를 솔더 레지스트(5) 상으로 방출하는 단계를 특징으로 하고, 방출된 열 방사는 노광면(40) 상으로 편향된 UV 레이저 광 빔과 공간 및 시간 측면에서 중첩되고, 편향된 UV 레이저 광 빔은 방출된 열 방사에 의해 가열된 솔더 레지스트(5)의 영역을 타격하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제7항에 있어서, UV 레이저 광 빔은 UV 범위, 바람직하게는 350㎚ 내지 450㎚ 범위에서, 적어도 2개의, 바람직하게는 3개의 상이한 파장을 포함하는, 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 열 방사는, 바람직하게는 노광면(40) 내에 실질적으로 기하학적으로 고정된 노광 영역(11)을 생성하는 바람직하게는 IR 레이저에 의해 방출되는 IR 광이며, 편향된 UV 레이저 광 빔(51)은 이 노광 영역(11) 내에서 편향되는, 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, UV 노광 동안 직접적으로 노광면(40) 위에 불활성 가스가 존재하는, 방법.
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