TW201627773A - 曝光系統及其微透鏡組 - Google Patents

Abstract

本發明的曝光系統包括一光源裝置、一第一透鏡組、一第二透鏡組、一微透鏡組及一光學透鏡。光源裝置係用以產生多個曝光光束。微透鏡組具有一本體。本體有多個凹透鏡。每一凹透鏡具有一頂平面及朝頂平面方向內凹的一底弧面。該些凹透鏡的頂平面係面向第一透鏡組，其底弧面係面向第二透鏡組。該些凹透鏡的底弧面係背對頂平面，且面向第二透鏡組。該些曝光光束係在該些凹透鏡的底弧面的背後形成多個虛像光點。該些虛像光點構成的平面係定義為一聚焦平面，第二透鏡組係擷取聚焦平面上的該些虛像光點，且朝第二透鏡組的下方投影。

Description

曝光系統及其微透鏡組

本發明係與曝光系統有關，特別是指一種無光罩的曝光系統及其微透鏡組。

如第6圖所示，傳統無光罩(maskless)曝光系統90係由一光源91、一反射鏡92、一數位微鏡片裝置(digital micromirror device,DMD)93、一第一透鏡組94、一第二透鏡組95及一微透鏡組(microlens array,MLA)96組成，以對一被曝光物80進行曝光作業。

光源91是用以產生一光束，光源91通常是選用雷射光源。反射鏡92則是改變光源91的光束方向，而射向數位微鏡片裝置93，數位微鏡片裝置93係用以將光束分光成多個曝光光束L，且可控制曝光光束L的投影方向。數位微鏡片裝置93有多個矩陣排列的鏡片(圖中未示)，每一鏡片係可被控制而改變偏擺角度，換言之，數位微鏡片裝置93係可接收反射鏡92反射的光束，並將反射鏡92反射的光束藉由該些鏡片反射成多個曝光光束L。目前來說，鏡片的偏擺角度大約為正負12度。

請同時參照第6及7圖，第7圖是第6圖中微透鏡組96的放大示意圖。第6圖中，曝光光束L依序通過第一透鏡組94、微透鏡組96及第二透鏡組95。其中，第一透鏡組94係用以處理該些曝光光束L，通常第一透鏡組94係選用放大透鏡組，用以將曝光光束放大。微透鏡組96有多個透鏡961(如第6圖所示)，通過第一透鏡組94的該些曝光光束係一對一地通過微透鏡組96的該些透鏡961，以使該些曝光光束聚焦後向外投射。第二透鏡組95係用以處理通過微透鏡組96的該些透鏡961的曝光光束，通常第二透鏡組95係選用縮小或放大的透鏡組，用以使向外投射的曝光光束再次聚光，最終，通過第二透鏡組95的該些曝光光束係可對被曝光物80進行 曝光作業。

其中，需要注意的是，第二透鏡組95係擷取該些透鏡961上的實像光點，然後處理實像光點後對被曝光物80進行曝光。

如第7圖所示，通常微透鏡組96的透鏡961的出光面有一透明保護板962，以及具有多空隙964的濾光片963，濾光片963係貼合於微透鏡組96的出光面上，用以阻隔非曝光用的雜散光通過。由於具有微透鏡組96具有濾光片963，因此，透鏡961聚焦後的曝光光束只能從對應的空隙964通過。

如第8圖，傳統無光罩的曝光系統的微透鏡組96在製造上通常是先在透明基板965上形成多個凹槽966，透明基板965的材料可以是石英(折射率為1.47)或其他透光率高的材質。接著，將光固化樹脂967填充在透明基板965的凹槽966內，並於透明基板965上貼合透明保護板962，以形成微透鏡組96，並可避免光固化樹脂967掉落。前述的微透鏡組96的出光面係透明保護板962的外表面。透明保護板962較佳也是選用石英或其他透光率高的材質，且其折射率與透明基板965相近。其中，光固化樹脂固化後也是透明的結構，且其折射率為1.5。因為，固化後的光固化樹脂967的折射率較透明基板965的折射率高，因此，曝光光束可在該些透鏡結構961的出光面上形成實像焦點。

請再參照第8圖，移除凹槽966外多餘的光固化樹脂967通常仍會殘留部分在凹槽966外，因此，實際上不可能如理想完全移除多餘的光固化樹脂967，且容易發生厚度不均勻的缺點。又填充光固化樹脂967的過程中，光固化樹脂967容易發生包泡現象，如此，將影響前述微透鏡組96的每一透鏡961的光學能力，例如聚焦位置不在微透鏡組96的出光面上，或者被包泡影響。再者，若要製造大尺寸的微透鏡組移除光固化樹脂的技術難度更是倍數增加。

有鑑於上述缺失，本發明係提供一種藉由擷取虛像光點來進行曝光的曝光系統。其中，本發明的曝光系統的微透鏡組係不用傳統的透鏡結構，以使本發明的微透鏡組更易於製造，且成本更低及適用於各種尺 寸。

為達成上述目的，本發明的曝光系統包括一光源裝置、一第一透鏡組、一第二透鏡組及一微透鏡組。光源裝置係用以產生多個曝光光束。微透鏡組具有一本體。本體有多個凹透鏡。每一凹透鏡具有一頂平面及朝頂平面方向內凹的一底弧面。該些凹透鏡的頂平面係面向第一透鏡組，且其底弧面係背對該頂平面，及面向該第二透鏡組。該些曝光光束係在該些凹透鏡的底弧面的背後形成多個虛像光點。該些虛像光點構成的平面係定義為一聚焦平面。第二透鏡組係用以擷取聚焦平面上的虛像光點，且朝第二透鏡下方投影。

本發明提供另一曝光系統，其包括一透鏡組及一微透鏡組。微透鏡組係有一本體。本體有多個凹透鏡。每一凹透鏡具有一頂平面及朝頂平面方向內凹的一底弧面。該些凹透鏡的底弧面係背對頂平面，且面向透鏡組。其中，微透鏡組係接收通過透鏡組的多個曝光光束。該些曝光光束係在該些凹透鏡的底弧面的背後形成多個虛像光點。該些虛像光點構成的平面係定義為一聚焦平面用。透鏡組係擷取聚焦平面上的該些虛像光點，且朝該透鏡組的下方投影。

為達成上述目的，本發明還提供一種微透鏡組，包括一本體。本體具有一體成型的多個凹透鏡，每一凹透鏡具有一頂平面及朝頂平面方向內凹的一底弧面。

如此，本發明的曝光系統的第二透鏡組係以擷取微透鏡組上方聚焦平面的虛像光點來進行隨後的曝光作業，故與傳統無光罩曝光系統的第二透鏡組擷取微透鏡組上的實像光點不同。又，由於第二透鏡組是擷取虛像光點，因此，本發明的微透鏡組係不用填充光固化樹脂，以簡化製程及降低成本。

有關本發明所提供之曝光系統及其微透鏡組的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

10‧‧‧微透鏡組

11‧‧‧本體

111‧‧‧凹透鏡

113‧‧‧頂平面

115‧‧‧底弧面

117‧‧‧牆頂端

13‧‧‧透明鏡片

30‧‧‧曝光系統

31‧‧‧光源裝置

311‧‧‧光源

313‧‧‧反射鏡

315‧‧‧數位微鏡片裝置

33‧‧‧第一透鏡組

35‧‧‧第二透鏡組

37‧‧‧微透鏡組

371‧‧‧凹透鏡

373‧‧‧頂平面

375‧‧‧底弧面

50、L‧‧‧曝光光束

70、80‧‧‧被曝光物

90‧‧‧傳統無光罩曝光系統

91‧‧‧光源

92‧‧‧反射鏡

93‧‧‧數位微鏡片裝置

94‧‧‧第一透鏡組

95‧‧‧第二透鏡組

96‧‧‧微透鏡組

961‧‧‧透鏡

962‧‧‧透明保護板

963‧‧‧濾光片

964‧‧‧空隙

965‧‧‧透明基板

966‧‧‧凹槽

967‧‧‧光固化樹脂

L1、L2‧‧‧光線

L3、51‧‧‧虛線

F‧‧‧虛像光點

P、39、39a‧‧‧聚焦平面

第1圖是本發明的微透鏡組的實施例的示意圖。

第2圖是第圖第1圖中微透鏡組的光學示意圖。

第3圖是本發明的曝光系統的實施例的示意圖。

第4圖是第3圖中橢圓實線圈選範圍的放大示意圖。

第5圖是本發明的曝光系統的另一微透鏡組的光學示意圖。

第6圖是傳統無光罩曝光系統的示意圖。

第7圖是第6圖中微透鏡組的光學示意圖。

第8圖是省略第7圖的濾光片的傳統微透鏡組的實際結構示意圖。

以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本發明的曝光系統及其微透鏡組的組成構件及達成功效來作說明。然各圖式中曝光系統及其透鏡組的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。

如第1圖所示，本發明的微透鏡組10包括一本體11及一透明鏡片13。本體11包括多個凹透鏡111，該些凹透鏡111係相鄰間隔排列，該些透鏡111係一體成型的結構，本實施例中該些透鏡111係藉由虛線來區隔，但實際上虛線是不存在。每一凹透鏡111具有一頂平面113及一底弧面115。底弧面115係朝頂平面113方向內凹。

透明鏡片13係連接本體11，且面對該些凹透鏡111的底弧面115，換言之，透明鏡片13係遮蓋該些凹透鏡111，透明鏡片13係用以保護相鄰的凹透鏡111之間的牆頂端117，以避免牆頂端117因碰撞或搖晃而發生斷裂。

如此，由於本發明的微透鏡組10不需要在凹透鏡111的底弧面115與透明鏡片13之間填充光固化樹脂，所以也不會有需要移除多餘光固化樹脂的製程，因此，本發明的微透鏡組10係可有效降低製造成本及簡化製程，並可適用於各種尺寸。

此外，由於本發明不用填充光固化樹脂，因此，也無需 藉由透明鏡片13來保護光固化樹脂，故透明鏡片13係可以被省略。

如第2圖所示，因為微透鏡組10是由該些凹透鏡111組成，且以石英材質為例，折射率為1.47，凹透鏡111外部的空氣折射率為1，因此，當光線L1從微透鏡組10的本體11的凹透鏡111的頂平面113射入時，入射光線通過凹透鏡111的底弧面115後出光線L2會發散，也就是折射率從大變小，因此而不會形成實像焦點，故不適用於曝光作業。

但這些發散的光線L2向反方向延伸(圖中虛線L3)，則可發現仍會聚焦在凹透鏡111的頂平面113上方，也就是在凹透鏡111的頂平面113上方形成多個虛像(virtual image)光點F，該些虛像光點F構成的平面係定義為一聚焦平面P上。

在物理上，該些虛像光點F可以被肉眼及攝像系統從凹透鏡111的底弧面115向上來觀察，但不能被用來作曝光。

如第3圖所示，本發明的曝光系統30係可應用於設計及製造印刷電路板(printed circuit board,PCB)、液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)、生物感測器(biosensor)、微機電(microelectromechanical system,MEMS)等。曝光系統30包括一光源裝置31、一第一透鏡組33、一第二透鏡組35及一微透鏡組(microlens array,MLA)37。

其中，光源裝置31包括一光源311、一反射鏡313及數位微鏡片裝置(digital micromirror device,DMD)315，其主要目的是用以產生多個曝光光束50，但光源裝置31、第一透鏡組33及第二透鏡組35已揭露於習知技術中，故不再贅述。

微透鏡組37的結構及光學特性係與第1及2圖所述的微透鏡組10相同，於此不在贅述。微透鏡組37係設在第一透鏡組33及第二透鏡組35之間。

如第4圖所示，該圖係顯示第3圖中橢圓粗虛線圈選範圍的放大示意圖。微透鏡組37的本體的凹透鏡371的頂平面373係面向第一透鏡組33(如第3圖所示)，其底弧面375係面向第二透鏡組35，該些曝光光束50在通過該些凹透鏡371時，於該些凹透鏡371的頂平 面373上方形成虛像光點F，圖中聚焦平面39也是由該些虛像光點F組成，第二透鏡組35係用以擷取聚焦平面39上的該些虛像光點F，且朝第二透鏡組的向方投影，也就是對被曝光物70進行曝光(如第3圖所示)。

由於本發明的第二透鏡組係藉由擷取聚焦平面39上的虛像光點F，虛像光點F是於通過凹透鏡371的曝光光束50向後延伸的光路(圖中虛線51)聚焦形成，因此，本發明係不用考量微透鏡組中光固化樹脂的厚度及其結構，且可藉由調整第二透鏡組35與凹透鏡371的底弧面375曲率(也就是虛像光點F成像位置或聚焦平面的位置)來達成調整曝光光束範圍及強度。

雖然前述實施例中聚焦平面39都是位在微透鏡組37的背後，但實際上，聚焦平面39也可以在微透鏡組37內，如第5圖所示，也就是凹透鏡371的頂平面373及底弧面375之間，故聚焦平面39a的位置是不以位在微透鏡組37外為限。

此外，雖然本實施例係藉由與前案相同的曝光系統為例來說明，但實際上，本發明的微透鏡組及藉由第二透鏡組擷取虛像光點的技術也可以應用於其他曝光系統，故不以本實施例所述為限。

如此，由於本發明是藉由光學處理來對基板進行曝光，且可藉由控制分光裝置的數位微鏡片裝置的鏡片來調整每一曝光光束的投影方向，因此，本發明的曝光系統係可較傳統光罩提供更高解析度的曝光，且無需針對被曝光物的圖案(pattern)來設計對應的光罩，故可省略光罩的成本。

再者，由於本發明的微透鏡組無需填充光固化樹脂，因此，可使微透鏡組的製造成本降低及更適於大尺寸的曝光。

最後，再次強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

30‧‧‧曝光系統

31‧‧‧光源裝置

311‧‧‧光源

313‧‧‧反射鏡

315‧‧‧數位微鏡片裝置

33‧‧‧第一透鏡組

35‧‧‧第二透鏡組

37‧‧‧微透鏡組

373‧‧‧頂平面

39‧‧‧聚焦平面

50‧‧‧曝光光束

70‧‧‧被曝光物

Claims (8)

1. 一種曝光系統，包括：一光源裝置，係用以產生多個曝光光束；一第一透鏡組；一第二透鏡組；及一微透鏡組，係有一本體，該本體有多個凹透鏡，每一凹透鏡具有一頂平面及朝該頂平面方向內凹的一底弧面，該些凹透鏡的頂平面係面向該第一透鏡組，該些凹透鏡的底弧面係背對該頂平面，且面向該第二透鏡組；其中，該些曝光光束係在該些凹透鏡的底弧面的背後形成多個虛像光點，該些虛像光點構成的平面係定義為一聚焦平面，該第二透鏡組係用以擷取該聚焦平面上的該些虛像光點，且朝該第二透鏡組的下方投影。
2. 如申請專利範圍第1項所述的曝光系統，其中，該微透鏡組還有一透明鏡片，係連接該本體，且面對該些凹透鏡的底弧面。
3. 如申請專利範圍第1項所述的曝光系統，其中，該聚焦平面係位在該些凹透鏡的底弧面及頂平面之間。
4. 一種曝光系統，包括：一透鏡組；及一微透鏡組，係有一本體，該本體有多個凹透鏡，每一凹透鏡具有一頂平面及朝該頂平面方向內凹的一底弧面，該些凹透鏡的底弧面係背對該頂平面，且面向該透鏡組；其中，該微透鏡組係接收通過該透鏡組的多個曝光光束，該些曝光光束係在該些凹透鏡的底弧面的背後形成多個虛像光點，該些虛像光點構成的平面係定義為一聚焦平面，該透鏡組係擷取該聚焦平面上的該些虛像光點，且朝該透鏡組的下方投影。
5. 如申請專利範圍第4項所述的曝光系統，其中，該微透鏡組還有一透明鏡片，係連接該本體，且面對該些凹透鏡的底弧面。
6. 如申請專利範圍第4項所述的曝光系統，其中，該聚焦平面係位在該些凹透鏡的底弧面及頂平面之間。
7. 一種曝光系統的微透鏡組，包括一本體，本體具有一體成型的多個凹透鏡，每一凹透鏡具有一頂平面及朝該頂平面方向內凹的一底弧面。
8. 如申請專利範圍第7項所述的曝光系統的微透鏡組，還有一透明鏡片，係連接該本體，且面對該些凹透鏡的底弧面。