TW201629637A - 用於從探照燈提供均勻亮度至影像區域的方法 - Google Patents

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Abstract

本案介紹一種方法，該方法用於在直接成像微影術應用中從探照燈提供均勻亮度至待曝露之影像區域上，該方法包括：捕獲來自探照燈之第一影像，該第一影像表示影像區域上之亮度分佈；將該第一影像細分為一定數量個行；計算每一行之平均亮度值；產生亮度影像輪廓；及將亮度影像輪廓疊加在將由探照燈曝露之影像上。

Description

用於從探照燈提供均勻亮度至影像區域的方法
本發明係關於用於從探照燈提供均勻亮度至影像區域之方法。
與使用諸如接觸膜之傳統技術之傳統微影術系統相比，在微影術應用中使用電子探照燈提供多個優勢：
‧藉由僅變更SW檔案而非變更實體膜來變更將曝露之原圖檔案的能力
‧如若介質中有任何實體變更(例如針對多層印刷電路板(PCB))，則調整原圖輪廓(比例及旋轉)以使原圖適合於該介質之能力
‧在某種使用之後，薄膜將由於例如溫度而磨損，而使用電子探照燈之曝露可以幾乎無限制的循環使用。
可利用電子探照燈之典型微影術應用是：‧電子裝置之製造，如印刷電路板、觸控面板及微電子電路；‧三維迅速製造及原型設計機器，亦稱為三維(3D)列印機。
與在電子裝置製造中相比，電子探照燈在三維迅速製造應用中的使用時段更久。此主要由於以下兩個原因：
‧對於面板尺寸最大達1平方公尺的電子裝置而言，曝露區域在傳統上更大
‧電子裝置目標尺寸較小，意謂著解析度較高
曝露區域與投射影像之尺寸有關。增大影像大小將提供較大像素大小並降低解析度。此特性對於三維迅速製造產品而言比對於電子裝置更可接受。
在仍維持高解析度的同時獲得較大曝露區域的一個方式是將一個或多個電子探照燈移動經過介質上方，同時利用較小影像曝露。第6圖圖示該種製程的實例。
曝露單元與介質之間的相對位置每次移動一距離，該距離對應於曝露影像中之一個或多個像素列，運動控制器便向曝露單元施加觸發信號。由此，在曝露單元上建立新影像。此方法往往被稱作影像翻捲，因為曝露圖案在視覺上似乎在介質上方翻捲。
在已使用靜態電子探照燈之應用中(如在傳統三維迅速製造應用中)，介質中每一點接收來自電子探照燈中一個特定像素的光能。所接收能量之量由光存在的時段限定。在影像翻捲應用中，介質中每一點接收來自影像中的像素行中所有像素的光能脈衝。介質中之點接收到的總能等於來自像素行之所有該等光脈衝之光能之和。
所有該等應用的共同點是影像中之光的亮度均勻性需十分優良以在介質上獲得正確曝光品質。例如，不均勻亮度分佈將導致向影像中一些部分提供比其他部分更多的能量。當在光聚合材料上曝露時，此意謂著一些部分將比其他部分更快地曝露，或甚至曝露過度。對於PCB微影術而言，此將導致過度曝露區域的線比曝露不足區域的線更粗。此並不可取。
在利用靜態電子探照燈之應用中，已開發了專利方法。該等技術包括使用疊加灰階影像以補償亮度不均勻性。在補償之後，曝露影像中之每一像素將向介質遞送相同光能。在利用DLP技術之電子探照燈中，藉由使用分時多工技術獲得灰階影像，在該情況下，DMD上之像素鏡在高頻下開啟或關閉。
然而，在影像翻捲應用中，此灰階技術不能使用，因為當影像以高速翻捲時，像素鏡之圖框速率(轉換頻率)已接近DMD的可容許最大值。高速導致觸發脈衝從馬達控制器以高速率被施加至曝露單元內。由於每一觸發脈衝導致DMD上建立新影像，因此DMD圖框速率將極高。翻捲速度與介質的光能靈敏度有關。在立體微影術(三維)應用中，此值處於10-20mJ/cm2，而在PCB微影術中，此值在10-50mJ/cm2中變化。如若光功率在2-3W範圍內，則速度將為約400mm/s，在像素大小為約11μm之情況下提供高達19kHz的圖框速率。此極為接近DMD之最大圖框速率。此意謂著DMD 在影像翻捲期間無法支援灰階，因為灰階是藉由提供具有可變歷時(脈寬調變(Pulse Width Modulation；PWM))的光圖案而製作的。為以19kHz之圖框速率製造灰階，每一影像圖框必須具有持續短至完整主圖框時長1/256(在8位元灰階位準下)的影像子集，該主圖框需要4.9MHz之圖框速率，此更遠遠超出DMD之最大圖框速率。
由於介質中每一點經受來自影像行中全部像素的光能，因此像素行(一維)之間的光能不均勻性需要補償，而非補償曝露影像(二維)中每一像素之間的光能不均勻性，後者為傳統灰階亮度均勻性技術之情況。此在暗含子像素化技術的情況下尤其重要：
為獲得高於天然像素大小的解析度，利用暗含翻捲使用之不同技術。PCB微影術應用中尤其需要高解析度，因為線寬不斷減少，而速度需求(產量)卻始終很高，因此暗示曝露影像大小不能過於小。當應用該種子像素化技術時，如PAT EP2056165與相關專利案中描述的技術，影像被分成子影像(第4圖)。全部子影像必須經受同等的亮度均勻性補償。只能在補償了曝露影像中每一行的情況下應用此技術，而非在曝露影像中每一個像素得到補償的情況下應用。
CA 2888844描述用於產生單色光分佈的方法。然而，此文件未解決在使用子像素化/光學多工以 便獲取更高解析度時出現的上述問題。此文件未解決此問題，而結果將是子影像將不具有所需均勻性。
102‧‧‧電子影像探照燈
103‧‧‧白色影像
104‧‧‧光功率計
105‧‧‧曝露台
201‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟
203‧‧‧黑色行
204‧‧‧對應列
206‧‧‧靜態影像重疊
207‧‧‧曝露圖案
208‧‧‧第一曝露影像
209‧‧‧第二曝露影像
210‧‧‧影像
211‧‧‧影像
212‧‧‧翻捲軸
301‧‧‧靜態重疊影像
302‧‧‧靜態影像重疊
401‧‧‧子輪廓
402‧‧‧子輪廓
403‧‧‧子輪廓
404‧‧‧子輪廓
501‧‧‧馬達控制器
502‧‧‧電子探照燈
503‧‧‧箭頭
504‧‧‧投射光束
505‧‧‧介質
506‧‧‧曝露台
601‧‧‧翻捲軸
602‧‧‧像素列
603‧‧‧曝露影像
604‧‧‧曝露影像
605‧‧‧曝露影像
606‧‧‧曝露影像
607‧‧‧曝露圖案
現將以實例與參考附圖之方式描述本發明。
第1圖圖示一方法之測量設置，該方法用於從探照燈提供均勻亮度至待曝露之影像區域上。
第2圖圖示第1圖之方法的更多細節。
第3圖圖示第1圖之方法的一步驟之細節。
第4圖圖示繪製輪廓子過程實例。
第5圖圖示影像翻捲過程。
第6圖圖示影像翻捲過程中之影像的建立。
第1圖圖示一方法實例，該方法用於從探照燈提供均勻亮度至待曝露之影像區域上。該方法包括測量設置以捕獲電子影像探照燈102之亮度均勻性特徵。白色影像103之投射光束產生影像，該影像被置於曝露台105上之焦平面中之CCD攝像機或光功率計104捕獲。此第一影像表示影像區域上之亮度分佈。測量方法之此第一步驟亦可用於傳統的灰階亮度均勻性技術。
在第2a圖至第2d圖中進一步視像化該方法。第2a圖及第2b圖描述沿被第1圖中的CCD攝像機或光功率計捕獲的白色影像之行長度的不同測得亮度位準(201)之視像化。對針對每一行所有測得的亮度位準(本案中以25行為例)進行平均(202)。
第2c圖描述靜態重疊影像，其中每一黑色行203之高度反映所捕獲影像上對應列204的平均亮度位準。如若一行之平均亮度位準較低，則所產生的靜態影像中之黑色行之高度較小。
在接收到觸發信號時，新影像在曝露單元上建立，由此從1號曝露影像208變更至2號曝露影像209，等等，如第2d圖中所圖示。該圖描述影像翻捲過程，其中在影像翻捲期間，曝露圖案207被曝露至介質上。DMD上顯示的每一影像(本案中視像化為4個影像208至211)曝露在介質上，而電子探照燈相對於介質而沿與運動速度同步的翻捲軸212移動。每一影像(視像化為影像208至211中之影像)經受靜態影像重疊206，該重疊儲存在電子探照燈中，反映亮度均勻性。靜態重疊影像中每一黑色行之高度將決定有多少光能將曝露在介質上以用於所得行。由此，在每一影像已在靜態重疊影像上翻捲之後，將補償亮度不均勻性。
依據影像解析度及影像不均勻性之動態範圍，行解析度可改變。如若亮度不均勻性較嚴重，亦即不均勻性動態範圍較大，則將比亮度均勻性較不嚴重之情況需要更高的行解析度。解析度增大(亦即行變細)導致行間亮度差更小，且所得影像中的均勻性由此更佳。第3圖中描述此情況。在此，301描述具有高密度(高行數)的靜態重疊影像。當系統中之亮度均勻性較差，動態範圍較大時，需要此重疊影像。302描述行數更少 之靜態影像重疊，該重疊可用於動態範圍較低的亮度均勻性更佳的系統。
當與光學多工組合使用時，需要將靜態亮度重疊影像輪廓劃分為多個子輪廓，以便每一子輪廓中每一行經受正確亮度位準，以獲得正確影像均勻性。第4圖圖示具有四個子輪廓之該繪製輪廓子過程之一實例。添加四個子輪廓401-404將提供第2c圖之初始亮度影像輪廓。
第5圖圖示影像翻捲過程。此過程是在仍維持高解析度之同時獲得較大曝露區域之方式。在此實例中，電子探照燈502經排列以在待曝露之介質505上方移動，該介質排列在曝露台506上。在此移動期間，來自探照燈之投射光束504曝露較小影像。箭頭503顯示電子探照燈502與介質505之間的相對運動方向。在其他實施例中，可有一個以上之探照燈同時(例如平行)投射。在此實施例中，待曝露之介質505是光聚合材料，但亦可為其他類型之光敏材料。
探照燈與介質之間的相對運動可藉由移動探照燈，同時將介質固定就位而獲得，反之亦然。在第5圖中，移動探照燈，將曝露介質固定就位。探照燈或探照燈之軸承座接收來自馬達控制器501之運動信號，從而控制探照燈502與介質505之間的相對移動。曝露單元與介質之間的相對位置每次移動一距離，該距離對應 於曝露影像中之一個像素列，運動控制器便向探照燈施加觸發信號。
第6圖圖示影像翻捲過程中之影像的建立。電子探照燈與光敏介質之間的相對位置每次沿翻捲軸601移動一距離，該距離對應於曝露影像中之一個像素列602，運動控制器便向電子探照燈施加觸發信號。由此，在曝露單元上建立新影像(從一個曝露影像603變更至下一個影像604、605、606，等等)。此方法往往被被稱作影像翻捲，因為曝露圖案607在視覺上似乎沿翻捲軸601在光敏介質上方翻捲。
102‧‧‧電子影像探照燈
103‧‧‧白色影像
104‧‧‧光功率計
105‧‧‧曝露台

Claims (7)

  1. 一種方法，用於在直接成像微影術應用中從一探照燈提供均勻亮度至待曝露之一影像區域上，該方法包括以下步驟：-捕獲來自該探照燈之一第一影像，該第一影像表示該影像區域上方之該亮度分佈；-將該第一影像細分為一定數量個行；-計算每一行之一平均亮度值；-產生一亮度影像輪廓，其中，如若待曝露之該影像被分為子影像以獲得更高解析度，則該亮度影像輪廓被細分為一定數量個影像子輪廓，該等子輪廓對應於該數個子影像；及-將該亮度影像輪廓疊加在將藉由該探照燈而曝露之該影像上。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該亮度影像輪廓向該探照燈提供一靜態重疊影像。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該第一影像藉助於排列在該探照燈之該焦平面中之一CCD攝像機或光功率感測器被捕獲，且該捕獲影像被傳輸至該探照燈以用於後續步驟。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該探照燈是一空間光調變器，如一DMD裝置。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該亮度影像輪廓表示每一行之時段，該探照燈在該時段內將不向該影像區域發射任何光。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該等行之寬度依據該亮度分佈之動態範圍而定。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該等行具有100像素之一寬度。
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