TW201812458A

TW201812458A - 直接成像曝光裝置及方法

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Publication number: TW201812458A
Application number: TW105129828A
Authority: TW
Inventors: 陳宏男
Original assignee: 陳宏男
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-04-01

Abstract

本發明揭示一種直接成像曝光裝置及方法，用於解決習知裝置曝光時間長問題。該直接成像曝光裝置包含一光源模組，產生一曝光用光束照射一感光複合材料；及一調控單元，電性連接該光源模組，於該感光複合材料表面設定照光區域與非照光區域之邊界，控制該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動，在該照光區域範圍內，設定離該邊界一寬度內涵蓋的面積為一環牆區域，其餘面積為一封頂區域，該封頂區域的單位面積曝光能量小於該環牆區域的單位面積曝光能量，使該環牆區域內的感光複合材料全部聚合，該封頂區域內的感光複合材料表面聚合。藉此，可解決上述問題。

Description

直接成像曝光裝置及方法

本發明係關於一種曝光裝置；特別是關於一種直接成像曝光裝置。

在電子相關產品(如：半導體晶圓、液晶顯示裝置、光罩用、光碟用或配線用基板等)製造領域中，通常會利用曝光(exposure)、顯影(development)及蝕刻(etching)等製程形成所需的電子元件或連接線路。以配線基板為例，可於絕緣基板的表面形成導電層，再利用感光性樹脂的曝光、顯影等製程形成期望的圖案(pattern)作為遮罩(mask)，使導電層被選擇性的蝕刻形成適當的配線基板。其中，該感光性樹脂本身亦可為成品之一部分，如：作為電路板增層法之絕緣層或是作為表面防焊油墨。

在曝光製程中，曝光對象物可在基板表面形成抗蝕劑膜(如感光性樹脂膜等)，如：正型感光材料經由曝光顯影後可分解，負型感光材料經由曝光顯影後可聚合，用於照光描繪預定的圖案，以便去除或保留預定圖案。

習知曝光方式可由預定圖案製成底片，再用高功率光源(如UV光)將底片上的圖案轉移至感光材料，以快速完成曝光過程，惟其前置作業時間長，且底片圖案不能改變，無法即時因應製品尺寸進行修正而產生誤差，若圖案有缺陷更會大量複製缺陷，影響製品之良率。為解決上述利用底片曝光而間接成像之缺點，遂發展出直接成像(direct imaging)曝光方法，以同一預定功率之光源(如雷射光)對整個感光區域完整掃描，而形成預定圖案，其實施例可參酌中華民國公告第TW I279829號「雷射描繪裝置、雷射描繪方法及光罩之製造方法」專利案。惟，習知直接成像曝光方法所需的曝光時間較長，導致操作成本高，不利於量產商品，通常僅能用於少量製作樣品。

有鑑於此，有必要改善上述先前技術「直接成像的曝光所需時間長」的缺點，以符合實際需求，提升其實用性。

本發明係提供一種直接成像曝光裝置，可有效縮短曝光所需時間。

本發明係提供一種直接成像曝光方法，可有效縮短曝光所需時間。

本發明揭示一種直接成像曝光裝置，可包含：一光源模組，用以產生一曝光用光束照射一曝光對象物披覆的感光複合材料；及一調控單元，電性連接該光源模組，於該感光複合材料表面設定照光區域與非照光區域之邊界，控制該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動，在該照光區域範圍內，設定離該邊界一寬度內涵蓋的面積為一環牆區域，其餘面積為一封頂區域，該封頂區域的單位面積曝光能量小於該環牆區域的單位面積曝光能量，使該環牆區域投影範圍內的感光複合材料全部聚合，該封頂區域投影範圍內的感光複合材料表面聚合。

本發明另揭示一種直接成像曝光方法，其步驟可包含：於一曝光對象物披覆之感光複合材料表面設定照光區域與非照光區域之邊界，在該照光區域範圍內，設定離該邊界一寬度內涵蓋的面積為一環牆區域，其餘面積為一封頂區域；及控制一曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動，該封頂區域的單位面積曝光能量小於該環牆區域的單位面積曝光能量，使該環牆區域投影範圍內的感光複合材料全部聚合，該封頂區域投影範圍內的感光複合材料表面聚合。

所述曝光對象物可設置於一載台，該載台可電性連接該調控單元，該調控單元可控制該載台水平移動，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動；所述調控單元可控制該光源模組之曝光用光束偏向，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動；所述調控單元可利用一微型鏡片陣列控制該光源模組之曝光用光束分散，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內形成一維或二維圖像；所述曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動時，該曝光用光束依序曝射該照光區域的不同位置，該調控單元可隨該照光區域的位置調變該一維或二維圖像。藉此，可依實際需求由移動載台、光束偏光或形成圖像等方式擇一或同時控制該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動，以便加速完成曝光過程，且可對特定位置、圖案進行照光。

所述曝光用光束於該封頂區域的單位面積照射時間可小於該環牆區域的單位面積照射時間；所述曝光用光束於該封頂區域的單位面積照射強度可小於該環牆區域的單位面積照射強度。藉此，該封頂區域的單位面積照射時間或強度可減少，可以節省曝光過程的時間及耗能成本。

上揭直接成像曝光裝置及方法係將照光區域分為環狀的環牆區域及位於其內部的封頂區域，由於該封頂區域的單位面積曝光能量小於該環牆區域的單位面積曝光能量，該封頂區域的單位面積照射時間或強度可減少，可以達成「節省曝光過程的時間及耗能成本」等功效，改善習知直接成像曝光方法「操作成本高，不利於量產商品，僅能用於少量製作樣品」等問題，更可適用於改良現有直接成像曝光裝置，以便在不更換設備的情況下節省製程成本。

上揭曝光方式完成後，還可再以顯影製程除去未曝光之感光複合材料。之後，還可以再針對感光複合材料施加全面性曝光，使該封頂區域的感光複合材料可以全部聚合，而非僅是表面聚合。如此，可以確保所有曝光區域的感光複合材料皆為全部聚合。此全面曝光方式因為不需要光罩，可以使用高功率光源直接曝光，因此時間極短，成本極低，可用於改善現有設備的曝光效能。

1‧‧‧光源模組

2‧‧‧調控單元

3‧‧‧載台

A‧‧‧曝光對象物

A1‧‧‧感光複合材料

B‧‧‧非照光區域

L‧‧‧曝光用光束

L_R‧‧‧曝光用光束的照射位置

R‧‧‧照光區域

R1‧‧‧環牆區域

R2‧‧‧封頂區域

S1‧‧‧設定步驟

S2‧‧‧照光步驟

U‧‧‧照光區域與非照光區域的邊界

w‧‧‧寬度

第1圖：係本發明之直接成像曝光裝置實施例的使用示意圖。

第2圖：係本發明之環牆區域與封頂區域的平面上視圖。

第3圖：係本發明之環牆區域、封頂區域之投影範圍內的感光複合材料形成聚合結構時的剖視比對圖。

第4圖：係本發明之直接成像曝光方法實施例的流程示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明全文所述之「曝光」，係指利用一光源照射感光材料，使感光材料的一部或全部表面曝露在該光源下，而改變感光材料之結構，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參閱第1圖所示，其係本發明之直接成像曝光裝置實施例的使用示意圖。其中，該直接成像曝光裝置可包含一光源模組1及一調控單元2，該調控單元2電性連接該光源模組1，用以控制該光源模組1產生光束照射一曝光對象物A(如：半導體晶圓、液晶顯示裝置、光罩用、光碟用或配線用基板等)，該曝光對象物A表面披覆一感光複合材料A1(如：披覆一層負型感光材料等)。以下舉例說明其實施態樣，惟不以此為限。

舉例而言，如第1圖所示，該光源模組1為任何可產生曝光用光束L的裝置，如：具備電激發光及偏光微調功能之雷射發光裝置或是發光二極體等，其係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，在此容不贅述。該光源模組1可產生一曝光用光束L，用以照射該曝光對象物A披覆的感光複合材料A1，在此例中，係以負型感光材料作為實施態樣說明。

另，該調控單元2可內建一調控邏輯(如：軟體程式或硬體電路等)，該調控單元2可連結一資料庫，以便讀取曝光相關的參數等，用以執行一曝光量調控作業。如第2圖所示，該調控單元2可依據該資料庫及調控邏輯，於該感光複合材料A1表面設定照光區域R與非照光區域B之邊界U，該照光區域R排除非照光區域B，該調控單元2可經由該光源模組1控制該曝光用光束L的照射位置於該照光區域R內移動，如：沿一路徑迂迴掃描該照光區域R內的所有位置等，惟不以此為限。

其中，該調控單元2可在該照光區域R範圍內，設定離該邊界U一寬度w內涵蓋的面積為一環牆區域R1，其餘面積為一封頂區域R2，該封頂區域R2的單位面積曝光能量小於該環牆區域R1的單位面積曝光能量，如：該曝光用光束L於該封頂區域R2的單位面積照射時間小於該環牆區域R1的單位面積照射時間，或者，該曝光用光束L於該封頂區域R2的單位面積照射強度(如：200~500mJ/cm²)小於該環牆區域R1的單位面積照射強度(如：600mJ/cm²)等，如第3圖所示，使該環牆區域R1投影範圍內的感光複合材料A1全部聚合，該封頂區域R2投影範圍內的感光複合材料A1表面聚合。

此外，請再參閱第1圖所示，該曝光對象物A可設置於一載台3，該載台3可為一多軸移動平台，該載台3可電性連接該調控單元2，該調控單元2可控制該載台3水平移動，如：利用不同軸向伸縮作動的線性馬達控制該載台3的水平移動量等，該調控單元2還可控制該光源模組1之曝光用光束L偏向，如：偏離原本的出光方向，使該曝光用光束L的照射位置L_R於該照光區域R內移動，惟不以此為限。

此外，本發明之直接成像曝光裝置實施例還可包含一微型鏡面陣列(Micro Lens Array，圖未繪示)，該微型鏡面陣列可相對該光源模組1設置，且可電性連接該調控單元2，其設置方式係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，在此容不贅述。該調控單元2可利用該微型鏡片陣列控制該光源模組1之曝光用光束L，該曝光用光束L可先經過該微型鏡面陣列反射分散，如：分成一維或二維排列之光線圖像，使該曝光用光束L的照射位置L_R於該照光區域R內形成一維或二維圖像，如：該微型鏡片陣列上每一個單獨的鏡片皆可以獨立控制是否將該曝光用光束L反射到照射位置L_R，藉由控制該微型鏡片陣列可以單次反射出一個區域的圖形，欲曝光之圖形藉由該微型鏡片陣列之各鏡面排列成形後，即可用小區域面積為單位做移動式掃描，當該曝光用光束L的照射位置於該照光區域R內移動時，該曝光用光束L可依序曝射該照光區域R的不同位置，該調控單元2可隨該照光區域R的位置調變該微型鏡片陣列所產生的一維或二維圖像，惟不以此為限。

請參閱第4圖所示，其係本發明之直接成像曝光方法實施例的流程示意圖。請一併參閱第1圖所示，其中，該直接成像曝光方法可應用於習知直接成像曝光裝置或本發明之直接成像曝光裝置實施例，在此實施例中，該直接成像曝光方法之步驟可由該調控單元2控制該光源模組1、載台3而執行，該直接成像曝光方法可包含一設定步驟S1及一照光步驟S2。

請再參閱第1及4圖所示，該設定步驟S1係可於該曝光對象物A披覆之感光複合材料A1表面設定該照光區域R與非照光區域B之邊界U，在該照光區域R範圍內，設定離該邊界U該寬度d內涵蓋的面積為該環牆區域R1，其餘面積為該封頂區域R2。

請再參閱第1及4圖所示，該照光步驟S2係可控制該曝光用光束L的照射位置L_R於該照光區域R內移動，該封頂區域R2的單位面積曝光能量小於該環牆區域的單位面積曝光能量，使該環牆區域R1投影範圍內的感光複合材料全部聚合，該封頂區域投影範圍內的感光複合材料表面聚合，其實施方式已說明如上，在此容不贅述。

請再參閱第1至3圖所示，本發明之直接成像曝光裝置及方法使用時，可應用於半導體晶圓、液晶顯示裝置、光罩用、光碟用或配線用基板等製造領域。以配線基板為例，可於一基板的表面形成導電層，其上再利用負型感光性樹脂作為該感光複合材料A1，以便對該感光複合材料A1進行上述曝光過程，使該環牆區域R1投影範圍內的感光複合材料A1全部聚合，該封頂區域R2投影範圍內的感光複合材料A1表面聚合。

如第3圖所示，縱使該封頂區域R2投影範圍內的感光複合材料A1僅表面聚合，惟因該環牆區域R1投影範圍內的感光複合材料A1全部聚合，形成保護該照光區域R不受顯影劑侵蝕的擋牆構造，經過顯影過程後，仍僅去除該感光複合材料A1於照光區域R外的部分(即無需照光的範圍B)，該照光區域R內的部分不受侵蝕，以形成預定的圖案作為遮罩，使導電層被選擇性的蝕刻形成的配線基板。

相較於習知曝光方法以同一預定功率之光源對感光區域完整掃描，使所有曝光區域的感光複合材料皆全部聚合，本發明上述實施例在無須更動感光材料或光源的情況下，僅需對曝光過程產生的曝光用光束L強度或時間依不同照射位置進行微調，例如：習知曝光方法對同一照光區域R所需的總曝光能量為600mJ*100%=600mJ，本發明之同一照光區域R的環牆區域R1之總曝光能量為600mJ，該封頂區域R2之總曝光能量為400mJ，若該封頂區域R2佔照光區域R之面積百分比為90%，該環牆區域R1佔照光區域R之面積百分比為10%，則本發明之方法實施例的照光區域R所需的平均曝光能量為600mJ*10%+400mJ*90%=420mJ，本發明之方法實施例的曝光能量(420mJ)僅為習知曝光能量(600mJ)的70%，更已克服習知「同一照光區域所需的單位面積曝光能量係為等量」技術偏見。

特別注意的是，本發明之照光區域R分為環狀的環牆區域R1及位於其內部的封頂區域R2，該封頂區域R2的單位面積曝光能量小於該環牆區域R1的單位面積曝光能量，該封頂區域R2的單位面積照射時間或強度可減少，可以達成「節省曝光過程的時間及耗能成本」等功效，改善習知直接成像曝光方法「操作成本高，不利於量產商品，僅能用於少量製作樣品」等問題。

因此，本發明上述實施例可節省曝光過程的時間及耗能成本，並可形成預定的圖案作為遮罩，以便製造半導體晶圓、液晶顯示裝置、光罩用、光碟用或配線用基板等產品，本發明之方法實施例更可適用於改良現有直接成像曝光裝置，以便在不更換設備的情況下節省製程成本。

本發明上述實施例之曝光方式完成後，還可再以顯影製程除去未曝光之感光複合材料。之後，還可以再針對感光複合材料施加全面性曝光，使該封頂區域的感光複合材料可以全部聚合，而非僅是表面聚合。如此，可以確保所有曝光區域的感光複合材料皆為全部聚合，此全面曝光方式因為不需要光罩，可以使用高功率光源直接曝光，因此時間極短，成本極低，可用於改善現有設備的曝光效能。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種直接成像曝光裝置，係包含：一光源模組，用以產生一曝光用光束照射一曝光對象物披覆的感光複合材料；及一調控單元，電性連接該光源模組，於該感光複合材料表面設定照光區域與非照光區域之邊界，控制該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動，在該照光區域範圍內，設定離該邊界一寬度內涵蓋的面積為一環牆區域，其餘面積為一封頂區域，該封頂區域的單位面積曝光能量小於該環牆區域的單位面積曝光能量，使該環牆區域投影範圍內的感光複合材料全部聚合，該封頂區域投影範圍內的感光複合材料表面聚合。
根據申請專利範圍第1項所述的直接成像曝光裝置，其中該曝光對象物設置於一載台，該載台電性連接該調控單元，該調控單元控制該載台水平移動，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動。
根據申請專利範圍第1或2項所述的直接成像曝光裝置，其中該調控單元控制該光源模組之曝光用光束偏向，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動。
根據申請專利範圍第1或2項所述的直接成像曝光裝置，其中該調控單元利用一微型鏡片陣列控制該光源模組之曝光用光束分散，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內形成一維或二維圖像。
根據申請專利範圍第4項所述的直接成像曝光裝置，其中該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動時，該曝光用光束依序曝射該照光區域的不同位置，該調控單元隨該照光區域的位置調變該一維或二維圖像。
根據申請專利範圍第1或2項所述的直接成像曝光裝置，其中該曝光用光束於該封頂區域的單位面積照射時間小於該環牆區域的單位面積照射時間。
根據申請專利範圍第1或2項所述的直接成像曝光裝置，其中該曝光用光束於該封頂區域的單位面積照射強度小於該環牆區域的單位面積照射強度。
一種直接成像曝光方法，其步驟包含：於一曝光對象物披覆之感光複合材料表面設定照光區域與非照光區域之邊界，在該照光區域範圍內，設定離該邊界一寬度內涵蓋的面積為一環牆區域，其餘面積為一封頂區域；及控制一曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動，該封頂區域的單位面積曝光能量小於該環牆區域的單位面積曝光能量，使該環牆區域投影範圍內的感光複合材料全部聚合，該封頂區域投影範圍內的感光複合材料表面聚合。
根據申請專利範圍第8項所述的直接成像曝光方法，其中該曝光對象物受控制而水平移動，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動。
根據申請專利範圍第8或9項所述的直接成像曝光方法，其中該曝光用光束受控制而偏向，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動。
根據申請專利範圍第8或9項所述的直接成像曝光方法，其中該曝光用光束受控制而分散，使該曝光用光束的照射位置於該照光區域內形成一維或二維圖像。
根據申請專利範圍第11項所述的直接成像曝光方法，其中該曝光用光束的照射位置於該照光區域內移動時，該曝光用光束依序曝射該照光區域的不同位置，並隨該照光區域的位置調變該一維或二維圖像。
根據申請專利範圍第8或9項所述的直接成像曝光方法，其中該曝光用光束於該封頂區域的單位面積照射時間小於該環牆區域的單位面積照射時間。
根據申請專利範圍第8或9項所述的直接成像曝光方法，其中該曝光用光束於該封頂區域的單位面積照射強度小於該環牆區域的單位面積照射強度。