TW201905598A - Uv-led曝光光源系統 - Google Patents

Uv-led曝光光源系統

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Abstract

本發明關於一種UV-LED曝光光源模組，包括一曝光光源模組、一對位光源模組、沿一光軸依序排列之一光混合系統、一分光鏡與一光學系統，另還包括一檢知器及一控制單元。其中，該曝光光源模組包括多個不同波長的紫外光LED光源，用以產生多道不同波長的紫外光，以供曝光之用。該對位光源模組包括至少一可見光LED光源，用以產生至少一可見光，以供對位之用。該光混合系統係將該些紫外光混合成一混合光。該分光鏡係將該混合光分成一主光及一分光。該光學系統使該主光及來自該對位光源模組的可見光照射於一標線板。該檢知器係檢知該分光中的每一種波長的光線的能量。該控制單元係控制該些不同波長的紫外光LED光源的啟閉，並能根據該檢知器的檢知結果，調整對應波長的紫外光LED光源的光輸出。

Description

UV-LED曝光光源系統
本發明係關於一種曝光機用之光源系統，尤其是一種以紫外光發光二極體為光源之UV-LED曝光光源系統。
傳統的汞燈源紫外線曝光系統體積龐大、價格也高，並存在環保問題，業已逐漸被紫外線LED曝光系統所取代。傳統上照明系統是曝光機最關鍵的零組件之一，一般要求具有良好的照明均勻與準直性，以確保被曝件轉換出來之線寬均勻，且能量利用率應盡可能地高，以減少光能損耗，加速生產時程。
美國專利公開第2010/0283978號揭露一種以LED陣列為光源之UV-LED曝光照明系統，其混合多組LED陣列之光源來達到所需之曝光量。由於每一LED陣列光源是採用多個LED晶粒之組合，該些LED晶粒之間的非發光區域導致嚴重的光線不均，故需搭配一光管（light pipe）做勻光處理，以提高照明均勻性。
中國專利公開第106054538A號揭露一種「紫外曝光機光學混光照明系統」，其通過採用混合光源作為紫外曝光機的照明光源，有效地避免單獨波長光源照明系統所帶來的不足，結合不同波長光源的優點，有效提高紫外曝光的效率。例如採用365nm、385nm和405nm波長的混光系統，既可以通過365nm和385nm的紫外LED光源擴大感光膠的使用範圍，又可以利用405nm激光的高能量特性縮短曝光時間，從而極大地提高紫外曝光機的曝光效率。
無論如何，習知UV-LED曝光照明系統不但無法確保所輸出的紫外光的能量是否確實符合預設值，亦無法根據光阻材料特性去調整各種紫外光的混合比例，實有再加改進之必要。
鑒於習知UV-LED曝光照明系統的上述問題，本發明提供一種UV-LED曝光光源系統不但能使其所輸出的紫外光的能量確實符合預設值，還能調整各種紫外光的混合比例，從而提供良好的曝光條件。
具體而言，本發明之UV-LED曝光光源系統包括一曝光光源模組、一對位光源模組、沿一光軸依序排列之一光混合系統、一分光鏡與一光學系統，另還包括一檢知器及一控制單元。其中，該曝光光源模組包括多個不同波長的紫外光LED光源，用以產生多道不同波長的紫外光，以供曝光之用。該對位光源模組包括至少一可見光LED光源，用以產生至少一可見光，以供對位之用。該光混合系統用以接收來自該曝光光源模組之該些不同波長的紫外光，並將該些紫外光混合成一混合光。該分光鏡用以將來自該光混合系統之混合光分成一主光及一分光，該主光與分光中分別包含該些不同波長的紫外光。該光學系統用以接收來自該分光鏡之主光及來自該對位光源模組的可見光，並使其照射於一標線板。該檢知器用以接收來自該分光鏡之分光，並檢知該分光中的每一種波長的光線的能量。該控制單元連接該曝光光源模組與該檢知器，具有多個曝光工作模式，且能根據一操作者所選擇的曝光工作模式，控制該些不同波長的紫外光LED光源的啟閉，並能根據該檢知器的檢知結果，調整對應波長的紫外光LED光源的光輸出。
較佳地，本發明之UV-LED曝光光源系統中的該些紫外光LED光源係選自用以產生波長436 nm紫外光的一G光源、用以產生波長405nm紫外光的一H光源、用以產生波長365 nm紫外光的一I光源、用以產生波長248nm紫外光的一KrF光源、及用以產生波長193nm紫外光的一ArF光源等紫外光LED光源的其中二者或多者。
更佳地，本發明之UV-LED曝光光源系統的該些紫外光LED光源係選自上述的G光源、H光源與I光源，且上述控制單元的曝光工作模式至少包括以下三種： (1) 只開啟該G光源及該H光源；(2) 只開啟該I光源；及(3) 該G光源及該H光源及該I光源全開啟。
此外，本發明之UV-LED曝光光源系統的上述對位光源模組的可見光LED光源，可為一種用以產生波長546 nm可見光的E光源。或者，該對位光源模組的可見光LED光源亦可改為該E光源與一黃色光源的組合。該黃色光源係用以產生波長578 nm之可見光。其中，本發明之該控制單元還連接該對位光源模組，且具有多個對位照明模式，並能根據一操作者所選擇的對位照明模式，控制該E光源與該黃色光源的啟閉，該控制單元的對位照明模式至少包括以下三種：(1) 只開啟該E光源；(2)只開啟該黃色光源(1)；及(3)該E光源及該黃色光源全開啟。
較佳地，本發明之UV-LED曝光光源系統中的UV-LED曝光光源系統的該控制單元係能控制該些不同波長的紫外光LED光源之輸出光的混合比率。例如，在其中一曝光工作模式之下，該控制單元調整該些不同波長的紫外光LED光源及／或該可見光LED光源的輸入電力，藉以對應調高或調低其所輸出的光的能量。
更進一步地，本發明之UV-LED曝光光源系統還包括位於該分光鏡、該光學系統、與該對位光源模組之間的一二向色分束鏡，該二向色分束鏡的一表面能將該對位光源模組發出的可見光反射進入該光學系統，該二向色分束鏡的另一表面允許來自該光混合系統的該主光穿透後再進入該光學系統。
另外，本發明之UV-LED曝光光源系統還包括位於該對位光源模組與該混光系統之間的一反射鏡，用以將該對位光源模組發出的可見光反射進入該光混合系統，使得該主光與分光中還分別包含可見光。
相對於先前技術，本發明之UV-LED曝光光源系統不但可根據實際曝光需求而選擇想要的一或多種紫外光，還能分別檢知所選擇每一種紫外光的能量，並根據檢知結果來調整每一種紫外光的能量，以確保所產生的每一種紫外光都能符合預設值，解決習知UV-LED曝光光源系統無法確保所產生的每一紫外光都能符合預設值的問題。更進一步的，本發明之UV-LED曝光光源系統還能根據光阻材料特性來調整該些紫外光的混合比例，解決習知UV-LED曝光光源系統無法調整各種紫混合比例的問題。
第一圖顯示本發明之UV-LED曝光光源系統100的一個較佳實施例，其主要包括一曝光光源模組1及一對位光源模組2。顧名思義，該曝光光源模組1主要係供曝光之用，其包括多個不同波長的紫外光LED光源，用以產生多道不同波長的紫外光，該些紫外光LED光源係選自一G光源11、一H光源12、一I光源13、一KrF光源（圖未顯示）及一ArF光源（圖未顯示）其中二者或多者。其中，該G光源11係用以產生G譜線（G-line，波長436 nm）之紫外光；該H光源12係用以產生H譜線（H-line，波長405nm）之紫外光；該I光源13係用以產生I譜線（I-line，波長365 nm）之紫光；該KrF光源係用以產生波長為248nm的紫外光，該ArF光源係用以產生波長為193nm的紫外光。在此較佳實施例中，該曝光光源模組1包括該G光源11、該H光源12及該I光源13。其中該G光源11、該H光源12及該I光源13可選用圖案化藍寶石基板（patterned sapphire substrate, PSS）製作出來之發光二極體，其不僅光萃取效率遠高於傳統無圖案化藍寶石基板（conventional non-patterned sapphire substrate, CSS）製作出來之發光二極體。
該對位光源模組2係供標線板9（或光罩）與基板（圖未顯示，例如：PCB或晶圓）對位照明之用，其包括至少一可見光LED光源，用以產生至少一可見光。在此較佳實施例中，該對位光源模組2包括一E光源21及一黃色光源22。其中，該E光源21係用以產生E譜線（E-line，波長546 nm）之可見光，而該黃色光源22係用以產生波長578 nm之可見光。
此外，該光源系統100更包括一光混合系統3、一分光鏡4、一二向色分束鏡5、一光學系統6、一控制單元7及一檢知器8。其中，該光混合系統3包括三個二向色分束镜31~33，分別對應該G光源11、該H光源12及該I光源13，用以接收來自該G光源11、該H光源12及該I光源13所產生之多道不同波長的紫外光，並將其混合成一混合光，以導引至一光軸A。該分光鏡4設於該光軸A上，用以將來自該光混合系統3之混合光分成一主光L1及一分光L2。值得注意的是，該分光鏡4係將該混合光以一特定比率分開形成該主光L1及該分光L2。換言之，該混合光經過該分光鏡4之光處理後，該主光L1中仍混合有來自該G光源、該H光源及該I光源等多種波長的光線，而沒有被濾掉特定波長的光線，該分光L2亦然。該檢知器8迎面接收來自該分光鏡4之該分光，用以檢知該分光中的每一㮔波長光線的能量。
該二向色分束鏡5藉由其一表面反射該對位光源模組2發出的光線，使其進入該光學系統6，且其另一表面允許該主光L1穿透，且同樣進入該光學系統6。該光學系統6係設於該光軸A上，用以接收來自該分光鏡4之主光L1及來自該E光源21發出之光線，使其照射於一標線板9。
該控制單元7連接該曝光光源模組1，且具有如下之至少三種曝光工作模式可供選擇：(1)只開啟該G光源11及該H光源12；(2)只開啟該I光源13；及(3)該G光源11及該H光源12及該I光源13全開啟。如此，一操作者可針對不同光阻之材料特性需求而選擇對應之曝光工作模式。該控制單元7也連接該對位光源模組2，且具有如下之至少三種對位照明模式可供選擇：(1) 只開啟該E光源21；(2)只開啟該黃色光源22；及(3)該E光源21及該黃色光源22全開啟，以取得較佳的照明環境以供對位。簡言之，該控制單元7係用以控制該曝光光源模組1中的紫外光LED光源的啟閉，及控制該對位光源模組2的可見光LED光源的啟閉。
此外，該控制單元7更連接該檢知器8，且能根據該檢知器8的檢知結果對應調整該些不同波長紫外光LED光源之輸出光的能量（mW／cm2），例如，該檢知器8分別檢知該G光源11、該H光源12及該I光源13所輸出的光的能量，並根據檢知結果，對應調整該G光源11、該H光源12及該I光源13等紫外線光源的光輸出，以確保每一紫外光LED光源實際輸出的光的能量均能符合對應的預設值，以使該曝光光源模組1所提供之曝光量確實符合製程條件之需求。又，該控制單元7亦能控制該些不同波長的紫外光LED光源之輸出光的混合比率，例如在上述曝光工作模式（1）之下，該操作者可針對光阻材料的特性，透過該控制單元7調整該G光源11與該H光源12的輸入電力，以對應調高或調低兩者所輸出的光的能量。該控制單元7還能調整該對位光源模組2的可見光LED光源的輸入電力，以對應調高或調低該可見光LED光源所輸出的光的能量。
第二圖顯示本發明UV-LED曝光光源系統200的另一較佳實施例，在此實施例中的光學系統與前一個實施例中的大致相同，主要差別在於：在前一個實施例中，該對位光源模組2之機構係獨立於該曝光光源模組1之外，在本實施例中，該對位光源模組2之機構係整併於該曝光光源模組1內，且如第二圖所示，且一反射鏡5a係位於該對位光源模組2與該混光系統3之間，用以將該對應該對位光源模組2發出的可見光反射進入該光混合系統3 ，使得該主光L1與分光L2中還分別包含可見光。
通過上述較佳實施例可知，本發明之UV-LED曝光光源系統能讓該操作者根據實際曝光需求而選擇想要的一或多種紫外光，並能分別檢知所選擇每一種紫外光的能量，及根據檢知結果來調整每一種紫外光的能量，以確保所產生的每一種紫外光都能符合該操作者根據實際曝光需求而設定的預設值。此外，本發明之UV-LED曝光光源系統還能根據光阻材料特性來調整該些紫外光的混合比例。
100、200‧‧‧UV-LED曝光光源系統
1‧‧‧曝光光源模組
11‧‧‧G光源
12‧‧‧H光源
13‧‧‧I光源
2‧‧‧對位光源模組
21‧‧‧E光源
22‧‧‧黃色光源
3‧‧‧光混合系統
31~33‧‧‧二向色分束镜
4‧‧‧分光鏡
5‧‧‧二向色分束鏡
6‧‧‧光學系統
7‧‧‧控制單元
8‧‧‧檢知器
9‧‧‧標線板
L1‧‧‧主光
L2‧‧‧分光
第一圖係本發明UV-LED曝光光源系統的一較佳實施例的光學系統示意圖。 第二圖係本發明UV-LED曝光光源系統的另一較佳實施例的光學系統示意圖。

Claims (10)

  1. 一種UV-LED曝光光源系統，包括： 一曝光光源模組，包括多個不同波長的紫外光LED光源，用以產生多道不同波長的紫外光，以供曝光之用； 一對位光源模組，包括至少一可見光LED光源，用以產生至少一可見光，以供對位之用； 一光混合系統，用以接收來自該曝光光源模組之該些不同波長的紫外光，並將該些紫外光混合成一混合光； 一分光鏡，用以將來自該光混合系統之混合光分成一主光及一分光，該主光與分光中分別包含該些不同波長的紫外光； 一光學系統，用以接收來自該分光鏡之主光及來自該對位光源模組的可見光，並使其照射於一標線板； 一檢知器，用以接收來自該分光鏡之分光，並檢知該分光中的每一種波長的光線的能量； 及 一控制單元，連接該曝光光源模組與該檢知器，具有多個曝光工作模式，且能根據一操作者所選擇的曝光工作模式，控制該些不同波長的紫外光LED光源的啟閉，並能根據該檢知器的檢知結果，調整對應波長的紫外光LED光源的光輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之UV-LED曝光光源系統，其中該些紫外光LED光源係選自一G光源、一H光源、一I光源、一KrF光源及一ArF光源其中二者或多者，其中，該G光源係用以產生波長436 nm之紫外光，該H光源係用以產生波長405nm之紫外光，該I光源係用以產生波長365 nm之紫外光，該KrF光源係用以產生波長248nm之紫外光，該ArF光源係用以產生波長193nm之紫外光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之UV-LED曝光光源系統，其中該曝光光源模組的該些不同波長的紫外光LED光源分別為一G光源、一H光源與一I光源，其中，該G光源係用以產生波長436 nm之紫外光，該H光源係用以產生波長405nm之紫外光，該I光源係用以產生波長365 nm之紫光，且該控制單元的曝光工作模式至少包括以下三種： (1) 只開啟該G光源及該H光源；(2) 只開啟該I光源；及(3) 該G光源及該H光源及該I光源全開啟。
  4. 如申請專利範圍第2或3項所述之UV-LED曝光光源系統，其中該對位光源模組的可見光LED光源係為一E光源，該E光源係用以產生波長546 nm之可見光。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之UV-LED曝光光源系統，其中該控制單元還能控制該些不同波長的紫外光LED光源之輸出光的混合比率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之UV-LED曝光光源系統，還包括位於該分光鏡、該光學系統、與該對位光源模組之間的一二向色分束鏡，該二向色分束鏡的一表面能將該對位光源模組發出的可見光反射進入該光學系統，該二向色分束鏡的另一表面允許來自該光混合系統的該主光穿透後再進入該光學系統。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之UV-LED曝光光源系統，還包括位於該對位光源模組與該混光系統之間的一反射鏡，用以將該對位光源模組發出的可見光反射進入該光混合系統，使得該主光與分光中還分別包含可見光。
  8. 如申請專利範圍第2或3項所述之UV-LED曝光光源系統，其中該對位光源模組的可見光LED光源係為一E光源與一黃色光源的組合，該E光源係用以產生波長546 nm之可見光，該黃色光源係用以產生波長578 nm之可見光，該控制單元連接該對位光源模組，且具有多個對位照明模式，並能根據一操作者所選擇的對位照明模式，控制該E光源與該黃色光源的啟閉，其中，該控制單元的對位照明模式至少包括以下三種：(1) 只開啟該E光源；(2)只開啟該黃色光源(1)；及(3)該E光源及該黃色光源全開啟。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之UV-LED曝光光源系統，其中該控制單元還能在其中一曝光工作模式之下，調整該些不同波長的紫外光LED光源的輸入電力，以對應調高或調低其所輸出的光的能量。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之UV-LED曝光光源系統，其中該控制單元還能在其中一曝光工作模式之下，調整該些不同波長的紫外光LED光源與該可見光LED光源的輸入電力，以對應調高或調低其所輸出的光的能量。
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