TW202223556A - 具有校準的無光罩曝光設備 - Google Patents

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Abstract

一種無光罩曝光設備包括：光源，光源提供曝光光束；光調制器，光調制器根據曝光圖案來調制曝光光束；曝光光學系統，曝光光學系統傳送已調制的曝光光束作為光調制器提供的影像至基板上；以及測量系統，測量系統係配置來測量先前圖案化在基板上的校準標記的位置。曝光光學系統與測量系統具有至少部分一致的光學路徑。

Description

具有校準的無光罩曝光設備
本發明係關於具有校準的無光罩曝光設備。
在微影機器中，例如PCB微影直接成像曝光機，電腦產生的原圖（CAD, computer generated artwork）檔案在PCB板上曝光。針對以下數個原因，重要的是將原圖正確地放置在PCB板上： •原圖不得在PCB板外面曝光。 •原圖必須正確地放置在多層的PCB板上，以確保多個層之間的正確電連接。
由微影機器曝光的實體PCB板會受到非線性與變形的問題，這是因為曝光之前在PCB板上執行的不同處理，例如層壓、銅蝕刻等。因此，要在實體板上曝光的原圖需要進行調整，以配合於實體板。
各種微影機器（例如，PCB微影直接成像印刷機）使用例如CCD、CMOS或類似的攝影機來擷取PCB板層（外、內層）上的數個基準標記的位置。此處理在微影產業中已知為記錄（registration）。這些基準標記（例如，圖案、標記、鑽孔或類似者）係定義成放置於在PCB板上具有給定座標之不同且專用的位置上。微影機器收集PCB板上的這些多個基準標記座標，並且比較這些測量的基準標記座標與儲存在機器中的對應原圖（CAD）檔案中所定義的對應基準標記座標。因此，在曝光之前，記錄攝影機所擷取的該組測量的（觀察到的）基準標記可相比較於原圖（CAD）檔案的該組對應基準標記座標，以計算要在板上曝光的原圖（CAD）檔案的旋轉、縮放、與歪曲。市場上存在有多種演算法與製作法來使原圖（CAD）檔案配合於實體板。
記錄攝影機以可以擷取基準標記的此種方式放置在機器內。記錄攝影機放置在微影機器中的電子光投射器或曝光單元（例如，雷射掃描束）的外面。
當機器內的記錄攝影機的位置與座標為已知時，可計算所擷取的基準標記座標。
對應地，當機器內的曝光單元（電子光投射器、或例如雷射掃描單元）的座標為已知時，可計算所投射的影像圖案位置。
基於此資訊，原圖可曝光在PCB板上的正確位置上。
但是，當記錄攝影機與曝光單元在機器中實體上分成兩個不同單元時，這些單元之間的相對位置可能因為環境參數（例如，溫度與濕度變化）以及因為在機器操作期間曝光單元與記錄攝影機發動時的機械力（例如，在運動期間裝置的加速）而改變。
當微影機器所需的精度為微米範圍時，曝光單元與記錄攝影機之間的任何相對位置變化會對PCB板上的曝光影像產生太大的公差。因此，將需要有對於環境參數以及曝光單元與記錄攝影機發動時的力之廣泛控制。對於裝置將需要頻繁的位置校準，這是耗時的，並且將導致機器在校準期間無法操作。
此問題可用不同的方式來解決。一種解決方案為將記錄攝影機直接安裝在曝光單元表面，以最小化外部的記錄攝影機組件與曝光單元組件之間因為環境與物理因素影響所導致的位置偏移。但是，若有因為曝光單元內部所導致的任何額外的曝光影像位置偏移（例如，因為環境參數改變所導致的光學機械公差，例如投射透鏡與稜鏡安裝單元），則這無法藉由安裝記錄攝影機於曝光單元表面來校準。本專利中敘述的解決方案也將能夠處理因為曝光單元內部公差所導致的任何曝光影像偏移。
US2003/0211409敘述一種使用雷射掃描器的投射光微影技術，其中主要投射成像光學系統用來產生螢光標記，用於校準光罩與基板。在此裝置中，因為螢光材料的需要，校準標記在與微影光罩不同的光罩上曝光。為了使用主要投射成像光學系統來用於校準標記，在光學路徑中配置有分色鏡。使用此種分色鏡可能導致要曝光的影像失真，因此導致較不精確的微影曝光。
US2013/044300與CN 102556340敘述一種曝光系統，包括反射鏡元件配置在光學路徑中，比投射透鏡更前面。因此，透鏡以及透鏡的緊固所導致的任何誤差將不會被攝影機擷取，且因此不需要補償。
本發明的目的為提供一種符合上述挑戰的無光罩曝光設備。
本發明的目的藉由專利的申請專利範圍的特徵來達成。
在一實施例中，一種無光罩曝光設備包括：光源，光源提供曝光光束；光調制器，光調制器根據曝光圖案來調制曝光光束；曝光光學系統，曝光光學系統傳送已調制的曝光光束作為光調制器提供的影像至基板上；以及測量系統，測量系統係配置來測量先前圖案化在基板上的校準（基準）標記、物體或另一物品的位置，像是例如鑽孔，其中曝光光學系統與測量系統具有至少部分一致的光學路徑。
曝光光束光源可例如為UV光源。測量系統可例如使用可見光的光束，或任何其他方便的波長的光。
本申請案的一個實施例可促成作為測量系統的一部分之攝影機放置成其圖像路徑在曝光單元的光學路徑內。攝影機與曝光單元共用相同光學系統（例如，分色分束器稜鏡與投射透鏡等）。這將消除先前技術對於外部記錄攝影機的需求。此攝影機將與電子光源調制器共用光學機械結構（光學部件安裝單元）。電子光源調制器為例如基於DMD技術或類似者的電子光投射器。曝光的內部（光學機械系統，例如光學部件安裝單元）與外部（曝光單元框體與底座機械系統）兩者所導致之曝光單元所提供的曝光影像的位置的任何變化也將施加至記錄攝影機的位置，因為曝光單元與記錄攝影機兩者共用相同的機械與光學路徑。因此，不需要如同第1圖與第2圖中所示，對於曝光單元與記錄攝影機的相對位置偏移的頻繁校準的需求。
本發明現在將參照所附圖式來更詳細地敘述。
第1圖根據先前技術，敘述電子光投射器101產生投射的光束102於台108上放置的UV敏感介質107上，作為投射的光圖案103。具有光源105的電子攝影裝置104從反射的光束106擷取基準物體109。
第2圖敘述另一先前技術之具有光源202的電子攝影機裝置201，用於直接安裝在電子光投射器204上的攝影機，以最小化外部記錄攝影機組件與曝光單元組件之間因為環境與物理因素影響所導致的位置偏移。當基準標記偵測到時，來自UV敏感介質207的反射光束203將產生圖案於攝影機上。電子光投射器提供光束205，以產生曝光圖案206於放置在台208上的UV敏感介質207上。第1圖與第2圖中的光投射器的缺點稍早已在本文件中討論過。
第3圖與第4圖繪示無光罩曝光設備的實施例，無光罩曝光設備包括：光源（未顯示），光源提供曝光光束306；光調制器302，光調制器302根據曝光圖案來調制曝光光束306；以及曝光光學系統，包括了元件303、304、308，曝光光學系統用於傳送已調制的曝光光束作為光調制器提供的影像311至基板307上。測量系統，包括了元件303、304、305、308、309，測量系統併入於曝光設備中，並且係配置來測量先前圖案化在基板上的校準（基準）標記的位置。曝光光學系統與測量系統具有至少部分一致的光學路徑。
第3圖與第4圖分別個別地例示曝光光束與測量光束的光學路徑。這因此一起形成電子光投射器，具有內建的記錄攝影機模組309，作為測量系統的一部分。電子光調制器控制器301提供控制信號與資料至電子光源與光調制器302。已調制的曝光光束306在進入UV敏感介質/基板307之前，通過分色分束器稜鏡303與投射透鏡304。光學部件安裝單元308、投射透鏡304、與分色分束器稜鏡303對於投射的光束306以及內建的CCD攝影機409所擷取的反射光束408（見第4圖）兩者為共用的。因此，光調制器302與光源、光學機械部件（例如308與光學系統303、304）中的公差所導致之曝光影像311的位置的任何變化也將施加至記錄攝影機的位置，這將最小化對於攝影機模組相對於電子光投射器的定期校準之需求。CCD攝影機將需要光源405提供額外的光。CCD攝影機通過標準的介面（以太網、USB或類似者）連接至PC，以進行進一步的影像處理。
曝光單元中的整合攝影機將減少如同第1圖所述之機器中對於用於記錄攝影機的可能的第二運動系統之需求，因為曝光單元將總是具有運動系統來用於朝向要曝光的板之相對運動。本發明因此可減少部件的數量與系統的成本。
101:電子光投射器 102:投射的光束 103:投射的光圖案 104:電子攝影裝置 105:光源 106:反射的光束 107:UV敏感介質 108:台 109:基準物體 201:電子攝影機裝置 202:光源 203:反射光束 204:電子光投射器 205:光束 206:曝光圖案 207:UV敏感介質 208:台 301:光調制器控制器 302:光調制器 303:分色分束器稜鏡 304:投射透鏡 306:光束 307:基板 308:光學部件安裝單元 309:記錄攝影機模組 311:影像 405:光源 408:反射光束 409:CCD攝影機
第1圖與第2圖例示用於曝光單元與記錄攝影機之先前技術的技術。
第3圖根據本發明，繪示無光罩曝光設備的實施例，具有整合的攝影機。
第4圖例示第3圖中的實施例的記錄攝影機的光學路徑。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
301:光調制器控制器
302:光調制器
303:分色分束器稜鏡
304:投射透鏡
306:光束
307:基板
308:光學部件安裝單元
309:記錄攝影機模組
311:影像

Claims (10)

  1. 一種無光罩曝光、直接成像的設備，包括： 一光源（302），該光源提供一曝光光束（306）； 一光調制器（302），該光調制器根據一曝光圖案來調制該曝光光束（306）； 一曝光光學系統（303、304、308），該曝光光學系統傳送該已調制的曝光光束作為該光調制器提供的一影像（311）至一基板（307）上；及 一測量系統（303、304、305、308、309），該測量系統係配置來測量先前圖案化在該基板上的一校準標記的一位置，其中該曝光光學系統與該測量系統具有至少部分一致的光學路徑，且其中該測量系統的光學路徑在該曝光光學系統的光學路徑之中。
  2. 如請求項1所述之無光罩曝光設備，進一步包括： 一站，該站係配置來接收其一移動台上的一基板，並且移動該基板於X與Y方向中。
  3. 如請求項1所述之無光罩曝光設備，其中該測量系統包括一光源（305）、一分束器（303）、一投射光學系統（304）、與一攝影機（309）。
  4. 如請求項3所述之無光罩曝光設備，其中該光源為一可見光的光源，且該曝光光束的該光源為一UV光源。
  5. 如請求項3或4所述之無光罩曝光設備，其中該測量系統包括一分色鏡，當該光源（405）啟用時，該分色鏡將該光調制器（302）所提供、投射在該基板（307）上的該光與從該基板（307）反射至該CCD攝影機（409）上的該可見光分開。
  6. 如請求項3所述之無光罩曝光設備，其中該測量系統包括一分束器稜鏡。
  7. 如請求項1所述之無光罩曝光設備，進一步包括一控制單元，該控制單元用於根據來自該測量系統的反饋，來控制該光調制器（302）與該移動台的該移動。
  8. 如請求項1所述之無光罩曝光設備，其中該校準標記為一基準標記、一物體或另一物品，像是例如鑽孔。
  9. 如請求項1所述之無光罩曝光設備，該測量系統包括一攝影機（309），該攝影機放置成使其圖像路徑在該曝光單元的該光學路徑內。
  10. 如請求項1所述之無光罩曝光設備，其中該測量系統的該光學路徑在該曝光光學系統內。
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