TWI766854B - 曝光用光源模組單元及具備該光源模組單元的曝光裝置 - Google Patents

曝光用光源模組單元及具備該光源模組單元的曝光裝置 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種曝光用光源模組單元。本發明的曝光用光源模組單元包括光源面板，其由複數個紫外線發光元件以陣列結構構成；光學面板，其由複數個單位集光透鏡在配置於發光元件的光出射側的透鏡面板上，以矩陣形態的陣列結構構成，矩陣形態的陣列結構為從與單位發光元件分別對應的位置，相對於主光軸而向經過紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側偏心的狀態；單位集光透鏡的光入射面以在平面、具有(-)0.15以內曲率R的凹面及具有(+)0.15以內曲率R的凸面中選擇的任意一種形態形成，同時，光出射面以凸透鏡形成，紫外線發光元件與單位集光透鏡的隔開距離(C1)，相對於集光透鏡的直徑d，以滿足0.15<C1/d<0.5的值的方式進行排列。根據這種構成，從各單位紫外線發光元件照射的擴散光有效聚光於曝光裝置的受光區域，能夠因低耗電而謀求光量最大化，特別是實現高效率、高輸出的單一波長、短波長的紫外線光，從而在能夠確保可以飛躍性提高曝光圖案的微細化和解析度的曝光性能的同時，能夠提供可以實用而經濟地替代原有曝光裝置的光源的效果。

Description

曝光用光源模組單元及具備該光源模組單元的曝光裝置
本發明涉及曝光用光源，更詳細而言，涉及一種為了在半導體晶片或圖像顯示面板等上形成微細電路圖案而在黃光(Photolithography)程序中使用的曝光用紫外線發光元件(UV LED)光源模組單元，特別是涉及一種經改良的曝光用紫外線發光元件(UV LED)光源模組單元及具備該光源模組單元的曝光裝置，借助於集光透鏡相對於作為光源的紫外線發光元件(UV LED)的光學排列結構和形狀結構進行最佳組合的陣列(array)模組的構成，在能夠藉由光輸出功率(power)和照度分佈的最大化而高效提高曝光性能和曝光效率的同時，能夠容易地替代原有曝光裝置中裝配(set-up)的光源模組，提高性價比(cost performance ratio)。
例如，作為電氣電子設備主要部件而內置的半導體元件或電路板(PCB)及諸如LCD(Liquid Crystal Display)或有機發光二極體(OLED；Organic Light Emitting Diod)以及PDP(Plasma Display Panel)的圖像顯示面板，在其製造製程上的曝光程序中，借助於統稱為黃光(Photolithography)的光微細加工技術而製造形成微細電路圖案。
通常，原有曝光程序中利用的曝光用光源主要使用超高壓水銀燈或鹵素燈，但這種以往的曝光用光源眾所周知，由於低壽命和高耗電導致的低效率及高費用，不僅存在曝光程序的效率性問題，而且在環境方面也暴露出多種問題。
特別是最近在諸如液晶顯示元件(LCD)或有機發光二極體(OLED)等的顯示器領域，在製造TFT(Thin Film Transitor)或製造CF(Color Filter)時，儘管市場迫切要求利用曝光圖案的微細化技術實現超高解析度，但由於利用原有曝光光源(Hg Lamp)的曝光圖案的微細化程序的技術界限，卻遺憾地無法實現曝光圖案的微細化和作為顯示器產業核心技術的超高解析度。
另外，由於最近半導體元件的小型化和大容量化及高集成化和高密度化的趨勢，對曝光圖案微細化和高精密度化的要求增大，因此，憑藉原有的曝光用光源，存在在實現現在對微細化圖案的要求方面具有界限的問題。
因此，最近，例如液浸曝光或極紫外線曝光等新曝光技術的開發正在活躍地進行中，特別是紫外線發光元件(UV LED)，作為低耗電和長壽命、單一波長的選擇性使用和可使用短波長及環保型的曝光用光源，被當作原有曝光用光源的替代品而倍受矚目。
但是，就把紫外線發光元件(UV LED)用作光源的曝光裝置而言，與能夠降低光損失的光路徑的構成，或是藉由照度分佈度和光輸出功率的提升，以及曝光圖案的微細化的超高解析度的實現，用於小型化、大容量化及高密度化等的高效率新光源(UV LED)的開發一併，對開發光學部件、模組、單元等的要求也很迫切。
本發明正是在如上所述的技術背景下匯出的，所述習知技術的問題作為本申請人為了匯出本發明而保有或在匯出本發明過程中新學習、確保的內容，不能說是必須在本發明申請之前被普通公眾所公知的內容。
習知技術文獻
專利文獻
(專利文獻1)大韓民國授權專利公報第10-1440874號
(專利文獻2)大韓民國授權專利公報第10-1401238號
(專利文獻3)大韓民國授權專利公報第10-1532352號
(專利文獻4)大韓民國公開專利公報第10-2012-0095520號
(專利文獻5)大韓民國公開專利公報第10-2013-0092224號
(專利文獻6)大韓民國公開專利公報第10-2014-0055605號
(專利文獻7)大韓民國公開專利公報第10-2015-0109621號
本發明正是在如上所述的習知技術下，鑒於以往曝光裝置的曝光用光源具有的問題，為了改善這種問題而創造的，本發明的目的是提供一種借助於光輸出功率(power)和照度分佈的最大化而能夠有效提高曝光性能和曝光效率的紫外線發光元件(UV LED)光源模組單元及具備該光源模組單元的曝光裝置。
本發明的另一目的是提供一種借助於光輸出功率(power)和照度分佈的最大化而能夠實現曝光圖案的微細化和高解析度的低耗電型紫外線發光元件(UV LED)光源模組單元及將該單元配備為光源的曝光裝置。
本發明的又一目的涉及一種改良得能夠容易地替代原有曝光裝置中裝配(set-up)的光源模組並提高性價比(cost performance ratio)的經濟型曝光用紫外線發光元件(UV LED)光源模組單元及具備該光源模組單元的曝光裝置。
為了達成所述目的，本發明的曝光用光源模組單元，其包括光源面板，其由複數個單位紫外線發光元件在電路基板上貼裝成矩陣形態的陣列結構，構成得搭載於支撐面板；第一光學面板，其由複數個單位集光透鏡在與所述光源面板相向地配置於所述發光元件光出射側的透鏡面板上，以矩陣形態的陣列結構配備構成，所述矩陣形態的陣列結構為從與所述發光元件分別對應的位置，相對於主光軸而向經過所述光源面板上的紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側偏心的狀態，就所述單位集光透鏡而言，光入射面以在平面、具有(-)0.15以內曲率R的凹面及具有(+)0.15以內曲率R的凸面中選擇的任意一種形態形成，同時，光出射面以凸透鏡形成；所述單位紫外線發光元件與所述單位集光透鏡的隔開距離C1排列得相對於所述單位集光透鏡的直徑d，滿足0.15<C1/d<0.5的值。
而且，為了達成所述目的，本發明的曝光裝置包括曝光台，其用於支撐塗布了感光劑的曝光用基板；驅動手段，其用於將該曝光台驅動成能夠在X-Y平面座標上移動的狀態；曝光用光源模組單元，其配備得向形成所述基板曝光圖案所需的光罩出射照明光；光學系，其配備於所述基板與曝光用光源模組單元之間；及控制手段，其銜接控制所述驅動手段和曝光用光源單元的驅動，其所述曝光用光源模組單元包括光源面板，其由複數個單位紫外線發光元件在 電路基板上貼裝成矩陣形態的陣列結構，構成得搭載於支撐面板；第一光學面板，其由複數個單位集光透鏡在與所述光源面板相向地配置於所述發光元件光出射側的透鏡面板上，以矩陣形態的陣列結構配備構成，所述矩陣形態的陣列結構為從與所述發光元件分別對應的位置，相對於主光軸而向經過所述光源面板上的紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側偏心的狀態；就所述單位集光透鏡而言，光入射面以在平面、具有(-)0.15以內曲率R的凹面及具有(+)0.15以內曲率R的凸面中選擇的任意一種形態形成，同時，光出射面以凸透鏡形成；所述單位紫外線發光元件與所述單位集光透鏡的隔開距離，相對於所述單位集光透鏡的直徑，以滿足0.15<C1/d<0.5的值的方式進行排列。
在具有如上所述構成的本發明的曝光用光源模組單元中，凸出形狀的透鏡的曲率定義為(+)，凹陷形狀的透鏡的曲率定義為(-)。
根據本發明，所述第一光學面板的單位集光透鏡的直徑形成得相對於所述單位紫外線發光元件與所述第一光學面板的單位集光透鏡的隔開距離，滿足2.8<d/C1<5.8的值。
根據本發明另一方面，可以具有更具備並排排列於所述第一光學面板的光出射側的第二光學面板的構成。在這種構成中，在所述第二光學面板上，光入射面和光出射面分別由凸透鏡形成的複數個單位集光透鏡以矩陣形態的陣列結構配備，所述矩陣形態的陣列結構為從與所述發光元件分別對應的位置，相對於主光軸而向經過所述光源面板上的紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側偏心的狀態。
在具有如上所述構成的本發明的曝光用光源模組單元中，較佳使所述第一光學面板的單位集光透鏡與所述第二光學面板的單位集光透鏡的隔開 距離C2，相對於所述第二光學面板的單位集光透鏡的直徑，以滿足C2/d2<0.8的值的方式進行排列。
而且，較佳所述第二光學面板的單位集光透鏡的直徑形成得相對於所述第一光學面板的單位集光透鏡的直徑，滿足0.7<d2/d<1.2的值。
另一方面，根據本發明，所述單位集光透鏡以矩陣形態的陣列結構形成，從經過所述光源面板上的紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側逐漸隔開，越靠近邊緣配置，相對於對應單位紫外線發光元件的主光軸的偏心量越增加，從而以使從各個單位紫外線發光元件照射的擴散光聚光於設置在曝光裝置的光學系的受光區域的方式形成。
在如上所述的構成中，較佳相對於從所述紫外線發光元件至受光區域A的光學距離“a”，從經過所述光源面板上的紫外線發光元件陣列中心O的基準中心軸線側隔開的紫外線發光元件隔開距離“b”、所述紫外線發光元件與集光透鏡的相向隔開距離“c”、所述各個紫外線發光元件的中心軸與集光透鏡的中心軸之間的偏心距離“x”及受光區域A的直徑“t”的關係，設置得使集光透鏡的偏心距離“x”的基準滿足“x=b*c/a”，設置得使所述“x”的範圍滿足“bc(2b-t)/2ab<x<bc(2b+t)/2ab”。
根據本發明的一個方面，所述紫外線發光元件可以在單位電路基板上，作為封裝件形態的LED光源而貼裝一列以上。因此，在構成所述光源面板的支撐面板上，可以具有在複數個單位電路基板上分別貼裝了複數個封裝件形態的LED光源的構成。
根據本發明的另一方面，所述紫外線發光元件在單一的電路基板上，作為封裝件形態的LED光源進行貼裝。
根據本發明的又一方面，所述紫外線發光元件可以以單一晶片或複數個晶片形態，在單一或複數個電路基板上作為LED光源進行貼裝。
另外，較佳所述光源面板和所述光學面板被外殼支撐，以能夠加裝於曝光裝置或拆卸的單元狀態構成，可以具有在所述光源面板和所述光學面板的周圍更具備散熱手段的構成。
根據本發明的曝光用光源模組單元，針對作為複數個紫外線發光元件(UV LED)陣列模組的光源面板，把能夠使聚光效率最大化的集光透鏡陣列模組光學面板組合成最佳狀態，能夠借助於低耗電特別是紫外線的單一波長和短波長而實現高輸出及高效率曝光程序。因此，本發明的曝光用光源模組單元能夠提供借助於曝光性能和曝光效率的有效提高而實現曝光圖案的微細化和能夠實現飛躍性的高解析度的曝光裝備。
而且，根據本發明的曝光用光源模組單元，能夠實現可以容易地替代原有曝光裝置中裝配(set-up)的光源模組的替代相容性模組單元化，能夠提供高性價比(cost performance ratio)的實用而經濟的曝光裝備。
另外，隨著使用本發明的曝光用光源模組單元，從而藉由低耗電的使用，節省光源更換費用，提高曝光裝備啟動時間，及解決環境問題等，而有望獲得飛躍性的節省維護費用的效果。
而且，本發明的曝光用光源模組單元特別是可以根據需要而自由地選擇使用高效率高輸出的單一波長及短波長的紫外線光，因而借助於作為能夠實現高品質曝光的核心技術的圖案微細化，可以實現高解析度。
100:曝光用光源模組單元
110:光源面板
111:紫外線發光元件
112:電路基板
113:支撐面板
120:第一光學面板
121:集光透鏡
122:透鏡面板
130:第二光學面板
121:集光透鏡
132:透鏡面板
200:曝光裝置
210:反射鏡
240:光罩
A:受光區域
T:光照射面
第1圖是圖示本發明的曝光用光源模組單元的概略性分離立體圖。
第2圖是為了說明本發明的曝光用光源模組單元的單位光源和集光透鏡陣列結構而類比圖示的概略性立體圖。
第3圖是在模式上顯示本發明的曝光用光源模組單元的作為單位光源而構成的紫外線發光元件的陣列結構的概略性平面圖。
第4及5圖分別是為了說明本發明的曝光用光源模組單元的單位光源與集光透鏡的偏心的陣列結構而顯示的模式圖。
第6及7圖分別是為了說明本發明的曝光用光源模組單元的單位集光透鏡的光入射面曲率的範圍而在模式上圖示的概略性剖面構成圖。
第8至10圖分別是測量本發明的曝光用光源模組單元的單位集光透鏡的不同光入射面曲率下的光照射面(Target；曝光面)的照度並顯示成圖表的圖。
第11圖是圖示本發明另一實施例的曝光用光源模組單元的概略性分離立體圖。
第12圖是為了說明第11圖所示本發明另一實施例的曝光用光源模組單元的單位光源和集光透鏡陣列結構而在模式上圖示的概略性立體圖。
第13圖是為了說明第11及12圖所示本發明另一實施例的曝光用光源模組單元的單位集光透鏡的光學結構與排列狀態的關係而在模式上圖示的概略性剖面構成圖。
第14及15圖分別是測量第11圖及第11圖所示本發明另一實施例的曝光用光源模組單元的單位集光透鏡的不同光學結構和排列狀態關係下的光照射面(Target；曝光面)的照度並顯示為圖表的圖。
第16圖是拍攝本發明的曝光用光源模組單元的光照射狀態並顯示的圖。
第17圖是概略性圖示本發明的曝光用光源模組單元借助於外殼而單元化的狀態的外觀立體圖。
第18圖是拍攝借助於本發明的曝光用光源模組單元和作為原有曝光用光源的水銀燈(Hg Lamp)而分別在晶片上形成的電路圖案主要部分並相互對比顯示測量不同光罩線幅下CD值的結果的圖。
第19圖是相互對比借助於本發明的曝光用光源模組單元和作為原有曝光用光源的水銀燈(Hg Lamp)而分別在晶片上形成的電路圖案的不同光罩線幅下CD值測量結果並顯示為圖表的圖。
第20圖是選取應用了本發明的曝光用光源模組單元的曝光裝置主要部分並在模式上圖示的概略性構成圖。
下面參照圖式，詳細說明本發明的曝光用光源模組頭部單元。以下的說明內容和圖式只不過以本發明的較佳實施例為主進行說明，並非限定專利說明書中記載的本發明的曝光用光源模組單元。
如果參照第1及2圖，本發明的曝光用光源模組單元100包括光源面板110，其由複數個單位紫外線發光元件(UV LED)111在電路基板112上貼裝成矩陣形態的陣列結構，構成得搭載於支撐面板113；第一光學面板120，其 由複數個單位集光透鏡121在與光源面板110相向地配置於發光元件111光出射側的透鏡面板122上，以矩陣形態的陣列結構配備構成，矩陣形態的陣列結構為從與發光元件111陣列的間隔p分別對應的間隔p位置，相對於主光軸而向經過光源面板110上的紫外線發光元件111陣列中心O(參照第2圖)的任意基準中心軸線側偏心的狀態e1、e2。
在具有如上所述構成的本發明的曝光用光源模組單元100中，就單位集光透鏡121而言，光入射面以在平面、具有(-)0.15以內曲率R的凹面及具有(+)0.15以內曲率R的凸面中選擇的任意一種形態形成，同時，光出射面以凸透鏡形成；單位紫外線發光元件111與單位集光透鏡121的隔開距離C1，相對於單位集光透鏡121的直徑d，以滿足0.15<C1/d<0.5的值的方式進行排列。
其中，凸出形狀的透鏡的曲率定義為(+)，凹陷形狀的透鏡的曲率定義為(-)。
例如，本發明的曝光用光源模組單元100由把單位集光透鏡相對於作為光源的單位紫外線發光元件(UV LED)的光學排列結構和光入射面及出射面的形狀結構組合成最佳狀態的陣列(array)模組構成，從而能夠藉由光輸出功率(power)和照度分佈的最大化而有效提高曝光性能和曝光效率，實現曝光圖案的微細化和高解析度。
本發明的曝光用光源模組單元100的單位集光透鏡的光學排列結構和光入射面及出射面的曲率R範圍相關具體構成，後面將參照圖式進行敘述。
根據本發明，較佳紫外線發光元件111如第1圖所示，在帶子形態的單位電路基板112上貼裝一列以上，作為出射100nm波段至410nm波段範圍的紫外線光的晶片、封裝件或晶片與封裝件混合形態的LED光源。
因此，光源面板110以分別與支撐面板113並排排列的狀態搭載有複數個帶子形態的單位電路基板112，在各個單位電路基板112上貼裝的紫外線發光元件111構成x-y座標上的矩陣形態的陣列模組。
另一方面，紫外線發光元件111為了在更大面積的單一電路基板112上，而構成矩陣形態的陣列結構，可以貼裝成出射100nm波段至410nm波段範圍的紫外線光的晶片、封裝件或晶片與封裝件混合形態的LED光源。
第3圖是在模式上顯示本發明的曝光用光源模組單元100的作為單位光源而配備的紫外線發光元件111的陣列結構的概略性平面圖。
如果參照第3圖，本發明的曝光用光源模組單元100以使得在以光源面板110上的紫外線發光元件111陣列中心O為圓點的x-y直角座標上，形成由複數個紫外線發光元件111按既定間隔p隔開配置的矩陣形態的陣列結構的方式來構成。
另一方面，支撐面板113雖然圖示了四邊形面板，但這種支撐面板113的形狀結構是作為一個實施例而顯示的，並非限定本發明的曝光用光源模組單元100。
因此，本發明的曝光用光源模組單元100例如可以應用變形為諸如圓盤形面板等的多樣形狀結構的實施例。
即，本發明的曝光用光源模組單元100根據作為光源而加裝的曝光裝置的規格或構成，或者根據曝光物件或曝光圖案等，可以變形為多樣的形態，以便紫外線發光元件111排列的支撐面板113的形狀結構採用最佳狀態。
根據本發明的一個方面，如第3圖所示，在紫外線發光元件111在支撐面板113上排列成奇數(9個)的橫列和縱列的結構中，可以在光源面板110的紫外線發光元件陣列中心O配置單位紫外線發光元件111。
另一方面，在紫外線發光元件111在支撐面板113上排列成偶數的橫列和縱列的結構中，具有排除單位紫外線發光元件111在光源面板110的紫外線發光元件陣列中心O配置的陣列結構。
即，光源面板110上的紫外線發光元件陣列中心O，配置於與從各個單位紫外線發光元件照射的擴散光借助於集光透鏡121而聚光的受光區域(參照第4及5圖的圖式標記“A”)中心的同軸上，成為決定各單位集光透鏡121的偏心量(參照第2及4圖的e1、e2、en)的基準。
受光區域(參照第4及5圖的圖式標記“A”)以光圈(aperture)形態配備，以便經過未圖示的具備於曝光裝置光學系的反射鏡而形成集束光穿過的聚光目標(target)。
因此，就本發明的曝光用光源模組單元100而言，從各個單位紫外線發光元件111照射的擴散光借助於集光透鏡121而聚光折射，以穿過作為受光區域聚光目標(target)而形成的光圈(aperture)的方式進行聚光。
即，就本發明的曝光用光源模組單元100而言，光源面板110上的紫外線發光元件111陣列的中心O與透鏡面板120的中心配置於同軸上，從經過該中心O的任意基準中心軸線側逐漸隔開而靠近邊緣配置的集光透鏡121，配置得相對於與之對應的紫外線發光元件111的主光軸，向基準中心軸線側偏心的距離逐漸增加。
例如，本發明的曝光用光源模組單元100使集光透鏡121相對於紫外線發光元件111的主光軸偏心地配置，比方說，起到斜視(strabismus)透鏡的作用和功能。因此，發揮使從各個單位紫外線發光元件111照射的擴散光的聚光效率最大化的作用。
即，本發明的曝光用光源模組單元100的相對於單位紫外線發光元件(UV LED)的單位集光透鏡的光學排列結構，為了能夠使從各個單位紫外線發光元件111照射的擴散光的聚光效率最大化，各個單位集光透鏡121相對於紫外線發光元件111的主光軸偏心地排列，下面對其具體構成和作用進行詳細說明。
第4及5圖分別是為了說明本發明的曝光用光源模組單元100的集光透鏡121相對於紫外線發光元件111主光軸偏心的陣列結構而顯示的模式圖。
在第4及5圖中，“a”代表從紫外線發光元件111至設置為作為聚光目標(target)的受光區域A的光圈(aperture)的光學距離。
而且，“b”代表從經過光源面板110的紫外線發光元件陣列中心O的基準中心軸線側隔開地配置的紫外線發光元件111的隔開距離。
另外，“c”代表紫外線發光元件111與集光透鏡121的相向隔開距離，“x”代表紫外線發光元件111的中心軸與集光透鏡121的中心軸之間的偏心距離，“t”代表受光區域A的直徑。
如果參照第4及5圖，較佳本發明的曝光用光源模組單元100構成得，相對於設置為從紫外線發光元件111至作為聚光目標(target)的受光區域A的光圈(aperture)的光學距離“a”，所述的“b”和“c”、“x”及“t”的關係按下式定義。
即，設置得集光透鏡121的偏心距離“x”的基準滿足“x=b*c/a”，設置得所述“x”的範圍滿足“bc(2b-t)/2ab<x<bc(2b+t)/2ab”。
下面，對本發明的實現曝光用光源模組單元100的光輸出功率(power)及照度分佈最大化所需的單位集光透鏡121的光入射面及出射面的曲率R範圍及其作用效果進行詳細說明。
第6及7圖分別是為了說明本發明的曝光用光源模組單元的單位集光透鏡的光入射面曲率R的範圍而在模式上圖示的概略性剖面構成圖。
如果參照第6及7圖，本發明的曝光用光源模組單元100為了使從紫外線發光元件111照射的擴散光的聚光效率最大化，單位集光透鏡121的光入射面以在平面、具有(-)0.15以內曲率R的凹面及具有(+)0.15以內曲率R的凸面中選擇的任意一種形態形成，同時，光出射面以凸透鏡形成。
根據本發明，如上所述的單位集光透鏡121的光入射面曲率R的範圍按如下條件設置，即，單位集光透鏡121相對於單位紫外線發光元件111的隔開距離C1及單位集光透鏡121的直徑d的關係滿足0.15<C1/d<0.5的值，如此排列的構成在實際把“C1/d”的值設置為既定間隔的狀態下，測量光照射面(Target；曝光面)的照度，藉由從紫外線發光元件111照射的擴散光的聚光效率最大化，可以獲得有效、有力的最佳照度。
第8至10圖分別是測量本發明的曝光用光源模組單元100的單位集光透鏡的不同光入射面曲率R下光照射面(Target；曝光面)的照度並顯示成圖表的圖。
如果參照第8圖，則可以確認，當單位集光透鏡121的光入射面以平面形成時，本發明的曝光用光源模組單元100輸出使得在光照射面(Target；曝光面)形成最大值1的照度。
另一方面可以確認，在單位集光透鏡121的光入射面分別以具有(-)0.15的曲率R的凹面、具有(+)0.15的曲率R的凸面來形成的情況下，輸出使得光照射面(Target；曝光面)的照度形成最大值1的約90%左右的照度。
因此，本發明的曝光用光源模組單元100為了使光照射面(Target；曝光面)的照度最大化，具有將單位集光透鏡121的光入射面曲率R設置為(-)0.15<R<(+)0.15範圍的構成。
如果參照第9圖，則可以確認，在單位集光透鏡121的直徑d形成得具有既定的數值規格的情況下，以相對於單位紫外線發光元件111的隔開距離C1的設置關係C1/d值為0.3左右時，在光照射面(Target；曝光面)形成最大值1的照度的方式進行輸出。
而且可以確認，以相對於單位紫外線發光元件111的隔開距離C1的設置關係C1/d值為0.15左右及0.5左右時，各個光照射面(Target；曝光面)的照度形成最大值1的約80%左右的照度的方式進行輸出。
因此，本發明的曝光用光源模組單元100具有如下排列的構成，即，單位集光透鏡121相對於單位紫外線發光元件111的隔開距離C1及單位集光透鏡121的直徑d的關係值滿足0.15<C1/d<0.5的範圍。
如果參照第10圖，則可以確認，當單位集光透鏡121相對於單位紫外線發光元件111的隔開距離C1排列得設置為既定值時，以在單位集光透鏡 121的隔開距離C1與單位集光透鏡121的直徑d的關係d/C1值為4.0至5.8左右時，在光照射面(Target；曝光面)形成最大值1的照度的方式進行輸出。
而且可以確認，當單位集光透鏡121的隔開距離C1與單位集光透鏡121的直徑d的關係d/C1值為2.8左右時，以光照射面(Target；曝光面)的照度形成最大值1的約80%左右的照度的方式進行輸出。
因此，本發明的曝光用光源模組單元100具有如下排列的構成，即，單位集光透鏡121的隔開距離C1與單位集光透鏡121的直徑d的關係d/C1值滿足2.8<d/C1<5.8的值，以便可以藉由從紫外線發光元件111照射的擴散光的聚光效率最大化，誘導獲得最大照度。
第11圖是圖示本發明另一實施例的曝光用光源模組單元的概略性分離立體圖，第12圖是為了說明第11圖所示本發明另一實施例的曝光用光源模組單元的單位光源和集光透鏡陣列結構而在模式上圖示的概略性立體圖。
如果參照第11及12圖，本發明另一實施例的曝光用光源模組單元100具有更包括第二光學面板130的構成，第二光學面板130配備得並排排列於第一光學面板120的光出射側。
在第二光學面板130上，光入射面和光出射面分別由凸透鏡形成的複數個單位集光透鏡131以矩陣形態的陣列結構構成，矩陣形態的陣列結構為從分別對應於發光元件111的位置，相對主光軸而向經過光源面板110上的紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側偏心的狀態。
即，第二光學面板130的單位集光透鏡131相對於光源面板110的單位紫外線發光元件111的主光軸偏心地配置，打個比方，執行斜視(strabismus)透鏡的作用和功能，從而發揮使從各個單位紫外線發光元件111照射的擴散光的 聚光效率最大化的作用。如上所述，第二光學面板130的單位集光透鏡131具有偏心的陣列排列結構的構成，與根據第4及5圖所說明的第一光學面板120的單位集光透鏡121偏心的陣列排列結構實質上相同，因而省略對其構成和作用的詳細說明。
第13圖是為了說明第11及12圖所示本發明另一實施例的曝光用光源模組單元的單位集光透鏡的光學結構與排列狀態的關係而在模式上圖示的概略性剖面構成圖。
如果參照第13圖，本發明另一實施例的曝光用光源模組單元100具有如下陣列結構，即，第一光學面板120的單位集光透鏡121與第二光學面板130的單位集光透鏡131的隔開距離C2，相對於第二光學面板130的單位集光透鏡131的直徑d2，以滿足C2/d2<0.8的值的方式進行排列。
而且，第二光學面板130的單位集光透鏡131的直徑d2，形成得相對於第一光學面板120的單位集光透鏡121的直徑d1，滿足0.7<d2/d<1.2的值。
如上所述的第二光學面板130的單位集光透鏡131的隔開距離C2和直徑d2分別滿足C2/d2<0.8及0.7<d2/d<1.2的值，如此排列的構成是按如下條件設置的，在實際把“d2/d”的值設置為既定間隔的狀態下，測量光照射面(Target；曝光面)的照度，藉由從紫外線發光元件111照射的擴散光的聚光效率最大化，可以獲得有效、有力的最佳照度。
第14及15圖分別是測量第11圖及第11圖所示本發明另一實施例的曝光用光源模組單元的單位集光透鏡的不同光入射面形狀結構和排列狀態關係下的光照射面(Target；曝光面)照度並顯示為圖表的圖。
如果參照第14圖，則可以確認，在第二光學面板130的單位集光透鏡131的直徑d2以既定值形成的情況下，第一光學面板120的單位集光透鏡121與第二光學面板130的單位集光透鏡131的隔開距離C2及第二光學面板130的單位集光透鏡131的直徑d2的關係值(C2/d2)為0.1時，在光照射面(Target；曝光面)形成最大值1的照度，而後為0.8左右時，照度逐漸減小至最大值1的90%左右。
因此，本發明另一實施例的曝光用光源模組單元100具有如下構成，即，第二光學面板130的單位集光透鏡131的隔開距離C2和直徑d2分別滿足C2/d2<0.8的值，以便可以藉由從紫外線發光元件111照射的擴散光的聚光效率最大化，誘導獲得最大照度。
如果參照第15圖，則可以確認，第一光學面板120的單位集光透鏡121的直徑d與第二光學面板130的單位集光透鏡131的直徑d2的關係值(d2/d)為1.2左右時，在光照射面(Target；曝光面)形成最大值1的照度，而後為0.7左右時，照度逐漸減小至最大值1的約90%左右。
因此，本發明另一實施例的曝光用光源模組單元100具有如下構成，即，第一光學面板120的單位集光透鏡121的直徑d與第二光學面板130的單位集光透鏡131的直徑d2的關係值(d2/d)滿足0.7<d2/d<1.2的條件，以便可以藉由從紫外線發光元件111照射的擴散光的聚光效率最大化，誘導獲得最大照度。
另一方面，第16圖拍攝並顯示了本發明的曝光用光源模組單元的光照射狀態，第16圖的(a)拍攝了排除光學面板120的狀態的光源面板110的光照射狀態，第16圖的(b)拍攝了藉由光學面板120的光照射狀態。
如果參照第16圖，則可以確認，與排除光學面板120的狀態的光照射狀態相比，藉由光學面板120的光照射狀態的亮度更亮。
根據本發明的一個方面，曝光用光源模組單元100如第17圖所例示，可以具有以光源面板110和光學面板120被外殼140支撐的方式進行加裝並單元化的構成。
因此，如上所述，以加裝於外殼140的方式實現單元化的本發明曝光用光源模組單元100，可以以能拆裝的狀態用作曝光裝置(圖中未示出)的光源。因此，藉由去除主要作為原有曝光裝置的光源而加裝的水銀燈或鹵素燈，保有能夠局部替代改良的相容性，從而能夠提供高性價比(cost performance ratio)的實用而經濟的曝光裝置。
另一方面，本發明的曝光用光源模組單元100在由光源面板110和光學面板120、130構成一組而結合的狀態下，也可以安裝成具備於曝光裝置的支架或凸緣等結構物所支撐的光源。
而且，本發明的曝光用光源模組單元100可以更包括配備於外殼140的散熱手段，散熱手段配備於光源面板110和光學面板120的周圍。
散熱手段如第17圖所示，可以安裝有與冷卻裝置(chiller)連接的水冷式散熱手段，以便冷卻水藉由冷卻水流入口141和流出口142迴圈。
而且，散熱手段例如可以安裝有吸熱部件，吸熱部件內置於外殼140，以便光源面板110和光學面板120搭載。
另外，散熱手段也可以安裝使用了空氣迴圈所需的風扇或鼓風機的空冷式散熱手段，空冷式散熱手段和水冷式散熱手段也可以以合併的狀態安裝。
根據本發明的另一方面，雖然圖式中未示出，但本發明的曝光用光源模組單元100可以構成得使紫外線發光元件111和集光透鏡121、131具有呈圓形排列的結構。就這種圓形陣列結構而言，在四邊形陣列結構中，具有能夠消除排列於從中心O隔開最遠的角部分的紫外線發光元件111所發生的光損失的優點。
另一方面，第18圖是測試具有如上所述構成的本發明的曝光用光源模組單元100和作為原有曝光用光源的水銀燈(Hg Lamp)的曝光性能，並把比較結果拍攝成照片而加以顯示的圖。
第18圖所示的測試結果，在3.5英寸晶片上塗佈1.5um厚度的光阻(PR名：DTFR-JC800)，把光罩線幅在1.0至3.5um範圍內分別設置為0.2(或0.3um)的間隔並曝光後，利用四甲基氫氧化銨(TMAH)2.38wt%顯影劑進行顯影，藉由拍攝照片來測量了藉由通常的LCD製造程序中使用的黃光而形成的微細電路圖案的臨界線幅微細尺寸(CD；Critical Demension)。
如果參照第18圖，則可以確認如下事實，即，利用作為原有曝光用光源的水銀燈而可以實現的微細電路圖案的臨界線幅微細尺寸CD的界限為2.0um左右，相反，利用本發明的曝光用光源模組單元而可以實現的微細電路圖案的臨界線幅微細尺寸CD可以達到1.4um左右。
而且，第19圖把第18圖中藉由拍攝照片而測量的臨界線幅微細尺寸CD整理顯示成圖表進行顯示，以便能夠與理想的臨界線幅微細尺寸CD比較。
如果參照第19圖，則可以確認如下事實，即，利用本發明的曝光用光源模組單元而可以實現的微細電路圖案的臨界線幅微細尺寸CD，與利用作 為原有曝光用光源的水銀燈而可以實現的微細電路圖案的臨界線幅微細尺寸CD相比，以更接近理想的臨界線幅微細尺寸CD的圖案形成。
因此可以確認，利用本發明的曝光用光源模組單元而形成的微細電路圖案的線幅，可以比利用作為原有曝光用光源的水銀燈(Hg Lamp)而形成的電路圖案的線幅更微細、精密。因此，本發明的曝光用光源模組單元能夠在曝光程序中實現飛躍性的高解析度。
第20圖是選取應用了本發明的曝光用光源模組單元的曝光裝置主要部分並在模式上圖示的概略性構成圖。其中，與前面所示圖式的圖式標記相同的圖式標記代表相同構成要素。
如果參照第20圖，本發明的曝光裝置200包括曝光台250，其用於支撐塗佈了感光劑的曝光用玻璃基板10；驅動手段(無圖式標記)，其用於將該曝光台250驅動成能在X-Y平面座標上移動的狀態；曝光用光源模組單元100，其配備得向玻璃基板10出射曝光用照明光；光學系210~230，其配備於玻璃基板10與曝光用光源模組單元100之間；及控制手段(無圖式標記)，其銜接控制驅動手段與曝光用光源單元100的驅動。其中，未說明圖式標記240代表形成有曝光圖案的曝光用光罩。
玻璃基板10在從曝光用光源模組單元100照射的照明光所入射的面塗佈有感光劑，形成有與形成在該感光面上的感光圖案相同圖案的光罩240配置成將空氣層置於之間，並支撐於曝光台250。因此，曝光用光源模組單元100出射的照明光藉由光學系210~230而聚光，並穿過光罩240，照射於玻璃基板10的感光面，從而執行在光罩240上形成的曝光圖案轉寫於玻璃基板3的感光面的曝光程序。
曝光台250根據玻璃基板10與光罩240的相對尺寸，借助於驅動手段而在X-Y平面座標上移動，並在排列了玻璃基板10與光罩240位置的狀態下，執行曝光程序。
另一方面，在本發明的曝光裝置200中，例示了玻璃基板10和光罩240相互隔開地配備的構成，但本發明並非限定於這種構成。
另一方面，可以具有光罩240貼緊玻璃基板10的感光面配備的構成。就這種構成而言，玻璃基板10的感光面形成貼緊曝光，使得光罩240的圖案轉寫於感光面。
另外，加寬玻璃基板10與光罩240之間的縫隙(gap)，在玻璃基板10與光罩240之間放置縮小投影透鏡，借助於此構成，可以把在光罩240上形成的圖案縮小投影於玻璃基板10的感光面而進行曝光。
而且，光學系210~230的配備用於使照明光高效聚光於光罩240，包括反射鏡210，其用於反射而使得從曝光用光源模組單元100照射的照明光穿過設置為受光區域A的光圈(aperture)；蠅眼透鏡(fly eye lens)221，其用於使穿過光圈(aperture)的照明光折射到聚光於光罩240所需的反射鏡230；聚光透鏡(condense lens)222及平透鏡(plate lens)223、224。這種光學系210~230的構成並非限定本發明的曝光裝置200，根據曝光物件和光罩的規格等，可以應用多樣形態的變形的構成。
曝光用光源模組單元100作為本發明曝光裝置200的特徵性構成要素，包括光源面板110，其由複數個單位紫外線發光元件(UV LED)111在電路基板112上貼裝成矩陣形態的陣列結構，構成得搭載於支撐面板113；光學面板120，其由複數個單位集光透鏡121在與光源面板110相向地配置於發光元件 111光出射側的透鏡面板122上，以矩陣形態的陣列結構配備構成，矩陣形態的陣列結構為從與發光元件111陣列的間隔p分別對應的間隔p位置，相對於主光軸而向經過光源面板110上的紫外線發光元件111陣列中心O(參照第2圖)的任意基準中心軸線側偏心的狀態e1、e2。
而且，在具有如上所述構成的本發明的曝光用光源模組單元100中，單位集光透鏡121具有如下構成，即，光入射面以在平面、具有(-)0.15以內曲率R的凹面及具有(+)0.15以內曲率R的凸面中選擇的任意一種形態形成，同時，光出射面以凸透鏡形成；單位紫外線發光元件111與單位集光透鏡121的隔開距離C1排列得相對於單位集光透鏡121的直徑d，滿足0.15<C1/d<0.5的值。
根據本發明的曝光裝置200，較佳紫外線發光元件111如第1圖的例示性的圖示，在帶子形態的單位電路基板112上貼裝一列以上，作為出射100nm波段至410nm波段範圍的紫外線光的晶片、封裝件或晶片與封裝件混合形態的LED光源。
具有如上所述構成的曝光用光源模組單元100，相對於作為複數個紫外線發光元件(UV LED)陣列模組的光源面板，組合了作為能夠使聚光效率最大化的集光透鏡陣列模組的光學面板，根據第1至20圖進行了詳細說明，具有專利說明書的申請專利範圍第1項至申請專利範圍第12項所示的構成，因而省略其詳細說明。
例如，本發明的曝光裝置200具有安裝曝光用光源模組單元100的構成，以便替代原有通常的曝光裝置，從而藉由低耗電的使用，節省光源更換費用，提高曝光裝備啟動時間，解決環境問題等而，有望獲得飛躍性節省維護費用的效果，而且，特別是可以利用紫外線的單一波長和短波長而實現高輸出 及高效率，因而具有可以借助於有效提高曝光性能和曝光效率而實現曝光圖案微細化和飛躍性的高解析度的優點。
以上說明的本發明不限定於所述的特定較佳實施例，在不超出專利說明書請求的本發明要旨的情況下，只要是相應發明所屬技術領域中具有通常知識者便會理解，不僅可以有多樣的變形實施例，而且這種變更也在記載的申請專利範圍內。
110:光源面板
111:紫外線發光元件
112:電路基板
113:支撐面板
120:第一光學面板
121:集光透鏡
122:透鏡面板

Claims (12)

  1. 一種曝光用光源模組單元，其包括：一光源面板(110)，其由複數個單位紫外線發光元件(111)在一電路基板(112)上貼裝成矩陣形態的陣列結構，構成得搭載於支撐一面板(113)；一第一光學面板(120)，其由複數個單位集光透鏡(121)在與該光源面板(110)相向地配置於該發光元件(111)的光出射側的一透鏡面板(122)上，以矩陣形態的陣列結構配備構成，該矩陣形態的陣列結構為從與該發光元件(111)分別對應的位置，相對於主光軸而向經過該光源面板(110)上的紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側偏心的狀態，該單位集光透鏡(121)的光入射面形成為具有設定為(-)0.15<曲率(R)<(+)0.15範圍的構成，光出射面形成為凸透鏡；以及該單位紫外線發光元件(111)與該單位集光透鏡(121)的隔開距離(C1)排列得相對於該單位集光透鏡(121)的直徑(d)，滿足0.15<C1/d<0.5的值；其中該複數個單位集光透鏡(121)係從經過其中心的任意基準中心軸線側逐漸隔開而靠近邊緣而配置，且相對於與之對應的該複數個紫外線發光元件(111)的主光軸，向基準中心軸線側偏心的距離逐漸增加。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之曝光用光源模組單元，其中該單位集光透鏡(121)的直徑(d)形成得相對於該單位紫外線發 光元件(111)與該單位集光透鏡(121)的隔開距離(C1)，滿足2.8<d/C1<5.8的值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之曝光用光源模組單元，其更具備並排排列於該第一光學面板(120)的光出射側的一第二光學面板(130)，在該第二光學面板(130)上，光入射面和光出射面分別由凸透鏡形成的複數個單位集光透鏡(131)以矩陣形態的陣列結構配備，該矩陣形態的陣列結構為從與該發光元件(111)分別對應的位置，相對於主光軸而向經過該光源面板(110)上的紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側偏心的狀態。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之曝光用光源模組單元，其中該第一光學面板(120)的單位集光透鏡(121)與該第二光學面板(130)的單位集光透鏡(131)的隔開距離(C2)，相對於該第二光學面板(130)的單位集光透鏡(131)的直徑(d2)，以滿足C2/d2<0.8的值的方式進行排列。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之曝光用光源模組單元，其中該第二光學面板(130)的單位集光透鏡(131)的直徑(d2)形成得相對於該第一光學面板(120)的單位集光透鏡(121)的直徑(d)，滿足0.7<d2/d<1.2的值。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任意一項所述之曝光用光源模組單元，其中該單位集光透鏡(121)(131)以矩陣形態的陣列結構配備，從經過該光源面板上的紫外線發光元件陣列中心的任意基準中心軸線側逐漸隔開，越靠近邊緣配置，相對於對應 單位紫外線發光元件的主光軸的偏心量越增加，從而以使從各個單位紫外線發光元件照射的擴散光聚光於設置在曝光裝置的光學系的受光區域的方式形成。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任意一項所述之曝光用光源模組單元，其中相對於從該紫外線發光元件至受光區域(A)的光學距離“a”，從經過該光源面板上的紫外線發光元件陣列中心(O)的基準中心軸線側隔開的紫外線發光元件的隔開距離“b”、該紫外線發光元件與該第一光學面板的集光透鏡的相向隔開距離“c”、該各個紫外線發光元件的中心軸與該第一光學面板的集光透鏡的中心軸之間的偏心距離“x”及受光區域(A)的直徑“t”的關係，設置得使該第一光學面板的集光透鏡的偏心距離“x”的基準滿足“x=b*c/a”，設置得使該“x”的範圍滿足“bc(2b-t)/2ab<x<bc(2b+t)/2ab”。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任意一項所述之曝光用光源模組單元，其中該紫外線發光元件在帶子形態的單位電路基板上，作為在晶片或封裝件中選擇的任意一種形態或兩者混合形態的LED光源進行貼裝。
  9. 如申請專利範圍第1項至第4項中任意一項所述之曝光用光源模組單元，其中該紫外線發光元件在單一該電路基板上，作為在晶片或封裝件中選擇的任意一種形態或兩者混合形態的LED光源進行貼裝。
  10. 如申請專利範圍第1項至第4項中任意一項所述之曝光用光源模組單元，其中該光源面板和該光學面板被外殼支撐，配備得以能夠加裝於曝光裝置或拆卸的狀態進行單元化。
  11. 如申請專利範圍第1項至第4項中任意一項所述之曝光用光源模組單元，其中在該光源面板和該光學面板的周圍更配備有散熱手段。
  12. 一種曝光裝置，其包括：一曝光台，其用於支撐塗布了感光劑的曝光用基板；一驅動手段，其用於將該曝光台驅動成能夠在X-Y平面座標上移動的狀態；一如申請專利範圍第1項至第5項中任意一項所述之曝光用光源模組單元，其配備得向形成該基板曝光圖案所需的光罩出射照明光；一光學系，其配備於該基板與曝光用光源模組單元之間；以及一控制手段，其銜接控制該驅動手段和曝光用光源單元的驅動。
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