本发明关于一种无光罩激光直写曝光机(masklesslaserdirectimagingsystem)，尤其是一种利用线性扫描方式成像的无光罩激光直写曝光机。
背景技术：
近年来，在印刷电路板(pcb)的工艺中对精密度的要求不断提高，使得传统接触印刷工艺逐渐无法符合要求。对此，许多印刷电路板厂商转而使用激光直写曝光机以解决良品率及产出率的问题。相较于传统的光刻技术，此激光直写曝光机能在不使用光罩的情况下，在电路板的电路图案数据送入电脑后直接在待曝光基板上写入对应所需的电路图案，至此不仅精密度大幅提升，兼能有效降低生产成本。
中国台湾专利第523968号揭露一种激光直写曝光机，其能在无光罩使用下，直接在一待曝光基板表面上形成一潜影图案(latentimage)。其中，该激光直写曝光机主要包括一激光光源及设于该激光光源与待曝光基板之间的一反射式扫描器。该激光光源用以输出一载有影像信息的激光光束。该反射式扫描器具有一多面镜，其在转动时对待曝光基板进行扫描，以形成该潜影图案。
值得注意的是，传统反射式的扫描方法会产生诸多缺点。首先，如图11所示，在使用反射式多面镜9时，待曝光基板4的高度变化会造成聚焦点f3、f4的位置偏移，连带影响其潜影图案的成像品质。再者，如图12所示，传统镜面91对激光光束92的聚焦点f会因为镜面91转动角度而有所不同，导致基板4成像时产生影像周围失焦的情形。为改善此些缺点，前述中国台湾专利所教示的直接激光影像系统需要在该反射式扫描器与该基板之间的光学路径上设置一平场聚焦透镜(f-thetalens)来补正，以提高成像品质。
技术实现要素：
有别于以往的反射式无光罩激光直写曝光机，本发明提供一种新的穿透式无光罩激光直写曝光机，通过其穿透式的扫描器来直接成像，可以避免反射式扫描器的失焦或焦点偏移等问题，且其搭配的光学系统更可配置适当的补偿透镜以进一步提高光学品质。此外，本发明无光罩激光直写曝光机的激光曝光装置采用成排的多颗激光二极管的线性扫描方式，更可以大幅提高扫描速度。
具体而言，本发明无光罩激光直写曝光机主要包括一载台及一激光曝光装置。该载台供承载一待曝光基板，该待曝光基板表面涂布有一感光层。该激光曝光装置可与该载台于一y方向上相对位移，且在相对位移的过程中，该载台上的待曝光基板的感光层在一x方向上的位置点也能受到该激光曝光装置的选择性曝光，以构成一潜像图案。
详言之，该激光曝光装置具有一第一激光模块，该第一激光模块包括一线性激光光源、一穿透式扫描器、多个聚焦透镜以及至少一补偿透镜。其中，该线性激光光源包括沿其长度方向间隔排列的多个激光二极管，用以输出相互平行的多道激光光束，其中该线性激光光源的长度方向倾斜于x方向。该穿透式扫描器具有可转动的一多棱镜，该多棱镜的转轴平行于该线性激光光源的长度方向，且具有多个刻面，供该些激光光束射入。该些聚焦透镜设于该线性激光光源与该多棱镜之间，用以对应地将该些激光二极管的激光光束聚焦至该待曝光基板。该补偿透镜设于该多棱镜与该待曝光基板之间，以修正该些聚焦透镜于聚焦时所造成的像差。值得注意的是，该穿透式扫描器的多棱镜的每一刻面皆能使每一条入射的激光光束产生偏折，并经该多棱镜的折射出光后在该待曝光基板的感光层形成一光点，且该多棱镜在转动过程中所形成的光点会在该待曝光基板的感光层的一斜向扫描路径上形成一条状曝光光斑，且相邻的两激光光束所形成的条状曝光光斑在x方向上的投影存在部分重叠。
较佳地，该至少一补偿透镜可以是一柱面透镜，与该多棱镜平行设置。或者，该至少一补偿透镜可以包括多个球面透镜，分别对应该些该些激光二极管。又或，该至少一补偿透镜可以包括多个非球面模造透镜，分别对应该些该些激光二极管。
较佳地，该激光曝光装置更包括一第二激光模块，其结构相同于该第一激光模块，且该第一激光模块的最后一道激光光束所形成的条状曝光光斑与该第二激光模块的第一道激光光束所形成的条状曝光光斑在x方向上的投影存在部分重叠。
较佳地，该激光曝光装置的第一激光模块更包括一水冷却系统，用以对该第一激光模块的线性激光光源进行散热。
较佳地，该激光曝光装置的第一激光模块更包括多个镜筒，每一镜筒恰轴向套设于对应的激光二极管的一基座上，而该些聚焦透镜分别设于该些镜筒内。
较佳地，该激光曝光装置更包括一控制单元，该控制单元控制该穿透式扫描器的多棱镜的转动以及该线性激光光源的激光二极管的开关，使得该些激光光束被限定在以一预定范围内的一入射角进入该多棱镜的刻面，其中该预定范围是介于正20度角至负20度角之间。
本发明的无光罩激光直写曝光机通过其穿透式的扫描器来直接成像，可以避免反射式扫描器的失焦或焦点偏移等问题，且其搭配的光学系统更可配置适当的补偿透镜以进一步提高光学品质。此外，本发明无光罩激光直写曝光机的激光曝光装置采用成排的多颗激光二极管的线性扫描方式，更可以大幅提高扫描速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无光罩激光直写曝光机的立体结构示意图。
图2为图1的无光罩激光直写曝光机中的激光曝光装置的立体结构示意图。
图3为图2的一局部放大示意图。
图4为图2的激光曝光装置的两激光模块与待曝光基板的俯视平面示意图。
图5为图2的激光曝光装置的其中一激光模块的立体结构示意图。
图6为图5的激光模块的部分结构的断面结构示意图。
图7为图6中沿着vii-vii线剖切的一断面示意图。
图8a至图8c显示本发明的多棱镜扫描器在转动中使得激光光束在待曝光基板上形成一条状激光光斑的过程。
图9为在x-y坐标轴上呈现该激光曝光装置所形成的条状激光光斑的示意图。
图10为显示本发明的多棱镜扫描器在进行激光光束扫描时，激光光束垂直入射待曝光基板表面的情形。
图11显示已知多面镜扫描器在进行激光光束扫描时因基板高度变化造成聚焦点偏移的情形。
图12显示已知镜面因转动角度不同而在反射激光光束时造成影像周围失焦的情形。
附图标号：
无光罩激光直写曝光机100
机台1载台11
龙门12
激光曝光装置2
控制单元3
待曝光基板4感光层41
第一激光模块5线性激光光源51
激光二极管510
激光光束511/511a/511b/511l
基座512舟架513
光学组件52聚焦透镜单元520
镜筒521聚焦透镜522
补偿透镜523
穿透式扫描器53多棱镜531
马达532刻面533
水冷却系统54
第二激光模块6
多面镜9镜面91
激光光束92
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。
图1至图10显示本发明无光罩激光直写曝光机100的一个较佳实施例，用以将一数字图案信息直接写入一待曝光基板4，以在该待曝光基板4表面的一感光层41(图8a至图8c)形成一潜像图案。如图1所示，该无光罩激光直写曝光机100大致包括一机台1、一激光曝光装置2及一控制单元3。该激光曝光装置2设于该机台1的一龙门12上。该机台1具有一载台11，供承载该待曝光基板4。
具体而言，该载台11连同其上的待曝光基板4可沿一y方向前进，而与该龙门12上的该激光曝光装置2相对位移。此外，在该激光曝光装置2与该载台11相对位移的过程中，该待曝光基板的感光层41在x方向上的每个位置点皆能受到该激光曝光装置2的选择性曝光，以在该感光层41上形成二维的潜像图案(未显示)。该潜像图案可经由后续的一显影工艺而在该待曝光基板4上被具象化。
图2显示图1中的该激光曝光装置2与该待曝光基板4的位置关系示意图。其中，该激光曝光装置2具有结构完全相同的一第一激光模块5及一第二激光模块6。如图4的平面图所示，该第一及第二激光模块5、6彼此相互平行，但倾斜于该待曝光基板4的前进方向(也就是y方向)。
为简化起见，今仅以该第一激光模块5为例说明，该第二激光模块6的结构得比照该第一激光模块5的结构。如第五及六图所示，该第一激光模块5包括一线性激光光源51、一光学组件52、一穿透式扫描器53及一水冷却系统54。其中，该线性激光光源51的长度方向(m)倾斜于x方向(如图4所示)，且包括多个激光二极管510(较佳如图6所示)，该些激光二极管510沿该线性激光光源51的长度方向(m)间隔排列，用以输出相互平行的多道激光光束511。同样地，该光学组件52具有成排沿该线性激光光源51的长度方向(m)设置的多个聚焦透镜单元520，用以分别对应地将该些激光光束511聚焦至该待曝光基板4。每一聚焦透镜单元520包括一镜筒521及设于该镜筒521内的聚焦透镜522。该聚焦透镜522较佳为选用玻璃模造的非球面透镜。此外，如图7的横向放大图所示，该镜筒521恰轴向套设于对应的激光二极管510的一基座512上，而该基座512复再被固定于一舟架513上。如此，可以省去每一个激光二极管510与对应的聚焦透镜522之间原本在光学轴上需要彼此繁复精准的对位问题。另如图5所示，该水冷却系统54连接该线性激光光源51的该些舟架513，用以对该线性激光光源51的该些激光二极管510进行散热，以防止过热失效。
再参阅图6，该穿透式扫描器53具有一多棱镜531及用以驱使该多棱镜531转动的一马达532。该多棱镜531的转轴平行于该线性激光光源51的长度方向(m)，且该多棱镜531具有多个刻面533，供该些激光光束511射入。该些聚焦透镜522设于该线性激光光源51与该多棱镜531之间，用以对应地将该些激光二极管510的激光光束511聚焦至该待曝光基板4。
较佳地，该光学组件52更可配置至少一补偿透镜523于该多棱镜与该待曝光基板之间，以修正该些聚焦透镜于聚焦时所造成的像差，使得激光光点更为细小锐利，藉以提高图案解析度。其中，该补偿透镜可以是一长条的柱面透镜(cylindricallens)或是一整排的球面透镜(sphericallens)或非球面透镜(asphericallens)，且该补偿透镜的直径或宽度不小于该多棱镜的直径。在本实施例中，该补偿透镜523是选用柱面透镜，其与该多棱镜53平行设置，如图2或图5所示。然而在其他的例子中，该补偿透镜523也可选用多个间隔排列的球面透镜或非球面透镜，而该非球面透镜较佳可选用玻璃模造的非球面透镜(asphericalglassmoldedlens)。
如图8a所示，激光光束511是从该多棱镜531的一刻面533进入，且该多棱镜531的每一刻面533皆能使每一条入射的激光光束511产生偏折，并经该多棱镜531的折射出光后在该待曝光基板4的感光层形成一光点p。又如图10所示，激光光束在经过该多棱镜531的折射后，待曝光基板4的高度变化并不会造成聚焦点f1、f2的位置偏移。再者，该多棱镜531在转动一预定角度范围(例如30度)的过程中(图8a至图8c)所形成的诸多光点p会在该待曝光基板4的感光层41的一斜向扫描路径(n)上形成一条状曝光光斑s，如图8c所示。
如图3的放大图所示，相邻的两激光光束511a、511b所形成的条状曝光光斑s11、s12在x方向上的投影存在部分重叠。再者，如图9所示，相邻两激光模块5、6所产生的条状激光光斑也存在着部分重叠，其中该第一激光模块5的最后一道激光光束511l所形成的条状曝光光斑s1n与该第二激光模块6的第一道激光光束611a所形成的条状曝光光斑s21在x方向上的投影存在部分重叠。如此，该激光曝光装置2的两激光模块5、6确实能够在x方向上对该待曝光基板4的感光层41的不同位置曝光，且在该待曝光基板4前进被扫描的过程中，该控制单元3(图1)同时控制该穿透式扫描器的多棱镜的转动以及该两激光模块5、6的激光二极管510的开关，使得每一曝光光斑或未曝光的位置形成该潜像图案的一像素点，且相邻像素点不会产生空白间隙。较佳地，该控制单元3使该些激光光束511被限定在以一预定范围内的入射角进入该多棱镜531的刻面533，其中该预定范围是介于正20度角至负20度角之间，以达到较佳的激光光点；更佳地，该预定范围是介于正15度角至负15度角之间，以取得更细致的激光光点所构成的条状曝光光斑。
以图8a～图8c图为例，该多棱镜531转动30度的过程中，该激光光束511从起始的正15度(+15°)的入射角入射该多棱镜531的刻面533(图8a)，随后逐渐变化到从零度的入射角入射该刻面533，也就是垂直入射该刻面533(图8b)，最后变化到从负15度(-15°)的入射角入射该刻面533(图8c)。在这过程中，激光光点的直径也随入射角的变化而变化。
底下表列激光光束在不同入射角(0°～15°)下入射该多棱镜531的刻面533，并搭配不同类型的补偿透镜(包含无设置补偿透镜的对照组)所产生的激光光点的直径(单位：微米)：
从上表可知，相较于没有使用补偿透镜(编号1)的情况，无论增加何种补偿透镜(编号2～4)皆可或多或少缩小激光光点，尤其是在以较大的入射角(例如15度)入射时，其改善更为明显。此外，在各种补偿透镜中，选用非球面透镜(编号4)作为补偿透镜时还能得到最细致的激光光点，其直径甚至可低至约1～2微米。
通过上述设置，本发明的无光罩激光直写曝光机通过其穿透式的扫描器来直接成像，可以避免反射式扫描器的失焦或焦点偏移等问题，且其搭配的光学系统更可配置适当的补偿透镜以进一步提高光学品质。此外，本发明无光罩激光直写曝光机的激光曝光装置采用成排的多颗激光二极管的线性扫描方式，更可以大幅提高扫描速度。
无论如何，任何人都可以从上述例子的说明获得足够教导，并据而了解本发明内容确实不同于先前技术，且具有产业上的利用性，及足具进步性。是本发明确已符合专利必要条件，依法提出申请。