一种实现大面积多光源高均匀性曝光装置及其制作方法
阅读说明：本技术 一种实现大面积多光源高均匀性曝光装置及其制作方法 (Device for realizing large-area multi-light-source high-uniformity exposure and manufacturing method thereof ) 是由 叶芸 曹项红 郭太良 林映飞 江宗钊 杨涛 张翔 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种实现大面积多光源高均匀性曝光装置,其特征在于：包括多光源切换装置、线光源、抛物面四棱台反光罩,曝光台面,其特征在于：所述抛物面四棱台反光罩上下端面贯通,其四周面均为曲面,抛物面四棱台反光罩上端开口小于下端开口且上端开口位于线光源正下方,所述线光源设置若干且均安装在多光源切换装置上并经其步序切换,所述曝光台面位于抛物面四棱台反光罩下端开口下方,所述抛物面四棱台反光罩周面均为双层结构,将光照直接接触的部分定义为外层,即内外分别为光吸收层与反射层,该多光源高均匀性曝光装置结构简单,有效降低成本。(The invention relates to an exposure device for realizing large-area multi-light-source high uniformity, which is characterized in that: including many light source auto-change over device, line source, parabolic four-edged terrace reflector, exposure mesa, its characterized in that: the end surface link up about the four terrace with edge of paraboloid reflector, its four global is the curved surface, and the opening of four terrace with edge reflectors upper end is less than lower extreme opening and upper end opening and is located under the line source, the line source sets up a plurality ofly and all installs on many light source auto-change over device and switches over through its preface, the exposure mesa is located four terrace with edge reflectors lower extreme opening below of paraboloid, four terrace with edge reflectors global is bilayer structure, is the partial definition of illumination direct contact for outer, is light absorption layer and reflecting layer inside and outside respectively promptly, this many light source high homogeneity exposure device simple structure, effective reduce cost.)
技术领域
本发明涉及曝光设备技术领域，是一种实现大面积多光源高均匀性曝光装置及其制作方法。
背景技术
光刻工艺在半导体制造、集成电路、LED制造、柔性PCB线路板、柔性印刷制造等具有广泛的应用。随着市场对产品性能逐渐提出更高的要求，竞争也变的尤为激烈。
此外，设备在性能以及成本上面临着极大的挑战。目前市场上的大面积曝光机的设备只有单一的曝光光源，对于不同的感光胶的兼容性不高。另一方面，光源曝光到基板上的能量的分布有差异，尤其涉及到大面积制备图案化的工艺时，大面积机台的边缘与中心的能量的差异将会越来越大，均匀性很难达到90%以上，进而致使感光剂吸收的能量的差异，最终导致光刻形成的图形的边缘产生不同程度的不齐，降低产品性能质量，这就制约了大面积光刻工艺产品发展。与此同时，采用高效节能寿命长的的UVLED取代传统的汞灯UV曝光灯源也是未来的发展趋势，但是UVLED的曝光的均匀性问题是目前推广应用的极大挑战。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种实现大面积多光源高均匀性曝光装置及其制作方法，不仅结构合理，而且成本较低。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：包括多光源切换装置、线光源、抛物面四棱台反光罩，曝光台面，其特征在于：所述抛物面四棱台反光罩上下端面贯通，其四周面均为曲面，抛物面四棱台反光罩上端开口小于下端开口且上端开口位于线光源正下方，所述线光源设置若干且均安装在多光源切换装置上并经其步序切换，所述曝光台面位于抛物面四棱台反光罩下端开口下方，所述抛物面四棱台反光罩周面均为双层结构，将光照直接接触的部分定义为外层,即内外分别为光吸收层与反射层。
进一步的，所述线光源的位置在抛物面四棱台反光罩的上开口处，其上端开口可以为矩形或者正方形，所述线光源的位置在抛物面四棱台的上开口处且为抛物面的焦点，开口面积根据曝光台面的面积决定，台面面积越大，下开口面积越大，线光源的中心与矩形或者正方形的对角线中心重合。
进一步的，所述线光源类别可以为汞灯光源：包括G线、H线、I线，波长分别为436nm、405nm、365nm，准分子激光光源：包括 XeF、XeCl、KrF、ArF，波长分别为351nm、308nm、248nm、193nm，氟激光光源：包括F2，波长为157nm。
进一步的，所述抛物面四棱台反光罩包含双层结构，该双层结构的外层（反射层）材料为反射率高、漫反射率低的材料，反射率大于等于90%~95%，漫反射率小于等于5%~10%，内层（光吸收层）材料为黑化、粗化处理的低反射的金属板材料。
进一步的，所述抛物面四棱台反光罩反射层上均贯穿开设有光强调节孔，所述光强调节孔均上下平行开设若干排且不同排的光强调节孔的孔径均不同，同排的光强调节孔的孔径均相同。
进一步的，所述光吸收层其内部密度分布不同，根据接近光源的至远离光源密度逐渐减小。
进一步的，所述多光源切换装置包括气缸与导轨，所述气缸输出端与一U型的滑条弯折部固连，该滑条两侧均与导轨滑动对接，所述线光源均沿滑条长度方向均布若干并经气缸推拉进行光源切换调节。
一种实现大面积多光源高均匀性曝光装置的制作方法，按以下步骤进行：步骤S1:制作抛物面四棱台反光罩；步骤S2:制作抛物面四棱台内侧抛物面结构；步骤S3:使用Tracepro或者其他光学仿真软件进行抛物面反射面的受光均匀性仿真，通过模拟不同密度的光吸收层阵列图形的排布获得优选的密度阵列；步骤S4:制作反射层阵列图形，实际测光均匀性，再进行光吸收层阵列密度分布修正，获得高均匀性的曝光效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：多光源切换装置可以根据不同波长的感光胶进行灵活选择，一机多用，制作成本大大降低。对抛物面四棱台内表面的不同区域进行光吸收层的密度分布修正，可以得到受光面95%及以上均匀性的辐照度。由于其抛物面四棱台的上下开口面积可根据实际工艺加工可调，阵列材料的密度以及分布可修正，本结构可广泛应用于大面积的图形制作光刻工艺，对实现大面积高均匀性曝光、降低制作成本等方面具有重大现实意义。
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的构造示意图；
图2为图一中A处抛物面四棱台反光罩光反射层示意图；
图3为本发明实施例中抛物面四棱台反光罩的组装示意图；
图4为本发明实施例中多光源切换装置的结构示意图；
图5为本发明实施例中的未经优化的光学仿真光强分布均匀性图；
图6本发明实施例中抛物面四棱台反光罩内侧表面的光吸收层阵列密度分布的Tracepro建模仿真的照度均匀性结果示意图。
图7为本发明实施例中的经过优化的光学仿真光强分布均匀性图。
图中：1-多光源切换装置，2-线光源，3-抛物面四棱台反光罩，4-曝光台面，5-光吸收层，6-反射层，7-光强调节孔，8-气缸，9-导轨，10-滑条。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~7所示，一种实现大面积多光源高均匀性曝光装置，包括多光源切换装置1、线光源2、抛物面四棱台反光罩3，曝光台面4，其特征在于：所述抛物面四棱台反光罩上下端面贯通，其四周面均为曲面，抛物面四棱台反光罩上端开口小于下端开口且上端开口位于线光源正下方，所述线光源设置若干且均安装在多光源切换装置上并经其步序切换，所述曝光台面位于抛物面四棱台反光罩下端开口下方，所述抛物面四棱台反光罩周面均为双层结构，将光照直接接触的部分定义为外层,即内外分别为光吸收层5与反射层6。
在本发明实施例中，所述线光源的位置在抛物面四棱台反光罩的上开口处，其上端开口可以为矩形或者正方形，所述线光源的位置在抛物面四棱台的上开口处且为抛物面的焦点，开口面积根据曝光台面的面积决定，曝光台面面积越大，下开口面积越大，线光源的中心与矩形或者正方形的对角线中心重合。在本实施例中，所述抛物面四棱台反光罩上开口尺寸为：长320mm，宽250mm,下开口尺寸为：长720mm，宽650mm，所述曝光台面尺寸：长1400mm,宽1050mm，抛物面四棱台上开口与曝光台面的距离为1200mm。
在本发明实施例中，所述线光源类别可以为汞灯光源：包括G线、H线、I线，波长分别为436nm、405nm、365nm，准分子激光光源：包括 XeF、XeCl、KrF、ArF，波长分别为351nm、308nm、248nm、193nm，氟激光光源：包括F2，波长为157nm，优选地，G线光源和H线光源组合放置在滑条上，依靠气缸伸缩驱动切换。多光源的种类与数量可以根据实际工艺进行设计，多光源均可以同时放置在滑条上。
在本发明实施例中，所述抛物面四棱台反光罩包含双层结构，该双层结构的外层（反射层）材料为反射率高、漫反射率低的材料，反射率大于等于90%~95%，漫反射率小于等于5%~10%，，如镜面银、抛光氧化镜面铝等材料，在本实施例选用的是压花豆纹银镜面铝板，内层（光吸收层）材料为黑化、粗化处理的低反射的金属板材料，所述光吸收层根据各部分光强的差异，进行分布密度不同以削弱光强的阵列物质，其划分区域方式是根据光源以及曝光台面面积设计的，在本实施例中划分为三部分，其部分阵列的形状可以为矩形、圆形、椭圆形、平行四边形、菱形、三角形或其他多边形阵列等。
在本发明实施例中，所述抛物面四棱台反光罩反射层上均贯穿开设有光强调节孔7，所述光强调节孔均上下平行开设若干排且不同排的光强调节孔的孔径均不同，同排的光强调节孔的孔径均相同。
在本发明实施例中，所述光吸收层其内部密度分布不同，根据接近光源的至远离光源密度逐渐减小，本实施例中的光吸收层阵列材料优选的金属材料，尤其是一种粗化、黑化的铝板。
在本发明实施例中，所述多光源切换装置包括气缸8与导轨9，所述气缸输出端与一U型的滑条10弯折部固连，该滑条两侧均与导轨滑动对接，所述线光源均沿滑条长度方向均布若干并经气缸推拉进行光源切换调节，所述线光源均间隔固设在滑条上。
一种实现大面积多光源高均匀性曝光装置的制作方法，并按以下步骤进行：
步骤S1:制作抛物面四棱台反光罩；
量取抛物面四棱台反光罩的受光面的长为a，宽为b，高为h(也就是抛物面的焦点)，制作出抛物面四棱台反光罩，在本实施例中，参照图3所示，将抛物面1、2沿x方向各自反向平移一定距离，得到水平相对的两片凹槽曲面；旋转90°，再沿y方向各自反向平移一定距离，得到垂直相对的另两片凹槽曲面。这4片凹槽曲面可组成一个标准的矩形复合抛物面反光杯；
步骤S2:制作抛物面四棱台内抛物面结构；
内抛物面的结构是两层结构，将光照直接接触的部分定义为外层，即抛物面为光反射层，外层是分布不同密度等距不等直径的八边圆孔阵列图形反射层，反射层为高反射压花豆纹镜面铝板，优选为高反射低漫反射率的镜面银或抛光氧化镜面铝；内层为黑化处理的粗化铝板或其它金属材料，其作为光吸收层削弱光强分布，具体密度分布可调，本实施例中优选的黑化铝板或其他的金属板材的几何图形选择为八边圆形；
步骤S3:使用Tracepro或者其他光学仿真软件进行抛物面反射面的受光均匀性仿真，通过模拟不同密度的光吸收层阵列的排布图形获得优选的密度阵列。
参照附图5、6、7分别为不同的光吸收层阵列密度调控的反射面的受光均匀性示意图，经过对近光测和远光测不同区域进行光吸收层阵列的密度多次调节分布，该仿真结果的均匀性从不足50%逐渐优化达到接近95%。该仿真结果表明，这种密度阵列调控实现均匀性的可行性。
步骤S4:制作反射层阵列图形，实际测光均匀性，再进行光吸收层阵列密度实际分布修正，获得高均匀性的曝光效果。
八边圆孔阵列图形反射层制作：经过步骤S3的光学仿真软件模拟出的抛物面反射面发散到受光面均匀的光强所得出的八边圆孔阵列图形，转CAD格式进行镭射、数字机床、蚀刻等方法获得阵列图形后，采用阳极氧化、着黑色、镀黑镶、黑铬,或化学黑化工艺进行黑化、粗化的铝板结合压花豆纹镜面铝板图形的双层分布制作。制作完成后，进行实测，对曝光台面选择均匀性测定的点，本实施例中，选择25个受光处进行均匀性测量与计算。对于实际的光吸收层的分布的位置与密度不断进行修正，直至获得95%或者以上的的均匀性，获得最佳的光强分布，结束制程。实际操作时，根据产品以及工艺要求，均匀性的调整不设限制，曝光台面的面积不设限制。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的实现大面积多光源高均匀性曝光装置及其制作方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
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