曝光机均匀照明系统的研究[范文]

摘要： 随着时代的发展，可持续发展的要求以及用户需求的不断提高，电子信息类产品应时代的要求，其性能在不断提升和发展，以利其利。紫外线曝光装置是液晶显示屏（LCD）生产过程中的重要设备，在生产过程中起着至关重要的作用。光学曝光作为液晶显示屏生产过程中的一个重要环节，需要均匀的光照度，是产品能否脱颖而出，占据市场的重要环节。我在友达光电的实习期间，对曝光机的工作原理有一个初步的了解。事实上，利用非成像光学方法，通过比较两种不同光学结构曝光机的光斑均匀性得出，在通光口径较大的光学系统中，改善复眼透镜阵列和方棒对系统光照均匀性和光能利用率有显著影响。通过对照明系统的研究，提高了紫外曝光机光源的性能，光照强度分布均匀，能够满足曝光过程中对光源的需求。本文通过对曝光装置照明原理和光物理原理的研究，阐述了曝光机照明系统的工作原理。 

一、引言

1.1课题研究的背景和意义

近年来，随着科学技术的发展和时代的进步，智能手机、投影装置、平板电脑等高科技电子产品，越来越受到关注，影响着人们的日常生活、工作和学习。这些产品的性能要求越来越高，从而使作为核心部件的液晶显示屏的性能也不断提高。目前，以研究如何提高密度和微细化为主要研究方向的液晶显示屏的生产，显得至关重要。

在LCD的生产过程中，一个至关重要重要的环节就是利用光学曝光的方法进行紫外光经掩膜版与ITO玻璃间的图像转移，而在图像转移过程中，曝光机是最为重要的设备。LCD液晶显示屏的性能是否优越很大程度上取决于ITO玻璃的曝光质量。系统的曝光质量在有效曝光面积内，很大程度取决于紫外光的均匀度和平行度。本文重点研究了紫外曝光机照明系统的均匀性，在现有的光学基础上，结合实际应用，详细的讨论匀光系统。

 二、曝光机介绍

2.1曝光机原理

曝光机，电子射线曝光装置，集电子光学，电气，机械等复杂的半导体处理装置，在计算机控制下，利用有机高分子上的聚焦电子束（通常称作电子束光刻或光刻胶）曝光，电子束照射光刻胶，其物理化学性质发生变化，形成了良溶或非良溶区，并且形成精细图形。

目前大部分曝光设备采用是非接触式曝光。原理是紫外光经掩膜版（MASK）对涂有光刻胶的ITO玻璃曝光，曝光后的玻璃经显影产生与MASK板相同的图案。具体见图1。

涂有光刻胶的基片可以放进曝光机里进行曝光，当一定波长的光线（一般用紫外光）通过掩膜板上的透光区照射到光刻胶上，被辐射的光刻胶就会产生相应的光化学变化。光刻胶对大部分可见光敏感但是对黄光不敏感，所以光刻过程通常在黄光室内进行，而我就是在黄光区工作。

图1 曝光机原理图

2.2曝光机系统功能块（system function block）

以本公司采用NIKON FX-66/67S曝光机为例。如下图

图2  曝光机台

成像Imaging System(including the illumination system and the projection lens)。

平台Stage System(including the mask stage unit and the plate stage unit)。

对准Alignment System(alignment unit and AIS unit)。

传输Transfer System(mask loader unit and plate loader unit)。

温控室Chamber(including the air conditioner and the constant temperature bath)。

成像系统包括照明系统和投影镜头，用来进行曝光。平台包括掩模级单元和板级单元，用来储存MASK。对准系统包括对齐和AIS模块，用来将玻璃与MASK对准。传输系统包括掩模装载装置和装载机单元，进行玻璃的接收与输送。工作室包括空调和恒温浴，用来调节曝光机内温度 。控制系统就是其控制单元。

2.3曝光机光学原理

曝光机光学原理计算公式 

三、曝光机照明系统介绍

3.1照明系统结构图

传统曝光机照明系统主要由光源（高压球型汞灯）、椭圆面反光杯、冷光镜、透射式复眼透镜阵列组成。如图3所示：

图3  照明系统结构图

超高压水银Lamp：16KW，对波长365nm有反应的波长带。椭球面反光杯：集中Lamp的光，用平面镜反射。平面反光镜：使光的路径发生改变用球面镜进行反射。Fly's eye：使光照度变均一。球面镜：用平行光调整光的路径。

3.2照明系统工作原理

平行曝光机是在曝光平台上装两面反射镜，通过折射原理，因为平行曝光机只有一个灯管，所以两面同时曝光时，上下灯是分开曝光的。曝光时上灯先曝，一面镜子将光反到台面上方镜子上再折射到曝光台面，下灯曝光的时候，光直射到下方镜子上再折射到台面。所以用平行曝光机曝光，为了有相同的曝光级数，上灯能量一定要比下灯能量大些才行。

椭球面反光杯将光源发出的光聚焦后，把光通过冷光镜反射到Fly's eye阵列，从投影镜出射的光到达双色镜，到达两块对称分布的大面积球面平行反光镜，被直直的反射到晒板上对ITO玻璃进行曝光。

评价照明系统的好坏，一般有以下几个指标

（1）照明水平

（2）照明均匀度 

（3）眩光限制

对光源系统的要求A.有正确的波长。波长越短，曝光的特征尺寸越小；波长越短，光刻的刀刃越锋利，精度控制的蚀刻要求越高，衍射就越严重。B.必须要有足够的能量。只有提高能量，才能缩短曝光时间；C.在曝光区域内，能量要分布均匀。[一般，对光的均匀性、概念或不均匀，平行光是用来衡量是否均匀分布的光。紫外光源采用的是高压电弧灯、高压水银灯（高压汞灯）有许多尖锐的谱线用过滤后的G线（436 nm）或I（365 nm）。KrF准分子激光，ArF准分子激光和F2准分子激光三种准分子激光，可以用于短波长的紫外光源。曝光系统的主要功能包括：实现均匀照明，实现冷光、滤波处理，实现光照度调节。

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