CN115685686A - 曝光***及曝光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的曝光***，用以在工件上曝光三维结构，曝光***沿激光束前进方向依次设置有发射激光束的激光器、用以对激光束的光斑进行变倍扩束的扩束镜、限制激光束的光阑、偏转激光束方向的振镜、以及保证激光束垂直出射的场镜组，振镜包括用以反射激光束的反射片，反射片可旋转以扩大激光束出射的范围，激光束出射的范围为3mm*3mm‑15mm*15mm，曝光***在光阑作用下，能够在工件上形成三维结构，振镜中的反射片能够可旋转以扩大激光束出射的范围，使得工件和曝光***在不发生相对移动的情况下，就能曝光多个单元，大大地提高了曝光速率和工件加工效率。

Description

曝光***及曝光装置

技术领域

本发明涉及一种曝光***及曝光装置。

背景技术

由于激光具有亮度高、单色性好、方向强等优点，被广泛应用于激光直写、激光封装等加工领域，常用的是一种激光振镜扫描***，其工作原理是将激光束经扩束镜放大准直后经过扫描聚焦场镜后，以一定功率密度的光斑会聚到加工工件表面上，激光与工件的作用需要一定的作用时间，进而提供加工过程所需的能量，从而实现对工件的加工，为了在工件上形成三维结构的曝光图案，一般使用灰度光阑，因灰度光阑形状内的激光透过率不同，最终曝光的强度不同，从而在工件上可形成三维结构的曝光图案。但是光阑尺寸一般为毫米级，最终曝光图案为微米级，甚至纳米级。为了曝光出三维形态，要经过多次曝光，而且每次只能曝光一个单元，完成一个单元后，移动平台或曝光***需要移动到下一个单元进行曝光，因移动平台或曝光***的移动速率较慢，导致效率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种曝光速率快，对工件加工效率高的曝光***。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种曝光***，用以在工件上曝光三维结构，所述曝光***沿激光束前进方向依次设置有发射激光束的激光器、用以对所述激光束的光斑进行变倍扩束的扩束镜、限制所述激光束的光阑、偏转所述激光束方向的振镜、以及保证所述激光束垂直出射的场镜组，所述振镜包括用以反射所述激光束的反射片，所述反射片可旋转以扩大所述激光束出射的范围。

进一步地，所述曝光***还包括用以聚焦所述激光束的聚焦镜，所述聚焦镜设置在所述光阑和所述振镜之间，或者设置在所述振镜和所述场镜之间。

进一步地，所述场镜组包括至少一个场镜。

进一步地，所述场镜为远心场镜。

进一步地，所述光阑为灰度光阑，所述灰度光阑的灰度在不同位置处不同，在中心位置处的灰度最低，越靠近所述灰度光阑的边缘，灰度越高。

进一步地，所述激光器为紫外激光器。

本发明还提供一种曝光装置，包括架体和设置在所述架体上所述的曝光***、用以固定工件的工件台、以及驱动所述曝光***和所述工件台相对运动的运动台，所述曝光***出射的激光束在所述工件上形成三维结构。

进一步地，所述曝光***固定在所述运动台上。

进一步地，所述工件台固定在所述运动台上。

进一步地，所述曝光装置还包括设置在架体上的控制器，所述控制器与所述曝光***和所述运动台电性连接。

本发明的有益效果在于：本发明的曝光***在光阑作用下，能够在工件上形成三维结构，振镜中的反射片能够可旋转以扩大激光束出射的范围，使得工件和曝光***在不发生相对移动的情况下，就能曝光多个单元，大大地提高了曝光速率和工件加工效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一实施例所示的曝光***和工件的结构示意图；

图2为本发明一实施例所示的曝光***和工件的的另一种结构示意图；

图3为图1中灰度光阑的不同灰度分布区域示意图。

图4为图1中六边形灰度光阑的不同灰度分布区域示意图。

图5为图1中圆形灰度光阑的不同灰度分布区域示意图。

图6为图1中椭圆形灰度光阑的不同灰度分布区域示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参见图1和图2，本发明一实施例所示的曝光***，用以在工件2上曝光三维结构，曝光***沿激光束前进方向依次设置有发射激光束的激光器11、用以对激光束的光斑进行变倍扩束的扩束镜12、限制激光束的光阑13、偏转激光束方向的振镜14、以及保证激光束垂直出射的场镜组，振镜14包括用以反射激光束的反射片(未图示)，反射片可旋转以扩大激光束出射的范围，激光束出射的范围为3mm*3mm-15mm*15mm。

其中，曝光***还包括用以聚焦激光束的聚焦镜16，聚焦镜16设置在光阑13和振镜14之间，将聚焦后的激光束入射至振镜14，见图1；或者聚焦镜16设置的数量为两个，一个聚焦镜16设置在光阑13和振镜14之间，另一个设置在场镜组和工件2之间，见图2，将聚焦镜16放在场镜组的下方，聚焦镜16和场景组可以消除因振镜14引起的焦距变化，从而使得激光束能够在工件2上精准成像。

激光器11为紫外激光器11，用于提供从紫外波段至红外波段的某一单光谱或是带宽小于100nm的宽光谱，根据工件2的材料特性可自由选择光源波长，以此增加曝光***的应用广泛性。扩束镜12用于将光斑进行变倍扩束，以在线调整出射激光束的光斑尺寸，从而适应不同工件2对光斑尺寸要求，具体的光斑尺寸可根据实际需要进行设置。其中，光阑13为灰度光阑13，请参见图3-6，灰度光阑13为三角形，圆形，椭圆形，四边形，多边形等，灰度光阑的形貌依据实际需求进行更换。灰度光阑13的灰度在不同位置处是不同的，在中心位置处的灰度是最低的，越靠近灰度光阑13的边缘，灰度越高，故，在灰度光阑13的不同位置处，激光透过率不同，从而从曝光***出射的激光束在工件2表面的曝光强度不同，在工件2上一次曝光就可形成三维结构，无需像传统的曝光方法那样，为了曝光出三维结构，需要多次曝光而且每次只能曝光一个单元，完成一个单元后，移动平台进行下一个单元曝光，曝光效率很低。

振镜14中反射片的数量为两个，其中一个反射片对激光束进行X方向偏转，另一个反射片对激光束进行Y方向偏转，而两个反射片绕中心轴可旋转，从而扩大了激光束在水平方向上的出射范围。在工件2和曝光***在不发生相对移动的情况下，因反射片的旋转，可在工件2表面的移动范围内曝光多个单元，常规的一个单位的尺寸为0.1mm*0.1mm，而激光束出射的范围为3mm*3mm-15mm*15mm，即在工件2表面可曝光30*30-150*150个单元。振镜14中反射片的旋转速率约为900次/s，而曝光***和工件2相对移动的速率约100次/s，反射片的旋转速率远远大于曝光***或工件2的激动速率，故，本发明涉及的曝光***能够快速在工件2上曝光图案。

场镜组包括至少一个场镜15，本实施例中，场镜15为远心场镜15，其用于保证振镜14出射的激光束垂直入射到工件2上，避免了倾斜出射时垂向串扰问题。远心场镜15设置的数量可根据实际需要的缩微倍率进行选择，在此不做具体限定。

请参见图1，激光器11输出激光束，激光束经过扩束镜12扩束，出射到灰度光阑13，再经过聚焦镜16聚焦，出射到振镜14以改变方向，再经过远心场镜15聚焦到工件2上，其中激光束移动方向如箭头所示。或是如图2，经过远心场镜15的激光光束，经过聚焦镜16再次聚焦到工件2上，其中激光束移动方向如箭头所示。

本发明还提供一种曝光装置，曝光装置包括架体和设置在架体上的上述所示的曝光***、用以固定工件的工件台、以及驱动曝光***和工件台相对运动的运动台，曝光***出射的激光束在工件上形成三维结构。

工件可以为硬性基板或柔性基板，基板可以为玻璃、PET、PC、PMMA中的任一个，但不仅限于此，可根据实际需要进行选择。在工件表面曝光形成三维结构后可制备得到扩散片、导光板等的模具，在此不一一列举。曝光***设置在架体上，且用以出射激光束的出射口位于工件台的上方，且出射的激光数垂直入射工件台，以对位于工件台的工件进行加工。

曝光***用于对工件进行曝光加工，在工件上的曝光图形，该图案可为任意可实现的图形，且工件的尺寸在此不做具体限定，本实施例可在不同尺寸的工件上加工。

为了在工件上加工完成图案，曝光***和工件表面需要在水平方向上相对移动，曝光***可以固定在运动台上，以相对工件移动，或者工件台固定在运动台上，以相对曝光***移动，同时，曝光***和工件可在高度方向上相对移动，以调节曝光***出射的激光束在工件表面成像。

曝光装置还包括设置在架体上的控制器，控制器与曝光***和运动台电性连接。控制器用于控制曝光***和运动台完成所需要的操作。

曝光装置的工作原理为：将工件放置到工件台上；控制器控制运动台运动将工件移动到曝光***出射的激光束下方，或者移动曝光***以使得激光束入射工件；调整曝光***相对工件的高度以满足对工件的曝光要求；控制器控制运动台将曝光***出射的激光束位于起始曝光区域，控制器根据设置的工艺参数控制曝光***对曝光图形进行扫描曝光，直至该区域的曝光图形曝光完毕；控制器控制运动台将曝光***出射的激光束位于下一曝光区域，重复曝光过程，直到所有曝光图形曝光结束。此过程减少了运动台的运动次数，增加了曝光速率。

综上，本发明的曝光***在光阑作用下，能够在工件上形成三维结构，振镜中的反射片能够可旋转以扩大激光束出射的范围，使得工件和曝光***在不发生相对移动的情况下，就能曝光多个单元，大大地提高了曝光速率和工件加工效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种曝光***，用以在工件上曝光三维结构，其特征在于，所述曝光***沿激光束前进方向依次设置有发射激光束的激光器、用以对所述激光束的光斑进行变倍扩束的扩束镜、限制所述激光束的光阑、偏转所述激光束方向的振镜、以及保证所述激光束垂直出射的场镜组，所述振镜包括用以反射所述激光束的反射片，所述反射片可旋转以扩大所述激光束出射的范围。

2.如权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述曝光***还包括用以聚焦所述激光束的聚焦镜，所述聚焦镜设置在所述光阑和所述振镜之间，或者设置在所述振镜和所述场镜之间。

3.如权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述场镜组包括至少一个场镜。

4.如权利要求3所述的曝光***，其特征在于，所述场镜为远心场镜。

5.如权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述光阑为灰度光阑，所述灰度光阑的灰度在不同位置处不同，在中心位置处的灰度最低，越靠近所述灰度光阑的边缘，灰度越高。

6.如权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述激光器为紫外激光器。

7.一种曝光装置，其特征在于，所述曝光装置包括架体和设置在所述架体上的如权利要求1至6任一项所述的曝光***、用以固定工件的工件台、以及驱动所述曝光***和所述工件台相对运动的运动台，所述曝光***出射的激光束在所述工件上形成三维结构。

8.如权利要求7所述的曝光装置，其特征在于，所述曝光***固定在所述运动台上。

9.如权利要求7所述的曝光装置，其特征在于，所述工件台固定在所述运动台上。

10.如权利要求7所述的曝光装置，其特征在于，所述曝光装置还包括设置在架体上的控制器，所述控制器与所述曝光***和所述运动台电性连接。

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