CN221200233U - 一种曝光***和曝光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种曝光***和曝光装置，通过分光模块实现多通路子区域进行曝光，具体地，使用光纤阵列进行光路划分，基于加工需求将光纤阵列的出射端划分为多个子区域，还通过光导模块中的第一微透镜阵列配合分光模块实现光路的接收以使得发光模块产生的加工光影进入所述光纤阵列，所述光导模块中的第二微透镜阵列还用于将从所述光纤阵列出射的加工光束进一步地聚焦，使得曝光区域能够形成更小的点阵，从而提高曝光区域的功率密度和曝光效率，大大提升曝光***灵活性和工作效率。

Description

一种曝光***和曝光装置

技术领域

本实用新型涉及投影曝光的技术领域，尤其涉及一种曝光***和曝光装置。

背景技术

光刻和激光直写***是微纳米制造领域中的关键工具，它们通过不同的工作原理实现高精度加工，光刻***利用紫外光和掩膜，将精确的图案传输到光敏感的材料上以实现半导体制造、光学元件生产等应用。激光直写***则采用激光光束聚焦到微小光斑，直接进行加工，适用于高精度的制造需求，如微电子元件和光学器件。这两种***在现代制造中发挥着重要作用，支持了微纳米制造领域的不断创新和进步。

其中，激光直写***采用高精度光学***将激光光束聚焦到工作材料表面，实现直接定制化加工。这种***具备精确控制激光光束位置和强度的能力，使其能够实现高精度的制造。由于其出色的控制性能，激光直写***在众多领域中得以广泛应用，包括微电子、微机械***、光波导器件、生物芯片、医学器械、纳米加工、材料科学研究等。此外，激光直写***具有丰富的多样性，可以适应各种材料和形状的加工需求，包括快速原型制作、微加工和雕刻等。***的多样性也体现在可使用的不同类型的激光上，例如氩离子激光、激光二极管和飞秒激光，它们能够应对各种加工类型，进一步拓宽了激光直写***的应用领域。

在激光直写***中光学***是实现精确激光光束定位和聚焦的关键组成部分，对***的性能和加工质量至关重要。该光学***包括激光光源、激光光束传输、光束整形和调制以及光束聚焦等。激光直写***允许将激光光束精确聚焦到工作材料上，实现高精度的定制加工，然而在现有的光刻或者激光直写***中，一般都是采用一组投影物镜将图像直接投影到工作面上进行曝光加工，单一的投影物镜并不能够满足***高灵活度加工的需求，而且工作效率较低。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型实施例期望提供一种曝光***和曝光装置，所述曝光***通过将面曝光区域转化为多路子区域进行曝光，能够大大提升曝光***的灵活性和工作效率。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种曝光***，所述曝光***用于多路光影曝光，包括发光模块、分光模块以及光导模块，所述发光模块包括激光光源、图像产生单元以及投影物镜，所述发光模块用于将光影投影至第一平面形成第一光影阵列，所述分光模块包括最小子单元为单根或者多根光纤的光纤阵列，所述光纤阵列具有接收端和出射端，所述光纤阵列的接收端用于供所述第一光影阵列进入所述光纤阵列，所述光纤阵列的出射端经构造成能够依据需求划分成多路子区域；所述光导模块包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列设置在所述光纤阵列与所述发光模块之间将所述第一光影阵列耦合进所述光纤阵列，所述第二微透镜阵列用于接收所述光纤阵列射出的光影并聚焦成第二光影阵列，在第二平面形成曝光区域。

优选地，所述光纤阵列的接收端经构造成与所述第一光影阵列的光影子单元的排布方式相同。通过上述构型使得所述第一光影阵列进入所述光纤阵列的完整性。

优选地，所述第二微透镜阵列的透镜子单元排布方式与所述光纤阵列的出射端外形尺寸相同。通过上述构型能够保证所述第二微透镜阵列完全接收所述光纤阵列出射的光影。

优选地，所述第二微透镜阵列的透镜子单元尺寸与所述第一微透镜阵列的透镜子单元尺寸相同。通过设置透镜子单元的尺寸保证经过所述第一微透镜阵列光学处理的光影能够完全由所述第二微透镜单元阵列接收。

优选地，所述第一微透镜阵列设置在所述第一平面处，将所述第一微透镜阵列设置在所述第一平面出能够保证所述第一光影阵列进入所述光纤阵列的能量不会损失。

优选地，所述第一微透镜阵列的透镜子单元经构造成与所述第一光影阵列的光影子单元的尺寸和排布方式相同，通过上述构型能够保证所述第一微透镜阵列完全接收所述第一光影阵列，防止能量损失。

优选地，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列以方形排列的方式紧密排布，通过上述方形排列的方式能够提高占空比，减少能量损失。

优选地，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列采用纳米压印或者离子反应刻蚀的方式制成。

优选地，所述光纤阵列以六边形的排列方式紧密排布。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种曝光装置，所述曝光装置包括上述任一项所述的曝光***。

本实用新型实施例提供了一种曝光***和曝光装置，所述曝光***通过分光模块实现多通路子区域进行曝光，具体地，使用光纤阵列进行光路划分，基于加工需求将光纤阵列的出射端划分为多个子区域，还通过光导模块中的第一微透镜阵列配合分光模块实现光路的接收以使得发光模块产生的加工光影进入所述光纤阵列，所述光导模块中的第二微透镜阵列还用于将从所述光纤阵列出射的加工光束进一步地聚焦，使得曝光区域能够形成更小的点阵，从而提高曝光区域的功率密度和曝光效率，大大提升曝光***灵活性和工作效率。

附图说明

图1为现有技术中映射***的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中曝光***的结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

200、映射***；10、发光模块；11、图像产生单元；12、投影物镜；

A、第一平面；B、第二平面；

100、曝光***；20、分光模块；21、光纤阵列；30、光导模块；31、第一微透镜阵列；32、第二微透镜阵列。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在现有光刻或者激光直写***中，参见附图1，其示出了现有技术中用于曝光加工的映射***200的部分结构，所述映射***200包括发光模块10，所述发光模块10包括光源、图像产生单元11以及投影物镜12，参见附图1中，从左到右的箭头所示即为光路传输的方向，设置所述映射***200最左端的是用于发射出激光的光源(未示出)，所述光源可以包括二极管激光器阵列，或者光纤激光器，又或者其他满足输送具有满足工艺要求功率的激光来实现工艺加工目的，例如融化或曝光等。所述光源沿着光路传输方向出射激光，在所述光源的出光口处设置有用于匀化所述激光的匀化组件，所述激光离开所述匀化组件后继续延光路前进。

所述激光继续前进至照射所述图像产生单元11，所述图像产生单元11上设置有用于加工的曝光图案，所述激光照射所述曝光图案后形成第一光斑，所述第一光斑继续沿光路前进，参见附图1，所述第一光斑沿着光路传输方向继续前进进入投影物镜12，所述投影物镜12经构造成一对相向的单面凸透镜，经过所述投影物镜12的聚焦处理使得所述第一光斑在第一平面A上形成第一光影阵列，即在所述投影物镜12的焦平面内形成第一光影阵列，所述第一光影阵列照射在处于第一平面A内的工件对所述工件进行曝光加工。

通过调节所述映射***200的位置或者改变所述投影物镜12的焦平面使得所述投影物镜12的焦平面与工作平面(第一平面A)重合，使得第一光影阵列能够对处于所述工作平面的工件进行曝光加工。通过上述映射***200，能够实现将所述图像产生单元11产生的图像投影至工作平面，对工件进行曝光加工，在上述构型下经过投影物镜12对第一光斑进行曝光化，使得所述第一光斑转换为能够进行曝光加工的状态形成第一光影阵列，但是所述第一光影阵列的加工有效区域为所述投影物镜12的整个焦平面，加工光束面积大，灵活度低，并不能够基于工艺需求改变所述第一光影阵列的形状和尺寸。

基于此，本实用新型公开实施例提供了一种曝光***100，所述曝光***100基于所述映射***200还包括分光模块20和光导模块30，所述光导模块30用于将所述发光模块10产生的第一光影阵列导入所述分光模块20，所述分光模块20基于曝光工艺要求以多路输出端的形式将所述第一光影阵列划分为多个光影子区域，且多个所述光影子区域的尺寸、形状可以不相同。所述光导模块30还用于将经过所述分光模块20划分获得的多个所述光影子区域进行汇聚，以使得多个所述光影子区域在第二平面B形成曝光区域，实现多路曝光的技术效果，所述第二平面B为新的加工平面。

具体地，参见附图2，其示出了本实用新型实施例中曝光***100的结构示意图，所述分光模块20包括光纤阵列21，所述光纤阵列21具有接收端和出射端，所述光纤阵列21的接收端经配置成所述第一光影阵列进入所述分光模块20的入口，所述光纤阵列21的出射端经配置成所述第一光影阵列离开所述分光模块20的出口。所述光纤阵列21经构造成由多个光纤子单元组成，因此每个所述光纤子单元也包括接收端和出射端，其中，所述光纤子单元包括单根或多根光纤。

该实施例中，所述光纤子单元包括单根光纤，每一个光纤子单元的接收端用于接收所述第一光影阵列的单个光影子单元，在这里，所述光影子单元是组成所述第一光影阵列的最小单元。所述光影子单元由所述光纤子单元的接收端进入所述光纤子单元后，从所述光纤子单元的出射端离开所述光纤子单元。

所述光纤阵列21的出射端部分能够依据工艺需求将任意数量的光纤子单元出射端部排布成多个子区域，在上述构型下，所述光纤阵列21的输出结果为多个形状、尺寸相同或者不同的子区域从而实现曝光区域的划分。优选地，为了保证曝光区域划分质量，所述光纤子单元的接收端部经构造成与所述第一光影阵列中的光影子单元分布相同，即所述光纤阵列21的接收端经构造成以所述第一光影阵列的方式排布，从而保证光影进入光纤的完整性。优选地，为了提高占空比，所述光纤阵列21以六边形排布的方式紧密结合，在该构型下能够提高光纤接收光影的效率。

其中，所述光纤子单元的组成、所述光纤阵列21的组成能够通过粘接的方式实现结合，再通过融合加热的纤维可以获得上述六边形结构。示例性地，所述光纤阵列21的接收端通过粘接形成一个整体，所述光纤阵列21的出射端划分为多个子区域，每一个子区域包括一个或多个光纤子单元，每一个子区域通过粘接形成一个整体。

所述曝光***100还包括光导模块30，所述光导模块30包括第一微透镜阵列31和第二微透镜阵列32。所述第一微透镜阵列31设置在所述光纤阵列21的接收端与所述投影物镜12之间，所述第一微透镜阵列31用于将所述第一光影阵列耦合进入所述光纤阵列21的接收端。所述第二微透镜阵列32设置在所述光纤阵列21的出射端，用于接收经过所述光纤阵列21划分的光影并对其进行聚焦在第二平面B形成曝光面。

在上述构型下，所述第一光影阵列依次经过所述第一微透镜阵列31、所述光纤阵列21以及所述第二微透镜阵列32后转变为第二光影阵列，在所述第二平面B上形成满足工艺需求的多个曝光区域。

通过所述第一微透镜阵列31能够保证所述第一光影阵列完全地耦合进入所述光纤阵列21的接收端，同理于所述光纤阵列21，所述第一微透镜阵列31针对所述第一光影阵列具有接收和出射的作用，因此，为了保证所述第一微透镜阵列31能够完全接收所述第一光影阵列防止激光能量损失，所述第一微透镜阵列31的透镜子单元尺寸与所述光影子单元的尺寸相同，基于此，所述第一微透镜阵列31能够将所述第一光影阵列完全耦合进入所述光纤阵列21。在所述投影物镜12的焦平面，即在第一平面A处所述第一光影阵列的能量最为集中，因此，优选地将所述第一微透镜阵列31设置在所述第一平面A，能够提高所述第一微透镜阵列31将所述第一光影阵列耦合进入所述光纤阵列21的效率。

当所述第一光影阵列离开所述光纤阵列21后，所述第二微透镜阵列32接收所述第一光影阵列并对其进行聚焦形成第二光影阵列，在新的加工平面，即第二平面B上形成曝光面。同理于所述第一微透镜阵列31，为了能够完全接收所述第一光影阵列防止能量损失，所述第二微透镜阵列32的透镜子单元尺寸与所述光影子单元的尺寸相同，但是需要注意的是，此时所述第一光影阵列已经由所述第一微透镜阵列31进行光学处理，为了更加准确的接收光影，所述第二微透镜阵列32的透镜子单元尺寸构造成与所述第一微透镜阵列31的透镜子单元尺寸相同。优选地，所述第一微透镜阵列31和所述第二微透镜阵列32均采用方形排列的方式紧密排布，从而提高占空比，保证光导质量和效率。另一方面，所述第二微透镜阵列32用于直接接收经过所述光纤阵列21划分的光影，为了能够完全接收光影，所述第二微透镜阵列32的透镜子单元的外形尺寸与所述光纤阵列21的出射端的外形尺寸相同。

此外，当所述第一光影阵列经过所述光纤阵列21划分穿过所述第二微透镜阵列32之后，所述第一光影阵列转换为所述第二光影阵列，相比较于第一光影阵列，所述第二微透镜阵列32能够将所述第二光影阵列的每个光影子单元的光能聚焦成更小的光斑，在曝光区域形成更小的点阵，从而提高曝光区域的功率密度，提高***的曝光效率。

在本实用新型的另一实施例中，所述第一微透镜阵列31和所述第二微透镜阵列32采用纳米压印或者离子反应刻蚀的方式加工，微透镜阵列尺寸在15um～200um，矢高范围在3um～100um，通过微纳加工能够生产此器件。

本实用新型另一方面还公开了一种曝光装置，所述曝光装置包括上述任一项实施例中所公开的曝光***100。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种曝光***，所述曝光***用于多路光影曝光，包括发光模块、分光模块以及光导模块，所述发光模块包括激光光源、图像产生单元以及投影物镜，所述发光模块用于将光影投影至第一平面形成第一光影阵列，其特征在于：

所述分光模块包括最小子单元为单根或者多根光纤的光纤阵列，所述光纤阵列具有接收端和出射端，所述光纤阵列的接收端用于供所述第一光影阵列进入所述光纤阵列，所述光纤阵列的出射端经构造成能够依据需求划分成多路子区域；

所述光导模块包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列设置在所述光纤阵列与所述发光模块之间将所述第一光影阵列耦合进所述光纤阵列，所述第二微透镜阵列用于接收所述光纤阵列射出的光影并聚焦成第二光影阵列，在第二平面形成曝光区域。

2.根据权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述光纤阵列的接收端经构造成与所述第一光影阵列的光影子单元的排布方式相同。

3.根据权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述第二微透镜阵列的透镜子单元经构造成与所述光纤阵列的出射端外形尺寸相同。

4.根据权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述第二微透镜阵列的透镜子单元尺寸与所述第一微透镜阵列的透镜子单元尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述第一微透镜阵列设置在所述第一平面处。

6.根据权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述第一微透镜阵列的透镜子单元经构造成与所述第一光影阵列的光影子单元的尺寸和排布方式相同。

7.根据权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列以方形排列的方式紧密排布。

8.根据权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列采用纳米压印或者离子反应刻蚀的方式制成。

9.根据权利要求1所述的曝光***，其特征在于，所述光纤阵列以六边形的排列方式紧密排布。

10.一种曝光装置，其特征在于，所述曝光装置包括权利要求1至9中任一项所述的曝光***。