掩模曝光用紫外曝光装置的制作方法

本实用新型属于曝光设备领域，具体涉及一种掩模曝光用紫外曝光装置。

背景技术：

紫外曝光装置主要用于光敏微晶玻璃的掩模曝光。光敏微晶玻璃是经过一定波长的光辐照射后，在适当的热处理工艺条件下，在曝光区域受控生长出大量晶体的玻璃材料，该晶体具有易溶于酸的特点。该玻璃通过合适的屏蔽光辐照技术就可在玻璃基体上获得清晰的图形，因此可以用来对这种玻璃进行化学加工，在玻璃基片上获得高精度的微结构。

目前，实验室通常采用紫外灯对样品直接照射曝光，而紫外灯与样品之间的距离，光入射角度等对曝光效果有较大影响，容易引起样品曝光不均匀，曝光功率不稳定等不良影响，另外还存在光掩模板制作成本高，周期长，无法重复利用等问题，限制了光敏微晶玻璃材料的开发及验证。虽然现已有商用成熟的高精度光刻机设备，但整机成本高昂，且光敏微晶玻璃材料初始开发过程中无需使用如此高精度的曝光设备。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种制作成本较低且曝光精度较高的掩模曝光用紫外曝光装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：掩模曝光用紫外曝光装置，包括紫外光源、可调扩束镜、反射镜、滤光片和光掩模板；所述紫外光源的至少一部分出射光照射向可调扩束镜的入光端，所述可调扩束镜的出光端朝向反射镜的入光部位，所述反射镜的反光部位朝向滤光片的入光部位，所述滤光片的出光部位朝向光掩模板的入光部位。

进一步的是，所述紫外光源包括聚光镜和紫外灯，所述紫外灯的发光部位处于聚光镜的焦点处。

进一步的是，所述聚光镜为椭圆反射镜，所述紫外灯为汞弧光灯。

进一步的是，所述反射镜为平面反射镜。

进一步的是，所述光掩模板上开设有至少两个直径不相同的曝光孔。

进一步的是，所述曝光孔的直径为0.05～2mm。

进一步的是，该掩模曝光用紫外曝光装置还包括黑体底座，所述黑体底座的支撑面与光掩模板的出光部位相对应。

进一步的是，该掩模曝光用紫外曝光装置还包括升降载物台，所述黑体底座设置在升降载物台上。

本实用新型的有益效果是：该掩模曝光用紫外曝光装置主要由沿光路依次设置的紫外光源、可调扩束镜、反射镜、滤光片和光掩模板构成，结构简单，操作方便，制作成本较低；通过可调扩束镜能够实现光束整形，输出平行光束，提高光能量分布均匀性，提高曝光精度；通过反射镜可实现光路折转，便于光束运用；通过滤光片能够进行光束波长的选择；再通过光掩模板可对光敏微晶玻璃材料的掩模曝光，并可用于基础材料的评价验证。紫外光源包括聚光镜和紫外灯，通过聚光镜可以减少能量损失，提高光束能量密度，改善光能量分布均匀性。

附图说明

图1是本实用新型的实施结构示意图；

图2是光掩模板的实施结构示意图；

图中标记为：紫外光源10、聚光镜11、紫外灯12、可调扩束镜20、反射镜30、滤光片40、光掩模板50、曝光孔51、黑体底座60、升降载物台70、样品80、光路90。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，掩模曝光用紫外曝光装置，包括紫外光源10、可调扩束镜20、反射镜30、滤光片40和光掩模板50；所述紫外光源10的至少一部分出射光照射向可调扩束镜20的入光端，所述可调扩束镜20的出光端朝向反射镜30的入光部位，所述反射镜30的反光部位朝向滤光片40的入光部位，所述滤光片40的出光部位朝向光掩模板50的入光部位。

其中，紫外光源10主要用于发出紫外光，紫外光源10一般需要能够发出包含多个波段的紫外光谱以供选择使用；紫外光源10可以为多种，例如：汞光源、led光源等。紫外光源10发出的紫外光可以为聚集状态，也可以为发散状态。

为了减少能量损失，提高光束能量密度，再如图1所示，紫外光源10包括聚光镜11和紫外灯12，所述紫外灯12的发光部位处于聚光镜11的焦点处。聚光镜11能够反射紫外灯12发出的紫外光，输出近似平行光，改善光能量分布均匀性；聚光镜11可以为多种，优选为椭圆反射镜。紫外灯12为发光部件，其可以为多种，优选为汞弧光灯；汞弧光灯能够提供不同波长的紫外光，且光功率可调，输出光功率密度可根据实验要求确定。

汞弧光灯发出的部分光能量可直接入射进入后续的光路系统，但输出紫外光为发散状态，大部分无法进入光路系统，从而造成光能量损失，或由于入射光不平行而成为杂散光，引起曝光区域边界模糊，紫外光向边界外扩散，造成曝光图案变形。但在聚光镜11的作用下，能够收集和调制入射紫外光，将大部分发散的紫外光反射进入光路系统中，提高光能量密度，且经过聚光镜11反射的紫外光经过初步的调制，成为近似的平行光束，提高了光能量分布的均匀性，改善对样品80的曝光质量。

可调扩束镜20是能够改变光束直径和发散角的透镜组件，且可调扩束镜20的放大倍率能够改变，一般根据样品80尺寸调整输出光束直径。可调扩束镜20还能够实现光束整形，输出平行光束，提高光能量分布均匀性，提高曝光精度，并实现输出光斑直径可调，增加曝光面积。

反射镜30是一种利用反射定律工作的光学元件，主要用于实现光路90折转，改变入射光束方向，使光束方向与待曝光样品80表面垂直，经过反射镜30后的紫外光再经过滤光片40和光掩模板50后，到达样品80表面。反射镜30按形状可分为平面反射镜、球面反射镜和非球面反射镜三种，该掩模曝光用紫外曝光装置中优选采用平面反射镜作为反射镜30。

滤光片40是用来选取所需辐射波段的光学器件，主要用于过滤不需要的光谱波段，以选择出需要的输出光谱。一般可根据需要选择特定波长的窄带滤光片作为滤光片40使用。

光掩模板50主要用于对样品80进行特定图形曝光，其上设有根据需要设计的曝光图形孔；为了实现光敏微晶玻璃材料刻蚀性能的快速评价，如图2所示，一般在光掩模板50上开设有至少两个直径不相同的曝光孔51。曝光孔51的直径优选为0.05～2mm；曝光孔51也可以根据需要设置为其他孔径，经过紫外曝光、后续热处理及酸蚀工艺后，可获得不同材料的刻蚀性能，即得到在相同的实验条件下，不同材料能够被刻蚀的最小孔径，从而获得该材料的最小通孔深宽比，以快速评价不同材料刻蚀性能的优劣。

在上述基础上，为了提高评价的准确性，一般在光掩模板50上开设多组曝光孔51；再如图2所示，光掩模板50上开设有六排曝光孔51，各排曝光孔51的孔径分别为φ2mm、φ1mm、φ0.5mm、φ0.2mm、φ0.1mm、φ0.05mm，每排包括六个间隔分布的曝光孔51。

作为本实用新型的一种优选方案，再如图1所示，该掩模曝光用紫外曝光装置还包括黑体底座60，所述黑体底座60的支撑面与光掩模板50的出光部位相对应。需要曝光的样品80一般放置在黑体底座60的支撑面，黑体底座60可对400nm以下的紫外光进行吸收，减少表面反射，提高曝光质量。

在上述基础上，为了能够调节样品80与光掩模板50之间的距离，以选择最佳曝光位置，该掩模曝光用紫外曝光装置还包括升降载物台70，所述黑体底座60设置在升降载物台70上。

本实用新型提供的掩模曝光用紫外曝光装置主要由沿光路90依次设置的聚光镜11、紫外灯12、可调扩束镜20、反射镜30、滤光片40、光掩模板50和黑体底座60构成，还包括用于设置黑体底座60的升降载物台70；其原理是：紫外灯12输出光源，聚光镜11收集和调整输入光为较为均为平行光，并提高紫外光束能量密度，增加曝光效率；可调扩束镜20优化光束质量，调整输出光束直径；反射镜30改变入射光束方向，滤光片40选择特定曝光波长，光掩模板50曝光样品80；黑体底座60减少底座表面的反射光，升降载物台70用于改变曝光距离。

该掩模曝光用紫外曝光装置具有制作低成本，光束质量均匀，掩模曝光工艺简单，操作方便，实验周期快捷，精度较高等优点，特别适用于对光敏微晶玻璃掩模曝光。通过对光能量的收集和光束质量的整形，提高了光能量密度和光束质量的均匀性，曝光波长和曝光距离可选择，且在紫外曝光的过程中设置了特定结构的光掩模板50，可快速评价不同材料刻蚀性能的优劣。