一种桌面便携式无掩膜曝光机

1.本实用新型涉及曝光机，尤其涉及一种桌面便携式无掩膜曝光机。


背景技术：

2.曝光加工技术已被广泛应用于许多现代技术领域，包括超大规模集成电路、微机电系统、微流控器件、生物芯片、光子带隙结构和衍射光学元件。大多数这些先进技术需要大量重复的有序周期性的结构单元。光掩膜曝光是一种传统而成熟的技术，这种技术的主要缺点是，需要很长时间来用电子束制作复杂光掩膜版。即使只有一个不可修复的缺陷或图案设计的修改，掩膜版也需要重新制造。同时，加工过程中掩膜版上受到的污染也会给半导体制造带来了严重的问题。因此，电子束曝光、离子束曝光和扫描探针显微镜等无掩膜曝光技术已应用于掩膜制作。它们的优势是在高分辨率下创建图案。然而，它们的应用受到低产量和多缺陷产生的限制。为了提高生产率，发展多电子束曝光技术已经引起了人们的极大兴趣，但是设备总是非常复杂且成本高。现有的无掩膜曝光方法对光束质量要求高，且加工速度较慢，对于许多应用中的周期性图案，往往需要多次重复的加工。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种桌面便携式无掩膜曝光机，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种桌面便携式无掩膜曝光机，包括壳体和安装在所述壳体内的激光系统、微透镜阵列模块、移动平台及电源，所述的微透镜阵列模块设在激光系统与移动平台之间，所述的移动平台承载加工基片，激光系统发出的激光束照射到微透镜阵列模块上被分束和聚焦后投射到移动平台上的加工基片进行曝光。
6.一实施例之中：所述的壳体是矩形壳体。
7.一实施例之中：还包括安装在壳体内的光路改向结构，所述的光路改向结构设在激光系统与微透镜阵列模块之间，激光系统发出的激光束经光路改向结构后照射到微透镜阵列模块上。
8.一实施例之中：光路改向结构包括至少一个反射镜。
9.一实施例之中：还包括安装在壳体内的孔径光阑，所述的孔径光阑设在激光系统与微透镜阵列模块之间，激光系统发出的激光束经孔径光阑后照射到微透镜阵列模块上。
10.一实施例之中：还包括安装在壳体内的扩束镜，所述的扩束镜设在激光系统与微透镜阵列模块之间，激光系统发出的激光束经扩束镜后照射到微透镜阵列模块上。
11.一实施例之中：还包括至少一个反射镜、孔径光阑、扩束镜，激光系统发出的激光束通过所述的反射镜调节光路方向并依次经过所述孔径光阑、所述扩束镜后照射到微透镜阵列模块上。
12.一实施例之中：包括三个反射镜，分别为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，
所述的第一反射镜、所述的第二反射镜和所述的第三反射镜依序分别位于壳体的三个连续的角位置，激光系统发出的光束依次经过所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述孔径光阑、所述扩束镜、所述第三反射镜后照射到微透镜阵列模块上。
13.一实施例之中：所述的激光系统包括激光光源和激光快门。
14.一实施例之中：所述的激光系统外周罩设有屏蔽罩，用于干扰信号的屏蔽。
15.本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
16.(1)本案所述的曝光机可以在大面积基底上实现无掩膜光刻，一次曝光可制造多个纳米结构/微结构，提高了曝光加工效率。纳米结构/微结构的特征尺寸可以通过曝光时间和光源强度来控制。对于周期性图案经过一次曝光即可。更复杂的结构可以使用该系统通过多次曝光组合的方案来实现混合。
17.(2)本实用新型采用少数、简单的光学部件，即采用光路改向结构用于改变光路方向；采用孔径光阑用于调节光束截面积大小，孔径光阑将激光系统发出的初始光线部分拦截，形成具有特定横截面形状的光束，以适应微透镜阵列模块的有效区域，达到良好的曝光效果；采用扩束镜用于扩大光束截面面积大小，以适应微透镜阵列模块的有效区域，从而实现光路控制的同时实现无掩膜曝光，且将曝光系统涉及的各部件进行合理安装规划，集成安装在壳体内，形成独立的一台机器设备，具有成本低、小型化的优势，也实现了桌面化以及便于移动，具有了便携的优势。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
19.图1为实施例一所述的一种桌面便携式无掩膜曝光机的结构示意图。
20.图2为实施例二所述的一种桌面便携式无掩膜曝光机的结构示意图。
21.图3为实施例三所述的一种桌面便携式无掩膜曝光机的结构示意图。
22.图4为实施例四所述的一种桌面便携式无掩膜曝光机的结构示意图。
23.图5为实施例五所述的一种桌面便携式无掩膜曝光机的结构示意图。
24.图6为实施例六所述的一种桌面便携式无掩膜曝光机的结构示意图。
25.附图标记说明：100-壳体；200-照明灯具；300-固定支架；10-激光系统；20-微透镜阵列模块；30-移动平台；40-供电电源；50-光路改向结构；60-孔径光阑；70-扩束镜；80-夹持件；11-屏蔽罩；12-激光光源；13-激光快门；511-第一反射镜；512-第二反射镜；513-第三反射镜。
具体实施方式
26.实施例一，请查阅图1：
27.一种桌面便携式无掩膜曝光机，它包括壳体100，安装在壳体100内的用于发出激光光束的激光系统10、多个微透镜呈阵列分布(根据需要，可以是矩形阵列、圆形阵列、环形阵列等等任何形状的阵列分布均可)的微透镜阵列模块20、承载加工基片并控制加工基片在三维空间移动的移动平台30及给该曝光机提供电能的供电电源40。该壳体100内装设有照明灯具200(如黄光灯)，以提供壳体100内照明。该壳体100用于整个系统的组装和封闭，以制成便于移动的一体化装置。壳体100使用防透射材料，可降低外界光线对加工过程的干
扰，壳体100的支撑可配有气浮系统，降低外界震动的影响；壳体100内部的特定位置可具有固定装置，用于相关部件的固定和定位。壳体100可以是矩形壳体。
28.该微透镜阵列模块20设在激光系统10与移动平台30之间，其中微透镜阵列模块20通过固定支架300固定。激光系统10发出的激光束照射到微透镜阵列模块20上被分束和聚焦后投射到移动平台30上的加工基片进行曝光。该微透镜阵列模块20用于将入射的光束分成多组细小的光束，该些细小光束根据微透镜阵列的排布方式呈与透镜阵列形状相同的阵列状，形成投射到加工基片的待曝光区域的加工光束阵列，所用微透镜阵列模块20可为10mm*10mm矩形芯片，其上有100*100个呈阵列分布的微透镜。
29.移动平台30作为可移动的曝光台，可放置加工基片样品并根据控制系统的指令移动样品，具有3个自由度，移动单步长精度可小于0.1μm，重复定位精度小于0.3μm。该控制系统可通过电信号控制移动平台的移动方向和距离，以及激光快门的开闭频率(频率可为10hz)，以实现在加工基片特定区域的曝光并逐步形成曝光图案的过程。
30.该加工基片可为硅晶圆、半导体外延片、玻璃、金属等材质。
31.实施例二，请查阅图2：
32.在实施例一的基础上，该桌面便携式无掩膜曝光机还包括用于改变光路方向的光路改向结构50，该光路改向结构50设在激光系统10与微透镜阵列模块20之间，光路改向结构50至少包括一个反射镜，激光系统10发出的激光束经光路改向结构50后可照射到微透镜阵列模块20上。在本实施例中，光路改向结构50包括第一反射镜511、第二反射镜512和第三反射镜513，可将光束反射到预设方向。激光光源12发出的光束依次经第一反射镜511、第二反射镜512、第三反射镜513后照射到微透镜阵列模块20上。第一反射镜511、第二反射镜512和第三反射镜513设有特殊镀膜处理，反射率大于98％。
33.实施例三，请查阅图3：
34.在实施例一的基础上，该桌面便携式无掩膜曝光机还包括用于调节光束截面积大小的孔径光阑60，该孔径光阑60设在激光系统10与微透镜阵列模块20之间。激光系统10发出的激光束经孔径光阑60后可照射到微透镜阵列模块20上。孔径光阑60将所述激光系统10发出的初始光线部分拦截，形成具有特定横截面形状的光束，以适应微透镜阵列模块20的有效区域。
35.实施例四，请查阅图4：
36.在实施例一的基础上，该桌面便携式无掩膜曝光机还包括用于扩大光束截面面积大小的扩束镜70，该扩束镜70设在激光系统10与微透镜阵列模块20之间。激光系统10发出的激光束经扩束镜70后可照射到微透镜阵列模块20上。扩束镜70用于扩大光束直径，以适应微透镜阵列模块20的有效区域。
37.实施例五，请查阅图5：
38.在实施例二的基础上，该桌面便携式无掩膜曝光机还包括用于调节光束截面积大小的孔径光阑60、用于扩大光束截面面积大小的扩束镜70，其中扩束镜70通过夹持件80夹持固定。孔径光阑60将接收到的光线部分拦截，形成具有特定横截面形状的光束，以适应微透镜阵列模块20的有效区域。扩束镜70用于扩大光束直径，以适应微透镜阵列模块20的有效区域。
39.在本实施例中，激光系统10外周罩设有屏蔽罩11，用于干扰信号的屏蔽；所用孔径
光阑60可为圆形光阑，半径为1mm到5mm可调。所用扩束镜可为三镜片结构，放大倍数为20x，并有适用405nm激光的镀膜，能量损耗率约6％，最大出射光斑大于45mm，平行光入射时发散角小于10mrad。
40.本实施例的无掩膜曝光机工作时，通过激光系统10发出的激光束经第一反射镜511、第二反射镜512按照预设路径依次照射到孔径光阑60和扩束镜70进行光束整形后，经过第三反射镜513后照射到微透镜阵列模块20上，经微透镜阵列模块20将激光束分束并聚焦后投射到移动平台30的加工基片上进行曝光。随着移动平台30的移动，分光束在加工基片上移动并在加工基片的特定的加工区域上形成与移动平台30移动轨迹相同的曝光图案。该曝光过程无需掩膜版。随着移动平台30的移动，通过微透镜阵列模块20分光形成的多条细光束直接在加工基片上进行直写曝光，对位于可加工区域的重复周期图案进行单次/多次曝光。
41.实施例六，请查阅图6：
42.在实施例五的基础上，该桌面便携式无掩膜曝光机中的激光系统10包括激光光源12和用于控制激光光源12发出光束持续时间的激光快门13。所用激光光源12可使用波长405nm的半导体连续激光，功率为0～500mw，也可使用波长为400nm的飞秒激光。
43.以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。