一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源及其匀光方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112305875 A(43)申请公布日 2021.02.02

(21)申请号 202011383560.1(22)申请日 2020.12.01

(71)申请人 张家港奇点光电科技有限公司

地址 215600 江苏省苏州市张家港市大新

镇海坝路科创园张家港奇点光电科技有限公司(72)发明人 陈建军　尹韶云　江海波　谭军　(74)专利代理机构 苏州金项专利代理事务所

(普通合伙) 32456

代理人 金星(51)Int.Cl.

G03F 7/20(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图3页

()发明名称

一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源及其匀光方法(57)摘要

本发明公开了一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，包括紫外LED光源，紫外LED光源上设置有若干个阵列的紫外LED灯珠，紫外扫描曝光光源还包括用于扫描紫外LED灯珠的发光强度的多模光纤阵列光强探测装置和LED功率反馈控制器，所述多模光纤阵列光强探测装置水平滑动设置于紫外LED灯珠的发光侧，所述多模光纤阵列光强探测装置的输出端与LED功率反馈控制器的输入端电连接，所述LED功率反馈控制器的输出端分别与各紫外LED灯珠电连接。本发明还公开了使用紫外扫描曝光光源的匀光方法，利用多模光纤阵列光强探测装置进行近场光强均匀性检测，并以此检测结果来单独控制某个发光异常的紫外LED灯珠，提高光强的均匀性。

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1.一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，包括紫外LED光源，其特征在于：所述紫外LED光源上设置有若干个阵列的紫外LED灯珠，所述紫外扫描曝光光源还包括用于扫描紫外LED灯珠的发光强度的多模光纤阵列光强探测装置和LED功率反馈控制器，所述多模光纤阵列光强探测装置水平滑动设置于紫外LED灯珠的发光侧，所述多模光纤阵列光强探测装置的输出端与LED功率反馈控制器的输入端电连接，所述LED功率反馈控制器的输出端分别与各紫外LED灯珠电连接。

2.如权利要求1所述的一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，其特征在于：所述紫外LED光源包括基板和阵列设置于基板上的紫外LED灯珠，所述基板的背面设置有散热装置，所述紫外LED灯珠上贴合有LED准直透镜，该LED准直透镜的一侧设置有滤光镜。

3.如权利要求2所述的一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，其特征在于：所述散热装置为风冷排或水冷排。

4.如权利要求3所述的一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，其特征在于：所述基板为矩形基板，所述紫外LED灯珠等间距设置在基板上，定义基板的长度为X方向，定义基板的宽度方向为Y方向，所述多模光纤阵列光强探测装置的探测扫描方向为X方向，多模光纤阵列光强探测装置在Y方向的探测区域宽度大于或等于紫外LED灯珠的排列宽度。

5.如权利要求4所述的一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，其特征在于：与X方向平行的每排紫外LED灯珠的波长相同，且波长为365nm—405nm。

6.如权利要求5所述的一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，其特征在于：所述多模光纤阵列光强探测装置包括光纤阵列封装头，所述光纤阵列封装头内设置有若干个成排的多模光纤头和与多模光纤头一一配合的前端耦合镜，每个多模光纤头均通过线缆与探测器接口对接，一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头。

7.一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源的匀光方法，其特征在于：该匀光方法使用了如权利要求1至6任一项所述的紫外扫描曝光光源，包括以下步骤：

S1、启动并调整紫外扫描曝光光源，检测远场光强的分布均匀性使远场光强的均匀性达标；

S2、启动多模光纤阵列光强探测装置对近场光斑离散点进行采集扫描；S3、运用蒙特卡洛模拟法确定LED电流浮动范围和阈值，取得电流信号数字量化输出值DQ；

S4、紫外扫描曝光光源的恒流电源提供稳定的DQ电流；S5、当远场光强的均匀性出现异常时，再次进行步骤S2中的动作；S6、对步骤S5中多模光纤阵列光强探测装置采集到的光强信号进行处理，对光强异常的紫外LED灯珠进行反向寻址；

S7、LED功率反馈控制器控制对应异常的紫外LED灯珠的电流进行修正；S8、再次启动步骤S2对近场光强的均匀性进行验证，若合格则匀光结束；若不合格，则继续重复步骤S6、S7直至合格。

8.如权利要求6所述的一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源的匀光方法，其特征在于：多模光纤阵列光强探测装置包括多个多模光纤头，且使每一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头，步骤S6中反向寻址的方式为：将各多模光纤头检测到的光强的强度进行一一比对，比对出光强异常的某一个或者某几个多模光纤头，然后通过多模光纤与紫外LED灯

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珠的对应关系反向寻址出异常的紫外LED灯珠。

9.如权利要求7所述的一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源的匀光方法，其特征在于：所述步骤S1中达标的远场光强的均匀性为＞95％。

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一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源及其匀光方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源及匀光方法，属于曝光机技术领域。

背景技术

[0002]传统曝光机采用的是平行光幅面照射方法，即灯源和曝光框架在曝光的时候是静止的。所以传统曝光机必须配置复杂的光学系统如复眼、大面积球面主镜等，尤其是决定曝光面积的球面镜，随着曝光面积的增大，球面镜的成本往往成几何级数的增加。而且因为曝光面积大导致单位面积的曝光强度受到，后续的曝光均匀性调整难度大，光偏角相对较大，不适用于接近式曝光。

[0003]而扫描式曝光机是利用阵列的紫外LED光源，在与阵列正交方向上进行扫描，将菲林上的图形转移到基片上，通过显影、腐蚀或者刻蚀完成产品的制作。为实现高的加工精度，扫描光曝光机采用了350nm-410nm之间的紫外光源作为照明光源。扫描光曝光机已经成为目前微电子电路制造的重要设备。现在正处于汞灯曝光机向UV-LED曝光机转型的时代，UV-LED具有效率高、寿命长和谱线窄等优点，是替换汞灯的理想光源。[0004]现有的扫描式曝光机技术主要包括了一维阵列UVLED光源、步进电机扫描运动机构行程可控、光源基板前端安装有盖板，光源通过盖板中间制有的长条状通孔射出，通过调整UVLED的数量来适应被曝光件幅面大小、每颗UVLED均配有光亮传感器以检查灯珠工作状态是否正常。目前市面上所有扫描式LED曝光机，其线光源或面光源的均匀性在产品出厂时就决定了，在流水线工作环境下，LED会随机发生由例如受潮引起导电率变化、温度过高引起强度衰减等情况。此时会导致光源整体均匀性下降且不容易被发现。另外，LED扫描曝光光源光偏角在±8度左右，只能用于接触式曝光，并且由于掩模板具有一定厚度，导致了图形精度偏低。

发明内容

[0005]本发明所要解决的技术问题是：提供一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，该曝光光源通过近场光强均匀性的检测来反馈控制紫外LED的灯珠，提高紫外扫描曝光光源的光强均匀性。

[0006]本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源的匀光方法，该匀光方法利用多模光纤阵列光强探测装置进行近场光强均匀性检测，并以此检测结果来单独控制某个发光异常的紫外LED灯珠，提高光强的均匀性。[0007]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，包括紫外LED光源，所述紫外LED光源上设置有若干个阵列的紫外LED灯珠，所述紫外扫描曝光光源还包括用于扫描紫外LED灯珠的发光强度的多模光纤阵列光强探测装置和LED功率反馈控制器，所述多模光纤阵列光强探测装置水平滑动设置于紫外LED灯珠的发光侧，所述多模光纤阵列光强探测装置的输出端与LED功率反馈控制器的输入端电连接，所述

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LED功率反馈控制器的输出端分别与各紫外LED灯珠电连接。[0008]作为一种优选的方案，所述紫外LED光源包括基板和阵列设置于基板上的紫外LED灯珠，所述基板的背面设置有散热装置，所述紫外LED灯珠上贴合有LED准直透镜，该LED准直透镜的一侧设置有滤光镜。[0009]作为一种优选的方案，所述散热装置为风冷排或水冷排。[0010]作为一种优选的方案，所述基板为矩形基板，所述紫外LED灯珠等间距设置在基板上，定义基板的长度为X方向，定义基板的宽度方向为Y方向，所述多模光纤阵列光强探测装置的探测扫描方向为X方向，多模光纤阵列光强探测装置在Y方向的探测区域宽度大于或等于紫外LED灯珠的排列宽度。[0011]作为一种优选的方案，与X方向平行的每排紫外LED灯珠的波长相同，且波长为365nm—405nm。

[0012]作为一种优选的方案，所述多模光纤阵列光强探测装置包括光纤阵列封装头，所述光纤阵列封装头内设置有若干个成排的多模光纤头和与多模光纤头一一配合的前端耦合镜，每个多模光纤头均通过线缆与探测器接口对接，一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头。

[0013]采用了上述技术方案后，本发明的效果是：一种紫外扫描曝光光源，包括紫外LED光源，所述紫外LED光源上设置有若干个阵列的紫外LED灯珠，所述紫外扫描曝光光源还包括用于扫描紫外LED灯珠的发光强度的多模光纤阵列光强探测装置和LED功率反馈控制器，所述多模光纤阵列光强探测装置水平滑动设置于紫外LED灯珠的发光侧，所述多模光纤阵列光强探测装置的输出端与LED功率反馈控制器的输入端电连接，所述LED功率反馈控制器的输出端分别与各紫外LED灯珠电连接，因此，该紫外扫描曝光光源利用多模光纤阵列光强探测装置可以对紫外LED灯珠的发光强度进行检测，然后检测的结果可以反馈给LED功率反馈控制器，LED功率反馈控制器可以控制发光异常的LED灯珠的电流，以改变其输出功率，从而使整体的光场强度均匀性更好。

[0014]又由于所述紫外LED光源包括基板和阵列设置于基板上的紫外LED灯珠，所述基板的背面设置有散热装置，所述紫外LED灯珠上贴合有LED准直透镜，该LED准直透镜的一侧设置有滤光镜，所述紫外LED光源利用散热装置可以提高基板的散热性能，确保紫外LED灯珠可靠的工作，同时，利用LED准直透镜对紫外LED灯珠发出的紫外光线进行初步准直，配合滤光镜作为出瞳使其收窄到预定的角度，最小光偏角能达到±2°[0015]又由于所述基板为矩形基板，所述紫外LED灯珠等间距设置在基板上，定义基板的长度为X方向，定义基板的宽度方向为Y方向，所述多模光纤阵列光强探测装置的探测扫描方向为X方向，多模光纤阵列光强探测装置在Y方向的探测区域宽度大于或等于紫外LED灯珠的排列宽度，这样多模光纤阵列光强探测装置只需要在一维方向运动即可完成扫描检测，从而运动更简单，更可靠。

[0016]又由于所述多模光纤阵列光强探测装置包括光纤阵列封装头，所述光纤阵列封装头内设置有若干个成排的多模光纤头和与多模光纤头一一配合的前端耦合镜，每个多模光纤头均通过线缆与探测器接口对接，一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头，这种结构更轻便，成本也比较低，并且一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头，这样可以更好的检测紫外LED灯珠发光的不同区域的光强，也更能够反向寻址得到有异常的紫外LED灯珠。

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为解决上述第二个技术问题，本发明提供了一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光

源的匀光方法，该匀光方法使用了所述的紫外扫描曝光光源，包括以下步骤：[0018]S1、启动并调整紫外扫描曝光光源，检测远场光强的分布均匀性使远场光强的均匀性达标；[0019]S2、启动多模光纤阵列光强探测装置对近场光斑离散点进行采集扫描；[0020]S3、运用蒙特卡洛模拟法确定LED电流浮动范围和阈值，取得电流信号数字量化输出值DQ；[0021]S4、紫外扫描曝光光源的恒流电源提供稳定的DQ电流；[0022]S5、当远场光强的均匀性出现异常时，再次进行步骤S2中的动作；[0023]S6、对步骤S5中多模光纤阵列光强探测装置采集到的光强信号进行处理，对光强异常的紫外LED灯珠进行反向寻址；[0024]S7、LED功率反馈控制器控制对应异常的紫外LED灯珠的电流进行修正；[0025]S8、再次启动步骤S2对近场光强的均匀性进行验证，若合格则匀光结束；若不合格，则继续重复步骤S6、S7直至合格。[0026]作为一种优选的方案，多模光纤阵列光强探测装置包括多个多模光纤头，且使每一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头，步骤S6中反向寻址的方式为：将各多模光纤头检测到的光强的强度进行一一比对，比对出光强异常的某一个或者某几个多模光纤头，然后通过多模光纤与紫外LED灯珠的对应关系反向寻址出异常的紫外LED灯珠。[0027]作为一种优选的方案，所述步骤S1中达标的远场光强的均匀性为＞95％。[0028]采用了上述技术方案后，本发明的效果是：该匀光方法利用多模光纤阵列光强探测装置扫描探测LED准直后近场光强分布，反推曝光光源的光强均匀性，并将误差反馈到每一颗LED灯珠的驱动电流，通过控制发光异常的LED灯珠的驱动电流，实现曝光面均匀性的快速调整，当LED灯珠的发光强度下降后，通过反馈提高LED电流以保证长期运行的强度不变化，实现均匀性长期稳定的目的。

[0029]又由于多模光纤阵列光强探测装置包括多个多模光纤头，且使每一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头，步骤S6中反向寻址的方式为：将各多模光纤头检测到的光强的强度进行一一比对，比对出光强异常的某一个或者某几个多模光纤头，然后通过多模光纤与紫外LED灯珠的对应关系反向寻址出异常的紫外LED灯珠，这种反向寻址的方式处理非常简单，并且很准确，寻址计算也简单。附图说明

[0030]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。[0031]图1是本发明实施例的紫外LED光源结构图；

[0032]图2是本发明实施例中的紫外扫描曝光光源的结构图；

[0033]图3是多模光纤阵列光强探测装置的光纤阵列封装头的示意图；[0034]图4是多模光纤头和前端耦合镜的布置示意图；[0035]附图中：100.紫外LED光源；1.散热装置；2.基板；3.紫外LED灯珠；4.LED准直透镜；5.近场出射光强分布；6.远场矩形扫描光斑；7.LED功率反馈控制器；8.多模光纤阵列光强探测装置；81.光纤阵列封装头；82.转接法兰；83.线缆；84.多模光纤头；85.前端耦合镜。

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具体实施方式

[0036]下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。[0037]如图1至图4所示，一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源，包括紫外LED光源100，所述紫外LED光源100上设置有若干个阵列的紫外LED灯珠3，所述紫外LED光源100包括基板2和阵列设置于基板2上的紫外LED灯珠3，所述基板2的背面设置有散热装置1，其中，所述散热装置1为风冷排或水冷排。

[0038]所述紫外LED灯珠3上贴合有LED准直透镜4，该LED准直透镜4的一侧设置有滤光镜。其中所述基板2为矩形基板2，所述紫外LED灯珠3等间距设置在基板2上，定义基板2的长度为X方向，定义基板2的宽度方向为Y方向，紫外LED灯珠3沿X方向等间距排列成排，并且在Y方向排成若干排，与X方向平行的每排紫外LED灯珠3的波长相同，且波长为365nm—405nm。而各排紫外LED灯珠3的波长可以相同，也可以设置不同，从而满足不同的曝光要求。

[0039]所述紫外扫描曝光光源还包括用于扫描紫外LED灯珠3的发光强度的多模光纤阵列光强探测装置8和LED功率反馈控制器7，所述多模光纤阵列光强探测装置8水平滑动设置于紫外LED灯珠3的发光侧，所述多模光纤阵列光强探测装置8的探测扫描方向为X方向，多模光纤阵列光强探测装置8在Y方向的探测区域宽度大于或等于紫外LED灯珠3的排列宽度。所述多模光纤阵列光强探测装置包括光纤阵列封装头81，所述光纤阵列封装头81内设置有若干个成排的多模光纤头84和与多模光纤头84一一配合的前端耦合镜85，每个多模光纤头84均通过转接法兰82和线缆83与探测器接口对接，一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头84，这种结构更轻便，成本也比较低，并且一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头84，这样可以更好的检测紫外LED灯珠发光的不同区域的光强，也更能够反向寻址得到有异常的紫外LED灯珠。本实施例中优选的是一个紫外LED灯珠对应两个多模光纤头84。其水平滑动也是可以采用线性导轨实现，其驱动方式可以采用伺服电机驱动，其滑动动作和结构是目前的现有技术。

[0040]所述多模光纤阵列光强探测装置8的输出端与LED功率反馈控制器7的输入端电连接，所述LED功率反馈控制器7的输出端分别与各紫外LED灯珠3电连接。

[0041]本实施例还公开了一种扫描式曝光机的紫外扫描曝光光源的匀光方法，该匀光方法使用了所述的紫外扫描曝光光源，包括以下步骤：[0042]S1、启动并调整紫外扫描曝光光源，检测远场矩形扫描光斑6的远场光强的分布均匀性使远场光强的均匀性达标；所述步骤S1中达标的远场光强的均匀性为＞95％。[0043]S2、启动多模光纤阵列光强探测装置8对近场光斑离散点进行采集扫描；如图1所示，多模光纤阵列光强探测装置8检测的是近场出射光强分布5；[0044]S3、运用蒙特卡洛模拟法确定LED电流浮动范围和阈值，取得电流信号数字量化输出值DQ；其中蒙特卡洛模拟法也称统计模拟方法，是二十世纪四十年代中期由于科学技术的发展和电子计算机的发明，而被提出的一种以概率统计理论为指导的一类非常重要的数值计算方法。是指使用随机数(或更常见的伪随机数)来解决很多计算问题的方法。[0045]S4、紫外扫描曝光光源的恒流电源提供稳定的DQ电流；[0046]S5、当远场光强的均匀性出现异常时，再次进行步骤S2中的动作；[0047]S6、对步骤S5中多模光纤阵列光强探测装置8采集到的光强信号进行处理，对光强异常的紫外LED灯珠3进行反向寻址；多模光纤阵列光强探测装置包括多个多模光纤头84，

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且使每一个紫外LED灯珠至少对应一个多模光纤头84，步骤S6中反向寻址的方式为：将各多模光纤头84检测到的光强的强度进行一一比对，比对出光强异常的某一个或者某几个多模光纤头84，然后通过多模光纤与紫外LED灯珠的对应关系反向寻址出异常的紫外LED灯珠。[0048]S7、LED功率反馈控制器7控制对应异常的紫外LED灯珠3的电流进行修正；[0049]S8、再次启动步骤S2对近场光强的均匀性进行验证，若合格则匀光结束；若不合格，则继续重复步骤S6、S7直至合格。

[0050]该紫外扫描曝光光源的匀光方法，该匀光方法利用多模光纤阵列光强探测装置8进行近场光强均匀性检测，并以此检测结果来单独控制某个发光异常的紫外LED灯珠3，保证长期运行中的均匀性不变，提高曝光过程的可靠性，提高光强的均匀性。[0051]以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述，不作为对本发明范围的限定，在不脱离本发明设计精神的基础上，对本发明技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

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图2

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图4

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