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曝光设备原理以及应用池田屋实业

时间：2024-08-13 阅读：225

曝光设备原理以及应用池田屋实业

曝光装置是在半导体、液晶显示器等制造现场使用的装置，通过照射光在基板上描绘电路、像素等图案。

由于它们使用的光线并需要精确控制平台等，许多产品体积庞大且成本数十亿美元。曝光工序是半导体和液晶显示器制造中决定设计数据（ CAD数据）图案的工序，因此是极其重要的设备。每家公司都开发了多种曝光方法并在自己的设备中使用它们。

图1. TFT液晶显示器的TFT基板侧的制造流程概述

曝光设备主要用于半导体制造现场和液晶显示器等平板显示器（FPD）制造现场。

在半导体制造工艺中，以硅晶片为基板，形成氧化膜，涂敷光致抗蚀剂（感光材料），并通过光掩模用从曝光装置发出的强紫外线照射涂敷表面。允许通过蚀刻等去除不需要的部分。这种使用曝光设备的方法称为光刻法。

在LCD制造过程中，一般使用玻璃基板，并重复数个循环的金属或其他薄膜沉积、光刻和蚀刻。

可以在一个基板上形成像素电极和开关元件(TFT元件等)，并且可以在另一基板上形成具有光的三基色(红、绿和蓝)的滤色器。通过将两个基板粘合在一起并在其间放置液晶材料，就完成了用于 LCD 显示器的面板。

选择曝光设备时，需要在购买前与设备制造商充分讨论曝光所用光源的类型和精度、载物台的精度等，因为其价格非常昂贵。

我们将解释曝光设备的测量原理。曝光设备由光源、偏光镜、光掩模、聚光镜、载物台、传送硅片的机械手等组成。

镜头和光掩模的设计精度，平台的运行精度也很高。操作过程中，曝光目标精确固定在载物台上。在操作中，每次曝光时载物台都会移动，在曝光的物体上创建大量图案。

从光源发出短波长的强光，偏光透镜调整光的方向，然后照射到光掩模上，光掩模是配置电路图案的原型。穿过光掩模的光被聚光透镜聚焦，并在曝光的目标上描绘出非常小的电路图案。

一旦整个曝光目标被曝光，它就会被机器人或其他设备运输。根据产品的不同，曝光目标会渗透到液体中，有些产品的设计旨在实现更准确的曝光。

2018年，半导体曝光设备制造商来自欧洲（84%）和日本（14%），几乎以欧洲和日本制造商为主。此外，液晶显示器的FPD（平板显示器）曝光设备几乎由两家日本厂商主导。

半导体光刻设备据说精密的机器，最新的半导体已经小型化，芯片上的布线宽度（工艺规则）已减少到3至5纳米。

对于FPD曝光设备来说，最新设备的线宽在几微米或更小，并且这些设备逐年变得更薄、更大，设备也变得更精确、更大，以创造出更美丽和高清晰度的图像。它正在进步。

在半导体光刻设备中，EUV（Extreme Ultraviolet）光刻设备使用被称为极紫外线的极短波长光。

它可以加工更精细的尺寸，而这是使用 ArF 准分子激光的传统半导体曝光设备难以加工的。半导体小型化正在按照摩尔定律进展（半导体集成电路的集成度和功能将在三年内提高四倍）。

到目前为止，通过称为步进曝光机的缩小投影曝光技术、更短的曝光波长和浸没式曝光技术的发展，分辨率已得到显着提高。小型化是指晶圆上可印刷的最小加工尺寸变得更小，最小加工尺寸R由下面的瑞利方程表示。　

R=k·λ/NA *k为比例常数，λ为曝光波长，NA为曝光光学系统的数值孔径

通过各种技术的发展，通过减小k、减小λ和增大NA来实现小型化。 EUV曝光设备被认为是一种可以通过缩短曝光波长来克服以往限制的技术，近年来已实现量产。

FPD（平板显示器）是液晶显示器、等离子显示器、有机EL显示器等，在智能手机、平板电脑、家用平板电视等家庭和街道上随处可见。

FPD曝光设备是用于制造平板显示器的设备。原理与半导体制造设备相同。它用光照射光掩模，通过透镜将电路图案曝光到玻璃板上，形成阵列。。

我们还创建了在显示器上生成图像和视频的滤色器，并将它们与阵列组合以完成显示。彩色滤光片是表达图像和视频颜色的滤光片。将基于颜料的彩色抗蚀剂涂在玻璃上并进行曝光和显影。