曝光设备基础知识

更新时间：2026-07-24

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曝光设备是一种用于半导体和液晶显示屏制造现场的设备，通过照射光线将电路和像素等图案描绘到基板上。

由于使用光线且需要在舞台和其他地点进行精确控制，许多产品体积庞大且价格高达数亿美元。暴露工艺是一种非常重要的装置，因为它决定半导体和液晶设计中设计数据（CAD数据）的模式。各种曝光方法已被多家公司开发并应用于设备中。

曝光设备主要用于半导体制造现场和平面显示器（FPD），包括液晶显示器。

在半导体制造中，硅晶圆被用作基板形成氧化膜，然后涂上光阻（光导体），然后通过光罩照射照射从曝光装置发出的强紫外线到涂层表面，从而通过蚀刻等工艺去除不必要的区域。这种使用曝光设备的方法称为光刻。

在液晶显示制造过程中，通常使用玻璃基板，金属及其他薄膜会重复多次薄膜形成、光刻和蚀刻的循环。

在一个基板上，可以形成像素电极和开关元件（如TFT元件），而在另一个基板上，可以形成具有三种原色光（红、绿、蓝）的彩色滤光片。通过将两个基板结合在一起并在中间放置液晶材料，液晶显示屏面板就完成了。

选择曝光设备时价格昂贵，因此购买前必须与设备制造商充分讨论所用光源类型、精度及舞台精度。

让我来解释一下曝光装置的测量原理。曝光设备包括光源、偏转透镜、光罩、聚焦透镜、舞台和用于运输硅晶圆的机器人。

镜头和光罩设计极其精密，舞台操作精准。在操作过程中，曝光目标被精确固定在舞台上。在操作过程中，舞台随着每次曝光移动，在整个曝光目标中描绘出众多图案。

光源发出的短而强波长的光被偏转透镜对准并照射到光罩上，作为电路图案形成的原型。通过光罩的光会被聚光镜聚焦，该透镜将极小的电路图样映射到被曝光的目标上。

一旦整个目标区域的曝光完成，就会由机器人或类似设备运输。有些产品允许暴露目标穿透液体，从而实现更高的精度曝光。

2018年，半导体光刻设备制造商以欧洲（84%）和日本（14%）为主导，欧洲和日本的制造商几乎垄断了市场。此外，液晶显示器的FPD（平面显示器）光刻设备几乎被两家日本制造商垄断。

半导体暴露设备被认为是精密的机器，最新的半导体已极度微型化，芯片上的布线宽度（工艺规则）被缩减至3~5纳米。

关于FPD光刻设备，最新的线宽仅几微米，且这些器件每年都在变得更薄、越来越大，配备更高的精度和更大的设备，以实现更美观、更高清的图像。

在半导体光刻设备中，极紫外（EUV）光刻设备使用极短波长的光，称为极紫外光。

使用传统ArF准分子激光的半导体光刻设备，使加工更细微但难以加工的尺寸成为可能。半导体微型化是根据摩尔定律进行的（半导体集成电路在三年内实现了四倍的集成度和功能）。

迄今为止，我们通过缩小投影曝光技术（步进器）、缩短曝光波长以及开发沉浸式曝光技术，大幅提升了分辨率。微型化意味着可烘烤到晶圆上的最小加工尺寸变小，该最小加工尺寸R由以下瑞利公式表示。

R = k·λ/NA *k 是比例常数，λ 是曝光波长，N.A. 是曝光光学系统的孔径数。

通过各种技术发展，通过使k变小、λ变小、NA变大，实现了微型化。极紫外光刻设备被认为是一种可以通过缩短曝光波长克服以往限制的技术，近年来已实现大规模生产。

FPD（平面显示器）可以在各种场合出现，如液晶显示器、等离子显示屏和OLED显示器，包括智能手机、平板电脑和家庭平板电视，既在家庭中，也在城市周边地区出现。

FPD光刻设备用于制造平板显示器。原则上，它与半导体制造设备相同：它将光照射到光罩上，通过透镜在玻璃板上曝光电路图案，并形成阵列。

此外，还创建了色彩滤镜以生成显示图像和视频，并结合数组，完成了显示。彩色滤镜是一种用于表示图像或视频颜色的滤镜，其中颜料基色阻剂涂在玻璃上以实现曝光和显影。