CN103163739B - 一种紫外led照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种照明装置，其特征在于：包括位于同一光轴上的光源、耦合透镜、积分棒、中继透镜组、掩模板、物镜、基板；所述光源为至少一组LED阵列。其中，所述LED阵列组为一个LED阵列和一个耦合透镜。本发明的用于光刻投影光学系统的照明装置，结构简单，并能实现基板上较高的照度和较大的曝光视场。

Description

一种紫外LED照明装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种用于光刻投影曝光装置的紫外LED照明装置。
背景技术
目前投影曝光装置的光源在紫外区域主要使用汞灯和激光光源。248nm的深紫外波长主要使用激光光源，360nm-450nm波长则使用汞灯光源。
中国专利CN1708828A公开了一种具有固体光源的曝光装置，光源由多个LED单元组成LED阵列，使照射到感旋光性基板上的照度值达到30mw/cm2。
该专利第一实施例中光源排布在矩形基板上，大小12*3cm，LED光源半功率全角4°由准直透镜准直后入射到蝇眼透镜上，照明光学系统耦合效率＞0.4，投影光学系统0.1NA。该专利第二实施例中曝光装置具有5个LED阵列单元，5个照明光学单元，形成5个梯形视场，拼接后形成长方形大视场。该专利两个实施例照射到感旋光性基板上的照度值均只达到30 mw /cm2。专利的第二实施例增大了视场，也是依赖于LED光源数量及照明光学单元的增多，同时光学系统的整体体积也随之增大。
中国专利CN200810020788.7公开了一种具有超高强度LED光源的无掩模直写式光刻机，采用多个LED管阵列和多个聚光镜，后接耦合光纤，再连接变芯光纤，通过空间排列耦合，获得超高亮度LED照明。解决了单一的发光二极管发光量不能满足低倍率大视场面积无掩模光刻照明要求的问题。该专利采用光纤方式耦合，结构较为复杂，而且光纤的耦合效率较低，造成光功率的损失。
综合上述背景技术，需要设计一种采用LED阵列空间分布实现能量重构的光学设计方案，既能达到较大的照度需求，又能增大视场。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于光刻投影光学系统的照明装置，结构简单，并能实现基板上较高的照度和较大的曝光视场。
本发明提出一种照明装置，其特征在于：包括位于同一光轴上的光源、耦合透镜、积分棒、中继透镜组、掩模板、物镜、基板；所述光源为至少一个LED阵列组。
其中，所述LED阵列组包含一个LED阵列及与所述LED阵列对应的LED耦合透镜。
其中，所述LED阵列发出的光经过所述耦合透镜后，入射至所述积分棒，入射角度不小于0.3NA（所述物镜的数值孔径）。
较优地，所述LED阵列组为多个，所述多个LED阵列呈弧形空间排列，形成三维立体排列。
较优地，在所述三维立体排列的弧面上，排布所述LED阵列数量为N≤3∏L/d，其中N为LED阵列的排列数量，d为LED阵列的通光孔径，L为工作距离，∏是空间阵列排布弧面的半径。
其中，在所述三维立体排列的弧面上，排布所述LED阵列数量为3个， 所述LED阵列组为3*3个。
其中，所述LED阵列发出的光入射到所述LED耦合透镜，入射角度不小于0.6NA（所述物镜的数值孔径）。
本发明的用于光刻投影光学系统的照明装置，结构简单，并能实现基板上较高的照度和较大的曝光视场。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1为本发明照明装置第一实施例光源排布结构示意图；
图2为本发明照明装置第一实施例光学系统结构示意图；
图3为本发明照明装置第二实施例光学系统结构示意图；
图4为本发明照明装置第二实施例光源排布侧视图；
图5为本发明照明装置第二实施例光源排布立体图；
图6为本发明照明装置第二实施例光源模拟光斑及能量分布图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
实施例1
如图1所示，图1为本发明照明装置第一实施例光源排布结构示意图。在本发明的第一实施例中， 照明光源采用5*5颗紫外LED（UV-LED）阵列，中心波长365nm，光谱半宽±6nm，额定功率3W，发散角±80°，发光面元尺寸8*8mm2的正方形LED阵列。LED阵列芯片安装在铜制的散热块上。后加小功率的风扇散热，或使用温控装置。
图2为本发明照明装置第一实施例光学系统结构示意图。如图2所示，包括光源1、耦合透镜2、积分棒3、中继透镜组4、掩模板5、物镜6、基板7。各组件位于同一轴线上。
单个LED阵列发出的光以0.6NA的角度射入耦合透镜2，经耦合透镜2后以0.3NA的角度照射到16*16mm的积分棒3上，再经中继透镜4，形成16*16mm，0.3NA的照明视场，最后经等倍倍率的物镜6照射到基板7上。基板7上的照度能达到230 mw/ cm2。
其中LED阵列在0.6NA即±37°发散角内光功率占总的功率的42%。
该装置中没有设置控制曝光时间的快门机构，这是由于LED点亮时间快（ns级），在很短的时间内就可以稳定光功率的出射。
实施例2
本实施例采用光源阵列的方式来提高耦合进照明系统的总光功率，照明光学系统同实施例1，通过0.1NA的投影物镜系统形成44*44 mm2的视场。
单个LED阵列发出的光以0.6NA的角度射入耦合透镜2，形成LED阵列组，经耦合透镜2后以0.3NA的角度照射到耦合透镜9上，经耦合透镜9以0.3NA的角度照射到16*16mm的积分棒3上，再经中继透镜4，形成0.1NA的照明视场，最后通过0.1NA的投影物镜系统6形成44*44 mm2的视场。基板7上的照度能达到240 mw/ cm2。
图3给出了该实施例照明系统光学设计示意图，每一个LED阵列经耦合透镜2组成LED阵列组。多个LED阵列组呈弧形空间排列，形成三维立体排列，其阵列排布如图4、图5所示。设d为LED耦合光学系统的通光孔径，L为工作距离，同时也是空间阵列排布弧面的半径。在此弧面上最多能排布LED和耦合透镜数量N≤∏L/d。考虑到出射到耦合透镜9上的光斑随着L的增大而增大和LED和耦合透镜组合倾斜导致的光斑扩散，取N=3，即LED阵列组为3*3个。
图6给出了经过lighttools软件模拟得到的光斑及能量分布图。左图是在掩模板上形成的光斑示意图，呈44*44mm一较为均匀的方形视场。右图为其在掩模上的能量分布线形图，横坐标表示的是在视场处的位置，纵坐标表示相对应的能量强度。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种照明装置，包括位于同一光轴上的光源、耦合透镜、积分棒、中继透镜组、掩模板、物镜、基板；所述光源为至少一个LED阵列组，其特征在于：所述LED阵列组包含一个LED阵列及与所述LED阵列对应的LED耦合透镜，所述LED阵列发出的光经过所述耦合透镜后，入射至所述积分棒，入射角度不小于0.3NA（所述物镜的数值孔径），所述LED阵列组为多个，其中多个LED阵列呈弧形空间排列，形成三维立体排列，其特征在于：在所述三维立体排列的弧面上，排布所述LED阵列数量为N≤∏L/d，其中N为LED阵列的排列数量，d为LED阵列的通光孔径，L为工作距离，∏是空间阵列排布弧面的半径。
2.根据权利要求1所述照明装置，其特征在于：在所述三维立体排列的弧面上，排布所述LED阵列数量为3个， 所述LED阵列组为3*3个。
3.根据权利要求2所述照明装置，其特征在于：所述LED阵列发出的光入射到所述LED耦合透镜，入射角度不小于0.6NA（所述物镜的数值孔径）。
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