CN108303859A - 一种直写光刻机中高利用率高均匀度的led照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，包括LED光源，还包括准直镜组、匀光镜组、聚光透镜和转向棱镜，所述LED光源、准直镜组、匀光镜组和聚光透镜的中心均位于同一轴线上，所述转向棱镜位于DMD数字掩膜板的下方；所述LED光源的出射光发散角对应的数值孔径为NA0.85；所述匀光镜组为一对微透镜阵列对称组合而成；所述转向棱镜的入射面与所述轴线垂直，所述转向棱镜的出射面与所述DMD数字掩膜板平行。本发明具有光源利用率高、照明均匀性好、结构简单、装配容易、精度要求低、成本低、良品率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及直写光刻机的光学系统设计技术领域，具体是一种直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统。
背景技术
光刻机是用于在衬底表面上印刷构图的设备，直写光刻机区别于传统光刻机，其通过可独立寻址和控制的像素阵列，即DMD数字掩膜板，以一定的放大倍率投影到光敏感元件衬底上产生特征的构图，从而省去了传统的光刻工艺中所需制造及使用的掩膜，降低了时间和成本。
照明系统是直写光刻机光学系统的重要组成部分之一，其光源类型和系统结构不仅影响光刻机的光学性能，还会关系到设备的复杂程度和设计难度，这些都与光刻机的尺寸、重量、稳定性、维护便利性以及成本等核心竞争力息息相关。
目前直写光刻机产品一般使用的超高压汞灯、激光器或LED照明系统，从光源特性及系统结构来看存在下述问题：
1、从光源特性角度看，汞灯光源本身寿命短，且在系统中会作为常亮光源使用，致使汞灯的使用周期仅约3个月，如此频繁更换光源不仅降低了生产效率，还增加了维护成本；汞灯的耗电量大，超高压汞灯需要2000W以上的功率，属于高能耗光源，不利于节能环保，同时增加了运作成本；光刻波长的高功率激光光源价格非常昂贵，导致激光直写光刻机成本难以下降；LED光源发散角大，较难收光，通常在照明系统中会有较大的能量损失，光源利用率低。
2、从照明结构角度看，采用汞灯作为光源的直写光刻机，其光源的腔室设计较为复杂，需要较大的椭圆反射杯进行集束，同时，照明部分还需增加电源供给、水冷散热、滤光片等部件配合，使得照明系统所占空间比例较大，导致光刻机设备难以缩小体积；汞灯在光路中的位置及角度非常敏感，会直接影响照明均匀性，因此其装调过程繁琐，需要专业人员进行调试和定期维护，增加了光刻机的运行成本；汞灯在使用中温度高达上千度，而光刻机对于环境温度有着严格的要求，温度大幅变化会严重影响其稳定性，因此，在使用汞灯的设备中，光源制冷和系统控温部分需要进行大量的研究和复杂的设计，所需的水泵、真空管等附件增加了整机的复杂性。采用激光器作为光源的光刻机，通常需要光纤配合出光，而由于光纤出光端能量集中度很高，一旦沾染灰尘颗粒会导致烧蚀现象，因此对环境要求十分严格。同时，光纤不能过度弯折和拉扯，在使用、运输过程中需要额外保护，提高了结构设计难度。光纤属于易损件，一旦出现上述问题必须进行更换，增加了系统维护成本。采用LED作为光源的光刻机，由于其光源发散角大，结构中不能完全将光源出射光收集，一般会利用机械件来遮挡、吸收杂散光，但这个方式会在结构内产生热堆积，影响光刻机稳定性。
发明内容
鉴于现有直写光刻机照明系统存在光源利用率低、结构复杂、调试维护困难、成本高等问题，本发明的目的在于提供一种直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，具有光源利用率高、照明均匀性好、结构简单、装配容易、精度要求低、成本低、良品率高的特点。
本发明的技术方案为：
一种直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，包括LED光源，还包括准直镜组、匀光镜组、聚光透镜和转向棱镜，所述LED光源、准直镜组、匀光镜组和聚光透镜的中心均位于同一轴线上，所述转向棱镜位于DMD数字掩膜板的下方；所述LED光源的出射光发散角对应的数值孔径为NA0.85；所述匀光镜组为一对微透镜阵列对称组合而成；所述转向棱镜的入射面与所述轴线垂直，所述转向棱镜的出射面与所述DMD数字掩膜板平行。
所述的直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，所述LED光源采用单颗LED灯珠或多颗LED灯珠阵列。
所述的直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，所述转向棱镜采用内部全反射棱镜。
本发明的有益效果为：
（1）本发明采用透镜聚光，有效缩小了光源腔室，有助于改善光刻机的整体尺寸；
（2）本发明中LED光源发出的光几乎可以全部进入到光路中，能量利用率高；相应地，由于杂散光很少，无需利用机械结构遮挡，因此不会造成热堆积，降低了温控系统的复杂性以及设计难度；
（3）LED光源寿命长，一般为10000小时以上，而且在使用中无需常亮，可以在曝光过程中点亮，曝光结束后熄灭，理论推算光刻机在两年内无需更换光源，降低了维护成本；
（4）LED光源耗电量低，发光效率高，有利于节能环保；
（5）本发明设计了合理、精巧的匀光镜组，与传统的光棒相比，长度小，用材少，通道多，匀光效果更好；LED光源的位置、角度不会对匀光效果造成明显影响，因此不但实现了照明系统的高均匀度，而且避免了对于LED光源角度、位置的繁琐调校，提高了装调效率；
（6）本发明对LED光源安装的容差较大，因此装配、更换LED光源便捷；
（7）本发明的LED光源无需借助光纤出光，避免了使用光纤所带来的风险，增加了可靠性；
（8）LED光源价格远低于光刻波长的激光器，降低了光刻机成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的匀光镜组结构示意图；
图3是本发明的转向棱镜结构示意图；
图4是本发明的匀光镜组与DMD数字掩膜板匹配调节示意图；
图5是本发明的照明光斑效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。
如图1所示，一种直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，包括LED光源1、准直镜组2、匀光镜组3、聚光透镜4和转向棱镜5。LED光源1、准直镜组2、匀光镜组3和聚光透镜4的中心均位于同一轴线上，转向棱镜5位于DMD数字掩膜板6的下方。LED光源1的出射光发散角对应的数值孔径为NA0.85，采用该超大数值孔径，实现照明系统的高利用率。LED光源1可以是单颗LED灯珠或多颗LED灯珠阵列。如图2所示，匀光镜组3为一对微透镜阵列31对称组合而成，采用该合理、精巧的匀光镜组设计，实现照明系统的高均匀度。如图3所示，转向棱镜5采用内部全反射棱镜，转向棱镜5的入射面51与前述轴线垂直，转向棱镜5的出射面与DMD数字掩膜板6平行。
本发明的工作原理为：
LED光源1发出的光经过准直镜组2准直、匀光镜组3匀光、聚光透镜4聚焦后垂直入射到转向棱镜5的入射面51，经过转向棱镜5内部全反射改变方向后照射在DMD数字掩膜板6的有效区域，形成照明光斑。
本发明的装调过程为：
（1）如图2所示，将两片微透镜阵列31镜片严格对称、同轴安装组成匀光镜组3。
（2）将LED光源1、准直镜组2、匀光镜组3、聚光透镜4同轴安装，与转向棱镜5对应，转向棱镜5设置在DMD数字掩膜板6的下方。
（3）转向棱镜5为内部全反射棱镜，如图3所示，调节转向棱镜5的俯仰，使其入射面51垂直于入射光轴。
（4）调节DMD数字掩膜板6的俯仰角度，使其平行于转向棱镜5的出射面52。
（5）如图4所示，垂直于轴线方向旋转调节匀光镜组3，使照明光斑的方向能够满足DMD数字掩膜板6在自身所在平面上的旋转角度。
（6）水平方向微调转向棱镜5的位置，使照明光斑照射在DMD数字掩膜板6的有效区域，如图5所示。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，包括LED光源，其特征在于：还包括准直镜组、匀光镜组、聚光透镜和转向棱镜，所述LED光源、准直镜组、匀光镜组和聚光透镜的中心均位于同一轴线上，所述转向棱镜位于DMD数字掩膜板的下方；所述LED光源的出射光发散角对应的数值孔径为NA0.85；所述匀光镜组为一对微透镜阵列对称组合而成；所述转向棱镜的入射面与所述轴线垂直，所述转向棱镜的出射面与所述DMD数字掩膜板平行。
2.根据权利要求1所述的直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，其特征在于：所述LED光源采用单颗LED灯珠或多颗LED灯珠阵列。
3.根据权利要求1所述的直写光刻机中高利用率高均匀度的LED照明系统，其特征在于：所述转向棱镜采用内部全反射棱镜。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN1646968A (zh) * | 2002-04-09 | 2005-07-27 | 迪康公司 | 光调节设备 |
| TW200801397A (en) * | 2006-06-14 | 2008-01-01 | Young Optics Inc | Illumination system and projection apparatus |
| CN101384966A (zh) * | 2006-02-17 | 2009-03-11 | 卡尔蔡司Smt股份有限公司 | 用于微光刻投影曝光设备的照射系统 |
-
2018
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1646968A (zh) * | 2002-04-09 | 2005-07-27 | 迪康公司 | 光调节设备 |
| CN101384966A (zh) * | 2006-02-17 | 2009-03-11 | 卡尔蔡司Smt股份有限公司 | 用于微光刻投影曝光设备的照射系统 |
| TW200801397A (en) * | 2006-06-14 | 2008-01-01 | Young Optics Inc | Illumination system and projection apparatus |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 梁庆九: "基于365nmLED的数字光刻照明系统匀光设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑(月刊)》 * |
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