CN216979584U - 一种投影式光刻机用uv-led光引擎光学系统 - Google Patents
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Abstract
一种投影式光刻机用UV‑LED光引擎光学系统，包括光源系统、光阑和中继光学系统，光源系统的出射光线依次经光阑和中继光学系统后照射到目标面上；所述光源系统按光路方向依次包括光源模块、集光模块、匀光模块和聚光模块。通过集光模块将UV‑LED单元发出的紫外光辐射高效取出，同时通过匀光模块对紫外光辐射能量进行深度均匀化，再通过聚光模块将紫外光能量汇聚至焦平面处，最后通过中继光学系统再目标面处获得合适的光斑大小和辐射强度。
Description
技术领域
本实用新型涉及光刻机，尤其是一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统。
背景技术
UVA段光刻机光引擎应用产品，目前接近式/接触式光刻机和I-line投影式光刻机光引擎，市场上90%以上接近/接触式光刻机和I-Ling/G-Line投影光刻机采用汞灯光引擎，LED应用近两年才刚开始，增量市场还有巨大的潜力。汞灯寿命短（1000-1500h），更换调机频率高，同属于重金属污染，光引擎综合成本高，耗电量高，光子利用率低。UVA-LED光引擎可达到汞灯10倍以上寿命，且功率仅为汞灯的10%-20%且无汞污染，能够实现高效节能环保，降低光刻机使用费用。目前，市面上现有的UV-LED光引擎系统方案，基本都是适用PCB线路板生产的。其关键技术参数如照射面均匀性、出射角度、辐射强度，达不到中高端领域的应用需求，例如存储器芯片、处理器芯片、平板显示器件、MEMS、功率器件等。
发明内容
本实用新型所要解决的技术方案是提供一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，技术参数满足中高端领域的应用需求。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，包括光源系统、光阑和中继光学系统，光源系统的出射光线依次经光阑和中继光学系统后照射到目标面上；所述光源系统按光路方向依次包括光源模块、集光模块、匀光模块和聚光模块。本实用新型原理：集光模块的作用是将UV-LED芯片辐射的紫外光能量高效取出并整形到一定角度内；匀光模块的作用是将集光模块发出的紫外光辐射能量进行深度均匀化；聚光模块的作用是将匀光模块出射的紫外光能量汇聚至焦平面处获得合适的光斑大小；光阑的作用是初步过滤光源系统出射的杂散光；中继光学系统的作用是将由聚光模块焦平面处的光斑按一定比例进行缩放使得目标面的光斑大小适中和辐射强度满足要求，校正整个光学系统的像差和畸变，并进一步消除杂散光。本实用新型提供的技术方案达到的技术参数为：高辐射强度≥2000mW/cm2,辐射能量均匀性≥97%。该技术参数的光引擎系统可应用于投影式光刻机光引擎光学系统，能够有效应对中高端应用领域的光刻，例如存储芯片、处理器芯片、平板显示器件、MEMS、功率器件等。
作为改进，所述光源模块包括灯板和若干UV-LED芯片，UV-LED芯片的峰值波长为350nm-450nm。
作为改进，所述集光模块包括1-3层光学透镜，所述光学透镜为球面透镜和或非球面透镜。
作为改进，所述匀光模块为复眼透镜结构或光学积分棒结构。
作为改进，所述聚光模块包括1-2片光学透镜，所述光学透镜为球面透镜和或非球面透镜。
作为改进，所述光阑位于聚光模块焦平面处，光阑具有矩形或六边形的通光口。
作为改进，所述中继光学系统由4片球面光学透镜组成，每两片为一组。
作为改进，所述中继光学系统包括4片球面光学透镜和平面反射镜，每两片球面光学透镜为一组，所述平面反射镜设在两组球面光学透镜之间。
本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是：
本实用新型通过集光模块将UV-LED单元发出的紫外光辐射高效取出，同时通过匀光模块对紫外光辐射能量进行深度均匀化，再通过聚光模块将紫外光能量汇聚至焦平面处，最后通过中继光学系统再目标面处获得合适的光斑大小和辐射强度。本实用新型提供的技术方案达到的技术参数为：高辐射强度≥2000mW/cm2,辐射能量均匀性≥97%。该技术参数的光引擎系统可应用于投影式光刻机光引擎光学系统，能够有效应对中高端应用领域的光刻，例如存储芯片、处理器芯片、平板显示器件、MEMS、功率器件等。
附图说明
图1为实施例1光学系统示意图。
图2为实施例2光学系统示意图。
图3为光源系统示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，包括光源系统1、光阑2和中继光学系统3，光源系统1的出射光线依次经光阑2和中继光学系统3后照射到目标面4上。如图3所示，所述光源系统1按光路方向依次包括光源模块11、集光模块12、匀光模块13和聚光模块14；所述光源模块11包含61颗UV-LED芯片和灯板，UV-LED芯片的峰值波长选择为365nm。所述集光模块12采用3层光学非球面透镜设计，其作用是将UV-LED芯片辐射的紫外光能量高效取出并整形到一定角度内；所述匀光模块13采用复眼透镜结构形式设计，其作用是将集光模块12发出的紫外光辐射能量进行深度均匀化；所述聚光模块14由2片非球面光学透镜组成，其作用是将匀光模块13出射的紫外光能量汇聚至焦平面处获得合适的光斑大小，光斑尺寸约为70mm×40mm。所述光阑2位于聚光模块14焦平面处，光阑2具有矩形的通光口，其作用是初步过滤光源系统1出射的杂散光。所述中继光学系统3由4片球面光学透镜31组成，每2片球面光学透镜31为一组，其中一组球面光学透镜设在中继光学系统3的入射端，另一组设在出射端。目标面4处的光斑尺寸缩小至60mm×40mm，辐射强度达到3000mW/cm2，光斑均匀性达到97%。
本实施例提供的光引擎光学系统可与目标面4处实现的技术参数如下：辐射强度3000mW/cm2,光斑尺寸60mm×40mm，辐射能量均匀性97%。该技术参数的光引擎光学系统可应用于投影式光刻机，能够有效应对中高端应用领域的光刻，例如储芯片、处理器芯片、平板显示器件、MEMS（微机电系统）、功率器件等。
实施例2
如图2所示，一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，包括光源系统1、光阑2和中继光学系统3，光源系统1的出射光线依次经光阑2和中继光学系统3后照射到目标面4上。如图3所示，所述光源系统1按光路方向依次包括光源模块11、集光模块12、匀光模块13和聚光模块14；所述光源模块11包含61颗UV-LED芯片和灯板，UV-LED芯片的峰值波长选择为365nm。所述集光模块12采用3层光学非球面透镜设计，其作用是将UV-LED芯片辐射的紫外光能量高效取出并整形到一定角度内；所述匀光模块13采用复眼透镜结构形式设计，其作用是将集光模块12发出的紫外光辐射能量进行深度均匀化；所述聚光模块14由2片非球面光学透镜组成，其作用是将匀光模块13出射的紫外光能量汇聚至焦平面处获得合适的光斑大小，光斑尺寸约为70mm×40mm。所述光阑2位于聚光模块14焦平面处，光阑2具有矩形的通光口，其作用是初步过滤光源系统1出射的杂散光。所述中继光学系统包括4片球面光学透镜31和平面反射镜32，每2片球面光学透镜31为一组，其中一组球面光学透镜设在中继光学系统的入射端，另一组设在出射端，平面反射镜32设在两组球面光学透镜之间，其作用是将光路进行转折缩短光路的总长度。目标面4处的光斑尺寸缩小至60mm×40mm，辐射强度达到3000 mW/cm2，光斑均匀性达到97%。
本实施例提供的光引擎光学系统可与目标面4处实现的技术参数如下：辐射强度3000mW/cm2,光斑尺寸60mm×40mm，辐射能量均匀性97%。该技术参数的光引擎光学系统可应用于投影式光刻机，能够有效应对中高端应用领域的光刻，例如储芯片、处理器芯片、平板显示器件、MEMS（微机电系统）、功率器件等。
Claims (8)
1.一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，其特征在于：包括光源系统、光阑和中继光学系统，光源系统的出射光线依次经光阑和中继光学系统后照射到目标面上；所述光源系统按光路方向依次包括光源模块、集光模块、匀光模块和聚光模块。
2.根据权利要求1所述的一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，其特征在于：所述光源模块包括灯板和若干UV-LED芯片，UV-LED芯片的峰值波长为350nm-450nm。
3.根据权利要求1所述的一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，其特征在于：所述集光模块包括1-3层光学透镜，所述光学透镜为球面透镜和或非球面透镜。
4.根据权利要求1所述的一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，其特征在于：所述匀光模块为复眼透镜结构或光学积分棒结构。
5.根据权利要求1所述的一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，其特征在于：所述聚光模块包括1-2片光学透镜，所述光学透镜为球面透镜和或非球面透镜。
6.根据权利要求1所述的一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，其特征在于：所述光阑位于聚光模块焦平面处，光阑具有矩形或六边形的通光口。
7.根据权利要求1所述的一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，其特征在于：所述中继光学系统由4片球面光学透镜组成，每两片为一组。
8.根据权利要求1所述的一种投影式光刻机用UV-LED光引擎光学系统，其特征在于：所述中继光学系统包括4片球面光学透镜和平面反射镜，每两片球面光学透镜为一组，所述平面反射镜设在两组球面光学透镜之间。
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