[實用新型]LED光源和光刻機

有效

• 申請號: 201721110314.2
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN207096678U
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 錢俊
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備（集團）股份有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)31237
• 代理人: 屈蘅,李時云

技術領域

本發明涉及光刻領域，特別涉及一種LED光源和光刻機。

背景技術

半導體制造中的微光刻技術就是利用光學系統把掩模版上的圖形精確地投影曝光到涂過光刻膠的硅片上。照明系統的光源模塊為光刻機提供曝光能量，照明光源的光功率直接影響光刻機的生產效率。隨著LED芯片和封裝技術的不斷發展，LED光源作為光刻機的照明光源成為可能。LED作為照明光源，相比于汞燈具備諸多優點：光源結構簡單，沒有復雜的燈室；安全系數高，無毒，無高溫，無爆炸風險；光譜能量利用率高，光電轉換效率高，節約能源；發光體尺寸小，近似點光源。

目前，限制LED成為光刻機照明光源的最重要因素是，現有的主流LED光源模塊提供的有效能量不足。如圖2所示，現有LED光源的基本結構包括：基板12，LED芯片11和光源能量出射窗口13。通常會將數量眾多的LED芯片11同時使用，光源所能提供的有效光功率E＝k×e×n。其中，k為能量可利用率(后續光學系統對光源的能量利用率)，e為單個LED芯片11的光功率，n為光源中LED芯片11的數量。為了提高光源的總功率，則需要同時提高k、e和n。考慮單個LED芯片11的發光功率目前存在較大瓶頸，且在短時間內無法有較大的突破。那么，提高LED光源光功率最為有效的方式便是提高能量利用率k和增加LED芯片的數量n。

目前，如圖3所示，目前的主流LED光源的應用方式是：將眾多LED芯片11封裝為一個整體，后續光學系統直接將LED芯片11排布的整個空間區域作為面光源使用。在增加LED芯片11數量時，光源輸出的光斑尺寸隨之增大。又由于LED芯片11在排布時需要考慮散熱和走線，芯片與芯片之間存在較大的間隙，光源尺寸會額外增大。同時，如圖1所示，LED芯片11的光線發散角比較大，能量收集十分難度，能量利用效率比較低，存在浪費和雜光問題。

發明內容

本發明提供一種LED光源和光刻機，以解決現有技術中LED光源結構的能量利用率低的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種LED光源結構，包括：LED光源結構，其特征在于，包括：LED基板、設置在所述LED基板上的LED芯片陣列、與所述LED芯片陣列對應的準直TIR元件陣列以及與所述準直TIR元件陣列對應的能量出射窗口，所述LED芯片陣列發出的若干束光經所述準直TIR元件陣列準直、偏轉后入射到所述能量出射窗口。

作為優選，所述LED芯片陣列包括若干LED芯片，所述準直TIR元件陣列包括若干準直TIR元件，所述準直TIR元件與所述LED芯片一一對應，對LED芯片發出的光束進行準直、偏轉。

作為優選，所述LED芯片陣列中的各LED芯片，位于相同平面或不同平面或者部分位于相同平面部分位于不同平面。

作為優選，所述準直TIR元件陣列中的各準直TIR元件的偏轉角度與對應的LED芯片的偏轉角度相同。

作為優選，所述LED芯片以朗伯型角分布向外輻射能量。

作為優選，所述準直TIR元件采用紫外透光材料制成。

作為優選，所述紫外透光材料包括融石英材料。

作為優選，所述準直TIR元件包括：準直光學部分和與所述準直光學部分一體式成型的柱形延展部分，準直光學部分對LED芯片發出的光束進行準直，柱形延展部分對所述光束進行偏轉。

作為優選，所述準直光學部分的端部開設有沉孔，所述LED芯片設置在所述沉孔的開口處。

作為優選，所述準直光學部分的側面為自由曲面，所述沉孔底面為類球形凸起，所述自由曲面與類球形凸起配合實現對所述光束的準直。

作為優選，所述柱形延展部分的端面為一傾斜平面，使LED芯片發出的光線偏轉一定角度以到達能量出射窗口

作為優選，所述柱形延展部分的長度Lo＝R/[tan(arc sin(1/N))]，其中，R為準直TIR元件的口徑，N為準直TIR元件的折射率。

作為優選，所述能量出射窗口的尺寸等于準直TIR元件的口徑。

作為優選，所述LED基板還與一控制器連接。

本發明還提供一種光刻機，包括照明單元，所述照明單元采用所述的LED光源。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明采用準直TIR元件陣列，具備99％以上的能量收集效率，遠高于現有LED光源結構的角分布能量利用效率，LED光源結構輸出光束的最大發散角遠小于LED芯片的最大發散角，準直光束的最大發散角優于0.1°可近似為理想的平行光；