[發明專利]一種直寫曝光機用LED照明系統

在審

• 申請號: 201811256950.5
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109240046A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 洪小苗
• 申請（專利權）人: 洪小苗
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 王鑫

一種直寫曝光機用LED照明系統，系統采用光軸旋轉對稱的同軸透射式光學結構，包括LED光源、勻光器件、中繼成像鏡組、被照明面；所述LED光源出光面為平面，其出射光發散角為60°；所述勻光器件為一實心或空心光學積分棒，其入光端面與所述LED光源出光面緊貼，其出光端面與所述中繼成像鏡組第一鏡片緊貼；所述中繼成像鏡組將所述勻光器件的出光面成像至被照明面。本發明具有光源利用率高、照明均勻性好、結構簡單、裝配精度要求低、成本低、良品率高的特點。

技術領域

本發明屬于直寫曝光機的光學系統設計技術領域，涉及一種直寫曝光機用LED照明系統。

背景技術

直寫曝光機區別于傳統曝光機，其通過可編程邏輯器件進行獨立尋址和像素陣列的控制，將數字微鏡器件（DMD）以一定的放大倍率投影到光敏感元件襯底上產生特征的構圖，從而省去了傳統的曝光工藝中所需制造及使用的掩膜，降低了時間和成本。

照明系統是直寫曝光機光學系統中重要組成部分之一，為DMD數字微鏡器件提供高功率、高均勻性的光輻射，其光源類型和系統結構不僅影響曝光機的光學性能，還會關系到設備的復雜程度和設計難度，這些都與曝光機的尺寸、重量、穩定性、維護便利性以及成本等核心競爭力息息相關。

目前市面上直寫曝光機產品一般使用超高壓汞燈、激光器或LED作為光源進行作業，從光源特性及系統結構來看存在下述問題：

1、從光源特性角度看，汞燈光源本身壽命短，且在系統中會作為常亮光源使用，致使汞燈的使用周期僅約3個月，如此頻繁更換光源不僅降低了生產效率，還增加了維護成本；汞燈的耗電量大，超高壓汞燈需要2000W以上的功率，屬于高能耗光源，不利于節能環保，同時增加了運作成本；波長的高功率激光光源價格非常昂貴，導致激光直寫曝光機成本難以下降；LED光源發散角大，較難收光，通常在照明系統中會有較大的能量損失，光源利用率低。

2、從照明結構角度看，采用汞燈作為光源的直寫曝光機，其光源的腔室設計較為復雜，需要較大的橢圓反射杯進行集束，同時，照明部分還需增加電源供給、水冷散熱、濾光片等部件配合，使得照明系統所占空間比例較大，導致曝光機設備難以縮小體積；汞燈在光路中的位置及角度非常敏感，會直接影響照明均勻性，因此其裝調過程繁瑣，需要專業人員進行調試和定期維護，增加了曝光機的運行成本；汞燈在使用中溫度高達上千度，而曝光機對于環境溫度有著嚴格的要求，溫度大幅變化會嚴重影響其穩定性，因此，在使用汞燈的設備中，光源制冷和系統控溫部分需要進行大量的研究和復雜的設計，所需的水泵、真空管等附件增加了整機的復雜性。采用激光器作為光源的曝光機，通常需要光纖配合出光，而由于光纖出光端能量集中度很高，一旦沾染灰塵顆粒會導致燒蝕現象，因此對環境要求十分嚴格。同時，光纖不能過度彎折和拉扯，在使用、運輸過程中需要額外保護，提高了結構設計難度。光纖屬于易損件，一旦出現上述問題必須進行更換，增加了系統維護成本。采用LED作為光源的曝光機，由于其光源發散角大，結構中不能完全將光源出射光收集，一般會利用機械件來遮擋、吸收雜散光，但這個方式會在結構內產生熱堆積，影響光刻機穩定性。

因此，如何解決上述問題，是本領域技術人員著重要研究的內容。

發明內容

為克服上述現有技術中的不足，本發明目的在于提供一種直寫曝光機用LED照明系統。該照明系統具有光源利用率高、照明均勻性好、結構簡單、裝配精度要求低、成本低、良品率高的特點。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種直寫曝光機用LED照明系統，系統采用光軸旋轉對稱的同軸透射式光學結構，包括LED光源、勻光器件、中繼成像鏡組、被照明面；所述LED光源出光面為平面正方形或長方形，所述LED光源的出射光發散角為60°；所述勻光器件為一實心或空心光學積分棒，所述勻光器件的入光端面與所述LED光源出光面緊貼，所述勻光器件的出光端面與所述中繼成像鏡組第一鏡片緊貼；所述中繼成像鏡組將所述勻光器件的出光面成像至被照明面。

上述方案中，有關內容解釋如下：