一种投影式光刻机用UV-LED光引擎设备的制作方法

一种投影式光刻机用uv-led光引擎设备
技术领域
1.本实用新型涉及光刻机，尤其是一种投影式光刻机用uv-led光引擎设备。


背景技术：

2.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，光引擎综合分成本高，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（微机电系统）、功率器件等；另外，现有uva段光刻机光引擎设备光学系统及布局不合理，导致整体体积大。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种投影式光刻机用uv-led光引擎设备，体积小，且技术参数满足中高端领域的应用需求。
4.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光引擎设备，包括外壳和光学系统，所述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，所述聚光模块包括第一聚光透镜和第二聚光透镜，所述中继光学系统包括第一光学透镜组、第二光学透镜组合平面反射镜；所述外壳包括相互连接的第一壳体、第二壳体和第三壳体，所述光源系统设在第一壳体内，所述第二聚光透镜设在第一壳体与第二壳体的连接处，所述光阑和第二光学透镜组设在第二壳体内，所述平面反射镜和第二光学透镜组设在第三壳体内。本实用新型光学原理：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。光学系统的各个模块分别安装在三个壳体内，通过合理的布局能够缩小设备的体积。
5.作为改进，所述光源模块、集光模块、匀光模块、聚光模块的第一聚光透镜设在第
一固定套上，所述第一固定套固定在第一壳体的一端；所述第二聚光透镜通过第二固定套固定在第二壳体的一端；所述第一光学透镜组通过第三固定套固定在第二壳体的另一端；所述第二光学透镜组通过第四固定套固定在第三壳体的一端；所述平面反射镜通过固定板固定在第三壳体的斜面上。
6.作为改进，所述第一壳体的一端内壁设有第一凸缘，所述第一固定套用过螺栓固定在第一凸缘上；所述第二壳体的一端内壁设有第二凸缘，另一端内壁设有第三凸缘，所述第二固定套通过螺栓固定在第二凸缘上，所述第三固定套通过螺栓固定在第三凸缘上；所述第三壳体的一端内壁设有第四凸缘，所述第四固定套通过螺栓固定在第四凸缘上。
7.作为改进，光引擎设备还包括用于光源模块散热的散热模块、用于控制驱动光源模块及散热模块的驱动控制模块和显示模块。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是：
13.1、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。
14.2、光学系统的各个模块分别安装在三个壳体内，通过合理的布局能够缩小设备的体积；
15.3、三个壳体通过法兰连接，且光学系统各个透镜通过固定套进行集成和固定，方便光学系统的拆装。
附图说明
16.图1为光学系统示意图。
17.图2为光学系统的光源系统示意图。
18.图3为光引擎设备外部示意图。
19.图4为光引擎设备剖视图。
具体实施方式
20.下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。
21.如图3所示，一种投影式光刻机用uv-led光引擎设备，包括外壳5和光学系统。
22.如图1、2所示，所述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，分别为第一聚光透镜141和第二聚光透镜142，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
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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
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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
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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。
23.如图3、4所示，所述外壳5包括相互连接的第一壳体51、第二壳体52和第三壳体53，所述光源系统1设在第一壳体51内，所述第二聚光透镜142设在第一壳体51与第二壳体52的连接处，所述光阑2和第二光学透镜组设在第二壳体52内，所述平面反射镜32和第二光学透镜组设在第三壳体53内。所述光源模块11、集光模块12、匀光模块13、聚光模块14的第一聚光透镜141设在第一固定套上，所述第一固定套固定在第一壳体51的一端；所述第二聚光透镜142通过第二固定套固定在第二壳体52的一端；中继光学系统3的第一光学透镜组通过第三固定套固定在第二壳体52的另一端；中继光学系统3的第二光学透镜组通过第四固定套固定在第三壳体53的一端；所述平面反射镜32通过固定板固定在第三壳体53的斜面上。所述第一壳体51的一端内壁设有第一凸缘，所述第一固定套用过螺栓固定在第一凸缘上；所述第二壳体52的一端内壁设有第二凸缘，另一端内壁设有第三凸缘，所述第二固定套通过螺栓固定在第二凸缘上，所述第三固定套通过螺栓固定在第三凸缘上；所述第三壳体53的一端内壁设有第四凸缘，所述第四固定套通过螺栓固定在第四凸缘上。
24.光引擎设备还包括用于光源模块散热的散热模块、用于控制驱动光源模块及散热模块的驱动控制模块和显示模块。散热模块采用风冷散热，其包括散热器和散热风扇。驱动模块包含电源、驱动板、控制板，其作用是驱动和控制uv-led 芯片和散热组件工作，控制驱动电流大小等。显示模块显示灯板的温度、驱动电流大小、辐射强度等状态信息。