CN108020994B - 一种照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种照明装置，包括：沿光传播方向设置的LED光能发生单元、光束积分匀光单元和光束中继传递单元；其中，所述LED光能发生单元包括多组LED光源组件和汇聚镜组，所述多组LED光源组件沿光轴旋转对称分布，且每组所述LED光源组件均可沿所述光轴径向移动，所述汇聚镜组的物面位于所述LED光源组件的出光端。本发明通过设置多组LED光源组件，可耦合多种波长的光源，直接形成离轴照明模式；相对于传统的多波长汞灯方案，本发明结构更加紧凑，能量利用率高，能耗较低；所述LED光源组件可沿所述光轴径向移动，实现对照明的相干因子的调节。

Description

一种照明装置
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，特别涉及一种照明装置。
背景技术
半导体制造中的微光刻技术就是利用光学***把掩模版上的图形精确地投影曝光到涂过光刻胶的硅片上。
为了进一步增强曝光***的分辨能力，提高焦深，增大工艺窗口，在扫描曝光***中已广泛采取了离轴照明技术(off-axis illumination，OAI)。传统的离轴照明包括环形照明、二极照明和四极照明等，主要是根据具体的掩膜图形来选择不同的离轴照明光瞳分布。
随着LED光源技术的发展，LED光源的功率越来越接近现代半导体工业大功率高强度的需求，LED光源有很大的应用前景。LED光源一般包括基板，基板上有LED灯芯，LED灯芯外是封装树脂。LED光源具有体积小、寿命长、出射光功率易于控制的特点。在不同使用场景下，LED光源通过使用不同的能量收集和匀光器件来满足需求。
对于光刻***来说，由于LED光源的单色性，需要将符合光刻工艺曝光条件的不同波长的光耦合进光学***中，而现有技术采用的耦合方式，不仅结构复杂而且会对光源能量造成损失，影响光刻效果。
发明内容
本发明提供一种照明装置，以解决现有技术中离轴照明耦合困难，光源能量损失大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种照明装置，包括：沿光传播方向设置的LED光能发生单元、光束积分匀光单元和光束中继传递单元；其中，所述LED光能发生单元包括多组LED光源组件和汇聚镜组，所述多组LED光源组件沿光轴旋转对称分布，且每组所述LED光源组件均可沿所述光轴径向移动，所述汇聚镜组的物面位于所述LED光源组件的出光端。
作为优选，所述LED光源组件包括LED光源和光束准直器件，LED光源发出的光束经所述光束准直器件准直后投射到所述汇聚镜组。
作为优选，所述光束准直器件采用离轴抛物面反射镜，所述LED光源放置于离轴抛物面反射镜的焦点位置。
作为优选，所述LED光源的辐射角分布为朗伯分布。
作为优选，所述LED光源为单个光源或者LED光源阵列。
作为优选，所述光束积分匀光单元采用匀光积分棒，所述匀光积分棒位于所述汇聚镜组的像面上。
作为优选，所述光束中继传递单元采用中继镜组，所述中继镜组的物面位于匀光积分棒的出光面。
作为优选，所述多组LED光源组件发出的光束波长相同或不同。
作为优选，所述LED光源组件设置有四组，所述四组LED光源组件沿光轴旋转对称分布。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过设置多组LED光源组件，可耦合多种波长的光源，直接形成离轴照明模式；
2、相对于传统的多波长汞灯方案，本发明结构更加紧凑，能量利用率高，能耗较低；
3、所述LED光源组件可沿所述光轴径向移动，实现对照明的相干因子的调节；
4、本发明的结构简单、控制难度低、安全性高、便于安装和调试，且成本低廉。
附图说明
图1为本发明的一种照明装置的结构示意图；
图2为本发明的照明装置中LED光源组件的结构示意图；
图3为本发明的照明装置中LED光源组件反射的光束分布图；
图4为本发明的照明装置中4组LED光源与离轴抛物面反射镜出射的光束分布示意图；
图5为本发明的照明装置中光束经过匀光积分棒后的光瞳分布示意图；
图6为本发明中对LED光源组件进行径向调整后的照明装置的结构示意图；
图7为本发明中改变相干因子后4组LED光源与离轴抛物面反射镜出射的光束分布示意图；
图8为本发明中改变相干因子后光束经过匀光积分棒后的光瞳分布示意图。
图中所示：10-LED光源、20-离轴抛物面反射镜、30-汇聚镜组、40-匀光积分棒、50-中继镜组。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供一种照明装置，包括：沿光传播方向依次设置的LED光能发生单元、光束积分匀光单元和光束中继传递单元；其中，所述LED光能发生单元包括四组LED光源组件和汇聚镜组30，所述多组LED光源组件沿光轴方向旋转对称分布，且每组所述LED光源组件均可沿所述光轴径向移动，所述汇聚镜组30的物面位于所述LED光源组件的出光端。
具体地，所述多组LED光源组件发出光束的波长可以相同，也可以不相同。参照图1和图2，所述LED光源组件包括LED光源10和光束准直器件。进一步的，所述LED光源10的角分布是朗伯分布，所述LED光源10可以是单个光源，也可以是LED光源阵列，进而可以增大***照度。所述光束准直器件采用离轴抛物面反射镜20，每个LED光源10都放置于相应离轴抛物面反射镜20的焦点位置，离轴抛物面反射镜20的本身反射面为抛物面，但并不为旋转对称式的反射镜，LED光源10的发光方向不为抛物面的顶点，所以仅需要抛物面的一部分，而从离轴抛物面反射镜20反射的光束角度很小，可以很方便地将对应的LED光源10出射的光束进行准直，并利用汇聚镜组30将准直后的光束耦合到光束积分匀光单元中。
需要说明的是，本实施例中，LED光源10与离轴抛物面反射镜20的数量分别为4组，分布为沿光轴方向旋转对称分布，可以形成四极光瞳照明模式，且可以融合436nm、405nm、365nm、248nm四种波长或其中的1种或多种。但并不是只可以有四组，可以根据需求，将更多或更少的LED光源10与离轴抛物面反射镜20沿光轴方向进行排列，形成更多种类的照明光瞳分布。
所述光束积分匀光单元采用匀光积分棒40，所述匀光积分棒40位于汇聚镜组30的像面上，所述光束中继传递单元采用中继镜组50，所述中继镜组50的物面位于匀光积分棒40的出口端。具体地，所述四组LED光源10与离轴抛物面反射镜20在照明***的光瞳面上形成可以改变相干因子的四极照明，提升光刻机焦深。之后通过汇聚镜组30汇聚到匀光积分棒40的入口端，所述匀光积分棒40对光束进行匀光，在匀光积分棒40出口端形成均匀照明视场，所述中继镜组50把均匀照明视场放大，并在中继像面形成均匀性满足要求的多波长的四极照明视场。
较佳的，如图6所示，通过控制LED光源10与离轴抛物面反射镜组20沿光轴的径向移动，则会改变照明光瞳的能量分布，改变四极照明的相干因子。
具体地，单组LED光源10与离轴抛物面反射镜20出射的光束分布如图3所示，4组LED光源10与离轴抛物面反射镜20出射的光束则如图4所示，即形成了四极照明模式。光束经过匀光积分棒40后出射的光束的光瞳分布如图5所示，形成了四极照明模式。具体使用过程中，可以根据需求，优化汇聚镜组30的焦距，得到符合需要的四极照明相干因子。如果4组LED光源10的波长不同，即可将4组不同波长的光束耦合在一起，实现多波长的融合。
参看图6，如果控制每一组LED光源10与离轴抛物面反射镜20沿光轴径向移动，则会改变照明光瞳的能量分布，改变四极照明的相干因子。具体地，改变四极照明的相干因子后，4组LED光源10与离轴抛物面反射镜20出射的光束分布如图7所示，相干因子进一步增大。更进一步的，改变四极照明的相干因子后，经过匀光积分棒40后出射的光束的光瞳分布如图8所示，相干因子进一步增大。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种照明装置，其特征在于，包括：沿光传播方向设置的LED光能发生单元、光束积分匀光单元和光束中继传递单元；其中，所述LED光能发生单元包括多组LED光源组件和汇聚镜组，多组所述LED光源组件沿光轴旋转对称分布，且每组所述LED光源组件均可沿所述光轴径向移动，所述汇聚镜组的物面位于所述LED光源组件的出光端，所述LED光源组件沿所述光轴径向移动以及所述LED光源组件发出的光束经过所述光束积分匀光单元均使得照明的相干因子得到改变；多组所述LED光源组件发出的光束波长相同或不同，当多组所述LED光源组件发出的光束波长不同时，所述汇聚镜组使得不同波长的光束耦合在一起；且所述LED光源组件在照明***的光瞳面上形成可改变相干因子的多极照明，所述汇聚镜组将所述多极照明汇聚到所述光束积分匀光单元以形成均匀照明视场，并通过所述光束中继传递单元将所述均匀照明视场放大后形成均匀性满足要求的多波长的多极照明视场。
2.如权利要求1所述的一种照明装置，其特征在于，所述LED光源组件包括LED光源和光束准直器件，LED光源发出的光束经所述光束准直器件准直后投射到所述汇聚镜组。
3.如权利要求2所述的一种照明装置，其特征在于，所述光束准直器件采用离轴抛物面反射镜，所述LED光源放置于离轴抛物面反射镜的焦点位置。
4.如权利要求2所述的一种照明装置，其特征在于，所述LED光源的辐射角分布为朗伯分布。
5.如权利要求2所述的一种照明装置，其特征在于，所述LED光源为单个光源或者LED光源阵列。
6.如权利要求1所述的一种照明装置，其特征在于，所述光束积分匀光单元采用匀光积分棒，所述匀光积分棒位于所述汇聚镜组的像面上。
7.如权利要求6所述的一种照明装置，其特征在于，所述光束中继传递单元采用中继镜组，所述中继镜组的物面位于匀光积分棒的出光面。
8.如权利要求1所述的一种照明装置，其特征在于，所述LED光源组件设置有四组，四组所述LED光源组件沿光轴旋转对称分布。
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