TWI721433B - 發光裝置以及具有此發光裝置的曝光設備 - Google Patents

Abstract

本發明之發光裝置包含光場勻化元件、第一凹面鏡、以及光源模組。光場勻化元件具有入光端以及出光端。第一凹面鏡設置於光場勻化元件的一側，具有第一反射面朝向入光端。光源模組與光場勻化元件設置於第一凹面鏡的同一側，包含複數個光源裝置。每一光源裝置包含第二凹面鏡以及光源。第二凹面鏡具有朝向第一反射面之第二反射面。光源設置於第二反射面上，發出光源光線。其中，射至第二反射面之光源光線，經由第二反射面反射至第一反射面，再經由第一反射面反射至入光端，進入光場勻化元件中進行勻化，而後出光端射出勻化光線。

Description

發光裝置以及具有此發光裝置的曝光設備

本發明係關於一種發光裝置以及具有此發光裝置的曝光設備。

目前於半導體產業中，大部分微影設備的光源都是高壓汞燈，因單一高壓汞燈即能產生相當高的輻射通量，並有相當狹窄的短波長頻寬，這些優點能夠提升微影成品的良率與降低光學系統設計的難度，但高壓汞燈較不節能、出光角度過大與頻譜過寬等問題，因此有許多人轉而開發LED的曝光微影設備，但LED本身有許多缺點需要被克服，例如：出光角度過大、單位面積發光效率不足與無法緊密排列等問題。

本發明的目的在於提供一種發光裝置，可供曝光設備使用，具有節能、高耦合效率、可自由調控出光角度、多頻譜同時傳遞等優點。

本發明的另一目的在於提供一種曝光設備，具有節能、高耦合效率、可自由調控出光角度、多頻譜同時傳遞等優點。

本發明之發光裝置包含光場勻化元件、第一凹面鏡、以及光源模組。光場勻化元件具有入光端以及出光端。第一凹面鏡設置於光場勻化元件的一側，具有第一反射面朝向入光端。光源模組與光場勻化元件設置於第一凹面鏡的同一側，包含複數個光源裝置。每一光源裝置包含第二凹面鏡以及光源。第二凹面鏡具有朝向第一反射面之第二反射面。光源設置於第二反射面上，發出光源光線。其中，射至第二反射面之光源光線，經由第二反射面反射至第一反射面，再經由第一反射面反射至入光端，進入光場勻化元件中進行勻化，而後出光端射出勻化光線。

在本發明的實施例中，發光裝置進一步包含光路徑改變裝置設置在第一凹面鏡及光源模組之間，其中射至第二反射面之光源光線，經由第二反射面反射並通過光路徑改變裝置，經由光路徑改變裝置改變光路徑以射至第一反射面。

在本發明的實施例中，光路徑改變裝置包含複數個數目與複數個光源裝置相同之光學元件。

在本發明的實施例中，複數個光學元件位於同一平面。

在本發明的實施例中，光學元件包含凸透鏡。

在本發明的實施例中，光學元件包含透鏡陣列。

在本發明的實施例中，複數個光源裝置環繞光場勻化元件。

在本發明的實施例中，光源模組進一步包含環形基板，複數個光源裝置平均設置於環形基板之一側。

在本發明的實施例中，本發明的曝光設備包含上述發光裝置以及光線調整裝置。光線調整裝置設置於出光端外側，供調整勻化光線滿足曝光需求。

在本發明的實施例中，曝光設備進一步包含具有被曝光面之曝光平台，其中曝光需求為勻化光線在被曝光面上之均勻性偏差值小於±3％。

如圖1A及1B所示的實施例，本發明之發光裝置900包含光場勻化元件100、第一凹面鏡200、以及光源模組300。光場勻化元件100具有入光端110以及出光端120。其中，光場勻化元件100包含例如擴散元件或光纖等，功用在於將由入光端110進入的光線勻化後由出光端120射出。在較佳實施例中，光場勻化元件100為圓柱形元件，光線由入光端110進入勻化，並於出光端120射出。進一步而言，在較佳實施例中，出光端120形成面光源。然而在不同實施例中，光場勻化元件100也可以是方形或其他幾何形狀。

如圖1A及1B所示的實施例，第一凹面鏡200設置於光場勻化元件100的一側，具有第一反射面210朝向入光端110。換言之，第一凹面鏡200之凹面部分具有反射效果，且朝向入光端110。第一凹面鏡210之功用在於將射至第一反射面210的光線反射至入光端110。以較佳實施例而言，入光端110位於第一凹面鏡200的焦點，沿平行於第一凹面鏡200之中軸201之方向射入的光線會被第一反射面210反射至入光端110。

如圖1A及1B所示的實施例，光源模組300與光場勻化元件100設置於第一凹面鏡200的同一側。以不同角度觀之，第一反射面210同時朝向光源模組300及光場勻化元件100。光源模組300包含複數個光源裝置310。每一光源裝置310包含第二凹面鏡311以及光源312。第二凹面鏡311具有朝向第一反射面210之第二反射面313。光源312設置於第二反射面313上，發出光源光線。其中，光源312較佳設置於第二凹面鏡311之焦點，藉以使其發出之光源光線經第二反射面313反射後，沿平行於第二凹面鏡311之中軸314之方向前進。其中，第二凹面鏡311之中軸314較佳平行於第一凹面鏡200之中軸201。

以較佳實施例而言，複數個光源裝置310環繞光場勻化元件100。其中，光源模組300進一步包含環形基板320，複數個光源裝置310平均設置於環形基板320之一側。光源312較佳為發光二極體（Light-emitting diode， LED）可達到節能的效果，環形基板320為環形的電路板。然而在不同實施例中，根據製造、設計或使用需求，光源312可使用LED以外的發光源，環形基板320可為其他形狀。

如圖1C所示的實施例，光源312發出之光源光線410射至第二反射面313（參見圖1B）後，經第二反射面313反射，沿平行於第二凹面鏡311之中軸314之方向前進至第一反射面210，再經由第一反射面210反射至入光端110，進入光場勻化元件100中進行勻化，而後出光端120射出勻化光線420。

如圖2A及2B所示的實施例，發光裝置900進一步包含光路徑改變裝置500設置在第一凹面鏡200及光源模組300之間，其中射至第二反射面313之光源光線410，經由第二反射面313反射並通過光路徑改變裝置500，經由光路徑改變裝置500改變光路徑以射至第一反射面210。如圖2C所示，以較佳實施例而言，光源光線410通過光路徑改變裝置500後，其光路徑被光路徑改變裝置500改變為平行於第一凹面鏡200之中軸201。換言之，對於光源312未設置於第二凹面鏡311之焦點，導致發出之光源光線410實質上相對於第二凹面鏡311之中軸314為發散之實施例，可透過光路徑改變裝置500將光源光線410之光路徑改變為平行於第一凹面鏡200之中軸201，從而提高其到達入光端110的可能。

如圖2A及2B所示的實施例，光路徑改變裝置500較佳包含數目與光源裝置310相同之光學元件510。光學元件510較佳位於同一平面。在此實施例中，光學元件510為凸透鏡，然而在不同實施例中，光學元件510可為例如透鏡陣列等具有光聚集效果的元件。

進一步而言，光源模組300包含複數個光源裝置310，而個別光源裝置310所出射之光束可藉由第二凹面鏡311來控制其出光角度與行進方向，第一凹面鏡200則可將自第二凹面鏡311出射之光束高效率耦合進入光場勻化元件100中，從而產生均勻面光源。其中，光源模組300可基於製造、使用或設計需求而有不同設置。如圖3所示的不同實施例，光源裝置310之設置數量可減少為三個。又例如，光源裝置310之輸出功率可個別調整，透過相互補償之方式使最終端輸出光場具有高均勻度之效能。另一方面，第一凹面鏡200及第二凹面鏡311兩組曲面反射鏡之使用，可提升光源耦合效率與導引光束方向來優化設備空間。例如，為了增加出光端之光線強度而增加光源裝置310之數量時，第一凹面鏡200之面積可對應加大以充分反射光源裝置310發出之光線。基於上述，發光裝置具有節能、高耦合效率、可自由調控出光角度、多頻譜同時傳遞等優點。

如圖4所示的實施例，本發明的曝光設備800包含發光裝置900以及光線調整裝置600。光線調整裝置600設置於出光端120外側，供調整勻化光線滿足曝光需求。其中，曝光設備800進一步包含具有被曝光面710之曝光平台700，其中曝光需求為勻化光線在被曝光面710上之均勻性偏差值小於±3％。更具體而言，光線調整裝置600可包含反射鏡和透鏡，由出光端120射出之勻化光線可藉由光線調整裝置600調整行進方向並聚焦在被曝光面710上供曝光使用。

雖然前述的描述及圖式已揭示本發明之較佳實施例，必須瞭解到各種增添、許多修改和取代可能使用於本發明較佳實施例，而不會脫離如所附申請專利範圍所界定的本發明原理之精神及範圍。熟悉本發明所屬技術領域之一般技藝者將可體會，本發明可使用於許多形式、結構、佈置、比例、材料、元件和組件的修改。因此，本文於此所揭示的實施例應被視為用以說明本發明，而非用以限制本發明。本發明的範圍應由後附申請專利範圍所界定，並涵蓋其合法均等物，並不限於先前的描述。

100:光場勻化元件 110:入光端 120:出光端 200:第一凹面鏡 201:第一凹面鏡之中軸 210:第一反射面 300:光源模組 310:光源裝置 311:第二凹面鏡 312:光源 313:第二反射面 314:第二凹面鏡之中軸 320:環形基板 410:光源光線 420:勻化光線 500:光路徑改變裝置 510:光學元件 600:光線調整裝置 610:反射鏡 611:透鏡 700:曝光平台 800:曝光設備 900:發光裝置

圖1A至1C為本發明發光裝置的實施例示意圖。

圖2A至2C為本發明發光裝置包含光路徑改變裝置的實施例示意圖。

圖3為本發明發光裝置的不同實施例示意圖。

圖4為本發明曝光設備的實施例示意圖。

（無）

100:光場勻化元件

110:入光端

120:出光端

200:第一凹面鏡

210:第一反射面

300:光源模組

310:光源裝置

311:第二凹面鏡

312:光源

313:第二反射面

320:環形基板

500:光路徑改變裝置

510:光學元件

900:發光裝置

Claims (10)

1. 一種發光裝置，包含： 一光場勻化元件，具有一入光端以及一出光端； 一第一凹面鏡，設置於該光場勻化元件一側，具有一第一反射面朝向該入光端； 一光源模組，與該光場勻化元件設置於該第一凹面鏡的同一側，包含複數個光源裝置，每一光源裝置包含： 一第二凹面鏡，具有一朝向該第一反射面之第二反射面； 一光源，設置於該第二反射面上，發出一光源光線； 其中，射至該第二反射面之該光源光線，經由該第二反射面反射至該第一反射面，再經由該第一反射面反射至該入光端，進入該光場勻化元件中進行勻化，而後該出光端射出一勻化光線。
2. 如請求項1所述的發光裝置，進一步包含一光路徑改變裝置設置在該第一凹面鏡及該光源模組之間，其中射至該第二反射面之該光源光線，經由該第二反射面反射並通過該光路徑改變裝置，經由該光路徑改變裝置改變光路徑以射至該第一反射面。
3. 如請求項2所述的發光裝置，其中該光路徑改變裝置包含複數個數目與該複數個光源裝置相同之光學元件。
4. 如請求項3所述的發光裝置，其中該複數個光學元件位於同一平面。
5. 如請求項3所述的發光裝置，其中該光學元件包含凸透鏡。
6. 如請求項3所述的發光裝置，其中該光學元件包含透鏡陣列。
7. 如請求項1所述的發光裝置，其中該複數個光源裝置環繞該光場勻化元件。
8. 如請求項7所述的發光裝置，其中該光源模組進一步包含一環形基板，該複數個光源裝置平均設置於該環形基板之一側。
9. 一種曝光設備，包含： 如請求項1至8任一項所述的發光裝置； 一光線調整裝置，設置於該出光端外側，供調整該勻化光線滿足一曝光需求。
10. 如請求項9所述的曝光設備，進一步包含一具有一被曝光面之曝光平台，其中該曝光需求為該勻化光線在該被曝光面上之均勻性偏差值小於±3％。

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