[实用新型]LED光源和光刻机

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，特别涉及一种LED光源和光刻机。

背景技术

半导体制造中的微光刻技术就是利用光学系统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。照明系统的光源模块为光刻机提供曝光能量，照明光源的光功率直接影响光刻机的生产效率。随着LED芯片和封装技术的不断发展，LED光源作为光刻机的照明光源成为可能。LED作为照明光源，相比于汞灯具备诸多优点：光源结构简单，没有复杂的灯室；安全系数高，无毒，无高温，无爆炸风险；光谱能量利用率高，光电转换效率高，节约能源；发光体尺寸小，近似点光源。

目前，限制LED成为光刻机照明光源的最重要因素是，现有的主流LED光源模块提供的有效能量不足。如图2所示，现有LED光源的基本结构包括：基板12，LED芯片11和光源能量出射窗口13。通常会将数量众多的LED芯片11同时使用，光源所能提供的有效光功率E＝k×e×n。其中，k为能量可利用率(后续光学系统对光源的能量利用率)，e为单个LED芯片11的光功率，n为光源中LED芯片11的数量。为了提高光源的总功率，则需要同时提高k、e和n。考虑单个LED芯片11的发光功率目前存在较大瓶颈，且在短时间内无法有较大的突破。那么，提高LED光源光功率最为有效的方式便是提高能量利用率k和增加LED芯片的数量n。

目前，如图3所示，目前的主流LED光源的应用方式是：将众多LED芯片11封装为一个整体，后续光学系统直接将LED芯片11排布的整个空间区域作为面光源使用。在增加LED芯片11数量时，光源输出的光斑尺寸随之增大。又由于LED芯片11在排布时需要考虑散热和走线，芯片与芯片之间存在较大的间隙，光源尺寸会额外增大。同时，如图1所示，LED芯片11的光线发散角比较大，能量收集十分难度，能量利用效率比较低，存在浪费和杂光问题。

发明内容

本发明提供一种LED光源和光刻机，以解决现有技术中LED光源结构的能量利用率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种LED光源结构，包括：LED光源结构，其特征在于，包括：LED基板、设置在所述LED基板上的LED芯片阵列、与所述LED芯片阵列对应的准直TIR元件阵列以及与所述准直TIR元件阵列对应的能量出射窗口，所述LED芯片阵列发出的若干束光经所述准直TIR元件阵列准直、偏转后入射到所述能量出射窗口。

作为优选，所述LED芯片阵列包括若干LED芯片，所述准直TIR元件阵列包括若干准直TIR元件，所述准直TIR元件与所述LED芯片一一对应，对LED芯片发出的光束进行准直、偏转。

作为优选，所述LED芯片阵列中的各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。

作为优选，所述准直TIR元件阵列中的各准直TIR元件的偏转角度与对应的LED芯片的偏转角度相同。

作为优选，所述LED芯片以朗伯型角分布向外辐射能量。

作为优选，所述准直TIR元件采用紫外透光材料制成。

作为优选，所述紫外透光材料包括融石英材料。

作为优选，所述准直TIR元件包括：准直光学部分和与所述准直光学部分一体式成型的柱形延展部分，准直光学部分对LED芯片发出的光束进行准直，柱形延展部分对所述光束进行偏转。

作为优选，所述准直光学部分的端部开设有沉孔，所述LED芯片设置在所述沉孔的开口处。

作为优选，所述准直光学部分的侧面为自由曲面，所述沉孔底面为类球形凸起，所述自由曲面与类球形凸起配合实现对所述光束的准直。

作为优选，所述柱形延展部分的端面为一倾斜平面，使LED芯片发出的光线偏转一定角度以到达能量出射窗口

作为优选，所述柱形延展部分的长度Lo＝R/[tan(arc sin(1/N))]，其中，R为准直TIR元件的口径，N为准直TIR元件的折射率。

作为优选，所述能量出射窗口的尺寸等于准直TIR元件的口径。

作为优选，所述LED基板还与一控制器连接。

本发明还提供一种光刻机，包括照明单元，所述照明单元采用所述的LED光源。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用准直TIR元件阵列，具备99％以上的能量收集效率，远高于现有LED光源结构的角分布能量利用效率，LED光源结构输出光束的最大发散角远小于LED芯片的最大发散角，准直光束的最大发散角优于0.1°可近似为理想的平行光；