CN104536120A - 一种dmd无掩模光刻机的投影物镜镜头 - Google Patents

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邓钦元
周毅
司新春
刘俊伯
胡松
杨勇
程依光
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    • G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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Abstract

本发明公开了一种用于DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，从入射方向开始依次设置有8枚镜片，分别为L1～L8，其中物面到光阑之间有4块镜片，镜片L3与L4胶合，光阑到像面之间有4块镜片，镜片L5与L6胶合，光栏对称构成一个双远心光路。其光路结构为双远心光路，放大倍率为β＝-0.37x，即缩小了2.73倍。物方数值孔径为NA＝0.0225，物方视场为Φ25mm，分辨力为σ＝5um。该镜头设计的工作波段为365±10nm，所使用的玻璃材料全部来自成都光明光电有限公司。本发明使用比较少的镜片，就可以达到比较理想的分辨率，该镜头体积小，拆装简单，使用十分方便。

Description

一种DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头
技术领域
本发明涉及一种DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，属于微纳加工设备中的光学系统设计领域。
背景技术
随着微纳加工设备与工艺的发展，各行各业对于多功能光刻机的需求也在逐渐增大，生产厂家可以利用光刻机生产各种形状复杂的产品，然而，这必然对光刻掩模版的加工提出更高的要求，为了能够随意加工出各种形状的产品，无掩模光刻机应运而生，通过无掩模光刻机，用户可以根据自己的需要设计出相应的图样进行光刻加工，而无需先制造掩模版，大大节省了加工时间和成本，有效地提高了光刻机的生产效率。
早在2000年左右，美国德州仪器公司的科学家发明了DMD(Digital MicromirrorDevice)，从发明之后德州仪器公司就在研究它的推广应用。但是DMD无掩模投影光刻机有一些明显的不足之处，由于它是利用数字微镜生成虚拟掩模图像，所以在精度方面很难与传统的掩模版相比，特别是在高精度方面，DMD的虚拟掩模图像并不是很好。其中，DMD无掩模光刻的投影物镜镜头就是影响精度的关键因素，这就对DMD无掩模光刻机投影物镜的质量提出更高的要求。
由于国内DMD无掩模光刻机仍然处于起步发展阶段，DMD的投影物镜制造技术尚不是很成熟。而要以较少的镜片数在DMD无掩模光刻中矫正、平衡各类像差并降低镜面加工难度是目前DMD无掩模光刻投影物镜继续突破的难题。
发明内容
为了解决上述难题，本发明设计了一种用于i-line的DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，可以有效地校正各类像差，达到较高的分辨率。
本发明采用的技术方案为：一种DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，从入射方向开始依次设置有8枚镜片，分别为L1～L8，其中物面到光阑之间有4块镜片，镜片L3与L4胶合，光阑到像面之间有4块镜片，镜片L5与L6胶合，光栏对称构成一个双远心光路。
进一步的，其光学系统共轭距为300，物方工作距100mm，像方工作距30mm，工作波长为i-line(365±10nm)。
进一步的，其光学系统为缩小成像，放大倍率M＝-0.37×。
进一步的，其光路为双远心光路，物方、像方的远心度均控制在±0.5度。
进一步的，其像方有效视场为Φ9mm，物方数值孔径可以达到0.0225，其中工艺因子取0.7，该物镜的分辨力理论上可以达到5um。
进一步的，其镜片材料采用成都光明光电公司的、牌号分别为H-QK3、BAF2的玻璃，这两种牌号的玻璃在i线成像的实测中表现良好。
进一步的，应用国产玻璃优化设计之后，该投影物镜镜头分辨力σ接近5um，场曲约为σ/3，畸变控制在全视场的0.0003％以下。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)使用比较少的镜片，就可以达到比较理想的分辨率；
(2)该镜头体积小，拆装简单，使用十分方便。
附图说明
图1为本发明DMD无掩模光刻机投影物镜结构图；
图2为本发明DMD无掩模光刻机投影物镜MTF曲线；
图3为本发明DMD无掩模光刻机投影物镜像差曲线；
图4为本发明DMD无掩模光刻机投影光机结构总体装配图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细说明。
本发明的结构如图1所示，以汞灯作为光源，出射光线经过准直以后打到物面，经过本发明DMD无掩模光刻机投影物镜，成-0.37倍缩小像于像面(匀好胶的硅片)上。
本物镜以第1枚物镜朝向物方的入射面为第1面，以此类推，共计16个面，8枚镜片，其中第6面与第7面胶合，第10面与第11面胶合。
该物镜共轭距L＝300mm，镜片分为三组独立设计再整合优化。
第一组包含1枚镜片；
第二组包含3枚镜片，其中第二枚与第三枚镜片之间进行胶合；
第三组包含4枚镜片，其中第1枚和第2枚镜片之间进行胶合；
三组镜头组成双远心结构。
本发明i线DMD无掩模光刻机投影物镜总共包含8枚镜片。少于国外现有的成熟设计方案，在使用同厂家同牌号玻璃的情况下可以有效提高透过率。同时也能保证更换成对应的国产玻璃时，物镜的透过率接近国外的设计方案。
该镜头为缩小成像，物方视场为Φ25mm，物方数值孔径为0.0225，放大倍率M＝-0.37×，
根据焦深计算公式DOF≈λ/NA2,可计算得知该物镜的焦深约为±60um左右，故场曲要控制在焦深的1/3～1/2左右才能有效曝光。
本发明中镜头物方数值孔径0.0225，根据公式σ＝(Kλ)/NA可知，该镜头的理论分辨率σ可达到5um。
物镜的玻璃材料全部选用成都光明光电公司生产的H-QK3、BAF2，经过实际测试，这两种牌号的国产玻璃材料在i线成像中性能较好。
两种玻璃材料在i线下的参数如下表格所示：
折射率 阿贝数
H-QK3 1.53622 500.7057
BAF2 1.66623 228.6286
为降低制造成本，经过多次严格实际测量，成都光明光电生产的H-QK3、BAF2两种牌号玻璃在i线成像中性能良好，透过率较高。本例中也采用这两款玻璃进行设计和优化。
采用上述玻璃后，整个物镜的透过率经过软件估算为30％左右。所以，本例中较少的镜片数(8枚)可以有效保证整个投影物镜在使用国产玻璃时拥有良好的透过率。
本例中，物镜面型加工公差较一般光学面型加工公差严格，中频误差和高频误差都需严格控制。
在装配时需对各镜片间的空气间隙和镜片的厚度进行微调，以调整因面型加工产生的像质偏差，保证物镜成像质量达到最优。
本投影物镜的参数如表1所示。
表1
照上述方案实施本例后，该物镜的像质可以很好地逼近理论计算结果。物镜的MTF曲线如图2(通过软件ZEMAX模拟分析得到)所示，与衍射极限差值的最大处低于5％。
同时，如图3(通过软件ZEMAX模拟分析得到)所示，物镜的最大场曲<5um，满足场曲小于0.5倍焦深(DOF)；物镜的最大畸变约为0.0003％，换算成绝对约量为0.27um，满足畸变小于等于1/5倍分辨率(工艺因子取0.7，分辨率为σ＝5um)。
点扩散斑如图4所示，各视场的点扩散斑几何直径和均方根直径都低于衍射极限计算值，物镜的球差、慧差控制得很好。
上述具体实施方式及结果均不是本发明性能的最佳体现，但各项评价指标都达到或者超越了设计预期。若在实际应用中能有效降低工艺因子，则成像质量可以进一步提高。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，其特征是：从入射方向开始依次设置有8枚镜片，分别为L1～L8，其中物面到光阑之间有4块镜片，镜片L3与L4胶合，光阑到像面之间有4块镜片，镜片L5与L6胶合，光栏对称构成一个双远心光路。
2.根据权利要求1所述的DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，其特征是：其光学系统共轭距为300，物方工作距100mm，像方工作距30mm，工作波长为i-line(365±10nm)。
3.根据权利要求1所述的DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，其特征是：其光学系统为缩小成像，放大倍率M＝-0.37×。
4.根据权利要求1所述的DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，其特征是：其光路为双远心光路，物方、像方的远心度均控制在±0.5度。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，其特征是：其像方有效视场为Φ9mm，物方数值孔径可以达到0.0225，其中工艺因子取0.7，该物镜的分辨力理论上可以达到5um。
6.根据权利要求5所述的DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，其特征是：其镜片材料采用成都光明光电公司的、牌号分别为H-QK3、BAF2的玻璃，这两种牌号的玻璃在i线成像的实测中表现良好。
7.根据权利要求6所述的DMD无掩模光刻机的投影物镜镜头，其特征是：应用国产玻璃优化设计之后，该投影物镜镜头分辨力σ接近5um，场曲约为σ/3，畸变控制在全视场的0.0003％以下。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019169733A1 (zh) * 2018-03-09 2019-09-12 中山新诺科技股份有限公司 一种无掩模光刻系统及其曝光方法

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