CN108873265A - 一种用于激光直接成像光刻的对准镜头 - Google Patents

一种用于激光直接成像光刻的对准镜头 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，包括：由物面至像面依次排列的第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片；所述第三镜片与第四镜片之间设有光阑；物面到所述第一镜片物面的距离为97.5mm；所述第一镜片物面为凸面，曲率半径为51.988mm，所述第一镜片像面为凸面，曲率半径为‑107.583mm；所述第一镜片的中心厚度为10mm。本发明通过五片镜片的合理设置，以少量镜片实现长焦深、高分辨率和低畸变的对准镜头，并且可以适用于多种板厚光刻，解决直接成像光刻系统的对准问题。

Description

一种用于激光直接成像光刻的对准镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种用于激光直接成像光刻的对准镜头。
背景技术
光刻技术是一种半导体行业的典型工艺，是一种将掩模版上的特征图案通过曝光的方式转移到硅片上的过程。根据掩模形式的不同，光刻可以分为有掩模光刻和无掩模光刻。掩模版是光刻的母版，需要由专业的供应商提供，而在光刻生产中又不可避免的会发生损耗和设计更改，所以传统的有掩模的光刻无论在成本方面还是制作周期方面都难以满足需求。激光直接成像光刻系统使用空间光调制器(来代替掩模版。光刻投影镜头将空间光调制器的图像投影到掩模上，再经过曝光显影，就完成了图像的转移。所以LDI以其方便，快速，低成本等优点在印制电路板制作，微透镜加工，微纳器件加工方便有着重要用途。
由于电子设备集成度的要求越来越高，对多层曝光的需求也越来越多，比如4层、6层的印制板已经比较常见，甚至是10层及以上。这样每层图案之间的对准精精度提出更高的要求。在激光直接成像光刻系统中，每层的对准标记通过对准镜头成像在相机上，通过精密移动平台实现对位标记中心和相机视场中心重合，这样每层就可以实现曝光时的对准。为了提高对准精度需要对准镜头有高的分辨率和小的畸变。同时要能够适用于多种板厚光刻，需要具有较大的焦深。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，设计合理结构紧凑，具有较高的焦深，同时具有高分辨率和低畸变，镜片数较少，有效地节约了成本。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，包括：
由物面至像面依次排列的第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片；所述第三镜片与第四镜片之间设有光阑；
物面到所述第一镜片物面的距离为97.5mm；
所述第一镜片物面为凸面，曲率半径为51.988mm，所述第一镜片像面为凸面，曲率半径为-107.583mm；所述第一镜片的中心厚度为10mm；
所述第二镜片物面为凸面，曲率半径为33.571mm，所述第二镜片像面为凹面，曲率半径为87.339mm；所述第二镜片的中心厚度为7.12mm，所述第一镜片像面到所述第二镜片物面的距离为2.3mm；
所述第三镜片物面为凹面，曲率半径为-166.98mm，所述第三镜片像面为凹面，曲率半径为26.235mm，所述第三镜片的中心厚度为7.77mm；所述第二镜片像面到所述第三镜片物面的距离为4.85mm；所述第三镜片物面的中心顶点到所述光阑的距离为49.02mm；
所述光阑的表面为光阑面，其为虚拟面，光阑面到所述第四镜片物面的中心距离为17.14mm；
所述第四镜片物面为凸面，曲率半径为25.445mm，所述第四镜片像面为凹面，曲率半径为14.018mm；所述第四镜片的中心厚度为2mm；所述第四镜片像面到所述第五镜片物面的距离为3mm；
所述第五镜片物面为凸面，其曲率半径为29.5mm，所述第五镜片像面为凸面，曲率半径为-16.734，所述第五镜片的中心厚度为8mm；所述第五镜片像面到像面的距离为32.345mm。
进一步地，所述镜头光学系统共轭距为245mm，工作波长为588nm。
进一步地，所述镜头的放大倍率为M＝-0.3X。
进一步地，所述镜头中光路构成一个双远心光路，物方、像方远心度均控制在偏差0.5°内。
进一步地，物方有效视场为像方数值孔径为0.067。
进一步地，所述镜头的分辨率为4.4μm，焦深为5mm，畸变为1μm。
进一步地，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片的材料牌号分别为H-K9L、H-ZK8、H-F2、H-ZF52A和H-ZK8。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过五片镜片的合理设置，以少量镜片实现长焦深、高分辨率和低畸变的对准镜头，并且可以适用于多种板厚光刻，解决直接成像光刻系统的对准问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明实施例中MTF曲线图；
图3为本发明实施例中曲率及畸变图；
图4为本发明实施例中离焦2.5mm时的MTF曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，包括：
由物面110至像面120依次排列的第一镜片10、第二镜片20、第三镜片30、第四镜片40和第五镜片50；所述第三镜片30与第四镜片40之间设有光阑130；
表格中列出了该设计的详细参数，表格的标题栏中列出了：“表面”、“半径”、“厚度”和镜片元件材料；“厚度”单元格里的值是到下一个镜片表面顶点的距离。在表格中，物面110、像面120和光阑130的曲率半径为无穷大，即平面。
半径(mm) 厚度(mm) 材料
物面110 ∞ 97.5
11 51.988 10 H-K9L
12 -107.583 2.3
21 33.571 7.12 H-ZK8
22 87.339 4.85
31 -166.98 7.77 H-F2
32 26.235 49.02
光阑130 ∞ 17.14
41 25.445 2 H-ZF52A
42 14.018 3
51 29.5 8 H-ZK8
52 -16.734 32.345
像面120 ∞
物面110到所述第一镜片物面11的距离为97.5mm；
所述第一镜片物面11为凸面，曲率半径为51.988mm，所述第一镜片像面12为凸面，曲率半径为-107.583mm；所述第一镜片10的中心厚度为10mm；
所述第二镜片物面21为凸面，曲率半径为33.571mm，所述第二镜片像面22为凹面，曲率半径为87.339mm；所述第二镜片20的中心厚度为7.12mm，所述第一镜片像面12到所述第二镜片物面21的距离为2.3mm；
所述第三镜片物面31为凹面，曲率半径为-166.98mm，所述第三镜片像面32为凹面，曲率半径为26.235mm，所述第三镜片30的中心厚度为7.77mm；所述第二镜片像面22到所述第三镜片物面31的距离为4.85mm；所述第三镜片物面32的中心顶点到所述光阑130的距离为49.02mm；
所述光阑130的表面为光阑面，其为虚拟面，光阑面到所述第四镜片物面41的中心距离为17.14mm；
所述第四镜片物面41为凸面，曲率半径为25.445mm，所述第四镜片像面42为凹面，曲率半径为14.018mm；所述第四镜片40的中心厚度为2mm；所述第四镜片像面42到所述第五镜片物面51的距离为3mm；
所述第五镜片物面51为凸面，其曲率半径为29.5mm，所述第五镜片像面52为凸面，曲率半径为-16.734，所述第五镜片50的中心厚度为8mm；所述第五镜片像面52到像面120的距离为32.345mm。
具体地，所述镜头光学系统共轭距为245mm，工作波长为588nm。
具体地，所述镜头的放大倍率为M＝-0.3X。
具体地，所述镜头中光路构成一个双远心光路，物方、像方远心度均控制在偏差0.5°内。
具体地，物方有效视场为像方数值孔径为0.067。
具体地，所述镜头的分辨率为4.4μm，焦深为5mm，畸变为1μm。
具体地，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片的材料牌号分别为H-K9L、H-ZK8、H-F2、H-ZF52A和H-ZK8。
本发明镜头的像质可以很好地逼近理论计算结果。通过软件模拟分析得到，镜头的MTF接近衍射极限，在100lp/mm以内MTF等于或者大于0.4，能清晰地在CCD或CMOS相机上成像。当离焦2.5mm时，镜头的高频信息成像对比度下降，但是在80lp/mm以内MTF也会大于0.3，能够清晰的成像在相机上。所以该镜头的有效焦深达到了5mm，能够在光刻系统中通用，满足不同板厚的光刻。
同时，通过软件模拟分析得，物镜的最大场曲控制在200um，远远小于0.5倍焦深。物镜的最大畸变约为1.4um，满足畸变小于等于1/3倍分辨率的要求。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，其特征在于，所述镜头包括：
由物面至像面依次排列的第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片；所述第三镜片与第四镜片之间设有光阑；
物面到所述第一镜片物面的距离为97.5mm；
所述第一镜片物面为凸面，曲率半径为51.988mm，所述第一镜片像面为凸面，曲率半径为-107.583mm；所述第一镜片的中心厚度为10mm；
所述第二镜片物面为凸面，曲率半径为33.571mm，所述第二镜片像面为凹面，曲率半径为87.339mm；所述第二镜片的中心厚度为7.12mm，所述第一镜片像面到所述第二镜片物面的距离为2.3mm；
所述第三镜片物面为凹面，曲率半径为-166.98mm，所述第三镜片像面为凹面，曲率半径为26.235mm，所述第三镜片的中心厚度为7.77mm；所述第二镜片像面到所述第三镜片物面的距离为4.85mm；所述第三镜片物面的中心顶点到所述光阑的距离为49.02mm；
所述光阑的表面为光阑面，其为虚拟面，光阑面到所述第四镜片物面的中心距离为17.14mm；
所述第四镜片物面为凸面，曲率半径为25.445mm，所述第四镜片像面为凹面，曲率半径为14.018mm；所述第四镜片的中心厚度为2mm；所述第四镜片像面到所述第五镜片物面的距离为3mm；
所述第五镜片物面为凸面，其曲率半径为29.5mm，所述第五镜片像面为凸面，曲率半径为-16.734，所述第五镜片的中心厚度为8mm；所述第五镜片像面到像面的距离为32.345mm。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，其特征在于：所述镜头光学系统共轭距为245mm，工作波长为588nm。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，其特征在于：所述镜头的放大倍率为M＝-0.3X。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，其特征在于：所述镜头中光路构成一个双远心光路，物方、像方远心度均控制在偏差0.5°内。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，其特征在于：物方有效视场为像方数值孔径为0.067。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，其特征在于：所述镜头的分辨率为4.4μm，焦深为5mm，畸变为1μm。
7.根据权利要求1所述的一种用于激光直接成像光刻的对准镜头，其特征在于：所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片的材料牌号分别为H-K9L、H-ZK8、H-F2、H-ZF52A和H-ZK8。
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