CN113156779A - 一种无掩膜曝光镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无掩膜曝光镜头，包括DMD芯片组件、匀光棒、准直透镜组、汇聚透镜、前透镜组、光阑以及后透镜组，匀光棒、准直透镜组、汇聚透镜以及DMD芯片组件形成照明模组，匀光棒出光面作为照明模组的物面，DMD芯片组件作为照明模组的像面；DMD芯片组件、前透镜组、光阑以及后透镜组形成投影模组，DMD芯片组件作为投影模组的物面，无掩膜曝光镜头的曝光面作为投影模组的像面，通过上述设计，本发明无掩膜曝光镜头曝光面的照度均匀性大于98％。

Description

一种无掩膜曝光镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头，尤其是涉及一种微纳光刻用无掩膜曝光镜头。

背景技术

在微电子、光学、线路板等微加工领域，紫外曝光机具有非常重要的应用。传统掩膜式曝光机使用的是大尺寸平行紫外光源加掩膜的曝光形式。而目前现有无掩膜曝光机采用的是光源、光源准直系统、DMD芯片以及投影模组的结构。但现有的无掩膜曝光镜头曝光面的照度均匀性不好。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种曝光面的照度均匀性好的无掩膜曝光镜头。

本发明的目的之一采用以下技术方案实现：

一种无掩膜曝光镜头，包括DMD芯片组件、匀光棒、准直透镜组、汇聚透镜、前透镜组、光阑以及后透镜组，所述匀光棒、所述准直透镜组、所述汇聚透镜以及所述DMD芯片组件形成照明模组，所述匀光棒出光面作为所述照明模组的物面，所述DMD芯片组件作为所述照明模组的像面；所述DMD芯片组件、所述前透镜组、所述光阑以及所述后透镜组形成投影模组，所述DMD芯片组件作为所述投影模组的物面，无掩膜曝光镜头的曝光面作为所述投影模组的像面。

进一步地，所述准直透镜组包括依次设置的第一准直透镜，所述第一准直透镜为凹凸透镜；第二准直透镜，所述第二准直透镜为双凸透镜；第三准直透镜，所述第三准直透镜为双凸透镜；第四准直透镜，所述第四准直透镜为平凸透镜。

进一步地，所述第一准直透镜靠近物面为凹面，靠近像面为凸面，凹面的曲率半径大于凸面的曲率半径。

进一步地，所述第二准直透镜靠近物面的曲率半径大于靠近像面的曲率半径。

进一步地，所述第三准直透镜靠近物面为凸面，靠近像面为凹面，凸面的曲率半径大于凹面的曲率半径。

进一步地，所述第四准直透镜靠近物面为平面，靠近像面为凸面。

进一步地，所述汇聚透镜为双凸透镜。

进一步地，所述前透镜组包括依次设置的第一透镜，所述第一透镜为凸凹透镜；第二透镜，所述第二透镜为凸平透镜；第三透镜，所述第三透镜为凸凹透镜；第四透镜，所述第四透镜为平凸透镜；所述后透镜组包括依次设置的第五透镜，所述第五透镜为凹平透镜；第六透镜，所述第六透镜为凹凸透镜；第七透镜，所述第七透镜为凹凸透镜；第八透镜，所述第八透镜为凸平透镜。

进一步地，所述无掩膜曝光镜头还包括第一反射镜以及第二反射镜，所述第一反射镜位于所述准直透镜组与所述汇聚透镜之间使经过所述准直透镜组的光反射至所述汇聚透镜，所述第二反射镜位于所述汇聚透镜与所述DMD芯片组件之间使经过所述汇聚透镜的光反射至所述DMD芯片组件上。

进一步地，所述第一反射镜及所述第二反射镜之间的连线与所述准直透镜组所在的直线垂直。

相比现有技术，本发明无掩膜曝光镜头曝光面的照度均匀性大于98％。

附图说明

图1为本发明无掩膜曝光镜头的光路示意图；

图2为图1的无掩膜曝光镜头的投影模组的光路图；

图3为图1的无掩膜曝光镜头的照明模组的光路图；

图4为图1的无掩膜曝光镜头的曝光面照度分布图。

图中：10、DMD芯片组件；20、镜头窗口；30、前透镜组；31、第一透镜；32、第二透镜；33、第三透镜；34、第四透镜；40、光阑；50、后透镜组；51、第五透镜；52、第六透镜；53、第七透镜；54、第八透镜；60、准直透镜组；61、第一准直透镜；62、第二准直透镜；63、第三准直透镜；64、第四准直透镜；70、汇聚透镜；80、第一反射镜；90、第二反射镜；100、匀光棒。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，本发明一种无掩膜曝光镜头包括DMD芯片组件10、镜头窗口20、前透镜组30、光阑40、后透镜组50、准直透镜组60、汇聚透镜70、第一反射镜80、第二反射镜90以及匀光棒100。其中，匀光棒100、准直透镜组60、汇聚透镜70、第一反射镜80、第二反射镜90、镜头窗口20以及DMD芯片组件10形成照明模组。匀光棒100的出光面作为照明模组的物面，DMD芯片组件10作为照明模组的像面。DMD芯片组件10、镜头窗口20、前透镜组30、光阑40、后透镜组50形成投影模组，DMD芯片组件10作为投影模组的物面，曝光镜头的曝光面作为投影模组的像面。

DMD芯片组件10上设有DMD芯片。镜头窗口20能够防尘。光阑40位于前透镜组30以及后透镜组50之间。准直透镜组60将匀光棒100输出的光进行准直。汇聚透镜70汇聚光线。第一反射镜80以及第二反射镜90反射光线，折叠光路，使曝光镜头整体结构紧凑。匀光棒100将光纤输入的激光匀化后输出。

具体的，前透镜组30包括第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33以及第四透镜34。第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33以及第四透镜34依次设置。第一透镜31为凸凹透镜，第一透镜31靠近物面为凸面，靠近像面为凹面，凸面的曲率半径大于凹面的曲率半径。第二透镜32为凸平透镜，第二透镜32靠近物面为凸面，靠近像面为平面。第三透镜33为凸凹透镜，第三透镜33靠近物面为凸面，靠近像面为凹面，凸面的曲率半径小于凹面的曲率半径。第四透镜34为平凸透镜，第四透镜34靠近物面为平面，靠近像面为凸面。

后透镜组50包括依次设置的第五透镜51、第六透镜52、第七透镜53以及第八透镜54。第五透镜51为凹平透镜，第五透镜51靠近物面为凹面，靠近像面为平面。第六透镜52为凹凸透镜，第六透镜52靠近物面为凹面，靠近像面为凸面，凸面的曲率半径小于凹面的曲率半径。第七透镜53为凹凸透镜，第七透镜53靠近物面为凹面，靠近像面为凸面，凸面的曲率半径小于凹面的曲率半径。第八透镜54为凸平透镜，第八透镜54靠近物面为凸面，靠近像面为平面。

需要说明的是，上述第一透镜31、第二透镜32至第八透镜54的描述，第一、第二等仅是为了区分透镜的命名方式，不代表排列顺序。

较佳的，投影模组透镜曲率半径R的范围如下：

第一透镜31的物侧：110mm<R<140mm，第一透镜31的像侧：90mm<R<120mm；

第二透镜32的物侧：30mm<R<50mm，第二透镜32的像侧：无穷大；

第三透镜33的物侧：20mm<R<40mm，第三透镜33的像侧：60mm<R<80mm；

第四透镜34的物侧：无穷大，第四透镜34的像侧：20mm<R<35mm；

第五透镜51的物侧：10mm<R<20mm，第五透镜51的像侧：无穷大；

第六透镜52的物侧：65mm<R<85mm，第六透镜52的像侧：25mm<R<45mm；

第七透镜53的物侧：90mm<R<115mm，第七透镜53的像侧：25mm<R<35mm；

第八透镜54的物侧：85mm<R<105mm，第八透镜54的像侧：无穷大。

上述透镜使用火石玻璃或冕牌玻璃等材料制成。

下面以具体的实施例进行说明，投影模组的各项参数如下表：

名称	透镜表面	曲率半径	中心厚度	材料nd	材料vd
						物面	平面	∞	0.48
DMD芯片组件10	平面	∞	3	1.4875	65.807
							平面	∞	13
镜头窗口20	平面	∞	6	1.5168	64.212
							平面	∞	75
第一透镜31	凸面	127	7	1.4875	70.42
							凹面	102.426	12.64
第二透镜32	凸面	40.734	8	1.497	81.613
							平面	∞	5.82
第三透镜33	凸面	29.342	5.6	1.497	81.613
							凹面	73.27	2.9
第四透镜34	平面	∞	6	1.6034	38.015
							凸面	27.44	18
光阑40	平面	∞	17.4
						第五透镜51	凹面	14.79	4	1.6034	38.015
	平面	∞	3.5
						第六透镜52	凹面	76.009	5	1.6034	38.015
	凸面	32	7.12
						第七透镜53	凹面	105.9	6	1.5168	64.212
	凸面	28.686	83.582
						第八透镜54	凸面	92.73	8	1.5168	64.212
	平面	∞	67.935
						像面	平面	∞

具体的，准直透镜组60包括第一准直透镜61、第二准直透镜62、第三准直透镜63以及第四准直透镜64。第一准直透镜61为凹凸透镜，第一准直透镜61靠近物面为凹面，靠近像面为凸面，凹面的曲率半径大于凸面的曲率半径。第二准直透镜62为双凸透镜，第二准直透镜62靠近物面的曲率半径大于靠近像面的曲率半径。第三准直透镜63为凸凹透镜，第三准直透镜63靠近物面为凸面，靠近像面为凹面，凸面的曲率半径大于凹面的曲率半径。第四准直透镜64为平凸透镜，第四准直透镜64靠近物面为平面，靠近像面为凸面。

汇聚透镜70为双凸透镜，汇聚透镜70靠近物面的曲率半径与靠近像面的曲率半径相等。

需要说明的是，上述第一准直透镜61、第二准直透镜62至第四准直透镜64的描述，第一、第二等仅是为了区分透镜的命名方式，不代表排列顺序。

较佳的，用于无掩膜曝光的照明模组的曲率半径R的范围如下：

第一准直透镜61的物侧：5mm<R<7.5mm，第一准直透镜61的像侧：4mm<R<6.5mm；

第二准直透镜62的物侧：110mm<R<140mm，第二准直透镜62的像侧：11mm<R<15mm；

第三准直透镜63的物侧：8.5mm<R<11mm，第三准直透镜63的像侧：7.5mm<R<9.5mm；

第四准直透镜64的物侧：无穷大，第四准直透镜64的像侧：23mm<R<27mm；

汇聚透镜70的物侧：80mm<R<95mm，汇聚透镜70的像侧：80mm<R<95mm。

上述透镜使用火石玻璃或冕牌玻璃等材料制成。

下面以具体的实施例进行说明，照明模组的各项参数如下表：

组装无掩膜曝光镜头时，第一准直透镜61、第二准直透镜62、第三准直透镜63以及第四准直透镜64在一条直线上，匀光棒100、准直透镜组60以及第一反射镜80在一条直线上。匀光棒100位于准直透镜组60一侧，第一反射镜80位于准直透镜组60另一侧。第一反射镜80、第二反射镜90、汇聚透镜70位于一直线上，并且所在直线与准直透镜组60所在直线垂直。汇聚透镜70位于第一反射镜80以及第二反射镜90之间。DMD芯片组件10、镜头窗口20、前透镜组30、光阑40、后透镜组50位于同一直线，并且所在直线与匀光棒100垂直。

使用时，匀光棒100将光纤输入的激光匀化后输出，准直透镜组60将匀光棒100输出的光进行准直。第一反射镜80将准直透镜组60输出的光反射，使光转折90度，折叠光路。汇聚透镜70汇聚光线。第二反射镜90反射光线，使光线反射至镜头窗口20以及DMD芯片组件10，折叠光路。DMD芯片组件10上的DMD芯片将光反射，使光依次经过镜头窗口20、前透镜组30、光阑40以及后透镜组50到达曝光面。

通过上述设计，本发明无掩膜曝光镜头曝光面的照度均匀性大于98％，并且光能透过率等性能都更加优异。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无掩膜曝光镜头，包括DMD芯片组件以及匀光棒，其特征在于：所述无掩膜曝光镜头还包括准直透镜组、汇聚透镜、前透镜组、光阑以及后透镜组，所述匀光棒、所述准直透镜组、所述汇聚透镜以及所述DMD芯片组件形成照明模组，所述匀光棒出光面作为所述照明模组的物面，所述DMD芯片组件作为所述照明模组的像面；所述DMD芯片组件、所述前透镜组、所述光阑以及所述后透镜组形成投影模组，所述DMD芯片组件作为所述投影模组的物面，无掩膜曝光镜头的曝光面作为所述投影模组的像面。

2.根据权利要求1所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述准直透镜组包括依次设置的第一准直透镜，所述第一准直透镜为凹凸透镜；第二准直透镜，所述第二准直透镜为双凸透镜；第三准直透镜，所述第三准直透镜为双凸透镜；第四准直透镜，所述第四准直透镜为平凸透镜。

3.根据权利要求2所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述第一准直透镜靠近物面为凹面，靠近像面为凸面，凹面的曲率半径大于凸面的曲率半径。

4.根据权利要求2所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述第二准直透镜靠近物面的曲率半径大于靠近像面的曲率半径。

5.根据权利要求2所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述第三准直透镜靠近物面为凸面，靠近像面为凹面，凸面的曲率半径大于凹面的曲率半径。

6.根据权利要求2所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述第四准直透镜靠近物面为平面，靠近像面为凸面。

7.根据权利要求1所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述汇聚透镜为双凸透镜。

8.根据权利要求1所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述前透镜组包括依次设置的第一透镜，所述第一透镜为凸凹透镜；第二透镜，所述第二透镜为凸平透镜；第三透镜，所述第三透镜为凸凹透镜；第四透镜，所述第四透镜为平凸透镜；所述后透镜组包括依次设置的第五透镜，所述第五透镜为凹平透镜；第六透镜，所述第六透镜为凹凸透镜；第七透镜，所述第七透镜为凹凸透镜；第八透镜，所述第八透镜为凸平透镜。

9.根据权利要求1所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述无掩膜曝光镜头还包括第一反射镜以及第二反射镜，所述第一反射镜位于所述准直透镜组与所述汇聚透镜之间使经过所述准直透镜组的光反射至所述汇聚透镜，所述第二反射镜位于所述汇聚透镜与所述DMD芯片组件之间使经过所述汇聚透镜的光反射至所述DMD芯片组件上。

10.根据权利要求9所述的无掩膜曝光镜头，其特征在于：所述第一反射镜及所述第二反射镜之间的连线与所述准直透镜组所在的直线垂直。

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