CN114442281B - 直写光刻镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学镜头领域，公开了一种直写光刻镜头，该直写光刻镜头包括成像部，所述成像部自物面至像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜；定义所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜的物侧面近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面；定义所述第七透镜的焦距为f7，所述第七透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，具有负屈折力；定义所述第八透镜的焦距为f8，所述第八透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，满足下列关系式：‑59mm≤f1≤‑52mm；‑77mm≤f7≤‑45mm；‑72mm≤f8≤‑45mm。该曝光面照度、均匀性好，且低畸变。

Description

直写光刻镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头领域，特别涉及一种的直写光刻镜头。

背景技术

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图，紫外曝光机与光刻机在微电子、光学、线路板等微加工领域具有非常重要的应用。光刻机工作原理为由等离子光源发出紫外光，经收集系统收集后，传输系统照射到掩膜板上，掩膜板上的紫外光谱图形经过紫外镜头按一定比例精确地缩印到涂有光刻胶的硅片上，经过相关后续工艺的处理后，留下所需的微形图或电路结构，而电路结构的精密程度又主要取决于紫外镜头，紫外镜头自然成为光刻机的关重部件。

目前应用于市场的紫外镜头由多个透镜组成的镜头组通过镜筒按照一定间隔尺寸组装而成，虽然基本能够实现光刻功能，但是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，目前无掩膜光刻机的曝光面照度、均匀性不好。随着技术的发展，且系统对透镜边缘畸变的要求不断提高的情况下，现有的传统掩膜式曝光机容易导致最终制备的电路难以满足需求，所以，在光刻直写镜头的设计方向上，则迫切需求曝光面照度、均匀性好，且低畸变的镜头组设计。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种直写光刻镜头，该直写光刻镜头曝光面照度、均匀性好，且低畸变。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种直写光刻镜头，所述直写光刻镜头包括成像部，所述成像部自物面至像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜；

定义所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为R1，所述第一透镜的像侧面的曲率半径为R2，所述第一透镜的物侧面近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面；定义所述第七透镜的焦距为f7，所述第七透镜的物侧面的曲率半径为R13，第七透镜的像侧面的曲率半径为R14，所述第七透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，具有负屈折力；定义所述第八透镜的焦距为f8，所述第八透镜的物侧面的曲率半径为R15，第八透镜的像侧面的曲率半径为R16，所述第八透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，满足下列关系式：

-59mm≤f1≤-52mm；-77mm≤f7≤-45mm；-72mm≤f8≤-45mm；

-40mm≤R1≤-35mm，200mm≤R2≤205mm；-168mm≤R13≤-162mm，33mm≤R14≤38mm；

-33mm≤R15≤-28mm，177mm≤R16≤183mm。

优选的，所述第二透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力；定义所述第二透镜的焦距为f2，定义第二透镜物侧面的曲率半径R3，第二透镜像侧面的曲率半径R4，且满足下列关系式：

143mm≤f2≤151mm；

-162mm≤R3≤-157mm，-60mm≤R4≤-57mm。

优选的，所述第三透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义所述第三透镜的焦距为f3，定义第三透镜物侧面的曲率半径R5，第三透镜像侧面的曲率半径R6，且满足下列关系式：

180mm≤f3≤189mm；

1134mm≤R5≤1138mm，-102mm≤R6≤-97mm。

优选的，所述第四透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义所述第四透镜的焦距为f4，定义所述第四透镜的物侧面的曲率半径R7，第四透镜像侧面的曲率半径R8，且满足下列关系式：

126mm≤f4≤132mm；

583mm≤R7≤588mm，-73mm≤R8≤-69mm。

优选的，所述第五透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义所述第五透镜焦距为f5，定义第五透镜物侧面的曲率半径R9，第五透镜像侧面的曲率半径R10，且满足下列关系式：

92mm≤f5≤97mm；

58mm≤R9≤62mm，-205mm≤R10≤-200mm。

优选的，所述第六透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义所述第六透镜焦距为f6，定义第六透镜物侧面的曲率半径R11，第六透镜像侧面的曲率半径R12，且满足下列关系式：

91mm≤f6≤96mm，

55mm≤R11≤60mm，-240mm≤R12≤-235mm。

优选的，所述第九透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义第九透镜焦距f9，所述第九透镜的物侧面的曲率半径R17，第九透镜像侧面的曲率半径R18，且满足下列关系式：

76mm≤f9≤82mm；

424mm≤R17≤429mm，-45mm≤R18≤-40mm。

优选的，所述直写光刻镜头自物面至像面依次包括匀光棒、通光部、转换部以及成像部，所述通光部自物面至像面依次包括：第一通光透镜、第二通光透镜、第一准直透镜和第二准直透镜，所述第一通光透镜为平凸透镜；所述第二通光透镜为双凸透镜；所述第一准直透镜为双凸透镜，所述第二准直透镜为凸凹透镜。

优选的，所述直写光刻镜头用于直写光刻装置，所述直写光刻装置还包括DMD芯片组，所述转换部包括第一棱镜、与所述第一棱镜相邻设置的第二棱镜，所述第二棱镜与所述第一棱镜之间留有空气间隔d012，所述第一棱镜包括第一入射面和反射面，所述第一入射面与反射面的夹角θ1，所述反射面与所述DMD芯片组的安装面的夹角θ2，其中，θ1与θ2满足：θ1+θ2＜90°；所述第二棱镜包括第二入射面和通过面，所述第二入射面与所述通过面的夹角θ3满足：θ3=θ2；所述空气间隔d012满足：0.005mm≤d012≤0.006mm。

优选的，所述直写光刻镜头的光源入射所述匀光棒时的入射角为α，则α满足下列关系式：12°＜α＜13°，同时，所述匀光棒的轴向距离d02=80mm。

本发明的有益效果在于:根据本发明的直写光刻镜头具有优秀的光学特性, 该直写光刻镜头曝光面照度、均匀性好，且低畸变。

附图说明

图1是本发明提供的直写光刻装置的立体结构图；

图2为本发明提供的通光部的示意图；

图3为本发明提供的转换部的示意图；

图4为发明提供的成像部的示意图；

图5为发明提供的直写光刻装置的光路示意图。

图6是本发明第一实施方式的直写光刻镜头的轴向像差示意图；

图7是本发明第一实施方式的直写光刻镜头的场曲及畸变示意图；

图8是本发明第二实施方式的直写光刻镜头的轴向像差示意图；

图9是本发明第二实施方式的直写光刻镜头的场曲及畸变示意图；

图10是本发明第三实施方式的直写光刻镜头的轴向像差示意图；

图11是本发明第三实施方式的直写光刻镜头的场曲及畸变示意图；

图12是本发明第四实施方式的直写光刻镜头的轴向像差示意图；

图13是本发明第四实施方式的直写光刻镜头的场曲及畸变示意图；

图14是本发明第一实施方式的曝光面照度分布图；

图15是本发明第二实施方式的曝光面照度分布图；

图16是本发明第三实施方式的曝光面照度分布图；

图17是本发明第四实施方式的曝光面照度分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

参考附图，本发明提供了一种直写光刻装置100，如图1-5所示，该直写光刻装置100包括固定座11、匀光棒12、镜筒部、直写光刻镜头以及DMD芯片组61，镜筒部固定于固定座11上，直写光刻镜头安装于镜筒部内，且直写光刻镜头自物面至像面依次包括通光部20、转换部30以及成像部40。其中，匀光棒12设置于通光部20远离转换部30的一侧，且匀光棒12通过固定件（图中未示出）固定在固定座11上，匀光棒12的出光面作为通光部20的物面，匀光棒用于保证进入通光部的光路均匀性，将光源输入的光匀化后输出至通光部。固定座11还用于固定光源，固定件环绕匀光棒12，且固定座11环绕部分固定件从而将匀光棒固定在镜筒部内。

如图1-2所示，通光部20自物面至像面依次包括：第一通光透镜21、第二通光透镜22、第一准直透镜23和第二准直透镜24，其中，第一通光透镜21的物面一侧与匀光棒12的像面一侧抵接，通光部20包括多个透镜镜片，各透镜镜片之间设置有间隔件（图中未示出）。在其中一个实施例中，第一通光透镜21为平凸透镜；第二通光透镜22为双凸透镜，用于对匀光棒输出的光进行聚焦；第一准直透镜23为双凸透镜，第二准直透镜24为凸凹透镜，用于对匀光棒输出的光进行准直。

镜筒部包括环绕通光部20的通光镜筒51，通光镜筒51包括通光镜筒后段和通光镜筒前段，通光镜筒后段环绕第一通光透镜21和第二通光透镜22，通光镜筒前段环绕第一准直透镜23和第二准直透镜24。镜筒部还包括环绕通光镜筒51的第一调节环531，第一调节环531环绕通光镜筒前段和通光镜筒后段的连接处，且第一调节环531的调焦距离小于15mm，第一调节环531用于调节通光部20的两个通光透镜与两个准直透镜之间的调焦距离。

如图1结合图3所示，转换部30包括第一棱镜31和第二棱镜32，第二棱镜32与第一棱镜31相邻设置，且相对的两个斜面之间留有空气间隔（d012=0.005mm），两棱镜之间设置的空气间隔可产生光学耦合作用，空气间隔d012可取范围为：0.001mm≤d012≤0.1mm，优选地，0.005mm≤d012≤0.006mm，使得光路可以经棱镜全反射至DMD芯片组，同时减少光能损失。如图3所示，第一棱镜31和第二棱镜32均为三角形全反射棱镜，以使经过匀光棒和通光部各镜头输出的光路如图5所示反射至成像部。转换部的全反射棱镜设置，使得光效利用率更高、光损失少，以及光斑控制更好。

第一棱镜31包括第一入射面311和反射面312，第一入射面311与反射面312的夹角θ1，反射面312与DMD芯片组61的安装面的夹角θ2，如图3中所示的虚线为反射面的平行面，DMD芯片组的安装面平行于第一棱镜靠近DMD芯片组一侧的侧面，且DMD芯片组的安装面平行于水平面。其中，θ1与θ2满足：θ1+θ2＜90°，且通光部所在的轴线与水平面形成小的夹角（10°以下）；第二棱镜32包括第二入射面321和通过面322，第二入射面321与通过面322的夹角θ3满足：θ3=θ2。在其中一个实施方式中，θ1=53°，θ2=33°，θ3=33°，如图3所示。

在本实施例方式中，DMD芯片组61和成像部40分别设置于转换部30的相对两侧，DMD芯片组61作为通光部20的像面，DMD芯片组61作为成像部40的物面，成像部40的曝光面作为成像部40的像面，使用时，匀光棒12将光源输入的光匀化后输出，通光部20将匀光棒12输出的光进行聚焦、准直；转换部30的棱镜将通光部20输出的光反射至DMD芯片组61；DMD芯片组61件将图形反射至成像部40，通过成像部40的各个透镜后到达曝光面。具体地，DMD芯片组61和成像部40分别设置于第二棱镜32的通过面的两侧，通光部20设置于第一棱镜31的入射面一侧。

镜筒部还包括半环绕转换部30的转换镜筒，转换镜筒包括与通光镜筒51相连且半环绕转换部30的棱镜座62，以及位于DMD芯片组61与第一棱镜31之间的棱镜盖板。DMD芯片组61设置于转换部30远离成像部40的一侧，转换部30将通光部20输出的光反射至DMD芯片组61，从而使光路自通光部20所在的轴线偏转至成像部40所在的轴线。

光源发出的光经过通光部20进入第一棱镜31的反射面向上全反射至DMD芯片组61，DMD芯片组61将图像反射后穿过第二棱镜32，并经成像部40的各透镜到达曝光面，如图1-5所示。

如图1结合图4所示，成像部40包括九个透镜，具体地，自物面至像面依次包括：第一透镜41、第二透镜42、第三透镜43、第四透镜44、第五透镜45、第六透镜46、第七透镜47、第八透镜48、第九透镜49、第三准直透镜410、第四准直透镜411，成像部40包括多个透镜镜片，各透镜镜片之间设置有间隔件（图中未示出），间隔件优选为隔圈。其中，第一透镜41为双凹透镜；第二透镜42为凹凸透镜；第三透镜43为双凸透镜；第四透镜44为双凸透镜；第五透镜45为双凸透镜；第六透镜46为双凸透镜；第七透镜47为双凹透镜；第八透镜48为双凹透镜；第九透镜49为双凸透镜；第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜中的任一透镜的直径小于第一透镜至第五透镜之任一透镜的直径，其中，第六透镜46、第七透镜47、第八透镜48、第九透镜49镜片的直径均小于55mm，以便于镜头阵列排布。

第三准直透镜410位于第九透镜49远离DMD芯片组61的一侧，第三准直透镜410为平凸透镜；第四准直透镜411为凸凹透镜，用于对成像部的光路进行准直。

镜筒部还包括环绕所述成像部40的成像镜筒52和环绕成像镜筒52的第二调节环532，成像镜筒52包括成像镜筒52后段和成像镜筒52前段，成像镜筒52后段环绕第一透镜41至第九透镜49，通成像镜筒52前段环绕第三准直透镜410和第四准直透镜411，且成像镜筒52后段与成像镜筒52前段之间还设置有镜筒固定板54。

如图1结合图4所示，第二调节环532位于成像镜筒52靠近像面一侧的端部，且第二调节环532的调焦距离小于20mm，第二调节环532用于调节第三准直透镜410和第四准直透镜411之间的调焦距离。

图5为本发明提供的直写光刻镜头，该直写光刻镜头的成像部包括九个透镜和两个准直透镜，如图4所示。

实施例1

定义直写光刻镜头成像部九个透镜的系统总焦距为f，在本实施方式中，f=1692。

定义所述第一透镜的焦距为f1，f1满足下列关系式：-59mm≤f1≤-52mm，在条件式规定范围内，所述第一透镜具有负屈折力，超过下限规定值时，虽然有利于镜片变薄，但是轴向像差会增大、像面尺寸变大、准直性、均匀性变差；相反，超过上限规定值时，轴向像差、场曲、畸变增大，像面尺寸变小，均匀性变差，优选地，-58mm≤f1≤-53mm。

定义所述第一透镜的物侧面的曲率半径为R1，第一透镜的像侧面的曲率半径为R2，-40mm≤R1≤-35mm，200mm≤R2≤205mm，规定了第一透镜的形状，在范围内时，有利于整体小型化以及补正系统像差等问题。

定义所述第七透镜的焦距为f7，f7满足下列关系式：-77mm≤f7≤-45mm，在条件式规定范围内，所述第七透镜具有负屈折力，超过下限规定值时，虽然有利于镜片变薄，但场曲会增大，轴向像差会增大、像面尺寸变大、准直性、均匀性变差；相反，超过上限规定值时，轴向像差、场曲、畸变增大，像面尺寸变小，均匀性变差。

定义所述第七透镜的物侧面的曲率半径为R13，第七透镜的像侧面的曲率半径为R14，-168mm≤R13≤-162mm，33mm≤R14≤38mm，规定了第七透镜的形状，在范围内时，有利于整体小型化以及补正像差等问题。

定义所述第八透镜的焦距为f8，f8满足下列关系式：-72mm≤f8≤-45mm，在条件式规定范围内，所述第八透镜具有负屈折力，超过下限规定值时，虽然有利于镜片变薄，但轴向像差、场曲会增大；相反，超过上限规定值时，轴向像差、场曲、畸变增大，像面尺寸变小，均匀性变差。

定义所述第八透镜的物侧面的曲率半径为R15，第八透镜的像侧面的曲率半径为R16，-33mm≤R15≤-28mm，177mm≤R16≤183mm，规定了第八透镜的形状，在范围内时，有利于整体小型化以及补正像差等问题。

当本发明所述摄像光学镜头的焦距、成像部各透镜的焦距、直写光刻镜头轴上厚度和曲率半径满足上述关系式时，可以使该直写光刻镜头具有曝光面照度、均匀性好，且满足低畸变的设计需求。

具体的，匀光棒12、第一通光透镜21、第二通光透镜22、第一准直透镜23和第二准直透镜24、第一棱镜31和第二棱镜32、第一透镜41、第二透镜42、第三透镜43、第四透镜44、第五透镜45、第六透镜46、第七透镜47、第八透镜48、第九透镜49、第三准直透镜410、第四准直透镜411的材料Nd的范围均满足：1.4＜Nd＜1.8；材料vd的范围均满足：35＜vd＜85。

本实施方式中，第一透镜的物侧面近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，具有负屈折力。

本实施方式中，第二透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力。

定义第二透镜的焦距为f2，f2满足下列关系式：143mm≤f2≤151mm，通过将第二透镜的正光焦度控制在合理范围，有利于矫正光学系统的像差。

第二透镜物侧面的曲率半径R3，第二透镜像侧面的曲率半径R4，满足下列关系式：-162mm≤R3≤-157mm，-60mm≤R4≤-57mm，规定了第二透镜的形状，在范围内时，有利于整体小型化以及补正轴上像差问题。

本实施方式中，第三透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力。

定义第三透镜的焦距为f3，f3满足下列关系式：180mm≤f3≤189mm，通过光焦度的合理分配，使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。

定义第三透镜物侧面的曲率半径R5，第三透镜像侧面的曲率半径R6，满足下列关系式：1134mm≤R5≤1138mm，-102mm≤R6≤-97mm，可有效控制第三透镜的形状，在条件式规定范围内，可以缓和光线经过镜片的偏折程度，有效减小像差，同时利于整体小型化。

本实施方式中，第四透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力。

定义第四透镜的焦距为f4，f4满足下列关系式：126mm≤f4≤132mm，通过光焦度的合理分配，使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。

定义第四透镜物侧面的曲率半径R7，第四透镜像侧面的曲率半径R8，满足下列关系式：583mm≤R7≤588mm，-73mm≤R8≤-69mm；规定第四透镜的形状，在范围内时，有利于光刻镜头整体小型化以及补正像差等问题。

本实施方式中，第五透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力。

定义第五透镜焦距为f5，满足下列关系式：92mm≤f5≤97mm；对第五透镜的限定可有效的使得成像镜头的光线角度平缓，降低公差敏感度。

定义第五透镜物侧面的曲率半径R9，第五透镜像侧面的曲率半径R10，满足下列关系式：58mm≤R9≤62mm，-205mm≤R10≤-200mm；规定的是第五透镜的形状，在条件范围内时，有利于光刻镜头整体小型化以及补正像差等问题。

本实施方式中，第六透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力。

定义第六透镜焦距为f6，满足下列关系式：91mm≤f6≤96mm，通过光焦度的合理分配，使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。

定义第六透镜物侧面的曲率半径R11，第六透镜像侧面的曲率半径R12，满足下列关系式：55mm≤R11≤60mm，-240mm≤R12≤-235mm；规定第六透镜的形状，在范围内时，有利于光刻镜头整体小型化以及补正像差等问题。

本实施方式中，第七透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，具有负屈折力。

本实施方式中，第八透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，具有负屈折力。

本实施方式中，第九透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力。

定义第九透镜焦距f9，满足下列关系式：76mm≤f9≤82mm；对第九透镜的限定可有效的使得成像部镜头的光线角度平缓，降低公差敏感度。

第九透镜物侧面的曲率半径R17，第九透镜像侧面的曲率半径R18，满足下列关系式：424mm≤R17≤429mm，-45mm≤R18≤-40mm；规定的是第九透镜的形状，在条件范围内时，有利于光刻镜头整体小型化以及补正像差等问题。

如此设计，能够使得整体直写光刻镜头具有曝光面照度、均匀性好，且满足低畸变的特性。

下面将用实例进行说明本发明的直写光刻镜头。各实例中所记载的符号如下所示。焦距、轴上距离、曲率半径、轴上厚度的单位为mm。

TTL ：光学总长(第一透镜的物侧面到曝光面的轴上距离，即d01到d22的总和)，单位为mm。

第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜均为玻璃材质。

表1示出本发明第一实施方式的直写光刻镜头的设计数据。

【表1】

其中，各符号的含义如下。

R ：光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径；

R01：第一通光透镜物侧面的曲率半径； R02：第一通光透镜像侧面的曲率半径；

R03：第二通光透镜物侧面的曲率半径； R04：第二通光透镜像侧面的曲率半径；

R05：第一准直透镜物侧面的曲率半径； R06：第一准直透镜像侧面的曲率半径；

R07：第二准直透镜物侧面的曲率半径； R08：第二准直透镜像侧面的曲率半径；

R1 ：第一透镜的物侧面的曲率半径； R2：第一透镜的像侧面的曲率半径；

R3 ：第二透镜的物侧面的曲率半径； R4：第二透镜的像侧面的曲率半径；

R5 ：第三透镜的物侧面的曲率半径； R6：第三透镜的像侧面的曲率半径；

R7 ：第四透镜的物侧面的曲率半径； R8：第四透镜的像侧面的曲率半径；

R9 ：第五透镜的物侧面的曲率半径； R10：第五透镜的像侧面的曲率半径；

R11 ：第六透镜的物侧面的曲率半径； R12：第六透镜的像侧面的曲率半径；

R13 ：第七透镜的物侧面的曲率半径； R14：第七透镜的像侧面的曲率半径；

R15 ：第八透镜的物侧面的曲率半径； R16：第八透镜的像侧面的曲率半径；

R17：第九透镜的物侧面的曲率半径； R18：第九透镜的像侧面的曲率半径；

R19：第三准直透镜的物侧面的曲率半径；R20：第三准直透镜的像侧面的曲率半径；

R21：第四准直透镜的物侧面的曲率半径；R22：第四准直透镜的像侧面的曲率半径；

d ：透镜的轴上厚度与透镜之间的轴上距离；

d01: 入射光到匀光棒的物侧面的轴向距离；d02：匀光棒的轴向距离；

d03：匀光棒的像侧面到第一通光透镜的物侧面轴上厚度；d04：第一通光透镜的轴上厚度；

d05：第一通光透镜的像侧面到第二通光透镜的物侧面的轴上距离；

d06：第二通光透镜的轴上厚度；

d07：第二通光透镜的像侧面到第一准直透镜的物侧面的轴上距离；

d08：第一准直透镜的轴上厚度；

d09：第一准直透镜的像侧面到第二准直透镜的物侧面的轴上距离；

d010：第二准直透镜的轴上厚度；

d011：第二准直透镜的像侧面到DMD芯片组的轴上距离；

d012：第一棱镜与第二棱镜之间沿轴向的间隔距离；

d013：第二棱镜的像侧面到第一透镜的物侧面的轴上距离；

d014：DMD芯片组到第一透镜的物侧面的轴上距离；

d1：第一透镜的轴上厚度；

d2：第一透镜的像侧面到第二透镜的物侧面的轴上距离；

d3：第二透镜的轴上厚度；

d4：第二透镜的像侧面到第三透镜的物侧面的轴上距离；

d5：第三透镜的轴上厚度；

d6：第三透镜的像侧面到第四透镜的物侧面的轴上距离；

d7：第四透镜的轴上厚度；

d8：第四透镜的像侧面到第五透镜的物侧面的轴上距离；

d9：第五透镜的轴上厚度；

d10：第五透镜的像侧面到第六透镜的物侧面的轴上距离；

d11：第六透镜的轴上厚度；

d12：第六透镜的像侧面到第七透镜的物侧面的轴上距离；

d13：第七透镜的轴上厚度；

d14：第七透镜的像侧面到第八透镜的物侧面的轴上距离；

d15：第八透镜的轴上厚度；

d16：第八透镜的像侧面到第九透镜的物侧面的轴上距离；

d17：第八透镜的轴上厚度；

d18：第九透镜的像侧面到曝光面的轴上距离；

d19：第三准直透镜的轴上厚度；

d20：第三准直透镜的像侧面到第四准直透镜的物侧面的轴上距离；

d21：第四准直透镜的轴上厚度；

d22：第四准直透镜的像侧面到曝光面的轴上距离；

nd ：d线的折射率；

nd01：匀光棒的d线的折射率； nd02: 第一通光透镜的d线的折射率；

nd03: 第二通光透镜的d线的折射率； nd04：第一准直透镜的d线的折射率；

nd05: 第二准直透镜的d线的折射率； nd06: 第一棱镜的d线的折射率；

nd07: 第二棱镜的d线的折射率； nd1 ：第一透镜的d线的折射率；

nd2 ：第二透镜的d线的折射率； nd3 ：第三透镜的d线的折射率；

nd4 ：第四透镜的d线的折射率； nd5 ：第五透镜的d线的折射率；

nd6：第六透镜的d线的折射率； nd7：第七透镜的d线的折射率；

nd8：第八透镜的d线的折射率； nd9：第九透镜的d线的折射率；

nd10：第三准直透镜的d线的折射率； nd11：第四准直透镜的d线的折射率；

vd ：阿贝数；

vd01：匀光棒的阿贝数；vd02：第一通光透镜的阿贝数；vd03：第二通光透镜的阿贝数；

vd04：第一准直透镜的阿贝数；vd05：第二准直透镜的阿贝数；vd06：第一棱镜的阿贝数；

vd07：第二棱镜的阿贝数；vd1：第一透镜的阿贝数；vd2：第二透镜的阿贝数；

vd3：第三透镜的阿贝数；vd4：第四透镜的阿贝数；vd5：第五透镜的阿贝数；

vd6：第六透镜的阿贝数；vd7：第七透镜的阿贝数；vd8：第八透镜的阿贝数；

vd9：第九透镜的阿贝数；Vd10：第三准直透镜的阿贝数；Vd11：第四准直透镜的阿贝数；

图6示出了波长为656nm、588nm和486nm的光经过第一实施方式的直写光刻镜头后的轴向像差。图7则示出了，波长为656nm、588nm和486nm的光经过第一实施方式的直写光刻镜头后的场曲及畸变示意图，图7中的场曲S是对应波长的弧矢方向的场曲，T是对应波长的子午方向的场曲。

表5示出本发明提供的直写光刻镜头的各种数值与条件式中已规定的参数所对应的范围。

如表5所示,第一实施方式满足各条件式的范围。

在本实施方式中，该直写光刻镜头的光源入射匀光棒时的入射角范围α满足：12°＜α＜13°，使得光路经过匀光棒后出光更均匀，其中，入射角是指入射光线与匀光棒的入射面的法线的夹角。当入射角范围α满足：12°＜α＜13°时，匀光棒的轴向距离d02满足：70mm≤d02≤120mm，使光源发出的光尽可能地落入匀光棒内，防止光能量损失，同时，提高照度均匀性，为了满足整体系统的结构优化，优选地，d02=80mm。

实施例2

第二实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。

表2示出本发明第二实施方式的直写光刻镜头的设计数据。

【表2】

如表5所示,第二实施方式满足各条件式的范围。

图8示出了波长为656nm、588nm和486nm的光经过第二实施方式的直写光刻镜头后的轴向像差。图9则示出了，波长为656nm、588nm和486nm的光经过第二实施方式的直写光刻镜头后的场曲及畸变示意图。

实施例3

第三实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。

表3示出本发明第三实施方式的直写光刻镜头的设计数据。

【表3】

图10示出了波长为656nm、588nm和486nm的光经过第三实施方式的直写光刻镜头后的轴向像差。图11则示出了，波长为656nm、588nm和486nm的光经过第三实施方式的直写光刻镜头后的场曲及畸变示意图。

以下表5按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然，本实施方式的直写光刻镜头满足上述的条件式的范围。

实施例4

第四实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。

表4示出本发明第四实施方式的直写光刻镜头的设计数据。

【表4】

图12示出了波长为656nm、588nm和486nm的光经过第四实施方式的直写光刻镜头后的轴向像差。图13则示出了，波长为656nm、588nm和486nm的光经过第四实施方式的直写光刻镜头后的场曲及畸变示意图。

以下表5按照上述条件式列出了本实施方式中对应各条件式的数值。显然，本实施方式的直写光刻镜头满足上述的条件式的范围。

【表5】

图14本发明第一实施方式的曝光面照度分布图；图15是本发明第二实施方式的曝光面照度分布图；图16是本发明第三实施方式的曝光面照度分布图；图17是本发明第四实施方式的曝光面照度分布图。分别对上述四个实施例所得的图像利用常用的九点法计算曝光面照度的均匀性，依次可达98.2%、97.3%、97.8%、97.8%。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直写光刻镜头，其特征在于，所述直写光刻镜头包括成像部，所述成像部共包括九片透镜，所述九片透镜自物面至像面依次为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜；

定义所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为R1，所述第一透镜的像侧面的曲率半径为R2，定义所述第二透镜的焦距为f2，定义所述第三透镜的焦距为f3，定义所述第四透镜的焦距为f4，定义所述第五透镜焦距为f5，定义所述第六透镜焦距为f6，所述第一透镜的物侧面近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面；定义所述第七透镜的焦距为f7，所述第七透镜的物侧面的曲率半径为R13，第七透镜的像侧面的曲率半径为R14，所述第七透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，具有负屈折力；定义所述第八透镜的焦距为f8，所述第八透镜的物侧面的曲率半径为R15，第八透镜的像侧面的曲率半径为R16，所述第八透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凹面，定义第九透镜焦距f9，满足下列关系式：

-59mm≤f1≤-52mm；

-77mm≤f7≤-45mm；

-72mm≤f8≤-45mm；

-40mm≤R1≤-35mm，200mm≤R2≤205mm；

-168mm≤R13≤-162mm，33mm≤R14≤38mm；

-33mm≤R15≤-28mm，177mm≤R16≤183mm；

143mm≤f2≤151mm；

180mm≤f3≤189mm；

126mm≤f4≤132mm；

92mm≤f5≤97mm；

91mm≤f6≤96mm；

76mm≤f9≤82mm。

2.根据权利要求1所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面于近轴处为凹面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力；定义第二透镜物侧面的曲率半径R3，第二透镜像侧面的曲率半径R4，且满足下列关系式：

-162mm≤R3≤-157mm，-60mm≤R4≤-57mm。

3.根据权利要求1所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义第三透镜物侧面的曲率半径R5，第三透镜像侧面的曲率半径R6，且满足下列关系式：

1134mm≤R5≤1138mm，-102mm≤R6≤-97mm。

4.根据权利要求1所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述第四透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义所述第四透镜的物侧面的曲率半径R7，第四透镜的像侧面的曲率半径R8，且满足下列关系式：

583mm≤R7≤588mm，-73mm≤R8≤-69mm。

5.根据权利要求1所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述第五透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义第五透镜物侧面的曲率半径R9，第五透镜像侧面的曲率半径R10，且满足下列关系式：

58mm≤R9≤62mm，-205mm≤R10≤-200mm。

6.根据权利要求1所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述第六透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，定义第六透镜物侧面的曲率半径R11，第六透镜像侧面的曲率半径R12，且满足下列关系式：

55mm≤R11≤60mm，-240mm≤R12≤-235mm。

7.根据权利要求1所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述第九透镜的物侧面于近轴处为凸面，像侧面于近轴处为凸面，具有正屈折力，所述第九透镜的物侧面的曲率半径R17，第九透镜的像侧面的曲率半径R18，且满足下列关系式：

424mm≤R17≤429mm，-45mm≤R18≤-40mm。

8.根据权利要求1所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述直写光刻镜头自物面至像面依次包括匀光棒、通光部、转换部以及成像部，所述通光部自物面至像面依次包括：第一通光透镜、第二通光透镜、第一准直透镜和第二准直透镜，所述第一通光透镜为平凸透镜；所述第二通光透镜为双凸透镜；所述第一准直透镜为双凸透镜，所述第二准直透镜为凸凹透镜。

9.根据权利要求8所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述直写光刻镜头用于直写光刻装置，所述直写光刻装置还包括DMD芯片组，所述转换部包括第一棱镜、与所述第一棱镜相邻设置的第二棱镜，所述第二棱镜与所述第一棱镜之间留有空气间隔的距离为d012，所述第一棱镜包括第一入射面和反射面，所述第一入射面与反射面的夹角θ1，所述反射面与所述DMD芯片组的安装面的夹角θ2，其中，θ1与θ2满足：θ1+θ2＜90°；所述第二棱镜包括第二入射面和通过面，所述第二入射面与所述通过面的夹角θ3满足：θ3=θ2；所述空气间隔d012满足：0.005mm≤d012≤0.006mm。

10.根据权利要求9所述的直写光刻镜头，其特征在于，所述直写光刻镜头的光源入射所述匀光棒时的入射角为α，则α满足下列关系式：12°＜α＜13°，同时，所述匀光棒的轴向距离d02=80mm。

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