CN216622833U - 一种双远心投影光刻镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双远心投影光刻镜头，包括物方和像方，物方至像方依次设置棱镜、前透镜组、孔径光阑和后透镜组；前透镜组包括3片透镜，第一透镜是双凸透镜，具有正光焦度；第二透镜是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；后透镜组包括4片透镜，第四透镜是双凹透镜，具有负光焦度；第五透镜是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第六透镜是弯月透镜，具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第七透镜为双凸透镜，具有正光焦度。具有高分辨率、超宽景深、超低畸变以及平行光设计，适用于光刻机光刻镜头。

Description

一种双远心投影光刻镜头

技术领域

本实用新型本涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种双远心投影光刻镜头。

背景技术

镜头是由光学系统和机械装置组成的光学部件，目前被广泛应用于工业中，如机器视觉系统、直写光刻曝光等。随着工业技术的发展，普通的工业镜头难以满足要求，为了纠正传统工业镜头的视差，远心镜头孕育而生。远心镜头具有高分辨率、超宽景深、超低畸变以及独有的平行光设计等，在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不变。双远心镜头能够同时兼顾物方远心和像方远心，其包含两种远心光路共同的优势，能获得更恒定的放大倍率，更小的畸变及更高的准确性，适用于光刻机光刻镜头。但是目前所设计的光刻镜头工作波段窄，远心度和畸变也难以达到要求，因此设计一款适用宽波段光源，远心度低，畸变小，场曲度小，光刻精度高的双远心投影光刻镜头是非常重要的。

实用新型内容

本实用新型通过以下技术方案实现：针对上述问题，本实用新型提供了一种双远心投影光刻镜头，采用类双高斯镜头结构设计，具有远心度低，畸变小，场曲度小的特点，提高了光刻镜头的精度。

其技术方案如下：一种双远心投影光刻镜头，包括物方和像方，所述物方至像方依次设置棱镜、前透镜组、孔径光阑和后透镜组；

所述前透镜组包括3片透镜，从物方至像方依次为：第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第一透镜是双凸透镜，具有正光焦度；所述第二透镜是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第三透镜是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述后透镜组包括4片透镜，从物方至像方依次为：第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；所述第四透镜是双凹透镜，具有负光焦度；所述第五透镜是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第六透镜是弯月透镜，具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第七透镜为双凸透镜，具有正光焦度。

所述双远心光刻镜头总长不超过50cm，放大倍率为1.81，所述孔径光阑直径为4.8mm，所述第一透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜的中心厚度均不小于2.5mm。

优选的，所述第一透镜满足以下条件：1.4<Nd<1.7，50<Vd<60；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；所述第二透镜满足以下条件：1.4<Nd<1.7，60<Vd<70；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；所述第三透镜满足以下条件：1.3<Nd<1.6，55<Vd<65；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；所述第四透镜满足以下条件：1.7<Nd<1.9，20<Vd<30；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；所述第五透镜满足以下条件：1.7<Nd<2，35<Vd<45；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；所述第六透镜满足以下条件：1.7<Nd<1.9，35<Vd<50；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；所述第七透镜满足以下条件：1.5<Nd<1.7，30<Vd<40；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；

优选的，所述第一透镜物侧面满足以下条件：75mm<R<85mm，3.9mm<T<4.1mm，所述第一透镜像侧面满足以下条件：170mm<|R|<180mm，1.7mm<|T|<1.8mm，所述第二透镜22物侧面满足以下条件：25mm<R<35mm，14mm<T<14.5mm，所述第二透镜22像侧面满足以下条件：70mm<|R|<80mm，9mm<|T|<9.5mm，所述第三透镜物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，5mm<T<5.5mm，所述第三透镜像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，6.3mm<|T|<7mm；所述第四透镜物侧面满足以下条件：20mm<R<30mm，1.5mm<T<3.5mm，所述第四透镜像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，0.2mm<|T|<1mm，所述第五透镜物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，9.5mm<T<10.5mm，所述第五透镜像侧面满足以下条件：40mm<|R|<50mm，13mm<|T|<14mm，所述第六透镜物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，7mm<T<8mm，所述第六透镜像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，13mm<|T|<14mm，所述第七透镜物侧面满足以下条件：150mm<R<160mm，17.5mm<T<18.5mm，所述第七透镜像侧面满足以下条件：55mm<|R|<65mm，44mm<|T|<45mm，其中R为物侧面曲率半径，|R|为像侧面曲率半径，T为物侧面中心厚度，|T|为像侧面中心厚度。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过优化双远心镜头的前透镜组、光阑和后透镜组结构，结构简单，加工方便，镜头远心度低，畸变小，场曲范围小，光线透过率高，成像质量优异，光刻准确性高，可用光源波长范围在350-410nm间，在投影光刻领域具有非常好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例中的双远心投影光刻镜头的MTF图；

图3为实施例中的双远心投影光刻镜头的畸变图；

图4为实施例中的双远心投影光刻镜头的场曲图。

附图标记说明：1、物方；12、棱镜；2、前透镜组；3、孔径光阑；4、后透镜组；5、像方；21、第一透镜；22、第二透镜；23、第三透镜；41、第四透镜；42、第五透镜；43、第六透镜；44、第七透镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制，本实用新型中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。

请参阅图1-4，本实用新型提供如下技术方案：如图1所示：本实施例提供了一种双远心投影光刻镜头部件，采用类双高斯镜头结构设计，包括依次设置的物方1、棱镜12、前透镜组2、孔径光阑3、后透镜组4和像方5；

前透镜组2包括3片透镜，从物方至像方依次为：第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23；

第一透镜21是双凸透镜，具有正光焦度，其物侧面曲率半径绝对值小于像侧面曲率半径绝对值，对光有一个很好的聚焦作用；

第二透镜22是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，物侧面曲率半径绝对值小于像侧面曲率半径绝对值，有利于增大光线的平滑度，减小球差和场曲；

第三透镜23是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，物侧面曲率半径绝对值小于像侧面曲率半径绝对值，有利于增大光线的平滑度，减小球差和场曲；

后透镜组4包括4片透镜，从物方至像方依次为：第四透镜41、第五透镜42为弯月透镜、第六透镜43和第七透镜44；

第四透镜41是双凹透镜，具有负光焦度，其物侧面曲率半径绝对值大于像侧面曲率半径绝对值；

第五透镜42是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，物侧面曲率半径绝对值小于像侧面曲率半径绝对值；

第六透镜43是弯月透镜，具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，物侧面曲率半径绝对值与像侧面曲率半径绝对值相近；

第七透镜44为双凸透镜，具有正光焦度，其物面曲率半径绝对值大于像面曲率半径绝对值。

此外，第一透镜21，第二透镜22，第三透镜23，第四透镜41，第五透镜42，第六透镜43，第七透镜44均采用光学玻璃材料制得，耐热性高，线膨胀系数小，透过率高。

具体的，双远心光刻镜头总长小于50cm，孔径光阑3直径为4.8mm，能很好的矫正光学系统的慧差；双远心光刻镜头放大倍率为1.81；第一透镜21，第二透镜22，第三透镜23，第四透镜41，第五透镜42，第六透镜43，第七透镜44中心厚度均不小于2.5mm。

具体的，第一透镜21满足以下条件：1.4<Nd<1.7，50<Vd<60；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；第二透镜22满足以下条件：1.4<Nd<1.7，60<Vd<70；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；第三透镜23满足以下条件：1.3<Nd<1.6，55<Vd<65；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；第四透镜41满足以下条件：1.7<Nd<1.9，20<Vd<30；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；第五透镜42满足以下条件：1.7<Nd<2，35<Vd<45；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；第六透镜43满足以下条件：1.7<Nd<1.9，35<Vd<50；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；第七透镜44满足以下条件：1.5<Nd<1.7，30<Vd<40；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数。

具体的，第一透镜21物侧面满足以下条件：75mm<R<85mm，3.9mm<T<4.1mm，第一透镜21像侧面满足以下条件：170mm<|R|<180mm，1.7mm<|T|<1.8mm，第二透镜22物侧面满足以下条件：25mm<R<35mm，14mm<T<14.5mm，第二透镜22像侧面满足以下条件：60mm<|R|<70mm，9mm<|T|<9.5mm，第三透镜23物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，5mm<T<5.5mm，第三透镜23像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，6.3mm<|T|<7mm，第四透镜41物侧面满足以下条件：20mm<R<30mm，1.5mm<T<3.5mm，第四透镜41像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，0.2mm<|T|<1mm，第五透镜42物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，9.5mm<T<10.5mm，第五透镜42像侧面满足以下条件：40mm<|R|<50mm，13mm<|T|<14mm，第六透镜43物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，7mm<T<8mm，第六透镜43像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，13mm<|T|<14mm，第七透镜44物侧面满足以下条件：150mm<R<160mm，17.5mm<T<18.5mm，第七透镜44像侧面满足以下条件：55mm<|R|<65mm，44mm<|T|<45mm，其中R为物侧面曲率半径，|R|为像侧面曲率半径，T为物侧面中心厚度，|T|为像侧面中心厚度。

以下给出本实用新型的双远心投影光刻镜头的一个具体实施例，其各项参数如表1所示：

表1

表1中OBJ表示物方，STO表示像方，Radius表示各光学元件表面的曲率半径，Thickness表示各光学元件的中心厚度，Nd为各光学元件的折射率，Vd为各光学元件的阿贝常数；当物侧面为凸面，像侧面为凹面，对应的曲率半径为正值；当物侧面为凹面，像侧面为凸面时，对应的曲率半径为负值。

另外，对上述双远心投影光刻镜头进行光学检测，包括MTF，镜头畸变以及场曲像差检测；图2为双远心投影光刻镜头的MTF图，MTF表示镜头的传递函数，图中MTF值接近衍射极限；图3为双远心投影光刻镜头的畸变图，镜头的最大畸变小于0.05％；畸变是限制光学测量准确性的重要因素之一，虽然不影响像的清晰度却能够引起像的变形，从而影响光刻的准确度，因此光刻镜头对畸变的要求非常高，本实用新型在投影光刻镜头的结构设计上通过引入类双高斯镜头结构消除系统的畸变，并取得了很好的效果；图4是双远心投影光刻镜头的场曲图，横坐标表示焦面，纵坐标表示视场，镜头的场曲相差在0.05mm范围内；场曲又称像场弯曲，当镜头存在场曲时，整个光束的焦点不与理想像点重合，虽然每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面是一个曲面，因此场曲的存在也会在很大的程度上影响光刻的准确性。

以上仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种双远心投影光刻镜头，包括物方(1)和像方(5)，其特征在于：所述物方(1)至像方(5)依次设置棱镜(12)、前透镜组(2)、孔径光阑(3)和后透镜组(4)；

所述前透镜组(2)包括3片透镜，从物方(1)至像方(5)依次为：第一透镜(21)、第二透镜(22)和第三透镜(23)；所述第一透镜(21)是双凸透镜，具有正光焦度；所述第二透镜(22)是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第三透镜(23)是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述后透镜组(4)包括4片透镜，从物方(1)至像方(5)依次为：第四透镜(41)、第五透镜(42)、第六透镜(43)和第七透镜(44)；所述第四透镜(41)是双凹透镜，具有负光焦度；所述第五透镜(42)是弯月透镜，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第六透镜(43)是弯月透镜，具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第七透镜(44)为双凸透镜，具有正光焦度。

2.根据权利要求1所述的双远心投影光刻镜头，其特征在于：所述双远心光刻镜头总长不超过50cm，放大倍率为1.81，所述孔径光阑(3)直径为4.8mm，所述第一透镜(21)，第二透镜(22)、第三透镜(23)、第四透镜(41)、第五透镜(42)、第六透镜(43)和第七透镜(44)的中心厚度均不小于2.5mm。

3.根据权利要求1所述的双远心投影光刻镜头，其特征在于：

所述第一透镜(21)满足以下条件：1.4<Nd<1.7，50<Vd<60；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；

所述第二透镜(22)满足以下条件：1.4<Nd<1.7，60<Vd<70；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；

所述第三透镜(23)满足以下条件：1.3<Nd<1.6，55<Vd<65；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；

所述第四透镜(41)满足以下条件：1.7<Nd<1.9，20<Vd<30；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；

所述第五透镜(42)满足以下条件：1.7<Nd<2，35<Vd<45；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；

所述第六透镜(43)满足以下条件：1.7<Nd<1.9，35<Vd<50；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数；

所述第七透镜(44)满足以下条件：1.5<Nd<1.7，30<Vd<40；其中Nd为光折射率，Vd为阿贝常数。

4.根据权利要求1所述的双远心投影光刻镜头，其特征在于：

所述第一透镜(21)物侧面满足以下条件：75mm<R<85mm，3.9mm<T<4.1mm，所述第一透镜(21)像侧面满足以下条件：170mm<|R|<180mm，1.7mm<|T|<1.8mm，

所述第二透镜(22)物侧面满足以下条件：25mm<R<35mm，14mm<T<14.5mm，所述第二透镜(22)像侧面满足以下条件：60mm<|R|<70mm，9mm<|T|<9.5mm，

所述第三透镜(23)物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，5mm<T<5.5mm，所述第三透镜(23)像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，6.3mm<|T|<7mm，

所述第四透镜(41)物侧面满足以下条件：20mm<R<30mm，1.5mm<T<3.5mm，所述第四透镜(41)像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，0.2mm<|T|<1mm，

所述第五透镜(42)物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，9.5mm<T<10.5mm，所述第五透镜(42)像侧面满足以下条件：40mm<|R|<50mm，13mm<|T|<14mm，

所述第六透镜(43)物侧面满足以下条件：10mm<R<20mm，7mm<T<8mm，所述第六透镜(43)像侧面满足以下条件：10mm<|R|<20mm，13mm<|T|<14mm，

所述第七透镜(44)物侧面满足以下条件：150mm<R<160mm，17.5mm<T<18.5mm，所述第七透镜(44)像侧面满足以下条件：55mm<|R|<65mm，44mm<|T|<45mm，

其中R为物侧面曲率半径，|R|为像侧面曲率半径，T为物侧面中心厚度，|T|为像侧面中心厚度。

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