CN217305708U - 一种用于数字无掩模光刻机的投影物镜和光刻曝光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于数字无掩模光刻机的投影物镜和光刻机。包括第一棱镜组，以及光焦度为正且焦距分别为F1、F2和F3的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；第一棱镜组包括一棱镜；第二透镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；第三透镜组包括焦距为f1第一子透镜组和焦距为f2第二子透镜组；第四透镜组包括第十一透镜；其中，0.2<F1/F2<0.5、0.7<F3/F2<0.9、0.2<F1/F3<0.6、0.5<f1/f2<0.8。本实用新型解决了现有的数字无掩模光刻机的投影物镜一般只适用于波长为405nm的激光，不适用于多波长组合的LED光源，在线路板的阻焊曝光等领域应用受到限制的问题。

Description

一种用于数字无掩模光刻机的投影物镜和光刻曝光系统

技术领域

本实用新型涉及光学仪器工程技术领域，具体涉及一种用于数字无掩模光刻机的投影物镜和光刻曝光系统。

背景技术

随着电子产品向高度集成化、微型化发展，对PCB线路板生产的曝光技术提出了更高要求。PCB曝光的线宽要求越来越细，线间距要求越来越小，传统的有掩膜光刻机已无法满足PCB行业的曝光需求。新一代基于DMD技术的数字无掩膜光刻机应运而生，其省去了掩膜板，不仅简化了生产流程、节能环保，提高了生产效率，而且还能满足高精度的曝光需求，正在逐步替代用于PCB生产的传统有掩膜光刻机。

目前，数字无掩模光刻机主要采用激光(405nm)作为曝光光源，波长较为单一，只能满足高感干膜材料的曝光，而对于需要较高能量的绿油(波长365nm)的曝光，激光光源很难实现。相比激光，UV-LED光源可以组合365，385，405nm等多种波长，可同时适合高感干膜和绿油的曝光。

现有的数字无掩模光刻机的投影物镜一般只适用于波长为405nm的激光，针对不同波长，不能很好地校正的色差和像差，不适用于多波长组合的LED光源，在线路板的阻焊曝光等领域应用受到限制。

实用新型内容

为了解决现有的数字无掩模光刻机的投影物镜一般只适用于波长为405nm的激光，针对不同波长，不能很好地校正的色差和像差，不适用于多波长组合的LED光源的问题，本实用新型提供了一种用于数字无掩模光刻机的投影物镜。

本实用新型的用于数字无掩模光刻机的投影物镜，包括沿光路依次设置的第一棱镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；所述第三透镜组包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第一子透镜组和第二子透镜组；所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组均具有正的光焦度；所述投影物镜满足以下关系式：

0.2<F1/F2<0.5；

0.7<F3/F2<0.9；

0.2<F1/F3<0.6；

0.5<f1/f2<0.8；

其中，所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组的焦距分别为F1、F2和F3，第一子透镜组和所述第二子透镜组的焦距分别为f1和f2。

进一步的，投影物镜的最大物方数值孔径为0.21

进一步的，所述投影物镜的放大倍率为3倍。

进一步的，所述投影物镜的曝光视场直径为25mm。

所述第三透镜组还包括孔径光阑；所述孔径光阑设于所述第一子透镜组与所述第二子透镜组之间。

进一步的，所述第一棱镜组包括一个棱镜，LED光源光束发出的光经过所述棱镜的转折后被射向所述第二透镜组。

进一步的，所述第二透镜组包括沿着光路依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；所述第四透镜组包括一个第十一透镜；所述第一子透镜组包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；所述第二子透镜组包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第八透镜、第九透镜和第十透镜；

其中，所述第一透镜、第七透镜和第八透镜为双凹透镜；

所述第二透镜、第十透镜和第十一透镜为双弯月透镜；

所述第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第九透镜均为双凸透镜。

本实用新型还提供了一种光刻曝光系统，包括上述的投影物镜，以及光源模块；所述投影物镜设于所述光源模块的光路上。

进一步的，所述光源模块为多波长组合LED光源，光源波长包括365nm，385nm和/或405nm。

与现有技术相比，采用上述方案本实用新型的有益效果为：

与现有技术相比，现有的数字无掩模光刻机的投影物镜一般只适用于波长为405nm的激光，不能满足PCB线路板生产中需要较高能量的绿油(波长365nm)的曝光，在线路板的阻焊曝光等领域应用受到限制。本实用新型投影物镜可适用于波长为365nm、385nm和405nm多波长组合的LED光源；而且针对不同波长，还能够很好地校正的色差和像差，可满足PCB绿油曝光等多种用途，应用更广。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于数字无掩模光刻机的投影物镜的结构示意图；

图2a-2f是本实用新型实施例提供的采用多波长组合LED光源的投影物镜的光线光扇图，分别代表不同高度的物方现场点在光瞳处的像差分布；

图3a是本实用新型实施例提供的采用多波长组合LED光源的投影物镜的远心曲线图，横坐标为像方视场高度，纵坐标为各视场下像方远心大小；

图3b是本实用新型实施例提供的采用多波长组合LED光源的投影物镜的远心曲线图，横坐标为物方视场高度，纵坐标为各视场下物方远心大小；

图4是本实用新型实施例提供的采用多波长组合LED光源的投影物镜的场曲-畸变曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

如图1是本实施例提供了一种用于数字无掩模光刻机的投影物镜，结构参考图1，该投影物镜包括沿着光路依次设置的第一棱镜组1、第二透镜组2、第三透镜组3和第四透镜组4；第三透镜组3包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第一子透镜组31和第二子透镜组32；第二透镜组2、第三透镜组3和第四透镜组4均具有正的光焦度；投影物镜满足以下关系式：

0.2<F1/F2<0.5；

0.7<F3/F2<0.9；

0.2<F1/F3<0.6；

0.5<f1/f2<0.8；

其中，第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的焦距分别为F1、F2和F3，第一子透镜组和第二子透镜组的焦距分别为f1和f2。

可选地，投影物镜的最大物方数值孔径为0.21。可选地，投影物镜的放大倍率为3倍。可选地，投影物镜的曝光视场直径为25mm。

经过实验可知，本实施例的投影物镜可适用于波长为365nm、385nm的和405nm多波长组合的LED光源；而且针对不同波长，还能够很好地校正的色差和像差，适用于多波长组合的LED光源。解决了现有的数字无掩模光刻机的投影物镜一般只适用于波长为405nm的激光，不适用于多波长组合的LED光源，不能满足PCB线路板生产中需要较高能量的绿油(波长365nm)的曝光，在线路板的阻焊曝光等领域应用受到限制的问题。

可选地，继续如图1所示，其中，第一棱镜组1包括一个棱镜，LED光源发出的光经过棱镜的转折后被射向第二透镜组2。第二透镜组2包括沿着光路依次间隔设置的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24。第三透镜组3包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第一子透镜组31和第二子透镜组32，还包括孔径光阑8；孔径光阑8设于所述第一子透镜组31与所述第二子透镜组32之间。

第一子透镜组31包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第五透镜311、第六透镜312和第七透镜313；第二子透镜组32包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第八透镜321、第九透镜322和第十透镜323。

第四透镜组4包括第十一透镜。

其中，第一透镜21、第七透镜313和第八透镜321为双凹透镜；第二透镜22、第十透镜323和第十一透镜为双弯月透镜；第三透镜23、第四透镜24、第五透镜311、第六透镜312和第九透镜322均为双凸透镜。

本实用新型实施例提供的投影物镜包括12片镜片，且均为球面镜片，其结构简单紧凑，可实现641.76mm的物像方距离，视场点的最大像差均小于0.012601mm，视场内像方远心最大值不超过7.89mrad，物方最大远心值不超过0.00000125mrad。

表1中列出了本实施例投影物镜的具体设计值，表中OBJ代表物面，STO代表孔径光阑，IMA代表像面，数字序号对应投影物镜系统中沿光路依次共轴排列的各个光学元件，即保护玻璃7，棱镜，以及各个透镜。表中正的曲率半径代表镜片曲率中心在表面的右边，负的曲率半径代表镜片曲率中心在表面左边；“无限”代表此表面为平面。表中材料栏“AIR”代表镜片与镜片间的空气间隔，填充气体为空气，材料栏中非AIR的材料是指具体镜片材料种类。半直径是指镜片表面的最大通光半径。表中厚度栏代表空气间隔或光学元件的厚度，光学元件厚度或两个光学元件的间隔均是指此表面到下个表面的轴上距离，所有尺寸单位都是毫米(mm)。

表1各光学元件的物理参数

本实用新型还提供了一种光刻曝光系统，包括上述投影物镜和光源模块，投影物镜设于光源模块的光路上。光源模块发出的光经过物面6、保护玻璃7后射向上述的投影物镜，最后在像面5上投影。本实施例的光源模块为多波长组合LED光源，光源波长包括365nm，385nm和/或405nm。在本实施例中多波长组合LED光源各波长的权重占比如表2所示。

表2多波长组合LED光源以及各波长的光在组合LED光源中的权重

图2是本实用新型实施例提供的采用多波长组合LED光源的投影物镜的光线光扇图。从图2a-图2f依次代表不同高度的物方现场点在光瞳处的像差分布，其中图2a-图2f中各自的每两幅图分别代表光瞳子午(左)和弧矢像差(右)分布，每幅图的横坐标代表光瞳上的高度，其中中心点代表光瞳中心；纵坐标代表像差大小，每幅图的不同曲线分布代表各自波长下的像差曲线。其中，各图的最大子午像差和最大弧矢像差的具体数值如表3。从图2a-图2f可以看出各视场点的最大像差均小于0.012601mm，说明投影物镜的波像差均较小，各波长间的色差均较小。

表3图2a-图2f的最大子午像差和最大弧矢像差值

图3a是本实用新型实施例提供的采用多波长组合LED光源的投影物镜的远心曲线图，横坐标为像方视场高度，纵坐标为各视场下像方远心大小；

图3b是本实用新型实施例提供的采用多波长组合LED光源的投影物镜的远心曲线图，横坐标为物方视场高度，纵坐标为各视场下物方远心大小；

从图3a和图3b中可以看出整个视场内像方远心最大值不超过7.89mrad，物方最大远心值不超过0.00000125mrad，物镜的远心已被很好校正。

图4是本实用新型实施例提供的采用多波长组合LED光源的投影物镜的场曲-畸变曲线图，从图中可以看出投影物镜的场曲最大偏移量不超过0.079mm，畸变最大不超过0.058％，投影物镜的场曲和畸变已被很好校正。

从上述数据可知，本实用新型实施例的投影物镜不仅适用于波长为405nm的LED光，而且还适用于波长为365nm和385nm的LED光；而且针对不同波长，还能够很好地校正的色差和像差，适用于多波长组合的LED光源。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的母体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于数字无掩模光刻机的投影物镜，其特征在于，包括沿光路依次设置的第一棱镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；所述第三透镜组包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第一子透镜组和第二子透镜组；所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组均具有正的光焦度；所述投影物镜满足以下关系式：

0.2<F1/F2<0.5；

0.7<F3/F2<0.9；

0.2<F1/F3<0.6；

0.5<f1/f2<0.8；

其中，所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组的焦距分别为F1、F2和F3，第一子透镜组和所述第二子透镜组的焦距分别为f1和f2。

2.根据权利要求1所述的用于数字无掩模光刻机的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜的最大物方数值孔径为0.21。

3.根据权利要求2所述的用于数字无掩模光刻机的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜的放大倍率为3倍。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于数字无掩模光刻机的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜的曝光视场直径为25mm。

5.根据权利要求4所述的用于数字无掩模光刻机的投影物镜，其特征在于，所述第三透镜组还包括孔径光阑；所述孔径光阑设于所述第一子透镜组与所述第二子透镜组之间。

6.根据权利要求5所述的用于数字无掩模光刻机的投影物镜，其特征在于，所述第一棱镜组包括一个棱镜，LED光源光束经过所述棱镜的转折后被射向所述第二透镜组。

7.根据权利要求6所述的用于数字无掩模光刻机的投影物镜，其特征在于，所述第二透镜组包括沿着光路依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；所述第四透镜组包括一个第十一透镜；所述第一子透镜组包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；所述第二子透镜组包括沿着光路出射方向依次间隔设置的第八透镜、第九透镜和第十透镜；

其中，所述第一透镜、第七透镜和第八透镜为双凹透镜；

所述第二透镜、第十透镜和第十一透镜为双弯月透镜；

所述第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第九透镜均为双凸透镜。

8.一种光刻曝光系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的投影物镜，以及光源模块；所述投影物镜设于所述光源模块的光路上。

9.根据权利要求8所述的光刻曝光系统，其特征在于，所述光源模块为多波长组合LED光源，光源波长包括365nm，385nm和/或405nm。

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