CN115308879A - 一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头 - Google Patents

一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,所述光刻镜头从物方到像方由左到右延轴线依次排列包含第一透镜组,第二透镜组,光阑组,第三透镜组。其中第一透镜组包含保护玻璃与TIR棱镜;第二透镜组包含正光焦度的第一透镜,正光焦度的第二透镜,正光焦度的第三透镜,负光焦度的第四透镜,正光焦度的第五透镜,负光焦度的第六透镜;第三透镜组包含正光焦度的第七透镜,负光焦度的第八透镜,负光焦度的第九透镜,正光焦度的第十透镜,正光焦度的第十一透镜。本发明使用镜片枚数少结构简单,设计没有使用粘合镜片,成本低,组装与装调容易,光刻精度高。

Description

一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头
技术领域
本发明属于光刻镜头的技术领域,具体涉及一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头。
背景技术
光刻是当前半导体、平板显示、MEMS、光电子等行业的关键工艺环节。光刻技术是指在短波长光照作用下,以光刻胶为介质,将微纳图形制备到基片上的技术。光刻技术类型分为直写光刻和投影光刻两个大类。其中直写光刻不需要掩模板可直接实现将计算机CAD设计数据图形制备到基板上,形成高精度微纳结构的图形布局。影响直写光刻精度非常重要的器件之一就是光刻镜头。
专利申请202210363462.4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。
直写光刻技术中,光刻镜头目前大部分采用405波段进行设计,特别是PCB制程防焊工艺,由于防焊工艺中油墨对405nm波段反应较差,不能满足对光泽度的要求。
同时,远心镜头分物方远心,像方远心和双远心,远心镜头最大的特点是倍率恒定,没有视差,图像不会出现远大近小的问题,具有高分辨率、低畸变的特点,如专利申请202123440890.2一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。
然而,在被刻物具有不同厚度的情况下,会产生Z方向的差异,这种差异会随着机台设备安装差异放大,从而降低光刻的精度。
发明内容
为解决上述问题,本发明的首要目的在于提供一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,该光刻镜头解决被刻物不同厚度差异与机台设备安装差异带来Z方向的差异,使放大倍率恒定,从而提高光刻的精度。
本发明的另一目的在于提供一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,该光刻镜头能够满足PCB阻焊工艺上对光泽度的要求,同时具有宽光谱,双远心,畸变小,数值孔径大的特点。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下。
一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,光刻镜头从物方到像方由左到右延轴线依次排列包含第一透镜组,第二透镜组,光阑组,第三透镜组。其中第一透镜组包含保护玻璃与TIR棱镜;第二透镜组包含正光焦度的第一透镜,正光焦度的第二透镜,正光焦度的第三透镜,负光焦度的第四透镜,正光焦度的第五透镜,负光焦度的第六透镜;第三透镜组包含正光焦度的第七透镜,负光焦度的第八透镜,负光焦度的第九透镜,正光焦度的第十透镜,正光焦度的第十一透镜。
本申请设计为三个透镜组,使光线具有三个波段,且三波段分别为365nm、386nm、405nm,有设计比405nm更短的波长365nm,低波段对油墨光泽度有很好的改善效果,因此,能更好的克服光泽度的问题。同时,本申请设计为双远心光路,能够避免镜头因为视差影响当被被测物厚度不一样时会产生Z方向的差异,出现被测物远大近小的问题,可以很好的解决Z方向差异导致的精度问题。
进一步,所述第一透镜为正透镜,第一透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第二透镜为正透镜,第二透镜物面侧为凸面,像面测为凹面;
所述第三透镜为正透镜,第三透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第四透镜为负透镜,第四透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第五透镜为正透镜,第五透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第六透镜为负透镜,第六透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第七透镜为正透镜,第七透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第八透镜为负透镜,第八透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第九透镜为负透镜,第九透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第十透镜为正透镜,第十透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第十一透镜为正透镜,第十透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
其中第二透镜组与第三透镜组中间安装手动调节光阑,所述光阑口径大小为20mm-30mm。
紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,满足如下关系:
50mm<f1<100mm,100mm<f2<200mm,
0.05<f1/f<0.15,0.1<f2/f<0.3,
其中,f1为第二透镜组的焦距值,f2为第三透镜组的焦距值,f为近紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头的焦距值。
所述的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于:所述紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头共轭据(物面到像面的距离)小于550mm。
所述的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于:
所述第一透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第二透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,10<Vd<60;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第三透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<90;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第四透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,10<Vd<60;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第五透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第六透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第七透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第八透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第九透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第十透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第十一透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述光刻镜头波长为λ,其中,350nm≤λ≤420nm;所述光刻镜
头数值孔径为NA,其中,0.15≤NA≤0.25;所述光刻镜头半像高为Y,其中,25mm≤Y≤35mm;所述光刻镜头垂轴放大率为β,其中,2≤β≤3。
所述光刻镜头为双远心结构,其中,所述光刻镜头的物方远心度小于0.1°,所述光刻镜头的像方远心度小于0.5°。
本发明所实现的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,使用镜片枚数少结构简单,设计没有使用粘合镜片,成本低,组装与装调容易,光刻精度高。且具备像方远心与物方远心双远心的特点,物方远心小于0.1度,像方远心小于0.5度,具备宽光谱特点,光谱范围从350nm-420nm,具备极小畸变,畸变小于0.01%,基于以上特点本发明具有非常大的应用前景。
附图说明
图1是本发明所实现光刻镜头的光路结构示意图。
图2是本发明所实现光刻镜头的畸变曲线图。
图3是本发明所实现光刻镜头的像差曲线图。
图4是本发明所实现光刻镜头的相对照度曲线图。
图中:001是光刻镜头,101是物面,102是像面,201是保护玻璃,202是TIR棱镜,203是光阑,301是第一透镜,302是第二透镜,303是第三透镜,304是第四透镜,305是第五透镜,306是第六透镜,307是第七透镜,308是第八透镜,309是第九透镜,310是第十透镜,311是第十一透镜,401是第一透镜组,402是第二透镜组,403是第三透镜组。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
附图1-4所示,为本发明所实现的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头001,光刻镜头从物方101到像方102由左到右延轴线依次排列包含第一透镜组401,第二透镜组402,光阑组203,第三透镜组403。其中第一透镜组401包含保护玻璃201与TIR棱镜202;第二透镜402组包含正光焦度的第一透镜301,正光焦度的第二透镜302,正光焦度的第三透镜303,负光焦度的第四透镜304,正光焦度的第五透镜305,负光焦度的第六透镜306;第三透镜组403包含正光焦度的第七透镜307,负光焦度的第八透镜308,负光焦度的第九透镜309,正光焦度的第十透镜310,正光焦度的第十一透镜311。
本申请设计为三个透镜组,使光线具有三个波段,且三波段分别为365nm、386nm、405nm,有设计比405nm更短的波长365nm,低波段对油墨光泽度有很好的改善效果,因此,能更好的克服光泽度的问题。同时,本申请设计为双远心光路,能够避免镜头因为视差影响当被被测物厚度不一样时会产生Z方向的差异,出现被测物远大近小的问题,可以很好的解决Z方向差异导致的精度问题。
其中:所述第一透镜301为正透镜,第一透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第二透镜302为正透镜,第二透镜物面侧为凸面,像面测为凹面;
所述第三透镜303为正透镜,第三透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第四透镜304为负透镜,第四透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第五透镜305为正透镜,第五透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第六透镜306为负透镜,第六透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第七透镜307为正透镜,第七透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第八透镜308为负透镜,第八透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第九透镜309为负透镜,第九透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第十透镜310为正透镜,第十透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第十一透镜311为正透镜,第十透镜物面侧为凸面,像面测为凸面。
第二透镜组402与第三透镜组403中间安装手动调节光阑203,所述光阑口径大小为20mm-30mm。
对于紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头001,需要满足如下关系:
50mm<f1<100mm,100mm<f2<200mm,
0.05<f1/f<0.15,0.1<f2/f<0.3,
其中,f1为第二透镜组的焦距值,f2为第三透镜组的焦距值,f为近紫外宽光谱双远心直写光刻镜头的焦距值。
所述紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头共轭据(物面到像面的距离)小于550mm。
进一步来说,所述第一透镜301还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第二透镜302还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,10<Vd<60;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第三透镜303还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<90;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第四透镜304还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,10<Vd<60;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第五透镜305还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第六透镜306还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第七透镜307还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第八透镜308还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第九透镜309还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第十透镜310还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第十一透镜311还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数。
所述光刻镜头波长为λ,其中,350nm≤λ≤420nm;所述光刻镜头数值孔径为NA,其中,0.15≤NA≤0.25;所述光刻镜头半像高为Y,其中,25mm≤Y≤35mm;所述光刻镜头垂轴放大率为β,其中,2≤β≤3。
所述光刻镜头为双远心结构,其中,所述光刻镜头的物方远心度小于0.1°,所述光刻镜头的像方远心度小于0.5°。
以下给出本发明紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头的一个具体实施例:
Figure BDA0003802987610000081
Figure BDA0003802987610000091
畸变曲线图如图2所示,畸变在-0.02至0.01之间,畸变非常小;像差曲线如图3所示,相对照度曲线如图4所示,变化都很小。
总之,本发明使用镜片枚数少结构简单,设计没有使用粘合镜片,成本低,组装与装调容易,光刻精度高。且具备像方远心与物方远心双远心的特点,物方远心小于0.1度,像方远心小于0.5度,具备宽光谱特点,光谱范围从350nm-420nm,具备极小畸变,畸变小于0.01%,基于以上特点本发明具有非常大的应用前景。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于所述光刻镜头从物方到像方由左到右延轴线依次排列包含第一透镜组,第二透镜组,光阑组,第三透镜组。其中第一透镜组包含保护玻璃与TIR棱镜;第二透镜组包含正光焦度的第一透镜,正光焦度的第二透镜,正光焦度的第三透镜,负光焦度的第四透镜,正光焦度的第五透镜,负光焦度的第六透镜;第三透镜组包含正光焦度的第七透镜,负光焦度的第八透镜,负光焦度的第九透镜,正光焦度的第十透镜,正光焦度的第十一透镜。
2.如权利要求1所述的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于所述第一透镜为正透镜,第一透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第二透镜为正透镜,第二透镜物面侧为凸面,像面测为凹面;
所述第三透镜为正透镜,第三透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第四透镜为负透镜,第四透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第五透镜为正透镜,第五透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第六透镜为负透镜,第六透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第七透镜为正透镜,第七透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
所述第八透镜为负透镜,第八透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第九透镜为负透镜,第九透镜物面侧为凹面,像面测为凹面;
所述第十透镜为正透镜,第十透镜物面侧为凹面,像面测为凸面;
所述第十一透镜为正透镜,第十透镜物面侧为凸面,像面测为凸面;
其中第二透镜组与第三透镜组中间安装手动调节光阑,所述光阑口径大小为20mm-30mm。
3.如权利要求1所述的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于所述光刻镜头,满足如下关系:
50mm<f1<100mm,100mm<f2<200mm,
0.05<f1/f<0.15,0.1<f2/f<0.3,
其中,f1为第二透镜组的焦距值,f2为第三透镜组的焦距值,f为近紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头的焦距值。
4.如权利要求1所述的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于所述光刻镜头物面到像面的距离小于550mm。
5.如权利要求1所述的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于所述第一透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第二透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,10<Vd<60;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第三透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<90;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第四透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,10<Vd<60;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第五透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第六透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第七透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第八透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第九透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第十透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数;
所述第十一透镜还满足以下条件:1.4<Nd<1.8,50<Vd<80;其中,所述Nd为d光折射率,所述Vd为阿贝常数。
6.如权利要求1所述的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于所述光刻镜头波长为λ,其中,350nm≤λ≤420nm;所述光刻镜头数值孔径为NA,其中,0.15≤NA≤0.25;所述光刻镜头半像高为Y,其中,25mm≤Y≤35mm;所述光刻镜头垂轴放大率为β,其中,2≤β≤3。
7.如权利要求1所述的紫外低畸变无胶合透镜的光刻镜头,其特征在于所述光刻镜头为双远心结构,其中,所述光刻镜头的物方远心度小于0.1°,所述光刻镜头的像方远心度小于0.5°。
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