一种紫外光刻投影物镜
文献发布时间：2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于无掩模光刻技术领域，具体涉及一种用于高密度PCB、LCD和MEMS设计及制造的紫外光刻投影物镜。
背景技术
无掩模光刻中的空间调制光SLM光刻的基本原理与传统的投影光刻类似，其曝光成像的基本原理与传统投影式光刻类似，不同之处在于SLM光刻用数字化的空间光调制器代替了传统的掩模版，由空间光调制器对入射光调制产生所需的图形来投影曝光。无掩模光刻可用于制造PCB、液晶显示板(LCD)或微机电(MEMS)等一系列结构，过去几十年曝光设备技术水平不断发展，满足了更小线条尺寸，更大曝光面积，更高的可靠性及产率，以及更低的成本需求；且紫外光刻投影物镜性能的设计优劣，直接影响了曝光图案的质量。
现有的用于高密度PCB、LCD和MEMS设计及制造的紫外光刻投影物镜系统结构复杂，镜片数量多，且含有非球面。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供本发明提出一种结构简单、性能良好的可用于紫外SLM光刻的紫外光刻投影物镜，该物镜可以工作在365nm～405nm的混合或单色光源中，其具有结构简单、透镜加工成本低、像差良好、不含有非球面等优势。
为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
一种紫外光刻投影物镜，应用于混合或单色紫外光刻光源的投影，包括自物面至像面光轴一致的第一透镜组G1、孔径光阑、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4；
第一透镜组G1具有正的光焦度；所述第二透镜组G2具有正的光焦度；所述第三透镜组G3具有负的光焦度；第四透镜组G4具有正的光焦度；
其中，所述紫外光刻投影物镜为物、像方双远心结构且不包括非球面。
进一步的，所述第一透镜组G1包括：平凹正透镜L1、双凸正透镜L2、弯月负透镜L3和双凸正透镜L4；
所述第二透镜组G2包括：双凸正透镜L5、双凹负透镜L6和双凸正透镜L7；
所述第三透镜组G3包括双凸正透镜L8、双凹负透镜L9、弯月负透镜L10和弯月负透镜L11；
所述第四透镜组G4包括双凸正透镜L12。
进一步的，所述紫外光刻投影物镜中正光焦度的透镜采用低色散材料，负光焦度的透镜采用高色散材料。
进一步的，所述第一透镜组G1中，至少含有1个火石玻璃材料和1个冕牌玻璃材料；其中，冕牌玻璃材料包在双凸正透镜L2和/或双凸正透镜L4上；
所述第二透镜组G2中，三个透镜至少含有2个冕牌玻璃材料；其中，冕牌玻璃材料所在的透镜为双凸正透镜L5和/或双凸正透镜L7；
所述第三透镜组G3中，至少含有1个火石玻璃材料和1个冕牌玻璃材料；其中，火石玻璃材料所在的透镜为双凹负透镜L9、弯月负透镜L10和/或弯月负透镜L11，冕牌玻璃材料所在的镜片为双凸正透镜L8。
进一步的，所述第一透镜组G1、孔径光阑、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4满足以下关系：
0.72<|f1/f2|<1.12
0.83<|f2/f3|<1.23
0.26<|f3/f4|<0.66
0.23<|f1/f4|<0.63
0.03<|f1/fL|<0.09
1.67 1.93 1.93 其中：f1：第一透镜组G1的焦距；f2：第二透镜组G2的焦距；f3：第三透镜组G3的焦距；f4：第四透镜组G4的焦距；fL：所述紫外光刻投影物镜的整体系统焦距；VL2:双凸正透镜L2材料的阿贝数；VL4:双凸正透镜L4材料的阿贝数；VL5:双凸正透镜L5材料的阿贝数；VL6:双凹负透镜L6材料的阿贝数；VL8:双凸正透镜L8的阿贝数；VL9:双凹负透镜L9材料的阿贝数。 进一步的，所述第一透镜组G1包括双凸正透镜L1、双凸正透镜L2、弯月负透镜L3、弯月正透镜L4、弯月负透镜L5和双凹负透镜L6； 所述第二透镜组G2包括双凸正透镜L7、双凹负透镜L8、双凸正透镜L9和双凸正透镜L10； 所述第三透镜组G3包括双凹负透镜L11； 所述第四透镜组G4包括弯月正透镜L12、弯月负透镜L13和双凸正透镜L14。 进一步的，所述紫外光刻投影物镜中正光焦度的透镜采用低色散材料，负光焦度的透镜采用高色散材料。 进一步的，所述第一透镜组G1中至少含有2个火石玻璃材料和2个冕牌玻璃材料，冕牌玻璃材料在双凸正透镜L1和双凸正透镜L2上； 所述第二透镜组G2中至少含有1个火石玻璃材料和2个冕牌玻璃材料；冕牌玻璃材料所在的镜片为双凸正透镜L7、双凸正透镜L9和/或双凸正透镜L10；火石玻璃材料所在的镜片为双凹负透镜L8； 所述第四透镜组G4中至少含有1个火石玻璃材料。 进一步的，所述第一透镜组G1、孔径光阑、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4满足以下关系： 2.41<|f1/f2|<2.81 0.86<|f2/f3|<1.26 0.05<|f3/f4|<0.45 0.03<|f5/fL|<0.08 1.67 0.35 0.25 其中： f1：第一透镜组G1的焦距；f2：第二透镜组G2的焦距；f3：第三透镜组G3的焦距；f4：第四透镜组G4的焦距；fL：所述紫外光刻投影物镜的整体系统焦距；VL2:双凸正透镜L2材料的阿贝数；VL4:弯月正透镜L4材料的阿贝数；VL6:双凹负透镜L6材料的阿贝数；VL7:双凸正透镜L7材料的阿贝数；VL13:弯月负透镜L13材料的阿贝数；VL14:双凸正透镜L14材料的阿贝数。 采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果： 本发明的紫外光刻投影物镜可以工作在365nm～405nm的混合或单色光源中，其具有结构简单，性能良好等优势。本发明提供的紫外光刻投影物镜总长不超过700mm，放大倍率为-3.0，物方的数值孔径为0.14，像方视场直径大于75.0mm，本发明所述的紫外光刻投影物镜的物方工作距大于65mm，像方工作距大于205mm，为了减小物面、像面由于位置变化引起的倍率误差和对准误差，采用物、像方双远心结构，可实现较好的套刻精度。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。 图1为本发明具体实施方式中一种紫外光刻投影物镜的实施例1系统结构图； 图2为本发明具体实施方式中一种紫外光刻投影物镜的实施例1系统场曲、像散和畸变如图； 图3为本发明具体实施方式中一种紫外光刻投影物镜的实施例1MTF曲线图3； 图4为本发明具体实施方式中一种紫外光刻投影物镜的实施例1物、像方远心角图； 图5为本发明具体实施方式中一种紫外光刻投影物镜的实施例2系统结构图； 图6为本发明具体实施方式中一种紫外光刻投影物镜的实施例2系统场曲、像散和畸变如图； 图7为本发明具体实施方式中一种紫外光刻投影物镜的实施例2MTF曲线图3； 图8为本发明具体实施方式中一种紫外光刻投影物镜的实施例2物、像方远心角图。 具体实施方式 下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。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。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。 要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。 还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。 另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。 实施例1 本实施例提供一种紫外光刻投影物镜，应用于混合或单色紫外光刻光源的投影，包括自物面至像面光轴一致的第一透镜组G1、孔径光阑、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4； 第一透镜组G1具有正的光焦度；所述第二透镜组G2具有正的光焦度；所述第三透镜组G3具有负的光焦度；第四透镜组G4具有正的光焦度； 其中，所述紫外光刻投影物镜为物、像方双远心结构且不包括非球面。 如图1所示，所述第一透镜组G1包括：平凹正透镜L1、双凸正透镜L2、弯月负透镜L3和双凸正透镜L4； 所述第二透镜组G2包括：双凸正透镜L5、双凹负透镜L6和双凸正透镜L7； 所述第三透镜组G3包括双凸正透镜L8、双凹负透镜L9、弯月负透镜L10和弯月负透镜L11； 所述第四透镜组G4包括双凸正透镜L12。 如图1所示，所述紫外光刻投影物镜中正光焦度的透镜采用低色散材料，负光焦度的透镜采用高色散材料。 如图1所示，所述第一透镜组G1中，至少含有1个火石玻璃材料和1个冕牌玻璃材料；其中，冕牌玻璃材料包在双凸正透镜L2和/或双凸正透镜L4上； 所述第二透镜组G2中，三个透镜至少含有2个冕牌玻璃材料；其中，冕牌玻璃材料所在的透镜为双凸正透镜L5和/或双凸正透镜L7； 所述第三透镜组G3中，至少含有1个火石玻璃材料和1个冕牌玻璃材料；其中，火石玻璃材料所在的透镜为双凹负透镜L9、弯月负透镜L10和/或弯月负透镜L11，冕牌玻璃材料所在的镜片为双凸正透镜L8。 如图1所示，所述第一透镜组G1、孔径光阑、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4满足以下关系： 0.72<|f1/f2|<1.12 0.83<|f2/f3|<1.23 0.26<|f3/f4|<0.66 0.23<|f1/f4|<0.63 0.03<|f1/fL|<0.09 1.67 1.93 1.93 其中：f1：第一透镜组G1的焦距；f2：第二透镜组G2的焦距；f3：第三透镜组G3的焦距；f4：第四透镜组G4的焦距；fL：所述紫外光刻投影物镜的整体系统焦距；VL2:双凸正透镜L2材料的阿贝数；VL4:双凸正透镜L4材料的阿贝数；VL5:双凸正透镜L5材料的阿贝数；VL6:双凹负透镜L6材料的阿贝数；VL8:双凸正透镜L8的阿贝数；VL9:双凹负透镜L9材料的阿贝数。 本实施例的的光刻紫外光刻投影物镜包含12个光学元件，物平面(Object)、孔径光阑(aperture stop)和像平面(Image)各一个；所设计的紫外光刻投影物镜从光束入射方向依次放置有物平面(Object)、第一透镜组G1、孔径光阑(aperture stop)、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4和像平面(Image)等七部分。 透镜组之间的关系式进一步确立了物镜像质优化的基础，校正了系统的像差，限定了系统的像差与光学结构的关系，正光焦度的透镜使用了低色散的材料，负光焦度的透镜使用了高色散材料，高、低色散的材料组合校正了轴向色差。 本实施例的光刻紫外光刻投影物镜中，孔径光阑(aperture stop)在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间，可以通过调节孔径光阑(aperture stop)的直径来调节光刻紫外光刻投影物镜有效通光口径，即可以通过调节孔径光阑(aperture stop)来调节光刻紫外光刻投影物镜的数值孔径，以适应不同的应用场景。本实施例的紫外光刻投影物镜的最大像方数值孔径可以达到0.14。由于具备孔径光阑(aperture stop)，因此，可以通过调节孔径光阑(aperture stop)的直径，使光刻紫外光刻投影物镜的数值孔径实现0-0.14范围连续可调。 光学材料按照折射率和阿贝数的大小一般可分为两类：火石玻璃材料和冕牌玻璃材料。 A类火石玻璃材料：高折射率材料低阿贝数，即折射率nd大于1.60且阿贝数vd小于50；B类冕牌玻璃材料：低折射率材料高阿贝数，即折射率nd小于1.60且阿贝数大于55。 本实施例的紫外光刻投影物镜中，第一透镜组G1中，四个透镜至少包含2个负光焦度透镜、2个正光焦度透镜。第一透镜组G1中，至少含有1个A类材料和1个B类材料。第一透镜组G1中，B类材料包在双凸正光焦度透镜上。 第二透镜组G2中，三个透镜至少含有2个B类材料，且B类材料所在的透镜为正光焦度的透镜。 第三透镜组G3中，四个透镜至少包含至少含有1个A类材料和1个B类材料。第三透镜组G3中，A类材料所在的镜片光焦度为负，B类材料所在的镜片光焦度为正。 第四透镜组G4中，仅有一个透镜，该透镜的光焦度为正。 本实施例的紫外光刻投影物镜具有物、像方双远心结构，物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一平行平板的前表面上；在物方，物面上的各视场的主光线平行于光轴入射到第一光学元件上，主光线与光轴的夹角<5mrad；在像方，各视场点的主光线准平行于光轴出射，成像在像面上，其与光轴的夹角<4mrad，像方各视场的主光线近似平行于光轴出射，汇聚在像面上，可提高套刻精度。 本实施例的物方工作距>65mm，像方工作距>205mm； 本实施例的紫外光刻投影物镜主要适用于紫外光谱范围，特别是365～405nm波段混合或单色光源下的光刻紫外光刻投影物镜，可广泛用于紫外光刻投影领域中。 本实施例紫外光刻投影物镜的系统场曲、像散和畸变如图2所示，其场曲、像散和畸变已被校正。 本实施例紫外光刻投影物镜的MTF曲线图3所示，MTF曲线接近衍射极限。 本实施例紫外光刻投影物镜的物、像方远心角如图4所示，其中物方远心小于5mrad，像方远心小于4mrad。 本实施例紫外光刻投影物镜的具体光学参数如下表所示 表1实施例1紫外光刻投影物镜的具体光学参数 /> 表中，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11以及L12分别代表： 平凹正透镜L1、双凸正透镜L2、弯月负透镜L3、双凸正透镜L4、双凸正透镜L5、双凹负透镜L6、双凸正透镜L7、双凸正透镜L8、双凹负透镜L9、弯月负透镜L10、弯月负透镜L11和双凸正透镜L12。 实施例2 本与实施例1的具体结构是不相关的，介于光学元件的惯常表达方式，采用了相同的附图标记。其均能实现本申请“结构简单、性能良好的可用于紫外SLM光刻的紫外光刻投影物镜，该物镜可以工作在365nm～405nm的混合或单色光源中，其具有结构简单、透镜加工成本低、像差良好、不含有非球面等优势”的技术效果。 如图5所示，本实施例的第一透镜组G1包括双凸正透镜L1、双凸正透镜L2、弯月负透镜L3、弯月正透镜L4、弯月负透镜L5和双凹负透镜L6； 所述第二透镜组G2包括双凸正透镜L7、双凹负透镜L8、双凸正透镜L9和双凸正透镜L10； 所述第三透镜组G3包括双凹负透镜L11； 所述第四透镜组G4包括弯月正透镜L12、弯月负透镜L13和双凸正透镜L14。 在本实施例中，所述紫外光刻投影物镜中正光焦度的透镜采用低色散材料，负光焦度的透镜采用高色散材料。 在本实施例中，所述第一透镜组G1中至少含有2个火石玻璃材料和2个冕牌玻璃材料，冕牌玻璃材料在双凸正透镜L1和双凸正透镜L2上； 所述第二透镜组G2中至少含有1个火石玻璃材料和2个冕牌玻璃材料；冕牌玻璃材料所在的镜片为双凸正透镜L7、双凸正透镜L9和/或双凸正透镜L10；火石玻璃材料所在的镜片为双凹负透镜L8； 所述第四透镜组G4中至少含有1个火石玻璃材料。 在本实施例中，所述第一透镜组G1、孔径光阑、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4满足以下关系： 2.41<|f1/f2|<2.81 0.86<|f2/f3|<1.26 0.05<|f3/f4|<0.45 0.03<|f5/fL|<0.08 1.67 0.35 0.25 其中： f1：第一透镜组G1的焦距；f2：第二透镜组G2的焦距；f3：第三透镜组G3的焦距；f4：第四透镜组G4的焦距；fL：所述紫外光刻投影物镜的整体系统焦距；VL2:双凸正透镜L2材料的阿贝数；VL4:弯月正透镜L4材料的阿贝数；VL6:双凹负透镜L6材料的阿贝数；VL7:双凸正透镜L7材料的阿贝数；VL13:弯月负透镜L13材料的阿贝数；VL14:双凸正透镜L14材料的阿贝数。 本实施例的紫外光刻投影物镜包含14个光学元件，物平面(Object)、孔径光阑(aperture stop)和像平面(Image)各一个；所设计的紫外光刻投影物镜从光束入射方向依次放置有物平面(Object)、第一透镜组G1、孔径光阑(aperture stop)、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4和像平面(Image)等八部分。 各透镜组之间的关系式进一步确立了物镜像质优化的基础，其关系式校正了系统的像差，限定了系统的像差与光学结构的关系，正光焦度的透镜使用了低色散的材料，负光焦度的透镜使用了高色散材料，高、低色散的材料组合校正了轴向色差。 本实施例的孔径光阑(aperture stop)在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间，可以通过调节孔径光阑(aperture stop)的直径来调节光刻紫外光刻投影物镜有效通光口径，即可以通过调节孔径光阑(aperture stop)来调节光刻紫外光刻投影物镜的数值孔径，以适应不同的光刻紫外光刻投影物镜应用场景。实施例提供的光刻紫外光刻投影物镜的最大像方数值孔径可以达到0.14。由于该紫外光刻投影物镜还包括孔径光阑(aperturestop)，因此，可以通过调节孔径光阑(aperture stop)的直径，使光刻紫外光刻投影物镜的数值孔径实现0-0.14范围连续可调。 本实施例中，第一透镜组G1中，六个透镜至少包含2个负光焦度透镜、2个正光焦度透镜。第一透镜组G1中，至少含有2个A类材料和2个B类材料。第一透镜组G1中，B类材料包在双凸正光焦度透镜上。 第二透镜组G2中，四个透镜至少包含至少含有1个A类材料和2个B类材料。第二透镜组G2中，A类材料所在的镜片光焦度为负，B类材料所在的镜片光焦度为正。 第三透镜组G3中，仅有一个透镜，该透镜的光焦度为负。 第四透镜组G4中，三个透镜至少包含至少含有1个A类材料。 本实施例的紫外光刻投影物镜具有物、像方双远心结构，物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一平行平板的前表面上；在物方，物面上的各视场的主光线平行于光轴入射到第一光学元件上，主光线与光轴的夹角<3.0mrad；在像方，各视场点的主光线准平行于光轴出射，成像在像面上，其与光轴的夹角<3.5mrad，像方各视场的主光线近似平行于光轴出射，汇聚在像面上，可提高套刻精度。 本实施例的紫外光刻投影物镜的物方工作距>94mm，像方工作距>209mm； 本实施例的紫外光刻投影物镜场曲、像散和畸变如图6所示，其场曲、像散和畸变已被校正。 本实施例的紫外光刻投影物镜MTF曲线图7所示，MTF曲线接近衍射极限。 本实施例的紫外光刻投影物镜物、像方远心角如图8所示，其中物方远心小于3mrad，像方远心小于3.5mrad。 本实施例紫外光刻投影物镜的具体光学参数如下表所示 表2实施例2紫外光刻投影物镜的具体光学参数 /> 表中，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12、L13以及L14分别代表：双凸正透镜L1、双凸正透镜L2、弯月负透镜L3、弯月正透镜L4、弯月负透镜L5、双凹负透镜L6、双凸正透镜L7、双凹负透镜L8、双凸正透镜L9、双凸正透镜L10、双凹负透镜L11、弯月正透镜L12、弯月负透镜L13和双凸正透镜L14。 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。