一种用于i线大面积平板投影光刻机的物镜的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其采用了双远心、28片4组对称结构，其中使用了2个低阶非球面。本设计的像方有效视场可以达到132×132mm，像方数值孔径能提高至0.17以弥补国内光学加工所造成的分辨率下降问题，能显著提高国产大面积平板光刻机的成像质量和生产效率。
【专利说明】一种用于i线大面积平板投影光刻机的物镜
【技术领域】
[0001]本发明设计一种i线大面积平板投影光刻机的物镜设计，属于微纳加工设备中的光学系统设计领域。
【背景技术】
[0002]目前，几乎所有的新一代显示设备都采用液晶平板(IXD、LED)作为显像设备，市场前景十分广阔。但国产大面积液晶平板制造设备几乎处于空白状态，所有成熟生产线都十分依赖进口设备。所以基于i线的大面积平板投影光刻机是液晶平板生产线国产化需要攻克的核心设备之一。[0003]国内现有大面积平板光刻机主要存在图像传输能力差和生广效率低两个问题。而造成这两个问题的主要原因就是国内缺乏一款大视场、高数值孔径的光刻投影物镜。
[0004]日本早期专利JP2000199850A公布了一种用于i线大面积平板光刻机的投影物镜设计。该物镜的数值孔径NA约为0.1，有效视场83.2X83.2mm，放大倍率约为M=-L 67X。整套光学系统根据使用场合不同镜片数在36~40枚之间浮动，其中采用了一个低阶非球面来矫正波像差。由于数值孔径较低且非球面数只有一个，这款物镜的分辨率不会太
高。根据公式^ = 可知，即使工艺因子降低到0.5，物镜实际能达到的分辨率也不会低
NA
于2um。但整个物镜拥有超过36枚镜片，这样依然可以将场曲控制在5um以内，畸变控制在-2.5 X 10、到 2.5 X 10、之间。
[0005]由于上述投影物镜包含镜片数过多，导致其光学透过率较低，对于新一代的大面积平板光刻机来说并不是好的选择。日本随后公布的专利JP2007079015A中提出一款超高数值孔径的大面积平板光刻机投影物镜设计。该物镜的数值孔径NA可以高达0.225，有效视场132 X 132_，放大倍率M=-L 25 X。整个物镜的光学系统包含有32枚镜片，采用了 7个低阶非球面。由于较高的数值孔径和多个非球面的使用，这款投影物镜的成像质量非常高，场曲可以控制在3um以下，畸变可以控制在10_4%以下。
[0006]可以看出目前国外成熟的大视场、高数值孔径光刻机投影物镜都采用了 25枚以上的镜片，光学结构十分复杂。与此同时，由于国内的光学加工装配水平与日本、美国、德国等光学发达国家还有一定的差距，工艺因子很难控制到0.5以内。所以国外现有的成熟设计很难直接应用到国产大面积平板光刻机上。
【发明内容】
[0007]为了解决上述难题，本发明设计了一种用于i线大面积平板投影光刻机的物镜设计。该物镜具有大视场、高数值孔径的特点，可以有效地降低光学加工装配的工艺因子，平衡各类像差，达到较高的分辨率和图像传输能力。
[0008]该物镜共轭距L=1500mm，共有28枚镜片。所有镜片分为四组镜头独立设计再整合优化。[0009]第一组包含6枚镜片(G1,镜片编号LI~L6)；
[0010]第二组包含7枚镜片(G2，镜片编号L7~L13)，其中第4枚镜片朝向像方的入射面为一个14阶非球面；
[0011]第三组包含8枚镜片(G3，镜片编号L14~L21);
[0012]第四组包含7枚镜片(G4科教片L22~L28)，其中第I枚镜片朝向物方的入射面为一个14阶非球面。
[0013]以上四组镜头组成一个双远心对称结构，光阑两边各设置一个低阶非球面可以较好矫正本投影物镜的波像差。
[0014]本发明一种用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其光学系统总共包含28枚镜片，与国外成熟设计方案的镜片数相近。但该物镜只使用了两个14阶的低阶非球面，能较好地平衡像差且大大降低了镜片面型的加工难度。
[0015]本发明中，镜头数值孔径NA可以高达0.17，根据公式
【权利要求】
1.一种用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其特征是从入射方向开始依次设置有第一透镜组编号Gl,镜片编号LI~L6,共6枚镜片； 第二透镜组编号G2，镜片编号L7~L13，共7枚镜片、光栏(STOP)，其中第4枚镜片朝向像方的入射面为一个14阶非球面； 第三透镜组编号G3，镜片编号L14~L21，共8枚镜片； 以及第四透镜组编号G4，镜片编号L22~L28，共7枚镜片，其中第I枚镜片朝向物方的入射面为一个14阶非球面；四个透镜组总共28枚镜片关于光栏对称构成一个双远心光路，其中有2个面采用了低阶非球面(14阶)以平衡像差。
2.根据权利要求1所述的用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其特征是:其光学系统共轭距小于1500mm，物方工作距80mm，像方工作距大于100mm，工作波长为365nm。
3.根据权利要求1所述的用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其特征是:其光学系统为放大成像，放大倍率M=-L 25 X。
4.根据权利要求1所述的用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其特征是:其光路结构为双远心光路，物方、像方的远心度均控制在±0.4度。
5.根据权利要求1、2、3、4之一所述的用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其特征是:其像方有效视场为132 X 132mm，像方数值孔径达到0.17 ;根据公式σ = 1^，其中k
JVA为光刻工艺因子，NA为物镜数值孔径，λ为光刻波长，当工艺因子取0.7时，该物镜的分辨率理论上达到1.5um。
6.根据权利要求5所述的用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其特征是:其镜片材料采用成都光明光电公司的、牌号分别为H-K9L、H-QK3L以及F2的玻璃。
7.根据权利要求6所述的用于i线大面积平板投影光刻机的物镜，其特征是:采用国产玻璃优化设计之后，分辨率σ达到1.5um，场曲为σ 3，畸变控制在全视场的0.0003%以下。
【文档编号】G02B13/18GK103837966SQ201410076488
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】刘俊伯, 赵立新, 陈铭勇, 朱咸昌, 胡松, 何渝, 陈昌龙 申请人:中国科学院光电技术研究所