投影光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光刻技术，具体涉及一种能够将物平面内的图形成像到像平面内的投 影光学系统。
【背景技术】
[0002] 目前，在印刷电路板（PCB)光刻装备制造领域，采用激光直接成像（LDI)光刻技术 的以色列Orbotech公司占有最大的市场份额，在2007年5月日本展会上，宣称安装了约 250台设备，在2008年1月宣称安装了约350台设备。Orbotech公司光刻设备的最小线宽由 50 μ m，提高到25 μ m，甚至到12 μ m。而其他LDI光刻设备主要由日本公司提供，如Pentax 公司、FUJIFILM公司、Dainippon Screen公司，这些光刻设备最小线宽也达到了 15 μπι量 级，HITACHI公司型号为DE-H的光刻机最小线宽为10 μ m等，因此，这些LDI光刻设备对能 提供最小线宽10 μπι投影光学系统的需要急剧增加。
[0003] 然而在现有技术中，如美国专利US 6879383(公告日：2005年4月12日），其采用 折反射结构，与全折射结构相比，最大缺点是横向尺寸大，导致对透镜材料的要求十分高， 尤其是大口径的凹面反射镜加工、检测要求都十分苛刻；而且视场、工作距、装校要求、成本 等方面也不如全折射结构具有更大的优势。再者，该专利给出该光学系统5个实施例中，其 工作距离仅仅达到7. 5mm~Ilmm范围，其光学总长达到1150mm~1200mm以上。在实际投 影光学系统应用中，该工作距离将对工件台等的设计提出十分苛刻的尺寸限制。另外，该专 利也没有提供成像质量数据，没有提到可加工性，还采用1个非球面光学元件来增加工作 距离到11mm、压缩光学总长到1150mm，此非球面光学元件的引入将给光学加工、光学检测 等工作带来很大的困难。
[0004] 中国专利CN98113037.2(公告日：2003年7月23日）给出了一种像方远心双高 斯光学系统，适用于精密光学仪器的成像物镜。该专利给出了物镜设计数据，并给出了成像 质量，但是成像质量不能满足印刷电路板（PCB)光刻设备投影光学系统的技术要求，而且 还有2个胶合面，也不符合光刻的技术要求。另外，中国专利CN102279460B(公告日：2013 年1月23日），采用进口玻璃换且光刻分辨率为15 μπι，但是这样的结构造价昂贵且精度不 尚。
【发明内容】
[0005] 本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种将物平面内的图形成像 到像平面内，并且结构简单、工作距离较大、成像质量高的投影光学系统。
[0006] 本发明提供了一种投影光学系统，用于将物平面内的图形成像到像平面内，其特 征在于，包括：沿着光轴方向从物平面到像平面之间依次设有第一透镜、第二透镜、第三透 镜、孔径光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，其中，由第一透镜、第二透镜和第三透镜 组成的物侧组合镜组的后焦点位于孔径光阑的中心处，由第四透镜、第五透镜、第六透镜组 成的像侧组合镜组的前焦点位于孔径光阑的中心处，第一透镜、第三透镜、第四透镜和第六 透镜都具有正光焦度，第二透镜和第五透镜都具有负光焦度，第一透镜和第六透镜都为双 凸透镜，第二透镜和第三透镜都为凹面朝向像平面的弯月形透镜，第四透镜和第五透镜都 为凸面朝向像平面的弯月透镜。
[0007] 在本发明提供的投影光学系统中，还可以具有这样的特征：其中，第一透镜、第二 透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的光学表面均为球面。
[0008] 在本发明提供的投影光学系统中，还可以具有这样的特征：其中，第一透镜的 前表面的球面半径为65. 005mm、半孔径为18. 9279mm，第一透镜的后表面的球面半径为 1454. 1958mm、半孔径为18. 7209mm，第一透镜的中心厚度为4. 9377mm，第二透镜的前表面 的球面半径为60. 6545mm、半孔径为18. 1802mm，第二透镜的中心厚度为3mm，第二透镜的 后表面的球面半径为30. 6678mm、半孔径为16. 9399mm，第三透镜的中心厚度为12mm，第三 透镜的前表面的球面半径为32. 9091mm、半孔径为17. 2132mm，第三透镜的后表面6的球面 半径为273. 2575mm、半孔径为15. 914mm，孔径光阑的半孔径为2. 2038mm，第四透镜的中心 厚度为12mm，第四透镜的前表面的球面半径为12. 6659mm、半孔径为3. 0437mm，第四透镜的 后表面的球面半径为11. 7364mm、半孔径为4. 8421mm，第五透镜的中心厚度为12mm，第五透 镜的前表面的球面半径为9. 2465mm、半孔径为4. 7323mm，第五透镜的后表面的球面半径为 26. 1718mm、半孔径为7. 4145mm，第六透镜的中心厚度为3. 7144mm，第六透镜的前表面的球 面半径为52. 6348mm、半孔径为7. 7077mm，第六透镜的后表面的球面半径为27. 2949mm、半 孔径为7. 829mm。
[0009] 在本发明提供的投影光学系统中，也具有这样的特征：其中，第一透镜和第四透镜 采用牌号为ZK9的光学玻璃，第二透镜和第五透镜采用牌号为ZFl的光学玻璃，第三透镜和 第六透镜米用牌号为QK3的光学玻璃。
[0010] 发明的作用与效果
[0011] 根据本发明所涉及的投影光学系统，因为第一透镜、第二透镜和第三透镜组成的 物侧组合镜组的后焦点位于孔径光阑的中心处，第四透镜、第五透镜、第六透镜组成的像侧 组合镜组的前焦点位于孔径光阑的中心处，从而构成双远心结构，第一透镜和第六透镜为 双凸透镜，第二透镜和第三透镜为凹面朝向像平面的弯月形透镜，第四透镜和第五透镜为 凸面朝向像平面的弯月透镜，实现全折射结构，实现有效的校正色差、提高成像质量，并且 工作距离较长，因此，本发明的投影光学系统能够高质量的将物平面内的图形成像到像平 面，并且结构简单、工作距较长以及光刻分辨率为5 μπι的优点。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的实施例中投影光学系统的结构示意图；
[0013] 图2是本发明的实施例中投影光学系统的调制传递函数MTF图；
[0014] 图3是本发明的实施例中投影光学系统的RMS波像差分布图；以及
[0015] 图4是本发明的实施例中投影光学系统的球差、象散、场曲、畸变分布图。
[0016] 具体实施案例
[0017] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实 施例结合附图对本发明的投影光学系统作具体阐述。
[0018] 在本实施例中，投影光学系统100用于印刷电路板（PCB)激光直接成像（LDI)光 刻装备，不仅能够有效地校正色差，而且具有较大的工作距离、优良的成像质量，从而达到 实际曝光应用的要求。激光直接成像（LDI)光刻装备采用波长（λ)为405nm激光二极管 作为光源，要求投影光学系统100的光谱带宽为405±5nm。光刻装备所能曝光的最小线宽 (⑶）为5 μ m，工艺因子Ic1选择0. 72,从而像方数值孔径NA为：
【主权项】
1. 一种投影光学系统，将物平面内的图形成像到像平面内，其特征在于，包括： 沿着光轴方向从所述物平面到所述像平面之间依次设有第一透镜、第二透镜、第三透 镜、孔径光阑、第四透镜、第五透镜和第六透镜， 其中，由所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜组成的物侧组合镜组的后焦点 位于所述孔径光阑的中心处， 由所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜组成的像侧组合镜组的前焦点位于所 述孔径光阑的中心处， 所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜都具有正光焦度，所述第 二透镜和所述第五透镜都具有负光焦度， 所述第一透镜和所述第六透镜都为双凸透镜，所述第二透镜和所述第三透镜都为凹面 朝向所述像平面的弯月形透镜，所述第四透镜和所述第五透镜都为凸面朝向所述像平面的 弯月形透镜。
2. 根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于： 其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所 述第六透镜的光学表面均为球面。
3. 根据权利要求2所述的投影光学系统，其特征在于： 其中，所述第一透镜的中心厚度为4. 9377mm，前表面的球面半径为65. 005mm、半孔径 为18. 9279mm且后表面的球面半径为1454. 1958mm、半孔径为18. 7209mm， 所述第二透镜的中心厚度为3mm，前表面的球面半径为60. 6545mm、半孔径为 18. 1802mm，后表面的球面半径为30. 6678mm、半孔径为16. 9399mm， 所述第三透镜的中心厚度为12mm，前表面的球面半径为32. 9091mm、半孔径为 17. 2132mm，且后表面6的球面半径为273. 2575mm、半孔径为15. 914mm， 所述孔径光阑的半孔径为2. 2038mm， 所述第四透镜的中心厚度为12mm，前表面的球面半径为12. 6659mm、半孔径为 3. 0437mm，且后表面的球面半径为11. 7364mm、半孔径为4. 8421mm， 所述第五透镜的中心厚度为12mm，前表面的球面半径为9. 2465mm、半孔径为 4. 7323mm，且后表面的球面半径为26. 1718mm、半孔径为7. 4145mm， 所述第六透镜的中心厚度为3. 7144mm，前表面的球面半径为52. 6348mm、半孔径为 7. 7077mm，且后表面的球面半径为27. 2949mm、半孔径为7. 829mm。
4. 根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于： 其中，所述第一透镜和所述第四透镜采用牌号为ZK9的光学玻璃，所述第二透镜和所 述第五透镜采用牌号为ZFl的光学玻璃，所述第三透镜和所述第六透镜采用牌号为QK3的 光学玻璃。
【专利摘要】本发明提供了一种投影光学系统，用于将物平面内的图形成像到像平面内，其特征在于，包括：沿着光轴方向从物平面到像平面之间依次设有第一透镜、第二透镜、第三透镜、孔径光阑、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中，由第一透镜、第二透镜和第三透镜组成的物侧组合镜组的后焦点位于孔径光阑的中心处，由第四透镜、第五透镜、第六透镜组成的像侧组合镜组的前焦点位于孔径光阑的中心处，第一透镜、第三透镜、第四透镜和第六透镜都具有正光焦度，第二透镜和第五透镜都具有负光焦度，第一透镜和第六透镜都为双凸透镜，第二透镜和第三透镜都为凹面朝向像平面的弯月形透镜，第四透镜和第五透镜都为凸面朝向像平面的弯月透镜。
【IPC分类】G03F7-20
【公开号】CN104777720
【申请号】CN201510202850
【发明人】王昕歌
【申请人】上海市计量测试技术研究院
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月24日