共轭距可变的光刻投影物镜、光刻方法
【专利摘要】一种共轭距可变的光刻投影物镜、光刻方法，该共轭距可变的光刻投影物镜的构成沿物平面至像平面的光轴方向顺次包括由第一透镜、第二透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜构成的第一组合透镜组、孔径光阑、由第六透镜、第七透镜和第八透镜构成的第二组合透镜组，第一组合透镜组的后焦点、孔径光阑的中心和第二组合透镜组的前焦点三者重合构成双远心光路。本发明可以有效地实现待曝光HDI基板厚度变化达到0.025mm～3mm，可以有效的在共轭距变化范围内很好地校正波像差、畸变等，实现良好的成像质量。
【专利说明】共轭距可变的光刻投影物镜、光刻方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光刻投影，特别是一种共轭距可变的光刻投影物镜、光刻方法。
【背景技术】
[0002]电子产品的功能日趋复杂化，集成电路元件接点距离随之减小，而信号传送速度则相对提高，随之而来的是接线数量的提高、接点间配线的长度缩短，对于印刷电路板(PCB)这些需求就需要采用高密度线路配置及微孔技术来解决。因而电路板就由单层双面板走向多层化，又由于信号线不断增加，必须设计更多的电源层与接地层，这样就更加普遍地采用多层电路板。为了配合电子元件封装的小型化及阵列化，印刷电路板就需要不断地提高密度。各种先进封装形式，例如BGA (Ball Grid Array)、CSP (Chip ScalePackage)、DCA (Direct Chip Attachment)等的出现,促使印刷电路板推向前所未有的高密度阶段。一般将这种电路板称为高密度互连板，或直接称为HDI板(HDI，High DensityInterconnection)。HDI板目前广泛应用于手机、数码相机、数码摄像机、MP3、MP4、笔记本电脑、汽车电子和其它数码产品中，其中以手机的应用最为广泛。HDI板(用于第三代移动通信的3G板、集成电路IC载板)代表着PCB的技术发展方向。在本发明中，HDI板习惯地称为HDI基板。
[0003]目前，用于加工HDI板的光刻设备领域，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月的日本展会上,Orbotech公司宣称安装了约250台设备，在2008年I月宣称安装了约350台设备。Orbotech公司的LDI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光刻设备主要是由日本公司提供，如Pentax公司、FUJIFILM公司、Dainippon Screen公司、HITACHI公司等,这些LDI光刻设备最小线宽也达到了 10 μ m量级。因此，这些LDI光刻设备对能提供最小线宽为IOym光刻投影物镜的需要急剧增加。
[0004]为了提高产率(Throughput)，目前的半导体光刻设备一般采用两个工件台的方法，目前的半导体光刻设备一般仅采用一个投影物镜，而其加工对象(例如8英寸硅片、或12英寸硅片)的名义厚度是不变的，这样投影物镜共轭距的设计是固定不变的，而在各种不同工艺条件、各种不同照明设置、各种不同曝光图形等条件下，投影物镜的最佳焦面是不同的，一般变化范围是比较小的，一种解决方法是测量得到投影物镜最佳焦面的位置，通过驱动工件台来补偿最佳焦面的变化；另一种解决方法是在投影物镜内部设计有可动组元，通过驱动可动组元来补偿最佳焦面的变化，这相当于变倍光学系统，或者称为变焦光学系统，一般可动组元的变化范围是比较小的，为微米量级，可补偿的焦面变化也是比较小的，为微米量级。
[0005]同样为了提高产率(Throughput),新近开发的LDI光刻设备一般米用多个光刻投影物镜的方法，例如6个、8个等，而仅采用一个工件台。这些多个投影物镜可以设计成共轭距相同，并且安装调节、测量校准为共轭距一致的系统，其焦面变化可以通过工件台的移动来补偿，也可以通过投影物镜自身的调节来补偿，这些可补偿的焦面变化也是比较小的。LDI光刻设备的加工对象，例如HDI板，目前已经从十几层发展到几十层，例如50层、70层等，其厚度的变化范围很大，例如板厚从0.025mm变化到3mm。在一台LDI光刻设备上完成多种厚度HDI板的曝光，沿用前面提到的补偿技术有相当的挑战性，例如，当板厚变化达到3_时，难以保证这多个投影物镜焦面变化一致，并由工件台的移动同时补偿，另外采用驱动物镜内部可动组元的补偿办法也将使机械结构设计十分复杂并难以实现。
[0006]这样，用一台LDI光刻设备完成多种不同厚度HDI板的曝光，满足HDI基板厚度变化的需求，应该设计成工件台不需要补偿机构。另外，作为曝光图形产生装置的掩模版，例如DMD (数字微镜阵列)，也应该设计成固定不动的。这样，当曝光不同厚度的HDI基板时，基板厚度的变化意味着投影物镜共轭距的变化，这与一般的变焦物镜是不同的，当变焦物镜变焦时一般共轭距是保持不变的。
[0007]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。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种共轭距可变的光刻投影物镜，所述的共轭距可变的光刻投影物镜用于印刷电路板(PCB)激光直接成像(LDI)光刻设备，提供一种采用所述共轭距可变的光刻投影物镜的光刻方法。它不仅能用一台LDI光刻设备完成多种不同厚度HDI板的曝光，满足基板厚度变化的需求，而且物镜共轭距变化时严格满足成像质量的要求。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
[0010]一种共轭距可变的光刻投影物镜，沿物平面至像平面的光轴方向顺次包括由第一透镜、第二透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜构成的第一组合透镜组、孔径光阑、由第六透镜、第七透镜和第八透镜构成的第二组合透镜组，其特征在于，所述的第一透镜、第二透镜、第七透镜、第八透镜具有正光焦度，第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜具有负光焦度，所述的第一透镜、第七透镜、第八透镜为双凸透镜，第三透镜为双凹透镜，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为凹面朝向像平面的弯月透镜，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜选用冕牌玻璃，第四透镜、第五透镜、第六透镜选用火石玻璃，第七透镜、第八透镜选用冕牌玻璃，所述的第一组合透镜组的后焦点、孔径光阑的中心和第二组合透镜组的前焦点三者重合构成双远心光路。
[0011]所述的每一透镜的光学表面均为球面。
[0012]所述的共轭距可变的光刻投影物镜的物方和像方的远心度都小于0.5mrad。
[0013]所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜采用ZK9光学玻璃，第四透镜、第五透镜、第六透镜采用ZFlO光学玻璃，第七透镜、第八透镜采用ZKll光学玻璃。
[0014]将所述的共轭距可变的光刻投影物镜整体沿着光轴方向远离物平面移动，或者靠近物平面移动，实现共轭距的变化，实现共轭距的变化达到3mm。
[0015]一种用于印刷电路板光刻领域的LDI光刻设备，其特点在于，所述的LDI光刻设备采用一个共轭距可变的光刻投影物镜，所述的待曝光的HDI基板厚度变化范围为
0.025mm ?3mm 之间。[0016]一种用于印刷电路板光刻领域LDI光刻设备的光刻方法，其特点在于，该方法包括步骤如下:
[0017]①按下列公式计算所述的待曝光HDI基板厚度和所述的共轭距可变的光刻投影物镜的物距变化:
[0018]物距变化=-1.273 X基板厚度+1.91 ；
[0019]②调整:
[0020]如果步骤①得到物距变化是正数，则将所述的共轭距可变的光刻投影物镜整体沿着光轴方向远离物平面移动所述的物距变化；
[0021]如果步骤①得到物距变化是负数，则将所述的共轭距可变的光刻投影物镜整体沿着光轴方向靠近物平面移动所述的物距变化；
[0022]③对HDI基板曝光。
[0023]本发明具有以下的优点和积极效果:
[0024]1、本发明的共轭距可变的光刻投影物镜采用双远心光路结构，并且远心度小于
0.5mrad,可以有效地实现共轭距变化达到3mm ；
[0025]2、本发明的共轭距可变的光刻投影物镜采用正负光焦度平衡匹配，可以有效的在共轭距变化范围内很好的校正波像差、畸变等，实现良好的成像质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的共轭距可变的光刻投影物镜的结构及光路图；
[0027]图2为本发明的共轭距可变的光刻投影物镜实施例一调制传递函数MTF图；
[0028]图3为本发明的共轭距可变的光刻投影物镜实施例二调制传递函数MTF图；
[0029]图4为本发明的共轭距可变的光刻投影物镜实施例三调制传递函数MTF图；
[0030]图5为本发明的共轭距可变的光刻投影物镜实施例四调制传递函数MTF图；
[0031]图6为本发明的共轭距可变的光刻投影物镜实施例五调制传递函数MTF图；
[0032]图7为采用本发明共轭距可变的光刻投影物镜的HDI基板厚度和物距变化关系拟合图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合实施例和附图对本发明的共轭距可变的光刻投影物镜做进一步的详细描述。
[0034]本发明共轭距可变的光刻投影物镜所应用的LDI光刻设备，采用高功率半导体激光器，中心波长为405nm,带宽为10nm。该光刻设备的最小线宽为10 μ m,如果工艺因子kl选择>1.0(工艺比较容易实现)，这样根据下面的公知公式选定像方数值孔径NA为0.0432。
A
[0035]NA=L
CD
[0036]该LDI光刻设备要求物方视场直径为26.53mm,像方视场直径为12.28mm,放大倍率为1/2.16，共轭距为425mm，物方工作距>150mm，像方工作距>50mm。
[0037]该LDI光刻设备要求曝光的HDI基板厚度从0.025mm变化到3mm，确定光刻投影物镜共轭距变化范围为3mm,并约定1.5mm厚度基板对应于425mm共轭距，当基板厚度为3mm时，相当于共轭距减少了 1.5mm，对应于423.5mm共轭距，同理，当基板厚度为O时，相当于共轭距增加了 1.5mm,对应于426.5mm共轭距。
[0038]根据下面公知公式可以计算该光刻投影物镜的成像焦深为217 μ m，HDI基板厚度变化范围远大于该焦深。
[0039]
【权利要求】
1.一种共轭距可变的光刻投影物镜，沿物平面至像平面的光轴方向顺次包括由第一透镜、第二透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜构成的第一组合透镜组、孔径光阑、由第六透镜、第七透镜和第八透镜构成的第二组合透镜组，其特征在于，所述的第一透镜、第二透镜、第七透镜、第八透镜具有正光焦度，第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜具有负光焦度，所述的第一透镜、第七透镜、第八透镜为双凸透镜，第三透镜为双凹透镜，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为凹面朝向像平面的弯月透镜，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜选用冕牌玻璃，第四透镜、第五透镜、第六透镜选用火石玻璃，第七透镜、第八透镜选用冕牌玻璃，所述的第一组合透镜组的后焦点、孔径光阑的中心和第二组合透镜组的前焦点三者重合构成双远心光路。
2.如权利要求1所述的共轭距可变的光刻投影物镜，其特征在于，所述的每一透镜的光学表面均为球面。
3.如权利要求1所述的共轭距可变的光刻投影物镜，其特征在于，所述的共轭距可变的光刻投影物镜的物方和像方的远心度都小于0.5mrad。
4.如权利要求1所述的共轭距可变的光刻投影物镜，其特征在于，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜米用ZK9光学玻璃,第四透镜、第五透镜、第六透镜米用ZFlO光学玻璃,第七透镜、第八透镜采用ZKll光学玻璃。
5.一种共轭距可变的光刻投影物镜的共轭距变化方法，其特征在于，将所述的共轭距可变的光刻投影物镜整体沿着光轴方向远离物平面移动，或者靠近物平面移动，实现共轭距的变化，实现共轭距的变化达到3mm。
6.一种用于印刷电路板光刻领域的LDI光刻设备，其特征在于，所述的LDI光刻设备采用一个共轭距可变的光刻投影物镜，所述的待曝光的HDI基板厚度变化范围为0.025mm?3mm之间。
7.一种用于印刷电路板光刻领域LDI光刻设备的光刻方法，其特征在于，该方法包括步骤如下: ①按下列公式计算所述的待曝光HDI基板厚度和所述的共轭距可变的光刻投影物镜的物距变化: 物距变化=-1.273 X基板厚度+1.91 ； ②调整: 如果步骤①得到物距变化是正数，则将所述的共轭距可变的光刻投影物镜整体沿着光轴方向远离物平面移动所述的物距变化； 如果步骤①得到物距变化是负数，则将所述的共轭距可变的光刻投影物镜整体沿着光轴方向靠近物平面移动所述的物距变化； ③对HDI基板曝光。
【文档编号】G02B7/02GK103472574SQ201310422537
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】蔡燕民, 司徒国海, 步扬, 王向朝, 黄惠杰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所