一种宽温度范围工作的投影物镜的制作方法

本技术涉及光刻，具体涉及一种用于激光直接成像设备的投影物镜。

背景技术：

1、目前，在印制线路板曝光工艺当中，激光直接成像设备已完全取代传统曝光机，无需菲林，节省了制造、使用菲林的成本，以及克服了因其涨缩引起的线路偏差。

2、在激光直接成像设备当中，投影镜头是不可或缺的，其将数字微镜阵列形成的数字掩膜投影到印制线路板曝光平面上，实现线路图形的转移。在印制线路板防焊层曝光时，进入投影镜头的405nm激光功率可达50w，且7×24小时连续照射。由于热效应，镜头整体温度会从室温上升至28℃，导致镜片发生热形变、镜片间隔热膨胀增大，造成成像焦面漂移、成像质量严重劣化，设备无法正常工作。

3、目前，常规的解决方案：

4、1、采用水冷方式对镜头进行温度控制，使镜头水冷套温度保证在20℃～21℃范围内。但镜头需要附加水冷套装置，导致镜头直径偏大，重量大，且存在漏水风险。

5、2、采用风冷方式对镜头进行温度控制，使镜头周围环境温度保证在20℃～22℃范围内。但将镜头放置在风冷环控系统当中，容易造成镜头受风面和背风面冷热不均，风扇消耗功率较大，且噪声大。

6、专利文献cn113156776 a公开了一种用于无掩膜曝光的投影模组，通过光学系统的优化设计，可实现370nm-410nm范围内的消色差成像。该投影模组包括前透镜组、光阑以及后透镜组；前透镜组中，第一透镜为凸凹透镜，第二透镜为凸平透镜，第三透镜为凸凹透镜，第四透镜为平凸透镜；后透镜组中，第五透镜为凹平透镜，第六透镜为凹凸透镜，第七透镜为凹凸透镜，第八透镜为凸平透镜。但依据其公开的镜头参数，使用光学设计软件进行20℃~28℃温度范围仿真，随着温度上升，焦面发生快速漂移。

技术实现思路

1、本技术提供一种宽温度范围工作的投影物镜，以解决现有投影物镜因温度变化导致成像质量变差的问题，简便实现在宽温度范围正常工作。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、一种宽温度范围工作的投影物镜，包括：从物面到曝光面方向依次设置的第一镜组、孔径光阑以及第二镜组；所述第一镜组包含沿所述方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第二镜组包含沿所述方向依次排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜；所有的透镜均位于同一光轴，并采用同一种光学材料，其中，第一透镜为双凸正透镜，第二透镜为凸面背向孔径光阑的平凸正透镜，并基于第二透镜靠近孔径光阑一侧的平面刻蚀形成衍射面，第三透镜为凸面面向孔径光阑的弯月负透镜，第四透镜为凸面背向孔径光阑的弯月正透镜，第五透镜为双凹负透镜，第六透镜为凹面面向孔径光阑的弯月负透镜，第七透镜为双凸正透镜，第八透镜为凸面背向孔径光阑的平凸正透镜；

4、所述投影物镜整个镜头的焦距为f，1670mm＜f＜1785mm；

5、所述第一镜组的焦距为f1，82mm＜f1＜91mm；

6、所述第二镜组的焦距为f2，326mm＜f2＜369mm；

7、18.3＜f/ f1＜21.8；

8、4.5＜f/ f2＜5.5；

9、0.24＜f1/ f2＜0.26；

10、所述镜头的共轭距为l，549mm＜l＜581mm；

11、所述物面到第一透镜的距离为lobj，122mm＜lobj＜135mm；

12、所述第八透镜到曝光面距离为lima，51.7mm＜lima＜52.9mm。

13、优选地，所有透镜均为单透镜。

14、优选地，所有透镜均采用i线玻璃，折射率nd为：1.48＜nd＜1.52。

15、优选地，所有透镜表面镀防激光损伤增透膜，单面反射率不大于0.2%。

16、优选地，所述镜头的结构件采用钛合金tc4。

17、可选地，记所有透镜沿所述方向的各个面的曲率半径依次为r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16，每个面到相邻的下一个面的中心距依次为h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8、h9、h10、h11、h12、h13、h14、h15、h16；则满足：

18、552.8＜r1＜552.9；9.5＜h1＜10；

19、-123.2＜r2＜-123.1；42.5＜h2＜43；

20、83.1＜r3＜83.3；4.3＜h3＜4.5；

21、r4=∞；29.5＜h4＜29.9；

22、-93.5＜r5＜-93.4；9.9＜h5＜10.1；

23、-97＜r6＜-96.5；29.5＜h6＜30；

24、38.5＜r7＜39；8.3＜h7＜8.4；

25、92＜r8＜92.1；17＜h8＜18；

26、-72＜r9＜-71.5；6＜h9＜7；

27、33＜r10＜34；73＜h10＜73.5；

28、-41.5＜r11＜-41；9.6＜h11＜9.8；

29、-46.5＜r12＜-46.2；40.3＜h12＜40.5；

30、192.3＜r13＜192.5；6.1＜h13＜6.3；

31、-702＜r14＜-701；98.4＜h14＜98.6；

32、-1280＜r15＜-1260；6.2＜h15＜6.4；

33、-178＜r16＜-177；51.5＜h16＜51.8。

34、可选地，所述衍射面的binary2 方程如下：

35、

36、m表示衍射级次，n表示相位系数最大项数，为的系数，ρ表示相位计算半径；为相位系数；m=1；n=2；-2750＜＜-2700；51＜＜65。

37、本技术还有第二种透镜配置方案：将前述投影物镜中的第七透镜替换为凹面面向孔径光阑的弯月正透镜。基于此，进一步可选地：

38、记所有透镜沿所述方向的各个面的曲率半径依次为r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16，每个面到相邻的下一个面的中心距依次为h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8、h9、h10、h11、h12、h13、h14、h15、h16；则满足：

39、824＜r1＜825；6.5＜h1＜7.5；

40、-130＜r2＜-128；42＜h2＜42.5；

41、78.5＜r3＜79.5；6＜h3＜6.2；

42、r4=∞；27＜h4＜28；

43、-81＜r5＜-80；7＜h5＜7.5；

44、-84＜r6＜-83；26.5＜h6＜27.5；

45、35＜r7＜37；7＜h7＜8；

46、110＜r8＜112；12＜h8＜13；

47、-80.5＜r9＜-80；3＜h9＜4；

48、29.5＜r10＜30.5；33.5＜h10＜34.5；

49、-39＜r11＜-38；9＜h11＜10；

50、-45＜r12＜-44；75＜h12＜76；

51、201＜r13＜202；4＜h13＜5；

52、30000＜r14＜35000；101＜h14＜102；

53、-2300＜r15＜-2200；5.5＜h15＜6.5；

54、-162.5＜r16＜-160.5；52.5＜h16＜53。

55、相应地，所述衍射面的binary2 方程如下：

56、

57、m表示衍射级次，n表示相位系数最大项数，为的系数，ρ表示相位计算半径；为相位系数；m=1；n=2；-3200＜＜-3000；49＜＜51。

58、相比现有技术，本技术至少具有以下有益效果：

59、发明人认识到，利用衍射光学元件（doe）不仅可以通过构成折衍混合光学系统，有效消除色差，还由于透镜的温度特性由材料的膨胀系数和折射率温度系数决定，而衍射光学元件的温度特性只由材料的膨胀系数决定，而与材料的折射率温度系数无关，透镜基体的光热膨胀系数为正或负值，衍射元件的光热膨胀系数始终为正值，因此通过对各个透镜的综合配置调整，共同构成的镜头系统可以补偿温度变化引起的像面位移，从而本技术既能够有效校正色差，还补偿了热焦面漂移，确保了镜头在宽温度范围（20℃～28℃）工作稳定维持较好的成像质量，并且镜片数量较少，简化了光学系统；也由于不再采用水冷或风冷冷却镜头方式，简化了整个激光直接成像设备的系统复杂性，提高了整机的可靠性，降低了成本。