共軛距可變的光刻投影物鏡、光刻方法
【專利摘要】一種共軛距可變的光刻投影物鏡、光刻方法，該共軛距可變的光刻投影物鏡的構(gòu)成沿物平面至像平面的光軸方向順次包括由第一透鏡、第二透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡構(gòu)成的第一組合透鏡組、孔徑光闌、由第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡構(gòu)成的第二組合透鏡組，第一組合透鏡組的后焦點(diǎn)、孔徑光闌的中心和第二組合透鏡組的前焦點(diǎn)三者重合構(gòu)成雙遠(yuǎn)心光路。本發(fā)明可以有效地實(shí)現(xiàn)待曝光HDI基板厚度變化達(dá)到0.025mm～3mm，可以有效的在共軛距變化范圍內(nèi)很好地校正波像差、畸變等，實(shí)現(xiàn)良好的成像質(zhì)量。
【專利說明】共軛距可變的光刻投影物鏡、光刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光刻投影，特別是一種共軛距可變的光刻投影物鏡、光刻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子產(chǎn)品的功能日趨復(fù)雜化，集成電路元件接點(diǎn)距離隨之減小，而信號(hào)傳送速度則相對(duì)提高，隨之而來的是接線數(shù)量的提高、接點(diǎn)間配線的長度縮短，對(duì)于印刷電路板(PCB)這些需求就需要采用高密度線路配置及微孔技術(shù)來解決。因而電路板就由單層雙面板走向多層化，又由于信號(hào)線不斷增加，必須設(shè)計(jì)更多的電源層與接地層，這樣就更加普遍地采用多層電路板。為了配合電子元件封裝的小型化及陣列化，印刷電路板就需要不斷地提高密度。各種先進(jìn)封裝形式，例如BGA (Ball Grid Array)、CSP (Chip ScalePackage)、DCA (Direct Chip Attachment)等的出現(xiàn),促使印刷電路板推向前所未有的高密度階段。一般將這種電路板稱為高密度互連板，或直接稱為HDI板(HDI，High DensityInterconnection)。HDI板目前廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、MP3、MP4、筆記本電腦、汽車電子和其它數(shù)碼產(chǎn)品中，其中以手機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。HDI板(用于第三代移動(dòng)通信的3G板、集成電路IC載板)代表著PCB的技術(shù)發(fā)展方向。在本發(fā)明中，HDI板習(xí)慣地稱為HDI基板。
[0003]目前，用于加工HDI板的光刻設(shè)備領(lǐng)域，采用激光直接成像(LDI)光刻技術(shù)的以色列Orbotech公司占有最大的市場份額。在2007年5月的日本展會(huì)上,Orbotech公司宣稱安裝了約250臺(tái)設(shè)備，在2008年I月宣稱安裝了約350臺(tái)設(shè)備。Orbotech公司的LDI光刻設(shè)備的最小線寬由50 μ m，提高到25 μ m，甚至到12 μ m。而其他LDI光刻設(shè)備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,這些LDI光刻設(shè)備最小線寬也達(dá)到了 10 μ m量級(jí)。因此，這些LDI光刻設(shè)備對(duì)能提供最小線寬為IOym光刻投影物鏡的需要急劇增加。
[0004]為了提高產(chǎn)率(Throughput)，目前的半導(dǎo)體光刻設(shè)備一般采用兩個(gè)工件臺(tái)的方法，目前的半導(dǎo)體光刻設(shè)備一般僅采用一個(gè)投影物鏡，而其加工對(duì)象(例如8英寸硅片、或12英寸硅片)的名義厚度是不變的，這樣投影物鏡共軛距的設(shè)計(jì)是固定不變的，而在各種不同工藝條件、各種不同照明設(shè)置、各種不同曝光圖形等條件下，投影物鏡的最佳焦面是不同的，一般變化范圍是比較小的，一種解決方法是測(cè)量得到投影物鏡最佳焦面的位置，通過驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)來補(bǔ)償最佳焦面的變化；另一種解決方法是在投影物鏡內(nèi)部設(shè)計(jì)有可動(dòng)組元，通過驅(qū)動(dòng)可動(dòng)組元來補(bǔ)償最佳焦面的變化，這相當(dāng)于變倍光學(xué)系統(tǒng)，或者稱為變焦光學(xué)系統(tǒng)，一般可動(dòng)組元的變化范圍是比較小的，為微米量級(jí)，可補(bǔ)償?shù)慕姑孀兓彩潜容^小的，為微米量級(jí)。
[0005]同樣為了提高產(chǎn)率(Throughput),新近開發(fā)的LDI光刻設(shè)備一般米用多個(gè)光刻投影物鏡的方法，例如6個(gè)、8個(gè)等，而僅采用一個(gè)工件臺(tái)。這些多個(gè)投影物鏡可以設(shè)計(jì)成共軛距相同，并且安裝調(diào)節(jié)、測(cè)量校準(zhǔn)為共軛距一致的系統(tǒng)，其焦面變化可以通過工件臺(tái)的移動(dòng)來補(bǔ)償，也可以通過投影物鏡自身的調(diào)節(jié)來補(bǔ)償，這些可補(bǔ)償?shù)慕姑孀兓彩潜容^小的。LDI光刻設(shè)備的加工對(duì)象，例如HDI板，目前已經(jīng)從十幾層發(fā)展到幾十層，例如50層、70層等，其厚度的變化范圍很大，例如板厚從0.025mm變化到3mm。在一臺(tái)LDI光刻設(shè)備上完成多種厚度HDI板的曝光，沿用前面提到的補(bǔ)償技術(shù)有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性，例如，當(dāng)板厚變化達(dá)到3_時(shí)，難以保證這多個(gè)投影物鏡焦面變化一致，并由工件臺(tái)的移動(dòng)同時(shí)補(bǔ)償，另外采用驅(qū)動(dòng)物鏡內(nèi)部可動(dòng)組元的補(bǔ)償辦法也將使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分復(fù)雜并難以實(shí)現(xiàn)。
[0006]這樣，用一臺(tái)LDI光刻設(shè)備完成多種不同厚度HDI板的曝光，滿足HDI基板厚度變化的需求，應(yīng)該設(shè)計(jì)成工件臺(tái)不需要補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。另外，作為曝光圖形產(chǎn)生裝置的掩模版，例如DMD (數(shù)字微鏡陣列)，也應(yīng)該設(shè)計(jì)成固定不動(dòng)的。這樣，當(dāng)曝光不同厚度的HDI基板時(shí)，基板厚度的變化意味著投影物鏡共軛距的變化，這與一般的變焦物鏡是不同的，當(dāng)變焦物鏡變焦時(shí)一般共軛距是保持不變的。
[0007]中國專利CN98113037.2 (公告日:2003年7月23日)給出了 一種像方遠(yuǎn)心雙高斯光學(xué)系統(tǒng)，適用于精密光學(xué)儀器的成像物鏡。該專利給出了物鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并給出了成像質(zhì)量，但是成像質(zhì)量不能滿足印刷電路板(PCB)光刻設(shè)備投影光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)要求，而且還有2個(gè)膠合面，也不符合光刻的技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種共軛距可變的光刻投影物鏡，所述的共軛距可變的光刻投影物鏡用于印刷電路板(PCB)激光直接成像(LDI)光刻設(shè)備，提供一種采用所述共軛距可變的光刻投影物鏡的光刻方法。它不僅能用一臺(tái)LDI光刻設(shè)備完成多種不同厚度HDI板的曝光，滿足基板厚度變化的需求，而且物鏡共軛距變化時(shí)嚴(yán)格滿足成像質(zhì)量的要求。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種共軛距可變的光刻投影物鏡，沿物平面至像平面的光軸方向順次包括由第一透鏡、第二透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡構(gòu)成的第一組合透鏡組、孔徑光闌、由第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡構(gòu)成的第二組合透鏡組，其特征在于，所述的第一透鏡、第二透鏡、第七透鏡、第八透鏡具有正光焦度，第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡具有負(fù)光焦度，所述的第一透鏡、第七透鏡、第八透鏡為雙凸透鏡，第三透鏡為雙凹透鏡，第二透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡為凹面朝向像平面的彎月透鏡，所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡選用冕牌玻璃，第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡選用火石玻璃，第七透鏡、第八透鏡選用冕牌玻璃，所述的第一組合透鏡組的后焦點(diǎn)、孔徑光闌的中心和第二組合透鏡組的前焦點(diǎn)三者重合構(gòu)成雙遠(yuǎn)心光路。
[0011]所述的每一透鏡的光學(xué)表面均為球面。
[0012]所述的共軛距可變的光刻投影物鏡的物方和像方的遠(yuǎn)心度都小于0.5mrad。
[0013]所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡采用ZK9光學(xué)玻璃，第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡采用ZFlO光學(xué)玻璃，第七透鏡、第八透鏡采用ZKll光學(xué)玻璃。
[0014]將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向遠(yuǎn)離物平面移動(dòng)，或者靠近物平面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)共軛距的變化，實(shí)現(xiàn)共軛距的變化達(dá)到3mm。
[0015]一種用于印刷電路板光刻領(lǐng)域的LDI光刻設(shè)備，其特點(diǎn)在于，所述的LDI光刻設(shè)備采用一個(gè)共軛距可變的光刻投影物鏡，所述的待曝光的HDI基板厚度變化范圍為
0.025mm ?3mm 之間。[0016]一種用于印刷電路板光刻領(lǐng)域LDI光刻設(shè)備的光刻方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括步驟如下:
[0017]①按下列公式計(jì)算所述的待曝光HDI基板厚度和所述的共軛距可變的光刻投影物鏡的物距變化:
[0018]物距變化=-1.273 X基板厚度+1.91 ；
[0019]②調(diào)整:
[0020]如果步驟①得到物距變化是正數(shù)，則將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向遠(yuǎn)離物平面移動(dòng)所述的物距變化；
[0021]如果步驟①得到物距變化是負(fù)數(shù)，則將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向靠近物平面移動(dòng)所述的物距變化；
[0022]③對(duì)HDI基板曝光。
[0023]本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0024]1、本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡采用雙遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)，并且遠(yuǎn)心度小于
0.5mrad,可以有效地實(shí)現(xiàn)共軛距變化達(dá)到3mm ；
[0025]2、本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡采用正負(fù)光焦度平衡匹配，可以有效的在共軛距變化范圍內(nèi)很好的校正波像差、畸變等，實(shí)現(xiàn)良好的成像質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡的結(jié)構(gòu)及光路圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡實(shí)施例一調(diào)制傳遞函數(shù)MTF圖；
[0028]圖3為本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡實(shí)施例二調(diào)制傳遞函數(shù)MTF圖；
[0029]圖4為本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡實(shí)施例三調(diào)制傳遞函數(shù)MTF圖；
[0030]圖5為本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡實(shí)施例四調(diào)制傳遞函數(shù)MTF圖；
[0031]圖6為本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡實(shí)施例五調(diào)制傳遞函數(shù)MTF圖；
[0032]圖7為采用本發(fā)明共軛距可變的光刻投影物鏡的HDI基板厚度和物距變化關(guān)系擬合圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的共軛距可變的光刻投影物鏡做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0034]本發(fā)明共軛距可變的光刻投影物鏡所應(yīng)用的LDI光刻設(shè)備，采用高功率半導(dǎo)體激光器，中心波長為405nm,帶寬為10nm。該光刻設(shè)備的最小線寬為10 μ m,如果工藝因子kl選擇>1.0(工藝比較容易實(shí)現(xiàn))，這樣根據(jù)下面的公知公式選定像方數(shù)值孔徑NA為0.0432。
A
[0035]NA=L
CD
[0036]該LDI光刻設(shè)備要求物方視場直徑為26.53mm,像方視場直徑為12.28mm,放大倍率為1/2.16，共軛距為425mm，物方工作距>150mm，像方工作距>50mm。
[0037]該LDI光刻設(shè)備要求曝光的HDI基板厚度從0.025mm變化到3mm，確定光刻投影物鏡共軛距變化范圍為3mm,并約定1.5mm厚度基板對(duì)應(yīng)于425mm共軛距，當(dāng)基板厚度為3mm時(shí)，相當(dāng)于共軛距減少了 1.5mm，對(duì)應(yīng)于423.5mm共軛距，同理，當(dāng)基板厚度為O時(shí)，相當(dāng)于共軛距增加了 1.5mm,對(duì)應(yīng)于426.5mm共軛距。
[0038]根據(jù)下面公知公式可以計(jì)算該光刻投影物鏡的成像焦深為217 μ m，HDI基板厚度變化范圍遠(yuǎn)大于該焦深。
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種共軛距可變的光刻投影物鏡，沿物平面至像平面的光軸方向順次包括由第一透鏡、第二透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡構(gòu)成的第一組合透鏡組、孔徑光闌、由第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡構(gòu)成的第二組合透鏡組，其特征在于，所述的第一透鏡、第二透鏡、第七透鏡、第八透鏡具有正光焦度，第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡具有負(fù)光焦度，所述的第一透鏡、第七透鏡、第八透鏡為雙凸透鏡，第三透鏡為雙凹透鏡，第二透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡為凹面朝向像平面的彎月透鏡，所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡選用冕牌玻璃，第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡選用火石玻璃，第七透鏡、第八透鏡選用冕牌玻璃，所述的第一組合透鏡組的后焦點(diǎn)、孔徑光闌的中心和第二組合透鏡組的前焦點(diǎn)三者重合構(gòu)成雙遠(yuǎn)心光路。
2.如權(quán)利要求1所述的共軛距可變的光刻投影物鏡，其特征在于，所述的每一透鏡的光學(xué)表面均為球面。
3.如權(quán)利要求1所述的共軛距可變的光刻投影物鏡，其特征在于，所述的共軛距可變的光刻投影物鏡的物方和像方的遠(yuǎn)心度都小于0.5mrad。
4.如權(quán)利要求1所述的共軛距可變的光刻投影物鏡，其特征在于，所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡米用ZK9光學(xué)玻璃,第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡米用ZFlO光學(xué)玻璃,第七透鏡、第八透鏡采用ZKll光學(xué)玻璃。
5.一種共軛距可變的光刻投影物鏡的共軛距變化方法，其特征在于，將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向遠(yuǎn)離物平面移動(dòng)，或者靠近物平面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)共軛距的變化，實(shí)現(xiàn)共軛距的變化達(dá)到3mm。
6.一種用于印刷電路板光刻領(lǐng)域的LDI光刻設(shè)備，其特征在于，所述的LDI光刻設(shè)備采用一個(gè)共軛距可變的光刻投影物鏡，所述的待曝光的HDI基板厚度變化范圍為0.025mm?3mm之間。
7.一種用于印刷電路板光刻領(lǐng)域LDI光刻設(shè)備的光刻方法，其特征在于，該方法包括步驟如下: ①按下列公式計(jì)算所述的待曝光HDI基板厚度和所述的共軛距可變的光刻投影物鏡的物距變化: 物距變化=-1.273 X基板厚度+1.91 ； ②調(diào)整: 如果步驟①得到物距變化是正數(shù)，則將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向遠(yuǎn)離物平面移動(dòng)所述的物距變化； 如果步驟①得到物距變化是負(fù)數(shù)，則將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向靠近物平面移動(dòng)所述的物距變化； ③對(duì)HDI基板曝光。
【文檔編號(hào)】G02B7/02GK103472574SQ201310422537
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】蔡燕民, 司徒國海, 步揚(yáng), 王向朝, 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所