f-theta光學(xué)鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種f-theta光學(xué)鏡頭，包括沿光線入射方向設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡，其中，所述第一透鏡為凹凸型正透鏡，所述第二透鏡為雙凹型負(fù)透鏡，所述第三透鏡為凹凸型正透鏡，所述第四透鏡為凹凸型正透鏡，所述第五透鏡為平凸型正透鏡。本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭實(shí)現(xiàn)了355nm波長的紫外激光束在X/Y方向0～11°的半視場入射角度范圍內(nèi)角度變化與基片上0～50mm范圍內(nèi)光刻位置的準(zhǔn)確線性映射關(guān)系，使激光束焦點(diǎn)的定位更精確，能量分布更均勻和集中，滿足了光刻工藝的精度要求，且結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低。
【專利說明】f-theta光學(xué)鏡頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種f-theta光學(xué)鏡頭。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的接觸式光刻工藝和投影式光刻工藝都需要制作掩模版，實(shí)現(xiàn)光刻圖形由掩 模版到基片的翻刻，適合批量大的半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，但對(duì)于集成電路產(chǎn)品研發(fā)試制 則投入成本大，耗費(fèi)周期長。
[0003] 激光直寫式光刻工藝不需要制作掩模板，將聚焦后的激光束直接投射到基片的相 應(yīng)位置，以實(shí)現(xiàn)該處光刻膠感光，與X/Y振鏡掃描系統(tǒng)結(jié)合，通過激光束的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)在 工作面的移動(dòng)來完成整片的光刻工藝，上述激光直寫式光刻工藝主要用于行波管球面柵網(wǎng) 的直寫式光刻工藝。f-theta鏡頭是實(shí)現(xiàn)激光直寫式光刻的核心部件，其用于實(shí)現(xiàn)激光束焦 點(diǎn)準(zhǔn)確照射到基片的相應(yīng)位置，以完成行波管柵網(wǎng)圖形的光刻工藝。然而，隨著光刻工藝的 發(fā)展，現(xiàn)有的f-theta鏡頭已無法滿足光刻工藝的精度要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種f-theta光學(xué)鏡頭，實(shí)現(xiàn)了激光光束在X/Y軸向方向 ±11°角度的變化與±50mm內(nèi)光刻位置的準(zhǔn)確線性映射關(guān)系，使激光束焦點(diǎn)的定位更精 確，能量分布更均勻和集中，滿足了光刻工藝的精度要求，且結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種f-theta光學(xué)鏡頭，包括沿光線入射方向設(shè) 置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡，其中，所述第一透鏡為凹凸型正 透鏡，所述第二透鏡為雙凹型負(fù)透鏡，所述第三透鏡為凹凸型正透鏡，所述第四透鏡為凹凸 型正透鏡，所述第五透鏡為平凸型正透鏡，該鏡頭的焦距為257mm，入瞳直徑為15mm，入射 光波長為355nm，視場角為1Γ，加工面積為lOOXIOOmm。
[0006] 進(jìn)一步，在上述的f-theta光學(xué)鏡頭中，所述第一透鏡包括相對(duì)的第一曲面及第 二曲面，其中，所述第一曲面的曲率半徑為-485mm，所述第二曲面的曲率半徑為-155mm;所 述第一透鏡的光軸中心厚度為l〇mm，所述第一透鏡的材料為石英玻璃，所述第一透鏡的折 射率為1.46。
[0007] 進(jìn)一步，在上述的f-theta光學(xué)鏡頭中，所述第二透鏡包括相對(duì)的第三曲面及第 四曲面，其中，所述第三曲面的曲率半徑為-73mm，所述第四曲面的曲率半徑為197mm;所述 第二透鏡的光軸中心厚度為l〇mm，所述第二透鏡的材料為K9玻璃，所述第二透鏡的折射率 為L53。
[0008] 進(jìn)一步，在上述的f-theta光學(xué)鏡頭中，所述第三透鏡包括相對(duì)的第五曲面及第 六曲面，其中，所述第五曲面的曲率半徑為-133mm，所述第六曲面的曲率半徑為-90mm;所 述第三透鏡的光軸中心厚度為15mm，所述第三透鏡的材料為石英玻璃，所述第三透鏡的折 射率為1.46。
[0009] 進(jìn)一步，在上述的f-theta光學(xué)鏡頭中，所述第四透鏡包括相對(duì)的第七曲面及第 八曲面，其中，所述第七曲面的曲率半徑為-534mm，所述第八曲面的曲率半徑為-159mm;所 述第四透鏡的光軸中心厚度為20mm，所述第四透鏡的材料為K9玻璃，所述第四透鏡的折射 率為1. 53。
[0010] 進(jìn)一步，在上述的f-theta光學(xué)鏡頭中，所述第五透鏡包括相對(duì)的第九曲面及第 十曲面，其中，所述第九曲面的曲率半徑為無窮大，所述第十曲面的曲率半徑為133mm;所 述第五透鏡的光軸中心厚度為30mm，所述第五透鏡的材料為K9玻璃，所述第五透鏡的折射 率為1. 53。
[0011] 進(jìn)一步，在上述的f-theta光學(xué)鏡頭中，所述第一透鏡與激光掃描振鏡的距離為 3〇-50mm之間。
[0012] 進(jìn)一步，在上述的f-theta光學(xué)鏡頭中，所述的第一透鏡與第二透鏡在光軸上的 距離為50mm，所述第二透鏡與第三透鏡在光軸上的距離為15mm，所述第三透鏡與第四透鏡 在光軸上的距離為12mm，所述第四透鏡與第五透鏡在光軸上的距離為30mm。
[0013] 進(jìn)一步，在上述的f-theta光學(xué)鏡頭中，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四 透鏡及第五透鏡之間通過多個(gè)隔圈進(jìn)行定位。
[0014] 本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭通過與X/Y振鏡掃描系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了 355nm波長的紫 外激光束在X/Y方向0?1Γ的半視場入射角度范圍內(nèi)角度變化與基片上0?50mm范圍 內(nèi)光刻位置的準(zhǔn)確線性映射關(guān)系，使激光束焦點(diǎn)的定位更精確，能量分布更均勻和集中，滿 足了光刻工藝的精度要求，且結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭較佳實(shí)施例的彌散斑示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭較佳實(shí)施例的畸變校正圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭較佳實(shí)施例的MTF傳遞函數(shù)圖。
[0019] 圖5為本發(fā)明可動(dòng)態(tài)調(diào)焦的激光直寫式光刻系統(tǒng)在345mm工作距離下的MTF傳遞 函數(shù)圖。
[0020] 圖6為本發(fā)明可動(dòng)態(tài)調(diào)焦的激光直寫式光刻系統(tǒng)在350mm工作距離下的MTF傳遞 函數(shù)圖。
[0021] 圖7為本發(fā)明可動(dòng)態(tài)調(diào)焦的激光直寫式光刻系統(tǒng)在355mm工作距離下的MTF傳遞 函數(shù)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0023] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭包括沿光線入射方向設(shè)置的第一透鏡L1、第 二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4及第五透鏡L5,其中，所述第一透鏡Ll為凹凸型正透 鏡，所述第二透鏡L2為雙凹型負(fù)透鏡，所述第三透鏡L3為凹凸型正透鏡，所述第四透鏡L4 為凹凸型正透鏡，所述第五透鏡L5為平凸型正透鏡。
[0024] 其中，所述第一透鏡Ll包括相對(duì)的第一曲面Sl及第二曲面S2,其中，所述第一曲 面Sl的曲率半徑為-485mm，所述第二曲面S2的曲率半徑為-155mm;所述第一透鏡Ll的光 軸中心厚度d2為10mm，所述第一透鏡LI的材料為石英玻璃，所述第一透鏡LI的折射率為 1. 46。
[0025] 所述第二透鏡L2包括相對(duì)的第三曲面S3及第四曲面S4,其中，所述第三曲面S3 的曲率半徑為-73mm，所述第四曲面S4的曲率半徑為197mm;所述第二透鏡L2的光軸中心 厚度d4為10mm，所述第二透鏡L2的材料為K9玻璃，所述第二透鏡L2的折射率為1. 53。
[0026] 所述第三透鏡L3包括相對(duì)的第五曲面S5及第六曲面S6,其中，所述第五曲面S5 的曲率半徑為-133mm，所述第六曲面S6的曲率半徑為-90mm;所述第三透鏡L3的光軸中心 厚度d6為15mm，所述第三透鏡L3的材料為石英玻璃，所述第三透鏡L3的折射率為1. 46。
[0027] 所述第四透鏡L4包括相對(duì)的第七曲面S7及第八曲面S8,其中，所述第七曲面S7 的曲率半徑為-534mm，所述第八曲面S8的曲率半徑為-159mm;所述第四透鏡L4的光軸中 心厚度d8為20mm，所述第四透鏡L4的材料為K9玻璃，所述第四透鏡L4的折射率為1. 53。
[0028] 所述第五透鏡L5包括相對(duì)的第九曲面S9及第十曲面S10,其中，所述第九曲面S9 的曲率半徑為無窮大，所述第十曲面SlO的曲率半徑為133mm;所述第五透鏡L5的光軸中 心厚度dlO為30mm，所述第五透鏡L5的材料為K9玻璃，所述第五透鏡L5的折射率為1. 53。
[0029] 所述f-theta光學(xué)鏡頭激光入射一側(cè)的光闌直徑最大可達(dá)15mm，所述第一透鏡Ll 與激光掃描振鏡的距離dl為30-50mm之間，所述的第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的 距離d3為50mm，所述第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上的距離d5為15mm，所述第三透 鏡L3與第四透鏡L4在光軸上的距離d7為12mm，所述第四透鏡L4與第五透鏡L5在光軸上 的距離d9為30_。
[0030]所述第一透鏡Ll、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4及第五透鏡L5之間通過 多個(gè)隔圈進(jìn)行精確定位，且該多個(gè)隔圈的內(nèi)圈的通光口徑根據(jù)激光束擺動(dòng)范圍的逐漸增大 而相應(yīng)變大，以保證激光束的順利通過，鏡座內(nèi)徑與透鏡用小間隙配合，保證各透鏡的同軸 度與位置誤差滿足使用要求。透鏡的同軸性用透鏡的外徑與f-theta透鏡鏡座的內(nèi)徑的間 隙配合的公差嚴(yán)格保證。
[0031] 本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭的焦距為257mm，入瞳直徑為15mm，入射波長為355nm，視 場角為1Γ，加工面積為lOOXIOOmm2。
[0032] 請(qǐng)參閱圖2、圖3及圖4,其分別為本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭較佳實(shí)施例的彌散斑 示意圖、畸變校正圖、光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖。
[0033] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、實(shí)現(xiàn)了X/Y軸向方向±11°的角度的變化與±50mm內(nèi)光刻位置的準(zhǔn)確線性映射關(guān) 系，定位點(diǎn)誤差小于±5 /1m。
[0034] 2、激光通過f-theta透鏡后的聚焦點(diǎn)彌散斑尺寸小于20m，滿足激光直寫式光 刻的精度需要。
[0035] 3、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)心光路，激光束垂直入射到工作面，使激光束焦點(diǎn)的定位更 精確，能量分布更均勻和集中。
[0036] 4、系統(tǒng)中大透鏡的光學(xué)材料為K9玻璃，有效節(jié)省了成本，性價(jià)比高。
[0037] 綜上，本發(fā)明f-theta光學(xué)鏡頭通過與X/Y振鏡掃描系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了 355nm波長 的紫外激光束在X/Y方向〇?1Γ的半視場入射角度范圍內(nèi)角度變化與基片上〇?50mm 范圍內(nèi)光刻位置的準(zhǔn)確線性映射關(guān)系，使激光束焦點(diǎn)的定位更精確，能量分布更均勻和集 中，滿足了光刻工藝的精度要求，且結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低。
[0038] 這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例 中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí) 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明 的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、 材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn) 行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1. 一種f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，包括沿光線入射方向設(shè)置的第一透鏡、第二透 鏡、第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡，其中，所述第一透鏡為凹凸型正透鏡，所述第二透鏡為 雙凹型負(fù)透鏡，所述第三透鏡為凹凸型正透鏡，所述第四透鏡為凹凸型正透鏡，所述第五透 鏡為平凸型正透鏡，該鏡頭的焦距為257mm，入瞳直徑為15mm，入射光波長為355nm，視場角 為1Γ，加工面積為100 X 100mm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡包括相對(duì)的 第一曲面及第二曲面，其中，所述第一曲面的曲率半徑為-485mm，所述第二曲面的曲率半徑 為-155mm ;所述第一透鏡的光軸中心厚度為IOmm,所述第一透鏡的材料為石英玻璃，所述 第一透鏡的折射率為1. 46。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第二透鏡包括相對(duì)的第 三曲面及第四曲面，其中，所述第三曲面的曲率半徑為-73mm，所述第四曲面的曲率半徑為 197mm ;所述第二透鏡的光軸中心厚度為10mm，所述第二透鏡的材料為K9玻璃，所述第二透 鏡的折射率為1. 53。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第三透鏡包括相對(duì)的 第五曲面及第六曲面，其中，所述第五曲面的曲率半徑為-133mm，所述第六曲面的曲率半徑 為-90mm ;所述第三透鏡的光軸中心厚度為15mm，所述第三透鏡的材料為石英玻璃，所述第 三透鏡的折射率為1.46。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第四透鏡包括相對(duì)的 第七曲面及第八曲面，其中，所述第七曲面的曲率半徑為_534_，所述第八曲面的曲率半徑 為-159mm ;所述第四透鏡的光軸中心厚度為20mm，所述第四透鏡的材料為K9玻璃，所述第 四透鏡的折射率為1.53。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第五透鏡包括相對(duì)的第 九曲面及第十曲面，其中，所述第九曲面的曲率半徑為無窮大，所述第十曲面的曲率半徑為 133mm ;所述第五透鏡的光軸中心厚度為30mm，所述第五透鏡的材料為K9玻璃，所述第五透 鏡的折射率為1. 53。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡與激光掃描振 鏡的距離為30_50mm之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第一透鏡與第二透鏡 在光軸上的距離為50mm，所述第二透鏡與第三透鏡在光軸上的距離為15mm，所述第三透鏡 與第四透鏡在光軸上的距離為12mm，所述第四透鏡與第五透鏡在光軸上的距離為30mm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的f-theta光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡、第二透鏡、第 三透鏡、第四透鏡及第五透鏡之間通過多個(gè)隔圈進(jìn)行定位。
【文檔編號(hào)】G02B13/00GK104317034SQ201410457580
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】孫明睿, 劉金榮, 蒲繼祖 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所