專利名稱：一種超低畸變勻光dmd數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，特別涉及一種適合數(shù)字光處理的用于蝕刻精度或者成像精度要求較高的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在一些高精度光刻或者成像系統(tǒng)中需要均勻度較高的照明系統(tǒng)，同時(shí)需要超低畸變的投影系統(tǒng)；實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中為簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)、降低生產(chǎn)成本，正尋求一種無掩膜板投影技術(shù)來節(jié)省掩膜板的制作成本。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的投影光刻的光學(xué)系統(tǒng)一般來說存在以下幾點(diǎn)問題1、照明系統(tǒng)均勻性差，不能滿足高精度光刻的要求；2、掩膜板制作技術(shù)復(fù)雜、 成本高，已有的無掩膜板投影技術(shù)不能適合制作各種微細(xì)結(jié)構(gòu)元件；3、投影系統(tǒng)畸變較大， 不能滿足超高精度光刻的要求；4、綜合成本比較昂貴。因此，迫切需求一種新的光學(xué)系統(tǒng)來解決以上提出的問題。發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述提出的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高均勻性和精度并能有效降低成本的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)。
為了解決以上提出的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，包括光源，其還包括勻光整形系統(tǒng)，數(shù)字微鏡以及投影物鏡系統(tǒng)，所述勻光整形系統(tǒng)包括導(dǎo)光棒、擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)以及反射鏡系統(tǒng)， 所述光源、導(dǎo)光棒以及擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)依次設(shè)于第一光軸上，所述數(shù)字微鏡以及投影物鏡系統(tǒng)依次設(shè)于位于擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)一端的第二光軸上，且所述第一光軸與第二光軸具有夾角； 其中，所述光源發(fā)出的光束經(jīng)導(dǎo)光棒以及擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)后，通過反射鏡系統(tǒng)反射至數(shù)字微鏡上，所述數(shù)字微鏡將反射的光束經(jīng)投影物鏡系統(tǒng)成像。
優(yōu)選的，所述反射鏡系統(tǒng)包括第一反射鏡以及第二反射鏡，所述第一反射鏡以及第二反射鏡位于擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)的一端，且所述第二反射鏡位于第一反射鏡的下方，所述第一反射鏡與第一光軸形成一個(gè)大于40°的夾角；所述第二反射鏡與第一反射鏡的光軸形成一個(gè)大于40°的夾角；并且所述第一反射鏡以及第二反射鏡的反射光以24°的入射角入射到數(shù)字微鏡的窗口上。
優(yōu)選的，所述擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)包括依次設(shè)于第一光軸上的第一正透鏡、第二正透鏡、 第一負(fù)透鏡、第三正透鏡、第四正透鏡。
優(yōu)選的，所述第一正透鏡、第二正透鏡、第一負(fù)透鏡、第三正透鏡以及第四正透鏡為普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃。
優(yōu)選的，所述第一正透鏡、第二正透鏡、第三正透鏡以及第四正透鏡為冕光學(xué)玻璃；所述第一負(fù)透鏡為火石光學(xué)玻璃。
優(yōu)選的，所述投影物鏡系統(tǒng)包括依次設(shè)于第二光軸上的第五正透鏡、第六正透鏡、 第七正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第八正透鏡、第三負(fù)透鏡、第四負(fù)透鏡以及第九正透鏡。
優(yōu)選的，所述第五正透鏡、第六正透鏡、第七正透鏡、第二負(fù)透鏡、第八正透鏡、第三負(fù)透鏡、第四負(fù)透鏡以及第九正透鏡為普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃。
優(yōu)選的，所述第五正透鏡、第六正透鏡、第七正透鏡、第八正透鏡以及第四負(fù)透鏡為冕光學(xué)玻璃；所述第二負(fù)透鏡、第三負(fù)透鏡以及第九正透鏡為火石光學(xué)玻璃。
優(yōu)選的，所述光源為光纖激光器。
優(yōu)選的，所述導(dǎo)光棒為空心導(dǎo)光棒或?qū)嵭膶?dǎo)光棒。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
I、勻光整形系統(tǒng)的應(yīng)用能有效提高出射光均勻度，其均勻度保持在90%以上，進(jìn)而保證了光刻系統(tǒng)對(duì)照明均勻性的要求。
2、由于采用了超低畸變的投影物鏡系統(tǒng)，使得本發(fā)明可以適應(yīng)于制作各種微細(xì)結(jié)構(gòu)原件。
3、整個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)的光源利用率高、能長時(shí)間輸出穩(wěn)定，且具有結(jié)構(gòu)簡單、可操作性及重復(fù)性好、綜合成本低廉得優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明所提供的整體光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明所提供的投影物鏡的場曲和相對(duì)畸變曲線圖3為本發(fā)明所提供的投影物鏡的MTF曲線圖4為本發(fā)明所提供的投影物鏡的彌散斑圖。
附圖標(biāo)記說明
1、光源,2、導(dǎo)光棒，3、擴(kuò)束透鏡系統(tǒng),4、第一反射鏡,5、第二反射鏡,6、數(shù)字微鏡,7、投影物鏡，8、反射鏡系統(tǒng)，31、第一正透鏡，32、第二正透鏡，33、第一負(fù)透鏡，34、第三正透鏡，35、第四正透鏡，71、五正透鏡，72、第六正透鏡，73、第七正透鏡，74、第二負(fù)透鏡，75、第八正透鏡，76、第三負(fù)透鏡，77、第四負(fù)透鏡，78、第九正透鏡。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
本發(fā)明構(gòu)思的目的在于一方面是的本發(fā)明能夠保證光刻系統(tǒng)對(duì)照明均勻性的要求；另一方面是使得投影系統(tǒng)具有超低畸變的效果，使其具有能夠適應(yīng)制作各種微細(xì)結(jié)構(gòu)元件；在一方面能夠有效的降低光學(xué)系統(tǒng)的綜合成本。
如圖I所示，本發(fā)明提供一種超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，包括光源1，其還包括勻光整形系統(tǒng)，數(shù)字微鏡6以及投影物鏡系統(tǒng)7，勻光整形系統(tǒng)包括導(dǎo)光棒2、擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3以及反射鏡系統(tǒng)8,光源I、導(dǎo)光棒2以及擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3依次設(shè)于第一光軸A上, 數(shù)字微鏡6以及投影物鏡系統(tǒng)7依次設(shè)于位于擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3 —端的第二光軸B上，且第一光軸A與第二光軸B具有夾角；其中，光源I發(fā)出的光束經(jīng)導(dǎo)光棒2以及擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3 后，通過反射鏡系統(tǒng)8反射至數(shù)字微鏡6上，數(shù)字微鏡6將反射的光束經(jīng)投影物鏡系統(tǒng)7成像；其中的導(dǎo)光棒2起到對(duì)入射光束整形以及勻光的作用，其可以為空心導(dǎo)光棒或?qū)嵭膶?dǎo)光棒。本實(shí)施例中的第一光軸A與第二光軸B的夾角可根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行調(diào)整,如90°坐寸O
進(jìn)一步,在本實(shí)施例中反射鏡系統(tǒng)8包括第一反射鏡4以及第二反射鏡5,第一反射鏡4以及第二反射鏡5位于擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3的一端,且第二反射鏡5位于第一反射鏡 4的下方，第一反射鏡4與第一光軸A形成一個(gè)大于40°的夾角；第二反射鏡5與第一反射鏡4的光軸形成一個(gè)大于40°的夾角；并且第一反射鏡4以及第二反射鏡5的反射光以 24°的入射角入射到數(shù)字微鏡6的窗口上，這樣數(shù)字微鏡6的具體位置即可由此確定；而第一反射鏡4與第一光軸A形成得夾角，以及第二反射鏡5與第一反射鏡4的光軸形成夾角可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行調(diào)整。
其中擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3可以為雙遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，也可以為其他結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)，具體來說，在本實(shí)施例中擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3包括依次設(shè)于第一光軸A上的第一正透鏡31、第二正透鏡32、第一負(fù)透鏡33、第三正透鏡34、第四正透鏡35。在材料選擇上，第一正透鏡31、第二正透鏡32、第一負(fù)透鏡33、第三正透鏡34以及第四正透鏡35為普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃；作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，第一正透鏡31、第二正透鏡32、第三正透鏡34以及第四正透鏡35為冕光學(xué)玻璃；第一負(fù)透鏡33為火石光學(xué)玻璃。在參數(shù)選擇上,在本發(fā)明中的擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3的各個(gè)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)為(其中η代表光學(xué)折射率，R代表曲率半徑)
第一正透鏡31I4<nl<1. 6-25 < Rl < -5-25 < R2 < -5，
第二正透鏡32I4<n2<1. 635 < R3 < 15-60 < R4 < -40，
第一負(fù)透鏡33I4<n3<1. 6-35 < R5 < -1545 < R6 < 25，
第三正透鏡34I4<n4<1. 6-90 < R7 < -70-30 < R8 < -10，
第四正透鏡35I4<n5<1. 6900 < R9 < 700-90 < RlO <-60
而投影物鏡系統(tǒng)7可以為雙遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，也可以為超低畸變光學(xué)系統(tǒng)，具體來說，在本實(shí)施例中投影物鏡系統(tǒng) 7包括依次設(shè)于第二光軸B上的第五正透鏡71、第六正透鏡 72、第七正透鏡73、第二負(fù)透鏡74、第八正透鏡75、第三負(fù)透鏡76、第四負(fù)透鏡77以及第九正透鏡78。同樣，在材料選擇上，第五正透鏡71、第六正透鏡72、第七正透鏡73、第二負(fù)透鏡74、第八正透鏡75、第三負(fù)透鏡76、第四負(fù)透鏡77以及第九正透鏡78為普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃；作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，第五正透鏡71、第六正透鏡72、第七正透鏡73、第八正透鏡75以及第四負(fù)透鏡77為冕光學(xué)玻璃；第二負(fù)透鏡74、第三負(fù)透鏡76以及第九正透鏡78為火石光學(xué)玻璃。而在參數(shù)選擇上，在本發(fā)明中的投影物鏡系統(tǒng)7的各個(gè)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)為(其中η代表光學(xué)折射率，R代表曲率半徑)-170 < R2 < -140, 380 < R4 < 330， 120 < R6 < 90,
第五正透鏡7114<nl<1. 6240 < Rl < 200
第六正透鏡7214<nl<1. 655 < R3 < 35
第七正透鏡7314<nl<1. 645 < R5 < 25
第二負(fù)透鏡7414<nl<1. 6-185 < R7 < -150
第八正透鏡7514<nl<1. 6-80 < R9 < -60
第三負(fù)透鏡7614<nl<1. 6-30 < Rll < -10
第四負(fù)透鏡7714<nl<1. 6900 < R13 < 800
第九正透鏡7814<nl<1. 6700 < R15 < 60025 < R8 <5，-35<RlO<-15，-38<R12<-18，400<R14<300，-300<R16<-250
而作為為整個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)提供光的光源I為光纖激光器，其也可以為普通的光源或者其他類型的激光器，該光源I的波長為405nm，也可以為其他波長；并且數(shù)字微鏡6即DMD(Digital Micromirror Device)是TI公司產(chǎn)品，而在使用要求不同時(shí),可由LC0S、 LCD、GLV等替代。
其中，本發(fā)明所提供的投影物鏡系統(tǒng)7的焦距大于20m，放大倍率為3倍，在物距約 130mm時(shí)其投影物鏡在O. 8視場內(nèi)的相對(duì)畸變小于O. 01 %，MTF > O. 6 (331p/mm)。并且由于在本實(shí)施例中投影物鏡系統(tǒng)選擇的是雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)，其在物方以及像方遠(yuǎn)心角均< 0.01°。
本發(fā)明的使用過程為，光從光源I發(fā)出，經(jīng)過導(dǎo)光棒2對(duì)入射光束整形以及勻光后，由擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)3進(jìn)一步提高出射光均勻度，使得均勻度保持在90%以上，然后通過反射鏡系統(tǒng)8將光射入數(shù)字微鏡6的窗口上，進(jìn)而通過數(shù)字微鏡6(即DMD)反射的光經(jīng)投影物鏡系統(tǒng)7成像在所需要的基材上；通過上述的介紹，本發(fā)明一方面是光照均勻性較高的照明系統(tǒng)，保證光刻系統(tǒng)對(duì)照明均勻性的要求；另一方面是采用超低畸變的投影系統(tǒng)，適應(yīng)制作各種微細(xì)結(jié)構(gòu)元件。下表I為本發(fā)明所提供的投影物鏡各視場下的相對(duì)畸變數(shù)據(jù)。
表I
權(quán)利要求
1.一種超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，包括光源(I)，其特征在于還包括勻光整形系統(tǒng)、數(shù)字微鏡(6)以及投影物鏡系統(tǒng)(7)，所述勻光整形系統(tǒng)包括導(dǎo)光棒(2)、擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)(3)以及反射鏡系統(tǒng)(8)，所述光源(I)、導(dǎo)光棒(2)以及擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)(3)依次設(shè)于第一光軸(A)上，所述數(shù)字微鏡(6)以及投影物鏡系統(tǒng)(7)依次設(shè)于位于擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)(3)一端的第二光軸(B)上，且所述第一光軸(A)與第二光軸(B)具有夾角；其中，所述光源(I)發(fā)出的光束經(jīng)導(dǎo)光棒(2)以及擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)(3)后，通過反射鏡系統(tǒng)(8)反射至數(shù)字微鏡(6)上，所述數(shù)字微鏡(6)將反射的光束經(jīng)投影物鏡系統(tǒng)(7)成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述反射鏡系統(tǒng)(8)包括第一反射鏡(4)以及第二反射鏡(5)，所述第一反射鏡(4)以及第二反射鏡(5)位于擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)(3)的一端，且所述第二反射鏡(5)位于第一反射鏡(4)的下方，所述第一反射鏡(4)與第一光軸(A)形成一個(gè)大于40°的夾角；所述第二反射鏡(5)與第一反射鏡(4)的光軸形成一個(gè)大于40°的夾角；并且所述第一反射鏡(4)以及第二反射鏡(5)的反射光以24°的入射角入射到數(shù)字微鏡(6)的窗口上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)(3)包括依次設(shè)于第一光軸(A)上的第一正透鏡(31)、第二正透鏡(32)、第一負(fù)透鏡(33)、第三正透鏡(34)、第四正透鏡(35)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一正透鏡(31)、第二正透鏡(32)、第一負(fù)透鏡(33)、第三正透鏡(34)以及第四正透鏡(35)為普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一正透鏡(31)、第二正透鏡(32)、第三正透鏡(34)以及第四正透鏡(35)為冕光學(xué)玻璃；所述第一負(fù)透鏡(33)為火石光學(xué)玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述投影物鏡系統(tǒng)(7)包括依次設(shè)于第二光軸(B)上的第五正透鏡(71)、第六正透鏡(72)、第七正透鏡(73)、第二負(fù)透鏡(74)、第八正透鏡(75)、第三負(fù)透鏡(76)、第四負(fù)透鏡(77)以及第九正透鏡(78)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第五正透鏡(71)、第六正透鏡(72)、第七正透鏡(73)、第二負(fù)透鏡(74)、第八正透鏡(75)、第三負(fù)透鏡(76)、第四負(fù)透鏡(77)以及第九正透鏡(78)為普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第五正透鏡(71)、第六正透鏡(72)、第七正透鏡(73)、第八正透鏡(75)以及第四負(fù)透鏡(77)為冕光學(xué)玻璃；所述第二負(fù)透鏡(74)、第三負(fù)透鏡(76)以及第九正透鏡(78)為火石光學(xué)玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光源(I)為光纖激光器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)光棒(2)為空心導(dǎo)光棒或?qū)嵭膶?dǎo)光棒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超低畸變勻光DMD數(shù)字投影光學(xué)系統(tǒng)，包括光源、勻光整形系統(tǒng)，數(shù)字微鏡以及投影物鏡系統(tǒng)，所述勻光整形系統(tǒng)包括導(dǎo)光棒、擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)以及反射鏡系統(tǒng)，所述光源、導(dǎo)光棒以及擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)依次設(shè)于第一光軸上，所述數(shù)字微鏡以及投影物鏡系統(tǒng)依次設(shè)于位于擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)一端的第二光軸上，且所述第一光軸與第二光軸具有夾角；其中，所述光源發(fā)出的光束經(jīng)導(dǎo)光棒以及擴(kuò)束透鏡系統(tǒng)后，通過反射鏡系統(tǒng)反射至數(shù)字微鏡上，所述數(shù)字微鏡將反射的光束經(jīng)投影物鏡系統(tǒng)成像。本發(fā)明具有較高的照明均勻性和精度、以及超低畸變和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B13/00GK102981279SQ201210556948
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者張旺, 吳蔚, 吳剛 申請(qǐng)人:長沙笑睿電子科技有限公司