[发明专利]f‑theta光学镜头

说明书

技术领域

本发明涉及光学镜头设计技术领域，特别涉及一种f-theta光学镜头。

背景技术

传统的接触式光刻工艺和投影式光刻工艺都需要制作掩模版，实现光刻图形由掩模版到基片的翻刻，适合批量大的半导体产品的生产工艺，但对于集成电路产品研发试制则投入成本大，耗费周期长。

激光直写式光刻工艺不需要制作掩模板，将聚焦后的激光束直接投射到基片的相应位置，以实现该处光刻胶感光，与X/Y振镜扫描系统结合，通过激光束的摆动实现焦点在工作面的移动来完成整片的光刻工艺，上述激光直写式光刻工艺主要用于行波管球面栅网的直写式光刻工艺。f-theta镜头是实现激光直写式光刻的核心部件，其用于实现激光束焦点准确照射到基片的相应位置，以完成行波管栅网图形的光刻工艺。然而，随着光刻工艺的发展，现有的f-theta镜头已无法满足光刻工艺的精度要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种f-theta光学镜头，实现了激光光束在X/Y轴向方向±11°角度的变化与±50mm内光刻位置的准确线性映射关系，使激光束焦点的定位更精确，能量分布更均匀和集中，满足了光刻工艺的精度要求，且结构紧凑、成本较低。

为达到上述目的，本发明提出了一种f-theta光学镜头，包括沿光线入射方向设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜，其中，所述第一透镜为凹凸型正透镜，所述第二透镜为双凹型负透镜，所述第三透镜为凹凸型正透镜，所述第四透镜为凹凸型正透镜，所述第五透镜为平凸型正透镜，该镜头的焦距为257mm，入瞳直径为15mm，入射光波长为355nm，视场角为11°，加工面积为100×100mm。

进一步，在上述的f-theta光学镜头中，所述第一透镜包括相对的第一曲面及第二曲面，其中，所述第一曲面的曲率半径为-485mm，所述第二曲面的曲率半径为-155mm；所述第一透镜的光轴中心厚度为10mm，所述第一透镜的材料为石英玻璃，所述第一透镜的折射率为1.46。

进一步，在上述的f-theta光学镜头中，所述第二透镜包括相对的第三曲面及第四曲面，其中，所述第三曲面的曲率半径为-73mm，所述第四曲面的曲率半径为197mm；所述第二透镜的光轴中心厚度为10mm，所述第二透镜的材料为K9玻璃，所述第二透镜的折射率为1.53。

进一步，在上述的f-theta光学镜头中，所述第三透镜包括相对的第五曲面及第六曲面，其中，所述第五曲面的曲率半径为-133mm，所述第六曲面的曲率半径为-90mm；所述第三透镜的光轴中心厚度为15mm，所述第三透镜的材料为石英玻璃，所述第三透镜的折射率为1.46。

进一步，在上述的f-theta光学镜头中，所述第四透镜包括相对的第七曲面及第八曲面，其中，所述第七曲面的曲率半径为-534mm，所述第八曲面的曲率半径为-159mm；所述第四透镜的光轴中心厚度为20mm，所述第四透镜的材料为K9玻璃，所述第四透镜的折射率为1.53。

进一步，在上述的f-theta光学镜头中，所述第五透镜包括相对的第九曲面及第十曲面，其中，所述第九曲面的曲率半径为无穷大，所述第十曲面的曲率半径为-133mm；所述第五透镜的光轴中心厚度为30mm，所述第五透镜的材料为K9玻璃，所述第五透镜的折射率为1.53。

进一步，在上述的f-theta光学镜头中，所述第一透镜与激光扫描振镜的距离为30-50mm之间。

进一步，在上述的f-theta光学镜头中，所述的第一透镜与第二透镜在光轴上的距离为50mm，所述第二透镜与第三透镜在光轴上的距离为15mm，所述第三透镜与第四透镜在光轴上的距离为12mm，所述第四透镜与第五透镜在光轴上的距离为30mm。

进一步，在上述的f-theta光学镜头中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜之间通过多个隔圈进行定位。

本发明f-theta光学镜头通过与X/Y振镜扫描系统结合，实现了355nm波长的紫外激光束在X/Y方向0～11°的半视场入射角度范围内角度变化与基片上0～50mm范围内光刻位置的准确线性映射关系，使激光束焦点的定位更精确，能量分布更均匀和集中，满足了光刻工艺的精度要求，且结构紧凑、成本较低。

附图说明

图1为本发明f-theta光学镜头的结构示意图。

图2为本发明f-theta光学镜头较佳实施例的弥散斑示意图。

图3为本发明f-theta光学镜头较佳实施例的畸变校正图。