大口径精密投影光刻制版镜头的光学装校

　　1　引　言

　　大口径精密投影光刻制版镜头是新一代10μm线宽印刷电路板大面积制版系统的关键部分,与集成电路芯片光刻镜头相比具有较低的制造成本。由于它要求大视场,高分辨力,并且具有极小的畸变,所以对镜头本身的结构以及透镜的中心误差都有非常严格的要求。目前国内外在10μm线宽印刷电路板大面积光刻制版镜头方面还处于无人涉及的“技术空白阶段”。它的技术难点主要是大口径光学透镜(φ200mm以上)的材料、加工、检测、装校和镜头的测试技术等。在此主要论述该镜头装校中所采用的高精度定心方法和定心过程,并介绍减小透镜应力变形的镜框结构。镜头光学总图如图1所示。

　　2　镜头的主要技术指标

　　(1)光刻曝光分辨力为10μm;

　　(2)曝光波长为i线和h线;

　　(3)曝光直径为φ200mm;

　　(4)倍率β= -1倍;

　　(5)共轭距为1 000 mm;

　　(6)畸变<0·003%(全视场);

　　(7)传递函数MTF>0·5(全视场,50线对/ mm)。

　　为了保证上述技术指标,光学设计对材料、加工、镀膜、装校均提出了十分严格的要求。透镜厚度和空气间隔公差均要求控制在±0·01 mm之内,各面的角偏心平均在10·4″之内。

　　3　结构特点

　　由于此光刻镜头所使用的大口径透镜非常容易变形,所以设计时采用了一些特殊的结构用来减小应力变形。如图2所示,透镜下表面与镜框接触的地方采用弧形面接触,与采用直角镜框结构的线接触方式相比大大减小了透镜的应力变形;另外透镜与镜框之间的间隙由常用的0·03~0·05mm增加到0·5mm,这样不仅可以直接在高精度中心偏测量仪上通过调节透镜相对于镜框的倾斜初定心,而且可在间隙中填充柔性材料和硅橡胶以减小温度变化引起的透镜应力变形。基于同样目的,在压圈和透镜接触的端面也增加了一层环形有机膜片。

　　4　定心装校

　　在详细介绍定心过程之前先定义几个常用的术语:(1)“旋转基准轴”———中心偏测量仪的高精度旋转轴;(2)“最佳基准轴”———是各球心到此轴的距离OO′i,并满足

　　趋向于最小时的轴。式中,Wi是根据各面中心误差对最终非对称像差影响大小而给出的权重。(3)“倒置”———将指定的一套系统颠倒放置,使原来朝上的一面朝下,朝下的一面朝上。

　　该镜头的光学结构是全对称形式。为了保证倍率,机械结构不是全对称形式。R1~ R4两块透镜为一单独的整体结构,在主镜筒中能够整体上下移动,使R1~ R4与R5之间的间隔可调,以调整镜头的倍率。鉴于镜头的结构和装校定心工艺要求,该镜头的定心主要分成以下四个步骤: