本發(fā)明涉及紫外激光束直接在材料表面進(jìn)行高精度微納加工的技術(shù)，尤其是涉及一種大數(shù)值孔徑混波直寫光刻鏡頭。

背景技術(shù)：

1、紫外激光直寫式光刻通過控制激光的功率、掃描速度和聚焦?fàn)顟B(tài)等參數(shù)，將紫外激光束聚焦到極小的點，直接作用于材料表面，從而實現(xiàn)高精度、高分辨率的微納加工。直寫光刻鏡頭是直寫光刻設(shè)備的曝光引擎的重要總成部分，負(fù)責(zé)將激光束聚焦并準(zhǔn)確地投影到目標(biāo)基材上，光刻鏡頭的設(shè)計參數(shù)和成像質(zhì)量直接決定了曝光過程中線寬、線距的精度。

2、目前行業(yè)內(nèi)，直寫光刻設(shè)備多針對單一波長（405nm±5nm）紫外激光光源進(jìn)行光刻鏡頭設(shè)計，而單一波長的光刻設(shè)備在pcb光刻制程上存在局限性，根據(jù)瑞麗準(zhǔn)則，分辨率公式σ=kl*λ/na（λ為光源波長，na為數(shù)值孔徑，kl為光刻工藝因子），可以看出分辨率與工作波長和數(shù)值孔徑有關(guān)。當(dāng)光刻工藝因子一定時，當(dāng)工作波長減小，同時增大數(shù)值孔徑，可以提高pcb光刻制程。利用led和激光的混波光源，可以提高光源的數(shù)值孔徑，從而能夠?qū)崿F(xiàn)全面覆蓋pcb光刻制程。為了進(jìn)一步提高紫外直寫光刻設(shè)備的生產(chǎn)能力，需要針對寬波段（350nm-430nm）進(jìn)行光刻鏡頭的設(shè)計，提出了一種大數(shù)值孔徑混波直寫光刻鏡頭，其采用雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)，物方和像方同時具有高遠(yuǎn)心度，整個系統(tǒng)畸變較小。但由于光源的光譜較寬，物方數(shù)值孔徑較大，需要采用多片式結(jié)構(gòu)對色差進(jìn)行校正，由于普通光學(xué)玻璃在藍(lán)紫光波段光吸收較為強(qiáng)烈，因此，需要在控制鏡片數(shù)量的同時注意材料的選擇，以確保投影鏡頭的透過率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供一種大數(shù)值孔徑混波直寫光刻鏡頭，所述鏡頭包括物方側(cè)至像方側(cè)方向上沿光的軸線方向依次排布的第一透鏡群組、第二透鏡群組、光闌、第三透鏡群組和第四透鏡群組；

2、所述第一透鏡群組包括依次排布的平板玻璃、具有負(fù)光焦度的第一透鏡、具有正光焦度的第二透鏡和具有正光焦度的第三透鏡；

3、所述第二透鏡群組包括依次排布的具有負(fù)光焦度的第四透鏡、具有正光焦度的第五透鏡、具有正光焦度的第六透鏡和具有負(fù)光焦度的第七透鏡；

4、所述第三透鏡群組包括依次排布的具有負(fù)光焦度的第八透鏡、具有正光焦度的第九透鏡、具有正光焦度的第十透鏡、具有負(fù)光焦度的第十一透鏡；

5、所述第四透鏡群組包括依次排布的具有正光焦度的第十二透鏡、具有正光焦度的第十三透鏡、具有正光焦度的第十四透鏡；

6、所述鏡頭的物方和像方的主波長遠(yuǎn)心度均小于0.1，物方數(shù)值孔徑為na，0.1≤na≤0.15，像方數(shù)值孔徑為na’，0.078≤na’≤0.12；鏡頭共軛距為l，550mm≤l≤650mm。

7、進(jìn)一步，所述鏡頭滿足以下關(guān)系式：0.018<f1/f<0.022；-0.034<f2/f<-0.03；-0.039<f3/f<-0.035；0.024<f4/f<0.028；其中f為所述鏡頭在主波段的焦距，f1為第一透鏡群組在主波段的焦距，f2為第二透鏡群組在主波段的焦距，f3為第三透鏡群組在主波段的焦距，f4為第四透鏡群組在主波段的焦距。

8、進(jìn)一步，f=3842.45mm，f1=78.977mm，f2=-122.34mm，f3=-142.22mm，f4=101.72mm。

9、進(jìn)一步，第一透鏡至第十四透鏡均為單透鏡、且位于同一光軸上。

10、進(jìn)一步，所述鏡頭的放大倍率為β=1.27。

11、進(jìn)一步，平板玻璃物方側(cè)和像方側(cè)的曲率半徑均為∞；

12、第一透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r1和像側(cè)面的曲率半徑r2滿足：0.6≤(r1-r2)/(r1+r2)≤1；

13、第二透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r3和像側(cè)面的曲率半徑r4滿足：1.9≤(r3-r4)/(r3+r4)≤2.3；

14、第三透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r5和像側(cè)面的曲率半徑r5滿足：-1≤(r5-r6)/(r5+r6)≤-0.6；

15、第四透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r7和像側(cè)面的曲率半徑r8滿足：8≤(r7-r8)/(r7+r8)≤12；

16、第五透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r9和像側(cè)面的曲率半徑r10滿足：2.3≤(r9-r10)/(r9+r10)≤2.7；

17、第六透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r11和像側(cè)面的曲率半徑r12滿足：-3.6≤(r11-r12)/(r11+r12)≤-3.2；

18、第七透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r13和像側(cè)面的曲率半徑r14滿足：2.4≤(r13-r14)/(r13+r14)≤2.8；

19、第八透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r15和像側(cè)面的曲率半徑r16滿足：-2.8≤(r15-r16)/(r15+r16)≤-2.4；

20、第九透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r17和像側(cè)面的曲率半徑r18滿足：3.1≤(r17-r18)/(r17+r18)≤3.5；

21、第十透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r19和像側(cè)面的曲率半徑r20滿足：3.1≤(r19-r20)/(r19+r20)≤3.5；

22、第十一透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r21和像側(cè)面的曲率半徑r22滿足：-105≤(r21-r22)/(r21+r22)≤-95；

23、第十二透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r23和像側(cè)面的曲率半徑r24滿足：0.5≤(r23-r24)/(r23+r24)≤1；

24、第十三透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r25和像側(cè)面的曲率半徑r26滿足：5.4≤(r25-r26)/(r25+r26)≤6；

25、第十四透鏡的物側(cè)面的曲率半徑r27和像側(cè)面的曲率半徑r28滿足：0.005≤(r27-r28)/(r27+r28)≤0.01。

26、進(jìn)一步，所述鏡頭滿足：

27、183<ttl/ct1<216，ttl為所述鏡頭在主波段的總長；ct1為平板玻璃在光軸上的中心厚度；

28、91<ttl/ct2<108，ct2為第一透鏡在光軸上的中心厚度；

29、50<ttl/ct3<59，ct3為第二透鏡在光軸上的中心厚度；

30、68<ttl/ct4<81，ct4為第三透鏡在光軸上的中心厚度；

31、50<ttl/ct5<59，ct5為第四透鏡在光軸上的中心厚度；

32、50<ttl/ct6<59，ct6為第五透鏡在光軸上的中心厚度；

33、55<ttl/ct7<65，ct7為第六透鏡在光軸上的中心厚度；

34、152<ttl/ct8<180，ct8為第七透鏡在光軸上的中心厚度；

35、152<ttl/ct9<180，ct9為第八透鏡在光軸上的中心厚度；

36、55<ttl/ct10<65，ct10為第九透鏡在光軸上的中心厚度；

37、50<ttl/ct11<59，ct11為第十透鏡在光軸上的中心厚度；

38、55<ttl/ct12<65，ct12為第十一透鏡在光軸上的中心厚度；

39、50<ttl/ct13<59，ct13為第十二透鏡在光軸上的中心厚度；

40、61<ttl/ct14<72，ct14為第十三透鏡在光軸上的中心厚度；

41、50<ttl/ct15<59，ct15為第十四透鏡在光軸上的中心厚度。

42、進(jìn)一步，所述鏡頭滿足：

43、t0=0.49mm，t0為物面到平板玻璃的物側(cè)面的中心距離；

44、140mm<t1<150mm，t1為平板玻璃的像側(cè)面到第一透鏡的物側(cè)面的中心距離；

45、1mm<t2<1.8mm，t2為第一透鏡的像側(cè)面到第二透鏡的物側(cè)面的中心距離；

46、2.5mm<t3<3mm，t3為第二透鏡的像側(cè)面到第三透鏡的物側(cè)面的中心距離；

47、35mm<t4<38mm，t4為第三透鏡的像側(cè)面到第四透鏡的物側(cè)面的中心距離；

48、12mm<t5<15m，t5為第四透鏡的像側(cè)面到第五透鏡的物側(cè)面的中心距離；

49、5mm<t6<7mm，t6為第五透鏡的像側(cè)面到第六透鏡的物側(cè)面的中心距離；

50、3mm<t7<4mm，t7為第六透鏡的像側(cè)面到第七透鏡的物側(cè)面的中心距離；

51、7mm<t8<9mm，t8為第七透鏡的像側(cè)面到光闌的中心距離；

52、7mm<t9<9mm，t9為光闌到第八透鏡的物側(cè)面的中心距離；

53、3mm<t10<4mm，t10為第八透鏡的像側(cè)面到第九透鏡的物側(cè)面的中心距離；

54、5mm<t11<7mm，t11為第九透鏡的像側(cè)面到第十透鏡的物側(cè)面的中心距離；

55、13mm<t12<14mm，t12為第十透鏡的像側(cè)面到第十一透鏡的物側(cè)面的中心距離；

56、50mm<t13<60mm，t13為第十一透鏡的像側(cè)面到第十二透鏡的物側(cè)面的中心距離；

57、0.5mm<t14<1.5mm，t14為第十二透鏡的像側(cè)面到第十三透鏡的物側(cè)面的中心距離；

58、6mm<t15<7mm，t15為第十三透鏡的像側(cè)面到第十四透鏡的物側(cè)面的中心距離；

59、155mm<t16<165mm，t16為第十四透鏡的像側(cè)面到曝光面的中心距離。

60、進(jìn)一步，所述鏡頭采用紫外寬光譜，工作波長范圍為350nm-430nm，所述鏡頭需承受激光功率60w。

61、進(jìn)一步，所述鏡頭在全視場范圍內(nèi)，場曲<1/5*fov，畸變<0.001%，倍率色差<0.5μm，其中fov為所述鏡頭在主波段的焦深。

62、本發(fā)明所達(dá)到的有益技術(shù)效果：本發(fā)明的大數(shù)值孔徑混波直寫光刻鏡頭，采用平面玻璃和14個透鏡組成，兼具紫外寬光譜、物方數(shù)值孔徑較大、整體色差較小等優(yōu)勢。降低工作波長，同時增加數(shù)值孔徑，可以提高光刻分辨率，在紫外波段較寬的光譜能夠?qū)崿F(xiàn)全面覆蓋pcb光刻制程。所述鏡頭采用i線高透玻璃材料搭配組合，可以較好的校正色差，同時系統(tǒng)的的透過率較高，紫外激光耐輻射性能較好。