CN106772933A - 宽光谱大视场显微物镜光学系统 - Google Patents

宽光谱大视场显微物镜光学系统 Download PDF

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Abstract

一种宽光谱大视场显微物镜光学系统，包括沿光路方向同轴依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、孔径光阑、第六透镜组、第七透镜组和第八透镜组，所述的第一透镜组至第八透镜组构成物镜组E1，所述的第三透镜组的焦距fS3，第八透镜组的焦距fS8，物镜组的焦距fE1，满足下列关系式：0.5<|fS3/fS8|<1，1.5<|fS8/fE1|<2.5。本发明宽光谱大视场显微物镜在近紫外‑可见光波段范围内具有工作波段长，数值孔径大，物方视场大，放大倍率高、透过率高等特点，系统成像质量接近衍射极限。

Description

宽光谱大视场显微物镜光学系统
技术领域
本发明属于显微物镜领域，特别是一种用于缺陷检测的显微物镜光学系统。该系统主要适用于硅片缺陷检测，超精密表面形貌测量等。
技术背景
随着大规模集成电路的集成度越来越高，如何进行硅片表面缺陷检测成为集成电路制造过程中的一大难题。目前实现硅片缺陷检测的常用方法有光学显微成像检测法和电子束检测法。由于后者的检测速度远小于前者检测速度，因此，目前主要利用光学显微成像检测法进行硅片表面缺陷检测。
在基于光学显微成像法的检测系统中，显微物镜是其中最关键的部件。它直接影响检测分辨率和检测速度。设计高质量的显微物镜，以进一步提高其检测分辨率，提高检测速度，对于光学显微成像检测系统具有十分重要的意义。
在先技术“用于视频成像的显微物镜的光学系统”(发明专利申请号201210418310.6)设计了一种显微物镜。该物镜由14片透镜组成，物镜齐焦距为65mm，物镜像差通过筒镜像差进行补偿。在先技术存在如下不足：系统长度偏长，镜片厚度过厚，使得系统在近紫外波段透过率低，影响成像的对比度；物镜齐焦距不是通用的45mm，该显微物镜不能在一般显微检测系统中使用；物镜像差不是独立补偿和校正，物镜的装配和检测难以单独进行。针对在先技术的不足，本发明提出了一种宽光谱大视场显微物镜光学系统。
发明内容
本发明目的是为了提供一种宽光谱大视场显微物镜。该显微物镜在近紫外-可见光波段内具有宽工作波段(365nm—550nm)，大数值孔径(NA＝0.85)，大物方视场(0.6mm)，高放大倍率(50X)，高透过率(>80％)，系统成像质量接近衍射极限(波像差接近四分之一波长)等特点。本发明的宽光谱大视场显微物镜是无限远显微物镜，各种像差进行独立校正，以方便镜头装配。本发明的宽光谱大视场显微物镜齐焦距为通用的45mm。
为了便于描述，系统像面在左无限远处，物面在右，本发明所述从左向右方向。
为实现本发明目的，本发明技术方案是：
一种宽光谱大视场显微物镜光学系统，包括沿光路方向同轴依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、孔径光阑、第六透镜组、第七透镜组和第八透镜组，所述的第一透镜组至第八透镜组构成物镜组E1；
所述的第三透镜组的焦距fS3，第八透镜组的焦距fS8，物镜组的焦距fE1，满足下列关系式：
0.5<|fS3/fS8|<1，
1.5<|fS8/fE1|<2.5。
所述的第三透镜组为双胶合透镜组，结构为“负正”型，透镜材料均为冕玻璃，整组焦距为负，至少一个非胶合面为非球面。
所述的第四透镜组为双胶合透镜组，结构为“正负”型，至少一个非胶合面为非球面，该第四透镜组的入射光方向的透镜材料为冕玻璃，出射光方向的透镜材料为火石玻璃，冕玻璃透镜的焦距为正，火石玻璃的焦距为负。
所述的第七透镜组为三胶合透镜组，结构为“正负正”型，至少一个非胶合面为非球面，该第七透镜组的入射光方向的透镜材料为冕玻璃，中间透镜材料为火石玻璃，出射光方向的透镜材料为冕玻璃，火石玻璃的焦距为负，冕玻璃的焦距为正。
整个系统由包括12片透镜，其中第一透镜组，第二透镜组，第五透镜组，第六透镜组和第八透镜组为单透镜，第七透镜组为三胶合透镜，第三透镜，第四透镜为双胶合透镜，物镜齐焦距45mm。
本发明的技术效果如下：
本发明宽光谱大视场显微物镜在近紫外-可见光波段内具有工作波段宽(365nm—550nm)，数值孔径大(NA＝0.85)，物方视场大(0.6mm)，放大倍率高(50X)，整个工作波段透过率高(>80％)，系统成像质量接近衍射极限(波像差接近四分之一波长)等特点。
附图说明
图1是宽光谱大视场显微物镜光学系统图；
图2是宽光谱大视场显微物镜光学系统的传递函数曲线图。
图3是宽光谱大视场显微物镜光学系统的波像差曲线图其中0视场(图a)，0.5视场(图b)(物方视场半径0.15mm)，0.7视场(图c)(物方视场半径0.21mm)，0.8视场(图d)(物方视场半径0.24mm)，全视场(图e)(物方视场半径0.3mm)。
图4是宽光谱大视场显微物镜光学系统的场曲/畸变曲线图，其中图a为场曲，图b为畸变；
图5是宽光谱大视场显微物镜光学系统的垂轴像差曲线图，其中0视场(图a)，0.5视场(图b)(物方视场半径0.15mm)，0.7视场(图c)(物方视场半径0.21mm)，0.8视场(图d)(物方视场半径0.24mm)，全视场(图e)(物方视场半径0.3mm)；
图6是宽光谱大视场显微物镜光学系统的透过率曲线图，其中，0视场(图a)，0.5视场(图b)(物方视场半径0.15mm)，0.7视场(图c)(物方视场半径0.21mm)，0.8视场(图d)(物方视场半径0.24mm)，全视场(图e)(物方视场半径0.3mm)。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参看图1，本发明宽光谱大视场显微物镜光学系统，包括沿光路方向同轴依次排列的第一透镜组S1，第二透镜组S2，第三透镜组S3，第四透镜组S4，第五透镜组S5，孔径光阑U1，第六透镜组S6，第七透镜组S7，第八透镜组S8沿光轴自左向右顺序排列，第一透镜组至第八透镜组构成系统的物镜组E1；所述的第三透镜组的焦距为fS3，第八透镜组的焦距为fS8，物镜组的焦距为fE1，满足下列关系式：
0.5<|fS3/fS8|<1，
1.5<|fS8/fE1|<2.5。
本发明宽光谱大视场显微物镜是无限远显微物镜，物镜进行了像差独立校正，以方便物镜的装配和检测，物镜齐焦距为45mm。
本发明宽光谱大视场显微物镜光学系统的一个实施例的结构参数如表1～2所示。
表1
表面 曲率半径 厚度 Nd Vd
1 20.897 3.36 1.62 60.60
2 -22.194 4.28
3 8.099 3.65 1.58 60.80
4 2.226 1.99
5 -3.160 8.00 1.51 66.95
6 5.973 4.08 1.49 84.47
7 -8.227 0.10
8 28.251 2.74 1.46 90.90
9 -5.666 0.54 1.66 42.41
10 12.988 0.34
11 7.702 3.18 1.50 81.61
12 -11.374 0.15
光阑 0.000 1.77
14 18.427 1.58 1.70 32.21
15 -17.334 0.10
16 177.484 1.52 1.46 90.90
17 -10.426 0.50 1.62 41
18 6.092 3.30 1.50 81.61
19 -12.968 0.10
20 4.365 4.08 1.74 50.62
21 10.044 0.75
像面 0.000 0.00
表2非球面系数表
系统性能曲线如图2～5所示。
图2为传递函数曲线图，由图可以看出系统传递函数在0视场，0.5视场(物方视场半径0.15mm)，0.7视场(物方视场半径0.21mm)，0.8视场(物方视场半径0.24mm)，全视场(物方视场半径0.3mm)光学传递函数在1600线对/毫米时，均大于0.4以上。
图3波像差曲线图，图中最大纵坐标的最大刻度值为±0.25个波长，从图可见，波长在365nm—550nm波段范围内，在0视场(图a)，0.5视场(图b)(物方视场半径0.15mm)，0.7视场(图c)(物方视场半径0.21mm)，0.8视场
(图d)(物方视场半径0.24mm)，全视场(图e)(物方视场半径0.3mm)波像差小于0.25个波长，达到了衍射极限。
图4场曲(图a)畸变(图b)曲线图，从图可以看出系统的最大光学畸变小于0.8％。
图5垂轴像差曲线图，图中最大纵坐标的最大刻度值为±2微米，从图可见，波长在365nm—550nm波段范围内，在0视场(图a)，0.5视场(图b)(物方视场半径0.15mm)，0.7视场(图c)(物方视场半径0.21mm)，0.8视场(图d)(物方视场半径0.24mm)，全视场(图e)(物方视场半径0.3mm)各色光曲线形状相似，最大值控制在1微米以内。
图6全视场透过率曲线图，从图可见，波长在365nm—550nm波段范围内，在0视场(图a)，0.5视场(图b)(物方视场半径0.15mm)，0.7视场(图c)(物方视场半径0.21mm)，0.8视场(图d)(物方视场半径0.24mm)，全视场(图e)(物方视场半径0.3mm)整个视场的透过率均大于80％。
本发明宽光谱大视场显微物镜具有工作波段宽(365nm—550nm)，数值孔径大(NA＝0.85)，物方视场大(0.6mm)，放大倍率高(50X)、透过率高(>80％)的特点，系统成像质量接近衍射极限。

Claims (4)

1.宽光谱大视场显微物镜光学系统，其特征在于，包括沿光路方向同轴依次排列的第一透镜组(S1)、第二透镜组(S2)、第三透镜组(S3)、第四透镜组(S4)、第五透镜组(S5)、孔径光阑(U1)、第六透镜组(S6)、第七透镜组(S7)和第八透镜组(S8)，所述的第一透镜组至第八透镜组构成物镜组E1；
所述的第三透镜组的焦距fS3，第八透镜组的焦距fS8，物镜组的焦距fE1，满足下列关系式：
0.5<|fS3/fS8|<1，
1.5<|fS8/fE1|<2.5。
2.根据权利要求1所述的宽光谱大视场显微物镜光学系统，其特征在于，所述的第三透镜组(S3)为双胶合透镜组，结构为“负正”型，透镜材料均为冕玻璃，整组焦距为负，至少一个非胶合面为非球面。
3.根据权利要求1所述的宽光谱大视场显微物镜光学系统，其特征在于，所述的第四透镜组(S4)为双胶合透镜组，结构为“正负”型，至少一个非胶合面为非球面，该第四透镜组(S4)的入射光方向的透镜材料为冕玻璃，出射光方向的透镜材料为火石玻璃，冕玻璃透镜的焦距为正，火石玻璃的焦距为负。
4.根据权利要求1所述的宽光谱大视场显微物镜光学系统，其特征在于，所述的第七透镜组(S7)为三胶合透镜组，结构为“正负正”型，至少一个非胶合面为非球面，该第七透镜组(S7)的入射光方向的透镜材料为冕玻璃，中间透镜材料为火石玻璃，出射光方向的透镜材料为冕玻璃，火石玻璃的焦距为负，冕玻璃的焦距为正。
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