CN113835209B - 一种大视场duv物镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大视场DUV物镜，所述物镜沿光轴方向从物面到像面依次为：第一透镜组（24），第二透镜组（25）、第三透镜组（26）、第四透镜组（27）、第五透镜组（28）、第六透镜组（29），第七透镜组（30），第八透镜组（31）、第九透镜组（32）、第十透镜组（33），共计23片透镜。本发明采用全折射式光路结构，有效降低了光学系统高级球差，控制了慧差、场曲、色差。系统设计MTF超过同类产品。

Description

一种大视场DUV物镜

技术领域

本发明涉及半导体检测显微光学系统物镜技术领域，更具体的，涉及一种大视场高分辨率DUV显微光学系统物镜。

背景技术

半导体芯片作为现代工业、信息产业的基础，半导体芯片制造更是现代工业、信息产业基础的基础，是经济持续发展、国防安全的重要保证。半导体制造中一个很关键的参数是良品率，良品率的微小变化都会引起成本和利润有巨大变化。因此，半导体制造过程中需要对每一道工序进行监控。其中，基于显微光学系统的光学探测技术是半导体检测中非常重要的一种检测手段，广泛应用于膜厚测量、无图案晶圆表面缺陷检测、有图案制程表面缺陷检测等环节。随着半导体制造技术的发展，半导体制程线宽越来越小，对检测光学系统的分辨率要求也随之更高，同时，为了提高检测效率，也要求光学系统有更大的视场。

物镜作为显微光学系统的核心部件，决定着整个显微光学系统的分辨率、视场、工作波段等。可以说，半导体技术的发展对高分辨率、大视场显微物镜提出了迫切需求。

在国际专利数据库上可以查询到同领域内UV物镜，有折返式物镜，如US7345825A，如图1所示，其采用大反射镜作为NA收集器，此种物镜口径较大，视场小于0.5mm。有折射式物镜，如三丰UV物镜，其NA只有0.55，视场只有0.11mm。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种大视场高NA DUV显微光学系统物镜。物镜包括依次设置于同一光轴上的：第一透镜组（24），第二透镜组（25）、第三透镜组（26）、第四透镜组（27）、第五透镜组（28）、第六透镜组（29），第七透镜组（30），第八透镜组（31）、第九透镜组（32）、第十透镜组（33），共23片透镜。

第一透镜组（24）包括透镜（1）和透镜（2），降低光束入射角便于后面镜组的像差矫正。透镜（1）为凹凸透镜，凹面朝向物面，透镜（2）为凹凸透镜，凹面朝向物面。透镜（1）光焦度为正，透镜（2）光焦度为正。

第二透镜组（25）为密接双分离透镜组，包括透镜（3）和透镜（4）。透镜（3）为凹凸透镜，凹面朝向物面，透镜（4）为凹凸透镜，凹面朝向物面。透镜（3）光焦度为正，透镜（4）光焦度为负。

第三透镜组（26）为密接双分离透镜组，包括透镜（5）和透镜（6）。透镜（5）为平凹透镜，平面朝向物面，透镜（6）为双凸透镜。透镜（5）光焦度为负，透镜（6）光焦度为正。

第四透镜组（27）为密接双分离透镜组，包括透镜（7）和透镜（8）。透镜（7）为凸凹透镜，凸面朝向物面，透镜（8）为双凸透镜。透镜（7）光焦度为负，透镜（8）光焦度为正。

第五透镜组（28）为密接双分离透镜组，包括透镜（9）和透镜（10）。透镜（9）为双凸透镜，透镜（10）位双凹透镜。透镜（9）光焦度为正，透镜（10）光焦度为负。

第六透镜组（29）为密接双分离透镜组，包括透镜（11）和透镜（12）。透镜（11）为双凸透镜，透镜（12）为凹凸透镜，凹面朝向物面。透镜（11）光焦度为正，透镜（12）光焦度为负。

第七透镜组（30）为密接三分离透镜组，包括透镜（13）、透镜（14）和透镜（15）。透镜（13）为双凸透镜，透镜（14）为双凹透镜，透镜（15）为双凸透镜。透镜（13）光焦度为正，透镜（14）光焦度为负，透镜（15）光焦度为正。

第八透镜组（31）为密接三分离透镜组，包括透镜（16）、透镜（17）和透镜（18）。透镜（16）为凸凹透镜，透镜（17）为双凸透镜，透镜（18）位双凹透镜。透镜（16）光焦度为负，透镜（17）光焦度为正，透镜（18）光焦度为负。

第九透镜组（32）包括透镜（19）和透镜（20）。透镜（19）为凹凸透镜，凹面朝向物面，透镜（20）位凹凸透镜，凹面朝向物面。透镜（19）光焦度为负，透镜（20）光焦度为负。

第十透镜组（33）包括透镜（21）、（22）和（23）。透镜（21）为凹凸透镜，凹面朝向物面，透镜（22）为凹凸透镜，凹面朝向物面，透镜（23）为双凸透镜。透镜（21）光焦度为正，透镜（22）光焦度为正，透镜（23）光焦度为正。

本发明中，显微光学物镜工作波段为264-268nm。

本发明中，显微光学物镜视场大于0.8mm。

本发明中，显微光学物镜NA 0.65。

本发明中，在第十八透镜和第十九透镜之间设置光阑。

本发明的优点在于：本发明采用全折射式光路结构，有效降低了光学系统高级球差，控制了慧差、场曲、色差。系统设计MTF超过同类产品。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为背景技术中专利US7345825A光学镜头的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例的显微物镜结构示意图；

图3为本发明的第二透镜组结构示意图；

图4为本发明的一个实施例的MTF图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图2所示，大视场高分辨率显微物镜结构沿光轴方向从物面到像面依次为第一透镜组24到第十透镜组33，共二十三片透镜。

第一透镜组24主要作用是高NA收集，并按照低球差设计，来自物面的光线依次穿过透镜1第一表面、第二表面，透镜2第一表面、第二表面。透镜1光焦度为正，第一表面为凹面，第二表面为凸面，材料为caf2。透镜2光焦度为正，第一表面为凹面，第二表面为凸面，材料为caf2。

从第二透镜组25到第七透镜组30主要作用是色差矫正。

第二透镜组25，如图3所示，为密接双分离透镜，透镜3和透镜4之间间隔很小的空气间隔。来自第一透镜组24的光线依次穿过透镜3第一表面、第二表面，透镜4第一表面、第二表面。透镜3光焦度为正，第一表面为凹面，第二表面为凸面，材料为caf2。透镜4光焦度为负，第一表面为凹面，第二表面为凸面，材料为silica。

第三透镜组26，为密接双分离透镜，透镜5和透镜6之间间隔很小的空气间隔。来自第二透镜组25的光线依次穿过透镜5第一表面、第二表面，透镜6第一表面，第二表面。透镜5光焦度为负，第一表面为平面，第二表面为凹面，材料为silica。透镜6光焦度为正，第一表面为凸面，第二表面为凸面，材料为caf2。

第四透镜组27，为密接双分离透镜，透镜7和透镜8之间间隔很小的空气间隔。来自第三透镜组26的光线依次穿过透镜7第一表面、第二表面，透镜8第一表面，第二表面。透镜7光焦度为负，第一表面为凸面，第二表面为凹面，材料为silica。透镜8光焦度为正，第一表面为凸面，第二表面为凸面，材料为caf2。

第五透镜组28，为密接双分离透镜，透镜9和透镜10之间间隔很小的空气间隔。来自第四透镜组27的光线依次穿过透镜9第一表面、第二表面，透镜10第一表面，第二表面。透镜9光焦度为正，第一表面为凸面，第二表面为凸面，材料为caf2。透镜10光焦度为负，第一表面为凹面，第二表面为凹面，材料为silica。

第六透镜组29，为密接双分离透镜，透镜11和透镜12之间间隔很小的空气间隔。来自第五透镜组28的光线依次穿过透镜11第一表面、第二表面，透镜12第一表面，第二表面。透镜11光焦度为正，第一表面为凸面，第二表面为凸面，材料为caf2。透镜12光焦度为负，第一表面为凹面，第二表面为凸面，材料为silica。

第七透镜组30，为密接三分离透镜，透镜13和透镜14之间间隔很小的空气间隔，透镜14和透镜15之间间隔很小的空气间隔。来自第六透镜组29的光线依次穿过透镜13第一表面、第二表面，透镜14第一表面，第二表面，透镜15第一表面，第二表面。透镜13光焦度为正，第一表面为凸面，第二表面为凸面，材料为caf2。透镜14光焦度为负，第一表面为凹面，第二表面为凹面，材料为silica。透镜15光焦度为正，第一表面为凸面，第二表面为凸面，材料为caf2。

第八透镜组31和第九透镜组32主要作用为场曲校正。

第八透镜组31，为密接三分离透镜组，透镜16和透镜17之间间隔很小的空气间隔，透镜17和透镜18之间间隔很小的空气间隔。来自第七透镜组30的光线依次穿过透镜16第一表面、第二表面，透镜17第一表面、第二表面，透镜18第一表面、第二表面。透镜16光焦度为负，第一表面为凸面，第二表面为凹面，材料为silica。透镜17光焦度为正，第一表面为凸面，第二表面为凸面，材料为caf2。透镜18光焦度为负，第一表面为凹面，第二表面为凹面，材料为silica。

在第八透镜组31和第九透镜组32之间设置孔径光阑34。

第九透镜组32，为双负透镜组合。来自第八透镜组31的光线依次穿过透镜19第一表面、第二表面，透镜20第一表面、第二表面。透镜19光焦度为负，第一表面为凹面，第二表面为凸面，材料为caf2。透镜20光焦度为负，第一表面为凹面，第二表面凸面，材料为caf2。

第十透镜组33，为三正透镜组合。来自第九透镜组32的光线依次穿过透镜21第一表面、第二表面，透镜22第一表面、第二表面，透镜23第一表面、第二表面。透镜21光焦度为正，第一表面为凹面，第二表面为凸面，材料为silica。透镜22光焦度为正，第一表面为凹面，第二表面为凸面，材料为silica。透镜23光焦度为正，为双凸透镜，材料为silica。

各组透镜焦距如表1所示。

表1

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本发明中，光学系统工作波段为264-268nm。

本发明中，光学系统视场为0.8mm。

本发明中，光学系统NA 0.65。

本发明中，光学系统所有材料折射率，caf2：1.4338，silica：1.4585。

本发明采用全折射式光路结构，最大光学长度150mm，最大光学孔径33mm，有效降低了光学系统高级球差，控制了慧差、场曲、色差。系统设计MTF可达0.48@2000lp，如图4所示，工作波段264-268nm，数值孔径0.65，视场0.8mm，超过同类产品。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种大视场DUV物镜，其特征在于，所述物镜沿光轴方向从物面到像面依次为：第一透镜组（24），第二透镜组（25）、第三透镜组（26）、第四透镜组（27）、第五透镜组（28）、第六透镜组（29），第七透镜组（30），第八透镜组（31）、第九透镜组（32）、第十透镜组（33）；

第一透镜组（24）包括两片透镜，从物面到像面沿光轴方向依次为第一凹凸正透镜（1），第二凹凸正透镜（2）；

第二透镜组（25）为密接双分离透镜组，从物面到像面沿光轴方向依次为第三凹凸正透镜（3），第四凹凸负透镜（4）；

第三透镜组（26）为密接双分离透镜组，从物面到像面沿光轴方向依次为第五平凹负透镜（5）、第六双凸正透镜（6）；

第四透镜组（27）为密接双分离透镜组，从物面到像面沿光轴方向依次为第七凸凹负透镜（7）、第八双凸正透镜（8）；

第五透镜组（28）为密接双分离透镜组，从物面到像面沿光轴方向依次为第九双凸正透镜（9）、第十双凹负透镜（10）；

第六透镜组（29）为密接双分离透镜组，从物面到像面沿光轴方向依次为第十一双凸正透镜（11）、第十二凹凸负透镜（12）；

第七透镜组（30）为密接三分离透镜组，从物面到像面沿光轴方向依次为第十三双凸正透镜（13）、第十四双凹负透镜（14）、第十五双凸正透镜（15）；

第八透镜组（31）为密接三分离透镜组，从物面到像面沿光轴方向依次为第十六凸凹负透镜（16）、第十七双凸正透镜（17）、第十八双凹负透镜（18）；

第九透镜组（32）包括两个负透镜，从物面到像面沿光轴方向依次为第十九凹凸负透镜（19）、第二十凹凸负透镜（20）；

第十透镜组（33）包括三个正透镜，从物面到像面沿光轴方向依次为第二十一凹凸正透镜（21）、第二十二凹凸正透镜（22）、第二十三双凸正透镜（23）。

2.如权利要求1所述的大视场DUV物镜，其特征在于，在第八透镜组（31）和第九透镜组（32）之间设置孔径光阑。

3.如权利要求1所述的大视场DUV物镜，其特征在于，所述物镜的光学数值孔径小于等于0.65，物方视场小于等于0.8mm，工作波段264-268nm。

4.如权利要求1所述的大视场DUV物镜，其特征在于，光学系统所用材料从第一凹凸正透镜（1）到第二十三双凸正透镜（23）依次为caf2，caf2, caf2,silica,silica, caf2,silica, caf2, caf2,silica, caf2,silica, caf2,silica, caf2,silica, caf2,silica, caf2, caf2, silica, silica, silica。

5.如权利要求1所述的大视场DUV物镜，其特征在于，所述各透镜和透镜组焦距如下：

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