CN114236975B - 应用于波像差检测的照明系统镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于波像差检测的照明系统镜头，包括从物侧至像侧依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，第一透镜、第三透镜和第四透镜分别为正光焦度并弯向物侧的弯月透镜，第二透镜为双凸透镜；第二透镜与第三透镜的间距大于第三透镜与第四透镜的间距，第三透镜与第四透镜的间距大于第一透镜与第二透镜的间距。本照明系统镜头的元件较少，结构形式紧凑，成像质量接近衍射极限，且在紫外及可见光谱段具有较高的透过率，可通过局部的优化适应不同工作波长的使用要求而不需要重新设计。

Description

应用于波像差检测的照明系统镜头
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，特别涉及一种应用于波像差检测的照明系统镜头。
背景技术
系统波像差是光刻投影物镜的重要性能参数，直接影响光刻投影物镜的曝光质量，因此在投影物镜的制造过程中需要对系统的波像差进行精确的测量，辅助镜片及结构的微调，最终保证投影物镜的波像差满足设计和使用的需求。
检测系统波像差目前的主要技术方案有哈特曼法、剪切干涉法等，其主要原理是将标准的测试波前经过被检投影物镜后，用哈特曼法或剪切干涉法等测量并计算透过波前，进而到被检投影物镜的波像差结果。无论采用上述何种波像差测量方案，均需配置高精度的照明系统，以对光源出射的光束经过照明系统整形，形成与被检投影物镜匹配的标准球面波前。目前，波像差检测的照明系统的设计仍是空白。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提出一种应用于波像差检测的照明系统镜头，以简单的光学系统设计形式，使照明系统镜头具有光学元件数量较少、结构紧凑的特点，这有利于照明系统镜头的制造与装调，并且照明系统镜头的设计指标接近衍射极限，配合点衍射系统波像差检测方法，可以用于实现对被检投影物镜系统波像差的高精度检测。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供一种应用于波像差检测的照明系统镜头，包括从物侧至像侧依次同轴设置且均为正光焦度的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面，将第一透镜的物侧面作为孔径光阑；第二透镜的物侧面和像侧面分别为凸面；第三透镜的像侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；第四透镜的像侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凹面；第二透镜与第三透镜的间距大于第三透镜与第四透镜的间距，第三透镜与第四透镜的间距大于第一透镜与第二透镜的间距。
优选地，第一透镜的物侧面和像侧面的口径均为22mm，第一透镜的物侧面的曲率半径为82.613mm，第一透镜的像侧面的曲率半径为50.104mm，第一透镜的厚度为2.4mm；第二透镜的物侧面和像侧面的口径均为22mm，第二透镜的物侧面的曲率半径为90.164mm，第二透镜的像侧面的曲率半径为-310.32mm，第二透镜的厚度为5.684mm，第二透镜与第一透镜的间距为2.681mm；第三透镜的物侧面的口径为20mm，第三透镜的像侧面的口径均为19mm，第三透镜的物侧面的曲率半径为41.039mm，第三透镜的像侧面的曲率半径为211.398mm，第三透镜的厚度为9.14mm，第三透镜与第二透镜的间距为25.473mm；第四透镜的物侧面的口径为13mm，第四透镜的像侧面的口径均为10mm，第四透镜的物侧面的曲率半径为19.059mm，第四透镜的像侧面的曲率半径为36.31mm，第四透镜的厚度为11.116mm，第四透镜与像面的间距为20mm，第四透镜与第三透镜的间距为18.505mm。
优选地，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜为熔石英材料。
本发明能够取得以下技术效果：
(1)本照明系统镜头的结构形式紧凑，光学元件仅具有四片透镜，照明系统镜头的制造与装调，四片透镜采用分离的独立透镜，无胶合结构，成像质量接近衍射极限。
(2)本照明系统镜头采用一种光学材料，且在紫外及可见光谱段具有较高的透过率，可通过局部的优化适应不同工作波长的使用要求而不需要重新设计。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的应用于波像差检测的照明系统镜头的结构示意图。
其中的附图标记包括：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面将对本发明实施例提供的应用于波像差检测的照明系统镜头进行详细说明。
本发明实施例提供的应用于波像差检测的照明系统镜头，作用是将光源所发射光波调制为指定数值孔径的标准球面波前，进而对被检投影物镜实现充分照明，进而检测被检投影物镜的系统波像差提供必要的支撑。
图1示出了根据本发明一个实施例的应用于波像差检测的照明系统镜头的结构。
如图1所示，包括从物侧至像侧依次同轴设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4；其中，第一透镜1、第三透镜3和第四透镜4分别为正光焦度并弯向物侧的弯月透镜，第二透镜2为双凸透镜，第二透镜2与第三透镜3的间距大于第三透镜3与第四透镜4的间距，第三透镜3与第四透镜4的间距大于第一透镜1与第二透镜2的间距。
第一透镜1的物侧面和像侧面的口径均为22mm，第一透镜的物侧面的曲率半径为82.613mm，第一透镜的像侧面的曲率半径为50.104mm，第一透镜的厚度为2.4mm。
第二透镜的物侧面和像侧面的口径均为22mm，第二透镜的物侧面的曲率半径为90.164mm，第二透镜的像侧面的曲率半径为-310.32mm，第二透镜的厚度为5.684mm，第二透镜与第一透镜的间距为2.681mm。
第三透镜的物侧面的口径为20mm，第三透镜的像侧面的口径均为19mm，第三透镜的物侧面的曲率半径为41.039mm，第三透镜的像侧面的曲率半径为211.398mm，第三透镜的厚度为9.14mm，第三透镜与第二透镜的间距为25.473mm。
第四透镜的物侧面的口径为13mm，第四透镜的像侧面的口径均为10mm，第四透镜的物侧面的曲率半径为19.059mm，第四透镜的像侧面的曲率半径为36.31mm，第四透镜的厚度为11.116mm，第四透镜与像面的间距为20mm，第四透镜与第三透镜的间距为18.505mm。
第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜采用康宁公司的HPFS7980熔石英材料，其在覆盖光线工作波长较宽，在193nm至632.8nm谱段具有较高的透过率，因此本发明的照明系统镜头可适配光刻投影物镜的工作波长的系统波长波像差检测照明使用。熔石英材料是专为193nm研制，其在可见光也具有非常好的透过率。本发明可以利用632.8nm进行加工和装调测试，最终在193nm应用达到接近衍射极限的精度。
照明系统镜头的像方数值孔径NA等于0.35、工作波长为632.8nm，物方视场半径为15mm。
本发明实施例提供的照明系统镜头采用四片透镜，合理分布了各个元件的光焦度，可有效降低照明系统光学元件的制造难度。入射光为准直扩束后的激光光束，首先入射光经过第一透镜1，汇聚入射到第二透镜2，经第三透镜3和第四透镜4最终调制为像方数值孔径NA为0.35的球面波前。
本发明采用一种光学材料，透镜相互独立，设计结果接近衍射极限，可以得到特定数值孔径的光束球面照明波前。基于本发明方法，通过调整透镜的参数及组合，可以快速得到不同数值口径照明系统的系统设计模型。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种应用于波像差检测的照明系统镜头，其特征在于，仅具有从物侧至像侧依次同轴设置且均为正光焦度的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面，将所述第一透镜的物侧面作为孔径光阑；所述第二透镜的物侧面和像侧面分别为凸面；所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；所述第四透镜的物侧面为凸面，所述第四透镜的像侧面为凹面；所述第二透镜与所述第三透镜的间距大于所述第三透镜与所述第四透镜的间距，所述第三透镜与所述第四透镜的间距大于所述第一透镜与所述第二透镜的间距。
2.根据权利要求1所述的应用于波像差检测的照明系统镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面和像侧面的口径均为22mm，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为82.613mm，所述第一透镜的像侧面的曲率半径为50.104mm，所述第一透镜的厚度为2.4mm；
所述第二透镜的物侧面和像侧面的口径均为22mm，所述第二透镜的物侧面的曲率半径为90.164mm，所述第二透镜的像侧面的曲率半径为-310.32mm，所述第二透镜的厚度为5.684mm，所述第二透镜与所述第一透镜的间距为2.681mm；
所述第三透镜的物侧面的口径为20mm，所述第三透镜的像侧面的口径均为19mm，所述第三透镜的物侧面的曲率半径为41.039mm，所述第三透镜的像侧面的曲率半径为211.398mm，所述第三透镜的厚度为9.14mm，所述第三透镜与所述第二透镜的间距为25.473mm；
所述第四透镜的物侧面的口径为13mm，所述第四透镜的像侧面的口径均为10mm，所述第四透镜的物侧面的曲率半径为19.059mm，所述第四透镜的像侧面的曲率半径为36.31mm，所述第四透镜的厚度为11.116mm，所述第四透镜与像面的间距为20mm，所述第四透镜与所述第三透镜的间距为18.505mm。
3.根据权利要求2所述的应用于波像差检测的照明系统镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜为熔石英材料。
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