CN114690433A - 照明系统及物镜离线检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光学物镜检测技术领域，尤其是涉及一种照明系统及物镜离线检测装置。照明系统包括沿光轴顺序设置的光源、聚光镜组、匀光器、针孔光阑、成像镜组和掩模板。光源用于提供照明光束，聚光镜组用于收集光源发出的照明光束，且经过聚光镜组，照明光束能够被转换为i线波段的出射光束并汇聚于匀光器的入射端，匀光器出射的照明光束经过针孔光阑和成像镜组后照射于掩模板上，形成大数值孔径、小尺寸光斑，且形成的光斑质量好，以满足物镜离线检测的高要求的照明需求。

Description

照明系统及物镜离线检测装置

技术领域

本申请涉及光学物镜检测技术领域，尤其是涉及一种照明系统及物镜离线检测装置。

背景技术

随着半导体设备的发展，对曝光系统的要求越来越严格，其中曝光系统中的子系统物镜决定了曝光质量、线条均匀性和线条宽度，因此在系统开发研制过程中需要对物镜进行质量检测，即检测物镜的像差是否满足要求。物镜像差检测主要分为在线检测和离线检测，现有公开的关于物镜的离线检测中，对检测系统的照明系统基本是一笔带过，没有详细的描述，而是主要侧重于对测试方法和算法解算的描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种照明系统及物镜离线检测装置，以在对物镜进行离线检测时能够在一定程度上满足高要求的照明需求。

本发明提供了一种照明系统，用于物镜离线检测；所述照明系统包括沿光轴顺序设置的光源、聚光镜组、匀光器、针孔光阑、成像镜组和掩模板；

所述光源用于提供照明光束，所述光源的照明光束经过所述聚光镜组后能够形成i线波段的出射光束并汇聚于所述匀光器的入射端；

所述匀光器的出射光线经过所述针孔光阑和所述成像镜组后照射于所述掩模板。

进一步地，所述光源为小LED芯片尺寸的高功率紫外LED；所述高功率紫外LED的发光角度最大为±55°。

进一步地，所述聚光镜组包括沿光轴顺序设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一光阑、滤光片、第四透镜和第五透镜；

所述第一透镜为具有正光焦度的弯月透镜，所述第一透镜的物方表面是凹入的，像方表面是凸出的；所述第二透镜为具有正光焦度的弯月透镜，所述第二透镜的物方表面是凹入的，像方表面是凸出的；所述第三透镜为具有正光焦度的厚透镜，所述第三透镜的物方表面和像方表面均是凸出的；所述第四透镜为具有负光焦度的弯月透镜，所述第四透镜的物方表面是凹入的，像方表面是凸出的；所述第五透镜为双凸透镜，第五透镜的物方表面和像方表面均是凸出的。

进一步地，所述第二透镜的物方表面的曲率小于所述第一透镜的物方表面的曲率，所述第二透镜的像方表面的曲率小于所述第一透镜得分像方表面的曲率。

进一步地，所述第五透镜的像方表面具有接近平面的较小的曲率。

进一步地，所述匀光器包括具有预定长度的抗紫外辐射的融石英光纤。

进一步地，在i线波段的照明下：所述匀光器的最大数值孔径为0.22；所述聚光镜组的最大像方数值孔径和所述成像镜组的最大物方数值孔径为0.22；所述成像镜组的最大像方数值孔径为0.7。

进一步地，所述光纤的纤芯直径为所述针孔光阑的光阑孔的直径的4至8倍；所述光阑孔的圆度在90％以上。

进一步地，所述成像镜组包括沿光轴顺序设置的第六透镜、第七透镜、第二光阑、第八透镜、第九透镜和第十透镜；

所述第六透镜的物方表面是凹入的，像方表面是凸出的；所述第七透镜的物方表面是凸出的，像方表面是凹入的；所述第八透镜的物方表面是凸出的，像方表面是凸出的；所述第九透镜的物方表面是凸出的，像方表面是凹入的；所述第十透镜的物方表面是凸出的，像方表面是凹入的。

本发明还提供了一种物镜离线检测装置，包括上述任一项所述的照明系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的照明系统包括沿光轴顺序设置的光源、聚光镜组、匀光器、针孔光阑、成像镜组和掩模板。光源用于提供照明光束，聚光镜组用于收集光源发出的照明光束，且经过聚光镜组，照明光束能够被转换为i线波段的出射光束并汇聚于匀光器的入射端，匀光器出射的照明光束经过针孔光阑和成像镜组后照射于掩模板上，形成大数值孔径、小尺寸光斑，且形成的光斑质量好，以满足物镜离线检测的高要求的照明需求。

本发明还提供了一种物镜离线检测装置，包括所述的照明系统，因而所述物镜离线检测装置也具有照明系统的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1呈现了照明系统的结构示意图；

图2呈现了成像镜组传递函数图；

图3呈现了成像镜组点裂图；

图4呈现了成像镜组像差图；

图5呈现了呈现了照明系统光斑仿真结果；

图6呈现了照明系统均匀性仿真结果。

附图标记：

1-光源，a-聚光镜组，2-第一透镜，3-第二透镜，4-第三透镜，5-第一光阑，6-滤光片，7-第四透镜，8-第五透镜，9-匀光器，10-针孔光阑，b-成像镜组，11-第六透镜，12-第七透镜，13-第二光阑，14-第八透镜，15-第九透镜，16-第十透镜，17-掩模板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1至图4描述根据本申请一些实施例所述的物镜离线检测用照明系统及物镜离线检测装置。

本申请的第一方面提供了一种照明系统，用于物镜的离线检测；该照明系统主要针对365nm波段用哈特曼传感器作为检测手段的物镜离线检测装置，并在物镜进行离线检测时，提供高要求的照明。

如图1所示，照明系统包括沿光轴顺序设置的光源1、聚光镜组a、匀光器9、针孔光阑10、成像镜组b和掩模板17。

光源1用于提供照明光束。比如，光源1为高功率紫外LED光源1，并选用具有较小LED芯片尺寸的紫外LED。高功率紫外LED具有适宜的发光角度；比如高功率紫外LED的发光角度最大为±55°，以易于后方聚光镜组a收集光束。

聚光镜组a用于收集光源1发出的照明光束，且经过聚光镜组a，照明光束能够被转换为i线波段的出射光束并汇聚于匀光器9的入射端。聚光镜组a包括沿光轴顺序设置的第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第一光阑5、滤光片6、第四透镜7和第五透镜8。

第一透镜2具有正光焦度，且第一透镜2为弯向光源1的弯月凸透镜，即第一透镜2的物方表面是凹入的，第一透镜2的像方表面是凸出的；同时第一透镜2具有较大的物方数值孔径，比如，第一透镜2的做大物方数值孔径为0.5，从而使第一透镜2能够覆盖光源1的发光角度，以更全面、有效地实现对照明光束的收集。

第二透镜3具有正光焦度，且第二透镜3也为弯向光源1的弯月透镜，即第二透镜3的物方表面是凹入的，第二透镜3的像方表面是凸出的；同时，第二透镜3的物方表面的曲率小于第一透镜2的物方表面的曲率，第二透镜3的像方表面的曲率小于第一透镜2的像方表面的曲率；以通过第一透镜2和第二透明实现光束的平滑转折。

第三透镜4具有正光焦度，且第三透镜4为厚双凸透镜，即第三透镜4的物方表面是凸出的，第三透镜4的像方表面也是凸出的，且第三透镜4的物方表面和像方表面均为球面。第三透镜4为具有较大厚度的厚透镜，使第三透镜4具有较强的光线转折能力。

第三透镜4的后方设置有第一光阑5，以通过第一光阑5实现杂散光的滤除，并对后方透镜的数值孔径进行约束。

第三透镜4的出射光束通过第一光阑5后照射至后方的滤光片6，高功率紫外LED属于宽波段光源1，比如，高功率紫外LED发出的照明光束的波段为340nm-390nm，通过滤光片6能够使高功率紫外LED发出的照明光束转换为i线波段的照明光源1，即通过滤光片6后的照明光束为365nm的i线照明，以满足物镜测试所需的照明光束的波段要求。

照明光束经过滤光片6后向后传播至第四透镜7，第四透镜7为弯向第一光阑5的弯月透镜，即第四透镜7的物方表面是凹入的，第四透镜7的像方表面是凸出的；同时第四透镜7具有负光焦度，第四透镜7类似于双高斯镜组的后半部分，通过第四透镜7能够有效地实现对光阑像差的消除。

照明光束经过第四透镜7后向后传播至第五透镜8，第五透镜8为双凸透镜，第五透镜8的物方表面和像方表面均是凸出的；第五透镜8的像方表面的曲率较小，使第五透镜8接近平凸透镜；第五透镜8能够使照明光束实现预定数值孔径的转折以汇聚于匀光器9的入射端，比如第五透镜8的最大像方数值孔径为0.22。

光源1发出的照明光束在经过上述的聚光镜组a后形成i线照明并汇聚于匀光器9，匀光器9为具有预定长度的抗紫外辐射的融石英光纤，以通过匀光器9提高照明系统的均匀性。

匀光器9的数值孔径决定了聚光镜组a的像方数值孔径和成像镜组b的物方数值孔径。比如，匀光器9的最大数值孔径为0.22，聚光镜组a的最大像方数值孔径和成像镜组b的最大物方数值孔径与匀光器9的最大数值孔径相同也为0.22。

匀光器9的后方设置有针孔光阑10，匀光器9出射的照明光束经过针孔光阑10后照射至后方的成像镜组b，通过针孔光阑10配合后方的成像镜组b控制掩模板17上形成的光斑的大小。针孔光阑10的光阑孔的圆度要求较高，比如光阑孔的圆度在90％以上，且针孔光阑10的厚度足够薄，以使针孔光阑10不会对后方成像镜组b的成像构成影响。

在该实施例中，针孔光阑10的光阑孔的直径可以为50μm至100μm；比如，针孔光阑10的光阑孔的直径为50μm、80μm或100μm。

针孔光阑10可根据匀光器9的纤芯直径进行选取，比如使匀光器9的光纤的纤芯直径为针孔光阑10的光阑孔的直径的4倍到8倍之间，以使照明效果的均匀性更好。

在该实施例中，成像镜组b包括沿光轴顺序设置的第六透镜11、第七透镜12、第二光阑13、第八透镜14、第九透镜15和第十透镜16，通过成像镜组b光源1能够在掩模板上形成大角度、小尺寸的光斑。

成像镜组b具有较大的像方数值孔径，比如成像镜组b的最大像方数值孔径为0.7，以能够用于像方数值孔径小于0.7的基于i线的任何物镜离线检测装置。

第六透镜11为弯月透镜，第六透镜11的物方表面是凹入的，第六透镜11的像方表面是凸出的，通过第六透镜11实现较大数值孔径的光线转折。

第七透镜12为弯月透镜，第七透镜12的物方表面是凸出的，第七透镜12的像方表面是凹入的，第七透镜12主要起发散光线的作用，以使实现光线的大角度转折，提升后方的第八透镜14的物方数值孔径的大小，同时通过第七透镜12消除光阑像差。

第七透镜12和第八透镜14之间设置有第二光阑13，通过设置第二光阑13能够有效消除球差和与孔径有关的像差。

第八透镜14为双凸透镜，第八透镜14的物方表面和像方表面均是凸出的；第九透镜15为弯月透镜，第九透镜15的物方表面是凸出的，第九透镜15的像方表面是凹入的；第十透镜16也为弯月透镜，第四透镜7的物方表面是凸出的，第十透镜16的像方表面是凹入的。第八透镜14、第九透镜15和第十透镜16具有较强的光线转折能力，以使光束能够汇聚于掩模板17上，形成大数值孔径、小尺寸的光斑。

表1呈现了聚光镜组透镜特性，表2呈现了成像镜组的透镜特性。

表1

表2

在表1和表2中，1A和1B代表第一透镜的物方表面和像方表面，2A和2B代表第二透镜的物方表面和像方表面，依次类推，10A和10B代表第十透镜的物方表面和像方表面。

图1呈现了照明系统结构图，图2呈现了成像镜组传递函数图，图3呈现了成像镜组点裂图，图4呈现了成像镜组像差图，图5呈现了照明系统光斑仿真结果，图6呈现了照明系统均匀性仿真结果。

综上，本申请的照明系统可以实现大数值孔径、小光斑的理想光源，且通过更换不同的针孔光阑和成像镜组中的第二光阑能够实现不同数值孔径和不同大小的光斑照明。本申请的照明系统形成的光斑最小可以为16μm，且在需求范围内均匀性能够高达95％，基本消除了照明系统对物镜畸变测试的影响，对整个物镜离线检测装置的影响为亚纳米级别。本申请的照明系统的最大数值孔径可以达到0.7，可以用于像方数值孔径小于0.7的基于i线的任何物镜离线检测装置；同时，本申请的照明系统的后半部分即成像镜组部分完全按照成像设计，即成像镜组可以被认为是具有大数值孔径的成像镜头，尺寸较短，可以达到130mm以下，从而解决了空间小的问题，降低了集成难度。并且按照成像设计使得形成的光斑的质量较好，不仅均匀性更好，而且像差基本接近衍射极限，对于物镜离线检测装置本申请的照明系统不会引入额外的像差；进而满足物镜的离线检测的高要求的照明需求。

本申请的第二方向提供了一种物镜离线检测装置，包括上述的照明系统，因此具有照明系统的全部友谊效果，在此不再一一赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种照明系统，用于物镜离线检测；其特征在于，所述照明系统包括沿光轴顺序设置的光源、聚光镜组、匀光器、针孔光阑、成像镜组和掩模板；

所述光源用于提供照明光束，所述光源的照明光束经过所述聚光镜组后能够形成i线波段的出射光束并汇聚于所述匀光器的入射端；

所述匀光器的出射光线经过所述针孔光阑和所述成像镜组后照射于所述掩模板。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述光源为小LED芯片尺寸的高功率紫外LED；

所述高功率紫外LED的发光角度最大为±55°。

3.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述聚光镜组包括沿光轴顺序设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一光阑、滤光片、第四透镜和第五透镜；

所述第一透镜为具有正光焦度的弯月透镜，所述第一透镜的物方表面是凹入的，像方表面是凸出的；

所述第二透镜为具有正光焦度的弯月透镜，所述第二透镜的物方表面是凹入的，像方表面是凸出的；

所述第三透镜为具有正光焦度的厚透镜，所述第三透镜的物方表面和像方表面均是凸出的；

所述第四透镜为具有负光焦度的弯月透镜，所述第四透镜的物方表面是凹入的，像方表面是凸出的；

所述第五透镜为双凸透镜，第五透镜的物方表面和像方表面均是凸出的。

4.根据权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述第二透镜的物方表面的曲率小于所述第一透镜的物方表面的曲率，所述第二透镜的像方表面的曲率小于所述第一透镜得分像方表面的曲率。

5.根据权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述第五透镜的像方表面具有接近平面的较小的曲率。

6.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述匀光器包括具有预定长度的抗紫外辐射的融石英光纤。

7.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，在i线波段的照明下：

所述匀光器的最大数值孔径为0.22；

所述聚光镜组的最大像方数值孔径和所述成像镜组的最大物方数值孔径为0.22；

所述成像镜组的最大像方数值孔径为0.7。

8.根据权利要求6所述的物镜离线检测用照明系统，其特征在于，所述光纤的纤芯直径为所述针孔光阑的光阑孔的直径的4至8倍；

所述光阑孔的圆度在90％以上。

9.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述成像镜组包括沿光轴顺序设置的第六透镜、第七透镜、第二光阑、第八透镜、第九透镜和第十透镜；

所述第六透镜的物方表面是凹入的，像方表面是凸出的；

所述第七透镜的物方表面是凸出的，像方表面是凹入的；

所述第八透镜的物方表面是凸出的，像方表面是凸出的；

所述第九透镜的物方表面是凸出的，像方表面是凹入的；

所述第十透镜的物方表面是凸出的，像方表面是凹入的。

10.一种物镜离线检测装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的照明系统。

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