CN116338927A - 成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显微镜成像技术领域，公开了一种特别适用于宽带紫外波段成像的成像系统，其包括折射反射透镜组、镜筒透镜组及光路折叠反射组件，所述折射反射透镜组包括折射反射组件、场镜组件及聚焦组件，所述折射反射组件将来自物体的光聚焦到所述场镜组件上以校正色差，校正色差后的光依次经所述聚焦组件、所述镜筒透镜组及所述光路折叠反射组件后在像面成像，其中，所述成像系统的放大率为M，且满足如下条件：M＝F1/F2，F1为所述折射反射透镜组的焦距，F2为所述镜筒透镜组的焦距，且所述镜筒透镜组在不改变高阶色差的情况下具有变焦范围，所述光路折叠反射组件具有适应所述镜筒透镜组的变焦范围的光路距离变化范围。
Description
技术领域
本发明涉及显微镜成像技术领域，特别涉及一种成像系统，该成像系统特别适用于宽带紫外波段的成像。
背景技术
紫外检测显微镜在物理、化学、材料科学、生命科学等各领域具有重大的应用价值，尤其在半导体工业和光电子工业领域，深紫外检测显微镜是一种十分重要的检测装备，它可以用于硅片(或掩模版)上的光刻图形在曝光、显影、刻蚀等之后的检测，可以用于快速观测硅片(或掩模版)上光刻图形的整体效果，可以用于测量光刻图形线宽(CD)以及缺陷检测等。
由于在紫外波段可用于色差校正的材料很少，因此难以设计高性能的适用于宽带紫外波段的应用的显微镜。此外，使用大范围变焦更难校正紫外宽带光学中的色差。
因此，实有必要提供一种新的成像系统以适用于宽带紫外波段的成像。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种特别适用于宽带紫外波段成像的成像系统。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种成像系统，适用于宽带紫外波段的成像，其包括折射反射透镜组、镜筒透镜组及光路折叠反射组件，所述折射反射透镜组包括折射反射组件、场镜组件及聚焦组件，所述折射反射组件将来自物体的光聚焦到所述场镜组件上以校正色差，校正色差后的光依次经所述聚焦组件、所述镜筒透镜组及所述光路折叠反射组件后在像面成像，其中，所述成像系统的放大率为M，且满足如下条件：M＝F1/F2，F1为所述折射反射透镜组的焦距，F2为所述镜筒透镜组的焦距，且所述镜筒透镜组在不改变高阶色差的情况下具有变焦范围，所述光路折叠反射组件具有适应所述镜筒透镜组的变焦范围的光路距离变化范围。
优选地，所述成像系统应用于波长范围为250nm-450nm的光的成像。
优选地，所述成像系统的畸变小于0.1％。
优选地，所述成像系统的斯特尔比大于0.9。
优选地，所述成像系统的放大倍数为50-250。
优选地，所述成像系统的波长范围内的放大率变化小于0.1％。
优选地，所述成像系统的极高的远心度小于1mrad。
优选地，所述折射反射组件包括在其像侧面具有第一反射涂层的第一透镜以及在其物侧面具有第二反射涂层的第二透镜，所述第二透镜具有接收来自物体的光的窗口，所述第一透镜的中心具有开口，经所述窗口接收的光被依次经所述第二透镜和所述第一透镜折射至所述第一反射涂层并在所述第一反射涂层反射，所述第一反射涂层反射的光依次经所述第一透镜和所述第二透镜折射至所述第二反射涂层并经所述第二反射涂层反射，所述第一反射涂层反射的光经所述第二透镜折射后聚焦至所述场镜组件上。
优选地，所述场镜组件至少部分位于所述开口内。
优选地，所述场镜组件包括由至少两种具有不同色散的折射材料形成的多个透镜，所述多个透镜自物侧至像侧方向依次设置。
优选地，不同色散的折射材料包括熔融石英和氟化钙。
优选地，所述多个透镜分为由氟化钙形成的第三透镜以及由熔融石英制成的第四透镜和第五透镜。
优选地，所述第三透镜胶合固定于所述第四透镜的物侧，所述第五透镜设于所述第四透镜的像侧并与所述第四透镜间隔设置，其中，所述第三透镜和所述第四透镜的胶合面具有相同的曲率半径。
优选地，所述第五透镜胶合所述第三透镜的物侧，所述第四透镜胶合所述第三透镜的像侧，其中，所述第三透镜和所述第四透镜的胶合面具有相同的曲率半径，所述第五透镜和所述第三透镜的胶合面具有相同的曲率半径。
本发明的有益效果在于：通过对成像系统的结构设计可以使得其特别适用于宽带紫外波段的成像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：
图1是本发明的成像系统的结构原理图；
图2是图1所示成像系统中折射反射透镜组的结构示意图；
图3是图1所示成像系统中折射反射透镜组另一实施例的结构示意图；
图4是图1所示成像系统中镜筒透镜组的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。
本发明的成像系统特别适用于紫外成像应用，例如紫外显微镜物镜、晶片检测设备中表面散射紫外光的收集器、紫外光刻系统的掩模投影光学系统等。
请参阅图1，本发明提供的成像系统包括折射反射透镜组1、镜筒透镜组3及光路折叠反射组件5，来自物体的光依次经折射反射透镜组1、镜筒透镜组3及光路折叠反射组件5后在像面9上成像。
需要说明的是，图1中箭头的方向表示光从物侧到像侧的方向。
如图1所示，折射反射透镜组1与镜筒透镜组3之间以及光路折叠反射组件5与像面9之间均设有具有反射面的反射元件8，其中，经折射反射透镜组1出射的光经反射元件8的反射面反射至镜筒透镜组3，经光路折叠反射组件5出射的光经另一反射元件8的反射面反射至像面9成像。
反射元件8可以采用棱镜(例如图1所示的三棱镜)、平面镜等。
请参阅图2，折射反射透镜组1包括折射反射组件11、场镜组件13及聚焦组件15，折射反射组件11将来自物体的光聚焦到场镜组件13上以校正色差，校正色差后的光依次经聚焦组件15、镜筒透镜组3及光路折叠反射组件5后在像面9成像，其中，成像系统的放大率为M，且满足如下条件：M＝F1/F2，F1为折射反射透镜组1的焦距，F2为镜筒透镜组3的焦距，且镜筒透镜组3在不改变高阶色差的情况下具有变焦范围，光路折叠反射组件5具有适应镜筒透镜组3的变焦范围的光路距离变化范围。
在一具体实施方式中，折射反射透镜组1的焦距为23.35mm，折射反射透镜组1的光学总长为345mm。
折射反射组件11包括在其像侧面具有第一反射涂层112的第一透镜111以及在其物侧面具有第二反射涂层114的第二透镜113，第二透镜113具有接收来自物体的光的窗口115，第一透镜111的中心具有开口117，经窗口115接收的光被依次经第二透镜113和第一透镜111折射至第一反射涂层112并在第一反射涂层112反射，第一反射涂层112反射的光依次经第一透镜111和所述第二透镜113折射至第二反射涂层114并经第二反射涂层114反射，第一反射涂层112反射的光经第二透镜113折射后聚焦至场镜组件13上。
需要说明的是，窗口115的光学孔径不需要由开口117限定，并且可以简单地由第二反射涂层114限定。具体而言，窗口115是由透明透镜的物侧面未涂覆第二反射涂层114的区域外露形成。
还需要说明的是，第一反射涂层112和第二反射涂层114可以为氟化镁涂层或铝涂层。可选地，第一反射涂层112和第二反射涂层114可以极化保护以增强反射率。
在一具体的实施例中，窗口115的直径为1mm，开口117的直径为48mm，出口角度范围为±21mrad。
场镜组件13至少部分位于开口117内。如此可以使得开口117的口径足够小，从而有利于更多的光聚焦到场镜组件13上。
场镜组件13包括由至少两种具有不同色散的折射材料形成的多个透镜，多个透镜自物侧至像侧方向依次设置。
在本实施例中，不同色散的折射材料包括熔融石英和氟化钙。
如图2和图3所示，多个透镜分为由氟化钙形成的第三透镜131以及由熔融石英制成的第四透镜133和第五透镜135。
如图2所示，第三透镜131胶合固定于第四透镜133的物侧，第五透镜135设于第四透镜133的像侧并与第四透镜133间隔设置，其中，第三透镜131和第四透镜133的胶合面具有相同的曲率半径。
第三透镜131的物侧面为平面，其像侧面为凸面；第四透镜13的物侧面为凹面，其像侧面为凸面；第五透镜135的物侧面为凸面，其像侧面为凹面。需要说明的是，第五透镜135的物侧面和像侧面均为弱曲面。
请参阅图3，第五透镜135胶合第三透镜131的物侧，第四透镜133胶合第三透镜131的像侧，其中，第三透镜131和第四透镜133的胶合面具有相同的曲率半径，第五透镜135和第三透镜131的胶合面具有相同的曲率半径。
第五透镜135的物侧面和像侧面均为平面；第三透镜131的物侧面为平面，其像侧面为凸面；第四透镜133的物侧面为凹面，其像侧面为凸面。
需要说明的是，图3所示的场镜组件13相对于如图2所示的场镜组件13更适合于波前校正。
如图2和图3所示，聚焦组件15自物侧至像侧方向包括多个透镜，多个透镜分别为a透镜151、b透镜152、c透镜153、d透镜154、e透镜155、f透镜156及g透镜157。其中，a透镜151的物侧面为凹面，其像侧面为凹面；b透镜152的物侧面为平面，其像侧面为凸面；c透镜153的物侧面为凸面，其像侧面为凸面；d透镜154的物侧面为凸面，其像侧面为凹面；e透镜155的物侧面为凹面，其像侧面为凸面；f透镜156的物侧面为凸面，其像侧面为平面；g透镜157的物侧面为凹面，其像侧面为凹面。
镜筒透镜组3自物侧至像侧方向包括多个透镜，通过调节透镜之间的间距可以调整镜筒透镜组3的总焦距。
需要说明的是，为了使镜筒透镜组3在不改变高阶色差的情况下可变焦，可以通过调节至少两个透镜之间的间距的方式调节其焦距，或者通过替换至少两个透镜之间的间距不同的整个镜筒透镜组3的方式调节其焦距。
如图4所示，多个透镜分别为A透镜31、B透镜33及C透镜35、D透镜37。其中，A透镜31的物侧面为凸面，其像侧面为凹面；B透镜33的物侧面为平面，其像侧面为凸面；C透镜35的物侧面为凹面，其像侧面为平面；D透镜37的物侧面为凹面，其像侧面为凸面。
如图1所示，光路折叠反射组件5包括多个光反射元件，多个光反射元件分别为A光反射元件51、B光反射元件53、C光反射元件55、D光反射元件57、E光反射元件58及F光反射元件59，其中，A光反射元件51和B光反射元件53组成第一组光反射元件，C光反射元件55、D光反射元件57、E光反射元件58及F光反射元件59组成第二光反射元件，第一组光反射元件和第二光反射元件相背或相向运动均可以实现光路距离变化。
光反射元件可以采用棱镜(例如图1所示的三棱镜)、平面镜等。
成像系统应用于波长范围为250nm-450nm的光的成像。需要说明的是，成像系统的自动对焦波长为470nm。
成像系统的畸变小于0.1％。
成像系统的斯特尔比大于0.9。需要说明的是，成像系统的一般趋势是较低波长的斯特尔比较低，但自动波长除外。这是因为较低的波长具有较低的衍射极限。
成像系统的放大倍数为50-250。例如，当镜筒透镜组3的焦距为1168mm时，成像系统的放大倍数为50；当镜筒透镜组3的焦距为5838mm时，成像系统的放大倍数为250。
成像系统的波长范围内的放大率变化小于0.1％。
成像系统的极高的远心度小于1mrad。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (14)
1.一种成像系统，适用于宽带紫外波段成像，其特征在于，其包括折射反射透镜组、镜筒透镜组及光路折叠反射组件，所述折射反射透镜组包括折射反射组件、场镜组件及聚焦组件，所述折射反射组件将来自物体的光聚焦到所述场镜组件上以校正色差，校正色差后的光依次经所述聚焦组件、所述镜筒透镜组及所述光路折叠反射组件后在像面成像，其中，所述成像系统的放大率为M，且满足如下条件：M＝F1/F2，F1为所述折射反射透镜组的焦距，F2为所述镜筒透镜组的焦距，且所述镜筒透镜组在不改变高阶色差的情况下具有变焦范围，所述光路折叠反射组件具有适应所述镜筒透镜组的变焦范围的光路距离变化范围。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统应用于波长范围为250nm-450nm的光的成像。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统的畸变小于0.1％。
4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统的斯特尔比大于0.9。
5.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统的放大倍数为50-250。
6.根据权利要求5所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统的波长范围内的放大率变化小于0.1％。
7.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统的极高的远心度小于1mrad。
8.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述折射反射组件包括在其像侧面具有第一反射涂层的第一透镜以及在其物侧面具有第二反射涂层的第二透镜，所述第二透镜具有接收来自物体的光的窗口，所述第一透镜的中心具有开口，经所述窗口接收的光被依次经所述第二透镜和所述第一透镜折射至所述第一反射涂层并在所述第一反射涂层反射，所述第一反射涂层反射的光依次经所述第一透镜和所述第二透镜折射至所述第二反射涂层并经所述第二反射涂层反射，所述第一反射涂层反射的光经所述第二透镜折射后聚焦至所述场镜组件上。
9.根据权利要求8所述的成像系统，其特征在于，所述场镜组件至少部分位于所述开口内。
10.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述场镜组件包括由至少两种具有不同色散的折射材料形成的多个透镜，所述多个透镜自物侧至像侧方向依次设置。
11.根据权利要求10所述的成像系统，其特征在于，不同色散的折射材料包括熔融石英和氟化钙。
12.根据权利要求11所述的成像系统，其特征在于，所述多个透镜分为由氟化钙形成的第三透镜以及由熔融石英制成的第四透镜和第五透镜。
13.根据权利要求12所述的成像系统，其特征在于，所述第三透镜胶合固定于所述第四透镜的物侧，所述第五透镜设于所述第四透镜的像侧并与所述第四透镜间隔设置，其中，所述第三透镜和所述第四透镜的胶合面具有相同的曲率半径。
14.根据权利要求12所述的成像系统，其特征在于，所述第五透镜胶合所述第三透镜的物侧，所述第四透镜胶合所述第三透镜的像侧，其中，所述第三透镜和所述第四透镜的胶合面具有相同的曲率半径，所述第五透镜和所述第三透镜的胶合面具有相同的曲率半径。
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