筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，是一種折反射式光學(xué)系統(tǒng)，沿其光軸方向依次包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡，第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡具有負(fù)光焦度，并彎向物面；第四透鏡和第五透鏡是雙凹負(fù)透鏡；第六透鏡是雙凸正透鏡；第七透鏡具有正光焦度，并彎向物面；孔徑光闌位于第三透鏡的前表面位置，物面位于所述筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡的后焦面位置。本發(fā)明采用折反射式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)最大數(shù)值孔徑為0.93，最短焦距為2.15mm，而且成像質(zhì)量接近完善成像；透鏡數(shù)量少，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕；完全滿足用于深紫外檢測(cè)顯微鏡的技術(shù)要求。
【專利說明】筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，特別涉及一種用于深紫外檢測(cè)顯微鏡的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]深紫外檢測(cè)顯微鏡在物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等各領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值，尤其在半導(dǎo)體工業(yè)和光電子工業(yè)領(lǐng)域，深紫外檢測(cè)顯微鏡是一種十分重要的檢測(cè)裝備，它可以用于硅片(或掩模版)上的光刻圖形在曝光、顯影、刻蝕等之后的檢測(cè)，可以用于快速觀測(cè)硅片(或掩模版)上光刻圖形的整體效果，可以用于測(cè)量光刻圖形線寬(CD)以及缺陷檢測(cè)等。
[0003]例如，根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)，90nm結(jié)點(diǎn)技術(shù)的掩模版的關(guān)鍵指標(biāo)是:鄰近效應(yīng)校正(OPC)掩模版上鉻線的特征寬度為106nm，缺陷的特征尺寸為72nm。90nm結(jié)點(diǎn)技術(shù)的硅片上曝光圖形的關(guān)鍵指標(biāo)是:密集線的線寬為90nm，密集接觸孔的寬度為115nm。為了掌握硅片(或掩模版)上的光刻圖形的曝光效果，需要一種具有高分辨率的深紫外檢測(cè)光學(xué)顯微鏡。奧林巴斯公司的深紫外檢測(cè)系統(tǒng)(U-UVF248)就是此類顯微鏡，其最高分辨率為80nm，采用248nm波長(zhǎng)光源，其顯微物鏡的放大倍率為100倍，數(shù)值孔徑NA為0.9，工作距為0.2mm。
[0004]隨著市場(chǎng)需求的持續(xù)引導(dǎo)，半導(dǎo)體技術(shù)取得不斷的進(jìn)步，檢測(cè)裝備也需要不斷提高其技術(shù)指標(biāo)以匹配光刻技術(shù)的檢測(cè)要求，為此需要一種最高分辨率為70nm的深紫外檢測(cè)顯微鏡，其顯微物鏡的放大倍率β為100倍，數(shù)值孔徑NA為0.93，工作波長(zhǎng)為248nm。
[0005]傳統(tǒng)技術(shù)上，顯微物鏡有2種形式:其一是共軛距有限的物鏡，我國(guó)規(guī)定顯微物鏡的共軛距標(biāo)準(zhǔn)為195mm，其二是共軛距無(wú)限的物鏡，或稱為筒長(zhǎng)無(wú)限的物鏡。筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡，與鏡筒物鏡(Tube lens,又稱為補(bǔ)償物鏡，或輔助物鏡)組合，前者將物體成像到無(wú)限遠(yuǎn)，后者將無(wú)限遠(yuǎn)處的像再次成像在鏡筒物鏡的焦平面位置，兩者之間為平行光路，可以靈活地插入分光器件、濾波器件、偏振器件等而不產(chǎn)生像差，光路設(shè)計(jì)布局非常方便，而且不影響檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。
[0006]申請(qǐng)?zhí)枮?01310010338.0的中國(guó)專利(申請(qǐng)日2013年I月11日， 申請(qǐng)人:為哈爾濱工業(yè)大學(xué))，公開一種無(wú)限遠(yuǎn)像距顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)其主權(quán)利要求，數(shù)值孔徑NA僅達(dá)到0.8，最短焦距才達(dá)到6mm，最大倍率達(dá)到250/6=41.7倍，工作波長(zhǎng)為632.8nm，可以推算其最高分辨率約200nm。對(duì)于半導(dǎo)體工業(yè)和光電子工業(yè)領(lǐng)域中檢測(cè)顯微鏡的指標(biāo)要求，相去甚遠(yuǎn)。而且，其實(shí)施方式中表I和表2中提供的透鏡數(shù)據(jù)，公開不充分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)。一種深紫外檢測(cè)顯微鏡的最高分辨率為70nm，可以用于光刻圖形曝光、顯影、刻蝕之后的檢測(cè)，可用于快速觀測(cè)光刻圖形的整體效果，可用于測(cè)量光刻圖形線寬(⑶)等。所述深紫外檢測(cè)顯微鏡要求其顯微物鏡的放大倍率β為100倍，數(shù)值孔徑NA為0.93，工作波長(zhǎng)為248.35nm。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡，是一種折反射式物鏡，沿其光軸方向，依次包括第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡，第四透鏡，第五透鏡，第六透鏡，第七透鏡；所述的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡具有負(fù)光焦度，并彎向物面；第四透鏡和第五透鏡是雙凹負(fù)透鏡；第六透鏡是雙凸正透鏡；第七透鏡具有正光焦度，并彎向物面；孔徑光闌位于第三透鏡的前表面位置，物面位于所述筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡的后焦面位置；
[0010]按照反向光路設(shè)計(jì)，光從左側(cè)無(wú)限遠(yuǎn)的像面向右傳播，依次經(jīng)過第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的折射，在第四透鏡的后表面上鍍有反射膜，將光向左側(cè)反射，依次經(jīng)過第四透鏡、第三透鏡和第二透鏡的折射，在第二透鏡的前表面上鍍有反射膜，將光向右側(cè)反射，依次經(jīng)過第二透鏡、第三透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡的折射，到物面上成像；第五透鏡是圓環(huán)形透鏡，中心有一個(gè)圓形通孔，可以嵌入第四透鏡；
[0011]所述的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡，所有七塊透鏡全部采用高透過率的熔石英材料，可選康寧公司7980牌號(hào)的熔石英材料，也可以選肖特公司的Lithosi 1?Q0/1-E248熔石英材料。
[0012]本發(fā)明筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0013]1、本發(fā)明的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)采用折反射式結(jié)構(gòu)，以盡量少的透鏡數(shù)量實(shí)現(xiàn)很大的數(shù)值孔徑，而且成像質(zhì)量接近完善成像；
[0014]2、本發(fā)明的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)透鏡少，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕；
[0015]3、本發(fā)明的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)完全滿足用于深紫外檢測(cè)顯微鏡的技術(shù)要求和應(yīng)用要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及光路圖；
[0017]圖2為本發(fā)明筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的第四透鏡的結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖3為本發(fā)明筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的第二透鏡的結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖4為本發(fā)明筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的第五透鏡的結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖5為本發(fā)明筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF圖；
[0021]圖6為本發(fā)明筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的RMS波像差分布圖；
[0022]圖7為本發(fā)明筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)球差、象散、場(chǎng)曲、畸變分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將對(duì)本發(fā)明的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但不應(yīng)以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]本發(fā)明的目的在于提供一種用于深紫外檢測(cè)顯微鏡的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)。所述深紫外檢測(cè)顯微鏡的最高分辨率為70nm，可以用于光刻圖形曝光、顯影、刻蝕之后的檢測(cè)，可用于快速觀測(cè)光刻圖形的整體效果，可用于測(cè)量光刻圖形線寬(CD)等。所述深紫外檢測(cè)顯微鏡要求其顯微物鏡的放大倍率β為100倍，數(shù)值孔徑NA為0.93，工作波長(zhǎng)為248.35nm,因此所有透鏡全部采用高透過率的熔石英材料，可選康寧公司7980牌號(hào)的熔石英材料，也可以選肖特公司的LithosilTMQ0/l-E248熔石英材料。
[0025]筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡(焦距為f\)，與鏡筒物鏡(Tube lens，又稱為補(bǔ)償物鏡，或輔助物鏡，焦距為f2)組合，前者將物體成像到無(wú)限遠(yuǎn)，后者將無(wú)限遠(yuǎn)處的像再次成像在鏡筒物鏡的焦平面位置，兩者之間為平行光路，可以靈活地插入分光器件、濾波器件、偏振器件等而不產(chǎn)生像差，光路設(shè)計(jì)布局非常方便，而且不影響檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。二者組合實(shí)現(xiàn)放大倍率β為100倍的要求，其關(guān)系如下:
【權(quán)利要求】
1.一種筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，沿其光軸方向依次包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡，其特征在于，所述的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡具有負(fù)光焦度，并彎向物面；第四透鏡和第五透鏡是雙凹負(fù)透鏡；第六透鏡是雙凸正透鏡；第七透鏡具有正光焦度，并彎向物面；孔徑光闌位于第三透鏡的前表面位置，物面位于所述筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡的后焦面位置。
2.如權(quán)利要求1所述的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一至第七透鏡構(gòu)成一種折反射式光學(xué)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，按照反向光路設(shè)計(jì)，光從左側(cè)無(wú)限遠(yuǎn)的像面向右傳播，依次經(jīng)過第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的折射，在第四透鏡的后表面上鍍有反射膜，將光向左側(cè)反射，依次經(jīng)過第四透鏡、第三透鏡和第二透鏡的折射，在第二透鏡的前表面上鍍有反射膜，將光向右側(cè)反射，依次經(jīng)過第二透鏡、第三透鏡、第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡的折射，到物面上成像。
4.如權(quán)利要求1所述的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第五透鏡是圓環(huán)形透鏡，中心有一個(gè)圓形通孔，可以嵌入所述第四透鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所有七塊透鏡均采用高透過率的熔石英材料制成。
【文檔編號(hào)】G02B21/02GK103837974SQ201410067677
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】蔡燕民, 王向朝, 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所