宽谱线高分辨率光学系统技术方案

本发明专利技术提供一种宽谱线高分辨率光学系统，其包括：光源单元、照明单元、成像单元；光源单元包括：光源以及聚光元件，照明单元包括：第一照明镜头、匀光部件、第二照明镜头，经过第二照明镜头的光束投射至第二照明面；成像单元包括：第一成像镜头，其包括依次设置的：第一成像镜组、第二成像镜组以及第三成像镜组。本发明专利技术的宽谱线高分辨率光学系统区别于现有技术，其检测视场(FOV)较小时，数值孔径(NA)比较大，接近于1，分辨率比较高；当检测视场(FOV)变大时，数值孔径(NA)不会相应减小，而是保持基本不变，其分辨率也会保持基本不变。(NA)*(FOV)会随着(FOV)增大而按比例增大，实现高分辨率大视场的效果，最终实现高分辨率的快速检测。最终实现高分辨率的快速检测。最终实现高分辨率的快速检测。

【技术实现步骤摘要】
宽谱线高分辨率光学系统


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种宽谱线高分辨率光学系统。

技术介绍

[0002]LDSI(大规模集成电路)的半导体领域中，以光刻技术为核心的微细加工制造的技术难度最大。在LDSI的研发和制造过程中，需要对多种不同特性材质的高精细线路图形等实施多道高精度的光学检测，而且在制造现场还有高稳定性和高速检测的需求。由于各类光学检测的信息量非常大，所以超大视野，高分辨率，及包括紫外波段在内的宽谱线的光学检测系统应运而生，而且需求日益增强。
[0003]随着半导体芯片及器件的集成密度提高，要求光学检测系统具有更高的光学分辨率。决定光学分辨率主要因素是光波波长和数值孔径，所以为了提高光学检测系统的分辨率，光学系统的照明光源的波长范围日益变短，如近紫外光甚至是深紫外光；检测物镜的数值孔径日益增大，趋近极限。在紫外波长区域，尤其是200nm至450nm的深紫外波长区域，普通光学材料的吸收很大，透光率很低，适用的光学材料受到很大限制，所以包括紫外波段在内的宽谱线、大视场和高分辨率的光学系统的设计和制造变得非常困难。由于针对上述问题的解决方案十分有限，所以急需提出切实的解决方案。普通的光学显微镜，检测视场(FOV)较小时，数值孔径(NA)比较大，接近于1，分辨率比较高；当检测视场(FOV)变大时，数值孔径(NA)会相应减小，分辨率也会随之降低。(NA)*(FOV)基本保持大体不变。
[0004]同时，包括紫外在内的宽谱线光源，结构复杂，价格昂贵，输出能量有限，尤其在选择了波长区域，或使用光瞳滤波器后，可以使用的能量进一步减少。而且，包括紫外在内的宽谱线图像传感器，同样是结构复杂，价格昂贵，灵敏度有限。
[0005]如何有效利用光源能量进行检测照明，如何设计制造高分辨率大视场宽谱线的光学成像系统，并实现两者的协调统一，是业界亟待解决的重大课题。本专利技术为其提供解决方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种宽谱线高分辨率光学系统，以克服现有技术中存在的不足。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0008]一种宽谱线高分辨率光学系统，其包括：光源单元、照明单元、成像单元；
[0009]所述光源单元包括：光源以及聚光元件，所述聚光元件将所述光源发出的光束汇聚到第一照明面，所述照明单元接受来自所述光源单元的光束，其包括：第一照明镜头、匀光部件、第二照明镜头，经过所述第二照明镜头的光束投射至第二照明面；
[0010]任一照明镜头均包括依次设置的：第一照明镜组、照明孔径光阑以及第二照明镜组；
[0011]所述第一照明镜头中，第一照明镜组、照明孔径光阑以及第二照明镜组满足关系式：D2<f22<5D2，其中：D2为第一照明镜头照明孔径光阑的直径，f22为第一照明镜头第二照
明组件的组合焦距；
[0012]来自所述光源单元的光束依次经所述第一照明镜头、匀光部件、第二照明镜头投射于一物面上；
[0013]所述照明单元和成像单元之间还设置有镜组和光路分离元件；
[0014]来自所述照明单元光束依次经过所述镜组、光路分离元件、第二成像镜组、第一成像镜组到达所述物面，来自所述物面反射和散射的光束依次经过所述第一成像镜组、第二成像镜组、光路分离元件、第三成像镜组形成第一像面；
[0015]所述成像单元接受来自所述物面反射和散射的光束，其包括：第一成像镜头，来自所述物面的光束经第一成像镜头进行成像，所述第一成像镜头包括依次设置的：第一成像镜组、第二成像镜组以及第三成像镜组；
[0016]所述第一成像镜组和第二成像镜组满足关系式：0.35＜f1/f2＜1.5，第二成像镜组和第三成像镜组满足关系式：0.22＜f3/(f2
×
β)＜0.8；
[0017]其中，f2为第二成像镜组的组合焦距，f3为第三成像镜组的组合焦距，β为第一成像镜头的放大倍率；
[0018]所述照明孔径光阑处选择性地插入有不同的光瞳滤波器；
[0019]所述第二照明面处设置视场光阑，视场光阑通光口径与物方视野FOV尺寸对应设置。
[0020]作为本专利技术的宽谱线高分辨率光学系统的改进，所述第一照明镜头中，所述第一照明镜组的前焦点位于所述第一照明面处，所述匀光部件的入口设置在所述第二照明镜组的后焦点处，所述光源发出的光束经所述第一照明镜组后变成平行光或近似平行光，再经过所述照明孔径光阑和所述第二照明镜组后汇聚到后焦点，进入所述匀光部件的入口。
[0021]作为本专利技术的宽谱线高分辨率光学系统的改进，所述第一照明镜头中，所述第二照明镜组可以沿光轴方向前后移动，匀光部件包括可以相互切换的至少两种，至少两种匀光部件有不同几何尺寸，对应光学系统物方视场FOV不同时，可获得适配的照明条件；匀光部件切换时保持出口位置不变，匀光部件入口位置因为几何尺寸不同而变化；所述第二照明镜组沿光轴前后移动，保持所述第二照明镜组的后焦点与匀光部件的入口在同一位置，使第二照明镜组射出的光束最有效地进入匀光部件。
[0022]作为本专利技术的宽谱线高分辨率光学系统的改进，所述第一成像镜组包括由物面侧指向像面侧的：第一片复合透镜、所述第二片透镜、第三片反射镜；所述第一片复合透镜的物面侧曲面包括一个反射面，第一片复合透镜的物面侧曲面的中央部分是透过面，其周围部分为朝向像方的反射面；所述第三反射镜物面侧曲面为凹反射面，且第三片反射镜为中央开有通孔可以允许光束穿过。
[0023]作为本专利技术的宽谱线高分辨率光学系统的改进，来自所述物面的光束经所述第一成像镜组后形成中间像，所述中间像形成于第三片反射镜的中央通孔附近；
[0024]所述第一成像镜组满足关系式：|f1/R2|＜0.35，|f1/R3|＜0.8；其中，f1为第一成像镜组的组合焦距，R2为物面侧第一片复合透镜的像面侧曲面的曲率半径，R3为物面侧第二片透镜的物面侧曲面的曲率半径。
[0025]作为本专利技术的宽谱线高分辨率光学系统的改进，所述中间像满足关系式：|Ti/f2|＜0.4，Ti为中间像到第二成像镜组物方第一片透镜之间的距离。
[0026]作为本专利技术的宽谱线高分辨率光学系统的改进，所述第二成像镜组为适于形成平行光或者近平行光的镜组，
[0027]所述第二成像镜组中，至少有2片正透镜满足关系式：Dop>0.7
×
D1，且其中焦距最短的2片正透镜满足关系式：0.7＜(1/fp1+1/fp2)
×
f2＜1.9；
[0028]其中，Dop为透镜的通光孔径，D1为第二镜组(G2)和第三镜组(G3)孔径光阑的直径，fp1为满足关系式Dop>0.7
×
D1焦距最短正透镜的焦距，fp2为满足关系式Dop>0.7
×
D1焦距次短正透镜的焦距。
[0029]作为本专利技术的宽谱线高分辨率光学系统的改进，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽谱线高分辨率光学系统，其特征在于，所述宽谱线高分辨率光学系统包括：光源单元、照明单元、成像单元；所述光源单元包括：光源以及聚光元件，所述聚光元件将所述光源发出的光束汇聚到第一照明面，所述照明单元接受来自所述光源单元的光束，其包括：第一照明镜头、匀光部件、第二照明镜头，经过所述第二照明镜头的光束投射至第二照明面；任一照明镜头均包括依次设置的：第一照明镜组、照明孔径光阑以及第二照明镜组；所述第一照明镜头中，第一照明镜组、照明孔径光阑以及第二照明镜组满足关系式：D2<f22<5D2，其中：D2为第一照明镜头照明孔径光阑的直径，f22为第一照明镜头第二照明组件的组合焦距；来自所述光源单元的光束依次经所述第一照明镜头、匀光部件、第二照明镜头投射于一物面上；所述照明单元和成像单元之间还设置有镜组和光路分离元件；来自所述照明单元光束依次经过所述镜组、光路分离元件、第二成像镜组、第一成像镜组到达所述物面，来自所述物面反射和散射的光束依次经过所述第一成像镜组、第二成像镜组、光路分离元件、第三成像镜组形成第一像面；所述成像单元接受来自所述物面反射和散射的光束，其包括：第一成像镜头，来自所述物面的光束经第一成像镜头进行成像，所述第一成像镜头包括依次设置的：第一成像镜组、第二成像镜组以及第三成像镜组；所述第一成像镜组和第二成像镜组满足关系式：0.35＜f1/f2＜1.5，第二成像镜组和第三成像镜组满足关系式：0.22＜f3/(f2
×
β)＜0.8；其中，f2为第二成像镜组的组合焦距，f3为第三成像镜组的组合焦距，β为第一成像镜头的放大倍率；所述照明孔径光阑处选择性地插入有不同的光瞳滤波器；所述第二照明面处设置视场光阑，视场光阑通光口径与物方视野FOV尺寸对应设置。2.根据权利要求1所述的宽谱线高分辨率光学系统，其特征在于，所述第一照明镜头中，所述第一照明镜组的前焦点位于所述第一照明面处，所述匀光部件的入口设置在所述第二照明镜组的后焦点处，所述光源发出的光束经所述第一照明镜组后变成平行光或近似平行光，再经过所述照明孔径光阑和所述第二照明镜组后汇聚到后焦点，进入所述匀光部件的入口。3.根据权利要求1所述的宽谱线高分辨率光学系统，其特征在于，所述第一照明镜头中，所述第二照明镜组可以沿光轴方向前后移动，匀光部件包括可以相互切换的至少两种，至少两种匀光部件有不同几何尺寸，对应光学系统物方视场FOV不同时，可获得适配的照明条件；匀光部件切换时保持出口位置不变，匀光部件入口位置因为几何尺寸不同而变化；所述第二照明镜组沿光轴前后移动，保持所述第二照明镜组的后焦点与匀光部件的入口在同一位置，使第二照明镜组射出的光束最有效地进入匀光部件。4.根据权利要求1所述的宽谱线高分辨率光学系统，其特征在于，所述第一成像镜组包括由物面侧指向像面侧的：第一片复合透镜、所述第二片透镜、第三片反射镜；所述第一片复合透镜的物面侧曲面包括一个反射面，第一片复合透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，
申请(专利权)人：张家港中贺自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：