筒长无限的显微物镜光学系统的制作方法
【专利摘要】一种筒长无限的显微物镜光学系统，是一种折反射式光学系统，沿其光轴方向依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜具有负光焦度，并弯向物面；第四透镜和第五透镜是双凹负透镜；第六透镜是双凸正透镜；第七透镜具有正光焦度，并弯向物面；孔径光阑位于第三透镜的前表面位置，物面位于所述筒长无限的显微物镜的后焦面位置。本实用新型采用折反射式结构，实现最大数值孔径为0.93，最短焦距为2.15mm，而且成像质量接近完善成像；透镜数量少，结构紧凑，体积小，重量轻；完全满足用于深紫外检测显微镜的技术要求。
【专利说明】筒长无限的显微物镜光学系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及显微物镜光学系统，特别涉及一种用于深紫外检测显微镜的筒长无限的显微物镜光学系统。
【背景技术】
[0002]深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。
[0003]例如，根据国际半导体技术路线图(ITRS)，90nm结点技术的掩模版的关键指标是:邻近效应校正(OPC)掩模版上铬线的特征宽度为106nm，缺陷的特征尺寸为72nm。90nm结点技术的硅片上曝光图形的关键指标是:密集线的线宽为90nm，密集接触孔的宽度为115nm。为了掌握硅片(或掩模版)上的光刻图形的曝光效果，需要一种具有高分辨率的深紫外检测光学显微镜。奥林巴斯公司的深紫外检测系统(U-UVF248)就是此类显微镜，其最高分辨率为80nm，采用248nm波长光源，其显微物镜的放大倍率为100倍，数值孔径NA为0.9，工作距为0.2mm。
[0004]随着市场需求的持续引导，半导体技术取得不断的进步，检测装备也需要不断提高其技术指标以匹配光刻技术的检测要求，为此需要一种最高分辨率为70nm的深紫外检测显微镜，其显微物镜的放大倍率β为100倍，数值孔径NA为0.93，工作波长为248nm。
[0005]传统技术上，显微物镜有2种形式:其一是共轭距有限的物镜，我国规定显微物镜的共轭距标准为195mm，其二是共轭距无限的物镜，或称为筒长无限的物镜。筒长无限的显微物镜，与镜筒物镜(Tube lens,又称为补偿物镜，或辅助物镜)组合，前者将物体成像到无限远，后者将无限远处的像再次成像在镜筒物镜的焦平面位置，两者之间为平行光路，可以灵活地插入分光器件、滤波器件、偏振器件等而不产生像差，光路设计布局非常方便，而且不影响检测系统的测量精度。
[0006]申请号为201310010338.0的中国专利(申请日2013年I月11日， 申请人:为哈尔滨工业大学)，公开一种无限远像距显微物镜光学系统，根据其主权利要求，数值孔径NA仅达到0.8，最短焦距才达到6mm，最大倍率达到250/6=41.7倍，工作波长为632.8nm，可以推算其最高分辨率约200nm。对于半导体工业和光电子工业领域中检测显微镜的指标要求，相去甚远。而且，其实施方式中表I和表2中提供的透镜数据，公开不充分。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种筒长无限的显微物镜光学系统。一种深紫外检测显微镜的最高分辨率为70nm，可以用于光刻图形曝光、显影、刻蚀之后的检测，可用于快速观测光刻图形的整体效果，可用于测量光刻图形线宽(CD)等。所述深紫外检测显微镜要求其显微物镜的放大倍率β为100倍，数值孔径NA为0.93，工作波长为248.35nm。
[0008]本实用新型的目的是这样实现的:
[0009]一种筒长无限的显微物镜，是一种折反射式物镜，沿其光轴方向，依次包括第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜，第六透镜，第七透镜；所述的第一透镜、第二透镜和第三透镜具有负光焦度，并弯向物面；第四透镜和第五透镜是双凹负透镜；第六透镜是双凸正透镜；第七透镜具有正光焦度，并弯向物面；孔径光阑位于第三透镜的前表面位置，物面位于所述筒长无限的显微物镜的后焦面位置；
[0010]按照反向光路设计，光从左侧无限远的像面向右传播，依次经过第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的折射，在第四透镜的后表面上镀有反射膜，将光向左侧反射，依次经过第四透镜、第三透镜和第二透镜的折射，在第二透镜的前表面上镀有反射膜，将光向右侧反射，依次经过第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜的折射，到物面上成像；第五透镜是圆环形透镜，中心有一个圆形通孔，可以嵌入第四透镜；
[0011]所述的筒长无限的显微物镜，所有七块透镜全部采用高透过率的熔石英材料，可选康宁公司7980牌号的熔石英材料，也可以选肖特公司的Lithosi 1?Q0/1-E248熔石英材料。
[0012]本实用新型筒长无限的显微物镜光学系统与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:
[0013]1、本实用新型的筒长无限的显微物镜光学系统采用折反射式结构，以尽量少的透镜数量实现很大的数值孔径，而且成像质量接近完善成像；
[0014]2、本实用新型的筒长无限的显微物镜光学系统光学透镜少，结构紧凑，体积小，重
量轻；
[0015]3、本实用新型的筒长无限的显微物镜光学系统完全满足用于深紫外检测显微镜的技术要求和应用要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型筒长无限的显微物镜光学系统的结构及光路图；
[0017]图2为本实用新型筒长无限的显微物镜光学系统的第四透镜的结构图；
[0018]图3为本实用新型筒长无限的显微物镜光学系统的第二透镜的结构图；
[0019]图4为本实用新型筒长无限的显微物镜光学系统的第五透镜的结构图；
[0020]图5为本实用新型筒长无限的显微物镜光学系统的调制传递函数MTF图；
[0021]图6为本实用新型筒长无限的显微物镜光学系统的RMS波像差分布图；
[0022]图7为本实用新型筒长无限的显微物镜光学系统球差、象散、场曲、畸变分布图。
【具体实施方式】
[0023]以下将对本实用新型的筒长无限的显微物镜光学系统做进一步的详细描述，但不应以此限定本实用新型的保护范围。
[0024]本实用新型的目的在于提供一种用于深紫外检测显微镜的筒长无限的显微物镜光学系统。所述深紫外检测显微镜的最高分辨率为70nm，可以用于光刻图形曝光、显影、刻蚀之后的检测，可用于快速观测光刻图形的整体效果，可用于测量光刻图形线宽(CD)等。所述深紫外检测显微镜要求其显微物镜的放大倍率β为100倍，数值孔径NA为0.93，工作波长为248.35nm,因此所有透镜全部采用高透过率的熔石英材料，可选康宁公司7980牌号的熔石英材料，也可以选肖特公司的LithosilTMQ0/l-E248熔石英材料。
[0025]筒长无限的显微物镜(焦距为f\)，与镜筒物镜(Tube lens，又称为补偿物镜，或辅助物镜，焦距为f2)组合，前者将物体成像到无限远，后者将无限远处的像再次成像在镜筒物镜的焦平面位置，两者之间为平行光路，可以灵活地插入分光器件、滤波器件、偏振器件等而不产生像差，光路设计布局非常方便，而且不影响检测系统的测量精度。二者组合实现放大倍率β为100倍的要求，其关系如下:
【权利要求】
1.一种筒长无限的显微物镜光学系统，沿其光轴方向依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，其特征在于，所述的第一透镜、第二透镜和第三透镜具有负光焦度，并弯向物面；第四透镜和第五透镜是双凹负透镜；第六透镜是双凸正透镜；第七透镜具有正光焦度，并弯向物面；孔径光阑位于第三透镜的前表面位置，物面位于所述筒长无限的显微物镜的后焦面位置。
2.如权利要求1所述的筒长无限的显微物镜光学系统，其特征在于，所述的第一至第七透镜构成一种折反射式光学系统。
3.如权利要求2所述的筒长无限的显微物镜光学系统，其特征在于，按照反向光路设计，光从左侧无限远的像面向右传播，依次经过第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的折射，在第四透镜的后表面上镀有反射膜，将光向左侧反射，依次经过第四透镜、第三透镜和第二透镜的折射，在第二透镜的前表面上镀有反射膜，将光向右侧反射，依次经过第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜的折射，到物面上成像。
4.如权利要求1所述的筒长无限的显微物镜光学系统，其特征在于，所述第五透镜是圆环形透镜，中心有一个圆形通孔，可以嵌入所述第四透镜。
5.如权利要求1所述的筒长无限的显微物镜光学系统，其特征在于，所有七块透镜均采用高透过率的熔石英材料制成。
【文档编号】G02B21/02GK203773149SQ201420083669
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】蔡燕民, 王向朝, 黄惠杰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所