宽谱线大视场光学系统技术方案

本发明专利技术提供一种宽谱线大视场光学系统，其包括：光源单元、照明单元、成像单元；照明单元接受来自光源单元的光束，其包括：第一照明镜头、匀光部件、第二照明镜头，来自光源单元的光束依次经第一照明镜头、匀光部件、第二照明镜头投射于一物面上，成像单元接受来自物面的光束，其包括：第一成像镜头以及至少一个第二成像镜头，各成像镜头依次设置，任一成像镜头对应一像面，来自照明单元的光束依次经第一成像镜头以及至少一个第二成像镜头成像后逐级放大。本发明专利技术的宽谱线大视场光学系统适于在200nm至450nm的深紫外波长范围使用，其通过设置第一成像镜头以及至少一个第二成像镜头，具有提高放大倍率，并缩短整个系统长度，节省空间的效果。间的效果。间的效果。

【技术实现步骤摘要】
宽谱线大视场光学系统


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种宽谱线大视场光学系统。

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。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种宽谱线大视场光学系统，以克服现有技术中存在的不足。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种宽谱线大视场光学系统，其包括：光源单元、照明单元、成像单元；
[0007]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；
[0008]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物面上，所述成像单元接受来自所述物面的光束，其包括：第一成像镜头以及至少一个第二成像镜头，各成像镜头依次设置，任一成像镜头对应一像面，来自所述照明单元的光束投射于物面上后，反射和散射的光束依次经第一成像镜头以及至少一个第二成像镜头成像后逐级放大；
[0009]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；
[0010]所述照明单元和第一成像镜头之间还设置有光路分离元件；
[0011]来自所述照明单元光束依次经过所述光路分离元件、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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]所述照明单元的孔径光阑处和第二成像镜头的孔径光阑处选择性地插入有不同的光瞳滤波器；
[0015]所述照明单元的第二照明面和第一成像面处设置视场光阑，视场光阑通光口径与物方视野FOV尺寸对应设置。
[0016]作为本专利技术的宽谱线大视场光学系统的改进，任一照明镜头均包括依次设置的：第一照明镜组、所述照明孔径光阑以及第二照明镜组，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者近平行光，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。
[0017]作为本专利技术的宽谱线大视场光学系统的改进，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，匀光部件包括至少两种可以相互切换，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，都可以获得适配的照明条件，匀光部件切换时保持出口位置不变，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。
[0018]作为本专利技术的宽谱线大视场光学系统的改进，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、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。
[0019]作为本专利技术的宽谱线大视场光学系统的改进，来自所述物面的光束经所述第一成像镜组后形成中间像，所述中间像形成于所述第三片反射镜的中央通孔附近；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。
[0020]作为本专利技术的宽谱线大视场光学系统的改进，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。
[0021]作为本专利技术的宽谱线大视场光学系统的改进，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；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；
[0022]至少有2片负透镜满足关系式：Dop>0.7
×
D1，且其中焦距的绝对值最短的2片负透镜满足关系式：0.45＜|1/fm1+1/fm2|
×
f2＜1.4；
[0023]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，fm1为满足关系式Dop>0.7
×
D1焦距的绝对值最短负透镜的焦距，fm1为满足关系式Dop>0.7
×
D1焦距的绝对值次短负透镜的焦距。
[0024]作为本专利技术的宽谱线大视场光学系统的改进，所述第二成像镜头包括第四成像镜
组，孔径光阑和第五成像镜组；第四成像镜组包含具有第一正光焦度的子镜组、负光焦度的子镜组和第二正光焦度的子镜组，满足关系式：
[0025]0.3＜f111/f11＜1.6；
[0026]0.13＜-f112/f11＜0.8；
[0027]0.2＜f113/f11＜1.1；
[0028]其中，f11为第四成像镜组的组合焦距，f111为第一正光焦度的子镜组的组合焦距，f112为负光焦度的子镜组的组合焦距，f113为第二正光焦度的子镜组的组合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽谱线大视场光学系统，其特征在于，所述宽谱线大视场光学系统包括：光源单元、照明单元、成像单元；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；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物面上，所述成像单元接受来自所述物面的光束，其包括：第一成像镜头以及至少一个第二成像镜头，各成像镜头依次设置，任一成像镜头对应一像面，来自所述照明单元的光束投射于物面上后，反射和散射的光束依次经第一成像镜头以及至少一个第二成像镜头成像后逐级放大；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；所述照明单元和第一成像镜头之间还设置有光路分离元件；来自所述照明单元光束依次经过所述光路分离元件、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；所述照明单元的孔径光阑处和第二成像镜头的孔径光阑处选择性地插入有不同的光瞳滤波器；所述照明单元的第二照明面和第一成像面处设置视场光阑，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所述的宽谱线大视场光学系统，其特征在于，任一照明镜头均包括依次设置的：第一照明镜组、所述照明孔径光阑以及第二照明镜组，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者近平行光，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2所述的宽谱线大视场光学系统，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，匀光部件包括至少两种可以相互切换，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，都可以获得适配的照明条件，匀光部件切换时保持出口位置不变，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所述的宽谱线大视场光学系统，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、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。
5.根据权利要求4所述的宽谱线大视场光学系统，其特征在于，来自所述物面的光束经所述第一成像镜组后形成中间像，所述中间像形成于所述第三片反射镜的中央通孔附近；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...

【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：