[發明專利]用于可見-紫外檢測顯微鏡的成像光學系統

有效

• 申請號: 201410620550.3
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104459966A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 蔡燕民;王向朝;張友寶;步揚;唐鋒;黃惠杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B21/02
• 分類號: G02B21/02;G02B13/00;G02B1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術領域

本發明涉及一種成像光學系統，特別是一種用于可見-紫外檢測顯微鏡的成像光學系統。

背景技術

在物理、化學、材料科學、生命科學等各個領域，紫外顯微鏡不斷擴大應用范圍；尤其在半導體工業和光電子工業領域，紫外顯微鏡已經成為一種十分重要的檢測裝備。紫外顯微鏡可以用于硅片(或掩模版)上的光刻圖形在曝光、顯影、刻蝕等工藝過程之后的檢測，可以快速觀測硅片(或掩模版)上光刻圖形的整體效果，可以測量光刻圖形線寬(CD)以及缺陷檢測等。

紫外顯微鏡還可以用于半導體封裝光刻圖形、印刷電路板(PCB)光刻圖形以及缺陷等的檢測；尤其對于先進封裝技術和高密度互連板(HDI板)技術，其光刻圖形已經發展到幾個微米量級，其缺陷檢測要求已經發展到亞微米量級。為了提高先進封裝光刻圖形和HDI板光刻圖形的良率，需要一種具有亞微米量級分辨率的紫外檢測光學顯微鏡。另外，為了提高檢測的效率和減輕操作者的勞動強度，基于CCD圖像采集技術，可以將顯微物鏡放大的圖像投射到CCD光敏面上，就可以拍攝成圖片或視頻進行再分析處理，這樣使檢測設備的操作十分方便靈活。顯微物鏡光學系統是這類檢測顯微鏡的核心裝置，例如，視頻顯微鏡或數碼顯微鏡就是以CCD相機或CMOS相機為接收器件的顯微鏡，這類顯微鏡的主要優點是便于用計算機實現檢測和信息處理的自動化。

隨著市場需求的持續引導，半導體技術、先進封裝技術、高密度PCB板技術(如HDI板)等也不斷地取得進步，相應的檢測裝備也需要不斷提高其技術指標以匹配光刻技術的檢測要求。針對先進封裝技術和HDI板技術的需求，業界需要提供一種亞微米分辨率的檢測用紫外顯微鏡，并和圖像傳感器(如CCD相機)組成紫外顯微鏡檢測裝置，而顯微物鏡光學系統是檢測用紫外顯微鏡的核心裝置，決定了紫外顯微鏡的主要技術指標。可見-紫外檢測顯微鏡采用分光系統，既可以和圖像傳感器(如CCD相機)組合使用，又可以和目鏡組合使用以供操作者觀察。

申請號為88109146.4的中國專利(申請日1988年10月13日，申請人為國營華北光學儀器廠)，公開了一種大孔徑顯微投影物鏡光學系統，可適用于印刷制版機物鏡。其數值孔徑為0.417，放大倍率為10倍，工作波長為可見光(用C光、D光、F光代表)，由7片透鏡構成，結構簡單，放大倍率較低，數值孔徑較小。其主要缺點是邊緣視場分辨率低、畸變大，不滿足于先進封裝和HDI板光刻圖形檢測顯微鏡的技術需求。

申請號為201210418310.6的中國專利(申請日2012年10月26日)，公開了一種用于視頻成像的顯微物鏡光學系統。該發明專利采用18塊透鏡實現了寬光譜范圍(360nm～550nm)、大數值孔徑(NA＝0.85)、大視場(0.3mm)的視頻成像，但是對于該專利所描述的應用，以及潛在的其它方面的應用來講，還有若干需要完善之處：

■實施例表一中，共采用了12種牌號的光學材料，其中1種是HOYA公司產品，11種是SCHOTT公司產品。所用的部分玻璃材料透過率較低，例如，其第1塊透鏡采用的是SCHOTT公司的N-LAF33材料，該材料的透過率代碼是39/32，表示對于10mm厚玻璃材料在390nm波長的內透過率為80％，在320nm波長的內透過率為5％，如圖1所示，對于該專利的工作波長360nm，內透過率一定小于80％；第2塊透鏡是SCHOTT公司的N-LAK12材料，透過率代碼是37/31，對于該專利的工作波長360nm，內透過率一定小于80％；另外，N-LAK34材料透過率代碼是37/28，SF5材料的透過率代碼是37/33，表明二者對工作波長360nm內透過率一定小于80％；N-LAK22和N-KZFS11材料透過率代碼都是36/30，表明二者對工作波長360nm內透過率為80％；這樣，選用大量的低透過率材料，必然導致該光學系統的總透過率過低。

■該光學系統的相對畸變為0.03％，對應于0.3mm視場，那么可以計算在該視場的畸變為0.03％*0.3mm＝90nm，對于該專利所描述應用領域的檢測要求來講，該量級的畸變比較大。

■根據該專利實施例表1中數據，計算得到該光學系統的共軛距為469.8mm，表明該光學系統比較長，結構不緊湊。

■根據該發明專利的描述，聲稱采用物方、像方雙遠心方案設計，但是沒有提供遠心度偏差的數據。

■該光學系統的絕大部分采用膠合透鏡組，如果向先進封裝光刻、HDI板光刻、印刷制版光刻等大劑量需求的技術領域應用推廣，那么該光學系統由于有膠合層將不能應用于大劑量曝光應用。