一种深紫外的显微镜成像物镜

1.本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种深紫外的显微镜成像物镜。


背景技术：

2.半导体集成电路制造进入了深亚微米线宽，制造过程中的缺陷对集成电路的性能与成品率的影响也越来越大。在半导体集成电路工艺流程里，对缺陷的有效控制是保证成品率与性能的关键。在缺陷检测方面，采用光学成像检测是主要与快速的方法。由于检测的灵敏度与分辨率取决于光学的分辨率，波长越短，或者数值孔径越大，其分辨率越高。随着集成电路制造线宽不断缩小，集成电路的制造密度越来越大，单位面积里的电路与器件也越来越多，对于缺陷检测的压力也越来越大，包括检测的速度与检测的灵敏度或者分辨率，现有设备的检测能力将成为瓶颈。一般的深紫外缺陷成像物镜包含20片左右的镜片，与其协同工作的筒镜包含3片物镜，且工作在238~266纳米或者以上波长，数值孔径在0.9或者以下，其分辨率在66 nm半周期，制造工艺复杂，成本很高。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种深紫外（190~200 nm）的显微镜成像物镜；其在没有降低分辨率的情况下，大大减少了镜头的片数——从20片减少为6片，降低了镜头的制作难度与公差，降低了成本，缩短了研制周期，有利于大量制造； 其可用于基于半导体集成电路带图形硅片的光学成像缺陷检测，其检测缺陷的分辨率可以达到58~64纳米或者更小。
4.本发明的技术方案具体介绍如下。
5.本发明提供一种深紫外的显微镜成像物镜，等效数值孔径为0.75~0.85，工作波长为190~200 nm，等效焦距为3-8mm，放大率为100-200倍，成像于无穷远；其由沿着光轴顺序排列的6片球面镜片组成：第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片和第六镜片，其中第一镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片为正透镜，第二镜片和第四镜片为负透镜。
6.本发明中，第一镜片、第二镜片和第四镜片的制作材料为石英，第三镜片、第五镜片、第六镜片的制作材料为氟化钙。
7.本发明中，6片球面镜片的正反面均镀有减反膜，优选的，减反膜采用氟化镁等材质。
8.本发明中，等效焦距为6mm，放大率为150倍。
9.本发明中，其和筒镜配合使用，物镜与筒镜分立在光瞳两侧，筒镜由沿着光轴顺序排列的3片球面镜片组成：第七镜片、第八镜片和第九镜片；第七镜片、第九镜片由熔融石英材料制作，第八镜片由氟化钙制作，筒镜每个镜片的正反面均镀有减反膜。
10.本发明中，筒镜的筒长为300~1600 mm。优选的，筒长为900 mm。
11.本发明中，视场大小为30~50
µ
m见方，优选地40
µ
m见方，像场大小为3~10mm见方，优选地，6mm见方。
12.本发明中，其设计采用zemaxopticstudio软件计算，其工作距离为0.2mm，分辨率为58-64nm半周期。
13.和现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明设计一种深紫外（190~200nm）的显微镜成像物镜，成像于无穷远。与国际上的标准相同，该深紫外成像物镜与一个筒镜（tubelens）配合使用。本发明通过使用加长焦距（一般工业界使用物镜的焦距为1~2mm，而本发明实施例采用约6mm）与显微镜筒长（一般筒长为160-220mm，本发明实施例中采用约900mm），缩短波长（工业界为248nm，本设计实施例中为193nm）与收窄波段（工业界采用
±
10nm，本发明实施例中采用
±
0.1nm），镜头在此波长范围（波段范围）消除色差。
14.本发明提供了一种深紫外（190-200nm）的显微镜成像物镜，其在没有降低分辨率的情况下，简化了镜头的结构，大大减少了镜头的片数，降低了镜头的制作难度与公差，减轻了制作成本，缩短了研制周期，有利于大量制造。
附图说明
15.图1：本发明的一种物镜与筒镜实现方式的整体结构示意图（侧视图）。
16.图2：本发明物镜的优选结构计算数据；其中，英汉术语对照：surfacetype：表面类型；comment：备注；radius：曲率半径（mm）；thickness：厚度（mm）；material：材料；coating：镀膜（本设计不单独标出）；clearsemi-dia：通光半径（mm）；mechsemi-dia：机械制作半径（mm）；conic：圆锥系数（本设计不用）；infinity：无穷大，无穷远；standard：标准（球面）；（aper）：通光孔（泛指所有光学表面）；stop：光阑；object：物（平面）；image：像（平面）；fused_silica_wq：熔融石英；caf2_wq：氟化钙；mgf2_wq：氟化镁。
17.图中标号：1-第一镜片，2-第二镜片，3-第三镜片，4-第四镜片，5-第五镜片，6-第六镜片，7-第8镜片，9-第九镜片。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。
19.实施例1本设计的思路是采用正负透镜的组合，用于消除球差与场曲，采用物镜与筒镜分立在光瞳两侧的对称构型提高对彗差、像散、畸变、横向色差等像差的消除能力。光学分辨率公式，如式（1）所示：（1）其中，hp（halfpitch）代表半周期，lambda代表波长，na（numericalaperture）代表数值孔径。如[文献1]：lambda=248nm，na=0.9，则hp=69nm。又如本设计：lambda=193nm，na=0.8，则hp=60nm。
[0020]
图1是本发明物镜的一种实现方式的整体结构示意图。第一镜片1、第二镜片2，第三镜片3，第四镜片4，第五镜片5和第六镜片6构成物镜，第七镜片7、第八镜片8和第九镜
片9构成筒镜。从物平面发出的光依次经过物镜的镜片1、2、3、4、5、6到达物镜与筒镜组合成像系统的光瞳位置，成像于无穷远。实际应用中，该物镜需要与该筒镜联合使用，图1里，在物镜里，第一镜片1、第二镜片2、第四镜片4采用熔融石英制作，第三镜片3、第五镜片5、第六镜片6采用氟化钙制作。在筒镜里，第七镜片7、第九镜片9采用熔融石英制作，第八镜片8采用氟化钙制作。
[0021]
其中第一镜片1~第五镜片5为成像，其中采用了熔融石英与氟化钙两种材料，正透镜（镜片1、3、4、5）与负透镜（镜片2）的组合，用于消除球差与色差等像差。 其中镜片1为熔融石英制作，为了避免氟化钙接近样品导致潮解，或者被污染需要清洗，影响使用寿命；镜片6为负透镜，采用氟化钙制作，用于消除场曲，并且辅助减少球差、彗差、像散，畸变，横向色差等像差。
[0022]
图1所示的物镜与筒镜结构经过光线追迹计算，一种优选的设计数据列在图2所示的表中。
[0023]
本发明设计采用zemax opticstudio软件计算，图2是本发明物镜与筒镜的优选设计方案的光线追迹仿真数据。其中展示了9片镜片的曲率半径（radius）、厚度（thickness）、材料、通光半径（clear semi-dia）等参数。图中各片镜片前后表面均附加了氟化镁减反射膜，减反射膜的厚度选为照明中心波长（如193 nm）除以膜层的折射率再除以4。不过，氟化镁（mgf2）薄膜仅仅是作为示意，还可以选用其他材料作为减反射膜。本发明设计可以基本消除各种色差，像差，镜头成像达到衍射极限，或者接近衍射极限。
[0024]
参考文献：[1] gerhard hoppen,
ꢀ“
inspection microscope and objective for an inspection microscope”, us7019910b2, 2006。