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超薄超短物像距高分辨率检测成像系统设计与试验

李延伟 伍雁雄 陈太喜 魏浩东 谢新旺 董雷岗 李骏驰 李建杰

李延伟, 伍雁雄, 陈太喜, 魏浩东, 谢新旺, 董雷岗, 李骏驰, 李建杰. 超薄超短物像距高分辨率检测成像系统设计与试验[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(1): 61-68. doi: 10.37188/CO.2023-0099
引用本文: 李延伟, 伍雁雄, 陈太喜, 魏浩东, 谢新旺, 董雷岗, 李骏驰, 李建杰. 超薄超短物像距高分辨率检测成像系统设计与试验[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(1): 61-68. doi: 10.37188/CO.2023-0099
LI Yan-wei, WU Yan-xiong, CHEN Tai-xi, WEI Hao-dong, XIE Xin-wang, DONG Lei-gang, LI Jun-chi, LI Jian-jie. Design and experiment of high-resolution detection imaging system with ultra-thin and ultra-short object-image distance[J]. Chinese Optics, 2024, 17(1): 61-68. doi: 10.37188/CO.2023-0099
Citation: LI Yan-wei, WU Yan-xiong, CHEN Tai-xi, WEI Hao-dong, XIE Xin-wang, DONG Lei-gang, LI Jun-chi, LI Jian-jie. Design and experiment of high-resolution detection imaging system with ultra-thin and ultra-short object-image distance[J]. Chinese Optics, 2024, 17(1): 61-68. doi: 10.37188/CO.2023-0099

超薄超短物像距高分辨率检测成像系统设计与试验

doi: 10.37188/CO.2023-0099
基金项目: 广东省重点领域研发计划项目(No. 2020B1111120004)
详细信息
    作者简介:

    李延伟(1983—),男,山东菏泽人,博士,研究员,2013年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,目前就职于季华实验室,主要研究方向为半导体、显示装备领域超精密检测,航空航天光学载荷研制。E-mail:liyw@jihualab.com

    伍雁雄(1982—),男,湖南邵阳人,博士,教授,硕士生导师,2015年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要研究方向为光学系统设计和光学仪器研制。E-mail:364477424@qq.com

  • 中图分类号: TH74

Design and experiment of high-resolution detection imaging system with ultra-thin and ultra-short object-image distance

Funds: Supported by Key Field R&D Plan Project of Guangdong Province (No. 2020B1111120004)
More Information
  • 摘要:

    为缩短12寸晶圆检测成像系统的轴向和径向尺寸,提出一种小角度棱镜折转光路与超短物像距镜头相结合的解决方法。设计优于1/12λλ=632.8 nm)面形精度的小角度棱镜折转光路,实现照明系统与成像镜头的水平布置,径向尺寸仅为80 mm,在保证不影响系统成像质量的前提下,极大地降低了整个系统的径向尺寸,同时也实现了12°的小角度明场照明。设计放大倍率为0.264的对称混合型光学系统,采用纯球面系统获得较大成像视场,像高为81.92 mm,物像距仅为392.5 mm,极大地降低了整个系统轴向尺寸。设计结果表明,整个成像系统全视场平均光学传递函数优于0.4@100l p/mm,相对畸变优于0.03%,像面照度均匀性全视场优于50%。实际测试结果表明:全视场实际成像分辨率优于18.88 μm,达到了系统极限分辨率;全视场像面照度均匀性为43.3%,满足均匀性优于40%的研制要求。研究结果表明本文提出的超薄超短物像距高分辨率检测成像系统合理、有效,解决了12寸晶圆检测成像系统空间尺寸压缩的难题,并降低了研制成本,为后续近距离大尺寸物体检测成像系统的研制提供参考依据。

     

  • 图 1  系统工作原理图

    Figure 1.  The working principle of the system

    图 2  16K彩色探测器

    Figure 2.  The 16K color detector

    图 3  整体结构图

    Figure 3.  The overall structure

    图 4  棱镜结构图

    Figure 4.  The structure of prism

    图 5  棱镜支撑结构

    Figure 5.  Support structure of the prism

    图 6  棱镜组件结构图

    Figure 6.  The structure of prism assembly

    图 7  测试装置

    Figure 7.  The test device

    图 8  棱镜面形测试结果

    Figure 8.  Surface test results of the prism

    图 9  光学系统

    Figure 9.  The optical system

    图 10  光学传递函数设计结果

    Figure 10.  Design results of the optical transfer function

    图 11  畸变设计结果

    Figure 11.  Design results of the distortion

    图 12  像面照度均匀性设计结果

    Figure 12.  Design results of the image surface illumination

    图 13  光学镜头实物图

    Figure 13.  Picture of the optical lens

    图 14  分辨率成像试验装置

    Figure 14.  Imaging resolution test device

    图 15  3号鉴别率板成像图

    Figure 15.  The images of 3# resolution chart

    图 16  像面照度均匀性光电测试法

    Figure 16.  Photoelectric test method for the image surface illumination uniformity

    图 17  像面照度均匀性测试装置

    Figure 17.  Test device of the image surface illuminance uniformity

    图 18  晶圆图像

    Figure 18.  The wafer image

    表  1  几种棱镜材料参数

    Table  1.   The material parameters of prism

    材料
    名称
    密度ρ
    103 kg/m3
    弹性模量E/
    GPa
    泊松比μ 线膨胀系数
    10−6/K
    微晶玻璃 2.53 91 0.24 0.05
    熔石英 2.19 72 0.17 0.5
    K9 2.52 79.2 0.21 8.3
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    表  2  设计参数

    Table  2.   Designed parameters

    棱镜参数 数值
    棱镜尺寸 330 mm×55 mm×40 mm
    镜厚比 8.25∶1
    棱镜夹角 102°
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    表  3  不同照度下的相面照度值

    Table  3.   Image surface illuminance values under different illuminations

    不同照度下测试 焦面位置不同像高时像面照度值(lx)
    −41 mm 0 41 mm
    1 14.9 34.2 14.9
    2 17.5 39.9 17.5
    3 16.3 36.7 15.8
    4 17.7 40.0 17.4
    5 13.5 30.6 13.3
    6 12.3 28.5 12.3
    7 9.9 23.2 9.9
    8 14.5 33.3 14.4
    9 16.0 36.6 16.0
    10 8.9 20.7 8.8
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-07
  • 修回日期:  2023-06-25
  • 录用日期:  2023-08-30
  • 网络出版日期:  2023-09-22

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