БЕЗРЕФЛЕКСНЫЙ БЕЗЫММЕРСИОННЫЙ ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ВЫСОКОАПЕРТУРНЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано в измерительных микроскопах отраженного света для исследования и измерения особо мелких топографических структур изделий микроэлектроники.

К таким микрообъективам предъявляются повышенные требования по качеству аберрационной коррекции (в частности - высокая степень апохроматизации, исправление дисторсии и др. ), снижению вуалирующей паразитной засветки [1], достижению максимальных числовых апертур без использования иммерсионных жидкостей. В некоторых случаях требуется достижение полезного увеличения объектива, превышающего 100 крат (например, при внедрении фотошаблонов с диаметром 200 мм вместо 160 мм - кратность при сохранении прочих условий исследования составляет 1,25).

Известен объектив с увеличением 100 и апертурой 0,9 [2], выпускаемый серийно. Он используется в микроскопах отраженного света типа "МЕТАМ" для исследования и измерения топологических структур и имеет удовлетворительное качество изображения для осевой точки предмета.

Однако нестандартная высота (90 мм вместо общепринятой 45 мм), большие остаточные хроматические и монохроматические аберрации изображения внеосевых точек объекта, несоответствие ряду стандартных фокусных расстояний делают невозможным его применение во вновь разрабатываемых моделях микроскопов.

Известны также микрообъективы отраженного света [3] и [4]. Они не обеспечивают требуемого качества изображения, т.к. хроматическая разность увеличений и вторичный спектр исправлены недостаточно.

Известны объективы [5] и [6], где устранены данные недостатки. Однако их конструкции чрезвычайно сложны, содержат трехсклеенные компоненты с пологими радиусами, что обусловливает наличие неустранимой вуалирующей засветки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является объектив [7]. Его конструкция содержит первый положительный компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй склеенный из отрицательной и положительной линз компонент, третий компонент выполнен склеенным из отрицательной и положительной линз, четвертый положительный трехсклеенный компонент содержит двояковыпуклую линзу, заключенную между двумя менискообразными линзами, пятый одиночный положительный компонент и шестой двусклеенный компонент, состоящий из менискообразной, обращенной вогнутостью к пространству предметов, и двояковогнутой линз, выполнен отрицательным.

Описанный объектив и выбран в качестве прототипа. Он имеет достаточно высокий уровень оптической коррекции монохроматических и хроматических аберраций изображения осевой точки предмета. Вместе с тем, данный микрообъектив нельзя рекомендовать для решения задач контроля изделий микроэлектроники, т. к. он имеет недостаточное исправление монохроматических и хроматических аберраций внеосевых пучков.

Кроме того, его отличает значительная вуалирующая засветка изображения.

Вместе с тем, в современных микроскопах отраженного света при решении задач анализа и измерения топологических структур микрообъективы должны обладать высоким уровнем коррекции аберраций по всему полю зрения, окрашенность в промежуточном изображении не допускается, не должна обнаруживаться паразитная вуалирующая засветка.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является комплексное исправление монохроматических и хроматических аберраций при достижении эффекта устранения вуалирующей засветки.

Для решения поставленной задачи предложен безрефлексный безыммерсионный планапохроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения, который, как и прототип, содержит первый положительный компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй склеенный из отрицательной и положительной линз, третий компонент также склеен из отрицательной и положительной линз, четвертый положительный трехсклеенный компонент содержит двояковыпуклую линзу, заключенную между двумя менискообразными линзами, пятый компонент и шестой двусклеенный отрицательный компонент.

Однако в отличие от прототипа пятый компонент выполнен склеенным из положительной и отрицательной линз. Шестой компонент склеен из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение пятого компонента в виде склейки из положительной и отрицательной линз позволяет оптимально скомпенсировать монохроматические и хроматические аберрации предыдущих компонентов. Выполнение шестого компонента склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз позволяет усилить компенсационные свойства предыдущего компонента.

Кроме того, форма его линз не является в отличие от прототипа критичной в отношении бликов первого и второго порядков. Кроме того, стало возможным повышение входной апертуры.

Таким образом, в заявляемом безрефлексном безыммерсионном планапохроматическом высокоапертурном микрообъективе большого увеличения достигнут определенный технический результат, заключающийся в получении комплексного исправления монохроматических и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, что не было достигнуто в отечественной практике. А также достигнут дополнительный положительный эффект - отсутствие вуалирующей засветки, определяемой наличием бликов первого и второго рода, а также достижение максимальных числовых апертур без использования иммерсионных жидкостей.

Объектив, разработанный по предлагаемому изобретению, может комплектовать современные модели микроскопов, отвечающие международным стандартам.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема объектива, а также таблицами 1 - 3, в которых дан аберрационный выпуск примера конкретного исполнения.

Предлагаемый безрефлексный планапохроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения содержит шесть компонентов, первый из которых представляет собой мениск 1, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй компонент 2 склеен из отрицательной и положительной линз, третий компонент 3 также склеен из отрицательной и положительной линз, четвертый положительный компонент 4 выполнен трехсклеенным и содержит двояковыпуклую линзу, заключенную между двумя менискообразными линзами, пятый компонент 5 выполнен склеенным из положительной и отрицательной линз и шестой компонент 6 склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.

Работа предлагаемого микрообъектива осуществляется следующим образом.

Линзы первого, второго и третьего компонентов строят увеличенное мнимое изображение объекта, внося при этом минимальные монохроматические и хроматические аберрации изображения осевой точки предмета. Кроме того, вносятся аберрации изображения внеосевых точек - отрицательная меридиональная и сагиттальная кривизна, хроматическая разность увеличений.

Затем четвертый и пятый компоненты строят действительное изображение в передней фокальной плоскости последнего компонента, совпадающей с задней фокальной плоскостью объектива в целом. При этом изображение "оборачивается" и вносятся некоторые компенсационные значения монохроматических и хроматических аберраций. Шестой компонент, работающий по типу перевернутого телеобъектива, строит изображение на бесконечности.

Рассчитанный в соответствии с современной концепцией микрообъектив с увеличением 150 крат и входной апертурой 0,95 - 0,97 работает совместно с дополнительной ахроматической линзой F = 160 мм.

Из данных, представленных в таблицах, видно, что в микрообъективе с увеличением - 150 и апертурой 0,95, рассчитанном в качестве примера конкретного исполнения, достигнута чрезвычайно высокая степень аберрационной коррекции по всему полю зрения.

Так, для поля зрения 2Y'= 25 мм число Штреля превышает 0,8. Хроматическая разность увеличений исправлена, коэффициент засветки в предлагаемом объективе составляет 0,17.

В результате реализации предложенного технического решения получен планапохроматический микрообъектив, не имеющий отечественных аналогов и имеющий конструкцию, пригодную для реализации в условиях серийного производства.

Информационная емкость по сравнению с аналогичными техническими решениями повышена в 2 раза.

Следовательно, эффективность и производительность работ в условиях производственного цикла исследования, измерения и аттестации, например, изделий микроэлектроники может быть значительно повышена.

В объективе реализованы все стандартные требования, определяющие в соответствие с современными тенденциями положения зрачков, применяемость оптических материалов, предпосылки реализации специализированных методов исследований. Применение тубуса "бесконечность" дает дополнительные удобства использования объектива с другими, имеющими иной тип оптической коррекции.

Источники информации
1. А. Г.Арлиевский. Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук, Ленинград, 1981 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 679913, М.кл. G 02 B 21/02, 1979 г.

3. Патент Японии N 54 - 10496, М.кл. G 02 B 25/00, 1979 г.

4. Патент США N 4384765, М.кл. G 02 B 25/00.

5. Патент США N 4505553, М.кл. G 02 B 25/00.

6. Патент США N 4588364, М.кл. G 02 B 25/00.

7. Патент Японии N 62-30605, М.кл. G 02 B 25/00, 1987 г. - прототип.

Безрефлексный безыммерсионный планапохроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения содержит шесть компонентов. Первый положительный компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов. Каждый из второго и третьего компонентов выполнен склеенным из отрицательной, выполненной в виде мениска, и положительной двояковыпуклой линз. Четвертый положительный трехсклеенный компонент содержит двояковыпуклую линзу, заключенную между двумя менискообразными линзами. При этом пятый компонент выполнен склеенным из положительной и отрицательной линз, а шестой, отрицательный компонент склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Обеспечивается исправление монохроматических и хроматических аберраций, устранение вуалирующей засветки. 1 ил., 3 табл.

Безрефлекеный безыммерсионный планапохроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения, содержащий первый положительный компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй и третий компоненты, каждый из которых выполнен склеенным из отрицательной, выполненной в виде мениска, и положительной двояковыпуклой линз, четвертый положительный трехсклеенный компонент, содержащий двояковыпуклую линзу, заключенную между двумя менискообразными линзами, пятый компонент и шестой двусклеенный отрицательный компонент, отличающийся тем, что пятый компонент выполнен склеенным из положительной и отрицательной линз, а шестой, отрицательный компонент склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.