Монохроматический объектив Советский патент 1983 года по МПК G02B5/32 

Изобретение относится « оптичес кому приборостроению и может найти применение в проекционной фотолито рафии . Известны объективы, предназна ш ные для проекционной фотолитографи представляюцдае собой рефракционные многокомпонентные сиотемы fj , Данные объективы сложны по свое конструкции и эксплуатации. Кроме того, ограниченный выбор оптически материалов, работающих в ультрафио летовой области спектра, представ ляет определенные трудности при создании объекти-вов, предназначенных для проакдии интегральных схем с субмикронными элементами. Использование дифракционных (гол графических) линз в качестве компо нентов объектива для проекционной фотолитографии позволяет устранить указанные недостатки и преодолеть трудности, связанные с отсутствием выбора оптических материалов для ультрафиолетового диапазона. Известен проекционный монохроматический объектив, содержащий дифракционную линзу, корректирующую фазовую пластинку, выполненные в виде зонных пластинок, и апертурную диафрагму, помещенную в плоскос7;и ф зовой корректирующей пластинки Наилучшие результаты, которые могут быть достигнуты в таком объе тиве,- состоят., в полной компенсации всех аббераций третьего порядка, кроме дисторсии, и в частичной компенсации аберраций пятого поряд са. Поле изображения высокого качества ,е. полезное поле изображения новые аббераций не превышают четвер ти длины волны), которое обеспечива «т этот объектив, а также величины дисторсионного искажения изображеiiHsi являются ыеудовлетворительньши для проекционной фотолитографии особенно при высоких разрешениях. Цель изобретения - увеличение полезного поля изображения и одновременно уменьшении дисторсии Поставленная цель достигается тем. что в монохроматический объектив, содержащий дифракционную линзу и корректирующую фазовую пластин ку, выполненные в виде зонных пласгинок, и апертурную диафрагму, расположенную в плоскости дифракционной линзы, заедена вторая корректирующая фазовая пластинка, выполненная в виде зонной пластинки, причем радиусы зон дифракционной линзы: r.-vlZri где И - порядковый номер зоны; Г(1 - радиус П -и зоны длина волны используемого света 7,,,,Z.j расстояния от юбъекта до: дифракционной линзы и от дифракционной линзы до изображения соответствакно, одна корректирующая фa. пластчн: а установлена между объек:: :;.s: и дифракционной линзой на оассм;:; йии g-, z g -от линзы, а ралиусы .2 цевых зон равны -/n ,- i uT; другая корректирующая фазсва : -iCтинка установлена между дифь,-:.-:1;йО: ной линзой и изображением ик -jacijTOHНИИ от линзы, а Z, 4Z2 кольцевых зон равны: I т -7 . Д i (--- г I Л На чертеже показан ход лучей Б предлагаемом устройстве. Плоскость объекта 1 отображается в монохроматическом свете объективом, состоящим из корректируюцей фазовой пластины 2, дифракционной линзы 3, апертурной диафрагмы 4 и корректирующей фазовой пластинки 5,- в плоскость изсбрсасения б. Объект расположен на расстоянии Z от дифракционной линзы. Корректирующая фазовая пласткнка 2 расположена межд,у объектом и дифракционной линзой на расстоянии фокусное рггс:с1г.яние) от последней и состветстсвенно на расZ, Zi стоянии от объекта.. Г-лоскость изображения находится на расстоянии 2 от дифракционной линзы Корректирующая фазовая пластинка 5 расположена между плоскостью изображения и дифракционной линзой на расстоянии -;--;г - ( фокусное расстояние) от посZi /.-2 ледней и соответств.енно на.расстояНИИ2- от плоскости изображения 1 Апертурная диафрагма 4, определяющая разрешение системы, помещается в плоскости дифракционной ликзы, но может быть помещена и Е другое место в зависимости от требований к положению входного зрачка объект-ива. Дифракционная линза и коррек Мрующне фазовые пластинки выполняются в виде зонных пластинок, ра,диусы зон которых даются выражениями, припеденны -ет выше „ Устройство работает следующим образом. Пучок лучей из каждой точки объекта 1 попадает На корректирующую фаяопую пластинку 2, которая, не имея

оптической силы, только несколько нарушает гомоцентричность пучка, внося в него сферическую аберрацию. Дифракционная линза 3, ограниченная апертурной диафрагмой 4, преобразует расходящийся искаженный пучок лучей в сходящийся также искаженный пучок. Последний попадает на корректируюцую фазовую пластинку 5, которая вносит свои искажения в пучок равные по величине и обратные по знаку тем искажениям, которые в нем уже присутствуют. В результате сходящийся пучок лучей становится почти идеально гомоцентричным, а в плоскости изобранения 6 форгтируется почти идеальное изображение точки объекта. Коэффициент увеличения объектива равен при .

Теоретическим обоснованием выбранных параметров является расчет монохроматических аберраций предлагаемого объектива.

В предлагаемом объективе отсутствуют все аберрации третьего и пятого порядков малости, включая дисторсию, а кроме того, осуществляется и частичная компенсация аберраций седьмого порядка.

Для проверки реальных воэмо/кностей предлагаемого объектива и сравнения его аберрационных качеств с качествами прототипа и аналогов, созданных На основе традиционных элементов, производят расчет методом прослеживания хода лучей нескольких вариантов предлагаемого объектива и прототипа.

Результаты расчетов приведены в таблице вместе с данными некоторых рефрачционных аналогов предлагаемого объектива.

МОНОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ, содержащий дифракционную линзу, корректирующую фазовую пластинку, выполненные в виде зонных пласт.инок, и апертурную диафрагм , расположенную в плоскости дифракционной линзы, отличающийся тем, что, с целью увеличения полезного поля изображения и уменьшения дисторсии, в него введена вторая корректирующая фазовая пластинка, выполненная в виде зонной пластинки, причем радиусы кольцевых зон дифракционной линзы г 1 -t YTYI I П где П - порядковый номер 3OHHj Гг| - радиус П -и зоны; - длина волны используемого CEGTaj 2,,Z.T - расстояния от объекта до дифракционной линзы и от дифракционной линзы до изображения соответственно; одна корректирующая фазовая пластинка установлена между объектом и дифракционной линзой на расстоянии . -. . - от линзы, а радиусы ее коль-д 2.2,2S цевых зон равны п-, другая корректиру сЬ:ая фазовая плас- s тинка установлена между дифракцион- ной линзой и изображением на расстоя W Г НИИ ---- ОТ линзы, а радиусы ее 7.42.7 кольцевых зон равны . 1 Ъ ir TiZ 2 1 2. 2 -2п 8n7i ,--)

3,5

315

405

8,4 540 405

6,0 540 405

14 ,4 968 436

11,0 500 265

7,0 500 265

Все объективы в таблице имеют масштаб изображения 1:10,

Анализ таблрщы показывает, что по своим аберрационным качествам предлагаемый объектив значительно превосходит прототип (поле изображения увеличилось в 6-20 раз, дисторсия уменьшилась на два порядка и не уступает рефракционным аналогам, будучи значительно проще по своей конструкции. Предлагаемая схема работоспособна в ультрафиолетовом спектральном диапазоне.

Объектив имеет следующие параметры: масштаб изображения 1 : 10, дли13 30 1Ь 28 25 15

0,2

Нет данных

т 0,2

7,

ш,; 0,1

5,0

А(ЧЧ4 14,0 0,3 0,2 Нет

Нет 0,1 Нет

на волны 0,405 мкм, апертура 0,32 (разрешающая способность

1300 ЛИН/мм), диаметр поля изображения 8 мм. .

Таким образом, объектив обеспечивает поле высококачественного изображения диаметром 8 мм при дисторсии, не превышающей 0,2 мкм, тогда как объектив-прототип, имеющий те хсе габариты, масштаб изображения и разрешение, обеспечивает поле диаметром всего лишь 0,5 мм, т.е. в

16 раз меньше,причем дисторсия в пределах уже этого малого поля достигает О,9 мкм.