Двухлинзовый монохроматический объектив Советский патент 1984 года по МПК G02B5/32 

Изобретение относится к голографической или дифракционной оптике и может быть использовано для настроения десятикратного уменьшенного монохроматического изображения, например, в фотолитографическом оборудовании, используемом для изготовления по.тупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен голограммный одноэлементный объектив. В этом объективе апертурная днафрагма помещена в плоскости дифракционной или голографической линзы. Этот объектив имеет .малый вес и габариты и предназначен для работы в монохроматическом свете. Путе.м выбора соответствующих расстояний от источников записи и восстановления до плоскости голографической линзь можно обеспечить необходимый коэффициент увеличения формируемого изображения 1.

Недостатком известного монохроматического объектива является малое полезное ноле. Под полезным полем изображения понимается поле, в пределах которого изображение близко к дифракционно ограниченному, т. е. к изображению, которое мог бы сформировать идеальный безаберрационный объектив. Так, при фокусном расстоянии F 24 мм и апертуре А 0,09, обеспечивающей на длине волны Я 441,6 нм разрешение 3 мкм и коэффициенте увеличения V 0,1, диаметр полезного поля изображения составляет лишь 0,6 мм, соответственно при А 0,18 и разрешение 1,5 мкм - 0,08. Объектив со столь малым полезным полем изображения для решения технологических задач производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем неприменим. Для проекционной фотолитографии необходимо иметь полезное ноле изображения, соизмеримое с модулем фотошаблона, диаметр которого порядка 4-8 мм.

Наиболее близким к предлагаемому является двухлинзовый монохроматический объектив, содержащий дифракционные линзы и апертурную диафрагму, расположенную в плоскости первой дифракционной линзы 2.

В этом объективе одна дифракционная линза имеет нулевую оптическую силу, а другая - положительную оптическую силу. Объектив имеет такое качество изображения (в частности качество полезного поля изображения), которое обусловлено отсутствием в формируемом им изображении трех аберраций третьего порядка: сферической, комы и астигматизма.

Целью изобретения является устранение дисторсии и расширение полезного поля изображения.

Поставленная цель достигается тем, что в двухлинзовом монохроматическом объективе, содержащем дифракционные линзы и апертурную диафрагму, расположенную в плоскости первой дифракционной линзы, первая дифракциолная линза выполнена с положительной оптической силой, при этом частоты колец дифракционных линз f, , f выражаются соотношениями

f, +93,68(17р) + 1 +7,852 (F/) 0,265(F/,)- 0,22 (Г/у)( f (1 + 0,325(F/f 2 f2 fi +2/3 (

+ 2,199(F/)- - 4,96(F/9)(2)

где y - текущий радиус плоскости линз; F - фокусное расстояние объектива; Л - рабочая длина волны источника монохроматического света, причем вторая дифракционная линза помещена на расстоянии, равном 1,151 F от первой дифракционной линзы, предметная плоскость отстоит от первой дифракционной линзы на расстоянии 9,679Я а плоскость изображения - на 0,57F от второй дифракционной линзы.

На чертеже представлена оптическая схема двухлинзового монохроматического объектива.

На схеме обозначены предметная плоскость 1; апертурная диафрагма 2, первая и вторая дифракционная линзы 3 и 4 соответственно, плоскость изображения 5; Предлагаемый двухлинзовый монохроматический объектив десятикратного уменьшения обеспечивает построение изображения с высоким разрешением и по большому полю. Благодаря введению положительной оптической силы первой линзы отсутствуют все аберрации третьего порядка, включая дисторсию. Кроме того, форма линз выбрана так, что эти линзы вносят сферические аберации пятого порядка Ss, кроме сферической аберрации третьего порядка. Это позволяет обеспечить компенсацию любой аберрации пятого порядка, например, (очень существенную) , в данном случае кому 5-го порядка Сз, подобрав Ss соответствующего значения ().

Пример. Пусть необходимо иметь фокусное расстояние всего объектива F 24 мм, и пусть частота дифракционных микроструктур дифракционных линз 3 и 4 удовлетворяет условиям (1) и (2) соответственно.

Выполнив профиль штриха многоступенчатым, можно получить дифракционные линзы с дифракционной эффективностью порядка 80-90% и обеспечить дифракционную эффективность объектива в целом на уровне 64-80%.

В таблице приведены результаты расчета методом хода лучей полезного поля изображения предлагаемого объектива, работающего с увеличением ,l и имеющего фокусное расстояние F 24 мм, для различных разрешений.

0,18

6 8 0,09

12,6 0,054 13,2 0,045

ДВУХЛИНЗОВЫЙ МОНОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ, содержащий дифракционные линзы и апертурную диафрагму, расположенную в плоскости первой дифракционной линзы, отличающийся тем, что, с целью устранения дисторсии и расширения полезного поля изображения, первая дифракционная линза выполнена с положительной оптической силой, при этом час1 тоты колец дифракционных линз f, и 1 вы ражаются соотнощениями f f 1 + 93,68 (F/) +7,852 (F/),265(F/)- -0,22 (Р/§)) fi 1 +0,325(F/) +2,73{Fl f i + 2,199(F/j) ) 4,96 (Fl§ ) где fj - частоты дифракционных колец соответственно первой и второй дифракционных линз; F - фокусное расстояние объектива; § - текущий радиус плоскости линз; Л - длина волны источника моI нохроматического света, причем вторая дифракционная линза помещена на расстоянии (Л равном l,151FoT первой дифракционной линзы,- предметная плоскость отстоит от первой дифракционной линзы на расстоянии 9,679F, а плоскость изображения - на 0,57FoT второй дифракционной линзы. А. 1 GO 00

Диаметр полезного поля изображения определяется по критерию Q 0,8. Предлагаемый двухлинзовый монохрома тический объектив десятикратного уменьшения технологичен. Для изготовления его компонентов можно использовать стандартное фотолитографическое оборудование. Изготовление такого объектива не требует специального стекла.