复杂镜头设计实例优化

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：第5章中将4～6片透镜组成的镜头定义为中等复杂的光学镜头，现将由6片以上透镜组成的镜头划归为复杂镜头，即称结构比双高斯摄影物镜更复杂的镜头为复杂镜头。集成电路加工设备中的投影光刻机物镜就是一个复杂的光学镜头，一般它由十几块乃至几十块镜片组成。本章将一个工作在紫外波段的投影光刻物镜作为复杂镜头的设计实例，从构造初始结构开始一步一步完整地完成设计。6）双远心光路。

第5章中将4～6片透镜组成的镜头定义为中等复杂的光学镜头，现将由6片以上透镜组成的镜头划归为复杂镜头，即称结构比双高斯摄影物镜更复杂的镜头为复杂镜头。集成电路加工设备中的投影光刻机物镜就是一个复杂的光学镜头，一般它由十几块乃至几十块镜片组成。

投影光刻物镜的分辨率高，要求整个视场范围内都要达到衍射置限（Diffraction Limited）^[1]水平，在所有光学系统中它的成像质量要求是最为苛刻的，畸变和场曲要比显微术中的要求严格很多。一般它还是“双远心”光路，即它的入瞳和出瞳都在无穷远处。

本章将一个工作在紫外波段的投影光刻物镜作为复杂镜头的设计实例，从构造初始结构开始一步一步完整地完成设计。光刻物镜的光学参数如下：

1）工作波长：λ=0.248μm。

2）横向放大率：β=-0.25。

3）物方视场：2y=3.68mm，像方视场：2y′=-0.92mm。

4）物方数值孔径：NA_o=0.14，像方数值孔径：NA_i=0.56。

5）物像共轭距：G=50～100mm。

6）双远心光路。

与上述光学参数相同的投影光刻物镜，在参考文献[17]和[19]中各有一个设计结果，报导只给出了结构参数，但没有述及设计过程。它们是由Nikon公司的一个专利[25]修改而成的，这个专利由21块单透镜组成。两个设计的成像质量不在同一个数量级，结果相差很大。

现在的设计不是从参考文献[25]所列的专利出发，而是从构造初始结构开始，即先构造出一个新的初始结构，再对初始结构进行优化，进而完成一个新光刻物镜的设计。当然初始结构的构造不是一步完成的，是一边构造一边优化，经若干步构造出来的。

本章优化设计出的新光刻物镜是一个由16块单透镜组成的新结构，比参考文献[17]和[19]中的设计结果少用了5块透镜，像质与参考文献[19]的相当。它的原始基型是由两个筒长无穷大的平场显微物镜拼接出来的，两个显微物镜的数值孔径各自与要设计的新光刻物镜的物方数值孔径和像方数值孔径相近，倍数相差4×～5×；两个显微物镜的光学不变量近似相等。

本章还利用在设计新光刻物镜中构造出来的评价函数，对参考文献[17]中的光刻物镜范例做了再优化，得到了一个成像质量更好的结果，使它的调制传递函数达到了衍射置限水平，相对畸变减小了2个数量级。

复杂镜头设计实例优化

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