Zeiss SMT di Oberkochen pensarono bene di assegnarlo alla divisione obiettivi per microcircuiti,
settore che non conosce crisi grazie alla costante domanda delle aziende specializzate in micro-
elettronica e che d'altro canto rappresenta il fior fiore della progettazione ottica, il settore più
specializzato dove le esigenze sono davvero estreme; Karl Heinz Schiester si ambientò bene
ed affrontò il nuovo cimento col consueto puntiglio e l'anelito alla perfezione ben noto; un frutto
maturo del nuovo indirizzo è ben rappresentato dall'obiettivo in oggetto, progettato da Schuster
nel 2002 e destinato alla litografia ad altissima risoluzione in luce UV a banda molto corta, addirittura
193nm; le esigenze del settore, sovente mirate alla realizzazione di maschere per microcircuiti
con migliaia di piste al millimetro, richiedono una risoluzione estremamente elevata, coincidente
con i limiti teorici di diffrazione; siccome quest'ultima in un obiettivo teoricamente perfetto aumenta
col diminuire dell'apertura, la prima sfida è stata ricavare un'apertura relativa il più possibile
elevata; tuttavia le richieste sempre più stringenti dell'industria hanno fatto emergere un'altro
fattore limitante, cioè la lunghezza d'onda della luce impiegata: appare ovvio che un obiettivo non
possa risolvere dettagli inferiori ad un singolo sinusoide relativo alla maggiore lunghezza d'onda
presente nella luce, quindi un secondo step è stato rappresentato dalla corsa verso la
porzione bassa dello spettro, arrivando a lavorare ai limiti degli UV o addirittura dentro di
essi: infatti la brevissima lunghezza d'onda dello spettro ultravioletto consente di ottenere una
risoluzione ancora superiore (e nell'ordine di migliaia di linee/mm); la corsa sfrenata all'impossibile
si scontrò ben presto con la capacità del vetro e dell'aria stessa di trasmettere la luce UV: infatti,
come già discusso, al di sotto di una certa lunghezza d'onda entrambi divengono incapaci di
trasmetterla, richiedendo soluzioni alternative..
Karl-Heinz Schuster era stato da me definito "sacerdote della perfezione", un'espressione certo
reboante che poteva apparire un po' iperbolica, tuttavia l'analisi di questo progetto non può che
confermare questo lapidario giudizio: quest'ottica calcolata per la Zeiss, infatti, prevede ben
TRENTUNO lenti, VENTINOVE delle quali realizzate in QUARZO e DUE in FUORITE; non bastasse,
gli spazi d'aria fra le lenti sono riempiti con ELIO, materiale con rifrazione simile all'aria ma
permeabile agli UV ad onda corta; per buona misura, la luminosità massima dell'ottica è di
ben f/0,75 (SIC, zerovirgolasettantacinque) e la superficie posteriore della decima lente è
ASFERICA, ricavata su una superficie di quarzo, materiale più duro dell'acciaio e molto
più difficile da lavorare rispetto al vetro ottico convenzionale; se non bastasse, le dimensioni:
dal vertice della prima a quello dell'ultima lente passano ben 941,4979mm (NOVANTAQUATTRO
CENTIMETRI) ed il dimetro della 23^ lente è circa 220 MILLIMETRI per uno spessore di
39,7mm, e stiamo parlando di elementi completamente in quarzo e fluorite, con l'esclusione
tassativa del vetro ottico; credo che questi dati di targa siano un biglietto da visita sufficiente
per comprendere l'assoluta eccezionalità di questo progetto fuori quota; vediamo in
anteprima assoluta il suo schema, che ho rielaborato graficamente per una più immediata
valutazione:
radiografia di un mostro: non ci sono parole.
Credo che qualunque appassionato di fotografia ed ottica che ben conosce gli schemi
dei più complessi obiettivi tradizionali resti allibito davanti ad un simile tour del force;
personalmente sono rimasto a bocca aperta! Questo mostro da 1 metro di lunghezza
con chilogrammi di lenti in quarzo occupa interamente per quasi un mese lavorativo un
apposito team di lavorazione nella divisione microcircuiti, un lavoro complesso ed altamente
specializzato che porta ad un costo finale ignoto ma comunque nell'ordine delle centinaia
di migliaia di euro, sborsati di buon grado dai clienti che con un simile gioiello possono
produrre milioni di pezzi molto richiesti sul mercato; nel sinuoso andamento ripetitivo dei
vari sottogruppi si intravede un principio tecnico di Schuster, che ama realizzare obiettivi
con molte lenti e distribuire progressivamente la correzione delle varie aberrazioni lungo il
percorso ottico, senza picchi di forze; esiste anche una variante di progetto dove la lente
11 è realizzata in quarzo ma questa opzione con due lenti in fluorite consente una correzione
dell'aberrazione cromatica laterale superiore del 30%; la coniugata anteriore è posta a
14,5311mm dalla prima lente e l'obiettivo proietta un campo di 28,04mm di diametro ad
una distanza di 12mm dall'ultima lente; la risoluzione non è nota, ma con un'apertura
diffraction-limited di f/0,75 ed una lunghezza d'onda di lavoro nell'UV ad onda corta di
193nm (i limiti di progetto sono esattamente 193,304-193,804nm) si parla di alcune
migliaia di linee al millimetro; la criticità estrema del progetto è palesata dai rigidi limiti
nelle coniugate e quindi nel rapporto di riproduzione e dalla ristrettissima banda ammessa
nella sorgente di luce, con una tolleranza di appena 0,5nm...Esiste anche una opzione
(simile dal punto di vista ottico) prevista per UV ad onda lunga a 351nm, alla soglia della
permeabilità del vetro; infatti è interamente realizzato in Schott FK5 con spazi regolarmente
riempiti d'aria, mantenendo la superficie asferica nella lente n° 10 ed una luminosità
addirittura superiore, pari ad f/0,7.
Un principio informatore di questa realizzazione nei confronti degli obiettivi analoghi è rappresentato
dalla riduzione al minimo possibile della fluorite a vantaggio del quarzo, più facilmente
reperibile sul mercato, sia pure con un'ottimale correzione dell'aberrazione cromatica, ridotta
ad un errore trasversale massimo di 0,82nm e longitudinale massimo di 57,5nm; il fattore di
riduzione ottimale per questo calcolo ottico è di 1:4.
