JP2000155267A - 顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 倍率が１００倍程度で、開口数が０．９程度
の大口径で、２４８ｎｍの波長光のみならず、１９３ｎ
ｍや１５７ｎｍの短波長の紫外光でも利用することので
きる顕微鏡対物レンズ。 【解決手段】 全体として負の屈折力を有する第１レン
ズ群Ｇ１と、該第１レンズ群Ｇ１よりも物体側に配置さ
れ全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを
備えている。第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２
を構成するすべてのレンズ成分の各々は、互いに空気間
隔を隔てて配置された単レンズである。所定の条件式
（１）および（２）を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は顕微鏡対物レンズに
関し、さらに詳細には半導体素子やマイクロマシーン等
の微細パターンの測定や検査に際して紫外光を用いてパ
ターン画像を取り込むのに好適な顕微鏡対物レンズに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】メモリのような半導体素子の容量が６４
Ｍビット、２５６Ｍビット、１Ｇビットと増大するにつ
れて、そのパターンの線幅がサブミクロンの単位で小さ
くなっている。その結果、製作された半導体素子やその
製作のための原版（マスク）を検査および測定する工程
では、パターン観察の分解能を向上させるために、可視
光観察から紫外光観察に移らざるを得なくなってきてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そして、更に分解能を
向上させてより小さい線幅をより正確に検査および測定
するために、より短波長の光で利用することができ、且
つ空気中や真空中で明るさの限界に近い０．９の開口数
（ＮＡ）を有する対物レンズの実現が望まれている。現
在、１００倍程度の倍率および０．９程度の開口数を有
し、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ等の短波長を
有する紫外光で利用することのできる顕微鏡対物レンズ
は存在していない。

【０００４】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、倍率が１００倍程度で、開口数が０．９程度
の大口径で、２４８ｎｍの波長光のみならず、１９３ｎ
ｍや１５７ｎｍの短波長の紫外光でも利用することので
きる顕微鏡対物レンズを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、全体として負の屈折力を有する第１レ
ンズ群と、該第１レンズ群よりも物体側に配置され全体
として正の屈折力を有する第２レンズ群とを備えた顕微
鏡対物レンズにおいて、前記第１レンズ群および前記第
２レンズ群を構成するすべてのレンズ成分の各々は、互
いに空気間隔を隔てて配置された単レンズであり、前記
第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記顕微鏡対物レ
ンズの全体の焦点距離をｆとし、前記顕微鏡対物レンズ
を構成するすべてのレンズ成分のうちの負レンズ成分の
数をＮとするとき、 −１１＜ｆ１／ｆ＜−４．５ １≦Ｎ≦３ の条件を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズを
提供する。

【０００６】

【発明の実施の形態】たとえば波長が１９３ｎｍや１５
７ｎｍの深紫外光（ Deep ＵＶ光）で利用することので
きる光学系の設計は、光学材料の問題が解決すれば原理
的には可能である。しかしながら、利用する光の波長が
短くなるのに逆比例して製作精度が格段に厳しくなるの
で、この製作精度の問題が解決しないと所望の性能を実
現することができないということになる。特に、メカ構
造との接触点である偏心に対する公差が緩やかな光学系
が望まれる。

【０００７】本発明では、大きい空気間隔を隔てて配置
された２つのレンズ群（像側に配置された第１レンズ群
および物体側に配置された第２レンズ群）で光学系を構
成している。すなわち、光学系を全体として２群構成と
している。具体的には、負屈折力の第１レンズ群と、そ
の物体側に配置された正屈折力の第２レンズ群とで、い
わゆるレトロフォーカス光学系の顕微鏡対物レンズを構
成している。そして、像側に配置された負屈折力の第１
レンズ群の焦点距離ｆ１と光学系全体の焦点距離ｆとの
比ｆ１／ｆに所定の制限を加えるとともに、光学系全体
の中に含まれる負レンズの数に所定の制限を加えること
によって、偏心公差が緩やかでしかも高性能な光学系を
実現することが可能になっている。

【０００８】本発明の顕微鏡対物レンズでは、例えば開
口数が０．９で２４８ｎｍの波長光を利用する場合、理
論上の分解能が１６８ｎｍに達するが、精密な２次元像
を検出するためには高い分解能と共に像のフラットネス
（平坦性）が要求される。そこで、本発明では、ぺッツ
バール和を小さくして像の平坦性を保つために、像側か
ら負・正の屈折力配置を有する２群タイプ、すなわちレ
トロフォーカスタイプを選択している。

【０００９】以下、条件式を参照して本発明の構成をさ
らに詳細に説明する。本発明においては、以下の条件式
（１）および（２）を満足する。 −１１＜ｆ１／ｆ＜−４．５ （１） １≦Ｎ≦３ （２） ここで、ｆ１は、第１レンズ群の焦点距離である。ま
た、ｆは、顕微鏡対物レンズの全体の焦点距離である。
さらに、Ｎは、顕微鏡対物レンズを構成するすべてのレ
ンズ成分のうちの負レンズ成分の数である。

【００１０】開口数が０．９という大口径レンズの常と
して、物体側のレンズ群である第２レンズ群の開口数が
そのまま光学系全体の開口数になることから、第２レン
ズ群の大口径化を目指すことになる。この場合、この大
口径レンズの偏心に対する公差を緩やかにする方法、即
ち偏心が性能変化に及ぼす影響をできるだけ軽減する方
法として、アプラナチックな面をできるだけ多く用いて
球面収差やコマ収差を良好に補正することが知られてい
る。

【００１１】しかしながら、アプラナチックレンズは正
レンズであるため、ぺッツバール和が正側に増大し、像
面を十分フラットにすることはできない。このため、第
１レンズ群の焦点距離を負とし、光学系全体としてぺッ
ツバール和のバランスをとるのであるが、条件式（１）
と条件式（２）とを組み合わせることによって、大口径
な光学系においてぺッツバール和を小さく抑えるととも
に偏心に対して安定した性能を保つことができる。

【００１２】条件式（１）の下限値を下回ると、第１レ
ンズ群のパワー（屈折力）が相対的に小さくなる。その
結果、ぺッツバール和を小さく保つには、全系の負レン
ズの枚数を４枚以上にし、特に第２レンズ群に３枚以上
の負レンズを用いなければならなくなる。したがって、
第２レンズ群は、アプラナチックな面の少ないタイプ、
例えばトリプレット変形タイプの構成でないと解がなく
なってしまう。この場合、第２レンズ群の各レンズ成分
の面と光線とのなす角がプリズム的に見て最小偏角から
外れる傾向となるため、レンズ成分の偏心に対する許容
値（公差）が厳しくなり、結果として製造上極めて難し
い解となってしまう。

【００１３】一方、条件式（１）の上限値を上回ると、
第１レンズ群のパワーが相対的に大きくなる。その結
果、第２レンズ群の負担すべき倍率が大きくなり、大き
な開口数を確保しつつ収差を良好に補正することが困難
となる。さらに、レンズ成分の枚数が増えることによる
表面反射光の増大やフレア成分の増大等が起こり、結像
性能の低下を引き起こすことになる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づい
て説明する。各実施例において、本発明の顕微鏡対物レ
ンズは、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ
１と、その物体側に配置され全体として正の屈折力を有
する第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。第１レン
ズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を構成するすべてのレ
ンズ成分の各々は、互いに空気間隔を隔てて配置された
単レンズである。

【００１５】なお、第１実施例〜第６実施例は波長が２
４８ｎｍの紫外光で利用する顕微鏡対物レンズに、第７
実施例は波長が１９３ｎｍの紫外光で利用する顕微鏡対
物レンズに、第８実施例は波長が１５７ｎｍの紫外光で
利用する顕微鏡対物レンズにそれぞれ本発明を適用して
いる。また、第１実施例〜第７実施例では各レンズ成分
を形成する共通の光学材料として石英を使用し、第８実
施例では各レンズ成分を形成する共通の光学材料として
蛍石を使用している。石英の屈折率は、２４８ｎｍの波
長光に対してｎ248 ＝１．５０８４であり、１９３ｎｍ
の波長光に対してｎ193 ＝１．５６０１９である。ま
た、蛍石の屈折率は、１５７ｎｍの波長光に対してｎ15
7 ＝１．５６００である。

【００１６】各実施例は無限遠系に設計されており、実
際にこの顕微鏡対物レンズを利用する場合は、その像側
に所定の軸上空気間隔を隔てて結像レンズを配置し、像
を形成する。以下の各実施例の諸収差図は、各実施例単
体の性能を示すため、通常の使用状態における、像側か
ら物体側に向かって光線を追跡した場合のものとした。

【００１７】〔第１実施例〕図１は、本発明の第１実施
例にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。図
１の顕微鏡対物レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、
像側（結像レンズ側）から順に、両凹レンズＬ11、およ
び両凹レンズＬ12から構成されている。すなわち、第１
レンズ群Ｇ１は２枚の負レンズから構成されている。

【００１８】また、第２レンズ群Ｇ２は、像側から順
に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ21、両
凸レンズＬ22、両凸レンズＬ23、物体側に凹面を向けた
正メニスカスレンズＬ24、物体側に凹面を向けた正メニ
スカスレンズＬ25、物体側に凹面を向けた正メニスカス
レンズＬ26、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ27、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ28、
物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ29、および
物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ210から構
成されている。すなわち、第２レンズ群Ｇ２は、１０枚
の正レンズから構成されている。以上のように、第１実
施例の顕微鏡対物レンズは全体として、負レンズが２枚
で正レンズが１０枚の１２枚構成となっている。

【００１９】次の表（１）に、本発明の第１実施例の諸
元の値を掲げる。表（１）において、ｆは波長２４８ｎ
ｍの光線に対する対物レンズの焦点距離を、ＮＡは物体
側の開口数を、ＰＳは対物レンズのぺッツバール和をそ
れぞれ表している。さらに、面番号は像側からの各レン
ズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レ
ンズ面間隔を、ｎ248 は波長２４８ｎｍの光線に対する
屈折率をそれぞれ示している。

【００２０】

【表１】 ｆ＝２．００ ＮＡ＝０．９ ＰＳ＝−０．０１５１０ 面番号 ｒ ｄ ｎ248 1 -9.14478 2.70000 1.508400 （Ｌ11) 2 38.63715 2.70000 3 -43.09632 2.70000 1.508400 （Ｌ12) 4 49.72788 24.87259 5 -56.26930 2.50000 1.508400 （Ｌ21) 6 -23.03974 0.10000 7 961.72804 2.50000 1.508400 （Ｌ22) 8 -51.58713 0.59223 9 88.29030 2.50000 1.508400 （Ｌ23) 10 -557.60798 0.10000 11 59.25471 2.50000 1.508400 （Ｌ24) 12 96.08892 0.10000 13 38.24995 2.50000 1.508400 （Ｌ25) 14 61.12782 0.10000 15 24.32296 2.50000 1.508400 （Ｌ26) 16 37.95491 0.10000 17 15.08922 2.50000 1.508400 （Ｌ27) 18 22.59414 0.10000 19 8.96728 2.00000 1.508400 （Ｌ28) 20 12.91179 0.10000 21 5.10816 2.00000 1.508400 （Ｌ29) 22 6.49313 0.10000 23 2.54890 2.00000 1.508400 （Ｌ210) 24 2.23913 2.23812 （条件式対応値） ｆ１＝−１０ ｆ＝２ （１）ｆ１／ｆ＝−５ （２）Ｎ＝２

【００２１】図２は、波長２４８ｎｍの光線に対する第
１実施例の諸収差図である。各収差図において、ＮＡは
開口数を、Ｙは半画角をそれぞれ示している。また、非
点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリ
ディオナル像面をそれぞれ示している。なお、第１実施
例の顕微鏡対物レンズにおいて、ぺッツバール和は−
０．０１５であり、十分小さく抑えられていることがわ
かる。また、各収差図から明らかなように、第１実施例
では諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が確保さ
れていることがわかる。

【００２２】〔第２実施例〕図３は、本発明の第２実施
例にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。図
３の顕微鏡対物レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、
両凹レンズＬ11のみから構成されている。すなわち、第
１レンズ群Ｇ１は１枚の負レンズから構成されている。

【００２３】また、第２レンズ群Ｇ２は、像側（結像レ
ンズ側）から順に、両凸レンズＬ21、両凸レンズＬ22、
物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ23、物体側
に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ24、物体側に凹面
を向けた正メニスカスレンズＬ25、物体側に凹面を向け
た正メニスカスレンズＬ26、物体側に凹面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ27、および物体側に凹面を向けた負メ
ニスカスレンズＬ28から構成されている。すなわち、第
２レンズ群Ｇ２は、７枚の正レンズと１枚の負レンズと
から構成されている。以上のように、第２実施例の顕微
鏡対物レンズは全体として、負レンズが２枚で正レンズ
が７枚の９枚構成となっている。

【００２４】次の表（２）に、本発明の第２実施例の諸
元の値を掲げる。表（２）において、ｆは波長２４８ｎ
ｍの光線に対する対物レンズの焦点距離を、ＮＡは物体
側の開口数を、ＰＳは対物レンズのぺッツバール和をそ
れぞれ表している。さらに、面番号は像側からの各レン
ズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レ
ンズ面間隔を、ｎ248 は波長２４８ｎｍの光線に対する
屈折率をそれぞれ示している。

【００２５】

【表２】 ｆ＝２．００ ＮＡ＝０．９ ＰＳ＝−０．０６９８６ 面番号 ｒ ｄ ｎ248 1 -5.98000 2.70000 1.508400 （Ｌ11) 2 39.09473 29.29701 3 164.83873 3.00000 1.508400 （Ｌ21) 4 -24.83256 0.10000 5 103.03566 2.50000 1.508400 （Ｌ22) 6 -107.88441 0.10000 7 34.93700 2.50000 1.508400 （Ｌ23) 8 79.13250 0.10000 9 22.50268 2.50000 1.508400 （Ｌ24) 10 44.35989 0.10000 11 14.10791 2.50000 1.508400 （Ｌ25) 12 23.99141 0.10000 13 8.64025 2.00000 1.508400 （Ｌ26) 14 12.46879 0.10000 15 5.32279 2.00000 1.508400 （Ｌ27) 16 5.96126 0.10000 17 2.27634 2.00000 1.508400 （Ｌ28) 18 1.55803 1.90004 （条件式対応値） ｆ１＝−１０ ｆ＝２ （１）ｆ１／ｆ＝−５ （２）Ｎ＝１

【００２６】図４は、波長２４８ｎｍの光線に対する第
２実施例の諸収差図である。各収差図において、ＮＡは
開口数を、Ｙは半画角をそれぞれ示している。また、非
点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリ
ディオナル像面をそれぞれ示している。なお、第２実施
例の顕微鏡対物レンズにおいて、ぺッツバール和は−
０．０７０であり、十分小さく抑えられていることがわ
かる。また、各収差図から明らかなように、第２実施例
においても諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が
確保されていることがわかる。

【００２７】〔第３実施例〕図５は、本発明の第３実施
例にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。図
５の顕微鏡対物レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、
両凹レンズＬ11のみから構成されている。すなわち、第
１レンズ群Ｇ１は１枚の負レンズから構成されている。

【００２８】また、第２レンズ群Ｇ２は、像側（結像レ
ンズ側）から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカス
レンズＬ21、両凸レンズＬ22、物体側に凸面を向けた厚
肉の負メニスカスレンズＬ23、物体側に凹面を向けた正
メニスカスレンズＬ24、物体側に凹面を向けた正メニス
カスレンズＬ25、物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ26、および物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ27から構成されている。すなわち、第２レンズ群
Ｇ２は、６枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成さ
れている。以上のように、第３実施例の顕微鏡対物レン
ズは全体として、負レンズが２枚で正レンズが６枚の８
枚構成となっている。

【００２９】次の表（３）に、本発明の第３実施例の諸
元の値を掲げる。表（３）において、ｆは波長２４８ｎ
ｍの光線に対する対物レンズの焦点距離を、ＮＡは物体
側の開口数を、ＰＳは対物レンズのぺッツバール和をそ
れぞれ表している。さらに、面番号は像側からの各レン
ズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レ
ンズ面間隔を、ｎ248 は波長２４８ｎｍの光線に対する
屈折率をそれぞれ示している。

【００３０】

【表３】 ｆ＝２．００ ＮＡ＝０．９ ＰＳ＝−０．０４３２０ 面番号 ｒ ｄ ｎ248 1 -6.81461 2.70000 1.508400 （Ｌ11) 2 56.87163 29.55131 3 -59.52220 3.00000 1.508400 （Ｌ21) 4 -23.93269 0.10000 5 110.24894 3.00000 1.508400 （Ｌ22) 6 -36.11589 2.05823 7 -12.53639 10.65562 1.508400 （Ｌ23) 8 -17.54973 0.10000 9 21.95764 3.50000 1.508400 （Ｌ24) 10 281.71818 0.10000 11 12.03134 3.47622 1.508400 （Ｌ25) 12 23.00248 0.10000 13 8.05186 2.88887 1.508400 （Ｌ26) 14 10.27189 0.10000 15 3.50000 3.59978 1.508400 （Ｌ27) 16 2.51900 2.06948 （条件式対応値） ｆ１＝−１１．７９ ｆ＝２ （１）ｆ１／ｆ＝−５．９０ （２）Ｎ＝１

【００３１】図６は、波長２４８ｎｍの光線に対する第
３実施例の諸収差図である。各収差図において、ＮＡは
開口数を、Ｙは半画角をそれぞれ示している。また、非
点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリ
ディオナル像面をそれぞれ示している。なお、第３実施
例の顕微鏡対物レンズにおいて、ぺッツバール和は−
０．０４３であり、十分小さく抑えられていることがわ
かる。また、各収差図から明らかなように、第３実施例
においても諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が
確保されていることがわかる。

【００３２】〔第４実施例〕図７は、本発明の第４実施
例にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。図
７の顕微鏡対物レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、
両凹レンズＬ11のみから構成されている。すなわち、第
１レンズ群Ｇ１は１枚の負レンズから構成されている。

【００３３】また、第２レンズ群Ｇ２は、像側（結像レ
ンズ側）から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカス
レンズＬ21、両凸レンズＬ22、両凹レンズＬ23、物体側
に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ24、物体側に凹面
を向けた正メニスカスレンズＬ25、物体側に凹面を向け
た正メニスカスレンズＬ26、物体側に凹面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ27、および物体側に凹面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ28から構成されている。すなわち、第
２レンズ群Ｇ２は、１枚の負レンズと７枚の正レンズと
から構成されている。以上のように、第４実施例の顕微
鏡対物レンズは全体として、負レンズが２枚で正レンズ
が７枚の９枚構成となっている。

【００３４】次の表（４）に、本発明の第４実施例の諸
元の値を掲げる。表（４）において、ｆは波長２４８ｎ
ｍの光線に対する対物レンズの焦点距離を、ＮＡは物体
側の開口数を、ＰＳは対物レンズのぺッツバール和をそ
れぞれ表している。さらに、面番号は像側からの各レン
ズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レ
ンズ面間隔を、ｎ248 は波長２４８ｎｍの光線に対する
屈折率をそれぞれ示している。

【００３５】

【表４】 ｆ＝２．００ ＮＡ＝０．９ ＰＳ＝−０．０４２３６ 面番号 ｒ ｄ ｎ248 1 -6.83166 2.70000 1.508400 （Ｌ11) 2 56.57526 29.50000 3 -59.96883 3.00000 1.508400 （Ｌ21) 4 -23.68399 0.10000 5 109.15578 3.00000 1.508400 （Ｌ22) 6 -35.44890 2.10000 7 -12.49851 1.00000 1.508400 （Ｌ23) 8 734.65435 3.40000 9 -668.78496 4.50000 1.508400 （Ｌ24) 10 -17.25800 0.10000 11 21.85838 3.50000 1.508400 （Ｌ25) 12 306.47143 0.10000 13 12.02545 3.50000 1.508400 （Ｌ26) 14 22.76831 0.10000 15 8.01292 2.90000 1.508400 （Ｌ27) 16 10.23792 0.10000 17 3.50000 3.60000 1.508400 （Ｌ28) 18 2.53682 2.05976 （条件式対応値） ｆ１＝−１１．８２ ｆ＝２ （１）ｆ１／ｆ＝−５．９１ （２）Ｎ＝２

【００３６】図８は、波長２４８ｎｍの光線に対する第
４実施例の諸収差図である。各収差図において、ＮＡは
開口数を、Ｙは半画角をそれぞれ示している。また、非
点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリ
ディオナル像面をそれぞれ示している。なお、第４実施
例の顕微鏡対物レンズにおいて、ぺッツバール和は−
０．０４２であり、十分小さく抑えられていることがわ
かる。また、各収差図から明らかなように、第４実施例
においても諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が
確保されていることがわかる。

【００３７】〔第５実施例〕図９は、本発明の第５実施
例にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。図
９の顕微鏡対物レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、
両凹レンズＬ11のみから構成されている。すなわち、第
１レンズ群Ｇ１は１枚の負レンズから構成されている。

【００３８】また、第２レンズ群Ｇ２は、像側（結像レ
ンズ側）から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカス
レンズＬ21、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ22、両凸レンズＬ23、両凹レンズＬ24、両凸レンズＬ
25、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ26、物
体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ27、物体側に
凹面を向けた正メニスカスレンズＬ28、および物体側に
凹面を向けた正メニスカスレンズＬ29から構成されてい
る。すなわち、第２レンズ群Ｇ２は、２枚の負レンズと
７枚の正レンズとから構成されている。以上のように、
第５実施例の顕微鏡対物レンズは全体として、負レンズ
が３枚で正レンズが７枚の１０枚構成となっている。

【００３９】次の表（５）に、本発明の第５実施例の諸
元の値を掲げる。表（５）において、ｆは波長２４８ｎ
ｍの光線に対する対物レンズの焦点距離を、ＮＡは物体
側の開口数を、ＰＳは対物レンズのぺッツバール和をそ
れぞれ表している。さらに、面番号は像側からの各レン
ズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レ
ンズ面間隔を、ｎ248 は波長２４８ｎｍの光線に対する
屈折率をそれぞれ示している。

【００４０】

【表５】 ｆ＝２．００ ＮＡ＝０．９ β＝１００ ＰＳ＝−０．０６２３５ 面番号 ｒ ｄ ｎ248 1 -11.96000 1.50000 1.508400 （Ｌ11) 2 70.73097 34.91089 3 -52.18100 5.00000 1.508400 （Ｌ21) 4 -29.22800 0.10000 5 -236.63900 5.00000 1.508400 （Ｌ22) 6 -52.02176 0.13623 7 15.28639 5.00000 1.508400 （Ｌ23) 8 -61.19251 2.60000 9 -9.46464 4.06728 1.508400 （Ｌ24) 10 12.31404 1.99122 11 21.37311 6.00000 1.508400 （Ｌ25) 12 -11.60884 0.10000 13 26.86773 2.54176 1.508400 （Ｌ26) 14 15.48494 0.10000 15 9.02145 2.70000 1.508400 （Ｌ27) 16 22.41794 0.10000 17 6.22393 3.20000 1.508400 （Ｌ28) 18 16.91376 0.10000 19 2.29922 2.90000 1.508400 （Ｌ29) 20 1.38762 0.65840 （条件式対応値） ｆ１＝−２０ ｆ＝２ （１）ｆ１／ｆ＝−１０ （２）Ｎ＝３

【００４１】図１０は、波長２４８ｎｍの光線に対する
第５実施例の諸収差図である。各収差図において、ＮＡ
は開口数を、Ｙは半画角をそれぞれ示している。また、
非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメ
リディオナル像面をそれぞれ示している。なお、第５実
施例の顕微鏡対物レンズにおいて、ぺッツバール和は−
０．０６２であり、十分小さく抑えられていることがわ
かる。また、各収差図から明らかなように、第５実施例
においても諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が
確保されていることがわかる。

【００４２】〔第６実施例〕図１１は、本発明の第６実
施例にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。
図１１の顕微鏡対物レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１
は、両凹レンズＬ11のみから構成されている。すなわ
ち、第１レンズ群Ｇ１は１枚の負レンズから構成されて
いる。

【００４３】また、第２レンズ群Ｇ２は、像側（結像レ
ンズ側）から順に、両凸レンズＬ21、物体側に凸面を向
けた負メニスカスレンズＬ22、両凸レンズＬ23、両凸レ
ンズＬ24、両凹レンズＬ25、物体側に凹面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ26、物体側に凹面を向けた正メニスカ
スレンズＬ27、および物体側に凹面を向けた正メニスカ
スレンズＬ28から構成されている。すなわち、第２レン
ズ群Ｇ２は、２枚の負レンズと６枚の正レンズとから構
成されている。以上のように、第６実施例の顕微鏡対物
レンズは全体として、負レンズが３枚で正レンズが６枚
の９枚構成となっている。

【００４４】次の表（６）に、本発明の第６実施例の諸
元の値を掲げる。表（６）において、ｆは波長２４８ｎ
ｍの光線に対する対物レンズの焦点距離を、ＮＡは物体
側の開口数を、ＰＳは対物レンズのぺッツバール和をそ
れぞれ表している。さらに、面番号は像側からの各レン
ズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レ
ンズ面間隔を、ｎ248 は波長２４８ｎｍの光線に対する
屈折率をそれぞれ示している。

【００４５】

【表６】 ｆ＝２．００ ＮＡ＝０．９ ＰＳ＝−０．０２９３０ 面番号 ｒ ｄ ｎ248 1 -11.96000 1.50000 1.508400 （Ｌ11) 2 70.73097 39.23194 3 234.17600 5.00000 1.508400 （Ｌ21) 4 -36.80983 2.17287 5 -12.30872 1.20000 1.508400 （Ｌ22) 6 -21.66312 0.10000 7 58.55016 4.50000 1.508400 （Ｌ23) 8 -562.74267 0.10000 9 12.20316 4.90000 1.508400 （Ｌ24) 10 -44.48312 1.90000 11 -14.04591 1.40000 1.508400 （Ｌ25) 12 229.77721 0.10000 13 9.38594 2.70000 1.508400 （Ｌ26) 14 35.82093 0.10000 15 5.41386 3.20000 1.508400 （Ｌ27) 16 9.02234 0.10000 17 2.32530 2.80000 1.508400 （Ｌ28) 18 1.62383 0.65840 （条件式対応値） ｆ１＝−２０ ｆ＝２ （１）ｆ１／ｆ＝−１０ （２）Ｎ＝３

【００４６】図１２は、波長２４８ｎｍの光線に対する
第６実施例の諸収差図である。各収差図において、ＮＡ
は開口数を、Ｙは半画角をそれぞれ示している。また、
非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメ
リディオナル像面をそれぞれ示している。なお、第６実
施例の顕微鏡対物レンズにおいて、ぺッツバール和は−
０．０２９であり、十分小さく抑えられていることがわ
かる。また、各収差図から明らかなように、第６実施例
においても諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が
確保されていることがわかる。

【００４７】〔第７実施例〕図１３は、本発明の第７実
施例にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。
第７実施例では、第３実施例と類似の構成を有する顕微
鏡対物レンズを１９３ｎｍの紫外光に適用している。図
１３の顕微鏡対物レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１
は、両凹レンズＬ11のみから構成されている。すなわ
ち、第１レンズ群Ｇ１は１枚の負レンズから構成されて
いる。

【００４８】また、第２レンズ群Ｇ２は、像側（結像レ
ンズ側）から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカス
レンズＬ21、両凸レンズＬ22、物体側に凸面を向けた厚
肉の負メニスカスレンズＬ23、物体側に凹面を向けた正
メニスカスレンズＬ24、物体側に凹面を向けた正メニス
カスレンズＬ25、物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ26、および物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ27から構成されている。すなわち、第２レンズ群
Ｇ２は、６枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成さ
れている。以上のように、第７実施例の顕微鏡対物レン
ズは全体として、負レンズが２枚で正レンズが６枚の８
枚構成となっている。

【００４９】次の表（７）に、本発明の第７実施例の諸
元の値を掲げる。表（７）において、ｆは波長１９３ｎ
ｍの光線に対する対物レンズの焦点距離を、ＮＡは物体
側の開口数を、ＰＳは対物レンズのぺッツバール和をそ
れぞれ表している。さらに、面番号は像側からの各レン
ズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レ
ンズ面間隔を、ｎ193 は波長１９３ｎｍの光線に対する
屈折率をそれぞれ示している。

【００５０】

【表７】 ｆ＝２．００ ＮＡ＝０．９ ＰＳ＝−０．０４４８６ 面番号 ｒ ｄ ｎ193 1 -13.12775 2.70000 1.560190 （Ｌ11) 2 14.27824 30.77746 3 -46.90711 3.00000 1.560190 （Ｌ21) 4 -26.91858 0.10000 5 115.24676 3.00000 1.560190 （Ｌ22) 6 -39.77291 2.05000 7 -13.95255 10.65000 1.560190 （Ｌ23) 8 -19.72026 0.10000 9 24.63167 3.50000 1.560190 （Ｌ24) 10 378.49972 0.10000 11 13.54944 3.50000 1.560190 （Ｌ25) 12 26.59178 0.10000 13 9.07592 2.90000 1.560190 （Ｌ26) 14 11.83869 0.10000 15 3.73696 3.60000 1.560190 （Ｌ27) 16 2.66750 2.45651 （条件式対応値） ｆ１＝−１１．７９２ ｆ＝２ （１）ｆ１／ｆ＝−５．８９６ （２）Ｎ＝１

【００５１】図１４は、波長１９３ｎｍの光線に対する
第７実施例の諸収差図である。各収差図において、ＮＡ
は開口数を、Ｙは半画角をそれぞれ示している。また、
非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメ
リディオナル像面をそれぞれ示している。なお、第７実
施例の顕微鏡対物レンズにおいて、ぺッツバール和は−
０．０４５であり、十分小さく抑えられていることがわ
かる。また、各収差図から明らかなように、第７実施例
においても諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が
確保されていることがわかる。

【００５２】〔第８実施例〕図１５は、本発明の第８実
施例にかかる顕微鏡対物レンズの構成を示す図である。
第８実施例では、第３実施例と類似の構成を有する顕微
鏡対物レンズを１５７ｎｍの紫外光に適用している。図
１５の顕微鏡対物レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１
は、両凹レンズＬ11のみから構成されている。すなわ
ち、第１レンズ群Ｇ１は１枚の負レンズから構成されて
いる。

【００５３】また、第２レンズ群Ｇ２は、像側（結像レ
ンズ側）から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカス
レンズＬ21、両凸レンズＬ22、物体側に凸面を向けた厚
肉の負メニスカスレンズＬ23、物体側に凹面を向けた正
メニスカスレンズＬ24、物体側に凹面を向けた正メニス
カスレンズＬ25、物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ26、および物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズＬ27から構成されている。すなわち、第２レンズ群
Ｇ２は、６枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成さ
れている。以上のように、第８実施例の顕微鏡対物レン
ズは全体として、負レンズが２枚で正レンズが６枚の８
枚構成となっている。

【００５４】次の表（８）に、本発明の第８実施例の諸
元の値を掲げる。表（８）において、ｆは波長１５７ｎ
ｍの光線に対する対物レンズの焦点距離を、ＮＡは物体
側の開口数を、ＰＳは対物レンズのぺッツバール和をそ
れぞれ表している。さらに、面番号は像側からの各レン
ズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レ
ンズ面間隔を、ｎ157 は波長１５７ｎｍの光線に対する
屈折率をそれぞれ示している。

【００５５】

【表８】 ｆ＝２．００ ＮＡ＝０．９ ＰＳ＝−０．０４４７６ 面番号 ｒ ｄ ｎ157 1 -13.10578 2.70000 1.560000 （Ｌ11) 2 14.26218 30.77746 3 -46.96539 3.00000 1.560000 （Ｌ21) 4 -26.89949 0.10000 5 115.02818 3.00000 1.560000 （Ｌ22) 6 -39.73960 2.05000 7 -13.95028 10.65000 1.560000 （Ｌ23) 8 -19.72344 0.10000 9 24.63622 3.50000 1.560000 （Ｌ24) 10 379.43621 0.10000 11 13.55292 3.50000 1.560000 （Ｌ25) 12 26.58970 0.10000 13 9.07681 2.90000 1.560000 （Ｌ26) 14 11.83703 0.10000 15 3.73867 3.60000 1.560000 （Ｌ27) 16 2.67142 2.46000 （条件式対応値） ｆ１＝−１１．７７９ ｆ＝２ （１）ｆ１／ｆ＝−５．８９０ （２）Ｎ＝１

【００５６】図１６は、波長１５７ｎｍの光線に対する
第８実施例の諸収差図である。各収差図において、ＮＡ
は開口数を、Ｙは半画角をそれぞれ示している。また、
非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメ
リディオナル像面をそれぞれ示している。なお、第８実
施例の顕微鏡対物レンズにおいて、ぺッツバール和は−
０．０４５であり、十分小さく抑えられていることがわ
かる。また、各収差図から明らかなように、第８実施例
においても諸収差が良好に補正され、良好な光学性能が
確保されていることがわかる。

【００５７】ところで、本発明の顕微鏡対物レンズで
は、深紫外領域のレーザ等の単色光光源を利用した結像
を目的としているが、昨今の紫外レーザ光源の発展によ
って単色光の半値幅は小さくなってきている。例えば、
エキシマレーザ、ＹＡＧレーザの高調波、アルゴンレー
ザの高調波等では、半値幅が１ｎｍ以下のものが実用化
されてきている。このような半値幅の小さい単色光を利
用する限り、光学系の色収差に対する特別の配慮を省略
することができる。したがって、本発明で開示した各実
施例およびその変形例などを用いて、たとえば１５７ｎ
ｍ、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、２６６ｎｍ、３５５ｎｍ
等の波長光で利用することのできる顕微鏡対物レンズで
あって、倍率が１００倍程度で開口数が０．９にまで達
するような極めて高性能な顕微鏡対物レンズを実現する
ことができる。

【００５８】なお、上述の各実施例においては、倍率が
１００倍で開口数が０．９で無限遠系に設計された顕微
鏡対物レンズに本発明を適用している。しかしながら、
本発明の構成に基づいて、高性能な有限系の顕微鏡対物
レンズや、１００倍よりも小さい倍率を有する高性能な
顕微鏡対物レンズなども容易に実現することが可能であ
る。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
倍率が１００倍程度で、開口数が０．９程度の大口径
で、２４８ｎｍの波長光のみならず、１９３ｎｍや１５
７ｎｍの短波長の紫外光でも利用することのできる顕微
鏡対物レンズを実現することができる。すなわち、本発
明の顕微鏡対物レンズは、半導体素子やマイクロマシー
ン等の微細パターンの測定や検査に際して紫外光を用い
てパターン画像を取り込むのに適した光学系である。す
なわち、本発明のような紫外対物レンズを用いた紫外顕
微鏡の実現によって、高精度な測定機や検査機の実用化
が促進され、より微細なパターンの製作に役立つものと
期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる顕微鏡対物レンズ
の構成を示す図である。

【図２】第１実施例における諸収差図である。

【図３】本発明の第２実施例にかかる顕微鏡対物レンズ
の構成を示す図である。

【図４】第２実施例における諸収差図である。

【図５】本発明の第３実施例にかかる顕微鏡対物レンズ
の構成を示す図である。

【図６】第３実施例における諸収差図である。

【図７】本発明の第４実施例にかかる顕微鏡対物レンズ
の構成を示す図である。

【図８】第４実施例における諸収差図である。

【図９】本発明の第５実施例にかかる顕微鏡対物レンズ
の構成を示す図である。

【図１０】第５実施例における諸収差図である。

【図１１】本発明の第６実施例にかかる顕微鏡対物レン
ズの構成を示す図である。

【図１２】第６実施例における諸収差図である。

【図１３】本発明の第７実施例にかかる顕微鏡対物レン
ズの構成を示す図である。

【図１４】第７実施例における諸収差図である。

【図１５】本発明の第８実施例にかかる顕微鏡対物レン
ズの構成を示す図である。

【図１６】第８実施例における諸収差図である。

【符号の説明】

Ｇ１ 第１レンズ群 Ｇ２ 第２レンズ群 Ｌ 各レンズ成分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA09 LA01 LA03 NA04 PA08 PA09 PA10 PA12 PA17 PB08 PB09 PB10 PB12 QA03 QA06 QA12 QA21 QA25 QA39 QA41 QA42 QA45 QA46 UA03 UA04

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全体として負の屈折力を有する第１レン
   ズ群と、該第１レンズ群よりも物体側に配置され全体と
   して正の屈折力を有する第２レンズ群とを備えた顕微鏡
   対物レンズにおいて、 前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を構成するす
   べてのレンズ成分の各々は、互いに空気間隔を隔てて配
   置された単レンズであり、 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記顕微鏡対
   物レンズの全体の焦点距離をｆとし、前記顕微鏡対物レ
   ンズを構成するすべてのレンズ成分のうちの負レンズ成
   分の数をＮとするとき、 −１１＜ｆ１／ｆ＜−４．５ １≦Ｎ≦３ の条件を満足することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。