JP2006113228A - 対物レンズ及びこれを用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合レンズを使わずに色収差を補正することで安価な光源が使用でき、高い解像度を有する液浸系の深紫外対物レンズ及びこれを用いた光学装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る対物レンズは、深紫外波長域で用いられ、全てのレンズＬ１〜Ｌ２０が単レンズからなり、前記全てのレンズＬ１〜Ｌ２０は互いに異なる２種類以上の媒質（石英及び蛍石）で構成され、物体面と最も物体側に配置されたレンズＬ２０との間を液体（水）で満たした状態で用いて、物体を拡大して観察するように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対物レンズ及びこれを用いた光学装置に関し、特に、半導体ウエハや液晶基板の観察を目的として、波長２５０ｎｍ近辺の深紫外波長域で用いられる対物レンズ及びこれを用いた光学装置に関するものである。

昨今の顕微鏡装置、特に半導体ウエハや液晶基板の観察を目的とする顕微鏡装置では、パターン線幅の微細化に伴い、より高解像度の対物レンズが求められている。このような対物レンズにおける解像度Ｒは、結像に関与する光の波長をλとし、該対物レンズの開口数をＮＡとしたとき、次式（４）で表すことができる。

Ｒ＝０．６１×（λ／ＮＡ） …（４）

上記の式（４）より、対物レンズにおいて高い解像度Ｒを達成するためには、（一般的に）開口数ＮＡを上げる、波長λを短くすることいった手段を取ることが有効であることが分かる。

ところで、対物レンズには、波長２５０ｎｍ近辺の深紫外波長域で用いるものがあり、同一の媒質（多くの場合は、石英）で形成された複数のレンズだけで構成されたもの（以下、第１のタイプと称する）と、異なる媒質（多くの場合、石英と蛍石）で形成されたレンズを接合剤で接合するようにしたもの（以下、第２のタイプと称する）等が開示されている。

第１のタイプの対物レンズでは、原理的に色収差の補正ができないため、比較的安価であるものの、波長幅を有する光源、すなわちランプや狭帯化していないエキシマレーザ等を光源として用いたときには、色収差で集光性能が著しく低下してしまい、式（４）に示すような波長λと開口数ＮＡで決まる所定の解像度Ｒが得られないという問題がある。

また、第２のタイプの対物レンズでは、色収差の補正が可能であるため、上記の問題は発生しない。しかしながら、深紫外光を好適に通す接合剤は種類が少なく、また例えあったとしても接合剤の接着力や作業性に難があるものがほとんどであるという問題がある。また、ランプ程度の低エネルギの光であればよいが、レーザのような高エネルギの光を入射すると、深紫外光の照射により接合剤が劣化し、対物レンズの内部透過率を低下させ、耐久性を損うという問題がある。

そこで、これら２つのタイプで発生する問題を解消すべく、光源に波長２４８ｎｍの狭帯化されていないレーザを用いて、石英製のレンズと蛍石製のレンズを用いて色収差を補正しているが、両者を接合剤によって接合してはいない対物レンズが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。また、光源に使用波長が２４８ｎｍよりも更に短い、使用波長が１９３ｎｍである光源である対物レンズも実用化されている。
特開２００３−２１７８５号公報

先に述べた特許文献１に記載の対物レンズにおける開口数は０．９程度であり、式（４）から、８０ｎｍライン＆スペース程度の線幅を解像することが可能であることが分かる。しかしながら、現在、半導体ウエハや液晶基板の観察に用いる顕微鏡装置では、さらに細い６５ｎｍライン＆スペース程度の線幅を解像することが求められており、特許文献１の対物レンズではこの要求を満足することが難しい。

また、上記の使用波長が１９３ｎｍである対物レンズでは、光源が狭帯化されたレーザ（例えば、ＡｒＦエキシマレーザ等）であり、色収差補正の問題は発生しないものの、非常に高価であるため、顕微鏡装置の価格上昇に繋がってしまうという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、接合レンズを使わずに色収差を補正することで安価な光源が使用でき、高い解像度を有する液浸系の深紫外対物レンズ及びこれを用いた光学装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る対物レンズは、深紫外波長域で用いられ、全てのレンズが単レンズからなり、前記全てのレンズは互いに異なる２種類以上の媒質で構成され、物体面と最も物体側に配置されたレンズとの間を液体で満たした状態で用いて、物体を拡大して観察するように構成される。

なお、本発明では、前記対物レンズを構成する媒質は、フッ化物結晶と石英、少なくとも２種類以上の異なるフッ化物結晶、及び、少なくとも２種類以上の異なるフッ化物結晶と石英のいずれかの組み合わせであることが望ましい。

また、本発明では、像側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズのトリプレット構成を有して構成されることが望ましい。

また、本発明では、像側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズからなる前記トリプレット構成を有し、全体として負のパワーを持つ第１レンズ群と、媒質の異なる正レンズと負レンズを空気間隔をもって配置することにより構成されたレンズ対を少なくとも２組以上有し、全体として正のパワーを持つ第２レンズ群とを備え、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆとし、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記対物レンズの全長をＬとし、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔をＤとしたとき、次式、０．０１≦｜ｆ／ｆ１｜≦０．３…（１）、及び、０．０５≦Ｄ／Ｌ…（２）の条件を満足するように構成されることが望ましい。

また、本発明では、最も物体側に近い面は、曲率を有して構成されることが望ましい。

本発明では、本対物レンズを構成する媒質のうち、最も分散が大きい媒質でできた凹レンズを４枚以上含み、これら凹レンズの焦点距離をそれぞれｆｍｉ（ｉ＝１，２，３，４…）とし、Ｐｍ＝｜Σ１／ｆｍｉ｜とし、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆとし、Ｐ＝｜１／ｆ｜としたとき、次式、Ｐｍ／Ｐ＞１…（３）の条件を満足するように構成されることが望ましい。

本発明に係る光学装置では、上記記載のいずれかの対物レンズと、接合剤を使用して組み立てられた鏡筒光学系、もしくは、接合剤を使用せずに組み立てられた鏡筒光学系のいずれかを備えて構成される。

以上説明したように、本発明によれば、接合レンズを使用しない構成により、これに起因する問題点、すなわちレンズの接合剤に深紫外光が照射されることによって発生する諸問題を全て解消でき、且つ、色収差を含む諸収差を良好に補正でき、高い解像度を有する液浸系の深紫外対物レンズ及びこれを用いた光学装置を実現することができた。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る対物レンズは、深紫外波長域で用いられ、全てのレンズが単レンズからなり、前記全てのレンズは互いに異なる２種類以上の媒質で構成され、物体面と最も物体側に配置されたレンズとの間を液体で満たした状態で用いて、物体を拡大して観察するものである。

このように、本発明の対物レンズでは、接合剤を使用して媒質の異なるレンズを接合することはせず、全て単レンズで構成している。これにより、深紫外光の照射を受けて、レンズの接合剤が劣化して発生する諸問題を回避できる。なお、本発明の対物レンズを構成するレンズ対は、収差補正上では接合レンズと近い効果を持ち、形状的にも接合レンズと近い形状となっている。

また、本発明の対物レンズは、物体面と最も物体側に配置されたレンズとの間を液体で満たした状態で用いて、物体を拡大して観察する、いわゆる液浸系の対物レンズである。一般に、光学顕微鏡においては、試料面と対物レンズの先端が空気で満たされている乾燥系対物レンズに比べ、試料面と対物レンズの先端が水やオイルなどの液体で満たされている液浸系対物レンズの方が高い解像度を得られることは周知である。よって、本発明に係る対物レンズは、液浸にて用いている。

また、本発明の対物レンズは、前記全てのレンズは互いに異なる２種類以上の媒質で構成している。このような構成により、色収差を良好に補正している。

ところで、一般に、色収差補正には、分散の異なる硝材を用いることが有効であることが知られている。しかしながら、本発明のように深紫外波長域で用いる場合は、一般の光学用の硝材では内部透過率が著しく低下するため、使用できる硝材はフッ化物結晶（例えば、蛍石）や石英に限定されている。よって、本発明の対物レンズを構成する媒質は、フッ化物結晶と石英、少なくとも２種類以上の異なるフッ化物結晶、及び、少なくとも２種類以上の異なるフッ化物結晶と石英の組み合わせであることが望ましい。なお、フッ化物結晶として、本発明では、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化ストロンチウム等を選択することが望ましい。

本発明の対物レンズは、トリプレット構成を有する対物レンズ（以下、第１のタイプの対物レンズと称する。請求項１〜５に該当）と、トリプレット構成を有さない対物レンズ（以下、第２のタイプの対物レンズと称する。請求項１，２及び６に該当）の２つのタイプに分類される。以下に、本発明に係るこれら２種類の対物レンズについて説明する。

第１のタイプの本発明に係る対物レンズは、像側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズからなるトリプレット構成を有し、全体として負のパワーを持つ第１レンズ群と、媒質の異なる正レンズと負レンズを空気間隔をもって配置することにより構成されたレンズ対を少なくとも２組以上有し、全体として正のパワーを持つ第２レンズ群とを備えて構成される。そして、第２レンズ群の最も物体側に位置する面の付近には、数枚の正レンズが配置されている。

このように、本発明では、第１レンズ群を全体として負のパワーを有して構成することにより、第２レンズ群で大きく広げられた光束を無理なく平行光束に戻すと同時に、軸外収差である像面湾曲やコマ収差を補正している。

また、第１レンズ群をトリプレット構成とすることで、上記補正の際に発生する倍率色収差を非常に良好に補正している。特に、第２レンズ群の先玉に石英が用いられた場合には、このトリプレット構成が有効に作用する。

但し、第２レンズ群の先玉（後述する第１及び第２実施例では、最も物体側に配置された正レンズＬ２０）には、収差補正上の観点からは蛍石などのフッ化物結晶を用いることが望ましい。しかしながら、先玉の物体側の面は浸液に浸して使用するため、レンズの耐液性や加工性に不安がある場合には石英を用いることが望ましい。

本発明の対物レンズは、第２レンズ群に、媒質の異なる正レンズと負レンズを空気間隔をもって配置して構成されたレンズ対を少なくとも２組以上配置することによって、色収差補正を行っている。これは、先述したように、本対物レンズが深紫外波長域で用いられるため、使用できる硝材が限定されるからである。

なお、本発明の対物レンズは開口数が大きいため（１．２４程度）、前記レンズ対を擬似的に接合した２枚のレンズで構成するよりも、擬似的に接合した３枚のレンズで構成する方が、より効果的に軸上色収差を補正することができる。

また、第２レンズ群の最も物体側に位置する面の付近に、数枚の正レンズを配置することにより、本光学系に入射した光線を無理なく屈折させて、この第２レンズ群から発生する球面収差を最低限に抑えている。

以上のような第１のタイプの対物レンズにおいて、各収差のバランスを非常に良い状態に保つため、該対物レンズ全系の焦点距離をｆとし、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、対物レンズの全長をＬとし（詳しくは対物レンズの第１面から最終面までの距離）、第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔をＤとしたとき、次式（１）及び（２）を満足することが望ましい。

０．０１≦｜ｆ／ｆ１｜≦０．３ …（１）
０．０５≦Ｄ／Ｌ …（２）

上記の条件式（１）は、対物レンズ全体に対する第１レンズ群のパワー配分を規定するものである。なお、条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群の負のパワーが強くなり過ぎて、レンズの構成枚数が多く全体としてかなり強い正のパワーを有する第２レンズ群とのバランスが崩れ、球面収差の悪化を招き、望ましくない。また、条件式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群の負のパワーが不足して、第２レンズ群から発生する球面収差を補正し切れず、望ましくない。

上記の条件式（２）は、第１レンズ群のトリプレット構成を設定するために非常に重要なものであり、この条件式（２）の下限値を下回ると、第２レンズ群によい大きく広げられた光束を平行光束に戻す際に、像面湾曲やコマ収差を発生させてしまうため、望ましくない。また、本光学系の第１レンズ群にトリプレット構成を配置するのは、倍率色収差を抑えることが目的であるが、条件式（２）の下限値を下回ると、その目的が果せず、望ましくない。

また、第１のタイプである本発明の対物レンズは、最も物体側に配置されたレンズの物体側の面、すなわち浸液に接するレンズ面は曲率がついていることが望ましい。このような構成により、諸収差をさらに低減させることができるからである。なお、従来対物レンズでは、最も物体側に近い面（浸液に接するレンズ面）に曲率を持たせて使用すると、該レンズ面に気泡が生じる可能性があると考えられてきたが、最近その可能性は殆どないことが確認されている。

一方、第２のタイプである本発明の対物レンズは、媒質の異なる正レンズと負レンズを空気間隔をもって配置することにより構成されたレンズ対を少なくとも２組以上有する点は、第１のタイプの対物レンズと同様である。そして、第２のタイプの対物レンズでは、該対物レンズを構成する媒質のうち、最も分散が大きい媒質でできた（例えば、後述の第３実施例では、対物レンズを構成する媒質は蛍石と石英のいずれかであるため、最も分散が大きい媒質とは石英である）凹レンズを４枚以上含み、これら凹レンズの焦点距離をそれぞれｆｍｉ（ｉ＝１，２，３，４…）とし、Ｐｍ＝｜Σ１／ｆｍｉ｜とし、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆとし、Ｐ＝｜１／ｆ｜としたとき、次式（３）を満足することが望ましい。

Ｐｍ／Ｐ＞１ …（３）

上記条件式（３）は、第２のタイプである対物レンズにおける凹レンズの配置に係るものであり、この条件式（３）の下限値を下回ると、色消しが不十分となり、像のコントラストの低下を招くため、望ましくない。

本発明の光学装置は、例えば顕微鏡装置であり、第１もしくは第２のタイプの対物レンズと、光源のパワーの強弱に応じて（鏡筒光学系に到達する光のパワーの強弱に応じて）、接合剤を使用して組み立てられた鏡筒光学系、もしくは、接合剤を使用せずに組み立てられた鏡筒光学系のいずれかを備えて構成されている。鏡筒光学系の選択については、鏡筒光学系に到達する光のパワーが極めて大きい場合は、（上記対物レンズと同様に）深紫外光照射による接合剤の劣化による問題が発生するため、接合剤を使用せずに組み立てられたものを用いることが望ましい。また、鏡筒光学系に到達する光のパワーがあまり強くない場合は、接合剤を使用して組み立てられたものを用いても問題なく、むしろ製造コストを抑えることができるためより望ましい。

以下、本発明に係る実施例を添付図面に基づいて説明する。

なお、いずれの実施例においても、本発明に係る対物レンズに使用する浸液、すなわち試料面から最も物体側に配置されたレンズの物体側の面（第１及び第２実施例では表中の面番号４０、第３実施例では表中の面番号３６）までの間隙を満たす液として、水を用いている。

また、本発明の対物レンズは無限遠設計となっているため、以下の実施例では実際の光線の進行方向とは逆の順序で示している。

まず、本発明の第１のタイプに係る対物レンズについて、第１実施例及び第２実施例の２つの実施例を用いて説明する。第１実施例のレンズ構成図を図１に、第２実施例のレンズ構成図を図３に示すように、いずれの実施例でも、全てのレンズが単レンズから構成され、像側から順に、像側に凹面を向けた正レンズＬ１、負レンズＬ２、正レンズＬ３のトリプレット構成であり、全体として負のパワーを持つ第１レンズ群Ｇ１と、媒質の異なる正レンズと負レンズを空気間隔をもって配置することにより構成された７組のレンズ対Ｐ１〜Ｐ７を有し、全体として正のパワーを持つ第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。

なお、第１レンズ群Ｇ１は、像側から、正メニスカスレンズＬ１、両凹レンズＬ２、正メニスカスレンズＬ３から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、像側から、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５からなるレンズ対Ｐ１、両凸レンズＬ６と両凹レンズＬ７からなるレンズ対Ｐ２、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９からなるレンズ対Ｐ３、両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１からなるレンズ対Ｐ４、両凸レンズＬ１２と両凹レンズＬ１３とからなるレンズ対Ｐ５、前記両凹レンズＬ１３と両凸レンズＬ１４とからなるレンズ対Ｐ６（すなわち、３枚のレンズＬ１２、Ｌ１３及びＬ１４で、２組のレンズ対Ｐ５、Ｐ６が形成される）、両凸レンズＬ１５、両凹レンズＬ１６と両凸レンズＬ１７からなるレンズ対Ｐ７、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１８、Ｌ１９、Ｌ２０から構成されている。そして、最も物体に近いレンズ面、すなわちＬ２０の物体側の面（後述の面番４０）は、物体側に凹の曲率を有して構成されている。

（第１実施例）
図１及び図２を用いて、本発明に係る第１実施例の対物レンズについて説明する。以下に、本発明に係る第１実施例の対物レンズにおける各レンズの諸元を表１に示す（但し、長さの単位は全てｍｍである）。この諸元の表において、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号（以下、面番号と称する）、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面（または像面）までの光軸上の距離（以下、面間隔と称する）、第４欄は硝材、第５欄は各レンズ成分をそれぞれ表している。また、表中では、ｆは対物レンズ系全体の焦点距離、ＮＡは開口数、ｎは基準光線（２４８ｎｍ）に対する浸液の屈折率を示しており、これらは他の実施例においても同様である。

また、以下の全ての諸元値において掲載されている対物レンズ全系の焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他の長さの単位は、特記の無い場合は「ｍｍ」が使われている。但し、光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。

（表１）
深紫外波長域での収差補正範囲 ：248nm±3nm
ＮＡ＝1.25
浸液の屈折率：ｎ＝1.396342
ｍ ｒ ｄ 硝材
1 -39.907 1.50 石英 Ｌ１
2 -10.955 5.15 (空気)
3 -126.105 0.75 蛍石 Ｌ２
4 5.058 14.85 (空気)
5 -15.595 3.90 石英 Ｌ３
6 -13.326 17.60 (空気)
7 25.945 2.85 蛍石 Ｌ４
8 -17.974 0.78 (空気)
9 -11.539 0.75 石英 Ｌ５
10 56.794 0.15 (空気)
11 15.085 3.25 蛍石 Ｌ６
12 -17.399 0.25 (空気)
13 -15.249 0.74 石英 Ｌ７
14 24.439 0.16 (空気)
15 15.085 3.25 蛍石 Ｌ８
16 -17.399 0.25 (空気)
17 -15.249 0.74 石英 Ｌ９
18 24.439 0.16 (空気)
19 15.085 3.25 蛍石 Ｌ１０
20 -17.399 0.25 (空気)
21 -15.249 0.74 石英 Ｌ１１
22 24.439 0.15 (空気)
23 13.527 3.15 蛍石 Ｌ１２
24 -17.258 0.25 (空気)
25 -15.125 0.71 石英 Ｌ１３
26 11.394 0.27 (空気)
27 13.000 2.45 蛍石 Ｌ１４
28 -25.653 0.13 (空気)
29 9.024 2.65 蛍石 Ｌ１５
30 -30.248 0.40 (空気)
31 -17.986 0.67 石英 Ｌ１６
32 14.823 0.07 (空気)
33 8.955 1.75 蛍石 Ｌ１７
34 -120.372 0.13 (空気)
35 4.340 1.51 蛍石 Ｌ１８
36 7.769 0.12 (空気)
37 2.480 1.28 蛍石 Ｌ１９
38 3.242 0.07 (空気)
39 1.032 1.00 石英 Ｌ２０
40 8.000 0.22 浸液
（条件式対応値）
ｆ ＝ 1.98
ｆ１ ＝-36.62
Ｄ ＝ 17.60
Ｌ ＝ 78.08
（条件式）
（１） 0.01≦ ｜ｆ／ｆ１｜＝0.0541 ≦0.3
（２） 0.05≦ Ｄ／Ｌ ＝0.2254

このように第１実施例では、上記条件式（１）及び（２）を全て満たすことが分かる。

図２は、本発明に係る第１実施例の対物レンズにおける球面収差、像面湾曲、及び、歪曲収差を示す。なお、各収差図において、ＮＡは開口数、Ｙは最大像高、ｘは波長２４８ｎｍ、ｙは波長２５１ｎｍ、及び、ｚは波長２４５ｎｍをそれぞれ示している。また、像面湾曲では、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。

図２に示す各収差図から明らかなように、本実施例の対物レンズでは諸収差が良好に補正されていることがわかる。

（第２実施例）
図３及び図４を用いて、本発明に係る第２実施例の対物レンズについて説明する。なお、本実施例に係る対物レンズの構成については上記したため（図３参照）、ここでの説明は省略する。以下に、本発明に係る第２実施例の対物レンズにおける各レンズの諸元を表２に示す。

（表２）
深紫外波長域での収差補正範囲 ：248nm±3nm
ＮＡ＝1.24
浸液の屈折率：ｎ＝1.378487
ｍ ｒ ｄ 硝材
1 -21.196 1.80 石英 Ｌ１
2 -8.989 4.00 (空気)
3 -42.629 1.00 蛍石 Ｌ２
4 5.100 12.70 (空気)
5 -14.670 4.50 石英 Ｌ３
6 -13.670 14.50 (空気)
7 33.847 3.60 蛍石 Ｌ４
8 -14.530 0.80 (空気)
9 -11.680 1.00 石英 Ｌ５
10 115.492 0.15 (空気)
11 18.970 3.80 蛍石 Ｌ６
12 -19.920 0.60 (空気)
13 -15.261 1.00 石英 Ｌ７
14 37.862 0.16 (空気)
15 17.016 3.80 蛍石 Ｌ８
16 -25.286 0.45 (空気)
17 -18.541 1.00 石英 Ｌ９
18 21.600 0.22 (空気)
19 19.005 3.80 蛍石 Ｌ１０
20 -21.600 0.40 (空気)
21 -24.638 1.00 石英 Ｌ１１
22 30.503 0.15 (空気)
23 15.000 3.90 蛍石 Ｌ１２
24 -24.000 0.30 (空気)
25 -19.900 1.00 石英 Ｌ１３
26 12.301 0.52 (空気)
27 14.370 3.90 蛍石 Ｌ１４
28 -20.396 0.13 (空気)
29 10.895 3.90 蛍石 Ｌ１５
30 -33.227 0.53 (空気)
31 -19.410 1.00 石英 Ｌ１６
32 12.800 0.07 (空気)
33 11.170 2.40 蛍石 Ｌ１７
34 -73.638 0.13 (空気)
35 4.301 2.00 蛍石 Ｌ１８
36 7.680 0.12 (空気)
37 2.582 1.35 蛍石 Ｌ１９
38 3.212 0.07 (空気)
39 1.031 1.00 石英 Ｌ２０
40 7.997 0.22 浸液
（条件式対応値）
ｆ ＝ 2.00
ｆ１ ＝-25.26
Ｄ ＝ 14.50
Ｌ ＝ 82.75
（条件式）
（１） 0.01≦ ｜ｆ／ｆ１｜＝0.0792 ≦0.3
（２） 0.05≦ Ｄ／Ｌ ＝0.1752

このように第２実施例では、上記条件式（１）及び（２）を全て満たすことが分かる。

図４は、本発明に係る第２実施例の対物レンズにおける球面収差、像面湾曲、及び、歪曲収差を示す。図４に示す各収差図から明らかなように、本実施例の対物レンズでは諸収差が良好に補正されていることがわかる。

（第３実施例）
次に、本発明の第２のタイプに係る第３実施例の対物レンズについて、図５及び図６を用いて説明する。第３実施例のレンズ構成図は、図５に示すように、全てのレンズが単レンズで構成され、像側から順に、負レンズＬ１と、レンズ対Ｐ１〜Ｐ６と、正レンズＬ１２、Ｌ１３と、レンズ対Ｐ７と、正レンズＬ１６〜Ｌ１８とから構成されている。なお、７組のレンズ対Ｐ１〜Ｐ７は、第１のタイプと同様に、それぞれ媒質の異なる正レンズと負レンズとを空気間隔をもって配置した構成である。

より詳細には、第３実施例の対物レンズは、像側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１、両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３からなるレンズ対Ｐ１、前記両凹レンズＬ３と両凸レンズＬ４からなるレンズ対Ｐ２、前記両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５からなるレンズ対Ｐ３（すなわち、４枚のレンズＬ２、Ｌ３、Ｌ４及びＬ５とで、３組のレンズ対Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が形成される）、両凸レンズＬ６と両凹レンズＬ７からなるレンズ対Ｐ４、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９からなるレンズ対Ｐ５、両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１からなるレンズ対Ｐ６、両凸レンズＬ１２、Ｌ１３、両凹レンズＬ１４と両凸レンズＬ１５とからなるレンズ対Ｐ７、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１６、Ｌ１７、像側に凸面を向けた平凸レンズＬ１８から構成されている。以下に、本発明に係る第３実施例の対物レンズにおける各レンズの諸元を表３に示す。

（表３）
深紫外波長域での収差補正範囲 ：248nm±3nm
ＮＡ＝1.25
浸液の屈折率：ｎ＝1.396342
ｍ ｒ ｄ 硝材
1 19.497 0.51 蛍石 Ｌ１
2 7.204 1.67 (空気)
3 11.747 1.40 蛍石 Ｌ２
4 -7.578 0.08 (空気)
5 -6.706 0.45 石英 Ｌ３
6 7.400 0.05 (空気)
7 7.760 1.55 蛍石 Ｌ４
8 -7.528 0.15 (空気)
9 -5.895 0.50 石英 Ｌ５
10 91.244 0.17 (空気)
11 9.472 1.60 蛍石 Ｌ６
12 -8.105 0.10 (空気)
13 -7.203 0.50 石英 Ｌ７
14 12.252 0.45 (空気)
15 11.323 1.70 蛍石 Ｌ８
16 -7.336 0.10 (空気)
17 -7.175 0.50 石英 Ｌ９
18 16.680 0.82 (空気)
19 7.578 1.80 蛍石 Ｌ１０
20 -12.003 0.15 (空気)
21 -9.684 0.50 石英 Ｌ１１
22 9.441 0.75 (空気)
23 10.210 1.65 蛍石 Ｌ１２
24 -14.513 0.10 (空気)
25 5.594 1.88 蛍石 Ｌ１３
26 -17.975 0.30 (空気)
27 -9.276 0.50 石英 Ｌ１４
28 8.749 0.05 (空気)
29 7.104 1.24 蛍石 Ｌ１５
30 -28.859 0.10 (空気)
31 2.922 1.13 蛍石 Ｌ１６
32 5.595 0.10 (空気)
33 1.640 0.95 蛍石 Ｌ１７
34 2.218 0.05 (空気)
35 0.750 0.75 蛍石 Ｌ１８
36 ∞ 0.20 浸液
（条件式対応値）
ｆｍ１ ＝-6.84，ｆｍ２ ＝-10.87，ｆｍ３ ＝-8.84，
ｆｍ４ ＝-9.80，ｆｍ５ ＝ -9.32，ｆｍ６ ＝-8.77，
Ｐｍ ＝｜Σ１／ｆｍｉ｜＝ 0.6747 （但し、ｉ＝1,2…,6）
ｆ ＝ 2.00
Ｐ ＝｜ １／ｆ ｜＝ 0.5
（条件式）
（３） Ｐｍ／Ｐ＝ 1.349 ＞1

このように第３実施例では、上記条件式（３）を満たすことが分かる。

図６は、本発明に係る第３実施例の対物レンズにおける球面収差、像面湾曲、及び、歪曲収差を示す。図６に示す各収差図から明らかなように、本実施例の対物レンズでは諸収差が良好に補正されていることがわかる。

（第４実施例）
図７を用いて、本発明に係る対物レンズが用いられた、第４実施例に係る顕微鏡装置について説明する。

顕微鏡装置２０は、光源１と、コレクタレンズ２と、フィルタ３と、開口絞り４と、視野絞り５と、コンデンサレンズ６と、第１ビームスプリッタ７と、対物レンズ８（上記第１〜第３実施例を参照）と、吐出ノズル９と、吸引ノズル１０と、被検物体（半導体ウエハ）１１と、液体受け１２と、ステージ１３と、第１反射ミラー１４と、鏡筒光学系（第２対物レンズ）１５と、第２反射ミラー１６と、第２ビームスプリッタ１７と、接眼レンズ１８と、撮像素子１９とから構成される。

なお、上記した各実施例の対物レンズ８はいずれも無限遠系補正型である。よって、本発明の顕微鏡装置２０では、対物レンズ８の像側に鏡筒光学系（第２対物レンズ）１５を配置して、該対物レンズ８と鏡筒光学系１５との組み合わせにより有限光学系を形成している。

上記構成を有する顕微鏡装置２０には落射照明が使用されており、光源１から放出された光は、コレクタレンズ２で集光され、所定の波長幅の光のみがフィルタ３を進み、開口絞り４上に光源１の像を形成する。そして、視野絞り５を進み、コンデンサレンズ６及び第１ビームスプリッタ７を介し、対物レンズ８の射出瞳上に光源１の像をリレーし、対物レンズ８により平行光束として、水平面内及び鉛直方向に移動可能なステージ１３上の被検物体（例えば、半導体ウエハ）１１を照明する。

なお、開口絞り４は、対物レンズ８の射出瞳と照明光学系１〜６とを介して共役な位置に配置され、照明光束の太さ、すなわち被検物体１１を照明する光の入射角度範囲を規定するものである。

また、対物レンズ８は、上記したように液浸系対物レンズであり、被検物体１１と該対物レンズ８の先端とが液体（浸液）に浸されているときに、光学系の収差が補正されるように設計されている。このため、対物レンズ８の先端近傍には、該レンズ８の先端と被検物体１１との間にある空間に純水などの液体で満たすため、所定量の液体を吐出する吐出ノズル９と、観察終了時に前述の液体を吸い込む吸引ノズル１０とが備えられている。

なお、被検物体１１の下方に、ステージ１３上から液滴がこぼれて前記液体が他の部分に飛び散るのを防ぐ液体受け１２を備えることが望ましい。これは、被検物体１１の周辺を観察しようとして、吐出ノズル９から液体を吐出したが、液滴ができずに被検物体１１からこぼれてしまうと、その液体がステージ１３の摺動面などに落下して、被検物体１１がステージ１３から浮いたり、あるいはステージ１３に貼り付いたりして、該ステージ１３が正しく作動しなくなることを防止するためである。

続いて、照明された被検物体１１から発した光は、対物レンズ８により平行光束となって進み、第１ビームスプリッタ７及び第１反射ミラー１４を介して、鏡筒光学系１５に入射する。そして、鏡筒光学系１５を経た光は、第２反射ミラー１６を介して、第２ビームスプリッタ１７にて、接眼レンズ１８の方向に進むものと、撮像素子１９の方向に進むものとに分割される。ここで、分割された光のうち、接眼レンズ１８の方向に進んだ光は、視野位置にて結像して、眼視観察に用いられる。また、撮像素子１９の方向に進んだ光は、該素子１９上に結像し、標本の電子画像を得ることができるようになっている。

なお、本実施例では、図７に示すように、第２ビームスプリッタ１７を用いて接眼レンズ１８と撮像素子１９とに光を振り分けているが、これに限定されるものではない。例えば、第２ビームスプリッタ１７の出し入れにより、接眼レンズ１８の視野位置もしくは撮像素子１９の撮像面のいずれか一方に光が到達するように構成することも可能である。

ここで、上記の顕微鏡装置２０で用いた鏡筒光学系１５について、図８及び図９を用いて説明する。図８は接合レンズを用いていない構成の鏡筒光学系（以下、第１鏡筒光学系１５Ａと称する）のレンズ構成図であり、図９は接合レンズを用いた構成の鏡筒光学系（以下、第２鏡筒光学系１５Ｂと称する）のレンズ構成図である。

本実施例に係る顕微鏡装置２０では、対物レンズ８として上記の第１〜第３実施例に示すいずれかの対物レンズを採用しており、これらは比較的大きなパワーを有する光源を用いている。その結果、顕微鏡装置２０では、図８に示すような接合剤を使用せずに組み立てられた（つまり、接合レンズを用いない）構成の第１鏡筒光学系１５Ａを用いることが望ましい。しかしながら、顕微鏡装置２０において、例えば水銀ランプなど、光源１として比較的小さいパワーを有する光源を用いた場合には、接合剤の使用により生じる不都合の影響が低く、むしろ製造コストを抑えることができるため、図９に示すような接合剤を使用して組み立てられた（つまり、接合レンズを用いた）構成の第２鏡筒光学系１５Ｂを用いることが望ましい。

まず、接合剤を使用せずに組み立てられた構成の第１鏡筒光学系１５Ａについて、図８を用いて説明する。第１鏡筒光学系１５Ａは、物体側から（図８中で左側から。また、図７中では対物レンズ８側から）順に、正メニスカスレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と、両凹レンズＬ２３とから構成され、接合レンズを用いていない。表４に、この第１鏡筒光学系１５Ａの各レンズの諸元を示す。

（表４）
第１鏡筒光学系の全系の焦点距離ｆ＝400
ｍ ｒ ｄ 硝材
1 105.620 2.00 石英 Ｌ２１
2 34.660 1.00 (空気)
3 35.170 3.00 蛍石 Ｌ２２
4 -200.000 82.52 (空気)
5 -1555.000 2.00 石英 Ｌ２３
6 78.175 200.00 (空気)

次に、接合剤を使用して組み立てられた構成の第２鏡筒光学系１５Ｂについて、図９を用いて説明する。第２鏡筒光学系１５Ｂは、物体側から（図９中で左側から。また、図７中では対物レンズ８側から）順に、正メニスカスレンズＬ３１と両凸レンズＬ３２から構成される接合レンズと、両凹レンズＬ３３とから構成されている。表５に、第２鏡筒光学系１５Ｂの各レンズの諸元を示す。

（表５）
第２鏡筒光学系の全系の焦点距離ｆ＝400
ｍ ｒ ｄ 硝材
1 92.349 2.00 石英 Ｌ３１
2 35.180 3.00 蛍石 Ｌ３２
3 -289.851 80.00 (空気)
4 -1555.088 2.00 石英 Ｌ３３
5 77.402 200.00 (空気)

以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。

本発明の第１実施例に係る対物レンズの構成を示す断面図である。 本発明の第１実施例に係る対物レンズの諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）は歪曲収差を示している。 本発明の第２実施例に係る対物レンズの構成を示す断面図である。 本発明の第２実施例に係る対物レンズの諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）は歪曲収差を示している。 本発明の第３実施例に係る対物レンズの構成を示す断面図である。 本発明の第３実施例に係る対物レンズの諸収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は像面湾曲、（Ｃ）は歪曲収差を示している。 本発明に係る顕微鏡装置の概略図である。 本発明に係る顕微鏡装置で用いられる鏡筒光学系の構成を示す断面図である。 本発明に係る顕微鏡装置で用いられる他の鏡筒光学系の構成を示す断面図である。

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
１ 光源
２ コレクタレンズ
３ フィルタ
４ 開口絞り
５ 視野絞り
６ コンデンサレンズ
７ 第１ビームスプリッタ
８ 対物レンズ
９ 吐出ノズル
１０ 吸引ノズル
１１ 被検物体（半導体ウエハ）
１２ 液体受け
１３ ステージ
１４ 第１反射ミラー
１５ 鏡筒光学系
１６ 第２反射ミラー
１７ 第２ビームスプリッタ
１８ 接眼レンズ
１９ 撮像素子
２０ 顕微鏡装置（光学装置）

Claims (7)

1. 深紫外波長域で用いられ、全てのレンズが単レンズからなり、
   前記全てのレンズは互いに異なる２種類以上の媒質で構成され、
   物体面と最も物体側に配置されたレンズとの間を液体で満たした状態で用いて、
   物体を拡大して観察することを特徴とする対物レンズ。
2. 前記対物レンズを構成する媒質は、フッ化物結晶と石英、少なくとも２種類以上の異なるフッ化物結晶、及び、少なくとも２種類以上の異なるフッ化物結晶と石英のいずれかの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
3. 像側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズのトリプレット構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の対物レンズ。
4. 像側から順に、
   正レンズ、負レンズ、正レンズからなる前記トリプレット構成を有し、全体として負のパワーを持つ第１レンズ群と、
   媒質の異なる正レンズと負レンズを空気間隔をもって配置することにより構成されたレンズ対を少なくとも２組以上有し、全体として正のパワーを持つ第２レンズ群とを備え、
   前記対物レンズ全系の焦点距離をｆとし、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記対物レンズの全長をＬとし、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔をＤとしたとき、次式、
   ０．０１≦｜ｆ／ｆ１｜≦０．３ …（１）
   ０．０５≦Ｄ／Ｌ …（２）
   の条件を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の対物レンズ。
5. 最も物体側に近い面は、曲率を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の対物レンズ。
6. 本対物レンズを構成する媒質のうち、最も分散が大きい媒質でできた凹レンズを４枚以上含み、
   これら凹レンズの焦点距離をそれぞれｆｍｉ（ｉ＝１，２，３，４…）とし、Ｐｍ＝｜Σ１／ｆｍｉ｜とし、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆとし、Ｐ＝｜１／ｆ｜としたとき、次式、
   Ｐｍ／Ｐ＞１ …（３）
   の条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の対物レンズ。
7. 請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の対物レンズと、
   接合剤を使用して組み立てられた鏡筒光学系、もしくは、接合剤を使用せずに組み立てられた鏡筒光学系のいずれかを備えて構成された光学装置。
   

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