JPH10282429A - Objective lens long in orerating distance - Google Patents
Objective lens long in orerating distanceInfo
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- JPH10282429A JPH10282429A JP9108362A JP10836297A JPH10282429A JP H10282429 A JPH10282429 A JP H10282429A JP 9108362 A JP9108362 A JP 9108362A JP 10836297 A JP10836297 A JP 10836297A JP H10282429 A JPH10282429 A JP H10282429A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、主としてLSI
などの半導体素子およびレチクル,マスク,ウエハーな
どの検査装置に用いられる対物レンズに関する。また、
この対物レンズは蛍光色素標識を用いる顕微鏡装置や金
属の相転換を観測する高温顕微鏡装置などにも用いるこ
とができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to an objective lens used for an inspection device for a semiconductor element such as a reticle, a mask, a wafer, and the like. Also,
This objective lens can also be used for a microscope device using a fluorescent dye label, a high-temperature microscope device for observing phase inversion of metal, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】この
発明の長作動距離対物レンズは、光源に近紫外域レーザ
ービーム光線を用いた「超LSI半導体素子およびレチ
クル,マスク,ウエハーなどの欠陥検査用レーザービー
ム走査装置」に用いることを主たる目的とし、0.85
以上の開口数をもち、かつ、全レンズ系の焦点距離より
も長い作動距離を有する乾燥系の対物レンズである。従
来において、このような目的のために幾つかの対物レン
ズが開示されている。以下、その代表的な4例について
説明する。2. Description of the Related Art A long working distance objective lens according to the present invention is used for "ultra LSI device and defect inspection of reticles, masks, wafers and the like using a near ultraviolet laser beam as a light source. The main purpose is to use the laser beam scanner,
This is a dry objective lens having the above numerical aperture and a working distance longer than the focal length of the entire lens system. Conventionally, several objective lenses have been disclosed for such a purpose. Hereinafter, four typical examples will be described.
【0003】 特開平5−72482号公報の対物レ
ンズは、250mm付近の遠紫外域の光線で使用可能な
乾燥系高倍率大開口対物レンズである。しかし、この対
物レンズの作動距離(WD)は0.92mmレベルのも
のであり、この値はレンズ系全長(OAL)の僅か1.
0%未満の値に留まるので、64M級以上の超LSI半
導体素子の検査装置(LSM)の設計に大きな制約とな
る問題点がある。 特開平5−196874号公報の対物レンズは、3
51mm付近の近紫外域の光線で使用可能な乾燥系高倍
率大開口対物レンズである。しかし、この対物レンズの
作動距離(WD)も1.57mmレベルのものであり、
レンズ系全長(OAL)の僅か2.0%未満の値に留ま
るので、依然として64M級以上の超LSI半導体素子
の検査装置(LSM)の設計に大きな制約となる問題点
がある。The objective lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-72482 is a dry-type high-magnification large-aperture objective lens that can be used with light in the far ultraviolet region near 250 mm. However, the working distance (WD) of this objective lens is of the order of 0.92 mm, and this value is only 1.1 of the overall lens system (OAL).
Since the value is less than 0%, there is a problem that the design of an inspection device (LSM) for an VLSI semiconductor device of 64M class or more is greatly restricted. The objective lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-196874
This is a dry-type, high-magnification, large-aperture objective lens that can be used with light in the near ultraviolet region near 51 mm. However, the working distance (WD) of this objective lens is also at a level of 1.57 mm,
Since the value is only less than 2.0% of the total length of the lens system (OAL), there is still a problem that the design of an inspection device (LSM) for an VLSI semiconductor device of 64M class or more is greatly restricted.
【0004】 特開平4−220615号公報の対物
レンズは、可視域の光線で使用可能な乾燥系中倍率中開
口対物レンズである。この対物レンズは比較的に長い作
動距離を有している。しかし、開口数が0.50程度に
留まり、また、紫外域光線を吸収する硝材を用いて構成
しているので、通常よく行われる「使用波長を短縮する
ことにより解像力を改善する手段」を採ることができな
い不具合を有している。従って、この発明の対物レンズ
が主たる目的とする64M級以上の超LSI半導体素子
の検査などには、著しい分解能の不足となり適用するこ
とができない。 特開平4−220616号公報の対物レンズは、可
視域の光線で使用可能な乾燥系高倍率大開口対物レンズ
である。しかし、この対物レンズの作動距離(WD)も
2.48mmレベルのものであり、レンズ系全長(OA
L)の僅か3.0%未満の値に留まり、また、紫外域光
線を吸収する硝材を用いて構成しているので、前例と同
じ理由により、分解能が不足であり、かつ、短い作動距
離のためLSM装置の設計に大きな制約となる問題点が
ある。[0004] The objective lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-220615 is a dry system medium magnification medium aperture objective lens that can be used with light in the visible region. This objective has a relatively long working distance. However, since the numerical aperture stays at about 0.50 and is made of a glass material that absorbs ultraviolet rays, a method of improving the resolving power by shortening the wavelength used, which is often performed, is adopted. Have a defect that cannot be performed. Therefore, the objective lens of the present invention is not applicable to the inspection of a super LSI semiconductor device of 64M class or more, which is a main object, because of a remarkable lack of resolution. The objective lens disclosed in JP-A-4-220616 is a dry-type high-magnification large-aperture objective lens that can be used with light rays in the visible region. However, the working distance (WD) of this objective lens is also at a level of 2.48 mm, and the entire lens system (OA)
L) is less than 3.0%, and is made of a glass material that absorbs ultraviolet rays. Therefore, for the same reason as in the previous example, the resolution is insufficient and a short working distance is required. Therefore, there is a problem that the design of the LSM device is greatly restricted.
【0005】この発明の長作動距離対物レンズを適用す
る検査機の具体例として、フォトマスクあるいはレチク
ルの検査機を考えてみる。近年、これらのフォトマスク
などでは、LSIパターンの露光時に、マスク表面にご
みが着き、これが転写されることを防ぐ為に、「ペリク
ル」と呼ばれる保護膜が貼られているのが普通である。
ペリクルは、その上にごみが付着してもLSI表面で像
を結ばないようにする必要がある為、マスクパターン面
からある距離をとって貼られている。現在の規格では、
マスク−ペリクル間の距離(ペリクルの「スタンドオ
フ」と称する)は6.3mmであり、今後ともこのスタ
ンドオフが縮まる可能性は考えられない。このため、マ
スクなどの検査機は、このペリクル越しに、マスク表面
のパターンを検査することが求められるわけで、この発
明の長作動距離対物レンズは7mm前後という大きな作
動距離を確保しなければならない厳しい条件が存在して
いる。[0005] As a specific example of an inspection machine to which the long working distance objective lens of the present invention is applied, consider a photomask or reticle inspection machine. In recent years, a protective film called “pellicle” is generally applied to these photomasks and the like in order to prevent dust from being transferred to the surface of the mask when exposing the LSI pattern.
The pellicle is attached at a certain distance from the mask pattern surface because it is necessary to prevent an image from being formed on the LSI surface even if dust adheres to the pellicle. In the current standard,
The distance between the mask and the pellicle (referred to as the “stand-off” of the pellicle) is 6.3 mm, and it is unlikely that the stand-off will be reduced in the future. For this reason, an inspection machine for a mask or the like is required to inspect the pattern on the mask surface through the pellicle, and the long working distance objective lens of the present invention must secure a large working distance of about 7 mm. Strict conditions exist.
【0006】上述した従来公知の各対物レンズでは、こ
の発明が目的とする64M級以上の超LSI半導体素子
の検査にはいずれも作動距離が短く、超分解能(大開
口)、近紫外域光線における高透過率および製作可能な
公差を持つレンズタイプという点において不十分なもの
である。フォトマスク,レチクル,ウエハーあるいはL
SIなどの半導体素子を検査対象とする検査装置を考え
た場合、次の性能を持つ対物レンズが要求される。即
ち、 高N.A.(0.85以上)であること。 作動距離が長い(7.0mm程度)こと。 使用波長域が近紫外域であること。(使用する波長
の一例としては、Arレーザーの351nm,363.
8nm、He−Cdレーザーの325nm、Nd:YA
Gレーザーの3倍高調波が考えられる。) 上記波長領域において高透過率であること。 上記の波長領域で上記の条件を満たしつつ、製
作可能な公差であること。[0006] Each of the above-mentioned conventionally known objective lenses has a short working distance, a super-resolution (large aperture), and a near-ultraviolet light beam for the inspection of ultra LSI semiconductor devices of 64M class or more intended by the present invention. It is inadequate in terms of lens types with high transmittance and manufacturable tolerances. Photomask, reticle, wafer or L
When considering an inspection apparatus for inspecting a semiconductor element such as an SI, an objective lens having the following performance is required. That is, high N.P. A. (0.85 or more). The working distance must be long (about 7.0 mm). The wavelength range used is near-ultraviolet. (As an example of the wavelength to be used, 351 nm, 363.
8 nm, 325 nm of He-Cd laser, Nd: YA
A third harmonic of the G laser is possible. ) High transmittance in the above wavelength range. A tolerance that can be manufactured while satisfying the above conditions in the above wavelength region.
【0007】上記とは、フォトマスクなど高精度な
パターンを対象とした場合、必要とされる欠陥認識分解
能0.1μmから決まる必要性能である。上記は、前
述したとおり、ペリクル越しにフォトマスクあるいはレ
チクルを検査するために必要となる仕様である。また、
上記は、0.1μmの欠陥認識分解能にて対象物を検
査する場合に必要とされる、画像のS/N比に密接に関
係する。さらに、上記は自明の条件である。The above is the required performance determined from the required defect recognition resolution of 0.1 μm when targeting a highly accurate pattern such as a photomask. The above are the specifications required to inspect a photomask or reticle through a pellicle, as described above. Also,
The above is closely related to the S / N ratio of an image required when inspecting an object with a defect recognition resolution of 0.1 μm. Further, the above are self-evident conditions.
【0008】また、この発明の長作動距離対物レンズ
は、レンズ全長を「45mm同焦点距離鏡枠」に収納で
きる程度に短縮すれば、蛍光色素標識を用いる顕微鏡装
置などにも用いることもできる。最近、分子生物学の最
先端分野においては、例えば、ウニ受精卵内の生命発生
機序の分子レベルの研究において、蛍光色素単分子レベ
ルの研究のように、蛍光色素単分子または数分子をもっ
て標識された活性蛋白単分子の行動を観察し、測光する
技術の開発が求められている。このような極限の微弱光
を捉えてノイズの少ない情報を得る為には、自家蛍光の
極端に少ない高倍率、大開口、長作動距離の乾燥系対物
レンズの供給が期待されている。なお、高倍率・大開口
の仕様は対象物が光学顕微鏡またはレーザービーム走査
顕微鏡の解像限界に近い微細構造をもつ為に必要であ
り、長作動距離は試料細胞のマニュピレーションの為に
必要であり、乾燥系であることは浸液の自家蛍光発光に
よるS/N比の低下の危険を冒さずに済むからである。The long working distance objective lens of the present invention can also be used in a microscope apparatus using fluorescent dye labels, provided that the overall length of the lens is reduced to such an extent that it can be accommodated in a "45 mm parfocal length lens frame". Recently, in the cutting-edge field of molecular biology, for example, in the study of the mechanism of life development in sea urchin fertilized eggs at the molecular level, as with the study of the fluorescent dye single molecule, labeling with a fluorescent dye single molecule or several molecules There is a demand for the development of a technique for observing the behavior of a single active protein molecule and performing photometry. In order to capture such extremely weak light and obtain information with less noise, it is expected to supply a high-magnification, large aperture, long working distance dry system objective lens with extremely little autofluorescence. The specifications of high magnification and large aperture are necessary for the object to have a microstructure close to the resolution limit of the optical microscope or laser beam scanning microscope, and a long working distance is necessary for the manipulation of sample cells. This is because the drying system does not risk reduction in the S / N ratio due to the self-fluorescence of the immersion liquid.
【0009】この発明の長作動距離対物レンズは、蛍光
色素を励起する近紫外域光に対して極めて高い透過率を
もち、従って、自家蛍光発光が極めて少ない特徴をもっ
ている。また、約5mm以上の充分に長大な作動距離を
有しているので、高倍率強拡大の顕微鏡視野内でのマニ
ュピレーターによる試料細胞微細手術が容易になる利点
がある。一方、従来市販中の蛍光顕微鏡対物レンズに
は、この発明の長作動距離対物レンズのような5mm以
上の作動距離をもち、しかも殆ど完全に「自家無蛍光
性」を実現した拡大倍率100×級の乾燥系対物レンズ
はこれまで存在しなかった。[0009] The long working distance objective lens of the present invention has an extremely high transmittance for near-ultraviolet light that excites a fluorescent dye, and therefore has a feature that the amount of autofluorescence is extremely small. In addition, since it has a sufficiently long working distance of about 5 mm or more, there is an advantage that sample cell microsurgery by a manipulator in a microscope field of high magnification and high magnification becomes easy. On the other hand, a conventional fluorescent microscope objective lens on the market has a working distance of 5 mm or more like the long working distance objective lens of the present invention and has a magnification of 100 × class which almost completely realizes “self-fluorescence”. No dry objective lens has ever been available.
【0010】また、この発明の長作動距離対物レンズは
その長大な作動距離を活用して、高温炉における金属の
相転換を観測する高解像・強拡大の高温顕微鏡用対物レ
ンズとしても用いることが可能である。従来市販中の高
温顕微鏡用屈折系対物レンズでは、その最も拡大倍率の
高いものでも、開口数が約0.5どまりであり、しか
も、可視域光用に設計されているので、この発明の長作
動距離対物レンズと比べてその分解能は約1/3にしか
到達し得ないから、高温下の金属相転移の研究には不満
足なものであった。The long working distance objective lens of the present invention can also be used as an objective lens for a high resolution and high magnification high temperature microscope for observing phase transition of a metal in a high temperature furnace by utilizing its long working distance. Is possible. Conventional refraction objective lenses for high-temperature microscopes, which are currently commercially available, have a numerical aperture of only about 0.5 even at the highest magnification, and are designed for visible light. Since the resolution can reach only about 1/3 compared with the working distance objective lens, it has been unsatisfactory for the study of the metal phase transition under high temperature.
【0011】この発明はこのような点に鑑みてなされた
もので、従来の対物レンズに比べて長大な作動距離を有
し、近紫外域の光線を標準波長とする大開口数の対物レ
ンズを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has an objective lens having a longer working distance than a conventional objective lens and having a large numerical aperture having a standard wavelength of near-ultraviolet light. The purpose is to provide.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明は、無限遠方に
ある物点に対して負の屈折力を有する第1群レンズと像
点に対して正の屈折力を有する第3群レンズとの間に、
正の屈折力を有する第2群レンズを配置してなる対物レ
ンズにおいて、第3群レンズは3枚以上の単レンズをも
って構成し、第2群レンズ内には少なくとも2個以上の
色消接合面を配置し、レンズ系の全長をOAL,第3群
レンズの焦点距離をfIII ,第1群レンズの物点側より
数えて1番目の面の曲率半径をRf,第1群レンズの最
後の面の曲率半径をR´f,第3群レンズの物点側より
数えて1番目の面の曲率半径をRr,第3群レンズの最
後の面の曲率半径をR´r,第1群レンズの総合肉厚を
Σdfとするとき、 0.2 ≦ fIII /OAL ≦ 0.4・・・・・(1) 1.4 ≦ R´f/Rf ≦ 3.4・・・・・(2) 2.3 ≦ Rr/R´r ≦ 4.7・・・・・(3) 0.4 ≦ Σdf/OAL ≦ 0.6・・・・・(4) の各条件式を満足する長作動距離対物レンズである。ま
た、上記条件式(1)〜(4)を満足する対物レンズで
あって、且、レンズ系の総合焦点距離をFo ,第1群レ
ンズの焦点距離の絶対値を|fI |,第2群レンズの焦
点距離をfIIとするとき、 1.6 ≦ fIII /|fI | ≦ 2.6・・・・・(5) 8.9 ≦ fII/Fo ≦ 15.0・・・・・・・(6) の各条件式を満足する長作動距離対物レンズであり、さ
らに、上記条件式(1)〜(4)を満足する対物レンズ
であって、且、レンズ系の総合焦点距離をFo ,第1群
レンズの焦点距離の絶対値を|fI |,第2群レンズの
焦点距離をfIIとするとき、 0.05 ≦ fIII /|fI | ≦ 0.3・・・・・(7) 9.60 ≦ fII/Fo ≦ 29.0・・・・・・・(8) の各条件式を満足する長作動距離対物レンズである。According to the present invention, a first lens unit having a negative refractive power for an object point located at infinity and a third lens unit having a positive refractive power for an image point are provided. Between,
In the objective lens having the second group lens having a positive refractive power, the third group lens is constituted by three or more single lenses, and at least two or more achromatic junction surfaces are provided in the second group lens. , The overall length of the lens system is OAL, the focal length of the third lens unit is fIII, the radius of curvature of the first surface is Rf, counting from the object point side of the first lens unit, and the last surface of the first lens unit is Rf. , The radius of curvature of the first surface counted from the object point side of the third lens unit is Rr, the radius of curvature of the last surface of the third lens unit is Rr, and the radius of curvature of the first lens unit is R'f. When the total thickness is 肉 df, 0.2 ≦ fIII / OAL ≦ 0.4 (1) 1.4 ≦ R′f / Rf ≦ 3.4 (2) 2 0.3 ≦ Rr / R′r ≦ 4.7 (3) 0.4 ≦ Σdf / OAL ≦ 0.6 (4) A satisfactory long working distance objective. An objective lens satisfying the above conditional expressions (1) to (4), wherein the total focal length of the lens system is Fo, the absolute value of the focal length of the first lens unit is | fI |, and the second lens unit is When the focal length of the lens is fII, 1.6 ≦ fIII / | fI | ≦ 2.6 (5) 8.9 ≦ fII / Fo ≦ 15.0 (15.0) 6) a long working distance objective lens that satisfies each of the conditional expressions, and further an objective lens that satisfies the conditional expressions (1) to (4), wherein the total focal length of the lens system is Fo, Assuming that the absolute value of the focal length of the first lens unit is | fI | and the focal length of the second lens unit is fII, 0.05 ≦ fIII / | fI | ≦ 0.3 (7) 60 ≦ fII / Fo ≦ 29.0 (8) This is a long working distance objective lens that satisfies the conditional expressions (8).
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。ここで詳細な説明をする前に、便宜上まず、こ
の発明の長作動距離対物レンズの設計上の色収差の除去
に関する考え方と、レンズ系全長(OAL)の意義につ
いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below. Before giving a detailed description, first, for the sake of convenience, the concept regarding the elimination of chromatic aberration in the design of the long working distance objective lens of the present invention and the significance of the overall lens system (OAL) will be described.
【0014】この発明の長作動距離対物レンズは、近紫
外域レーザー光を用いるレーザー走査顕微鏡(LMS)
に使用することを主目的とするものである。その設計上
の標準波長はUV−Ar+ (351nm,364n
m)、He−Cd(325nm)、YAG THG(3
54nm)などの各種近紫外レーザー光源のどれか一種
を選択して採用し、基本的にはその標準単波長光につい
て、全走査視野内で回折限界内の結像性能を確保する必
要がある。さらに、これらの結像性能は、レンズ材,レ
ンズ加工工程の全てにわたって、それらの製造公差を充
分に考慮した上で確実に実現されるように製作されなけ
ればならない。The long working distance objective lens of the present invention is a laser scanning microscope (LMS) using near ultraviolet laser light.
The main purpose is to use it. The standard wavelength in the design is UV-Ar + (351 nm, 364 n
m), He-Cd (325 nm), YAG THG (3
Any one of various near-ultraviolet laser light sources (e.g., 54 nm) is selected and basically used, and it is necessary to secure the imaging performance within the diffraction limit for the standard single wavelength light within the entire scanning visual field. Further, these imaging performances must be manufactured so as to be surely realized over the entire lens material and the lens processing process, taking into account their manufacturing tolerances.
【0015】従って、採用するレンズタイプも徒にレン
ズ枚数を多くしたり、加工困難なレンズ形状を避け、ま
た組立・調整のやり易いレンズタイプとしなければなら
ない。そして、完成品の性能評価もできれば先ず第1ス
テップとして可視域単波長光を援用し、従来のレンズ製
造工程のノウハウを活用することにより、標準紫外域光
の性能をある程度正確に推測できるように配慮してやる
ことが製造上の実際的手順として肝要である。Therefore, it is necessary to adopt a lens type that increases the number of lenses, avoids a lens shape that is difficult to process, and that is easy to assemble and adjust. If the performance of the finished product can also be evaluated, the first step is to use single-wavelength light in the visible range and utilize the know-how of the conventional lens manufacturing process so that the performance of standard ultraviolet light can be estimated to some extent accurately. Care is important as a practical manufacturing procedure.
【0016】光源の性能、価格、扱い易さなどから考え
ると、その可視域単波長光としては超高圧水銀ランプの
g線(436nm)などを半値幅の狭い干渉フィルター
を併用するなどして採用するのが妥当である。この発明
の実施例においてはこのような観点から標準波長光を3
51nmに採り、援用可視単波長光を436nmに採っ
て、両波長につき全視野に亘ってベストフォーカス位置
が一致するように色収差を除去している。また、標準波
長光については勿論のこと、援用可視波長光についても
全視野に亘る結像性能をほぼ回折限界内に納めるように
設計している。このようにすれば、援用可視波長光を用
いて従来のレンズ製造工程,検査技術をもって完全なレ
ンズを製造したとき、本番標準波長における結像性能の
基幹部分を確保することができる。後は、UV用CCD
カメラを用いて標準波長での微細な詰めの小調整作業を
これに追加するだけでよいから、検査装置の製造上にお
いて極めて有利であり、確実に製造することができる。Considering the performance of the light source, the price, and the ease of handling, g-line (436 nm) of an ultra-high pressure mercury lamp is used as the visible single wavelength light by using an interference filter having a narrow half width at the same time. It is appropriate to do. In the embodiment of the present invention, the standard wavelength light is 3
The wavelength is set to 51 nm, the visible single-wavelength light for assistance is set to 436 nm, and the chromatic aberration is removed so that the best focus position coincides over the entire field of view for both wavelengths. In addition to the standard wavelength light, as well as the visible wavelength light assisted, the design is designed so that the imaging performance over the entire field of view is substantially within the diffraction limit. In this way, when a complete lens is manufactured by the conventional lens manufacturing process and the inspection technique using the visible wavelength light assisted, a fundamental portion of the imaging performance at the actual standard wavelength can be secured. After that, CCD for UV
Since it is only necessary to add a small adjustment operation of fine packing at a standard wavelength using a camera to this, it is extremely advantageous in manufacturing an inspection apparatus, and it is possible to surely manufacture the inspection apparatus.
【0017】また、標準波長光と援用可視波長光の全視
野に亘る「ベストフォーカス」が一致していることは、
レーザー走査顕微鏡において、先ず援用可視波長光によ
り目視で合焦することにより、本番近紫外標準波長光の
ほぼ正確な合焦位置を見出すことを可能とするので、検
査装置の使用勝手上も極めて便利なものとなる。Further, the fact that the “best focus” of the standard wavelength light and the assisting visible wavelength light over the entire field of view coincides with each other is as follows.
In a laser scanning microscope, it is possible to find an almost accurate focus position of the actual near-ultraviolet standard wavelength light by first visually focusing with the aid of visible wavelength light, so the use of the inspection device is extremely convenient. It becomes something.
【0018】ただ、標準波長光と援用可視波長光の間の
倍率の色収差については、この二つの波長が各々独立し
て別個に別時点で合焦に使用されるのであるから、必ず
しも厳密に除去する必要がなく、照明光に適当な単色光
干渉フィルター等を適宜に併用すれば±10%程度のそ
の残存収差があっても充分に実用に耐えられるものであ
る。However, the chromatic aberration of magnification between the standard wavelength light and the assisted visible wavelength light is not necessarily strictly removed because the two wavelengths are independently and separately used for focusing at different times. If an appropriate monochromatic light interference filter or the like is used in combination with the illumination light, the residual aberration of about ± 10% can sufficiently withstand practical use.
【0019】次に、本件特許請求の範囲の各請求項にお
ける条件式の意味を明らかにするため、予めレンズ系全
長(OAL)の意義について説明する。LSM検査装置
または顕微鏡鏡基の機械設計上、被検物体に対面する対
物レンズには自ずと望ましい外形寸法がある。例えば、
その「長さ」については、通常のLSM検査装置におい
ては、同焦点距離が約100mm、また、顕微鏡鏡基に
おいては、45.0mm(ISO規格)〜90mmの値
が採用されている。Next, in order to clarify the meaning of the conditional expression in each claim of the present invention, the significance of the overall lens system (OAL) will be described in advance. Due to the mechanical design of the LSM inspection apparatus or the microscope base, the objective lens facing the object to be inspected has naturally desired external dimensions. For example,
As for the “length”, a parfocal length of about 100 mm is used in an ordinary LSM inspection apparatus, and a value of 45.0 mm (ISO standard) to 90 mm is used in a microscope base.
【0020】従って、レンズ系全長(OAL)も当然ほ
ぼこの範囲に限定される。それゆえ、例えば対物レンズ
の作動距離の長短を論ずる場合、従来よく見られるよう
なレンズ系総合焦点距離(FO )で正規化した作動距離
の値(WD/FO )で比較するやり方よりも、レンズ系
全長で正規化した値(WD/OAL)で比較するやり方
の方がより実用に則している。何故ならば、レンズ系総
合焦点距離(FO )は原則的に対物レンズの倍率によっ
て異なる値であり、また「レンズ系各要素群」間のパワ
ー配分によりかなり自由にそれを変更し得るのに比べ、
レンズ系全長(OAL)は実用上ある一定範囲に限定さ
れていることが多いからである。従って、この発明にお
いては、以下の各条件式の正規化係数を、FO あるいは
OALとし、その物理的意味の明確さを確保するため、
適宜使い分けることとする。Therefore, the overall length of the lens system (OAL) is naturally limited substantially to this range. Therefore, for example, when discussing the length of the working distance of the objective lens, it is more difficult to compare the working distance with the value of the working distance (WD / F O ) normalized by the total focal length (F O ) of the lens system, which is often seen in the related art. The method of comparison using a value (WD / OAL) normalized over the entire length of the lens system is more practical. This is because the total focal length (F O ) of the lens system is basically different depending on the magnification of the objective lens, and it can be changed quite freely by the power distribution between the “element units of the lens system”. compared,
This is because the overall length of the lens system (OAL) is often limited to a certain practical range. Therefore, in the present invention, the normalization coefficient of each of the following conditional expressions is set to F O or OAL, and in order to secure the clarity of its physical meaning,
They will be used as appropriate.
【0021】以下、図面に基づいてこの発明の実施の形
態を説明する。図1〜図6はそれぞれ第1実施例ないし
第6実施例のレンズ構成を示す断面図である。即ち、レ
ンズ系を第1群レンズI ,第2群レンズIIおよび第3群
レンズIII に分割し、次に説明するような条件の基に構
成する。即ち、第1群レンズI は無限遠方における物点
に対して合計して負の屈折力をもつように構成して入射
瞳目がけて入射する平行光線束を先ず発散光束に転換す
る役割を受けもたせる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 6 are cross-sectional views showing the lens configurations of the first to sixth embodiments, respectively. That is, the lens system is divided into a first group lens I, a second group lens II, and a third group lens III, and configured under the following conditions. That is, the first lens unit I is configured to have a negative refractive power in total with respect to the object point at infinity, and plays a role of first converting a parallel light beam entering the entrance pupil into a divergent light beam. Give it.
【0022】第2群レンズIIは、第1群レンズI によっ
て形成された発散光束を第3群レンズIII に入射する収
斂光束に転換する役割を受け持たせるため合計して正の
屈折力をもつように構成する。第2群レンズII中には少
なくとも2個以上の色消し接合面をもたせる。The second lens group II has a total positive refractive power in order to convert the divergent light beam formed by the first lens unit I into a convergent light beam incident on the third lens unit III. The configuration is as follows. The second lens group II has at least two achromatic joining surfaces.
【0023】第3群レンズIII は、第2群レンズIIによ
って形成された比較的射出角度の小さい収斂光束を最終
像面に大開口角をもって収束する役割を受け持たせるた
め合計して正の屈折力をもつように構成する。The third lens group III has a positive refractive power in total in order to converge the convergent light beam having a relatively small exit angle formed by the second lens group II on the final image plane with a large aperture angle. It is configured to have
【0024】今、レンズ系全系の全長をOAL,無限遠
方の物面に対面する第1面の曲率半径をRf,第1群レ
ンズI の最終面の曲率半径をR´f,第1面から最終面
に至る第1群レンズI の合計肉厚をΣdf,第1群レン
ズI の合計焦点距離をfI ,第2群レンズIIの合計焦点
距離をfII,第3群レンズIII の物点側より数えて第1
番目の曲率半径をRr,最終面の曲率半径をR´r,第
3群レンズIII の合計焦点距離をfIII とするとき、以
上のように構成された各レンズ群間に、次の4個の条件
式を同時に満足するように構成することが肝要である。 0.2 ≦ fIII /OAL ≦ 0.4・・・・・(1) 1.4 ≦ R´f/Rf ≦ 3.4・・・・・(2) 2.3 ≦ Rr/R´r ≦ 4.7・・・・・(3) 0.4 ≦ Σdf/OAL ≦ 0.6・・・・・(4) 以下、この発明の根幹をなす部分である上記条件式を詳
細に説明する。Now, the total length of the entire lens system is OAL, the radius of curvature of the first surface facing the object surface at infinity is Rf, the radius of curvature of the last surface of the first lens unit I is R'f, and the first surface is The total thickness of the first lens unit I from the lens to the final surface is Σdf, the total focal length of the first lens unit I is fI, the total focal length of the second lens unit II is fII, and the object point side of the third lens unit III 1st counting
Assuming that the radius of curvature of the third surface is Rr, the radius of curvature of the final surface is R′r, and the total focal length of the third lens group III is fIII, the following four lens groups are arranged between the lens units configured as described above. It is important to configure so that the conditional expressions are simultaneously satisfied. 0.2 ≦ fIII / OAL ≦ 0.4 (1) 1.4 ≦ R′f / Rf ≦ 3.4 (2) 2.3 ≦ Rr / R′r ≦ 4.7 (3) 0.4 ≦ Σdf / OAL ≦ 0.6 (4) Hereinafter, the above-mentioned conditional expression, which is a fundamental part of the present invention, will be described in detail.
【0025】第1群レンズI は第1番目の面の曲率半径
Rfを無限遠方物点に対し、その凹面を向けるように配
置した全体として「厚いメニスカス形状」のレンズとし
て構成する。従って、第1面の曲率半径をRfと第1群
レンズI の最終面の曲率半径をR´fは同符号であり、
その比を条件式(2)に採り、同時にその合計肉厚Σd
fを条件式(4)のように採ることによって、主として
レンズ系全系の像面湾曲と非点隔差を除去している。な
お、条件式(2)は第1群レンズI のベンディング範囲
を規定している条件である。The first lens unit I is configured as a lens having a "thick meniscus shape" as a whole, in which the curvature radius Rf of the first surface is arranged so that its concave surface faces the object point at infinity. Accordingly, the radius of curvature of the first surface is Rf, and the radius of curvature of the last surface of the first lens unit I is R′f,
The ratio is taken into conditional expression (2), and at the same time, the total thickness Δd
By adopting f as in conditional expression (4), mainly the field curvature and astigmatic difference of the entire lens system are removed. The conditional expression (2) is a condition that defines the bending range of the first group lens I.
【0026】さらに、第1群レンズI 内には、少なくと
も2個以上の色消し接合面があり、また、複数個の空気
接触面があるが、これらは主として軸上色収差と同時に
球面収差,コマ収差などの開口収差を除去する役割を担
っている。しかし、これらの手段,効果は、通常レンズ
設計上において当然に講ぜられるべき手段,効果であ
り、この発明の本質的な構成要件ではない。このこと
は、また、各実施例の第1群レンズI の多様な様態と対
応する各収差曲線図を見れば明らかである。Further, in the first group lens I, there are at least two or more achromatizing surfaces and a plurality of air contacting surfaces. These are mainly composed of axial chromatic aberration, spherical aberration and coma. It plays a role in removing aperture aberration such as aberration. However, these means and effects are means and effects that should normally be taken on the lens design, and are not essential constituent elements of the present invention. This is clear from the various aberration curves corresponding to the various modes of the first group lens I of each embodiment.
【0027】レンズ系の作動距離(WD/OAL)に着
目した場合、条件式(1)と(2)および(4)の上,
下限値は相互に密接に関連し合っている。例えば、今、
条件式(4)のΣdf/OALの値が不変であるとし
て、条件式(1)のfIII /OALの値がある一定値に
留まるとき、条件式(2)のR´f/Rfの値がその上
限値3.4に接近するにつれて、WD/OALの値は増
加して行く。逆に、下限値1.4に近づくにつれ、WD
/OALの値は減少して行く。同様に、条件式(2)の
R´f/Rfの値が、ある一定値に留まるとき、条件式
(1)のfIII /OALの値がその上限値0.4に接近
するにつれWD/OALの値は増加し、逆に下限値0.
2に近づくにつれWD/OALの値は減少して行く。Focusing on the working distance (WD / OAL) of the lens system, when the conditional expressions (1), (2) and (4) are satisfied,
The lower limits are closely related to each other. For example, now
Assuming that the value of Σdf / OAL in conditional expression (4) is invariable and the value of fIII / OAL in conditional expression (1) remains at a certain value, the value of R′f / Rf in conditional expression (2) becomes As approaching its upper limit of 3.4, the value of WD / OAL increases. Conversely, as the lower limit of 1.4 is approached, WD
The value of / OAL decreases. Similarly, when the value of R'f / Rf in the conditional expression (2) stays at a certain value, as the value of fIII / OAL in the conditional expression (1) approaches its upper limit 0.4, WD / OAL. Increases, and conversely, the lower limit of 0.
As the value approaches 2, the value of WD / OAL decreases.
【0028】35mmカメラの対物レンズ設計において
よく知られているように、対物レンズ系の前方に強い負
のパワーを配置してなるいわゆる「レトロフォーカスタ
イプのレンズ系」は、開口収差を除くのが困難である。
この発明の長作動距離対物レンズは基本的には「レトロ
フォーカスタイプのレンズ系」の範疇に属しながらも、
Fナンバー1:0.588(開口数0.85)級の極め
て大きな開口に伴う開口諸収差を取り除かなければなら
ないレンズである。即ち、この発明の長作動距離対物レ
ンズは、その使用目的から64M級超LSIの設計ルー
ル(0.35μm)以上の分解能および0.1μmの欠
陥認識分解能レベルを達成しなければならない。As is well known in the design of an objective lens of a 35 mm camera, a so-called “retro-focus type lens system” in which a strong negative power is disposed in front of the objective lens system, eliminates the aperture aberration. Have difficulty.
Although the long working distance objective lens of the present invention basically belongs to the category of "retro focus type lens system",
This lens needs to remove various aberrations associated with an extremely large aperture of F number 1: 0.588 (numerical aperture 0.85). That is, the long working distance objective lens of the present invention must achieve a resolution of at least the design rule (0.35 μm) of the 64M class super LSI and a defect recognition resolution level of 0.1 μm from the purpose of use.
【0029】このため、この発明では、光源レーザー,
使用硝材,性能検査技術などの実用上の諸条件を考慮し
て、使用波長を近紫外域レーザー光に限定した上で、先
ず作動距離WD/F0 の値をできる限り大きくし、さら
に像面の最周辺部に到るまで、全画面の結像各収差をそ
の極めて大きな開口全部に亘って充分に回折限界内に抑
え込むことが絶対要件として要求される。このため、前
記条件式(1),(2)および(4)は、主として開口
収差の補正に重大な障害を生じることなく、作動距離W
D/F0 を1.0〜3.0レベルまで長大化することを
可能とする場合の必須の条件となっている。Therefore, according to the present invention, the light source laser,
Considering practical conditions such as the glass material to be used and the performance inspection technology, the working wavelength is limited to near-ultraviolet laser light, and the value of the working distance WD / F 0 is first increased as much as possible. It is required as an absolute requirement that the aberrations of the imaging of the entire screen be sufficiently suppressed within the diffraction limit over the entire extremely large aperture until reaching the outermost peripheral portion. For this reason, the conditional expressions (1), (2) and (4) mainly satisfy the working distance W without causing a serious obstacle to the correction of the aperture aberration.
This is an essential condition when D / F 0 can be increased to a level of 1.0 to 3.0.
【0030】第3群レンズIII は、基本的には「像点を
アプラナテックポイントの最終点とする3枚のアプラナ
テック単レンズの結合レンズ」である。ただし、第1群
レンズI と第2群レンズIIの総合系の残存開口収差や非
点隔差を相殺するような逆符号の残存開口収差や非点隔
差を与えるため、上記3枚の単レンズ個々にアプラナテ
ック条件を厳密に適用することを避け、各々適当な「乖
離」を与えなければならない。The third group lens III is basically a "combined lens of three aplanatic-single lenses whose image point is the final point of the aplanatic point". However, in order to provide residual aperture aberration and astigmatism of the opposite sign which cancel out residual aperture aberration and astigmatism of the total system of the first lens group I and the second lens group II, each of the three single lenses is individually provided. Strict application of the Apranatech condition to each must be given an appropriate "deviation".
【0031】条件式(3)は、この「乖離」が最も顕著
に関連してあらわれる物体側から数えて第1番目の面の
曲率半径Rrと最終面の曲率半径R´rについて、その
比を定めたものである。従って、条件式(3)は条件式
(1)と相俟って主として第3群レンズIII における開
口収差および非点隔差発生量およびその符号をコントロ
ールするための条件となる。Conditional expression (3) defines the ratio between the radius of curvature Rr of the first surface and the radius of curvature R'r of the final surface, counted from the object side, where this "deviation" appears most significantly. It is determined. Therefore, the conditional expression (3), together with the conditional expression (1), is a condition for mainly controlling the amount of generation of astigmatism and the aperture aberration in the third lens group III and the sign thereof.
【0032】なお、この発明の長作動距離対物レンズで
は、第1群レンズI と「第2群レンズIIに第3群レンズ
III を加えたレンズ群」は、開口収差と軸上色収差につ
いてそれぞれ略自己完結的な修正潜在力をもち、相互に
その残存収差の輪帯収差を相殺し合う関係をもってい
る。また、特許請求の範囲の請求項1の構成要件の理解
を援けるため、次に入射瞳の位置および使用硝材の制約
について補足して説明する。In the long working distance objective according to the present invention, the first lens group I and the "second lens group II include the third lens group".
The “lens group to which III has been added” has substantially self-correcting correction potentials for the aperture aberration and the axial chromatic aberration, respectively, and has a relationship that mutually cancels the annular aberration of the residual aberration. Further, in order to assist the understanding of the constituent features of claim 1 of the claims, the position of the entrance pupil and the restrictions on the glass material used will be additionally described.
【0033】この発明の長作動距離対物レンズは、その
結像位置に置かれた超LSI半導体素子などの不透明な
物体表面をレーザー光を走査するのに用いられるため、
当然その射出瞳は像空間において無限遠方に位置するよ
うに設計されている。即ち、いわゆる「像界テレセント
リック系レンズ」となっている。従って、その入射瞳
は、物空間では前側焦点位置と一致し、この入射瞳に入
射する軸上,軸外光線の諸収差を除去するよう設計され
ている。Since the long working distance objective lens of the present invention is used for scanning a laser beam over an opaque object surface such as an VLSI semiconductor device placed at the image forming position,
Naturally, the exit pupil is designed to be located at infinity in the image space. That is, it is a so-called "field telecentric lens". Therefore, the entrance pupil coincides with the front focal position in the object space, and is designed to remove various aberrations of on-axis and off-axis rays incident on the entrance pupil.
【0034】さらに、この発明の長作動距離対物レンズ
は、透過型走査顕微鏡用レンズとしても、また、反射型
走査顕微鏡用レンズとしても使用される。特に、後者の
場合、対物レンズ中の往復2回通過することになるの
で、被検体構造に関する有効な情報信号を得るために
は、対物レンズの1回の透過率τの値が近紫外域標準波
長の光について、少なくとも70%を超えるようにしな
ければならないから、この発明の長作動距離対物レンズ
は近紫外域標準波長での値が優れたi線用硝子や人工蛍
石などの特殊硝材を多用して設計されなければならな
い。Further, the long working distance objective lens of the present invention is used as a lens for a transmission scanning microscope and as a lens for a reflection scanning microscope. In particular, in the latter case, the light beam passes twice back and forth in the objective lens. Therefore, in order to obtain an effective information signal on the structure of the object, the value of the transmittance τ of the objective lens at one time must be set to the near ultraviolet standard. Since the wavelength of the light must exceed at least 70%, the long working distance objective lens of the present invention uses a special glass material such as i-line glass or artificial fluorite having an excellent value at the near ultraviolet standard wavelength. Must be designed heavily.
【0035】次に、レンズ系全長OALがほぼ一定ある
とした場合の各条件式の上,下限値の意味について説明
する。条件式(1)において、第3群レンズIII につき
fIII /OAL>0.4となった場合、レンズ系の凸パ
ワーの不足を第2群レンズIIで補足せざるを得ないが、
これは第2群レンズII中の色消し接合面の凹パワーの相
対的な不足を招き、その不足量をさらに第1群レンズI
内の負のパワー面のみを強化して補填せざるを得ない
が、その結果、レンズ系全体の軸上および軸外光線の球
面収差やコマ収差について、補正不足の輪帯収差が発生
して、回折限界内に納まらなくなる。また、fIII /O
AL<0.2となった場合、作動距離WD/F0 が過小
となるので、これを回復するため第1群レンズI の合計
焦点距離fI の短縮化が必要となる。ところが、第3群
レンズIII の焦点距離fIII の短縮化に対抗するための
第1群レンズI の焦点距離fI を短縮することは、第1
群レンズI 全体の負パワーを不自然に強化することにな
り、その結果、レンズ系全系の軸上および軸外光線の球
面収差およびコマ収差の補正過剰の輪帯収差が増大し、
回折限界内に納まらなくなってしまう。Next, the meaning of the upper and lower limits of each conditional expression assuming that the overall lens system length OAL is substantially constant will be described. In the conditional expression (1), if fIII / OAL> 0.4 for the third lens group III, the second group lens II must compensate for the lack of convex power of the lens system.
This causes a relative shortage of the concave power of the achromatic junction surface in the second lens group II, and further reduces the shortage.
The negative power surface inside must be strengthened and compensated for. However, as a result, insufficient correction of spherical aberration and coma aberration of on-axis and off-axis rays of the entire lens system occurs. , Will not fit within the diffraction limit. Also, fIII / O
When AL <0.2, the working distance WD / F 0 becomes too small, and it is necessary to shorten the total focal length f I of the first lens unit I to recover it. However, shortening the focal length fI of the first lens unit I to counteract the shortening of the focal length fIII of the third lens unit III requires the first lens unit.
The negative power of the entire group lens I is unnaturally enhanced, and as a result, overcorrection of spherical aberration and coma aberration of on-axis and off-axis rays of the entire lens system increases,
It will not fit within the diffraction limit.
【0036】条件式(2)において、R´f/Rf>
3.4なった場合、第1群レンズI の負の合計パワーが
過大に強化される。第1群レンズI 内における開口収差
の修正力の自己完結性を維持するのが全レンズ系の収差
補正状態を良好に保つ必須の要件であるので、この過大
な合計負のパワーに伴って発生する過剰修正の開口諸収
差を矯正するために、第1群レンズI 中の正パワーも過
大に強化しなければならなくなる。この状況は、第1群
レンズI に開口収差の輪帯収差を増加させ、また、軸上
残存色収差の過剰修正をもたらして、レンズ系全体の開
口収差を回折限界に抑制することが不可能としてしまう
原因となる。In the conditional expression (2), R'f / Rf>
In the case of 3.4, the negative total power of the first group lens I is excessively enhanced. Maintaining the self-sufficiency of the correcting power of the aperture aberration in the first lens unit I is an essential requirement for maintaining the aberration correction state of all the lens systems in a good condition. In order to correct the excessively corrected aperture aberrations, the positive power in the first lens unit I must also be excessively enhanced. This situation causes the first group lens I to increase the annular aberration of the aperture aberration, and also causes excessive correction of the axial residual chromatic aberration, so that it is impossible to suppress the aperture aberration of the entire lens system to the diffraction limit. It will cause it.
【0037】また、R´f/Rf<1.4となった場
合、上記と逆に第1群レンズI 内の負の合計パワーが不
足し、これに収差補正上バランスをとって第1群レンズ
I 内の正パワーを減少させるにしても、第1群レンズI
そのものの合計負パワーの絶対値そのものが不足するの
で、レンズ系全系の作動距離WD/FO が渦少の状態に
陥る。これを回避するためには、第3群レンズIII の焦
点距離fIII /OALの値をその上限値0.4を超えて
過大に増加させなければならなくなる。これは既に述べ
た理由により、レンズ系全体の開口収差が回折限界内に
納まらなくなる原因となってしまう。When R'f / Rf <1.4, contrary to the above, the negative total power in the first lens unit I is insufficient, and the first lens unit is balanced by aberration correction. lens
Even if the positive power in I is reduced, the first lens group I
Since the absolute value of the total negative power of the lens system itself is insufficient, the working distance WD / F O of the entire lens system falls into a state of low vorticity. To avoid this, the value of the focal length fIII / OAL of the third lens group III must be excessively increased beyond its upper limit of 0.4. This causes the aperture aberration of the entire lens system to fall outside the diffraction limit for the reason already described.
【0038】条件式(3)において、R´f/Rf>
4.7となった場合、第3群レンズIII におけるこのア
プラナティズムの擾乱量を第2群レンズIIおよび第1群
レンズI の総合系によって修復したとき、レンズ系全系
の軸上球面収差の輪帯収差が増大し、かつ、軸外開口収
差の非対称性が生じる。殊に最周辺画角におけるその
「上光線の輪帯収差」についての非対称性が回折限界を
超え、無視できないレベルとなる。また、R´f/Rf
<2.3となった場合は、丁度上に述べた欠陥が逆の形
で表れ、殊に最周辺画角における軸外開口収差「下光線
の輪帯収差」についての非対称性が回折限界を超え、無
視できないレベルとなる。In the conditional expression (3), R'f / Rf>
In the case of 4.7, when the amount of disturbance of this aplanatism in the third lens unit III is restored by the integrated system of the second lens unit II and the first lens unit I, on-axis spherical aberration of the entire lens system is obtained. Ring zone aberration increases, and asymmetry of off-axis aperture aberration occurs. In particular, the asymmetry of the "upper ray annular aberration" at the most peripheral angle of view exceeds the diffraction limit and becomes a level that cannot be ignored. Also, R'f / Rf
In the case of <2.3, the above-described defect appears in the opposite form, and in particular, the asymmetry of the off-axis aperture aberration “lower ray annular zone aberration” at the most peripheral angle of view limits the diffraction limit. Beyond, it will be a level that cannot be ignored.
【0039】条件式(4)において、レンズ系の全長Σ
df/OALの値が0.6に近づくにつれて、レンズ系
全系中で第1群レンズI の占有スするペースが次第に過
長となり、その分第2群レンズIIおよび第3群レンズII
I のスペースが次第に窮屈となる。しかし、第3群レン
ズIII は基本的にアプラナテック単レンズを3枚近接し
て配置した構成のものであり、所要の開口数および作動
距離(WD/OAL)を確保しなければならない必要
上、そのレンズ全長にはおのずと必要な最小限のスペー
スが定まる。従って、結局、第2群レンズIIのスペース
のみが次第に短縮されることになる。In the conditional expression (4), the total length of the lens system Σ
As the value of df / OAL approaches 0.6, the pace occupied by the first lens unit I in the entire lens system becomes gradually longer, and the second lens unit II and the third lens unit II are correspondingly increased.
I's space becomes increasingly cramped. However, the third group lens III basically has a configuration in which three aplanatic lenses are arranged close to each other, and it is necessary to secure a required numerical aperture and working distance (WD / OAL). The minimum required space is naturally determined for the entire length of the lens. Therefore, after all, only the space of the second group lens II is gradually reduced.
【0040】一方、第2群レンズII中には、単レンズの
結合レンズのである第3群レンズIII で生じた主として
色収差を除去するため、少なくとも2面の色消し接合面
が必要であり、第2群レンズIIの全長を短くすること
は、結局その色消接合面の曲率半径を必要量まで深くす
ることを次第に難しくして行くことになる。勿論、この
場合色消接合面前後の屈折率差を大にとれば、この困難
はある程度回避することができるが、この発明の長作動
距離対物レンズの使用目的上、近紫外域光における透過
率の低い硝材を採用することができない制約があり、凹
レンズに使用できる硝材が極めて限定されるので、この
屈折率差を充分に大に採ることは実際上不可能となる。On the other hand, in the second group lens II, at least two achromatic abutting surfaces are required in order to mainly remove chromatic aberration generated in the third group lens III which is a single lens combined lens. Reducing the overall length of the second lens group II eventually makes it increasingly difficult to increase the radius of curvature of the achromatic junction surface to the required amount. Of course, in this case, if the refractive index difference before and after the achromatic junction surface is made large, this difficulty can be avoided to some extent. However, for the purpose of using the long working distance objective lens of the present invention, the transmittance in the near ultraviolet region light is required. There is a restriction that a glass material having a low refractive index cannot be used, and the glass material that can be used for the concave lens is extremely limited. Therefore, it is practically impossible to make this refractive index difference sufficiently large.
【0041】従って、レンズ系の全長がΣdf/OAL
>0.6の状況になると、第2群レンズIIおよび第3群
レンズIII の合成レンズ系での軸上および軸外光線の色
収差、また開口収差の除去が不完全となり、それらの修
正を第1群レンズI に負担させても全レンズ系として大
きな輪帯収差を残す結果となってしまう。Therefore, the total length of the lens system is Δdf / OAL
In the situation of> 0.6, the chromatic aberration of the on-axis and off-axis rays and the aperture aberration in the combined lens system of the second lens group II and the third lens group III are incompletely removed, and the correction thereof is not possible. Even if the first lens unit I is loaded, a large annular aberration is left as a whole lens system.
【0042】また、レンズ系の全長がΣdf/OAL<
0.4の状況になると、第1群レンズI 長が過小とな
り、初期の作動距離WD/F0 を得るためには、物体点
に対面する第1面の相対曲率半径Rf/FO を過小にし
なければならなくなり、ここで主として斜光束に関する
大きな過剰修正の開口収差が発生する。この収差を第1
群レンズI 内の他の空気接触面および色消接合面で修正
しても、結局、全レンズ系として矯正しきれない高次の
非対称輪帯収差が残る結果となる。このため、視野周辺
部において、諸収差を回折限界内に抑えることが不可能
となってしまう。The total length of the lens system is Σdf / OAL <
In the situation of 0.4, the length of the first lens unit I becomes too small, and in order to obtain the initial working distance WD / F 0 , the relative radius of curvature Rf / F O of the first surface facing the object point is too small. Where large overcorrected aperture aberrations mainly occur with respect to oblique light beams. This aberration is
Even if the correction is made on the other air contact surface and the achromatic junction surface in the group lens I, a higher order asymmetric annular aberration that cannot be corrected as a whole lens system remains. For this reason, it becomes impossible to suppress various aberrations within the diffraction limit in the peripheral portion of the visual field.
【0043】次に、特許請求の範囲の請求項2の条件式
について説明する。上述した請求項1の(1)〜(4)
の条件式を満足する長作動距離対物レンズであって、レ
ンズ系の全長OALで正規化した全レンズ系の焦点距離
FO /OALが0.044mm級の対物レンズの場合、
さらに次の条件式を同時に満足させることが性能優秀な
長作動距離対物レンズを得るのに不可欠である。 1.6 ≦ fIII /|fI | ≦ 2.6・・・・・(5) 8.9 ≦ fII/FO ≦ 15.0・・・・・・・(6)Next, the conditional expression of claim 2 will be described. (1) to (4) of claim 1 described above.
Is a long working distance objective lens that satisfies the following conditional expression, and the focal length F O / OAL of the entire lens system normalized by the total length OAL of the lens system is 0.044 mm class.
Further, it is essential to simultaneously satisfy the following conditional expressions in order to obtain a long working distance objective lens having excellent performance. 1.6 ≦ fIII / | fI | ≦ 2.6 ····· (5) 8.9 ≦ fII / F O ≦ 15.0 ······· (6)
【0044】即ち、2.6mm前後の長い焦点距離FO
で正規化した作動距離WD/FO をもち、かつ、0.0
44mm級の短い全レンズ系の焦点距離FO /OALを
有する長作動距離高倍率・大口径の対物レンズを得るた
めには、請求項1に挙げた(1)〜(4)の構成要件を
満足させた上で、さらに負の屈折力をもつ第1群レンズ
I の合計焦点距離の絶対値|fI |に対する正の屈折力
もつ第3群レンズIIIの合計焦点距離の比fIII /|fI
|の値を1.6〜2.6の比較的狭い範囲に限定〔条
件式(5)〕すると同時に、全レンズ系の焦点距離FO
で正規化した正の屈折力を有する第2群レンズIIの焦点
距離fII/FO の値を8.9〜15.0の同じく比較的
狭い範囲に限定〔条件式(6)〕することが肝要であ
る。That is, a long focal length F O of about 2.6 mm
Has a working distance WD / F O normalized by
To obtain a focal length F O / objective lens of the long working distance and high magnification and large diameter having OAL of 44mm grade short entire lens system, the configuration requirements of the listed claims 1 (1) to (4) Satisfying, first-group lens with negative refractive power
The ratio fIII / | fI of the total focal length of the third lens group III having a positive refractive power to the absolute value | fI | of the total focal length of I
| Limit value to a relatively narrow range of 1.6 to 2.6 of [Condition (5)] Then simultaneously, the focal length F O of the entire lens system
It is possible to limit the value of the focal length fII / F O of the second lens unit II having the positive refractive power normalized by the above to a relatively narrow range of 8.9 to 15.0 [conditional expression (6)]. It is important.
【0045】上記条件式(5)は、FO /OALの値が
0.044mm級の対物レンズにおいて、全視野に亘る
開口諸収差を回折限界内に抑えつつ、焦点距離FO /O
ALに比べ、作動距離WD/OALをその極限まで増加
させるための基本的条件であるが、この場合、同時に条
件式(6)を付加条件として満足させることにより、全
レンズ系内各群間のパワーバランスと開口諸収差に対す
る矯正分担を適正にすることができる。The above-mentioned conditional expression (5) indicates that, in an objective lens having a value of F O / OAL of 0.044 mm class, the focal length F O / O is controlled while suppressing various aperture aberrations over the entire field of view within the diffraction limit.
This is a basic condition for increasing the working distance WD / OAL to its limit as compared with the AL, but in this case, by satisfying conditional expression (6) as an additional condition at the same time, the distance between each group in the entire lens system is increased. The power balance and the correction sharing for the various aperture aberrations can be made appropriate.
【0046】以下、レンズ系の全長OALで正規化した
全レンズ系の焦点距離FO /OALが0.044mm級
の対物レンズについて、各条件式の上,下限値の意味に
ついて述べるが、本題に入る前に、先ず各レンズ構成群
に課せられた実際構成上の制約について説明する。Hereinafter, the meaning of the upper and lower limits of each conditional expression will be described for an objective lens having a focal length F O / OAL of 0.044 mm class, which is normalized by the total length OAL of the lens system. Before entering, the actual configuration restrictions imposed on each lens configuration group will be described first.
【0047】第3群レンズIII については、先ずfIII
/OALに課せられた条件式(1)を満足することが必
要であるが、その上に「Σdfに課せられた条件式
(4)と、第2群レンズIIが少なくとも2個の色消し接
合面をもつ構成のためのスペースと、OALそのものの
制限値」から最終的に導かれる第3群レンズIII に対す
る残余スペース内で約0.85以上にも及ぶ大きな像側
開口数が確保できるレンズでなければならない制約があ
る。一方、第1群レンズI については、R´f/Rfに
課せられた条件式(2)と、同じく肉厚Σdfに課せら
れた条件式(4)を同時に満足させることが必要である
が、また、無限遠方にある物体に対面する最初のレンズ
の有口径ψEDが全レンズ系の焦点距離FO と像側開口数
NAによって一義的に定まる入射瞳ψENT.P (=2FO
・NA)よりも当然大でなければならない制約がある。Regarding the third lens group III, first, fIII
It is necessary to satisfy the conditional expression (1) imposed on / OAL. On the condition that the conditional expression (4) imposed on Σdf and the second group lens II have at least two achromatic junctions A lens capable of securing a large image-side numerical aperture of about 0.85 or more in the remaining space for the third group lens III finally derived from the space for the configuration having the surface and the limit value of the OAL itself. There are constraints that must be met. On the other hand, for the first group lens I, it is necessary to simultaneously satisfy the conditional expression (2) imposed on R'f / Rf and the conditional expression (4) imposed on the thickness Σdf as well. the focal length of the first perforated diameter [psi ED is the entire lens system of the lens facing the object in the infinite distance F O and the entrance pupil [psi ENT.P uniquely determined by the image-side numerical aperture NA (= 2F O
There is a restriction that must be larger than NA).
【0048】また、第2群レンズIIについては、このレ
ンズ群が対物レンズ全系の中で最も光束径が拡がった位
置にある正の焦点距離をもつレンズであることから、こ
のレンズ群中の色消レンズの凸レンズの硝材は厚肉のも
のとならざるを得ず、従って、全レンズ系の近紫外域光
の透過率τUVを低下させ易いので、透過率τUVの優れた
蛍石の人工結晶を用いることを余儀なくされる制約があ
る。以上の本発明の長作動距離対物レンズの各構成群に
課せられる実際構成上の制約から、第3群レンズIII の
実際上採り得る焦点距離fIII /FO は、ほぼ4.8〜
7.4の範囲に留まる。また、第1群レンズI の実際上
採り得る焦点距離|fI |/FO は、ほぼ2.2〜3.
9の範囲に留まる。また、第2群レンズIIの実際上採り
得る焦点距離fII/FO はほぼ8.9〜15.0の範囲
に留まる。As for the second lens group II, since this lens group is a lens having a positive focal length at the position where the light beam diameter is widened in the entire objective lens system, The glass material of the convex lens of the achromatic lens must be thick, and therefore, it is easy to lower the transmittance τ UV of near-ultraviolet light of all lens systems, so that the fluorite with excellent transmittance τ UV is used. There are restrictions that necessitate the use of artificial crystals. From the above actual configuration constraints imposed on the constituent groups of the long working distance objective lens of the present invention, the focal length fIII / F O to obtain practically picking of the third lens group III is approximately 4.8
Stays in the range of 7.4. Further, the practically possible focal length | fI | / F O of the first lens unit I is approximately 2.2 to 3.0.
It stays in the range of 9. Further, the focal length fII / F O to obtain practically picking of the second lens group II remains in the range of approximately 8.9 to 15.0.
【0049】今、条件式(5)において、fIII /|f
I |>2.6となった場合、 fIII が|fI |に比
べて過大となるケースおよび |fI |がfIII に比
べ過小となるケースがある。前者のケースでは、fII
I が長く硝材屈折率が比較的低いので、従って、第3群
レンズIII のレンズ全長が長大となり、その分第2群レ
ンズIIおよび第3群レンズIII 両群合成系のレンズ全長
スペースが小さくなって、系中の色消接合面の数が充分
に確保できなくなる。従って、全レンズ系の開口収差を
回折限界内に抑制することが困難になる。また、後者
のケースでは、第1群レンズI の焦点距離の絶対値|f
I |が短くなるので、全系のペッパール和が負の値で過
大となり、過剰修正の像面湾曲と主光線に関し下線コマ
収差の輪帯収差が増加して視界最周辺部で回折限界を超
えてしまう。Now, in conditional expression (5), fIII / | f
When I |> 2.6, there are a case where fIII is excessively larger than | fI | and a case where | fI | is excessively smaller than fIII. In the former case, fII
Since I is long and the refractive index of the glass material is relatively low, the total lens length of the third lens group III becomes longer, and accordingly the total lens space of both the second lens group II and the third lens group III is reduced. As a result, the number of achromatic mating surfaces in the system cannot be sufficiently secured. Therefore, it becomes difficult to suppress the aperture aberration of all the lens systems within the diffraction limit. In the latter case, the absolute value | f of the focal length of the first lens unit I 1
I | becomes short, the Pepperl sum of the whole system becomes excessive with a negative value, and the overcorrected field curvature and the annular aberration of underline coma with respect to the principal ray increase, exceeding the diffraction limit at the outermost periphery of the field of view. Would.
【0050】また、条件式(5)において、fIII /|
fI |<1.6となった場合、第3群レンズIII の焦
点距離fIII が第1群レンズI の焦点距離の絶対値|f
I|に比べ過小となるケースおよび 第1群レンズI
の焦点距離の絶対値|fI|が第3群レンズIII の焦点
距離fIII に比べ過大となるケースがある。前者のケ
ースでは、第3群レンズIII の焦点距離fIII が短く、
従ってレンズ系全系の作動距離も短くなるので、この発
明の長作動距離対物レンズが目的とする超LSIの検査
用走査顕微鏡装置の使い勝手に重大な支障が生じてしま
う。また、後者のケースでは、第1群レンズI の焦点
距離の絶対値|fI |が長く、全系のペッバール和が正
の比較的大きな値のまま残存するため、不足修正の像面
湾曲が生じてしまう。さらに、軸上開口収差も不足修正
となり、視界周辺部で回折限界を超える収差が残ってし
まう。In conditional expression (5), fIII / |
When fI | <1.6, the focal length fIII of the third lens unit III is equal to the absolute value | f of the focal length of the first lens unit I.
Case that is too small compared to I |
In some cases, the absolute value | fI | of the focal length of the third lens group III becomes excessively large compared to the focal length fIII of the third lens unit III. In the former case, the focal length fIII of the third lens group III is short,
Therefore, the working distance of the entire lens system is also shortened, so that the usability of the scanning microscope apparatus for inspection of the VLSI, which is the objective of the long working distance objective lens of the present invention, is seriously hindered. In the latter case, the absolute value | fI | of the focal length of the first lens unit I is long, and the Pebbal sum of the entire system remains at a relatively large positive value. Would. Further, the on-axis aperture aberration is also insufficiently corrected, and an aberration exceeding the diffraction limit remains in the periphery of the field of view.
【0051】また、条件式(5)を満足するレンズが条
件式(6)においてfII/FO >15.0となった場
合、第2群レンズIIの正の屈折力が著しく不足する状態
に陥るため、第3群レンズIII の物体側から数えて第1
面の曲率半径Rrおよび第1群レンズI の物体側から数
えて最終面の曲率半径R´fのそれぞれ正の屈折率を強
化して補なければならなくなる。その結果、条件式
(3)によるRr/R´rの下限値2.3および条件式
(2)によるR´f/Rfの下限値1.4を超えること
になるので、既に請求項1の説明で述べた理由により回
折限界内に収差を抑えることができなくなる。If the lens satisfying the conditional expression (5) satisfies fII / F O > 15.0 in the conditional expression (6), the positive refracting power of the second lens group II becomes extremely short. The third lens group III from the object side.
The positive refractive indices of the curvature radius Rr of the surface and the curvature radius R'f of the final surface counted from the object side of the first lens unit I must be strengthened and compensated. As a result, the value exceeds the lower limit of Rr / R'r according to the conditional expression (3) of 2.3 and the lower limit of R'f / Rf according to the conditional expression (2) of 1.4. For the reasons described in the description, it becomes impossible to suppress the aberration within the diffraction limit.
【0052】また、条件式(5)を満足するレンズが条
件式(6)において、FO で正規化した第2群レンズII
の焦点距離fII/FO <8.9となった場合、逆に、第
2群レンズIIの正の屈折力が過大に強化される状態にな
るため、第3群レンズIII の1番目の面の曲率半径Rr
および第3群レンズIII の最後の面の曲率半径R´fの
それぞれを正の屈折力を緩和してバランスを採らなけれ
ばならなくなる。その結果、条件式(3)によるRr/
R´rの上限値4.7および条件式(2)によるR´f
/Rfの上限値3.4を超えることになるので、これも
既に述べた理由により回折限界内に収差を抑えることが
できない。A lens satisfying the conditional expression (5) is a second lens group II normalized by F O in the conditional expression (6).
When the focal length fII / F O <8.9, conversely, the positive refractive power of the second group lens II is excessively strengthened, so that the first surface of the third group lens III Radius of curvature Rr of
In addition, the curvature radius R'f of the last surface of the third group lens III must be balanced by relaxing the positive refractive power. As a result, Rr /
R′f according to condition (2) and the upper limit of R′r of 4.7
Since the upper limit of / Rf exceeds 3.4, the aberration cannot be suppressed within the diffraction limit for the reason already described.
【0053】次に、請求項3について説明する。請求項
1の条件式(1)〜(4)を満足する対物レンズであっ
て、OALで正規化した全レンズ系の焦点距離FO /O
ALが0.095mm級の対物レンズの場合、さらに次
の条件式を同時に満足することが性能優秀な長作動距離
対物レンズを得るのに不可欠である。 0.05 ≦ fIII /|fI | ≦ 0.3・・・・・(7) 9.60 ≦ fII/Fo ≦ 29.0・・・・・・・(8)Next, claim 3 will be described. A objective lens satisfying the conditional expression according to claim 1 (1) to (4), the focal length F O / O of the entire lens system is normalized OAL
When the objective lens has an AL of 0.095 mm class, it is indispensable to simultaneously satisfy the following conditional expressions in order to obtain a long working distance objective lens having excellent performance. 0.05 ≦ fIII / | fI | ≦ 0.3 (7) 9.60 ≦ fII / Fo ≦ 29.0 (8)
【0054】即ち、1.2mm前後の長い焦点距離Fo
で正規化した作動距離WD/Fo をもち、かつ、0.0
95mm級の比較的長い全レンズ系焦点距離Fo /OA
Lを有する長作動距離中倍率・大開口の対物レンズを得
るためには、請求項1に挙げた条件式(1)〜(4)の
構成要件を満足させた上で、さらに、fIII /|fI|
の値を0.05〜0.3の範囲に限定〔条件式(7)〕
にすると同時に、fII/Fo の値を9.6〜29.0の
範囲に限定〔条件式(8)〕することが肝要である。That is, a long focal length Fo of about 1.2 mm
Has a working distance WD / Fo normalized by
95mm class relatively long focal length Fo / OA
In order to obtain an objective lens having a long working distance, a medium magnification, and a large aperture having L, the lens unit satisfies the requirements of the conditional expressions (1) to (4) described in claim 1 and furthermore, fIII / | fI |
Is limited to the range of 0.05 to 0.3 [conditional expression (7)]
At the same time, it is important to limit the value of fII / Fo to the range of 9.6 to 29.0 [conditional expression (8)].
【0055】条件式(7)は全レンズ系焦点距離Fo /
OALが0.095mm級の対物レンズにおいて、全視
野に亘る開口諸収差を回折限界内に抑えつつ、Fo /O
ALに比べ、レンズ系全長で正規化した作動距離WD/
OALをその極限まで増加させる基本条件であるが、こ
の場合、同時に条件式(8)を付加条件として満足させ
ることにより、全レンズ系内各レンズ群間のパワーバラ
ンスと、開口諸収差に対する矯正分担を適正にすること
ができる。Conditional expression (7) represents the focal length Fo / fo of the entire lens system.
In an objective lens having an OAL of 0.095 mm class, Fo / O while suppressing various aperture aberrations over the entire field of view within the diffraction limit.
Working distance WD /
This is the basic condition for increasing the OAL to its limit. In this case, by simultaneously satisfying the conditional expression (8) as an additional condition, the power balance among the lens units in the entire lens system and the correction sharing for various aberrations in the aperture. Can be adjusted appropriately.
【0056】以下、Fo /OALの値が0.095mm
級の対物レンズについて、各条件式の上,下限値の意味
について述べるが、本題に入る前に、先ず各レンズ構成
群に課せられる実際構成上の制約について要約して述べ
る。即ち、第3群レンズIII,第1群レンズI および第
2群レンズIIに関する実際構成上の制約は、既に請求項
2の条件式の説明の項で述べた関連部分の制約と全く同
一である。Hereinafter, the value of Fo / OAL is 0.095 mm
For the objective lens of the class, the meaning of the upper and lower limits of each conditional expression will be described. Before going into the main subject, first, the restrictions on the actual configuration imposed on each lens configuration group will be summarized and described. That is, the restrictions on the actual configuration of the third lens group III, the first lens group I, and the second lens group II are exactly the same as the restrictions of the related parts already described in the description of the conditional expression in claim 2. .
【0057】また、これらの制約から、全レンズ系の焦
点距離で正規化した第3群レンズIII の焦点距離fIII
/FO の値は、実際上ほぼ2.1〜4.1の範囲に留ま
る。また、全レンズ系の焦点距離で正規化した第1群レ
ンズI の焦点距離|fI |/FO の値は実際上ほぼ1
1.1〜54.4の範囲に留まる。また、全レンズ系の
焦点距離で正規化した第2群レンズIIの焦点距離fII/
FO の値は、実際上ほぼ9.7〜29.1の範囲に留ま
る。今、条件式(7)において、fIII /|fI|>
0.3となった場合、およびfIII /|fI |<0.0
5となった場合に逢着する不具合点は、既に請求項2の
条件式の説明の項で述べた関連部分の不具合点と全く同
一である。From these restrictions, the focal length fIII of the third lens group III normalized by the focal length of the entire lens system is used.
The value of / F O remains practically in the approximate range of 2.1 to 4.1. The value of the focal length | fI | / F O of the first lens unit I 1 normalized by the focal length of the entire lens system is practically almost 1
It remains in the range of 1.1 to 54.4. Also, the focal length fII / of the second lens group II normalized by the focal length of all lens systems
The value of F O remains practically in the range of about 9.7 to 29.1. Now, in conditional expression (7), fIII / | fI |>
0.3 and fIII / | fI | <0.0
The troubles encountered when the value is 5 are exactly the same as the troubles of the related parts already described in the description of the conditional expression in claim 2.
【0058】また、条件式(7)を満足するレンズが条
件式(8)において、全レンズ系の焦点距離で正規化し
た第2群レンズIIの焦点距離fII/FO >29.0とな
った場合、およびfII/FO <9.6となった場合に逢
着する不具合点も既に請求項2の条件式の説明の項で述
べた関連部分の不具合点と全く同一である。In the condition (8), the lens satisfying the conditional expression (7) satisfies the focal length fII / F O > 29.0 of the second lens group II normalized by the focal length of the entire lens system. The problem encountered when fII / F O <9.6 is exactly the same as the problem in the related part already described in the description of the conditional expression in claim 2.
【0059】以上をもって各請求項の条件式についての
説明を終了するが、今まで述べてきたことから次の結論
が容易に導かれる。即ち、レンズ系全長OALで正規化
された全レンズ系の焦点距離Fo /OALが0.044
mm級から0.095mm級の間に介在する長作動距離
中間倍率対物レンズについては、請求項1の構成要件
(1)〜(4)を満たし、かつ、請求項2および請求項
3の各条件式(5)〜(8)の上,下限値対応値の中間
値、(即ち、fIII /|fI |の上限値についていえ
ば、0.3〜2.6の間の値、その下限値については
0.05〜1.6の間の値、FII/FO の上限値の値に
ついていえば、15.0〜29.0の間の値、その下限
値については8.9〜9.6の間の値・・・)を採るレ
ンズ構成であれば、有効全視界で回折限界内の結像性能
をもつ優秀な長作動距離距離対物レンズを確実に得るこ
とが可能となる。従って、そのような仕様の対物レンズ
も本願発明の請求の範囲内に含まれることになる。The description of the conditional expressions in each claim has been completed above, but the following conclusions can be easily derived from what has been described so far. That is, the focal length Fo / OAL of all the lens systems normalized by the total lens system length OAL is 0.044.
A long working distance intermediate magnification objective lens interposed between the mm class and the 0.095 mm class satisfies the constitutional requirements (1) to (4) of claim 1 and the respective conditions of claim 2 and claim 3. In the equations (5) to (8), the intermediate value of the lower limit corresponding value, that is, the upper limit of fIII / | fI | the values between 0.05 to 1.6, As for the value of the upper limit of FII / F O, values between 15.0 to 29.0, for the lower limit from 8.9 to 9.6 ..), It is possible to reliably obtain an excellent long working distance objective having an imaging performance within the diffraction limit in the effective entire field of view. Therefore, an objective lens having such a specification is also included in the scope of the present invention.
【0060】本願発明の構成要件を満たす長作動距離対
物レンズは、従来知られている近紫外域光を標準波長に
採る対物レンズでは達成することができなかった長作動
距離をもち、かつ、レンズを実際に製造したときに有効
全視界に亘る回折限界内の結像性能をもつので、超LS
I半導体素子などの被検試料を充分余裕のある長い作動
距離のもとで検査することを目的とするレーザービーム
走査装置に用いることで極めて有用である。また、本願
発明の長作動距離対物レンズは、近紫外励起光による自
家蛍光フレアーの発生の極めて少ない長作動距離対物レ
ンズであるので、そのレンズ全長を「45mm同焦点距
離鏡枠」に収納できる程度に短縮すれば、最近の分子生
物学分野の研究において、従来存在しなかった「被検細
胞試料の各種マニュピレーション上の極めて便利な手
段」を提供することが可能となり、従来装置より一層優
れた特徴を持つ蛍光顕微鏡装置を提供することができ
る。The long working distance objective lens which satisfies the constitutional requirements of the present invention has a long working distance which cannot be achieved by a conventionally known objective lens which uses near-ultraviolet light at a standard wavelength, and has a long working distance. Has an imaging performance within the diffraction limit over the entire effective field of view when it is actually manufactured,
It is extremely useful when used in a laser beam scanning device for inspecting a test sample such as an I semiconductor element under a long working distance with a sufficient margin. Further, the long working distance objective lens of the present invention is a long working distance objective lens in which the generation of auto-fluorescence flare due to near-ultraviolet excitation light is extremely small, so that the entire lens length can be accommodated in the “45 mm parfocal length lens frame”. In recent studies in the field of molecular biology, it has become possible to provide a “very convenient means for various manipulations of test cell samples” that has not existed in recent studies in the field of molecular biology. Can be provided.
【0061】また、本願発明の長作動距離対物レンズ
は、従来にない強拡大の解像力の優れた高温顕微鏡用対
物レンズとして用いることができるので、金属の高温下
における相転換の研究に一層強力な手段を提供すること
ができる。Further, since the long working distance objective lens of the present invention can be used as an objective lens for a high-temperature microscope having an unprecedented high-magnification resolution, it is more powerful for the study of phase transformation under high temperature of metal. Means can be provided.
【0062】[0062]
【実施例】以下、実施例1から実施例6までの具体的な
数値例を表1〜表6に示し、各レンズ構成を図1〜図6
の断面図に示す。そして、各実施例の収差曲線図を図7
〜図12に示す。ただし、実施例1〜実施例3はOAL
で正規化した全レンズ系の焦点距離をFO /OALが
0.044mm級レンズに対応し、実施例4〜実施例6
はFO /OALが0.095mm級レンズに対応してい
る。EXAMPLES Tables 1 to 6 show specific numerical examples from Example 1 to Example 6 and FIGS.
Is shown in the sectional view. FIG. 7 is an aberration curve diagram of each embodiment.
12 to FIG. However, the first to third embodiments are OAL
In the focal length of the entire lens system is normalized F O / OAL correspond to 0.044mm grade lens, Examples 4 6
Corresponds to a 0.095 mm class lens with F O / OAL.
【0063】[0063]
【表1】 [Table 1]
【0064】[0064]
【表2】 [Table 2]
【0065】[0065]
【表3】 [Table 3]
【0066】[0066]
【表4】 [Table 4]
【0067】[0067]
【表5】 [Table 5]
【0068】[0068]
【表6】 [Table 6]
【0069】各実施例に対応する図7〜図12に示す収
差曲線図を見れば、上記実施例に挙げた全てのレンズ
が、NA0.85級の大開口について球面収差,コマ収
差,軸上の色収差等の「開口諸収差」を全視野にわたり
充分に除去していることが分かる。これら全ての実施例
のレンズでは、全視野のどの点をとっても、その「点像
の回折像のシュトレール」が 標準波長光について: 0.90以上 援用波長光について: 0.84以上 に達するので、殆ど「無収差レンズ」に匹敵する性能を
有している。Referring to the aberration curve diagrams shown in FIGS. 7 to 12 corresponding to each embodiment, all the lenses listed in the above embodiments have spherical aberration, coma aberration, and axial aberration for a large aperture of NA 0.85 class. It can be seen that "aperture aberrations" such as chromatic aberration of the above are sufficiently removed over the entire field of view. In the lenses of all these examples, the “Strehl of the diffraction image of the point image” reaches 0.90 or more for the standard wavelength light and 0.84 or more for the assisting wavelength light at any point in the entire field of view. Has almost the same performance as an “aberration-free lens”.
【0070】[0070]
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の長作動
距離対物レンズによれば、従来知られている近紫外域光
を標準波長に採る対物レンズでは達成することができな
かった長作動距離をもち、かつ、レンズを実際に製造し
たときに有効全視界に亘る回折限界内の結像性能をもつ
ので、超LSI半導体素子などの被検査試料を充分余裕
のある長い作動距離のもとで検査することを目的とする
レーザービーム走査装置に用いて極めて有効である。ま
た、近紫外励起光による自家蛍光フレアーの発生の極め
て少ない長作動距離対物レンズであるので、そのレンズ
全長を「45mm同焦点距離鏡枠」に収納できる程度に
短縮すれば、最近の分子生物学分野の研究において、従
来存在しなかった「被検細胞試料の各種マニュピレーシ
ョン上の極めて便利な手段」を提供することが可能とな
り、従来装置より一層優れた特徴をもつ蛍光顕微鏡装置
を供給することができる。さらに、従来にない強拡大の
解像力の優れた高温顕微鏡用対物レンズとして用いるこ
とができるので、金属の高温下における相転換の研究に
一層強力な手段を提供することができる。As described above, according to the long working distance objective lens of the present invention, a long working distance which cannot be achieved by the conventionally known objective lens which uses near-ultraviolet light at a standard wavelength can be achieved. In addition, since the lens has an imaging performance within the diffraction limit over the entire effective field of view when the lens is actually manufactured, it can inspect a sample to be inspected, such as a super LSI semiconductor device, with a sufficiently long working distance. It is very effective when used in a laser beam scanning device for the purpose of performing. In addition, since the objective lens is a long working distance objective lens that generates very little auto-fluorescence flare due to near-ultraviolet excitation light, if the overall length of the lens is shortened to an extent that can be accommodated in a “45 mm parfocal length lens frame”, it is possible to reduce the recent molecular biology In research in the field, it has become possible to provide "extremely convenient means for various manipulations of test cell samples" that did not exist in the past, and to supply a fluorescence microscope device with more excellent features than conventional devices. it can. Furthermore, since it can be used as an objective lens for a high-temperature microscope having an unprecedented high-magnification resolution, it can provide a more powerful means for studying phase transformation of metals at high temperatures.
【図1】実施例1の対物レンズ構成を示す断面図、FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an objective lens according to a first embodiment.
【図2】実施例2の対物レンズ構成を示す断面図、FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an objective lens according to a second embodiment.
【図3】実施例3の対物レンズ構成を示す断面図、FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an objective lens according to a third embodiment.
【図4】実施例4の対物レンズ構成を示す断面図、FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an objective lens according to a fourth embodiment.
【図5】実施例5の対物レンズ構成を示す断面図、FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an objective lens according to a fifth embodiment.
【図6】実施例6の対物レンズ構成を示す断面図、FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an objective lens according to a sixth embodiment.
【図7】実施例1の対物レンズの収差曲線図、FIG. 7 is an aberration curve diagram of the objective lens of Example 1.
【図8】実施例2の対物レンズの収差曲線図、FIG. 8 is an aberration curve diagram of the objective lens of Example 2.
【図9】実施例3の対物レンズの収差曲線図、FIG. 9 is an aberration curve diagram of the objective lens of Example 3.
【図10】実施例4の対物レンズの収差曲線図、FIG. 10 is an aberration curve diagram of the objective lens of Example 4.
【図11】実施例5の対物レンズの収差曲線図、FIG. 11 is an aberration curve diagram of the objective lens of Example 5.
【図12】実施例6の対物レンズの収差曲線図である。FIG. 12 is an aberration curve diagram of the objective lens of the sixth embodiment.
I 第1群レンズ II 第2群レンズ III 第3群レンズ ri 第i面の曲率半径 di 第i面の軸上面間隔I curvature radius d i axial distance of the i-th surface of the first lens group II second lens group III third lens r i i-th surface
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成9年5月30日[Submission date] May 30, 1997
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0003[Correction target item name] 0003
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0003】 特開平5−72482号公報の対物
レンズは、250nm付近の遠紫外域の光線で使用可能
な乾燥系高倍率大開口対物レンズである。しかし、この
対物レンズの作動距離(WD)は0.92mmレベルの
ものであり、この値はレンズ系全長(OAL)の僅か
1.0%未満の値に留まるので、64M級以上の超LS
I半導体素子の検査装置(LSM)の設計に大きな制約
となる問題点がある。 特開平5−196874号公報の対物レンズは、3
51mm付近の近紫外域の光線で使用可能な乾燥系高倍
率大開口対物レンズである。しかし、この対物レンズの
作動距離(WD)も1.57mmレベルのものであり、
レンズ系全長(OAL)の僅か2.0%未満の値に留ま
るので、依然として64M級以上の超LSI半導体素子
の検査装置(LSM)の設計に大きな制約となる問題点
がある。The objective lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-72482 is a dry-type high-magnification large-aperture objective lens that can be used with light in the far ultraviolet region near 250 nm . However, the working distance (WD) of this objective lens is of the order of 0.92 mm, and this value is only less than 1.0% of the total length of the lens system (OAL).
There is a problem that greatly limits the design of the inspection device (LSM) for I semiconductor devices. The objective lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-196874
This is a dry-type, high-magnification, large-aperture objective lens that can be used with light in the near ultraviolet region near 51 mm. However, the working distance (WD) of this objective lens is also at a level of 1.57 mm,
Since the value is only less than 2.0% of the total length of the lens system (OAL), there is still a problem that the design of an inspection device (LSM) for an VLSI semiconductor device of 64M class or more is greatly restricted.
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0014】 この発明の長作動距離対物レンズは、近
紫外域レーザー光を用いるレーザー走査顕微鏡(LS
M)に使用することを主目的とするものである。その設
計上の標準波長はUV−Ar+(351nm,364n
m)、He−Cd(325nm)、YAG THG(3
54nm)などの各種近紫外レーザー光源のどれか一種
を選択して採用し、基本的にはその標準単波長光につい
て、全走査視野内で回折限界内の結像性能を確保する必
要がある。さらに、これらの結像性能は、レンズ材,レ
ンズ加工工程の全てにわたって、それらの製造公差を充
分に考慮した上で確実に実現されるように製作されなけ
ればならない。The long working distance objective lens of the present invention is a laser scanning microscope ( LS) using near-ultraviolet laser light.
M ). The standard wavelength in the design is UV-Ar + (351 nm, 364 n
m), He-Cd (325 nm), YAG THG (3
Any one of various near-ultraviolet laser light sources (e.g., 54 nm) is selected and basically used, and it is necessary to secure imaging performance within the diffraction limit within the entire scanning visual field for the standard single-wavelength light. Further, these imaging performances must be manufactured so as to be surely realized over the entire lens material and the lens processing process, taking into account their manufacturing tolerances.
【手続補正3】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0059[Correction target item name] 0059
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0059】 以上をもって各請求項の条件式について
の説明を終了するが、今まで述べてきたことから次の結
論が容易に導かれる。即ち、レンズ系全長OALで正規
化された全レンズ系の焦点距離F0/OALが0.04
4mm級から0.095mm級の間に介在する長作動距
離中間倍率対物レンズについては、請求項1の構成要件
(1)〜(4)を満たし、かつ、請求項2および請求項
3の各条件式(5)〜(8)の上,下限値対応値の中間
値、(即ち、fIII/|fI|の上限値についていえ
ば、0.3〜2.6の間の値、その下限値については
0.05〜1.6の間の値、fII/F0の上限値の値
についていえば、15.0〜29.0の間の値、その下
限値については8.9〜9.6の間の値・・・)を採る
レンズ構成であれば、有効全視界で回折限界内の結像性
能をもつ優秀な長作動距離距離対物レンズを確実に得る
ことが可能となる。従って、そのような仕様の対物レン
ズも本願発明の請求の範囲内に含まれることになる。The description of the conditional expressions in each claim is completed with the above, but the following conclusions can be easily derived from what has been described so far. That is, the focal length F 0 / OAL of the entire lens system normalized by the total lens system length OAL is 0.04.
A long working distance intermediate magnification objective lens interposed between the 4 mm class and the 0.095 mm class satisfies the constitutional requirements (1) to (4) of claim 1 and the respective conditions of claim 2 and claim 3. In the equations (5) to (8), the intermediate value of the lower limit corresponding value, that is, the upper limit of fIII / | fI |, a value between 0.3 to 2.6, and a lower limit thereof 8.9 to 9 values between 0.05 to 1.6, As for the value of the upper limit of f II / F 0, values between 15.0 to 29.0, for the lower limit. 6), it is possible to reliably obtain an excellent long working distance objective lens having an imaging performance within the diffraction limit in the effective entire field of view. Therefore, an objective lens having such a specification is also included in the scope of the present invention.
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0069[Correction target item name] 0069
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0069】 各実施例に対応する図7〜図12に示
す収差曲線図を見れば、上記実施例に挙げた全てのレン
ズが、NA0.85級の大開口について球面収差,コマ
収差,軸上の色収差等の「開口諸収差」を全視野にわた
り充分に除去していることが分かる。これら全ての実施
例のレンズでは、全視野のどの点をとっても、その「点
像の回折像のシュトレール強度」が 標準波長光について: 0.90以上 援用波長光について: 0.84以上 に達するので、殆ど「無収差レンズ」に匹敵する性能を
有している。Referring to the aberration curve diagrams shown in FIGS. 7 to 12 corresponding to the respective embodiments, all the lenses listed in the above embodiments show spherical aberration, coma aberration, and on-axis aberration for a large aperture of NA 0.85 class. It can be seen that "aperture aberrations" such as chromatic aberration of the above are sufficiently removed over the entire field of view. In all of the lenses of these examples, the “Strehl intensity of the diffraction image of the point image” reaches 0.90 or more for the standard wavelength light and 0.84 or more for the reference wavelength light at any point in the entire field of view. Therefore, it has almost the same performance as the “aberration-free lens”.
【手続補正5】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図1】 FIG.
【手続補正6】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図2[Correction target item name] Figure 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図2】 FIG. 2
【手続補正7】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図3[Correction target item name] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図3】 FIG. 3
【手続補正8】[Procedure amendment 8]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図4[Correction target item name] Fig. 4
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図4】 FIG. 4
【手続補正9】[Procedure amendment 9]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図5[Correction target item name] Fig. 5
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図5】 FIG. 5
【手続補正10】[Procedure amendment 10]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図6[Correction target item name] Fig. 6
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図6】 FIG. 6
フロントページの続き (72)発明者 前田 修 東京都世田谷区新町三丁目5番3号 昭和 オプトロニクス株式会社内 (72)発明者 村上 進午 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内Continuing from the front page (72) Inventor Osamu Maeda 3-5-3 Shinmachi, Setagaya-ku, Tokyo Showa Optronics Co., Ltd. (72) Inventor Shingo Murakami 5-7-1 Shiba 5-chome, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation Inside
Claims (3)
を有する第1群レンズと像点に対して正の屈折力を有す
る第3群レンズとの間に、正の屈折力を有する第2群レ
ンズを配置してなる対物レンズにおいて、 第3群レンズは3枚以上の単レンズをもって構成し、第
2群レンズ内には少なくとも2個以上の色消接合面を配
置し、レンズ系の全長をOAL,第3群レンズの焦点距
離をfIII ,第1群レンズの物点側より数えて1番目の
面の曲率半径をRf,第1群レンズの最後の面の曲率半
径をR´f,第3群レンズの物点側より数えて1番目の
面の曲率半径をRr,第3群レンズの最後の面の曲率半
径をR´r,第1群レンズの総合肉厚をΣdfとすると
き、次の条件式を満足することを特徴とする長作動距離
対物レンズ。 0.2 ≦ fIII /OAL ≦ 0.4・・・・・(1) 1.4 ≦ R´f/Rf ≦ 3.4・・・・・(2) 2.3 ≦ Rr/R´r ≦ 4.7・・・・・(3) 0.4 ≦ Σdf/OAL ≦ 0.6・・・・・(4)1. A positive refractive power is provided between a first lens unit having a negative refractive power for an object point at infinity and a third lens unit having a positive refractive power for an image point. In the objective lens having the second group lens provided therein, the third group lens is constituted by three or more single lenses, and at least two or more achromatic junction surfaces are arranged in the second group lens. The overall length of the system is OAL, the focal length of the third lens unit is fIII, the radius of curvature of the first surface is Rf, counting from the object point side of the first lens unit, and the radius of curvature of the last surface of the first lens unit is R. 'F, the radius of curvature of the first surface counted from the object point side of the third lens unit is Rr, the radius of curvature of the last surface of the third lens unit is R'r, and the total thickness of the first lens unit is Σdf. Wherein a long working distance objective lens satisfies the following conditional expression. 0.2 ≦ fIII / OAL ≦ 0.4 (1) 1.4 ≦ R′f / Rf ≦ 3.4 (2) 2.3 ≦ Rr / R′r ≦ 4.7 (3) 0.4 ≤ / df / OAL ≤ 0.6 (4)
且、レンズ系の総合焦点距離をFo ,第1群レンズの焦
点距離の絶対値を|fI |,第2群レンズの焦点距離を
fIIとするとき、次の条件式を満足することを特徴とす
る長作動距離対物レンズ。 1.6 ≦ fIII /|fI | ≦ 2.6・・・・・(5) 8.9 ≦ fII/Fo ≦15.0・・・・・(6)2. The objective lens according to claim 1, wherein
When the total focal length of the lens system is Fo, the absolute value of the focal length of the first lens unit is | fI |, and the focal length of the second lens unit is fII, the following conditional expression is satisfied. Long working distance objective lens. 1.6 ≦ fIII / | fI | ≦ 2.6 (5) 8.9 ≦ fII / Fo ≦ 15.0 (6)
且、レンズ系の総合焦点距離をFo ,第1群レンズの焦
点距離の絶対値を|fI |,第2群レンズの焦点距離を
fIIとするとき、次の条件式を満足することを特徴とす
る長作動距離対物レンズ。 0.05≦ fIII /|fI | ≦ 0.3・・・・・(7) 9.60≦ fII/Fo ≦ 29.0・・・・・(8)3. The objective lens according to claim 1, wherein
When the total focal length of the lens system is Fo, the absolute value of the focal length of the first lens unit is | fI |, and the focal length of the second lens unit is fII, the following conditional expression is satisfied. Long working distance objective lens. 0.05 ≦ fIII / | fI | ≦ 0.3 (9) 9.60 ≦ fII / Fo ≦ 29.0 (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9108362A JPH10282429A (en) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | Objective lens long in orerating distance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9108362A JPH10282429A (en) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | Objective lens long in orerating distance |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10282429A true JPH10282429A (en) | 1998-10-23 |
Family
ID=14482829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9108362A Pending JPH10282429A (en) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | Objective lens long in orerating distance |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10282429A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007206404A (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Olympus Corp | Objective and optical device equipped therewith |
JP2008145787A (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Olympus Corp | Long operation distance objective lens |
-
1997
- 1997-04-11 JP JP9108362A patent/JPH10282429A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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