JPH11344658A - 対物レンズ - Google Patents

対物レンズ

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JPH11344658A
JPH11344658A JP10166383A JP16638398A JPH11344658A JP H11344658 A JPH11344658 A JP H11344658A JP 10166383 A JP10166383 A JP 10166383A JP 16638398 A JP16638398 A JP 16638398A JP H11344658 A JPH11344658 A JP H11344658A
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JP
Japan
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lens
nut
housing
objective lens
interference
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Withdrawn
Application number
JP10166383A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Kaizu
均 海津
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化に起因するピントズレを補正する機
能を有し、ピント合わせの作業を必要としない対物レン
ズを提供する。 【解決手段】 複数のレンズ10と、レンズ10を保持
するレンズ保持枠20と、レンズ保持枠20を収容する
中間筒30と、この中間筒30を収容する筐体40と、
この筐体40の外周に螺合するナット50とを備える対
物レンズにおいて、ナット50を低膨張用鋳鉄で形成す
るとともに、ナット50と筐体40との光軸方向の長さ
の割合を、温度変化によるレンズ10のピントズレ量が
一定となる値に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体検査分野や
非接触型の3次元表面形状等の精密測定分野において使
用される対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】顕微鏡観察は、通常倍率の異なる数本の
対物レンズを使用して行われる。
【0003】また、非接触で表面形状を測定する二光束
干渉法が知られている。
【0004】この二光束干渉法に使用される二光束干渉
計は可干渉光を二光束に分割し、一方を参照鏡、他方を
試料にそれぞれ入射させ、両方の光束の反射光を干渉さ
せて干渉縞を生じさせて資料の表面形状を測定する。
【0005】二光束干渉計を顕微鏡対物レンズの先端部
に組み込み(これを二光束干渉対物レンズという)、顕
微鏡の観察像と同時に干渉縞を得て、狭い範囲の表面形
状を測定する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】対物レンズでは、対物
レンズを構成するガラスの熱膨張による屈折率の変化に
よってピントズレが生じる。
【0007】ところで、ピントズレ量は対物レンズ毎に
相違するので、ピントズレ量の差によって対物レンズ間
にはピント差が生じる。
【0008】そのため、温度変化によってピントズレが
生じたときには、その都度ピント合わせの作業を行う必
要があった。
【0009】また、二光束干渉対物レンズでは、熱膨張
による機械的変化とガラスの熱膨張による焦点距離の変
化との合成で像の位置が決まり、熱膨張による機械的寸
法変化で干渉縞の位置が決まるので、温度変化によって
ピント差が生じる。
【0010】例えば、試料面にピントが合わせてあると
き、温度が変化すると、試料面とハーフミラーで分けら
れた参照鏡の位置との共役性がなくなり、試料像を観察
しているときには干渉縞が見えず、干渉縞を観察してい
るときには試料像からピントがずれて測定ができなくな
ってしまうので、ピントズレが生じたときには、その都
度ピント合わせの作業を行う必要があった。
【0011】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は温度変化に起因するピントズレを
補正する機能を有し、ピント合わせの作業を必要としな
い対物レンズを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項1記載の発明は、複数のレンズと、各レンズを
保持するレンズ保持枠と、各レンズ保持枠を収容する中
間筒と、この中間筒を収容する筐体と、この筐体の外周
に螺合するナットとを備える対物レンズにおいて、前記
ナットを低膨張材料で形成するとともに、前記ナットと
前記筐体との光軸方向の長さの割合を、温度変化による
前記レンズのピントズレ量が一定となる値に設定したこ
とを特徴とする。
【0013】ナットと筐体との光軸方向の長さの割合
を、温度変化によるレンズのピントズレ量が一定となる
値としたので、複数の対物レンズを使用して顕微鏡観察
を行ったときでも、温度変化に起因するピントズレが補
正され、各対物レンズのピント面はほぼ一定となる。
【0014】請求項2記載の発明は、複数のレンズと、
各レンズを保持するレンズ保持枠と、各レンズ保持枠を
収容する筐体と、この筐体の外周に螺合するナットと、
このナットの外周に配置されて前記筐体の外周に螺合す
るとともに、干渉用ミラーを保持する干渉用ミラー保持
部とを備える対物レンズにおいて、前記ナットを低膨張
材料で形成するとともに、レンズによって形成される像
と干渉用ミラーによって形成される干渉像との位置が一
致するように、温度変化による前記レンズのピントズレ
量に応じて前記ナットと前記筐体との光軸方向長さの割
合を設定したことを特徴とする。
【0015】レンズによって形成される像と干渉用ミラ
ーによって形成される干渉像との位置が一致するよう
に、温度変化によるレンズのピントズレ量に応じてナッ
トと筐体との光軸方向長さの割合が設定されので、二光
束干渉法によって試料の表形状を測定したとき、温度変
化に起因するピントズレが補正され、顕微鏡の観察像と
同時に干渉縞を見ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。
【0017】図1はこの発明の第1実施形態に係る対物
レンズの拡大断面図である。
【0018】対物レンズ1は、複数のレンズ10と、各
レンズ10を保持する複数のレンズ保持枠20と、各レ
ンズ保持枠20を直列に収容する中間筒30と、この中
間筒30を収容する筐体40と、この筐体の外周に螺合
するナット50とを備える。
【0019】レンズ保持枠20は所定の倍率を得ること
ができるように複数のレンズ10を保持している。な
お、レンズ10の組合せによって得られる倍率は1〜1
00程度である。
【0020】中間筒30は筐体40内に摺動可能に挿入
されている。中間筒30の上端部内周面には雌ねじ31
が形成され、雌ねじ31には押え環60の外周面に形成
された雄ねじ61が螺合している。
【0021】筐体40の上端部外周面には顕微鏡本体
(図示せず)に固定するための対物レンズ取付ねじ41
が形成されている。
【0022】また、筐体40の下側の小径部42の外周
面43にはナット50の内周面に形成された雌ねじ51
と螺合する雄ねじ44が形成されている。ナット50は
筐体40の上側の大径部45の胴付き面45aに当接す
るまでねじ込まれている。
【0023】中間筒30と筐体40との間には圧縮ばね
70が設けられ、この圧縮ばね70によって中間筒30
の胴付き面30aをナット50のフランジ部52に押し
つけている。
【0024】ナット50としては、例えばニレジスト鋳
鉄等の低膨張用鋳鉄(低膨張材料)が使用される。
【0025】ここで、ナット50の長さをL2、筐体4
0の対物レンズ取付ねじ41の胴付き面41aからナッ
トの胴付き面45aまでの距離(長さ)L1、ナット5
0の線膨張率をα2、筐体40の線膨張率をα1とした
とき、対物レンズ取付ねじ41の胴付き面41aと中間
筒30の胴付き面30aとの距離は(L1×α1+L2
×α2)となるので、この距離が一定となるように上記
パラメータを設定する。
【0026】2つの対物レンズ(それぞれ対物レンズ
A,対物レンズBとする)の場合を例にとって説明す
る。
【0027】例えば、対物レンズAの屈折率の温度変化
によるピントズレ量を5μm/10℃、L1を10m
m、L2を22mm、α1を20×10-6/℃、α2を
2×10-6/℃とし、対物レンズBの屈折率の温度変化
によるピントズレ量を3μm/10℃、L1を21m
m、L2を11mm、α1を20×10-6/℃、α2を
2×10-6/℃とする。
【0028】温度が10℃上昇したとき、対物レンズA
のピント面は5+2.44=7.44μmだけ延びる。
【0029】また、温度が10℃上昇したとき、対物レ
ンズBのピント面は3+4.42=7.42μmだけ延
びる。
【0030】すなわち、対物レンズAと対物レンズBと
の間に屈折率の温度変化によるピントズレ量があって
も、筐体40やナット50として所定の材料のものを使
用し、ナット50と筐体40との光軸方向の長さの割合
を所定の割合とすることによって、対物レンズAと対物
レンズBとの間の温度変化によるピントズレ量を一定と
することができる。
【0031】この実施形態によれば、対物レンズ1間で
温度によって生じるピントが補正され、倍率の切換時に
ピント合わせが不要になる。
【0032】なお、対物レンズAと対物レンズBとの関
係を表1に対比して示した。
【0033】
【表1】 図2はこの発明の第2実施形態に係る対物レンズの拡大
断面図である。
【0034】この実施形態は二光束干渉対物レンズの一
例である。
【0035】二光束干渉対物レンズ(対物レンズ)10
1は、複数のレンズ110と、各レンズ110を保持す
る複数のレンズ保持枠120と、各レンズ保持枠120
を収容する筐体140と、この筐体140の外周に螺合
する低膨張用鋳鉄で形成されたナット150と、このナ
ット150の外周に配置されて筐体140の外周に螺合
するとともに、参照ミラー(干渉用ミラー)181を保
持する干渉用ミラー保持部(干渉用ミラー保持部)18
0とを備える。
【0036】レンズ保持枠120は所定の倍率を得るこ
とができるように複数のレンズ110を保持している。
【0037】筐体140の上端部内周面には雌ねじ14
1が形成され、雌ねじ141には押え環160の外周面
に形成された雄ねじ161が螺合している。
【0038】筐体140の下部の小径部142の外周面
にはナット150の内周面に形成された雌ねじ151と
螺合する雄ねじ143が形成されている。ナット150
は筐体140の胴付き面140aまでねじ込まれてい
る。
【0039】また、筐体150の大径部144と小径部
142との中には大径部144と小径部142との中間
の径を有する中径部145が形成され、中径部145の
外周面には干渉用ミラー保持枠180の内周面に形成さ
れた雌ねじ182と螺合する雄ねじ146が形成されて
いる。干渉用ミラー保持枠180は筐体140の胴付き
面140bまでねじ込まれている。
【0040】干渉用ミラー保持枠180の下端部には参
照ミラー181とハーフミラー183とがレンズ110
の光軸上に所定の間隔をおいて保持されている。
【0041】ナット150は、例えばニレジスト鋳鉄等
の低膨張用鋳鉄(低膨張材料)で形成される。
【0042】屈折率の温度変化によるピントズレ量を
δ、筐体140の胴付き面140cと参照ミラー181
との距離をL5、ナット150の長さをL4、筐体14
0の胴付き面140cと胴付き面140aとの距離をL
3、干渉用ミラー保持枠180の線膨張率をα5、ナッ
ト150の線膨張率をα4、筐体140の線膨張率をα
3としたとき、像のピント位置は(δ+L3×α3+L
4×α4)変化し、干渉縞の位置は(L5×α5)変化
するので、像のピント位置と干渉縞の位置とが一致する
ように上記パラメータを設定する。
【0043】ここで、像のピント位置は、δ=5μm/
10℃、L3=12.5mm、L4=25mm、α3=
20×10-6/℃、α4=2×10-6/℃としたとき、
8μm/10℃変化する。
【0044】また、干渉縞の位置は、L5=40mm、
α5=20×10-6/℃としたとき、8μm変化する。
【0045】すなわち、象の位置と干渉縞の位置とは同
じ距離だけ変化するので、レンズ110によって形成さ
れる像と参照ミラー181によって形成される干渉像と
の位置が一致する。
【0046】この実施形態によれば、二光束干渉対物レ
ンズ101の温度差に起因する像と干渉縞とのピント差
が補正されるので、ピント合わせが不要になり、3次元
表面形状測定の自動化が可能となる。
【0047】図3はこの発明の第3実施形態に係る対物
レンズの拡大断面図であり、図2と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略する。
【0048】この実施形態はナット150の代わりに中
間筒130を設け、この中間筒130にレンズ保持枠1
20を収容した点で第2実施形態と異なる。したがっ
て、この実施形態では中間筒130に低膨張用鋳鉄が用
いられている。
【0049】中間筒130の胴付き面130aまでの長
さをL7、筐体140の胴付き面と胴付き面140cと
の距離L6とする。
【0050】この実施形態によれば、L4に対応するL
7の寸法を長くしたので、第2実施形態の場合よりも大
きな温度変化に対応することができる。
【0051】なお、上記各実施形態においては低膨張材
料として低膨張用鋳鉄を使用したが、低膨張用鋳鉄の他
にセラミックス等の低膨張材料を使用してもよい。
【0052】
【発明の効果】以上に説明したように請求項1に記載の
発明の対物レンズによれば、複数の対物レンズを使用し
て顕微鏡観察を行ったときでも、温度変化に起因するピ
ントズレが補正され、各対物レンズのピント面はほぼ一
定となり、倍率の切換時にピント合わせが不要になる。
【0053】請求項2に記載の発明の対物レンズによれ
ば、二光束干渉法によって試料の表形状を測定したと
き、温度変化に起因するピントズレが補正され、顕微鏡
の観察像と同時に干渉縞を見ることができ、ピント合わ
せの作業が不要になり、非接触3次元表面形状測定の自
動化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の第1実施形態に係る対物レン
ズの拡大断面図である。
【図2】図2はこの発明の第2実施形態に係る対物レン
ズの拡大断面図である。
【図3】図3はこの発明の第3実施形態に係る対物レン
ズの拡大断面図である。
【符号の説明】
1,101 対物レンズ 10,110 レンズ 20,120 レンズ保持枠 30,130 中間筒 40,140 筐体 50,150 ナット 180 干渉用ミラー保持枠(干渉用ミラー保持部) 181 参照ミラー(干渉用ミラー)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のレンズと、各レンズを保持するレ
    ンズ保持枠と、各レンズ保持枠を収容する中間筒と、こ
    の中間筒を収容する筐体と、この筐体の外周に螺合する
    ナットとを備える対物レンズにおいて、 前記ナットを低膨張材料で形成するとともに、前記ナッ
    トと前記筐体との光軸方向の長さの割合を、温度変化に
    よる前記レンズのピントズレ量が一定となる値に設定し
    たことを特徴とする対物レンズ。
  2. 【請求項2】 複数のレンズと、各レンズを保持するレ
    ンズ保持枠と、各レンズ保持枠を収容する筐体と、この
    筐体の外周に螺合するナットと、このナットの外周に配
    置されて前記筐体の外周に螺合するとともに、干渉用ミ
    ラーを保持する干渉用ミラー保持部とを備える対物レン
    ズにおいて、 前記ナットを低膨張材料で形成するとともに、レンズに
    よって形成される像と干渉用ミラーによって形成される
    干渉像との位置が一致するように、温度変化による前記
    レンズのピントズレ量に応じて前記ナットと前記筐体と
    の光軸方向長さの割合を設定したことを特徴とする対物
    レンズ。
JP10166383A 1998-05-29 1998-05-29 対物レンズ Withdrawn JPH11344658A (ja)

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