(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を撮像するときに使用するために採用される対物レンズであって、
光エネルギーを受け取り、前記光エネルギーを集束し、集束したエネルギーが中間画像を形成する少なくとも１つの集束レンズを備えるレンズ群と、
前記中間画像を受け取り、制御された光エネルギーを形成するように、前記レンズ群に関して軸方向に整列して、球面状ミラーを含んで構成される反射屈折群と、
を備え、
前記反射屈折群は前記レンズ群と前記試料との間に配置され、
前記球面状ミラーと、
前記球面状ミラーと前記試料の間に配置される多くても２つの付加的要素であって、球面状ミラーに光エネルギーを送り返すように一方の面上に構成された平坦表面、及び球面状ミラーとの間に配置された他方の面上に非球面の凸面を有して構成される付加的要素と、
を含み、
開口数が０．９７、視野サイズが１．０ｍｍ、構成要素の最大直径が３２ｍｍであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
前記非球面が、式
【数１】
0005495555.tif 000019
ｃ：表面曲率、ｒ：ゼロから要素直径の２分の１の範囲のパラメータ、
ｋ：円錐定数、Ｎ：非球面項の数、ρ：正規化された要素半径、α：非球面係数
に一致することを特徴とする対物レンズ。
【請求項３】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
前記球面状ミラーは、非球面の表面を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項４】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
前記反射屈折群は、２つの非球面の表面を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項５】
請求項４に記載の対物レンズにおいて、
前記２つの非球面の表面は、それぞれが別々の要素に設けられることを特徴とする対物レンズ。
【請求項６】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
前記反射屈折群は、３つの非球面の表面を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項７】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
多色波面エラーが０．０４０７波より小さいことを特徴とする対物レンズ。
【請求項８】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
収差を補正する付加的な光学コンポーネントを必要としない自己補正型であることを特徴とする対物レンズ。
【請求項９】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
各レンズは、単一のレンズ材料を使用することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１０】
対物レンズであって、
光エネルギーを受け取り、前記光エネルギーを集束し、集束したエネルギーが中間画像を形成する少なくとも１つの集束レンズを備えるレンズ群と、
前記中間画像を受け取り、制御された光エネルギーを形成し、形成された光エネルギーが前記試料を検査するために前記試料に向けられるように、前記レンズ群に関して軸方向に整列して、球面状ミラーを含んで構成される反射屈折群と、
を備え、
前記反射屈折群は前記レンズ群と前記試料との間に配置され、
前記球面状ミラーと、
前記球面状ミラーと前記試料の間に配置される多くても２つの付加的要素であって、球面状ミラーに光エネルギーを送り返すように一方の面上に構成された平坦表面、及び球面状ミラーとの間に配置された他方の面上に非球面の凸面を有して構成される付加的要素と、
を含み、
開口数が０．９７、視野サイズが１．０ｍｍ、構成要素の最大直径が３２ｍｍであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の対物レンズにおいて、
前記非球面が、式
【数１】
0005495555.tif 000020
ｃ：表面曲率、ｒ：ゼロから要素直径の２分の１の範囲のパラメータ、
ｋ：円錐定数、Ｎ：非球面項の数、ρ：正規化された要素半径、α：非球面係数
に一致することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の対物レンズにおいて、
前記球面状ミラーは、非球面の表面を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の対物レンズにおいて、
前記反射屈折群は、２つの非球面の表面を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１４】
請求項１０に記載の対物レンズにおいて、
前記反射屈折群は、３つの非球面の表面を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１５】
対物レンズであって、
光エネルギーを受け取り、前記光エネルギーを集束し、集束したエネルギーが中間画像を形成する集束レンズと、
前記中間画像を受け取り、制御された光エネルギーを形成し、形成された光エネルギーが前記試料に向けられるように、前記レンズ群に関して軸方向に整列して、球面状ミラーを含んで構成される反射屈折群と、
を備え、
前記反射屈折群は前記レンズ群と前記試料との間に配置され、
前記球面状ミラーと、
前記球面状ミラーと前記試料の間に配置される多くても２つの付加的要素であって、球面状ミラーに光エネルギーを送り返すように一方の面上に構成された平坦表面、及び球面状ミラーとの間に配置された他方の面上に非球面の凸面を有して構成される付加的要素と、
を含み、
開口数が０．９７、視野サイズが１．０ｍｍ、構成要素の最大直径が３２ｍｍであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の対物レンズにおいて、
前記非球面が、式
【数１】
0005495555.tif 000021
ｃ：表面曲率、ｒ：ゼロから要素直径の２分の１の範囲のパラメータ、
ｋ：円錐定数、Ｎ：非球面項の数、ρ：正規化された要素半径、α：非球面係数
に一致することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１７】
請求項１５に記載の対物レンズにおいて、
前記反射屈折構成は、複数の非球面の表面を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１８】
請求項１５に記載の対物レンズにおいて、
収差を補正する付加的な光学コンポーネントを必要としない自己補正型であることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１９】
請求項１５に記載の対物レンズにおいて、
各レンズは、単一のレンズ材料を使用することを特徴とする対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光学的撮像の分野に関し、より詳細には、顕微鏡撮像、検査、およびリソグラフィ用途について使用される反射屈折光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００５年３月３１日に出願された、「Small Ultra-high NA Catadioptric Objective Using Aspheric Surfaces」という名称の米国仮特許出願第６０／６６７，２３７号の利益を主張し、その出願は、２００５年３月２９日に出願された「Small Ultra-high NA Catadioptric Objective」という名称の米国特許出願第１１／０９３，８５０号の一部継続出願であり、その出願は、２００３年５月７日に出願された「High Performance Catadioptric Imaging System」（発明者：デビッドＧシェイファ(David G. Shafer)他）という名称の米国特許出願第１０／４３４，３７４号の一部継続出願であり、その出願は、２００３年２月２１日に出願された「High Performance, Low Cost Catadioptric Imaging System」という名称の米国仮特許出願第６０／４４９，３２６号の利益を主張する。
【０００３】
多くの光学系は、半導体ウェハまたはフォトマスク上の欠陥を検査すること、または、あるいは、スライド上で生物学的試料を調べることなど、試料の表面上のフィーチャを検査するか、または、撮像する能力を有する。顕微鏡は、生物学、計測学、半導体検査、および、分解能の高い小エリアの画像および／またはフィーチャが所望される他の複雑な検査用途を含む、種々の撮像状況で使用されてきた。
【０００４】
多くのこうした撮像系は現在利用可能であり、限定はしないが、米国特許出願第１０／４３４，３７４号および米国特許第６，０６４，５１７号を含む、種々の他の発行された特許および特許出願において出願人によって開示された系を含む。'３７４号出願に開示される対物レンズは、有益な光学品質を示す小型の反射屈折対物レンズである。'３７４号出願の、サイズの小さい反射屈折光学設計は、特に、深紫外（ＤＵＶ）光領域の非常に広いスペクトル範囲にわたる比較的高い開口数（ＮＡ）において、一般に、良好な総合性能を示す。しかし、ＤＵＶ領域の性能について、色補正が益々難しくなっている。'５１７号特許に開示される対物レンズは、所望の光学品質も示す大型の反射屈折対物レンズである。'５１７号特許における大型の反射屈折光学設計は、狭いスペクトル帯域幅にわたって補正され、非常に大きな視野サイズにわたって超高ＮＡ撮像が可能である。
【０００５】
これらの対物レンズは、一般に、そのサイズ、レンズ群の構成、および、単一のガラス材料から作ることができることで利点を提供する。こうした設計は、３つのレンズグループ、すなわち、集束レンズ群、視野レンズ群、および反射屈折群に分類されることができる。これらの群のレンズは、著しく異なる構成を有し、異なる目的を達成するために、異なる方法で使用される。
【０００６】
上述した用途における対物レンズは、ＮＡおよび視野サイズの強化によって利益を得る可能性がある。一般に、ＮＡは、その設計を使用して、光を試料に送出し、光が試料から収集される角度範囲を表す。視野サイズは、全ての光学性能要件が、それにわたって満たされる試料ロケーションにおける直径である。たとえば、いくつかの系は、大きな視野サイズにわたる「超高ＮＡ」撮像を、首尾よくかつ効率的に採用してもよい。ここで、超高のＮＡ照明および撮像角は、７５°まで、また、７５°を超える角度を含むが、それに限定されない。いくつかの以前の設計は、この超高範囲より小さいＮＡを提供し、また、小さな視野サイズ、大きな光学要素の直径、または、説明されたハイエンド用途における非常に厳しい公差を示すことができるだけである。一般に、所与の対物レンズについて、大きなＮＡ、大きな視野サイズ、小さい要素の直径、およびゆるい公差は、特に、単一材料から構築されるとき、および／または、特定の有利な波長の光エネルギーに関連して動作するときに、有利である可能性がある。光学要素の直径に関して、小さい直径は、よりコンパクトで、かつ、製造するのに費用がかからない対物レンズをもたらす。さらに、小さい光学要素の直径は、顕微鏡などの、いくつかの特定の用途で採用されることができる。
【０００７】
こうした設計で望ましい光学特性に基づくと、超高ＮＡと大きな視野は、ＤＵＶ範囲の光エネルギーを使用して試料を検査するときに、改善された能力を提供する可能性がある。たとえば、制限としてではないが、１９３、２１３、２４４、２５７、２６６、３２５、３５５の波長、または、それ以上の可視波長での動作は、いくつかの状況で有益な性能をもたらす場合がある。さらに、小さいサイズとゆるい製造公差は、設計を製造するのが実用的であるようにする。以前の超高ＮＡ設計は、この能力を示さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、周知の撮像系に存在する以前の欠点を克服する、標準的な顕微鏡および顕微鏡用途に関連して使用するためのシステムおよび対物レンズを提供することが有益であろう。さらに、本明細書で述べるマイナスの態様を示す設計と比べて、機能が改善した光学検査系の設計を提供することが有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本設計の一態様によれば、試料を撮像するときに使用するために採用される対物レンズおよび方法が提供される。対物レンズは、少なくとも１つの集束レンズを有するレンズ群と、中間光エネルギーまたは中間画像を受け取り、光エネルギーを試料に当てるように配置されたマンジャンミラー構成または反射屈折群とを備えてもよく、反射屈折群の少なくとも１つの表面は、非球面を有する。
【００１０】
本発明のこれらの利点および他の利点は、本発明の以下の詳細な説明および添付図面から当業者に明らかになるであろう。
【００１１】
本発明は、添付図面の図において、例として示され、制限として示されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本設計によって、顕微鏡および半導体検査などの最新の用途で使用するための、開口数が非常に高く、視野が大きく、サイズが小さく、公差がゆるい、小型の反射屈折対物レンズが提供される。この小型の超高ＮＡ対物レンズは、種々の暗視野および明視野の撮像方式に理想的に適する。本設計は、試料法線から７６°までの角度で光を送出し、収集することが可能である。本設計は、赤外から深紫外の、異なる波長を有する光ビームについて、使用され、最適化されてもよい。たとえば、紫外スペクトルでは、１９３ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２４８ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍなどの波長を有する光ビームは、本明細書に開示される概念を使用して可能になり、調整は、当業者によって達成されるであろう。１１０〜２００ｎｍの波長の場合、その透過特性のために、フッ化物ガラスが採用されてもよい。
【００１３】
本反射屈折光学系は、０．９７までの開口数（ＮＡ）において高品質の撮像性能を提供する。このＮＡ範囲は、非常に大きな入射角で照明し、撮像する能力を示す。空気中の開口数と試料への入射角度との関係は、
ＮＡ＝ｎ*ｓｉｎ（入射角度）
であり、ここで、指数ｎは、空気の場合、１．０００の値を有する。以下の表は、ＮＡと空気中での入射角度との間の関係を要約する。
ＮＡ（空気中）        入射角度（°）
０．９０              ６４
０．９１              ６６
０．９２              ６７
０．９３              ６８
０．９４              ７０
０．９５              ７２
０．９６              ７４
０．９７              ７６
【００１４】
一般に、本設計は、単一ガラス材料から形成されたレンズを備えてもよい。ＵＶ−ＤＵＶ用途では、溶融シリカが、その高い透過特性のために採用される。さらに、溶融シリカはまた、適当な熱安定性を有し、比較的研磨し易い。
【００１５】
本発明は、以前の反射屈折設計と比べて利益を提供するために、反射屈折群において非球面を使用する。当業者に、一般に知られているように、非球面レンズは、球の断面ではなく複合湾曲部を含む。換言すれば、レンズの球表面は、複合湾曲部を形成するために、少し変更される場合があり、結果として、球面収差が減少する。非球面レンズは、一般に、広い視野角を可能にし、歪が比較的低い。以前の小型の広帯域設計は、通常、ＮＡおよび視野サイズが制限される。それは、反射屈折群の正味の屈折力が、集束レンズ群の主軸上の色を補正するために、マイナスにならなければならないからである。本設計は、軸上の色補償についての要求をなくすために、狭帯域光を使用する。狭帯域光の使用は、反射屈折群の屈折部分が、ゼロまたはプラスである正味のパワーを有することを可能にする。同様に、以前の小型の広帯域設計では、視野レンズ群は、横の色を補正するために、反射屈折群から集束レンズ群への光エネルギーを撮像する。本設計によって、同様種類の撮像が、視野レンズ群を使用して起こるが、視野レンズ群は、高次球面収差およびコマ収差などの単色収差を制御するのに代わりに使用されるように設計される。
【００１６】
以前の大型の反射屈折超高ＮＡ設計は、非常に厳しいか、または、制限的であるディセンタ(decenter)公差を有し、製造を難しくする。厳しい公差は、一般に、集束レンズ群における急峻な入射角度によって生じる。以前の設計は、反射屈折群内部で生成される収差を補償するために、高次球面収差およびコマ収差を生成する大きな入射角度を必要とした。本設計では、ディセンタ公差は、反射屈折群の高次収差を減少させることによって集束レンズ群内で減少することができるため、収束群によって対処される必要がない。反射屈折群の高次収差を減少させることは、超高ＮＡ系にとって簡単なことではない。１つだけの屈折要素を有する単純な反射屈折群によっては、本明細書で述べる解決策に類似のどんな解決策も可能にならない。高次球面収差か、高次コマ収差のいずれかについて、良好な結果が得られる可能性があるが、単純な（単一屈折要素の）反射屈折群に関しては、両方が一度に得られない。
【００１７】
本設計は、反射屈折群に非球面を組み込む異なる設計手法を使用することによって、高次球面収差または高次コマ収差に対処する。１つの設計手法は、３要素反射屈折群を使用し、３要素反射屈折群は、球面ミラーと、３重パスで使用されるレンズと、試料またはウェハの近くのマンジャン要素を有する。
【００１８】
図１は、本設計による一参考例を示す。設計は、集束レンズ群１０１および反射屈折群１０３を備える。集束レンズ群１０１は、レンズ１０４〜１０８を含む。中間画像１１４は、集束レンズ群１０１によって形成される。この設計は、中間画像１１４に近接してレンズを設けない。中間画像１１４は、反射屈折群１０３の球面ミラー１０９の頂点に近接して形成される。反射屈折群は、球面ミラー１０９およびマンジャン要素１１０を含む２つの要素を備える。この設計では、マンジャン要素１１０の両面は非球面である。
【００１９】
表１は、図１に示す参考例についてのレンズ処方を提示する。
【００２０】
当業者によって理解されるように、表１の最も左の欄の数字は、図１の左からの表面を計数する表面番号を表す。たとえば、図１に提示される向きのレンズ１０４の左表面（表１の表面２）は、−１４．０００ｍｍの曲率半径、１１．５７９ｍｍの厚さを有し、最も右の表面（表面３）は、−１７．３０４ｍｍの曲率半径を有し、次の表面から０．２ｍｍのところにある。使用される材料は溶融シリカである。
【００２１】
図１に提示される設計では、マンジャン要素１１０の両面は、非球面形状を有する。非球面形状を表すのに、多くの式を使用することができる。式（１）は、表１のレンズ処方についての非球面を表す。
【数１】
0005495555.tif 000002
ここで、ｚは、表面から要素頂点に接する平面までのｓａｇ（レンズ高さ）または距離である。第１表現は、標準的な球面を表し、ここで、ｃは、表面曲率または曲率半径の逆数である。パラメータｒは、０から要素直径の２分の１の範囲であることができる。パラメータｋは円錐定数である。球表面の場合、ｋは０に等しい。非球面項が、式（１）の総和に含まれる。ここで、Ｎは非球面項の数であり、ρは正規化された要素半径（要素直径の２分の１）であり、αは非球面係数を表す。
【００２２】
たとえば、表面１３および１４について、半径および厚さが提供されるが、これらの表面は、実際には非球面であり、上記式（１）に一致することに留意されたい。本明細書で使用されるように、いくつかの表面は、表面に関連する半径および厚さを有するが、こうした非球面は、具体的に識別されるか、または、呼び出され(call out)、本明細書で概説した因子に従って式（１）に一致する。
【００２３】
図１に示す設計の場合、表２は、マンジャンミラー１０３の表面について表面ｓａｇパラメータを挙げる。要素１１０の面１１１は、表１において、表面（複数可）１３、１５、および１７として挙げられる。要素の面は、光が要素と相互作用するたびに、表における１つの表面エントリを有し、光は、要素１１０の面１１１に３回接触する。面１１２は、表１において、表面１４および１８として表される。
【表２】
0005495555.tif 000003
【００２４】
表１および表２に提示される設計では、開口数は、空気中で、ほぼ０．９７に近づくか、または、さらにほぼ０．９７を超える場合がある。図１から、集束レンズ群１０１は、光エネルギーを受け取り、収束された光エネルギーを透過させる能力を有する。反射屈折群またはマンジャンミラー構成１０３は、中間エネルギーを受け取り、制御された光エネルギーを試料１１３に供給する。あるいは、反射経路は、試料で始まり、試料から反射された光は、反射屈折群またはマンジャンミラー構成１０３によって受け取られ、反射光エネルギーを形成し、透過させる。集束レンズ群は、結果得られる光エネルギーを受け取り、結果得られる収束した光エネルギーを透過させる。アパーチャまたはマスクは、対物レンズのＮＡを制限するか、または、修正するために開口絞り１１５に設置されることができる。
【００２５】
そのため、図１、表１、および表２に提示される設計は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が採用されてもよいが、溶融シリカまたは設計内で使用される任意の材料は、対物レンズ設計によってサポートされる波長の範囲にわたって低い吸収を必要とする場合があることが留意される。溶融シリカは、光エネルギー１９０ｎｍから赤外波長全体にわたって比較的高い透過特性を提供する。超高ＮＡ対物レンズが単一材料設計であるため、溶融シリカは、設計が、この波長範囲の任意の中心波長について再最適化されるようにすることができる。たとえば、設計は、１９３、１９８．５、２１３、２４４、２４８、２５７、２６６、３０８、３２５、３５１、３５５、または３６４ｎｍのレーザと共に使用するために最適化することができる。さらに、ガラスまたはレンズ材料として、フッ化カルシウムが採用される場合、１５７ｎｍのエキシマレーザを用いた設計を採用することができる。再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にあってもよい。
【００２６】
図１の設計は、２６６ｎｍ波長で動作し、７４ｍｍの最大要素直径を使用してほぼ３．０ｍｍの視野サイズを有する。この視野サイズは、かなり大きく、性能は、この波長範囲で以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてかなり良好である。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中におけるほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０５４波より小さい多色波面エラーをサポートし、そのレベルは、単一設計の組合せでは以前に達成できなかった。この構成の視野サイズは、光学性能の低下が最小の状態で、システムによって撮像されることができる、試料上のエリアサイズを表す。
【００２７】
非球面１０９および１１１を使用した反射屈折群１０３は、対物レンズが、非常にゆるい公差で上記性能目標を同時に達成するのを可能にする。収束群１０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．１６波である。反射屈折群１０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．３波である。
【００２８】
少なくとも部分的に、反射屈折群において非球面を使用することによって、大きな視野サイズ、ゆるい公差、低い波面エラー、および少ない要素数が可能である。非球面は、球表面によって以前に生じた高次視野収差を低減する。特に、高次コマ収差が、著しく低減される。
【００２９】
任意の光学設計に関して当てはまるように、対物レンズの所望の用途または光学設計に応じて性能特性を改善するために、いくつかのトレードオフが行われる場合がある。たとえば、用途に応じて、上述した性能特性のうちの１つを増強するために、視野サイズ、開口数、および／または、対物レンズサイズを犠牲にすることが可能である。たとえば、低いＮＡまたは高いＮＡについて最適化することが可能である。ＮＡを減少させることは、製造公差および対物レンズの外側直径を減少させることができる。低いＮＡ設計は、大きな視野サイズおよび大きな帯域幅を提供することができる。同じ性能および少ない光学要素を有する低いＮＡ設計も可能である。一般に、視野サイズまたは帯域幅を制限し、また、少し増加した直径の対物レンズ要素を要求することによって、高いＮＡについて最適化することも可能である。
【００３０】
図１の設計は、自己補正型であり、自己補正型は、この文脈では、検査設計仕様を達成するために、対物レンズが、収差を補正する付加的な光学コンポーネントを全く必要としないことを意味する。換言すれば、全体が収差の無い画像を提供するために、付加的な補償無しで、または、対物レンズは、付加的なコンポーネントについての必要性なしで、実質的に完全な画像を提供する。自己補正する能力は、より単純な光学試験計測および他の自己補正撮像光学部品に対する光学アライメントを実現することができる。付加的な撮像光学部品を使用した残留収差のさらなる補正も可能であり、その場合、さらなる補正は、限定はしないが、帯域幅または視野サイズを含む光学仕様を増大させる可能性がある。
【００３１】
図１の要素１１０は、要素の両面が、精密に整列しなければならない非球面を有するため、製造するのに挑戦的である可能性がある。この製造を容易にする１つの方法は、別個の板上に個々に非球面を作ることであり、各板は、ある厚さを有し、両方の板の総合厚さは、要素１１０の厚さに等しい。その後、これらの板は、整列され、光学的に接触されることができる。あるいは、こうして形成された２つの板は、ＵＶエポキシまたは屈折率整合流体を使用して取り付けられてもよい。別のオプションは、板間の空気間隙を設計することであることになるため、板は、どんな方法でも取り付けられる必要がない。
【００３２】
本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、照明および撮像の種々のモードをサポートすることができる。サポートされるモードは、明視野および種々の暗視野の照明および撮像モードを含むことができる。共焦、微分干渉コントラスト、偏光コントラストなどの他のモードが、本設計を使用してサポートされてもよい。
【００３３】
明視野モードは、顕微鏡システムで一般に使用される。明視野照明の利点は、生成される画像の明瞭さである。本明細書で提示されたような対物レンズによって明視野照明を使用することは、光学系の倍率で乗算された物体フィーチャサイズの比較的正確な表現を提供する。本明細書で提示される対物レンズおよび光学コンポーネントは、コンピュータ化された物体検出および分類のための画像比較および処理アルゴリズムと共に容易に使用することができる。明視野モードは、通常、広帯域インコヒーレント光源を使用するが、レーザ照明源を使用し、本明細書に提示される対物レンズ設計を採用することも可能である。
【００３４】
共焦モードは、物体フィーチャの高さの差を分解するための、光学切断に使用されてきた。ほとんどの撮像モードは、フィーチャの高さの変化を検出するのに困難がある。共焦モードは、対象とする各高さにおいて、物体フィーチャの別個の画像を形成する。そのため、画像の比較は、異なるフィーチャの相対的な高さを示す。共焦モードは、本明細書で提示される設計を使用して採用されてもよい。
【００３５】
暗視野モードは、物体上のフィーチャを検出するのに使用されてきた。暗視野モードの利点は、鏡面エリアが、検出器に対して非常にわずかの光を散乱させ、暗画像をもたらすことである。物体から突出する表面フィーチャまたは物体は、検出器に対して光を散乱させる傾向がある。こうして、半導体ウェハに似た物体を検査するとき、暗視野撮像は、暗い背景上の、フィーチャ、粒子、または他のでこぼこの画像を生成する。本設計は、暗視野モード照明と共に採用されてもよい。暗視野モードは、光を散乱する小さなフィーチャに当たることによって、結果として得られる大きな信号を供給する。結果として得られるこの大きな信号は、所与のフィーチャサイズについて大きな画素が採用されることを可能にし、迅速な物体検査を可能にする。暗視野検査中に、反復パターン信号を最小にし、検出信号対雑音比を高めるために、フーリエフィルタリングを使用することもできる。
【００３６】
それぞれが、特定の照明および収集方式を含む、多くの異なる暗視野モードが存在する。照明および収集方式は、対物レンズから収集される散乱光および回折光が、許容可能な信号対雑音比を提供するように選択することができる。いくつかの光学系は、リング暗視野、レーザ指向性暗視野、２重暗視野、および中心暗背景を含む異なる暗視野撮像モードを使用する。これらの暗視野撮像モードはそれぞれ、本設計で採用されてもよい。
【００３７】
７つの別個の要素を有する本設計による第２の参考例が可能である。対物レンズの形態は、図１に提示する対物レンズと同様である。このレンズ処方と、表１および表２のレンズ処方との主要な差は、より小さな２ｍｍ視野サイズについての最適化である。この最適化は、要素の直径および対物レンズの長さの減少、ならびに、光学性能の改善を可能にする。表３は、図１に提示するものと同様形態を有する第２の参考例についてのレンズ処方を提示する。
【００３８】
再び、図１に提示される向きのレンズ１０４の左表面（表３の表面２）は、−９．３２４ｍｍの曲率半径、７．７１１ｍｍの厚さを有し、最も右の表面（表面３）は、−１１．５２４ｍｍの曲率半径を有し、次の表面から０．１３３ｍｍのところにある。使用される材料は溶融シリカである。
【００３９】
表３に提示されるレンズ処方では、要素１１０の面１１１および１１２に相当する表面は、非球面である。この設計についての非球面ｓａｇは、式（１）を使用して記述される。表３のレンズ処方についての非球面ｓａｇパラメータは、表４に挙げられる。
【００４０】
【表４】
0005495555.tif 000004
【００４１】
表３および表４のレンズ処方は、２６６ｎｍ波長で動作し、ほぼ２．０ｍｍの視野サイズを有する。最大要素直径は、４９ｍｍであり、この視野サイズと性能に関して以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてかなり小さい。この対物レンズの小さなサイズは、対物レンズの性能特性の観点から特に有益である。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中でのほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０３５８波より小さい多色波面エラーをサポートし、そのレベルは、単一設計の組合せでは以前に達成できなかった。
【００４２】
非球面を使用した表３および表４に挙げた反射屈折レンズ処方は、対物レンズが、非常にゆるい公差、すなわち、性能を著しく抑制しない製造上のいくつかのわずかの欠陥を用いて上記性能目標を同時に達成することを可能にする。収束群１０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．１５波である。反射屈折群１０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．２９波である。反射屈折群において非球面を使用することによって、大きな視野サイズ、ゆるい公差、低い波面エラー、および少ない要素数が可能である。
【００４３】
そのため、表３および表４に提示されるレンズ処方は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が、図１に提示される設計と同様に採用されてもよい。他の波長についての再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にある。表３および表４に提示されるレンズ処方は、表１および表２に提示されるレンズ処方と同様に自己補正型である。同様に、本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、図１の対物レンズと同様に、種々の照明および撮像モードをサポートすることができる。
【００４４】
７つの別個の要素を有する本設計による第３の参考例が可能である。対物レンズの形態は、図１に提示したものと同様である。このレンズ処方と、表１および表２のレンズ処方との主要な差は、より小さな１ｍｍ視野サイズについての最適化である。この１ｍｍ視野サイズは、要素の直径および対物レンズの長さの減少、ならびに、光学性能の改善を可能にする。表５は、図１に提示する設計と同様形態を有する第３の参考例についてのレンズ処方を提示する。
【表５】
0005495555.tif 000005
【００４５】
表５に提示されるレンズ処方では、要素１１０の面１１１および１１２に相当する表面は、非球面である。この設計についての非球面ｓａｇは、式（１）を使用して記述される。表５のレンズ処方についての非球面ｓａｇパラメータは、表６に挙げられる。
【表６】
0005495555.tif 000006
【００４６】
表５および表６のレンズ処方は、２６６ｎｍ波長で動作し、ほぼ１．０ｍｍの視野サイズを有する。最大要素直径は、２５ｍｍであり、この視野サイズと性能に関して以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてかなり小さい。この対物レンズの小さなサイズは、対物レンズの性能特性の観点から特に有益である。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中でのほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０２６３波より小さい多色波面エラーをサポートし、それは、単一設計の組合せでは以前に達成できなかった。やはり、視野サイズは、光学性能の低下が最小の状態で、システムによって撮像されることができる、試料上のエリアサイズを表す。
【００４７】
非球面を使用した表５および表６に挙げた反射屈折レンズ処方は、対物レンズが、非常にゆるい公差で上記性能目標を同時に達成するのを可能にする。収束群１０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．１６波である。反射屈折群１０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．２７波である。反射屈折群において非球面を使用することによって、大きな視野サイズ、ゆるい公差、低い波面エラー、および少ない要素数が可能である。
【００４８】
そのため、表５および表６に提示されるレンズ処方は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が、図１に提示される設計と同様に採用されてもよい。他の波長についての再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にある。表５および表６に提示されるレンズ処方は、表１および表２に提示されるレンズ処方と同様に自己補正型である。同様に、本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、図１の対物レンズと同様に、種々の照明および撮像モードをサポートすることができる。
【００４９】
７つの別個の要素を有する本設計による第４の参考例が可能である。対物レンズの形態は、図１に提示する対物レンズとやはり同様である。このレンズ処方と、表１および表２のレンズ処方との最初の主要な差は、より小さな２ｍｍ視野サイズについての最適化である。こうした最適化は、要素の直径および対物レンズの長さの減少、ならびに、光学性能の改善を可能にする。さらに、要素１１０の面１１２は、球であり、ミラー要素１０９の表面は、非球面である。この球面／非球面ミラーの組合せは、両者が物理的に別個の要素上にあるため、２つの非球面のアライメントを単純化する可能性がある。表７は、図１に提示するものと同様形態を有する第４の参考例についてのレンズ処方を提示する。
【表７】
0005495555.tif 000007
【００５０】
表７に提示されるレンズ処方では、要素１１０の面１１１およびミラー１０９の反射表面に相当する表面は、非球面であり、一方、面１１２は球である。この設計についての非球面ｓａｇは、やはり式（１）によって記述され、表７のレンズ処方についての非球面ｓａｇパラメータは、表８に挙げられる。
【００５１】
【表８】
0005495555.tif 000008
【００５２】
表７および表８のレンズ処方は、２６６ｎｍ波長で動作し、ほぼ２．０ｍｍの視野サイズを有する。最大要素直径は、４６ｍｍであり、この視野サイズと性能レベルに関して以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてやはりかなり小さい。この対物レンズの小さなサイズは、対物レンズの性能特性の観点から特に有益である。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中でのほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０３５８波より小さい多色波面エラーをサポートし、それは、単一設計の組合せでは以前に達成できなかった。
【００５３】
非球面を使用した表７および表８に挙げた反射屈折レンズ処方は、対物レンズが、非常にゆるい公差で上記性能目標を同時に達成するのを可能にする。収束群１０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．１６波である。反射屈折群１０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．４１波である。反射屈折群において非球面を使用することによって、大きな視野サイズ、ゆるい公差、低い波面エラー、および少ない要素数が可能である。
【００５４】
そのため、表７および表８に提示されるレンズ処方は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が、図１に提示される設計と同様に採用されてもよい。他の波長についての再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にある。表７および表８に提示されるレンズ処方は、表１および表２に提示されるレンズ処方と同様に自己補正型である。同様に、本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、図１の対物レンズと同様に、種々の照明および撮像モードをサポートすることができる。
【００５５】
７つの別個の要素を有する本設計による第５の参考例が可能である。対物レンズの形態は、図１に提示したものとまさに同様である。このレンズ処方と、表１および表２のレンズ処方との主要な差は、性能を改善し、組立て公差を減少させるための非球面の使用である。この対物レンズでは、要素１１０の面１１１および１１２は非球面であり、ミラー要素１０９の表面は非球面である。表９は、図１に提示する設計と同様形態を有する第５の参考例についてのレンズ処方を提示する。
【表９】
0005495555.tif 000009
【００５６】
表９に提示されるレンズ処方では、要素１１０の面１１１および１１２に相当する表面は、非球面である。さらに、ミラー要素１０９の表面は、非球面である。この設計についての非球面ｓａｇは、式（１）を使用して記述される。表９のレンズ処方についての非球面ｓａｇパラメータは、表１０に挙げられる。
【表１０】
0005495555.tif 000010
【００５７】
表９および表１０のレンズ処方は、２６６ｎｍ波長で動作し、ほぼ３．０ｍｍの視野サイズを有する。最大要素直径は、７４ｍｍであり、この視野サイズと性能に関して以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてかなり小さい。この対物レンズの小さなサイズは、対物レンズの性能特性の観点から特に有益である。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中でのほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０４０７波より小さい多色波面エラーをサポートし、そのレベルは、単一設計の組合せでは以前に達成できなかった。この構成の視野サイズは、光学性能の低下が最小の状態で、システムによって撮像されることができる、試料上のエリアサイズを表す。
【００５８】
非球面を使用した表９および表１０に挙げた反射屈折レンズ処方は、対物レンズが、非常にゆるい公差で上記性能目標を同時に達成するのを可能にする。収束群１０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．１５波である。反射屈折群１０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．２８波である。反射屈折群において非球面を使用することによって、大きな視野サイズ、ゆるい公差、低い波面エラー、および少ない要素数が可能である。
【００５９】
そのため、表９および表１０に提示されるレンズ処方は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が、図１に提示される設計と同様に採用されてもよい。他の波長についての再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にある。表９および表１０に提示されるレンズ処方は、表１および表２に提示されるレンズ処方と同様に自己補正型である。同様に、本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、図１の対物レンズと同様に、種々の照明および撮像モードをサポートすることができる。
【００６０】
図２は、本設計による第６の参考例を示す。設計は、集束レンズ群２０１、視野レンズ群２０２、および反射屈折群２０３を備える。集束レンズ群２０１は、レンズ２０４〜２０６を含む。中間画像２１３は、集束レンズ群２０１によって形成される。この設計は、中間画像２１３に近接して視野レンズ２０７を含む。中間画像２１３は、反射屈折群２０３の球面ミラー２０８の頂点に近接して形成される。反射屈折群は、球面ミラー２０８およびマンジャン要素２０９を含む２つの要素を備える。この設計では、マンジャン要素２０９の面２１０および２１１は非球面である。
【００６１】
このレンズ処方と、表１および表２のレンズ処方との主要な差は、３５５ｎｍの波長およびより小さな２．５ｍｍ視野サイズについての最適化である。これは、要素の直径および対物レンズの長さの減少、ならびに、光学性能の改善を可能にする。光学要素の数を７から６へ減らすことも可能である。表１１は、図２に提示する第６の参考例についてのレンズ処方を提示する。
【表１１】
0005495555.tif 000011
【００６２】
表１１に提示されるレンズ処方では、要素２０９の面２１０および２１１に相当する表面は、非球面である。この設計についての非球面ｓａｇは、式（１）を使用して記述することができ、表１１のレンズ処方についての非球面ｓａｇパラメータは、表１２に挙げられる。
【表１２】
0005495555.tif 000012
【００６３】
表１１および表１２に提示される設計では、開口数は、空気中で、ほぼ０．９７に近づくか、または、さらにほぼ０．９７を超える場合がある。図２から、集束レンズ群２０１は、光エネルギーを受け取り、収束された光エネルギーを透過させる能力を有する。視野レンズ群２０２は、中間光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを透過させる能力を有する。反射屈折群またはマンジャンミラー構成２０３は、中間エネルギーを受け取り、制御された光エネルギーを試料２１２に供給する。あるいは、反射経路は、試料で始まり、試料から反射された光は、反射屈折群またはマンジャンミラー構成２０３によって受け取られ、反射光エネルギー２１３を形成し、透過させる。視野レンズ群２０２は、中間光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを再透過させる。集束レンズ群は、結果得られる光エネルギーを受け取り、結果得られる収束した光エネルギーを透過させる。アパーチャまたはマスクは、対物レンズのＮＡを制限するか、または、修正するために開口絞り２１４に設置されることができる。
【００６４】
表１１および表１２のレンズ処方は、３５５ｎｍ波長で動作し、ほぼ２．５ｍｍの視野サイズを有する。最大要素直径は、７５ｍｍであり、やはりこの視野サイズと性能に関して以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてかなり小さい。この対物レンズの小さなサイズは、対物レンズの性能特性の観点から特に有益である。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中でのほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０４３８波より小さい多色波面エラーをサポートし、それは、やはり、単一対物レンズ設計について以前に達成できなかった高い性能レベルである。
【００６５】
非球面を使用した表１１および表１２に挙げた反射屈折レンズ処方は、対物レンズが、非常にゆるい公差で上記性能目標を同時に達成するのを可能にする。収束群２０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．１３波である。視野レンズ群２０２の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍでほぼ０．１８波である。反射屈折群２０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．１８波である。
【００６６】
そのため、表１１および表１２に提示されるレンズ処方は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が、図１に提示される設計と同様に採用されてもよい。他の波長についての再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にある。表１１および表１２に提示されるレンズ処方は、表１および表２に提示されるレンズ処方と同様に自己補正型である。同様に、本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、図１の対物レンズと同様に、種々の照明および撮像モードをサポートすることができる。
【００６７】
図３は、本設計による第７の実施形態を示す。図３の設計は、集束レンズ群３０１、視野レンズ群３０２、および反射屈折群３０３を備える。集束レンズ群３０１は、レンズ３０４〜３０７を含む。中間画像３１４は、集束レンズ群３０１によって形成される。この設計は、中間画像３１４に近接して視野レンズ３０８を含む。中間画像３１４は、反射屈折群３０３の球面ミラー３０９の頂点に近接して形成される。反射屈折群は、球面ミラー３０９およびマンジャン要素３１０を含む２つの要素を備える。この設計では、マンジャン要素３１０の面３１１は非球面である。面３１２は、平坦であり、光エネルギーは、試料３１３に進む。
【００６８】
このレンズ処方と、表１および表２のレンズ処方との主要な差は、より小さな１．０ｍｍ視野サイズについての最適化および単一非球面のみの使用である。この非球面は、要素の直径および対物レンズの長さの減少、ならびに、光学性能の改善を可能にする。一方の面上に単一非球面を、他方の面上に平坦表面を有する要素を使用することは、非球面要素の製造を単純化することができる。表１３は、図３に提示する実施形態についてのレンズ処方を提示する。
【表１３】
0005495555.tif 000013
【００６９】
表１３に提示されるレンズ処方では、要素３１０の面３１１に相当する表面は、非球面である。この設計についての非球面ｓａｇは、式（１）を使用してやはり記述される。表１３のレンズ処方についての非球面ｓａｇパラメータは、表１４に挙げられる。
【表１４】
0005495555.tif 000014
【００７０】
表１３および表１４に提示される設計では、開口数は、空気中で、ほぼ０．９７に近づくか、または、さらにほぼ０．９７を超える場合がある。図３から、集束レンズ群３０１は、光エネルギーを受け取り、収束された光エネルギーを透過させる能力を有する。視野レンズ群３０２は、中間光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを透過させる能力を有する。反射屈折群またはマンジャンミラー構成３０３は、中間エネルギーを受け取り、制御された光エネルギーを試料３１４に供給する。あるいは、反射経路は、試料で始まり、試料から反射された光は、反射屈折群またはマンジャンミラー構成３０３によって受け取られ、反射光エネルギー３１４を形成し、透過させる。視野レンズ群３０２は、中間光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを再透過させる。集束レンズ群は、結果として得られる光エネルギーを受け取り、結果として得られる収束した光エネルギーを透過させる。アパーチャまたはマスクは、対物レンズのＮＡを制限するか、または、修正するために開口絞り３１５に設置されることができる。
【００７１】
表１３および表１４のレンズ処方は、２６６ｎｍ波長で動作し、ほぼ１．０ｍｍの視野サイズを有する。最大要素直径は、３２ｍｍであり、この視野サイズと性能に関して以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてかなり小さい。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中でのほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０５波より小さい多色波面エラーをサポートし、そのレベルは、単一設計の組合せでは以前に達成できなかった。
【００７２】
１つの非球面を使用した表１３および表１４に挙げた反射屈折レンズ処方は、対物レンズが、非常にゆるい公差で上記性能目標を同時に達成するのを可能にする。収束群３０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．４波である。視野レンズ群３０２の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．３波である。反射屈折群３０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、２６６ｎｍで０．２８波である。反射屈折群において１つの非球面を使用することによって、大きな視野サイズ、ゆるい公差、低い波面エラー、および少ない要素数が可能である。
【００７３】
そのため、表１３および表１４に提示されるレンズ処方は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が、図１に提示される設計と同様に採用されてもよい。他の波長についての再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にある。表１３および表１４に提示されるレンズ処方は、表１および表２に提示されるレンズ処方と同様に自己補正型である。同様に、本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、図１の対物レンズと同様に、種々の照明および撮像モードをサポートすることができる。
【００７４】
図４は、８つの別個の要素を使用する、本設計による第７の参考例を示す。設計は、集束レンズ群４０１、視野レンズ群４０２、および反射屈折群４０３を備える。集束レンズ群４０１は、レンズ４０４〜４０７を含む。中間画像４１５は、集束レンズ群４０１によって形成される。設計は、さらに、集束レンズ群４０１と中間画像４１５との間に視野レンズ４０８を含む。中間画像４１５は、反射屈折群４０３の球面ミラー４０９の頂点に近接して形成される。反射屈折群は、球面ミラー４０９、３重パスで使用されるレンズ要素４１０、およびマンジャン要素４１１を含む３つの要素を備える。反射屈折群４０３についての３要素構成は、球面ミラー４０９とマンジャン要素４１１との間にレンズ４１０を設置する。このレンズ４１０は、球面ミラー４０９に対するメニスカス要素として形成される。マンジャン要素４１１の面４１２は非球面であり、一方、面４１３は、球かまたは平坦のままである。
【００７５】
このレンズ処方と、表１および表２のレンズ処方との主要な差は、より小さな０．８ｍｍ視野サイズについての最適化および単一非球面のみの使用である。さらに、メニスカスレンズが、反射屈折キャビティ内に追加されて、非球面の収差補正要求を低減する。これは、要素の直径および対物レンズの長さの減少を可能にし、また、光学性能を改善する可能がある。一方の面上に単一非球面を、他方の面上に平坦表面を有する要素を使用することは、非球面要素の製造をかなり単純化することができる。表１５は、図４に提示する第７の参考例についてのレンズ処方を提示する。
【表１５】
0005495555.tif 000015
【００７６】
表１５に提示されるレンズ処方では、要素４１１の面４１２に相当する表面は、非球面である。この設計についての非球面ｓａｇは、やはり式（１）を使用して記述することができる。表１５のレンズ処方についての非球面ｓａｇパラメータは、表１６に挙げられる。
【表１６】
0005495555.tif 000016
【００７７】
表１５および表１６に提示される設計では、開口数は、空気中で、ほぼ０．９７に近づくか、または、さらにほぼ０．９７を超える場合がある。図４から、集束レンズ群４０１は、光エネルギーを受け取り、収束された光エネルギーを透過させる能力を有する。視野レンズ群４０２は、中間光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを透過させる能力を有する。反射屈折群またはマンジャンミラー構成４０３は、中間エネルギーを受け取り、制御された光エネルギーを試料４１４に供給する。あるいは、反射経路は、試料で始まり、試料から反射された光は、反射屈折群またはマンジャンミラー構成４０３によって受け取られ、反射光エネルギーを透過させ、中間光エネルギーを形成する。視野レンズ群４０２は、中間光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを再透過させる。集束レンズ群は、結果として得られる光エネルギーを受け取り、結果として得られる収束した光エネルギーを透過させる。アパーチャまたはマスクは、対物レンズのＮＡを制限するか、または、修正するために開口絞り（図示せず）に設置されることができる。
【００７８】
表１５および表１６のレンズ処方は、３５５ｎｍ波長で動作し、ほぼ０．８ｍｍの視野サイズを有する。最大要素直径は、３２ｍｍであり、やはりこの視野サイズと性能に関して以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてかなり小さい。この対物レンズの小さなサイズは、対物レンズの性能特性の観点から特に有益である。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中でのほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０３２４波より小さい多色波面エラーをサポートする。
【００７９】
１つの非球面を使用した表１５および表１６に挙げた反射屈折レンズ処方は、対物レンズが、非常にゆるい公差で上記性能目標を同時に達成するのを可能にする。収束群４０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．２９波である。視野レンズ群４０２の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．１５波である。反射屈折群４０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．３３波である。反射屈折群において１つの非球面を使用することによって、大きな視野サイズ、ゆるい公差、低い波面エラー、および少ない要素数が可能である。
【００８０】
そのため、表１５および表１６に提示されるレンズ処方は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が、図１に提示される設計と同様に採用されてもよい。他の波長についての再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にある。表１５および表１６に提示されるレンズ処方は、表１および表２に提示されるレンズ処方と同様に自己補正型である。同様に、本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、図１の対物レンズと同様に、種々の照明および撮像モードをサポートすることができる。
【００８１】
図５は、８つの別個の要素を使用する、本設計による第８の参考例を示す。設計は、集束レンズ群５０１、視野レンズ群５０２、および反射屈折群５０３を備える。集束レンズ群５０１は、レンズ５０４〜５０７を含む。中間画像５１５は、集束レンズ群５０１によって形成される。設計は、さらに、集束レンズ群５０１と中間画像５１５との間に視野レンズ５０８を含む。中間画像５１５は、反射屈折群５０３の球面ミラー５０９の頂点に近接して形成される。反射屈折群は、球面ミラー５０９、３重パスで使用されるレンズ要素５１０、およびマンジャン要素５１１を含む３つの要素を備える。反射屈折群５０３についての３要素構成は、球面ミラー５０９とマンジャン要素５１１との間にレンズ５１０を設置する。このレンズは、平面要素または標準的に平行平面要素として形成される。マンジャン要素５１１の面５１２は非球面であり、一方、面５１３は、球かまたは平坦のままである。
【００８２】
このレンズ処方と、表１および表２のレンズ処方との主要な差は、より小さな０．８ｍｍ視野サイズについての最適化および単一非球面のみの使用である。さらに、平面要素またはほぼ平行平面の要素が、反射屈折キャビティ内に追加されて、非球面の収差補正要求を低減する。この平面要素またはほぼ平行平面の要素は、要素の直径および対物レンズの長さ、ならびに、光学性能の改善を可能にする。一方の面上に単一非球面を、他方の面上に平坦表面を有する要素を使用することは、非球面要素の製造を単純化することになる。表１７は、図５に提示する第８の参考例についてのレンズ処方を提示する。
【表１７】
0005495555.tif 000017
【００８３】
表１７に提示されるレンズ処方では、要素５１１の面５１２に相当する表面は、非球面である。この設計についての非球面ｓａｇは、式（１）を使用して記述される。表１７のレンズ処方についての非球面ｓａｇパラメータは、表１８に挙げられる。
【表１８】
0005495555.tif 000018
【００８４】
表１７および表１８に提示される設計では、開口数は、空気中で、ほぼ０．９７に近づくか、または、さらにほぼ０．９７を超える場合がある。図５から、集束レンズ群５０１は、光エネルギーを受け取り、収束された光エネルギーを透過させる能力を有する。視野レンズ群５０２は、中間光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを透過させる能力を有する。反射屈折群またはマンジャンミラー構成５０３は、中間エネルギーを受け取り、制御された光エネルギーを試料５１４に供給する。あるいは、反射経路は、試料で始まり、試料から反射された光は、反射屈折群またはマンジャンミラー構成５０３によって受け取られ、５１４から反射光エネルギーを透過させ、中間光エネルギーを形成する。視野レンズ群５０２は、中間光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを再透過させる。集束レンズ群は、結果として得られる光エネルギーを受け取り、結果として得られる収束した光エネルギーを透過させる。アパーチャまたはマスクは、対物レンズのＮＡを制限するか、または、修正するために開口絞り（図示せず）に設置されることができる。
【００８５】
表１７および表１８のレンズ処方は、３５５ｎｍ波長で動作し、ほぼ０．８ｍｍの視野サイズを有する。最大要素直径は、３２ｍｍであり、やはりこの視野サイズと性能に関して以前に採用された多くの対物レンズ設計に比べてかなり小さい。この対物レンズの小さなサイズは、対物レンズの性能特性の観点から特に有益である。この超高ＮＡ対物レンズは、空気中でのほぼ０．９７の開口数およびほぼ０．０３２７波より小さい多色波面エラーをサポートする。
【００８６】
１つの非球面を使用した表１７および表１８に挙げた反射屈折レンズ処方は、対物レンズが、非常にゆるい公差で所望の性能目標を同時に達成するのを可能にする。収束群５０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．２８波である。反射屈折群５０２についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．２波である。収束群５０１の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．２８波である。視野レンズ群５０２の１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．２波である。反射屈折群５０３についての１０ミクロン要素ディセンタに対する最も高い感度は、補償無しで、３５５ｎｍで０．１９波である。
【００８７】
そのため、表１７および表１８に提示されるレンズ処方は、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。他の材料が、図１に提示される設計と同様に採用されてもよい。他の波長についての再最適化は、コンポーネントの少しの調節または変更を必要とし、一般に、当業者の能力の範囲内にある。表１７および表１８に提示されるレンズ処方は、表１および表２に提示されるレンズ処方と同様に自己補正型である。同様に、本明細書で提示される超高ＮＡ対物レンズ設計は、図１の対物レンズと同様に、種々の照明および撮像モードをサポートすることができる。
【００８８】
本システム設計は、限定はしないが、リソグラフィ、顕微鏡、生物学的検査、医療研究などを含む、種々の環境で採用されてもよい。
【００８９】
本明細書で提示される設計および示される特定の態様は、制限することを意味するのではなく、本発明の教示および利益、すなわち、異なる材料で形成された視野レンズ、高ＮＡを有する設計をおそらく使用した、スペクトル帯域幅能力が増大した小型の設計を依然として組み込みながら、代替のコンポーネントを含んでもよい。本発明は、本発明の特定の実施形態に関連して述べられたが、本発明は、さらなる変更が可能であることが理解されるであろう。本出願は、本発明の原理に一般的に従い、また、本発明が関連する技術内の周知でかつ通常のやり方の中に入るような、本開示からの逸脱を含む、本発明のいかなる変形、使用、または適応も網羅することを意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】集束レンズ群および反射屈折群を備え、集束レンズ群が複数のレンズを含む、非球面対物レンズの図である。
【図２】３５５ｎｍの波長および小さな２．５ｍｍ視野サイズについて全体が最適化された非球面対物レンズ設計を示す図である。
【図３】単一非球面を使用した、小さな１．０ｍｍ視野サイズについて全体が最適化された非球面対物レンズ設計を示す図である。
【図４】単一非球面を使用した、小さな０．８ｍｍ視野サイズについて全体が最適化された非球面対物レンズ設計を示す図である。
【図５】非球面の収差補正要求を低減するために、反射屈折キャビティ内でほぼ平行平面の要素を使用した非球面対物レンズ設計を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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