(57)【要約】【課題】使用可能スペクトル域が広い標本イメージング用の対物系及び標本をイメージングする方法を提供する。【解決手段】本対物系は、光エネルギを捉えて中間像を形成する合焦レンズを少なくとも１個含むレンズ群、中間像を捉えて中間光エネルギを出射するようその向きが設定された少なくとも１個の像面レンズ、並びに中間光エネルギを捉え標本に光エネルギを供給するよう配置されたマンジャンミラー列を、備える。本対物系によれば、例えば、使用可能スペクトル域を最大で約１９３〜２６６ｎｍまで拡げることができ、開口率を０．９超にすることができる。各素子の直径が１００ｍｍ未満であるので標準的な顕微鏡に装着できる。像面レンズは１個でも複数個でもよく、例えば本対物系内のレンズのうち他の少なくとも１個を形成する素材と異なる素材によって形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギを捉えて合焦光エネルギをもたらし中間像を形成する合焦レンズを少なくとも１個含むレンズ群と、
中間像を捉えて中間光エネルギを出射するようその向きが設定された少なくとも１個の像面レンズと、
像面レンズからの中間光エネルギを捉えて制御光エネルギをもたらすよう配置されたマンジャンミラー列と、
を備え、
像面レンズのうち少なくとも１個を形成する素材が本対物系内のレンズのうち他の少なくとも１個を形成する素材と異なり、
使用可能スペクトル域が広い標本イメージング用の対物系。
【請求項２】
請求項１記載の対物系であって、未補正使用可能スペクトル域が少なくとも２１２〜２６６ｎｍの領域に亘る対物系。
【請求項３】
請求項１記載の対物系であって、その像面位置における多色シュトレール比が約０．９超である対物系。
【請求項４】
請求項１記載の対物系であって、そのマンジャンミラー列が、マンジャンレンズ／ミラー素子に更に他のレンズを随伴させた構成を有する対物系。
【請求項５】
請求項１記載の対物系であって、その像面レンズのうち少なくとも１個が弗化カルシウムによって、他のレンズのうち少なくとも１個が熔融シリカによって、それぞれ形成された対物系。
【請求項６】
請求項５記載の対物系であって、像面レンズのうち少なくとも１個に加え、他のレンズのうち少なくとも１個が弗化カルシウムによって形成された対物系。
【請求項７】
請求項１記載の対物系であって、その像面レンズのうち少なくとも１個が中間像とマンジャンミラー列の間に配置された対物系。
【請求項８】
請求項１記載の対物系であって、標本に射突した光エネルギのうち少なくとも一部が標本から戻り、マンジャンミラー列、像面レンズのうち少なくとも１個、並びにレンズ群のうち少なくとも一部を通り抜ける対物系。
【請求項９】
請求項２記載の対物系であって、その使用可能スペクトル域が少なくとも１９３〜２６６ｎｍの領域に亘る対物系。
【請求項１０】
光エネルギを捉えて中間像に変換する複数個のレンズと、
中間像を捉えて像面結像光エネルギをもたらす少なくとも１個の像面レンズと、
像面結像光エネルギを捉え標本にカタジオプトリックエネルギを供給するカタジオプトリック群と、
を備え、使用可能スペクトル域が広い標本イメージング用の対物系。
【請求項１１】
請求項１０記載の対物系であって、その使用可能スペクトル域が少なくとも１９３〜２６６ｎｍの領域に亘る対物系。
【請求項１２】
請求項１０記載の対物系であって、その像面位置における多色シュトレール比が約０．９超である対物系。
【請求項１３】
請求項１０記載の対物系であって、そのカタジオプトリック群が、マンジャンレンズ／ミラー素子に更に他のレンズを随伴させた構成を有する対物系。
【請求項１４】
請求項１０記載の対物系であって、その像面レンズのうち少なくとも１個が弗化カルシウムによって、他のレンズのうち少なくとも１個が熔融シリカによって、それぞれ形成された対物系。
【請求項１５】
請求項１４記載の対物系であって、像面レンズのうち少なくとも１個に加え、他のレンズのうち少なくとも１個が弗化カルシウムによって形成された対物系。
【請求項１６】
請求項１０記載の対物系であって、その像面レンズのうち少なくとも１個が中間像とカタジオプトリック群の間に配置された対物系。
【請求項１７】
請求項１０記載の対物系であって、標本に射突した光エネルギのうち少なくとも一部が標本から戻り、カタジオプトリック群、並びに上記複数個のレンズのうち少なくとも１個を通り抜ける対物系。
【請求項１８】
請求項１１記載の対物系であって、その使用可能スペクトル域が少なくとも１９３〜２６６ｎｍの領域に亘る対物系。
【請求項１９】
標本をイメージングする方法であって、
光エネルギを捉えるステップと、
その光エネルギを中間像に変換するステップと、
少なくとも１個の像面レンズを用いその中間像から像面結像光エネルギを生成するステップと、
マンジャンレンズ／ミラー素子を用いてその像面結像光エネルギをカタジオプトリックエネルギに変換し更にそのカタジオプトリックエネルギを標本に供給するステップと、
を有する方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、上記各ステップの実行によって少なくとも１９３〜２６６ｎｍの領域に亘る使用可能スペクトル域を得る方法。
【請求項２１】
請求項１９記載の方法であって、上記各ステップの実行によって像面位置にて約０．９超の多色シュトレール比を得る方法。
【請求項２２】
請求項２０記載の方法であって、上記各ステップの実行によって少なくとも１９３〜２６６ｎｍの領域に亘る使用可能スペクトル域を得る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、「高性能カタジオプトリック結像系」（High Performance Catadioptric Imaging System）と題する２００３年５月７日付け米国特許出願第１０／４３４３７４号（発明者：David G. Shafer, et al.）の一部継続出願である。また、米国特許出願第１０／４３４３７４号は、「高性能低コストカタジオプトリック結像系」（High Performance, Low Cost Catadioptric Imaging System）と題する２００３年２月２１日付けの米国暫定特許出願第６０／４４９３２６号に基づく利益を享受する出願である。
【０００２】
本発明は、大まかには光学イメージングの分野に関し、より詳細には、顕微鏡イメージング、検査、リソグラフィ等の用途に使用されるカタジオプトリック（catadioptric）光学系に関する。
【背景技術】
【０００３】
標本表面にある特徴物を検査できまたそれをイメージングできる光学系は数多くある。例えば、半導体ウエハやフォトマスクの欠陥を検査する際や、スライド上の生体標本を調べる際には、そうした能力を有する光学系が使用される。顕微鏡もまた、様々な場面でイメージングに使用される。顕微鏡が使用されるのは、例えば生物、計測、半導体検査等、仔細な検査が必要で微小領域乃至微小特徴物の高解像度画像が求められる分野である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それらの結像系のうち今日入手できるものとしては、例えば本願出願人を特許権者とする各種特許に記載されているものや、本願出願人を出願人とする各種特許出願に記載されているものがある。後者に係る特許出願の一例である米国特許出願第１０／４３４３７４号には、有益な光学的特性を備え、全体として概ね良好な性能を呈するた小型カタジオプトリック対物系が記載されている。特に、この対物系では、そのＮＡ（numerical aperture;開口率／数値開口）を高くすることができ、深紫外（deep ultra violet;ＤＵＶ）域で広い使用可能スペクトル域を得ることができる。ただ、深紫外域で性能を発揮させるには、際立って困難な色補正（color correction）が必要になる。
【０００５】
ここに、先に掲げた検査分野で使用するには、結像系の使用可能スペクトル域（spectral bandwidth）が広い方が有利である。ここでいう使用可能スペクトル域とは、大まかには、その装置で使用することができる光の波長域のことである。例えばある結像系にて成功裡且つ効率的に使用できる光の波長域が２６６〜８００ｎｍであれば、その結像系の使用可能スペクトル域は２６６〜８００ｎｍである。また、結像系の使用可能スペクトル域は、一般に、短い波長で使用される結像系程短い。例えば２１２ｎｍで使用できる結像系の使用可能スペクトル域は、２６６〜８００ｎｍを使用可能スペクトル域とする結像系のそれに比べ狭くなることが多い。そのため、従来、先に掲げたハイエンドな用途で使用できるのは、使用可能スペクトル域が狭い装置だけであった。
【０００６】
この種の装置に対してどのような光学特性が望まれているかというと、紫外光域における使用可能スペクトル域が広く、従って標本に対する光学的検査能力が秀でていることである。例えば、この種の装置を１９３〜２６７ｎｍ或いはこれより広いスペクトル域で動作させることができれば、場合にもよるが性能上有益であるといえる。しかしながら、従来技術ではそうした性能を実現することができなかった。
【０００７】
従って、標準的な顕微鏡及び顕微鏡利用装置と併用でき、従来の結像系に内在していた前述の欠点が克服された結像系及び対物系を実現することや、本願記載の欠点を抱えた装置と比べ機能的に優れた光学検査用結像系を提供することが、有益であるといえよう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は使用可能スペクトル域が広い標本イメージング用の対物系であり、また他の実施形態は標本をイメージングする方法である。本発明の一実施形態に係る対物系は、合焦レンズ（focusing lens）を少なくとも１個含むレンズ群（lens group）と、少なくとも１個の像面レンズ（field lens）と、中間光エネルギを捉え標本に光エネルギを供給するよう配置されたマンジャンミラー列（Mangin mirror arrangement）乃至カタジオプトリック群（catadioptric group）と、を備える。本対物系によれば、例えば、約１９３〜２６６ｎｍの範囲を占める広い使用可能スペクトル域や０．９超に達する高いＮＡを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】そのＮＡが０．９で使用可能スペクトル域がやや狭く且つその像面サイズが約０．１５０ｍｍである従来の９素子小型カタジオプトリック対物系の構成を示す図である。
【図２】一種類のガラス素材によって形成されておりその使用可能スペクトル域が約２１２〜２６７ｎｍの実施形態を示す図である。
【図３】弗化カルシウム製像面レンズを備え他のレンズが熔融シリカによって形成されておりその使用可能スペクトル域が約２１２〜２６７ｎｍの実施形態を示す図である。
【図４】弗化カルシウム製像面レンズ及び弗化カルシウム製第１レンズ（フロントレンズ）を備え他のレンズが熔融シリカによって形成されておりその使用可能スペクトル域が約１９３〜２６６ｎｍの実施形態を示す図である。
【図５】弗化カルシウム製像面レンズ及び弗化カルシウム製第１レンズ（フロントレンズ）を備え他のレンズが熔融シリカによって形成されておりその使用可能スペクトル域が約１９３〜２６６ｎｍの実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、別紙図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。本件技術分野における習熟者（いわゆる当業者）であれば、以下の説明を参照することによって、上述のものもそれ以外のものも含め本発明の利点を理解できるであろう。また、図示した構成は本発明の実施形態を説明するための例に過ぎず、本発明の要旨を限定する趣旨のものではない。
【００１１】
本発明の各実施形態に係る対物系はカタジオプトリック群を用いた対物系即ちカタジオプトリック対物系であり、従来より広い使用可能スペクトル域が得られるものである。従って、本対物系は顕微鏡検査や半導体ウエハ検査等の先進分野でも好適に使用することができる。本対物系を構成する複数個のレンズは、一種類のガラス素材によって形成することもできるが、そのうちの像面レンズや場合によっては第１レンズ（フロントレンズ）を、他のレンズとは別のガラス素材によって形成することもできる。像面レンズの使用個数は１個でも複数個でもよいが、大まかにはカタジオプトリック群又はそのマンジャンレンズ／ミラー素子の方向を向くよう配置するとよく、特に中間像形成位置から離れた位置に配置するとよい。
【００１２】
従前の構成
図１に従来型対物系の一例構成を示す。この図に示すカタジオプトリック対物系は紫外（ultra violet;ＵＶ）域内広スペクトル域イメージング用に特化されたものであり、その使用可能スペクトル域は約０．２８５〜０．３２０μｍという波長領域を占めている。この対物系のＮＡは比較的高くまた物体側像面も比較的広い。また、この図の装置は、シュップマン（Schupmann）原理をオフナ（Offner）型像面レンズと組み合わせることによって、軸方向色収差及び一次横方向色収差が補正されるよう構成されている。また、この図から読み取れるように、像面レンズ１０５が中間像１０６形成位置から僅かにずれた位置に配置されており、これによって性能向上が図られている。
【００１３】
図中のカタジオプトリック群１０１即ちマンジャンミラー列内には、何れも反射被覆付レンズ素子であるマンジャンレンズ／ミラー素子１０２及び凹球面反射器１０３が設けられている。これら、カタジオプトリック群１０１内のマンジャンレンズ／ミラー素子１０２及び凹球面反射器１０３の中央には、共通して、反射素材のない部位即ち光学的開口が形成されている。従って、図示しない物体乃至標本１００から光が到来すると、その光は、マンジャンレンズ／ミラー素子１０２を通り抜けた後凹球面反射器１０３の第２面即ち内側の面１２０によって反射され、更にマンジャンレンズ／ミラー素子１０２の反射面によって反射され凹球面反射器１０３を通り抜けるに至る。この光は凹球面反射器１０３と像面レンズ群１０４の間に中間像１０６を形成する。像面レンズ群１０４を構成する像面レンズの個数は１個でも複数個でもよいが、この図の例では１個としている。
【００１４】
また、合焦レンズ群１０７は複数個のレンズ素子（この図の例では６個のレンズ素子１０８、１０９、１１０、１１１、１１２及び１１３）を含んでおり、それらは何れも同一種類の素材によって形成されている。これは、像面レンズ群１０４乃至中間像１０６から好適に集光するためである。
【００１５】
表１に、図１に示した構成用のレンズ処方を示す。
【表１】
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【００１６】
いわゆる当業者であれば理解できるように、表１の最左列には、図１中の左側から数えた各面の順番、即ち面番号が記されている。例えば、同図中のレンズ１１３の左面は表１中で面３と、右面は面４と、それぞれ表されている。面３の曲率半径は５３．５１８７８ｍｍ、直径は９．３７６１６１ｍｍであり、面４の曲率半径は−１８．１７３４３ｍｍ、直径は９．２３４８５７ｍｍである。更に、レンズ１１３の厚みは２ｍｍ、右面と隣のレンズの表面との間隔は０．９７６１７７ｍｍ、そして使用されているガラス素材は熔融シリカ（fused silica）である。
【００１７】
こうした構成においては、ＮＡは約０．９０或いは更に高い値になり得、どのような場合でも最大ＮＡは０．６５超になろう。
【００１８】
機能的にいうと、図中の合焦レンズ群１０７は光エネルギを捉えて合焦光エネルギを送出し、像面レンズ群１０４は合焦光エネルギを捉え中間光エネルギを出射して中間像１０６を形成し、カタジオプトリック群たるマンジャンミラー列１０１は中間光エネルギを捉え標本に制御光エネルギを出射する。また、標本からの反射経路に沿っていえば、カタジオプトリック群たるマンジャンミラー列１０１は標本からの反射光を捉えて反射光エネルギを形成送出し、像面レンズ群１０４は反射光エネルギを捉えて最終光エネルギを送出し、合焦レンズ群１０７は最終光エネルギを捉えて合焦最終光エネルギを送出する。
【００１９】
また、図１中の各部材を構成するガラス素材としては、表１によれば熔融シリカだけが用いられている。勿論熔融シリカ以外のガラス素材によって図１の構成を実現することもできるが、熔融シリカであれ何であれ、この構成では、１９０ｎｍから赤外波長に至る広い波長域に亘り光吸収率を低く抑えうる素材が必要であることに、注意が必要である。その点、熔融シリカならば、再調整（re-optimization）によって中心波長を変化させ、この波長域内のどの波長にもその中心波長を合わせることができる。なお、再調整は構成部材のチューニング或いは交換によって行う。
【００２０】
更に、図１及び表１に示した装置は、例えば１９３、１９８．５、２１３、２４４、２４８、２５７、２６６、３０８、３２５、３５１、３５５、３６４ｎｍ等の波長で発振するレーザ用の装置としても、また１９２〜１９４、２１０〜２１６、２３０〜２５４、２８５〜３２０、３６５〜５４６ｎｍ等のスペクトル域で発光するランプ用の装置としても、構成することができる。加えて、レンズ用ガラス素材として弗化カルシウム（calcium fluoride）を用いた場合は、１５７ｎｍで発振するエキシマレーザや１５７ｎｍ或いは１７７ｎｍで発光するエキシマランプと併用できるよう、装置を構成することができる。
【００２１】
表１に記されているように、この対物系の直径は２５ｍｍであり、同じ波長域で以前から用いられている対物系に比べかなり小さい。そのため、本対物系は、そのフランジ対物間隔が４５ｍｍである標準的な顕微鏡のタレットに、装着することができる。また、本対物系においては、約０．９０のＮＡ、約０．４ｍｍの像面サイズ、約０．０３８波長の多色波面収差（polychromatic wavefront error）を実現できる。
【００２２】
とりわけ、図１に示した構成においては、使用可能スペクトル域（補正値）が約２８５〜３１３ｎｍ、即ちその全幅が約２８ｎｍ程にも拡がる。使用可能スペクトル域を更に拡張することは結像系性能を向上させる上で有意義なことであり、それはある種の用途で有用なことである。
【００２３】
スペクトル域を拡げた構成
ここに、図１に示した装置においては、使用するガラス素材を一種類に限っていた。即ち、紫外−深紫外域における光透過率が高いことを理由に、熔融シリカを用いていた。熔融シリカには、熱的安定性が割合によい、研磨が割合に容易である等の利点もある。
【００２４】
しかしながら、紫外−深紫外域での使用可能スペクトル域拡張には、熔融シリカよりも光透過率が高く光分散率が低い弗化カルシウムを用いた方がよい。そして、弗化カルシウムと熔融シリカをうまく組み合わせて用いれば、単色収差（monochromatic aberration）及び色収差（chromatic aberration）を共に好適に制御し、それによって良好な性能が得られる使用可能スペクトル域を可能な限り拡げることができる。
【００２５】
また、色収差については、軸方向色収差（axial chromatic aberration）と横方向色収差（lateral chromatic aberration）をうまくバランスさせる必要がある。これは、カタジオプトリック対物系の性能を像面全体に亘り良好なものに保つためである。しかし、短波長領域で広い使用可能スペクトル域を得るには、軸方向色収差補正に多くの色補正資源を割り当て色収差補正量を増さねばならない。仮に多くの色補正資源を軸方向色収差補正に割り当てたとすると、バランスが崩れて最終的な像面サイズが狭くなってしまうであろうし、さりとて像面サイズを固定してしまうと、使用可能スペクトル域拡張及び収差補正可能限界の短波長化はおぼつかなくなる。
【００２６】
このスペクトル域拡張に際し注意すべきこととしては、軸方向色収差及び横方向色収差、特に近軸（paraxial）レベルでの収差をどのように補正するかという点がある。近軸レベル収差は像面や開口に対してはほとんど影響を及ぼさないが、波長に対しては大きな変動をもたらすことがある。同様に、球面収差（spherical aberration）、コマ収差（coma）、非点収差（astigmatism）、像面湾曲収差（field curvature）、歪曲収差（distortion）等の単色収差による低次色変化（low-order chromatic variation）により発生する収差もかなり重要であり、この収差は開口及び像面サイズに対して非線形な影響を及ぼすのが普通である。
【００２７】
これらの収差は、小型カタジオプトリック対物系ならば共に好適に制御できる。それには、ガラス素材としてシリカだけを用いればよい。例えば近軸レベルの軸方向色収差及び横方向色収差は、シュップマン原理を適用し且つオフナ型像面レンズを使用することによって、補正することができる。
【００２８】
この収差補正理論を理解するには、装置構成を非常に単純化して考えればよい。即ち、（１）単体の正曲率合焦レンズ、（２）中間像形成位置に配置された像面レンズ及び（３）マンジャンレンズ／ミラー素子からなる構成を、像面レンズを形成しているガラスの光分散率が０であると仮定して調べればよい。もし仮に、これらの光学素子の厚みが何れも０で、しかも像面レンズの位置が正確に中間像形成位置であるのなら、正曲率合焦レンズが像面レンズによってマンジャンレンズ／ミラー素子上に結像される際、その波長を問わず強力に、収差が補正されることとなる。オフナ型像面レンズによるレンズ収差補正は、このような収差補正理論に基づくものである。
【００２９】
しかしながら、実際の光学素子の厚みは有限且つ非ゼロである。合焦レンズ及びマンジャンレンズ／ミラー素子に厚みを与えても上述の収差補正理論は大した影響を受けないが、像面レンズに厚みを与えると結像系全体の性能にかなり重要な影響が生じることがある。即ち、像面レンズの厚みが有限且つ非ゼロであり像面レンズによって光分散が生じるとすると、像面レンズによる正曲率合焦レンズ及びマンジャンレンズ／ミラー素子の結像形態に影響が現れる。この作用、即ち像面レンズの厚みや像面レンズにおける光分散と結像機能との連関に対処するには、例えば、像面レンズを中間像形成位置からやや離して配置することによって、像面レンズにおける光分散が補償されるようにすればよい。或いは、その対物系を構成するガラスを、光分散率がやや低い素材にしてもよい。３５０ｎｍより短い波長にて専ら使用されるガラス素材は弗化カルシウム及び熔融シリカであるが、それらのなかでは弗化カルシウムの方が光分散率が低いので、熔融シリカよりも弗化カルシウムを用いた方が好適に色補正できる可能性がある。これらの手法、即ち像面レンズを中間像形成位置から離して配置する手法と、光分散率が比較的低いガラス素材を用いる手法は、共に、採用に値する手法である。
【００３０】
中間像に対する像面レンズの動かし方には、色補正によい影響を及ぼす動かし方と、悪い影響を及ぼす動かし方とがある。即ち、観察により判明したところによれば、像面レンズをドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子から離れる方向に動かすのではなく同素子に近づく方向に動かした方が、収差が小さくなる。しかしながら、像面レンズをドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子の近くに配置した場合、中間像を挟んで逆側に配置した場合とはまた異なった高次軸方向色波長変動（higher-order axial color wavelength variation）及び高次横方向色波長変動（higher-order lateral color wavelength variation）が現れる傾向がある。また、光はマンジャンレンズ／ミラー素子を３回も過ぎるので同素子においても収差が発生しうる。即ち、中間像近傍から入来する小径ビーム光線はまず中央部を通ってマンジャンレンズ／ミラー素子を過ぎり（第１回通過）、次いでより広径のビーム即ち全開口ビームとなって同素子内を通過する（第２回及び第３回通過）のであるが、同素子表面の曲率半径は第２回通過時及び第３回通過時における収差発生を抑えることを狙って算定されていることが多く、従って第１回通過時発生収差についてはその曲率半径では好適に抑えられないのが普通である。このような曲率半径設定では、球面収差及びコマ収差による色変化を悪化させがちである。なお、マンジャンレンズ／ミラー素子が中間像形成位置に必然的に発生させる軸方向色収差はかなりの規模であり、合焦レンズ群の軸方向色収差がもとになっている軸方向色収差を打ち消す方向に作用することがある。
【００３１】
また、マンジャンレンズ／ミラー素子に入射するビームのサイズは、非常に広いスペクトル域で見ると波長によって幾分変化する傾向にある。波長によるビームサイズ変化は波長による球面収差の変化をもたらすので、対策する必要がある。その対策方法としては、第１に、マンジャンレンズ／ミラー素子の中央に孔を設け、同素子内第１回通過時に光が空気中を通るようにする、という方法がある。この策を採った場合、その光はマンジャンレンズ／ミラー素子の外側表面や内側表面にぶつかることも、またそれらの面の曲率半径の影響を受けることもなしに、同素子内を通り抜けることとなる。ただ、この策を採ると大きめの中央暗部（obscuration）が生じやすく、そのためこの策を採ることができない用途も多いであろう。第２の対策方法としては、マンジャンレンズ／ミラー素子の外側表面の頂点近傍に比較的小型のレンズを配置することによって同面の曲率半径の影響を部分的に補償し、それによって収差を大きく削減する、という策がある。第３の対策方法としては、光源から遠く且つ標本に近くなるよう、従ってマンジャンレンズ／ミラー素子により近くなるよう、中間像形成位置より後段に像面レンズを配置する、という策がある。像面レンズを中間像形成位置から離して配置した場合、前述の通り像面レンズ素子による光分散も補償されやすくなる。また、像面レンズ各面の曲率半径を適宜設定すれば、光の第１回通過時にマンジャンレンズ／ミラー素子にて生じる収差による色変化を部分的に補償することができる。また、仮に像面レンズを中間像を挟んで逆側に即ちよりドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子から遠くに配置したとすると、像面レンズが同素子から遠すぎて、うまく収差補正することができなくなる。
【００３２】
更に、小型カタジオプトリック対物系の像面サイズは像面の周縁部に現れる収差によって制限されるものである。即ち、像面の中央部に現れ補償の対象となる収差、例えば軸方向色収差、球面収差、球面収差による色変化等の他に、像面の周縁部にも対策が必要な収差が現れうる。但し、球面収差による色変化、コマ収差及び非点収差は、傾向として像面の周縁部の特性に支障をもたらすものではないので、前面側の２個のレンズの曲率半径、間隔及び厚みによって補正すればよい。
【００３３】
性能劣化をもたらすのはむしろ横方向色収差である。横方向色収差は像面レンズによって部分的に補正できるものの、像面レンズによる補正後に幾分かの軸方向色収差が残ると、その装置で実現できる像面サイズがその残留横方向色収差によって制限されてしまうこととなりうる。
【００３４】
この残留横方向色収差を減らすには、例えば、合焦レンズ群を構成するレンズのうち平行光領域近くに存する１個を熔融シリカではなく弗化カルシウムによって形成すればよい。また、最後段のレンズ即ちマンジャンレンズ／ミラー素子に最も近いレンズを弗化カルシウムによって形成することにより、収差による色変化を補正することができる。なお、この素材変更によって残留軸方向色収差が発生する可能性があるが発生したとしても僅かであり、残留横方向色収差を大きく減らせることからすれば、残留軸方向色収差が性能に及ぼす影響は無視して差し支えない。
【００３５】
こうして小型カタジオプトリック対物系の像面レンズ及び最後段レンズのガラス素材を光分散がより少ない素材に変えることによって、より広いスペクトル域に亘り良好な性能の対物系を得ることや、従前同様の使用可能スペクトル域を保ちながら像面をより広くすることが可能になる。
【００３６】
このように使用可能スペクトル域を拡げまた像面サイズを大きくした装置は、例えば７個の素子を用いて実現することができる。また、ドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子における収差補正への助力として、像面レンズと同素子の間にまた別のレンズ、例えば肉薄の負曲率素子を追加してもよい。像面レンズの曲率半径及び厚みは、例えば、前述したマンジャンレンズ／ミラー素子内第１回通過の効果如何によらず、横方向色収差が相対的に小さくなるよう設定することができる。像面レンズの曲率半径及び厚みの設定値次第では、その結像系における残留横方向色収差の総量を更に減らすことができる。また、そのマンジャンレンズ／ミラー素子付近に負曲率のレンズがない構成においては、像面レンズによって同素子の曲率半径の影響を補償しまた横方向色収差を制御するようにしてもよい。そして、更なるレンズを装置に付加することによって、横方向色収差問題をマンジャンレンズ／ミラー素子の曲率半径から切り離すことができる。
【００３７】
利用可能スペクトル域を拡張する実施形態群
図２に本発明の一実施形態に係る装置を示す。この図に示す装置は約２１２〜２６７ｎｍの波長域で動作する装置であり、熔融シリカ製レンズによって構成されている。また、その像面レンズ２０５はドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子２０６側に偏った位置にある。更に、この図の構成における像面サイズは約０．１３ｍｍであり、その像面辺縁部における多色シュトレール（Strehl）比は約０．９０超である。その構成要素のうち第１レンズ群２１０は第１レンズ２０１、第２レンズ２０２、第３レンズ２０３及び第４レンズ２０４を含んでおり、この第１レンズ群２１０によって中間像２２０が形成される。また、この装置は、更に、ドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子２０６、それと中間像２２０の間に配置された像面レンズ２０５、並びに標本（図示せず）に近づけることができる内側レンズ２０７を備えている。マンジャンレンズ／ミラー素子２０６及び内側レンズ２０７はカタジオプトリック群２０８を構成している。
【００３８】
表２に、図２に示した実施形態用のレンズ処方を示す。
【表２】
2014078032.tif 000004
【００３９】
このように、図２に示した対物系はその使用可能スペクトル域が比較的広い対物系であり、第１レンズ群２０１等のレンズ群、像面レンズ２０５（或いは後述の例のような複数個の像面レンズ）、並びにマンジャンミラー列たるカタジオプトリック群２０８を備えている。そのうち第１レンズ群２０１は合焦レンズを（少なくとも１個）含んでおり、その合焦レンズは、光エネルギを捉えて合焦光エネルギをもたらすようまたその合焦光エネルギによって間像２２０が形成されるよう、構成されている。また、像面レンズ２０５の向きは、中間像２２０を捉え中間光エネルギを出射することができるよう、設定されている。カタジオプトリック群２０８の位置は、像面レンズ２０５からの中間光エネルギを捉えて制御光エネルギをもたらすことができるよう、設定されている。そして、像面レンズ２０５は、この対物系内の他のレンズと同一の素材、即ち熔融シリカによって形成されている。
【００４０】
図３にシュトレール比が僅かに大きい別の実施形態を示す。この図に示す装置は約２１２〜２６７ｎｍの波長域で動作する装置であり、弗化カルシウム製の像面レンズ３０５を除き、熔融シリカ製のレンズによって構成されている。また、その像面レンズ３０５はドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子３０６側に偏った位置にある。更に、この図の構成における像面サイズは約０．１３ｍｍであり、その像面辺縁部における多色シュトレール比は約０．９４超である。その構成要素のうち第１レンズ群３１０は第１レンズ３０１、第２レンズ３０２、第３レンズ３０３及び第４レンズ３０４を含んでおり、この第１レンズ群３１０によって中間像３２０が形成される。また、この装置は、更に、ドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子３０６、それと中間像３２０の間に配置された像面レンズ３０５、並びに標本（図示せず）に近づけることができる内側レンズ３０７を備えている。マンジャンレンズ／ミラー素子３０６及び内側レンズ３０７はカタジオプトリック群３０８を構成している。
【００４１】
表３に、図３に示した実施形態用のレンズ処方を示す。
【表３】
2014078032.tif 000005
【００４２】
図４に、使用可能スペクトル域がより広く、約１９３〜２６６ｎｍの波長域で動作する別の実施形態を示す。この図に示す装置は、共に弗化カルシウム製の像面レンズ３０５及び第１レンズ４０１を除き、熔融シリカ製のレンズによって構成されている。また、その像面レンズ４０５は中間像４２０とドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子４０６の間にある。更に、この図の構成における像面サイズは約０．１３ｍｍであり、その像面辺縁部における多色シュトレール比は約０．９３超であって上述の通りその利用可能スペクトル域が広い。その構成要素のうち第１レンズ群４１０は第１レンズ４０１、第２レンズ４０２、第３レンズ４０３及び第４レンズ４０４を含んでおり、この第１レンズ群４１０によって中間像４２０が形成される。また、この装置は、更に、ドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子４０６、それと中間像４２０の間に配置された像面レンズ４０５、並びに標本（図示せず）に近づけることができる内側レンズ４０７を備えている。マンジャンレンズ／ミラー素子４０６及び内側レンズ４０７はカタジオプトリック群４０８を構成している。
【００４３】
表４に、図４に示した実施形態用のレンズ処方を示す。
【表４】
2014078032.tif 000006
【００４４】
図５に、使用可能スペクトル域が比較的広く、約１９３〜２６６ｎｍの波長域で動作する別の実施形態を示す。この図に示す装置は、共に弗化カルシウム製の像面レンズ５０５ａ及び第１レンズ５０１を除き、熔融シリカ製のレンズによって構成されている。また、その像面レンズ５０５ａ及び５０５ｂは中間像５２０とドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子５０６の間にある。更に、この図の構成における像面サイズは約０．１３ｍｍであり、その像面辺縁部における多色シュトレール比は約０．９６超で且つ上述の通りその利用可能スペクトル域は広い。その構成要素のうち第１レンズ群５１０は第１レンズ５０１、第２レンズ５０２、第３レンズ５０３及び第４レンズ５０４を含んでおり、この第１レンズ群５１０によって中間像５２０が形成される。また、この装置は、更に、ドーム状マンジャンレンズ／ミラー素子５０６、それと中間像５２０の間に配置された第１像面レンズ５０５ａ及び第２像面レンズ５０５ｂ、並びに標本（図示せず）に近づけることができる内側レンズ５０７を備えている。マンジャンレンズ／ミラー素子５０６及び内側レンズ５０７はカタジオプトリック群５０８を構成している。
【００４５】
表５に、図５に示した実施形態用のレンズ処方を示す。
【表５】
2014078032.tif 000007
【００４６】
本発明に係る結像系は、様々な環境にて使用することができる。例えば、リソグラフィ、顕微鏡検査、生体検査、医事研究等を含め、使用できる環境は数多くある。
【００４７】
また、本願には、本発明又はその実施形態を幾つか記載したが、それらは要旨限定的な意味合いを有する記載ではない。むしろ、本発明と共通する思想に基づいており本発明と同様の効果例えば小型、広スペクトル域、別素材像面レンズ利用可能性、高ＮＡ等の効果を発揮する別の構成をも、本発明に含める趣旨の記載である。即ち、特定の実施形態に基づいて本発明をしたけれども、それを変形した形態で本発明を実施することも可能であるので、その点を了解頂きたい。更に、本願出願人のそもそもの意図は、本発明の原理に基づく構成やその変形物、利用形態、応用形態等を全てカバーすることにある。即ち、本件技術分野における常識或いは既知技術に基づき本願記載の構成を変形したものも、本発明の技術的範囲内に含めることとする。
【図１】
2014078032.tif 000008
【図２】
2014078032.tif 000009
【図３】
2014078032.tif 000010
【図４】
2014078032.tif 000011
【図５】
2014078032.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月17日(2014.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギを捉えて合焦光エネルギをもたらし中間像を形成する合焦レンズを少なくとも１個含むレンズ群と、
中間像を捉えて中間光エネルギを出射するようその向きが設定された少なくとも１個の像面レンズと、
像面レンズからの中間光エネルギを捉えて制御光エネルギをもたらすよう配置されたマンジャンミラー列と、
を備え、
像面レンズのうち少なくとも１個を形成する素材が本対物系内のレンズのうち他の少なくとも１個を形成する素材と異なり、
使用可能スペクトル域が広い標本イメージング用の対物系。