(57)【要約】  カタジオプトリック対物系及び浸漬媒を用い検査用の小型カタジオプトリック系を構成する。その系の対物系は、約１９０ｎｍから赤外域に及ぶ波長域に属する光エネルギにて使用でき、０．９超の開口率を実現でき、直径１００ｍｍ未満の素子から構成でき、標準的な顕微鏡内に組み込めるものであり、合焦レンズ群、視野レンズ、マンジャンミラー配列及び一種類若しくは複数種類の浸漬媒を備え、その浸漬媒はマンジャンミラー配列と標本の間にある。また、検査用のカタジオプトリック系にてこの対物系と併用できるよう、可変焦点距離光学系を構成する。
2007531060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約２６６〜１０００ｎｍの波長域に属する光エネルギによる標本の検査に用いられる対物系であって、
上記光エネルギを受け取って合焦光エネルギを生成するよう構成された少なくとも１個の合焦レンズを含む合焦レンズ群と、
上記合焦レンズ群から上記合焦光エネルギを受け取って中間光エネルギを供給するよう方向設定された視野レンズと、
上記視野レンズから上記中間光エネルギを受け取って制御光エネルギを生成するよう位置設定されたマンジャンミラー配列と、
上記マンジャンミラー配列と上記標本の間にある浸漬液と、
を備える対物系。
【請求項２】
請求項１記載の対物系であって、上記波長域に対する比帯域幅が０．５超である対物系。
【請求項３】
請求項１記載の対物系であって、上記マンジャンミラー配列が、
大きく湾曲した複数個の凹面を有し第２面反射を呈する第１レンズ／ミラー素子と、
僅かに湾曲した複数個の面を有し第２面反射を呈する第２レンズ／ミラー素子と、
を含む対物系。
【請求項４】
請求項３記載の対物系であって、上記マンジャンミラー配列が、更に、上記浸漬液に接する面を有する第３レンズ素子を含む対物系。
【請求項５】
請求項１記載の対物系であって、約０．９超の開口率を呈するよう構成された対物系。
【請求項６】
請求項１記載の対物系であって、約１．１超の開口率を呈するよう構成された対物系。
【請求項７】
請求項４記載の対物系であって、約１．２超の開口率を呈するよう構成された対物系。
【請求項８】
請求項１記載の対物系であって、合焦レンズ群に属する個々のレンズの直径及び視野レンズの直径が、何れも約２５ｍｍ未満である対物系。
【請求項９】
請求項１記載の対物系であって、全レンズが一種類のガラス素材から形成された対物系。
【請求項１０】
請求項１記載の対物系であって、上記視野レンズ、上記合焦レンズ群及び上記マンジャンミラー配列を含め、全構成素子数が９個未満である対物系。
【請求項１１】
請求項１記載の対物系であって、上記ガラス素材が熔融シリカである対物系。
【請求項１２】
請求項１記載の対物系であって、上記ガラス素材が弗化カルシウムである対物系。
【請求項１３】
請求項２記載の対物系であって、中心波長＝６３３ｎｍに比した収差補正帯域幅が約０．９未満である対物系。
【請求項１４】
請求項２記載の対物系であって、中心波長＝１９６ｎｍに比した収差補正帯域幅が約０．０７未満である対物系。
【請求項１５】
請求項１記載の対物系であって、複数種類のガラス素材から形成された対物系。
【請求項１６】
請求項１５記載の対物系であって、上記ガラス素材が熔融シリカ及び弗化カルシウムを含む対物系。
【請求項１７】
請求項１記載の対物系であって、上記標本から約４５ｍｍの場所に配置できるフランジを有する顕微鏡にて使用される対物系。
【請求項１８】
請求項１記載の対物系であって、上記標本から約１００ｍｍの場所に配置できるフランジを有する顕微鏡にて使用される対物系。
【請求項１９】
請求項１記載の対物系であって、上記合焦レンズ及び上記視野レンズが当該視野レンズと上記マンジャンミラー配列の間に中間像を形成する対物系。
【請求項２０】
標本の検査に用いられる対物系であって、
少なくとも１個の合焦レンズを含み光エネルギを受け取れるよう構成された合焦レンズ群と、
上記合焦レンズ群から合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを供給するよう方向設定された少なくとも１個の視野レンズと、
上記視野レンズから上記中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを生成するよう位置設定されたマンジャンミラー配列と、
上記マンジャンミラー配列と上記標本の間に位置する浸漬媒と、
を備え、上記マンジャンミラー配列が、０．９超の開口率及び約０．１５ｍｍ以上の視野サイズで以て上記制御光エネルギを上記標本に与える対物系。
【請求項２１】
請求項２０記載の対物系であって、上記光エネルギの波長が約１５７ｎｍから赤外域に及ぶ波長域に属し、この光エネルギに対する本対物系の比帯域幅が０．５超である対物系。
【請求項２２】
請求項２０記載の対物系であって、上記マンジャンミラー配列が、
大きく湾曲した複数個の凹面を有し第２面反射を呈する第１レンズ／ミラー素子と、
僅かに湾曲した複数個の面を有し第２面反射を呈する第２レンズ／ミラー素子と、
を含む対物系。
【請求項２３】
請求項２０記載の対物系であって、上記マンジャンミラー配列が、
大きく湾曲した複数個の凹面を有し第２面反射を呈する第１レンズ／ミラー素子と、
僅かに湾曲した複数個の面を有し第２面反射を呈する第２レンズ／ミラー素子と、
上記浸漬媒に接する面を有する第３レンズ素子と、
を含む対物系。
【請求項２４】
請求項２０記載の対物系であって、各レンズの直径が約２５ｍｍ未満である対物系。
【請求項２５】
請求項２０記載の対物系であって、全レンズが一種類のガラス素材から形成された対物系。
【請求項２６】
請求項２０記載の対物系であって、構成素子数が７個以下である対物系。
【請求項２７】
請求項２０記載の対物系であって、その開口率が約０．９超である対物系。
【請求項２８】
請求項２０記載の対物系であって、その開口率が約１．１超である対物系。
【請求項２９】
請求項２０記載の対物系であって、その開口率が約１．２超である対物系。
【請求項３０】
請求項２０記載の対物系であって、構成素子数が９個未満である対物系。
【請求項３１】
請求項２０記載の対物系であって、構成素子数が１１個未満である対物系。
【請求項３２】
請求項２０記載の対物系であって、構成素子数が７個未満である対物系。
【請求項３３】
請求項２０記載の対物系であって、全レンズが一種類のガラス素材から形成された対物系。
【請求項３４】
請求項３３記載の対物系であって、上記ガラス素材が熔融シリカである対物系。
【請求項３５】
請求項３３記載の対物系であって、上記ガラス素材が弗化カルシウムである対物系。
【請求項３６】
請求項２０記載の対物系であって、中心波長＝約６３３ｎｍに比した収差補正帯域幅が約０．９未満である対物系。
【請求項３７】
請求項２０記載の対物系であって、中心波長＝約１９６ｎｍに比した収差補正帯域幅が約０．０７未満である対物系。
【請求項３８】
請求項２０記載の対物系であって、通常動作中に上記標本から約４５ｍｍ以内に配置されるフランジを備えた顕微鏡にてそのフランジ内に配置できる対物系。
【請求項３９】
請求項２０記載の対物系であって、通常動作中に上記標本から約１００ｍｍ以内に配置されるフランジを備えた顕微鏡にてそのフランジ内に配置できる対物系。
【請求項４０】
請求項２０記載の対物系であって、上記浸漬媒の主成分が水である対物系。
【請求項４１】
請求項２０記載の対物系であって、上記浸漬媒の主成分が油である対物系。
【請求項４２】
請求項２０記載の対物系であって、上記浸漬媒の主成分がシリコーンゲルである対物系。
【請求項４３】
請求項２０記載の対物系であって、球面収差、軸方向色収差及び収差色変化が比較的小さくなるよう最適化された対物系。
【請求項４４】
請求項２０記載の対物系であって、上記標本の位置にて約１．０超の開口率を呈する対物系。
【請求項４５】
請求項２０記載の対物系であって、各レンズの直径が約３５ｍｍ未満である対物系。
【請求項４６】
請求項２０記載の対物系であって、通常動作中に上記標本から約４５ｍｍ以内に配置できるフランジを有する顕微鏡と併用できる対物系。
【請求項４７】
請求項２０記載の対物系であって、二種類以下のガラス素材を用いる対物系。
【請求項４８】
請求項４７記載の対物系であって、上記ガラス素材が熔融シリカ及び弗化カルシウムを含む対物系。
【請求項４９】
請求項２０記載の対物系であって、上記浸漬媒が、水、油及びシリコーンゲルのうち一種類を含む対物系。
【請求項５０】
請求項４９記載の対物系であって、約１．２の開口率を呈するよう構成された対物系。
【請求項５１】
標本を検査する方法であって、
約１５７ｎｍから赤外域に及ぶ波長域を有する光エネルギを供給するステップと、
それぞれ約１００ｍｍ未満の直径を有する少なくとも１個のレンズを用い上記光エネルギを合焦させ合焦光エネルギとするステップと、
上記合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギに変換するステップと、
上記中間光エネルギを受け取り浸漬媒を介して上記標本に制御光エネルギを供給するステップと、
を有する方法。
【請求項５２】
出射瞳を有する対物系と併用され標本の検査に用いられる可変焦点距離光学系であって、
少なくとも１個の合焦レンズを含み上記対物系の出射瞳から光エネルギを受け取るよう構成された固定型の合焦レンズ群と、
上記合焦レンズ群から合焦光エネルギを受け取り像を形成するよう方向設定された少なくとも１個の可動型の結像レンズ群と、
を備え、各結像レンズ群を上記合焦レンズ群に対して再位置決めすることができ、且つ上記合焦レンズ群と上記対物系の出射瞳との間の隙間を利用し別の光学素子を挿入することができる可変焦点距離光学系。
【請求項５３】
請求項５２記載の可変焦点距離光学系であって、その波長域が約２６６ｎｍから赤外域に及ぶ光エネルギにて作動する可変焦点距離光学系。
【請求項５４】
請求項５２記載の可変焦点距離光学系であって、上記別の光学素子が、ビームスプリッタ、フェーズプレート及びフィルタのうち少なくとも一種類を含む可変焦点距離光学系。
【請求項５５】
請求項５２記載の可変焦点距離光学系であって、自力補正型である可変焦点距離光学系。
【請求項５６】
請求項５２記載の可変焦点距離光学系であって、全レンズが一種類の素材から形成された可変焦点距離光学系。
【請求項５７】
請求項５２記載の可変焦点距離光学系であって、各レンズが二種類の素材のうち一種類から形成された可変焦点距離光学系。
【請求項５８】
請求項５２記載の可変焦点距離光学系であって、各結像レンズ群の最後段にあるレンズの表面と本可変焦点距離光学系により形成される像との間隔が、少なくとも２０ｍｍある可変焦点距離光学系。
【請求項５９】
請求項５２記載の可変焦点距離光学系であって、上記像までの距離を調整する際、上記合焦レンズ群と少なくとも１個の結像レンズ群の間隔を狭めるとその焦点距離が長くなる可変焦点距離光学系。
【請求項６０】
請求項５９記載の可変焦点距離光学系であって、検知器を動かすことにより上記像までの距離を調整できる可変焦点距離光学系。
【請求項６１】
請求項５９記載の可変焦点距離光学系であって、「４」の字配置になるよう２個のミラーを動かすことにより上記像までの距離を調整できる可変焦点距離光学系。
【請求項６２】
請求項５２記載の可変焦点距離光学系であって、２個のミラーをトロンボーン状配置にて用いることにより上記像までの距離を調整できる可変焦点距離光学系。
【請求項６３】
請求項７記載の対物系であって、上記浸漬液が純水である対物系。
【請求項６４】
請求項１記載の対物系であって、上記浸漬液の屈折率が純水の屈折率より高い対物系。
【請求項６５】
請求項２９記載の対物系であって、上記浸漬媒が純水である対物系。
【請求項６６】
請求項２０記載の対物系であって、上記浸漬媒の屈折率が純水の屈折率より高い対物系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は「広帯域顕微鏡観察用カタジオプトリック結像系」と題する２００３年８月２２日付米国特許出願第１０／６４６０７３号（発明者：Ｄａｖｉｄ  Ｇ．Ｓｈａｆｅｒ，  ｅｔ  ａｌ．）の一部継続出願であり、米国特許出願第１０／６４６０７３号は「高性能カタジオプトリック結像系」と題する２００３年５月７日付米国特許出願第１０／４３４３７４号（発明者：Ｄａｖｉｄ  Ｇ．Ｓｈａｆｅｒ，  ｅｔ  ａｌ．）の一部継続出願であり、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」と題する２００３年２月２１日付米国暫定特許出願第６０／４４９３２６号に基づく利益を主張する出願である。
【０００２】
本発明は、大まかには光学結像の分野に属し、より詳細には顕微鏡を用いた画像取得、検査及びリソグラフィ向けの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的構造を検査し又はその画像を取得するのに使用できる光学系、例えば半導体ウェハやフォトマスク上にある欠陥の検査やスライド上にある生体標本の調査に使用できる光学系は、数多くある。また、顕微鏡は、狭い領域又は小規模な特徴的構造の高解像度画像を取得したい様々な面倒な検査、例えば生物学、度量衡学、半導体検査等、各種の画像取得場面で用いられている。
【０００４】
既存の顕微鏡利用型画像取得システムにてこれまで可能であったのは、専ら空気等の気体媒体中での結像即ち乾式結像であった。しかし、このところ、浸漬結像(immersion imaging)を必須とする用途や、浸漬結像が行えれば好都合な用途が、数多く現れている。浸漬結像が乾式結像と違う点は、標本を水等の液体中に浸漬しその液体中で画像の取得や検査を行う点にある。状況・環境にもよるが、浸漬結像で得られる光学特性例えば解像度が、乾式結像よりも優れたものになることもある。更に、生体画像取得システムでは、しばしば、乾式結像を用いることができない種類の生体標本や、もろすぎて乾式結像に耐え得ない生体標本を、扱わねばならないことがある。そうした場合、生体画像取得システムにより標本の画像を取得したければ、標本を液体中に浸漬するほかない。即ち、浸漬結像を実行できるシステムを使用しなければならない。
【０００５】
浸漬結像系及びその対物系に対しては、その波長域が低い又は広範囲に亘る光エネルギを使用した浸漬結像動作で高解像度像が得られるようにすること、様々な種類の照明結像モードをうまく使用できるようにすること、広範に利用されている標準的な機器例えば顕微鏡にてその対物系を効果的に使用できるようにすること等が、求められている。
【０００６】
まず、浸漬結像をサポートする顕微鏡は、高解像度で標本の像を形成できるように設計するのが難しい。そのため、各種の結像モードを使用できるよう系を構成し、最終的により良質な像が得られるようにする。使用できる結像モードの中から適当な結像モードを選べば、標本上にある所望の特徴的構造を、見栄えよく結像させることができる。浸漬結像系にて採用可能な結像モードには、明視野(bright field)モード、暗視野(dark field)モード、微分干渉コントラスト(differential interference contrast)モード、共焦点(confocal)モード等があるが、それらは互いにその長所が異なっているので、標本の種類、標本上にある観察したい特徴的構造の如何、結像乃至画像取得環境等の要因を考慮し、何れの結像モードを使用するか決めればよい。
【０００７】
結像モードの中には様々な波長の光エネルギを使用するものがある。そうした性質、即ち様々な波長（域）にて動作させることができ且つ効果的に解像できるという可能性は、際立って有用である。浸漬結像との関連でいえば、系における最も肝要なコンポーネント即ちその対物系を、４００ｎｍ未満の短波長を含む広い光波長域にて使用できるよう構成することが有益であり、またそれは可能なことでもある。例えば、既存の紫外光対物系の中には、約４００ｎｍ未満の光波長域では十分正確に結像できないとはいえ、伝送可能波長の下限が３４０ｎｍに達するものもある。しかし、そうした種類の対物系の用途は蛍光励起に絞られている。蛍光励起とは、３４０ｎｍから可視光スペクトラムに及ぶ波長域を有する励起光で以てマーカ染料中の蛍光成分を励起する手法であり、本質的に標本検査法ではなく、従って蛍光励起用対物系には検査機能はない（あってもごく限られたものである）。なお、蛍光励起用対物系に対しては、蛍光励起で発生する輻射スペクトラム（通常は可視光域）を扱えるよう、とりわけ可視光域での結像能力が求められる。
【０００８】
また、標準的な顕微鏡にて作動させ上述の半導体検査及び生体検査にて要求される事細かな検査を実施することができるよう対物系を構成することは、望ましいことである反面、難しいことでもある。例えば、現在までのところ、４００ｎｍ未満の光波長での広帯域検査能力をサポートする浸漬結像用対物系は知られていない。乾式結像用対物系の中には、４００ｎｍ未満の波長にて広帯域結像できるよう高度に収差補正されたものもあるが、そうした構成の乾式結像用対物系は標準的な顕微鏡システムでは使用することができない。それは、そうした乾式結像用対物系が、通常、非常に大きくなるか、開口率(numerical aperture:ＮＡ)が不十分になるか、或いは視野サイズが不十分になるからである。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５７１７５１８号明細書
【特許文献２】米国特許第６４８３６３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、標準的な顕微鏡と併用して顕微鏡観察に利用できる結像系及び対物系であって、既存の乾式及び浸漬結像系における前述の問題点が解消、超克されたものを実現することや、そうした否定的な側面を有する装置に比べ優れた機能性を呈するよう構成された光学検査システムを実現することは、有益なことであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１実施形態は、約２６６〜１０００ｎｍの波長域を有する光エネルギによる標本の検査に用いられる対物系であって、この光エネルギを受け取って合焦光エネルギを生成するよう構成された少なくとも１個の合焦レンズを含む合焦レンズ群と、合焦レンズ群から合焦光エネルギを受け取って中間光エネルギを供給するよう方向設定された視野レンズと、視野レンズから中間光エネルギを受け取って制御光エネルギを生成するよう位置設定されたマンジャンミラー配列と、マンジャンミラー配列と標本の間にある浸漬液と、を備える対物系である。
【００１２】
本発明の第２実施形態は、標本の検査に用いられる対物系であって、少なくとも１個の合焦レンズを含み光エネルギを受け取れるよう構成された合焦レンズ群と、合焦レンズ群から合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを供給するよう方向設定された少なくとも１個の視野レンズと、視野レンズから中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを生成するよう位置設定されたマンジャンミラー配列と、マンジャンミラー配列と標本の間に位置する浸漬媒と、を備え、そのマンジャンミラー配列が、０．９超の開口率及び約０．１５ｍｍ以上の視野サイズで以て制御光エネルギを標本に与える対物系である。
【００１３】
本発明の第３実施形態は、標本を検査する方法であって、約１５７ｎｍから赤外域に及ぶ波長域を有する光エネルギを供給するステップと、それぞれ約１００ｍｍ未満の直径を有する少なくとも１個のレンズを用い光エネルギを合焦させ合焦光エネルギとするステップと、合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギに変換するステップと、中間光エネルギを受け取り浸漬媒を介して標本に制御光エネルギを供給するステップと、を有する方法である。
【００１４】
本発明の第４実施形態は、出射瞳を有する対物系と併用され標本の検査に用いられる可変焦点距離光学系であって、少なくとも１個の合焦レンズを含み対物系の出射瞳から光エネルギを受け取るよう構成された固定型の合焦レンズ群と、合焦レンズ群から合焦光エネルギを受け取り像を形成するよう方向設定された少なくとも１個の可動型の結像レンズ群と、を備え、各結像レンズ群を合焦レンズ群に対して再位置決めすることができ、且つ合焦レンズ群と対物系の出射瞳との間の隙間を利用し別の光学素子を挿入することができる可変焦点距離光学系である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について別紙図面を参照しながら詳細に説明する。本件技術分野における習熟者（いわゆる当業者）であれば、以上説明したものもそれ以外のものも含め、本発明の目的、構成及び効果を以下の説明から明瞭に理解することができるであろう。
【００１６】
なお、別紙図面に記載されている構成は本発明の一実施形態に過ぎず、その記載を以て本発明の要旨を限定するものではない。
【００１７】
利用する乾式結像用の構成
乾式結像用対物系を用いた広帯域紫外域高補正型高ＮＡカタジオプトリック系を開示する特許としては、Ｓｈａｆｅｒ  ｅｔ  ａｌ．に付与された米国特許（特許文献１及び２）がある。特許文献１及び２に開示されている乾式結像用の構成は、何れも、ある種の優良な検査能力を有しまたある種の優良な結像特性を呈するものである。特許文献１による教示に基づくカタジオプトリック系の例１００を図１に、特許文献２による教示に基づくカタジオプトリック系の例２００を図２に、それぞれ示す。図１に示した構成は特許文献１の図１に示されているものと、また図２に示した構成は特許文献２の図４に示されているものと、それぞれ同様の構成である。
【００１８】
Ｓｈａｆｅｒ  ｅｔ  ａｌ．に付与された米国特許に係る特許文献１は、超広帯域の紫外光を用い高ＮＡで結像可能な乾式結像用対物系の構成例を開示している。最高約０．９に及ぶＮＡを呈するこの高ＮＡ対物系は、広帯域明視野結像向け及び多波長暗視野結像向けに使用することができる。しかしながら、図１に示した構成又はこれと類する構成には、幾つかの問題点がある。第１に、大きく湾曲したカタジオプトリック素子の中央に孔を形成しその中央孔の中に視野レンズ群を実体配置しなければならないため、製造が難しくて費用がかかる。第２に、こうした構成では、視野レンズ素子の界面のうち少なくとも１面を接着する必要がある。３６５ｎｍ未満の波長が使用される場合、その内部に生じる焦点における光強度の高まりに耐え得るほど信頼性のよい接着手段は、一般には実現困難乃至入手困難である。第３に、こうした構成ではレンズ素子が視野面のすぐ近くに配置されるため、像の質が低くなってしまうことを防ぐには、ほとんど完璧といえる程に高水準の表面品質及びバルク素材品質が必要とされる。第４に、通常、標準的な顕微鏡用対物系用のものに比べ、この対物系の素子特にカタジオプトリック群の素子の直径は大きく、そのため標準的な顕微鏡対物系に組み込むことが困難又は不可能である。
【００１９】
図２に示した構成の乾式結像用対物系においては、一般に、超広帯域の紫外光を用い高ＮＡで結像させることが可能である。こうした構成を有しそのＮＡが最高約０．９に及ぶ高ＮＡ結像系は、広帯域明視野結像向け及び多波長暗視野結像向けに使用でき、また可変焦点距離チューブレンズを併用することでその倍率域を拡げることができる。しかしながら、図２に示した構成では、視野レンズ群における公差を非常に厳しくする必要がある。それは、少なくとも部分的には、カタジオプトリック群にてやや大きな軸上球面収差(on-axis spherical aberration)が発生するためである。この軸上球面収差の補正は、後続の屈折性レンズ素子にて行わねばならない。そのため、図２に示した構成はやや大きめになり、ひいては各素子特にカタジオプトリック群内素子の光機構的実装が複雑なものになるのが普通である。
【００２０】
ここに、ある対物系についての「ＮＡ」（開口率）は、所定対物距離におけるその対物系の集光能力や標本細部解像能力を表す数値である。ＮＡは、その光学系乃至光学素子に入出射するメリジオナル光線による最大円錐の頂角の正弦値に、その円錐の頂点が所在する場所にある媒体の屈折率を乗じることによって、測ることができる。ＮＡが高いということは検査に際して種々の利点が生じるということである。とりわけ、ＮＡが高ければ高い程その標本のより細かな特徴的構造を解像することができ、ＮＡが高ければ高い程散乱光をより広い角度範囲に亘り集光して暗視野環境内性能を向上させることができることからして、浸漬結像用対物系に対しては高ＮＡであることが非常に望まれる。また、通常は、浸漬媒を決めることによって媒体の屈折率を特定し、それに基づき浸漬結像用対物系の作動時ＮＡを決定することとなろう。屈折率が高ければそれに比例してＮＡも高くなるので、より高い屈折率を有する浸漬媒を使用するのが有益である。
【００２１】
更に、できるだけ広い波長域をカバーできる対物系が望まれる場合もある。例えば、照明用光源としてアークランプを使用する場合等である。しかしながら、既存の浸漬結像用光学系は皆屈折型である。４００ｎｍ未満の波長で高透過率で色収差補正に有効なガラス素材は希有であるため、屈折型の構成では波長域が制限される傾向がある。
【００２２】
また、対物系の小型化も望まれる。それは、小型の対物系であれば標準的な顕微鏡用の対物系と併用することができ、また標準的な顕微鏡のタレットに実体装着できるからである。標準的には、フランジ対物距離(flange-to-object distance/separation)は４５ｍｍレンジであるので、対物系を標準的な顕微鏡にて用いるにはこの条件を満足させねばならないが、既存のカタジオプトリック対物系にはこの条件を満足していないものが多い。即ち、既存のカタジオプトリック対物系を使用できる顕微鏡システムは特殊な顕微鏡システム、即ちフランジ対物距離が６０ｍｍ超でそのレンズ直径が６０ｍｍ超の対物系を使用可能なシステムに、限られている。
【００２３】
更に、その固有収差(intrinsic aberration)が小さい対物系、例えば大きな単色収差(monochromatic aberration)及び色収差(chromatic aberration)双方を自力補正できる対物系も望まれている。対物系の自力補正化は、結像用光学系の他の部分の自力補正化に比べ、配置公差を緩和するのに効果的であり、とりわけ、その製造公差例えばレンズ中心合わせ公差が緩い対物系は有益である。更に、光学被膜の特性及び製造に深く関与乃至影響する量であるレンズ表面への入射角を小さくすることによっても、一般に、製造公差を緩和することができる。
【００２４】
浸漬結像用の構成
本発明に係る構成は、一種類（状況によっては複数種類）のガラス素材を用いて形成され、広い波長域に亘り収差補正された高性能の浸漬結像用のカタジオプトリック対物系である。以下に記載の通り、本発明に係る対物系は、とりわけ顕微鏡観察の分野において有用である。図３に、本発明の第１実施形態に係るカタジオプトリック対物系を示す。この図の対物系は紫外光及び可視光が属するスペクトル域、即ち約０．２６６〜０．４３６μｍの波長域における広帯域結像向けに最適化されており、本対物系では０．９５という高いＮＡが得られる。但しこのＮＡは浸漬媒として純水を用いた場合の値であり、純水よりも高い屈折率を有する他の物質を浸漬媒として用いれば更に高いＮＡが得られる。また、本実施形態では、Ｓｃｈｕｐｍａｎｎの原理とＯｆｆｎｅｒ型の視野レンズとを組み合わせて使用することによって、軸方向色収差及び一次の横方向色収差(lateral color)を補正している。即ち、この図に示されているように、視野レンズ群３０２を中間像３１５の位置から僅かにずらすことによって性能を向上させると共に、浸漬液層３１３として示される液体を使用している。
【００２５】
なお、本願中で使用する「浸漬液」(immersion liquid)、「浸漬媒」(immersion substance)、「浸漬液層」(immersion liquid layer)なる用語は、固体でも気体でもない物質のこと、例えば気体乃至気体状物質と違って液状又は粘質の素材を指している。本発明又はその実施形態で使用できる浸漬液には、例えば水、油、シリコーンゲル等の（半）液状又は（半）粘質物質がある。本願における「浸漬液」や「浸漬媒」の中に固体状又は気体状の素材が含まれていてもかまわないが、その主成分は例えば（半）液状又は（半）粘質物質でなければならない。本願では、これらの用語のうち主として「浸漬液」を用いるけれども、本願中での定義に合致する素材を表す「浸漬媒」「浸漬液層」等の他種用語を用いることもある。
【００２６】
図３中のカタジオプトリック群３０３はマンジャンミラー配列であり、反射被覆付レンズ素子であるマンジャンミラー素子３１２と、やはり反射被覆付レンズ素子である凹球面反射器３１１とを含んでいる。カタジオプトリック群３０３を構成するこれらの素子は、双方とも、その中央部に、光学的開口即ち反射素材の無い部分を有している。こうした反射素材欠落部があるため、物体即ち標本３１４からの光は、浸漬液３１３を通ってマンジャンミラー素子３１２に入射し、凹球面反射器３１１の第２面即ち素子外に向け露わになっている面によってマンジャンミラー素子３１２の反射面の方向に反射され、そして凹球面反射器３１１を通ってその後方に中間像３１５を形成する、という経路を辿ることができる。また視野レンズ群３０２は何個のレンズからでも構成できるが、この図の例では１個の視野レンズ３１０から構成されている。
【００２７】
本実施形態における合焦レンズ群３０１は複数個のレンズ素子、具体的には６個のレンズ素子３０４〜３０９を含んでいる。合焦レンズ群３０１を構成するレンズは何れもある同じ一種類の素材によって形成することができ、またこの合焦レンズ群３０１によって視野レンズ群３０２及び中間像３１５から光を集めることができる。
【００２８】
表１に、図３に示した実施形態のレンズ処方を示す。
【表１】
2007531060.tif 000003
【００２９】
いわゆる当業者であれば理解できるように、表１中の最左列に記されている数字は、図３中の左端から数えた面の順番、即ち面番号を表している。例えば、この図に示した向きでいうと、レンズ３０４は、その左面（表１中の面３）の曲率半径が１７．６７７９ｍｍ、右面（同じく面４）の曲率半径が−４４．７６７５ｍｍ、厚みが２．０ｍｍ、面４と隣のレンズ３０５の右面との間隔が０．５ｍｍ、使用されている素材が熔融シリカ(fused silica)、面３の直径が９．０８ｍｍ、そして面４の直径が８．８５ｍｍのレンズである。
【００３０】
図３に示した構成におけるＮＡは、水の中では約０．９５に近い値又はそれを上回る値になり得る。この図中の合焦レンズ群３０１は光エネルギを受け取って合焦光エネルギを送出することができ、視野レンズ群３０２はこの合焦光エネルギを受け取って中間光エネルギを供給し中間像３１５を形成することができる。カタジオプトリック群即ちマンジャンミラー配列３０３はこの中間エネルギを受け取って標本３１４に制御光エネルギを供給する。これに対するに、標本３１４に発する反射光経路においては、カタジオプトリック群即ちマンジャンミラー配列３０３が標本３１４による反射光を受け取って反射光エネルギを生成、送出し、視野レンズ群３０２がこの反射光エネルギを受け取って最終光エネルギを送出し、そして合焦レンズ群３０１がこの最終光エネルギを受け取って合焦最終光エネルギを送出する。この対物系のＮＡを制限又は修正したければ、図示しない開口絞りの位置に開口乃至マスクを配置すればよい。
【００３１】
また、図３に示した構成にて使用しているガラス素材は、表１に示すように熔融シリカただ一種類である。これと同様の系構成にて熔融シリカ以外の素材を用いることも可能であるが、熔融シリカを用いるにせよ他種素材を用いるにせよ、その対物系にてサポートしたい波長域全体に亘り低吸収な素材でなければならないことに、留意すべきである。その点、熔融シリカは、１９０ｎｍから赤外光域に及ぶ波長域における光エネルギ透過特性が比較的良好な、即ち透過率が比較的高い素材である。熔融シリカという一種類の素材から形成された浸漬結像用対物系であるため、本対物系は、この波長域に属するどのような中心波長に対しても再最適化(re-optimize)することができる。例えば、本構成は、１９３ｎｍ、１９８．５ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２４８ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ、３０８ｎｍ、３２５ｎｍ、３５１ｎｍ、３５５ｎｍ又は３６４ｎｍで発振するレーザ向けに最適化できる。本構成は、更に、そのスペクトル域が１９０〜２０２ｎｍ、２１０〜２２０ｎｍ、２３０〜２５４ｎｍ、２８５〜３２０ｎｍ又は３６５〜５４６ｎｍのランプをカバーできるように、好適に使用することができる。また、レンズを形成するガラス素材として弗化カルシウム(calcium fluoride)を用いた場合は、本構成を、１５７ｎｍで発振するエキシマレーザや、１５７ｎｍ又は１７７ｎｍで発光するエキシマランプと、併用することができる。再最適化に際しては構成部材を僅かに調整し或いは変更する必要があるが、これは、全体として、いわゆる当業者のなし得る範囲内のことである。そして、視野レンズ群３０２にて弗化カルシウム製のレンズを用いることにより、本対物系の帯域幅を拡張することができる。
【００３２】
更に、本構成におけるレンズ素子の最大直径は２６ｍｍオーダであり、これは、この波長域で以前から用いられている多くの対物系に比べ、かなり小さい直径である。本対物系のこの小ささは、とりわけその実用上の特性の点で有益である。即ち、本対物系は、そのフランジ対物距離が約４５ｍｍである標準的な顕微鏡のタレット内に、実装することができる。また、この浸漬結像用対物系では、約０．９５という高いＮＡ及び約０．１５ｍｍという広い視野サイズが実現されており、その収差補正帯域が約２６６〜４３６ｎｍに拡がっており、更にその多色波面収差(polychromatic wavefront error)が約０．０５波未満と小さい。従来技術により単一素材対物系形成しても、これらの高水準特性は実現できない。また、本構成における視野サイズは即ち、標本のうち最低限光学特性損逸で以て像を形成できる部分の面積を表している。
【００３３】
各種光学装置においてそうであるように、本対物系でも、その用途即ち使用先装置に鑑みある種のトレードオフに対処することによって、その実用上の特性をより高水準にすることができる。例えば、その用途に応じ、帯域幅、視野サイズ、ＮＡ、対物系サイズ又はその任意の組合せを犠牲にして他の何れかを補強することができる。例えば、よりＮＡが低い構成や高い構成となるように最適化を実施したとする。ＮＡが低くなるのを甘受しつつ本対物系を構成することによって、製造公差を緩くし、その外径を小さくし、その視野サイズを大きくし、またその帯域幅を拡げることができる。また、ＮＡが低いが他の性能は同一の光学系であれば、より少ない光学素子数で実現可能である。逆に、視野サイズや帯域幅がある程度制限されることや対物系構成素子直径が僅かに大きくなることを甘受できるなら、それと引替にして本対物系のＮＡを高めることもできる。
【００３４】
また、図３に示した構成における固有多色波面収差(intrinsic polychromatic wavefront aberration)は、設計上の使用帯域たる約２６６〜４３６ｎｍの全体に亘り、比較的小さくなる。波面収差が小さいので、本構成をゆとりを持って製造でき（容易に製造でき）、しかも製品の性能を比較的高性能とすることができる。しかも、本構成は自力補正型(self-corrected)である。自力補正型とは、ここでは、収差補正用の光学部品を何ら追加すること無しに、検査装置としての仕様を満たすよう収差補正できる対物系である、という意味である。これは、別の言い方では、何ら部品を追加することなく全体として収差の無い像を得ることができる、ということであるし、また別の言い方では、本対物系では追加補償無しで実質的に完璧な像が得られる、ということでもある。こうした自力補正能力があるため、本構成による光学的供試計測や光学的位置決めは、他の自力補正型結像光学系に比べて簡便に行うことができる。また、光学部品の追加によって更なる残留収差(residual aberration)補正を行うことでより高水準の性能を実現できるため、更に高水準の仕様（例えばより広い帯域幅、より広い視野サイズ等）を設定してそれを満たすように設計することもできる。
【００３５】
また、図３に示した構成では、それを形成するガラス素材の屈折率に係る公差が比較的緩くなる。その主たる原因は、使用するガラス素材が一種類だけであることである。即ち、色収差(chromatic aberration)補正のため二種類のガラス素材を用いた場合、それら異種ガラス素材間の屈折率差の影響を受けることとなるが、使用する素材が一種類であればそうした影響を受けることはあり得ない。更に、色収差補正のためその屈折率プロファイルが異なる複数種類のガラス素材を用いていた従前の構成においては、温度変化に伴う各素材の屈折率の変化が互いに別々のプロファイルに従うため、各温度での色収差補正量が設計温度におけるそれからずれて、性能が全体として低下してしまっていた。本構成のように使用ガラス素材が一種類であれば、温度変化に対する敏感さがかなり低くなる。
【００３６】
更に、本構成に係る浸漬結像用対物系によれば、各種照明結像モードを実現実行することができる。実行可能な照明結像モードには、例えば明視野モードや各種暗視野モードがあり、またその他のモード例えば共焦点モード、微分干渉コントラストモード、分極コントラスト(polarization contrast)モード等も本構成により実現できる。
【００３７】
そのうち明視野モードは顕微鏡システムにて広く用いられているモードであり、その利点は形成される像の明瞭さにある。本発明又はその実施形態に係る対物系にて明視野照明を実行した場合、物体の特徴的構造のサイズ（本光学系の倍率が乗ぜられたもの）を従来より正確に求めることができる。更に、本発明又はその実施形態に係る対物系及び光学部品と、画像比較アルゴリズム及び画像処理アルゴリズムとの併用は容易であるので、明視野モード等における物体の検知、サイズ計測及び分類は容易にコンピュータ化できる。また、明視野モードで使用される光源は通常は広帯域非コヒーレント光源であるが、本実施形態に係る光学系とレーザ型の照明光源を併用することも可能である。それには照明系構成部品を若干変形するだけでよい。
【００３８】
共焦点モードは、これまで、物体の特徴的構造間に存する高さの違いを解像するための光学的セクショニング（区画分割）に用いられてきた。即ち、特徴的構造間の高さの違いを検知することは他のどの結像モードでも難しいことであるが、共焦点モードにおいては、同一の物体上にありその高さが異なる複数個の特徴的構造が互いに別々の像を形成するため、それらの像同士を比較することによってそれらの特徴的構造間の相対的高さ（高さの差）を知ることができる。本発明又はその実施形態においてもこうした共焦点モードを使用できる。
【００３９】
暗視野モードは、これまで、ある種の特徴的構造が物体上にあるかどうかを調べるのに用いられてきた。暗視野モードの利点は、検知器に対してごく僅かな散乱光しかもたらさず従って暗い像しか生じない平坦な鏡面状領域上に、検知器方向に光を散乱させる何らかの特徴的な表面構造乃至物体が突出等していた場合に、その構造乃至物体を検知できることである。即ち、例えば半導体ウェハのような物体を検査する際に暗視野結像を使用すれば、暗い視野を背景にして、各種特徴的構造例えば粒子や各種の不整部分・異常部分の像を、形成することができる。本発明又はその実施形態においても、こうした暗視野照明モードを使用することができる。また、暗視野モードでは、照明される小さな特徴的構造によってその照明光が散乱され、大きく拡がった散乱光（出力信号光）が生じる。出力信号光が大きく拡がっているため、検知したい特徴的構造のサイズに比して大きめのサイズの画素を使用することができ、従ってその物体に対する検査を迅速に完遂することができる。更に、暗視野検査時には、出力信号（例えば表面欠陥からの反射信号）中の繰り返しパターンをフーリエフィルタリングによって抑圧することができ、それにより当該信号の信号対雑音比を向上させることができる。
【００４０】
また、暗視野モードには、その照明方式及び集光方式が異なる様々なモードがある。照明方式及び集光方式は、物体から集まる散乱回折光に係る信号対雑音比が許容値になるよう、選択すればよい。既存の光学系にて使用できる暗視野モードには、リング暗視野モード、レーザ方向性暗視野モード、ダブル暗視野モード、中央暗景(central dark ground)モード等、様々な種類の暗視野結像モードがあるが、本発明又はその実施形態ではこれらの暗視野結像モードの何れも使用することができる。
【００４１】
図３に示した浸漬結像用の構成においては、上掲の各種結像モードを何れも効果的に使用することができる。その際、幾つかの構成要素に少々修正を加えることで、所望の性能パラメタ値を向上させることができる。従って、本実施形態に係る浸漬結像用対物系は様々な構成・配置を採り得るが、どういった構成・配置を採るにせよ、上に列記した様々な結像モードの何れでも比較的高いＮＡでの検査を実施でき、広い波長スペクトラム域で作動させることができ、また広い視野サイズを得ることができる。そして、本構成は標準的な顕微鏡のタレットにて作動させることができ、これまでは得られなかった優れた結像性能を実現できる。
【００４２】
図４に、本発明の第２実施形態に係る浸漬結像用対物系を示す。本対物系は互いに別体の９個の素子から構成されている。図３に示した構成に対しこの図の構成が相異している点は、屈折率の違いを補償するための再最適化が施されていることと、水の分散系を浸漬流体として用いていることである。また、この図の対物系のＮＡは約１．０と高い値になる。但しこれは純水を浸漬媒として用いた場合の値であり、より屈折率が高い他の物質を浸漬媒として用いればＮＡは更に高い値になる。更に、この図の対物系に対しては約２６６〜４３６ｎｍという広い帯域に亘り収差補正が施されており、またこの図の対物系は約０．１５０ｍｍという広い視野サイズを呈している。この図の構成における多色波面収差は約０．０５波以内に収まる。
【００４３】
図４中のカタジオプトリック群４０３は、反射被覆付レンズ素子であるマンジャンミラー素子４１２と、やはり反射被覆付レンズ素子である凹球面反射器４１１とを含んでいる。これらマンジャンミラー素子４１２及び凹球面反射器４１１は、双方とも、その中央部に反射素材の無い光学的開口を有している。これらの部材の中央に反射素材欠落部があるため、物体即ち標本４１４からの光は、浸漬液４１３を介しマンジャンミラー素子４１２に入射しそこを通り抜け、凹球面反射器４１１の第２面にてマンジャンミラー素子４１２方向に反射され、更に凹球面反射器４１１に送られそこを通り抜けてその後方に中間像４１５を形成する、という光路を辿ることができる。また、本実施形態における視野レンズ群４０２は１個の視野レンズ４１０から構成されている。
【００４４】
本実施形態における合焦レンズ群４０１では複数個のレンズ素子、具体的には６個のレンズ素子４０４〜４０９が使用されている。これらのレンズ素子４０４〜４０９は皆、ある同じ一種類の素材から形成することができる。合焦レンズ群４０１は、視野レンズ群４０２を介し中間像４１５から光を集める。もし本対物系のＮＡを制限乃至修正したければ、図示しない開口絞りの位置に開口乃至マスクを配置すればよい。図４に示した構成によれば、原理上、図３に示した構成に関して説明した各種の効果や柔軟性と同様の効果及び柔軟性を、何れも実現することができる。表２に、本実施形態のレンズ処方を示す。
【表２】
2007531060.tif 000004
【００４５】
図５に、本発明の第３実施形態に係る浸漬結像用対物系を示す。本対物系もまた９個の素子から構成されている。図３に示した構成に対し図５に示す構成が有している主な相違点は、より短波長向けに再設計されていることと、それでいて１．０という比較的高いＮＡを確保していることである。但しこの値は浸漬媒として純水を用いたとした場合の値であり、より屈折率が高い他の物質を浸漬媒として用いれば更にＮＡを高めることができる。また、この図に示す対物系は約１９０〜１９６ｎｍという広い帯域に亘り収差補正されており、本対物系は約０．１５０ｍｍという広い視野サイズを呈している。この図の構成における多色波面収差は約０．０４波以内に収まる。
【００４６】
図５中のカタジオプトリック群５０３は、前記同様反射被覆付レンズ素子であるマンジャンミラー素子５１２と、これも反射被覆付レンズ素子である凹球面反射器５１１とを含んでいる。これらマンジャンミラー素子５１２及び凹球面反射器５１１は、双方とも、その中央部に、反射素材の無い光学的開口を有している。これらの部材の中央部に反射素材欠落部があるため、物体即ち標本５１４からの光は、浸漬流体５１３を介しマンジャンミラー素子５１２に入射し、凹球面反射器５１１の第２面によってマンジャンミラー素子５１２方向に反射され、更に凹球面反射器５１１を通り抜けてその後方に中間像５１５を形成する、という光路を辿ることができる。また、本実施形態における視野レンズ群５０２は１個の視野レンズ５１０から構成されている。
【００４７】
本実施形態における合焦レンズ群５０１では複数個のレンズ素子、具体的には６個のレンズ素子５０４〜５０９が使用されている。これらのレンズ素子５０４〜５０９は皆、ある同じ一種類の素材から形成することができる。合焦レンズ群５０１は、視野レンズ群５０２を介し中間像５１５から光を集める。本対物系のＮＡを制限乃至修正したければ、図中の開口絞り５１６の位置に開口乃至マスクを配置すればよい。図５に示した構成によれば、概略、図３に示した構成に関し説明したものと同じ効果及び柔軟性を実現することができる。表３に、本実施形態向けのレンズ処方を示す。
【表３】
2007531060.tif 000005
【００４８】
図６に、本発明の第４実施形態に係る浸漬結像用対物系を示す。本対物系は１０個の素子を有している。図４に示した構成に対しこの図に示す構成が有している相違点の一つは、カタジオプトリック群６０３の前部に小型浸漬レンズ６１３が追加されている点である。浸漬液６１４はレンズ６１３の右側に位置している。この図に示す対物系は約２６６〜４３６ｎｍの帯域に亘り収差補正されており、約０．０７５ｍｍという視野サイズを呈している。また、この図に示した構成においても約１．２という比較的高いＮＡが得られる。但しこの値は浸漬媒として純水を用いた場合の値であり、前記同様、より屈折率の高い他の物質を浸漬媒として用いればＮＡを更に高めることができる。そして、この図に示した構成における多色波面収差は約０．０４５波以内に収まる。
【００４９】
図６中のカタジオプトリック群６０３は、浸漬レンズ６１３と、反射被覆付レンズ素子であるマンジャンミラー素子６１２と、やはり反射被覆付レンズ素子である凹球面反射器６１１とを含んでいる。これらのうちマンジャンミラー素子６１２及び凹球面反射器６１１は、双方とも、その中央部に、反射素材の無い光学的開口を有している。これらの部材の中央部に反射素材欠落部があるため、物体から発した光は、浸漬液６１４及び浸漬レンズ６１３を通ってマンジャンミラー素子６１２に入射しそこを通り抜け、凹球面反射器６１１の第２面によってマンジャンミラー素子６１２方向に反射され、そして凹球面反射器６１１を通り抜けてその後方に中間像６１５を形成する、という光路を辿ることができる。また、本実施形態における視野レンズ群６０２は１個の視野レンズ６１０から構成されている。なお、この図では浸漬液６１４の境界線が詳示されていないが、浸漬液６１４が浸漬レンズ６１３に接していることと、浸漬液６１４が図示しない標本の表面に沿うよう配置されていることを、了解されたい。
【００５０】
また、本実施形態における合焦レンズ群６０１では複数個のレンズ素子、具体的には６個のレンズ素子６０４〜６０９が使用されている。これらのレンズ素子６０４〜６０９は皆、ある同じ一種類の素材から形成することができる。合焦レンズ群６０１は、視野レンズ群６０２を介し中間像６１５から光を集める。本対物系のＮＡを制限乃至修正したければ、図示しない開口絞りの位置に開口乃至マスクを配置すればよい。
【００５１】
表４に、本実施形態のレンズ処方を示す。
【表４】
2007531060.tif 000006
【００５２】
図７に、本発明の第５実施形態に係る浸漬結像用対物系を示す。本対物系は１１個の素子を有している。図６に示した構成に対しこの図の構成が有している相違点は、第２の視野レンズ素子が追加されていること、即ち２個の視野レンズ素子７１０及び７１１を有していることである。２個の視野レンズ素子７１０及び７１１を用いることで、本浸漬結像用対物系は、約２６６〜８００ｎｍという顕著に広い帯域に亘り収差補正されている。この図に示す対物系にて得られる視野サイズは約０．１００ｍｍと広く、また本対物系では約１．１という高いＮＡが確保されている。但しこのＮＡの値は浸漬媒として純水を用いた場合の値であり、より屈折率の高い他の物質を浸漬媒として用いればＮＡを更に高めることができる。更に、この図の構成における多色波面収差は約０．０６波以内に収まる。
【００５３】
図７中のカタジオプトリック群７０３は、浸漬レンズ７１４と、反射被覆付レンズ素子であるマンジャンミラー素子７１３と、やはり反射被覆付レンズ素子である凹球面反射器７１２とを含んでいる。マンジャンミラー素子７１３及び凹球面反射器７１２は、双方とも、その中央部に、反射素材の無い光学的開口を有している。これらの部材の中央に反射素材欠落部があるため、図示しない標本からの光は、浸漬液７１５及び浸漬レンズ７１４を介しマンジャンミラー素子７１３に入射し、凹球面反射器７１２の第２面によってマンジャンミラー素子７１３方向に反射され、そして凹球面反射器７１２を通り抜けて凹球面反射器７１２及び視野レンズ７１１の後方に中間像７１７を形成する、という光路を辿ることができる。また、本実施形態における視野レンズ群７０２は２個の視野レンズ７１０及び７１１から構成されている。そして、前記同様、浸漬液乃至浸漬媒７１５の境界線は図示を省略してある。
【００５４】
本実施形態における合焦レンズ群７０１では複数個のレンズ素子、具体的には６個のレンズ素子７０４〜７０９が使用されている。これらのレンズ素子７０４〜７０９は皆、ある同じ一種類の素材から形成することができる。合焦レンズ群７０１は、視野レンズ群７０２を介し中間像７１７から光を集める。本対物系のＮＡを制限乃至修正したければ、開口絞り７１８の位置に開口乃至マスクを配置すればよい。そして、図７に示した構成においても、図３に示した構成について説明したものと同様の効果及び柔軟性を実現できる。表５に、本実施形態のレンズ処方を示す。
【表５】
2007531060.tif 000007
【００５５】
図８に、本発明の第６実施形態に係る浸漬結像用対物系を示す。本対物系は互いに別体の８個の素子を有している。図６に示した構成及び図７に示した構成に対しこの図の構成が有している相違点は、カタジオプトリック群の構成乃至配置が異なること、レンズ素子の個数が少ないこと、並びに補正波長が異なることである。即ち、本浸漬結像用対物系は約１９０〜１９８ｎｍの帯域に亘り収差補正されており、同時に約０．０５０ｍｍという視野サイズを呈している。また、この図の構成においては約１．２という高いＮＡが確保されている。但しこの値は浸漬媒として純水を用いた場合の値であり、より屈折率が高い別の物質を浸漬媒として用いればＮＡを更に高めることができる。そして、この図の構成における多色波面収差は約０．０５波以内に収まる。
【００５６】
図８中のカタジオプトリック群８０３は、浸漬レンズ素子８１１と、反射被覆付レンズ素子であるマンジャンミラー素子８１０と、やはり反射被覆付レンズ素子である凹球面反射器８０９とを含んでいる。マンジャンミラー素子８１０はその中央部に反射素材の無い光学的開口を有しており、また凹球面反射器８０９はその中央部に実体的な孔を有している。素子８１０に反射素材欠落部があり反射器８０９に中央孔があるため、前記同様図示対物系の右側に位置している図示しない標本乃至物体からの光は、浸漬液８１２及び浸漬レンズ８１１を介してマンジャンミラー素子８１０に入射しそこを通り抜け、凹球面反射器８０９の第２面によってマンジャンミラー素子８１０方向に反射され、そして凹球面反射器８０９を通り抜け凹球面反射器８０９及び視野レンズ８０８の近傍に中間像８１４を形成する、という光路を辿ることができる。また、本実施形態における視野レンズ群８０２は１個の視野レンズ８０８から構成されている。
【００５７】
本実施形態における合焦レンズ群８０１では複数個のレンズ素子、具体的には４個のレンズ素子８０４〜８０７が使用されている。これらのレンズ素子８０４〜８０７は皆、ある同じ一種類の素材から形成することができる。合焦レンズ群８０１は、視野レンズ群８０２を介し中間像８１４から光を集める。本対物系のＮＡを制限乃至修正したければ、開口絞り８１５の位置に開口乃至マスクを配置すればよい。そして、図８に示した構成においては、図３に示した構成について説明したものと同様の効果及び柔軟性を実現できる。表６に、本実施形態のレンズ処方を示す。
【表６】
2007531060.tif 000008
【００５８】
図９に、本発明の第７実施形態に係る対物系を示す。本実施形態では、対物系に一定厚み（基準厚み）のカバーガラスを付加し、そのカバーガラスによって標本を覆うようにすると共に、このカバーガラスの厚みの影響を本対物系により補償するようにしている。結像目的の対物系にてカバーガラス又はそれと浸漬液との組合せを使用する場合、何らかの改変乃至再最適化が必要になるが、とりわけ生体素材の検査に際しては、カバーガラスを用いることが有益となり得る。図示されている対物系は、その基準厚みが０．１７ｍｍのカバーガラス向けに最適化されており、また約２６６〜４３６ｎｍの帯域に亘り収差補正されていて、その視野サイズが約０．１５０ｍｍとなっている。更に、この図の構成では約０．９という高いＮＡを確保しており、その多色波面収差は約０．０４波以内に収まっている。
【００５９】
図９中のカタジオプトリック群９０３は、反射被覆付レンズ素子であるマンジャンミラー素子９１２と、やはり反射被覆付レンズ素子である凹球面反射器９１１とを含んでいる。凹球面反射器９１１及びマンジャンミラー素子９１２は、双方とも、その中央部に、反射素材の無い光学的開口を有している。反射器９１１及び素子９１２に反射素材欠落部があるため、その境界線を図上省略してある物体乃至標本９１４からの光は、カバーガラス９１３を介しマンジャンミラー素子９１２に入射してそこを通り抜け、凹球面反射器９１１の第２面によってマンジャンミラー素子９１２方向に反射され、そして凹球面反射器９１１を通り抜けて凹球面反射器９１１及び視野レンズ群９０２の近傍に中間像９１５を形成する、という光路を辿ることができる。また、本実施形態における視野レンズ群９０２は１個の視野レンズ９１０から構成されている。
【００６０】
本実施形態における合焦レンズ群９０１では複数個のレンズ素子、具体的には６個のレンズ素子９０４〜９０９が使用されている。これらのレンズ素子９０４〜９０９は皆、ある同じ一種類の素材から形成することができる。合焦レンズ群９０１は、視野レンズ群９０２を介し中間像９１５から光を集める。本対物系のＮＡを制限乃至修正したければ、図示しない開口絞りの位置に開口乃至マスクを配置すればよい。更に、前記同様、図９に示した構成でも図３に示した構成について説明したものと同様の利点や柔軟性を実現できる。表７に、本実施形態のレンズ処方を示す。
【表７】
2007531060.tif 000009
【００６１】
また、カバーガラス９１３の厚みは、実際には基準厚みである０．１７ｍｍとは幾分相違する厚みになる。このようにカバーガラス９１３の厚みが基準厚みと相違するにしても、相違分が±０．０２０ｍｍの範囲内であれば、図示されているものと同様の対物系を用いて十分な結像効果を得ることができる。即ち、合焦レンズ群９０１、視野レンズ群９０２及びカタジオプトリック群９０３の間隔を調整することによって、本対物系では、カバーガラス９１３の厚みの相違分（ばらつき）を補償することができる。表８に、この補償の概要を示す。
【表８】
2007531060.tif 000010
【００６２】
この表から看取できるように、カバーガラス９１３の厚みが基準厚みより薄い場合は、合焦レンズ群９０１、視野レンズ群９０２及びカタジオプトリック群９０３の距離を増すことによって、その厚み不足を補償することができる。この手法による補償即ち素子位置調整を実施するには、例えば、その表裏両側にネジ山（又は他種可回転型取付具）が設けられている回転リング内に視野レンズ群９０２を固定し、その回転リングを、片側のネジ山によりカタジオプトリック群９０３に取り付け、他側のネジ山により合焦レンズ群９０１に取り付ければよい。その際、回転リングの各側におけるネジ山のピッチと方向が適正に設定されていれば、機械的回転挙動１回だけで、狙い通りの補償を施すことができる。即ち、回転リングの各側にネジ山が形成されているため、オペレータが回転リングを回転させるだけで、或いは何らかの装置によって回転リングを回転させるだけで、視野レンズ群９０２と合焦レンズ群９０１の間隔を変化させる動作と、視野レンズ群９０２とカタジオプトリック群９０３の間隔を変化させる動作とが、同時に実行される。従って、ネジ山の設定次第で補償動作を単挙動化できる。
【００６３】
加えて、合焦レンズ群９０１・視野レンズ群９０２間の間隔距離の変更分が、視野レンズ群９０２・カタジオプトリック群９０３間の間隔距離の変更分の２倍となるようにすることによって、性能上の損逸を僅かなものにとどめることができる。
【００６４】
更に、合焦レンズ群、視野レンズ群及びカタジオプトリック群の間の空隙を調整するというこの手法を図３〜図８に示した構成にて使用することによって、浸漬流体の屈折率に現れる相違分乃至ばらつきも補償することができる。
【００６５】
図１０に、本発明の第８実施形態に係る自力補正型可変焦点距離結像光学系を示す。本光学系は、二種類のガラス素材即ち熔融シリカ及び弗化カルシウムを用いて形成された５個の素子を備えており、２６６〜８００ｎｍの波長域に亘り収差補正されている。本光学系においては、その焦点距離を、下限値である２００ｍｍから所望の距離まで変化させることができる。焦点距離を制限する要因は本可変焦点距離光学系の全長しかない。
【００６６】
図１０に示すように、本可変焦点距離光学系は固定型の合焦レンズ群１００１及び可動型の結像レンズ群１００２を備えている。対物系の出射瞳１００３から合焦レンズ群１００１までの間隔距離は望みに応じて設定することができるが、ここでは１００ｍｍに設定してある。１００ｍｍの間隔距離があれば、対物系と本可変焦点距離光学系との間に、ビームスプリッタ、フェーズプレート、フィルタ等を何個か挿入することができる。本実施形態においては、合焦レンズ群１００１が２個のレンズ１００４及び１００５を含んでおり、また結像レンズ群１００２が３個のレンズ素子１００６、１００７及び１００８を含んでいる。
【００６７】
表９に、図１０に示した実施形態のレンズ処方を示す。
【表９】
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【００６８】
系全体としての焦点距離は、固定型の合焦レンズ群１００１又は可動型の結像レンズ群１００２の焦点距離を変化させることにより、変化させることができる。例えば、合焦レンズ群１００１の焦点距離を増すことにより、望み得る最短の焦点距離においてだけでなく、望み得る最長の焦点距離においても、面１１の厚みを増すことができる。また、本可変焦点距離光学系の焦点距離は合焦レンズ群１００１・結像レンズ群１００２間の距離を修正することによっても変化させることができる。その場合、合焦レンズ群１００１・結像レンズ群１００２間の距離を変化させるのと同時に結像レンズ群１００２・検知器１０１０間の距離も変化させないと、検知器１０１０上に像を合焦させることができない。また、通常、検知器１０１０の前部乃至前方には、検知器１０１０を保護すると共に光汚染(photocontamination)を制限する窓１００９を固定しておく。表１０に、本可変焦点距離光学系における焦点距離及び距離変化を示す。
【表１０】
2007531060.tif 000012
【００６９】
合焦レンズ群１００２・検知器１０１０間の距離の変更は、ミラー及び検知器１０１０の何れか一方を可動型とすることによって、実現することができる。検知器１０１０を可動型とするのが最も容易ではあるが、そうすることができるのは、実現したい焦点距離が短い場合だけである。即ち、実現したい焦点距離が長い場合、検知器可動式では検知器移動距離がかなり長くなってしまう。そのため、焦点距離が長くなる場合は、ミラーを可動型にした方が、焦点位置調整に要するスペースを節約できる。
【００７０】
本発明又はその実施形態に係る対物系による検査の効率を高め且つ所要スペースを減らすには、「４」の字配置やトロンボーン状配置を用いるとよい。図１１に「４」の字配置の例を示す。図中、レンズ１１０１ａ及び１１０１ｂからなる固定型の合焦レンズ群１１０１に入射した光は、レンズ１１０２ａ、１１０２ｂ及び１１０２ｃからなる結像レンズ群１１０２へと合焦され、反射面即ちミラー１１０４及び１１０３により反射された後に検知器１１０５に達する。従って、ミラー１１０３及び１１０４の位置を変化させることによって、結像レンズ群１１０２と固定型の検知器１１０５の間の距離を増減させることができ、ひいては像を効率的に合焦させることができる。
【００７１】
図１２に、採用し得るトロンボーン状配置の例を示す。図中、レンズ１２０１ａ及び１２０１ｂからなる固定型の合焦レンズ群１２０１に入射した光は、レンズ１２０２ａ、１２０２ｂ及び１２０２ｃからなる結像レンズ群１２０２へと合焦され、ミラー１２０３、１２０４及び１２０５により反射された後に検知器１２０６に達する。従って、ここではミラー１２０４及び１２０５から構成されているミラー群１２０７の位置を変化させることによって、結像レンズ群１２０２と固定型の検知器１２０６の間の距離を増減させることができ、ひいてはより好適に、像を合焦させることができる。
【００７２】
本実施形態に係る可変焦点距離光学系は、構成としては表９に示したものと同様の構成とすることができる。それは、可動型ミラーの役割がレンズ群１２０２・検知器１２０６間の空隙調整に限られていて、他の部分に影響を与えないからである。本可変焦点距離光学系の構成が表９に示した構成である場合、レンズ群１２０２・検知器１２０６間の空隙は表１０に示した値に従い調整すればよい。
【００７３】
以上説明した本発明に係る系は、様々な環境にて使用することができる。使用できる環境の例としては、リソグラフィ、顕微鏡観察、生体検査、医学研究等がある。
【００７４】
また、本発明の構成は、上述した実施形態の構成に限られるものではなく、例えばまた別の部材を備える構成とすることもできる。そうした場合にも、本発明に係る思想を取り入れて本発明による効果を享受することができる。即ち、一種類又は複数種類の浸漬液を用いて実現され、小型で、そのＮＡが最高１．２に及ぶ程高く、各種の波長にてまた各種の照明モード下で使用できる構成が得られる。また、本発明についてその実施形態に基づき説明を行ったが、それらに対し更なる変形を施した形態でも本発明を実施できることを了解されたい。本願の意図は、全体として本発明の原理に従って構成されているものである限り、本発明が属する技術分野において常用されている手法や当該技術分野においてこれから知られることとなるであろう手法を用い本発明に変形を施したものも含め、あらゆる変種、用途及び応用をカバーしたい、というものである。
【００７５】
本発明の構成は、上述した実施形態の構成に限られるものではなく、例えば、また別の部材を備える構成とすることもできる。そうした場合にも、本発明に係る思想を取り入れて本発明による効果を享受することができる。即ち、一種類又は複数種類の浸漬液を用いて実現され、小型で、そのＮＡが最高１．２に及ぶ程高く、各種の波長にてまた各種の照明モード下で使用できる構成が得られる。また、本発明についてその実施形態に基づき説明を行ったが、それらに対し更なる変形を施した形態でも本発明を実施できることを了解されたい。本願の意図は、全体として本発明の原理に従って構成されているものである限り、本発明が属する技術分野において常用されている手法や当該技術分野においてこれから知られることとなるであろう手法を用い本発明に変形を施したものも含め、あらゆる変種、用途及び応用をカバーしたい、というものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】特許文献１の図１に示されているものと同様の構成を有するカタジオプトリック対物系の例を示す図である。
【図２】特許文献２の図４に示されているものと同様の構成を有するカタジオプトリック対物系の例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係り０．９５のＮＡを呈する浸漬結像用の９素子小型カタジオプトリック対物系であって、２６６〜４３６ｎｍの帯域向けに収差補正され約０．１５０ｍｍの視野サイズを呈するものを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係り１．０のＮＡを呈する浸漬結像用の広帯域小型カタジオプトリック対物系であって、２６６〜４３６ｎｍの帯域向けに収差補正され約０．１５０ｍｍの視野サイズを呈するものを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係り１．０のＮＡを呈する浸漬結像用の９素子小型カタジオプトリック対物系であって、１９０〜１９６ｎｍの帯域向けに収差補正され約０．１５０ｍｍの視野サイズを呈するものを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係り１．２のＮＡを呈する浸漬結像用の１０素子小型カタジオプトリック対物系であって、１９０〜１９６ｎｍの帯域向けに収差補正されその浸漬面が実質的に平坦なものを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係り１．１のＮＡを呈する浸漬結像用の１１素子小型カタジオプトリック対物系であって、２６６〜４３６ｎｍの帯域向けに収差補正され約０．１５０ｍｍの視野サイズを呈するものを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係り１．２のＮＡを呈する浸漬結像用の８素子小型カタジオプトリック対物系であって、１９０〜１９８ｎｍの帯域向けに収差補正され約０．０５０ｍｍの視野サイズを呈するものを示す図である。
【図９】０．１７ｍｍ厚のカバーガラス分を補償でき且つそのカバーガラスにおける厚み相違分（ばらつき）を補正調整できるカタジオプトリック対物系の構成を示す図である。
【図１０】５０〜３００倍の倍率域を有する自力補正型可変焦点結像系を示す図である。
【図１１】この可変焦点結像系と併用される「４」の字状ミラー配置を示す図である。
【図１２】上記可変焦点結像系と併用されるトロンボーン状ミラー配置を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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