(57)【要約】低減されたサイズのカタディオプトリック対物レンズ及びシステムが開示される。この対物レンズは、約１９０ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲内の波長を有する光エネルギーとともに使用され得る。素子は、直径が１００ｍｍよりも小さい。この対物レンズは、光エネルギーを受けるように構成され且つ少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群（３０７）を備えている。対物レンズはさらに少なくとも一つのフィールドレンズ（３０５）を備えており、これは、フォーカシングレンズ群からフォーカスされた光エネルギーを受けて中間光エネルギー（３０６）を提供するように方向付けられている。対物レンズはまたマンジンミラー配列（３０１）も含み、これは、フィールドレンズから中間光エネルギーを受け取り試料への伝達用の制御された光エネルギーを形成するように位置している。マンジンミラー配列は、０．６５を越えて約０．９０までの開口数で、制御された光エネルギーを分け与えて、そのデザインは様々な環境で使用され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約２８５〜３２０ナノメートルの範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズであって、
前記光エネルギーを受け取るように構成された少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、
前記フォーカシングレンズ群からフォーカスされた光エネルギーを受け取り中間光エネルギーを提供するように方向付けられたフィールドレンズと、
前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズから受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するように位置されたマンジンミラー配列と、
を備えており、
全てのフォーカシングレンズ、フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、対物レンズ。
【請求項２】
前記マンジンミラー配列が、
実質的に湾曲した凹面表面と第２の表面反射率とを有する凹面レンズ／ミラー素子と、
最小に湾曲した表面と第２の表面反射率とを有する比較的平坦なレンズ／ミラー素子と、
を備える、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
約０．９の開口数を有するように構成された、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項４】
各レンズが約２５ミリメートルより小さい直径を有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記対物レンズが約０．２８ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記対物レンズが約０．４０ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項７】
全てのレンズが単一のガラス材料から構成されている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項８】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料から約４５ミリメートル離れて位置され得て、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項９】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料から約１００ミリメートル離れて位置され得て、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１０】
前記フォーカシングレンズ群が６つのフォーカシングレンズを備えている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１１】
前記フィールドレンズが前記フィールドレンズと前記マンジンミラー配列との間に中間イメージを形成する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１２】
前記対物レンズが、前記試料から、前記マンジンミラー配列、前記フィールドレンズ、及び前記フォーカシングレンズ群を通って反射された光エネルギーを受け取る、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１３】
全てのフォーカシングレンズ、フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１４】
全てのフォーカシングレンズ、フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項１３に記載の対物レンズ。
【請求項１５】
約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズであって、
前記光エネルギーを受け取るように構成され且つ少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、
前記フォーカシングレンズ群からフォーカスされた光エネルギーを受け取り中間光エネルギーを提供するように方向付けられた少なくとも一つのフィールドレンズと、
前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズから受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するように位置されて、前記制御された光エネルギーを０．６５を越える開口数で試料に与えるマンジンミラー配列と、
を備えており、
前記対物レンズにて使用されている各レンズと前記マンジンミラー配列の各素子とが、１００ミリメートルより小さな直径を有する、対物レンズ。
【請求項１６】
前記マンジンミラー配列が、
実質的に湾曲した凹面表面と第２の表面反射率とを有する凹面レンズ／ミラー素子と、
最小に湾曲した表面と第２の表面反射率とを有する比較的平坦なレンズ／ミラー素子と、
を備える、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項１７】
前記対物レンズが視野サイズを有しており、全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項１８】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項１７に記載の対物レンズ。
【請求項１９】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項１８に記載の対物レンズ。
【請求項２０】
各レンズが約２５ミリメートルより小さい直径を有する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２１】
前記対物レンズが約０．２８ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２２】
前記対物レンズが約０．４０ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２３】
全てのレンズが単一のガラス材料から構成されている、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２４】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料の近傍に位置され得て、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２５】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料から約４５〜約１００ミリメートル離れて位置され得て、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２６】
約０．９の開口数を有するように構成された、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２７】
約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように単一のガラス材料から構成されている対物レンズであって、
約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを伝達する、少なくとも一つのフォーカシングレンズと、
約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを伝達する、少なくとも一つのフィールドレンズと、
約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを試料に提供する、少なくとも一つのマンジンミラー素子と、
を備える、対物レンズ。
【請求項２８】
前記少なくとも一つのマンジンミラー素子が、
実質的に湾曲した凹面表面と第２の表面反射率とを有する凹面レンズ／ミラー素子と、
最小に湾曲した表面と第２の表面反射率とを有する比較的平坦なレンズ／ミラー素子と、
を備える、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項２９】
前記対物レンズが視野サイズを有しており、全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３０】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項２９に記載の対物レンズ。
【請求項３１】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項３０に記載の対物レンズ。
【請求項３２】
約０．９の開口数を有するように構成された、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３３】
各レンズが約２５ミリメートルより小さい直径を有する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３４】
前記対物レンズが約０．２８ミリメートルの視野サイズを有する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３５】
前記対物レンズが約０．４０ミリメートルの視野サイズを有する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３６】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料の近傍に位置され得て、前記対物レンズの前記フランジでの使用が合理的な光学的解像度を提供する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３７】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料から約４５〜約１００ミリメートルの間の範囲に位置され得て、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３８】
約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の光エネルギーを使用して試料をイメージングするシステムであって、
約２５ミリメートルより小さい直径を有し、前記光エネルギーを受け取り且つ制御された中間光エネルギーを提供する、複数のレンズと、
前記中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを前記試料に与えるマンジンミラー配列と、
を備えた、システム。
【請求項３９】
前記複数のレンズが、
複数のフォーカシングレンズを備え、前記光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを提供する、フォーカシングレンズ群と、
少なくとも一つのフィールドレンズを備え、前記フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ前記中間光エネルギーを提供する、フィールドレンズ群と、
を備えている、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記マンジンミラー配列が、
実質的に湾曲した凹面表面と第２の表面反射率とを有する凹面レンズ／ミラー素子と、
最小に湾曲した表面と第２の表面反射率とを有する比較的平坦なレンズ／ミラー素子と、
を備える、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記システムが視野サイズを有しており、全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４４】
約０．９の開口数を有するように構成された、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４５】
前記システムが約０．２８ミリメートルの視野サイズを有する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４６】
前記システムが約０．４０ミリメートルの視野サイズを有する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４７】
前記システムがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料の近傍に位置され得て、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４８】
前記システムがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料から約４５〜約１００ミリメートルの間の範囲に位置され得て、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４９】
試料から光エネルギーを受け取るように構成され且つ反射された光エネルギーを形成する反射された光エネルギーを提供する少なくとも一つの素子を備えるカタディオプトリックグループと、
前記反射された光エネルギーを受け取り且つ結果として得られる光エネルギーを伝達する少なくとも一つのフィールドレンズを備えるフィールドレンズ群と、
結果として得られる光エネルギーを受け取り且つ結果として得られるフォーカスされた光エネルギーを伝達する少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、
を備えた、カタディオプトリック対物レンズであり、
前記対物レンズに対するイメージング開口数が少なくとも０．６５であり、前記対物レンズが、使用される全てのレンズに対して最大のレンズ直径を有しており、最大レンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、対物レンズ。
【請求項５０】
各レンズが溶融シリカから形成されている、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５１】
少なくとも一つのレンズがフッ化カルシウムから形成されている、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５２】
レンズが溶融シリカ及びフッ化カルシウムを備えるグループからの一つから形成されている、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５３】
前記カタディオプトリックグループが２０波より小さい軸上球面収差を有する、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５４】
任意の素子の０．０１ｍｍの中心ずれが、最悪の視野点で０．３５ｒｍｓの波を越えないだけ、関連した波面を減らす、請求項５３に記載の対物レンズ。
【請求項５５】
前記対物レンズの補正された帯域幅が少なくとも１０ｎｍである、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５６】
前記対物レンズの補正された帯域幅が少なくとも５０ｎｍである、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５７】
前記対物レンズの補正された帯域幅が３１３ｎｍを含む、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５８】
前記対物レンズの補正された帯域幅が２６６ｎｍを含む、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５９】
前記対物レンズが視野を有し、波面誤差が前記視野に渡って０．１波ＲＭＳより小さい、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項６０】
前記対物レンズが視野を有し、前記視野が直径約０．２８ｍｍである、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項６１】
前記対物レンズが視野を有し、前記視野が直径約０．４ｍｍである、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項６２】
試料をイメージングする方法であって、
フォーカシングレンズ群を使用して、受け取った光エネルギーをフォーカスするステップと、
フィールドレンズ群を使用して、フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを提供するステップと、
マンジンミラー配列を使用して、中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するステップと、
を包含し、
前記フォーカシングレンズ群、前記フィールドレンズ群、及び前記マンジンミラー配列を使用して視野サイズが形成され、前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、方法。
【請求項６３】
前記方法が顕微鏡の分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記方法が半導体ウエハ検査の分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記方法がリソグラフィの分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
前記方法が生物学的検査の分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
前記方法が医学的研究の分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６８】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項６２に記載の方法。
【請求項６９】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項６２に記載の方法。
【請求項７０】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子が１００ｍｍより小さい直径を有している、請求項６２に記載の方法。
【請求項７１】
フォーカシングレンズ群を使用して、受け取った光エネルギーをフォーカスする手段と、
フィールドレンズ群を使用して、フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを提供する手段と、
マンジンミラー配列を使用して、中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを形成する手段と、
を備えており、
前記フォーカシングレンズ群、前記フィールドレンズ群、及び前記マンジンミラー配列を使用して視野サイズが形成され、前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、対物レンズ。
【請求項７２】
前記対物レンズが顕微鏡の分野で使用される、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７３】
前記対物レンズが半導体ウエハ検査の分野で使用される、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７４】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７５】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７６】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子が１００ｍｍより小さい直径を有している、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７７】
対物レンズにおける残存収差を補正する際に使用するためのチューブレンズ配列であって、
光エネルギーを受け取り且つ予備光エネルギーを内部視野にフォーカスする、少なくとも一つのフォーカシングレンズと、
前記内部視野の近傍における少なくとも一つのフィールドレンズと、
前記内部視野から光エネルギーを受け取り且つ光を瞳孔に伝達する、少なくとも一つのコンバージョンレンズと、
を備える、チューブレンズ配列。
【請求項７８】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項７９】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項８０】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項８１】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項８２】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項８３】
前記単一のガラス材料が溶融シリカである、請求項７に記載の対物レンズ。
【請求項８４】
前記単一のガラス材料が溶融シリカである、請求項２３に記載の対物レンズ。
【請求項８５】
前記単一のガラス材料がフッ化カルシウムである、請求項２３に記載の対物レンズ。
【請求項８６】
前記対物レンズに対する補正された帯域幅が約０．１５より小さい、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項８７】
前記対物レンズに対する補正された帯域幅が約０．１５より小さい、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項８８】
前記対物レンズに対する補正された帯域幅が約０．１５より小さい、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項８９】
前記対物レンズに対する補正された帯域幅が約０．１５より小さい、請求項３８に記載のシステム。
【請求項９０】
前記対物レンズに対する補正された帯域幅が約０．１５より小さい、請求項３９に記載の対物レンズ。
【請求項９１】
２つのガラス材料が使用される、請求項７７に記載の対物レンズ。
【請求項９２】
前記２つのガラス材料が溶融シリカ及びフッ化カルシウムである、請求項９１に記載の対物レンズ。
【請求項９３】
前記チューブレンズが、自己補正対物レンズにおける前記残存収差を補正するように最適化されている、請求項７７に記載の対物レンズ。
【請求項９４】
前記チューブレンズが視野サイズを増すように最適化されている、請求項９３に記載の対物レンズ。
【請求項９５】
前記チューブレンズが帯域幅を増すように最適化されている、請求項９３に記載の対物レンズ。
【請求項９６】
前記視野サイズが２５％増加する、請求項９４に記載の対物レンズ。
【請求項９７】
相対帯域幅が約０．２５まで増加する、請求項９３に記載の対物レンズ。
【請求項９８】
相対帯域幅が約０．３５まで増加する、請求項９３に記載の対物レンズ。
【請求項９９】
前記対物レンズ及びチューブレンズが、一緒になって残存収差を補正するように最適化されている、請求項７７に記載の対物レンズ。
【請求項１００】
相対帯域幅が約０．５まで増加する、請求項９９に記載の対物レンズ。
【請求項１０１】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した視野サイズを許容するように低減されている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１０２】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した相対帯域幅を許容するように低減されている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１０３】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した視野サイズを許容するように低減されている、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項１０４】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した相対帯域幅を許容するように低減されている、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項１０５】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が視野サイズの増加を許容するように低減されている、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項１０６】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した相対帯域幅を許容するように低減されている、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項１０７】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１０８】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１０９】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項１３に記載の対物レンズ。
【請求項１１０】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項１３に記載の対物レンズ。
【請求項１１１】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項１１２】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項１１３】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項３８に記載のシステム。
【請求項１１４】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項３８に記載のシステム。
【請求項１１５】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項１１６】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項１１７】
約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズであって、
前記光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを提供するフォーカシング手段と、
フォーカスされた光エネルギーを前記フォーカシング手段から受け取り且つ中間光エネルギーを提供するフィールドレンズ手段と、
前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズ手段から受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するミラー手段と、
を備えており、
前記ミラー手段が前記制御された光エネルギーを０．６５を越える開口数で試料に与え、前記対物レンズで使用される各レンズと前記ミラー手段における各素子とが１００ミリメートルより小さい直径を有する、対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２００３年２月２１日に出願された「高性能低コストカタディオプトリックイメージングシステム」という名称の米国予備特許出願第６０／４４９，３２６号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般的には光学的イメージングの分野に関しており、より具体的には、顕微鏡イメージング、検査、及びリソグラフィ用途に使用されるカタディオプトリック光学システムに関している。
【背景技術】
【０００３】
多くの光学及び電子システムが、部分的に製造された集積回路またはフォトマスクにあるような欠陥についての表面特徴を検査するために存在している。欠陥は、表面上にランダムに局在した粒子、引っかき傷、プロセスの変動などの形態を取り得る。そのような技法及び装置は当該技術においてよく知られており、カリフォルニア州サンホセのＫＬＡテンコー社（KLA-Tencor Corporation）から利用可能なもののような様々な商業製品にて具現化されている。
【０００４】
特殊化された光学システムが、半導体ウエハ及びフォトマスクに発見される欠陥のイメージングを可能にするために、検査装置にて必要とされている。そのようなシステムのための改良された性能は、高い開口数のような有益な検査パラメータを容易化する特別に設計された素子を使用して実現され得る。対物レンズの開口数は、光を集め且つ固定された物体距離における微細な試料を解像する対物レンズの能力を表す。開口数は、光学系又は素子に入る又は出ることができるメリジオナル光線の最大の錐の頂角の正弦に、その錐の頂点が位置する材質の屈折率を積算したものとして測定される。大きな開口数は検査中に明瞭な利点を提供し、そのうちの少なくないものが、試料のより小さな特徴を解像する能力である。また、高ＮＡは、より大きな散乱角を集め、それによって、比較的低いＮＡを有するシステムに対して、暗場環境における性能を改善する傾向がある。高開口数（ＮＡ）カタディオプトリックシステムを開示している２つの特許は、シェーファーらに対する米国特許第５，７１７，５１８号及び米国特許第６，４８３，６３８号である。‘５１８特許の教示に従ったカタディオプトリックデザイン１００の代表的な図が図１に示されており、これは‘５１８特許の図１と同様である。‘６３８特許の教示に従ったカタディオプトリックデザイン２００の代表的な図が図２に示されており、これは‘６３８特許の図４と同様である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シェーファーらに対する米国特許第５，７１７，５１８号は、高ＮＡの超広帯域ＵＶイメージングが可能なイメージング設計を開示している。高ＮＡ（約０．９まで）のシステムは、広帯域の明場及び多波長暗場イメージングのために使用されることができる。ある問題が、図１に示されるものと同様の設計に関して存在する。第１に、フィールドレンズ群が、大きな湾曲したカタディオプトリック素子の中央孔の内部に物理的に位置決めされるために必要とされ得て、これは、製造を非常に困難に且つ極端に高価にすることができる。第２に、そのような設計におけるフィールドレンズ素子は、少なくとも一つの接着剤で留められた界面を必要とし得る。３６５ｎｍより短い波長の存在下では、内部焦点における光強度レベルに耐えることができる信頼性のある接着剤は、一般的に利用可能ではない。第３に、そのような設計におけるレンズ素子は視野面に非常に接近して位置され得て、それによって、イメージの劣化を防ぐために、高い度合いの又はほとんど完全に近い表面特性及びバルク材料特性を必要とする。第４に、素子直径は、特にカタディオプトリック群に関して、典型的には標準的な顕微鏡対物レンズよりも大きい。大きな直径の素子は、しばしば検査システムへの集積を困難にし、製造コストを増加させることができる。
【０００６】
図２の設計は、一般的に高ＮＡの超広帯域ＵＶイメージングを可能にする。この設計は、広帯域の明場及び複数波長暗場イメージングのために使用されることができ、且つ広範囲の倍率を提供するために焦点可変チューブレンズを使用することができる高ＮＡ（約０．９まで）イメージングシステムである。図２の設計は、部分的にはカタディオプトリック群によって生成された増加した軸上球面収差のために、フィールドレンズ群に非常に厳しい公差を導入する。この軸上球面収差は、引き続く屈折レンズ素子によって補正されなければならない。図２の設計は比較的大きく、それによって、特にカタディオプトリック群において、素子の複雑なオプトメカニカル搭載を一般的に必要とする。
【０００７】
他の光学配列が試料検査を実行するために開発されてきているが、各配置はある特定の欠点及び制約を有する傾向にある。一般に、高精度検査環境では、短い中心波長を有する対物レンズは、長い中心波長を有するものに対して利点を提供する。より短い波長は、より高い光学的解像度及び改良された欠陥検出を可能にすることができ、半導体ウエハのような多層試料の上層における改良されて欠陥分離を容易にすることができる。より短い波長は、改良された欠陥特徴付けを提供することができる。できるだけ大きい波長範囲をカバーすることができる対物レンズもまた、特に照明源としてアークランプを使用しているときに望まれ得る。すべての屈折対物レンズの設計は、この波長範囲では困難である。なぜなら、高透過性を有するガラス材料で色補正に対して有効なものがほとんどないからである。小さい帯域幅は、利用可能な光パワーの制約及び検査されている表面上の薄膜からの干渉の増加のために、検査用途では望まれないことがある。
【０００８】
大きな視野サイズは、検査中に明瞭な利点を提供することができる。一つの利点は、所与の時間期間に試料のより大きな範囲を走査する能力であり、それによって、短い時間期間内に大きな範囲を走査する能力として測定されるスループットを増加させる。このタイプの環境における典型的な設計の比較的大きな視野サイズは、２００倍のイメージング倍率を使用してほぼ０．２ｍｍ又はそれより大きいことができて、対角４０ｍｍのセンサをサポートする。小さな対物レンズもまた、小さい対物レンズが標準的な顕微鏡対物レンズとともに使用され且つ標準的な顕微鏡タレットにフィットすることができるので、望まれることができる。標準的な対物レンズフランジから対象物までの長さは４５ｍｍである一方、ある対物レンズは、１００ｍｍを越える長さを有する１００ｍｍよりも大きいレンズ直径を使用する。その他のより小さなカタディオプトリック対物レンズが製造されているが、依然として典型的には、６０ｍｍを越えるレンズ直径及び６０ｍｍを越える長さを有している。これらの小さな対物レンズのあるものは、０．７５に限定されたＮＡ及び０．１２ｍｍに限定された視野サイズを有し、帯域幅は１０ｎｍよりも小さい。そのような設計は、典型的には、性能を改善する努力として、カタディオプトリック群の中に加えられたレンズを有するシュワルツチャイルド・アプローチを使用する。作動距離は、典型的には８ｍｍより大きい。この設計アプローチは、中央部の不明瞭さの増加を犠牲として対物レンズ直径をいくらか減らすことができるが、対物レンズの性能を顕著に劣化させる。
【０００９】
低い内因性収差を有する対物レンズもまた、単色及び色収差の両方に対して非常に自己補正的な対物レンズとして、望まれることができる。自己補正された対物レンズは、他の自己補正されたイメージング光学系に対して、より緩やかな位置合わせ公差を有する。レンズのセンタリング公差のような緩やかな製造公差を有する対物レンズは、特に有用であり得る。さらに、レンズ表面への入射角度を減らすことは、光学的コーティングの性能及び製造において大きな効果を有することができる。一般的に、レンズ表面への入射角度が小さいと、より緩やかな製造公差も作り出される。
【００１０】
以前に知られていたシステムに存在するこれらの欠点を克服するシステムを提供し、且つ、ここで記述されたこれら負の局面を提示する装置に比べて改良された機能性を有する光学的検査システム設計を提供することは、有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本設計の第１の局面によれば、約２８５〜３２０ナノメートルの範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズが提供される。この対物レンズは、前記光エネルギーを受け取るように構成された少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、前記フォーカシングレンズ群からフォーカスされた光エネルギーを受け取り中間光エネルギーを提供するように方向付けられたフィールドレンズと、前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズから受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するように位置されたマンジンミラー配列と、を備えている。全てのフォーカシングレンズ、フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい。
【００１２】
本設計の第２の局面によれば、約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズが提供される。この対物レンズは、前記光エネルギーを受け取るように構成され且つ少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、前記フォーカシングレンズ群からフォーカスされた光エネルギーを受け取り中間光エネルギーを提供するように方向付けられた少なくとも一つのフィールドレンズと、前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズから受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するように位置されて、前記制御された光エネルギーを０．６５を越える開口数で試料に与えるマンジンミラー配列と、を備えている。前記対物レンズにて使用されている各レンズと前記マンジンミラー配列の各素子とが、１００ミリメートルより小さな直径を有する。
【００１３】
本設計の第３の局面によれば、約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される、単一のガラス材料で製造された対物レンズが提供される。この対物レンズは、約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを伝達する、少なくとも一つのフォーカシングレンズと、約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを伝達する、少なくとも一つのフィールドレンズと、約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを試料に提供する、少なくとも一つのマンジンミラー素子と、を備える。
【００１４】
本設計の第４の局面によれば、約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の光エネルギーを使用して試料をイメージングするシステムが提供される。このシステムは、約２５ミリメートルより小さい直径を有し、前記光エネルギーを受け取り且つ制御された中間光エネルギーを提供する、複数のレンズと、前記中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを前記試料に与えるマンジンミラー配列と、を備えている。
【００１５】
本設計の第５の局面によれば、試料から光エネルギーを受け取るように構成され且つ反射された光エネルギーを形成する反射された光エネルギーを提供する少なくとも一つの素子を備えるカタディオプトリックグループと、前記反射された光エネルギーを受け取り且つ結果として得られる光エネルギーを伝達する少なくとも一つのフィールドレンズを備えるフィールドレンズ群と、結果として得られる光エネルギーを受け取り且つ結果として得られるフォーカスされた光エネルギーを伝達する少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、を備えた、カタディオプトリック対物レンズが提供される。前記対物レンズに対するイメージング開口数が少なくとも０．６５であり、前記対物レンズは、使用される全てのレンズに対して最大のレンズ直径を有しており、最大レンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい。
【００１６】
本設計の第６の局面によれば、試料をイメージングする方法が提供される。この方法は、フォーカシングレンズ群を使用して、受け取った光エネルギーをフォーカスするステップと、フィールドレンズ群を使用して、フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを提供するステップと、マンジンミラー配列を使用して、中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するステップと、を包含する。前記フォーカシングレンズ群、前記フィールドレンズ群、及び前記マンジンミラー配列を使用して視野サイズが形成され、前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい。
【００１７】
本設計の第７の局面によれば、フォーカシングレンズ群を使用して、受け取った光エネルギーをフォーカスする手段と、フィールドレンズ群を使用して、フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを提供する手段と、マンジンミラー配列を使用して、中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを形成する手段と、を備えた対物レンズが提供される。前記フォーカシングレンズ群、前記フィールドレンズ群、及び前記マンジンミラー配列を使用して視野サイズが形成され、前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい。
【００１８】
本設計の第８の局面によれば、約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズが提供される。この対物レンズは、前記光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを提供するフォーカシング手段と、フォーカスされた光エネルギーを前記フォーカシング手段から受け取り且つ中間光エネルギーを提供するフィールドレンズ手段と、前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズ手段から受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するミラー手段と、を備えており、前記ミラー手段が前記制御された光エネルギーを０．６５を越える開口数で試料に与え、前記対物レンズで使用される各レンズと前記ミラー手段における各素子とが１００ミリメートルより小さい直径を有する。
【００１９】
本発明これら及びその他の目的及び効果は、本発明の以下の詳細な説明及び添付の図面から、当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明によれば、単一のガラス材料を使用して、あるいはある状況下では性能を改善するために一つより多くのガラス材料を使用して、２８５〜３２０ｎｍからの波長範囲で補正されたカタディオプトリック対物レンズが提供される。この対物レンズ設計の一つの局面が、図３に示されている。このカタディオプトリック対物レンズは、図３に示されているように、ＵＶスペクトル領域、すなわち約０．２８５〜０．３２０ミクロンの波長での広帯域イメージングのために最適化されている。この対物レンズは、比較的高い開口数と大きな対象視野とを提供する。提示される発明的な設計は、オフナーフィールドレンズと組み合わされたシュプマン原理を使用して、軸方向の色と１次の横方向の色とを補正する。図３に例示された局面に示されているように、フィールドレンズ群３０５は中間イメージ３０６からわずかに変位しており、向上された性能を得る。
【００２１】
図３から、カタディオプトリック群３０１又はマンジンミラー配列は、マンジンミラー素子３０２を含む。マンジンミラー素子３０２は、反射的にコートされたレンズ素子である。カタディオプトリック群３０１はまた、凹球面反射器３０３、やはり反射的にコートされたレンズ素子も含む。カタディオプトリック群３０１における両素子は、反射性材料が存在しない中央光学開口を有している。これが、光が対象物又は試料３００（図示されず）からマンジンミラー素子３０２を通り、凹球面反射器３０３の第２の又は内側表面からマンジンミラー素子３０２の反射性表面３２０の上に、凹球面反射器３０３を通って反射し、凹球面反射器３０３とフィールドレンズ群３０４との間に中間イメージ３０６を形成することを可能にする。フィールドレンズ群３０４は一つ又はそれ以上のレンズを備え得て、図３に示される局面では、一つのフィールドレンズがフィールドレンズ群３０４にて使用されている。
【００２２】
フォーカシングレンズ群３０７は、複数のレンズ素子、図示されている局面では６つのレンズ素子３０８、３０９、３１０、３１１、３１２、及び３１３を使用する。フォーカシングレンズ群３０７における全てのレンズは、単一のタイプの材料から形成され得て、フィールドレンズ群３０４及び中間イメージ３０６からの光を収集する。
【００２３】
図３に描かれている本発明の局面に対するレンズの構成が、表１に示されている。
【００２４】
【表１】
2006518876.tif 000003
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【００２５】
当業者によって認識され得るように、表１の左端の欄における数は、図３の左から表面を数えた表面番号を示している。例えば、図３に示されている向きでのレンズ３０８の左の表面（表１の表面３）は、曲率半径５３．５１８７８ｍｍ、厚さ２ｍｍを有し、最も右の表面（表面４）は、−１８．１７３４３ｍｍの曲率半径を有し、次の表面から０．９７６１７７ｍｍである。使用されている材料は溶融シリカであり、左側の表面の直径は９．３７６１６１ｍｍで、右側の表面の直径は９．２３４８５７ｍｍである。
【００２６】
図３に示された設計では、開口数は、０．９０に近付くか又はそれを超えることさえ有り得る。図3に描かれた局面を含めてここで示された設計は、すべての場合の中で０．６５を超える最大の開口数を提供する。
【００２７】
図３から、フォーカシングレンズ群３０７は、光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを伝達する能力を有している。フィールドレンズ群３０４は、フォーカスされた光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを提供し、且つ中間イメージ３０６を形成する能力を有している。カタディオプトリック群又はマンジンミラー配列３０１は、中間エネルギーを受け取って、制御された光エネルギーを試料に提供する。あるいは、反射された経路は試料から始まり、試料から反射された光はカタディオプトリック群又はマンジンミラー配列３０１によって受け取られて、反射された光エネルギーを形成して伝達する。フィールドレンズ群３０４は、反射された光エネルギーを受け取り、結果として得られる光エネルギーを伝達し、フォーカシング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、フォーカスされた結果の光エネルギーを伝達する。
【００２８】
図３及び表１に示された設計は、これより、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。その他の材料も使用され得るが、設計内で使用される溶融シリカ又はいずれの材料も、１９０ｎｍから赤外波長に至る広い波長範囲に渡って低い吸収を必要とし得る点が留意される。溶融シリカの使用は、この波長範囲における任意の中心波長に対して、設計が再最適化されることを可能にする。例えば、設計は、１９３、１９８．５、２１３、２４４、２４８、２５７、２６６、３０８、３２５、３５１、３５５、又は３６４ｎｍにおけるレーザを用いた使用のために最適化されることができる。設計はまた、１９２〜１９４、２１０〜２１６、２３０〜２５４、２８５〜３２０、及び３６５〜５４６ｎｍからのランプスペクトル帯域をカバーするために、最適に使用され得ることもできる。加えて、フッ化カルシウムがガラス又はレンズ材料として使用されると、この設計は、１５７ｎｍのエキシマレーザあるいは１５７ｎｍ又は１７７ｎｍのエキシマランプとともに使用されることができる。再最適化は、当業者の能力内で、構成要素のチューニング又は変更を必要とする。フッ化カルシウムレンズはまた、米国特許第５，７１７，５１８号で一般に議論されている改変、対物レンズの帯域幅を増加するために、フィールドレンズ群にて使用されることができる。
【００２９】
図３に示されているように、この対物レンズは直径２６ｍｍを有し、これは、この波長範囲で以前に使用されてきた対物レンズよりも顕著に小さい。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を考慮すると特に有益である。対物レンズは、４５ｍｍのフランジ・対象間距離で標準顕微鏡タレットに搭載されることができる。対物レンズは、約０．９０の開口数、約０．４ｍｍの視野サイズをサポートし、約２８５〜３１３ｎｍからの補正された帯域幅、および約０．０３８波より小さい多色波面誤差を有する。図２に示された設計の対物レンズ、図３の設計、及び標準顕微鏡対物レンズの間のサイズ比較は、図４に示されている。
【００３０】
任意の光学設計において真実であるように、対物レンズ又は光学設計の所望の用途に依存して、性能特性を改善するためには、あるトレードオフがなされ得る。例えば、用途に応じて、帯域幅、視野サイズ、開口数、及び／又は対物レンズサイズを犠牲にして、前述の性能特性の一つを向上することが可能である。例えば、より低い又は高いＮＡのための最適化が可能である。ＮＡを減らすと、製造公差及び対物レンズの外径を減らすことができる。より低いＮＡの設計は、より大きい視野サイズ及びより大きい帯域幅を提供することができる。同じ性能で且つより少ない光学素子を有するより低いＮＡの設計もまた可能である。より高いＮＡのための最適化もまた可能である。より高いＮＡのための設計の最適化は、一般的に視野サイズ又は帯域幅を制限し、わずかに増加した直径の対物レンズ素子を必要とし得る。
【００３１】
図３の設計は、直径０．４ｍｍの視野サイズを有している。そのような比較的大きな視野サイズは、大きな高速センサをサポートする。例えば、２００倍のイメージング倍率を使用すると、対角８０ｍｍを有するセンサがサポートされることができる。図３の設計はまた、より大きなレンズ直径を許容し且つ素子を再最適化することによって、より大きな視野サイズまで拡張されることができ、再び当業者の範囲内のタスクである。
【００３２】
図３の設計は、約２８５〜３２０ｎｍからの設計帯域幅に渡って、比較的低い内因性多色波面収差を有する。低い波面収差は、増加した製造頭上スペース又は製造の容易さを提供し、製造された対物レンズの比較的高い性能を可能にする。図３の設計は、対物レンズがフォーカスされると、約２６６〜３６５ｎｍからの狭い帯域に渡ってよい性能を示す。再び、当業者によって容易に実行され得るタスクである。この狭い帯域範囲における図３の対物レンズの使用は、３６５ｎｍラインのレーザのようなレーザ又は狭ランプスペクトルの使用を許容する。この設計はまた、自己補正される。この文脈における自己補正は、設計仕様を達成するために収差を補正するにあたって、対物レンズが付加的な光学部品を必要としないことを意味している。自己補正する能力は、光学的試験計測法と他の自己補正イメージング光学系への光学的な位置合わせとを単純化する傾向がある。付加的なイメージング光学系を使用した残存収差の更なる補正も、可能である。さらなる収差補正は、帯域幅又は視野サイズのような光学仕様を増すことができる。
【００３３】
本設計の一つの利点は、比較的緩やかな製造公差である。具体的には、個々のレンズの中心ずれ公差は比較的緩い。個々のレンズ素子に対して緩やかな中心ずれ公差を有することは、システムの製造要求用件を単純化する傾向がある。製造中に遭遇した任意のレンズの中心ずれは、軸上コマ、他の残存収差を導入することなく補償することが困難な現象を引き起こし得る。本設計を使用すると、カタディオプトリック群３０１及びフォーカシングレンズ群３０７の中で収差を注意深くバランスすることによって、レンズ及びミラー素子の中心ずれ感度を減らすことが可能である。カタディオプトリック群の合計収差は、図３の設計を使用してフィールドレンズ群３０４及びフォーカシングレンズ群３０７によって要求される補償をバランスして、最適化され得る。図５Ａは、対物レンズに対する中心ずれ感度を示す。何の補償器も使用しない１０ミクロンの中心ずれは、レンズ３０２を除く全ての素子において、約０．２波より小さな収差を導入する。補償器なしの１０ミクロンの中心ずれは、約０．２９波の収差を導入する。図３に示された設計では、平均公差は、約３１３ｎｍで約０．１３波の誤差である。カタディオプトリック群３０１の素子における公差をさらにバランスすることも、可能である。
【００３４】
中心ずれ公差はまた、使用される波長と共に変化する。これは、小さい中心ずれに対して導入される光路誤差が、波長の強い関数ではないからである。例えば、１０ミクロンの中心ずれが２６６ｎｍの波長で０．２波の収差を導入すると、これは０．０５３２ミクロンの光路誤差に相当する。３６５ｎｍで動作するシステムは、同じ中心ずれに対して０．１５波の収差のみ導入する。これは、同じ０．０５３２ミクロンの光路誤差を有する。
【００３５】
これらの公差は、同様の環境における他のカタディオプトリック設計よりも緩くなる傾向にあり、大抵の標準的屈折対物レンズの設計よりも緩くなる傾向になる。図５Ｂは、図３の設計、３６５〜４３６ｎｍから補正されたＵＶ屈折率対物レンズ、及び図２に示された設計に基づいたカタディオプトリック対物レンズの間の感度の比較を表す。一般に、図５Ｂのプロットにおいて、垂直スケール上で、より低い値は、より望ましい設計を示す。波面誤差は、１０ミクロンの中心ずれについて、各素子に対して補償なしにプロットされている。平均感度は、屈折対物レンズよりも小さく、図２の設計からのものに同様なカタディオプトリック対物レンズの設計の感度よりもはるかに小さい。
【００３６】
この設計はまた、ガラス材料の屈折率についても非常に緩い公差を有する。これは大部分は、この設計が単一材料型であり、且つ色収差を補償するために２つの異なるガラス材料の屈折率の差に依存していないためである。これはまた、この設計を温度変化に対して非常に不感にしている。標準的な設計は、色補正のために、異なる屈折率プロファイルを有する複数のガラス材料を使用する。各材料に対する屈折率プロファイルは、温度とともに異なって変化する。この変化は、設計温度とは異なる温度に対する色補正を変化させ、性能を低減する。
【００３７】
ここで提示された対物レンズの設計は、様々なモードの照明及びイメージングをサポートすることができる。サポートされるモードは、明場及び様々な暗場照明及びイメージングモードを含むことができる。共焦点、差動干渉コントラスト、偏光コントラストのような他のモードもまた、現在の設計を使用してサポートされ得る。
【００３８】
明場モードは、顕微鏡システムにおいて普通に使用される。明場照明の利点は、生成されるイメージの明瞭さである。明場照明をここで提示されているような対物レンズとともに使用することは、光学系の倍率倍された対象物の形状サイズの比較的正確な表示を提供する。ここで提示された対物レンズ及び光学素子は、コンピュータ化された対象物検出及び分類のためのイメージ比較及び処理アルゴリズムとともに、容易に使用されることができる。明場モードは、典型的には広帯域のインコヒーレント光源を使用するが、ここで提示された設計を利用したわずかに改変された照明システム構成要素を使用したレーザ照明源を使用することが可能であり得る。
【００３９】
共焦点モードは、対象物形状の高さの差を解像する光学セクショニングのために使用されてきている。大抵のイメージングモードは、形状の高さの変化を検出することが困難である。共焦点モードは、対象となっている各高さにおいて、対象物形状の別個のイメージを形成する。イメージの比較がそれから、異なる形状の相対高さを示す。共焦点モードは、ここで提示された設計を使用して利用され得る。
【００４０】
暗場モードは、対象物の形状を検出するために使用されてきている。暗場モードの利点は、平らな鏡面エリアが検出器にほんの僅かしか光を散乱せず、結果として暗いイメージになることである。対象物の上方に突出している表面形状又は対象物は、光を検出器に向かって散乱させる傾向にある。これより、半導体ウエハのような対象物を検査する際に、暗場イメージングは、暗い背景上に形状、粒子、又はその他の不規則さのイメージを生成する。本設計は、暗場モード照明とともに使用され得る。暗場モードは、光を散乱する小さな形状に当たると、結果として大きな信号を提供する。この結果としての大きな信号は、所与の形状サイズに対して、より大きな画素を利用することを許容し、より高速の対象物検査を可能にする。フーリエフィルタリングもまた、暗場検査の間に、反復パターン信号を最小化して検出信号対ノイズの比を向上するために使用されることができる。
【００４１】
多くの異なる暗場モードが存在し、各々は特有の照明及び収光スキームを含む。照明及び収光スキームは、対象物からの収集された散乱され且つ回折された光が、許容可能な信号対ノイズ比を提供するように選ばれることができる。ある光学系は、リング暗場、レーザ指向暗場、二重暗場、及び中央暗場を含む異なる暗場イメージングモードを使用する。これらの暗場イメージングモードの各々は、本設計で使用され得る。
【００４２】
本設計の代替的な局面は、帯域幅が増加した対物レンズを提供する。設計のこの局面は、図６に示されている。図６の設計と図３のものとの間の主な相違点は、帯域幅と視野サイズとの間のトレードオフである。図６の設計の対物レンズは、２６６〜３２０ｎｍのより広い帯域幅に渡って補正されるが、図３の設計の０．４ｍｍに比べて約０．２８ｍｍという比較的小さな視野を有する。図６の設計は、約０．９０という高い開口数を維持している。図６の設計に対する最悪のケースの多色波面誤差は、約０．０３６波である。
【００４３】
図６から、カタディオプトリック群６０１は、反射コートされたレンズ素子であるマンジンミラー素子６０２と、やはり反射コートされたレンズ素子である凹球面反射器６０３とを含む。マンジンミラー素子６０２及び凹球面反射器６０３の両方とも、反射物質が存在しない中央光学開口を有する。図示されている素子の中央において反射物質が存在しないことは、光が対象物又は試料６００（図示されず）からマンジンミラー素子６０２を通過し、凹球面反射器６０３の第２の表面からマンジンミラー素子６０２に反射し、凹球面反射器６０３を通って伝達し、凹球面反射器６０３と本設計のこの局面では単一のフィールドレンズ６１５を備えるフィールドレンズ群６０４との間に中間イメージ６２０を形成することを可能にする。
【００４４】
フォーカシングレンズ群６０５は、複数のレンズ素子、この局面では６つのレンズ素子６０６、６０７、６０８、６０９、６１０、及び６１１を使用し、これらはすべて単一のタイプの材料から形成され得る。フォーカシングレンズ群６０５は、中間イメージ６２０を含めて、光をフィールドレンズ群６０４から収集する。
【００４５】
図６に示された設計は、図３の設計に関して記述された利点及びフレキシビリティを有する。この実施形態に対するレンズ構成は、表２に示されている。
【００４６】
【表２】
2006518876.tif 000005
2006518876.tif 000006
【００４７】
本設計の更なる局面は、対物レンズにおける残存収差を補正するためにチューブレンズを使用する。残存収差は、主に歪み及び高次の水平カラーの色変動である。これらの残存収差は、対物レンズにおけるオフナーフィールドレンズの使用に関係している。これらの残存収差を補正する一つの方法は、オフナーフィールドレンズにおいて第２のガラス材料を使用することである。第２の材料の使用は、大きな素子及び比較的厳しい公差を有する光学設計を導くことができる。この設計にて提示される代替的なアプローチは、残存収差を補正するための付加的なイメージング光学系の使用である。そのような設計は、高ＮＡ、大きい視野サイズ、小さいレンズ直径、ならびに比較的緩い公差を有するシステムを作成することができる。
【００４８】
これらの残存収差の補正は、視野サイズをさらに増加することができ、又は視野サイズを維持しながら帯域幅を増加することができる。図７Ａの設計は、図３の設計においてと同じ約０．４ｍｍの視野サイズを維持し、且つ再フォーカスの必要なしに２６６〜３６５ｎｍをカバーするように帯域幅を拡張する。図７Ａの設計に対する最悪のケースの多色波面誤差は、約０．０３６波である。
【００４９】
この設計は、２つの空気で間隔を空けられたダブレット７０１、７０２、７０３、及び７０４を含み、これらのダブレット７０１〜７０４は溶融シリカ及びフッ化カルシウムから形成されている。ダブレット７０１〜７０４は、光を３つの溶融シリカレンズ素子、すなわちレンズ素子７０５、７０６、及び７０７を通してフォーカスする。これらのレンズ素子７０５〜７０７は、内部視野に近接している。光はそれから、空気で間隔を空けられたトリプレット７０８、７０９、及び７１０によってコリメートされる。光はそれから、７１１にて外部瞳孔を形成する。外部瞳孔７１１は、暗場開口、フーリエフィルタ、及びビームスプリッタを配置するために使用されることができる。
【００５０】
図７Ａに示された本発明の局面に対するレンズ構成は、表３に示されている。
【００５１】
【表３】
2006518876.tif 000007
2006518876.tif 000008
2006518876.tif 000009
【００５２】
図７Ａのチューブレンズ設計は、溶融シリカ及びフッ化カルシウムのみを使用する。これらの材料の両方は、約１９０ｎｍから赤外に至る伝達性を有する。これより、チューブレンズは、異なる中心波長について再最適化されることができる対物レンズとともに動作するように設計されることができる。他のチューブレンズの倍率は、この設計を使用して達成され得る。図７Ａの設計は、所望の全体倍率に応じて、異なる無限焦点について再最適化されることができる。ここで提示された設計を使用して、高速センサを露光することができるイメージを直接形成するフォーカシングチューブレンズが実現され得る。
【００５３】
本設計の付加的な局面は、チューブレンズを使用して対物レンズの残存収差を補正する。これらの残存収差の補正は、視野サイズをさらに増加することができ、又は視野サイズを維持しながら帯域幅を増加することができる。残存収差は、主に歪み及び高次の水平カラーの色変動である。図７Ｂの設計は、図３の設計においてと同じ約０．４ｍｍの視野サイズを維持し、且つ再フォーカスの必要なしに２６６〜４０５ｎｍをカバーするように帯域幅を拡張する。図７Ｂの設計に対する最悪のケースの多色波面誤差は、約０．０４１波である。
【００５４】
図７Ｂの設計は、光を収集する対物レンズ７５１と残存収差を補正するチューブレンズ７５３とから構成される。レンズ７５２のセットが、性能を向上するために使用され得る。図７Ａの設計を越える付加的な帯域幅を達成するために、図７Ｂの対物レンズ及びチューブレンズは、部分的に一緒に最適化される。対物レンズ及びチューブレンズの部分的に組み合わされた最適化は、限定的なオフ軸の水平カラー及び歪みの更なる補正を可能にする。チューブレンズは、図７Ａの設計と同じ様式で使用されることができる外部瞳孔７５４を形成する。図７Ｂに示された設計はまた、照明及び自動焦点光を折り曲げるために使用されることができるオプションのビームスプリッタ素子７５４も示している。図７Ｂに示された本発明の局面に対するレンズ構成は、表４に示されている。
【００５５】
【表４】
2006518876.tif 000010
2006518876.tif 000011
2006518876.tif 000012
【００５６】
設計スペクトルは２６６〜３６５ｎｍに制約され、０．５ｍｍの視野サイズに再最適化されることができる。図７Ｂのチューブレンズ設計は溶融シリカ及びフッ化カルシウムのみを使用し、図７Ａの設計について示された再最適化に対するフレキシビリティを全て有している。
【００５７】
現在の設計の最大開口数は、０．９に近づくか又は越える。設計の開口数は、対物レンズの開口絞りに可変開口を配置し、照明及びイメージング光角度を最適に制約することによって、低減され得る。照明及びイメージング角度を、図７Ａ又は図７Ｂのチューブレンズ設計のようなイメージング光学系を使用して外部瞳孔平面に開口を配置することによって、独立して制御することもまた可能である。照明の開口数は、対物レンズの開口を照明光で満たすことによって低減され得る。そのような設計は、フルイメージングＮＡが使用されることを可能にする。
【００５８】
現在の設計の代替的な局面は、視野サイズが増加した対物レンズである。設計のこの局面は、図７Ｃに示されている。図７Ｃの設計と図３のそれとの間の主な相違点は、０．４ｍｍから１．０ｍｍへの視野サイズの増加、及び２５ｍｍから５８ｍｍへのレンズ直径の増加である。対照的に、この視野直径は、図２の設計と同じである。この設計の最大レンズ直径は、図２の設計よりもはるかに小さい。図７Ｃの設計の対物レンズは、２８５〜３２０ｎｍまでの帯域幅に渡って補正され、０．９０の高い開口数を維持し、図７Ｃの設計に対する最悪のケースの多色波面誤差は約０．０３３波である。
【００５９】
図７Ｃから、カタディオプトリック群７７１は、反射コートされたレンズ素子であるマンジンミラー素子７７２と、やはり反射コートされたレンズ素子である凹球面反射器７７３とを含む。マンジンミラー素子７７２及び凹球面反射器７７３の両方とも、反射物質が存在しない中央光学開口を有する。図示されている素子の中央において反射物質が存在しないことは、光が対象物又は試料７７０（図示されず）からマンジンミラー素子７７２を通過し、凹球面反射器７７３の第２の表面からマンジンミラー素子７７２に反射し、凹球面反射器７７３を通って伝達し、凹球面反射器７７３と本設計のこの局面では３つのフィールドレンズ７８３、７８４、及び７８５を備えるフィールドレンズ群７７４との間に中間イメージ７９０を形成することを可能にする。
【００６０】
フォーカシングレンズ群７７５は、複数のレンズ素子、この局面では７つのレンズ素子７７６、７７７、７７８、７７９、７８０、７８１、及び７８２を使用し、これらはすべて単一のタイプの材料から形成され得る。フォーカシングレンズ群７７５は、中間イメージ７９０を含めて光をフィールドレンズ群７７４から光を収集する。
【００６１】
図６に示された設計は、図３の設計に関して記述された利点及びフレキシビリティを有する。この設計に対するレンズ構成は、表５に示されている。
【００６２】
【表５】
2006518876.tif 000013
【００６３】
この設計のさらなる局面は、図８〜図１１に示されており、図８は、約３１１〜３１５ｎｍの波長の存在下で実行されることができる設計であり、約２６ｍｍの直径、約０．２８ｍｍの視野サイズ、及び約０．９０のＮＡを有している。この設計に対するレンズ構成は、表６に示されている。
【００６４】
【表６】
2006518876.tif 000014
【００６５】
図９は、約２６ｍｍの直径、約２９７〜３１３ｎｍの間の波長、及び約０．９０のＮＡを有している約０．２８ｍｍの視野設計である。この設計に対するレンズ構成は、表７に示されている。
【００６６】
【表７】
2006518876.tif 000015
【００６７】
図１０は、約２６ｍｍの直径、約２９７〜３１３ｎｍの間の波長、及び約０．９０のＮＡを有している約０．４ｍｍの視野設計である。この設計に対するレンズ構成は、表８に示されている。
【００６８】
【表８】
2006518876.tif 000016
【００６９】
図１１は、約２６ｍｍの直径、約２６６〜３１３ｎｍの間の波長、約０．２８ｍｍの視野サイズ、及び約０．９０のＮＡを有している広帯域設計である。この設計に対するレンズ構成は、表９に示されている。
【００７０】
【表９】
2006518876.tif 000017
【００７１】
本発明は、以前に知られているカタディオプトリック対物レンズと同様の又はそれよりもよい性能を、より小さい最大レンズ直径で達成することができる。これらの設計で最大の直径を有するレンズは、典型的には非常に湾曲したマンジンミラー素子であり、対象物又は試料から２番目の光学素子である。
【００７２】
図２に示されている対物レンズと同様の設計は、０．９のＮＡ、大きな光学素子を使用して補正された帯域幅、及び比較的厳しい製造公差を有している。上記で示された現在の設計は、大きな補正された帯域幅を示すが、比較的小さな光学素子を使用しており、この設計は緩やかな製造公差を有している。図１２は、相対帯域幅及び最大レンズ直径に関して、以前のシステムを現在の設計に対して対照するグラフである。相対帯域幅は、対物レンズの帯域幅を中心波長によって割ったものとして定義される。以前のシステムは、１００ｍｍよりも大きい最大直径を有するレンズを使用して、少なくとも０．５の相対帯域幅に対して良好に補正されている。ここで提示されている現在の対物レンズ設計は単一のガラス材料を使用し、約２０ｍｍから１００ｍｍまでの最大直径を有するレンズを使用して、約０．１６まで自己補正されている。０．５までの相対帯域幅におけるこれらの対物レンズのさらなる補正は、図７Ａ及び図７Ｂの設計におけるように残存色収差を補正するチューブレンズを使用して可能である。同様の補正は、ＮＡ又は視野サイズの要件を制約するだけで、対物レンズに対しても可能である。
【００７３】
図１３は、視野サイズ及び最大レンズ直径に関して、以前のシステムと現在の設計とを対照するグラフである。以前のシステムは、１００ｍｍよりも大きい最大直径を有するレンズを使用して、１ｍｍの視野サイズに対して良好に補正される傾向にある。ここで提示されている現在の対物レンズ設計は、約２５ｍｍからの最大直径を有するレンズを使用して０．４ｍｍの視野サイズに対して、且つ、約５８ｍｍのレンズ直径を使用して１．０ｍｍの視野サイズに対して、補正されている。これ及び図１２のグラフから、視野サイズと（マンジンミラー配列、フィールドレンズ、及びフォーカシングレンズを含む最大の素子の直径との間の比は、一般に１００対１よりも小さく、６０対１よりも小さくなり得る。例えば、５８ｍｍのレンズ直径対１．０ｍｍの視野サイズは、５８対１の比を生成する。大きな視野サイズはまた、レンズ直径を増加することでも可能である。より大きな視野サイズに対するこれらの対物レンズの更なる補正は、図７Ａ及び図７Ｂの設計におけるように残存色収差を補正するチューブレンズを使用して可能である。同様の補正は、ＮＡ又は視野サイズの要件を制約するだけで、対物レンズに対しても可能である。
【００７４】
本設計は、リソグラフィ、顕微鏡、生物学的検査、医学研究などを含む様々な環境で使用され得るが、これらに限定されるものではない。
【００７５】
ここに提示された設計及び描写された特定の局面は、限定的であることを意味してはいないが、本発明の教示及び恩恵、すなわち異なる照明モードを使用して様々な波長にて使用されることができる高ＮＡを有する小さな設計を依然として組み込みながら、代替的な構成要素を含み得る。これより、本発明が、その特定の実施形態に関して記述されてきたが、本発明がさらなる改変を可能としていることを理解されたい。本願は、一般的に、本発明の原理に従って、且つ、本発明が属している技術の範囲内では既知及び習慣的な実践の範囲内に入ることになるような本開示からの逸脱を含めて、本発明のあらゆる変化、使用、及び適用をカバーすることを企図している。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】米国特許第５，７１７，５１８号の図１に示されたものと同様のカタディオプトリック対物レンズ設計の局面を描いた図である。
【図２】米国特許第６，４８３，６３８号の図４に示されたものと同様のカタディオプトリック対物レンズ設計の局面を描いた図である。
【図３】本発明に従った高ＮＡを有する低減されたサイズのカタディオプトリック対物レンズを示す図である。
【図４】図２に示された設計の対物レンズ、図３の低減されたサイズのカタディオプトリック対物レンズ、及び標準的な顕微鏡対物レンズのサイズの比較図である。
【図５Ａ】図３の対物レンズ設計の中心ずれ感度のグラフである。
【図５Ｂ】図３の設計、３６５〜４３６ｎｍから補正されたＵＶ屈折対物レンズ、及び図２の設計に基づくカタディオプトリック対物レンズの間の感度の比較を示す図である。
【図６】本発明に従った低減されたサイズのカタディオプトリック対物レンズの代替的な局面の図である。
【図７Ａ】本発明に従ったチューブレンズ配列を示す図である。
【図７Ｂ】２６６〜４０５ｎｍから補正された、直径０．４ｍｍの視野を有する対物及びチューブレンズを示す図である。
【図７Ｃ】１ｍｍの視野サイズ及び約５８ｍｍの直径を有する対物レンズ設計を示す図である。
【図８】約３１１〜３１５ｎｍからの波長の存在時に、約２６ｍｍの直径、約０．２８ｍｍの視野サイズ、及び約０．９０のＮＡを有して実行することができる設計の図である。
【図９】約２６ｍｍの直径、約２９７〜３１３ｎｍの間の波長、及び約０．９０のＮＡを有する約０．２８ｍｍの視野設計の図である。
【図１０】約２６ｍｍの直径、約２９７〜３１３ｎｍの間の波長、及び約０．９０のＮＡを有する約０．４ｍｍの視野設計の図である。
【図１１】約２６ｍｍの直径、約２６６〜３１３ｎｍの間の波長、約０．２８ｍｍの視野サイズ、及び約０．９０のＮＡを有する広帯域設計を描く図である。
【図１２】相対帯域幅対現在の設計を含むある設計の最大レンズ素子直径を比較するグラフである。
【図１３】視野サイズ対現在の設計を含むある設計の最大レンズ素子直径を比較するグラフである。
【図１】
2006518876.tif 000018
【図２】
2006518876.tif 000019
【図３】
2006518876.tif 000020
【図４】
2006518876.tif 000021
【図５Ａ】
2006518876.tif 000022
【図５Ｂ】
2006518876.tif 000023
【図６】
2006518876.tif 000024
【図７Ａ】
2006518876.tif 000025
【図７Ｂ】
2006518876.tif 000026
【図７Ｃ】
2006518876.tif 000027
【図８】
2006518876.tif 000028
【図９】
2006518876.tif 000029
【図１０】
2006518876.tif 000030
【図１１】
2006518876.tif 000031
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月5日(2005.5.5)
【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】
約２８５〜３２０ナノメートルの範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズであって、
前記光エネルギーを受け取るように構成された少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、
前記フォーカシングレンズ群からフォーカスされた光エネルギーを受け取り中間光エネルギーを提供するように方向付けられたフィールドレンズと、
前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズから受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するように位置されたマンジンミラー配列と、
を備えており、
全てのフォーカシングレンズ、フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、対物レンズ。
【請求項２】
前記マンジンミラー配列が、
実質的に湾曲した凹面表面と第２の表面反射率とを有する凹面レンズ／ミラー素子と、
最小に湾曲した表面と第２の表面反射率とを有する比較的平坦なレンズ／ミラー素子と、
を備える、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
約０．９の開口数を有するように構成された、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項４】
各レンズが約２５ミリメートルより小さい直径を有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記対物レンズが約０．２８ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記対物レンズが約０．４０ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項７】
全てのレンズが単一のガラス材料から構成されている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項８】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが試料から約４５ミリメートル離れて位置されて、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項９】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが試料から約１００ミリメートル離れて位置されて、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１０】
前記フォーカシングレンズ群が６つのフォーカシングレンズを備えている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１１】
前記フィールドレンズが前記フィールドレンズと前記マンジンミラー配列との間に中間イメージを形成する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１２】
前記対物レンズが、試料から、前記マンジンミラー配列、前記フィールドレンズ、及び前記フォーカシングレンズ群を通って反射された光エネルギーを受け取る、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１３】
全てのフォーカシングレンズ、フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項１４】
全てのフォーカシングレンズ、フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項１３に記載の対物レンズ。
【請求項１５】
約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズであって、
前記光エネルギーを受け取るように構成され且つ少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、
前記フォーカシングレンズ群からフォーカスされた光エネルギーを受け取り中間光エネルギーを提供するように方向付けられた少なくとも一つのフィールドレンズと、
前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズから受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するように位置されて、前記制御された光エネルギーを０．６５を越える開口数で試料に与えるマンジンミラー配列と、
を備えており、
前記対物レンズにて使用されている各レンズと前記マンジンミラー配列の各素子とが、１００ミリメートルより小さな直径を有する、対物レンズ。
【請求項１６】
前記マンジンミラー配列が、
実質的に湾曲した凹面表面と第２の表面反射率とを有する凹面レンズ／ミラー素子と、
最小に湾曲した表面と第２の表面反射率とを有する比較的平坦なレンズ／ミラー素子と、
を備える、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項１７】
前記対物レンズが視野サイズを有しており、全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項１８】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項１７に記載の対物レンズ。
【請求項１９】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項１８に記載の対物レンズ。
【請求項２０】
各レンズが約２５ミリメートルより小さい直径を有する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２１】
前記対物レンズが約０．２８ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２２】
前記対物レンズが約０．４０ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２３】
全てのレンズが単一のガラス材料から構成されている、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２４】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料の近傍に位置されて、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２５】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料から約４５〜約１００ミリメートル離れて位置されて、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２６】
約０．９の開口数を有するように構成された、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項２７】
約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように単一のガラス材料から構成されている対物レンズであって、
約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを伝達する、少なくとも一つのフォーカシングレンズと、
約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを伝達する、少なくとも一つのフィールドレンズと、
約１００ミリメートルより小さい直径を有し、前記中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを試料に提供する、少なくとも一つのマンジンミラー素子と、
を備える、対物レンズ。
【請求項２８】
前記少なくとも一つのマンジンミラー素子が、
実質的に湾曲した凹面表面と第２の表面反射率とを有する凹面レンズ／ミラー素子と、
最小に湾曲した表面と第２の表面反射率とを有する比較的平坦なレンズ／ミラー素子と、
を備える、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項２９】
前記対物レンズが視野サイズを有しており、全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３０】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項２９に記載の対物レンズ。
【請求項３１】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項３０に記載の対物レンズ。
【請求項３２】
約０．９の開口数を有するように構成された、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３３】
各レンズが約２５ミリメートルより小さい直径を有する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３４】
前記対物レンズが約０．２８ミリメートルの視野サイズを有する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３５】
前記対物レンズが約０．４０ミリメートルの視野サイズを有する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３６】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料の近傍に位置されて、前記対物レンズの前記フランジでの使用が合理的な光学的解像度を提供する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３７】
前記対物レンズがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料から約４５〜約１００ミリメートルの間の範囲に位置されて、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項３８】
約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の光エネルギーを使用して試料をイメージングするシステムであって、
約２５ミリメートルより小さい直径を有し、前記光エネルギーを受け取り且つ制御された中間光エネルギーを提供する、複数のレンズと、
前記中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを前記試料に与えるマンジンミラー配列と、
を備えた、システム。
【請求項３９】
前記複数のレンズが、
複数のフォーカシングレンズを備え、前記光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを提供する、フォーカシングレンズ群と、
少なくとも一つのフィールドレンズを備え、前記フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ前記中間光エネルギーを提供する、フィールドレンズ群と、
を備えている、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記マンジンミラー配列が、
実質的に湾曲した凹面表面と第２の表面反射率とを有する凹面レンズ／ミラー素子と、
最小に湾曲した表面と第２の表面反射率とを有する比較的平坦なレンズ／ミラー素子と、
を備える、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記システムが視野サイズを有しており、全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が１００対１よりも小さい、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
全てのフォーカシングレンズ、各フィールドレンズ、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子のレンズ直径の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４４】
約０．９の開口数を有するように構成された、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４５】
前記システムが約０．２８ミリメートルの視野サイズを有する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４６】
前記システムが約０．４０ミリメートルの視野サイズを有する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４７】
前記システムがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料の近傍に位置されて、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４８】
前記システムがフランジを有する顕微鏡とともに使用され、前記フランジが前記試料から約４５〜約１００ミリメートルの間の範囲に位置されて、それによって合理的な光学的解像度を提供する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４９】
試料から光エネルギーを受け取るように構成され且つ反射された光エネルギーを形成する反射された光エネルギーを提供する少なくとも一つの素子を備えるカタディオプトリックグループと、
前記反射された光エネルギーを受け取り且つ結果として得られる光エネルギーを伝達する少なくとも一つのフィールドレンズを備えるフィールドレンズ群と、
結果として得られる光エネルギーを受け取り且つ結果として得られるフォーカスされた光エネルギーを伝達する少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、
を備えた、カタディオプトリック対物レンズであり、
前記対物レンズに対するイメージング開口数が少なくとも０．６５であり、前記対物レンズが１００ミリメートルより小さい最大レンズ直径を有していて、
前記対物レンズが約０．１６までの相対帯域幅に対して補正される、対物レンズ。
【請求項５０】
各レンズが溶融シリカから形成されている、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５１】
少なくとも一つのレンズがフッ化カルシウムから形成されている、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５２】
レンズが溶融シリカ及びフッ化カルシウムを備えるグループからの一つから形成されている、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５３】
前記カタディオプトリックグループが２０波より小さい軸上球面収差を有する、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５４】
任意の素子の０．０１ｍｍの中心ずれが、最悪の視野点で０．３５ｒｍｓの波を越えないだけ、関連した波面を減らす、請求項５３に記載の対物レンズ。
【請求項５５】
前記対物レンズの補正された帯域幅が少なくとも１０ｎｍである、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５６】
前記対物レンズの補正された帯域幅が少なくとも５０ｎｍである、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５７】
前記対物レンズの補正された帯域幅が３１３ｎｍを含む、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５８】
前記対物レンズの補正された帯域幅が２６６ｎｍを含む、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項５９】
前記対物レンズが視野を有し、波面誤差が前記視野に渡って０．１波ＲＭＳより小さい、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項６０】
前記対物レンズが視野を有し、前記視野が直径約０．２８ｍｍである、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項６１】
前記対物レンズが視野を有し、前記視野が直径約０．４ｍｍである、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項６２】
試料をイメージングする方法であって、
フォーカシングレンズ群を使用して、受け取った光エネルギーをフォーカスするステップと、
フィールドレンズ群を使用して、フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを提供するステップと、
マンジンミラー配列を使用して、中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するステップと、
を包含し、
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子が１００ミリメートルよりも小さく、
さらに、前記フォーカシングレンズ群、前記フィールドレンズ群、及び前記マンジンミラー配列が約０．１６までの相対帯域幅に対して補正される、方法。
【請求項６３】
前記方法が顕微鏡の分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記方法が半導体ウエハ検査の分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記方法がリソグラフィの分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
前記方法が生物学的検査の分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
前記方法が医学的研究の分野で使用される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６８】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項６２に記載の方法。
【請求項６９】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項６２に記載の方法。
【請求項７０】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子が１００ｍｍより小さい直径を有している、請求項６２に記載の方法。
【請求項７１】
フォーカシングレンズ群を使用して、受け取った光エネルギーをフォーカスする手段と、
フィールドレンズ群を使用して、フォーカスされた光エネルギーを受け取り且つ中間光エネルギーを提供する手段と、
マンジンミラー配列を使用して、中間光エネルギーを受け取り且つ制御された光エネルギーを形成する手段と、
を備えており、
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子が１００ミリメートルよりも小さく、
前記対物レンズが約０．１６までの相対帯域幅に対して補正される、対物レンズ。
【請求項７２】
前記対物レンズが顕微鏡の分野で使用される、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７３】
前記対物レンズが半導体ウエハ検査の分野で使用される、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７４】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が７５対１よりも小さい、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７５】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列における最大の素子の視野サイズに対する比率が６０対１よりも小さい、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７６】
前記フォーカシングレンズ群、フィールドレンズ群、及びマンジンミラー配列のうちで最大の素子が１００ｍｍより小さい直径を有している、請求項７１に記載の対物レンズ。
【請求項７７】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項７８】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項７９】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項８０】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項８１】
前記対物レンズが約１ミリメートルの視野サイズを有する、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項８２】
前記単一のガラス材料が溶融シリカである、請求項７に記載の対物レンズ。
【請求項８３】
前記単一のガラス材料が溶融シリカである、請求項２３に記載の対物レンズ。
【請求項８４】
前記単一のガラス材料がフッ化カルシウムである、請求項２３に記載の対物レンズ。
【請求項８５】
前記対物レンズに対する相対帯域幅が約０．１５より小さい、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項８６】
前記対物レンズに対する補正された相対帯域幅が約０．１５より小さい、請求項３８に記載のシステム。
【請求項８７】
前記対物レンズに対する補正された補正された相対帯域幅が約０．１５より小さい、請求項３９に記載の対物レンズ。
【請求項８８】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した視野サイズを許容するように低減されている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項８９】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した相対帯域幅を許容するように低減されている、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項９０】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した視野サイズを許容するように低減されている、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項９１】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した相対帯域幅を許容するように低減されている、請求項１５に記載の対物レンズ。
【請求項９２】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が視野サイズの増加を許容するように低減されている、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項９３】
前記対物レンズがそれに関連した開口数を有し、前記開口数が増加した相対帯域幅を許容するように低減されている、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項９４】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項９５】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項９６】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項１３に記載の対物レンズ。
【請求項９７】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項１３に記載の対物レンズ。
【請求項９８】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項９９】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項２７に記載の対物レンズ。
【請求項１００】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項３８に記載のシステム。
【請求項１０１】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項３８に記載のシステム。
【請求項１０２】
任意のレンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が約０．１２ミクロンより小さい、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項１０３】
各レンズの１０ミクロンの中心ずれからの最大光路誤差が平均を形成するために使用され、前記平均が約０．０８ミクロンより小さい、請求項４９に記載の対物レンズ。
【請求項１０４】
約１５７ナノメートルから赤外光範囲に至る範囲の波長を有する光エネルギーとともに使用するように利用される対物レンズであって、
前記光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを提供するフォーカシング手段と、
フォーカスされた光エネルギーを前記フォーカシング手段から受け取り且つ中間光エネルギーを提供するフィールドレンズ手段と、
前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズ手段から受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するミラー手段と、
を備えており、
前記ミラー手段が前記制御された光エネルギーを０．６５を越える開口数で試料に与え、前記対物レンズで使用される各レンズと前記ミラー手段における各素子とが１００ミリメートルより小さい直径を有する、対物レンズ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２００３年２月２１日に出願された「高性能低コストカタディオプトリックイメージングシステム」という名称の米国予備特許出願第６０／４４９，３２６号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般的には光学的イメージングの分野に関しており、より具体的には、顕微鏡イメージング、検査、及びリソグラフィ用途に使用されるカタディオプトリック光学システムに関している。
【背景技術】
【０００３】
多くの光学及び電子システムが、部分的に製造された集積回路またはフォトマスクにあるような欠陥についての表面特徴を検査するために存在している。欠陥は、表面上にランダムに局在した粒子、引っかき傷、プロセスの変動などの形態を取り得る。そのような技法及び装置は当該技術においてよく知られており、カリフォルニア州サンホセのＫＬＡテンコー社（KLA-Tencor Corporation）から利用可能なもののような様々な商業製品にて具現化されている。
【０００４】
特殊化された光学システムが、半導体ウエハ及びフォトマスクに発見される欠陥のイメージングを可能にするために、検査装置にて必要とされている。そのようなシステムのための改良された性能は、高い開口数のような有益な検査パラメータを容易化する特別に設計された素子を使用して実現され得る。対物レンズの開口数は、光を集め且つ固定された物体距離における微細な試料を解像する対物レンズの能力を表す。開口数は、光学系又は素子に入る又は出ることができるメリジオナル光線の最大の錐の頂角の正弦に、その錐の頂点が位置する材質の屈折率を積算したものとして測定される。大きな開口数は検査中に明瞭な利点を提供し、そのうちの少なくないものが、試料のより小さな特徴を解像する能力である。また、高ＮＡは、より大きな散乱角を集め、それによって、比較的低いＮＡを有するシステムに対して、暗場環境における性能を改善する傾向がある。高開口数（ＮＡ）カタディオプトリックシステムを開示している２つの特許は、シェーファーらに対する米国特許第５，７１７，５１８号及び米国特許第６，４８３，６３８号である。‘５１８特許の教示に従ったカタディオプトリックデザイン１００の代表的な図が図１に示されており、これは‘５１８特許の図１と同様である。‘６３８特許の教示に従ったカタディオプトリックデザイン２００の代表的な図が図２に示されており、これは‘６３８特許の図４と同様である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シェーファーらに対する米国特許第５，７１７，５１８号は、高ＮＡの超広帯域ＵＶイメージングが可能なイメージング設計を開示している。高ＮＡ（約０．９まで）のシステムは、広帯域の明場及び多波長暗場イメージングのために使用されることができる。ある問題が、図１に示されるものと同様の設計に関して存在する。第１に、フィールドレンズ群が、大きな湾曲したカタディオプトリック素子の中央孔の内部に物理的に位置決めされるために必要とされ得て、これは、製造を非常に困難に且つ極端に高価にすることができる。第２に、そのような設計におけるフィールドレンズ素子は、少なくとも一つの接着剤で留められた界面を必要とし得る。３６５ｎｍより短い波長の存在下では、内部焦点における光強度レベルに耐えることができる信頼性のある接着剤は、一般的に利用可能ではない。第３に、そのような設計におけるレンズ素子は視野面に非常に接近して位置され得て、それによって、イメージの劣化を防ぐために、高い度合いの又はほとんど完全に近い表面特性及びバルク材料特性を必要とする。第４に、素子直径は、特にカタディオプトリック群に関して、典型的には標準的な顕微鏡対物レンズよりも大きい。大きな直径の素子は、しばしば検査システムへの集積を困難にし、製造コストを増加させることができる。
【０００６】
図２の設計は、一般的に高ＮＡの超広帯域ＵＶイメージングを可能にする。この設計は、広帯域の明場及び複数波長暗場イメージングのために使用されることができ、且つ広範囲の倍率を提供するために焦点可変チューブレンズを使用することができる高ＮＡ（約０．９まで）イメージングシステムである。図２の設計は、部分的にはカタディオプトリック群によって生成された増加した軸上球面収差のために、フィールドレンズ群に非常に厳しい公差を導入する。この軸上球面収差は、引き続く屈折レンズ素子によって補正されなければならない。図２の設計は比較的大きく、それによって、特にカタディオプトリック群において、素子の複雑なオプトメカニカル搭載を一般的に必要とする。
【０００７】
他の光学配列が試料検査を実行するために開発されてきているが、各配置はある特定の欠点及び制約を有する傾向にある。一般に、高精度検査環境では、短い中心波長を有する対物レンズは、長い中心波長を有するものに対して利点を提供する。より短い波長は、より高い光学的解像度及び改良された欠陥検出を可能にすることができ、半導体ウエハのような多層試料の上層における改良されて欠陥分離を容易にすることができる。より短い波長は、改良された欠陥特徴付けを提供することができる。できるだけ大きい波長範囲をカバーすることができる対物レンズもまた、特に照明源としてアークランプを使用しているときに望まれ得る。すべての屈折対物レンズの設計は、この波長範囲では困難である。なぜなら、高透過性を有するガラス材料で色補正に対して有効なものがほとんどないからである。小さい帯域幅は、利用可能な光パワーの制約及び検査されている表面上の薄膜からの干渉の増加のために、検査用途では望まれないことがある。
【０００８】
大きな視野サイズは、検査中に明瞭な利点を提供することができる。一つの利点は、所与の時間期間に試料のより大きな範囲を走査する能力であり、それによって、短い時間期間内に大きな範囲を走査する能力として測定されるスループットを増加させる。このタイプの環境における典型的な設計の比較的大きな視野サイズは、２００倍のイメージング倍率を使用してほぼ０．２ｍｍ又はそれより大きいことができて、対角４０ｍｍのセンサをサポートする。小さな対物レンズもまた、小さい対物レンズが標準的な顕微鏡対物レンズとともに使用され且つ標準的な顕微鏡タレットにフィットすることができるので、望まれることができる。標準的な対物レンズフランジから対象物までの長さは４５ｍｍである一方、ある対物レンズは、１００ｍｍを越える長さを有する１００ｍｍよりも大きいレンズ直径を使用する。その他のより小さなカタディオプトリック対物レンズが製造されているが、依然として典型的には、６０ｍｍを越えるレンズ直径及び６０ｍｍを越える長さを有している。これらの小さな対物レンズのあるものは、０．７５に限定されたＮＡ及び０．１２ｍｍに限定された視野サイズを有し、帯域幅は１０ｎｍよりも小さい。そのような設計は、典型的には、性能を改善する努力として、カタディオプトリック群の中に加えられたレンズを有するシュワルツチャイルド・アプローチを使用する。作動距離は、典型的には８ｍｍより大きい。この設計アプローチは、中央部の不明瞭さの増加を犠牲として対物レンズ直径をいくらか減らすことができるが、対物レンズの性能を顕著に劣化させる。
【０００９】
低い内因性収差を有する対物レンズもまた、単色及び色収差の両方に対して非常に自己補正的な対物レンズとして、望まれることができる。自己補正された対物レンズは、他の自己補正されたイメージング光学系に対して、より緩やかな位置合わせ公差を有する。レンズのセンタリング公差のような緩やかな製造公差を有する対物レンズは、特に有用であり得る。さらに、レンズ表面への入射角度を減らすことは、光学的コーティングの性能及び製造において大きな効果を有することができる。一般的に、レンズ表面への入射角度が小さいと、より緩やかな製造公差も作り出される。
【００１０】
以前に知られていたシステムに存在するこれらの欠点を克服するシステムを提供し、且つ、ここで記述されたこれら負の局面を提示する装置に比べて改良された機能性を有する光学的検査システム設計を提供することは、有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本設計のある局面によれば、前記光エネルギーを受け取るように構成された少なくとも一つのフォーカシングレンズを備えるフォーカシングレンズ群と、前記フォーカシングレンズ群からフォーカスされた光エネルギーを受け取り中間光エネルギーを提供するように方向付けられたフィールドレンズと、前記中間光エネルギーを前記フィールドレンズから受け取り且つ制御された光エネルギーを形成するように位置されたマンジンミラー配列と、を備えた対物レンズが提供される。フォーカシングレンズ、フィールドレンズ、及びマンジンミラーのうちで最大のものは直径が１００ミリメートルより小さく、この対物レンズは約０．１６までの相対帯域幅に対して補正され得る。
【００１２】
本発明これら及びその他の目的及び効果は、本発明の以下の詳細な説明及び添付の図面から、当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明によれば、単一のガラス材料を使用して、あるいはある状況下では性能を改善するために一つより多くのガラス材料を使用して、２８５〜３２０ｎｍからの波長範囲で補正されたカタディオプトリック対物レンズが提供される。この対物レンズ設計の一つの局面が、図３に示されている。このカタディオプトリック対物レンズは、図３に示されているように、ＵＶスペクトル領域、すなわち約０．２８５〜０．３２０ミクロンの波長での広帯域イメージングのために最適化されている。この対物レンズは、比較的高い開口数と大きな対象視野とを提供する。提示される発明的な設計は、オフナーフィールドレンズと組み合わされたシュプマン原理を使用して、軸方向の色と１次の横方向の色とを補正する。図３に例示された局面に示されているように、フィールドレンズ群３０５は中間イメージ３０６からわずかに変位しており、向上された性能を得る。
【００１４】
図３から、カタディオプトリック群３０１又はマンジンミラー配列は、マンジンミラー素子３０２を含む。マンジンミラー素子３０２は、反射的にコートされたレンズ素子である。カタディオプトリック群３０１はまた、凹球面反射器３０３、やはり反射的にコートされたレンズ素子も含む。カタディオプトリック群３０１における両素子は、反射性材料が存在しない中央光学開口を有している。これが、光が対象物又は試料３００（図示されず）からマンジンミラー素子３０２を通り、凹球面反射器３０３の第２の又は内側表面からマンジンミラー素子３０２の反射性表面３２０の上に、凹球面反射器３０３を通って反射し、凹球面反射器３０３とフィールドレンズ群３０４との間に中間イメージ３０６を形成することを可能にする。フィールドレンズ群３０４は一つ又はそれ以上のレンズを備え得て、図３に示される局面では、一つのフィールドレンズがフィールドレンズ群３０４にて使用されている。
【００１５】
フォーカシングレンズ群３０７は、複数のレンズ素子、図示されている局面では６つのレンズ素子３０８、３０９、３１０、３１１、３１２、及び３１３を使用する。フォーカシングレンズ群３０７における全てのレンズは、単一のタイプの材料から形成され得て、フィールドレンズ群３０４及び中間イメージ３０６からの光を収集する。
【００１６】
図３に描かれている本発明の局面に対するレンズの構成が、表１に示されている。
【００１７】
【表１】
2006518876.tif 000034
2006518876.tif 000035
【００１８】
当業者によって認識され得るように、表１の左端の欄における数は、図３の左から表面を数えた表面番号を示している。例えば、図３に示されている向きでのレンズ３０８の左の表面（表１の表面３）は、曲率半径５３．５１８７８ｍｍ、厚さ２ｍｍを有し、最も右の表面（表面４）は、−１８．１７３４３ｍｍの曲率半径を有し、次の表面から０．９７６１７７ｍｍである。使用されている材料は溶融シリカであり、左側の表面の直径は９．３７６１６１ｍｍで、右側の表面の直径は９．２３４８５７ｍｍである。
【００１９】
図3に示された設計では、開口数は、０．９０に近付くか又はそれを超えることさえ有り得る。図3に描かれた局面を含めてここで示された設計は、すべての場合の中で０．６５を超える最大の開口数を提供する。
【００２０】
図３から、フォーカシングレンズ群３０７は、光エネルギーを受け取り且つフォーカスされた光エネルギーを伝達する能力を有している。フィールドレンズ群３０４は、フォーカスされた光エネルギーを受け取り、中間光エネルギーを提供し、且つ中間イメージ３０６を形成する能力を有している。カタディオプトリック群又はマンジンミラー配列３０１は、中間エネルギーを受け取って、制御された光エネルギーを試料に提供する。あるいは、反射された経路は試料から始まり、試料から反射された光はカタディオプトリック群又はマンジンミラー配列３０１によって受け取られて、反射された光エネルギーを形成して伝達する。フィールドレンズ群３０４は、反射された光エネルギーを受け取り、結果として得られる光エネルギーを伝達し、フォーカシング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、フォーカスされた結果の光エネルギーを伝達する。
【００２１】
図３及び表１に示された設計は、これより、単一のガラス材料、溶融シリカを使用する。その他の材料も使用され得るが、設計内で使用される溶融シリカ又はいずれの材料も、１９０ｎｍから赤外波長に至る広い波長範囲に渡って低い吸収を必要とし得る点が留意される。溶融シリカの使用は、この波長範囲における任意の中心波長に対して、設計が再最適化されることを可能にする。例えば、設計は、１９３、１９８．５、２１３、２４４、２４８、２５７、２６６、３０８、３２５、３５１、３５５、又は３６４ｎｍにおけるレーザを用いた使用のために最適化されることができる。設計はまた、１９２〜１９４、２１０〜２１６、２３０〜２５４、２８５〜３２０、及び３６５〜５４６ｎｍからのランプスペクトル帯域をカバーするために、最適に使用され得ることもできる。加えて、フッ化カルシウムがガラス又はレンズ材料として使用されると、この設計は、１５７ｎｍのエキシマレーザあるいは１５７ｎｍ又は１７７ｎｍのエキシマランプとともに使用されることができる。再最適化は、当業者の能力内で、構成要素のチューニング又は変更を必要とする。フッ化カルシウムレンズはまた、米国特許第５，７１７，５１８号で一般に議論されている改変、対物レンズの帯域幅を増加するために、フィールドレンズ群にて使用されることができる。
【００２２】
図３に示されているように、この対物レンズは直径２６ｍｍを有し、これは、この波長範囲で以前に使用されてきた対物レンズよりも顕著に小さい。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を考慮すると特に有益である。対物レンズは、４５ｍｍのフランジ・対象間距離で標準顕微鏡タレットに搭載されることができる。対物レンズ１４０１、フランジ１４０２、及び顕微鏡１４０３の概念的な図（一定の縮尺ではない）が、図１４に描かれている。前述の状況におけるフランジは、試料１４０４から約４５ｍｍである。対物レンズは、約０．９０の開口数、約０．４ｍｍの視野サイズをサポートし、約２８５〜３１３ｎｍからの補正された帯域幅、および約０．０３８波より小さい多色波面誤差を有する。図２に示された設計の対物レンズ、図３の設計、及び標準顕微鏡対物レンズの間のサイズ比較は、図４に示されている。
【００２３】
任意の光学設計において真実であるように、対物レンズ又は光学設計の所望の用途に依存して、性能特性を改善するためには、あるトレードオフがなされ得る。例えば、用途に応じて、帯域幅、視野サイズ、開口数、及び／又は対物レンズサイズを犠牲にして、前述の性能特性の一つを向上することが可能である。例えば、より低い又は高いＮＡのための最適化が可能である。ＮＡを減らすと、製造公差及び対物レンズの外径を減らすことができる。より低いＮＡの設計は、より大きい視野サイズ及びより大きい帯域幅を提供することができる。同じ性能で且つより少ない光学素子を有するより低いＮＡの設計もまた可能である。より高いＮＡのための最適化もまた可能である。より高いＮＡのための設計の最適化は、一般的に視野サイズ又は帯域幅を制限し、わずかに増加した直径の対物レンズ素子を必要とし得る。
【００２４】
図３の設計は、直径０．４ｍｍの視野サイズを有している。そのような比較的大きな視野サイズは、大きな高速センサをサポートする。例えば、２００倍のイメージング倍率を使用すると、対角８０ｍｍを有するセンサがサポートされることができる。図３の設計はまた、より大きなレンズ直径を許容し且つ素子を再最適化することによって、より大きな視野サイズまで拡張されることができ、再び当業者の範囲内のタスクである。
【００２５】
図３の設計は、約２８５〜３２０ｎｍからの設計帯域幅に渡って、比較的低い内因性多色波面収差を有する。低い波面収差は、増加した製造頭上スペース又は製造の容易さを提供し、製造された対物レンズの比較的高い性能を可能にする。図３の設計は、対物レンズがフォーカスされると、約２６６〜３６５ｎｍからの狭い帯域に渡ってよい性能を示す。再び、当業者によって容易に実行され得るタスクである。この狭い帯域範囲における図３の対物レンズの使用は、３６５ｎｍラインのレーザのようなレーザ又は狭ランプスペクトルの使用を許容する。この設計はまた、自己補正される。この文脈における自己補正は、設計仕様を達成するために収差を補正するにあたって、対物レンズが付加的な光学部品を必要としないことを意味している。自己補正する能力は、光学的試験計測法と他の自己補正イメージング光学系への光学的な位置合わせとを単純化する傾向がある。付加的なイメージング光学系を使用した残存収差の更なる補正も、可能である。さらなる収差補正は、帯域幅又は視野サイズのような光学仕様を増すことができる。
【００２６】
本設計の一つの利点は、比較的緩やかな製造公差である。具体的には、個々のレンズの中心ずれ公差は比較的緩い。個々のレンズ素子に対して緩やかな中心ずれ公差を有することは、システムの製造要求用件を単純化する傾向がある。製造中に遭遇した任意のレンズの中心ずれは、軸上コマ、他の残存収差を導入することなく補償することが困難な現象を引き起こし得る。本設計を使用すると、カタディオプトリック群３０１及びフォーカシングレンズ群３０７の中で収差を注意深くバランスすることによって、レンズ及びミラー素子の中心ずれ感度を減らすことが可能である。カタディオプトリック群の合計収差は、図３の設計を使用してフィールドレンズ群３０４及びフォーカシングレンズ群３０７によって要求される補償をバランスして、最適化され得る。図５Ａは、対物レンズに対する中心ずれ感度を示す。何の補償器も使用しない１０ミクロンの中心ずれは、レンズ３０２を除く全ての素子において、約０．２波より小さな収差を導入する。補償器なしの１０ミクロンの中心ずれは、約０．２９波の収差を導入する。図３に示された設計では、平均公差は、約３１３ｎｍで約０．１３波の誤差である。カタディオプトリック群３０１の素子における公差をさらにバランスすることも、可能である。
【００２７】
中心ずれ公差はまた、使用される波長と共に変化する。これは、小さい中心ずれに対して導入される光路誤差が、波長の強い関数ではないからである。例えば、１０ミクロンの中心ずれが２６６ｎｍの波長で０．２波の収差を導入すると、これは０．０５３２ミクロンの光路誤差に相当する。３６５ｎｍで動作するシステムは、同じ中心ずれに対して０．１５波の収差のみ導入する。これは、同じ０．０５３２ミクロンの光路誤差を有する。
【００２８】
これらの公差は、同様の環境における他のカタディオプトリック設計よりも緩くなる傾向にあり、大抵の標準的屈折対物レンズの設計よりも緩くなる傾向になる。図５Ｂは、図３の設計、３６５〜４３６ｎｍから補正されたＵＶ屈折率対物レンズ、及び図２に示された設計に基づいたカタディオプトリック対物レンズの間の感度の比較を表す。一般に、図５Ｂのプロットにおいて、垂直スケール上で、より低い値は、より望ましい設計を示す。波面誤差は、１０ミクロンの中心ずれについて、各素子に対して補償なしにプロットされている。平均感度は、屈折対物レンズよりも小さく、図２の設計からのものに同様なカタディオプトリック対物レンズの設計の感度よりもはるかに小さい。
【００２９】
この設計はまた、ガラス材料の屈折率についても非常に緩い公差を有する。これは大部分は、この設計が単一材料型であり、且つ色収差を補償するために２つの異なるガラス材料の屈折率の差に依存していないためである。これはまた、この設計を温度変化に対して非常に不感にしている。標準的な設計は、色補正のために、異なる屈折率プロファイルを有する複数のガラス材料を使用する。各材料に対する屈折率プロファイルは、温度とともに異なって変化する。この変化は、設計温度とは異なる温度に対する色補正を変化させ、性能を低減する。
【００３０】
ここで提示された対物レンズの設計は、様々なモードの照明及びイメージングをサポートすることができる。サポートされるモードは、明場及び様々な暗場照明及びイメージングモードを含むことができる。共焦点、差動干渉コントラスト、偏光コントラストのような他のモードもまた、現在の設計を使用してサポートされ得る。
【００３１】
明場モードは、顕微鏡システムにおいて普通に使用される。明場照明の利点は、生成されるイメージの明瞭さである。明場照明をここで提示されているような対物レンズとともに使用することは、光学系の倍率倍された対象物の形状サイズの比較的正確な表示を提供する。ここで提示された対物レンズ及び光学素子は、コンピュータ化された対象物検出及び分類のためのイメージ比較及び処理アルゴリズムとともに、容易に使用されることができる。明場モードは、典型的には広帯域のインコヒーレント光源を使用するが、ここで提示された設計を利用したわずかに改変された照明システム構成要素を使用したレーザ照明源を使用することが可能であり得る。
【００３２】
共焦点モードは、対象物形状の高さの差を解像する光学セクショニングのために使用されてきている。大抵のイメージングモードは、形状の高さの変化を検出することが困難である。共焦点モードは、対象となっている各高さにおいて、対象物形状の別個のイメージを形成する。イメージの比較がそれから、異なる形状の相対高さを示す。共焦点モードは、ここで提示された設計を使用して利用され得る。
【００３３】
暗場モードは、対象物の形状を検出するために使用されてきている。暗場モードの利点は、平らな鏡面エリアが検出器にほんの僅かしか光を散乱せず、結果として暗いイメージになることである。対象物の上方に突出している表面形状又は対象物は、光を検出器に向かって散乱させる傾向にある。これより、半導体ウエハのような対象物を検査する際に、暗場イメージングは、暗い背景上に形状、粒子、又はその他の不規則さのイメージを生成する。本設計は、暗場モード照明とともに使用され得る。暗場モードは、光を散乱する小さな形状に当たると、結果として大きな信号を提供する。この結果としての大きな信号は、所与の形状サイズに対して、より大きな画素を利用することを許容し、より高速の対象物検査を可能にする。フーリエフィルタリングもまた、暗場検査の間に、反復パターン信号を最小化して検出信号対ノイズの比を向上するために使用されることができる。
【００３４】
多くの異なる暗場モードが存在し、各々は特有の照明及び収光スキームを含む。照明及び収光スキームは、対象物からの収集された散乱され且つ回折された光が、許容可能な信号対ノイズ比を提供するように選ばれることができる。ある光学系は、リング暗場、レーザ指向暗場、二重暗場、及び中央暗場を含む異なる暗場イメージングモードを使用する。これらの暗場イメージングモードの各々は、本設計で使用され得る。
【００３５】
本設計の代替的な局面は、帯域幅が増加した対物レンズを提供する。設計のこの局面は、図６に示されている。図６の設計と図３のものとの間の主な相違点は、帯域幅と視野サイズとの間のトレードオフである。図６の設計の対物レンズは、２６６〜３２０ｎｍのより広い帯域幅に渡って補正されるが、図３の設計の０．４ｍｍに比べて約０．２８ｍｍという比較的小さな視野を有する。図６の設計は、約０．９０という高い開口数を維持している。図６の設計に対する最悪のケースの多色波面誤差は、約０．０３６波である。
【００３６】
図６から、カタディオプトリック群６０１は、反射コートされたレンズ素子であるマンジンミラー素子６０２と、やはり反射コートされたレンズ素子である凹球面反射器６０３とを含む。マンジンミラー素子６０２及び凹球面反射器６０３の両方とも、反射物質が存在しない中央光学開口を有する。図示されている素子の中央において反射物質が存在しないことは、光が対象物又は試料６００（図示されず）からマンジンミラー素子６０２を通過し、凹球面反射器６０３の第２の表面からマンジンミラー素子６０２に反射し、凹球面反射器６０３を通って伝達し、凹球面反射器６０３と本設計のこの局面では単一のフィールドレンズ６１５を備えるフィールドレンズ群６０４との間に中間イメージ６２０を形成することを可能にする。
【００３７】
フォーカシングレンズ群６０５は、複数のレンズ素子、この局面では６つのレンズ素子６０６、６０７、６０８、６０９、６１０、及び６１１を使用し、これらはすべて単一のタイプの材料から形成され得る。フォーカシングレンズ群６０５は、中間イメージ６２０を含めて、光をフィールドレンズ群６０４から収集する。
【００３８】
図６に示された設計は、図３の設計に関して記述された利点及びフレキシビリティを有する。この実施形態に対するレンズ構成は、表２に示されている。
【００３９】
【表２】
2006518876.tif 000036
2006518876.tif 000037
【００４０】
本設計の更なる局面は、対物レンズにおける残存収差を補正するためにチューブレンズを使用する。残存収差は、主に歪み及び高次の水平カラーの色変動である。これらの残存収差は、対物レンズにおけるオフナーフィールドレンズの使用に関係している。これらの残存収差を補正する一つの方法は、オフナーフィールドレンズにおいて第２のガラス材料を使用することである。第２の材料の使用は、大きな素子及び比較的厳しい公差を有する光学設計を導くことができる。この設計にて提示される代替的なアプローチは、残存収差を補正するための付加的なイメージング光学系の使用である。そのような設計は、高ＮＡ、大きい視野サイズ、小さいレンズ直径、ならびに比較的緩い公差を有するシステムを作成することができる。
【００４１】
これらの残存収差の補正は、視野サイズをさらに増加することができ、又は視野サイズを維持しながら帯域幅を増加することができる。図７Ａの設計は、図３の設計においてと同じ約０．４ｍｍの視野サイズを維持し、且つ再フォーカスの必要なしに２６６〜３６５ｎｍをカバーするように帯域幅を拡張する。図７Ａの設計に対する最悪のケースの多色波面誤差は、約０．０３６波である。
【００４２】
この設計は、２つの空気で間隔を空けられたダブレット７０１、７０２、７０３、及び７０４を含み、これらのダブレット７０１〜７０４は溶融シリカ及びフッ化カルシウムから形成されている。ダブレット７０１〜７０４は、光を３つの溶融シリカレンズ素子、すなわちレンズ素子７０５、７０６、及び７０７を通してフォーカスする。これらのレンズ素子７０５〜７０７は、内部視野に近接している。光はそれから、空気で間隔を空けられたトリプレット７０８、７０９、及び７１０によってコリメートされる。光はそれから、７１１にて外部瞳孔を形成する。外部瞳孔７１１は、暗場開口、フーリエフィルタ、及びビームスプリッタを配置するために使用されることができる。
【００４３】
図７Ａに示された本発明の局面に対するレンズ構成は、表３に示されている。
【００４４】
【表３】
2006518876.tif 000038
2006518876.tif 000039
2006518876.tif 000040
【００４５】
図７Ａのチューブレンズ設計は、溶融シリカ及びフッ化カルシウムのみを使用する。これらの材料の両方は、約１９０ｎｍから赤外に至る伝達性を有する。これより、チューブレンズは、異なる中心波長について再最適化されることができる対物レンズとともに動作するように設計されることができる。他のチューブレンズの倍率は、この設計を使用して達成され得る。図７Ａの設計は、所望の全体倍率に応じて、異なる無限焦点について再最適化されることができる。ここで提示された設計を使用して、高速センサを露光することができるイメージを直接形成するフォーカシングチューブレンズが実現され得る。
【００４６】
本設計の付加的な局面は、チューブレンズを使用して対物レンズの残存収差を補正する。これらの残存収差の補正は、視野サイズをさらに増加することができ、又は視野サイズを維持しながら帯域幅を増加することができる。残存収差は、主に歪み及び高次の水平カラーの色変動である。図７Ｂの設計は、図３の設計においてと同じ約０．４ｍｍの視野サイズを維持し、且つ再フォーカスの必要なしに２６６〜４０５ｎｍをカバーするように帯域幅を拡張する。図７Ｂの設計に対する最悪のケースの多色波面誤差は、約０．０４１波である。
【００４７】
図７Ｂの設計は、光を収集する対物レンズ７５１と残存収差を補正するチューブレンズ７５３とから構成される。レンズ７５２のセットが、性能を向上するために使用され得る。図７Ａの設計を越える付加的な帯域幅を達成するために、図７Ｂの対物レンズ及びチューブレンズは、部分的に一緒に最適化される。対物レンズ及びチューブレンズの部分的に組み合わされた最適化は、限定的なオフ軸の水平カラー及び歪みの更なる補正を可能にする。チューブレンズは、図７Ａの設計と同じ様式で使用されることができる外部瞳孔７５４を形成する。図７Ｂに示された設計はまた、照明及び自動焦点光を折り曲げるために使用されることができるオプションのビームスプリッタ素子７５４も示している。図７Ｂに示された本発明の局面に対するレンズ構成は、表４に示されている。
【００４８】
【表４】
2006518876.tif 000041
2006518876.tif 000042
2006518876.tif 000043
【００４９】
設計スペクトルは２６６〜３６５ｎｍに制約され、０．５ｍｍの視野サイズに再最適化されることができる。図７Ｂのチューブレンズ設計は溶融シリカ及びフッ化カルシウムのみを使用し、図７Ａの設計について示された再最適化に対するフレキシビリティを全て有している。
【００５０】
現在の設計の最大開口数は、０．９に近づくか又は越える。設計の開口数は、対物レンズの開口絞りに可変開口を配置し、照明及びイメージング光角度を最適に制約することによって、低減され得る。照明及びイメージング角度を、図７Ａ又は図７Ｂのチューブレンズ設計のようなイメージング光学系を使用して外部瞳孔平面に開口を配置することによって、独立して制御することもまた可能である。照明の開口数は、対物レンズの開口を照明光で満たすことによって低減され得る。そのような設計は、フルイメージングＮＡが使用されることを可能にする。
【００５１】
現在の設計の代替的な局面は、視野サイズが増加した対物レンズである。設計のこの局面は、図７Ｃに示されている。図７Ｃの設計と図３のそれとの間の主な相違点は、０．４ｍｍから１．０ｍｍへの視野サイズの増加、及び２５ｍｍから５８ｍｍへのレンズ直径の増加である。対照的に、この視野直径は、図２の設計と同じである。この設計の最大レンズ直径は、図２の設計よりもはるかに小さい。図７Ｃの設計の対物レンズは、２８５〜３２０ｎｍまでの帯域幅に渡って補正され、０．９０の高い開口数を維持し、図７Ｃの設計に対する最悪のケースの多色波面誤差は約０．０３３波である。
【００５２】
図７Ｃから、カタディオプトリック群７７１は、反射コートされたレンズ素子であるマンジンミラー素子７７２と、やはり反射コートされたレンズ素子である凹球面反射器７７３とを含む。マンジンミラー素子７７２及び凹球面反射器７７３の両方とも、反射物質が存在しない中央光学開口を有する。図示されている素子の中央において反射物質が存在しないことは、光が対象物又は試料７７０（図示されず）からマンジンミラー素子７７２を通過し、凹球面反射器７７３の第２の表面からマンジンミラー素子７７２に反射し、凹球面反射器７７３を通って伝達し、凹球面反射器７７３と本設計のこの局面では３つのフィールドレンズ７８３、７８４、及び７８５を備えるフィールドレンズ群７７４との間に中間イメージ７９０を形成することを可能にする。
【００５３】
フォーカシングレンズ群７７５は、複数のレンズ素子、この局面では７つのレンズ素子７７６、７７７、７７８、７７９、７８０、７８１、及び７８２を使用し、これらはすべて単一のタイプの材料から形成され得る。フォーカシングレンズ群７７５は、中間イメージ７９０を含めて光をフィールドレンズ群７７４から光を収集する。
【００５４】
図６に示された設計は、図３の設計に関して記述された利点及びフレキシビリティを有する。この設計に対するレンズ構成は、表５に示されている。
【００５５】
【表５】
2006518876.tif 000044
【００５６】
この設計のさらなる局面は、図８〜図１１に示されており、図８は、約３１１〜３１５ｎｍの波長の存在下で実行されることができる設計であり、約２６ｍｍの直径、約０．２８ｍｍの視野サイズ、及び約０．９０のＮＡを有している。この設計に対するレンズ構成は、表６に示されている。
【００５７】
【表６】
2006518876.tif 000045
【００５８】
図９は、約２６ｍｍの直径、約２９７〜３１３ｎｍの間の波長、及び約０．９０のＮＡを有している約０．２８ｍｍの視野設計である。この設計に対するレンズ構成は、表７に示されている。
【００５９】
【表７】
2006518876.tif 000046
【００６０】
図１０は、約２６ｍｍの直径、約２９７〜３１３ｎｍの間の波長、及び約０．９０のＮＡを有している約０．４ｍｍの視野設計である。この設計に対するレンズ構成は、表８に示されている。
【００６１】
【表８】
2006518876.tif 000047
【００６２】
図１１は、約２６ｍｍの直径、約２６６〜３１３ｎｍの間の波長、約０．２８ｍｍの視野サイズ、及び約０．９０のＮＡを有している広帯域設計である。この設計に対するレンズ構成は、表９に示されている。
【００６３】
【表９】
2006518876.tif 000048
【００６４】
本発明は、以前に知られているカタディオプトリック対物レンズと同様の又はそれよりもよい性能を、より小さい最大レンズ直径で達成することができる。これらの設計で最大の直径を有するレンズは、典型的には非常に湾曲したマンジンミラー素子であり、対象物又は試料から２番目の光学素子である。
【００６５】
図２に示されている対物レンズと同様の設計は、０．９のＮＡ、大きな光学素子を使用して補正された帯域幅、及び比較的厳しい製造公差を有している。上記で示された現在の設計は、大きな補正された帯域幅を示すが、比較的小さな光学素子を使用しており、この設計は緩やかな製造公差を有している。図１２は、相対帯域幅及び最大レンズ直径に関して、以前のシステムを現在の設計に対して対照するグラフである。相対帯域幅は、対物レンズの帯域幅を中心波長によって割ったものとして定義される。以前のシステムは、１００ｍｍよりも大きい最大直径を有するレンズを使用して、少なくとも０．５の相対帯域幅に対して良好に補正されている。ここで提示されている現在の対物レンズ設計は単一のガラス材料を使用し、約２０ｍｍから１００ｍｍまでの最大直径を有するレンズを使用して、約０．１６まで自己補正されている。０．５までの相対帯域幅におけるこれらの対物レンズのさらなる補正は、図７Ａ及び図７Ｂの設計におけるように残存色収差を補正するチューブレンズを使用して可能である。同様の補正は、ＮＡ又は視野サイズの要件を制約するだけで、対物レンズに対しても可能である。
【００６６】
図１３は、視野サイズ及び最大レンズ直径に関して、以前のシステムと現在の設計とを対照するグラフである。以前のシステムは、１００ｍｍよりも大きい最大直径を有するレンズを使用して、１ｍｍの視野サイズに対して良好に補正される傾向にある。ここで提示されている現在の対物レンズ設計は、約２５ｍｍからの最大直径を有するレンズを使用して０．４ｍｍの視野サイズに対して、且つ、約５８ｍｍのレンズ直径を使用して１．０ｍｍの視野サイズに対して、補正されている。これ及び図１２のグラフから、視野サイズと（マンジンミラー配列、フィールドレンズ、及びフォーカシングレンズを含む最大の素子の直径との間の比は、一般に１００対１よりも小さく、６０対１よりも小さくなり得る。例えば、５８ｍｍのレンズ直径対１．０ｍｍの視野サイズは、５８対１の比を生成する。大きな視野サイズはまた、レンズ直径を増加することでも可能である。より大きな視野サイズに対するこれらの対物レンズの更なる補正は、図７Ａ及び図７Ｂの設計におけるように残存色収差を補正するチューブレンズを使用して可能である。同様の補正は、ＮＡ又は視野サイズの要件を制約するだけで、対物レンズに対しても可能である。
【００６７】
本設計は、リソグラフィ、顕微鏡、生物学的検査、医学研究などを含む様々な環境で使用され得るが、これらに限定されるものではない。
【００６８】
ここに提示された設計及び描写された特定の局面は、限定的であることを意味してはいないが、本発明の教示及び恩恵、すなわち異なる照明モードを使用して様々な波長にて使用されることができる高ＮＡを有する小さな設計を依然として組み込みながら、代替的な構成要素を含み得る。これより、本発明が、その特定の実施形態に関して記述されてきたが、本発明がさらなる改変を可能としていることを理解されたい。本願は、一般的に、本発明の原理に従って、且つ、本発明が属している技術の範囲内では既知及び習慣的な実践の範囲内に入ることになるような本開示からの逸脱を含めて、本発明のあらゆる変化、使用、及び適用をカバーすることを企図している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】米国特許第５，７１７，５１８号の図１に示されたものと同様のカタディオプトリック対物レンズ設計の局面を描いた図である。
【図２】米国特許第６，４８３，６３８号の図４に示されたものと同様のカタディオプトリック対物レンズ設計の局面を描いた図である。
【図３】本発明に従った高ＮＡを有する低減されたサイズのカタディオプトリック対物レンズを示す図である。
【図４】図２に示された設計の対物レンズ、図３の低減されたサイズのカタディオプトリック対物レンズ、及び標準的な顕微鏡対物レンズのサイズの比較図である。
【図５Ａ】図３の対物レンズ設計の中心ずれ感度のグラフである。
【図５Ｂ】図３の設計、３６５〜４３６ｎｍから補正されたＵＶ屈折対物レンズ、及び図２の設計に基づくカタディオプトリック対物レンズの間の感度の比較を示す図である。
【図６】本発明に従った低減されたサイズのカタディオプトリック対物レンズの代替的な局面の図である。
【図７Ａ】本発明に従ったチューブレンズ配列を示す図である。
【図７Ｂ】２６６〜４０５ｎｍから補正された、直径０．４ｍｍの視野を有する対物及びチューブレンズを示す図である。
【図７Ｃ】１ｍｍの視野サイズ及び約５８ｍｍの直径を有する対物レンズ設計を示す図である。
【図８】約３１１〜３１５ｎｍからの波長の存在時に、約２６ｍｍの直径、約０．２８ｍｍの視野サイズ、及び約０．９０のＮＡを有して実行することができる設計の図である。
【図９】約２６ｍｍの直径、約２９７〜３１３ｎｍの間の波長、及び約０．９０のＮＡを有する約０．２８ｍｍの視野設計の図である。
【図１０】約２６ｍｍの直径、約２９７〜３１３ｎｍの間の波長、及び約０．９０のＮＡを有する約０．４ｍｍの視野設計の図である。
【図１１】約２６ｍｍの直径、約２６６〜３１３ｎｍの間の波長、約０．２８ｍｍの視野サイズ、及び約０．９０のＮＡを有する広帯域設計を描く図である。
【図１２】相対帯域幅対現在の設計を含むある設計の最大レンズ素子直径を比較するグラフである。
【図１３】視野サイズ対現在の設計を含むある設計の最大レンズ素子直径を比較するグラフである。
【図１４】顕微鏡のフランジにおける対物レンズの使用を概念的に示す図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006518876.tif 000049
【図２】
2006518876.tif 000050
【図３】
2006518876.tif 000051
【図４】
2006518876.tif 000052
【図５Ａ】
2006518876.tif 000053
【図５Ｂ】
2006518876.tif 000054
【図６】
2006518876.tif 000055
【図７Ａ】
2006518876.tif 000056
【図７Ｂ】
2006518876.tif 000057
【図７Ｃ】
2006518876.tif 000058
【図８】
2006518876.tif 000059
【図９】
2006518876.tif 000060
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006518876.tif 000064
【図１４】
2006518876.tif 000065
【国際調査報告】
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2006518876.tif 000068