(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側に凹面を向けた少なくとも１つのメニスカスレンズと、少なくとも１つの接合レンズとを有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ1と、
少なくとも３つの接合レンズを有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ2と、
少なくとも３つの単レンズまたは接合レンズを有し、全体として負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ3とからなり、
前記第２レンズ群Ｇ2中の少なくとも３つの接合レンズのうちの少なくとも２つは３枚接合レンズで構成され、
以下の条件を満足することを特徴とする近紫外対物レンズ。
（１）１＜ｆ1／ｆ＜４
（２）ｆ2＞｜ｆ3｜
（３）１＜｜ｆ3｜／ｆ＜４
ただし、ｆ1、ｆ2、ｆ3はそれぞれ、前記第１レンズ群Ｇ1、第２レンズ群Ｇ2、第３レンズ群Ｇ3の焦点距離であり、ｆは全系の焦点距離である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡用の対物レンズに関し、特に、半導体技術分野等で使用される乾燥系対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体技術分野におけるレチクルやウエハの欠陥検査のために、高解像度の近紫外対物レンズが用いられている。その際、光源として極めて半値幅の狭いレーザーを用い、これにより、対物レンズについては色収差補正を考慮せずに設計したものを用いることが多い。
ところが、近紫外用のレーザーは高価であるという問題がある。また、オートフォーカスなどのために、検査波長とは異なる波長の光を用いなければならない場合には、光源およびその他の機構を対物レンズとは全く別に持たなければならないという問題がある。
このような問題を解消するために、特開平５−１９６８７５号公報や、特開平５−１９６８７４号公報には、近紫外から可視域にわたって色収差補正を施した顕微鏡用対物レンズが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の顕微鏡用対物レンズのうち、特開平５−１９６８７５号公報に記載されている近紫外対物レンズは、高ＮＡではあるが、液浸系対物レンズのために、レチクルやウエハの欠陥検査には用いることができないという問題がある。他方、特開平５−１９６８７４号公報に記載されている近紫外対物レンズは、作動距離が短いために、次の問題がある。
すなわち、レチクルに異物が付着するのを防ぐため、レチクルに、一般的にペリクルと呼ばれる保護膜を設けることがある。そしてこの場合、ペリクルを貼ったままレチクルの欠陥等の検査が行われることも多い。その際には、高解像力を持ち、かつペリクルに接触しないだけの、作動距離の長い対物レンズが必要となる。特開平５−１９６８７４号に記載されている近紫外対物レンズは、作動距離が短いために、ペリクルを貼ったレチクルには対応することができない。
【０００４】
さらに上記２つの公報に開示された対物レンズに限らず、一般に顕微鏡用対物レンズには、ガウスタイプと呼ばれるレンズ構成を、物体側から最も離れた位置に配置したものが多い。ガウスタイプと呼ばれるレンズ構成を有する顕微鏡用対物レンズにおいては、作動距離を長くし、かつ凸レンズ群の持つ正の大きなぺッツバール和を打ち消して、像面湾曲の補正されたレンズを得ることができる。しかし、ガウスタイプの対物レンズには、コマ収差、特にサジタル方向のコマ収差が発生しやすいという欠点もある。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、半値幅はある程度あるが、レーザーに比べると非常に安価な水銀ランプ等の光源を用い、検査波長とは異なる波長をフィルタ等で取り出してオートフォーカス等に使用できるように、近紫外から可視域まで色収差が補正され、また、ガウスタイプを採用することなくペッツバール和を小さくして像面湾曲が補正され、かつ、ペリクル対応可能となるように、長作動距離で比較的高ＮＡの近紫外対物レンズを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の近紫外対物レンズは、物体側に凹面を向けた少なくとも１つのメニスカスレンズと、少なくとも１つの接合レンズとを有し、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ1と、少なくとも３つの接合レンズを有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ2と、少なくとも３つの単レンズまたは接合レンズを有し、全体として負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ3とからなり、第２レンズ群Ｇ2中の少なくとも３つの接合レンズのうちの少なくとも２つは３枚接合レンズで構成され、以下の条件を満足することを特徴とするものである。
（１）１＜ｆ1／ｆ＜４
（２）ｆ2＞｜ｆ3｜
（３）１＜｜ｆ3｜／ｆ＜４
ただし、ｆ1、ｆ2、ｆ3はそれぞれ、第１レンズ群Ｇ1、第２レンズ群Ｇ2、第３レンズ群Ｇ3の焦点距離であり、ｆは全系の焦点距離である。
【０００７】
以下、上記構成を採用した理由について説明する。近紫外から可視域にわたっての広い波長範囲で色収差を補正するためには、接合面を多用し、その接合面で効果的に色収差を補正しなければならない。それ故本発明では、第１レンズ群Ｇ1に少なくとも１つの接合レンズを配置し、また第２レンズ群Ｇ2には、少なくとも３つの接合レンズを配置し、しかもこの接合レンズのうちの少なくとも２つは３枚接合レンズとしている。
【０００８】
次に、第１レンズ群Ｇ1のメニスカスレンズは、物体から出た光線のうち、大きな角度を持った（高ＮＡの）光線を、収差を発生させずに徐々に曲げていくためのものである。このとき、第１レンズ群Ｇ1の屈折力を条件（１）の範囲内に設定することにより、第１レンズ群Ｇ1で発生する収差を、第２レンズ群Ｇ2と第３レンズ群Ｇ3で、無理なくかつバランスよく補正することができる。
条件（１）の上限を超えると、負屈折力の第３レンズ群Ｇ3とのバランスが崩れ、作動距離が短くなりがちである。逆に条件（１）の下限を超えると、第１レンズ群Ｇ1で特に発生しやすい球面収差の量が増大し、第２レンズ群Ｇ2と第３レンズ群Ｇ3では補正しきれなくなる。
【０００９】
条件（２）と条件（３）は、主に第３レンズ群Ｇ3に関するものである。まず、条件（２）は、第３レンズ群Ｇ3の焦点距離｜ｆ3｜が、第２レンズ群Ｇ2の焦点距離ｆ2よりも短いとするものであり、すなわち、第３レンズ群Ｇ3の屈折力が、第２レンズ群Ｇ2の屈折力よりも強いとするものである。条件（２）を満たさないとき、すなわち、第２レンズ群Ｇ2の屈折力の方が、第３レンズ群Ｇ3の屈折力よりも強いと、共に正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ1と第２レンズ群Ｇ2で発生する正のペッツバール和が過大となり、これをキャンセルすることができるほどの大きな負のペッツバール和を、第３レンズ群Ｇ3で発生させることができない。
次に、条件（３）の上限を超えると、第３レンズ群Ｇ3の屈折力が弱くなりすぎ、ペリクルを設置したままでも使用できるほど長い作動距離を確保することができなくなる。逆に条件（３）の下限を超えると、第３レンズ群Ｇ3の屈折力が強くなりすぎ、球面収差、非点収差、コマ収差などの諸収差が発生し過ぎて、第１レンズ群Ｇ1や第２レンズ群Ｇ2では補正しきれなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による近紫外対物レンズの実施例を３例挙げる。図１〜図３はそれぞれ第１〜第３実施例の対物レンズを示し、いずれの実施例の対物レンズも、レチクル面などの標本面Ｓ側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ1と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ2と、負屈折力の第３レンズ群Ｇ3からなる。
図１に示す第１実施例と図２に示す第２実施例では、第１レンズ群Ｇ1は、物体側に凹面を向けた２つのメニスカスレンズＬ1、Ｌ2と、１つの２枚接合レンズＬ3a，Ｌ3bとからなる。第２レンズ群Ｇ2は、３枚接合レンズＬ4a，Ｌ4b，Ｌ4cと、２枚接合レンズＬ5a，Ｌ5bと、２枚接合レンズＬ6a，Ｌ6bと、３枚接合レンズＬ7a，Ｌ7b，Ｌ7cとからなる。第３レンズ群Ｇ3は、３つの単レンズＬ8、Ｌ9、Ｌ10からなる。
また図３に示す第３実施例では、第１レンズ群Ｇ1は、物体側に凹面を向けた３つのメニスカスレンズＬ1、Ｌ2、Ｌ3と、１つの２枚接合レンズＬ4a，Ｌ4bとからなる。第２レンズ群Ｇ2は、３枚接合レンズＬ5a，Ｌ5b，Ｌ5cと、２枚接合レンズＬ6a，Ｌ6bと、２枚接合レンズＬ7a，Ｌ7bと、３枚接合レンズＬ8a，Ｌ8b，Ｌ8cとからなる。第３レンズ群Ｇ3は、３つの単レンズＬ9、Ｌ10、Ｌ11からなる。
なお上記各実施例の第３レンズ群Ｇ3は、３つの単レンズによって構成しているが、必ずしも単レンズである必要はなく接合レンズを用いることもでき、すなわち３群３枚以上のレンズ構成とすればよい。
【００１１】
以下の表１〜表３に、それぞれ第１〜第３実施例の主要諸元とレンズ諸元を示す。各表の［主要諸元］中、ＮＡは物体側、すなわち標本面Ｓ側の開口数を表す。また各実施例の対物レンズとも、無限遠系設計となっているために、レンズ諸元は実際の光線の進行方向とは逆の順序で示してある。すなわち各表の［レンズ諸元］中、第１欄NOは像側からの各レンズ面の番号、第２欄ｒは各レンズ面の曲率半径（曲率中心が物体側にあるときを正とする）、第３欄ｄは各レンズ面から次のレンズ面までの光軸上の距離、第４欄ｎは各レンズ面から次のレンズ面までのレンズ（空欄は空気）のｄ線に対する屈折率、第５欄νは当該レンズのｄ線を基準としたアッベ数、第６欄は当該レンズのレンズ番号と群番号を表す。
【００１２】
【表１】
［主要諸元］
ｆ＝10           ＮＡ＝0 .75
ｆ1＝21.832      ｆ2＝42.250      ｆ3＝-27.444
ｆ1／ｆ＝2.183   ｜ｆ3｜／ｆ＝2.744
［レンズ諸元］
NO      ｒ       ｄ      ｎ     ν
1    97.743    4.00   1.620   36.3  Ｌ10 Ｇ3
2   -97.754    0.20
3    14.234    8.50   1.620   36.3  Ｌ9  Ｇ3
4     9.654    5.00
5   -27.802    1.96   1.707   54.7  Ｌ8  Ｇ3
6    13.945    4.50
7   -64.064   13.99   1.434   95.2  Ｌ7c Ｇ2
8   -12.997    6.99   1.512   65.0  Ｌ7b Ｇ2
9    36.568   14.04   1.434   95.2  Ｌ7a Ｇ2
10   -19.313    0.20
11   124.884    9.77   1.434   95.2  Ｌ6b Ｇ2
12   -22.308    3.01   1.707   54.7  Ｌ6a Ｇ2
13   -64.037    0.20
14    65.035   12.08   1.434   95.2  Ｌ5b Ｇ2
15   -22.718    3.28   1.707   54.7  Ｌ5a Ｇ2
16  -376.538    0.20
17    64.110   13.13   1.434   95.2  Ｌ4c Ｇ2
18   -26.753    3.37   1.512   65.0  Ｌ4b Ｇ2
19    73.140   10.94   1.434   95.2  Ｌ4a Ｇ2
20   -36.419    0.20
21   355.387    3.22   1.589   59.6  Ｌ3b Ｇ1
22    27.484   10.99   1.434   95.2  Ｌ3a Ｇ1
23   -64.939    0.20
24    26.901    7.50   l.434   95.2  Ｌ2  Ｇ1
25  1388.665    O.20
26    14.240    6.50   1.707   54.7  Ｌ1  Ｇ1
27    23.073   10.80
28      ∞                           Ｓ
【００１３】
【表２】
［主要諸元］
ｆ＝10           ＮＡ＝0 .75
ｆ1＝22.224      ｆ2＝43.233      ｆ3＝-27.453
ｆ1／ｆ＝2.222   ｜ｆ3｜／ｆ＝2.745
［レンズ諸元］
NO      ｒ       ｄ      ｎ     ν
1    96.935    3.98   1.620   36.3  Ｌ10 Ｇ3
2   -97.058    0.20
3    14.228    8.50   1.620   36.3  Ｌ9  Ｇ3
4     9.653    5.00
5   -27.355    1.98   1.707   54.7  Ｌ8  Ｇ3
6    13.947    4.50
7   -52.405   14.00   1.434   95.2  Ｌ7c Ｇ2
8   -13.849    7.00   1.512   65.0  Ｌ7b Ｇ2
9    37.132   13.99   1.434   95.2  Ｌ7a Ｇ2
10   -19.393    0.22
11   138.272    9.55   1.434   95.2  Ｌ6b Ｇ2
12   -23.610    3.01   1.707   54.7  Ｌ6a Ｇ2
13   -64.223    0.30
14    62.465   12.00   1.434   95.2  Ｌ5b Ｇ2
15   -22.413    3.24   1.707   54.7  Ｌ5a Ｇ2
16  -479.814    0.21
17    65.562   17.97   1.434   95.2  Ｌ4c Ｇ2
18   -27.764    3.36   1.512   65.0  Ｌ4b Ｇ2
19    61.711   10.95   1.434   95.2  Ｌ4a Ｇ2
20   -35.942    0.20
21   261.171    3.20   1.589   59.6  Ｌ3b Ｇ1
22    26.912   10.93   1.434   95.2  Ｌ3a Ｇ1
23   -67.910    0.20
24    24.600    7.50   l.434   95.2  Ｌ2  Ｇ1
25   257.713    O.19
26    14.340    6.48   1.707   54.7  Ｌ1  Ｇ1
27    22.555   10.80
28      ∞                           Ｓ
【００１４】
【表３】
［主要諸元］
ｆ＝10           ＮＡ＝0 .75
ｆ1＝22.311      ｆ2＝49.427      ｆ3＝-28.174
ｆ1／ｆ＝2.231   ｜ｆ3｜／ｆ＝2.817
［レンズ諸元］
NO      ｒ       ｄ      ｎ     ν
1    91.145    3.99   1.620   36.3  Ｌ11 Ｇ3
2   -93.917    0.19
3    14.211    8.50   1.620   36.3  Ｌ10 Ｇ3
4     9.588    4.99
5   -27.310    1.94   1.707   54.7  Ｌ9  Ｇ3
6    13.800    4.51
7   -90.814   13.99   1.434   95.2  Ｌ8c Ｇ2
8   -12.940    7.04   1.512   65.0  Ｌ8b Ｇ2
9    38.527   13.93   1.434   95.2  Ｌ8a Ｇ2
10   -19.428    0.21
11   157.540   10.66   1.434   95.2  Ｌ7b Ｇ2
12   -21.556    2.93   1.707   54.7  Ｌ7a Ｇ2
13   -73.336    0.23
14    81.775   13.38   1.434   95.2  Ｌ6b Ｇ2
15   -23.067    2.94   1.707   54.7  Ｌ6a Ｇ2
16  -486.670    0.04
17    65.063   12.89   1.434   95.2  Ｌ5c Ｇ2
18   -25.694    3.45   1.512   65.0  Ｌ5b Ｇ2
19    95.937   11.05   1.434   95.2  Ｌ5a Ｇ2
20   -35.759    0.20
21      ∞      3.18   1.589   59.6  Ｌ4b Ｇ1
22    28.591   10.84   1.434   95.2  Ｌ4a Ｇ1
23   -72.573    0.18
24    33.923    7.47   l.434   95.2  Ｌ3  Ｇ1
25   902.037    O.18
26    44.107    7.46   1.434   95.2  Ｌ2  Ｇ1
27    78.615    0.17
28    13.637    6.50   1.707   54.7  Ｌ1  Ｇ1
29    22.730   10.80
30      ∞                           Ｓ
【００１５】
図４〜図６に、それぞれ第１〜第３実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示す。各収差図においてωは画角を表す。球面収差以外の収差図は、ｉ線に対する収差図である。非点収差図において、点線Ｍはメリジオナル像面を表し、実線Ｓはサジタル像面を表す。コマ収差（Ａ）はメリジオナル光線の横収差を表す。また、コマ収差（Ｂ）のうち、右半分はサジタル光線のサジタル方向の横収差を表し、左半分はサジタル光線のメリジオナル方向の横収差を表す。
各収差図より明らかなように、各実施例とも、所要のレンズ構成を取り、且つ前記各条件（１）〜（３）を満たすことにより、優れた結像性能を持つことが分かる。
【００１６】
なお、一般に、顕微鏡対物レンズは、レンズ枚数が多いため、内部透過率が低いと、全体の透過率がかなり落ちる。そのため、欠陥検査装置等の仕様に応じて、適切な内部透過率を持つ硝材を選択しなければならない。上記各実施例において用いられている硝材は、１０ｍｍ厚、波長３６５ｎｍ（ｉ線）での内部透過率が９９％以上の硝材のみであり、したがって全体の対物レンズとしての透過率も十分に高い。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の近紫外対物レンズによれば、近紫外から可視域にわたって色収差を補正しているから、光源として水銀ランプ等の安価なものを用いることができ、水銀ランプ等のスペクトルを利用して、検査波長とは異なった波長で、例えばオートフォーカス等を対物レンズに組み込んで使用することができる。
また本発明では、ガウスタイプを採用することなくペッツバール和を小さくして像面湾曲を補正しているから、特にコマ収差の発生が抑制されている。
更に本発明では、長い作動距離を有し、比較的高いＮＡを有するから、ペリクルを設けたレチクルの検査にも用いることができ、高解像度の像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による近紫外対物レンズの第１実施例のレンズ断面図である。
【図２】第２実施例のレンズ断面図である。
【図３】第３実施例のレンズ断面図である。
【図４】第１実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示す収差曲線図である。
【図５】第２実施例の収差曲線図である。
【図６】第３実施例の収差曲線図である。
【符号の説明】
Ｇ1…第１レンズ群              Ｇ2…第２レンズ群
Ｇ3…第３レンズ群              Ｌ1〜Ｌ11…レンズ
【図１】
0003962880.tif 000002
【図２】
0003962880.tif 000003
【図３】
0003962880.tif 000004
【図４】
0003962880.tif 000005
【図５】
0003962880.tif 000006
【図６】
0003962880.tif 000007