広帯域顕微鏡用カタジオプトリック結像系
【課題】対物系のＮＡ値を大きくすることができる対物系を提供する。
【解決手段】合焦レンズ素子及び各視野レンズ素子は、同じ単一のガラス素材から形成され、マンジャンミラー集合体３１２、視野レンズ素子集合体３０５及び合焦レンズ素子集合体３１１の全ての構成要素は、受け取る光エネルギの軸線に沿って整列され、マンジャンミラー集合体において、１個または複数個のマンジャンミラー素子の２個の反射面は、受け取る光エネルギの軸線に沿って非ゼロ距離の離れた鏡面である。
【解決手段】合焦レンズ素子及び各視野レンズ素子は、同じ単一のガラス素材から形成され、マンジャンミラー集合体３１２、視野レンズ素子集合体３０５及び合焦レンズ素子集合体３１１の全ての構成要素は、受け取る光エネルギの軸線に沿って整列され、マンジャンミラー集合体において、１個または複数個のマンジャンミラー素子の２個の反射面は、受け取る光エネルギの軸線に沿って非ゼロ距離の離れた鏡面である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は「高性能カタジオプトリック結像系」（High Performance Catadioptric Imaging System）と題する２００３年５月７日付米国特許出願第１０／４３４３７４号（発明者：Ｄａｖｉｄ Ｇ． Ｓｈａｆｅｒ， ｅｔ ａｌ．）の一部継続出願であり、この米国特許出願第１０／４３４３７４号は「高性能低コストカタジオプトリック結像系」（High Performance, Low Cost Catadioptric Imaging System）と題する２００３年２月２１日付米国暫定特許出願第６０／４４９３２６号に基づく利益を享受する出願である。
【０００２】
本発明は、概略、光学的画像取得の分野に関し、より詳細には、顕微鏡的乃至微視的な撮影、検査、リソグラフィ等に使用されるカタジオプトリック光学系に関する。
【背景技術】
【０００３】
標本表面に現れている構造物を検査し又はその画像を取得すること（イメージング）ができる光学系は多数あり、また顕微鏡を用いてイメージングを行う分野もいろいろある。顕微鏡を用いたイメージングが行われるのは、例えば、生物学、度量衡学、半導体検査等、やや込み入った検査分野であり、そうした分野では微小エリア乃至微小構造物を高解像度でイメージングできる性能が求められる。また、顕微鏡を用いたイメージングでは様々な結像モードを使用できる。様々な結像モードがあるのは標本上の構造物に様々な種類があるためである。結像モードは、狙っている対象物の種類に応じ、その種の構造物から明確な像を取得できるように選択する。なお、結像モードの例としては、明視野、暗視野、微分干渉、共焦点、浸漬等がある。
【０００４】
また、ＵＶ（紫外）波長域向け広帯域結像型顕微鏡があれば、多くの分野で有益に使用できるであろう。例えばＯＣＴ（optical coherence tomography：光干渉断層計）は生体組織断面をイメージングする装置として知られており、ＯＣＴにより得られる像の縦方向解像度は、使用光の帯域幅に反比例する光可干渉距離（light coherence length）により決定づけられている。そのため、ＯＣＴにて広帯域顕微鏡を使用すること、ひいては光可干渉距離を小さくし画像の縦方向解像度を精細にする（高める）ことができれば、有益である。このように、ＵＶ波長域広帯域イメージング技術は、縦方向解像度や横方向解像度が高い像が得られる技術であると見込まれている。
【０００５】
４００ｎｍより短い波長を使用し顕微鏡で広帯域イメージングを実現するに当たり、肝要な光学部品の一つは結像用の光学系乃至結像系即ち対物系（本願では単に「対物系」と呼ぶ）である。従来の対物系の中にはＵＶ波長域で使用できるものもあり、そのなかには下は３４０ｎｍに至る波長の光を通すことができるものもあるが、光の波長が４００ｎｍ未満の領域では不十分な結像精度しか得られない。それは、その種の対物系の主たる用途が蛍光イメージングであるからである。蛍光イメージングとは、そのスペクトラムが３４０ｎｍ〜可視光域に属する励起光によってマーカ染料中の蛍光成分を励起するイメージング手法であり、その典型的な使用波長域は可視光域である。そのため、蛍光イメージング用対物系に対する性能要求は可視光域を基準として画定されるから、ＵＶ波長域では結像精度が不十分になる。
【０００６】
また、４００ｎｍより短波長側で広帯域に亘り十分な性能を呈する対物系もわずかだがある。しかしながらその何れも標準的な顕微鏡システム用の対物系としては使用できないものである。即ち、大きすぎたり、ＮＡ（numerical aperture：数値開口乃至開口率）値が不十分であったり、視野サイズが不十分であったりする。
【０００７】
対物系のＮＡ値とは、一定対物距離におけるその対物系の集光能力及び標本細部分解能力を表す数値であり、その対物系若しくはその構成部品に入射するメリジオナル光線又は当該対物系若しくはその構成部品から出射するメリジオナル光線の最大円錐頂角の正弦値に、その円錐の頂点の所在場所を満たしている媒体の屈折率を乗ずることによって、求められる。大ＮＡ光学系を対物系として使用できれば、標本上のより小さな構造物を解像できる等の検査上瞠目すべき効果が得られるだけでなく、広角度に亘り散乱光を集光できるため暗視野環境での性能を高めることができる。
【０００８】
ここに、何れもＳｈａｆｅｒ ｅｔ ａｌ．に付与された米国特許に係る特許文献１及び２に記載の対物系は、ＵＶ波長域で強力に収差補正された大ＮＡ広帯域カタジオプトリック光学系である。図１には特許文献１に示されている発想によるカタジオプトリック装置の典型的な構成１００を、また図２には特許文献２に示されている発想によるカタジオプトリック装置の典型的な構成２００を、それぞれ示す。図１は特許文献１の図１と、図２は特許文献２の図４と、類似した図である。
【０００９】
まず、Ｓｈａｆｅｒ ｅｔ ａｌ．に係る特許文献１に記載されている対物系は、ＵＶ波長域で超広帯域イメージングを実現可能な大ＮＡ対物系である。最大約０．９にも及ぶ大きなＮＡ値を有するこの対物系によれば、明視野モードを用いて広帯域でイメージングを行うことができ、また暗視野モードを用いて複数の波長でイメージングを行うことができる。しかしながら、図１に示した如き対物系１００には幾つかの問題点がある。第１に、大きく湾曲しているカタジオプトリック素子の中央部の孔内に視野レンズ集合体を実体配置する必要があるため、製造が面倒になりがちでありまた値もはりがちである。第２に、この対物系１００においては視野レンズ素子同士を糊付けしなくてはならず、そのため光路上に糊付け面が何個か介在することとなるのに、３６５ｎｍ未満の波長で使用できしかも内部焦点における光強度レベルに耐え得るほど信頼度が高い糊などというものは普通は実現することができない。第３に、この対物系１００におけるレンズ素子は視野面の非常に近くに配置されるため、非常に高い水準の（ほとんど完全というべき水準の）表面品質及びバルク素材品質を有するものでないと画像品質の劣化を避けられない。第４に、この対物系１００を構成する素子特にカタジオプトリック素子集合体に属する素子の直径は標準的な顕微鏡用対物系よりも普通は大きくなるが、素子直径が大きいと検査システムへの組込が難しくなり製造コストが嵩むことが多い。
【００１０】
次に、図２に示されている対物系２００も概ねＵＶ波長域で超広帯域イメージングを実現可能な大ＮＡ対物系である。最大約０．９にも及ぶ大きなＮＡ値を有するこの対物系２００によれば、明視野モードを用いて広帯域でイメージングを行うことができ、暗視野モードを用いて複数の波長でイメージングを行うことができ、しかも可変焦点チューブレンズを用いれば倍率を大きく変化させることができる。しかしながら、そのカタジオプトリック素子集合体にて大きめの軸上球面収差（on-axis spherical aberration）が発生すること等を考慮すると、この図に示した対物系２００においては、その視野レンズ集合体における公差を非常に厳しくする必要や、発生した軸上球面収差をその後段の屈折レンズ素子により補正する必要があるといえる。更に、この図に示した対物系２００はやや大きすぎ、そのため素子特にカタジオプトリック素子集合体に属する素子の光機械実装手順乃至形態が込み入りがちである。
【００１１】
更に、図１及び図２に示した大ＮＡ対物系１００又は２００を顕微鏡用として使用するには、顕微鏡の特質に由来する幾つかの厳しい条件をクリアしなければならない。まず、通常、標本からその装着用フランジまでの距離（フランジ対物距離）の上限は４５ｍｍである。顕微鏡のタレットに装着できる対物系は大抵はその直径が４０ｍｍ以内のものに限られる。通常、対物系を顕微鏡タレット内にネジ止めするのに使用されるネジ山のピッチは通常は２０ｍｍ、２５ｍｍ及び３２ｍｍのうち何れかに限られる。そして、顕微鏡用対物系の多くは屈折型素子だけで構成された全屈折型対物系であるが、全屈折型対物系で使用できる波長は使用可能なガラス素材による制約を受ける。
【００１２】
標本の顕微鏡検査向けに開発された光学装置は他にもあるが、そうした光学装置には共通する欠点乃至制約が見られる。総じて、高精度検査環境では長中心波長対物系ではなく短中心波長対物系を用いる方が有利である。例えば半導体ウェハのような多層標本を検査する場合、短波長であればその標本を高い光学的解像度で検査できるため、その上層にある欠陥をより高い確率で且つ相互に分離して検知でき、また検知した欠陥の特性・特徴をより明確に判別決定できる。加えて、特に照明用光源としてアークランプを用いる場合、使用できる帯域ができるだけ広い対物系を用いることが望ましい。しかしながら、短波長域で広帯域をカバーできる全屈折型対物系を実現するのは難しい。それは、高透過率で色収差を十分に補正できるガラス素材がほとんどないためである。かといって狭帯域対物系では、使用可能光パワー値が低く検査対象面上の薄膜による干渉が多くなりがちであるため、検査用には望ましくない。
【００１３】
また、標準的な顕微鏡用対物系におけるフランジ対物距離は４５ｍｍ以内であるのに、これまでに実現されているカタジオプトリック対物系にはこの条件を満足できないものが多い。仮に、そうしたカタジオプトリック対物系を使用するとしたら、顕微鏡の光学系をやや特殊な光学系、即ちフランジ対物距離が６０ｍｍを超えまたレンズ直径が６０ｍｍを超える特殊な対物系を使用可能な光学系としなければならない。そのため、標準的な顕微鏡用対物系と併用でき標準的な顕微鏡用タレット内に物理的に組み込むことができる小型対物系を実現することも、嘱望されている。しかしながら、これまでに知られている小型対物系のＮＡ値は高々０．７５、視野サイズも高々０．１２ｍｍ、帯域幅も高々１０ｎｍと狭小である。また、こうした小型対物系の代表例はシュバルツシルト方式を用い性能向上を狙ってカタジオプトリック素子集合体内に何個かのレンズ素子を付加したものであるが、それがため普通はその作動距離が８ｍｍを超えてしまう。勿論、シュバルツシルト方式の小型対物系における作動距離を短くすることも可能でありそれによってその対物系の直径を更に小さくすることが可能ではあるものの、その引替として中央暗部（central obscuration）が広くなり対物系としての性能が大きく劣化してしまう。
【００１４】
更に、固有収差（intrinsic aberration）の少ない対物系、例えば単色収差及び色収差双方を強力に自己補正（self correction）でき、従前の自己補正型結像系に比べ配置公差が緩い自己補正型対物系も望まれている。なかでも、製造公差例えばレンズ素子芯ズレ公差（lens centering tolerance/lens decenter tolerance）が緩い対物系を実現できれば、特に有益である。更に、レンズ素子表面への入射角を抑えることは光学被膜の性能を高めまた製造を効率化する上でとみに有益であり、レンズ素子表面への入射角を抑えることによっても一般に製造公差が緩くなる。
【００１５】
従って、従来公知の対物系が有している前掲の各問題点が解消された顕微鏡用光学系を実現できれば、またそうした問題点を呈する装置に比べ優れた機能を有する光学検査システムを提供できれば、有益であるといえよう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
対物系のＮＡ値を大きくすることができる対物系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１実施形態に係る対物系は、約２６６〜１０００ｎｍの波長域に属する波長を有する光エネルギが入射される対物系であって、入射光エネルギを受け取り合焦光エネルギを出射するよう構成された１個又は複数個の合焦レンズ素子を含む合焦レンズ素子集合体と、合焦レンズ素子集合体から合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを出射するよう方向設定された視野レンズ素子と、視野レンズ素子から中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを出射するよう位置設定されたマンジャンミラー装置と、を設けると共に、各合焦レンズ素子の直径を約１００ｍｍ未満とし、収差補正後における最大視野サイズが約０．１５ｍｍになるようにしたものである。
【００１９】
本発明の第２実施形態に係る対物系は、約１５７ｎｍから赤外光域に至る波長域に属する波長を有する光エネルギが入射される対物系であって、入射光エネルギを受け取るよう構成された合焦レンズ素子集合体であって１個又は複数個の合焦レンズ素子を含む合焦レンズ素子集合体と、合焦レンズ素子集合体から合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを出射するよう方向設定された１個又は複数個の視野レンズ素子と、視野レンズ素子から中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを出射するよう位置設定されたマンジャンミラー装置と、を設けると共に、合焦レンズ素子及び視野レンズ素子を何れもその直径が約１００ｍｍ未満の素子とし且つマンジャンミラー装置が制御光エネルギを標本に与えるときのＮＡ値を０．６５超にまた視野サイズを約０．１５ｍｍにしたものである。
【００２０】
本発明の第３実施形態に係る対物系は、約１５７ｎｍから赤外光域に至る波長域に属する波長を有する光エネルギが入射される対物系であって、入射光エネルギを受け取り合焦光エネルギを出射する１個又は複数個の合焦レンズ素子と、合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを出射する１個又は複数個の視野レンズ素子と、中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを浸漬媒を介して標本に向け出射する１個又は複数個のマンジャンミラー素子と、を設けると共に、合焦レンズ素子、視野レンズ素子及びマンジャンミラー素子を何れもその直径が約１００ｍｍ未満の素子とし、更にそれらを全てある同じ単一のガラス素材から形成したある同じガラス素材から形成したものである。
【００２１】
本発明の第４実施形態に係る対物系は、約１５７ｎｍから赤外光域に至る波長域に属する波長を有する光エネルギが入射される対物系であって、入射光エネルギを受け取り合焦光エネルギを出射する１個又は複数個の合焦レンズ素子と、合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを出射する１個又は複数個の視野レンズ素子と、中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを浸漬媒を介して標本に向け出射する１個又は複数個のマンジャンミラー素子と、を設けると共に、合焦レンズ素子、視野レンズ素子及びマンジャンミラー素子を何れもその直径が約１００ｍｍ未満の素子とし、更にそれらを全てある同じ単一のガラス素材から形成したある同じガラス素材から形成したものである。
【００２２】
本発明の第５実施形態に係る方法は、標本を検査する方法であって、約１５７ｎｍから赤外光域に至る波長域に属する波長を有する光エネルギを入射するステップと、何れもその直径が約１００ｍｍ未満である１個又は複数個のレンズ素子を用いて入射光エネルギを合焦光エネルギへと合焦させるステップと、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制御光エネルギを浸漬媒を介して標本に向け出射するステップと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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を例示する図である。
【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を例示する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る大ＮＡ小型７素子カタジオプトリック対物系を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る大ＮＡ小型８素子カタジオプトリック対物系であってその収差補正帯域が２６６〜１０００ｎｍでその視野サイズが約０．１５０ｍｍの対物系を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る大ＮＡ小型９素子カタジオプトリック対物系であってその収差補正帯域が２６６〜１０００ｎｍでその視野サイズが約０．１５０ｍｍの対物系を示す図である。
【図６】本発明の実施形態によりサポートされる比帯域幅を示すグラフである。
【図７】図５に示したものとは異なる中心波長向けに設計された９素子対物系を示す図である。
【図８】対物系にて使用されるカタジオプトリック素子集合体乃至マンジャンミラー装置の変形例、特に水、油、シリコーンゲル等の浸漬媒を有するものを示す図である。
【図９】浸漬媒を有するカタジオプトリック対物系を示す図である。
【図１０】浸漬媒を有するカタジオプトリック対物系、特にそのカタジオプトリック素子集合体が１個の固形素子から構成された対物系を示す図である。
【図１１】浸漬媒を有するカタジオプトリック対物系、特にそのカタジオプトリック素子集合体にて二組のレンズミラー空洞が形成された対物系を示す図である。
【図１２】その収差補正帯域が３２０〜１３００ｎｍの７素子対物系、特に単一のガラス素材を用いて（性能を向上できる場合は複数のガラス素材を用いて）形成された対物系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、以下の説明及び図示を参照することにより、上述したものもそれ以外のものも含めて本発明の実施形態を明瞭に認識できるであろう。
【００２５】
なお、本発明についての以下の図示説明は例示的な性格のものであり、趣旨限定的な性格のものではない。
【００２６】
本発明の一実施形態に係るカタジオプトリック対物系は、その収差補正帯域が２６６〜１０００ｎｍの波長域で且つ形成に使用されたガラス素材が一種類の（性能向上につながる場合は複数種類の）カタジオプトリック対物系であり、その有益さが特に明らかになるのは顕微鏡の分野にて用いられた場合である。図３に、本発明の一実施形態に係る対物系を示す。この図に示すカタジオプトリック対物系は、ＵＶ及び可視光の両スペクトル域に跨る広い帯域、即ち約０．２６６〜１．０００μｍの波長域に属する光を結像できるよう構成されており、従来に比べそのＮＡ値が大きく且つ対物視野が広い対物系である。本対物系はシュプマンの原理に基づき構成されており、更にオフナー式視野レンズ素子を併用して軸方向色収差（axial color aberration）及び一次横方向色収差（first order lateral color aberration）を補正するようにしたものである。図上明らかなように、本実施形態では、視野レンズ集合体３０５の位置を中間像３０９の位置からわずかにずらすことによって、性能を向上させている。
【００２７】
図３中のカタジオプトリック素子集合体３１２はマンジャンミラー装置であり、何れも反射被膜付きのレンズ素子であるマンジャンミラー素子３０７及び凹球面反射素子３０６から構成されている。これらマンジャンミラー素子３０７及び凹球面反射素子３０６の中心部には光学的な開口即ち反射素材のない部分が形成されているため、標本乃至対象物３１０から到来する光線はまずマンジャンミラー素子３０７を通り抜け、凹球面反射素子３０６に設けられている反射性の第２面に内側から入射してマンジャンミラー素子３０７の反射面方向に反射され、そして凹球面反射素子３０６及び視野レンズ集合体３０５を通り抜けた場所に中間像３０９を形成することとなる。なお、この図中で視野レンズ集合体３０５を構成している視野レンズ素子の個数は１個であるが、複数個のレンズ素子を用いて視野レンズ集合体３０５を構成することもできる。
【００２８】
また、視野レンズ集合体３０５の方向から到来する光線を中間像３０９を含め集光する合焦レンズ素子集合体３１１は、複数個のレンズ素子（図では４個のレンズ素子３０１、３０２、３０３及び３０４）から構成されており、それらレンズ素子は皆ある同じ素材から形成されている。
【００２９】
図３に示した実施形態向けのレンズ処方を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
いわゆる当業者であれば容易に認め得る通り、表１最左欄に記されている数字は図３に示した対物系より左側にある不図示部材を含めて左側から数えた面番号を表している。例えば、レンズ素子３０１の左面は表１でいうと面３に該当し、右面は面４に該当する。面３の曲率半径は２１．２１４ｍｍ、面４の曲率半径は無限大（平坦）であり、レンズ素子３０１の厚みは２．５ｍｍ、面４とその次にくる面との間隔は６．８６６ｍｍ、素材は熔融シリカ、というように読む。
【００３２】
図３に示した対物系におけるＮＡ値は約０．９０又はそれ以上の値となる。本実施形態を含め、本願記載の実施形態は例外なく０．６５超という顕著に大きなＮＡ値を有している。
【００３３】
図３中の合焦レンズ素子集合体３１１は、入射してくる光エネルギを受け取り合焦させつつ出射して中間像３０９を形成する機能を有している。視野レンズ集合体３０５は、合焦レンズ素子集合体３１１から出射され中間像３０９として合焦された光エネルギを受け取り中間的な光エネルギとして出射する機能を有している。マンジャンミラー装置であるカタジオプトリック素子集合体３１２はこの中間的な光エネルギを受け取り制御された光エネルギを標本３１０に向け出射する。標本３１０は制御された光エネルギを反射する。即ち反射光路は標本３１０にて始まる。マンジャンミラー装置たるカタジオプトリック素子集合体３１２は標本３１０により反射された光エネルギを受け取り出射する。視野レンズ集合体３０５は反射された光エネルギを受け取り中間像３０９として合焦させる。合焦レンズ素子集合体３１１はこの合焦された最終的な光エネルギを受け取り出射する。その結果現れる入射瞳３０８は本対物系内にある内部瞳の像である。なお、本対物系のＮＡ値を制限乃至変更するには、この入射瞳３０８に開口乃至マスクを配置しておけばよい。
【００３４】
また、図３及び表１に示した対物系はある単一のガラス素材から形成されている。ここではその素材は熔融シリカであるが、他種ガラス素材を用いることもできる。本対物系で熔融シリカを使用しているのは、１９０ｎｍ〜赤外波長という広い波長域に亘ってその光吸収率が低い素材だからであり、他種素材を使用する場合もこの条件を満たすものを選ぶ必要がある。熔融シリカを用いた対物系は、この波長域内であればどのような中心波長向けにも構成できる。例えば、１９３ｎｍ、１９８．５ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２４８ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ、３０８ｎｍ、３２５ｎｍ、３５１ｎｍ、３５５ｎｍ、３６４ｎｍ等の波長で発振するレーザ光源向けや、１９０〜２０２ｎｍ、２１０〜２２０ｎｍ、２３０〜２５４ｎｍ、２８５〜３２０ｎｍ、３６５〜５４６ｎｍ等のスペクトル帯域を有するランプ光源向けに、本対物系を適宜構成することができる。レンズ素子を形成するガラス素材として弗化カルシウムを用いる場合は、１５７ｎｍで発振するエキシマレーザ光源向けや、１５７ｎｍ乃至１７７ｎｍで発光するエキシマランプ光源向けに本対物系を構成することができる。使用する波長に合わせた構成にするには各構成部材を調整乃至変更する必要もあろうが、これはいわゆる当業者がなし得る範囲のことである。また、視野レンズ集合体３０５内で弗化カルシウム製レンズを用い、本対物系の帯域幅を拡げることも可能である。その種の変形については特許文献１を参照されたい。
【００３５】
更に、本対物系を構成するレンズ素子での最大直径は２６ｍｍであり、この波長域で従来使用されていた対物系に比べると顕著に小さくなっている。このように小型の対物系はその特性面で際だって特徴的且つ有益であり、そのフランジ対物距離が約４５ｍｍの標準的な顕微鏡タレットにも装着できる。しかもこの対物系は、約０．９０という大きなＮＡ値及び約０．４ｍｍという大きな視野サイズを有しており、その収差補正帯域が約２８５〜３１３ｎｍと広く、その多色波面収差（polychromatic wavefront error）が約０．０６７波長未満と小さな対物系である。
【００３６】
なお、対物系における視野サイズとは、標本のうち最小限の光学品質を保ちつつ結像できる部分のサイズのことであり、一般に、大抵の用途で視野サイズが大きいものが重宝される。
【００３７】
どのような光学系でもいえることであるが、本対物系にも性能に関わるトレードオフ関係がある。本対物系の性能をその所期用途に応じた性質のものにするには、そうしたトレーオフ関係を利用すればよい。例えば、帯域幅、視野サイズ、ＮＡ値及び対物系サイズといった特徴的性能のうち何個かを犠牲にし残りの何個かを増強することができる。どれを犠牲にしてどれを増強するかは用途に応じて決めればよい。例えばＮＡ値を小さくすることによって、製造公差を緩くすると共に対物系外径を小さくし、視野サイズを大きくすると共に帯域幅を拡げ、（同一性能を保ちつつ）構成光学素子数を減らすことができる。逆に、ＮＡ値を大きくするには一般に視野サイズや帯域幅を抑えればよく、それに伴い対物系を構成する素子の直径がわずかに大きくなる。なお図３に示した対物系の視野サイズは直径で０．１５０ｍｍである。
【００３８】
更に、図３に示した対物系によれば、約２６６〜１０００ｎｍという設定帯域内での固有多色波面収差（intrinsic polychromatic wavefront aberration）が従来より小さくなる。波面収差が小さければ製造上の余裕乃至製造上の容易さが増し、それでいて対物系製品の性能は従来より高くなる。また、本対物系は自己補正型でもある。本願では、自己補正という用語を、その対物系に何ら光学部品を付加せずとも収差を補正でき設計仕様を充足できる、という意味で使用している。自己補正機能があるため、本対物系と他の自己補正型結像系とを位置合わせして行う光学計測試験は単純乃至簡便なものとなる。勿論、結像に関わる光学系乃至光学部品を付加して残留収差（residual aberration）を補正することもでき、それによって帯域幅や視野サイズ等の光学的仕様をより高水準にすることができる。
【００３９】
また、本対物系の利点の一つはその製造公差が従来より緩いこと、詳細にはレンズ素子芯ズレ公差が従来より緩いことである。個別のレンズ素子に対する芯ズレ公差が緩いということはその対物系の製造条件が傾向として単純になるということである。製造時に発生するレンズ素子芯ズレは他種収差残留無しに補正するのが困難な軸上コマ収差（on-axis coma）を引き起こすものであるが、本対物系では、カタジオプトリック素子集合体３１２における収差や合焦レンズ素子集合体３１１における収差を注意深くバランスさせることによって、そのレンズ素子やミラー素子の芯ズレ感受性を抑えることができる。更に、図３に示した対物系では、視野レンズ集合体３０５及び合焦レンズ素子集合体３１１における必要補正量をうまくバランスさせることによって、カタジオプトリック素子集合体３１２を含めた合計収差（total aberration）を最善水準とすることができる。
【００４０】
本対物系における芯ズレ感受性は低く、何ら収差補正器を付加していないにもかかわらず、１０μｍの芯ズレによって各素子で生じる収差が高々約０．２７波長に留まる。なかでもカタジオプトリック素子集合体３１２は特に芯ズレ感受性が低く、凹球面反射素子３０６とマンジャンミラー素子３０７との芯ズレが１０μｍあっても、それにより発生する収差は高々０．１５波長である。図３に示した対物系における波長＝約３１３ｎｍでの平均公差は、収差でいって約０．１５波長と緩いものである。カタジオプトリック素子集合体３１２に属する素子間で公差を更にバランスさせれば、芯ズレ感受性をより良好な水準にすることもできる。
【００４１】
また、芯ズレが小さい場合、傾向として、その芯ズレによって生じる光路長誤差は波長に対して概ね直線的に変化するので、使用波長が変われば芯ズレ公差も変わる。例えば、芯ズレが１０μｍである場合の光路長誤差が約０．０５３２μｍであるとする。この光路長誤差は波長＝２６６ｎｍで動作している対物系では０．２波長分の収差に相当するのに、波長＝３６５ｎｍで動作している対物系ではたった０．１５波長分の収差に相当するに過ぎない。このように、使用波長によって芯ズレ公差は変わる。
【００４２】
このように、図３に示した対物系においては、同様の環境で使用される従来のカタジオプトリック対物系に比べまた大抵の標準的な屈折型対物系に比べ芯ズレ公差が緩くなるだけでなく、ガラス素材屈折率公差も従来より緩くなる。ガラス素材屈折率公差が緩くなる主たる理由は、屈折率が違う二種類のガラス素材を利用して色収差を補正する手法を採らず、使用するガラス素材を一種類に絞りつつも色収差を抑えられるようにしたからである。更に、従来の対物系、即ち屈折率特性が異なる複数種類のガラス素材を用い色収差補正を行う対物系では、温度による屈折率特性の変化が素材毎にバラバラであるため、設計の際に基準とした温度以外の温度では色収差補正量が所期とは違う量になり、これにより全体性能の低下が生じていた。これに対して、本対物系は、使用しているガラス素材が一種類であるため温度変化に対する感受性が低い。
【００４３】
また、本願にて実施形態として記載されている対物系は、明視野（bright field）モード、各種の暗視野（dark field）モード、共焦点（confocal）モード、微分干渉（differential interference contrast）モード、偏向（polarization contrast）モードを含め、各種の照明／結像モードに対応できる。
【００４４】
顕微鏡用の対物系で最もよく用いられるのは明視野モードであり、明視野モードによる照明の利点は鮮明な像が得られることである。本願に実施形態として記載されている対物系で明視野モードによる照明を実施した場合、像の寸法値にその対物系の倍率を乗じて得られる寸法値即ち標本上における特徴的構造物の寸法値を、精度よく知ることができる。また、当該対物系及びその光学構成部品は特に支障なく画像比較及び処理アルゴリズムと組み合わせることができるため、対象物検知／分類処理をコンピュータ化できる。なお、明視野モードを実施する際に使用される光源は、通常はそのスペクトルが広帯域に拡がった非コヒーレント光源であるが、レーザ光源を用いて照明してもかまわない。本発明を実施するに当たり、照明系の構成は使用する光源の種類によってやや変わる。
【００４５】
光学的セクショニングにより対象物（標本）上の構造物の高さの違いを解像するのに用いられるのは共焦点モードである。大抵の結像モードでは構造物の高さ変化を検知するのが困難であるが、共焦点モードでは、対象物上の構造物の像がその高さの違いによって異なる現れ方をするため、高さの違いによる像の違いに着目して構造物間高さ比率乃至相対的高さ関係を知ることができる。本発明は、この共焦点モードを実施可能な形態で実施できる。
【００４６】
対象物上の構造物を検知できるモードには更に暗視野モードがある。暗視野モードの利点の一つは、対象物上の平坦な反射エリアから検知器に向かって到来するごくわずかな散乱光、例えば対象物から突出している表面構造物にて発生する散乱光から、暗いながらも像を生成できることである。半導体ウェハ等の対象物を検査する際暗視野モードにより結像させれば、暗い背景の中に対象物上の構造物、粒子その他の不規則形状部分が浮かび上がった像を、得ることができる。本発明は、こうした暗視野モードによる照明を行える構成で実施することができる。また、暗視野モードでは、光散乱性の微小構造物に対して光をぶつけたときに得られる信号が、像としての広がりが大きな信号となる。像としての広がりが大きな信号であるから、検知対象としている構造物のサイズに比肩し使用画素サイズが大きめでも特に支障はないので、画素サイズを大きめにして対物検査を高速化することができる。暗視野モードによる検査を実施する際得られる信号中に繰り返し現れるパターンを抑圧し、対象物上の構造物（ウェハの表面欠陥等）を示す信号の信号対雑音比を向上させるには、フーリエフィルタを使用すればよい。
【００４７】
また、暗視野モードにも様々な種類があり、それぞれ照明方式や集光方式に違いがある。照明方式や集光方式は、対象物から到来する散乱回折光から取得する信号の信号対雑音比が許容水準になるよう、選べばよい。本対物系で結像に使用できる暗視野モードとしては、例えば、環状暗視野（ring dark field）、レーザ方向性暗視野（laser directional dark field）、二重暗視野（double dark field）、中央暗視野（central dark ground）等のモードがある。本発明を実施する際には、こうした暗視野モードを随意に実行可能な構成とすることができる。
【００４８】
図４に、本発明の他の実施形態に係る８素子対物系を示す。図３に示した対物系に対する本対物系の相違点の一つは、素子を１個追加することによって収差を小さくし対物系の公差を緩くしていることである。即ち、この図に示した対物系における収差補正帯域は約２６６〜１０００ｎｍに亘っており、その視野サイズは約０．１５０ｍｍであり、ＮＡ値としては約０．９０という大きな値を確保しており、それでいて多色波面収差最悪値は約０．０６２波長と抑えられている。
【００４９】
図４中のカタジオプトリック素子集合体４１３はマンジャンミラー素子４０８及び凹球面反射素子４０７から構成されている。これらマンジャンミラー素子４０８及び凹球面反射素子４０７は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。このように反射被膜無しの部分があるため、対象物たる標本４１１から到来する光は、マンジャンミラー素子４０８を通り抜け、凹球面反射素子４０７の反射性の第２面によりマンジャンミラー素子４０８方向に反射され、凹球面反射素子４０７及び視野レンズ集合体４０６を通過して、中間像４１０を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体４０６を構成している視野レンズ素子の個数は１個である。
【００５０】
また、中間像４１０を含め視野レンズ集合体４０６の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体４１２は、複数個のレンズ素子（図では５個のレンズ素子４０１、４０２、４０３、４０４及び４０５）から構成されており、それらレンズ素子は皆ある同じ素材から形成されている。また、入射瞳４０９は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置すれば本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。図４に示した対物系は、図３に示した対物系と同様の利点及び柔軟性（変形可能性）を有している。本実施形態向けのレンズ処方を表２に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】
本対物系における芯ズレ感受性は低く、何ら補正器を設けていないにもかかわらず、１０μｍの芯ズレによって各素子で生じる収差が高々約０．２３波長に留まる。なかでもカタジオプトリック素子集合体４１３は特に芯ズレ感受性が低く、凹球面反射素子４０７とマンジャンミラー素子４０８の芯ズレが１０μｍあってもそれによって生じる収差は高々０．１５波長である。図４に示した対物系における波長＝約３１３ｎｍでの平均公差は、収差でいって約０．１５波長と緩いものである。
【００５３】
図５に、本発明の他の実施形態に係る９素子対物系を示す。図３に示した対物系に対する本対物系の主な相違点は、素子を２個追加して対物系の公差を緩くしていることである。即ち、この図に示した対物系における収差補正帯域は２６６〜１０００ｎｍに亘っており、その視野サイズは約０．１５０ｍｍであり、ＮＡ値としては約０．９０と大きな値を確保しており、それでいて多色波面収差最悪値は約０．０５６波長に抑えられている。
【００５４】
図５中のカタジオプトリック素子集合体５１４はマンジャンミラー素子５０９及び凹球面反射素子５０８から構成されている。これらマンジャンミラー素子５０９及び凹球面反射素子５０８は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。この反射被膜無し部分があるため、対象物たる標本５１２から到来する光は、マンジャンミラー素子５０９を通り抜け、凹球面反射素子５０８の反射性の第２面によりマンジャンミラー素子５０９方向に反射され、凹球面反射素子５０８を通過した後視野レンズ集合体５０７を通過する前の位置に中間像５１１を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体５０７を構成している視野レンズ素子の個数は１個である。
【００５５】
また、中間像５１１を含め視野レンズ集合体５０７の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体５１３は、複数個のレンズ素子（図では６個のレンズ素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５及び５０６）から構成されており、それらレンズ素子は皆ある同じ素材から形成されている。入射瞳５１０は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置すれば本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。図５に示した対物系は、図３に示した対物系と同様の利点及び柔軟性（変形可能性）を有している。本実施形態向けのレンズ処方を表３に示す。
【００５６】
【表３】
【００５７】
図５に示した対物系における芯ズレ感受性は低く、何ら補正器を設けていないにもかかわらず、１０μｍの芯ズレによって各素子で生じる収差が高々約０．２５波長に留まる。波長＝約３１３ｎｍでの平均公差は収差でいって約０．１５波長と緩いものである。
【００５８】
本発明に係る小型カタジオプトリック対物系実現手法によれば、使用しているガラス素材が一種類であるため収差補正帯域が非常に広くなり、また従来よりもレンズ素子の直径が小さくなる。例えば、従来の全自己補正型対物系における視野サイズは約０．４ｍｍ近傍の値でありまた比帯域幅の上限は約０．１９近傍の値であったが、本発明に係る新規な全自己補正型対物系における視野サイズは約０．１５ｍｍと小さくまた比帯域幅は最大で約０．９に達する程に広いものとなる。
【００５９】
図６に、図３〜図５に示した対物系により実現できる比帯域幅を示す。本願でいうところの比帯域幅とは帯域幅を中心波長で除した比の値のことであり、本発明に係る対物系で実現できる比帯域幅は従来より広く、また使用可能帯域はＵＶ波長域に属する波長である４００ｎｍ近くまで延びている。一般に、比帯域幅が広いと色彩が鮮明になるため、こうした広い比帯域幅が望まれることが多い。また、使用素材の屈折率増加が非線形的であるため比帯域幅には中心波長が短くなると狭くなる傾向があり、これは中心波長が短く且つ比帯域幅が広い対物系を実現する上でやっかいな問題であった。即ち、事実上この現象が原因で対物系を実現できないことが多かった。これに対して、本発明の実施形態に係る対物系によれば、顕著に望ましいことに、この図に示すように高い性能及び広い比帯域幅を実現することができる。
【００６０】
図７に、本発明の他の実施形態に係る９素子対物系を示す。図５に示した対物系に対する本対物系の相違点の一つは、違う中心周波数向けに構成されていることである。即ち、この図に示した対物系における収差補正帯域は１９０〜２０２ｎｍに亘っており、その視野サイズは約０．１５０ｍｍであり、ＮＡ値はやはり約０．９０と大きな値であり、多色波面収差最悪値は約０．０４５波長となっており、それでいてその比帯域幅は約０．０６と広くなっている。従来型の典型的なカタジオプトリック対物系では、中心波長が１９６ｎｍである場合の実際の比帯域幅が高々約０．００５であったから、本対物系における約０．０６という比帯域幅は顕著に広いものである。
【００６１】
図７中のカタジオプトリック素子集合体７１４はマンジャンミラー素子７０９及び凹球面反射素子７０８から構成されている。これらマンジャンミラー素子７０９及び凹球面反射素子７０８は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。これらの素子の中央部分に反射被膜がないため、対象物たる標本７１２から到来する光は、マンジャンミラー素子７０９を通り抜け、凹球面反射素子７０８の反射性の第２面によりマンジャンミラー素子７０９方向に反射され、凹球面反射素子７０８を通過した後視野レンズ集合体７０７を通過する前の位置に中間像７１１を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体７０７を構成している視野レンズ素子の個数は１個である。
【００６２】
また、中間像７１１を含め視野レンズ集合体７０７の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体７１３は、複数個のレンズ素子（図では６個のレンズ素子７０１、７０２、７０３、７０４、７０５及び７０６）から構成されており、それらレンズ素子は皆ある同じ素材から形成されている。入射瞳７１０は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置することによって本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。
【００６３】
本実施形態向けのレンズ処方を表４に示す。
【００６４】
【表４】
【００６５】
本発明は、更に、その結像モードとして浸漬（immersion）モードを使用可能な対物系としても実施でき、本発明の実施形態に係る対物系にて浸漬モードを用いれば、ＮＡ値を大きくして解像度を向上させることができる。即ち、標本と対物系の間に流体を差し挟むことにより対物系のＮＡ値が大きくなる。例えば、標本と対物系の間の空間を屈折率１．５の油で満たせば、限界入出射角が拡がって６４°に達する結果、ＮＡ値が大きくなり約１．３５にも達する。
【００６６】
図３に示した対物系においては、マンジャンミラー素子３０７の両面が平坦面乃至緩湾曲面であるため、マンジャンミラー素子３０７と標本３１０に挟まれている空間内に流体を入れることによって、その空間におけるＮＡ値を大きくして浸漬モードを実施することができる。この場合、マンジャンミラー素子３０７の第２面即ち右面に入射する光のうち、その入射角が４１°を超える光は全て内部全反射される。
【００６７】
図８に、素子が湾曲している場合でも浸漬モードを実施できるようにしたマンジャンミラー装置を示す。このマンジャンミラー装置においては、マンジャンミラー素子８０２の第２面即ち標本８０１に最も近い面の曲率を大きくすることによって、これを達成している。即ち、マンジャンミラー装置たるカタジオプトリック素子集合体を構成するマンジャンミラー素子８０２及び凹球面反射素子８０３の厚み及び曲率に工夫が施されているため、当該マンジャンミラー装置乃至カタジオプトリック素子集合体を浸漬媒存在環境下で機能させることができる。また、本カタジオプトリック素子集合体においては、球面収差のみならず、軸方向色収差や球面収差色変化（chromatic variation of spherical aberration）も補正できる。このカタジオプトリック素子集合体に対し更に変形を施すことにより、次段以降の屈折性素子で発生する収差を補正することもできる。
【００６８】
図９に、本発明の他の実施形態に係り浸漬モードを実行できるよう上掲の手法で構成してあるカタジオプトリック対物系を示す。この図に示した対物系における収差補正帯域は約２６６〜４３６ｎｍに亘っており、その視野サイズは約０．１５０ｍｍであり、多色波面収差最悪値は約０．０５７波長となっており、そしてＮＡ値は約１．１と大きくなっている。
【００６９】
図９中のカタジオプトリック素子集合体９１８はマンジャンミラー素子９１２及び凹球面反射素子９１１から構成されている。これらマンジャンミラー素子９１２及び凹球面反射素子９１１は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。これらの部材の中央部に反射被膜がないため、対象物たる標本９１３から到来する光は、マンジャンミラー素子９１２を通り抜け、凹球面反射素子９１１の第２面によりマンジャンミラー素子９１２方向に反射され、凹球面反射素子９１１を通過した後視野レンズ集合体９１７内に中間像９１５を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体９１７を構成する視野レンズ素子は９０８、９０９及び９１０の３個である。
【００７０】
また、中間像９１５を含め視野レンズ集合体９１７の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体９１６は、複数個のレンズ素子（図では７個のレンズ素子９０１、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６及び９０７）から構成されている。入射瞳９１４は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置することにより本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。図９に示した実施形態向けのレンズ処方を表５に示す。
【００７１】
【表５】
【００７２】
本発明は、更に、類似した構成のカタジオプトリック対物系を用いつつもまた別のやり方で浸漬モードを実行する形態、例えばそのカタジオプトリック素子集合体を単体の固形素子により構成する形態でも、実施することができる。図１０に、この種の構成を有するカタジオプトリック素子集合体を用いた対物系を示す。この図に示した対物系における収差補正帯域は約２６６〜４３６ｎｍに亘っており、その視野サイズは０．１５０ｍｍであり、多色波面収差最悪値は約０．０３７波長となっており、そしてＮＡ値は約０．９５という大きな値になっている。
【００７３】
図１０中のカタジオプトリック素子集合体１０１４はマンジャンミラー素子１００２のみから構成されている。このマンジャンミラー素子１００２は両面反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、両面とも、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。前掲の各実施形態から類推できるように、この部材の両面中央部に反射被膜がないため、対象物たる標本１００１から到来する光乃至光エネルギは、マンジャンミラー素子１００２の第１面を通り抜け、同素子１００２の第２面により同素子１００２の第１面方向に反射され、同素子１００２の第１面によって反射された後に、同素子１００２の第２面と視野レンズ集合体１０１５を通過した後中間像１０１３を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体１０１５を構成している視野レンズ素子は１００３及び１００４の２個である。
【００７４】
更に、図中、標本１００１とマンジャンミラー素子１００２により挟まれている空間は浸漬媒（流体や液体の様に浸漬先となり得る媒体のこと；本願中同様）により満たされる空間であり、通常使用時には浸漬媒がマンジャンミラー素子１００２に直に接触することとなる。マンジャンミラー素子１００２の右面に形成されている反射被膜の中央には小さな開口があるため、この開口を介して浸漬媒更には標本１００１へと光線を通すことができる。通常使用時には、まず少量の浸漬媒例えば液滴をイメージング対象物即ち標本１００１上に載せる。検査システムは、対物系をこの標本１００１の近傍に移動させ、対物系を浸漬媒に接触させる。この接触によって浸漬媒は押し広げられ、マンジャンミラー素子１００２対標本１００１間隙に満ちていく。
【００７５】
また、中間像１０１３を含め視野レンズ集合体１０１５の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体１０１６は、複数個のレンズ素子（図では８個のレンズ素子１００５、１００６、１００７、１００８、１００９、１０１０、１０１１及び１０１２）から構成されている。
【００７６】
図１０に示した実施形態向けのレンズ処方を表６に示す。
【００７７】
【表６】
【００７８】
本発明は、更に、レンズ素子及びミラー素子から構成された空洞を二組有するカタジオプトリック素子集合体を用い浸漬モードを実施する形態にて、実施することもできる。図１１に、この種の構成を有するカタジオプトリック素子集合体を用いた対物系を示す。この図に示した対物系における収差補正帯域は２６６〜３２０ｎｍに亘っており、その視野サイズは０．１５０ｍｍであり、多色波面収差最悪値は約０．０５２波長となっており、そしてＮＡ値は約１．１５という大きな値になっている。
【００７９】
図１１中のカタジオプトリック素子集合体１１１３は、片面反射被膜付きの第１マンジャンミラー素子１１０２と、両面反射被膜付きのミラー素子１１０３と、レンズ素子１１０４と、片面反射被膜付きの第２マンジャンミラー素子１１０５とを有している。第２マンジャンミラー素子１１０５の反射被膜は第２面、即ち図中カタジオプトリック素子集合体１１１３外を向いている左側の面に、設けられている。第１マンジャンミラー素子１１０２の前面（第１面）、ミラー素子１１０３の両面並びに第２マンジャンミラー素子１１０５の第２面の中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。これらの部材の中央部に反射被膜がないため、対象物たる標本１１０１から到来する光は、第１マンジャンミラー素子１１０２の第１面を通り抜け、ミラー素子１１０３の第１面（右面）により第１マンジャンミラー素子１１０２の第１面方向に反射され、同素子１１０２の第１面により反射され、ミラー素子１１０３の第２面（左面）を通り抜けて第１中間像１１１５を形成する。この光は更にレンズ素子１１０４を通り抜け、第２マンジャンミラー素子１１０５の第２面により反射されてレンズ素子１１０４方向に戻り、ミラー素子１１０３の第２面により反射され、レンズ素子１１０４、第２マンジャンミラー素子１１０５及び視野レンズ集合体を通り抜けた後に第２中間像１１１６を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体を構成している視野レンズ素子は１１０６の１個である。
【００８０】
更に、標本１１０１と第１マンジャンミラー素子１１０２により挟まれている空間は浸漬媒により満たされる空間であり、通常使用時には浸漬媒が第１マンジャンミラー素子１１０２に直に接触することとなる。第１マンジャンミラー素子１１０２の右面に形成されている反射被膜の中央には小さな開口があるため、この開口を介して浸漬媒更には標本１１０１へと光線を通すことができる。通常使用時には、まず少量の浸漬媒例えば液滴をイメージング対象物即ち標本１１０１上に載せる。検査システムは、対物系をこの標本１１０１の近傍に移動させ、対物系を浸漬媒に接触させる。この接触によって浸漬媒は押し広げられ、第１マンジャンミラー素子１１０２対標本１００１間隙に満ちていく。
【００８１】
また、中間像１１１６を含め視野レンズ集合体１１０６の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体１１１４は、複数個のレンズ素子（図では６個のレンズ素子１１０７、１１０８、１１０９、１１１０、１１１１及び１１１２）から構成されている。
【００８２】
図１１に示した実施形態向けのレンズ処方を表７に示す。
【００８３】
【表７】
【００８４】
図１２に、本発明の他の実施形態に係る７素子対物系を示す。本カタジオプトリック対物系は、単一のガラス素材を用いて（性能向上につながる場合は複数のガラス素材を用いて）形成されており、その収差補正帯域が３２０〜１３００ｎｍに亘っているので、ＵＶ波長域から赤外域に亘る（即ち約０．３２０〜１．３μｍの波長域に亘る）広帯域イメージング向けに使用できる。
【００８５】
図１２中、マンジャンミラー装置たるカタジオプトリック素子集合体１２１２はマンジャンミラー素子１２０７及び凹球面反射素子１２０６を備えている。これらマンジャンミラー素子１２０７及び凹球面反射素子１２０６は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。これらの部材の中央部に反射被膜がないため、対象物たる標本１２１０から到来する光は、マンジャンミラー素子１２０７を通り抜け、凹球面反射素子１２０６の第２面乃至内面によりマンジャンミラー素子１２０７の反射面方向に反射され、凹球面反射素子１２０６及び視野レンズ集合体１２０５を通り抜けた後に中間像１２０９を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体１２０５を構成している視野レンズ素子は１個であるが、これは何個にもすることができる。
【００８６】
また、中間像１２０９を含め視野レンズ集合体１２０５の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体１２１１は、複数個のレンズ素子（図では４個のレンズ素子１２０１、１２０２、１２０３及び１２０４）から構成されている。これら、合焦レンズ素子集合体１２１１を構成するレンズ素子は何れもある同じ種類の素材により形成されている。入射瞳１２０８は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置することによって、本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。
【００８７】
図１２に示した実施形態向けのレンズ処方を表８に示す。
【００８８】
【表８】
【００８９】
図１２に示した対物系におけるＮＡ値は約０．９０又はそれ以上の値となる。この実施形態を含め、本願記載の実施形態は何れも、０．６５超という顕著に大きなＮＡ値を有している。
【００９０】
図１２中の合焦レンズ素子集合体１２１１は、入射してくる光エネルギを受け取り合焦させつつ出射して中間像１２０９を形成する機能を有している。視野レンズ集合体１２０５は、合焦レンズ素子集合体１２１１から出射され中間像１２０９として合焦された光エネルギを受け取り中間的な光エネルギとして出射する機能を有している。マンジャンミラー装置であるカタジオプトリック素子集合体１２１２はこの中間的な光エネルギを受け取り制御された光エネルギを標本１２１０に向け出射する。標本１２１０は制御された光エネルギを反射する。即ち反射光路は標本１２１０にて始まる。マンジャンミラー装置たるカタジオプトリック素子集合体１２１２は標本１２１０により反射された光エネルギを受け取り出射する。視野レンズ集合体１２０５は反射された光エネルギを受け取り中間像１２０９として合焦させる。合焦レンズ素子集合体１２１１はこの合焦された最終的な光エネルギを受け取り出射する。
【００９１】
以上説明した本発明に係る対物系は、様々な環境において使用できる。例えばリソグラフィ、顕微鏡、生物学的乃至生体検査、医学研究等である（但しこれらに限られない）。
【００９２】
また、本願における対物系乃至実施形態についての説明は、本発明の要旨を限定する性格のものではない。本発明の技術的範囲を逸脱しないようまた本発明の効果が損なわれないよう、以上説明した対物系の構成を改変することも可能である。即ち、ＮＡ値が大きく且つ様々な波長及び照明モードで使用できる小型対物系を得ることができる。また、本発明について特定の実施形態を例示して説明を行ったが、これらに対して様々な変形乃至修正を施すことも可能であると了解されたい。本願は、概ね本発明の基本原理に従う限り、どのような変形物、使用形態及び適用形態をも包括しようという趣旨の出願であり、本発明が属する技術分野にて既知の手法や慣用されている手法の適用によってなされる類の変更を本願記載の構成に適用したもの等も、本発明の技術的範囲に包含される。
【００９３】
本発明について特定の実施形態を例示して説明を行ったが、これらに対して様々な変形乃至修正を施すことも可能であると了解されたい。本願は、概ね本発明の基本原理に従う限り、どのような変形物、使用形態及び適用形態をも包括しようという趣旨の出願であり、本発明が属する技術分野にて既知の手法や慣用されている手法の適用によってなされる類の変更を本願記載の構成に適用したもの等も、本発明の技術的範囲に包含される。
【技術分野】
【０００１】
本願は「高性能カタジオプトリック結像系」（High Performance Catadioptric Imaging System）と題する２００３年５月７日付米国特許出願第１０／４３４３７４号（発明者：Ｄａｖｉｄ Ｇ． Ｓｈａｆｅｒ， ｅｔ ａｌ．）の一部継続出願であり、この米国特許出願第１０／４３４３７４号は「高性能低コストカタジオプトリック結像系」（High Performance, Low Cost Catadioptric Imaging System）と題する２００３年２月２１日付米国暫定特許出願第６０／４４９３２６号に基づく利益を享受する出願である。
【０００２】
本発明は、概略、光学的画像取得の分野に関し、より詳細には、顕微鏡的乃至微視的な撮影、検査、リソグラフィ等に使用されるカタジオプトリック光学系に関する。
【背景技術】
【０００３】
標本表面に現れている構造物を検査し又はその画像を取得すること（イメージング）ができる光学系は多数あり、また顕微鏡を用いてイメージングを行う分野もいろいろある。顕微鏡を用いたイメージングが行われるのは、例えば、生物学、度量衡学、半導体検査等、やや込み入った検査分野であり、そうした分野では微小エリア乃至微小構造物を高解像度でイメージングできる性能が求められる。また、顕微鏡を用いたイメージングでは様々な結像モードを使用できる。様々な結像モードがあるのは標本上の構造物に様々な種類があるためである。結像モードは、狙っている対象物の種類に応じ、その種の構造物から明確な像を取得できるように選択する。なお、結像モードの例としては、明視野、暗視野、微分干渉、共焦点、浸漬等がある。
【０００４】
また、ＵＶ（紫外）波長域向け広帯域結像型顕微鏡があれば、多くの分野で有益に使用できるであろう。例えばＯＣＴ（optical coherence tomography：光干渉断層計）は生体組織断面をイメージングする装置として知られており、ＯＣＴにより得られる像の縦方向解像度は、使用光の帯域幅に反比例する光可干渉距離（light coherence length）により決定づけられている。そのため、ＯＣＴにて広帯域顕微鏡を使用すること、ひいては光可干渉距離を小さくし画像の縦方向解像度を精細にする（高める）ことができれば、有益である。このように、ＵＶ波長域広帯域イメージング技術は、縦方向解像度や横方向解像度が高い像が得られる技術であると見込まれている。
【０００５】
４００ｎｍより短い波長を使用し顕微鏡で広帯域イメージングを実現するに当たり、肝要な光学部品の一つは結像用の光学系乃至結像系即ち対物系（本願では単に「対物系」と呼ぶ）である。従来の対物系の中にはＵＶ波長域で使用できるものもあり、そのなかには下は３４０ｎｍに至る波長の光を通すことができるものもあるが、光の波長が４００ｎｍ未満の領域では不十分な結像精度しか得られない。それは、その種の対物系の主たる用途が蛍光イメージングであるからである。蛍光イメージングとは、そのスペクトラムが３４０ｎｍ〜可視光域に属する励起光によってマーカ染料中の蛍光成分を励起するイメージング手法であり、その典型的な使用波長域は可視光域である。そのため、蛍光イメージング用対物系に対する性能要求は可視光域を基準として画定されるから、ＵＶ波長域では結像精度が不十分になる。
【０００６】
また、４００ｎｍより短波長側で広帯域に亘り十分な性能を呈する対物系もわずかだがある。しかしながらその何れも標準的な顕微鏡システム用の対物系としては使用できないものである。即ち、大きすぎたり、ＮＡ（numerical aperture：数値開口乃至開口率）値が不十分であったり、視野サイズが不十分であったりする。
【０００７】
対物系のＮＡ値とは、一定対物距離におけるその対物系の集光能力及び標本細部分解能力を表す数値であり、その対物系若しくはその構成部品に入射するメリジオナル光線又は当該対物系若しくはその構成部品から出射するメリジオナル光線の最大円錐頂角の正弦値に、その円錐の頂点の所在場所を満たしている媒体の屈折率を乗ずることによって、求められる。大ＮＡ光学系を対物系として使用できれば、標本上のより小さな構造物を解像できる等の検査上瞠目すべき効果が得られるだけでなく、広角度に亘り散乱光を集光できるため暗視野環境での性能を高めることができる。
【０００８】
ここに、何れもＳｈａｆｅｒ ｅｔ ａｌ．に付与された米国特許に係る特許文献１及び２に記載の対物系は、ＵＶ波長域で強力に収差補正された大ＮＡ広帯域カタジオプトリック光学系である。図１には特許文献１に示されている発想によるカタジオプトリック装置の典型的な構成１００を、また図２には特許文献２に示されている発想によるカタジオプトリック装置の典型的な構成２００を、それぞれ示す。図１は特許文献１の図１と、図２は特許文献２の図４と、類似した図である。
【０００９】
まず、Ｓｈａｆｅｒ ｅｔ ａｌ．に係る特許文献１に記載されている対物系は、ＵＶ波長域で超広帯域イメージングを実現可能な大ＮＡ対物系である。最大約０．９にも及ぶ大きなＮＡ値を有するこの対物系によれば、明視野モードを用いて広帯域でイメージングを行うことができ、また暗視野モードを用いて複数の波長でイメージングを行うことができる。しかしながら、図１に示した如き対物系１００には幾つかの問題点がある。第１に、大きく湾曲しているカタジオプトリック素子の中央部の孔内に視野レンズ集合体を実体配置する必要があるため、製造が面倒になりがちでありまた値もはりがちである。第２に、この対物系１００においては視野レンズ素子同士を糊付けしなくてはならず、そのため光路上に糊付け面が何個か介在することとなるのに、３６５ｎｍ未満の波長で使用できしかも内部焦点における光強度レベルに耐え得るほど信頼度が高い糊などというものは普通は実現することができない。第３に、この対物系１００におけるレンズ素子は視野面の非常に近くに配置されるため、非常に高い水準の（ほとんど完全というべき水準の）表面品質及びバルク素材品質を有するものでないと画像品質の劣化を避けられない。第４に、この対物系１００を構成する素子特にカタジオプトリック素子集合体に属する素子の直径は標準的な顕微鏡用対物系よりも普通は大きくなるが、素子直径が大きいと検査システムへの組込が難しくなり製造コストが嵩むことが多い。
【００１０】
次に、図２に示されている対物系２００も概ねＵＶ波長域で超広帯域イメージングを実現可能な大ＮＡ対物系である。最大約０．９にも及ぶ大きなＮＡ値を有するこの対物系２００によれば、明視野モードを用いて広帯域でイメージングを行うことができ、暗視野モードを用いて複数の波長でイメージングを行うことができ、しかも可変焦点チューブレンズを用いれば倍率を大きく変化させることができる。しかしながら、そのカタジオプトリック素子集合体にて大きめの軸上球面収差（on-axis spherical aberration）が発生すること等を考慮すると、この図に示した対物系２００においては、その視野レンズ集合体における公差を非常に厳しくする必要や、発生した軸上球面収差をその後段の屈折レンズ素子により補正する必要があるといえる。更に、この図に示した対物系２００はやや大きすぎ、そのため素子特にカタジオプトリック素子集合体に属する素子の光機械実装手順乃至形態が込み入りがちである。
【００１１】
更に、図１及び図２に示した大ＮＡ対物系１００又は２００を顕微鏡用として使用するには、顕微鏡の特質に由来する幾つかの厳しい条件をクリアしなければならない。まず、通常、標本からその装着用フランジまでの距離（フランジ対物距離）の上限は４５ｍｍである。顕微鏡のタレットに装着できる対物系は大抵はその直径が４０ｍｍ以内のものに限られる。通常、対物系を顕微鏡タレット内にネジ止めするのに使用されるネジ山のピッチは通常は２０ｍｍ、２５ｍｍ及び３２ｍｍのうち何れかに限られる。そして、顕微鏡用対物系の多くは屈折型素子だけで構成された全屈折型対物系であるが、全屈折型対物系で使用できる波長は使用可能なガラス素材による制約を受ける。
【００１２】
標本の顕微鏡検査向けに開発された光学装置は他にもあるが、そうした光学装置には共通する欠点乃至制約が見られる。総じて、高精度検査環境では長中心波長対物系ではなく短中心波長対物系を用いる方が有利である。例えば半導体ウェハのような多層標本を検査する場合、短波長であればその標本を高い光学的解像度で検査できるため、その上層にある欠陥をより高い確率で且つ相互に分離して検知でき、また検知した欠陥の特性・特徴をより明確に判別決定できる。加えて、特に照明用光源としてアークランプを用いる場合、使用できる帯域ができるだけ広い対物系を用いることが望ましい。しかしながら、短波長域で広帯域をカバーできる全屈折型対物系を実現するのは難しい。それは、高透過率で色収差を十分に補正できるガラス素材がほとんどないためである。かといって狭帯域対物系では、使用可能光パワー値が低く検査対象面上の薄膜による干渉が多くなりがちであるため、検査用には望ましくない。
【００１３】
また、標準的な顕微鏡用対物系におけるフランジ対物距離は４５ｍｍ以内であるのに、これまでに実現されているカタジオプトリック対物系にはこの条件を満足できないものが多い。仮に、そうしたカタジオプトリック対物系を使用するとしたら、顕微鏡の光学系をやや特殊な光学系、即ちフランジ対物距離が６０ｍｍを超えまたレンズ直径が６０ｍｍを超える特殊な対物系を使用可能な光学系としなければならない。そのため、標準的な顕微鏡用対物系と併用でき標準的な顕微鏡用タレット内に物理的に組み込むことができる小型対物系を実現することも、嘱望されている。しかしながら、これまでに知られている小型対物系のＮＡ値は高々０．７５、視野サイズも高々０．１２ｍｍ、帯域幅も高々１０ｎｍと狭小である。また、こうした小型対物系の代表例はシュバルツシルト方式を用い性能向上を狙ってカタジオプトリック素子集合体内に何個かのレンズ素子を付加したものであるが、それがため普通はその作動距離が８ｍｍを超えてしまう。勿論、シュバルツシルト方式の小型対物系における作動距離を短くすることも可能でありそれによってその対物系の直径を更に小さくすることが可能ではあるものの、その引替として中央暗部（central obscuration）が広くなり対物系としての性能が大きく劣化してしまう。
【００１４】
更に、固有収差（intrinsic aberration）の少ない対物系、例えば単色収差及び色収差双方を強力に自己補正（self correction）でき、従前の自己補正型結像系に比べ配置公差が緩い自己補正型対物系も望まれている。なかでも、製造公差例えばレンズ素子芯ズレ公差（lens centering tolerance/lens decenter tolerance）が緩い対物系を実現できれば、特に有益である。更に、レンズ素子表面への入射角を抑えることは光学被膜の性能を高めまた製造を効率化する上でとみに有益であり、レンズ素子表面への入射角を抑えることによっても一般に製造公差が緩くなる。
【００１５】
従って、従来公知の対物系が有している前掲の各問題点が解消された顕微鏡用光学系を実現できれば、またそうした問題点を呈する装置に比べ優れた機能を有する光学検査システムを提供できれば、有益であるといえよう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
対物系のＮＡ値を大きくすることができる対物系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１実施形態に係る対物系は、約２６６〜１０００ｎｍの波長域に属する波長を有する光エネルギが入射される対物系であって、入射光エネルギを受け取り合焦光エネルギを出射するよう構成された１個又は複数個の合焦レンズ素子を含む合焦レンズ素子集合体と、合焦レンズ素子集合体から合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを出射するよう方向設定された視野レンズ素子と、視野レンズ素子から中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを出射するよう位置設定されたマンジャンミラー装置と、を設けると共に、各合焦レンズ素子の直径を約１００ｍｍ未満とし、収差補正後における最大視野サイズが約０．１５ｍｍになるようにしたものである。
【００１９】
本発明の第２実施形態に係る対物系は、約１５７ｎｍから赤外光域に至る波長域に属する波長を有する光エネルギが入射される対物系であって、入射光エネルギを受け取るよう構成された合焦レンズ素子集合体であって１個又は複数個の合焦レンズ素子を含む合焦レンズ素子集合体と、合焦レンズ素子集合体から合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを出射するよう方向設定された１個又は複数個の視野レンズ素子と、視野レンズ素子から中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを出射するよう位置設定されたマンジャンミラー装置と、を設けると共に、合焦レンズ素子及び視野レンズ素子を何れもその直径が約１００ｍｍ未満の素子とし且つマンジャンミラー装置が制御光エネルギを標本に与えるときのＮＡ値を０．６５超にまた視野サイズを約０．１５ｍｍにしたものである。
【００２０】
本発明の第３実施形態に係る対物系は、約１５７ｎｍから赤外光域に至る波長域に属する波長を有する光エネルギが入射される対物系であって、入射光エネルギを受け取り合焦光エネルギを出射する１個又は複数個の合焦レンズ素子と、合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを出射する１個又は複数個の視野レンズ素子と、中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを浸漬媒を介して標本に向け出射する１個又は複数個のマンジャンミラー素子と、を設けると共に、合焦レンズ素子、視野レンズ素子及びマンジャンミラー素子を何れもその直径が約１００ｍｍ未満の素子とし、更にそれらを全てある同じ単一のガラス素材から形成したある同じガラス素材から形成したものである。
【００２１】
本発明の第４実施形態に係る対物系は、約１５７ｎｍから赤外光域に至る波長域に属する波長を有する光エネルギが入射される対物系であって、入射光エネルギを受け取り合焦光エネルギを出射する１個又は複数個の合焦レンズ素子と、合焦光エネルギを受け取り中間光エネルギを出射する１個又は複数個の視野レンズ素子と、中間光エネルギを受け取り制御光エネルギを浸漬媒を介して標本に向け出射する１個又は複数個のマンジャンミラー素子と、を設けると共に、合焦レンズ素子、視野レンズ素子及びマンジャンミラー素子を何れもその直径が約１００ｍｍ未満の素子とし、更にそれらを全てある同じ単一のガラス素材から形成したある同じガラス素材から形成したものである。
【００２２】
本発明の第５実施形態に係る方法は、標本を検査する方法であって、約１５７ｎｍから赤外光域に至る波長域に属する波長を有する光エネルギを入射するステップと、何れもその直径が約１００ｍｍ未満である１個又は複数個のレンズ素子を用いて入射光エネルギを合焦光エネルギへと合焦させるステップと、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制御光エネルギを浸漬媒を介して標本に向け出射するステップと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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を例示する図である。
【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を例示する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る大ＮＡ小型７素子カタジオプトリック対物系を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る大ＮＡ小型８素子カタジオプトリック対物系であってその収差補正帯域が２６６〜１０００ｎｍでその視野サイズが約０．１５０ｍｍの対物系を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る大ＮＡ小型９素子カタジオプトリック対物系であってその収差補正帯域が２６６〜１０００ｎｍでその視野サイズが約０．１５０ｍｍの対物系を示す図である。
【図６】本発明の実施形態によりサポートされる比帯域幅を示すグラフである。
【図７】図５に示したものとは異なる中心波長向けに設計された９素子対物系を示す図である。
【図８】対物系にて使用されるカタジオプトリック素子集合体乃至マンジャンミラー装置の変形例、特に水、油、シリコーンゲル等の浸漬媒を有するものを示す図である。
【図９】浸漬媒を有するカタジオプトリック対物系を示す図である。
【図１０】浸漬媒を有するカタジオプトリック対物系、特にそのカタジオプトリック素子集合体が１個の固形素子から構成された対物系を示す図である。
【図１１】浸漬媒を有するカタジオプトリック対物系、特にそのカタジオプトリック素子集合体にて二組のレンズミラー空洞が形成された対物系を示す図である。
【図１２】その収差補正帯域が３２０〜１３００ｎｍの７素子対物系、特に単一のガラス素材を用いて（性能を向上できる場合は複数のガラス素材を用いて）形成された対物系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、以下の説明及び図示を参照することにより、上述したものもそれ以外のものも含めて本発明の実施形態を明瞭に認識できるであろう。
【００２５】
なお、本発明についての以下の図示説明は例示的な性格のものであり、趣旨限定的な性格のものではない。
【００２６】
本発明の一実施形態に係るカタジオプトリック対物系は、その収差補正帯域が２６６〜１０００ｎｍの波長域で且つ形成に使用されたガラス素材が一種類の（性能向上につながる場合は複数種類の）カタジオプトリック対物系であり、その有益さが特に明らかになるのは顕微鏡の分野にて用いられた場合である。図３に、本発明の一実施形態に係る対物系を示す。この図に示すカタジオプトリック対物系は、ＵＶ及び可視光の両スペクトル域に跨る広い帯域、即ち約０．２６６〜１．０００μｍの波長域に属する光を結像できるよう構成されており、従来に比べそのＮＡ値が大きく且つ対物視野が広い対物系である。本対物系はシュプマンの原理に基づき構成されており、更にオフナー式視野レンズ素子を併用して軸方向色収差（axial color aberration）及び一次横方向色収差（first order lateral color aberration）を補正するようにしたものである。図上明らかなように、本実施形態では、視野レンズ集合体３０５の位置を中間像３０９の位置からわずかにずらすことによって、性能を向上させている。
【００２７】
図３中のカタジオプトリック素子集合体３１２はマンジャンミラー装置であり、何れも反射被膜付きのレンズ素子であるマンジャンミラー素子３０７及び凹球面反射素子３０６から構成されている。これらマンジャンミラー素子３０７及び凹球面反射素子３０６の中心部には光学的な開口即ち反射素材のない部分が形成されているため、標本乃至対象物３１０から到来する光線はまずマンジャンミラー素子３０７を通り抜け、凹球面反射素子３０６に設けられている反射性の第２面に内側から入射してマンジャンミラー素子３０７の反射面方向に反射され、そして凹球面反射素子３０６及び視野レンズ集合体３０５を通り抜けた場所に中間像３０９を形成することとなる。なお、この図中で視野レンズ集合体３０５を構成している視野レンズ素子の個数は１個であるが、複数個のレンズ素子を用いて視野レンズ集合体３０５を構成することもできる。
【００２８】
また、視野レンズ集合体３０５の方向から到来する光線を中間像３０９を含め集光する合焦レンズ素子集合体３１１は、複数個のレンズ素子（図では４個のレンズ素子３０１、３０２、３０３及び３０４）から構成されており、それらレンズ素子は皆ある同じ素材から形成されている。
【００２９】
図３に示した実施形態向けのレンズ処方を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
いわゆる当業者であれば容易に認め得る通り、表１最左欄に記されている数字は図３に示した対物系より左側にある不図示部材を含めて左側から数えた面番号を表している。例えば、レンズ素子３０１の左面は表１でいうと面３に該当し、右面は面４に該当する。面３の曲率半径は２１．２１４ｍｍ、面４の曲率半径は無限大（平坦）であり、レンズ素子３０１の厚みは２．５ｍｍ、面４とその次にくる面との間隔は６．８６６ｍｍ、素材は熔融シリカ、というように読む。
【００３２】
図３に示した対物系におけるＮＡ値は約０．９０又はそれ以上の値となる。本実施形態を含め、本願記載の実施形態は例外なく０．６５超という顕著に大きなＮＡ値を有している。
【００３３】
図３中の合焦レンズ素子集合体３１１は、入射してくる光エネルギを受け取り合焦させつつ出射して中間像３０９を形成する機能を有している。視野レンズ集合体３０５は、合焦レンズ素子集合体３１１から出射され中間像３０９として合焦された光エネルギを受け取り中間的な光エネルギとして出射する機能を有している。マンジャンミラー装置であるカタジオプトリック素子集合体３１２はこの中間的な光エネルギを受け取り制御された光エネルギを標本３１０に向け出射する。標本３１０は制御された光エネルギを反射する。即ち反射光路は標本３１０にて始まる。マンジャンミラー装置たるカタジオプトリック素子集合体３１２は標本３１０により反射された光エネルギを受け取り出射する。視野レンズ集合体３０５は反射された光エネルギを受け取り中間像３０９として合焦させる。合焦レンズ素子集合体３１１はこの合焦された最終的な光エネルギを受け取り出射する。その結果現れる入射瞳３０８は本対物系内にある内部瞳の像である。なお、本対物系のＮＡ値を制限乃至変更するには、この入射瞳３０８に開口乃至マスクを配置しておけばよい。
【００３４】
また、図３及び表１に示した対物系はある単一のガラス素材から形成されている。ここではその素材は熔融シリカであるが、他種ガラス素材を用いることもできる。本対物系で熔融シリカを使用しているのは、１９０ｎｍ〜赤外波長という広い波長域に亘ってその光吸収率が低い素材だからであり、他種素材を使用する場合もこの条件を満たすものを選ぶ必要がある。熔融シリカを用いた対物系は、この波長域内であればどのような中心波長向けにも構成できる。例えば、１９３ｎｍ、１９８．５ｎｍ、２１３ｎｍ、２４４ｎｍ、２４８ｎｍ、２５７ｎｍ、２６６ｎｍ、３０８ｎｍ、３２５ｎｍ、３５１ｎｍ、３５５ｎｍ、３６４ｎｍ等の波長で発振するレーザ光源向けや、１９０〜２０２ｎｍ、２１０〜２２０ｎｍ、２３０〜２５４ｎｍ、２８５〜３２０ｎｍ、３６５〜５４６ｎｍ等のスペクトル帯域を有するランプ光源向けに、本対物系を適宜構成することができる。レンズ素子を形成するガラス素材として弗化カルシウムを用いる場合は、１５７ｎｍで発振するエキシマレーザ光源向けや、１５７ｎｍ乃至１７７ｎｍで発光するエキシマランプ光源向けに本対物系を構成することができる。使用する波長に合わせた構成にするには各構成部材を調整乃至変更する必要もあろうが、これはいわゆる当業者がなし得る範囲のことである。また、視野レンズ集合体３０５内で弗化カルシウム製レンズを用い、本対物系の帯域幅を拡げることも可能である。その種の変形については特許文献１を参照されたい。
【００３５】
更に、本対物系を構成するレンズ素子での最大直径は２６ｍｍであり、この波長域で従来使用されていた対物系に比べると顕著に小さくなっている。このように小型の対物系はその特性面で際だって特徴的且つ有益であり、そのフランジ対物距離が約４５ｍｍの標準的な顕微鏡タレットにも装着できる。しかもこの対物系は、約０．９０という大きなＮＡ値及び約０．４ｍｍという大きな視野サイズを有しており、その収差補正帯域が約２８５〜３１３ｎｍと広く、その多色波面収差（polychromatic wavefront error）が約０．０６７波長未満と小さな対物系である。
【００３６】
なお、対物系における視野サイズとは、標本のうち最小限の光学品質を保ちつつ結像できる部分のサイズのことであり、一般に、大抵の用途で視野サイズが大きいものが重宝される。
【００３７】
どのような光学系でもいえることであるが、本対物系にも性能に関わるトレードオフ関係がある。本対物系の性能をその所期用途に応じた性質のものにするには、そうしたトレーオフ関係を利用すればよい。例えば、帯域幅、視野サイズ、ＮＡ値及び対物系サイズといった特徴的性能のうち何個かを犠牲にし残りの何個かを増強することができる。どれを犠牲にしてどれを増強するかは用途に応じて決めればよい。例えばＮＡ値を小さくすることによって、製造公差を緩くすると共に対物系外径を小さくし、視野サイズを大きくすると共に帯域幅を拡げ、（同一性能を保ちつつ）構成光学素子数を減らすことができる。逆に、ＮＡ値を大きくするには一般に視野サイズや帯域幅を抑えればよく、それに伴い対物系を構成する素子の直径がわずかに大きくなる。なお図３に示した対物系の視野サイズは直径で０．１５０ｍｍである。
【００３８】
更に、図３に示した対物系によれば、約２６６〜１０００ｎｍという設定帯域内での固有多色波面収差（intrinsic polychromatic wavefront aberration）が従来より小さくなる。波面収差が小さければ製造上の余裕乃至製造上の容易さが増し、それでいて対物系製品の性能は従来より高くなる。また、本対物系は自己補正型でもある。本願では、自己補正という用語を、その対物系に何ら光学部品を付加せずとも収差を補正でき設計仕様を充足できる、という意味で使用している。自己補正機能があるため、本対物系と他の自己補正型結像系とを位置合わせして行う光学計測試験は単純乃至簡便なものとなる。勿論、結像に関わる光学系乃至光学部品を付加して残留収差（residual aberration）を補正することもでき、それによって帯域幅や視野サイズ等の光学的仕様をより高水準にすることができる。
【００３９】
また、本対物系の利点の一つはその製造公差が従来より緩いこと、詳細にはレンズ素子芯ズレ公差が従来より緩いことである。個別のレンズ素子に対する芯ズレ公差が緩いということはその対物系の製造条件が傾向として単純になるということである。製造時に発生するレンズ素子芯ズレは他種収差残留無しに補正するのが困難な軸上コマ収差（on-axis coma）を引き起こすものであるが、本対物系では、カタジオプトリック素子集合体３１２における収差や合焦レンズ素子集合体３１１における収差を注意深くバランスさせることによって、そのレンズ素子やミラー素子の芯ズレ感受性を抑えることができる。更に、図３に示した対物系では、視野レンズ集合体３０５及び合焦レンズ素子集合体３１１における必要補正量をうまくバランスさせることによって、カタジオプトリック素子集合体３１２を含めた合計収差（total aberration）を最善水準とすることができる。
【００４０】
本対物系における芯ズレ感受性は低く、何ら収差補正器を付加していないにもかかわらず、１０μｍの芯ズレによって各素子で生じる収差が高々約０．２７波長に留まる。なかでもカタジオプトリック素子集合体３１２は特に芯ズレ感受性が低く、凹球面反射素子３０６とマンジャンミラー素子３０７との芯ズレが１０μｍあっても、それにより発生する収差は高々０．１５波長である。図３に示した対物系における波長＝約３１３ｎｍでの平均公差は、収差でいって約０．１５波長と緩いものである。カタジオプトリック素子集合体３１２に属する素子間で公差を更にバランスさせれば、芯ズレ感受性をより良好な水準にすることもできる。
【００４１】
また、芯ズレが小さい場合、傾向として、その芯ズレによって生じる光路長誤差は波長に対して概ね直線的に変化するので、使用波長が変われば芯ズレ公差も変わる。例えば、芯ズレが１０μｍである場合の光路長誤差が約０．０５３２μｍであるとする。この光路長誤差は波長＝２６６ｎｍで動作している対物系では０．２波長分の収差に相当するのに、波長＝３６５ｎｍで動作している対物系ではたった０．１５波長分の収差に相当するに過ぎない。このように、使用波長によって芯ズレ公差は変わる。
【００４２】
このように、図３に示した対物系においては、同様の環境で使用される従来のカタジオプトリック対物系に比べまた大抵の標準的な屈折型対物系に比べ芯ズレ公差が緩くなるだけでなく、ガラス素材屈折率公差も従来より緩くなる。ガラス素材屈折率公差が緩くなる主たる理由は、屈折率が違う二種類のガラス素材を利用して色収差を補正する手法を採らず、使用するガラス素材を一種類に絞りつつも色収差を抑えられるようにしたからである。更に、従来の対物系、即ち屈折率特性が異なる複数種類のガラス素材を用い色収差補正を行う対物系では、温度による屈折率特性の変化が素材毎にバラバラであるため、設計の際に基準とした温度以外の温度では色収差補正量が所期とは違う量になり、これにより全体性能の低下が生じていた。これに対して、本対物系は、使用しているガラス素材が一種類であるため温度変化に対する感受性が低い。
【００４３】
また、本願にて実施形態として記載されている対物系は、明視野（bright field）モード、各種の暗視野（dark field）モード、共焦点（confocal）モード、微分干渉（differential interference contrast）モード、偏向（polarization contrast）モードを含め、各種の照明／結像モードに対応できる。
【００４４】
顕微鏡用の対物系で最もよく用いられるのは明視野モードであり、明視野モードによる照明の利点は鮮明な像が得られることである。本願に実施形態として記載されている対物系で明視野モードによる照明を実施した場合、像の寸法値にその対物系の倍率を乗じて得られる寸法値即ち標本上における特徴的構造物の寸法値を、精度よく知ることができる。また、当該対物系及びその光学構成部品は特に支障なく画像比較及び処理アルゴリズムと組み合わせることができるため、対象物検知／分類処理をコンピュータ化できる。なお、明視野モードを実施する際に使用される光源は、通常はそのスペクトルが広帯域に拡がった非コヒーレント光源であるが、レーザ光源を用いて照明してもかまわない。本発明を実施するに当たり、照明系の構成は使用する光源の種類によってやや変わる。
【００４５】
光学的セクショニングにより対象物（標本）上の構造物の高さの違いを解像するのに用いられるのは共焦点モードである。大抵の結像モードでは構造物の高さ変化を検知するのが困難であるが、共焦点モードでは、対象物上の構造物の像がその高さの違いによって異なる現れ方をするため、高さの違いによる像の違いに着目して構造物間高さ比率乃至相対的高さ関係を知ることができる。本発明は、この共焦点モードを実施可能な形態で実施できる。
【００４６】
対象物上の構造物を検知できるモードには更に暗視野モードがある。暗視野モードの利点の一つは、対象物上の平坦な反射エリアから検知器に向かって到来するごくわずかな散乱光、例えば対象物から突出している表面構造物にて発生する散乱光から、暗いながらも像を生成できることである。半導体ウェハ等の対象物を検査する際暗視野モードにより結像させれば、暗い背景の中に対象物上の構造物、粒子その他の不規則形状部分が浮かび上がった像を、得ることができる。本発明は、こうした暗視野モードによる照明を行える構成で実施することができる。また、暗視野モードでは、光散乱性の微小構造物に対して光をぶつけたときに得られる信号が、像としての広がりが大きな信号となる。像としての広がりが大きな信号であるから、検知対象としている構造物のサイズに比肩し使用画素サイズが大きめでも特に支障はないので、画素サイズを大きめにして対物検査を高速化することができる。暗視野モードによる検査を実施する際得られる信号中に繰り返し現れるパターンを抑圧し、対象物上の構造物（ウェハの表面欠陥等）を示す信号の信号対雑音比を向上させるには、フーリエフィルタを使用すればよい。
【００４７】
また、暗視野モードにも様々な種類があり、それぞれ照明方式や集光方式に違いがある。照明方式や集光方式は、対象物から到来する散乱回折光から取得する信号の信号対雑音比が許容水準になるよう、選べばよい。本対物系で結像に使用できる暗視野モードとしては、例えば、環状暗視野（ring dark field）、レーザ方向性暗視野（laser directional dark field）、二重暗視野（double dark field）、中央暗視野（central dark ground）等のモードがある。本発明を実施する際には、こうした暗視野モードを随意に実行可能な構成とすることができる。
【００４８】
図４に、本発明の他の実施形態に係る８素子対物系を示す。図３に示した対物系に対する本対物系の相違点の一つは、素子を１個追加することによって収差を小さくし対物系の公差を緩くしていることである。即ち、この図に示した対物系における収差補正帯域は約２６６〜１０００ｎｍに亘っており、その視野サイズは約０．１５０ｍｍであり、ＮＡ値としては約０．９０という大きな値を確保しており、それでいて多色波面収差最悪値は約０．０６２波長と抑えられている。
【００４９】
図４中のカタジオプトリック素子集合体４１３はマンジャンミラー素子４０８及び凹球面反射素子４０７から構成されている。これらマンジャンミラー素子４０８及び凹球面反射素子４０７は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。このように反射被膜無しの部分があるため、対象物たる標本４１１から到来する光は、マンジャンミラー素子４０８を通り抜け、凹球面反射素子４０７の反射性の第２面によりマンジャンミラー素子４０８方向に反射され、凹球面反射素子４０７及び視野レンズ集合体４０６を通過して、中間像４１０を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体４０６を構成している視野レンズ素子の個数は１個である。
【００５０】
また、中間像４１０を含め視野レンズ集合体４０６の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体４１２は、複数個のレンズ素子（図では５個のレンズ素子４０１、４０２、４０３、４０４及び４０５）から構成されており、それらレンズ素子は皆ある同じ素材から形成されている。また、入射瞳４０９は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置すれば本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。図４に示した対物系は、図３に示した対物系と同様の利点及び柔軟性（変形可能性）を有している。本実施形態向けのレンズ処方を表２に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】
本対物系における芯ズレ感受性は低く、何ら補正器を設けていないにもかかわらず、１０μｍの芯ズレによって各素子で生じる収差が高々約０．２３波長に留まる。なかでもカタジオプトリック素子集合体４１３は特に芯ズレ感受性が低く、凹球面反射素子４０７とマンジャンミラー素子４０８の芯ズレが１０μｍあってもそれによって生じる収差は高々０．１５波長である。図４に示した対物系における波長＝約３１３ｎｍでの平均公差は、収差でいって約０．１５波長と緩いものである。
【００５３】
図５に、本発明の他の実施形態に係る９素子対物系を示す。図３に示した対物系に対する本対物系の主な相違点は、素子を２個追加して対物系の公差を緩くしていることである。即ち、この図に示した対物系における収差補正帯域は２６６〜１０００ｎｍに亘っており、その視野サイズは約０．１５０ｍｍであり、ＮＡ値としては約０．９０と大きな値を確保しており、それでいて多色波面収差最悪値は約０．０５６波長に抑えられている。
【００５４】
図５中のカタジオプトリック素子集合体５１４はマンジャンミラー素子５０９及び凹球面反射素子５０８から構成されている。これらマンジャンミラー素子５０９及び凹球面反射素子５０８は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。この反射被膜無し部分があるため、対象物たる標本５１２から到来する光は、マンジャンミラー素子５０９を通り抜け、凹球面反射素子５０８の反射性の第２面によりマンジャンミラー素子５０９方向に反射され、凹球面反射素子５０８を通過した後視野レンズ集合体５０７を通過する前の位置に中間像５１１を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体５０７を構成している視野レンズ素子の個数は１個である。
【００５５】
また、中間像５１１を含め視野レンズ集合体５０７の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体５１３は、複数個のレンズ素子（図では６個のレンズ素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５及び５０６）から構成されており、それらレンズ素子は皆ある同じ素材から形成されている。入射瞳５１０は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置すれば本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。図５に示した対物系は、図３に示した対物系と同様の利点及び柔軟性（変形可能性）を有している。本実施形態向けのレンズ処方を表３に示す。
【００５６】
【表３】
【００５７】
図５に示した対物系における芯ズレ感受性は低く、何ら補正器を設けていないにもかかわらず、１０μｍの芯ズレによって各素子で生じる収差が高々約０．２５波長に留まる。波長＝約３１３ｎｍでの平均公差は収差でいって約０．１５波長と緩いものである。
【００５８】
本発明に係る小型カタジオプトリック対物系実現手法によれば、使用しているガラス素材が一種類であるため収差補正帯域が非常に広くなり、また従来よりもレンズ素子の直径が小さくなる。例えば、従来の全自己補正型対物系における視野サイズは約０．４ｍｍ近傍の値でありまた比帯域幅の上限は約０．１９近傍の値であったが、本発明に係る新規な全自己補正型対物系における視野サイズは約０．１５ｍｍと小さくまた比帯域幅は最大で約０．９に達する程に広いものとなる。
【００５９】
図６に、図３〜図５に示した対物系により実現できる比帯域幅を示す。本願でいうところの比帯域幅とは帯域幅を中心波長で除した比の値のことであり、本発明に係る対物系で実現できる比帯域幅は従来より広く、また使用可能帯域はＵＶ波長域に属する波長である４００ｎｍ近くまで延びている。一般に、比帯域幅が広いと色彩が鮮明になるため、こうした広い比帯域幅が望まれることが多い。また、使用素材の屈折率増加が非線形的であるため比帯域幅には中心波長が短くなると狭くなる傾向があり、これは中心波長が短く且つ比帯域幅が広い対物系を実現する上でやっかいな問題であった。即ち、事実上この現象が原因で対物系を実現できないことが多かった。これに対して、本発明の実施形態に係る対物系によれば、顕著に望ましいことに、この図に示すように高い性能及び広い比帯域幅を実現することができる。
【００６０】
図７に、本発明の他の実施形態に係る９素子対物系を示す。図５に示した対物系に対する本対物系の相違点の一つは、違う中心周波数向けに構成されていることである。即ち、この図に示した対物系における収差補正帯域は１９０〜２０２ｎｍに亘っており、その視野サイズは約０．１５０ｍｍであり、ＮＡ値はやはり約０．９０と大きな値であり、多色波面収差最悪値は約０．０４５波長となっており、それでいてその比帯域幅は約０．０６と広くなっている。従来型の典型的なカタジオプトリック対物系では、中心波長が１９６ｎｍである場合の実際の比帯域幅が高々約０．００５であったから、本対物系における約０．０６という比帯域幅は顕著に広いものである。
【００６１】
図７中のカタジオプトリック素子集合体７１４はマンジャンミラー素子７０９及び凹球面反射素子７０８から構成されている。これらマンジャンミラー素子７０９及び凹球面反射素子７０８は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。これらの素子の中央部分に反射被膜がないため、対象物たる標本７１２から到来する光は、マンジャンミラー素子７０９を通り抜け、凹球面反射素子７０８の反射性の第２面によりマンジャンミラー素子７０９方向に反射され、凹球面反射素子７０８を通過した後視野レンズ集合体７０７を通過する前の位置に中間像７１１を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体７０７を構成している視野レンズ素子の個数は１個である。
【００６２】
また、中間像７１１を含め視野レンズ集合体７０７の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体７１３は、複数個のレンズ素子（図では６個のレンズ素子７０１、７０２、７０３、７０４、７０５及び７０６）から構成されており、それらレンズ素子は皆ある同じ素材から形成されている。入射瞳７１０は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置することによって本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。
【００６３】
本実施形態向けのレンズ処方を表４に示す。
【００６４】
【表４】
【００６５】
本発明は、更に、その結像モードとして浸漬（immersion）モードを使用可能な対物系としても実施でき、本発明の実施形態に係る対物系にて浸漬モードを用いれば、ＮＡ値を大きくして解像度を向上させることができる。即ち、標本と対物系の間に流体を差し挟むことにより対物系のＮＡ値が大きくなる。例えば、標本と対物系の間の空間を屈折率１．５の油で満たせば、限界入出射角が拡がって６４°に達する結果、ＮＡ値が大きくなり約１．３５にも達する。
【００６６】
図３に示した対物系においては、マンジャンミラー素子３０７の両面が平坦面乃至緩湾曲面であるため、マンジャンミラー素子３０７と標本３１０に挟まれている空間内に流体を入れることによって、その空間におけるＮＡ値を大きくして浸漬モードを実施することができる。この場合、マンジャンミラー素子３０７の第２面即ち右面に入射する光のうち、その入射角が４１°を超える光は全て内部全反射される。
【００６７】
図８に、素子が湾曲している場合でも浸漬モードを実施できるようにしたマンジャンミラー装置を示す。このマンジャンミラー装置においては、マンジャンミラー素子８０２の第２面即ち標本８０１に最も近い面の曲率を大きくすることによって、これを達成している。即ち、マンジャンミラー装置たるカタジオプトリック素子集合体を構成するマンジャンミラー素子８０２及び凹球面反射素子８０３の厚み及び曲率に工夫が施されているため、当該マンジャンミラー装置乃至カタジオプトリック素子集合体を浸漬媒存在環境下で機能させることができる。また、本カタジオプトリック素子集合体においては、球面収差のみならず、軸方向色収差や球面収差色変化（chromatic variation of spherical aberration）も補正できる。このカタジオプトリック素子集合体に対し更に変形を施すことにより、次段以降の屈折性素子で発生する収差を補正することもできる。
【００６８】
図９に、本発明の他の実施形態に係り浸漬モードを実行できるよう上掲の手法で構成してあるカタジオプトリック対物系を示す。この図に示した対物系における収差補正帯域は約２６６〜４３６ｎｍに亘っており、その視野サイズは約０．１５０ｍｍであり、多色波面収差最悪値は約０．０５７波長となっており、そしてＮＡ値は約１．１と大きくなっている。
【００６９】
図９中のカタジオプトリック素子集合体９１８はマンジャンミラー素子９１２及び凹球面反射素子９１１から構成されている。これらマンジャンミラー素子９１２及び凹球面反射素子９１１は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。これらの部材の中央部に反射被膜がないため、対象物たる標本９１３から到来する光は、マンジャンミラー素子９１２を通り抜け、凹球面反射素子９１１の第２面によりマンジャンミラー素子９１２方向に反射され、凹球面反射素子９１１を通過した後視野レンズ集合体９１７内に中間像９１５を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体９１７を構成する視野レンズ素子は９０８、９０９及び９１０の３個である。
【００７０】
また、中間像９１５を含め視野レンズ集合体９１７の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体９１６は、複数個のレンズ素子（図では７個のレンズ素子９０１、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６及び９０７）から構成されている。入射瞳９１４は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置することにより本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。図９に示した実施形態向けのレンズ処方を表５に示す。
【００７１】
【表５】
【００７２】
本発明は、更に、類似した構成のカタジオプトリック対物系を用いつつもまた別のやり方で浸漬モードを実行する形態、例えばそのカタジオプトリック素子集合体を単体の固形素子により構成する形態でも、実施することができる。図１０に、この種の構成を有するカタジオプトリック素子集合体を用いた対物系を示す。この図に示した対物系における収差補正帯域は約２６６〜４３６ｎｍに亘っており、その視野サイズは０．１５０ｍｍであり、多色波面収差最悪値は約０．０３７波長となっており、そしてＮＡ値は約０．９５という大きな値になっている。
【００７３】
図１０中のカタジオプトリック素子集合体１０１４はマンジャンミラー素子１００２のみから構成されている。このマンジャンミラー素子１００２は両面反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には、両面とも、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。前掲の各実施形態から類推できるように、この部材の両面中央部に反射被膜がないため、対象物たる標本１００１から到来する光乃至光エネルギは、マンジャンミラー素子１００２の第１面を通り抜け、同素子１００２の第２面により同素子１００２の第１面方向に反射され、同素子１００２の第１面によって反射された後に、同素子１００２の第２面と視野レンズ集合体１０１５を通過した後中間像１０１３を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体１０１５を構成している視野レンズ素子は１００３及び１００４の２個である。
【００７４】
更に、図中、標本１００１とマンジャンミラー素子１００２により挟まれている空間は浸漬媒（流体や液体の様に浸漬先となり得る媒体のこと；本願中同様）により満たされる空間であり、通常使用時には浸漬媒がマンジャンミラー素子１００２に直に接触することとなる。マンジャンミラー素子１００２の右面に形成されている反射被膜の中央には小さな開口があるため、この開口を介して浸漬媒更には標本１００１へと光線を通すことができる。通常使用時には、まず少量の浸漬媒例えば液滴をイメージング対象物即ち標本１００１上に載せる。検査システムは、対物系をこの標本１００１の近傍に移動させ、対物系を浸漬媒に接触させる。この接触によって浸漬媒は押し広げられ、マンジャンミラー素子１００２対標本１００１間隙に満ちていく。
【００７５】
また、中間像１０１３を含め視野レンズ集合体１０１５の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体１０１６は、複数個のレンズ素子（図では８個のレンズ素子１００５、１００６、１００７、１００８、１００９、１０１０、１０１１及び１０１２）から構成されている。
【００７６】
図１０に示した実施形態向けのレンズ処方を表６に示す。
【００７７】
【表６】
【００７８】
本発明は、更に、レンズ素子及びミラー素子から構成された空洞を二組有するカタジオプトリック素子集合体を用い浸漬モードを実施する形態にて、実施することもできる。図１１に、この種の構成を有するカタジオプトリック素子集合体を用いた対物系を示す。この図に示した対物系における収差補正帯域は２６６〜３２０ｎｍに亘っており、その視野サイズは０．１５０ｍｍであり、多色波面収差最悪値は約０．０５２波長となっており、そしてＮＡ値は約１．１５という大きな値になっている。
【００７９】
図１１中のカタジオプトリック素子集合体１１１３は、片面反射被膜付きの第１マンジャンミラー素子１１０２と、両面反射被膜付きのミラー素子１１０３と、レンズ素子１１０４と、片面反射被膜付きの第２マンジャンミラー素子１１０５とを有している。第２マンジャンミラー素子１１０５の反射被膜は第２面、即ち図中カタジオプトリック素子集合体１１１３外を向いている左側の面に、設けられている。第１マンジャンミラー素子１１０２の前面（第１面）、ミラー素子１１０３の両面並びに第２マンジャンミラー素子１１０５の第２面の中央には、反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。これらの部材の中央部に反射被膜がないため、対象物たる標本１１０１から到来する光は、第１マンジャンミラー素子１１０２の第１面を通り抜け、ミラー素子１１０３の第１面（右面）により第１マンジャンミラー素子１１０２の第１面方向に反射され、同素子１１０２の第１面により反射され、ミラー素子１１０３の第２面（左面）を通り抜けて第１中間像１１１５を形成する。この光は更にレンズ素子１１０４を通り抜け、第２マンジャンミラー素子１１０５の第２面により反射されてレンズ素子１１０４方向に戻り、ミラー素子１１０３の第２面により反射され、レンズ素子１１０４、第２マンジャンミラー素子１１０５及び視野レンズ集合体を通り抜けた後に第２中間像１１１６を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体を構成している視野レンズ素子は１１０６の１個である。
【００８０】
更に、標本１１０１と第１マンジャンミラー素子１１０２により挟まれている空間は浸漬媒により満たされる空間であり、通常使用時には浸漬媒が第１マンジャンミラー素子１１０２に直に接触することとなる。第１マンジャンミラー素子１１０２の右面に形成されている反射被膜の中央には小さな開口があるため、この開口を介して浸漬媒更には標本１１０１へと光線を通すことができる。通常使用時には、まず少量の浸漬媒例えば液滴をイメージング対象物即ち標本１１０１上に載せる。検査システムは、対物系をこの標本１１０１の近傍に移動させ、対物系を浸漬媒に接触させる。この接触によって浸漬媒は押し広げられ、第１マンジャンミラー素子１１０２対標本１００１間隙に満ちていく。
【００８１】
また、中間像１１１６を含め視野レンズ集合体１１０６の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体１１１４は、複数個のレンズ素子（図では６個のレンズ素子１１０７、１１０８、１１０９、１１１０、１１１１及び１１１２）から構成されている。
【００８２】
図１１に示した実施形態向けのレンズ処方を表７に示す。
【００８３】
【表７】
【００８４】
図１２に、本発明の他の実施形態に係る７素子対物系を示す。本カタジオプトリック対物系は、単一のガラス素材を用いて（性能向上につながる場合は複数のガラス素材を用いて）形成されており、その収差補正帯域が３２０〜１３００ｎｍに亘っているので、ＵＶ波長域から赤外域に亘る（即ち約０．３２０〜１．３μｍの波長域に亘る）広帯域イメージング向けに使用できる。
【００８５】
図１２中、マンジャンミラー装置たるカタジオプトリック素子集合体１２１２はマンジャンミラー素子１２０７及び凹球面反射素子１２０６を備えている。これらマンジャンミラー素子１２０７及び凹球面反射素子１２０６は何れも反射被膜付きレンズ素子であり、その中央には反射素材のない部分即ち光学的開口が形成されている。これらの部材の中央部に反射被膜がないため、対象物たる標本１２１０から到来する光は、マンジャンミラー素子１２０７を通り抜け、凹球面反射素子１２０６の第２面乃至内面によりマンジャンミラー素子１２０７の反射面方向に反射され、凹球面反射素子１２０６及び視野レンズ集合体１２０５を通り抜けた後に中間像１２０９を形成する。なお本実施形態で視野レンズ集合体１２０５を構成している視野レンズ素子は１個であるが、これは何個にもすることができる。
【００８６】
また、中間像１２０９を含め視野レンズ集合体１２０５の方向から到来する光線を集光する合焦レンズ素子集合体１２１１は、複数個のレンズ素子（図では４個のレンズ素子１２０１、１２０２、１２０３及び１２０４）から構成されている。これら、合焦レンズ素子集合体１２１１を構成するレンズ素子は何れもある同じ種類の素材により形成されている。入射瞳１２０８は本対物系の内部瞳の像であり、この位置に開口乃至マスクを配置することによって、本対物系のＮＡ値を制限乃至変更することができる。
【００８７】
図１２に示した実施形態向けのレンズ処方を表８に示す。
【００８８】
【表８】
【００８９】
図１２に示した対物系におけるＮＡ値は約０．９０又はそれ以上の値となる。この実施形態を含め、本願記載の実施形態は何れも、０．６５超という顕著に大きなＮＡ値を有している。
【００９０】
図１２中の合焦レンズ素子集合体１２１１は、入射してくる光エネルギを受け取り合焦させつつ出射して中間像１２０９を形成する機能を有している。視野レンズ集合体１２０５は、合焦レンズ素子集合体１２１１から出射され中間像１２０９として合焦された光エネルギを受け取り中間的な光エネルギとして出射する機能を有している。マンジャンミラー装置であるカタジオプトリック素子集合体１２１２はこの中間的な光エネルギを受け取り制御された光エネルギを標本１２１０に向け出射する。標本１２１０は制御された光エネルギを反射する。即ち反射光路は標本１２１０にて始まる。マンジャンミラー装置たるカタジオプトリック素子集合体１２１２は標本１２１０により反射された光エネルギを受け取り出射する。視野レンズ集合体１２０５は反射された光エネルギを受け取り中間像１２０９として合焦させる。合焦レンズ素子集合体１２１１はこの合焦された最終的な光エネルギを受け取り出射する。
【００９１】
以上説明した本発明に係る対物系は、様々な環境において使用できる。例えばリソグラフィ、顕微鏡、生物学的乃至生体検査、医学研究等である（但しこれらに限られない）。
【００９２】
また、本願における対物系乃至実施形態についての説明は、本発明の要旨を限定する性格のものではない。本発明の技術的範囲を逸脱しないようまた本発明の効果が損なわれないよう、以上説明した対物系の構成を改変することも可能である。即ち、ＮＡ値が大きく且つ様々な波長及び照明モードで使用できる小型対物系を得ることができる。また、本発明について特定の実施形態を例示して説明を行ったが、これらに対して様々な変形乃至修正を施すことも可能であると了解されたい。本願は、概ね本発明の基本原理に従う限り、どのような変形物、使用形態及び適用形態をも包括しようという趣旨の出願であり、本発明が属する技術分野にて既知の手法や慣用されている手法の適用によってなされる類の変更を本願記載の構成に適用したもの等も、本発明の技術的範囲に包含される。
【００９３】
本発明について特定の実施形態を例示して説明を行ったが、これらに対して様々な変形乃至修正を施すことも可能であると了解されたい。本願は、概ね本発明の基本原理に従う限り、どのような変形物、使用形態及び適用形態をも包括しようという趣旨の出願であり、本発明が属する技術分野にて既知の手法や慣用されている手法の適用によってなされる類の変更を本願記載の構成に適用したもの等も、本発明の技術的範囲に包含される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物系であって、
１個または複数個の合焦レンズ素子を含み、入射光エネルギを受け取り合焦光エネルギを出射するように構成された合焦レンズ素子集合体であって、各合焦レンズ素子の直径が１００ｍｍ未満である合焦レンズ素子集合体と、
１個または複数個の視野レンズ素子を含む視野レンズ素子集合体であって、各視野レンズ素子の直径が１００ｍｍ未満であり、各視野レンズ素子が、前記合焦光エネルギを受け取り、中間光エネルギを出射するように構成された視野レンズ素子集合体と、
平坦面を有する１個または複数個のマンジャンミラー素子を含むマンジャンミラー集合体であって、各マンジャンミラー素子の直径が１００ｍｍ未満であり、各マンジャンミラー素子が、前記中間光エネルギを受け取り、制御光エネルギを浸漬媒を介して標本に向け出射するように構成され、当該マンジャンミラー集合体が、前記視野レンズ素子集合体と前記標本との間に配置され、前記１個または複数個のマンジャンミラー素子の平坦面が前記浸漬媒に隣接し、当該マンジャンミラー集合体の前記１個または複数個のマンジャンミラー素子が２個の反射面を含むマンジャンミラー集合体と、を備え、
各合焦レンズ素子及び各視野レンズ素子は、同じ単一のガラス素材から形成され、前記マンジャンミラー集合体、視野レンズ素子集合体及び合焦レンズ素子集合体の全ての構成要素は、受け取る光エネルギの軸線に沿って整列され、前記マンジャンミラー集合体において、前記１個または複数個のマンジャンミラー素子の２個の反射面は、前記受け取る光エネルギの軸線に沿って非ゼロ距離の離れた鏡面である対物系。
【請求項２】
請求項１記載の対物系であって、その視野サイズが０．１５ｍｍの対物系。
【請求項３】
請求項１記載の対物系であって、そのＮＡ値が１．２となるよう構成された対物系。
【請求項４】
請求項１記載の対物系であって、使用している各レンズ素子の直径が２５ｍｍ未満の対物系。
【請求項５】
請求項１記載の対物系であって、通常動作時におけるフランジ対物距離が４５ｍｍの顕微鏡にて使用される対物系。
【請求項６】
請求項５記載の対物系であって、通常動作時におけるフランジ対物距離が１００ｍｍの顕微鏡にて使用される対物系。
【請求項７】
請求項１記載の対物系であって、ガラス素材を二種類だけ使用して構成された対物系。
【請求項８】
請求項１記載の対物系であって、浸漬媒が水の対物系。
【請求項９】
請求項１記載の対物系であって、浸漬媒が油の対物系。
【請求項１０】
請求項１記載の対物系であって、浸漬媒がシリコーンゲルの対物系。
【請求項１１】
請求項１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最小になるよう構成された対物系。
【請求項１２】
請求項１記載の対物系であって、上記１個又は複数個のマンジャンミラー素子が、合焦レンズ素子集合体にて発生する収差が補償されるよう球面収差、軸方向色収差及び収差色変化を発生させる対物系。
【請求項１】
対物系であって、
１個または複数個の合焦レンズ素子を含み、入射光エネルギを受け取り合焦光エネルギを出射するように構成された合焦レンズ素子集合体であって、各合焦レンズ素子の直径が１００ｍｍ未満である合焦レンズ素子集合体と、
１個または複数個の視野レンズ素子を含む視野レンズ素子集合体であって、各視野レンズ素子の直径が１００ｍｍ未満であり、各視野レンズ素子が、前記合焦光エネルギを受け取り、中間光エネルギを出射するように構成された視野レンズ素子集合体と、
平坦面を有する１個または複数個のマンジャンミラー素子を含むマンジャンミラー集合体であって、各マンジャンミラー素子の直径が１００ｍｍ未満であり、各マンジャンミラー素子が、前記中間光エネルギを受け取り、制御光エネルギを浸漬媒を介して標本に向け出射するように構成され、当該マンジャンミラー集合体が、前記視野レンズ素子集合体と前記標本との間に配置され、前記１個または複数個のマンジャンミラー素子の平坦面が前記浸漬媒に隣接し、当該マンジャンミラー集合体の前記１個または複数個のマンジャンミラー素子が２個の反射面を含むマンジャンミラー集合体と、を備え、
各合焦レンズ素子及び各視野レンズ素子は、同じ単一のガラス素材から形成され、前記マンジャンミラー集合体、視野レンズ素子集合体及び合焦レンズ素子集合体の全ての構成要素は、受け取る光エネルギの軸線に沿って整列され、前記マンジャンミラー集合体において、前記１個または複数個のマンジャンミラー素子の２個の反射面は、前記受け取る光エネルギの軸線に沿って非ゼロ距離の離れた鏡面である対物系。
【請求項２】
請求項１記載の対物系であって、その視野サイズが０．１５ｍｍの対物系。
【請求項３】
請求項１記載の対物系であって、そのＮＡ値が１．２となるよう構成された対物系。
【請求項４】
請求項１記載の対物系であって、使用している各レンズ素子の直径が２５ｍｍ未満の対物系。
【請求項５】
請求項１記載の対物系であって、通常動作時におけるフランジ対物距離が４５ｍｍの顕微鏡にて使用される対物系。
【請求項６】
請求項５記載の対物系であって、通常動作時におけるフランジ対物距離が１００ｍｍの顕微鏡にて使用される対物系。
【請求項７】
請求項１記載の対物系であって、ガラス素材を二種類だけ使用して構成された対物系。
【請求項８】
請求項１記載の対物系であって、浸漬媒が水の対物系。
【請求項９】
請求項１記載の対物系であって、浸漬媒が油の対物系。
【請求項１０】
請求項１記載の対物系であって、浸漬媒がシリコーンゲルの対物系。
【請求項１１】
請求項１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最小になるよう構成された対物系。
【請求項１２】
請求項１記載の対物系であって、上記１個又は複数個のマンジャンミラー素子が、合焦レンズ素子集合体にて発生する収差が補償されるよう球面収差、軸方向色収差及び収差色変化を発生させる対物系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２１２１６６（Ｐ２０１２−２１２１６６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４５０１６（Ｐ２０１２−１４５０１６）
【出願日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【分割の表示】特願２００６−５２４７１９（Ｐ２００６−５２４７１９）の分割
【原出願日】平成１６年８月１８日（２００４．８．１８）
【出願人】（５０００４９１４１）ケーエルエー−テンカー コーポレイション (126)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【分割の表示】特願２００６−５２４７１９（Ｐ２００６−５２４７１９）の分割
【原出願日】平成１６年８月１８日（２００４．８．１８）
【出願人】（５０００４９１４１）ケーエルエー−テンカー コーポレイション (126)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]