特開 2023-130687 対物レンズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023130687

(43)【公開日】2023-09-21

(54)【発明の名称】対物レンズ

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/04 20060101AFI20230913BHJP

   G02B 13/00 20060101ALI20230913BHJP

   G11B 7/135 20120101ALI20230913BHJP

   G11B 7/1374 20120101ALI20230913BHJP

【ＦＩ】

G02B13/04

G02B13/00

G11B7/135

G11B7/1374

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022035127

(22)【出願日】2022-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】592163734

【氏名又は名称】京セラＳＯＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田邉 貴大

【テーマコード（参考）】

2H087

5D789

【Ｆターム（参考）】

2H087KA26

2H087LA01

2H087NA14

2H087PA09

2H087PA17

2H087PB09

2H087QA02

2H087QA06

2H087QA17

2H087QA22

2H087QA25

2H087QA32

2H087QA41

2H087QA45

2H087UA03

2H087UA04

5D789AA01

5D789EC03

5D789JA44

5D789JB01

5D789JB02

5D789JB03

(57)【要約】

【課題】損傷しにくく、レーザーの発振波長内で色消しされており、ＮＡが高く、視野角を通常の顕微鏡と同等に広く取る。
【解決手段】対物レンズ１は、拡大側から順に並べられた第１レンズ～第９レンズによる９枚構成とされる。第１レンズＬ１は負の屈折力を持つメニスカスレンズ、第２レンズＬ２は両凹レンズ、第３レンズＬ３は正の屈折力を持つメニスカスレンズ、第４レンズＬ４は両凸レンズ、第５レンズＬ５は負の屈折力を持つメニスカスレンズ、第６レンズＬ６は両凸レンズ、第７レンズＬ７は正の屈折力を持つ任意形状のレンズ、第８レンズＬ８は正の屈折力を持つメニスカスレンズ、第９レンズＬ９は正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる。対物レンズ１は、接合レンズを含まず、開口数が０．７５よりも大きく、かつ視野半角が２．５°以上である。第９レンズＬ９の厚みは対物レンズ１の焦点距離の１．５倍～３倍である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

接合レンズを含まず、開口数が０．７５よりも大きく、かつ視野半角ωが２．５°以上である９枚構成の対物レンズであって、拡大側から順に並べられた、
拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第１レンズ、
両凹レンズからなる第２レンズ、
拡大側に凹面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第３レンズ、
両凸レンズからなる第４レンズ、
拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第５レンズ、
両凸レンズからなる第６レンズ、
正の屈折力を持つ任意形状のレンズからなる第７レンズ、
拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第８レンズ、及び、
拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第９レンズにより構成されており、
最も試料面側の前記第９レンズの厚みが当該対物レンズの焦点距離の１．５倍～３倍である対物レンズ。

【請求項2】

前記第９レンズの厚みが当該対物レンズの焦点距離の２．１３倍～２．１５倍である請求項１に記載の対物レンズ。

【請求項3】

前記第５レンズの分散が前記第６レンズの分散より大きい請求項１又は２に記載の対物レンズ。

【請求項4】

正の屈折力を持つ前記第３レンズ、前記第４レンズ及び、前記第６レンズ～前記第９レンズがＣａＦ_２よりなり、負の屈折力を持つ前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第５レンズのうち少なくとも１枚が石英よりなる請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の対物レンズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対物レンズに関し、特にレーザー光源の集光用途やレーザー光源による照明下での観察用途に適した小型の対物レンズに関するものである。

【背景技術】

【0002】

各種レーザーの発振波長に対して収差補正された対物レンズは、レーザー加工装置や各種検査装置などのイメージング用途に広く使われている。レーザーの波長としては、例えば、２６６ｎｍ、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ等のＹＡＧレーザーの高調波、エキシマレーザーである１９３．４ｎｍや２４８ｎｍないしこれらに近似した固体レーザー波長、レーザーダイオード光源の４０５ｎｍなどが挙げられる。

【0003】

この種の対物レンズでは、開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ、ＮＡ）が大きく、視野が広いと同時に小型かつ低コストであることが望ましいとされる。以下に詳細な説明を加える。

【0004】

まず、ＮＡは０．７５以上であることが望ましい。これは、レンズのスポット径はＮＡにより決定され、ＮＡが大きければ大きい程高い解像力が発揮できるためである。

【0005】

視野角は一般的な顕微鏡対物レンズの視野角と同等の値を確保できることが、特に観察用途には望ましい。ここで、視野半角ωは、視野直径をＤ、対物レンズの焦点距離をｆとすると、次の式で定義される。
ω＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ÷２÷ｆ）
あるいは、像高ｙを用いて、次のように定義することもできる。
ω＝ａｒｃｔａｎ（ｙ÷ｆ）

【0006】

例えば、一般的な視野数である視野数が２０の５０倍対物レンズを考える。この場合、結像レンズの焦点距離がｆ＝２００ｍｍであるとすれば、対物レンズの焦点距離はｆ＝４ｍｍである。視野数は、結像レンズ像面側のｍｍを単位とする視野直径であるので、対物レンズの試料面直径はＤ＝２０ｍｍ÷５０＝０．４ｍｍとなる。このとき、対物レンズの視野半角は、ω＝ａｒｃｔａｎ（０．４ｍｍ÷２÷４ｍｍ）＝２．８６°となる。

【0007】

また、この種の対物レンズであっても、市販の顕微鏡と同程度の大きさであることが望ましい。具体的には、全長が１００ｍｍ以下、鏡筒を含めた直径４０ｍｍ以下が望ましいとされる。これは、レンズを駆動するためのピエゾステージが、安価な市販用のステージを利用できるためである。

【0008】

コストについていえば、この種の対物レンズであっても非球面や回折光学素子を含まないことが望ましい。すなわち、対物レンズを構成する各要素は、従来から知られている通常の球面レンズから構成されることが望ましい。これは、非球面や回折光学素子といった特殊な光学素子は大きなコストアップ要因となるうえ、球面レンズには無い誤差要因になるためである。

【0009】

また、当然ながら、レーザーの波長域内での色消しを実現しつつレンズ枚数は極力少ないことが望ましい。これは、コスト面からの要求もさることながら、レンズ枚数を低減することで、レンズ面で発生するフレアやゴーストの悪影響を除くためである。

【0010】

したがって、単一波長のレーザー光源の集光用途やレーザー光源による照明下での観察用途に特化した特殊な対物レンズであっても、市販の対物レンズと同程度の大きさを実現しつつ、ＮＡはより大きく、視野はより広く、低コストを満足させる必要がある。さらに、実用に供するためにはレーザー光源のスペクトルの範囲（数ｐｍ～数１００ｐｍ）の範囲内で色消しがなされている必要があると同時に、枚数は極力少ないことが望ましい。

【0011】

ここで、従来の対物レンズとして、非特許文献１や特許文献１～１０に開示されたものが公知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開平６－２４２３８１号公報

【特許文献2】特開平１１－３０７５４号公報

【特許文献3】特開２００２－１８２１１６号公報

【特許文献4】米国特許出願公開第２００４／００７０８４６号明細書

【特許文献5】米国特許出願公開第２００６／００８７７２５号明細書

【特許文献6】特開２０００－１５５２６７号公報

【特許文献7】特開２００４－２１２９２０号公報

【特許文献8】特開２００４－１１８０７２号公報

【特許文献9】特開２０１０－５５００６号公報

【特許文献10】米国特許第６，９５２，２５６号明細書

【非特許文献】

【0013】

【非特許文献1】J. Webb et al., "Optical Design Forms for DUV&VUV Microlithographic Processes", Optical Microlithography XIV, Proceedings of SPIE Vol. 4346 (2001)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

しかしながら、従来の対物レンズでは、上記の要求を同時に満足するものは知られていない。以下、従来の対物レンズの課題を順に説明する。

【0015】

非特許文献１では、各種の紫外レーザーに適した対物レンズの具体例が述べられている。しかしながら、これらはいずれも上記した本発明の用途の対物レンズには適さない。例えば、非特許文献１の図１においてＮＡ０．６、使用波長２４８．４ｎｍの対物レンズの設計例が示されているが、ＮＡは０．６と小さく、全長（ｔｒａｃｋ ｌｅｎｇｔｈ）は３１５ｍｍと極めて長い。

【0016】

特許文献１では、対物レンズを構成する単レンズを共通として間隔を変えることで、各種のレーザー波長に対応する例が開示されている。ここで開示された例は小型の対物レンズではあるが、特許文献１の段落［０００６］、［００１３］に記されたように、視野が狭い場合にのみ成り立つ構成である。具体的な画角を計算すると、ｆ＝２．５ｍｍに対し、像高がｙ＝０．０５ｍｍなので、視野半角はω＝ａｒｃｔａｎ（０．０５÷２．５）＝１．１４°となり、通常の顕微鏡対物レンズの視野半角の半分以下である。また、特許文献１の段落［００１１］の表に示されるように、設計基準状態を除きＮＡはそれほど大きな値を取ることができない。したがって、上記した本発明の用途には適さない。

【0017】

特許文献２では、対物レンズを最も試料側のレンズとそれ以外のレンズ群に分けて構成することで、最も試料側のレンズを光軸方向に移動させることで、種々の深さの観察面を収差不変に保ったまま観察する方法が開示されている。ここで、特許文献２の段落［００１４］によると、対物レンズの焦点距離はｆ＝８ｍｍであり、ＮＡは０．８である。しかしながら、この構成では後述するように視野を広く取ることができない。特許文献２の実施例の収差図（図２及び図３）によると、視野半角は高々ω＝１．０７６°である。すなわち、通常の顕微鏡の視野に比べて視野は半分以下であるため、上記した本発明の用途には適さない。

【0018】

特許文献３及び特許文献４においては非球面あるいは回折光学素子を使った例が開示されている。しかしながら、本発明で想定する用途では、極力低いコストで対物レンズを構成するためにすべて球面よりなる対物レンズが最適である。したがって、これらの文献で開示された例は上記した本発明の用途には適さない。

【0019】

特許文献５においては、波長１５７ｎｍにおける屈折型対物レンズや反射屈折型対物レンズの種々の例が開示されている。これらは液浸も含めて、ＮＡ１．３、１．１、０．９などの例を含むが、視野は極めて狭く（段落［００３１］参照）、色消し範囲も極めて狭く（段落［００２３］）、上記した本発明の用途には適さない。

【0020】

特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０においても、各種紫外レーザー光源用の対物レンズが例示されているが、これらのいずれも、対物レンズの大きさが市販顕微鏡対物に比べて極めて大きい。そのため、これらのいずれも市販のピエゾステージには搭載できず、さらには非常に高コストである。したがってこれらは上記した本発明の用途には適さない。

【0021】

ここまで見てきたように、レーザー加工装置や各種検査装置において、安価かつ高性能な対物レンズはこれまで存在しなかった。そのことにより、本来は紫外レーザー用途ではない市販の対物レンズにより装置を構成することが行われてきた。その結果、十分な加工精度が得られなかったり、高画質の画像が取得できなかったり、強いレーザー光源により対物レンズが損傷したりするなどの問題があった。

【0022】

本発明は、以上の背景に鑑み、損傷しにくく、レーザーの発振波長内で色消しされており、ＮＡが高く、視野角を通常の顕微鏡と同等に広く取ることができる小型の対物レンズの構成を確立することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0023】

上記課題を解決するために本発明のある態様は、接合レンズを含まず、開口数が０．７５よりも大きく、かつ視野半角が２．５°以上である９枚構成の対物レンズであって、拡大側から順に並べられた、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第１レンズ（Ｌ１）、両凹レンズからなる第２レンズ（Ｌ２）、拡大側に凹面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第３レンズ（Ｌ３）、両凸レンズからなる第４レンズ（Ｌ４）、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第５レンズ（Ｌ５）、両凸レンズからなる第６レンズ（Ｌ６）、正の屈折力を持つ任意形状のレンズからなる第７レンズ（Ｌ７）、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第８レンズ（Ｌ８）、及び、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる第９レンズ（Ｌ９）により構成されており、最も試料面側の前記第９レンズの厚みが当該対物レンズの焦点距離の１．５倍～３倍であること特徴とする。

【0024】

この態様によれば、損傷しにくく、レーザーの発振波長内で色消しされており、ＮＡが高く、具体的には０．７５以上で視野角を通常の顕微鏡と同等に広く取ることができる小型の対物レンズが構成される。

【0025】

上記の態様において、前記第９レンズの厚みが当該対物レンズの焦点距離の２．１３倍～２．１５倍であるとよい。また、上記の態様において、前記第５レンズの分散が前記第６レンズの分散より大きいとよい。これは、凹レンズである第５レンズと凸レンズである第６レンズの組み合わせにより全体の色収差が低減できるためである。また、上記の態様において、正の屈折力を持つ前記第３レンズ、前記第４レンズ及び、前記第６レンズ～前記第９レンズがＣａＦ_２（フッ化カルシウム、蛍石）よりなり、負の屈折力を持つ前記第１レンズ、前記第２レンズ及び前記第５レンズのうち少なくとも１枚が石英よりなるとよい。これも、凹レンズを高分散、凸レンズを低分散材料で構成することにより、全体の色収差低減に役立つためである。

【発明の効果】

【0026】

以上の態様によれば、損傷しにくく、レーザーの発振波長内で色消しされており、ＮＡが高く、視野角を通常の顕微鏡と同等に広く取ることができる小型の対物レンズの構成を確立することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】実施形態に係る対物レンズの光路図

【図2】厚い平行平板による屈折に起因する収差の説明図

【図3】実施例１の対物レンズの縦収差図

【図4】実施例１の対物レンズの横収差図

【図5】実施例２の対物レンズの光路図

【図6】実施例２の対物レンズの縦収差図

【図7】実施例２の対物レンズの横収差図

【図8】実施例３の対物レンズの光路図

【図9】実施例３の対物レンズの縦収差図

【図10】実施例３の対物レンズの横収差図

【図11】実施例４の対物レンズの光路図

【図12】実施例４の対物レンズの縦収差図

【図13】実施例４の対物レンズの横収差図

【図14】実施例５の対物レンズの光路図

【図15】実施例５の対物レンズの縦収差図

【図16】実施例５の対物レンズの横収差図

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

【0029】

図１は、実施形態に係る対物レンズ１の光路図である。図１に示すように、対物レンズ１は、拡大側から順に並べられた第１レンズＬ１～第９レンズＬ９による９枚構成とされている。第１レンズＬ１は、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズからなる。第２レンズＬ２は、両凹レンズからなる。第３レンズＬ３は、拡大側に凹面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる。第４レンズＬ４は、両凸レンズからなる。第５レンズＬ５は、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズからなる。第６レンズＬ６は、両凸レンズからなる。第７レンズＬ７は、正の屈折力を持つ任意形状のレンズからなる。図示例では、第７レンズＬ７は、拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズからなる。第８レンズＬ８は、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる。第９レンズＬ９は、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズからなる。

【0030】

この構成により本実施形態では、少ない枚数により高ＮＡ（高開口数）と広い視野、レーザー波長幅での色消しを実現するという目的が、最適なレンズ配置により全長や外径を大きくすることなく実現された。また、対物レンズ１はレンズ同士を樹脂で接合した接合レンズを備えておらず、それゆえ、レーザー光源が強くても対物レンズ１は損傷しにくい。

【0031】

まず、最も拡大側より、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズ（第１レンズＬ１）と両凹レンズ（第２レンズＬ２）よりなる負のレンズ群の作用により広い視野が達成できる。

【0032】

対物レンズ１の視野は、対物レンズ１自体の像面彎曲により決定され、その量はペッツバール和で決まる。ペッツバール和は光学系を構成する各レンズのパワーを屈折率で除した値の和として定義されるため、全体として正の屈折力を持つ対物レンズ１のペッツバール和は必然的に正の値となる。したがって、対物レンズ１のペッツバール和をゼロに近づけるためには、強い負の屈折力を持つ群が必要である。

【0033】

第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２を構成するこれらの２枚のレンズは、強い負の屈折力を持つことにより、全体のペッツバール和を減少させる役割を果たす。さらに、本発明に特徴的なこれら２枚のレンズの形状は、軸上マージナル光線に対して球面収差が最小になる形に近いため、球面収差の発生が極力抑制される。すなわち、これら以外の形状によりレンズを構成すると、補正過剰な球面収差が発生し、全体の球面収差を良好に保つことができない。この構成を持たない従来の対物レンズ（例えば、特許文献１や特許文献２、非特許文献１の図１）では、ペッツバール和を小さくすることができず、それゆえ像面彎曲が大きいため視野角を広く取ることができない。

【0034】

次に続く２枚の拡大側に凹面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズ（第３レンズＬ３）と両凸レンズ（第４レンズＬ４）の作用によりＮＡを大きくすることができる。これら２枚のレンズは発散光束に対して球面収差最小形に近いという特徴を持っている。したがって、これら２枚のレンズにより、新たに発生する収差を抑えながら発散光束の幅を広げることができる。この構成を持たない従来の対物レンズ（例えば、非特許文献１の図１）は、大きなＮＡに対して球面収差を補正することができず、ＮＡを大きく取ることができない。

【0035】

さらに、次に続く拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズ（第５レンズＬ５）と両凸レンズ（第６レンズＬ６）の作用により球面収差を補正し、ＮＡをさらに大きくすることができる。これら２枚のレンズは、いわゆる分離ダブレットの形状をしており、球面収差を積極的に補正する。この構成を持たない従来の対物レンズ（例えば、非特許文献１の図１）は球面収差を十分に補正することができず、ＮＡを大きく取ることができない。

【0036】

また、これら２枚のレンズ（第５レンズＬ５及び第６レンズＬ６）を構成する硝材の分散が異なることにより、色収差がさらに良好に補正される。例えば、可視から３５５ｎｍまでの波長領域では、通常の光学ガラスが選択可能であり、凹レンズにフリントガラス、凸レンズにクラウンガラスを選択すればよい。また、波長が３５５ｎｍより短い領域では、凹レンズに合成石英、凸レンズにＣａＦ_２が選択可能である。

【0037】

最後に、正の屈折力を持つ任意形状のレンズ（第７レンズＬ７）、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズ（第８レンズＬ８）、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズ（第９レンズＬ９）の作用について説明する。これら３枚のレンズにより、一旦広げられた軸上光束を、収差を大きく発生させることなく、高いＮＡで集光することができる。

【0038】

ここで、本発明のもう１つの特徴である、「最も試料面側の第９レンズＬ９の厚みがレンズ全体の焦点距離の１．５倍～３倍であること」の作用について補足する。試料面側、すなわち縮小側あるいは集光側に配置された厚いレンズは、球面収差の補正に役立つとともに、色収差の補正にも役立つ。

【0039】

厚いレンズを平行平板になぞらえ、図２に示すように、集光角Ｕ_０の集光光束に厚みがｔ、屈折率がｎの平行平板が挿入されている状態を理論的に考える。

【0040】

屈折の法則と平面幾何により、平行平板による像点移動Δｘは以下の式で表される。

【数1】

【0041】

これを、ＮＡ＝ｓｉｎＵ_０によりテイラー展開し、二次項まで取ると、以下の近似式が得られる。

【数2】

【0042】

式（２）の第１項は、平行平板による像点移動を示す。第１項は分母に屈折率ｎを含むことから、波長毎の屈折率の変化を考えると軸上色収差を意味する。使用波長内の２つの屈折率ｎ_１＞ｎ_２を考え、その差Δｘ_ｃを考えると、次の式が得られる。

【数3】

【0043】

２つの屈折率ｎ_１＞ｎ_２に対し、Δｘ_ｃは正なので、これは補正過剰な軸上色収差を示している。通常のレンズは補正不足なので、厚い平行平板による補正過剰な軸上色収差と打ち消し合い、軸上色収差が全体として小さくできることを示している。

【0044】

式（２）の第２項は、ＮＡが大きくなるにつれて大きくなる正の値を示す。つまり、第２項は補正過剰な球面収差量を示している。通常のレンズは補正不足なので、厚い平行平板による補正過剰な球面収差と打ち消し合い、球面収差が全体として小さくできることを示している。さらに、厚いメニスカスレンズはペッツバール和を小さくする効果がある。

【0045】

これらの効果はメニスカスレンズに相当する平行平板が厚ければ厚い程有利であるが、平行平板が厚すぎると対物レンズ１の作動距離を短縮する作用があるため、実用上不利である。したがって、平行平板の厚みにはおのずと最適な範囲が存在する。ここで、第９レンズの厚みは、少なくともレンズ全体の焦点距離の１．５倍～３倍の範囲にあることが望ましい。第９レンズの厚みが下限である焦点距離の１．５倍を下回ると、球面収差及び色収差が補正不足となるためである。また、第９レンズの厚みが上限の３倍を上回ると、球面収差が補正過剰になってしまうと同時に、作動距離に対して不利になるためである。さらに、検討の結果、最も試料面側の第９レンズＬ９の厚みがレンズ全体の焦点距離の約２．１４倍（２．１３倍～２．１５倍、好ましくは２．１３５倍～２．１４倍）であることがより望ましいことが分かった。

【0046】

以上により、少ない枚数で、球面のみから構成され、小型かつ高性能を達成するためには、図１に示した構成が必須である。そのことについて本条件を満たしていない引用例を用いて説明する。

【0047】

例えば、非特許文献１の図１では、最も拡大側に配置された第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２に相当する「拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズと両凹レンズ」が存在しない。また、第５レンズＬ５及び第６レンズＬ６に相当する「拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズ及び両凸レンズ」が存在しない。その結果、本引用例ではＮＡが０．６５と小さく、全長も非常に長い。

【0048】

特許文献２では、最も拡大側に配置された第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２に相当する「拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズと両凹レンズ」が存在しないため、像面彎曲が補正できておらず、したがって視野角が狭い。

【0049】

特許文献３及び特許文献４においては繰り返しになるが、非球面あるいは回折光学素子を使った、本発明とは異なる構成の対物レンズが開示されている。しかしながら、これらの従来の対物レンズの構成は、本発明の意図する極力低いコストで対物レンズ１を構成する目的に反している。

【0050】

特許文献５においても繰り返しになるが、波長１５７ｎｍにおける屈折型対物レンズや反射屈折型対物レンズの種々の例が開示されている。これらの従来の対物レンズは本発明の構成とは異なっており、その結果、視野は極めて狭く（段落［００３１］参照）、色消し範囲も極めて狭く（段落［００２３］）、上記した本発明の用途には適さない。

【0051】

特許文献６においては、最も拡大側に配置された第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２に相当する「拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズ及び両凹レンズ」の形状が異なっている。また、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズ（第５レンズＬ５）及び両凸レンズ（第６レンズＬ６）が存在しない。さらに、最も縮小側の凸メニスカスレンズの厚みも焦点距離の１倍程度と薄い。その結果、球面収差を補正するために、本願明細書により開示された構成より多くのレンズが必要となり、全長を短くすることができない。また、色収差も補正されていない。

【0052】

特許文献７においても特許文献６と同様、最も縮小側のレンズの厚みがほぼ焦点距離に等しいため、レンズの厚みを積極的に色収差補正に使っておらず、凹レンズと凸レンズを多数組み合わせることにより球面収差と色収差の補正を行っている。このような構成では凹レンズと凸レンズの組み合わせはペッツバール和を悪化させるため、像面彎曲の補正が困難であり、視野を広く取ることができない。これは特許文献８及び特許文献９においても同様であり、これらの従来の対物レンズは広い視野と高いＮＡを両立するために多くのレンズ枚数と長大なレンズ長が必要になる。

【0053】

特許文献１０においては、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つメニスカスレンズ（Ｌ５）、両凸レンズ（Ｌ６）の組み合わせと、最も縮小側の厚いメニスカスレンズが存在しない。したがって、球面収差の補正が困難となり、また、ペッツバール和の補正も困難であり、いずれかを犠牲にする必要があった。その結果、広い視野を確保するために、長い焦点距離と全長が必要となった。

【0054】

本発明の対物レンズ１は、ペッツバール和、球面収差、色収差を最適なレンズ配置により効果的に補正するため、少ない枚数により高ＮＡと広い視野、レーザー波長幅での色消しを実現できる。そのため、本発明の対物レンズ１は、検査装置やレーザー加工装置に最適な、安価なステージと組み合わせて、高い結像性能を持つシステムを構成できるという利点がある。

【実施例0055】

対物レンズ１の実施例１のレンズデータは表１に示す通りである。実施例１は、焦点距離はｆ＝４ｍｍ、波長１９３．４±０．００４ｎｍ、ＮＡ０．８５、視野直径Ｄ＝０．４５ｍｍの対物レンズ１である。視野半角ωは、ω＝ａｒｃｔａｎ（０．４５÷２÷４）＝３．２１°である。最も試料面側の第９レンズＬ９の厚みは８．５４４ｍｍであり、（最も試料面側のレンズの厚み）÷（レンズ系全体の焦点距離）＝２．１３６である。第５レンズＬ５は石英であり、第６レンズＬ６はＣａＦ_２である。したがって、第５レンズＬ５の分散が第６レンズＬ６の分散より大きい材料よりなる。また、すべての正の屈折力を持つレンズ（第３レンズＬ３、第４レンズＬ４及び、第６レンズＬ６～第９レンズＬ９）がＣａＦ_２よりなる。負の屈折力を持つレンズ（第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第５レンズＬ５）のうち少なくとも１枚が石英よりなる。

【0056】

【表1】

【0057】

実施例１の対物レンズ１の縦収差図は図３に示す通りであり、実施例１の対物レンズ１
の横収差図は図４に示す通りである。

【実施例0058】

図５は実施例２の対物レンズ１の光路図である。対物レンズ１の実施例２のレンズデータは表２に示す通りである。実施例２は、焦点距離はｆ＝４ｍｍ、波長２６６±０．０１５ｎｍ、ＮＡ０．８５、視野φ０．４５ｍｍの対物レンズ１である。視野半角ωは、ω＝ａｒｃｔａｎ（０．４５÷２÷４）＝３．２１°である。最も試料面側の第９レンズＬ９の厚みは８．５６ｍｍであり、（最も試料面側のレンズの厚み）÷（レンズ系全体の焦点距離）＝２．１４である。第５レンズＬ５は石英であり、第６レンズＬ６はＣａＦ_２である。したがって、第５レンズＬ５の分散が第６レンズＬ６の分散より大きい材料よりなる。また、すべての正の屈折力を持つレンズ（第３レンズＬ３、第４レンズＬ４及び、第６レンズＬ６～第９レンズＬ９）がＣａＦ_２よりなる。負の屈折力を持つレンズ（第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第５レンズＬ５）のうち少なくとも１枚が石英よりなる。

【0059】

【表2】

【0060】

実施例２の対物レンズ１の縦収差図は図６に示す通りであり、実施例２の対物レンズ１
の横収差図は図７に示す通りである。