特許 7168627 物体マッピング及び／又は瞳マッピングのための光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】物体マッピング及び／又は瞳マッピングのための光学系

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20221101BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

【請求項の数】 22

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020185432

(22)【出願日】2020-11-05

(62)【分割の表示】P 2018515553の分割

【原出願日】2016-08-31

(65)【公開番号】P2021039366

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2020-12-03

(31)【優先権主張番号】102015218328.9

(32)【優先日】2015-09-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】503263355

【氏名又は名称】カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100202326

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 大佑

(72)【発明者】

【氏名】ホルガー ミュエンツ

【審査官】森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５３９５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２３６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３２３３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－７５７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１７６７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０９１１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００８－５３９５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２３６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１８１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１６９０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－９０１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－９０１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２４８００１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２６７６５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００ － １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ － ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ － ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

顕微鏡又はマイクロリソグラフィに用いられる光学系（１０）であって、
光軸（１６；４６）、絞り面（１８；３８）、像面（２０；４０）、及び各々が少なくとも１つのレンズ素子を持つ４つのレンズ素子群（１４ａ、ｂ、ｃ、ｄ；４２ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を有するフーリエ光学ユニット（１２；３６）として具現化されるレンズ素子系（１１；３７）を備え、
前記レンズ素子群は前記絞り面（１８；３８）と前記像面（２０；４０）との間に光軸（１６；４６）に沿って相互に離間されて配置され、
前記フーリエ光学ユニット（１２；３６）の前記４つのレンズ素子群のうちの２つ（１４ａ、ｃ；４２ｂ、ｄ）は、第一及び第二の色アンダー補正レンズ素子群として具現化され、前記フーリエ光学ユニット（１２；３６）の前記４つのレンズ素子群のうちの残りの２つ（１４ｂ、ｄ；４２ａ、ｃ）は、第一及び第二の色オーバー補正レンズ素子群として具現化され、前記フーリエ光学ユニット（１２；３６）は、色アンダー補正及び色オーバー補正レンズ素子群の交互の配置を有し、
物体結像及び瞳結像の両方において、単純なアクロマートと比較して、改善された色補正を得る光学系において、
前記第一及び前記第二の色アンダー補正レンズ素子群（１４ａ、ｃ；４２ｂ、ｄ）はそれぞれ、正の屈折力を持つ収束レンズ素子（２２）を１つのみ有し、
前記第一及び前記第二の色オーバー補正レンズ素子群（１４ｂ、ｄ；４２ａ、ｃ）はそれぞれ、正の屈折力を持つ収束レンズ素子（３２）と負の屈折力を有する発散レンズ素子（３４）を含む少なくとも２つのレンズ素子を有する、光学系。

【請求項2】

前記第一及び／又は前記第二の色アンダー補正レンズ素子群（１４ａ、ｃ；４２ｂ、ｄ）はそれぞれ、第一のレンズ素子材料又は前記第一のレンズ素子材料と異なる第二のレンズ素子材料のみを有する、請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

前記第一及び／又は前記第二の色オーバー補正レンズ素子群（１４ｂ、ｄ；４２ａ、ｃ）はそれぞれ、第一のレンズ素子材料及び前記第一のレンズ素子材料と異なる第二のレンズ素子材料を有する、請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項4】

物体及び／又は射出瞳が前記絞り面（１８；３８）から無限遠に置かれている場合に、前記絞り面（１８；３８）と結像領域（２０ａ；５０）は実質的に同じ大きさである、請求項１～３の何れか１項に記載の光学系。

【請求項5】

前記第一の色アンダー補正レンズ素子群（１４ａ）は、前記絞り面（１８）から見て、前記第二の色アンダー補正レンズ素子群（１４ｃ）の上流と前記第一及び前記第二の色オーバー補正レンズ素子群（１４ｂ、ｄ）の上流に配置される、請求項１～４の何れか１項に記載の光学系。

【請求項6】

前記第一の色アンダー補正レンズ素子群（１４ａ）は、正の屈折力を持ち、前記絞り面（１８）側を向く凸面（２２ａ）を有する凹凸収束レンズ素子（２２）として具現化される、請求項１～５の何れか１項に記載の光学系。

【請求項7】

前記第二の色アンダー補正レンズ素子群（１４ｃ）は、正の屈折力を有する両凸収束レンズ素子（３０）として具現化され、前記第一の色アンダー補正レンズ素子群（１４ａ）は、前記絞り面（１８）から見て、前記第二の色アンダー補正レンズ素子群（１４ｃ）の上流と前記第一及び前記第二の色オーバー補正レンズ素子群（１４ｂ、ｄ）の上流に配置される、請求項１～６の何れか１項に記載の光学系。

【請求項8】

前記第一の色オーバー補正レンズ素子群（１４ｂ）は、前記絞り面（１８）から見て、前記第二の色オーバー補正レンズ素子群（１４ｄ）の上流に配置される、請求項１～７の何れか１項に記載の光学系。

【請求項9】

前記第一の色オーバー補正レンズ素子群（１４ｂ）は、前記絞り面（１８）側から順に、前記絞り面（１８）と反対側を向く凹面（２４ｂ）を持つ凹凸発散レンズ素子（２４）と、両凸収束レンズ素子（２６）と、両凹発散レンズ素子（２８）と、を有し、前記両凸収束レンズ素子（２６）は、前記光軸（１６）に沿って前記凹凸発散レンズ素子（２４）から離れた位置で前記両凹発散レンズ素子（２８）に結合される、請求項１～８の何れか１項に記載の光学系。

【請求項10】

前記第二の色オーバー補正レンズ素子群（１４ｄ）は、前記絞り面（１８）側から順に、前記絞り面（１８）と反対側を向く凸面（３２ｂ）を持つ両凸収束レンズ素子（３２）と、前記光軸（１６）に沿ってそれに結合された両凹発散レンズ素子（３４）と、を有し、前記両凹発散レンズ素子は前記絞り面（１８）側を向く凹面（３４ａ）を有する、請求項１～９の何れか１項に記載の光学系。

【請求項11】

前記第一の色オーバー補正レンズ素子群（４２ａ）は、前記絞り面（３８）から見て、前記第二の色オーバー補正レンズ素子群（４２ｃ）の上流と、前記第一及び前記第二の色アンダー補正レンズ素子群（４２ｂ、ｄ）の上流に配置される、請求項１～４の何れか１項に記載の光学系。

【請求項12】

前記第一の色オーバー補正レンズ素子群（４２ａ）は、前記絞り面（３８）側から順に、前記絞り面（３８）と反対側を向く凹面（５４ｂ）を持つ両凹発散レンズ素子（５４）と、前記光軸（４６）に沿ってそれに結合された両凸収束レンズ素子（５６）と、を有し、前記両凸収束レンズ素子は前記絞り面（３８）側を向く凸面（５６ａ）を有する、請求項１～４又は１１の何れか１項に記載の光学系。

【請求項13】

前記第二の色オーバー補正レンズ素子群（４２ｃ）は、前記絞り面（３８）側から順に、両凹発散レンズ素子（６０）と、両凸収束レンズ素子（６２）と、前記絞り面（３８）側を向く凹面（６４ａ）を持つ凹凸発散レンズ素子（６４）と、を有し、前記両凸収束レンズ素子（６２）は、前記光軸（４６）に沿って前記凹凸発散レンズ素子（６４）から離れた位置で前記両凹発散レンズ素子（６０）に結合される、請求項１～４及び１１～１２の何れか１項に記載の光学系。

【請求項14】

前記第一の色アンダー補正レンズ素子群（４２ｂ）は、前記絞り面（３８）から見て、前記第二の色アンダー補正レンズ素子群（４２ｄ）の上流に配置される、請求項１～４及び１１～１３の何れか１項に記載の光学系。

【請求項15】

前記第二の色アンダー補正レンズ素子群（４２ｄ）は、前記絞り面（３８）と反対側を向く凸面（６６ｂ）を有する、正の屈折力を持つ凹凸収束レンズ素子（６６）として具現化される、請求項１～４及び１１～１４の何れか１項に記載の光学系。

【請求項16】

前記フーリエ光学ユニット（１２；３６）は、二酸化シリコン及び／又はフッ化カルシウムを有する、請求項１～１５の何れか１項に記載の光学系。

【請求項17】

前記フーリエ光学ユニット（１２；３６）は、偏向ミラー又はビームスプリッタを含む少なくとも１つの別の光学素子を有する、請求項１～１６の何れか１項に記載の光学系。

【請求項18】

二次の縦色収差を物体結像又は瞳結像において、単純なアクロマートよりも改善するよう補正する、請求項１～１７の何れか１項に記載の光学系。

【請求項19】

一次の縦色収差、一次の横色収差、及び二次の縦色収差を物体結像及び瞳結像の両方において、単純なレンズ素子又は単純なアクロマートよりも改善するよう補正する、請求項１８に記載の光学系。

【請求項20】

前記フーリエ光学ユニット（１２；３６）は、１９０～２５０ｎｍの波長範囲で使用される、請求項１～１９の何れか１項に記載の光学系。

【請求項21】

物体結像において補正された色収差は、瞳結像において補正された色収差よりも小さい、請求項５～１０の何れか１項に記載の光学系。

【請求項22】

瞳結像において補正された色収差は、物体結像において補正された色収差よりも小さい、請求項１１～１５の何れか１項に記載の光学系。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、２０１５年９月２４日に出願された独国特許出願第１０ ２０１５ ２１８
３２８．９号の優先権を主張するものであり、直接引用することにより、その内容全体を
本願の明細書に援用する。

【0002】

本発明は、物体結像（ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｉｎｇ）及び／又は瞳結像のための光学系
に関し、光軸、絞り面、及び像面を持ち、また、各々が少なくとも１つのレンズ素子を有
する３つのレンズ素子群を有し、前記レンズ素子群は絞り面と像面との間に光軸に沿って
相互に離間されて配置されるレンズ素子系を持ち、３つのレンズ素子群は、第一のレンズ
素子材料及び／又は第一のレンズ素子材料と異なる第二のレンズ素子材料を有する。

【背景技術】

【0003】

このような光学系は、国際公開第２００６／０９１１８１ Ａ１号パンフレットから知
られている。

【0004】

例えば、この光学系は、光学結像、特に顕微鏡及びマイクロリソグラフィにおいて重要
な役割を果たす物体結像及び／又は瞳結像のために使用される。顕微鏡又はマイクロリソ
グラフィ装置の光学特性は、主として、そこにある光学系による光学結像の質に依存する
。

【0005】

光学結像のための典型的な光学系は通常、少なくとも１つの光学素子を有し、これは少
なくとも１種類の光透過性材料からなる。この材料の屈折率は、光学素子への入射光の波
長に依存する。屈折率のこの波長依存性は、分散とも呼ばれ、屈折光学素子における、例
えば特定の波長に関して特徴的な焦点位置を有する光学レンズ素子における色収差の原因
となる。色収差とは、レンズ素子の波長依存屈折力までたどることのできる光学収差と理
解される。光学レンズ素子の焦点位置の波長依存性は、異なる波長、すなわち色を持つ光
がその光学レンズ素子によって異なる程度に屈折させられることから生じる。写真では、
記録の中の、特に明／暗移行部に緑と赤のフリンジが生じ、前記フリンジは横色収差と呼
ばれ、画像はそのほかにピントがずれているように見え、これは縦色収差として知られる
。

【0006】

これらの色収差は、さらに一次及び二次の収差にさらに分類できる。収差が２種類の波
長の場合の結像の差のみに関している場合、これは一次の収差であり、３つ以上の波長に
関する収差は二次の収差である。

【0007】

色収差に対処するために、アクロマートを利用することによって異なる波長について同
じ焦点位置を得る。しかしながら、２種類の材料から製作される単純なアクロマートを使
用した場合、２つの波長について同じ焦点位置を得ることのみが可能である。ここで、一
次の縦色収差と一次の横色収差はこのアクロマートで補正できる。しかしながら、それら
の間にある波長の焦点は、使用される材料の分散特性に応じて、この焦点位置から多かれ
少なかれずれる。要求の非常に厳しい顕微鏡又はマイクロリソグラフィの場合、特に、二
次の縦色収差（二次スペクトルとも言われる）も補正する必要がある。

【0008】

近年、二次スペクトルはアポクロマートレンズ素子により最小化できるが、レンズ素子
材料、特に異常部分分散性を有するものを巧妙に選択しなければならない。部分分散性と
は、１種のレンズ素子材料の、２つの異なる波長ペアに関する屈折率の差の比と理解され
、異なるレンズ素子材料は異なる部分分散特性を有する。しかしながら、この選択肢は、
非常にわずかな光学材料しか利用できないＵＶ範囲では存在しない。したがって、米国特
許第５７５４３４０号明細書は、石英ガラス及び／又はフッ化カルシウムで製作されたレ
ンズ素子と回折光学素子の組合せによって二次スペクトルを減少させることを提案してい
るが、これは非常に複雑な解決策である。

【0009】

文献は、二次スペクトルがまた、システムの設計パラメータを適切に選択すれば、２種
類のレンズ素子材料のみを使用しても補正できることを開示している。Ｃ．Ｇ．Ｗｙｎｎ
ｅ，“Ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｆｉｒｓｔ－ｏｒｄｅｒ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ
ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ．Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｓｐｅｃｉａｌ ｇｌａｓｓｅｓ”，Ｏｐｔ
ｉｃａ Ａｃｔａ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ
，２４（１９７８）、６２７－６３６ページの文献はその一例を構成する。

【0010】

冒頭で引用した文書は、２種類のレンズ素子材料のみからなる３つのレンズ素子群を有
するレンズ素子系を開示している。このレンズ素子系は、各種の収差の、特に可視スペク
トル範囲内の二次の縦色収差の十分に良好な補正を助ける。しかしながら、この場合、従
来のように、また多くの用途においては十分であるが、物体（ここでは無限遠）から像面
への結像だけしかよく補正されず、瞳結像は色の観点から補正されない。例えば、焦点距
離が約５６０ｍｍ、絞りが８０ｍｍである上述の文献の図１に示されているシステムの場
合、波長４３６ｎｍ及び６５６ｎｍの像側入射角度は、画角１°、像高さ９．５ｍｍの場
合に約１０％異なる。

【0011】

独国特許出願公開第１０１ １３ ６１２ Ａ１号明細書は、結像領域を照明するため
の部分レンズを開示しており、この部分レンズは、１又は２種類のレンズ素子材料を有す
る２つのレンズ素子群からなる。その結果、物体結像及び瞳結像における収差が補正され
る。しかしながら、その中で開示されている部分レンズによって２つの結像の二次の収差
も同様に補正できることは、独国特許出願公開第１０１ １３ ６１２ Ａ１号明細書か
ら推測できない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

したがって、本発明の根底にある目的は、冒頭に明記した光学系を、できるだけ良好な
光学結像の色補正を助け、上述の欠点を排除できるように発展させることである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明によれば、この目的は、フーリエ光学ユニットとして具現化されるレンズ素子系によって達成され、これはさらに、少なくとも１のレンズ素子を持つ別の１つのレンズ素子群を有し、前記別のレンズ素子群は、絞り面と像面との間で光軸に沿って３つのレンズ素子群から離して配置され、第一のレンズ素子材料及び／又は第二のレンズ素子材料を有し、フーリエ光学ユニットの４つのレンズ素子群のうちの２つは、物体結像及び／又は瞳結像の縦色収差に関する第一及び第二の色補正不足（アンダー補正）のレンズ素子群として具現化され、フーリエ光学ユニットの４つのレンズ素子群のうちの残りの２つは、第一及び第二の色補正過剰（オーバー補正）のレンズ素子群として具現化され、フーリエ光学ユニットは、それぞれ色アンダー補正及び色オーバー補正のレンズ素子群の交互の配置を有する。

【0014】

本発明による光学系を用いることで、要求に応じて物体結像及び瞳結像に関する一次の
縦色収差、一次の横色収差、及び二次の縦色収差を補正できる、ＵＶ範囲の広帯域用フー
リエ光学ユニットを実現することが可能である。本発明による光学系はさらに、上述の色
補正に２種類のレンズ素子材料を使用すればよいという点で有利であり、一次の色収差に
加え、２つの結像の少なくとも一方に関する二次の色収差も補正できるという別の利点も
ある。

【0015】

フーリエ光学ユニットとは、無限遠にある物体を有限の距離に配置された像面に結像す
るのと同時に、入射瞳を無限遠に結像する光学装置を意味すると理解される。そのために
、最も単純なケースでは、変換レンズ素子（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｌｅｎｓ
ｅｌｅｍｅｎｔ）と呼ばれる１つのレンズ素子で十分であり、入射瞳と像面は、それぞれ
レンズ素子の前方及び後方焦点面内にある。

【0016】

米国特許第２，６９８，５５５号明細書は、ごく一般的に、二次スペクトルを色オーバ
ー補正群と、そこから離れている色アンダー補正群との組合せによってどのように補正で
きるかを示しており、アンダー補正群は好ましくは、システムの全体的な屈折力のほとん
どを担う。

【0017】

本発明による光学系で使用されるフーリエ光学ユニットはまた、両方の結像に関する前
述の収差を完全に補正できる。特に、本発明による光学系は、先行技術から知られている
単純なアクロマートから製作される光学系と比較して、少なくとも２０倍改善された二次
スペクトルに関する２つの結像の補正を助ける。その結果、本発明による光学系を、例え
ば照明システムとして使用する顕微鏡又はマイクロリソグラフィの結像品質を実質的に向
上させることができる。

【0018】

また、特定の色収差を生じさせることによって、他の部分系のオーバー補正又はアンダ
ー補正を補償することも可能であり、また、これはシステム全体にとって有利であるかも
しれず、物体面と像面は必ずしも、その部分系の外でアクセス可能に存在しなくてもよい
。

【0019】

好ましい構成において、第一及び／又は第二の色アンダー補正レンズ素子群はそれぞれ
１つのレンズ素子のみ、好ましくは正の屈折力を持つ収束レンズを有する。

【0020】

この手段の利点は、フーリエ光学ユニットの少なくとも１つのレンズ素子群のレンズ素
子の数を最小限に減らすことができる点にある。その結果、本発明による光学系を製造す
るための経費が削減される。正の屈折力を持つ収束レンズ素子は通常、特定の補正手段が
なければアンダー補正の状態であり、そのため、収束レンズ素子は理想的には、色アンダ
ー補正レンズ素子群として使用できる。その代わりに、又はそれに加えて、第一及び／又
は第二の色アンダー補正レンズ素子群は、それぞれ２つのレンズ素子の組合せを有してい
てもよく、前記レンズ素子を相互に接着することが可能である。

【0021】

別の好ましい構成において、第一及び／又は第二の色アンダー補正レンズ素子群はそれ
ぞれ、１種類の材料のみ、好ましくは第一又は第二のレンズ素子材料を有する。

【0022】

この手段は、本発明による光学系を製造するためのレンズ素子材料の数を同様に最小限
に減らすことができるという点で有利である。これは、非常にわずかな光学材料しか利用
できないＵＶ範囲に関して特に有利である。さらに、この手段は製造経費とコストに対す
る削減効果を有する。

【0023】

別の好ましい構成において、第一及び／又は第二の色オーバー補正レンズ素子群は各々
、少なくとも２つのレンズ素子、好ましくは正の屈折力を持つ収束レンズ素子と負の屈折
力を持つ発散レンズ素子を有する。

【0024】

有利な点として、これにより、収束レンズ素子と発散レンズ素子を組み合わせ、これら
２枚のレンズを相応に配置することによって光学結像のオーバー補正を得ることが可能で
ある。この手段の結果として、色オーバー補正レンズ素子群のためのレンズ素子の数を２
つに制限でき、これは、現時点でより成熟したレンズ素子製造技術により、本発明による
光学系のための製造経費を低く抑えることができる。

【0025】

別の好ましい構成において、第一及び／又は第二の色オーバー補正レンズ素子群はそれ
ぞれ２種類の材料、好ましくは第一及び第二のレンズ素子材料を有する。好ましくは、発
散レンズ素子はより大きい発散性を有する。

【0026】

この手段の結果として、色オーバー補正レンズ素子群を製造するためのレンズ素子材料
の数を２に限定することができ、これは、ＵＶ範囲に利用可能な光学材料がわずかである
ことを考慮すると特に有利である。さらに、本発明による光学系の色アンダー補正及び色
オーバー補正レンズ素子群の両方を製造するためのレンズ素子材料の調達は一緒に行うこ
とが可能であり、これによって、経済的な観点から、本発明による光学系の製造経費はさ
らに削減される。

【0027】

別の好ましい構成において、絞り面と結像領域は、物体及び／又は射出瞳が絞り面から
無限遠にある場合、実質的に同じ大きさを有する。

【0028】

有利な点として、この手段により、物体結像と瞳結像は、光軸に対する法線の周囲でフ
ーリエ光学ユニットを逆転させることによって交換できる。その結果、本発明による光学
系は使用者に対し、２つの結像のどちらの一方、すなわち物体結像又は瞳結像をよりよく
補正するかを特に容易に選択できるフーリエ光学ユニットを提供する。

【0029】

ここで、本発明による光学系は、物体及び／又は射出瞳が有限距離にある用途に容易に
適応させることができる。これは特に有利であるが、それは、本発明による光学系の適用
範囲がそれによって実質的に拡大され、顕微鏡又はマイクロリソグラフィにおける多面的
な要求を満たすことができるからである。

【0030】

別の好ましい構成において、絞り面から見て、第一の色アンダー補正レンズ素子群は、第二の色アンダー補正レンズ素子群の上流と、第一及び第二の色オーバー補正レンズ素子群の上流に配置され、好ましくは、第一の色アンダー補正レンズ素子群は、絞り面側を向く凸面を有する正の屈折力を持つ凹凸収束レンズ素子として具現化され、さらに好ましくは、第二のアンダー補正レンズ素子群は正の屈折力を持つ両凸収束レンズ素子として具現化される。

【0031】

この手段を使用して、それぞれが１つの収束レンズ素子のみを有する２つの色アンダー補正レンズ素子群を実現することができる。２つの色アンダー補正レンズ素子群にとってそれぞれ１つの収束レンズ素子が十分でありという利点に加え、それによって、そのための材料の選択を特定のレンズ素子材料に限定することもでき、その結果、同じく本発明による光学系のための設計及び製造経費が削減される。正の屈折力の凹凸収束レンズ素子を、光軸に沿って絞り面の下流の第一の色アンダー補正レンズ素子群として使用すると、第一の色アンダー補正レンズ素子群によって十分に強力に、光線、特に軸外光線をすでに色アンダー補正できるという選択肢がさらにある。

【0032】

別の好ましい構成において、第一の色オーバー補正レンズ素子群は、絞り面から見て、第二の色オーバー補正レンズ素子群の上流に配置され、好ましくは、第一の色オーバー補正レンズ素子群は、絞り面側から順に、絞り面の反対側を向く凹面を持つ凹凸発散レンズ素子と、両凸収束レンズ素子と、両凹発散レンズ素子と、を有し、両凸収束レンズ素子は、光軸に沿って凹凸発散レンズ素子から離れた位置で両凹発散レンズ素子に結合され、さらに好ましくは、第二の色オーバー補正レンズ素子群は、絞り面側から順に、絞り面と反対側を向く凸面を持つ両凸収束レンズ素子と、光軸に沿ってそれに結合された両凹発散レンズ素子と、を有し、前記両凹発散レンズ素子は絞り面側を向く凹面を有する。

【0033】

この手段を用いると、本発明による光学系のフーリエ光学ユニットの少なくとも１つの
色オーバー補正レンズ素子群を２つのレンズ素子で具現化することが可能であり、これに
よって、本発明による光学系の設計及び製造経費が低く保たれる。さらに、これによって
、２つの色オーバー補正レンズ素子群の製造に使用される材料の数を２種類に限定するこ
とが可能であり、これは、非常にわずかな光学材料しか利用できないＵＶ範囲における用
途に有利である。

【0034】

別の好ましい構成において、第一の色オーバー補正レンズ素子群は、絞り面から見て、第二の色オーバー補正レンズ素子群の上流と、第一及び第二の色アンダー補正レンズ素子群の上流に配置され、好ましくは、第一の色オーバー補正レンズ素子群は、絞り面側から順に、絞り面と反対側を向く凹面を持つ両凹発散レンズ素子と、光軸に沿ってそれに結合された両凸収束レンズと、を有し、前記両凸収束レンズ素子は絞り面側を向く凸面を有し、さらに好ましくは、第二の色オーバー補正レンズ素子群は、絞り面側から順に、両凹発散レンズ素子と、両凸収束レンズ素子と、絞り面側を向く凹面を持つ凹凸発散レンズ素子と、を有し、両凸収束レンズ素子は、光軸に沿って凹凸発散レンズ素子から離れた位置で両凹発散レンズ素子に結合される。

【0035】

この手段は特に有利であり、それは、これを使用することにより、本発明による光学系
のフーリエ光学ユニットの少なくとも１つの色オーバー補正レンズ素子群を、２つのレン
ズ素子により形成することができ、それによってさらに本発明による光学系の製造を費用
対効果の高い方法で実行できるからである。さらに、２つの色オーバー補正レンズ素子群
の製造に使用される材料の数を２種類に限定でき、これは非常にわずかな光学材料しか利
用できないＵＶ範囲における用途に有利である。

【0036】

別の好ましい構成において、第一の色アンダー補正レンズ素子群は、絞り面から見て、第二の色アンダー補正レンズ素子群の上流に配置され、好ましくは、第一の色アンダー補正レンズ素子群は、正の屈折力を持つ両凸収束レンズ素子として具現化され、さらに好ましくは、第二の色アンダー補正レンズ素子群は、絞り面と反対側を向く凸面を有する、正の屈折力を持つ凹凸収束レンズ素子として具現化される。

【0037】

この手段を用いると、それぞれが１つの収束レンズ素子のみを有する２つの色アンダー
補正レンズ素子群を実現することが可能である。材料の選択は特定のレンズ素子材料に限
定でき、その結果、本発明による光学系の製造は、さらにより高い費用対効果で行うこと
ができる。

【0038】

別の好ましい構成において、フーリエ光学ユニットは、二酸化シリコン及び／又はフッ
化カルシウムを有する。

【0039】

本発明による光学系に関して、これらの材料の使用は特に有利であり、それは、これら
が特に対応する波長のＵＶ範囲用のフーリエ光学ユニットの実現を助けるからである。

【0040】

別の好ましい構成において、フーリエ光学ユニットは、少なくとも１つの別の光学素子
、例えば偏向ミラー及び／又はビームスプリッタを有する。

【0041】

この手段により、本発明による光学系は、それによってその利用範囲を実質的に広げる
ことができるという点で有利である。特に、照明ビーム経路は、偏向ミラーを利用して９
０°偏向させることができる。あるいは、測定目的のために、ビームスプリッタを利用し
て照明光の一部を結合して出力することが可能である。フーリエ光学ユニットの上述のレ
ンズ素子群間に十分大きな距離があることを考えると、別の使用目的を助ける別の光学素
子も同様に使用できる。

【0042】

その他の利点と特徴は、以下の説明と添付の図面から推測できる。

【0043】

言うまでもなく、上述の特徴とこれから説明する特徴は、それぞれの明記された組合せ
においてだけでなく、他の組合せ又はそれら自体で使用されてもよく、それも本発明の範
囲から逸脱しない。

【0044】

本発明の例示的実施形態を図面に示し、それを参照しながら以下にさらに詳しく説明す
る。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】本発明による光学系の第一の例示的実施形態のレンズ素子の断面を示す。

【図2】本発明による光学系の第二の例示的実施形態のレンズ素子の断面を示す。

【図3】図１の光学系の系のデータを記した表を示す。

【図4】図２の光学系の系のデータを記した表を示す。

【図5】図２の光学系による色補正を記した表を示す。

【発明を実施するための形態】

【0046】

図１は、全体を示す参照番号１０が付された光学系の第一の例示的実施形態のレンズ素
子の断面図を示している。光学系１０はレンズ素子系１１を有し、これは４つのレンズ素
子群１４ａ、ｂ、ｃ、ｄを有するフーリエ光学ユニット１２を有し、レンズ素子群１４ａ
、ｂ、ｃ、ｄは光軸１６に関して回転対称に配置されている。この例示的実施形態では、
フッ化カルシウム及び石英ガラス又は二酸化シリコンがレンズ素子材料として使用されて
いる。１９３．３ｎｍの動作波長で、フッ化カルシウムの屈折率は１．５０１４であり、
同じと動作波長での二酸化シリコンの屈折率は１．５６０３である。フーリエ光学ユニッ
ト１２は絞り面１８を有し、その直径は５ｍｍである。フーリエ光学ユニット１２は像面
２０をさらに有し、４つのレンズ素子群１４ａ、ｂ、ｃ、ｄは絞り面１８と像面２０との
間に、光軸１６の周囲で回転対称に配置される。

【0047】

動作波長１９０～２５０ｎｍで、フーリエ光学ユニット１２の特徴的焦点距離は１００
ｍｍである。

【0048】

平行な光束が絞り面１８を通って光学系１０に入射し、前記光束は絞り面１８の上流の
無限遠にある、ここには示されていない物体から発せられており、４つのレンズ素子群１
４ａ、ｂ、ｃ、ｄを通過し、最終的に像面２０の複数の像点２１に集束される。レンズ素
子群１４ａ、ｂ、ｃ、ｄにより、物体は像面２０内の結像領域２０ａ上に結像され、結像
領域２０ａの直径は５ｍｍである。結像領域２０ａの中で、像点２１の幾何学直径は０．
２μｍ未満であり、物体結像の補正は非常に良好であるため、像点２１の直径の大きさは
実質的に回折により決まる。「幾何学直径」とは、回折を無視した時の幾何学スポット径
であると理解すべきである。フーリエ光学ユニット１２のほかに複数の光束が描かれてい
る。結像領域２０ａと絞り面１８は同じ大きさを有する。絞り面１８も同様に、レンズ素
子群１４ａ、ｂ、ｃ、ｄにより結像され、前記絞り面は、絞り面１８の後の無限遠に置か
れた射出瞳を有する（ここでは図示せず）。

【0049】

図１の光学系の個別の光学素子に関する系データ、特に曲率半径、隣接面間の距離、及
びレンズ素子の材料は、図３の表にまとめられている。

【0050】

絞り面１８から見ると、フーリエ光学ユニット１２は第一のレンズ素子群１４ａを有し、これは正の屈折力を持つ凹凸収束レンズ素子２２として具現化される。第一のレンズ素子群１４ａは、絞り面１８側を向く凸面２２ａと、絞り面１８と反対側を向く凹面２２ｂを有し、凸面２２ａの曲率半径は１７．２ｍｍである。凹凸収束レンズ素子２２は、レンズ素子材料として石英ガラスを有し、それ２２は、絞り面１８から５２．５ｍｍの距離において光軸１６の周囲で回転対称に配置される。

【0051】

フーリエ光学ユニット１２は、絞り面１８から見ると、第一のレンズ素子群１４ａ後に第二のレンズ素子群１４ｂを有し、前記第二のレンズ素子群は、絞り面１８側から順に、絞り面１８側を向く凸面２４ａと絞り面１８と反対側を向く凹面２４ｂを持つ凹凸発散レンズ素子２４、両凸収束レンズ素子２６と、両凹発散レンズ素子２８と、を有し、両凸収束レンズ素子２６は、光軸１６に沿って凹凸発散レンズ素子２４から離れた位置で両凹発散レンズ素子２８に結合又は接着される。凹凸発散レンズ素子２４の屈折力は－５０ｄｐｔであり、その凹面２４ｂの曲率半径は８．９ｍｍである。凹凸発散レンズ素子２４は、レンズ素子材料として石英ガラスをさらに有し、前記レンズ素子は光軸１６の周囲で回転対称に配置される。両凸収束レンズ素子２６は、絞り面１８側を向く凸面２６ａと、絞り面１８の反対側を向く凸面２６ｂを有する。レンズ素子材料として、両凸収束レンズ素子２６はＣａＦ２を有し、それは光軸１６の周囲で回転対称に配置される。光軸１６の周囲で回転対称に両凸収束レンズ素子２６に結合された両凹発散レンズ素子２８は、絞り面１８側を向く凹面２８ａと、絞り面１８と反対側を向く凹面２８ｂを有し、凸面２６ｂは凹面２８ａに接続される。両凹発散レンズ素子２８は、レンズ素子材料として石英ガラスを有する。

【0052】

絞り面１８から見ると、フーリエ光学ユニット１２は第三のレンズ素子群１４ｃを有し、これは正の屈折力を持つ両凸収束レンズ素子３０として具現化される。両凸収束レンズ素子３０は、絞り面１８側を向く凸面３０ａと絞り面１８と反対側を向く凸面３０ｂを有する。両凸収束レンズ素子３０はレンズ素子材料として石英ガラスを有し、前記レンズ素子は光軸１６の周囲で回転対称に配置される。

【0053】

絞り面１８から見ると、フーリエ光学ユニット１２は第四のレンズ素子群１４ｄを有し、これは、絞り面１８から見て、連続して、両凸収束レンズ素子３２と光軸に沿ってそこに結合された両凹発散レンズ素子３４を有する。両凸収束レンズ素子３２は、絞り面１８側を向く凸面３２ａと絞り面１８と反対側を向く凸面３２ｂを有する。両凹発散レンズ素子３４は、絞り面１８側を向く凹面３４ａと、絞り面１８と反対側を向く凹面３４ｂを有し、凸面３２ａは凹面３４ａに接続される。レンズ素子材料として、両凸収束レンズ素子３２はＣａＦ２を有する。レンズ素子材料として、両凹発散レンズ素子３４は石英ガラスを有し、両凹発散レンズ素子３４は光軸１６の周囲で回転対称に配置される。

【0054】

フーリエ光学ユニット１２の第一及び第三のレンズ素子群１４ａ、ｃは、物体結像の縦
色収差に関する色アンダー補正レンズ素子群として具現化され、その一方で、フーリエ光
学ユニット１２の第二及び第四のレンズ素子群１４ｂ、ｄは、物体結像の縦色収差に関す
る色オーバー補正レンズ素子群として具現化される。この例示的実施形態におけるフーリ
エ光学ユニット１２は、１９０～２５０ｎｍの波長範囲に使用でき、一次の縦色収差、一
次の横色収差、及び二次の縦色収差は物体結像と瞳結像において補正され、この場合、物
体結像のほうが瞳結像より良好に補正される。像面２０上の２つの像点２１は各々、幾何
学直径が＜０．２μｍであり、物体結像に関する上記の色収差はこのフーリエ光学ユニッ
ト１２によって大幅に補正できる。

【0055】

図２は、図１の本発明による光学系１０の第二の例示的実施形態のレンズ素子の断面を
示しており、前記光学系はレンズ素子系３７を有し、これは絞り面３８と像面４０を持つ
フーリエ光学ユニット３６を有する。フーリエ光学ユニット３６は、４つのレンズ素子群
４２ａ、ｂ、ｃ、ｄをさらに有し、４つのレンズ素子群４２ａ、ｂ、ｃ、ｄは、図１の４
つのレンズ素子群１４ａ、ｂ、ｃ、ｄを、光軸１６（図１）に垂直な平面４４に関する鏡
映とすることにより得られる。４つのレンズ素子群４２ａ、ｂ、ｃ、ｄは、図２において
光軸４６の周囲で回転対称に配置され、これらは相互から、及び絞り面３８から、及び像
面４０から離して、中心面４４（図１）の周囲での鏡映に対応するように配置される。第
一及び第三のレンズ素子群４２ａ、ｃは、絞り面３８から見て、それぞれ瞳結像の縦色収
差に関する色オーバー補正レンズ素子として具現化され、その一方で、第二及び第四のレ
ンズ素子群４２ｂ、ｄは、絞り面３８から見て、それぞれ瞳結像の縦色収差に関する色ア
ンダー補正レンズ素子群として具現化される。図１と同様に、この例示的実施形態におい
ても、物体（ここでは図示せず）は無限遠にあり、前記物体はレンズ素子群４２ａ、ｂ、
ｃ、ｄにより像面４０内の中の結像領域５０に結像される。絞り面３８は、レンズ素子群
４２ａ、ｂ、ｃ、ｄによって射出瞳（ここでは図示せず）に結像され、絞り面３８と結像
領域５０は同じ大きさを有する。射出瞳は、この例示的実施形態において、絞り面４０の
背後の無限遠に配置される。

【0056】

図２の光学系１０の個々の光学素子に関する系データ、特に曲率半径、隣接面間の距離
、及びレンズ素子材料は、図４の表にまとめられている。

【0057】

第一のレンズ素子群４２ａは、絞り面３８から見て、絞り面３８側から順に、両凹発散レンズ素子３４と同じ構造の両凹発散レンズ素子５４と、両凸収束レンズ素子３２と同じ構造の両凸収束レンズ素子５６を有し、両凸収束レンズ素子５６は、光軸４６に沿って両凹発散レンズ素子５４に結合される。両凹発散レンズ素子５４は、絞り面３８側を向く凹面５４ａと、絞り面３８と反対側を向く凹面５４ｂを有する。両凸収束レンズ素子５６は、絞り面３８側を向く凸面５６ａと、絞り面３８と反対側を向く凸面５６ｂを有し、凸面５６ａは凹面５４ｂに接続される。両凹発散レンズ素子５４は、光軸４６の周囲で回転対称に配置され、両凸収束レンズ素子５６も同様に、光軸４６の周囲で回転対称に配置される。

【0058】

第二のレンズ素子群４２ｂは、絞り面３８から見ると、正の屈折力を持つ、両凸収束レンズ素子３０と同じ構造を有する両凸収束レンズ素子５８を有する。両凸収束レンズ素子５８は、絞り面３８側を向く凸面５８ａを有し、前記凸面は両凸収束レンズ素子３０の凸面３０ｂに対応する。さらに、両凸収束レンズ素子５８は絞り面３８と反対側を向く凸面５８ｂを有し、前記凸面は両凸収束レンズ素子３０の凸面３０ａに対応する。両凸収束レンズ素子５８は、光軸４６の周囲で回転対称に配置される。

【0059】

第三のレンズ素子群４２ｃは、絞り面３８から見ると、両凹発散レンズ素子２８と同じ構造を有する両凹発散レンズ素子６０と、両凸収束レンズ素子２６と同じ構造を有する両凸収束レンズ素子６２と、凹凸発散レンズ素子２４と同じ構造を有する凹凸発散レンズ素子６４を有する。両凹発散レンズ素子６０は、光軸４６に沿って凹凸発散レンズ素子６４から離れた位置で両凸収束レンズ素子６２に結合される。両凹発散レンズ素子６０は、光軸４６の周囲で回転対称に配置され、絞り面３８側を向く凹面６０ａと、絞り面３８の反対側を向く凹面６０ｂを有し、凹面６０ａは凹面２８ｂに対応し、凹面６０ｂは凹面２８ａに対応する。両凸収束レンズ素子６２は、光軸４６の周囲で回転対称に配置され、絞り面３８側を向く凸面６２ａと、絞り面３８と反対側を向く凸面６２ｂを有し、凸面６２ａは凸面２６ｂに対応し、凸面６２ｂは凸面２６ａに対応する。凹凸発散レンズ素子６４は光軸４６の周囲で回転対称に配置され、絞り面３８側を向く凹面６４ａを有し、前記凹面は凹面２４ｂに対応する。

【0060】

第四のレンズ素子群４２ｄは、絞り面３８から見ると、正の屈折力を持つ、凹凸収束レンズ素子２２と同じ構造を有する凹凸収束レンズ素子６６を有し、絞り面３８側を向く凹面６６ａと、絞り面３８と反対側を向く凸面６６ｂを有する。凹凸収束レンズ素子６６は、光軸４６の周囲で回転対称に配置される。

【0061】

表が図５に示され、前記表は、図２に示される光学系１０で得られる色補正を示す。光
学波長１９０ｎｍ、２１０ｎｍ、及び２５０ｎｍに関して、色補正は物体結像と瞳結像の
両方について明記されている。

【0062】

図５から明らかであるように、物体結像の場合の光軸に沿った像の焦点位置の変位は、
これらの波長に関して－２．３μｍ～１．１μｍであり、正／負の符号は像面から遠ざか
る／像面に向かう変位に対応する。視野の縁部における像の焦点位置の変位は、物体結像
の場合に－０．５μｍ～１．７μｍの範囲内にある。さらに、像内の横色収差は、物体結
像の場合に－３６．４ｎｍ～１８．９ｎｍの範囲内にあり、正／負の符号はここでは、上
／下方向への縦方向の像点変位に対応する。

【0063】

－２．３μｍ～１．１μｍという光軸に沿った物体側の焦点位置の変位が、瞳結像にお
いて生じる。瞳の縁における物体側の焦点位置の変位は、瞳結像の場合に－０．６μｍ～
１．５μｍの範囲内にある。さらに、物体側の横色収差は、瞳結像の場合に－３６．９ｎ
ｍ～２０．８ｎｍの範囲内にあり、正／負の符号はここでは、上／下方向への縦方向の像
点変位に対応する。

【0064】

本発明を用いることにより、先行技術から知られている装置と比較して、大幅に改善さ
れた色補正を得ることができる。例えば、焦点距離１００ｍｍの石英ガラスからなる単純
なレンズ素子の一次の縦色収差は１１．２ｍｍにある。焦点距離１００ｍｍの石英ガラス
とＣａＦ_２からなる単純なアクロマートの二次の縦色収差は２５５μｍである。

【0065】

図１の物体結像は図２の瞳結像に対応し、その一方で図１の瞳結像は図２の物体結像に
対応する。フーリエ光学ユニット３６は、１９０～２５０ｎｍの波長範囲に使用でき、一
次の縦色収差、一次の横色収差、及び二次の縦色収差は瞳結像及び物体結像において補正
され、この場合、瞳結像のほうが物体結像よりよく補正される。図２に示される光束は、
像面４０内の複数の像点５２に集束され、像点５２の各々の幾何学直径は＜０．２μｍで
ある。これは、瞳結像のための上述の色収差はフーリエ光学ユニット３６によってお大き
く補正できることを意味する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】