JP2004535600A - 顕微鏡対物レンズおよびこの顕微鏡対物レンズの顕微鏡における使用 - Google Patents

Abstract

本発明は顕微鏡対物レンズ（１）に関する。顕微鏡対物レンズ（１）は、顕微鏡のレンズホルダーに接続され、光取入口（６）を有する筐体（２）と、筐体（２）の内部に配置された光学システム（８）から構成される。前記レンズは画像記録素子（１９）を備えている。本発明によれば、光学システム（８）によって、入射光は光取入口（６）を介して画像記録素子（９）に導かれ、顕微鏡対物レンズの下に位置する、顕微鏡の光路に結合しない。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体と光学システムから構成される顕微鏡対物レンズに関する。この顕微鏡対物レンズにおいて、筐体は、顕微鏡の対物レンズ台に接続可能であり、光取入れ口を有する。また、光学システムは筐体の内部に配置される。さらに、本発明は、このような顕微鏡対物レンズの顕微鏡における使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの場合、顕微鏡は、対物レンズ台（例えば、回転式対物レンズ台）に接続された複数の顕微鏡対物レンズを有しており、対物レンズ台によって、所望の顕微鏡対物レンズが動作位置に移動される。顕微鏡検査においては、試料の観察位置を定めたりあるいは制御しなければならないので、顕微鏡対物レンズはそれぞれ異なる倍率を有しており、高倍率で観察する前に試料が正しく位置決めされたかどうか判断するため、低い倍率の対物レンズから使用されるようになっている。
【０００３】
半導体製造に用いられるマスク検査用の顕微鏡の場合のように、装置で目視（または双眼）観察ができない顕微鏡観察においては、試料の位置決めが特に重要である。
さらに、このような検査は、紫外線（例えば、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ）を用いて行われるのが好ましく、拡大写真は、より長い波長の光を用いて撮影される。従って、回転式対物レンズ台の後続のビーム路において、ビームスプリッティングが必要となり、高価で複雑な光学的組立体となっていた。
【０００４】
さらに、現在の自動焦点装置は、例えば、６００〜８００ｎｍの範囲の波長で動作する。このことからも、ビームスプリッティングは回転式対物レンズ台より後ろにおいて有効であり、顕微鏡の光学的組立体は複雑となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような点を鑑みて、本発明の目的は、顕微鏡対物レンズが使用される顕微鏡を光学的に簡単に組み立てられるように、上述のようなタイプの顕微鏡対物レンズを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、画像検出素子を備え、光取入口から入射する光が、光学システムによって前記画像検出素子に導かれるが、顕微鏡の光路にはつながらないということを特徴とする顕微鏡対物レンズによって達成される。前記光路は、顕微鏡対物レンズの後続に位置する。このような画像検出素子と光学システムによって、対物レンズ台後続の顕微鏡のビーム路において、ビームスプリッティングは不要となる。光は画像検出素子に入射し、ビーム路にはもはや結合しないからである。
【０００７】
この結果、所望の拡大写真撮影が容易に可能となる。拡大写真の大きさは、光学システムの倍率によってほぼ決まる。拡大写真撮影後、試料が適宜位置決めされ、その上で、対物レンズ台を用いて、対物レンズ台に取りつけられた所望の倍率の対物レンズが、動作位置に据えられる。
【０００８】
さらに、本発明による顕微鏡対物レンズが顕微鏡で使用される場合、拡大写真の撮影時に焦点が合わせられるので、その後で別の対物レンズを使用する際、すぐに鮮明な画像が得られる。
【０００９】
特に、画像検出素子は、対物レンズの筐体に接続してもよい。これにより、顕微鏡対物レンズを移動しても、画像検出素子の最適な配置が保証される。
本発明による顕微鏡対物レンズは、好ましくは、半導体産業用の顕微鏡または検査装置、および、検査に紫外線（例えば、３６５、２６６、２４８、２１３、２１１、１９３、１５７ｎｍ）を用いる顕微鏡または検査装置において使用される。
【００１０】
本発明による顕微鏡対物レンズの好ましい実施例において、画像検出素子が筐体の内部に配置される。この結果、大変コンパクトな顕微鏡対物レンズが可能となり、また、汚れなどから画像検出素子を保護することも容易となる。
【００１１】
特に、本発明による顕微鏡対物レンズにおいては、筐体がさらに光取出口を有し、画像検出素子を筐体の外側に配置することも可能である。この場合、側壁に形成された光取出口を介して入射光を導くように、偏向素子（例えば、鏡）を筐体の内部に備えてもよい。従って、画像検出素子は筐体の側面に沿って配置され、その結果、対物レンズの長さは著しく短くできるようになる。
【００１２】
また、筐体と画像検出素子の間に光学装置を備えてもよい。その装置によって、例えば、所望の補正を実行するようにしてもよい。この結果、対物レンズの長さを伸ばすことなく、画像検出素子を配置でき、より長いビーム路を設けることが可能となる。
【００１３】
画像検出素子は、光取出口を覆うように筐体の外側に取り付けてもよい。特に、光取出口は、顕微鏡対物レンズのねじを貫通するように形成することができる。それによって、画像検出素子が、ねじの上に取り付け可能となる。画像検出素子が筐体の外側に取り付けられるので、メンテナンス、特に、必要となるであろう画像検出素子の交換が大変容易になる。
【００１４】
本発明による顕微鏡対物レンズのさらに他の好ましい実施例においては、評価装置が筐体の外側に設けられ、前記評価装置は、画像検出素子から出力される電気画像信号を受信することが可能である。評価装置を筐体の外側に配置するので、筐体の内部空間をすべて光学システムと画像検出素子のために使用することが可能となる。その結果、光学的組立体がより簡単に実現される。このことは、例えば、既存の顕微鏡においてこの顕微鏡対物レンズを使用できるように、対物レンズの長さを固定した場合に、特に効果的である。
【００１５】
特に、前記評価装置は、本発明による顕微鏡対物レンズの筐体の外側に取り付けられる。この結果、画像検出システム（画像検出素子と評価装置）が大変コンパクトに実現でき、筐体内部には、必要な光学的構成要素のための空間が十分とれる。
【００１６】
顕微鏡対物レンズ筐体内部に十分余裕があれば、評価装置を筐体内部に配置することも、もちろん可能である。これにより、評価装置が筐体によって機械的に保護される効果がある。
【００１７】
本発明による顕微鏡対物レンズのさらに別の特に好ましい実施例において、前記対物レンズは暗視野チャネルを有する。この暗視野チャネルによって、検査される試料が、本発明による顕微鏡対物レンズが使用される顕微鏡からの光に照らされる。この結果、本発明による顕微鏡対物レンズにおいて、検査試料を照明する手段が非常にコンパクトに実現される。
【００１８】
暗視野チャネルによる照明の他に、従来顕微鏡に用いられてきた伝達された光による照明、または、本発明による顕微鏡対物レンズに十分な余裕があれば、入射光による照明も利用できる。さらに、照明用光源を別に設けることも可能であり、照明用光源からの光は、例えば、光ファイバーを介して、あるいは直接試料に当てることができる。
【００１９】
本発明による顕微鏡対物レンズの好ましい実施例において、検査試料の照明用光源は、筐体内部に設けられる。このような光源は、電球、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、または、レーザーダイオードより構成される。筐体内に光源を設けることによって、光取入口を介して、特に光学システムの少なくとも一部を介して、照明用光が検査試料に好ましく入射するので、光源を有した非常にコンパクトな顕微鏡対物レンズが実現される。また、有利なことに、光学システムの使用された部分、または使用された光学システムそのものを光学照明システムとして利用することもできる。
【００２０】
特に、本発明による顕微鏡対物レンズの画像検出素子は、好ましくは、ＣＣＤ画像センサーから構成される。このようなＣＣＤセンサーは、従来の小型で大変高い解像度の光学素子であるので、顕微鏡対物レンズは大変コンパクトに実現できる。
【００２１】
画像検出素子は別の電子画像センサーで構成してもよく、例えば、マトリックス形式に配置されるフォトダイオード、四分円ダイオード、または位置敏感検出器（ＰＳＤ）などで構成してもよい。
【００２２】
さらに、本発明による顕微鏡対物レンズにおいて、第２の画像検出素子とビームスプリッターを設けてもよく、光取入口から入る光が両方の画像検出素子に当たるように、ビームスプリッターによって２つのビーム路に分離される。好ましくは、２つの画像検出素子のうちの少なくとも１つは、筐体内部に備えられる。この実施例の効果として、試料を置いた時により良い全体像が捉えられるように、２つの画像検出素子を用いて２つの異なる拡大像が同時に得られる。ビームスプリッターとして、半透明鏡を用いてもよい。それによって、入射した光の一部が反射され、残りは通過する。
【００２３】
本発明による顕微鏡対物レンズにおける光学システムおよび光学装置は、それぞれ屈折および/または回折素子から構成することができる。さらに、局部的に変化する回折指数
を有したレンズを用いて構成してもよい。
【００２４】
本発明による顕微鏡対物レンズの使用は、対物レンズ台と、対物レンズ台に接続される観察対物レンズと、観察対物レンズが対物レンズ台によって動作位置に設置された時、試料から集められ観察対物レンズに受光された光が入射する、対物レンズ台の後続に配置された観察光学システムとから構成される顕微鏡において、特に有効である。本発明による顕微鏡対物レンズは対物レンズ台に接続され、レンズ台によって動作位置まで移動可能である。
【００２５】
対物レンズ台としては、周知の回転式対物レンズ台や、複数の対物レンズを搭載し、動作位置に選択的に移動するのに適した台を用いることができる。
以下に、例として図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１に示すように顕微鏡対物レンズ１は、筐体２を有し、筐体２の上面３には、ねじ４が設けられる。ねじ４によって、顕微鏡対物レンズ１は、顕微鏡（図示せず）の回転式対物レンズ台（図示せず）に取り付けられる。
【００２７】
筐体２の底面５は、上面３と反対方向に向いており、光取入口６が設けられている。光取入口６を介して試料７からの光が筐体２に入射する。筐体２の内部には、撮像光学システム８が備えられ、それによって、筐体に取り付けられた画像検出素子９上に試料の一部が結像される。本実施例においては、画像検出素子９としてＣＣＤセンサーが用いられる。
【００２８】
図１において、光学システム８は２つの対物レンズ１０、１１から構成される。レンズ１０は、光取入口６内に正確に位置決めされている。図１はさらに、試料７上に位置するビーム路１２の一例を示す。
【００２９】
画像検出素子９に必要とされる評価電子回路１３が、筐体２の外側に取り付けられる。画像検出素子９から出力される電気画像信号は、リンク（図示せず）を介して評価電子回路１３に伝送される。
【００３０】
本発明による顕微鏡対物レンズ１は、直径が約３０ｍｍ、長さが約４０ｍｍであり、ＣＣＤセンサー９の対角線は約１４ｍｍである。
図２に、本発明による顕微鏡対物レンズ１の第２実施例を示す。第１実施例と同じ構成要素には同じ参照番号付し、その説明は省略する。図１に示す実施例とは異なり、図２の顕微鏡対物レンズ１の評価電子回路１３は、筐体２に直接取り付けられておらず、筐体から離れている（図示せず）。例えば、顕微鏡対物レンズ１が用いられる顕微鏡の適当な箇所に備えられる。顕微鏡対物レンズ１と評価電子回路１３は、筐体２に取り付けられた接続素子１４により電気的配線を介して接続され、画像検出素子９の電気信号は、接続素子１４に入力される。
【００３１】
さらに、筐体２は第１および第２の光源１５、１６を有し、検査される試料７に光を当てる。照明光のビーム路１７、１８を概略的に示す。図２の実施例においては、光取入口６に配置された、光学システム８のレンズ１０は、光源１５、１６による照明にも利用され、その結果、顕微鏡対物レンズ１のコンパクトな構成が保証できる。
【００３２】
図３に、本発明による顕微鏡対物レンズ１の別の実施例を示す。図１とは異なり、画像検出素子９が、筐体２の外側において、ねじ４上に搭載される。ねじ４のみならず上面３を貫通するように、光取出口が形成され、その開口は、少なくとも画像検出素子９の画像記録領域くらいの大きさである。その他の構成は図２と同様であるので、対応する記述を参照されたい。
【００３３】
画像検出素子９はねじ４の上に搭載されており、筐体２の内部ではないので、画像検出素子９の設置の点からすれば、本発明による顕微鏡対物レンズ１の製造は大変容易である。この結果、画像検出素子９は、例えば、接着によりねじ４に固定できる。さらに、筐体２の外側に設置する利点として、必要であれば、例えば、画像検出素子９に不具合が生じたとき、画像検出素子９を容易に交換できる。
【００３４】
図４に、本発明による顕微鏡対物レンズ１の第４実施例を示す。本実施例においては、図３に示した実施例と同様に画像検出素子９が配置される。評価電子回路は、筐体２に取り付けられてはいないが、図２の実施例と同様に、接続素子１４を介して画像検出素子９と接続され、画像検出素子９の電気信号が入力される。
【００３５】
前述した実施例と異なり、図４の顕微鏡対物レンズ１は、暗視野チャネル１９を備えているので、周知の暗視野照明の方式で試料７を照らすことができる。暗視野チャネル１９は、筐体２の上面３から底面５まで延長しており、環状の断面を有する。そのため、上面３においては環状の照明光取入口２０を形成し、底面５においては環状の照明光取出口２１を形成する。本発明による顕微鏡対物レンズ１を顕微鏡で使用すれば、光は照明光取入口２０から暗視野チャネル１９に入り、概略的に示されたビーム路２２、２３から明白にわかるように、試料７がその光によって照らされる。
【００３６】
図５に、本発明による顕微鏡対物レンズ１の第５実施例を示す。上述の実施例と同様の構成要素は同じ参照番号で示し、その説明は上述の実施例を参照されたい。上述の実施例と異なり、偏向素子（例えば、鏡）２４が、筐体２においてレンズ１１に対して設けられている。偏向素子２４は、入射光を９０度左に偏向する（図５参照）。筐体２の外壁の対応位置には、光取出口２５が形成されているので、偏向された光は筐体の外に出る。光取出口２５の後続に光学装置２６が設けられ、レンズのような働きをする。この光学装置２６は、例えば、ＣＣＤセンサーといった画像検出素子２７上に光の焦点を合わせる。
【００３７】
光学装置２６および画像検出素子２７は、（好ましくは機械的に）筐体２に連結される。または、顕微鏡対物レンズ１が動作位置にきた時（つまり、顕微鏡対物レンズが動作位置に配置され、偏向素子２４によって偏向された光が、光学装置２６を介して画像検出素子２７に入射した時）、光学的連結が成されるように、顕微鏡に対して固定される。
【００３８】
この構成だと、より短い対物距離が得られる。同時にビーム路が長くなるので、試料７と画像検出素子２７の間のビーム路に、例えば、さらに複数の光学素子を配置することができる。このことは、例えば、より望ましい光学的補正を可能とし、焦点距離と画像スケールを自由に選択することが容易に可能となる。
【００３９】
図６に、図５に示した実施例の変形例を示す。ここでは、偏向素子２４の代わりにビームスプリッター２８が備えられる。図６に示すように、ビームスプリッター２８は、入射光の一部のみを左に偏向する。光の他の部分はビームスプリッター２８を通過し、第２の画像検出素子９に入射する。この画像検出素子９は、図３の実施例と同様に、ねじ４上に搭載される（もちろん、上面３とねじ４を貫通した第２の光取出口（図示せず）が設けられている）。この実施例の効果として、２つの画像検出素子９、２７によって、例えば、異なる倍率で同時に２つの画像を記録することができる。
【００４０】
図６に示した変形例において、第２の画像検出素子９を筐体２の外部でなく、内部に配置することは、もちろん可能である。さらに、筐体２の内部空間に余裕があれば、光学装置２６の一部もしくは全体を筐体の内部に配置してもよい。
【００４１】
特に、図５および６に示した実施例においては、光学システム８の設計において光学装置２６を省略することも可能である。図６の実施例においては、所望であれば、ビームスプリッター２８と画像検出素子９の間に複数の光学素子を配置することも、もちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による顕微鏡対物レンズの第１実施例の概略図。
【図２】本発明による顕微鏡対物レンズの第２実施例の概略図。
【図３】本発明による顕微鏡対物レンズの第３実施例の概略図。
【図４】本発明による顕微鏡対物レンズの第４実施例の概略図。
【図５】本発明による顕微鏡対物レンズの第５実施例の概略図。
【図６】本発明による顕微鏡対物レンズの第６実施例の概略図。

Claims (14)

1. 顕微鏡の対物レンズ台に接続可能で光取入口（６）を有する筐体（２）と、前記筐体（２）の内部に配置される光学システム（８）とから構成される顕微鏡対物レンズ（１）において、
   画像検出素子（９；２７）が備えられ、前記光取入口（６）から入射する光が、前記光学システム（８）によって前記画像検出素子（９；２７）に向けられるが、前記顕微鏡のビーム路には結合せず、前記ビーム路は前記顕微鏡対物レンズ（１）の後続に位置することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
2. 請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、前記画像検出素子（９）は前記筐体（２）の内部に配置されることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
3. 請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、前記筐体（２）は光取出口（２５）を有し、前記画像検出素子（２７）は前記筐体（２）の外部に配置されることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
4. 請求項３に記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、前記画像検出素子（９）は、前記光取出口を覆うように前記筐体（２）の外部に配置されることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
5. 請求項３に記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、前記筐体（２）と前記画像検出素子（２７）の間に光学装置（２６）を備えることを特徴とする顕微鏡対物レンズ顕微鏡対物レンズ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、評価装置（１３）が前記筐体（２）の外部に設けられ、前記評価装置は前記画像検出素子（９）から出力された電気画像信号を受信可能であることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
7. 請求項６に記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、前記評価装置（１３）は前記筐体（２）の外部に取り付けられることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、前記画像検出素子（９）は前記筐体（２）に接続されていることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、第２の画像検出素子（２７）およびビームスプリッター（２８）が設けられ、前記光取入口（６）から入射する光が、両方の画像検出素子（２７、９）を照らすようにビームスプリッターによって２つのビーム路に分離されることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、顕微鏡対物レンズ（１）は、撮影される試料（７）を照明する暗視野チャネル（１９）を有することを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、前記筐体（２）の内部に光源（１５；１６）を設けることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
12. 請求項１１に記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、光源（１５；１６）からの光は、前記光学システム（８）の少なくとも一部によって前記光取入口（６）を介して出力されることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の顕微鏡対物レンズ（１）において、前記画像検出素子（９）はＣＣＤ画像センサーから構成されることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
14. 前述の請求項のいずれかに記載の顕微鏡対物レンズ（１）の使用は、観察対物レンズが取りつけられる対物レンズ台と、観察対物レンズが対物レンズ台によって動作位置に配置されると、観察対物レンズに受光される試料からの光が入射する、対物レンズ台の後続に配置される観察光学システムとから構成される顕微鏡において使用され、顕微鏡対物レンズ（１）は、対物レンズ台に接続され、対物レンズ台により動作位置へ移動可能であることを特徴とする顕微鏡対物レンズ。