CN100535700C - 固浸透镜及利用该透镜的试料观察方法 - Google Patents

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Abstract

使用由折射率nL的材质形成的具有曲率半径RL的球面状的透镜面10的固浸透镜(SIL)1，观察试料2的像。在该试料观察中，使用规定的光学系评价由SIL 1所产生的几何学像差特性。然后，将系数k(0＜k＜1)设定成满足使其平均像面变为平坦的条件、或使像差特性为良好的条件，由此将包含沿光轴Ax距离透镜面10的球心C仅为k×(RL/nL)的下游侧的点并与光轴Ax垂直的面，作为试料观察面20，使用SIL 1进行试料的观察。由此实现能够使用固浸透镜良好地观察试料的像的试料观察方法及固浸透镜。

Description

固浸透镜及利用该透镜的试料观察方法
技术领域
本发明涉及利用固浸透镜观察试料的观察方法及固浸透镜。
背景技术
固浸透镜(SIL：Solid Immersion Lens)作为对来自成为观察对象的试料的光像进行扩大的透镜已被公知。SIL是半球形状或被称为维尔斯特拉斯(Weierstras)球的超半球形状的透镜。将该SIL设置成粘附在试料表面时，可以扩大试料观察的开口数NA和倍率，可以进行高空间分解能力的观察(参照特公平7-18806号公报、和特开2002-189000号公报)。
发明内容
关于SIL，被认为在上述的半球形状或超半球形状的构造，以及被设定成与其对应的试料观察面上，获得不产生球面像差和慧形像差的消球差的成像。但是，该SIL的构造和使用条件，不会产生像差的位置都只是1点，因此，SIL的用途限制于光传感器等。
即，上述SIL所使用试料观察面，当以较宽范围观察试料时，像面特性不好。因此，当使用SIL观察试料的像时，存在所获得的像其周边部的分解能力比中央部低，像面弯曲的影响在周边或中心附近不能发现，可以用来观察的视野受到限制等问题。
本发明用来解决上述的问题，其目的是提供利用固浸透镜可以良好地观察试料的像的试料观察方法，和固浸透镜。
为了达到上述目的，本发明的利用固浸透镜的试料观察方法，其特征在于，利用由折射率nL的材质形成的具有曲率半径RL的球面状的光学面的固浸透镜，通过将固浸透镜产生的几何学像差特性设定成为可以满足规定条件的系数k(0＜k＜1)，以包含沿光轴距离光学面的球心仅为k×(RL/nL)的下游侧的点且与光轴大致垂直的面，作为试料观察面，使用固浸透镜进行试料的观察。
在上述的试料观察方法，不使用以包含球心的面作为试料观察面的半球形状的构造，或以包含沿光轴距离球心仅为RL/nL的下游侧的点的面作为试料观察面的超半球形状的构造，通过评价由固浸透镜所产生的几何学像差特性，来设定系数k。另外，以包含由该系数k决定的点的面作为试料观察面，进行试料的观察。利用此种方式能够使观察可用的视野扩大，使用固浸透镜可以良好地观察试料的像。
此处，由固浸透镜产生的几何学像差特性的评价，最好是使用以固浸透镜的后侧焦点面作为瞳面的假想光学系，来评价几何学像差特性，根据其评价结果设定系数k。利用此种方式，使瞳面成为固浸透镜的后侧焦点面，可以成为物方远心，也可以做成遵照利用激光扫描仪等的反射光观察的实际情况的形状。在组合使用实际的显微镜时，显微镜的物镜的瞳位置不具有作为瞳的功能，包含固浸透镜的光学系的瞳成为固浸透镜的后侧焦点位置。
另外，最好利用弧矢像面、子午像面、或弧矢像面与子午像面的平均像面，来评价由固浸透镜产生的几何学像差特性，根据其评价结果设定系数k。利用此种方式，可以良好地设定由固浸透镜在试料观察面产生的几何学像差特性。
另外，在上述的试料观察方法中，可以使固浸透镜沿光轴的厚度为dL＝RL+k×(RL/nL)，优选试料观察面与试料侧的固浸透镜的透镜面一致。或，也可以使固浸透镜沿光轴的厚度为dL＜RL+k×(RL/nL)，试料观察面为当试料的折射率与固浸透镜的折射率nL相等时的假想观察面，并当试料的折射率为nS，到实际观察面的试料的厚度为tS时，固浸透镜的厚度，对从顶点至该假想观察面的沿光轴的距离L＝RL+k×(RL/nL)，可以满足dL＝L-tS×(nL/nS)。
另外，本发明的固浸透镜其特征在于，由折射率nL的材质形成为具有曲率半径RL的球面状的光学面，当成为观察对象的试料的折射率等于固浸透镜的折射率nL时，从顶点至假想观察面的沿光轴的距离，利用将几何学像差特性设定为可以满足规定条件的系数k(0＜k＜1)，成为L＝RL+k×(RL/nL)，并且使试料的折射率为nS，至实际的观察面的试料的厚度为tS时，沿光轴的厚度可以满足为dL＝L-tS×(nL/nS)。
上述的固浸透镜，使用通过评价固浸透镜产生的几何学像差特性所设定的系数k，并且考虑成为观察对象的基板等的试料的折射率nS和厚度tS从而设定透镜的形状。利用此种方式，可以使上述观察可用的视野扩大，可以良好地观察试料的所希望的观察部位。
关于上述的试料观察方法和固浸透镜，最好使系数k为0.5＜k＜0.7范围内的值。这时，以固浸透镜的像面特性实质上变为平坦(flat)的条件的观察成为可能。
或者，最好使系数k为0＜k≤0.5范围内的值。这时，以固浸透镜所产生的色像差、球面像差实质上被减小的条件的观察成为可能。
附图说明
图1表示现有的固浸透镜的构造和使用条件的一实施例的图。
图2表示现有的固浸透镜的构造和使用条件的另一实施例的图。
图3表示本发明的试料观察方法中所使用的固浸透镜的构造和使用条件的图。
图4表示用于评价图3所示的固浸透镜所产生的几何学像差特性和色像差特性的假想光学系的图。
图5表示使用图4所示的假想光学系进行评价的固浸透镜的特性的曲线图。
图6表示本发明的试料观察方法中所使用的固浸透镜的构造和使用条件的另一实施例的图。
图7表示本发明的固浸透镜和试料观察方法的另一实施例的图。
图8表示试料的厚度与SIL的厚度的相关性的一例的曲线图。
图9A和图9B表示(A)系数k较小时的光的聚焦，和(B)系数k较大时的光的聚焦的侧面图。
图10表示SIL的系数k的值与物镜所需要的开口数NA的相关性的一例的曲线图。
图11表示SIL+试料的厚度与SIL的光轴上的到达NA的相关性的一例的曲线图。
图12表示物镜的构造的侧面截面图。
具体实施方式
下面结合图面，详细说明本发明的固浸透镜及利用该透镜的试料观察方法的优选实施例。另外，在图面的说明中相同的组件使用相同的符号，省略重复说明。另外，图面的尺寸比率与所说明的不一定一致。
首先，说明利用本发明的固浸透镜(SIL)的试料观察方法的概略，以及现有所使用的SIL的构造和使用条件。
图1表示现有的SIL的构造及使用条件的一例的图。图1所示的SIL 8是具有折射率n、曲率半径R的半球形状的透镜。该SIL 8中使球心成为焦点，将包含该球心的面设定为试料观察面80。另外，试料观察的开口数NA和倍率均成为n倍。在该构造中，当考虑到SIL 8的像面特性时，如图1所示，依照离开焦点的距离使像面只在下游侧，产生像面弯曲。
图2表示现有的SIL的构造和使用条件的另一例的图。图2所示的SIL9是具有折射率n、曲率半径R的超半球形状的透镜。该SIL 9中，使沿光轴距离球心仅为R/n的下游侧的点成为焦点，将包含该点的面设定为试料观察面90。另外，试料观察的开口数NA和倍率均成为n2。该构造中，当考虑到SIL 9的像面特性时，如图2所示，依照离开焦点的距离使像面只在上游侧，产生与图1相反方向的像面弯曲。
本发明人详细的研讨了利用SIL的试料观察，发生如此的像面弯曲，其结果发现在上述的构造中，在成为焦点的球心，和沿光轴距离球心仅为R/n的下游侧的点之间，倍率在n倍和n2倍之间进行变化，和该像面弯曲也在图1和图2所示的相反方向的像面弯曲之间进行变化。本发明的利用SIL的试料观察方法根据此见解，以适合于成像的构造和使用条件进行利用SIL的试料的像的观察。
图3表示本发明的试料观察方法和使用该方法的固浸透镜的一实施例的构造和使用条件的图。在本试料观察方法中，对于成为观察对象的试料2，使用由折射率nL的材质所形成的SIL 1，作为使来自试料2的光像扩大的透镜。该SIL 1形成以轴Ax作为光轴，以点C为球心的曲率半径RL的球面状的光学面10作为透镜面。
在使用该SIL 1的试料观察中，以沿光轴Ax距离球面状的透镜面10的球心C仅为k×(RL/nL)的下游侧的点作为焦点。另外，以包含该焦点的与光轴Ax大致垂直的面20作为试料观察面，使用SIL 1进行试料的观察。
在此处，决定SIL 1的焦点和试料观察面20距离球心C的位置的系数k，被设定在0＜k＜1的范围内。因此，该焦点的位置为球心C与沿光轴距离球心C仅为RL/nL的下游侧的点之间的位置。特别是该系数k被设定为使SIL 1产生的几何学像差特性满足规定的条件。
即，如上述方式，关于在球心C，与沿光轴Ax距离球心C仅为RL/nL的下游侧的点之间，使倍率和像面弯曲顺序变化。对于该特性的变化，评价由SIL 1产生的几何学像差特性和其变化等，根据其评价结果设定适当的系数k，和选择对应此k值的焦点。另外，以包含该系数k所决定的点的面作为试料观察面20，用来进行试料2的像的观察。这时，可以在使像面弯曲变小和充分抑制像差的劣化的条件下使用SIL1。利用该方式，能够使观察可用的视野扩大，使用SIL 1进行良好地观察试料2的像。
另外，在图3所示的实施例中，依照系数k所决定的试料观察面20，与在试料2侧的SIL 1的平面状的透镜面一致。另外，这时从SIL1的顶点到试料2侧的透镜面的距离，即SIL 1的沿光轴Ax的厚度为dL＝RL+k×(RL/nL)。
下面，利用图4和图5具体说明使用SIL 1的试料的像的观察时的像差和像面特性的评价方法，及SIL 1的优选构造、使用条件等。图4表示用于评价图3所示的由SIL产生的几何学像差特性和色像差特性的假想光学系。另外，图5表示使用图4所示的假想光学系进行评价的SIL的特性。
此处，在图4中，n表示折射率，s表示从物体面到主平面的距离，h表示光线的高度。另外，上加横线表示与主光线有关的量。但是，在本说明书中，例如在“h1”上附加横线的表示为“h- 1”。
首先，说明评价由SIL产生的像面特性的假想光学系。此处，如图4所示，SIL 1的材质假定为硅(Si)，使其折射率为n3＝nL＝3.5。另外，对于折射率n3的SIL 1的内部以外的区域，使折射率为n1＝n2＝1。另外，对于以球心C作为中心的形成为球面状的透镜面10，使其曲率半径为r2＝RL＝1。
对于该SIL 1，为评价其像差和像面特性，导入以SIL 1的后侧焦点面作为瞳面的假想光学系。具体地如图4所示，导入无像差的假想物镜3，将其配置在SIL 1的后侧焦点F上。利用s1＝r2/(n3-n2)求得SIL 1的透镜面10的面顶与后侧焦点F之间的距离s1，在n3＝3.5的上述例中，为s1＝0.4×RL＝0.4。
另外，使该无像差的假想物镜3的焦点距离为fi，前侧焦点位置为F′。SIL 1的厚度s2′为从假想物镜3以u1＝0，h1发出的光，被透镜面10成像的焦点位置，到透镜面10的面顶的距离。通过使用导入该假想物镜3的假想光学系进行SIL 1的评价，由此使光学系全体的射入瞳被设定在距离透镜面10仅为s1＝0.4×RL的位置的假想物镜3上。如此通过设定射入瞳等，在SIL 1的内部形成远心，可以形成如利用激光扫描仪观察反射光的实际观察系统的形式。由此可以适当评价由SIL 1产生的像差和像面特性。
图4中配合由上述SIL 1和假想物镜3构成的光学系的构造，表示有2条光线l1、l2。其中，光线l1对于光轴Ax形成的角度为u1＝0，光线的高度对于假想物镜3为h1，对于SIL 1的透镜面10为h2，在假想物镜3的上游侧为与光轴Ax平行的光线。另外，该光线l1在与试料观察面20相当的面S′上通过光轴Ax上的点。另外，关于光线l1，在SIL1不存在时以虚线所示的光线，在假想物镜3的焦点面S上，通过光轴Ax上的点F′。
另外，光线l2对于光轴Ax形成的角度为u- 1，光线的高度对于假想物镜3为h- 1＝0，对于SIL 1的透镜面10为h- 2、在透镜面10的下游侧为与光轴Ax平行的光线。另外，光线l2在假想物镜3上通过光轴Ax上的点F，在试料观察面S′上，与光轴Ax的距离为Y′。另外，对于光线l2，在SIL 1不存在时以虚线所示的光线，在焦点面S上与光轴Ax的距离为Y。
另外，从SIL 1的透镜面10的面顶到焦点面S的距离为s2，至试料观察面S′的距离，即SIL 1的厚度为s2′＝dL。在具有上述构造和条件的图4的假想光学系中，用SIL 1的厚度dL表示SIL 1的球面像差系数I、慧形像差系数II、非点像差系数III、珀兹伐(petzval)和P、弧矢像面的弯曲III+P、以及子午像面的弯曲3III+P的各个像差系数时，分别用下列的各式(1)～(6)求得。
I＝h2 4·Q2 2·/Δ(1/nLs)2＝(dL/1.4)4·{4.9(dL-1)/dL}2·(3.5-4.5/dL)
＝6.25(dL-1)2(3.5dL-4.5)dL                (1)
II＝J2·I＝2.5(dL-1)(3.5dL-4.5)dL         (2)
III＝J2·II＝(3.5dL-4.5)dL                (3)
P＝p＝(1/n2-1/n3)/r2＝1                   (4)
III+P＝1+(3.5dL-4.5)dL                    (5)
3III+P＝1+3(3.5dL-4.5)dL                  (6)
此处，Q2是阿贝(Abbe)的不变量。另外，Q2和J2用下式表示。
Q2＝n2(1/r2-1/s2)＝4.9(dL-1)/dL
J2＝Q2h2/Q2h2
另外，珀兹伐(Petzval)像面、弧矢像面、以及子午像面的曲率(实尺寸)分别为如下所示。
-P/fi＝-0.7143(1/mm)＝一定…珀兹伐像面
-{1+(3.5dL-4.5)dL}/1.4(1/mm)…弧矢像面
-{1+3(3.5dL-4.5)dL}/1.4(1/mm)…子午像面
图5中表示利用上述式分别求得的球面像差系数I、慧形像差系数II、非点像差系III、弧矢像面的弯曲III+P、以及子午像面的弯曲3III+P的各个像差系数，和弧矢像面与子午像面的平均像面的图形。在该图形中，横轴表示SIL的厚度s2′＝dL，纵轴表示各个像差系数的值。另外，该横轴所示的厚度dL和图3所示的系数k，利用图4的RL＝1，具有k＝nL×(dL-1)＝3.5×(dL-1)的关系。
由图5所示的各个图形，在以包含球心的面作为试料观察面的时(参照图1)所对应的dL＝RL＝1的点，以及以包含沿光轴距离球心仅RL/nL的下游侧的点的面作为试料观察面时(参照图2)所对应的dL＝RL+RL/nL＝1.286的点上，分别使球面像差系数I和慧形像差系数II均为零，满足消球差条件。但是，在这些点上会产生上述像面弯曲。另外，在dL＝1的点上，弧矢像面的弯曲III+P也为零。另外，在dL＝1.286的点上，非点像差系数III也为零。
相对于此，以弧矢像面与子午像面的平均像面来看时，在dL＝RL+k(RL/nL)＝1.163×RL＝1.163的点上，像面成为平坦。也即，成为以平坦的像面取得宽广视野的条件，要满足平均像面成为垂直光轴的平面的条件时，可以使像面的弯曲成为III+P＝-(3III+P)。利用此种条件，可以以上述的各式获得dL＝1.163。另外，在这时求得对试料观察面设定的系数k为大约0.6(k＝0.57)。在使用以如此求得的系数k的构造和使用条件下，利用SIL 1进行试料观察，可以以宽广的视野取得良好的试料的像。
另外，在SIL的外侧，当以成为远心的通常的射入瞳位置的条件进行计算时，平均像面变为平坦是在SIL的厚度为1.274×RL的点，成为与上述结果完全不同的计算结果。
本发明的固浸透镜和使用其的试料观察方法并不只限于上述的实施例，而是可以有各种变化的。例如，在上述的实施例中SIL的材质是以硅为例，但是除了硅外，也可以依照所适用的试料的材质或观察条件等，使用各种材质。
另外，在上述的实施例中，是使SIL的折射率为3.5的一定的值。这是对应单一波长的试料观察的情况，或由波长造成的折射率变化可忽视的情况。因此，如上述使k在0.6左右的条件可以有效的使用在利用单一波长的光对试料进行观察、检查等的情况。
相对于此，例如在以750nm～1050nm的波长幅度进行观察的情况等，在观察的波长宽度较宽的发光观察等，在由硅构成的SIL通过使k为0.3左右，使色像差和其它的像差达到平衡。依照此种方式，假如需要时，最好考虑进行观察的波长宽度，用来进行像面特性的评价和系数k的设定等。
另外，关于系数k，在上述的实施例中是利用平均像面成为平坦的点，设定系数k。利用此种方式可以良好地设定由SIL产生的试料观察面的像面特性。但是对于该系数k的设定，也可以使用在平均像面成为平坦的点的附近，以规定的条件范围内的点进行设定的方法。或，也可以不是平均像面，而是使用弧矢像面或子午像面成为平坦的点，用来设定系数k。
另外，关于SIL对试料的设置方法，所示的构成是在图3中使试料2的表面成为试料观察面20，但并不只限于此种构成。图6表示本发明的试料观察方法所使用的固浸透镜的构造和使用条件的另一实施例。在该实施例中，对于成为试料的硅基板2，也可以使用同为硅构成的SIL 1，并使基板2的背面成为试料观察面20。
在此种构造中，硅基板2的指定部份具有作为SIL 1的下游侧部分的功能，与以表面作为试料观察面20的情况同样，可以观察试料的像。此种观察方法例如可以适用在利用背面观察来检查半导体装置的情况。
下面更进一步地说明本发明的固浸透镜及使用其的试料观察方法。
图7表示本发明的固浸透镜及试料观察方法的另一实施例。在本试料观察方法中，对于成为观察对象的试料7(例如半导体装置)，使用由折射率nL的材质形成的SIL 6，作为用以扩大来自试料7的光像的透镜。该SIL 6形成以轴Ax作为光轴，以点C为球心的曲率半径RL的球面状的光学面60作为透镜面。另外，在本实施例中，系数k的设定与图3的实施例相同。
图7，在试料7中以与其SIL 6相反侧的面作为观察面71(例如半导体装置的装置面)。另外，对于该试料7，SIL 6被配置成在其试料7侧使平面状的透镜面粘附在试料7的背面72上。此时，试料7的折射率为nS，试料7的厚度为tS。该厚度tS是从背面72到SIL 6的作为实际观察面的观察面71的沿光轴Ax的试料7的厚度。
在此种构造中，因为使焦点对准在试料7的观察面71上，所以SIL6的沿光轴Ax的厚度为dL＜RL+k×(RL/nL)。另外，有关于图3所示，包含沿光轴Ax距离透镜面60的球心C仅为k×(RL/nL)的下游侧的点且与光轴Ax大致垂直的试料观察面70(0＜k＜1)，成为试料7的折射率等SIL 6的折射率nL时的假想的观察面(从SIL 6的透镜形状求得的向上看的观察面)。
在此处，从SIL 6的顶点到假想的观察面70的沿光轴Ax的距离为图7所示的L＝RL+k×(RL/nL)。该距离L对应利用SIL 6的透镜面60的形状求得的焦点距离。另外，这时SIL 6的厚度被设定为可以满足dL＝L-tS×(nL/nS)。另外，在图7，以实线表示通过SIL 6和试料7朝向实际的观察面71聚焦的光路。另外，以虚线表示试料7的折射率和SIL6相等时的朝向假想观察面70聚焦的光路。
在本实施例的使厚度为dL＝L-tS×(nL/nS)的SIL 6及利用其的试料观察方法中，使用通过评价SIL 6产生的几何学像差特性所设定的系数k，并考虑成为观察对象的试料7的折射率nS和厚度tS，来设定SIL 6的透镜形状。利用此种方式可以使上述的观察可用的视野扩大，而且可以良好地观察试料7的所希望的观察部位。在此处对于系数k的选择与图3所示的实施例相同。另外，对于厚度tS，在图7中因为以试料7的与SIL 6相反侧的面作为观察面71，所以试料7的厚度tS可以直接使用，但是当观察面被设定在试料7的内部时，也可以使至该观察面的试料的厚度为tS。
图8表示试料的厚度与SIL的厚度的相关性的一实施例的曲线图。在该图中，横轴表示试料7的厚度tS(mm)、纵轴表示SIL 6的厚度dL(mm)。在该图形中，SIL 6的折射率为nL＝3.1(材质GaP)、试料7的折射率为nS＝3.5(材质Si)、SIL 6的曲率半径为RL＝0.5mm。另外，图形A1表示系数k＝0.80、A2表示k＝0.60、A3表示k＝0.40、A4表示k＝0.20时的相关性。SIL 6的厚度dL对应各种材质或系数k的值等，被设定为如图8的图形所示的例子。
其次，检测上述的固浸透镜和试料观察方法的系数k的设定。一般在使观察的视野扩大等的情况，系数k，如上述的k＝0.6的例所示，优选为0.5＜k＜0.7的范围内的值。这时，可以以固浸透镜产生的像面特性实质上成为平坦的条件进行观察。例如，在使用来自单色激光的激光进行观察时，色像差不会有问题，可以以使视野扩大的方式设定系数k。
另一方面，在必需考虑固浸透镜的球面像差或色像差时，系数k，如上述的k＝0.3的例子，优选为0＜k≤0.5的范围内的值。这时，可以以固浸透镜产生的球面像差、色像差实际被减小的条件进行观察。对于此种系数k的较佳范围，在图3所示的构造和图7所示的构造。
在此处，图9A和图9B表示(A)系数k较小时的光的聚焦，以及(B)系数k较大时的光的聚焦的侧面图。如该图9A和图9B所示，在将系数k设定为较小时，例如在将k设定在该0＜k≤0.5的范围内的时，当与系数k较大的情况相比，从SIL看的光的光路变宽。在此种情况下，组合到SIL的物镜，优选开口数NA较大的。
图10表示SIL的系数k的值与物镜所需要的开口数NA的相关性的一例的曲线图。在该图中，横轴表示以SIL设定的系数k，纵轴表示物镜的开口数NA。在该图中，SIL的折射率为nL＝3.5(材质Si)。另外，图形B1表示使SIL的光轴上的到达NA为3.0时的物镜必要的NA、B2表示使SIL的光轴上的到达NA为2.5时的物镜必要的NA。另外，在该图中，使与系数k的值对应的SIL的倍率，配合图B6进行表示。
如该图B1、B2所示，当使SIL的到达NA变大时，物镜的必要NA也随着变大。另外，在SIL的到达NA为一定时，如有关图9A和图9B的上述说明，当系数k的值变小时，物镜所需要的NA就变大。因此，在设定SIL的系数k的值时，需要考虑到与物镜的组合。
另外，图11表示SIL+试料的厚度与SIL的光轴上的到达NA的相关性的一例的曲线图。在该图中，横轴表示SIL+试料(Si基板)的从SIL的顶点的厚度(mm)，纵轴表示SIL的光轴上的到达NA。在该图中，SIL的曲率半径为RL＝0.5mm，物镜的NA为0.76。另外，图C1表示使SIL的材质为Si时的到达NA，C2表示使SIL的材质为GaP时的到达NA。如此，在物镜的NA为一定时，随着SIL+试料的厚度的变大，使到达NA变大。
实际上，SIL和物镜的NA可以依照具体的构造适当选择，但是例如使SIL的到达NA为2.5～3.0左右，使物镜的NA为0.76左右。另外，物镜可以使用通常的物镜，其倍率例如为50倍左右。
另外，当将k设定在上述的0＜k≤0.5的范围内，使色像差减小时，优选构建成在物镜侧可以校正其几何学像差特性。该物镜有用图12的侧面剖面图所示的构造的物镜。该物镜5的透镜群由沿光轴配置的第一透镜群51和第二透镜群52的2个透镜群构成。利用被设置在物镜5的外周部的校正环(图中未显示)的旋转，可以变化该透镜群51、52的间隔u。通过使用此种构造的物镜5，可以在物镜5侧校正几何学像差特性(例如球面像差)。
另外，在与SIL的组合使用此种具有校正环的物镜时，优选将系数k设定在SIL的球面像差可以利用物镜的校正环校正的范围。例如在图12的构造的物镜中，使SIL的折射率为nL＝3.1，曲率半径为RL＝0.5mm，试料的折射率为nS＝3.5时，试料的厚度假如为tS＝0.03mm左右，可以以0＜k＜0.4左右的条件利用校正环校正球面像差，假如为tS＝0.15mm左右，可以以0＜k＜0.2左右的条件进行校正。
另外，也可以将系数k设定在0.7≤k＜1的范围内。在此种情况，可以与低NA的物镜组合。但是，因为在通常的物镜会产生大的色像差，所以在单色激光以外的用途，需要使用专门设计的物镜。
产业上的可利用性
本发明的固浸透镜(SIL)和使用其的试料观察方法是使用固浸透镜可以良好观察试料的试料观察方法，和可以作为固浸透镜而利用。即，将系数k(0＜k＜1)设定为可以满足评价固浸透镜所产生的几何学像差特性的规定条件，以包含沿光轴距离固浸透镜的球面状的光学面的球心仅为k×(RL/nL)的下游侧的点且与光轴大致垂直的面，作为试料观察面的固浸透镜和观察方法时，可以使观察可用的视野扩大，可以使用固浸透镜良好地观察试料的像。另外，在考虑到试料的折射率nS和厚度tS的设定透镜形状时，可以良好地观察试料的所希望的观察部位。

Claims (10)

1.一种试料观察方法，其特征在于，
利用由折射率nL的材质形成的具有曲率半径RL的球面状的光学面的固浸透镜，
设定系数k(0＜k＜1)使由所述固浸透镜产生的几何学像差特性满足规定的条件，由此将包含沿光轴距离所述光学面的球心仅为k×(RL/nL)的下游侧的点并与所述光轴大致垂直的面，作为试料观察面，使用所述固浸透镜进行试料的观察。
2.如权利要求1所述的试料观察方法，其特征在于，
所述固浸透镜，沿所述光轴的厚度为dL＝RL+k×(RL/nL)，所述试料观察面与所述试料侧的所述固浸透镜的透镜面一致。
3.如权利要求1所述的试料观察方法，其特征在于，
所述固浸透镜，沿所述光轴的厚度为dL＜RL+k×(RL/nL)，所述试料观察面是当所述试料的折射率与所述固浸透镜的折射率nL相等时的假想观察面，
当所述试料的折射率为ns，到实际的观察面的所述试料的厚度为ts时，所述固浸透镜的厚度，相对于从顶点到所述假想观察面的沿光轴的距离L＝RL+k×(RL/nL)，满足dL＝L-ts×(nL/ns)。
4.如权利要求1～3的任一项所述的试料观察方法，其特征在于，
利用将所述固浸透镜的后侧焦点面作为瞳面的假想光学系，评价所述几何学像差特性，根据其评价结果设定所述系数k。
5.如权利要求1所述的试料观察方法，其特征在于，
利用弧矢像面、子午像面、或弧矢像面与子午像面的平均像面，对所述固浸透镜所产生的所述几何学像差特性进行评价，根据其评价结果设定所述系数k。
6.如权利要求1所述的试料观察方法，其特征在于，
所述系数k是0.5＜k＜0.7的范围内的值。
7.如权利要求1所述的试料观察方法，其特征在于，
所述系数k是0＜k≤0.5的范围内的值。
8.一种固浸透镜，其特征在于，
由折射率nL的材质形成具有曲率半径RL的球面状的光学面，当作为观察对象的试料的折射率等于折射率nL时，从顶点到假想观察面的沿光轴的距离，利用使几何学像差特性满足规定条件而设定的系数k(0＜k＜1)，成为L＝RL+k×(RL/nL)，
当所述试料的折射率为ns，到实际的观察面的所述试料的厚度为ts时，所述固浸透镜沿所述光轴的厚度满足dL＝L-ts×(nL/ns)。
9.如权利要求8所述的固浸透镜，其特征在于，
所述系数k是0.5＜k＜0.7的范围内的值。
10.如权利要求8所述的固浸透镜，其特征在于，
所述系数k是0＜k≤0.5的范围内的值。
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