CN1875306A - 固体浸没透镜保持器 - Google Patents

Abstract

本发明，形成具备在使固体浸没透镜3的底面通过开口9b向下方突出的状态下在自重方向上支撑该固体浸没透镜3的保持器9的构成。由此，固体浸没透镜3被载置于观察对象物时，形成固体浸没透镜3被该观察对象物抬起的状态，形成相对于保持器9自由的状态。而且，此时，不会在观察对象物上施加过度的压力，并且，固体浸没透镜3紧密地密合于观察对象物，同时，保持器9侧或观察对象物侧的温度漂移相对于对方侧被隔断而消除温度漂移造成的影响。由此，可获得不会对观察对象物造成损伤、并且可进行高精度的观察的固体浸没透镜。

Description

固体浸没透镜保持器

技术领域

本发明涉及一种固体浸没透镜的保持器。

背景技术

作为放大观察对象物的影像的透镜，已知有固体浸没透镜(SIL：Solid Immersion Lens)。该固体浸没透镜，是半球形状或被称为维尔斯特拉斯(Weierstrass)球的超半球形状的透镜，其大小为1mm～5mm左右的微小透镜。这样，将该固体浸没透镜密合于观察对象物的表面上而设置时，数值孔径NA及倍率一起被放大，因此可以以高的空间分辨率进行观察。

于是，提案有，将观察对象物作为半导体单晶片，使固体浸没透镜密合于该半导体单晶片的背面，通过显微镜检验半导体单晶片内部的微细的特征的装置(例如，参照文献1：日本特公平7-18806号公报)。此外，提案有，将观察对象物作为光记录介质，将固体浸没透镜经由弹簧推压于该光记录介质的背面而密合，通过显微镜观察光记录介质的凹坑(pit)或记录记号等的装置(例如，参照文献2：日本特开平11-305135号公报)。

专利文献1：日本特公平7-18806号公报

专利文献2：日本特开平11-305135号公报

但是，在前者中，未具体地记载保持固体浸没透镜的方法，而对于将固体浸没透镜使用如黏着剂等固定于保持架上的一般性的方法，或如后者所述以弹簧靠上保持的方法，会有以下的问题。

即，在固体浸没透镜密合的观察对象物上施加过度的压力，例如会对观察对象物造成产生裂纹等的损伤的情形。在半导体装置的背面解析中，为了不使形成于半导体基板表面上的集成电路受到损伤，在对半导体基板施加压力时，不得不充分地考虑其操作时的强度。

并且，由于将固体浸没透镜推压到观察对象物上，由观察对象物的平面度，在固体浸没透镜与观察对象物之间产生间隙，因而很难进行高精度的观察。在使用固体浸没透镜的半导体装置的背面解析中，在固体浸没透镜与半导体基板之间产生间隙时，会使临界角以上的入射光被全反射，而只能传播临界角以下的入射光，有效的数值孔径被临界角所限制。但是，当固体浸没透镜与半导体基板背面之间的间隙，处于与半导体中的光的波长同程度时，光可通过倏逝波耦合而传播。

但是，在固体浸没透镜底面与半导体基板背面对峙区域上，存在间隙大的部分时，在该间隙大的部分上，透过光强度急遽地降低，只能传播临界角以下的入射光，有效的数值孔径被限制。从而，很难获得固体浸没透镜本来的分辨率。

并且，由于固体浸没透镜保持架侧或观察对象物侧的温度漂移，固体浸没透镜从观察对象物剥离(分离)，因而高精度的观察是困难的。

发明内容

本发明是为了解决这样的课题而作成的，其目的在于提供一种固体浸没透镜保持器，其不会对观察对象物造成损伤，且可进行高精度的观察。

本发明的固体浸没透镜保持器，其特征在于，具备在使固体浸没透镜的底面通过开口而向下方突出的状态下在自重方向上支撑该固体浸没透镜的保持器。

根据这样的固体浸没透镜保持器，由保持器在自重方向上支撑的固体浸没透镜，被载置于观察对象物上时，在被该观察对象物抬起的状态下相对于保持器成为自由(free)的状态。因此，不会对观察对象物施加过度的压力，且固体浸没透镜紧密地(仿照地)密合于观察对象物。并且，保持器侧或观察对象物侧的温度漂移可相对于对方侧被隔断，因而可消除温度漂移造成的影响。

这里，有效地起到上述作用的具体的构成，可以举出，保持器具备第一保持器和第二保持器的构成；上述第一保持器被构成为筒状，通过其底面的开口在使固体浸没透镜的底面向下方突出的状态下保持该固体浸没透镜，同时在外周面上具有凸缘部；上述第二保持器被构成为筒状，且通过其底面的开口在使被保持于第一保持器的固体浸没透镜的其底面向下方突出的状态下载置第一保持器的凸缘部，在自重方向上支撑该第一保持器及固体浸没透镜。

根据这样的固体浸没透镜保持器，可以不对固体浸没透镜实施特别的加工，而使该固体浸没透镜保持于第一保持器上，该第一保持器及固体浸没透镜的自重作用于观察对象物，不会对该观察对象物施加过度的压力。

并且，作为有效地起到上述作用的具体的其它构成，可以举出，固体浸没透镜被制成其底面的中央部相对于其周围部凸出，保持器被构成为筒状，且在通过其底面的开口而使固体浸没透镜中央部向下方突出的状态下，载置固体浸没透镜的周围部，且在自重方向上支撑该固体浸没透镜。

根据这样的固体浸没透镜保持器，仅固体浸没透镜的自重作用于观察对象物，因而可进一步消除对该观察对象物加上过度的压力。

此外，支撑固体浸没透镜的保持器，优选具备安装于其上部的开口上的、用于防止固体浸没透镜的脱落的筒状盖。此时，利用该盖可防止固体浸没透镜通过上述保持器的上部开口而脱离。

此外，优选具备从支撑固体浸没透镜的保持器向外方延伸的臂部，该臂部连接于三维方向移动装置。此时，通过该三维方向移动装置，固体浸没透镜可向三维方向的所希望的位置自由地移动。

此外，臂部也可以是可装卸地连接于三维方向移动装置的构成。此时，在透镜交换时可以连同臂部交换，因此可以不处理微小的固体浸没透镜而使透镜的交换容易。

根据这样的固体浸没透镜保持器，由于不会对观察对象物施加过度的压力，可以防止观察对象物的损伤。此外，由于固体浸没透镜紧密地(仿照地)密合于观察对象物，同时保持器侧或观察对象物侧的温度漂移可相对于对方侧隔断而消除温度漂移造成的影响，因此可以进行高精度的观察。

附图说明

[图1]图1是表示具备本发明的第一实施方式相关的固体浸没透镜保持器的半导体检验装置的构成图。

[图2]图2是从上方看固体浸没透镜移动装置及物镜的斜视图。

[图3]图3是从下方看固体浸没透镜移动装置及物镜的斜视图。

[图4]图4是从与图3不同的下方看固体浸没透镜移动装置及物镜的斜视图。

[图5]图5是表示固体浸没透镜位于待机位置的状态的固体浸没透镜移动装置及物镜的仰视图。

[图6]图6是表示固体浸没透镜位于插入位置、密合位置的状态的固体浸没透镜移动装置及物镜的仰视图。

[图7]图7是表示固体浸没透镜位于交换位置的状态的固体浸没透镜移动装置及物镜的仰视图。

[图8]图8是表示固体浸没透镜保持器的斜视图。

[图9]图9是表示固体浸没透镜保持器的透镜待机位置的状态的纵剖面图。

[图10]图10是表示固体浸没透镜保持器的透镜密合位置的状态的纵剖面图。

[图11]图11是表示固体浸没透镜保持器的臂部与固体浸没透镜移动装置的第一臂部件的连接部的斜视图。

[图12]图12是表示从前方看固体浸没透镜保持器的臂部与固体浸没透镜移动装置的第一臂部件的连接前的状态的斜视图。

[图13]图13是表示从后方看固体浸没透镜保持器的臂部与固体浸没透镜移动装置的第一臂部件的连接前的状态的斜视图。

[图14]图14是表示固体浸没透镜移动装置和物镜以及光耦合材料供给装置及干燥气体供给装置的构成图。

[图15]图15是具体地表示光耦合材料供给装置的构成图。

[图16]图16是具体地表示干燥气体供给装置的构成图。

[图17]图17是表示本发明的第二实施方式相关的固体浸没透镜保持器的透镜待机位置的纵剖面图。

[图18]图18是表示本发明的第三实施方式相关的固体浸没透镜保持器的斜视图。

[图19]图19是表示固体浸没透镜保持器的透镜密合位置的状态的纵剖面图。

[图20]图20是表示本发明的第四实施方式相关的固体浸没透镜保持器的斜视图。

[图21]图21是表示固体浸没透镜保持器的透镜密合位置的状态的纵剖面图。

[图22]图22是表示固体浸没透镜保持器与固体浸没透镜移动装置的连接部的斜视图。

[图23]图23是表示其它固体浸没透镜保持器的斜视图。

[图24]图24是表示其它固体浸没透镜保持器的透镜密合位置的状态的纵剖面图。

符号的说明

3、13：固体浸没透镜；5、54、57：固体浸没透镜保持器；6、56、58：保持器；7：保持器臂部；8、55：第一保持器；8a：第一保持器凸缘部；9：第二保持器；9b：第二保持器底面开口；9c，58c：保持器上部开口；11、59：盖；13a：固体浸没透镜中央部；13b：固体浸没透镜周围部；30：固体浸没透镜操纵装置(三维方向移动装置)；58b：保持器底面开口；99：连接部。

具体实施方式

以下，参照图1～图24说明本发明的固体浸没透镜保持器的适合的实施方式。图1是表示具备本发明的第一实施方式相关的固体浸没透镜保持器的半导体检验装置的构成图；图2～图4是表示固体浸没透镜移动装置及物镜的各斜视图；图5～图7是表示固体浸没透镜移动装置的移动动作的各个状态图；图8～图10是表示固体浸没透镜保持器的各图；图11～图13是表示固体浸没透镜保持器与固体浸没透镜移动装置的连接部的各斜视图；图14～图16是表示光耦合材料供给装置、干燥气体供给装置的各图；图17是表示本发明的第二实施方式相关的固体浸没透镜保持器的纵剖面图；图18及图19是表示本发明的第三实施方式相关的固体浸没透镜保持器的各图；图20～图22是表示本发明的第四实施方式相关的固体浸没透镜保持器的各图；图23及图24是表示其它固体浸没透镜保持器的各图。此外，在各图中，对相同要素赋予相同符号，并省略重复的说明。并且，根据本发明的固体浸没透镜保持器，对于使用固体浸没透镜的试样观察方法、及显微镜等一般均可适用。但是，以下，主要是以对半导体检验的应用例进行说明。

首先，说明具备有第一实施方式的固体浸没透镜保持器的半导体检验装置。如图1所示，半导体检验装置1，是将例如形成有晶体管或配线等的电路图形的半导体器件S作为观察对象物，然后取得该半导体检验装置S的影像而检验其内部信息的检验装置。此外，作为本发明中所谓的「内部信息」，包括来自于半导体器件的电路图形或半导体器件的微弱发光。作为该微弱发光，可以举出，基于半导体器件的缺陷在异常处所引起的，或随着半导体器件中的晶体管的开关动作的瞬态发光等。并且，也包含基于半导体器件的缺陷的发热。

该半导体检验装置1，具备：进行半导体器件S的观察的观察部A、控制观察部A的各部的动作的控制部B、以及在半导体器件S的检查中进行必要的处理或指示等的解析部C。半导体器件S被使其背面朝上地载置于设置在观察部A上的平台18上，检验装置1在本实施方式中检验半导体器件S的图示下面(形成于半导体器件S的基板表面上的集成电路等)。

观察部A具备：作为取得来自于半导体器件S的影像的影像取得装置的高灵敏度照相机10及激光扫瞄光学系统(LSM：Laser ScanningMicroscope)单元12；包含有配置于高灵敏度照相机10及LSM单元12与半导体器件S之间的显微镜4的物镜20的光学系统2；用于获得半导体器件S的放大观察影像的固体浸没透镜3；作为使该固体浸没透镜3在三维方向移动的固体浸没透镜移动装置的固体浸没透镜操纵器30；以及使它们在垂直的X-Y-Z方向上分别移动的X-Y-Z平台15。

光学系统2，除了上述的物镜20以外，还具备照相机用光学系统22、及LSM单元用光学系统24。物镜20设置有多个倍率不同的透镜，并做成可切换。照相机用光学系统22将来自于通过物镜20的半导体器件S的光引导到高灵敏度照相机10，高灵敏度照相机10取得半导体器件S的电路图形等的影像。另一方面，LSM单元用光学系统24将来自于LSM单元12的红外线激光以分光镜(beam splitter)(未图示)反射到物镜20侧，而引导到半导体器件S上，同时通过物镜20将朝向高灵敏度照相机10的来自于半导体器件S的反射光的一部分以分光镜进行分光而导向LSM单元12中。

该LSM单元12，在X-Y方向扫描红外线激光，而射出到半导体器件S侧，另一方面，以光检测器(未图示)检测来自于半导体器件S的反射光。该检测光的强度，成为反映半导体器件S的电路图形的强度。从而，LSM单元12，通过红外激光将半导体器件S进行X-Y方向扫瞄，取得半导体器件S的电路图形等的影像。

X-Y-Z平台15，是用于在X-Y方向(水平方向：相对于观察对象物半导体器件S成平行的方向)及与其垂直的Z方向(垂直方向)的各个方向上，根据需要移动高灵敏度照相机10、LSM单元12、及光学系统2、以及固体浸没透镜3及固体浸没透镜操纵装置30等的。

固体浸没透镜3是为具有半球形状(参照图9)或被称为维尔斯特拉斯(Weierstrass)球的1～5mm左右的超半球形状的微小透镜。该固体浸没透镜3，通过其底面密合于用于观察半导体器件S的观察位置(图示上面)上，而获得成为背侧的半导体器件S的表面(图示下面)的放大观察影像。

具体来说，在半导体检验装置中使用的固体浸没透镜，由与半导体检验装置的基板材料实质上相同或其折射率相近的高折射率材料构成。作为其代表例，可以举出Si、GaP、GaAs等。

通过使这种微小的光学元件光学密合于半导体器件的基板表面，可以作为固体浸没透镜的一部分利用半导体基板本身。根据利用固体浸没透镜的半导体器件的背面解析，将物镜的焦点对准形成于半导体基板表面的集成电路时，由于固体浸没透镜的效果，有使收敛角变大且使介质的折射率增加的效果。由此，可在基板中通过NA高的光束，且可期待由短波长化的高分辨率化。

这种固体浸没透镜3的透镜形状，是由消除像差的条件而决定的。在具有半球形状的固体浸没透镜中，其球心成为焦点。此时，数值孔径NA及倍率均成为n倍。另一方面，在具有超半球形状的固体浸没透镜中，只有从球心向下方偏移R/n的位置成为焦点。此时，数值孔径NA及倍率均成为n²倍。或者，将球心与从球心仅向下方偏移R/n的位置之间的位置作为焦点等，根据对半导体器件S的具体的观察条件等，也可在上述以外的条件下使用固体浸没透镜3。

固体浸没透镜保持器5(参照图8～图10)，为合适地支撑固体浸没透镜3的保持器。并且，将该固体浸没透镜保持器5在三维方向上移动的固体浸没透镜操纵装置30(参照图2～图7)，是用于向半导体器件S与物镜20之间的位置上包含从半导体器件S朝向物镜20的光轴的插入位置、该固体浸没透镜3的底面密合于半导体器件S的观察位置上的密合位置、除了上述光轴以外的待机位置、交换固体浸没透镜3用的交换位置等的各个规定位置上移动支撑于固体浸没透镜保持器5上的固体浸没透镜3的。后面将详细地叙述这些固体浸没透镜保持器5及固体浸没透镜操纵装置30。

控制部B具备照相机控制器51a、激光扫瞄(LSM)控制器51b、平台控制器52以及操纵装置控制器53。照相机控制器51a及LSM控制器51b，通过分别控制高灵敏度照相机10及LSM单元12的动作，控制使用观察部A进行的半导体器件S的观察的实施(影像的取得)和观察条件的设定等。

平台控制器52，通过控制X-Y-Z平台15的动作，控制向对应于半导体器件S的观察位置的位置的高灵敏度照相机10、LSM单元12、及光学系统2等的移动、对位、对焦等。并且，操纵装置控制器53，通过控制固体浸没透镜操纵装置30的动作，而控制固体浸没透镜3向上述预定位置的移动、以及、固体浸没透镜3的密合位置的微调等(后面将详述)。

解析部C具备影像解析部61及指示部62，由计算机所构成。影像解析部61对于来自照相机控制器51a及激光扫描控制器51b的影像信息实施必要的解析处理等。并且，指示部62参照来自操作者的输入内容或通过影像解析部61的解析内容等，通过控制部B而进行与观察部A中的半导体器件S的检验的实施有关的必要的指示。并且，由解析部C取得或解析的影像、数据等，可根据需要在连接于解析部C的表示装置63上表示。

接着，将特别地详细说明成为本实施方式的特征的固体浸没透镜保持器5及固体浸没透镜操纵装置30。

固体浸没透镜保持器5，如图8及图9所示，具备构成为大致圆筒状且支撑固体浸没透镜3的保持器6、及保持该保持器6的臂部7。该固体浸没透镜保持器5，由于与后述的光学密着液接触，除了耐腐蚀性高的例如不锈钢、铝等的金属以外，可由作为吻合于固体浸没透镜形状且容易成型加工的树脂，例如丙烯酸酯或PET、聚乙烯、聚碳酸酯等成型。

如图9所示，保持器6，具备保持固体浸没透镜3的第一保持器8、及支撑该第一保持器8的第二保持器9。这些第一保持器8及第二保持器9，以不妨碍对于半导体器件S的光路的方式而被构成为大致圆筒状。

第一保持器8，在其上部的外周面上，具备向外方突出的环状凸缘部8a，且在其底面上具备朝向内侧的环状凸缘部8b，通过形成于该环状凸缘部8b的内周的开口，在使固体浸没透镜3的底面向下方突出的状态下，该固体浸没透镜3被用例如黏着剂等固定保持在第一保持器8上。

第二保持器9，在其底面上具备朝向内侧的环状凸缘部9a，通过形成于该环状凸缘部9a的内周的开口9b，在使第一保持器8的下部向下方突出的状态下，第一保持器8的环状凸缘部8a被载置于第二保持器9的环状凸缘部9a上，该第一保持器8及固体浸没透镜3在自重方向上被支撑于该第二保持器9上。

在此处，将第一保持器8的下部的外径作为A、第一保持器8的环状凸缘部8a的外径作为B、第二保持器9的开口9b的内径作为C时，设定成A＜C＜B的关系。因此，可以使第一保持器8相对于第二保持器9自由，同时可防止第一保持器8从第二保持器9向下方脱离。

并且，第二保持器9，在其上部的开口9c上具备例如以嵌合或螺合等安装的用于防止固体浸没透镜的脱落的盖11。该盖11，与第一保持器8及第二保持器9同样被构成为大致圆筒状，若将盖11的内径作为D，则设定为D＜B的关系。从而，由该盖11，不会妨碍相对于半导体器件S的光路，且可防止保持该固体浸没透镜3的第一保持器8通过第二保持器9上部的开口9c，例如，飞出等的脱离，可防止固体浸没透镜的丢失。

并且，臂部7是将圆棒弯曲成大致L字状的，其从第二保持器9向外方延伸，其一端朝向上方，且其另一端固定于第二保持器9的侧部。在该臂部7的一端上，如图8及图9所示，将管子侧面的一部分做成平坦面的旋转停止部7a，作为臂部7及保持器6的转动停止件而以例如嵌合等方式固定。而，臂部7，成为大致L字状，其一端被做成向上方延伸的结构，但是也可做成在X-Y平面内延伸的结构。

构成该固体浸没透镜保持器5的臂部7，如图11所示，被可装卸地连接于固体浸没透镜操纵装置30的第一臂部件71的一端上。将该第一臂部件71与固体浸没透镜保持器5连接的连接部99，如图12及图13所示，在第一臂部件71上，具备使臂部7的旋转停止部7a在上下方向上可插通的贯通孔71a、以及前端面被做成平坦面且由通过螺合的进退(前进/后退)使贯通孔71a变狭小/扩大的夹紧部71b。

在如此的构成中，插通于贯通孔71a的旋转停止部7a，通过使夹紧部71b在夹紧方向上转动前进，而被固定于第一臂部件71上。在该状态下，臂部7的旋转停止部7a的平坦面与夹紧部71b的前端的平坦面抵接而密合，而构成该臂部7及固体浸没透镜保持器5的旋转停止部。并且，这样固定于第一臂部件71上的臂部7，例如在固体浸没透镜3的交换等时，通过使夹紧部71b朝反方向转动后退，可从第一臂部件71解放而拉脱。

由该连接部99保持固体浸没透镜保持器5的固体浸没透镜操纵装置30，如图1～图7所示，是在三维方向上的前述各预定位置(插入位置、密合位置、待机位置、交换位置)上自由地移动固体浸没透镜保持器5的固体浸没透镜3的。该固体浸没透镜操纵装置30，如图2～图7所示，具备安装有固体浸没透镜保持器5的上述第一臂部件71、使该第一臂部件71在X-Y平面内转动的第一臂部件转动源72、保持该第一臂部件转动源72的第二臂部件73、使该第二臂部件73在X-Y平面内转动的第二臂部件转动源74、以及使该第二臂部件74在与X-Y平面垂直的Z方向上移动的Z方向移动源75，该Z方向移动源75被作为基端侧，移动的第一臂部件71被作为终端侧。

具体来说，Z方向移动源75，例如通过输送螺杆等在Z方向上移动移动轴75a的Z轴马达等构成，通过支撑部76安装在作为装置本体侧的显微镜4上。该支撑部76用例如螺栓等可装卸地安装于显微镜4上，例如，可实现将固体浸没透镜操纵装置30卸除而进行显微镜观察时、或安装其它透镜移动装置而进行显微镜观察时等的方便性。

第二臂部件转动源74通过支撑部77而连接到Z方向移动源75的移动轴75a上。该第二臂部件转动源74是由例如输出轴作为在正反方向上转动(只要在预定范围内转动就可以)的转动轴74a的马达等所构成，通过Z方向移动源75的驱动在Z方向上移动。

第二臂部件73的一端连接于该第二臂部件转动源74的转动轴74a上。该第二臂部件73的后面将详细叙述，如图6所示，该第二臂部件73可以容易地从半导体器件S的观察位置的视野(物镜20的视野)远离的方式构成弯曲状。

如图2～图7所示，第一臂部件转动源72固定于该第二臂部件73的另一端上。该第一臂部件转动源72，由例如输出轴作为在正反方向上转动(只要在预定范围内转动就可以)的转动轴72a的马达等所构成。这样，第一臂部件转动源72的转动轴72a与第二臂部件转动源74的转动轴74a位于非同轴上。然后，第一臂部件转动源72，通过第二臂部件转动源74的驱动，以第二臂部件转动源74的转动轴74a作为支点与第二臂部件73一起在X-Y平面内转动。

上述第一臂部件71的另一端被连接到第一臂部件转动源72的转动轴72a上。该第一臂部件71，通过第一臂部件转动源72的驱动，以第一臂部件转动源72的转动轴72a作为支点在X-Y平面内转动。

从而，支撑于连接到第一臂部件71的一端的固体浸没透镜保持器5上的固体浸没透镜3，通过第一臂部件转动源72、第二臂部件转动源74的驱动，可将X-Y平面内在合成了各个转动的合成方向上移动，并且，可通过Z方向移动源75的驱动在Z方向上移动，其结果是，可自由地在三维方向上的各个预定位置上移动。

而且，本实施方式的固体浸没透镜操纵装置30，是在取得根据固体浸没透镜3的放大观察影像时使用的，如图14所示，其具备，供给用于在半导体器件S的观察位置上光学地耦合固体浸没透镜3的光耦合材料的供给装置80、以及供给用于使该光耦合材料干燥的气体的干燥气体供给装置90。

通过使光耦合材料介于固体浸没透镜与观察对象物之间，相对于固体浸没透镜与观察对象物的接触面使临界角以上的光在固体浸没透镜内传播时，由于可使数值孔径(NA)高的光束通过，因此可获得固体浸没透镜本来的分辨率。

光耦合材料供给装置80，在将要在半导体器件S的观察位置上密合固体浸没透镜3之前，在该观察位置上供给含有例如两亲性分子的光学密着液(例如由水及表面活性剂所形成)。在该光耦合材料供给装置80中，如图14及图15所示，将光学密合液收容于固定在支撑部76上的例如容量1cc左右的专用小型液罐81内。然后，使该被收容的光学密合液例如由压缩空气等的压缩气体而成为加压状态，通过从控制系统83将脉冲信号供给到固定于支撑部76且连接到小型液罐81的出口的例如装有弹簧的电磁阀微型阀82中，通过软管84连接到该微型阀82，同时，从如图2～图7所示固定于第一臂部件71的光耦合材料供给管85的其前端的供给口85a喷射光学密合液。

含有两亲性分子的光学密着液的表面张力低，因此会在疏水性表面半导体基板上扩散。在使该光学密着液干燥时，试图保持半导体基板的表面及固体浸没透镜的底面的湿润性的力成为支配性的。因此，一面将固体浸没透镜的底面与半导体基板表面的面的间隔做成狭小，一面进行以光学密着液为主的水挥发。最后，固体浸没透镜与半导体基板光学地耦合。

在此状态中，在半导体基板表面及固体浸没透镜的底面上，范德瓦(Van Del Waals)力被认为在物理吸附的两亲性分子的亲水基与水分子之间起作用，通过束缚水分子停止挥发。此时，可将固体浸没透镜与半导体基板的距离做成例如1/20λ(λ：照射波长)以下，其结果是，可达到固体浸没透镜与半导体基板的倏逝波耦合，进而达到物理的固定。而，本发明中所谓「光学密合」，是指由倏逝波耦合达到光学耦合。

并且，作为上述光学密着液以外的光耦合材料，例如可以举出，如日本特公平7-18806号公报中所记载，使固体浸没透镜与半导体基板做折射率匹配的折射率匹配流体(index matching液等)。而，在本说明书中，折射率匹配流体与光学密着液是不同的东西，前者是通过流体的折射率而实现高NA，而后者是具有补助倏逝波耦合的作用的。在此处，虽然详述使用光学密着液的实施方式，但是即使使用折射率匹配流体的方式，也可获得同样的效果。但是，此时，并不一定需要干燥流体，因此，也有可省略干燥气体供给装置90的方式。

该光耦合材料供给管85，如图2～图7所示，被固定于第一臂部件71上，同时其前端的供给口85a被设置于固体浸没透镜保持器5的附近。因此，可与固体浸没透镜3一起移动，并向目标的观察位置喷射光学密着液。该光学密着液，其喷射量通过控制脉冲信号的接通时间(ON时间)控制，并以微微升(pico liter)左右的精度从供给口85a喷射。该光学密着液的喷射量，根据固体浸没透镜3的大小而适当地确定。并且，该光学密着液，为了防止腐败、浓度变化、液阻塞，优选适当交换。

此外，也可以制成通过使用配管式微型分配器(tubing type microdispenser)以取代微型阀82，同时取消由压缩气体对液罐81的加压，将配管式微型分配器的配管以机械的方式挤干，通过软管84从光耦合材料供给管85的其前端的供给口85a向观察位置滴下液罐81内的光学密着液的光耦合材料供给装置。此时，液罐81的容量被制成数十cc左右，滴下量根据固体浸没透镜3的大小而适当地确定。

干燥气体供给装置90，是供给用于使半导体器件S的观察位置与固体浸没透镜3的光学密着液迅速地干燥的气体的。如图14及图16所示，该干燥气体供给装置90，通过从控制系统93向固定于支撑部76上的电磁阀92供给ON、OFF信号，将例如压缩干燥空气或氮气等的气体，通过软管94连接到该电磁阀92，同时如图2～图7所示，从固定于第一臂部件71的气体供给管95的其前端的供给口95a吹出。

如图2～图7所示，该气体供给管95，与光耦合材料供给管85同样地，被固定于第一臂部件71上，同时其前端的供给口95a被设置于固体浸没透镜保持器5的附近。因此，可以与固体浸没透镜3一起移动，且向目标位置的半导体器件的观察位置与固体浸没透镜3之间吹出气体。

接着，说明依这样构成的半导体检验装置1的作用。首先，从固体浸没透镜3位于图5所示的待机位置的状态开始说明。在该待机位置上，第一、第二臂部件71、73重叠，固体浸没透镜3及第一、第二臂部件71、73处于物镜20的视野外。此时，如图9所示，保持固体浸没透镜3的第一保持器8，处于其环状凸缘部8a被载置于第二保持器9的环状凸缘部9a上，该第一保持器8及固体浸没透镜3在自重方向上被该第二保持器9支撑的状态。于是，在该待机状态下，取得半导体器件S的观察位置的通常的观察影像图形影像，接着，向半导体器件S施加例如电压等，而取得该时的影像。

此时，为了在半导体器件S上有异常之处时得到发光影像，通过使通常的观察影像与施加电压时的影像相重叠，可特定半导体器件S的异常之处。然后，有异常之处时，以物镜20与该异常之处位于同轴的方式，由X-Y-Z平台15移动高灵敏度照相机10、LSM单元12、光学系统2、固体浸没透镜保持器5及固体浸没透镜操纵装置30等。

接着，相对于半导体器件S的观察位置设置固体浸没透镜3。在该情形中，首先，通过驱动固体浸没透镜操纵装置30的第一、第二臂部件转动源72、74而转动第一、第二臂部件71、73，如图3、图4及图6所示，在半导体器件S与物镜20之间、向包含从半导体器件S向物镜20的光轴的插入位置移动位于待机位置的固体浸没透镜3。此时，由于第二臂部件73被构成为弯曲状，如图6所示，该第二臂部件73可以不妨碍物镜20的视野而容易地从视野中远离。

将固体浸没透镜3这样插入于插入位置后，驱动固体浸没透镜操纵装置30的Z方向移动源75，降低固体浸没透镜3。然后，固体浸没透镜3靠近观察位置后，通过光耦合材料供给装置80，将光学密着液供给到作为目标位置的观察位置上，将固体浸没透镜3载置于观察位置上而使其位于密合位置上。

如图10所示，将固体浸没透镜3这样载置于半导体器件S的观察位置上时，由第二保持器9在自重方向上支撑的固体浸没透镜3及第一保持器8，处于由该半导体器件S抬起的状态。

然后，进行固体浸没透镜3的密合位置的微调整。该微调整是，以通过固体浸没透镜操纵装置30的Z方向移动源75的驱动在Z方向上微移动固体浸没透镜保持器5，同时由第一臂部件转动源72微摆动第一臂部件71，相对于第二保持器9在X-Y-Z方向上具有间隙而不接触保持有固体浸没透镜3的第一保持器8的方式进行。具体来说，是取得包含来自于固体浸没透镜3的反射光的影像，并且在包含于该影像的反射光像中，引导来自于固体浸没透镜3的各部反射面的反射光作为而进行。

更具体而言，由解析部C的影像解析部61，对取得的影像自动地或基于来自操作者的指示而进行解析，而求出反射光像的重心位置。然后，由解析部C的指示部62，通过操纵装置控制器53对固体浸没透镜操纵装置30，以由影像解析部61得到的反射光像的重心位置相对于半导体器件S中的观察位置一致的方式，指示固体浸没透镜3的密合位置的微调整。由此，可进行相对于固体浸没透镜3的半导体器件S的观察位置及物镜20的对位。

这样，固体浸没透镜3及第一保持器8，由于在由半导体器件S抬起的状态下成为相对于第二保持器9自由的(free)状态，因此仅固体浸没透镜3及第一保持器8的自重作用在半导体器件S的观察位置上，而无过度的压力被施加，并且固体浸没透镜3紧密地(仿照)密合于半导体器件S的观察位置上。

接着，通过由干燥气体供给装置90，将气体供给到作为目标位置的观察位置与固体浸没透镜3接触的区域中，使光学密着液干燥，可使固体浸没透镜3迅速且确实地密合到半导体器件S的观察位置上。这样，由于通过来自光耦合材料供给装置80的光学密着液固体浸没透镜3确实地密合到半导体器件S的观察位置上，使高精度的观察成为可能，同时由于通过来自干燥气体供给装置90的气体可促进光学密着液的干燥，因此，可直接地实施观察。

这样进行对固体浸没透镜3的观察位置的密合后，由指示部62，通过平台控制器52相对于X-Y-Z平台15，指示固体浸没透镜3密合而设置的半导体器件S与物镜20之间的距离的调整，而进行对焦。此时，由于固体浸没透镜操纵装置30及固体浸没透镜3也与物镜20一起向Z方向移动，因此以维持对固体浸没透镜3的观察位置的密合的方式，由固体浸没透镜操纵装置30向Z方向的相反方向移动固体浸没透镜3。然后，通过包含密合于半导体器件S的观察位置上的固体浸没透镜3、物镜20的光学系统2而取得观察位置的放大观察影像，进行高分辨率的观察。

在该观察时，如前所述，固体浸没透镜3及第一保持器8是成为相对于第二保持器9自由的状态，因此可使第二保持器9侧或半导体器件S侧的温度漂移相对于对方侧被隔断，因此可消除温度漂移的影响。

然后，观察下一个观察位置时，再次由光耦合材料供给装置80供给光学密着液。由此，解除对固体浸没透镜3的观察位置的密合，之后按照与前述顺序相反的顺利由固体浸没透镜操纵装置30移动固体浸没透镜保持器5，向图5所示的待机位置移动固体浸没透镜3。然后，以后重复与上述同样的顺序。

此外，代替光学密着液，也可使用其溶剂解除光学密合。光学密合可通过光学密着液或其溶剂润湿密合部位而解除，是由于光学密着液或其溶剂再浸入固体浸没透镜与半导体器件的界面，而破坏光学耦合状态及物理的固定状态。以此手法，可不施加过度的力而分离固体浸没透镜与半导体器件。因而，由于不损伤半导体器件及固体浸没透镜，因此可再利用固体浸没透镜。

在此处，若产生交换固体浸没透镜3的需要，从连接部99位于第二臂部件73的下方附近难以处理的图5所示的待机位置，通过驱动固体浸没透镜操纵装置30的第一臂部件转动源72而转动第一臂部件71，使固体浸没透镜3移动到图2及图7所示的透镜交换位置。然后，将连接部99从第二臂部件73的下方附近大幅地移出到外侧，连臂部7一起交换保持器5。这样，由于在透镜交换时连接部99位于操作位置上，因此对固体浸没透镜保持器5的臂部7的第一臂部件71装卸变得容易，同时保持器5被连臂部7一起交换，因此不必处理微小的固体浸没透镜3而使透镜交换变得容易。

因此，根据本实施方式的固体浸没透镜保持器5，仅固体浸没透镜3及第一保持器8的自重作用在半导体器件S的观察位置上，而无过度的压力被施加。因此，可防止半导体器件S的损伤。并且，固体浸没透镜3紧密地(仿照地)密合于观察位置上，同时第二保持器9侧或半导体器件S侧的温度漂移相对于对方侧被隔断而可消除温度漂移的影响。因此，固体浸没透镜3可以不从观察位置脱离而进行高精度的观察。

并且，根据本实施方式的固体浸没透镜操纵装置30，通过转动第一、第二臂部件71、73，固体浸没透镜3移动到X-Y平面内的预定位置上。因此，不必在垂直的X方向、Y方向上将构成部件做成长形，可以缩小占有区域，同时可做成简易的构成。因而，可实现低成本，并且可实现装置的小型化。

此外，根据具备该固体浸没透镜操纵装置30的半导体检验装置1，在半导体器件S与物镜20之间没有固体浸没透镜3的通常的状态下的观察影像、及在插入了固体浸没透镜3的状态下的放大观察影像两者均必要的情况下，容易取得这些影像。并且，此时，可由放大观察影像进行高分辨率的观察，因此可容易且高精度地实施由半导体检验装置1的检验。

图17是表示本发明的第二实施方式相关的固体浸没透镜保持器的透镜待机位置的状态的纵剖面图。该第二实施方式相关的固体浸没透镜保持器54与第一实施方式的固体浸没透镜保持器5的不同点，是将在凸缘部8a的下面的内侧连设有环状段部8c的第一保持器55代替第一保持器8，由该第一保持器55及第二保持器9构成保持器56。该第一保持器55的环状段部8c，其外径被设定为比第二保持器9的开口9b稍小。

如此构成时，当然也可获得与第一实施方式同样的效果。除此之外，第一保持器55与第二保持器9之间的间隙(X-Y方向的间隙)，由于通过设置环状段部8c而形成微小间隙，因此具有由固体浸没透镜操纵装置30进行的固体浸没透镜3的密合位置的微调整仅在Z方向上完成的优点。

图18是表示本发明的第三实施方式相关的固体浸没透镜保持器的斜视图。图19是表示固体浸没透镜保持器的透镜密合位置的状态的纵剖面图。该第三实施方式的固体浸没透镜保持器57，与第一实施方式的固体浸没透镜保持器5的主要不同点，是使用可改变固体浸没透镜3的形状的固体浸没透镜13，同时伴随于此，代替第一及第二保持器8、9，形成使用一个保持器58支撑固体浸没透镜13的构成。

如图19所示，固体浸没透镜13被构成为其底面中央部13a相对于其周围部13b向下方成为凸出的形状。

保持器58，被构成为大致圆筒状，且在其底面上具备朝向内侧的环状凸缘部58a。然后，通过形成于该环状凸缘部58a的内周的开口58b，在形成固体浸没透镜13的凸部的中央部13a的底面向下方突出的状态下，固体浸没透镜13的周围部13b被载置于保持器58的环状凸缘部58a上，该固体浸没透镜13在自重方向上被保持器58支撑。

在此，如果将固体浸没透镜13的中央部13a的外径作为E、固体浸没透镜13的周围部13b的外径作为F、保持器58的开口58b的内径作为G，则可以设定为E＜G＜F的关系。因此，固体浸没透镜13对保持器58成为自由，且可防止固体浸没透镜13从保持器58向下方脱离。

此外，通过在保持器58的上部的开口58c上，例如以嵌合或螺合等安装的大致圆筒状的盖59，可以不妨碍对于半导体器件S的光路，而防止固体浸没透镜13从保持器58的脱离。

如此构成时，当然也可获得与第一实施方式同样的效果。除此之外，虽然需要在固体浸没透镜13上进行加工，但是与固体浸没透镜3及第一保持器8的自重作用的第一实施方式比较，仅固体浸没透镜13的自重对半导体器件S作用，因此有更不会对该半导体器件S施加过度的压力的优点。

图20是表示本发明的第四实施方式相关的固体浸没透镜保持器的斜视图。图21是表示固体浸没透镜保持器的透镜密合位置的状态的纵剖面图。图22是表示固体浸没透镜保持器与固体浸没透镜移动装置的连接部的斜视图。固体浸没透镜保持器105，如图20及图21所示，具备支撑构成为大致圆筒状的固体浸没透镜103的保持器106、及保持该保持器106的臂部107。

如图21所示，保持器106具备下部保持器108、及上部保持器109。其中，上部保持器109是由与臂部107一体形成的环状部所构成。用于支撑固体浸没透镜103的下部保持器108通过该上部保持器109而由臂部107所支撑。并且，这些保持器108、109以不妨碍对半导体器件S的光路的方式被构成为大致圆筒状。

与图19所示的固体浸没透镜13同样地，固体浸没透镜103被构成为其底面的中央部103a相对于其周围部103b向下方凸出的形状。此外，在本实施方式中，凸状的中央部103a的外周面，朝向下方外径变小的锥(taper)状。

保持器108，被构成为大致圆筒状，同时其底面具备朝向内侧的环状凸缘部108a。然后，通过形成于该环状凸缘部108a的内周的开口108b，在形成固体浸没透镜103的凸部的中央部103a的底面向下方突出的状态下，固体浸没透镜的周围部103b被载置于保持器108的环状凸缘部108a上，该固体浸没透镜103在自重方向上被保持器108支撑。此外，关于各部的外径、内径的设定，与图18及图19所示的实施方式相同。

并且，在保持器108、109的上方，设置有盖111。通过该盖111，可以不妨碍对半导体器件S的光路而防止固体浸没透镜103从保持器108、109脱离。并且，在本实施方式中的盖111，为圆环状，且成为具有向内侧突出的多个爪部(在图中为3个爪部)的构成。

并且，臂部107，由从上部保持器109向外方延伸的板状部件所形成，其一端朝向斜上方，且在其另一端上如上所述与上部保持器109一体化。如图20及图21所示，向垂直上方延伸且将侧面的一部分作为平坦面的旋转停止部107a，作为臂部107及保持器106的转动停止部而被固定于该臂部107的一端上。

构成该固体浸没透镜保持器105的臂部107，如图22所示，被连接到固体浸没透镜操纵装置30的第一臂部件71的一端。并且，在本实施方式中，该固体浸没透镜操纵装置的30第一臂部件71被构成为对第一臂部件转动源72可装卸。在图22所示的构成例中，第一臂部件71通过六角孔螺栓72b，而连接成相对于第一臂部件转动源72的转动轴72a可装卸。

如此构成时，当然也可获得与第一实施方式同样的效果。除此之外，虽然在固体浸没透镜103上必须进行加工，但是仅固体浸没透镜103的自重对半导体器件S作用，因此有不会对该半导体器件S进一步施加过度的压力的优点。

并且，在上述实施方式中，连接有固体浸没透镜保持器105的第一臂部件71，形成对第一臂部件转动源72可装卸地安装的构成。这样，通过将刚性较高的第一臂部件转动源72作为装卸部位，可防止在第一臂部件71或固体浸没透镜保持器105的臂部107中发生变形，同时可提高这些部件的耐久性。此外，以固体浸没透镜103进行试样的观察时，可适当地维持观察对象物与固体浸没透镜103的平行度。

同时，如图22所示，在以螺栓等将第一臂部件71相对于第一臂部件转动源72安装的构成中，可使用六角扳手等的工具进行装卸操作。由此，包含例如第一臂部件71及固体浸没透镜保持器105的固体浸没透镜103的交换等、装置的操作变得容易。

此外，在上述实施方式中，通过与臂部107为一体的环状部上部保持器109构成保持器106的一部分。由此，可提高固体浸没透镜保持器105的刚性。此外，不需要在固体浸没透镜保持器中的臂部与环状的保持器部分的对位(尤其是转动方向的对位)。在这样的构成中，也可由与臂部107一体的环状部构成保持器106的全部。

此外，臂部107是形成从保持器106朝向斜上方的形状。由此，可确保固体浸没透镜103的侧方的空间，因此可适当地进行试样的观察。例如，检验塑料模型IC时，模型切除可引起在检验之处周边的高低平面的差异，固体浸没透镜保持器的可移动的范围被限制。相对于此，根据使臂部107如上述为倾斜的构成，可减少观察对象物的高低平面的差异与固体浸没透镜保持器的臂部的干扰，因而可适当地实施使用固体浸没透镜进行的观察对象物的观察。

此外，在上述构成的固体浸没透镜保持器105中，关于具有环状凸缘部108a的下部保持器108，也可为与上部保持器109及臂部107相同、类似的材料，或者也可为例如将吸水性陶瓷等的吸水性构造物加工的。将吸水性构造物应用于保持器上时，在过剩地涂布光学密着液这样的情况下，具有可缩短使其干燥并使固体浸没透镜与观察对象物的光学地密合的时间的优点。

图23是表示其它固体浸没透镜保持器的斜视图，图24是表示其它固体浸没透镜保持器的透镜密合位置的状态的纵剖面图。在该固体浸没透镜保持器64中，构成固体浸没透镜保持器64的保持器65被形成为圆筒状，其内径被构成为比固体浸没透镜3的外径更大。然后，固体浸没透镜3位于该保持器65的内周面上，同时使该固体浸没透镜3的底面处于从保持器65的底面的开口突出的状态。

根据这样的固体浸没透镜保持器64，固体浸没透镜3，通过在X-Y平面内移动的固体浸没透镜保持器64的保持器65的内周面上被钩住的状态下，以在半导体器件S上滑动的方式移动，并移动到所希望的观察位置上，同时使该固体浸没透镜保持器64在Z方向上移动进而使固体浸没透镜保持器64在X-Y平面内移动，而使固体浸没透镜3在半导体器件S的观察位置上弃置，同时将固体浸没透镜保持器64从固体浸没透镜3远离，具有可使构成部件从所有半导体器件S的观察位置的视野中远离而进行观察的优点。

以上，虽然根据其实施方式具体地说明了本发明，但是本发明并不限定于上述实施方式，而可做种种的变形。例如，在上述实施方式中，虽然作为特别优选，将支撑固体浸没透镜3、13的保持器9、58构成为筒状，但是也可以是具备开口9b、58b的平板。

此外，在上述实施方式中，以简易的构成可向三维方向的所希望的位置自由地移动固体浸没透镜3、13，固体浸没透镜操纵装置30形成可向Z方向移动固体浸没透镜3、13。但是，也可以是无Z方向移动源75而仅在X-Y平面内的移动，也可以通过X-Y-Z平台15在Z方向上移动，或者在Z方向上移动载置半导体器件S的平台18。在这些情况下，可以将通过固体浸没透镜操纵装置30的固体浸没透镜3、13的插入位置作为密合位置。此外，三维方向移动装置固体浸没透镜操纵装置30，并不被限定于在X-Y平面内转动二个臂部件71、73的转动型，也可为使其在垂直的X-Y-Z方向上移动的公知的X-Y-Z方向移动装置。

此外，在上述实施方式中，作为观察对象物，虽然示例有由半导体基板形成的半导体器件，但是并不限定于此，例如也可为以玻璃或塑料作为基板的电子器件。此时，作为固体浸没透镜的材质，优选使用玻璃或塑料。

具体来说，在上述实施方式中，虽然是将观察对象物的试样作为半导体器件，但是一般将半导体器件等的各种电子器件作为试样时，作为对象的器件，并不限定于使用半导体基板的，如多晶硅薄膜晶体管等，也可将玻璃或塑料等作为基板的集成电路作为观察对象。例如，在液晶器件中在玻璃基板上、或者在有机EL中在塑料基板上制作器件。此外，作为更一般的试样，除了上述半导体器件或液晶器件等的各种器件外，还可举出使用显微镜用标本的生物相关样品等。

此外，在上述实施方式中，作为特别效果，虽然叙述对半导体器件S的检验装置1的应用，但是并不限定于此，例如，如日本特开平11-305135号公报所记载，也可应用于将观察对象物作为光记录介质，而进行该光记录介质的检验的光学式观察装置等。

此外，在上述实施方式中，作为观察观察对象物的下面(半导体器件S的表面)的预定位置，虽然以观察对象物的下面的预定位置成为焦点的方式使用固体浸没透镜3、13，但是并不限定于此，例如，如日本特开2001-189359号公报所记载，在观察观察对象物的内部或上面时，可以以观察对象物的内部或上面成为焦点的方式使用固体浸没透镜。

产业上的可利用性

本发明，可作为不会对观察对象物造成损伤而可进行高精度的观察的固体浸没透镜利用。即，根据上述的固体浸没透镜，由于不会在观察对象物上施加过度的压力，所以可以防止观察对象物的损伤。并且，固体浸没透镜紧密地(仿照地)密合于观察对象物上，同时，保持器侧或观察对象物侧的温度漂移可相对于对方侧被隔断而消除温度漂移造成的影响，因而高精度的观察成为可能。

Claims (7)

1.一种固体浸没透镜保持器，其特征在于，

具备保持器，该保持器在使固体浸没透镜的底面通过开口向下方突出的状态下，在自重方向上支撑该固体浸没透镜。

2.如权利要求1所述的固体浸没透镜保持器，其特征在于，

所述保持器具备有：第一保持器，该第一保持器被构成为筒状，且在通过其底面的开口使所述固体浸没透镜的底面向下方突出的状态下，保持该固体浸没透镜，同时在其外周面上具有凸缘部；及

第二保持器，该第二保持器被构成为筒状，且通过其底面的开口，在使被保持于所述第一保持器的固体浸没透镜的其底面向下方突出的状态下，载置所述第一保持器的所述凸缘部，并且在自重方向上支撑该第一保持器及所述固体浸没透镜。

3.如权利要求1所述的固体浸没透镜保持器，其特征在于，

所述固体浸没透镜被制成其底面的中央部相对于其周围部凸出，

所述保持器，被构成为筒状，在通过其底面的开口使所述固体浸没透镜的中央部向下方突出的状态下，载置所述固体浸没透镜的周围部，且在自重方向上支撑该固体浸没透镜。

4.如权利要求2所述的固体浸没透镜保持器，其特征在于，

支撑所述固体浸没透镜的保持器具备安装于其上部的开口上的、用于防止固体浸没透镜脱落的筒状盖。

5.如权利要求3所述的固体浸没透镜保持器，其特征在于，

支撑所述固体浸没透镜的保持器具备安装于其上部的开口上的、用于防止固体浸没透镜脱落的筒状盖。

6.如权利要求1所述的固体浸没透镜保持器，其特征在于，

具备从支撑所述固体浸没透镜的保持器向外方延伸的臂部，

该臂部连接于三维方向移动装置。

7.如权利要求6所述的固体浸没透镜保持器，其特征在于，

所述臂部可装卸地连接于所述三维方向移动装置。

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