JP4417041B2

JP4417041B2 - Objective lens and optical device

Info

Publication number: JP4417041B2
Application number: JP2003181622A
Authority: JP
Inventors: 正治常盤
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: JP2005017643A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、対物レンズに関し、特に、半導体デバイスの観察に適した対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
収差補正機能を有する対物レンズが知られている（例えば、特許文献１および２を参照）。一般に、倍率の異なる複数の対物レンズがレボルバに取り付けられる。レボルバの回転動作によって、試料の観察に使用する対物レンズが切り替えられる。
【０００３】
対物レンズは半導体デバイスの観察に使用されることがある。例えば、ある半導体デバイス検査装置は、半導体デバイスから発生する極微弱光を検出することによりデバイス中の異常箇所を特定する。このとき、シリコン基板上に形成された多層配線などの遮蔽物を避けるため、基板の裏面側に対物レンズを配置し、シリコン基板越しにデバイスからの発光を観察する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１６９１０１号公報
【特許文献２】
特開平１１−０３０７５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、精密な収差補正の可能な対物レンズを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
特許文献１に記載されるように、顕微鏡では、カバーガラスの厚さの誤差に起因する球面収差を補正する必要があり、そのために収差補正機能を有する対物レンズが使用される。半導体デバイスの基板の材料として広く使用されるシリコンは、顕微鏡で使用されるカバーガラスと比べて極めて高い屈折率を有している。半導体デバイスは、シリコン基板の裏面から様々な深さに位置する観察対象物を含んでいる。このため、特に半導体デバイスをシリコン基板の裏面から観察する場合、シリコンの高い屈折率のため、基板裏面と観察対象物の間に含まれるシリコンの厚さが対物レンズの球面収差に大きく影響する。したがって、半導体デバイスの顕微鏡観察において十分な解像力を得るためには、シリコン基板の厚さに応じて収差を補正する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、対物レンズの収差補正機構を機械的に制御できるようにして、精密な収差補正を実現する。この場合、対物レンズに収差補正機構の駆動装置を取り付ける必要が生じる。しかし、駆動装置を対物レンズに固定すると、対物レンズをレボルバに取り付ける際にレボルバの突出部と干渉して、取り付けが困難になる可能性がある。このため、対物レンズのケースの外側面に取付穴を設け、その取付穴を用いて駆動装置を着脱できるようにした。
【０００８】
一つの側面において、この発明は、着脱自在の駆動装置を用いて収差を補正可能な対物レンズに関する。この対物レンズは、光軸に沿って互いに離間させて配置された第１および第２レンズと、これらのレンズを収容する筒状のケースと、ケースの周方向に沿ってケースの外側面に設けられ、駆動装置をケースに取り付けるために使用される複数の取付穴と、ケースの周方向に沿ってケースを取り囲み、一つの回転軸を中心としてケースに対して相対的に回転可能な環状のギアと、ギアの回転に伴って同軸に回転する位置決め標識と、ケースの外側面に取り付けられ、位置決め標識の接近を検出する基準センサとを備えている。駆動装置が取付穴の一つ以上を使用してケースに取り付けられると、駆動装置がギアと係合し、駆動装置とギアが連動して回転するようになる。第１および第２レンズ間の距離は、ギアの回転に応じて変化する。第１および第２レンズの各々は、単レンズであってもよいし、複数枚のレンズからなるレンズ群であってもよい。
【０００９】
駆動装置を用いてギアを回転させると、第１および第２レンズ間の距離が変化し、それに応じて対物レンズの収差特性が変化する。コンピュータなどの制御装置を用いて駆動装置を適切に制御すれば、対物レンズの収差を手作業によらず精密に補正することができる。また、駆動装置を使用することで、暗箱内に設置される対物レンズの収差を、暗箱を開けることなく補正することが可能になる。駆動装置は着脱自在なので、対物レンズのレボルバへの取り付けを妨げない。対物レンズのレボルバへの取り付け時に駆動装置を対物レンズから取り外せば、取り付け作業が容易になる。
【００１０】
ギアに連動して回転する位置決め標識の位置は、第１および第２レンズ間の距離に対応する。ギアを回転させると、位置決め標識が移動して基準センサに検出される。試料の表面に焦点を合わせた状態でギアを回転させ、基準センサによって位置決め標識が検出されるギアの位置を特定し、その位置から、観察すべき試料中の部位の深さに応じた回転量だけギアを回転させれば、レンズ間距離の初期値に左右されずに収差を補正できる。
【００１１】
本発明に係る対物レンズは、位置決め標識の接近を検出する第１および第２の補助センサをさらに備えていてもよい。第１および第２補助センサは、ケースの周方向に沿って基準センサから離間させてケースの外側面に取り付けられてもよい。基準センサは、第１および第２補助センサの間に配置される。各補助センサが位置決め標識の接近を検出したときにギアの回転を停止または反転させれば、レンズ間距離の変動範囲を制限できる。これにより、レンズ間距離の過度の変動によるレンズの破損を防ぐことができる。
【００１２】
基準センサおよび第１補助センサ間のケース周方向に沿った距離は、基準センサおよび第２補助センサ間のケース周方向に沿った距離より短くてもよい。基準センサを一方の補助センサに近づけて配置すれば、基準センサと他方の補助センサとの間を位置決め標識が移動する間、ギアを継続的に回転させることができる。このため、ギアの回転によるレンズ間距離の変動量を大きく取ることができる。したがって、対物レンズの収差を広い範囲にわたって補正できる。
【００１３】
本発明の対物レンズは、基準センサならびに第１および第２補助センサを保持するセンサホルダをさらに備えていてもよい。センサホルダは、上記の取付穴の一つ以上を使用してケースに着脱自在に取り付けられてもよい。センサホルダをケースに取り付けることにより、複数のセンサの取り付けを同時に完了することができる。駆動装置とセンサホルダで共通の取付穴を使用するので、ケースの製造工程が簡略化される。基準センサによって位置決め標識が検出されるギアの位置から観察部位の深さに応じた回転量だけギアを回転させれば、センサホルダの取付位置に左右されずに収差を補正できる。
【００１４】
本発明の対物レンズは、位置決め標識を有し、基準センサと対向するようにギアに固定することの可能な取付環をさらに備えていてもよい。基準センサのほかに第１および第２補助センサが存在する場合、取付環はこれらの補助センサとも対向する。取付環は、ギアに固定されていないときは、回転軸を中心としてギアに対して相対的に回転させることができる。したがって、取付環を回転させることにより、基準センサに対する位置決め標識の位置を調節することができる。
【００１５】
ケースを取り囲むようにギアに固定された環状のフランジをさらに備えていてもよい。このフランジは、ケースの径方向に沿ってギアを越えて突出している。このため、駆動装置によってギアを回転させるときに摩耗によって屑が生じても、フランジが屑を受け取る。したがって、対物レンズによって観察する試料に摩耗屑が及ばない。また、フランジは、ギアを手動で回転させるときの持ち手としても役立つ。
【００１６】
別の側面において、この発明は、試料を観察するための光学装置に関する。この光学装置は、試料に対向させて配置される上記の対物レンズと、対物レンズに取り付けられた上記の駆動装置と、基準センサの出力に応じて駆動装置を作動させ、対物レンズのギアを回転させる制御装置とを備えている。制御装置は、基準センサが位置決め標識を検出するまでギアを一方向に回転させ、次いで、試料中の観察すべき部位の深さに応じた回転量だけギアを同じ方向に回転させる。
【００１７】
制御装置は、観察部位の深さに応じた回転量だけギアを回転させることにより、対物レンズ中の第１および第２レンズ間の距離を調節し、対物レンズの収差を補正する。第１および第２レンズの初期配置にかかわらず、基準センサが位置決め標識を検出する位置を起点としてギアが回転させられる。このため、レンズ間距離の初期値に左右されずに収差を補正できる。
【００１８】
対物レンズは、位置決め標識の接近を検出する第１および第２の補助センサをさらに有していてもよい。第１および第２補助センサは、ケースの周方向に沿って基準センサから離間させてケースの外側面に取り付けられてもよい。駆動装置は、ギアを正方向およびその逆方向の双方に回転させることができてもよい。第１補助センサが基準センサから正方向に沿って離間し、第２補助センサが基準センサから逆方向に沿って離間していてもよい。制御装置は、第１補助センサが位置決め標識を検出するまでギアを正方向に回転させ、次に、基準センサが位置決め標識を検出する位置までギアを逆方向に回転させ、その後、試料中の観察すべき部位の深さに応じた回転量だけギアを逆方向に回転させてもよい。なお、ギアの回転を反転する前に、ギアの回転を停止させてもよい。さらに、制御装置は、第２補助センサが位置決め標識を検出すると、ギアの回転を停止または反転してもよい。
【００１９】
第１および第２補助センサが位置決め標識の接近を検出すると、ギアの回転が反転または停止される。これにより、レンズ間距離の変動範囲が制限される。したがって、レンズ間距離の過度の変動によるレンズの破損を防ぐことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
本実施形態は、半導体デバイス検査装置の光検出部で使用される対物レンズに関する。図１は、デバイス検査装置の光検出部８０の構成を示す概略図である。デバイス検査装置は、試料１０上の集積回路（ＩＣ）から発する極微弱光を検出することにより、ＩＣ中の異常箇所を特定する。試料１０は、シリコン基板上にＩＣが形成された半導体デバイスチップである。試料１０は、基板のデバイス形成面を下向きにして、すなわち基板の裏面を上向きにして暗箱１２内に配置される。
【００２２】
暗箱１２内において試料１０の上方には、ＬＳＭ（レーザ走査顕微鏡）ユニット１４およびＣＣＤカメラ１６が設置されている。ＬＳＭユニット１４およびＣＣＤカメラ１６は、光学系１８を介して対物レンズ２０に光学的に結合されている。対物レンズ２０は、倍率の異なるものが複数用意される。これらの対物レンズ２０はレボルバ２２に取り付けられる。これらの対物レンズ２０の一つが試料１０の真上に配置され、試料１０からの光の取得に使用される。レボルバ２２を回転させることにより、試料１０に向ける対物レンズ２０を選択することができる。暗箱１２内において光学系１８は、Ｘステージ２４、Ｙステージ２６およびＺステージ２８に固定されている。これらのステージは、光学系１８および対物レンズ２０をＸ、ＹおよびＺ方向に移動することができる。
【００２３】
暗箱１２の外部において試料１０の下方には、ＬＳＩテスタ３０が設置されている。テスタ３０は、試料１０に電圧信号を供給してＩＣ中に光を発生させる。テスタ３０のインタフェースボード３１は、ケーブル３２によって試料１０上のＩＣに接続されている。テスタ３０は、ケーブル３２を通じて電圧信号を試料１０のＩＣに供給する。
【００２４】
試料１０上から発した光は対物レンズ２０によって集光され、光学系１８を通じてＣＣＤカメラ１６へ送られる。ＣＣＤカメラ１６は、試料１０の発光像を表す画像信号を生成する。ＣＣＤカメラ１６は、後述するディスプレイモニタに接続されており、画像信号はそのモニタに送られる。これにより、モニタ上に試料１０の発光像が表示される。
【００２５】
ＬＳＭユニット１４は、レーザ光を用いて試料１０を走査し、ＩＣパターン像を取得する。ＬＳＭユニット１４は、暗箱１２の外部に設置されたデータ処理装置（図示せず）に接続されており、ＩＣパターン像はそのデータ処理装置に送られる。データ処理装置は、ＣＣＤカメラ１６によって取得された発光像をＩＣパターン像に重ねた画像を生成し、ディスプレイモニタ上に表示してもよい。
【００２６】
以下では、図２〜図５を参照しながら対物レンズ２０の構造を説明する。図２〜図４は、対物レンズ２０を示す斜視図、側面図および後端面図である。図５は、対物レンズ２０の概略縦断面図である。
【００２７】
図５に示されるように、対物レンズ２０は、筒状のケース４０に収容されたレンズ系３５を有する。レンズ系３５は、互いに離間した第１および第２のレンズ群３７および３８を有する。これらのレンズ群は共通の光軸３６を有している。レンズ群３７および３８は、光軸３６に沿って物体側から順次に配置されている。第１レンズ群３７は３枚の単レンズ３９₁〜３９₃から構成されている。第２レンズ群３８は１０枚の単レンズ３９₄〜３９₁₃から構成されている。第１および第２レンズ群間の距離を調節することにより、レンズ系３５の収差を補正することができる。
【００２８】
ケース４０は、光軸３６を中心に対称な形状を有している。ケース４０の先端には収差補正機構４２が設けられている。収差補正機構４２は、第１レンズ群３７と第２レンズ群３８との距離を変更してレンズ系３５の球面収差を調整するための手段である。図５に示されるように、収差補正機構４２は、補正環４３およびレンズホルダ部品４４〜４７を有する。
【００２９】
補正環４３は、ケース４０の外側面に設けられた突起４０ｂと補正環４３の前端面に当接する面板４８とによってケース４０に取り付けられた筒状体である。補正環４３はケース４０を取り囲み、光軸３６を中心としてケース４０に対して相対的に回転することができる。補正環４３は、ケース４０の径方向、すなわち光軸３６と垂直な方向に突出する環状のギア５０を有している。
【００３０】
図３に示されるように、補正環４３の前側部分には、補正環４３を貫通する円弧状の溝４３ａが設けられている。この溝４３ａは一定の幅を有し、補正環４３の周方向に対してわずかに傾斜した方向に延びている。図５に示されるように、溝４３ａはケース４０の側壁４０ａを貫通する穴４０ｃと連通している。貫通穴４０ｃの径は溝４３ａの幅よりも大きい。
【００３１】
補正環４３の中央部にはフランジ４９が固定されている。フランジ４９はケース５０の径方向に沿って延びている。図５に示されるように、フランジ４９の周縁は、ギア５０を越えて突出している、
レンズホルダ部品４４〜４７は、ケース４０の内側面に取り付けられ、第１レンズ群３７中のレンズ３９₁〜３９₃を保持する。レンズホルダ部品４４は、ケース４０の側壁４０ａに対して前後に摺動可能な筒状体である。レンズホルダ部品４４の中央部には、レンズホルダ部品４４を貫通するネジ穴４４ａが設けられている。ネジ穴４４ａは、補正環４３の溝４３ａおよび側壁４０ａの貫通穴４０ｃと連通している。ネジ穴４４ａの径は溝４３ａの幅よりも小さい。ネジ穴４４ａには、溝４３ａおよび穴４０ｃを貫通するネジ付きピン４１がねじ込まれている。レンズホルダ部品４４の前側部分には、コイルバネ５１を収容する穴４４ｂが設けられている。コイルバネ５１の両端は、穴４４ｂの底および面板４８と当接する。面板４８は接着剤５２を用いてケース４０の側壁４０ａに固定されている。
【００３２】
補正環４３を回転させるとピン４１は溝４３ａに沿って移動する。溝４３ａが補正環４３の周方向に対して斜めに延びているので、ピン４１の移動ベクトルには、光軸３６の方向の成分が含まれる。したがって、補正環４３の回転に伴いピン４１は光軸３６に沿って前方または後方に移動する。ピン４１はレンズホルダ部品４４に固定されているので、ピン４１の移動に伴いレンズホルダ部品４４が移動する。これにより、第１レンズ群３７を光軸３６に沿って前方または後方に移動させ、第１および第２レンズ群間の距離を調節することができる。
【００３３】
ケース４０の基端には、雄ネジ５３が設けられている。雄ネジ５３は対物レンズ２０をレボルバ２２に取り付けるために使用される。レボルバ２２は雌ネジが切られた取付穴を有しており、そこに対物レンズ２０がねじ込まれる。
【００３４】
ケース４０の側壁４０ａには、複数の取付穴５４が設けられている。図２および図３に示されるように、これらの取付穴５４は２列に並んでいる。各列において取付穴５４は、ケース４０の周方向に沿って等間隔に配置されている。取付穴５４は雌ネジが切られている。
【００３５】
取付穴５４は、収差補正機構４２用の駆動装置５６をケース４０の外側面に取り付けるために使用される。図２及び図３に示されるように、駆動装置５６は、駆動モータ５７、スリーブ５８、ベース５９、シャフト６０およびピニオンギア６１を有している。駆動モータ５７は減速ギアボックスを有する。スリーブ５８は、駆動モータ５７の外側面を取り囲んで保持する。図５に示されるように、駆動モータ５７は止めネジ６３を用いてスリーブ５８に固定される。スリーブ５８はベース５９上に設置されている。ベース５９には複数のネジ穴５９ａが設けられている。ネジ穴５９ａをケース４０の取付穴５４に位置合わせし、六角レンチを使用して六角穴付きボルト６２をネジ穴５９ａおよび取付穴５４にねじ込むことにより、駆動装置５６がケース４０に取り付けられる。シャフト６０は駆動モータ５７に接続されており、駆動モータ５７が作動に応じて回転する。ピニオンギア６１はシャフト６０の先端に設けられており、シャフト６０の回転に伴って回転する。駆動モータ５７はピニオン６１を正方向および逆方向の双方に回転させることができる。駆動装置５６が取付穴５４およびボルト６２を用いてケース４０に取り付けられると、ピニオン６１は環状ギア５０とかみ合う。
【００３６】
取付穴５４は、センサホルダ６４をケース４０の外側面に取り付けるために使用することもできる。センサホルダ６４は、複数の近接センサ６５〜６７を保持する円弧状の部材である。センサホルダ６４には、ネジ穴６４ａが設けられている。ネジ穴６４ａをケース４０の取付穴５４に位置合わせし、六角穴付きボルト６８をネジ穴６４ａおよび取付穴５４にねじ込むことにより、センサホルダ６４をケース４０に取り付けることができる。センサホルダ６４には、ネジ穴６４ａより径の小さな３個のネジ穴６４ｂも設けられている。近接センサ６５〜６７は、これらのネジ穴６４ｂに止めネジ７０をねじ込むことによりセンサホルダ６４に固定される。
【００３７】
近接センサ６５〜６７は、被検体７２の接近を磁気的に検知する。近接センサ６５〜６７は、自身の前方を横切るように移動する被検体７２が十分に接近すると検出信号を生成する。この検出信号はケーブル７１〜７３を通じて出力される。センサ６５は、センサ６６および６７の間に配置されている。センサ６５と６６との間隔は、センサ６５と６７との間隔よりも短い。以下では、センサ６５を基準センサと呼び、センサ６６および６７を第１および第２補助センサと呼ぶことにする。
【００３８】
被検体７２は平らな頭を持った金属製のピンである。被検体７２は取付環７３によって保持されている。被検体７２は取付環７３の後端面に設けられた穴に圧入されている。被検体７２の頭は取付環７３の後端面から突出している。取付環７３は補正環４３の後端部を覆うように補正環４３に同軸に装着される。図５に示されるように、取付環７３はネジ穴７３ａを有している。ネジ穴７３ａに止めネジ７４をねじ込むことにより、補正環４３に取付環７３を固定することができる。止めネジ７４によって固定しなければ、取付環７３を補正環４３に対して相対的に回転させて、被検体７２の位置を調整することができる。取付環７３が補正環４３に固定されると、被検体７２はギア５０の回転に伴ってギア５０と同軸に回転する。ギア５０の回転により第１レンズ群３７が移動するので、被検体７２は第１レンズ群３７の位置に対応することになる。
【００３９】
後述するように、基準センサ６５はギア５０の回転の起点を定めるために使用される。また、補助センサ６６および６７は、ギア５０の回転量を制限して、第１レンズ群３７の過度の移動を防止するために使用される。補助センサ６６および６７の間隔は、第１レンズ群３７の許容最大移動量に対応する。言い換えると、これらの補助センサの位置は、第１レンズ群３７および第２レンズ群３８間の距離の許容最大値および許容最小値に対応する。試料１０の観察を開始する際、被検体７２は基準センサ６５と第２補助センサ６７の間に配置される。
【００４０】
図６は、レボルバ２２に取り付けられた対物レンズ２０を示す斜視図である。レボルバ２２は、複数の対物レンズ２０を取り付けることの可能な回転盤７５および回転盤７５を収容する筐体７６を有する。図７は、筐体７６に収容されるレボルバ駆動機構を示す斜視図である。筐体７６内には、レボルバ駆動モータ（図示せず）のシャフト７９に接続されたプーリ８０が配置される。回転盤７５とプーリ８０との間には、ベルト８１が掛け渡されている。図６に示されるように、レボルバ駆動モータは筐体７６の突出部７７に収容されている。また、プーリ８０は筐体７６の突出部７８に収容されている。レボルバ駆動モータが作動すると、回転盤７５が回転する。これにより、観察に使用される対物レンズ、すなわち光学系１８と結合される対物レンズが切り替えられる。
【００４１】
図６に示されるように、プーリ８０を収容する突出部７８は対物レンズ２０の一つと隣接している。対物レンズ２０を回転盤７５に取り付けるときは、対物レンズ２０を回転盤７５のネジ穴にねじ込む。このとき、対物レンズ２０に収差補正機構４２の駆動装置５６が固定されていると、駆動装置５６が突出部７８と干渉し、対物レンズ２０の取り付けが困難になる。したがって、対物レンズ２０をレボルバ２２に取り付けるときは、駆動装置５６を対物レンズ２０から取り外す。これにより、対物レンズ２０の取り付けが容易になる。
【００４２】
以下では、図８〜図１０を参照しながら、収差補正機構４２の駆動制御について説明する。図８は、本実施形態の半導体デバイス検査装置１００の構成の一部を概略的に示すブロック図である。図９は、駆動制御の流れを示すフローチャートである。図１０は、被検体７２の動きを示す概略図である。簡単のため、ＣＣＤカメラ１６を使用した試料１０からの発光像の観察における収差補正機構４２の駆動制御を説明する。このため、図８では、ＬＳＭユニット１４、Ｘ軸ステージ２４およびＹ軸ステージ２６が省略されている。ただし、ＬＳＭユニット１４を使用したデバイスパターン像の取得時にも同様の駆動制御が行われる。図８には、光学系１８に含まれる結像レンズ１８ａが図示されている。結像レンズ１８ａは、ＣＣＤカメラ１６と対物レンズ２０とを光学的に結合する。
【００４３】
図８に示されるように、光検出部８０の動作は制御装置９０により制御される。制御装置９０は、データ処理装置としても機能する。制御装置９０は、例えば、パーソナルコンピュータであってもよい。制御装置９０は、ＣＰＵ９１、メモリ９２、モータ駆動回路９３、センサ駆動回路９４、ステージ駆動回路９５、入力装置９６およびディスプレイモニタ９７を有する。
【００４４】
ＣＰＵ９１は、メモリ９２、モータ駆動回路９３、センサ駆動回路９４、ステージ駆動回路９５および入力装置９６に接続されている。ＣＰＵ９１は光検出部８０の動作を制御し、試料１０上のＩＣの検査を実行する。メモリ９２には、ＩＣの検査に必要なプログラムおよびデータが格納されている。そのデータには、収差補正機構４２の駆動制御に必要なデータも含まれている。
【００４５】
モータ駆動回路９３は、駆動装置５６の駆動モータ５７に接続されており、駆動モータ５７に動作電力を供給する。センサ駆動回路９４は、近接センサ６５〜６７に接続されており、これらに動作電力を供給する。また、センサ駆動回路９４は、センサ６５〜６７から検出信号を受け取り、ＣＰＵ９１に転送する。ステージ駆動回路９５はステージ駆動モータ２９に接続されており、ステージ駆動モータ２９に動作電力を供給する。ステージ駆動モータ２９は、この動作電力の供給に応じてＺ軸ステージ２８を駆動する。これにより、対物レンズ２０がＺ軸方向に移動し、対物レンズ２０と試料１０との距離が変化する。
【００４６】
入力装置９６は、例えば、キーボードやマウスである。入力装置９６は、制御装置９０に命令およびデータを入力するために使用される。オペレータは、入力装置９６を用いて命令を制御装置９０に入力することにより、Ｚ軸ステージ２８を自由に移動させることができる。
【００４７】
図９を参照しながら、試料１０の観察手順を説明する。まず、試料１０を暗箱１２内の所定の位置に設置する（ステップＳ９０２）。試料１０は、対物レンズ２０から所定の距離だけ離して配置される。すでに述べたように、試料１０は基板の裏面を上向きにして配置される。
【００４８】
次に、オペレータが入力装置９６を操作して、測定深さの初期値としてゼロを制御装置９０に入力する（ステップＳ９０４）。ここで、測定深さとは、対物レンズ２０と対向する試料１０の表面、すなわち基板の裏面から、試料１０中の観察部位までの深さを意味する。測定深さゼロは、基板の裏面を示す。ＣＰＵ９１は、測定深さゼロの入力に応答してステージ駆動回路９５を制御し、Ｚ軸ステージ２８を駆動して、基板の裏面に対物レンズ２０の焦点を合わせる（ステップＳ９０６）。基板の裏面を観察する場合、対物レンズ２０は基板を透過した光を検出するわけではない。このため、球面収差は十分に小さく、その補正は不要である。したがって、ステップＳ９０６では、制御装置９０は第１レンズ群３７を移動させない。
【００４９】
次に、オペレータは、検査すべきＩＣの実際の深さを測定深さとして制御装置９０に入力する（ステップＳ９０８）。試料１０の基板の裏面は光検出部８０内に設置される前に研磨される。この研磨加工の際に基板の厚みが調べられる。この厚みに基づいて基板裏面からのＩＣの深さを推定することができる。
【００５０】
測定深さが入力されると、制御装置９０は駆動モータ５７を作動させ、ギア５０を第１補助センサ６６に向けて回転させる（ステップＳ９１０）。ギア５０の回転に伴い、被検体７２も第１補助センサ６６に向けて回転する。図１０（ａ）に示されるように、被検体７２の初期位置は、基準センサ６５の検出領域６５ａと第２補助センサ６７の検出領域６７ａとの間にある。被検体７２はこの初期位置から第１補助センサ６６へ向かって移動する。図１０（ｂ）に示されるように、被検体７２は基準センサ６５の前方を通過し、第１補助センサ６６の検出領域６６ａに入り、第１補助センサ６６によって検出される（ステップＳ９１２）。第１補助センサ６６は、検出信号を生成してＣＰＵ９１に送る。
【００５１】
ＣＰＵ９１は第１補助センサ６６から検出信号を受け取ると、駆動モータ５７をいったん停止させ、その後、回転方向を反転させて再び作動させる（ステップＳ９１４）。これにより、被検体７２は第１補助センサ６６の検出領域６６ａから基準センサ６５に向かって回転する。図１０（ｃ）に示されるように、被検体７２が基準センサ６５の検出領域６５ａに入ると、基準センサ６５は検出信号をＣＰＵ９１へ送る（ステップＳ９１６）。ＣＰＵ９１は、その検出信号に応答して駆動モータ５７を停止させる（ステップＳ９１８）。このときのギア５０の位置が、この後に収差補正のために行われるギア５０の回転の起点である。
【００５２】
起点を決定するためのギア５０の回転に伴い、第１レンズ群３７が移動する。しかし、第１レンズ群３７の移動によって対物レンズ２０の焦点位置はほとんど変化しない。対物レンズ２０の焦点が基板裏面に合わせられているので、第１レンズ群３７の移動による対物レンズ２０の球面収差の変化はわずかである。このため、球面収差は十分に小さいままである。
【００５３】
ギア回転の起点の決定後、ＣＰＵ９１は、ステップＳ９０８で入力された測定深さに応じて、収差補正機構４２用の駆動モータ５７およびステージ駆動モータ２９を作動させる（ステップＳ９２０）。メモリ９２には、測定深さの様々な値にモータ５７および２９の駆動量を対応付けるテーブルが格納されている。テーブル内のモータ５７の駆動量は、測定深さに応じた球面収差の適切な補正を達成するための数値である。つまり、この駆動量は、測定深さがゼロから別の値に変化したときに、どれだけ第１レンズ群３７を移動させれば適切な球面収差が得られるかを示している。また、テーブル内のモータ２９の駆動量は、測定深さにおける適切な焦点合わせを達成するための数値である。つまり、この駆動量は、測定深さがゼロから別の値に変化したときに、どれだけＺ軸ステージ２８を移動させれば適切な球面収差が得られるかを示している。これらのモータ駆動量は、あらかじめ実験により測定され、あるいはシミュレーションよって計算される。
【００５４】
ＣＰＵ９１はこのテーブルを読み取り、入力された測定深さに応じたモータ５７および２９の駆動量を決定する。ＣＰＵ９１は、決定した駆動量をモータ駆動回路９３およびステージ駆動回路９５に指示する。駆動回路９３および９５は、指示された駆動量だけモータ５７および２９を作動させ、その後、これらのモータを停止させる。これにより、測定深さに応じた回転量だけギア５０が回転する。これに応じて第１レンズ群３７が光軸３６に沿って移動し、球面収差が補正される。また、測定深さに応じた距離だけＺ軸ステージ２８が移動し、入力された測定深さに位置する試料１０中の部位に焦点が合わせられる。このようにして、収差補正と焦点合わせが同時に行われる。
【００５５】
図１０（ｄ）に示されるように、モータの駆動量は被検体７２が第２補助センサの検出領域６７ａに入らない程度に抑えられる。規定の許容範囲を超える測定深さを誤って入力した場合、図１０（ｅ）に示されるように、被検体７２が第２補助センサ６７の検出領域６７ａに入る可能性がある。この場合、第２補助センサ６７は検出信号をＣＰＵ９１に送り、ＣＰＵ９１は直ちにモータ５７および２９を停止させる。これにより、第１レンズ群３７が過度に移動して破損することが防がれる。結果として、ギア５０の回転量は被検体７２がセンサ６５と６７の間に位置する範囲に制限される。
【００５６】
この後、ＣＣＤカメラ１６が測定深さにおける試料１０の発光像を撮像する（ステップＳ９２２）。得られた画像はディスプレイモニタ９７へ送られ、そこで表示される。オペレータは表示される画像を検査し、画像が適切か否かを判断する（ステップＳ９２４）。画像の解像力が不足していたり焦点合わせが十分でない場合、オペレータは画像を不適切と判断する（ステップＳ９２４にてＮｏ）。このとき、処理はステップＳ９０８に戻り、制御装置９０は測定深さの入力を再び待機する。オペレータは測定深さを再入力して、試料１０の撮像を再実行させることができる。モニタ９７に適切な画像が表示されると（ステップＳ９２４にてＹｅｓ）、処理は完了する。
【００５７】
このように、デバイス検査装置１００を用いて試料１０の任意の深さにおける発光像を取得し観察することができる。測定深さが変更されると、駆動装置５６を用いて第１レンズ群３７が移動され、球面収差が機械的に調整される。これにより、測定深さの違いに応じた球面収差が補正される。
【００５８】
以下では、本実施形態の利点を説明する。第１に、デバイス検査装置１００は、駆動装置５６を用いた収差補正機構４２の機械的な駆動により対物レンズ２０の収差を精密に補正できる。制御装置９０は、様々な測定深さに対応する最適な駆動量のデータを所有しており、この駆動量にしたがって対物レンズ２０の球面収差を調整する。したがって、手動で収差補正機構４２を動かす場合に比べて精密に球面収差を補正できる。また、手動で収差補正機構４２を動かす場合、暗箱１２を開けて対物レンズ２０に手を伸ばすことになる。このような作業は面倒なだけでなく、暗箱１２を開けることにより暗箱１２内の温度環境が変化し、半導体デバイスの検査に影響を与える可能性もある。本実施形態では、暗箱１２の外部に設置された制御装置９０を操作することにより、暗箱１２を開けることなく収差が補正される。したがって、この点でも、駆動装置５６を用いた収差補正は優れている。
【００５９】
第２に、対物レンズ２０はレボルバ２２への取り付けが容易である。これは、駆動装置５６が対物レンズ２０に対して着脱自在だからである。駆動装置５６を装着せずに対物レンズ２０をレボルバ２２に取り付ければ、レボルバ２２の突出部７８が駆動装置５６と干渉することもない。
【００６０】
第３に、装置１００は第１レンズ群３７の初期位置にかかわらず対物レンズ２０の収差を補正できる。本実施形態では、試料１０の表面に焦点を合わせた状態で基準センサ６５を用いて被検体７２を検出し、そのときの第１レンズ群３７の位置から測定深さに応じた距離だけ第１レンズ群３７を移動して収差を補正する。したがって、収差の補正が第１レンズ群３７の初期位置に左右されることはない。
【００６１】
第４に、第１レンズ群３７の過度の移動を防止し、それによりレンズ系３５および収差補正機構４２の破損を防ぐことができる。これは、第１および第２補助センサ６６および６７が被検体７２を検出すると、制御装置９０が駆動装置５６を停止するからである。これにより第１レンズ群３７の移動範囲が制限され、過度の移動が防止される。
【００６２】
第５に、ケース４０の製造工程を簡略化することができる。これは、駆動装置５６とセンサホルダ６４が共通の取付穴５４を用いてケース４０に取り付けられ、形状の異なる取付穴をケース４０に設ける必要がないからである。また、取付穴５４はケース４０の周方向に沿って等間隔に設けられているため、駆動装置５６およびセンサホルダ６４の取付位置の自由度が高い。
【００６３】
第６に、駆動装置５６によってギア５０を駆動させるときに摩耗によって屑が発生しても、それが試料１０へ届きにくい。これは、フランジ４９が屑受けとして機能するからである。フランジ４９はギア５０に対して突出しているため、ギア５０およびピニオン６１から生じる摩耗屑を受け取ることができる。これにより対物レンズ２０の前方に摩耗屑が届きにくくなり、試料１０を摩耗屑から保護することができる。なお、フランジ４９は、手動で駆動機構５６を動かすときに持ち手として使用することもできる。フランジ４９はギア５０よりも径が大きいので、ギア５０を直接つかむよりも操作がしやすい。
【００６４】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６５】
上記実施形態では、試料１０を観察するための光学装置として、エミッション顕微鏡等の半導体デバイス検査装置１００が挙げられている。しかし、本発明に係る対物レンズは他の任意の光学装置に使用することができる。
【００６６】
上記実施形態ではセンサ６５〜６７として、被検体の接近を磁気的に検出する近接センサが使用されている。しかし、この代わりに、他の方式の近接センサ、例えば被検体の接近を光学的に検出する光センサや、被検体７２との接触による電気的導通を利用して被検体を検出する接触式センサを使用してもよい。
【００６７】
上記実施形態では被検体７２として金属製のピンが使用されている。この代わりに、ギア５０の回転に伴って移動する任意の標識を使用することができる。このような位置決め用の標識を適切な近接センサで検出すれば、上記実施形態と同様にギア５０の回転の起点を定めたり、第１レンズ群３７の移動範囲を制限することができる。
【００６８】
上記実施形態においてセンサホルダ６４は、どの取付穴５４を用いて対物レンズ２０に取り付けてもレボルバ２２と干渉しない寸法を有している。したがって、センサホルダ６４およびセンサ６５〜６７を対物レンズ２０に固定してもよい。しかし、センサホルダ６４が着脱自在だと、対物レンズ２０をレボルバ２２に取り付け、レンズ系３５の初期配置を手動で決めた後、都合の良い位置にセンサホルダ６４を取り付けることができ、便利である。
【００６９】
上記実施形態では、オペレータが収差補正機構４２の駆動制御において測定深さの初期値ゼロを制御装置９０に入力する。しかし、制御装置９０は、オペレータによる初期値ゼロの入力の有無にかかわらず、自動的に試料１０の基板裏面に焦点を合わせてもよい。
【００７０】
上記実施形態では、対物レンズ２０に収容されるレンズ系３５が二つのレンズ群３７および３８から構成されている。しかし、可能であれば、レンズ群３７および３８の一方または双方が単レンズであってもよい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の対物レンズは、着脱自在の駆動装置を用いて駆動される収差補正機構を有しているので、レボルバへの取り付けを妨げることなく収差を補正できる。収差補正機構に含まれるギアの回転の起点が基準センサを用いて定められるので、レンズの初期配置に左右されずに収差を補正できる。したがって、この対物レンズを備える光学装置は、シリコン基板上に設けられた半導体デバイスを基板の裏面側から好適に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体デバイス検査装置の光検出部の構成を示す概略図である。
【図２】対物レンズを示す斜視図である。
【図３】対物レンズを示す側面図である。
【図４】対物レンズを示す後端面図である。
【図５】対物レンズを示す概略縦断面図で
【図６】レボルバに取り付けられた対物レンズを示す斜視図である。
【図７】レボルバ駆動機構を示す斜視図である。
【図８】デバイス検査装置１００の構成の一部を概略的に示すブロック図である。
【図９】収差補正機構の駆動制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】被検体の動きを示す概略図である。
【符号の説明】
１０…試料、２０…対物レンズ、２２…レボルバ、４２…収差補正機構、４９…フランジ、５０…環状ギア、５６…収差補正機構用の駆動装置、６５〜６７…近接センサ、７２…位置決め標識としての被検体、７３…センサホルダ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an objective lens, and more particularly to an objective lens suitable for observation of a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
An objective lens having an aberration correction function is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In general, a plurality of objective lenses having different magnifications are attached to the revolver. The objective lens used for observing the sample is switched by the rotation of the revolver.
[0003]
An objective lens may be used for observation of a semiconductor device. For example, a certain semiconductor device inspection apparatus identifies an abnormal location in a device by detecting extremely weak light generated from the semiconductor device. At this time, in order to avoid a shielding object such as multilayer wiring formed on the silicon substrate, an objective lens is disposed on the back side of the substrate, and light emission from the device is observed through the silicon substrate.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-169101 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-030754
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an objective lens capable of precise aberration correction.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As described in Patent Document 1, in a microscope, it is necessary to correct spherical aberration caused by an error in the thickness of the cover glass. For this purpose, an objective lens having an aberration correction function is used. Silicon widely used as a material for a substrate of a semiconductor device has a very high refractive index compared to a cover glass used in a microscope. The semiconductor device includes an observation object located at various depths from the back surface of the silicon substrate. For this reason, particularly when a semiconductor device is observed from the back surface of the silicon substrate, the thickness of silicon contained between the back surface of the substrate and the observation object greatly affects the spherical aberration of the objective lens due to the high refractive index of silicon. Therefore, in order to obtain a sufficient resolving power in the microscopic observation of the semiconductor device, it is necessary to correct the aberration according to the thickness of the silicon substrate.
[0007]
Therefore, the present invention realizes precise aberration correction by enabling mechanical control of the aberration correction mechanism of the objective lens. In this case, it is necessary to attach a driving device for the aberration correction mechanism to the objective lens. However, when the driving device is fixed to the objective lens, when the objective lens is attached to the revolver, it may interfere with the protruding portion of the revolver, which may make attachment difficult. For this reason, an attachment hole is provided on the outer surface of the case of the objective lens, and the drive device can be attached and detached using the attachment hole.
[0008]
In one aspect, the present invention relates to an objective lens capable of correcting aberrations using a detachable drive device. The objective lens is provided on the outer surface of the case along the circumferential direction of the case, the first and second lenses that are spaced apart from each other along the optical axis, the cylindrical case that accommodates these lenses A plurality of mounting holes used for mounting the drive device to the case, and an annular gear that surrounds the case along the circumferential direction of the case and is rotatable relative to the case about a single rotation axis And a positioning mark that rotates coaxially with the rotation of the gear, and a reference sensor that is attached to the outer surface of the case and detects the approach of the positioning mark. When the drive device is attached to the case using one or more of the attachment holes, the drive device engages with the gear, and the drive device and the gear rotate in conjunction with each other. The distance between the first and second lenses changes according to the rotation of the gear. Each of the first and second lenses may be a single lens or a lens group composed of a plurality of lenses.
[0009]
When the gear is rotated using the driving device, the distance between the first and second lenses changes, and the aberration characteristics of the objective lens change accordingly. If the drive device is appropriately controlled using a control device such as a computer, the aberration of the objective lens can be accurately corrected without manual operation. Further, by using the driving device, it is possible to correct the aberration of the objective lens installed in the dark box without opening the dark box. Since the drive device is detachable, it does not prevent the objective lens from being attached to the revolver. If the drive device is detached from the objective lens when the objective lens is attached to the revolver, the attaching operation becomes easy.
[0010]
The position of the positioning mark that rotates in conjunction with the gear corresponds to the distance between the first and second lenses. When the gear is rotated, the positioning mark moves and is detected by the reference sensor. Rotate the gear while focusing on the surface of the sample, specify the position of the gear where the positioning mark is detected by the reference sensor, and rotate from the position according to the depth of the part in the sample to be observed If only the gear is rotated, the aberration can be corrected without being influenced by the initial value of the distance between the lenses.
[0011]
The objective lens according to the present invention may further include first and second auxiliary sensors that detect the approach of the positioning mark. The first and second auxiliary sensors may be attached to the outer surface of the case so as to be separated from the reference sensor along the circumferential direction of the case. The reference sensor is disposed between the first and second auxiliary sensors. If the rotation of the gear is stopped or reversed when each auxiliary sensor detects the approach of the positioning mark, the fluctuation range of the inter-lens distance can be limited. As a result, it is possible to prevent the lens from being damaged due to an excessive change in the distance between the lenses.
[0012]
The distance along the case circumferential direction between the reference sensor and the first auxiliary sensor may be shorter than the distance along the case circumferential direction between the reference sensor and the second auxiliary sensor. If the reference sensor is arranged close to one auxiliary sensor, the gear can be continuously rotated while the positioning mark moves between the reference sensor and the other auxiliary sensor. For this reason, the amount of variation in the distance between the lenses due to the rotation of the gear can be increased. Therefore, the aberration of the objective lens can be corrected over a wide range.
[0013]
The objective lens of the present invention may further include a sensor holder that holds the reference sensor and the first and second auxiliary sensors. The sensor holder may be detachably attached to the case using one or more of the above attachment holes. By attaching the sensor holder to the case, attachment of a plurality of sensors can be completed simultaneously. Since a common mounting hole is used for the drive device and the sensor holder, the manufacturing process of the case is simplified. If the gear is rotated by the rotation amount corresponding to the depth of the observation site from the position of the gear where the positioning mark is detected by the reference sensor, the aberration can be corrected without being influenced by the mounting position of the sensor holder.
[0014]
The objective lens of the present invention may further include a mounting ring that has a positioning mark and can be fixed to the gear so as to face the reference sensor. When there are first and second auxiliary sensors in addition to the reference sensor, the mounting ring also faces these auxiliary sensors. When the attachment ring is not fixed to the gear, the attachment ring can be rotated relative to the gear about the rotation axis. Therefore, the position of the positioning mark relative to the reference sensor can be adjusted by rotating the mounting ring.
[0015]
An annular flange fixed to the gear so as to surround the case may be further provided. The flange protrudes beyond the gear along the radial direction of the case. For this reason, even if waste is generated due to wear when the gear is rotated by the drive device, the flange receives the waste. Therefore, wear debris does not reach the sample observed with the objective lens. The flange also serves as a handle for manually rotating the gear.
[0016]
In another aspect, the present invention relates to an optical device for observing a sample. The optical device operates the objective lens arranged to face the sample, the drive device attached to the objective lens, and the drive device according to the output of the reference sensor, and rotates the gear of the objective lens. And a control device. The control device rotates the gear in one direction until the reference sensor detects the positioning mark, and then rotates the gear in the same direction by the rotation amount corresponding to the depth of the site to be observed in the sample.
[0017]
The control device adjusts the distance between the first and second lenses in the objective lens by rotating the gear by an amount of rotation corresponding to the depth of the observation region, and corrects the aberration of the objective lens. Regardless of the initial arrangement of the first and second lenses, the gear is rotated starting from the position where the reference sensor detects the positioning mark. Therefore, the aberration can be corrected without being influenced by the initial value of the inter-lens distance.
[0018]
The objective lens may further include first and second auxiliary sensors that detect the approach of the positioning mark. The first and second auxiliary sensors may be attached to the outer surface of the case so as to be separated from the reference sensor along the circumferential direction of the case. The drive may be able to rotate the gear both in the forward direction and vice versa. The first auxiliary sensor may be separated from the reference sensor along the forward direction, and the second auxiliary sensor may be separated from the reference sensor along the reverse direction. The control device rotates the gear in the forward direction until the first auxiliary sensor detects the positioning mark, then rotates the gear in the reverse direction until the reference sensor detects the positioning mark, and then observes in the sample. The gear may be rotated in the reverse direction by the amount of rotation corresponding to the depth of the region to be processed. Note that the rotation of the gear may be stopped before the rotation of the gear is reversed. Further, the control device may stop or reverse the rotation of the gear when the second auxiliary sensor detects the positioning mark.
[0019]
When the first and second auxiliary sensors detect the approach of the positioning mark, the rotation of the gear is reversed or stopped. Thereby, the fluctuation range of the inter-lens distance is limited. Accordingly, it is possible to prevent the lens from being damaged due to an excessive change in the distance between the lenses.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0021]
The present embodiment relates to an objective lens used in a light detection unit of a semiconductor device inspection apparatus. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the light detection unit 80 of the device inspection apparatus. The device inspection apparatus identifies an abnormal location in the IC by detecting extremely weak light emitted from the integrated circuit (IC) on the sample 10. The sample 10 is a semiconductor device chip in which an IC is formed on a silicon substrate. The sample 10 is placed in the dark box 12 with the device formation surface of the substrate facing down, that is, with the back surface of the substrate facing up.
[0022]
An LSM (laser scanning microscope) unit 14 and a CCD camera 16 are installed above the sample 10 in the dark box 12. The LSM unit 14 and the CCD camera 16 are optically coupled to the objective lens 20 via the optical system 18. A plurality of objective lenses 20 having different magnifications are prepared. These objective lenses 20 are attached to a revolver 22. One of these objective lenses 20 is disposed immediately above the sample 10 and is used for acquiring light from the sample 10. By rotating the revolver 22, the objective lens 20 directed to the sample 10 can be selected. In the dark box 12, the optical system 18 is fixed to the X stage 24, the Y stage 26, and the Z stage 28. These stages can move the optical system 18 and the objective lens 20 in the X, Y, and Z directions.
[0023]
An LSI tester 30 is installed below the sample 10 outside the dark box 12. The tester 30 supplies a voltage signal to the sample 10 to generate light in the IC. The interface board 31 of the tester 30 is connected to the IC on the sample 10 by a cable 32. The tester 30 supplies a voltage signal to the IC of the sample 10 through the cable 32.
[0024]
Light emitted from the sample 10 is collected by the objective lens 20 and sent to the CCD camera 16 through the optical system 18. The CCD camera 16 generates an image signal representing a light emission image of the sample 10. The CCD camera 16 is connected to a display monitor described later, and an image signal is sent to the monitor. Thereby, the light emission image of the sample 10 is displayed on a monitor.
[0025]
The LSM unit 14 scans the sample 10 using laser light and acquires an IC pattern image. The LSM unit 14 is connected to a data processing device (not shown) installed outside the dark box 12, and the IC pattern image is sent to the data processing device. The data processing apparatus may generate an image obtained by superimposing the light emission image acquired by the CCD camera 16 on the IC pattern image and display the image on the display monitor.
[0026]
Hereinafter, the structure of the objective lens 20 will be described with reference to FIGS. 2 to 4 are a perspective view, a side view, and a rear end view showing the objective lens 20. FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of the objective lens 20.
[0027]
As shown in FIG. 5, the objective lens 20 has a lens system 35 housed in a cylindrical case 40. The lens system 35 includes first and second lens groups 37 and 38 that are spaced apart from each other. These lens groups have a common optical axis 36. The lens groups 37 and 38 are sequentially arranged from the object side along the optical axis 36. The first lens group 37 includes three single lenses 39. ₁ ~ 39 _Three It is composed of The second lens group 38 includes ten single lenses 39. _Four ~ 39 ₁₃ It is composed of The aberration of the lens system 35 can be corrected by adjusting the distance between the first and second lens groups.
[0028]
The case 40 has a symmetrical shape about the optical axis 36. An aberration correction mechanism 42 is provided at the tip of the case 40. The aberration correction mechanism 42 is a means for adjusting the spherical aberration of the lens system 35 by changing the distance between the first lens group 37 and the second lens group 38. As shown in FIG. 5, the aberration correction mechanism 42 includes a correction ring 43 and lens holder parts 44 to 47.
[0029]
The correction ring 43 is a cylindrical body attached to the case 40 by a protrusion 40 b provided on the outer surface of the case 40 and a face plate 48 that abuts the front end surface of the correction ring 43. The correction ring 43 surrounds the case 40 and can rotate relative to the case 40 about the optical axis 36. The correction ring 43 has an annular gear 50 that protrudes in the radial direction of the case 40, that is, in a direction perpendicular to the optical axis 36.
[0030]
As shown in FIG. 3, an arc-shaped groove 43 a that passes through the correction ring 43 is provided in the front portion of the correction ring 43. The groove 43 a has a certain width and extends in a direction slightly inclined with respect to the circumferential direction of the correction ring 43. As shown in FIG. 5, the groove 43 a communicates with a hole 40 c that penetrates the side wall 40 a of the case 40. The diameter of the through hole 40c is larger than the width of the groove 43a.
[0031]
A flange 49 is fixed to the center of the correction ring 43. The flange 49 extends along the radial direction of the case 50. As shown in FIG. 5, the periphery of the flange 49 protrudes beyond the gear 50.
The lens holder parts 44 to 47 are attached to the inner side surface of the case 40, and the lens 39 in the first lens group 37. ₁ ~ 39 _Three Hold. The lens holder component 44 is a cylindrical body that can slide back and forth with respect to the side wall 40 a of the case 40. A screw hole 44 a that penetrates the lens holder part 44 is provided at the center of the lens holder part 44. The screw hole 44a communicates with the groove 43a of the correction ring 43 and the through hole 40c of the side wall 40a. The diameter of the screw hole 44a is smaller than the width of the groove 43a. A threaded pin 41 passing through the groove 43a and the hole 40c is screwed into the screw hole 44a. A hole 44 b for accommodating the coil spring 51 is provided in the front portion of the lens holder component 44. Both ends of the coil spring 51 are in contact with the bottom of the hole 44b and the face plate 48. The face plate 48 is fixed to the side wall 40 a of the case 40 using an adhesive 52.
[0032]
When the correction ring 43 is rotated, the pin 41 moves along the groove 43a. Since the groove 43 a extends obliquely with respect to the circumferential direction of the correction ring 43, the movement vector of the pin 41 includes a component in the direction of the optical axis 36. Accordingly, the pin 41 moves forward or backward along the optical axis 36 as the correction ring 43 rotates. Since the pin 41 is fixed to the lens holder component 44, the lens holder component 44 moves as the pin 41 moves. Thereby, the first lens group 37 can be moved forward or backward along the optical axis 36 to adjust the distance between the first and second lens groups.
[0033]
A male screw 53 is provided at the base end of the case 40. The male screw 53 is used to attach the objective lens 20 to the revolver 22. The revolver 22 has a mounting hole in which a female screw is cut, into which the objective lens 20 is screwed.
[0034]
A plurality of mounting holes 54 are provided in the side wall 40 a of the case 40. As shown in FIGS. 2 and 3, these mounting holes 54 are arranged in two rows. In each row, the mounting holes 54 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the case 40. The attachment hole 54 is internally threaded.
[0035]
The attachment hole 54 is used for attaching the driving device 56 for the aberration correction mechanism 42 to the outer surface of the case 40. As shown in FIGS. 2 and 3, the drive device 56 includes a drive motor 57, a sleeve 58, a base 59, a shaft 60 and a pinion gear 61. The drive motor 57 has a reduction gear box. The sleeve 58 surrounds and holds the outer surface of the drive motor 57. As shown in FIG. 5, the drive motor 57 is fixed to the sleeve 58 using a set screw 63. The sleeve 58 is installed on the base 59. The base 59 is provided with a plurality of screw holes 59a. The screw device 59 is attached to the case 40 by aligning the screw hole 59a with the mounting hole 54 of the case 40 and screwing the hexagon socket head bolt 62 into the screw hole 59a and the mounting hole 54 using a hexagon wrench. The shaft 60 is connected to a drive motor 57, and the drive motor 57 rotates according to the operation. The pinion gear 61 is provided at the tip of the shaft 60 and rotates as the shaft 60 rotates. The drive motor 57 can rotate the pinion 61 in both the forward direction and the reverse direction. When the drive device 56 is attached to the case 40 using the attachment hole 54 and the bolt 62, the pinion 61 engages with the annular gear 50.
[0036]
The attachment hole 54 can also be used for attaching the sensor holder 64 to the outer surface of the case 40. The sensor holder 64 is an arc-shaped member that holds the plurality of proximity sensors 65 to 67. The sensor holder 64 is provided with a screw hole 64a. The sensor holder 64 can be attached to the case 40 by aligning the screw hole 64 a with the attachment hole 54 of the case 40 and screwing the hexagon socket head cap screw 68 into the screw hole 64 a and the attachment hole 54. The sensor holder 64 is also provided with three screw holes 64b having a diameter smaller than that of the screw holes 64a. The proximity sensors 65 to 67 are fixed to the sensor holder 64 by screwing a set screw 70 into these screw holes 64b.
[0037]
The proximity sensors 65 to 67 magnetically detect the approach of the subject 72. The proximity sensors 65 to 67 generate a detection signal when the subject 72 moving so as to cross the front of the proximity sensor sufficiently approaches. This detection signal is output through cables 71-73. The sensor 65 is disposed between the sensors 66 and 67. The distance between the sensors 65 and 66 is shorter than the distance between the sensors 65 and 67. Hereinafter, the sensor 65 will be referred to as a reference sensor, and the sensors 66 and 67 will be referred to as first and second auxiliary sensors.
[0038]
The subject 72 is a metal pin having a flat head. The subject 72 is held by a mounting ring 73. The subject 72 is press-fitted into a hole provided in the rear end surface of the mounting ring 73. The head of the subject 72 protrudes from the rear end surface of the mounting ring 73. The attachment ring 73 is coaxially attached to the correction ring 43 so as to cover the rear end portion of the correction ring 43. As shown in FIG. 5, the mounting ring 73 has a screw hole 73a. The mounting ring 73 can be fixed to the correction ring 43 by screwing the set screw 74 into the screw hole 73a. If it is not fixed by the set screw 74, the position of the subject 72 can be adjusted by rotating the attachment ring 73 relative to the correction ring 43. When the attachment ring 73 is fixed to the correction ring 43, the subject 72 rotates coaxially with the gear 50 as the gear 50 rotates. Since the first lens group 37 is moved by the rotation of the gear 50, the subject 72 corresponds to the position of the first lens group 37.
[0039]
As will be described later, the reference sensor 65 is used to determine the starting point of the rotation of the gear 50. The auxiliary sensors 66 and 67 are used to limit the amount of rotation of the gear 50 and prevent excessive movement of the first lens group 37. The distance between the auxiliary sensors 66 and 67 corresponds to the allowable maximum movement amount of the first lens group 37. In other words, the positions of these auxiliary sensors correspond to the allowable maximum value and the allowable minimum value of the distance between the first lens group 37 and the second lens group 38. When starting observation of the sample 10, the subject 72 is disposed between the reference sensor 65 and the second auxiliary sensor 67.
[0040]
FIG. 6 is a perspective view showing the objective lens 20 attached to the revolver 22. The revolver 22 includes a turntable 75 to which a plurality of objective lenses 20 can be attached and a casing 76 that houses the turntable 75. FIG. 7 is a perspective view showing a revolver drive mechanism housed in the casing 76. A pulley 80 connected to a shaft 79 of a revolver drive motor (not shown) is disposed in the housing 76. A belt 81 is stretched between the turntable 75 and the pulley 80. As shown in FIG. 6, the revolver drive motor is accommodated in the protruding portion 77 of the housing 76. The pulley 80 is accommodated in the protruding portion 78 of the housing 76. When the revolver drive motor operates, the turntable 75 rotates. Thereby, the objective lens used for observation, that is, the objective lens coupled to the optical system 18 is switched.
[0041]
As shown in FIG. 6, the protrusion 78 that houses the pulley 80 is adjacent to one of the objective lenses 20. When attaching the objective lens 20 to the turntable 75, the objective lens 20 is screwed into the screw hole of the turntable 75. At this time, if the driving device 56 of the aberration correction mechanism 42 is fixed to the objective lens 20, the driving device 56 interferes with the protruding portion 78, and it becomes difficult to attach the objective lens 20. Therefore, when attaching the objective lens 20 to the revolver 22, the drive device 56 is removed from the objective lens 20. Thereby, attachment of the objective lens 20 becomes easy.
[0042]
Hereinafter, drive control of the aberration correction mechanism 42 will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a block diagram schematically showing a part of the configuration of the semiconductor device inspection apparatus 100 of the present embodiment. FIG. 9 is a flowchart showing the flow of drive control. FIG. 10 is a schematic diagram showing the movement of the subject 72. For simplicity, drive control of the aberration correction mechanism 42 in the observation of the light emission image from the sample 10 using the CCD camera 16 will be described. For this reason, in FIG. 8, the LSM unit 14, the X-axis stage 24, and the Y-axis stage 26 are omitted. However, the same drive control is performed when a device pattern image is acquired using the LSM unit 14. FIG. 8 shows an imaging lens 18 a included in the optical system 18. The imaging lens 18a optically couples the CCD camera 16 and the objective lens 20.
[0043]
As shown in FIG. 8, the operation of the light detection unit 80 is controlled by the control device 90. The control device 90 also functions as a data processing device. The control device 90 may be a personal computer, for example. The control device 90 includes a CPU 91, a memory 92, a motor drive circuit 93, a sensor drive circuit 94, a stage drive circuit 95, an input device 96 and a display monitor 97.
[0044]
The CPU 91 is connected to the memory 92, the motor drive circuit 93, the sensor drive circuit 94, the stage drive circuit 95, and the input device 96. The CPU 91 controls the operation of the light detection unit 80 and inspects the IC on the sample 10. The memory 92 stores programs and data necessary for IC inspection. The data includes data necessary for drive control of the aberration correction mechanism 42.
[0045]
The motor drive circuit 93 is connected to the drive motor 57 of the drive device 56 and supplies operating power to the drive motor 57. The sensor driving circuit 94 is connected to the proximity sensors 65 to 67 and supplies operating power to them. The sensor drive circuit 94 receives detection signals from the sensors 65 to 67 and transfers them to the CPU 91. The stage drive circuit 95 is connected to the stage drive motor 29 and supplies operating power to the stage drive motor 29. The stage drive motor 29 drives the Z-axis stage 28 according to the supply of this operating power. As a result, the objective lens 20 moves in the Z-axis direction, and the distance between the objective lens 20 and the sample 10 changes.
[0046]
The input device 96 is, for example, a keyboard or a mouse. The input device 96 is used to input commands and data to the control device 90. The operator can freely move the Z-axis stage 28 by inputting a command to the control device 90 using the input device 96.
[0047]
The observation procedure of the sample 10 will be described with reference to FIG. First, the sample 10 is set at a predetermined position in the dark box 12 (step S902). The sample 10 is arranged at a predetermined distance from the objective lens 20. As already described, the sample 10 is arranged with the back surface of the substrate facing upward.
[0048]
Next, the operator operates the input device 96 to input zero as the initial value of the measurement depth to the control device 90 (step S904). Here, the measurement depth means the depth from the surface of the sample 10 facing the objective lens 20, that is, the back surface of the substrate, to the observation site in the sample 10. A measurement depth of zero indicates the back side of the substrate. The CPU 91 controls the stage driving circuit 95 in response to the input of the measurement depth of zero, drives the Z-axis stage 28, and focuses the objective lens 20 on the back surface of the substrate (step S906). When observing the back surface of the substrate, the objective lens 20 does not detect light transmitted through the substrate. For this reason, spherical aberration is sufficiently small and correction thereof is unnecessary. Therefore, in step S906, the control device 90 does not move the first lens group 37.
[0049]
Next, the operator inputs the actual depth of the IC to be inspected to the control device 90 as the measurement depth (step S908). The back surface of the substrate of the sample 10 is polished before being placed in the light detection unit 80. The thickness of the substrate is examined during this polishing process. Based on this thickness, the depth of the IC from the back surface of the substrate can be estimated.
[0050]
When the measurement depth is input, the control device 90 operates the drive motor 57 to rotate the gear 50 toward the first auxiliary sensor 66 (step S910). As the gear 50 rotates, the subject 72 also rotates toward the first auxiliary sensor 66. As shown in FIG. 10A, the initial position of the subject 72 is between the detection area 65 a of the reference sensor 65 and the detection area 67 a of the second auxiliary sensor 67. The subject 72 moves from the initial position toward the first auxiliary sensor 66. As shown in FIG. 10B, the subject 72 passes in front of the reference sensor 65, enters the detection area 66a of the first auxiliary sensor 66, and is detected by the first auxiliary sensor 66 (step S912). The first auxiliary sensor 66 generates a detection signal and sends it to the CPU 91.
[0051]
When the CPU 91 receives the detection signal from the first auxiliary sensor 66, the CPU 91 temporarily stops the drive motor 57, and then reverses the rotation direction to operate again (step S914). Accordingly, the subject 72 rotates from the detection region 66a of the first auxiliary sensor 66 toward the reference sensor 65. As shown in FIG. 10C, when the subject 72 enters the detection area 65a of the reference sensor 65, the reference sensor 65 sends a detection signal to the CPU 91 (step S916). The CPU 91 stops the drive motor 57 in response to the detection signal (step S918). The position of the gear 50 at this time is a starting point of the rotation of the gear 50 that is performed for aberration correction thereafter.
[0052]
The first lens group 37 moves with the rotation of the gear 50 for determining the starting point. However, the focal position of the objective lens 20 hardly changes due to the movement of the first lens group 37. Since the objective lens 20 is focused on the back surface of the substrate, the change in spherical aberration of the objective lens 20 due to the movement of the first lens group 37 is slight. For this reason, the spherical aberration remains sufficiently small.
[0053]
After determining the gear rotation starting point, the CPU 91 operates the drive motor 57 and the stage drive motor 29 for the aberration correction mechanism 42 in accordance with the measurement depth input in step S908 (step S920). The memory 92 stores a table that associates the driving amounts of the motors 57 and 29 with various values of the measurement depth. The driving amount of the motor 57 in the table is a numerical value for achieving appropriate correction of spherical aberration in accordance with the measurement depth. That is, this drive amount indicates how much the first lens group 37 can be moved to obtain an appropriate spherical aberration when the measurement depth changes from zero to another value. The driving amount of the motor 29 in the table is a numerical value for achieving appropriate focusing at the measurement depth. That is, this driving amount indicates how much the appropriate spherical aberration can be obtained by moving the Z-axis stage 28 when the measurement depth changes from zero to another value. These motor drive amounts are measured in advance by experiments or calculated by simulation.
[0054]
The CPU 91 reads this table and determines the drive amounts of the motors 57 and 29 according to the input measurement depth. The CPU 91 instructs the determined drive amount to the motor drive circuit 93 and the stage drive circuit 95. The drive circuits 93 and 95 operate the motors 57 and 29 by the instructed drive amount, and then stop these motors. As a result, the gear 50 rotates by the amount of rotation corresponding to the measurement depth. Accordingly, the first lens group 37 moves along the optical axis 36, and the spherical aberration is corrected. Further, the Z-axis stage 28 is moved by a distance corresponding to the measurement depth, and a portion in the sample 10 located at the input measurement depth is focused. In this way, aberration correction and focusing are performed simultaneously.
[0055]
As shown in FIG. 10D, the driving amount of the motor is suppressed to such an extent that the subject 72 does not enter the detection area 67a of the second auxiliary sensor. When the measurement depth exceeding the prescribed allowable range is input by mistake, the subject 72 may enter the detection area 67a of the second auxiliary sensor 67 as shown in FIG. In this case, the second auxiliary sensor 67 sends a detection signal to the CPU 91, and the CPU 91 immediately stops the motors 57 and 29. This prevents the first lens group 37 from being excessively moved and damaged. As a result, the rotation amount of the gear 50 is limited to a range where the subject 72 is located between the sensors 65 and 67.
[0056]
Thereafter, the CCD camera 16 takes a light emission image of the sample 10 at the measurement depth (step S922). The obtained image is sent to the display monitor 97 where it is displayed. The operator examines the displayed image and determines whether the image is appropriate (step S924). If the resolution of the image is insufficient or focusing is not sufficient, the operator determines that the image is inappropriate (No in step S924). At this time, the process returns to step S908, and the control device 90 again waits for the input of the measurement depth. The operator can re-input the measurement depth and re-execute imaging of the sample 10. When an appropriate image is displayed on monitor 97 (Yes in step S924), the process is completed.
[0057]
In this way, a light emission image at an arbitrary depth of the sample 10 can be acquired and observed using the device inspection apparatus 100. When the measurement depth is changed, the first lens group 37 is moved using the driving device 56, and the spherical aberration is mechanically adjusted. Thereby, the spherical aberration according to the difference in measurement depth is corrected.
[0058]
Below, the advantage of this embodiment is demonstrated. First, the device inspection apparatus 100 can accurately correct the aberration of the objective lens 20 by mechanical driving of the aberration correction mechanism 42 using the driving device 56. The control device 90 possesses data of optimum driving amounts corresponding to various measurement depths, and adjusts the spherical aberration of the objective lens 20 according to the driving amounts. Therefore, spherical aberration can be corrected more precisely than when the aberration correction mechanism 42 is moved manually. When the aberration correction mechanism 42 is moved manually, the dark box 12 is opened and the hand is extended to the objective lens 20. Such an operation is not only troublesome, but opening the dark box 12 may change the temperature environment in the dark box 12 and may affect the inspection of the semiconductor device. In the present embodiment, the aberration is corrected without opening the dark box 12 by operating the control device 90 installed outside the dark box 12. Therefore, aberration correction using the driving device 56 is excellent also in this point.
[0059]
Second, the objective lens 20 can be easily attached to the revolver 22. This is because the drive device 56 is detachable from the objective lens 20. If the objective lens 20 is attached to the revolver 22 without attaching the driving device 56, the protrusion 78 of the revolver 22 does not interfere with the driving device 56.
[0060]
Third, the apparatus 100 can correct the aberration of the objective lens 20 regardless of the initial position of the first lens group 37. In the present embodiment, the subject 72 is detected using the reference sensor 65 while being focused on the surface of the sample 10, and the first distance from the position of the first lens group 37 at that time according to the measurement depth is the first. The aberration is corrected by moving the lens group 37. Therefore, the correction of aberration does not depend on the initial position of the first lens group 37.
[0061]
Fourth, excessive movement of the first lens group 37 can be prevented, thereby preventing damage to the lens system 35 and the aberration correction mechanism 42. This is because the control device 90 stops the driving device 56 when the first and second auxiliary sensors 66 and 67 detect the subject 72. This restricts the movement range of the first lens group 37 and prevents excessive movement.
[0062]
Fifth, the manufacturing process of the case 40 can be simplified. This is because the drive device 56 and the sensor holder 64 are attached to the case 40 using the common attachment hole 54, and it is not necessary to provide attachment holes with different shapes in the case 40. Further, since the mounting holes 54 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the case 40, the degree of freedom of the mounting positions of the driving device 56 and the sensor holder 64 is high.
[0063]
Sixth, even if debris is generated due to abrasion when the gear 50 is driven by the driving device 56, it is difficult to reach the sample 10. This is because the flange 49 functions as a waste receptacle. Since the flange 49 protrudes with respect to the gear 50, wear debris generated from the gear 50 and the pinion 61 can be received. This makes it difficult for wear debris to reach the front of the objective lens 20 and protects the sample 10 from wear debris. The flange 49 can also be used as a handle when the drive mechanism 56 is manually moved. Since the diameter of the flange 49 is larger than that of the gear 50, it is easier to operate than to directly hold the gear 50.
[0064]
The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
[0065]
In the above embodiment, the semiconductor device inspection apparatus 100 such as an emission microscope is cited as an optical apparatus for observing the sample 10. However, the objective lens according to the present invention can be used in any other optical device.
[0066]
In the above-described embodiment, proximity sensors that magnetically detect the approach of the subject are used as the sensors 65 to 67. However, instead of other types of proximity sensors, for example, an optical sensor that optically detects the approach of the subject, or a contact sensor that detects the subject using electrical continuity due to contact with the subject 72 May be used.
[0067]
In the above embodiment, a metal pin is used as the subject 72. Alternatively, any sign that moves with the rotation of the gear 50 can be used. If such a positioning marker is detected by an appropriate proximity sensor, the starting point of the rotation of the gear 50 can be determined and the moving range of the first lens group 37 can be limited as in the above embodiment.
[0068]
In the above-described embodiment, the sensor holder 64 has a size that does not interfere with the revolver 22 even if it is attached to the objective lens 20 using any attachment hole 54. Therefore, the sensor holder 64 and the sensors 65 to 67 may be fixed to the objective lens 20. However, if the sensor holder 64 is detachable, the sensor holder 64 can be attached at a convenient position after the objective lens 20 is attached to the revolver 22 and the initial arrangement of the lens system 35 is determined manually. .
[0069]
In the embodiment described above, the operator inputs the initial value of the measurement depth to the control device 90 in the drive control of the aberration correction mechanism 42. However, the control device 90 may automatically focus on the back surface of the substrate of the sample 10 regardless of whether or not the operator inputs an initial value of zero.
[0070]
In the above embodiment, the lens system 35 accommodated in the objective lens 20 is constituted by two lens groups 37 and 38. However, if possible, one or both of the lens groups 37 and 38 may be a single lens.
[0071]
【The invention's effect】
Since the objective lens of the present invention has an aberration correction mechanism that is driven using a detachable drive device, it can correct aberrations without hindering attachment to the revolver. Since the starting point of rotation of the gear included in the aberration correction mechanism is determined using the reference sensor, the aberration can be corrected without being influenced by the initial arrangement of the lenses. Therefore, the optical device including the objective lens can preferably observe the semiconductor device provided on the silicon substrate from the back side of the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a light detection unit of a semiconductor device inspection apparatus.
FIG. 2 is a perspective view showing an objective lens.
FIG. 3 is a side view showing an objective lens.
FIG. 4 is a rear end view showing the objective lens.
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing an objective lens.
FIG. 6 is a perspective view showing an objective lens attached to a revolver.
FIG. 7 is a perspective view showing a revolver drive mechanism.
8 is a block diagram schematically showing a part of the configuration of the device inspection apparatus 100. FIG.
FIG. 9 is a flowchart showing a flow of drive control of the aberration correction mechanism.
FIG. 10 is a schematic view showing movement of a subject.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sample, 20 ... Objective lens, 22 ... Revolver, 42 ... Aberration correction mechanism, 49 ... Flange, 50 ... Annular gear, 56 ... Driving device for aberration correction mechanism, 65-67 ... Proximity sensor, 72 ... As positioning mark Subject, 73... Sensor holder.

Claims

An objective lens capable of correcting aberrations using a removable drive device,
First and second lenses spaced apart from each other along an optical axis;
A cylindrical case for housing the first and second lenses;
A plurality of mounting holes provided on the outer surface of the case along the circumferential direction of the case and used for mounting the driving device to the case;
An annular gear that surrounds the case along the circumferential direction of the case and is rotatable relative to the case about a single rotation axis;
A positioning mark that rotates coaxially with the rotation of the gear;
A reference sensor attached to the outer surface of the case for detecting the approach of the positioning mark;
With
When the driving device is attached to the case using one or more of the mounting holes, the driving device engages with the gear, and the driving device and the gear rotate in conjunction with each other,
The distance between the first and second lenses changes according to the rotation of the gear.
Objective lens.

The objective lens according to claim 1, further comprising first and second auxiliary sensors that detect approach of the positioning mark.
The first and second auxiliary sensors are attached to the outer surface of the case so as to be separated from the reference sensor along the circumferential direction of the case.
The reference sensor is disposed between the first and second auxiliary sensors;
The objective lens according to claim 1.

The objective lens according to claim 2, wherein a distance along the circumferential direction between the reference sensor and the first auxiliary sensor is shorter than a distance along the circumferential direction between the reference sensor and the second auxiliary sensor. .

The objective lens according to claim 2, further comprising a sensor holder that holds the reference sensor and the first and second auxiliary sensors.
The sensor holder is detachably attached to the case using one or more of the attachment holes.
The objective lens according to claim 2 or 3.

The objective lens according to any one of claims 1 to 4, further comprising an attachment ring having the positioning mark and capable of being fixed to the gear so as to face the reference sensor.
When the mounting ring is not fixed to the gear, it can be rotated relative to the gear about the rotation axis.
The objective lens in any one of Claims 1-4.

The objective lens according to claim 1, further comprising an annular flange fixed to the gear so as to surround the case.
The flange protrudes beyond the gear along the radial direction of the case;
The objective lens in any one of Claims 1-5.

An optical device for observing a sample,
The objective lens according to claim 1, wherein the objective lens is disposed to face the sample.
The driving device attached to the objective lens;
A control device for operating the drive device according to the output of the reference sensor and rotating the gear;
With
The control device rotates the gear in one direction until the reference sensor detects the positioning mark, and then rotates the gear in the one direction by a rotation amount corresponding to the depth of the site to be observed in the sample. Rotate to
Optical device.

The objective lens further includes first and second auxiliary sensors for detecting the approach of the positioning mark,
The first and second auxiliary sensors are attached to the outer surface of the case so as to be separated from the reference sensor along the circumferential direction of the case.
The drive device can rotate the gear in both the forward direction and the reverse direction,
The first auxiliary sensor is separated from the reference sensor along the positive direction,
The second auxiliary sensor is spaced apart from the reference sensor along the opposite direction;
The control device rotates the gear in the forward direction until the first auxiliary sensor detects the positioning mark, and then rotates the gear in the reverse direction until the reference sensor detects the positioning mark. And then rotate the gear in the reverse direction by the amount of rotation according to the depth of the site to be observed in the sample,
The control device stops or reverses the rotation of the gear when the second auxiliary sensor detects the positioning mark.
The optical device according to claim 7.