JP4643994B2 - 固浸レンズホルダ - Google Patents

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Description

本発明は、固浸レンズのホルダに関するものである。
観察対象物の画像を拡大するレンズとして固浸レンズ(SIL:Solid Immersion Lens)が知られている。この固浸レンズは、半球形状又はワイエルストラス球と呼ばれる超半球形状のレンズで、その大きさが1mm〜5mm程度の微小レンズである。そして、この固浸レンズを観察対象物の表面に密着させて設置すると、開口数(NA)及び倍率が共に拡大されるため、高い空間分解能での観察が可能となる。
この固浸レンズを観察対象物に確実に密着させる技術として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1に記載の半導体検査装置では、対物レンズの前方(観察対象物側)に固浸レンズホルダを介して固浸レンズを取り付けている。固浸レンズホルダの先端部には、バルブが取り付けられたチャンバーを有しており、チャンバー内に固浸レンズを収容している。このバルブを通してチャンバー内の圧力を調節することで、固浸レンズを固浸レンズの光軸方向に移動させて観察対象物と固浸レンズとの光学的結合を実現している。
この固浸レンズホルダの外形は、対物レンズ側から固浸レンズ側に向かって内径が小さくなったテーパ形状であって、固浸レンズからの光束は、固浸レンズホルダ内を通って対物レンズに入射するようになっている。
米国特許第6621275号明細書
しかしながら、特許文献1に記載の半導体検査装置のように、固浸レンズを頂点とするテーパ形状の固浸レンズホルダで保持すると、観察対象物としてのIC(半導体デバイス)がソケット内に収容されている場合やICが樹脂でモールドされたモールド型ICを検査する場合には、以下のような問題が生じる。
すなわち、例えば、モールド型IC(試料)内のICを観察する場合を例にして説明すると、半導体デバイスとしてのICは、プラスチックモールド内に埋設されているため、ICを観察する場合には、モールド部分を切除してICの裏面を露出させる。この場合、観察対象物としてのICは、凹部の底面に位置することになる。そのため、固浸レンズホルダがテーパ形状を有していると、ICの周縁部近傍では、凹部の側壁と固浸レンズホルダの外周面とが接触(干渉する)場合が生じる。その結果として、ICの周縁部近傍を観察できないという問題点がある。
そこで、本発明は、観察対象物が試料の凹部内に配置されている場合でも観察対象物の周縁部のより近くまで観察可能な固浸レンズホルダを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る固浸レンズホルダは、対物レンズの先端部に取り付けられるベース部と、ベース部に設けられており、対物レンズの光軸方向に延在すると共に先端部において固浸レンズを保持するレンズ保持部とを備え、レンズ保持部は、固浸レンズからベース部側に出力される光が、レンズ保持部の外側を通ってベース部に向かうように固浸レンズを保持しており、ベース部は、固浸レンズからベース部側に出力される光を対物レンズ側に通過させる透光部を有することを特徴とする。
この場合、ベース部には透光部が形成されているので、固浸レンズからの光束を確実に対物レンズに入射できる。そのため、固浸レンズをレンズ保持部で保持していても観察対象物を観察することが可能である。また、対物レンズの光軸方向に延在するレンズ保持部で固浸レンズを保持しているので、例えば凹部の下面に位置する観察対象物を観察する際、固浸レンズを観察対象物の周縁部近傍まで移動させても凹部の側壁とレンズ保持部とが接触することが抑制されている。その結果、観察対象物の周縁部を観察可能である。
また、本発明に係る固浸レンズホルダでは、レンズ保持部は、光軸方向に延在すると共に、固浸レンズを受ける保持部材と、保持部材の先端部に設けられると共に、固浸レンズの底面を外側に露出させるための開口を有するレンズカバーとを有し、レンズ保持部は、保持部材とレンズカバーとの間に固浸レンズを収容することが好適である。なお、固浸レンズの底面とは、観察対象物に接触する側の面を意味する。
この構成では、保持部材が有するレンズ受け部とレンズカバーとの間に固浸レンズが収容されるので、固浸レンズがレンズ保持部から離脱することが防止されている。
また、本発明に係る固浸レンズホルダの保持部材は、固浸レンズを受ける複数のレンズ受け部を有していることが好ましい。これによって、固浸レンズをより安定した状態で保持することができる。また、複数のレンズ受け部で受けることによって、レンズ受け部の間において、固浸レンズからベース部側に向かって光を伝搬させることが可能である。
そして、本発明に係る固浸レンズホルダが有する複数のレンズ受け部は、保持部材の中心線に対して放射状に配置されていることが好ましい。この構成では、複数のレンズ受け部は、周方向に離れているので、固浸レンズの保持部材側の面を部分的に受けることになる。そのため、レンズ受け部で固浸レンズを受けた状態でも確実に固浸レンズからベース部側に光を出力させることができる。
更に、複数のレンズ受け部は、保持部材の中心線から互いに離れて配置されていることが好適である。これによって、保持部材の中心線に沿った光も対物レンズに入射させることが可能であり、固浸レンズからベース部側に出力される光を有効に利用できる。
また、本発明に係る固浸レンズホルダでは、レンズ保持部は、固浸レンズとの間に隙間を有することが好ましい。これによって、観察対象物の表面形状に固浸レンズを倣わせることが可能となり、その結果として、固浸レンズがより観察対象物に密着する。
更に、本発明に係る固浸レンズホルダが有する透光部としては、開口とすることができる。この場合、レンズ保持部のベース部側の端部は開口内に配置されており、ベース部は、レンズ保持部とベース部とを連結する連結部を有することが好ましい。この構成では、レンズ保持部が開口内に配置されていても、レンズ保持部とベース部とは連結部によって確実に連結される。
また、本発明に係る固浸レンズホルダが有するレンズ保持部は、ベース部に一体的に設けられていることが好ましい。この場合、固浸レンズホルダの製造が容易になる。
更に、本発明に係る固浸レンズホルダが有する透光部は、透光部材を有していてもよい。
また、本発明に係る固浸レンズホルダでは、ベース部に設けられると共に、透光部を通る光束を制限する絞りを更に備えることが好ましい。この場合、所望の大きさの光束を利用して観察対象物を観察できる。また、絞りは、例えば、対物レンズから出力され固浸レンズに入射させる光束の大きさを変更できるので、観察対象物に入射する光束の開口数(NA)を調整できることなり、その結果として、所望のNAで観察対象物を観察できる。
また、本発明に係る固浸レンズホルダでは、固浸レンズに加わる応力に応じて固浸レンズで観察する観察対象物を保護するように構成されていることが好ましい。
固浸レンズで観察対象物を観察する際には、固浸レンズを観察対象物に密着させる必要があるが、固浸レンズを観察対象物に押しつけすぎると、観察対象物に損傷を加える虞がある。固浸レンズを観察対象物に押しつけると、固浸レンズは、反作用によって力をうけるので、その結果として、固浸レンズを保持しているレンズ保持部に応力が係る。そのため、レンズ保持部に加わる応力に応じて観察対象物を保護することで、観察対象物に損傷を加えることなく固浸レンズホルダで保持された固浸レンズを利用して観察対象物を観察することができる。
更にまた、本発明に係る固浸レンズホルダでは、固浸レンズに加わる応力を検知する応力検知センサを更に備えることが好適である。
この場合、応力検知センサによってレンズ保持部に加わる応力を検知できるので、観察対象物に損傷を与えないように固浸レンズを観察対象物に密着させることができる。
また、本発明に係る固浸レンズホルダは、試料の凹部内に配置された観察対象物の観察に利用される固浸レンズを保持する固浸レンズホルダであって、対物レンズに取り付けられると共に、観察対象物の周縁部を観察するときに凹部の側壁に接触しないように固浸レンズを保持し、固浸レンズから対物レンズ側に出力される光束を対物レンズ側に通すことを特徴ととする。
この構成では、固浸レンズホルダで固浸レンズを保持しながら固浸レンズから対物レンズ側に出力される光を通すことが可能であるので、観察対象物を観察することができる。そして、固浸レンズホルダは、観察対象物の周縁部を観察するときに、凹部の側壁に接触しないように固浸レンズを保持しているので凹部内に配置された観察対象物の周縁部を確実に観察することが可能である。
本発明による固浸レンズホルダによれば、観察対象物が凹部内に配置されている場合でも観察対象物の周縁部のより近くまで観察可能である。
以下、図面と共に本発明に係る固浸レンズホルダの好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固浸レンズホルダを備えた半導体検査装置を示す構成図である。図2は、固浸レンズホルダの構成を示す構成図である。また、図3は、固浸レンズホルダの分解斜視図である。図4(a)は、図3のIV−IV線に沿った断面図であり、図4(b)は、図4(a)に示した固浸レンズホルダが有するレンズ保持部の先端部の拡大図である。図2では、固浸レンズホルダを対物レンズに装着し試料の観察時の状態を示している。図3、図4(a)及び図4(b)では、固浸レンズホルダが固浸レンズを保持した状態を示している。また、図4(b)は、固浸レンズが観察対象物に押しつけられた状態を示している。
図1及び図2に示すように、半導体検査装置1は、例えば、試料10であるモールド型半導体デバイスが有する半導体デバイス11(図2参照)を観察対象物とし、半導体デバイス11の画像を取得しその内部情報を検査する検査装置である。
「モールド型半導体デバイス」とは、半導体デバイスが11が樹脂12によってモールドされたものである。また、「内部情報」としては、半導体デバイスの回路パターンや半導体デバイスからの微弱発光が含まれる。この微弱発光としては、半導体デバイスの欠陥に基づく異常個所に起因するものや、半導体デバイス中のトランジスタのスイッチング動作に伴うトランジェント発光などが挙げられる。さらには、半導体デバイスの欠陥に基づく発熱も含まれる。
試料10は、樹脂12内に埋設された半導体デバイス11の裏面が露出するように樹脂12が切削された状態で、観察部Aに設けられたステージ2上に半導体デバイス11の裏面が上を向くように載置される。このように、試料10の一部を切削して半導体デバイス11の裏面を露出させているので、半導体デバイス11は、樹脂12が切削されてなる凹部13の底面に位置することになる。そして、検査装置1は、本実施形態にあっては、半導体デバイス11の図示下面(半導体デバイス11の基板表面に形成された集積回路等)を検査する。
半導体検査装置1は、半導体デバイス11の観察を行う観察部Aと、観察部Aの各部の動作を制御する制御部Bと、半導体デバイス11の検査に必要な処理や指示等を行う解析部Cと、を備えている。
観察部Aは、半導体デバイス11からの画像を取得する画像取得手段としての高感度カメラ3及びレーザスキャン光学系(LSM:Laser Scanning Microscope)ユニット4と、高感度カメラ3及びLSMユニット4と半導体デバイス11との間に配置される顕微鏡5の対物レンズ21を含む光学系20と、半導体デバイス11の拡大観察画像を得るための固浸レンズ6(図2参照)と、これらを直交するX−Y−Z方向に各々移動させるX−Y−Zステージ7と、を具備している。
光学系20は、上記対物レンズ21に加えて、カメラ用光学系22と、LSMユニット用光学系23と、を備えている。対物レンズ21は、倍率が異なるものが複数設けられ、切り換え可能とされている。また、対物レンズ21は、補正環24を有しており、補正環24を調整することで観察したい箇所に確実に焦点を合わせることが可能となっている。カメラ用光学系22は、対物レンズ21を通した半導体デバイス11からの光を高感度カメラ3に導き、高感度カメラ3は半導体デバイス11の回路パターン等の画像を取得する。
一方、LSMユニット用光学系23は、LSMユニット4からの赤外レーザ光をビームスプリッタ(不図示)で対物レンズ21側に反射し半導体デバイス11に導くと共に、対物レンズ21を通し高感度カメラ3に向かう半導体デバイス11からの反射レーザ光をLSMユニット4に導く。
このLSMユニット4は、赤外レーザ光をX−Y方向に走査し半導体デバイス11側に出射する一方で、半導体デバイス11からの反射光を光検出器(不図示)で検出する。この検出光の強度は、半導体デバイス11の回路パターンを反映した強度となっている。従って、LSMユニット4は、赤外レーザ光が半導体デバイス11をX−Y走査することで、半導体デバイス11の回路パターン等の画像を取得する。
X−Y−Zステージ7は、高感度カメラ3、LSMユニット4、光学系20及び固浸レンズ6等を、X−Y方向(水平方向;観察対象物である半導体デバイス11に対して平行を成す方向)及びこれに直交するZ方向(垂直方向)の各々に、必要に応じて移動するためのものである。
図2に示すように、固浸レンズ6は、半球形状の微小レンズであり、外部(例えば、顕微鏡の対物レンズ)に対する光の入出力面となると共に球面形状に形成された上面6aを備えた半球状部6bを有する。また、固浸レンズ6は、固浸レンズ6の中央部であって上面a側と反対方向に凸となすと共に、平面形状に形成された底面6cを備えた凸部6dを有する。この底面6cが半導体デバイス11に対する取付面となる。固浸レンズ6は、観察するための観察位置(図示上面)に、底面6cが密着することで、裏側となる半導体デバイス11の表面(図示下面)の拡大観察画像を得る。具体的には、半導体検査装置において使用される固浸レンズは、半導体デバイスの基板材料と実質的に同一またはその屈折率に近い、高屈折率材料からなる。その代表的な例としては、Si、GaP、GaAsなどが挙げられる。
このような微小な光学素子を半導体デバイスの基板表面に光学密着させることにより、半導体基板自身を固浸レンズの一部として利用する。固浸レンズを利用した半導体デバイスの裏面解析によれば、対物レンズの焦点を半導体基板表面に形成された集積回路に合わせた際に、固浸レンズの効果により、基板中にNAの高い光束を通すことが可能となり、高分解能化が期待できる。
このような固浸レンズ6のレンズ形状は、収差がなくなる条件によって決まるものである。半球形状を有する固浸レンズ6では、その球心が焦点となる。このとき、開口数(NA)および倍率はともにn倍となる。なお、固浸レンズ6の形状は、半球形状に限定されず、例えば、ワイエルストラス形状のものでもよい。
固浸レンズホルダ8Aは、対物レンズ21に対して固浸レンズ6を好適に保持するもので、対物レンズソケット9を介して対物レンズ21に取り付けられる。この固浸レンズホルダ8Aについては詳しくは後述する。対物レンズソケット9は、対物レンズ21の先端部に設けられており、固浸レンズホルダ8Aを対物レンズ21に取り付けるために利用される。そして、対物レンズ21に対して固浸レンズホルダ8Aを装着した状態で、半導体デバイス11の観察ができるように対物レンズソケット9は、その内側を光が通るようになっている。
制御部Bは、カメラコントローラ31と、レーザスキャン(LSM)コントローラ32と、ペリフェラルコントローラ33と、を備えている。カメラコントローラ31及びLSMコントローラ32は、高感度カメラ3及びLSMユニット4の動作を各々制御することで、観察部Aで行われる半導体デバイス11の観察の実行(画像の取得)や観察条件の設定等を制御する。
ペリフェラルコントローラ33は、X−Y−Zステージ7の動作を制御することで、半導体デバイス11の観察位置に対応する位置への高感度カメラ3、LSMユニット4及び光学系20等の移動、位置合わせ、焦点合わせ等を制御する。また、ペリフェラルコントローラ33は、対物レンズ21に取り付けられた補正環調整用モータ25を駆動して、補正環24を調整する。
解析部Cは、画像解析部41と指示部42とを備え、コンピュータにより構成されている。画像解析部41は、カメラコントローラ31及びLSMコントローラ32からの画像情報に対して必要な解析処理等を実施し、指示部42は、操作者からの入力内容や画像解析部41による解析内容等を参照し、制御部Bを介して、観察部Aにおける半導体デバイス11の検査の実行に関する必要な指示を行う。また、解析部Cにより取得又は解析された画像、データ等は、必要に応じて解析部Cに接続された表示装置43に表示される。
次に、特に本実施形態の特徴をなす固浸レンズホルダ8Aについて詳説する。なお、以下では、説明の簡略化のため、固浸レンズ6に対して対物レンズ21側を上側とし、試料10側を下側としている。
図3及び図4に示すように、固浸レンズホルダ8Aは、円板状のベース部50の中心からベース部50に略直交する方向にレンズ保持部60が延在したものであり、図3に示した矢印A1の方向からみた場合、その外形は略T字状である。
ベース部50は、対物レンズソケット9(図2参照)に螺合する周壁51を有しており、ベース部50を対物レンズソケット9に嵌め合わせることで、固浸レンズホルダ8Aは、対物レンズ21の光軸L上にベース部50の中心が位置するように取り付けられる。これによって、固浸レンズホルダ8Aに保持される固浸レンズ6の位置は、X−Y−Zステージ7を駆動することで調整できることになる。なお、周壁51の外面には、ベース部50を対物レンズソケット9に取り付けやすいようにローレットが形成されている。
また、ベース部50が有する底板52は、光束を通過させる透光部としての3つの開口53,53,53を有する。各開口53は、LSMユニット4から出力された光を固浸レンズ6側に通すと共に、半導体デバイス11によって反射され固浸レンズ6から出力された光を対物レンズ21側に通す。
各開口53は、略扇状であり、ベース部50の中心に対して互いに同心状であって周方向に等間隔に配置されている。これによって、隣り合う開口53,53間には、レンズ保持部60と底板52とを連結する3つの連結部54,54,54が等間隔で形成されることなる。言い換えれば、ベース部50は、底板52の中心に同心的に形成された円形の開口を横断し、底板52とレンズ保持部60とを連結する連結部54,54,54を有している。この3つの連結部54,54,54は、ベース部50の中心から放射状に延びている。
レンズ保持部60は、連結部54,54,54の交差部分からベース部50に略直交する方向に延在する保持部材61を有する。保持部材61は、各連結部54,54,54上に位置すると共に、固浸レンズ6を受けるレンズ受け部としての3つの保持片62,62,62からなる。
保持片62,62,62は、保持部材61の中心線に対して放射状(より具体的には、Y字状)に配置されており、各保持片62は、その幅dが保持部材61の中心線に向かうにつれて(言い換えれば、内側に向かうにつれて)狭くなるテーパ形状を有している。これによって、固浸レンズ6の上面6aに入出力される光のうち保持片62によって遮られる光量をより少なくすることができる。また、保持片62の光軸L方向の長さは、試料10の凹部13の深さ(光軸L方向の長さ)よりも長くなっいる。これにより、固浸レンズホルダ8Aは、固浸レンズ6を保持した状態で、試料10の凹部13下面に配置された半導体デバイス11を観察できる。
この保持片62,62,62とベース部50とは、例えば樹脂によって、保持部材61の中心線がベース部50の中心を通るように一体成形されている。これによって、対物レンズ21の光軸Lと保持部材61の中心線とは一致することになる。そのため、以下の説明では、保持部材61の中心線にも符号Lを付すものとする。
各保持片62,62,62は、その先端部(ベース部50と反対側の端部)に固浸レンズ6の上面6aの曲率と同じ曲率を有するレンズ受け面62a,62a,62aが形成されており、保持部材61は、3つのレンズ受け面62aによって固浸レンズ6を受けることになる。このため、保持部材61は、固浸レンズ6を安定的に受けることができる。また、各保持片62,62,62の先端部には、円筒形状のレンズカバー63を固定するための爪部62bが形成されている。
レンズカバー63は、底板64を有しており、底板64の周縁部には、爪部62bに嵌め合わされる周壁65が設けられている。周壁65の内径は、固浸レンズ6の外径よりも大きくなっている。底板64は、固浸レンズ6の底面6cを外側(試料10側)に突出させるための開口64aを有し、この開口64a(図4(b)参照)の直径は、固浸レンズ6における底面6c部分の外径よりも大きい。
この構成では、レンズ受け面62aとレンズカバー63との間に固浸レンズ6を配置してから、接着剤などによってレンズカバー63を保持部材61に固定することによって、固浸レンズ6は、レンズ受け面62aとレンズカバー63との間に底面6cを開口64aから突出した状態で収容されることになる。これにより、固浸レンズ6がレンズ保持部60から離脱することが防止されている。
そして、レンズカバー63が保持部材61に固定された状態では、底板64と3つのレンズ受け面62aで形成される固浸レンズ6の収容空間は、固浸レンズ6の半球状部6bよりも大きくなっている。したがって、レンズ保持部60は、固浸レンズ6に対してガタ、言い換えれば、クリアランス(隙間)を有する。
そのため、半導体デバイス11の観察時、固浸レンズ6は半導体デバイス11の表面形状に倣って固浸レンズ6が揺れ動くことが可能であり、例えば、半導体デバイス11が光軸Lに対して傾斜している場合でも半導体デバイス11の観察が可能である。また、固浸レンズ6と半導体デバイス11との密着度が向上する。また、このように固浸レンズ6が揺れ動いたとしても、固浸レンズ6で観察する位置は、球心と一致しているため、観察への影響はない。
次に、半導体検査装置1を利用して半導体デバイス11の画像を取得する方法の一例について説明する。
先ず、顕微鏡5が有する複数の対物レンズ21のうち、固浸レンズ6を付けていない対物レンズ21で固浸レンズ6によって半導体デバイス11を観察する位置を特定する。この観察位置の特定は、指示部42によってペリフェラルコントローラ33を介してX−Y−Zステージ7を駆動して行う。
観察位置を特定したら固浸レンズホルダ8Aが取り付けられた対物レンズ21に切り替えて観察を行う。この際、指示部42は、固浸レンズホルダ8Aが保持している固浸レンズ6の特性(固浸レンズ6の厚さや、屈折率など)、半導体デバイス11の基板厚さ、基板材質などに応じて、ペリフェラルコントローラ33を介して補正環調整用モータ25を駆動することで補正環24を適正な位置に合わせる。
また、指示部42は、上記固浸レンズ6の特性などに応じてペリフェラルコントローラ33を介して、X−Y−Zステージ7を駆動することで固浸レンズ6を半導体デバイス11に押しつけて密着させる。また、指示部42は、ペリフェラルコントローラ33を介してX−Y−Zステージ7を駆動することで対物レンズ21の焦点合わせを実施する。このように、固浸レンズ6が半導体デバイス11に密着しているときには、固浸レンズ6は、半導体デバイス11によってレンズ受け面62a側に押圧されることになるので、上面6aは、レンズ受け面62aに当接することになる(図4(b)参照)。
そして、対物レンズ21の焦点が合った状態で、指示部42は、LSMコントローラ32及びカメラコントローラ31を介して、LSMユニット4及び高感度カメラ3等を利用して半導体デバイス11の観察を実施する。
この観察において、LSMユニット4から出力された赤外レーザ光は、対物レンズ21を通して試料10側に出力される。対物レンズ21から出力された光は、ベース部50の開口53を通過して固浸レンズ6の上面6aから固浸レンズ6に入射して半導体デバイス11に向けて出力される。そして、赤外レーザ光によって照射されて半導体デバイス11から反射した光(反射光)は、再度固浸レンズ6に入射して固浸レンズ6の上面6aから出力される。より具体的には、半導体デバイス11からの反射光は、上面6aのうち、レンズ受け面62aに当接していない部分から出力される。
この固浸レンズ6から出力された反射光は、レンズ保持部60の外側(隣り合う保持片62の間を含む)を通ってベース部50側に伝搬する。そして、ベース部50の開口53を通過して、対物レンズ21に入射する。対物レンズ21に入射された反射光は、カメラ用光学系22によって高感度カメラ3に導かれ、高感度カメラ3は、半導体デバイス11の回路パターン等の画像を取得する。この半導体検査装置1において、固浸レンズ6の交換は、固浸レンズホルダ8Aを取り変えることで実施すればよい。この場合、微小な固浸レンズ6を直接取り扱わなくてもよいので、レンズ交換が容易である。
このようにレンズ交換の際には、固浸レンズホルダ8Aごと変えるため、保持部材61が有する保持片62には、レンズ保持部60が保持している固浸レンズ6を区別するための印として切り欠き等を形成しておくことが好ましい。これによって、固浸レンズホルダ8Aを見ただけで固浸レンズホルダ8Aで保持されている固浸レンズ6の特性(屈折率、厚さなど)を容易に知ることができる。固浸レンズ6を識別するための印としては、例えば、レンズ保持部60の色を変えることなども考えらえる。
以上説明したように、試料10が有する半導体デバイス11を半導体検査装置1を利用して検査する場合、固浸レンズホルダ8Aのレンズ保持部60が、対物レンズ21の光軸L方向(ベース部50に略直交する方向)に延在しており、固浸レンズホルダ8Aが略T字形状を有していることが重要である。
すなわち、レンズ保持部60が対物レンズ21の光軸L方向に延在していることから、レンズ保持部60と凹部13(図2参照)の側壁13aとは略平行になる。そのため、凹部13の下面に設けられた半導体デバイス11の周縁部近くまで固浸レンズ6を移動させても、レンズ保持部60と凹部13の側壁13aとが干渉(換言すれば、接触)しにくい。その結果として、固浸レンズ6を凹部13内に位置する半導体デバイス11の周縁部により近づけて観察することができる。なお、レンズ保持部60を凹部13の側壁13a近傍までより近づけられるように、レンズ保持部60の外径は、固浸レンズ6の外径より僅かに大きい程度が好ましい。
また、固浸レンズホルダ8Aでは、保持部材61の中心線Lに対して放射状に配置された3つの保持片62によって固浸レンズ6の上面6aを部分的に受けるので、光軸L方向に延在するレンズ保持部60が固浸レンズ6を保持していても、固浸レンズ6の上面6aのうち保持片62に当接していない部分から光を確実に入出力することが可能である。
そして、ベース部50が開口53を有していることから、固浸レンズホルダ8Aを対物レンズ21に取り付けていても、LSMユニット4から出力された光(赤外レーザ光)を、固浸レンズ6に入射でき、且つ、固浸レンズ6から出力される光も対物レンズ21に入射させることができている。
更に、固浸レンズホルダ8Aは、対物レンズ21に取り付けられているので、X−Y−Zステージ7で対物レンズ21を移動させることで、固浸レンズ6の位置を調整できる。そして、半導体デバイス11を観察するときには、対物レンズ21の光軸L方向に対物レンズ21を移動させることによって、固浸レンズ6を半導体デバイス11に密着させることになる。したがって、例えば、固浸レンズホルダ8Aを、図1に示したような正立型の顕微鏡5に限らず、倒立型の顕微鏡に適用しても、固浸レンズ6を半導体デバイス11に確実に密着させることができる。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る固浸レンズホルダ8Bの底面図である。図5では、固浸レンズホルダ8Bが固浸レンズ6を保持した状態を示している。
固浸レンズホルダ8Bの構成は、連結部81の延在方向(すなわち、ベース部50の径方向)において、連結部81,81,81の一部の幅が細くなっている点で、図3に示した固浸レンズホルダ8Aの構成と相違する。この点を中心として、固浸レンズホルダ8Bについて説明する。
連結部81の一部の幅が細くなっていることで、固浸レンズ6等を介して保持部材61に所定の応力が加わると連結部81が折れるようになっている。
固浸レンズ6で半導体デバイス11を観察する際には、固浸レンズ6を半導体デバイス11に密着させる必要があるため、固浸レンズ6を半導体デバイス11に押しつけることになる。この場合、例えば、固浸レンズ6を押しつけすぎると、半導体デバイス11が損傷する虞がある。これは、固浸レンズ6を半導体デバイス11上で走査する場合も同様である。
これに対して、固浸レンズホルダ8Bの構成では、連結部81の一部の幅が細くなっているので、固浸レンズ6が半導体デバイス11に押し付けられたとき、半導体デバイス11が損傷する前に連結部81,81,81が折れ、固浸レンズホルダ8Bの方が先に壊れるようになっている。
より詳細に説明すると、固浸レンズ6を押しつけたとき、固浸レンズ6は、半導体デバイス11から反作用として力を受ける。その結果、固浸レンズ6の上面6aに当接した保持部材61に応力が加わり、保持部材61に一体的に設けられている連結部81に応力が加わる。そして、その応力が所定の応力以上になったときに連結部81が折れる。そのため、半導体デバイス11の検査時、半導体デバイス11に一定以上の負荷が加わらないので、半導体デバイス11が損傷することが抑制されている。
すなわち、固浸レンズホルダ8Bは、連結部81の一部の幅を細くすることで、観察のときにレンズ保持部60に加わる応力に応じて観察対象物としての半導体デバイス11を保護する構成を備えていることになる。なお、連結部81において、細くなっている部分の幅は、連結部81に加わる応力に応じて半導体デバイス11に損傷を与える前に連結部81が折れるようになっていればよい。
保持部材61が対物レンズ21の光軸L方向に延在していることの効果は、第1の実施形態の場合と同様である。すなわち、凹部13(図2参照)の側壁13aとレンズ保持部60とが接触しにくいので、凹部13の側壁13a近傍までレンズ保持部60を移動させることが可能となる。その結果、半導体デバイス11の周縁部を観察可能である。
本実施形態では、連結部81の幅が細くなっているとしたが、例えば、連結部81の厚さ(底板52に直交する方向の長さ)を一部薄くしていてもよい。
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係る固浸レンズホルダ8Cの底面図である。図6では、固浸レンズホルダ8Cが固浸レンズ6を保持した状態を示している。
固浸レンズホルダ8Cの構成は、固浸レンズホルダ8Cが3つの応力検知センサS,S,Sを有する点で、図3に示した固浸レンズホルダ8Aの構成と相違する。この点を中心にして、固浸レンズホルダ8Cについて説明する。
各応力検知センサSは、各連結部54上にそれぞれ貼付されており、第3の実施形態で説明したように、半導体デバイス11の観察のときに、レンズ保持部60を介して連結部54に加わる応力を検知する。応力検知センサSとしては、歪ゲージなどが例示される。
応力検知センサSは、ペリフェラルコントローラ33を介して指示部42(図1参照)に電気的に接続されており、指示部42は、応力検知センサSによって検知された応力が所定の応力以上になったとき、半導体検査装置1による検査を停止する。より具体的には、指示部42は、ペリフェラルコントローラ33によるX―Y―Zステージ7の操作を中止し、観察位置の調整や焦点合わせなどを停止する。
これによって、固浸レンズ6の押し付けなどによって半導体デバイス11に損傷が生じる前に、固浸レンズ6の位置調整などの操作を中止することができるので、第3の実施形態の場合と同様に、半導体デバイス11の保護を図ることができている。すなわち、固浸レンズホルダ8Cは、応力検知センサSを有することで、観察対象物としての半導体デバイス11を保護する構成を備えていることになる。
なお、レンズ保持部60が、対物レンズ21の光軸L方向に延在していることの効果は、第1の実施形態の場合と同様である。また、応力検知センサSの設置場所は、レンズ保持部60に加わる応力を検知できれば特に限定されない。
(第4の実施形態)
図7は、第4の実施形態に係る固浸レンズホルダ8Dの分解側面図である。図7では、固浸レンズホルダ8Dが固浸レンズ6を保持した状態を示している。
固浸レンズホルダ8Dの構成は、レンズ保持部90が、ベース部100が有する底板52を介してベース部100に着脱自在である点で、図3に示した固浸レンズホルダ8Aの構成と主に相違する。この点を中心にして、固浸レンズホルダ8Dについて説明する。
レンズ保持部90を構成する保持部材91は、ベース部100の底板52側に突起部92を有する。そして、底板52は3つの連結部54,54,54(図3参照)の交差部分に突起部92と螺合する隆起部101を有している。したがって、固浸レンズホルダ8Dでは、突起部92を隆起部101に螺合させることによって、レンズ保持部90をベース部100に接続できる。
この構成では、レンズ保持部90をベース部100に着脱できることから、ベース部100を対物レンズソケット9を介して対物レンズ21に取り付けた状態で、固浸レンズ6を容易に変えることが可能である。
なお、保持部材91は、図3に示した保持部材61と同様に光軸L方向に延在しており、保持部材91が光軸L方向に延在していることの効果は、第1の実施形態の場合と同様であり、半導体デバイス11の周縁部11aのより近くまで観察可能である。
(第5の実施形態)
図8は、第5の実施形態に係る固浸レンズホルダ8Eの底面図である。図9は、図8のIX―IX線に沿った断面図である。図8及び図9では、固浸レンズホルダ8Eが固浸レンズ6を保持した状態を示している。
固浸レンズホルダ8Eの構成は、固浸レンズホルダ8Eが、ベース部50を通過する光束を制限する絞り110を有する点で、図3に示した固浸レンズホルダ8Aの構成と主に相違する。この点を中心にして、固浸レンズホルダ8Eについて説明する。
絞り110の外形は、円板形状であり、絞り110の底面(ベース部50側の面)に設けられた3つの略L字状のフック111,111,111を対応する連結部54,54,54にそれぞれ嵌め合わせることによってベース部50に取り付けられている。絞り110は、ベース部50の中心に同心的に配置されており、底板52の上面側に位置する。絞り110は、その中央部に形成された円形の開口112によってベース部50の開口53を通過する光束を制限する。
前述したように、絞り110は、フック111を連結部54に掛けることでベース部50に取り付けられるので、ベース部50に着脱自在である。そのため、開口112の大きさの異なる絞り110を複数用意することで、ベース部50を通過する光束の大きさを調整できる。このように絞り110の開口112の大きさを調整することによって、半導体デバイス11に入射する光束のNAが変えられる結果、所望のNAで半導体デバイス11を観察できる。
例えば、半導体デバイスにおいて、例えば、固浸レンズ6が接触する面と、固浸レンズ6での観察位置との間に屈折率の異なる複数の層が積層されている場合、半導体デバイスに入射する光束のNAによっては、層間で全反射が生じ所望の観察位置まで光を十分到達させることができない場合がある。また、全反射した光が固浸レンズ6及び対物レンズ21を通って高感度カメラ3に入射して画像を劣化させる場合がある。
これに対して、前述したように、絞り110によって半導体デバイス11に入射する光束のNAを調整することによって、層間で全反射を生じさせることなく、所望の観察位置まで光を確実に到達させることができる。この場合、層間で全反射した光などが再度固浸レンズ6を通して対物レンズ21に入射されることがないため、半導体デバイス11をより鮮明に観察することができる。なお、絞り110に替えて液晶絞りを設けても良い。
また、レンズ保持部60が光軸L方向に延在していることの効果は、第1の実施形態の場合と同様であり、半導体デバイス11の周縁部11aのより近くまで観察可能である。
(第6の実施形態)
図10は、第6の実施形態に係る固浸レンズホルダ8Fの分解斜視図である。図10では、固浸レンズホルダ8Fが固浸レンズ6を保持する場合を示している。
固浸レンズホルダ8Fの構成は、保持部材120が有する3つの保持片121,121,121が、保持部材120の中心線Lから離れて配置されている点で、図3に示した固浸レンズホルダ8Aの構成と主に相違する。この点を中心にして、固浸レンズホルダ8Fについて説明する。
各保持片121は、ベース部130の中心を通る保持部材120の中心線Lに対して放射状に配置されると共に、中心線Lから等距離離して配置されている。また、各保持片121は、各連結部131の端部からベース部130に略直交する方向(光軸L方向)に延びている。そして、隣り合う保持片121同士は、保持片121と一体成形された円弧状の連結部材122によって連結されている。このため、3つの保持片121,121,121の配置関係は、確実に固定されている。また、保持片121は、その先端部に図3に示した保持片62と同様にレンズ受け面62a及び爪部62bを有している。
この構成では、3つの保持片121は、中心線L上で繋がっておらず、また、連結部131もベース部130が有する底板52の中心(ベース部50の中心)で交差していない。そのため、図3に示した3つの開口53は、底板52の中心(ベース部130の中心)で互いに繋がり、1つの開口を形成することになる。言い換えれば、固浸レンズホルダ8Fは、底板52の中心を中心として形成された円形の開口132を有し、開口132の周縁部から中心に向かって延びると共に、開口132の半径よりも短い連結部131によって、開口132内に位置する保持片121の端部と底板52とが連結されることで構成されている。
以上説明した構成を有する固浸レンズホルダ8Fでは、固浸レンズ6の上面6aに入出力する光が保持片121によって遮られることが更に抑制されるので、光束を有効に利用できる。そして、ベース部50の中心及びその近傍や、保持部材120内でも光が通過可能であることから、半導体デバイス11からの画像情報をより多く取得することができる。
このように、固浸レンズホルダ8Fではレンズ保持部60の中心線L近傍も光を通過させるので、光束を有効に利用する観点から、図10に示すように、中心線Lから各保持片121までの距離が、ベース部130側から固浸レンズ6側に向かって短くなるように、保持片121が形成されていることが好ましい。
ここでは、隣り合う保持片121同士は、連結部材122によって連結されているとしたが、隣り合う保持片121同士は、保持片121に形成された爪部62bに固定されるレンズカバー63によっても連結されることになるので、連結部材122は、無くてもよい。
なお、保持部材120とレンズカバー63とを有するレンズ保持部60が光軸L方向に延在していることの効果は、第1の実施形態の場合と同様であり、半導体デバイス11の周縁部11aのより近くまで観察可能である。
(第7の実施形態)
図11は、第7の実施形態に係る固浸レンズホルダ8Gを対物レンズ21側からみた図である。図12は、図11のXII―XII線に沿った断面図である。図13は、固浸レンズホルダ8Gを図12の矢印A2方向から見た図である。図11〜図13では、固浸レンズホルダ8Gが固浸レンズ6を保持した状態を示している。
固浸レンズホルダ8Gの構成は、固浸レンズホルダ8Gが有する透光部140が、透光部材としてのガラス板141を有する点で図3に示した固浸レンズホルダ8Aの構成と主に相違する。この点を中心として、固浸レンズホルダ8Gについて説明する。
透光部140は、ベース部50の中心と同心的に形成された円形の開口142と、ベース部50の上面に設けられたガラス板141とからなる。ガラス板141は、円板状のガラス板本体143とガラス板本体143の周縁部から径方向に突出した取付片144とを有している。ガラス板141が有するガラス板本体143の直径は、開口142の直径よりも大きい。そのため、開口142を覆うようにガラス板141を配置したとき、取付片144は、ベース部50の底板52上に位置することになる。
そして、ガラス板141は、この取付片144を介して、保持部材151の中心線L上にベース部50の中心が位置するように固定される。この取付片144の幅は、ガラス板本体143との連結部分で細くなっている。
また、ガラス板141の中心には、レンズ保持部150の保持部材151が有する突起部152と螺合する円柱状の取付部160が埋め込まれている。そして、この取付部160と突起部152とを螺合させることで、レンズ保持部150は、ガラス板141に取り付けられる。この突起部152を有する保持部材151と、取付部160との関係は、第4の実施形態の固浸レンズホルダ8Dが有する保持部材91と隆起部101との関係と同様である。
この固浸レンズホルダ8Gの構成では、ベース部50とレンズ保持部150とが着脱自在であるので、ベース部50を対物レンズ21に固定した状態でも容易に固浸レンズ6を取り替えることが可能である。
また、取付片144の幅は、ガラス板本体143側で細くなっているので、固浸レンズ6の位置調整や焦点合わせ等のときに、図5に示した固浸レンズホルダ8Dと同様の理由によって、半導体デバイス11に損傷を与える前に、ガラス板141が壊れるようになっている。その結果、半導体デバイス11の保護が図られていることになる。
更に、ベース部50では、開口142において、取付部160以外の領域で光束を通すことが可能であるので、固浸レンズ6からの光束が遮られることが更に抑制されることになる。その結果、固浸レンズ6からの光束をより有効に利用して半導体デバイス11の画像を形成することができる。
ここでは、ガラス板141は、ベース部50の対物レンズ21側に設けられているとしたが、例えば、開口142とほぼ同一形状として、開口142に嵌め合わせることも可能である。また、レンズ保持部150は、取付部160を介してベース部50に着脱できるとして説明したが、ベース部50に常に固定された状態としてもよい。また、各保持片62を直接ガラス板141に埋め込むようにしてもよい。
なお、レンズ保持部150が光軸L方向に延在していることの効果は、第1の実施形態の場合と同様であり、半導体デバイス11の周縁部11aのより近くまで観察可能である。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。第1〜第7の実施形態に係る固浸レンズホルダ8A〜8Gの構成は、互いに組み合わせることも可能である。
例えば、第4〜第6の実施形態に係る固浸レンズホルダ8D〜8Fは、それらがそれぞれ有する連結部の一部の幅を細くしたり、連結部上に応力検知センサを貼付することなどによって、観察対象物を保護するように構成されていてもよい。更に、固浸レンズホルダ8B〜8C、8E,8Fは、固浸レンズホルダ8Dのように、レンズ保持部がベース部に対して着脱自在となっていてもよい。更にまた、固浸レンズホルダ8B〜8D,8F,8Gは、固浸レンズホルダ8Eのように、絞り110を有することも好適である。
また、保持部材61,91,120,151は3つの保持片62,121から構成されるとしているが、保持片62,121の数は特に限定されず、固浸レンズ6を安定に受けられればよい。更に、第1〜第7の実施形態の固浸レンズホルダ8A〜8Gを半導体検査装置1に適用した際、レンズ保持部60,90,150の中心線は、対物レンズ21の光軸Lと一致するとしたが、必ずしも一致しなくてもよく、レンズ保持部60,90,150は、光軸L方向に延在しており、例えば、レンズ保持部60,90,150の中心線と光軸Lとは平行でもよい。
更にまた、第1〜第7の実施形態では、レンズ受け部は保持片としたが板状のものに限らない。また、第1〜第7の実施形態の固浸レンズホルダ8A〜8Gは、例えば、ウェハ状のものを観察する際にも好適に利用できる。更に、第1〜第7の実施形態の固浸レンズホルダ8A〜8Gは、半導体検査装置1に適用しているが、半導体以外のものを観察する際に利用することもできる。
本発明に係る固浸レンズホルダの一実施形態を適用した半導体検査装置の構成図である。 図2は、固浸レンズホルダの構成を示す構成図である。 図2に示した固浸レンズホルダの分解斜視図である。 図3のIV−IV線に沿った断面図である 第2の実施形態に係る固浸レンズホルダの底面図である。 第3の実施形態に係る固浸レンズホルダの底面図である。 第4の実施形態に係る固浸レンズホルダの分解側面図である。 第5の実施形態に係る固浸レンズホルダの底面図である。 図8のIX―IX線に沿った断面図である。 第6の実施形態に係る固浸レンズホルダの分解斜視図である。 第7の実施形態に係る固浸レンズホルダを対物レンズ側からみた図である。 図11のXII―XII線に沿った断面図である 図12に示した固浸レンズホルダを図12の矢印A2方向から見た図である。
符号の説明
6…固浸レンズ、8A〜8G…固浸レンズホルダ、10…試料、11…半導体デバイス(観察対象物)、11a…周縁部、13…凹部、13a…側壁、21…対物レンズ、50,100,130…ベース部、53,132,142…開口(透光部)、60,90,150…レンズ保持部、61,91,120,151…保持部材、62,121…保持片(レンズ受け部)、63…レンズカバー、64a…レンズカバーの開口、112…絞りの開口、140…透光部、141…ガラス板(透光部材)、L…対物レンズの光軸(保持部材の中心線)、S…応力検知センサ。

Claims (13)

  1. 対物レンズの先端部に取り付けられるベース部と、
    前記ベース部に設けられており、前記対物レンズの光軸方向に延在すると共に先端部において固浸レンズを保持するレンズ保持部とを備え、
    前記レンズ保持部は、前記光軸方向に延在していると共に、前記固浸レンズを受ける保持部材を有し、
    前記保持部材は、前記光軸方向に延在していると共に、前記固浸レンズの表面のうち前記ベース部側の面を、それぞれが部分的に受ける複数のレンズ受け部を含み、
    前記ベース部は、前記固浸レンズから前記ベース部側に出力され隣接する前記レンズ受け部の間を通る光を前記対物レンズ側に通過させる透光部を有することを特徴とする固浸レンズホルダ。
  2. 前記レンズ保持部は、
    前記保持部材の先端部に設けられると共に、前記固浸レンズの底面を外側に露出させるための開口を有するレンズカバーを有し、
    前記レンズ保持部は、前記保持部材と前記レンズカバーとの間に前記固浸レンズを収容することを特徴とする請求項1に記載の固浸レンズホルダ。
  3. 複数の前記レンズ受け部は、前記保持部材の中心線に対して放射状に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の固浸レンズホルダ。
  4. 複数の前記レンズ受け部は、前記保持部材の前記中心線から互いに離れて配置されていることを特徴とする請求項に記載の固浸レンズホルダ。
  5. 前記レンズ保持部は、前記固浸レンズとの間に隙間を有することを特徴とする請求項2〜の何れか一項に記載の固浸レンズホルダ。
  6. 前記透光部は、開口であることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の固浸レンズホルダ。
  7. 前記レンズ保持部の前記ベース部側の端部は前記開口内に配置されており、
    前記ベース部は、前記レンズ保持部と前記ベース部とを連結する連結部を有することを特徴とする請求項に記載の固浸レンズホルダ。
  8. 前記レンズ保持部は、前記ベース部に一体的に設けられていることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の固浸レンズホルダ。
  9. 前記透光部は、透光部材を有することを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載された固浸レンズホルダ。
  10. 前記ベース部に設けられると共に、前記透光部を通る光束を制限する絞りを更に備えることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載された固浸レンズホルダ。
  11. 前記固浸レンズに加わる応力に応じて前記固浸レンズで観察する観察対象物を保護するように構成されていることを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載の固浸レンズホルダ。
  12. 前記固浸レンズに加わる応力を検知する応力検知センサを更に備えることを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の固浸レンズホルダ。
  13. 複数の前記レンズ受け部の各々は、板状の保持片であることを特徴とする請求項1〜12の何れか一項に記載の固浸レンズホルダ
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