JP6707454B2 - 固浸レンズホルダ及び画像取得装置 - Google Patents

Description

本発明の一側面は、固浸レンズホルダ及び固浸レンズホルダを備える画像取得装置に関する。

観察対象物の拡大画像を得るためのレンズとして、固浸レンズ（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）が知られている。固浸レンズは、例えば、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を呈し、大きさが１ｍｍ〜５ｍｍ程度の微小レンズである。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。

このような固浸レンズを対物レンズの前方（観察対象物側）に保持するための固浸レンズホルダとして、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された固浸レンズホルダは、固浸レンズの球面部よりも大きい収容空間を有し、固浸レンズを揺動可能に保持する。これにより、観察対象物に対して固浸レンズの底面（当接面）を当接させて密着させる際に、固浸レンズホルダ内で固浸レンズが揺れ動いて当接面が観察対象物の表面に倣って密着し、固浸レンズと観察対象物との良好な密着を達成することが可能となっている。

特開２００６−２０１４０７号公報

上記特許文献１の固浸レンズホルダでは、固浸レンズの球面部と接触する部分が、球面部と同一の曲率を有するレンズ受け面によって構成されている。この構成では、球面部とレンズ受け面とが面接触することから、接触面積が大きくなる。このため、密着の際に、固浸レンズに作用する摩擦力によって固浸レンズと固浸レンズホルダとの揺動が抑制され、観察対象物の表面に対して固浸レンズの当接面が倣い難くなるおそれがあった。

本発明の一側面は、観察対象物に対して固浸レンズを倣って密着させ易くすることができる固浸レンズホルダ及び固浸レンズホルダを備える画像取得装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る固浸レンズホルダは、対物レンズの前方に固浸レンズを保持する固浸レンズホルダであって、固浸レンズは、対物レンズと対向して配置される球面部と、観察対象物に当接する当接面を含む当接部と、を有し、球面部の一部が対物レンズ側へ突出するように球面部を内部に配置する第１の開口を有する第１の部材と、当接面が対物レンズ側とは反対側へ突出するように当接部を内部に配置する第２の開口を有する第２の部材と、を備え、第１の部材は、第１の開口の対物レンズ側に配置された３つの板部を有し、３つの板部のそれぞれには、球面部と接触可能に構成された突出部が設けられている。

この固浸レンズホルダによれば、３つの突出部で固浸レンズの球面部と接触することから、固浸レンズに対する接触面積を小さくすることができる。これにより、固浸レンズが揺れ動く際に固浸レンズに作用する摩擦力を小さくして、固浸レンズと固浸レンズホルダとを滑り易くすることができる。その結果、観察対象物に対して固浸レンズを倣って密着させ易くすることが可能となる。

本発明の一側面に係る固浸レンズホルダでは、３つの突出部は、第１の開口の周方向に１２０度間隔で設けられていてもよい。この場合、突出部が球面部に接触した際に固浸レンズの球面部に対して平均的に力を加えることができる。これにより、観察対象物に対して固浸レンズを倣って密着させ易くすることが可能となる。

本発明の一側面に係る固浸レンズホルダでは、３つの突出部と球面部との接触位置、及び球面部の曲率中心を通る直線が、対物レンズの光軸に対して１５〜６５度の範囲で交わっていてもよい。この場合、固浸レンズと固浸レンズホルダとの間の良好な滑りを確保することが可能となる。

本発明の一側面に係る固浸レンズホルダでは、３つの突出部は、球面部に対して線接触するように構成されていてもよい。この場合、突出部の固浸レンズに対する接触面積を更に小さくすることができ、固浸レンズと固浸レンズホルダとを更に滑り易くすることができる。これにより、観察対象物に対して固浸レンズを一層倣って密着させ易くすることが可能となる。

本発明の一側面に係る固浸レンズホルダでは、３つの突出部と球面部との接触位置は、第１の開口の中心を中心とする円周上に位置してもよい。この場合、突出部が球面部に接触した際に固浸レンズの球面部に対して平均的に力を加えることができる。これにより、固浸レンズを観察対象物に対して倣って密着させ易くすることが可能となる。

本発明の一側面に係る固浸レンズホルダでは、３つの板部は、対物レンズの光軸に沿うように配置されてもよい。３つの板部は、第１の開口の中心を中心とする円の径方向に沿うように形成されてもよい。この場合、対物レンズの視野を確保することが可能となる。

本発明の一側面に係る画像取得装置は、観察対象物を保持するステージと、ステージ上の観察対象物と対峙するように配置された対物レンズと、対物レンズの前方に固浸レンズを保持する上記固浸レンズホルダと、観察対象物からの光を固浸レンズ及び対物レンズを介して撮像し、画像データを出力する撮像装置と、画像データに基づいて観察対象物の画像を作成する画像作成装置と、を備え、固浸レンズは、対物レンズと対向して配置される球面部と、観察対象物に当接する当接面を含む当接部と、を有し、固浸レンズホルダは、球面部の一部が対物レンズ側へ突出するように球面部を内部に配置する第１の開口を有する第１の部材と、当接面が対物レンズ側とは反対側へ突出するように当接部を内部に配置する第２の開口を有する第２の部材と、を備え、第１の部材は、第１の開口の内面から第１の開口の中心側へ延び、球面部と接触する３つの突出部を有する。

この画像取得装置によれば、固浸レンズホルダが３つの突出部で固浸レンズの球面部と接触することから、固浸レンズに対する接触面積を小さくすることができる。これにより、固浸レンズが揺れ動く際に固浸レンズに作用する摩擦力を小さくして、固浸レンズと固浸レンズホルダとを滑り易くすることができる。その結果、観察対象物に対して固浸レンズを倣って密着させ易くすることが可能となる。そのため、鮮明な観察対象物の画像を取得することができる。

本発明一側面によれば、観察対象物に対して固浸レンズを倣って密着させ易くすることができる固浸レンズホルダ及び固浸レンズホルダを備える画像取得装置を提供できる。

実施形態の固浸レンズホルダを備える半導体検査装置を示す構成図である。 対物レンズ及び固浸レンズホルダを示す構成図である。 固浸レンズホルダを対物レンズ側から見た図である。 図２の要部拡大図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 （ａ）は固浸レンズが観察対象物に当接する前の状態を示す図であり、（ｂ）は固浸レンズが観察対象物に当接した状態を示す図である。

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、同一又は対応する要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態の固浸レンズホルダを備える半導体検査装置（画像取得装置）を示す構成図である。図２は、対物レンズ及び固浸レンズホルダを示す構成図である。図３は、固浸レンズホルダを対物レンズ側から見た図である。図４は、図２の要部拡大図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。図６（ａ）は固浸レンズが観察対象物に当接する前の状態を示す図であり、図６（ｂ）は固浸レンズが観察対象物に当接した状態を示す図である。なお、図１，２，４では、固浸レンズが観察対象物に当接した試料観察時の状態を示している。以下の説明では、固浸レンズに対して対物レンズ側を上側とし、観察対象物側を下側として説明する。

図１及び図２に示すように、半導体検査装置（画像取得装置）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１１が樹脂１２によってモールドされたデバイスである。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発光、又は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、「内部情報」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では、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が切削されている。試料１０は、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とで、ステージ２に保持される。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、半導体検査装置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、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、これらを互いに直交する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。対物レンズ２１は、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、半導体デバイス１１と対峙するように配置されている。

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（図２参照）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、固浸レンズ６及び対物レンズ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（光検出器）に導く。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作成するための画像データを出力する。高感度カメラ３には、ＣＣＤエリアイメージセンサやＣＭＯＳエリアイメージセンサなどが搭載されている。また高感度カメラ３は、ＩｎＧａＡｓカメラやＩｎＳｂカメラ、ＭＣＴカメラなどでもよい。

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。ＬＳＭユニット用光学系２３は、固浸レンズ６及び対物レンズ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からの反射光をアバランシェフォトダイオードやフォトダイオード、光電子増倍管、超伝導単一光子検出器などの光検出器４ａ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。したがって、ＬＳＭユニット４の光検出器４ａは、ＬＳＭユニット４によって赤外レーザ光を半導体デバイス１１上にＸ−Ｙ走査させ、半導体デバイス１１の回路パターン等の画像を作成するための画像データを出力する。

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、必要に応じて移動させるためのもの可動ステージである。

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は高感度カメラ３と電気的に結合されている。ＬＳＭコントローラ３２はＬＳＭユニット４と電気的に結合されている。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）又は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及びＬＳＭユニット４と電気的に結合されている。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、プロセッサを含むコンピュータにより構成されている。解析部Ｃは、カメラコントローラ３１、ＬＳＭコントローラ３２、及びペリフェラルコントローラ３３と電気的に結合されている。画像解析部４１は、プロセッサにより、カメラコントローラ３１及びＬＳＭコントローラ３２から出力される画像情報（画像データ）に基づいて画像を作成し、必要な解析処理等を実施する。指示部４２は、プロセッサにより、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。解析部Ｃは画像作成装置を構成する。

図２〜４に示すように、固浸レンズ６は、半球形状を有する微小レンズであり、固浸レンズホルダ８によって対物レンズ２１の下方（前方）に保持されている。つまり、固浸レンズホルダ８は、固浸レンズ６が対物レンズ２１の光軸Ｌ上に配置されるように固浸レンズ６を保持する。図４に示すように、固浸レンズ６は、対物レンズ２１と対向して配置される球面部（球面）６ａと、半導体デバイス１１に当接する当接部６ｄと、を備えている。固浸レンズ６は、対物レンズ２１の光軸Ｌ上に配置され、当接部６ｄで半導体デバイス１１と当接する（半導体デバイス１１上に載置される）。

球面部６ａは、半球形状を呈し、固浸レンズ６の上部を構成している。球面部６ａは、対物レンズ２１に対する光の入出力面となる球面状の上面６ｂと、上面６ｂの縁部に連続する円柱周面６ｃと、を有している。当接部６ｄは、球面部６ａの底面から上面６ｂ側とは反対側へ凸となるように形成され、固浸レンズ６の下部を構成している。当接部６ｄは、円柱周面６ｃに連続する傾斜面６ｅと、傾斜面６ｅに連続して固浸レンズ６の厚さ方向（図４中の上下方向）と垂直に延びる平面形状の当接面６ｆと、を有している。図４に示すように、側方視において、傾斜面６ｅを延長した直線の交点は、固浸レンズ６の球心（球面部６ａの曲率中心）Ｘと一致する。半導体デバイス１１の観察時には、半導体デバイス１１の観察位置（図示上面）に当接面６ｆが当接して密着する。なお、当接面６ｆは、平面形状に限らない。

具体的には、固浸レンズ６は、半導体デバイス１１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。この高屈折率材料の代表的な例としては、Ｓｉ、ＧａＰ、ＧａＡｓなどが挙げられる。固浸レンズ６を半導体デバイス１１の基板表面に光学密着させることにより、半導体デバイス１１自身が固浸レンズ６の一部として利用される。固浸レンズ６を利用した半導体デバイス１１の裏面解析によれば、対物レンズ２１の焦点を半導体デバイス１１の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６の効果により、半導体デバイス１１中に開口数（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。

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。半球形状を有する固浸レンズ６では、その球心（球面部６ａの曲率中心）Ｘが焦点となる。このとき、開口数（ＮＡ）及び倍率はともに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。

本実施形態の特徴をなす固浸レンズホルダ８は、そのような固浸レンズ６を対物レンズ２１の下方（前方）に好適に保持する。固浸レンズホルダ８は、例えばアルミニウム等の金属によって形成されている。固浸レンズホルダ８は、図２及び図３に示すように、対物レンズ２１の下端部に取り付けられる筒状の本体部６１と、本体部６１の半導体デバイス１１側（対物レンズ２１とは反対側）に設けられて固浸レンズ６を保持するレンズ保持部６５と、を備えている。

本体部６１は、その内部において、ＬＳＭユニット４から出力された光を固浸レンズ６側へ通すと共に、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側へ通す。本体部６１は、対物レンズ２１の下端部に外挿されて螺合する円筒状の周壁部６２を有している。周壁部６２と対物レンズ２１の下端部とが螺合されることで、対物レンズ２１の光軸Ｌ上に固浸レンズホルダ８の中心が位置決めされる。固浸レンズホルダ８に保持される固浸レンズ６の位置は、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ７の駆動によって調整される。

本体部６１は、周壁部６２とレンズ保持部６５との間に延在する延在壁部６３を有している。延在壁部６３は、いずれの部分においてもレンズ保持部６５より半径方向外側に位置するように形成されている。延在壁部６３は、周壁部６２に連続して対物レンズ２１の光軸Ｌと平行に延びる円筒状の第１の壁部６３ａと、第１の壁部６３ａに連続すると共に第１の壁部６３ａと直交して本体部６１の中央側へ延びる円形平板状の第２の壁部６３ｂと、を有している。第２の壁部６３ｂの中心部には、対物レンズ２１の光軸Ｌ上に中心が位置する円形の開口６４が設けられている。レンズ保持部６５は、開口６４の内面に連続している。

図２〜５に示すように、レンズ保持部６５は、本体部６１と一体に形成された第１の部材７０と、第１の部材７０の半導体デバイス１１側に取り付けられる円筒状の第２の部材８０と、を有している。第１の部材７０は、リング部９１と、リング部９１に連続する３つの板部材（板部）９３と、３つの板部材９３と本体部６１とを互いに連結する連結部９５と、を有している。

リング部９１は、対物レンズ２１の光軸Ｌを中心とする円環状を呈している。リング部９１は、その内側に、対物レンズ２１の光軸Ｌ上に中心Ｐ１が位置する円形の第１の開口７１を形成している。第１の開口７１の内径は、開口６４の内径よりも小さい。図４に示すように、第１の開口７１の内面は、対物レンズ２１（図２参照）側へ向かうにつれて中心Ｐ１側へ傾斜したテーパ状の傾斜面７１ａを含んでいる。リング部９１の半導体デバイス１１（図２参照）側の端部には、後述する第２の部材８０の凸部８３が配置される凹部９２が設けられている。凹部９２は、対物レンズ２１の光軸Ｌを軸とする環状に形成され、その周方向に直交する断面が矩形状を呈している。凹部９２は、リング部９１の半導体デバイス１１側の面と外周面とに開口している。

３つの板部材９３は、第１の開口７１の対物レンズ２１側に配置されている。図２に示すように、３つの板部材９３は、略矩形板状を呈している。図２及び図３に示すように、３つの板部材９３は、対物レンズ２１の光軸Ｌに沿うように配置されている。図３に示すように、３つの板部材９３は、対物レンズ２１側から見て、次のように構成されている。すなわち、３つの板部材９３は、第１の開口７１の中心Ｐ１（開口６４の中心）を中心とする円の径方向に沿うように形成されている。３つの板部材９３の中心線Ｓは、中心Ｐ１上を通っている。３つの板部材９３は、第１の開口７１の周方向に等間隔（１２０度間隔）で配置されている。

３つの板部材９３は、中心Ｐ１側において互いに接続されて一体化されている。これにより、板部材９３の振れを抑制することができる。３つの板部材９３は、リング部９１と一体に形成され、半導体デバイス１１側においてリング部９１に連続している。図５に示すように、本実施形態では、３つの板部材９３とリング部９１との接続部９４の外面は、隅角部が形成されずに滑らかに連続するように湾曲している。これにより、板部材９３とリング部９１とを安定して接続し、板部材９３の振れを抑制することができる。

図２及び図３に示すように、連結部９５は、開口６４の半径方向に板状に延びている。図３に示すように、連結部９５において、開口６４の周方向における幅は、中心Ｐ１側に向かうにつれて連続的に減少している。

図４及び図５に示すように、３つの板部材９３のそれぞれには、半導体デバイス１１側に（球面部６ａの曲率中心Ｘ側に）突出する突出部７３が設けられている。突出部７３は、固浸レンズ６の球面部６ａと接触可能に構成されている。図４に示すように、３つの突出部７３は、山型に突出している。３つの突出部７３は、板部材９３において、リング部９１よりも対物レンズ２１側に位置する底面９６に設けられている。底面９６は、対物レンズ２１の光軸Ｌと直交しており、球面部６ａの上面６ｂから離間する。

図５に示すように、３つの突出部７３は、固浸レンズ６の球面部６ａとの接触位置を通り対物レンズ２１の光軸Ｌと直交する断面において、次のように構成されている。すなわち、３つの突出部７３は、第１の開口７１の内側に設けられ、球面部６ａと対向している。３つの突出部７３は、第１の開口７１の周方向に等間隔（１２０度間隔）で設けられている。３つの突出部７３の先端（先端縁）７４は、湾曲しており、中心Ｐ１を中心とする円周Ｒ上に位置している。３つの突出部７３の先端７４から中心Ｐ１までの距離は、球面部６ａの外径よりも小さくなっている。板部材９３の厚さ方向において、突出部７３の厚さは、板部材９３の厚さ以下となっている。これにより、板部材９３の厚さ方向において突出部７３が板部材９３から突出せず、対物レンズ２１の視野を確保することができる。本実施形態では、３つの突出部７３の厚さは、板部材９３の厚さと同一となっている。

図４に示すように、第２の部材８０は、円筒状の本体部８１と、本体部８１の半導体デバイス１１側の端部に設けられた底面部８５と、を有している。本体部８１の内径は、固浸レンズ６の球面部６ａの外径よりも僅かに大きくなっている。本体部８１の対物レンズ２１側の端部には、対物レンズ２１側に突出した凸部８３が形成されている。凸部８３は、対物レンズ２１の光軸Ｌを軸とする環状に形成され、その周方向に直交する断面が矩形状を呈している。凸部８３がリング部９１の凹部９２内に配置されて凹部９２の内面に当接することで、第２の部材８０がリング部９１に対して位置決めされる。凸部８３と凹部９２とは、例えば、接着、嵌め合わせ、又は係止構造等の固定手段の少なくとも１つによって互いに固定されている。係止構造は、例えば、爪と、当該爪が係止される穴とにより構成されてよい。当該固定手段による固定に代えて又は加えて、第２の部材８０がボルト等の締結部材によってリング部９１に締結されてもよい。なお、本体部８１に凸部が設けられ、リング部９１に凹部が設けられてもよい。

底面部８５は、円形平板状を呈している。底面部８５の中心部には、対物レンズ２１の光軸Ｌ上に中心Ｐ２が位置する円形の第２の開口８７が形成されている。第２の開口８７の内径は、固浸レンズ６の球面部６ａの外径よりも小さくなっている。第２の開口８７の内面は、半導体デバイス１１側へ向かうにつれて中心Ｐ２側へ傾斜したテーパ状の傾斜面８７ａを含んでいる。対物レンズ２１の光軸Ｌに対する傾斜面８７ａの傾斜角度は、対物レンズ２１の光軸Ｌに対する固浸レンズ６の傾斜面６ｅの傾斜角度と一致している。

ここで、レンズ保持部６５に固浸レンズ６を保持する際においては、球面部６ａ（上面６ｂ）の一部が対物レンズ２１側へ突出するように第１の部材７０の第１の開口７１の内部に球面部６ａを配置すると共に、当接面６ｆが半導体デバイス１１側へ突出するように第２の部材８０の第２の開口８７の内部に当接部６ｄを配置し、第１の部材７０と第２の部材８０との間に形成される収容空間内に固浸レンズ６を収容する。そして、上記固定手段又は締結部材により、第１の部材７０と第２の部材８０とを固定する。

この状態では、上述したように３つの突出部７３の先端７４から中心Ｐ１までの距離が球面部６ａの外径よりも小さくなっていることから、第１の部材７０によって固浸レンズ６の対物レンズ２１側への離脱が規制されている。また、第２の開口８７の半径が球面部６ａの半径よりも小さくなっていることから、第２の部材８０によって固浸レンズ６の半導体デバイス１１側への離脱も規制されている。

３つの突出部７３、本体部８１、及び底面部８５によって形成される収容空間は、固浸レンズ６の球面部６ａよりも僅かに大きくなっている。したがって、レンズ保持部６５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）を有している。レンズ保持部６５は、固浸レンズ６が半導体デバイス１１に当接する前の状態においては、図６（ａ）に示すように、固浸レンズ６を矢印Ｙ方向に揺動可能に保持している。このとき、固浸レンズ６は、傾斜面６ｅが傾斜面８７ａに接触した状態で、第２の部材８０（底面部８５）に支持されている。上述したように、本実施形態では、傾斜面８７ａの傾斜角度が固浸レンズ６の傾斜面６ｅの傾斜角度と一致している。そのため、傾斜面６ｅと傾斜面８７ａとが沿った状態となっている。これにより、固浸レンズ６がレンズ保持部６５（板部材９３）に対して位置決めされている。

この状態から当接面６ｆを半導体デバイス１１に当接させると、図６（ｂ）に示すように、固浸レンズ６が第２の部材８０から離れ、球面部６ａが３つの突出部７３に接触する。このとき、上述したクリアランスを有していることから、固浸レンズ６が揺れ動いて又は回転して当接面６ｆが半導体デバイス１１の表面に倣って密着し、固浸レンズ６と半導体デバイス１１との良好な密着を得ることが可能となっている。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の観察が可能となっている。

本実施形態では、固浸レンズ６とレンズ保持部６５とが３つの突出部７３と球面部６ａとの接触箇所のみで接触しており、接触面積が小さい。そのため、固浸レンズ６が揺れ動く際に作用する摩擦力が小さくなっている。その結果、固浸レンズ６とレンズ保持部６５とが滑り易くなっており、半導体デバイス１１に対して固浸レンズ６を倣って密着させ易くすることが可能となっている。なお、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Ｘと一致しているため、観察への影響はない。

図４及び図５を参照して、固浸レンズ６が半導体デバイス１１に当接した状態を説明する。この状態では、当接面６ｆが対物レンズ２１側へ押圧され、３つの突出部７３が固浸レンズ６の球面部６ａ（上面６ｂ）と接触した状態となる。具体的には、３つの突出部７３は、先端７４において球面部６ａに対して周方向に線接触する。上述したように、３つの突出部７３の先端７４は、中心Ｐ１を中心とする円周Ｒ上に位置していることから、３つの突出部７３と球面部６ａとの接触位置も円周Ｒ上に位置している。本実施形態では、この接触位置と球面部６ａの曲率中心Ｘとを通る直線Ｚと、対物レンズ２１の光軸Ｌとがなす角度θは、２０度となっている。

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が取り付けられていない対物レンズ２１によって、固浸レンズ６で半導体デバイス１１を観察する位置が特定される。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を駆動させることにより行われる。

観察位置を特定した後、固浸レンズホルダ８が取り付けられた対物レンズ２１に切り替えて観察が行われる。この際、指示部４２は、固浸レンズホルダ８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、又は屈折率など）、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。

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に押し付けて密着させる。このとき、上述したように、固浸レンズ６がレンズ保持部６５内で揺れ動いて当接面６ｆが半導体デバイス１１の表面に倣って密着することにより、固浸レンズ６と半導体デバイス１１との良好な密着が得られる。

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。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、本体部６１内を通って固浸レンズ６の上面６ｂ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６ｂ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６ｂのうち第１の開口７１よりも内側の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、本体部６１内を通って対物レンズ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に導かれる。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。

以上説明した固浸レンズホルダ８及び固浸レンズホルダ８を備える半導体検査装置１の作用及び効果を説明する。

固浸レンズホルダ８によれば、３つの突出部７３で固浸レンズ６の球面部６ａと接触することから、固浸レンズ６に対する接触面積を小さくすることができる。これにより、固浸レンズ６が揺れ動く際に固浸レンズ６に作用する摩擦力を小さくして、固浸レンズ６と固浸レンズホルダ８とを滑り易くすることができ、半導体デバイス１１に対して固浸レンズ６を倣って密着させ易くすることが可能となる。その結果、固浸レンズホルダ８を備える半導体検査装置１では、鮮明な半導体デバイス１１の画像を取得することができる。

固浸レンズホルダ８では、３つの突出部７３が第１の開口７１の周方向に１２０度間隔で設けられていることから、突出部７３が球面部６ａに接触した際に球面部６ａに対して平均的に力を加えることができる。これにより、半導体デバイス１１に対して固浸レンズ６を倣って密着させ易くすることが可能となる。また、本実施形態では、球面部６ａに対して均一に力を加えることが可能となっている。

固浸レンズホルダ８では、３つの突出部７３と球面部６ａとの接触位置、及び球面部６ａの曲率中心Ｘを通る直線Ｚが、対物レンズ２１の光軸Ｌに対して２０度で交わっている。これにより、固浸レンズ６と固浸レンズホルダ８との間の良好な滑りを確保することが可能となっている。

固浸レンズホルダ８では、３つの突出部７３が球面部６ａに対して線接触している。これにより、突出部７３の固浸レンズ６に対する接触面積を更に小さくすることができ、固浸レンズ６と固浸レンズホルダ８とを更に滑り易くすることができる。

固浸レンズホルダ８では、３つの突出部７３と球面部６ａとの接触位置が第１の開口７１の中心Ｐ１を中心とする円周Ｒ上に位置している。これにより、突出部７３が球面部６ａに接触した際に球面部６ａに対して平均的に力を加えることができる。そのため、固浸レンズ６を半導体デバイス１１に対して倣って密着させ易くすることが可能となる。また、本実施形態では、球面部６ａに対して均一に力を加えることが可能となっている。

固浸レンズホルダ８では、３つの板部材９３は、対物レンズ２１の光軸Ｌに沿うように配置され、第１の開口７１の中心Ｐ１を中心とする円の径方向に沿うように形成されている。これにより、対物レンズ２１の視野を確保することが可能となっている。

以上、本発明の一側面に係る実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、直線Ｚと光軸Ｌとのなす角度θが２０度である例を説明したが、この角度は１５度以上６５度以下となっていてもよい。この範囲内であれば、固浸レンズ６と固浸レンズホルダ８との間の良好な滑りを確保することが可能となる。また、直線Ｚと光軸Ｌとのなす角度θは１５度以上３０度以下となっていてもよい。突出部７３と球面部６ａとの接触位置が光軸に近いほど、固浸レンズ６の球面部６ａと固浸レンズホルダ８の突出部７３との間に滑りが生じ易くなり、固浸レンズ６が半導体デバイス１１に対して倣い易くなる。

上記実施形態では、第１の部材７０と第２の部材８０を有するレンズ保持部６５が本体部６１を介して対物レンズ２１に取り付けられた構成を説明したが、レンズ保持部６５が備えられていればよい。例えば、構成上可能であれば、対物レンズ２１の筐体にレンズ保持部６５を設けてもよい。また、固浸レンズホルダ８は、対物レンズ２１の光軸Ｌ上に固浸レンズ６を配置可能なアーム型（移動型）の固浸レンズホルダであってもよい。

上記実施形態では、観察対象物である半導体デバイス１１に対して上方から固浸レンズ６の当接面６ｆを当接させる落射型の例を説明したが、観察対象物に対して下方から当接面６ｆを当接させる倒立型の検査装置に適用してもよい。倒立型の検査装置の場合、観察対象物を下側から観察する。倒立型の検査装置の場合、固浸レンズ６が観察対象物に当接する前の状態においても、重力により３つの突出部７３が球面部６ａに接触した状態となる。この場合でも、観察対象物に当接した際に固浸レンズ６が３つの突出部７３との間で滑りつつ揺動（回転）することで、観察対象物に対して固浸レンズ６を倣って密着させることができる。

上記実施形態では、３つの突出部７３が球面部６ａに対して線接触する例を説明したが、３つの突出部７３が球面部６ａに対して点接触するように構成されていてもよい。この場合、突出部７３の固浸レンズ６に対する接触面積を更に小さくすることができ、固浸レンズ６と固浸レンズホルダ８とを更に滑り易くすることができる。また、リング部９１と板部材９３とは別体に形成されてもよい。

１…半導体検査装置（画像取得装置）、２…ステージ、４ａ…光検出器、６…固浸レンズ、６ａ…球面部、６ｄ…当接部、６ｆ…当接面、８…固浸レンズホルダ、１１…半導体デバイス（観察対象物）、２１…対物レンズ、７０…第１の部材、７１…第１の開口、７３…突出部、８０…第２の部材、８７…第２の開口、９３…板部材、Ｌ…光軸、Ｐ１…第１の開口の中心、Ｘ…曲率中心（球心）。

Claims (5)

1. 対物レンズの前方に固浸レンズを保持する固浸レンズホルダであって、
   前記固浸レンズは、前記対物レンズと対向して配置される球面部と、観察対象物に当接する当接面を含む当接部と、を有し、
   前記球面部の一部が前記対物レンズ側へ突出するように前記球面部を内部に配置する第１の開口を有する第１の部材と、
   前記当接面が前記対物レンズ側とは反対側へ突出するように前記当接部を内部に配置する第２の開口を有する第２の部材と、を備え、
   前記第１の部材は、前記第１の開口の前記対物レンズ側に配置された３つの板部を有し、
   前記３つの板部のそれぞれには、前記球面部と接触可能に構成された突出部が設けられており、
   前記３つの突出部は、前記球面部に対して線接触するように構成されており、
   前記３つの突出部と前記球面部との接触位置は、前記第１の開口の中心を中心とする円周上に位置し、
   前記３つの板部は、前記対物レンズの光軸に沿うように配置されている、固浸レンズホルダ。
2. 前記３つの突出部は、前記第１の開口の周方向に１２０度間隔で設けられている、請求項１に記載の固浸レンズホルダ。
3. 前記３つの突出部と前記球面部との接触位置、及び前記球面部の曲率中心を通る直線が、前記対物レンズの光軸に対して１５〜６５度の範囲で交わる、請求項１又は２に記載の固浸レンズホルダ。
4. 前記３つの板部は、前記第１の開口の中心を中心とする円の径方向に沿うように形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の固浸レンズホルダ。
5. 観察対象物を保持するステージと、
   前記ステージ上の前記観察対象物と対峙するように配置された対物レンズと、
   前記対物レンズの前方に固浸レンズを保持する請求項１〜４のいずれか一項に記載の固浸レンズホルダと、
   前記観察対象物からの光を前記固浸レンズ及び前記対物レンズを介して検出し、画像データを出力する光検出器と、
   前記画像データに基づいて前記観察対象物の画像を作成する画像作成装置と、を備える画像取得装置。

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