JPWO2005083490A1 - 顕微鏡及び試料観察方法 - Google Patents

Abstract

検査対象の半導体デバイスＳに対して、画像取得部１と、対物レンズ２０を含む光学系２と、半導体デバイスＳから対物レンズ２０への光軸を含む挿入位置、及び光軸を外れた待機位置の間を移動可能な固浸レンズ（ＳＩＬ）３とを設置する。そして、ＳＩＬ３を待機位置に配置し、半導体デバイスＳの基板の屈折率ｎ０、及び厚さｔ０に基づいて焦点及び収差を補正する第１モードと、ＳＩＬ３を挿入位置に配置し、基板の屈折率ｎ０、厚さｔ０、ＳＩＬ３の屈折率ｎ１、厚さｄ１、及び曲率半径Ｒ１に基づいて焦点及び収差を補正する第２モードとの２つの制御モードで観察を行う。これにより、半導体デバイスの微細構造解析などに必要な試料の観察を容易に行うことが可能な顕微鏡、及び試料観察方法が得られる。

Description

本発明は、半導体デバイスなどの試料を所定の観察面で試料を通して観察するために用いられる顕微鏡、及び試料観察方法に関するものである。

近年、半導体デバイスにおいて、デバイス面（能動回路面）が基板の下側になるフェースダウンボンディング、フリップチップボンディングが多く用いられるようになってきている。このような半導体デバイスの検査では、パッケージの種類や実装方向により、パッケージを分解しない限り基板のデバイス面を露出させることが困難な場合がある。また、フリップチップ実装されずに基板のデバイス面の露出が可能な場合でも、高集積化、多層化された半導体デバイスでは、下層にある配線や素子等の観察が困難になっている。これに対して、デバイス面とは反対の裏面から基板を通して半導体デバイスを観察する方法が提案されている。

従来の半導体検査装置としては、エミッション顕微鏡（文献１：特開平７−１９０９４６号公報）、ＯＢＩＲＣＨ装置（文献２：特開平６−３００８２４号公報）、時間分解エミッション顕微鏡（文献３：特開平１０−１５００８６号公報）などが知られている。また、このような顕微鏡を用いた観察では、半導体デバイスの基板材料として用いられるシリコン（Ｓｉ）が近赤外光を透過させることから、赤外光などを用いた観察が行われている。しかしながら、近年、検査対象となる半導体デバイスの微細化が進んでおり、可視光や赤外光を使用した従来の検査装置では、光学系での回折限界に起因する制限により、微細構造の解析が困難になってきている。

このため、このような半導体デバイスの微細構造について解析を行って、半導体デバイス中に形成されたトランジスタや配線などの回路パターンに発生した異常箇所を検出する場合、まず、可視光や赤外光を使用した検査装置によって異常箇所が存在する範囲をある程度まで絞り込む。そして、その絞り込まれた範囲について、より高分解能な電子顕微鏡などの観察装置を用いて観察を行うことで、半導体デバイスでの異常箇所を検出する方法が用いられている。
特開平７−１９０９４６号公報 特開平６−３００８２４号公報 特開平１０−１５００８６号公報

上記したように、光を使用した検査を行った後に電子顕微鏡で高分解能の観察を行う方法では、検査対象となる半導体デバイスの準備、設置が複雑であるなどの理由により、半導体デバイスの検査に大変な手間と時間を要するという問題がある。

一方、観察対象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。ＳＩＬは、半球形状、また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あり、通常は大きさが１ｍｍ程度と小型のレンズ素子である。このＳＩＬを観察対象の表面に密着させて設置すれば、開口数ＮＡ及び倍率をともに拡大することができ、高い空間分解能での観察が可能となる。しかしながら、半導体デバイスの検査においては、その取り扱いや観察制御などの点から、ＳＩＬを用いた検査は実用化されていない。これは、半導体デバイス以外の試料の観察においても同様である。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、半導体デバイスの微細構造解析などに必要な試料の観察を容易に行うことが可能な顕微鏡、及び試料観察方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による顕微鏡は、試料を所定の観察面で観察する顕微鏡であって、（１）対物レンズを含み試料の像を導く光学系と、（２）対物レンズを駆動して試料に対する焦点合わせ及び収差補正を行うための対物レンズ駆動手段と、（３）試料から対物レンズへの光軸を含む位置に設けられた固浸レンズと、（４）対物レンズ駆動手段を制御する制御手段とを備え、（５）制御手段は、試料の屈折率ｎ_０、厚さｔ_０、固浸レンズの屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び曲率半径Ｒ_１に基づいて設定された補正条件で焦点合わせ及び収差補正を行う固浸レンズモードを制御モードとして有することを特徴とする。

また、本発明による試料観察方法は、試料を所定の観察面で、対物レンズを含む光学系を介して観察する試料観察方法であって、（ａ）試料から対物レンズへの光軸を外れた待機位置に固浸レンズを配置して試料の通常画像を観察する通常画像観察ステップ（第１画像観察ステップ）と、（ｂ）試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置に固浸レンズを配置し、試料の屈折率ｎ_０、厚さｔ_０、固浸レンズの屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び曲率半径Ｒ_１に基づいて設定された補正条件で焦点合わせ及び収差補正を行う補正ステップと、（ｃ）補正ステップによって焦点合わせ及び収差補正がなされた状態で試料の拡大画像を観察する拡大画像観察ステップ（第２画像観察ステップ）とを備えることを特徴とする。

上記した顕微鏡及び試料観察方法では、裏面から基板を通して行う半導体デバイスの検査など、試料を通して所定の観察面に対して行う試料の観察において、固浸レンズありで試料及び固浸レンズの光学パラメータを考慮した観察条件によって観察を行う制御モード（固浸レンズモード）を用いて試料の観察を行っている。これにより、固浸レンズありでの拡大画像を好適に取得することができ、試料の微細構造などの観察を容易に行うことが可能となる。

試料観察としては、例えば半導体デバイスを試料とし、半導体デバイスを裏面から基板を通して観察する例が挙げられる。この場合、上記顕微鏡は半導体検査装置として用いられ、半導体デバイスの微細構造解析などの検査を容易に行うことが可能となる。また、試料の画像を導く光学系に対し、試料の画像を取得する画像取得手段を設けても良い。

ここで、顕微鏡は、固浸レンズを駆動して、試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置、及び光軸を外れた待機位置の間で移動させる固浸レンズ駆動手段を備えることとしても良い。このような固浸レンズ駆動手段を設けることにより、固浸レンズなし／ありでの通常画像／拡大画像の取得が容易になる。

また、光学系としては、対物レンズとして、試料の通常画像を観察するための第１の対物レンズ、及び固浸レンズとともに試料の拡大画像を観察するための第２の対物レンズを有する構成を用いても良い。このように固浸レンズなし／ありで別個の対物レンズを用いる場合、上記した固浸レンズ駆動手段としては対物レンズを切り換えるレボルバが用いられる。

また、顕微鏡は、制御手段が、試料の屈折率ｎ_０、及び観察面までの試料の厚さｔ_０に基づいて設定された補正条件で焦点合わせを行う通常モードと、上記した固浸レンズモードとの２つの制御モードを有することが好ましい。同様に、試料観察方法は、試料から対物レンズへの光軸を外れた待機位置に固浸レンズを配置し、試料の屈折率ｎ_０、及び観察面までの試料の厚さｔ_０に基づいて設定された補正条件で焦点合わせを行う通常補正ステップを備えることが好ましい。また、このような通常モードにおいても、必要があれば固浸レンズモードと同様に、焦点合わせとともに収差補正を行うこととしても良い。

上記した顕微鏡及び試料観察方法では、固浸レンズなしで試料の光学パラメータを考慮した観察条件によって観察を行う第１モード（通常モード）と、固浸レンズありで試料及び固浸レンズの光学パラメータを考慮した観察条件によって観察を行う第２モード（固浸レンズモード）とを切り換えて試料の観察を行っている。これにより、固浸レンズなし／ありでの通常画像／拡大画像をそれぞれ好適に取得することができ、試料の微細構造などの観察を容易に行うことが可能となる。

試料に対する焦点合わせについては、顕微鏡は、対物レンズ駆動手段が、試料と対物レンズとの間隔を変化させて焦点合わせを行う焦点調節手段を有することが好ましい。同様に、試料観察方法は、補正ステップにおいて、試料と対物レンズとの間隔を変化させて焦点合わせを行うことが好ましい。

また、収差補正については、顕微鏡は、対物レンズが、光軸に沿って配置された第１レンズ群及び第２レンズ群を有し、対物レンズ駆動手段は、対物レンズでの第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を変化させて収差補正を行う収差補正手段を有することが好ましい。同様に、試料観察方法は、補正ステップにおいて、対物レンズでの光軸に沿って配置された第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を変化させて収差補正を行うことが好ましい。

具体的な補正方法については、顕微鏡は、制御手段が、固浸レンズモードでの補正条件に対応する焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを有することが好ましい。同様に、試料観察方法は、補正ステップにおいて、その補正条件に対応する焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを用いることが好ましい。

また、固浸レンズなし／ありを切り換える場合には、顕微鏡は、制御手段が、通常モード（第１モード）での補正条件（第１補正条件）に対応する焦点合わせテーブル（第１焦点合わせテーブル）と、固浸レンズモード（第２モード）での補正条件（第２補正条件）に対応する焦点合わせテーブル（第２焦点合わせテーブル）及び収差補正テーブル（第２収差補正テーブル）とを有することが好ましい。この場合、通常モードにおいて収差補正を行う必要があれば、制御手段は、通常モードでの補正条件に対応する収差補正テーブル（第１収差補正テーブル）をさらに有することが好ましい。

同様に、試料観察方法は、通常補正ステップ（第１補正ステップ）において、その補正条件（第１補正条件）に対応する焦点合わせテーブル（第１焦点合わせテーブル）を用いるとともに、補正ステップ（第２補正ステップ）において、その補正条件（第２補正条件）に対応する焦点合わせテーブル（第２焦点合わせテーブル）及び収差補正テーブル（第２収差補正テーブル）を用いることが好ましい。この場合、通常補正ステップにおいて収差補正を行う必要があれば、通常補正ステップにおいて、その補正条件に対応する収差補正テーブル（第１収差補正テーブル）をさらに用いることが好ましい。

このように、焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを用いることにより、焦点合わせ及び収差補正を容易かつ確実に実行することができる。

また、顕微鏡は、固浸レンズ駆動手段が、固浸レンズを支持する固浸レンズホルダが連結された第１腕部材と、第１腕部材を試料に対して略平行な水平面内で回動させる第１腕部材回動源と、第１腕部材回動源を保持する第２腕部材と、第１腕部材回動源の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、第２腕部材を水平面内で回動させる第２腕部材回動源とを有する固浸レンズ移動装置であることが好ましい。

このような固浸レンズ移動装置を用いることにより、半導体デバイスなどの試料及び対物レンズに対して、固浸レンズを挿入位置と待機位置との間で好適に移動させることができる。この場合、さらに、固浸レンズ移動装置は、第２腕部材回動源を水平面に直交する垂直方向に移動させる垂直方向移動源を有することが好ましい。

本発明によれば、固浸レンズを試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置に配置し試料及び固浸レンズの光学パラメータを考慮して観測を行う固浸レンズモードを用い、試料の観察を所定の観察面で試料を通して行うことにより、試料の微細構造などの観察を容易に行うことが可能な顕微鏡及び試料観察方法が得られる。

図１は、半導体検査装置の一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、図１に示した検査装置での対物レンズの構成を示す側面断面図である。 図３は、図１に示した検査装置でのＳＩＬを用いた半導体デバイスの観察方法を示す側面図である。 図４は、図１に示した検査装置を用いた半導体検査方法の一例を示すフローチャートである。 図５は、図４に示した検査方法のうちで通常モードでの観察及びＳＩＬモードでの観察について示すフローチャートである。 図６は、半導体デバイスの観察における（ａ）デフォルト状態、（ｂ）通常モード、及び（ｃ）ＳＩＬモードを示す模式図である。 図７は、基板の屈折率と幾何学的収差との相関の一例を示すグラフである。 図８は、基板の厚さとフォーカス移動量との相関の一例を示すグラフである。 図９は、基板の厚さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の一例を示すグラフである。 図１０は、測定深さとフォーカス移動量との相関の一例を示すグラフである。 図１１は、測定深さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の一例を示すグラフである。 図１２は、測定深さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の他の例を示すグラフである。 図１３は、半導体検査装置の他の実施形態を示す構成図である。 図１４は、図１３に示した半導体検査装置を側面から示す構成図である。 図１５は、ＳＩＬマニピュレータ及び対物レンズの一実施形態を上方から見た斜視図である。 図１６は、ＳＩＬが待機位置に配置されている状態のＳＩＬマニピュレータ及び対物レンズを示す下面図である。 図１７は、ＳＩＬが挿入位置に配置されている状態のＳＩＬマニピュレータ及び対物レンズを示す下面図である。 図１８は、ＳＩＬが交換位置に配置されている状態のＳＩＬマニピュレータ及び対物レンズを示す下面図である。 図１９は、ＳＩＬホルダの構成を示す斜視図である。 図２０は、ＳＩＬホルダの（ａ）待機位置の状態、及び（ｂ）挿入位置の状態を示す縦断面図である。

符号の説明

Ａ…観察部、１…画像取得部、１０…高感度カメラ、１２…レーザスキャン光学系ユニット（ＬＳＭユニット）、１２ａ…レーザ光導入用光ファイバ、１２ｃ…検出用光ファイバ、１２ｂ、１２ｄ…レンズ、１２ｅ…ビームスプリッタ、１２ｆ…ＸＹスキャナ、１５…ＸＹＺステージ、１５ａ…ＸＹステージ、１５ｂ…Ｚステージ、１６…検査部、１８…ステージ、１９…テストフィクスチャ、２…光学系、２０…対物レンズ、２０ａ…第１レンズ群、２０ｂ…第２レンズ群、２１…補正環、２２…カメラ用光学系、２２ａ…レンズ、２４…ＬＳＭユニット用光学系、２４ａ…ビームスプリッタ、２４ｂ…ミラー、２４ｃ…レンズ、３…固浸レンズ（ＳＩＬ）、３０…ＳＩＬ駆動部、４０…補正環駆動部、
Ｂ…制御部、５１…観察制御部、５１ａ…カメラ制御部、５１ｂ…ＬＳＭ制御部、５１ｃ…ＯＢＩＲＣＨ制御部、５２…ステージ制御部、５３…ＳＩＬ制御部、５４…対物レンズ制御部、Ｃ…解析部、６１…画像解析部、６２…指示部、６３…表示装置。
３０Ａ…ＳＩＬマニピュレータ、７１…第１腕部材、７２…第１腕部材回動源、７３…第２腕部材、７４…第２腕部材回動源、７５…Ｚ方向移動源、７６、７７…支持部、８５…光結合材料供給パイプ、９５…気体供給パイプ、５…ＳＩＬホルダ、６…ホルダ、７…腕部、８…第１ホルダ、９…第２ホルダ、１１…キャップ。

以下、図面とともに本発明による顕微鏡、及び試料観察方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

まず、本発明による顕微鏡である半導体検査装置の基本的構成について説明する。図１は、本発明による半導体検査装置の一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。本装置は、例えばトランジスタや配線などからなる回路パターンがデバイス面上に形成された半導体デバイスＳを検査対象（観察対象）の試料とするとともに、そのデバイス面を観察面に設定し、デバイス面とは反対の裏面から基板を通して半導体デバイスＳを観察して検査を行う検査装置である。ここで、本発明による顕微鏡及び試料観察方法は、試料の観察を所定の観察面で試料を通して行う場合に適用可能であるが、以下においては、主にその適用例である半導体検査装置及び検査方法について説明する。

本実施形態による半導体検査装置は、半導体デバイスＳ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Ｓ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。また、本検査装置による検査対象、すなわち観察対象の試料となる半導体デバイスＳは、観察部Ａに設けられたステージ１８上に、その観察面となるデバイス面をステージ１８側、裏面を上側として載置されている。

観察部Ａは、暗箱（図示していない）内に設置された画像取得部１と、光学系２と、固浸レンズ（ＳＩＬ：Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）３とを有している。画像取得部１は、例えば光検出器や撮像装置などからなり、半導体デバイスＳの画像を取得する手段である。また、画像取得部１と、ステージ１８上に載置された半導体デバイスＳとの間には、半導体デバイスＳからの光による画像を画像取得部１へと導く光学系２が設けられている。

光学系２には、その半導体デバイスＳに対向する所定位置に、半導体デバイスＳからの光が入射する対物レンズ２０が設けられている。半導体デバイスＳから出射、あるいは反射等された光は対物レンズ２０へと入射し、この対物レンズ２０を含む光学系２を介して画像取得部１に到達する。そして、画像取得部１において、検査に用いられる半導体デバイスＳの画像が取得される。

画像取得部１と光学系２とは、互いの光軸が一致された状態で一体に構成されている。また、これらの画像取得部１及び光学系２に対し、ＸＹステージ１５ａ及びＺステージ１５ｂからなるＸＹＺステージ１５が設置されている。ＸＹステージ１５ａは、画像取得部１及び光学系２をＸ−Ｙ面内（水平面内）で移動させて、半導体デバイスＳに対する観察位置（検査位置）を設定するために用いられる。また、Ｚステージ１５ｂは、画像取得部１及び光学系２をＺ方向（垂直方向）に移動させて、半導体デバイスＳに対する焦点を調整するために用いられる。これにより、Ｚステージ１５ｂは、半導体デバイスＳの基板と光学系２の対物レンズ２０との間隔を変化させて観察の焦点合わせを行う焦点調節手段として機能する。

また、本実施形態においては、図２の側面断面図に示すように、対物レンズ２０のレンズ群が、第１レンズ群２０ａ及び第２レンズ群２０ｂの２つのレンズ群によって構成されている。これらのレンズ群２０ａ、２０ｂは、対物レンズ２０の光軸に沿って上側、下側にそれぞれ配置されている。対物レンズ２０は、その外周部に設けられた補正環２１（図１参照）を回転させることにより、レンズ群２０ａ、２０ｂの間隔ｕを変化させることが可能に構成されている。また、補正環２１は、補正環駆動部４０によって駆動制御されている。これにより、補正環２１及び補正環駆動部４０は、対物レンズ２０でのレンズ群２０ａ、２０ｂの間隔ｕを変化させて観測の収差補正を行う収差補正手段として機能する。

このような構成において、Ｚステージ１５ｂからなる焦点調節手段と、補正環２１及び補正環駆動部４０からなる収差補正手段とにより、対物レンズ２０を駆動して半導体デバイスＳに対する焦点合わせ及び収差補正を行う対物レンズ駆動手段が構成されている。なお、図２においては、補正環２１を含む対物レンズ２０の具体的な構造及び駆動機構については図示を省略している。また、半導体デバイスＳに対する焦点合わせについては、半導体デバイスＳを載置するステージ１８を駆動することによって行っても良い。

また、図１に示す検査装置では、半導体デバイスＳに対して、検査部１６が設けられている。検査部１６は、半導体デバイスＳの検査を行う際に、必要に応じて、半導体デバイスＳの状態の制御等を行う。検査部１６による半導体デバイスＳの状態の制御方法は、半導体デバイスＳに対して適用する具体的な検査方法によって異なるが、例えば、半導体デバイスＳに形成された回路パターンの所定部分に電圧を供給する方法、あるいは、半導体デバイスＳに対してプローブ光となるレーザ光を照射する方法などが用いられる。

本実施形態においては、この観察部Ａには、さらに、ＳＩＬ３が設置されている。このＳＩＬ３は、半導体デバイスＳの画像を拡大するために用いられるレンズである。また、ＳＩＬ３は、画像取得部１及び光学系２と、ステージ１８上に載置された半導体デバイスＳとに対して移動可能に設置されている。具体的には、ＳＩＬ３は、半導体デバイスＳから対物レンズ２０への光軸を含み、半導体デバイスＳに密着して設置される挿入位置と、光軸を外れた待機位置との間を移動可能に構成されている。

また、ＳＩＬ３に対し、固浸レンズ駆動部（ＳＩＬ駆動部）３０が設けられている。ＳＩＬ駆動部３０は、ＳＩＬ３を駆動して上記した挿入位置及び待機位置の間を移動させる駆動手段である。また、ＳＩＬ駆動部３０は、ＳＩＬ３の位置を微小に移動させることにより、光学系２の対物レンズ２０に対するＳＩＬ３の挿入位置を調整する。なお、図１においては、対物レンズ２０と半導体デバイスＳとの間の挿入位置に配置された状態でＳＩＬ３を図示している。

ここで、通常、ＳＩＬとしては、球心が焦点となり開口率ＮＡ及び倍率がともにｎ倍となる半球形状を有するレンズ、あるいは、球心からＲ／ｎだけ下方にずれた位置が焦点となり開口率ＮＡ及び倍率がともにｎ^２倍となる超半球形状を有するレンズが用いられている（例えば、特開２００２−１８９０００号公報参照）。

図３は、図１に示した検査装置でのＳＩＬを用いた半導体デバイスの観察方法を示す側面図である。本検査装置においては、上記したように半導体デバイスＳは、そのデバイス面Ｓａを下側（ステージ１８側）、裏面Ｓｂを上側（対物レンズ２０側）としてステージ１８上に設置される。この半導体デバイスＳに対し、ＳＩＬ３は挿入位置では、その平面状もしくは凸面状のレンズ面が裏面Ｓｂに密着するように配置される。このようなＳＩＬとしては、例えばｐｌａｎｏ−ｃｏｎｖｅｘ ｌｅｎｓ、ｂｉ−ｃｏｎｖｅｘ ｌｅｎｓが知られている（例えば、特開平５−１５７７０１号公報、及び米国特許第６５９４０８６号公報参照）。

このように、対物レンズ２０及びＳＩＬ３を用いて半導体デバイスＳを裏面Ｓｂから基板を通して観察する場合、半導体デバイスＳでの光学パラメータとしては、基板の屈折率ｎ_０、及び厚さｔ_０がある。また、ＳＩＬ３での光学パラメータとしては、屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び球面状のレンズ面の曲率半径Ｒ_１がある。図３中においては、対物レンズ２０側からＳＩＬ３及び基板を通ってデバイス面Ｓａへと集束する光路を実線によって示している。また、半導体デバイスＳの基板の屈折率ｎ_０がＳＩＬ３の屈折率ｎ_１と等しいと仮定した場合の光路を点線によって示している。

また、図中のＬは、点線の光路でのＳＩＬ３の、固浸レンズ球面からの測定深さ、すなわちＳＩＬ３のレンズ面形状から求められる焦点位置のＳＩＬ３の頂点からの距離である（以下、測定深さとする）。この測定深さＬは、実際の観察においてデバイス面Ｓａに焦点が合うように、Ｌ＝ｄ_１＋ｔ_０×（ｎ_１／ｎ_０）によって求められる。なお、ＳＩＬ３の具体的なレンズ形状（例えば曲率半径Ｒ_１に対する厚さｄ_１の設定）については、必要に応じて適宜設定される。また、一般に、基板（試料）の厚さｔ_０については、試料の内部に観察面を設定して試料の一部を通して観察を行う場合には、その観察面までの試料の厚さを厚さｔ_０とすれば良い。

半導体デバイスＳを検査するための観察等を行う観察部Ａに対し、制御部Ｂ及び解析部Ｃが設けられている。

制御部Ｂは、観察制御部５１と、ステージ制御部５２と、ＳＩＬ制御部５３と、対物レンズ制御部５４とを有している。観察制御部５１は、画像取得部１及び検査部１６の動作を制御することによって、観察部Ａにおいて行われる半導体デバイスＳの観察の実行や観察条件の設定などを制御する。

ステージ制御部５２は、ＸＹステージ１５ａの動作を制御することによって、本検査装置における検査位置となる画像取得部１及び光学系２による半導体デバイスＳの観察位置の設定、あるいはその位置合わせを制御する。また、ＳＩＬ制御部５３は、ＳＩＬ駆動部３０の動作を制御することによって、挿入位置及び待機位置の間でのＳＩＬ３の移動、あるいはＳＩＬ３の挿入位置の調整等を制御する。

対物レンズ制御部５４は、Ｚステージ１５ｂの動作を制御することによって、半導体デバイスＳの基板と対物レンズ２０との間隔を変化させる焦点合わせを制御する。さらに、この制御部５４は、補正環駆動部４０及び補正環２１の動作を制御することによって、対物レンズ２０でのレンズ群２０ａ、２０ｂの間隔ｕを変化させる収差補正を制御する。

解析部Ｃは、画像解析部６１と、指示部６２とを有している。画像解析部６１は、画像取得部１によって取得された画像に対して、必要な解析処理等を行う。また、指示部６２は、操作者からの入力内容や、画像解析部６１による解析内容などを参照し、制御部Ｂに対して必要な指示を行う。また、解析部Ｃに対して、表示装置６３が接続されている。解析部Ｃによって取得または解析された画像、データ等は、必要に応じて表示装置６３に表示される。

このような構成において、制御部Ｂは、Ｚステージ１５ｂ、補正環駆動部４０、及び補正環２１を含む対物レンズ駆動手段と、ＳＩＬ駆動部３０を含む固浸レンズ駆動手段とを制御して、半導体デバイスＳのデバイス面Ｓａを観察する際の観察条件を制御する制御手段となっている。特に、本実施形態においては、ＳＩＬ３が挿入位置と待機位置との間を移動可能に構成されていることに対応して、ＳＩＬ制御部５３及び対物レンズ制御部５４を含む制御部Ｂは、通常モード（第１モード）及び固浸レンズモード（ＳＩＬモード、第２モード）の２つの制御モードを有している。

通常モードでは、ＳＩＬ制御部５３は、ＳＩＬ駆動部３０によって光軸を外れた待機位置にＳＩＬ３を配置する。また、対物レンズ制御部５４は、半導体デバイスＳの基板の屈折率ｎ_０、及び厚さｔ_０に基づいて設定された第１補正条件で、Ｚステージ１５ｂ、補正環駆動部４０、及び補正環２１によって観察条件の焦点合わせ及び収差補正を行う。そして、対物レンズ２０を含む光学系２を介して、裏面Ｓｂからの半導体デバイスＳの観察が行われる。対物レンズ制御部５４には、この第１補正条件に対応する第１焦点合わせテーブル及び第１収差補正テーブルが用意されている。

ＳＩＬモードでは、ＳＩＬ制御部５３は、ＳＩＬ駆動部３０によって光軸を含む挿入位置にＳＩＬ３を配置する。また、対物レンズ制御部５４は、半導体デバイスＳの基板の屈折率ｎ_０、厚さｔ_０、ＳＩＬ３の屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び曲率半径Ｒ_１に基づいて設定された第２補正条件で、Ｚステージ１５ｂ、補正環駆動部４０、及び補正環２１によって観察条件の焦点合わせ及び収差補正を行う。そして、対物レンズ２０を含む光学系２と、ＳＩＬ３とを介して、裏面Ｓｂからの半導体デバイスＳの観察が行われる。対物レンズ制御部５４には、この第２補正条件に対応する第２焦点合わせテーブル及び第２収差補正テーブルが用意されている。

次に、本発明による試料観察方法である半導体検査方法について説明する。図４は、図１に示した検査装置を用いた半導体検査方法の一例を示すフローチャートである。また、図５は、図４に示した検査方法のうちで通常モードでの観察及びＳＩＬモードでの観察による観察方法について具体的に示すフローチャートである。また、図６は、半導体デバイスの観察における（ａ）デフォルト状態、（ｂ）通常モード、及び（ｃ）ＳＩＬモードを示す模式図である。

まず、検査対象となる半導体デバイスＳに対して観察に好適な光学パラメータを有するＳＩＬ３を選択し、そのＳＩＬ３をＳＩＬ駆動部３０に対してセットする（ステップＳ１０１）。そして、選択されたＳＩＬ３の屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び曲率半径Ｒ_１の各光学パラメータを、解析部Ｃに設けられた入力装置を介して入力する（Ｓ１０２）。また、検査対象の半導体デバイスＳを、裏面Ｓｂを上側としてステージ１８上にセットする（Ｓ１０３）。そして、セットした半導体デバイスＳの裏面Ｓｂに観察の焦点を合わせる。これにより、図６（ａ）に示すように、半導体デバイスＳの上面となっている裏面Ｓｂに焦点が合うように、焦点及び収差が設定される（Ｓ１０４）。この状態、すなわち基板の厚さｔ_０＝０が、半導体デバイスＳを観察する際のデフォルト状態（原点出しを行った状態）となる。なお、この状態では、ＳＩＬ３は光軸を外れた待機位置に配置されている。

次に、観察対象の試料となる半導体デバイスＳの基板の屈折率ｎ_０及び厚さｔ_０の各光学パラメータを入力する（Ｓ１０５）。

続いて、半導体デバイスＳに対し、対物レンズ２０を用いる通常モードでの観察を行う（Ｓ２００）。具体的には、図５のフローチャートに示すように、基板の屈折率ｎ_０、及び厚さｔ_０に応じた第１焦点合わせテーブル、第１収差補正テーブルを使用し、対物レンズ２０の移動量ΔＺ、及びレンズ群２０ａ、２０ｂの間隔ｕを調整する。これにより、図６（ｂ）に示すように、裏面Ｓｂから基板を通して半導体デバイスＳの観察面に設定されているデバイス面Ｓａに焦点が合うように、焦点合わせ及び収差補正が実行される（Ｓ２０１、第１補正ステップ）。

観察条件の設定が終了したら、半導体デバイスＳを検査するための観察を行う（Ｓ２０２、第１画像観察ステップ）。ここでは、画像取得部１により、対物レンズ２０を含む光学系２を介して、半導体デバイスＳのデバイス面Ｓａに設けられた回路パターンの通常画像を観察する。また、ステージ制御部５２により、ＸＹステージ１５ａを駆動制御して画像取得部１及び光学系２をＸ−Ｙ面内で移動させる。そして、半導体デバイスＳの観察したい箇所を見つけて視野中心にセットし、検査位置（観察位置）に設定する。

続いて、対物レンズ２０に加えてＳＩＬ３を用いるＳＩＬモードでの観察を行う（Ｓ３００）。具体的には、ＳＩＬ制御部５３によりＳＩＬ駆動部３０を駆動し、ＳＩＬ３を待機位置から挿入位置へと移動する。そして、半導体デバイスＳの裏面Ｓｂに密着した状態で、検査位置に合わせてＳＩＬ３を視野に挿入する（Ｓ３０１）。この状態で、基板の屈折率ｎ_０、厚さｔ_０、ＳＩＬ３の屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び曲率半径Ｒ_１に応じた第２焦点合わせテーブル、第２収差補正テーブルを使用し、対物レンズ２０の移動量ΔＺ、及びレンズ群２０ａ、２０ｂの間隔ｕを調整する。これにより、図６（ｃ）に示すように、ＳＩＬ３及び基板を通して半導体デバイスＳのデバイス面Ｓａに焦点が合うように、焦点合わせ及び収差補正が実行される（Ｓ３０２、第２補正ステップ）。また、必要に応じて焦点、収差、ＳＩＬ３の位置等の観察条件について微調整を行う（Ｓ３０３）。

観察条件の設定が終了したら、半導体デバイスＳの観察を行う（Ｓ３０４、第２画像観察ステップ）。ここでは、画像取得部１により、対物レンズ２０を含む光学系２及びＳＩＬ３を介して、半導体デバイスＳの拡大画像を観察し、検査位置にある回路パターンについて検査を行う。設定された検査位置に対して必要な観察及び検査が終了したら、ＳＩＬ３を視野から外して待機位置へと移動する（Ｓ３０５）。

次に、図４のフローチャートに示すように、ステージ１８にセットされている半導体デバイスＳについて、他の位置を観察する必要があるかどうかを確認し（Ｓ１０６）、必要があれば通常モードでの観察（Ｓ２００）及びＳＩＬモードでの観察（Ｓ３００）を繰返して実行する。また、他の位置を観察する必要がなければ、他の半導体デバイスを観察するかどうかを確認し（Ｓ１０７）、必要があれば半導体デバイスＳのセット（Ｓ１０３）以降の各プロセスを繰返して実行する。他の半導体デバイスがなければ、半導体デバイスの検査を終了する。

本実施形態による半導体検査装置、及び半導体検査方法の効果について説明する。

図１に示した半導体検査装置、及び図４、図５に示した半導体検査方法においては、裏面Ｓｂから基板を通して行う半導体デバイスＳの検査において、ＳＩＬ３を待機位置に配置して基板の光学パラメータｎ_０、ｔ_０を考慮した観察条件で観察を行う通常モードと、ＳＩＬ３を挿入位置に配置して基板の光学パラメータｎ_０、ｔ_０及びＳＩＬ３の光学パラメータｎ_１、ｄ_１、Ｒ_１を考慮した観察条件で観察を行うＳＩＬモードとを切り換えて検査を行っている。これにより、ＳＩＬ３なし／ありの状態のそれぞれについて焦点合わせ及び収差補正を適切に実行して、半導体デバイスＳの通常画像／拡大画像をそれぞれ好適に取得することができる。したがって、半導体デバイスＳの微細構造解析などの検査を容易に行うことが可能となる。

また、上記実施形態においては、対物レンズ２０に対する焦点調節手段として、半導体デバイスＳの基板と対物レンズ２０との間隔を調整するＺステージ１５ｂを用いている。また、対物レンズ２０に対する収差補正手段として、レンズ群２０ａ、２０ｂからなるレンズ構成を適用するとともに、レンズ群の間隔を調整する補正環２１、及び補正環駆動部４０を用いている。このような構成により、半導体デバイスＳを観察する際の焦点及び収差を好適に調整することができる。また、これら以外の構成を用いても良い。例えば、半導体デバイスＳに対する焦点合わせについては、上記したように半導体デバイスＳを載置するステージ１８をＺ軸方向に駆動する構成としても良い。

また、焦点合わせ及び収差補正の具体的な方法については、各補正条件に対応して制御部Ｂに用意された焦点合わせテーブル、及び収差補正テーブルを用いて実行している。これにより、半導体デバイスＳに対する観察条件を容易かつ確実に補正することができる。ただし、このような方法としては、焦点合わせテーブル及び収差補正テーブル以外の方法を用いても良い。例えば、焦点合わせ及び収差補正を行うために必要な計算式を用意しておき、その計算式を用いて焦点合わせ、収差補正の条件を算出する構成としても良い。

図１に示した構成においては、具体的には、焦点合わせテーブルは、Ｚステージ１５ｂによる対物レンズ２０のＺ方向への駆動距離（フォーカス移動量）ΔＺによって作成することが好ましい。また、収差補正テーブルは、対物レンズ２０におけるレンズ群２０ａ、２０ｂの間隔ｕ、または間隔ｕに対応する補正環２１の回転量によって作成することが好ましい。

また、これらの補正テーブルについては、想定される基板及びＳＩＬの光学パラメータの組合せに対してあらかじめ必要な数だけテーブルを作成しておき、入力されたパラメータに応じて使用するテーブルを選択しても良い。あるいは、パラメータが入力された時点で補正テーブルを作成することとしても良い。また、ＳＩＬの光学パラメータの入力については、パラメータの値を個別に入力する以外にも、ＳＩＬの型番に対応したパラメータのセットを用意しておく構成や、パラメータの値が記憶されたＩＣチップなどの記憶媒体をＳＩＬに設けておいて使用時にデータを読み出す構成などを用いても良い。

なお、半導体基板及びＳＩＬに使用される主な材料、及びその屈折率ｎとしては、以下のものが挙げられる。
Ｓｉ ：３．５
ＧａＰ ：３．１
ＧａＡｓ ：３．４
ガラス ：１．４５〜２
プラスチック：１．４５〜２

また、ＳＩＬの材料については、検査対象となる半導体デバイスでのＳｉ、ＧａＰなどの基板材料に対して屈折率が近いものを選択して用いることが好ましい。また、上記実施形態では、観察対象の試料を半導体デバイスとした半導体検査装置及び検査方法について説明しているが、一般に半導体デバイスなどの各種のデバイスを試料とする場合には、対象となるデバイスとしては、半導体基板を用いたものに限らず、ポリシリコン薄膜トランジスタなどのように、ガラスやプラスチックなどを基板とする集積回路を観察対象としても良い。例えば液晶デバイスではガラス基板上に、また、有機ＥＬ等ではプラスチック基板上にデバイスが作製される。

Ｓｉ製ＳＩＬを用いる場合、基板がＳｉ基板であれば基板とＳＩＬとの界面で収差が生じないという利点がある。ただし、１．１μｍ以下の波長の光については透過率が低く、基板を薄くしてもＳＩＬによって光が吸収される点に注意が必要である。

また、ＧａＰ製ＳＩＬを用いる場合、Ｓｉの透過波長域に加えて、可視域〜１．１μｍの波長の光も透過するという利点がある。この場合、Ｓｉ基板を充分に薄くすることにより、このような波長域での観察が可能となる。例えば、Ｓｉ基板を３０μｍ程度まで薄くし、ＬＳＭ（後述）による画像取得において１μｍ以下の波長のレーザ光を用いることにより、観察の高解像度化が実現できる。一方、ＧａＰ製ＳＩＬでは、Ｓｉ基板の場合に基板とＳＩＬとの界面で屈折率差による球面収差といった幾何学的収差が発生する点に注意が必要である。なお、上記のように基板を充分に薄くした場合には、幾何学的収差の影響は無視できる。

上記した半導体検査方法について、具体的なデータとともにさらに説明する。

まず、通常モードでの観察条件の補正について説明する。対物レンズ２０を用いた半導体デバイスＳのデバイス面Ｓａの観察（図６（ｂ）参照）では、その基板の裏面Ｓｂで発生する幾何学的収差Ｉは以下の式（１）
Ｉ＝（ｎ_０ ^２−１）ｔ_０ＮＡ^２
／（２ｎ_０ ^３）…（１）
で求められる。この式（１）において、ＮＡは対物レンズ２０の開口数である。

図７は、基板の屈折率と幾何学的収差との相関の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は観察対象の基板（試料）の屈折率ｎ_０を示し、縦軸は（幾何学的収差／基板の厚さ）Ｉ／ｔ_０を示している。また、このグラフでは、対物レンズ２０の開口数をＮＡ＝０．７６としている。通常モードにおける観察条件の補正では、このように求められる幾何学的収差Ｉなどの光学特性に基づいて、焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルが作成される。

図８は、基板の厚さと対物レンズを移動させるフォーカス移動量との相関の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は基板の厚さｔ_０（μｍ）を示し、縦軸はフォーカス移動量ΔＺ（ｍｍ）を示している。また、グラフＡ１はＳｉ（ｎ_０＝３．５）、Ａ２はＧａＰ（ｎ_０＝３．１）、Ａ３はガラス（ｎ_０＝１．５）を基板材料としたときの相関を示している。ここで、式（１）からわかるように、ＮＡ及びｎ_０が一定であれば、幾何学的収差Ｉは基板の厚さｔ_０に比例する。したがって、図８に示す例では、焦点合わせ用のフォーカス移動量ΔＺは、厚さｔ_０または幾何学的収差Ｉに対して比例式で算出される。

図９は、基板の厚さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は基板の厚さｔ_０（μｍ）を示し、縦軸は対物レンズ２０において設定されるレンズ群２０ａ、２０ｂの間隔ｕ（ｍｍ）を示している。また、グラフＢ１はＳｉ、Ｂ２はＧａＰ、Ｂ３はガラスを基板材料としたときの相関を示している。図９に示す例では、収差補正用のレンズ群の間隔ｕは、厚さｔ_０または幾何学的収差Ｉに対して１次式で算出される。なお、図８及び図９において、係数値などを含む具体的な相関式は、個々の対物レンズ２０におけるレンズ構成等によって決められる。また、相関式の次数などの関数系については、適当なものを用いれば良い。

次に、ＳＩＬモードでの観察条件の補正について説明する。対物レンズ２０に加えてＳＩＬ３を用いたデバイス面Ｓａの観察（図６（ｃ）参照）では、その幾何学的収差Ｉは、ＳＩＬ３のレンズ球面で発生する幾何学的収差Ｉ１と、ＳＩＬ３／基板の界面で発生する幾何学的収差Ｉ２との和Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２になる。ＳＩＬ３のレンズ球面で発生する幾何学的収差Ｉ１は、簡単のためＲ_１＝１ｍｍ、ｎ_１＝３．５とすると以下の式（２）
Ｉ１＝６．２５（Ｌ−１）^２
×（３．５Ｌ−４．５）Ｌ…（２）
で求められる。この式（２）において、Ｌは図３に示したＳＩＬ３の測定深さである。

また、ＳＩＬ３／基板の界面で発生する幾何学的収差Ｉ２は以下の式（３） Ｉ２＝ｎ_１（ｎ_０ ^２−ｎ_１ ^２）ｔ_０ＮＡ^２
／（２ｎ_０ ^３）…（３）
で求められる。ＳＩＬモードにおける観察条件の補正では、このように求められる幾何学的収差Ｉ１、Ｉ２などの光学特性に基づいて、焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルが作成される。

図１０は、測定深さとフォーカス移動量との相関の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は測定深さＬ（μｍ）を示し、縦軸はフォーカス移動量ΔＺ（ｍｍ）を示している。また、このグラフでは、基板の光学パラメータをｎ_０＝３．５、ｔ_０＝１００μｍ、ＳＩＬ３の光学パラメータをｎ_１＝３．１、Ｒ_１＝０．５ｍｍとしている。なお、ＳＩＬ３の厚さｄ_１は、上記した式Ｌ＝ｄ_１＋ｔ_０×（ｎ_１／ｎ_０）にしたがって測定深さＬとともに変化する。この図１０に示すような相関により、焦点合わせ用のフォーカス移動量ΔＺが算出される。

図１１は、測定深さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は測定深さＬ（μｍ）を示し、縦軸はレンズ群２０ａ、２０ｂの間隔ｕ（ｍｍ）を示している。また、このグラフでは、基板の光学パラメータをｎ_０＝３．５、ＳＩＬ３の光学パラメータをｎ_１＝３．１、Ｒ_１＝０．５ｍｍとし、到達ＮＡを２．２とした補正状態を示している。また、グラフＣ０は補正なしの状態、Ｃ１はＳＩＬ３の厚さｄ_１＝４８０μｍ、Ｃ２はｄ_１＝４５０μｍ、Ｃ３はｄ_１＝４２０μｍ、Ｃ４はｄ_１＝３９０μｍ、Ｃ５はｄ_１＝３６０μｍ、Ｃ６はｄ_１＝３３０μｍでの補正状態を示している。なお、基板の厚さｔ_０は、上記したＬの式にしたがって測定深さＬとともに変化する。

また、図１２は、測定深さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の他の例を示すグラフである。このグラフでは、基板の光学パラメータをｎ_０＝３．５、ＳＩＬ３の光学パラメータをｎ_１＝３．５、Ｒ_１＝０．５ｍｍとし、到達ＮＡを２．５とした補正状態を示している。この場合、基板及びＳＩＬ３の屈折率が等しいためレンズ群の間隔ｕはＳＩＬ３の厚さｄ_１にはよらず、基板の厚さｔ_０及びＳＩＬ３の厚さｄ_１が測定深さＬとともに任意の組合せで変化する。これらの図１１、図１２に示すような相関により、収差補正用のレンズ群の間隔ｕが算出される。

本発明による半導体検査装置及び検査方法についてさらに説明する。

図１３は、本発明による半導体検査装置の他の実施形態を示す構成図である。また、図１４は、図１３に示した半導体検査装置を側面から示す構成図である。本実施形態は、図１に示した半導体検査装置について、その具体的な構成を示すものとなっている。

本実施形態による半導体検査装置は、観察部Ａと、制御部Ｂと、解析部Ｃとを備えている。なお、ここでは、解析部Ｃについて図示を省略している。検査対象となる半導体デバイスＳは、観察部Ａに設けられたステージ１８上に載置されている。さらに、本実施形態においては、半導体デバイスＳに対して検査に必要な電気信号等を印加するテストフィクスチャ１９が設置されている。半導体デバイスＳは、その裏面が対物レンズ２０に対面するように配置される。

観察部Ａは、暗箱（図示していない）内に設置された高感度カメラ１０と、レーザスキャン光学系（ＬＳＭ：Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）ユニット１２と、光学系２２、２４と、ＸＹＺステージ１５と、ＳＩＬ３と、ＳＩＬ駆動部３０と、補正環駆動部４０とを有している。

これらのうち、カメラ１０及びＬＳＭユニット１２は、図１に示した構成における画像取得部１に相当している。また、光学系２２、２４は、光学系２に相当している。光学系２２、２４の半導体デバイスＳ側には、対物レンズ２０が設けられている。本実施形態においては、図１３及び図１４に示すように、それぞれ異なる倍率を有する複数の対物レンズ２０が切り換え可能に設けられている。また、対物レンズ２０には、図２に示した２つのレンズ群２０ａ、２０ｂ及び補正環２１が設けられており、補正環駆動部４０によって収差を補正可能に構成されている。また、テストフィクスチャ１９は、検査部１６に相当している。また、ＬＳＭユニット１２は、画像取得部１としての機能と合わせて、検査部１６としての機能も有している。

光学系２２は、対物レンズ２０を介して入射された半導体デバイスＳからの光をカメラ１０へと導くカメラ用光学系である。カメラ用光学系２２は、対物レンズ２０によって所定の倍率で拡大された画像をカメラ１０内部の受光面に結像させるための結像レンズ２２ａを有している。また、対物レンズ２０と結像レンズ２２ａとの間には、光学系２４のビームスプリッタ２４ａが介在している。高感度カメラ１０としては、例えば冷却ＣＣＤカメラなどが用いられる。

このような構成において、半導体デバイスＳからの光は対物レンズ２０及びカメラ用光学系２２を含む光学系を介してカメラ１０へと導かれる。そして、カメラ１０によって、半導体デバイスＳのパターン画像などの画像が取得される。あるいは、半導体デバイスＳの発光画像を取得することも可能である。この場合には、テストフィクスチャ１９によって電圧を印加した状態で半導体デバイスＳから発生した光が、光学系を介してカメラ１０へと導かれる。そして、カメラ１０によって、異常観察画像として用いられる半導体デバイスＳの発光画像が取得される。半導体デバイスＳからの発光としては、半導体デバイスの欠陥に基づく異常箇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例として挙げられる。さらに、取得される画像は、デバイスの欠陥に基づく発熱画像であっても良い。

ＬＳＭユニット１２は、赤外レーザ光を照射するためのレーザ光導入用光ファイバ１２ａと、光ファイバ１２ａから照射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ１２ｂと、レンズ１２ｂによって平行光とされたレーザ光を反射して光路を変換するビームスプリッタ１２ｅと、ビームスプリッタ１２ｅで反射されたレーザ光をＸＹ方向に走査して半導体デバイスＳ側へと出射するＸＹスキャナ１２ｆとを有している。

また、ＬＳＭユニット１２は、半導体デバイスＳ側からＸＹスキャナ１２ｆを介して入射され、ビームスプリッタ１２ｅを透過した光を集光するコンデンサレンズ１２ｄと、コンデンサレンズ１２ｄによって集光された光を検出するための検出用光ファイバ１２ｃとを有している。

光学系２４は、半導体デバイスＳ及び対物レンズ２０と、ＬＳＭユニット１２のＸＹスキャナ１２ｆとの間で光を導くＬＳＭユニット用光学系である。ＬＳＭユニット用光学系２４は、半導体デバイスＳから対物レンズ２０を介して入射された光の一部を反射するビームスプリッタ２４ａと、ビームスプリッタ２４ａで反射された光の光路をＬＳＭユニット１２に向かう光路へと変換するミラー２４ｂと、ミラー２４ｂで反射された光を集光するレンズ２４ｃとを有している。

このような構成において、レーザ光源（図示していない）からレーザ光導入用光ファイバ１２ａを介して出射された赤外レーザ光は、レンズ１２ｂ、ビームスプリッタ１２ｅ、ＸＹスキャナ１２ｆ、光学系２４、及び対物レンズ２０を通って半導体デバイスＳへと照射され、半導体デバイスＳ内へと入射する。

この入射光に対する半導体デバイスＳからの反射散乱光は、半導体デバイスＳのデバイス面に設けられている回路パターンを反映している。半導体デバイスＳからの反射光は、入射光とは逆の光路を通ってビームスプリッタ１２ｅへと到達し、ビームスプリッタ１２ｅを透過する。そして、ビームスプリッタ１２ｅを透過した光は、レンズ１２ｄを介して検出用光ファイバ１２ｃへと入射し、検出用光ファイバ１２ｃに接続された光検出器によって検出される。

検出用光ファイバ１２ｃを介して光検出器で検出される光の強度は、上記したように、半導体デバイスＳに設けられている回路パターンを反映した強度となっている。したがって、ＸＹスキャナ１２ｆによって赤外レーザ光が半導体デバイスＳ上をＸ−Ｙ走査することにより、半導体デバイスＳの回路パターンなどの画像を鮮明に撮像することができる。

観察部Ａには、さらに、ＳＩＬ３が設置されている。ＳＩＬ３は、高感度カメラ１０、ＬＳＭユニット１２、光学系２２、２４、及び対物レンズ２０と、ステージ１８上に載置された半導体デバイスＳとに対して、上述した挿入位置及び待機位置の間を移動可能に構成されている。また、ＳＩＬ３に対し、ＳＩＬ駆動部３０が設けられている。ＳＩＬ駆動部３０は、ＳＩＬ３を支持するＳＩＬホルダが連結されたＳＩＬ移動装置（ＳＩＬマニピュレータ）から構成され、ＳＩＬ３をＸ、Ｙ方向、及びＺ方向に移動させるＸＹＺ駆動機構である。

半導体デバイスＳを検査するための観察等を行う観察部Ａに対し、制御部Ｂ及び解析部Ｃが設けられている。なお、図１３、図１４においては、解析部Ｃについては図示を省略している。

制御部Ｂは、カメラ制御部５１ａと、ＬＳＭ制御部５１ｂと、ＯＢＩＲＣＨ制御部５１ｃと、ステージ制御部５２と、ＳＩＬ制御部５３と、対物レンズ制御部５４とを有している。これらのうち、ステージ制御部５２、ＳＩＬ制御部５３、及び対物レンズ制御部５４については、２つの制御モードでの焦点合わせ及び収差補正の制御も含めて、図１に関して上述した通りである。また、カメラ制御部５１ａ、ＬＳＭ制御部５１ｂ、及びＯＢＩＲＣＨ制御部５１ｃは、図１に示した構成における観察制御部５１に相当している。

カメラ制御部５１ａ及びＬＳＭ制御部５１ｂは、それぞれ高感度カメラ１０及びＬＳＭユニット１２の動作を制御することによって、観察部Ａにおいて行われる半導体デバイスＳの画像の取得を制御する。また、ＯＢＩＲＣＨ制御部５１ｃは、半導体デバイスＳの検査に用いられるＯＢＩＲＣＨ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｃｈａｎｇｅ）画像を取得するためのものであり、レーザ光を走査した際に発生する半導体デバイスＳでの電流変化を抽出する。

解析部Ｃは、図１に示したように、画像解析部６１及び指示部６２を有し、例えばコンピュータなどによって構成される。カメラ制御部５１ａ、及びＬＳＭ制御部５１ｂからの画像情報は、解析部Ｃのコンピュータに備えられた画像取込ボードを介して入力される。

図１３及び図１４に示した半導体検査装置を用いた半導体検査方法について概略的に説明する（図４及び図５参照）。まず、ＳＩＬ３を待機位置に配置する通常モードにより、第１補正条件で焦点合わせ及び収差補正がなされた観測条件で半導体デバイスＳの観察を行う（Ｓ２００）。具体的には、ＬＳＭユニット１２によって半導体デバイスＳを走査して、そのパターン画像を取得する。また、半導体デバイスＳでの異常箇所の検出に用いられる異常観察画像を取得する。この異常観察画像としては、ＯＢＩＲＣＨ制御部５１ｃによって取得されるＯＢＩＲＣＨ画像、あるいは、カメラ１０によって取得される発光画像などが用いられる。これらのパターン画像及び異常観察画像については、必要に応じて、各画像の重ね合わせ、及び表示装置６３への表示等が行われる。また、取得された画像を用いて半導体デバイスＳの異常箇所を調べて、検出された異常箇所を検査位置とし、検査位置が視野の中央に位置するようにＸＹＺステージ１５等を設定する。

次に、ＳＩＬ３を半導体デバイスＳの検査位置に対応する挿入位置に配置するＳＩＬモードにより、第２補正条件で焦点合わせ及び収差補正がなされた観察条件で半導体デバイスＳの観察を行う（Ｓ３００）。ここでは、半導体デバイスＳ上に配置されたＳＩＬ３、及び対物レンズ２０等を介して、拡大されたパターン画像、ＯＢＩＲＣＨ画像、発光画像などの画像を取得する。また、必要に応じて、各画像の重ね合わせ、表示装置６３への表示等を行う。なお、発光画像を取得する際には、ＳＩＬ３によって発生する色収差量に合わせてステージ等を適宜移動させ、倍率をソフトウェアで合わせて画像の重ね合わせを行う。

図１３及び図１４に示した半導体検査装置においてＳＩＬ駆動部３０として用いられる固浸レンズ移動装置（ＳＩＬ移動装置）の具体例について説明する。図１５は、ＳＩＬ移動装置であるＳＩＬマニピュレータ及び対物レンズの一実施形態を上方から見た斜視図である。

ＳＩＬ３は、ＳＩＬホルダ５によって支持されている。図１５に示したＳＩＬマニピュレータ３０Ａ（ＳＩＬ駆動部３０）は、このＳＩＬホルダ５に支持された状態のＳＩＬ３を３次元方向に駆動して、対物レンズ２０への光軸を含んで半導体デバイスＳに密着される挿入位置、及び光軸を外れた待機位置の間を移動させるＳＩＬ移動装置である。また、本構成例のＳＩＬマニピュレータ３０Ａは、さらに、ＳＩＬホルダ５に支持されたＳＩＬ３を交換するための交換位置へも移動可能に構成されている。

具体的には、ＳＩＬマニピュレータ３０Ａは、ＳＩＬホルダ５を装着した第１腕部材７１と、この第１腕部材７１をＸ−Ｙ平面（水平面）内で回動させる第１腕部材回動源７２と、第１腕部材回動源７２を保持する第２腕部材７３と、この第２腕部材７３をＸ−Ｙ平面内で回動させる第２腕部材回動源７４とを有している。さらに、ＳＩＬマニピュレータ３０Ａは、Ｘ−Ｙ平面に直行するＺ方向に第２腕部材回動源７４を移動させるＺ方向移動源７５を有し、このＺ方向移動源７５が基端側とされ、移動する第一腕部材７１が終端側とされている。

Ｚ方向移動源７５は、例えば送り螺子等により移動軸がＺ方向に移動するＺ軸モータ等で構成され、支持部７６を介して検査装置本体側の顕微鏡部分などに装着されている。この支持部７６は、装置本体に例えば螺子留め等で着脱可能に装着され、ＳＩＬマニピュレータ３０Ａを外して観察する場合や、他のＳＩＬ移動装置を装着して観察する場合等の利便性が図られている。また、Ｚ方向移動源７５の移動軸には、支持部７７を介して第２腕部材回動源７４が連結されている。この第２腕部材回動源７４は、出力軸が正逆方向に回動する（所定範囲内で回動すれば良い）回動軸とされるモータ等で構成され、Ｚ方向移動源７５の駆動により、Ｚ方向に移動される。

第２腕部材回動源７４の回動軸には、第２腕部材７３の一端が連結されている。この第２腕部材７３は、図１５に示すように、第２腕部材７３が半導体デバイスＳの観察位置の視野（対物レンズ２０の視野）から容易に遠ざかるように湾曲状に構成されている。この第２腕部材７３の他端には、第１腕部材回動源７２が固定されている。この第１腕部材回動源７２は、出力軸が正逆方向に回動する（所定範囲内で回動すれば良い）回動軸とされるモータ等で構成されている。

このように、第１腕部材回動源７２の回動軸と第２腕部材回動源７４の回動軸とは非同軸に位置している。そして、第１腕部材回動源７２は、第２腕部材回動源７４の駆動により、第２腕部材回動源７４の回動軸を支点として第２腕部材７３と共にＸ−Ｙ平面内を回動される。また、第１腕部材回動源７２の回動軸には、前述した第１腕部材７１の他端が連結されている。この第１腕部材７１は、第１腕部材回動源７２の駆動により、第１腕部材回動源７２の回動軸を支点としてＸ−Ｙ平面内を回動される。

以上の構成により、第１腕部材７１の一端に連結されているＳＩＬホルダ５に支持されたＳＩＬ３は、第１腕部材回動源７２、第２腕部材回動源７４の駆動により、Ｘ−Ｙ平面内を、各々の回動を合成した合成方向に移動される。また、ＳＩＬ３は、Ｚ方向移動源７５の駆動によりＺ方向に移動される。そして、その結果、３次元方向の各所定位置にＳＩＬ３が自在に移動される。図１６〜図１８は、それぞれＳＩＬマニピュレータ３０Ａ及び対物レンズ２０を示す下面図であり、図１６はＳＩＬ３が待機位置に配置されている状態を、図１７はＳＩＬ３が挿入位置に配置されている状態を、また、図１８はＳＩＬ３が交換位置に配置されている状態をそれぞれ示している。

また、図１５に示すＳＩＬマニピュレータ３０Ａには、ＳＩＬ３に対して光学密着液を供給する光結合材料供給パイプ８５、及び乾燥気体を供給する気体供給パイプ９５が設けられている。これらは、ＳＩＬ３を挿入位置に配置して、半導体デバイスＳに対して光学的に密着させる際に用いられるものである。

ＳＩＬ３を支持するＳＩＬホルダ５について説明する。図１９は、図１５に示したＳＩＬマニピュレータにおけるＳＩＬホルダの構成を示す斜視図である。また、図２０は、ＳＩＬホルダの（ａ）待機位置の状態、及び（ｂ）挿入位置の状態を示す縦断面図である。

ＳＩＬホルダ５は、図１９に示すように、略円筒状に構成されてＳＩＬ３を支持するホルダ６と、このホルダ６を保持する腕部７とを備えている。このＳＩＬホルダ５は、光学密着液と接触することがあるため、耐腐食性の高い例えばステンレス、アルミ等の金属の他、レンズ形状に合わせて成形加工しやすい樹脂として例えばアクリルやＰＥＴ、ポリエチレン、ポリカーボネート等で成形されている。

ホルダ６は、図２０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＳＩＬ３を保持する第１ホルダ８と、この第１ホルダ８を支持する第２ホルダ９とを備えている。これらの第１ホルダ８及び第２ホルダ９は、半導体デバイスＳに対する光路を妨げないように略円筒状に構成されている。

第１ホルダ８は、その上部の外周面に外方に突出する環状鍔部８ａを有するとともに、その底面に、内側に向かう環状鍔部８ｂを有する。そして、環状鍔部８ｂの内周に形成されている開口を通して、ＳＩＬ３の底面が下方に突出した状態で、ＳＩＬ３が第１ホルダ８に例えば接着剤等で固着され保持されている。第２ホルダ９は、その底面に内側に向かう環状鍔部９ａを有する。そして、環状鍔部９ａの内周に形成されている開口９ｂを通して、第１ホルダ８の下部が下方に突出した状態で、第１ホルダ８の環状鍔部８ａが第２ホルダ９の環状鍔部９ａに載置され、第１ホルダ８及びＳＩＬ３が第２ホルダ９に自重方向に支えられている。

ここで、第１ホルダ８の下部の外径をＡ、第１ホルダ８の環状鍔部８ａの外径をＢ、第２ホルダ９の開口９ｂの内径をＣとすると、Ａ＜Ｃ＜Ｂの関係に設定されているため、第１ホルダ８は第２ホルダ９に対して自由とされるとともに第２ホルダ９から下方への第１ホルダ８の離脱が防止されている。

また、第２ホルダ９は、その上部の開口９ｃに、例えば嵌合や螺合等により装着されるＳＩＬ３の抜け止めのためのキャップ１１を備えている。このキャップ１１は、第１ホルダ８及び第２ホルダ９と同様に略円筒状に構成され、キャップ１１の内径をＤとすると、Ｄ＜Ｂの関係に設定されている。従って、このキャップ１１により、半導体デバイスＳに対する光路を妨げること無く、ＳＩＬ３を保持した第１ホルダ８が第２ホルダ９の上部の開口９ｃを通して飛び出すなどの離脱が防止されＳＩＬの紛失が防止されている。

また、腕部７は、丸棒を略Ｌ字状に曲げたもので、第２ホルダ９から外方に延び、その一端が上方に向かうとともにその他端が第２ホルダ９の側部に固定されている。この腕部７の一端には、パイプの側面の一部を平坦面とした回り止め部７ａが、腕部７及びホルダ６の回り止めとして例えば嵌合等で固着されている。なお、腕部７は、略Ｌ字状を成しその一端が上方に延びる構成とされているが、Ｘ−Ｙ平面内に延びる構成であっても良い。また、このＳＩＬホルダ５を構成する腕部７は、図１５に示したように、ＳＩＬマニピュレータ３０Ａの第１腕部材７１の一端に着脱可能に連結されている。

以上の構成を有するＳＩＬホルダ５及びＳＩＬマニピュレータ３０Ａにおいて、図１６に示した待機位置の状態では、腕部材７１、７３は畳まれ、ＳＩＬ３及び腕部材７１、７３は対物レンズ２０の視野外にある。このとき、ＳＩＬ３を保持した第１ホルダ８は、図２０（ａ）に示すように、その環状鍔部８ａが第２ホルダ９の環状鍔部９ａに載置され、第１ホルダ８及びＳＩＬ３が第２ホルダ９に自重方向に支えられている状態にある。

ＳＩＬ３をこの待機位置から挿入位置へと移動する場合、まず、腕部材７１、７３を回動することで、図１７に示したように、待機位置にあるＳＩＬ３を、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間で光軸を含む位置へと移動する。この時、第２腕部材７３は湾曲状に構成されているため、第２腕部材７３が対物レンズ２０の視野を妨げることなく視野から容易に遠ざけられている。

このようにしてＳＩＬ３を視野内に挿入したら、ＳＩＬマニピュレータ３０ＡのＺ方向移動源７５を駆動してＳＩＬ３を下げ、ＳＩＬ３が観察位置に接近したら光結合材料供給パイプ８５を介して光学密着液を供給し、ＳＩＬ３を観察位置上に載置して密着位置（挿入位置）に配置する。このようにしてＳＩＬ３が半導体デバイスＳに対して挿入位置に載置されると、図２０（ｂ）に示すように、第２ホルダ９により自重方向に支えられているＳＩＬ３及び第１ホルダ８が、半導体デバイスＳにより持ち上げられた状態となる。さらに、この状態でＳＩＬ３の位置などについて微調整等が行われる。なお、この際の光結合材料としては、インデックスマッチングオイルなどの屈折率整合流体や、両親媒性分子を含有する光学密着液が好適に使用される。

ここで、ＳＩＬ３及び第１ホルダ８は、半導体デバイスＳにより持ち上げられた状態で第２ホルダ９に対して自由な状態とされているため、半導体デバイスＳの観察位置には、ＳＩＬ３及び第１ホルダ８の自重のみが作用する。これにより、過度の圧力が加わることがなくされているとともに、ＳＩＬ３が観察位置に馴染み密着されている。さらに、気体供給パイプ９５を介して気体を供給し、光学密着液を乾燥させることで、ＳＩＬ３を迅速に半導体デバイスＳの観察位置に確実に密着させることができる。

また、ＳＩＬ３を交換する場合には、ＳＩＬマニピュレータ３０Ａの第１腕部材回動源７２を駆動し第１腕部材７１を回動することで、ＳＩＬ３を待機位置から図１８に示す交換位置に移動して連結部を第２腕部材７３の下方近くから大きく外側に出し、腕部７ごとＳＩＬホルダ５を交換する。これにより、ＳＩＬホルダ５の腕部７の第１腕部材７１に対する着脱が容易とされているとともに、腕部７ごとＳＩＬホルダ５が交換されるため、微小なＳＩＬ３を直接に取り扱うことなくレンズ交換が容易とされている。

本発明による顕微鏡、及び試料観察方法は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した半導体検査装置では、画像取得部１、光学系２、検査部１６等の具体的な構成、及び半導体デバイスＳを検査するための具体的な検査方法等については、図１３及び図１４はその構成の一例を示すものであり、これ以外にも様々な構成及び検査方法を用いることができる。また、半導体デバイスなどの各種のデバイスについて観察のみを行う場合には、検査部１６を設けずにデバイス観察装置として構成しても良い。また、画像取得部１についても、操作者が直接に画像を観察する場合など不要であれば設けなくても良い。また、ＳＩＬ３を駆動するＳＩＬ駆動部３０についても、図１５に示したＳＩＬマニピュレータ３０Ａ以外にも様々なものを用いて良い。また、ＳＩＬと基板との光学密着を得るための上記した光結合材料の使用は一例を示すものであり、これ以外にも、ＳＩＬを基板側へ押圧することによりエバネッセント結合を得るようにしても良い。

また、上記した実施形態では、半導体デバイスを観察対象とした半導体検査装置、及び半導体検査方法について説明したが、本発明は、半導体デバイス以外を観察対象の試料とする場合にも、試料を所定の観察面で試料を通して観察するために用いられる顕微鏡、及び試料観察方法として適用が可能である。これにより、試料の観察において、試料の微細構造などの観察を容易に行うことが可能となる。この場合の試料としては、例えば、上述した半導体デバイスや液晶デバイスなどの各種のデバイス、あるいはプレパラートを用いたバイオ関連サンプルなどが挙げられる。

また、補正テーブルに用いられるＳＩＬの光学パラメータの入力については、上述したように、パラメータの値を個別に入力する以外にも、ＳＩＬの型番に対応したパラメータのセットを用意しておく構成や、パラメータの値が記憶されたＩＣチップなどの記憶媒体をＳＩＬに設けておいて使用時にデータを読み出す構成などを用いても良い。

例えば、ＳＩＬの光学パラメータの入力は、ＳＩＬ、ＳＩＬホルダ、あるいはアームに取付けた半導体デバイス／磁気デバイスなどの記憶媒体に、ＳＩＬの型番、シリアル番号、曲率半径、厚さ、屈折率などのパラメータを記憶しておく構成を用いることができる。この場合のデータの読み出し方法としては、電波による受信、アーム及びマニピュレータによる電気的接触を介した受信などの方法がある。また、ＳＩＬホルダにバーコードなどを書き込んでおき、それを画像で認識することによってデータを読み出しても良い。

あるいは、ＳＩＬホルダに、肉眼または画像で個々を識別できるような目印を付ける構成を用いることができる。このような目印によるＳＩＬの識別方法としては、線の色や本数、点の色や数、ホルダ自体の色、シリアル番号などを用いて識別する方法がある。また、この場合、目印によってＳＩＬのＩＤを判別し、そのシリアル番号を入力して、あらかじめ登録された曲率半径、厚さ、屈折率などのパラメータを読み出す方法を用いることができる。シリアル番号に対応するこれらのパラメータのデータについては、フレキシブルディスク等によって供給され、あらかじめソフトに読み込んでおく方法がある。

また、上記構成の顕微鏡において、固浸レンズ駆動手段によってＳＩＬを駆動しているが、このような駆動手段については不要であれば設けない構成としても良い。この場合、対物レンズ駆動手段を制御する制御手段は、試料の屈折率ｎ_０、厚さｔ_０、固浸レンズの屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び曲率半径Ｒ_１に基づいて設定された補正条件で焦点合わせ及び収差補正を行うＳＩＬモードを制御モードとして有していれば良い。

また、上記した実施形態では、通常モード及びＳＩＬモードの両者において、それぞれ焦点合わせ及び収差補正を行っているが、対物レンズのみを用いる通常モードについては、収差補正を行わずに焦点合わせのみを行う構成としても良い。また、通常モードにおいて焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを用いる場合には、焦点合わせテーブルのみとしても良い。

また、対物レンズ２０を含む光学系２については、上記構成以外にも様々な構成を用いて良い。例えば、光学系２において、対物レンズ２０として、通常モードにおいて試料の通常画像を観察するための第１の対物レンズと、ＳＩＬモードにおいてＳＩＬ３とともに試料の拡大画像を観察するための第２の対物レンズとを設ける構成としても良い。

そのような構成の具体例としては、図１３に示したように複数の対物レンズ２０がレボルバで切り換え可能に設けられている場合に、そのうちの一の対物レンズを通常モード用とし、他の対物レンズにＳＩＬ３を取り付けてＳＩＬモード用とする構成が考えられる。このような構成では、対物レンズを切り換えるレボルバが固浸レンズ駆動手段として機能する。また、この場合、通常モード用の対物レンズについては、収差補正が不要であれば補正環が設けられていないものを用いても良い。

上記のように通常モード、ＳＩＬモードで別個の対物レンズを用いた場合の試料観察方法の一例について説明する。まず、試料表面の密着性をあげるために洗浄液及び密着液によって処理を行った後、通常対物レンズで試料の通常画像であるパターン像を観察する。また、通常対物レンズでの異常観察像（例えば故障起因光学信号像）を観察する。続いて、観察対象を中心に合わせ、通常対物レンズの倍率を上げてパターン像、異常観察像を同様に観察する。さらに、２０×程度以上まで対物レンズの倍率を上げ、観察対象位置を中心に合わせる。

次に、光学系を一度試料から少し離して、対物レンズをＳＩＬ付対物レンズに切り換えた後、光学系を徐々に試料に近づける。このとき、ＳＩＬの先端が試料に接触した時点で接触センサがＯＮとなり、ＯＮ位置から実フォーカス位置まで移動する。ＯＮ位置から実フォーカス位置までの距離については、あらかじめ与えておく。

さらに、ＳＩＬ付対物レンズで試料のパターン像を観察しながらフォーカスの微調整を行った後、試料の拡大画像であるパターン像、及び異常観察像の観察を行う。なお、通常画像の観察に戻るときには、光学系を試料から離し、対物レンズを通常対物レンズに切り換えた後、光学系をフォーカス位置まで戻せば良い。

本発明による顕微鏡、及び試料観察方法は、半導体デバイスの微細構造解析などに必要な試料の観察を容易に行うことが可能な顕微鏡、及び試料観察方法として利用可能である。

Claims (16)

1. 試料を所定の観察面で観察する顕微鏡であって、
   対物レンズを含み前記試料の像を導く光学系と、
   前記対物レンズを駆動して前記試料に対する焦点合わせ及び収差補正を行うための対物レンズ駆動手段と、
   前記試料から前記対物レンズへの光軸を含む位置に設けられた固浸レンズと、
   前記対物レンズ駆動手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記試料の屈折率ｎ_０、厚さｔ_０、前記固浸レンズの屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び曲率半径Ｒ_１に基づいて設定された補正条件で焦点合わせ及び収差補正を行う固浸レンズモードを制御モードとして有することを特徴とする顕微鏡。
2. 前記固浸レンズを駆動して、前記試料から前記対物レンズへの光軸を含む挿入位置、及び前記光軸を外れた待機位置の間で移動させる固浸レンズ駆動手段を備えることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
3. 前記光学系は、前記対物レンズとして、前記試料の通常画像を観察するための第１の対物レンズ、及び前記固浸レンズとともに前記試料の拡大画像を観察するための第２の対物レンズを有することを特徴とする請求項２記載の顕微鏡。
4. 前記制御手段は、前記固浸レンズモードでの前記補正条件に対応する焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
5. 前記制御手段は、前記試料の屈折率ｎ_０、及び前記観察面までの前記試料の厚さｔ_０に基づいて設定された補正条件で焦点合わせを行う通常モードと、前記固浸レンズモードとの２つの制御モードを有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
6. 前記制御手段は、前記通常モードでの前記補正条件に対応する焦点合わせテーブルと、前記固浸レンズモードでの前記補正条件に対応する焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルとを有することを特徴とする請求項５記載の顕微鏡。
7. 前記対物レンズ駆動手段は、前記試料と前記対物レンズとの間隔を変化させて焦点合わせを行う焦点調節手段を有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
8. 前記対物レンズは、光軸に沿って配置された第１レンズ群及び第２レンズ群を有し、
   前記対物レンズ駆動手段は、前記対物レンズでの前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔を変化させて収差補正を行う収差補正手段を有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
9. 前記固浸レンズ駆動手段は、
   前記固浸レンズを支持する固浸レンズホルダが連結された第１腕部材と、
   前記第１腕部材を前記試料に対して略平行な水平面内で回動させる第１腕部材回動源と、
   前記第１腕部材回動源を保持する第２腕部材と、
   前記第１腕部材回動源の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、前記第２腕部材を前記水平面内で回動させる第２腕部材回動源とを有する固浸レンズ移動装置であることを特徴とする請求項２記載の顕微鏡。
10. 前記固浸レンズ移動装置は、前記第２腕部材回動源を前記水平面に直交する垂直方向に移動させる垂直方向移動源を有することを特徴とする請求項９記載の顕微鏡。
11. 試料を所定の観察面で、対物レンズを含む光学系を介して観察する試料観察方法であって、
    前記試料から前記対物レンズへの光軸を外れた待機位置に固浸レンズを配置して前記試料の通常画像を観察する通常画像観察ステップと、
    前記試料から前記対物レンズへの光軸を含む挿入位置に前記固浸レンズを配置し、前記試料の屈折率ｎ_０、厚さｔ_０、前記固浸レンズの屈折率ｎ_１、厚さｄ_１、及び曲率半径Ｒ_１に基づいて設定された補正条件で焦点合わせ及び収差補正を行う補正ステップと、
    前記補正ステップによって焦点合わせ及び収差補正がなされた状態で前記試料の拡大画像を観察する拡大画像観察ステップと
    を備えることを特徴とする試料観察方法。
12. 前記補正ステップにおいて、その補正条件に対応する焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを用いることを特徴とする請求項１１記載の試料観察方法。
13. 前記試料から前記対物レンズへの光軸を外れた前記待機位置に前記固浸レンズを配置し、前記試料の屈折率ｎ_０、及び前記観察面までの前記試料の厚さｔ_０に基づいて設定された補正条件で焦点合わせを行う通常補正ステップを備えることを特徴とする請求項１１記載の試料観察方法。
14. 前記通常補正ステップにおいて、その補正条件に対応する焦点合わせテーブルを用いるとともに、前記補正ステップにおいて、その補正条件に対応する焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを用いることを特徴とする請求項１３記載の試料観察方法。
15. 前記補正ステップにおいて、前記試料と前記対物レンズとの間隔を変化させて焦点合わせを行うことを特徴とする請求項１１記載の試料観察方法。
16. 前記補正ステップにおいて、前記対物レンズでの光軸に沿って配置された第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を変化させて収差補正を行うことを特徴とする請求項１１記載の試料観察方法。

Images