TWI336777B - Solid immersion lens (sil) and specimen observation method by sil - Google Patents

Description

1336777 玖、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明有關於利用固浸透鏡觀察試料之觀察方法 浸透鏡。 (二） 先前技術 用來對來自成爲觀察對象之試料之光像進行擴大 ’習知者有固浸透鏡（SIL : Solid Immersion Lens)。 半球形狀或被稱爲維頁路斯特拉斯球之超半球形狀 。假如將該S I L設置成密著在試料之表面時，可以 料觀察之開口數N A和倍率，可以進行高空間分解 觀察（參照日本專利特開平7-18806號公報、和特開 1 89000號公報）。 (三）發明內容 在SIL，習知者是在上述之半球形狀或超半球形 造’以及被設定成與其對應之試料觀察面，獲得不 球面像差和慧形像差之等光明之成像。但是，在此 之構造和使用條件中’不會產生像差之位置只爲】 此’ S I L之用途受到光撿拾器等之限制。 亦即’該S I L所使用試料觀察面，當以寬廣範圍 料時，像面特性變爲不良。因此，當使用SIL觀察 像時，所獲得之像其周邊部之分解能力比中央部低 像面彎曲之影響在周邊或中心附近看不見，可以用 之視野受到限制等爲其問題。 本發明用來解決上述之問題，其目的是提供利用 ，及固 之透鏡 SIL是 之透鏡 擴大試 能力之 2002- 狀之構 會產生 種 S I L 點，因 觀察試 試料之 ，由於 來觀察 固浸透 -5- 1336777 鏡可以良好觀察試料之像之試料觀察方法，和固浸透鏡。 用以達成此種目的之本發明之利用固浸透鏡之試料觀察 方法其特徵是：利用由折射率nL之材質形成之具有曲率半 徑R l之球面狀之光學面之固浸透鏡；和利用將該固浸透鏡 產生之幾何學像差特性设疋成爲可以滿足指定條件之係數 k(0<k<l) ’以包含從該光學面之球心沿著光軸朝向下游側 僅在kx(RL/nL)之點和與該光軸大致正交之面，作爲試料觀 察面，使用該固浸透鏡進行試料之觀察。 在上述之試料觀察方法’不使用以包含球心之面作爲試 料觀察面之與半球形狀對應之構造，或以包含有從球心沿 著光軸朝向下游側僅在RL/nL之點之面作爲試料觀察面之 與超半球形狀對應之構造’經由評估由於固浸透鏡所產生 之幾何學像差特性，用來設定係數k。另外，以包含有利 用該係數k決定之點之面作爲試料觀察面，進行試料之觀 察。利用此種方式可以使觀察可用之視野擴大，使用固浸 透鏡可以良好的觀察試料之像。 此處，由於固浸透鏡產生之幾何學像差特性之評估，最 好是使用以固浸透鏡之後側焦點面作爲瞳面之假想光學系 ，評估幾何學像差特性，根據其評估結果設定係數k。利 用此種方式，使瞳面成爲固浸透鏡之後側焦點面，可以進 行物側遠心，可以實際進行電射掃描器等之反射光觀察。 在實際組合顯微鏡的使用之情況時，顯微鏡之物鏡之瞳位 置未具有作爲瞳之功能，包含固浸透鏡之光學系之瞳成爲 在固浸透鏡之後側焦點位置。 -6- 1336777 另外’最好利用球缺像面、子午像面、或球缺像面和子 午像面之平均像面，用來評估由於固浸透鏡產生之幾何學 像差特性，根據其評估結果設定係數k。利用此種方式， 可以良好的設定由於固浸透鏡在試料觀察面產生之幾何_ 像差特性。 另外，在上述之試料觀察方法中，可以使固浸透鏡之沿 著光軸之厚度成爲d L = R L + k X (R L / n l ) ’試料觀察面與試料側 之固浸透鏡之透鏡面一致。或是亦可以使固浸透鏡之沿著; 光軸之厚度變成爲dL<RL + kx(RL/nL)，試料觀察面成爲當試 料之折射率與固浸透鏡之折射率n l相等時之假想之觀察面 ，和當試料之折射率爲n s，至實際之觀察面之試料之厚度 爲ts時，固浸透鏡之厚度，對從頂點至該假想觀察面之沿 著光軸之距離 L = RL + kx(RL/nL)，可以滿足 dL = L-tsx(ni7ns)。 另外，本發明之固浸透鏡其特徵是：由折射率n L之材質 形成具有曲率半徑Rl之球面狀之光學面，當成爲觀察對象 之試料之折射率等於折射率nL時，從頂點至假想觀察面之 沿著光軸之距離，利用將幾何學像差特性設定成爲可以滿 足指定條件之係數k(0<k<l)，成爲L = RL + kx(RL/nL);和使 該試料之折射率成爲ns，至實際之觀察面之該試料之厚度 成爲ts時，沿著光軸之厚度可以滿足dL = L- tsx(nL/ns)。 在上述之固浸透鏡，使用評估固浸透鏡產生之幾何學像 差特性所設定之係數k，和考慮成爲觀察對象之基板等之 觀察之折射率nL和厚度ts用來設定透鏡之形狀。利用此種 方式，可以使觀察可用之視野擴大，可以良好的觀察試料 1336777 { 之所希望之觀察部位。 在上述之試料觀察方法和固浸透鏡’最好使係數k成爲 0.5<k<0.7之範圍內之値。這時，固浸透鏡所產生之像面特 性可以以實質上成爲平坦之條件觀察° 或是最好使係數k成爲0<kS0.5之範圍內之値。這時 ，固浸透鏡所產生之色像差’球面像差可以以實質上被減 小之條件觀察。 (四）實施方式 下面將與圖面一起詳細說明本發明之固浸透鏡及利用該 透鏡的試料觀察方法之較佳實施例。另外，在圖面之說明 中在相同之元件附加相同之符號，而其重複之說明則加以 省略。另外，圖面之尺寸比率與所說明者不一定—致。 首先，說明利用本發明之固浸透鏡（SIL)之試料觀察方法 之槪略，和先前技術所使用之SIL之構造和使用條件。 第1圖表示先前技術之SIL之構造及使用條件之一實施 例。第1圖所示之SIL8是具有折射率η'曲率半徑R之半 球形狀之透鏡。在此種SIL 8中使球心成爲焦點，將包含 該球心之面設定爲試料觀察面80。另外，試料觀察之開口 數ΝΑ和倍率均成爲η倍。在此種構造中，當考慮到S1L 8 之像面特性時’如第1圖所示，依照離開焦點之距離使像 面僅在到下游側，產生像面彎曲。 第2圖表示先前技術之S IL之構造和使用條件之另_實 施例。第2圖所示之SIL9是具有折射率η.曲率半徑尺之 超半球形狀之透鏡。在此種SIL 9中，使從球心沿著光車由 -8- 1336777 朝向下游側僅在R/n之點成爲焦點，將包含該點之面設定 在試料觀察面9 0。另外，試料觀察之開口數n A和倍率均 成爲η2。在此種構造中，當考慮到SI L 9之像面特性時， 如第2圖所示’依照離開焦點之距離使像面僅在到上游側 ，產生與第1圖相反之方向之像面彎曲。 本發明人詳細的檢討過利用S I L之試料觀察之此種像面 彎曲之發生，其結果發現在上述之構造中，在成爲焦點之 球心’和從球心沿著光軸朝向下游側僅在R/n之點之間， 倍率在η倍和η2倍之間進行變化，和該像面彎曲亦在第！ 圖和第2圖所不之相反方向之像面彎曲之間進行變化。本 發明之利用SIL之試料觀察方法根據此種知識，以適於成 像之構造和使用條件進行利用s I L之試料之像之觀察。 第3圖表示本發明之試料觀察方法和使用該方法之固浸 透鏡之一實施例之構造和使用條件。在本試料觀察方法中 ’對於成爲觀察對象之試料2，使用由折射率nL之材質所 形成之SIL 1’作爲使來自試料2之光像擴大之透鏡。該 S IL 1形成以軸a X作爲光軸，以點c爲球心之曲率半徑R l 之球面狀之光學面10作爲透鏡面。 在使用此種SIL 1之試料觀察中，以從球面狀之透鏡面 1 〇之球心C沿者光軸Αχ朝向下游側僅在kx(RL/lu)之點作 爲焦點。另外，以包含該焦點之與光軸Αχ大致正交之面2〇 作爲試料觀察面’使用S〗Li進行試料之觀察。 在此處，對於利用SIL 1從焦點和試料觀察面2 〇之球心 C看到之位置，決定該位置之係數k被設定在〇<k<】之範 -9- 1336777 圍內。因此’該焦點位置變成在球心c，和從球心c沿著 ; 光軸朝向下游側僅在RL/nL之點之間。特別是該係數k被 ； 設定成爲可以使S I L 1產生之幾何學像差特性滿足指定之 條件。 亦即，如上述之方式，在球心C，和從球心c沿著光軸 . A X朝向下游側僅在R l / n L之點之間，使倍率和像面彎曲順 · 序的變化。對於此種特性之變化，評估由於SIL 1產生之 幾何學像差特性和其變化等，根據其評估結果設定適當之 係數k，和用來進行焦點之選擇。另外，以包含該係數k ^ 所決定之點之面作爲試料觀察面20，用來進行試料2之像 之觀察。這時’可以以使像面彎曲變小和充分抑制像差之 劣化之條件，使用SIL 1。利用此種方式，可以觀察可用之 視野擴大，可以使用SIL 1良好的觀察試料2之像。 另外，在第3圖所示之實施例，依照係數k所決定之試 料觀察面20，與在試料2側之SIL 1之平面狀之透鏡面一 致。另外，這時從SIL 1之頂點到試料2側之透鏡面之距 離，亦即SIL 1之沿著光軸Αχ之厚度成爲dL = RL + kx(RL/nL) 〇 . 下面，使用第4圖和第5圖用來具體的說明利用SIL1之 · 試料之像之觀察時之像差和像面特性之評估方法，及S I L 1 之較佳構造和使用條件等。第4圖表示用以評估第3圖所 示之由於SIL產生之幾何學像差特性和色像差特性之假想 光學系。另外，第5圖之圖形表示使用第4圖所示之假想 光學系評估之S I L之特性。 -】0- 1336777 在此處，在第4圖，η表示折射率、s表示從物體面到主 平面之距離' h表示光線之高度。另外，上加橫線表示與 主光線有關之量。但是，在本說明書中，例如在「h !」上 附加橫線者以「h _,」表示。 首先，說明用以評估由於SIL產生之像面特性之假想光 學系。在此處，如第4圖所示，SIL 1之材質假定爲矽（Si) ，使其折射率成爲n3 = nL = 3.5。另外，對於折射率n3之SIL 1之內部以外之區域，使折射率成爲η n 2 = 1。另外，對於 以球心C作爲中心之形成球面狀之透鏡面1 〇，使其曲率半 徑成爲rfRfR,。 對於此種SIL 1，爲著評估其像差和像面特性，導入以 S I L 1之後側焦點面作爲瞳面之假想光學系。實質上如第4 圖所示，導入無像差之假想物鏡3，將其配置在SIL 1之後 側焦點F。利用s 1 = r 2 / (n 3 - n 2)求得s I L 1之透鏡面〗0之面 頂和後側焦點F之間之距離s ,，在η 3 = 3 · 5之上述之實施例 中，成爲 S|=0.4xRl = 0.4。 另外’使該無像差之假想物鏡3之焦點距離成爲fi，前 側焦點位置成爲F'。SIL 1之厚度s2'成爲從假想物鏡3以 u ! = 〇 ’ h !發出之光，被透鏡面〗〇成像之焦點位置，到透鏡 面1 〇之面頂之距離。使用導入有此種假想物鏡3之假想光 學系進行SIL 1之評估，用來使光學系全體之射入瞳被設 定在離開透鏡面1 0爲s , = 0 · 4 X R L之位置之假想物鏡3上。 依照此種方式’經由設定射入瞳等，在SIL 1之內部成爲 遠心’可以形成如同利用雷射掃描器觀察反射光之實際之 1336777 觀察系統。利用此種方式可以適當的評估由於SIL 1產生 之像差和像面特性。 在第4圖表示配合由上述之SIL 1和假想物鏡3構成之 光學系之構造之2個光線I ,、12。其中，光線I,對光軸Αχ 形成之角度爲〜=0,光線之高度在假想物鏡3爲h,，在SIL . 1之透鏡面1 〇爲h2，在假想物鏡3之上游側成爲與光軸 · Αχ平行之光線。另外，該光線11在與試料觀察面20相當 之面V，通過光軸Αχ上之點。另外，對於光線I,，沒有 虛線所示之SIL 1之情況時之光線，在假想物鏡3之焦點 β 面S，通過光軸Αχ上之點F’。 另外，光線12對光軸Αχ形成之角度爲ιΓ,，光線之高度 在假想物鏡3爲ITfO'在SIL 1之透鏡面1〇爲1Γ2、在透 鏡面1 〇之下游側爲與光軸Αχ平行之光線。另外，光線ι2 在假想物鏡3通過光軸A X上之點F，在試料觀察面S ’，與 光軸A X之距離成爲Y'。另外，對於光線12，沒有虛線所 示之SIL 1之情況時之光線，在焦點面，與光軸Ax之距離 成爲γ。 · 另外’從SIL 1之透鏡面1 0之面頂到焦點面s之距離成 爲s2，至試料觀察面S'之距離，亦即SIL 1之厚度爲S2，= ck · 。在具有上述之構造和條件之第4圖之假想光學系中，以 SIL 1之厚度dL表示SIL 1之球面像差係數I、慧形像差係 數II、非點像差和P、球缺像面之彎曲III + P、和子午像面 之彎曲3III + P之各個像差係數時，分別以下列之式（])〜（6) 求得。 1336777 利用第5圖所示之各個圖形，在以包含球心之面作爲試 料觀察面之情況時（參照第1圖）之對應之dL = RL=l之點， 和以包含從球心沿著光軸朝向下游側僅在Rl/iu之點之面 作爲試料觀察面之情況時（參照第2圖）之對應之dL = RL + RL/nL=l .2 8 6之點，分別使球面像差係數I和慧形像差係數 Π均成爲零，滿足等光明條件。但是，在該等之點會產生 上述之像面彎曲。另外，在dL=：l之點，球缺像面之彎曲III + P 亦成爲零。另外，在dL=l .2 8 6之點，非點像差係數III亦 成爲零。 相對於此，以球缺像面和子午像面之平均像面來看時， 在dL = RL + k(RL/nL)=1.163xRL=l.】63之點，像面成爲平坦。 亦即’成爲以平坦之像面取得寬廣視野之條件，要滿足平 均像面成爲垂直光軸之平面之條件時，可以使像面之彎曲 成爲III + P = -(3III + P)。利用此種條件，可以以上述之各式 獲得d L= 1 · 1 6 3。另外，在這時求得對試料觀察面設定之係 數k成爲大約〇.6(k = 0.57)»在使用以此方式求得之係數k 之構造和使用條件’利用SIL 1進行試料觀察，可以以寬 廣之視野取得良好之試料之圖像。 另外’在S I L之外側，當以成爲遠心之通常之射入瞳位 置之條件進行計算之情況時，平均像面成爲平坦是在S】L 之厚度成爲].274xRL之點’成爲與上述之結果完全不同之 計算結果。 依本發明之固浸透鏡和使用其之試料觀察方法並不只限於 上述之實施例，而是可以有各種變化。例如，在上述之實 -14- 1336777 施例中SIL之材質是以矽爲例，但是除了矽之外，亦可以 依照所使用之試料之材質或觀察條件等，使用各種材質。 另外，在上述之實施例中是使SIL之折射率成爲3 . 5之 一定之値。這是單一波長之試料觀察之情況，對應到由於 波長造成之折射率變化可忽視之情況。因此，如上述之方 式使k在0 · 6近傍之條件可以有效的使用在利用單—波長 之光對試料進行觀察、檢查等之情況。 相對於此’例如在以7 5 0 n m〜1 〇 5 0 n m之波長幅度進行觀 察之情況等’在觀察之波長幅度寬度之發光觀察等，在由 矽構成之SIL經由使k成爲〇.3之程度，用來使色像差和 其他之像差成爲平衡。依照此種方式，假如需要時，最好 考慮進行觀察之波長幅度’用來進行像面特性之評估和係 數k之設定等。 另外’關於係數k，在上述之實施例中是利用平均像面 成爲平坦之點，設定係數k。利用此種方式可以良好的設 定由於S I L產生之試料觀察面之像面特性。但是對於該係 數k之设疋，亦可以使用在平均像面成爲平坦之點之近傍 ’以指疋之條件範圍內之點進行設定之方法。或是亦可以 不使用平均像面，而是使用球缺像面或子午像面成爲平坦 之點，用來設定係數k。 另外，關於SIL對試料之設置方法’所示之構成是在第 3圖中使試料2之表面成爲試料觀察面2〇，但是並不只限 於此種構成。帛6圖表示本發明之試料觀察方法所使用之 固浸透鏡之構造和使用條件之另—實施例。在該實施例中 1336777 ’對於成爲g式料之矽基板2，亦可以使用同爲矽構成之s〗L · 1 ’和使基板之背面成爲試料觀察面2 〇。 . 在此種構造中，矽基板2之指定部份具有作爲.SiL 1之 下游側部份之功能，與以表面作爲試料觀察面2 〇之情況同 樣的’可以觀察試料之像。此種觀察方法例如可以適用在 · 利用背面觀察藉以檢查半導體裝置之情況。 下面更進一步的說明本發明之固浸透鏡及使用其之試料 觀察方法。 第7圖表示本發明之固浸透鏡及試料觀察方法之另一實 # 施例。在本試料觀察方法中，對於成爲觀察對象之試料7 (例如半導體裝置）’使用由折射率nL之材質形成之SIL 6 ’作爲用以使來自試料7之光像擴大之透鏡。該SIL 6形 成以軸Αχ作爲光軸’以球心爲點c之曲率半徑Rl之球面 狀之光學面60作爲透鏡面。另外，在本實施例中，係數k 之設定與第3圖之實施例相同。 在第7圖’在試料7以其SIL 6之相反側之面作爲觀察 面71(例如半導體裝置之裝置面）。另外，對於該試料7， ^ S IL 6被配置成在其試料7側使平面狀之透鏡面密著在試料 7之背面72。在此處試料7之折射率爲ns，試料7之厚度 -爲ts。該厚度ts是诠背面72到SIL 6之實際觀察面7 1之 沿著光軸A X之試料7之厚度。 在此種構造’因爲使焦點對準在試料7之觀察面7 !，所 以SIL 6之沿著光軸Αχ之厚度成爲dL<RL + kx(RL/nL)。另 外’有關於第3圖所示者，包含從透鏡面6 〇之球心C沿著 1336777 光軸Αχ朝向下游側僅在kx(RL/nL)之點和與光軸Αχ大致正 交之試料觀察面70(0<k<l)，成爲試料7之折射率等SiL6 之折射率時之假想之觀察面（從SIL 6透鏡形狀求得之向上 看之觀察面）。 在此處，從SI L 6之頂點到假想之觀察面7 1之沿著光軸 Ax之距離成爲第7圖所示之L = RL + kx(RL/nL)。該距離l對 應到利用S I L 6之透鏡面6 0之形狀求得之焦點距離。另外 ’這時SIL 6之厚度被設定成爲可以滿足d^L-tsyn^ns) 。另外，在第7圖，以實線表示通過SIL 6和試料7朝向 實際之觀察面7 1聚焦之光路。另外，以虛線表示試料7之 折射率和S I L 6相等之情況時之朝向假想觀察面7 0聚焦之 光路。 在本實施例之使厚度成爲dL = L- tsx(nL/ns)之SIL 6及使 用其之試料觀察方法中，使用經由評估S〗L 6產生之幾何 學像差特性所設定之係數k，和考慮成爲觀察對象之試料7 之折射率ns和厚度ts，用來設定SIL 6之透鏡形狀。利用 此種方式可以使上述之觀察可用之視野擴大，和可以良好 的觀察試料7之所希望之觀察部位。在此處對於係數k之 選擇與第3圖所示之實施例相同。另外，對於厚度ts，在 第7圖中因爲以試料7之與S丨l 6相反側之面作爲觀察面 7 1 ’所以試料7之厚度ts可以直接使用，但是當觀察面被 設定在目式料· 7之內部時’亦可以使至該觀察面之試料之厚 度成爲t s。 第8圖之圖形表示試料之厚度和s丨[之厚度之相關性之 1336777 —實施例。在該圖中’橫軸表示試料7之厚度ts(mm)、縱 軸表示SIL 6之厚度dL(mm)。在該圖形中，SIL 6之折射 率爲nL = 3.1(材質GaP)、試料7之折射率爲ns = 3.5(材質Si) 、SIL 6之曲率半徑爲另外，圖形A1表示係 數 k = 0.80'A2 表示 k = 0.60'A3 表示 k = 0_40、A4 表示 k = 0.20 時之相關性。SIL 6之厚度dL依照各種材質或係數k之値 等，被設定成爲如第8圖之圖形所示之實施例。 其次’檢討上述之固浸透鏡和試料觀察方法之係數k設 定。一般在欲使觀察之視野擴大等之情況，係數k，如上 述之k = 0.6之實施例所示，最好成爲在〇.5<k<0.7之範圍內 之値。這時，可以以固浸透鏡產生之像面特性實質上成爲 平坦之條件進行觀察。例如，在使用來自單色雷射之雷射 光進行觀察之情況時，色像差不會有問題，可以以使視野 擴大之方式設定係數k。 另外一方面，在必需考慮固浸透鏡之球面像差或色像差 之情況時，係數k，如上述之k = 0.3之實施例之示，最好成 爲在0<kS0.5之範圍內之値。這時，可以以固浸透鏡產 生之球面像差，色像差實際被減小之條件進行觀察。對於 此種係數k之較佳範圍，在第3圖所示之構造和第7圖所 示之構造亦同。 在此處，第9A圖和第9B圖是側面圖，第9A圖表示係 數k較小之情況時之光之聚焦’第9B圖表示係數k較大之 情況時之光之聚焦。如該等之第9A圖和第9B圖所示’在 將係數k設定成較小之情況時’例如在將k設定在該0 < k 1336777 g Ο . 5之範圍內之情況時，當與係數k被設定爲 比較，從S I L看之光之光路變寬。在此種情況’ 之物鏡，最好選擇開口數N A較大者。 第1 0圖之圖形表示S I L之係數k之値和物鏡 口數NA之相關性之一實施例。在該圖形中’ SIL設定之係數k、縱軸表示物鏡之開口數NA 中，SIL之折射率成爲nL = 3.5(材質Si)。另外’ 示使SIL之光軸上之到達NA成爲3.0時之物ϋ ' B2表示使SIL之光軸上之到達ΝΑ成爲2.5 要之Ν Α。另外，在該圖形中，使與係數k之値 之倍率，配合圖形B6的顯示。 如該等之圖形Bl、B2所示，當使SIL之到達 ，物鏡之必要NA亦隨著變大。另外，在SIL之 爲一定之情況時，如有關第9A圖和第9B圖之 當係數k之値變小時，物鏡所需要之NA就變 在設定SIL之係數k之値時，需要考慮到與物彳 另外，第11圖之圖形表示SIL +試料之厚度； 軸上之到達Ν A之相關性之一實施例。在該圖 表示SIL +試料（Si基板）之從SIL之頂點起之厚 軸表示SIL之光軸上之到達NA。在該圖形中， 半徑成爲RL = 〇.5mm、物鏡之NA成爲0.76。 C1表示使SIL之材質成爲Si時之到達NA、C2 之材質成爲GaP時之到達ΝΑ。依照此種方式 ΝΑ爲一定之情況時，隨著SIL +試料之厚度之 較大之情況 組合到S I L 所需要之開 橫軸表示以 。在該圖形 圖形Β 1表 I必要之Ν A 時之物鏡必 對應之SIL NA變大時 到達Ν A成 上述說明， 大。因此， 镜之組合。 和S I L之光 形中，橫軸 度（m m)、縱 S1L之曲率 另外，圖形 表示使S I L ，在物鏡之 變大，使到 1336777 達ΝΑ變大。 實際上，SIL和物鏡之ΝΑ可以依照具體之構造適當的選 擇，但是例如可以使S I L之到達Ν Α成爲2 · 5〜3 · 0之程度 ’使物鏡之NA成爲0.76程度。另外，物鏡可以使用通常 之物鏡’其倍率例如成爲5 0倍程度。 另外，當將k設定在上述之〇<k$0.5之範圍內，藉以 減小色像差之情況時，最好構建成在物鏡側可以校正其幾 何學像差特性。此種物鏡使用第1 2圖之側面剖面圖所示之 構造之物鏡。該物鏡5之透鏡群由沿著光軸配置之第1透 鏡群5 1和第2透鏡群5 2之2個透鏡群構成。利用被設在 物鏡5之外周部之校正環（圖中未顯示）之旋轉，可以變化 該等透鏡群5 1、5 2之間隔u。經由使用此種構造之物鏡5 ，可以在物鏡5側校正幾何學像差特性（例如球面像差）。 另外，在使此種具有校正環之物鏡與SIL之組合之情況 時，最好將係數k設定在SIL之球面像差可以利用物鏡之 校正環校正之範圍。例如在第1 2圖之構造之物鏡，使S I L 之折射率成爲nL = 3.1 '曲率半徑成爲RL = 0.5mm '試料之折 射率成爲ns = 3.5時，試料之厚度假如爲ts = 0.03mm程度， 可以以0<k<0.4程度之條件利用校正環校正球面像差，假 如爲ts = 0.15mm程度，可以以0<1<0.2程度之條件進行校 正。 另外，亦可以將係數k設定在0 · 7 S k < 1之範圍內。在 此種情況，可以與低NA之物鏡組合。但是，因爲在通常 之物鏡會產生大的色像差，所以在單色雷射光以外之用途 -20- 1336777 ，需要使用專門設計之物鏡。 . 本發明之固浸透鏡（SIL)和使用其之試料觀察方法是使 ， 用固浸透鏡可以良好觀察試料之試料觀察方法，和可以利 用作爲固浸透鏡。亦即’將係數k ( 0 < k < 1)設定成爲可以滿 足評估固浸透鏡所產生之幾何學像差特性之指定之條件， . 以包含從固浸透鏡之球面狀之光學面之球心沿著光軸朝向 - 下游側僅在k X (R L / n L)之點和與光軸大致正交之面，作爲試 料觀察面，依照此種固浸透鏡和觀察方法時，可以使觀察 可用之視野擴大，可以使用固浸透鏡良好的觀察試料之像 ® 。另外，在考慮到試料之折射率ns和厚度ts的設定透鏡形 狀之情況時，可以良好的觀察試料之所希望之觀察部位。 (五）圖式簡單說明 第1圖表示先前技術之固浸透鏡之構造和使用條件之一 實施例。 第2圖表示先前技術之固浸透鏡之構造和使用條件之另 一實施例。 φ 第3圖表示本發明之試料觀察方法所使用之固浸透鏡之 構造和使用條件。 ^ 第4圖表示假想光學系，用以評估第3圖所示之固浸透 鏡所產生之幾何學像差特性和色像差特性° 第5圖之圖形表示使用第4圖所示之假想光學系評估之 固浸透鏡之特性。 第6圖表示本發明之試料觀察方法所使用之固浸透鏡之 構造和使用條件之另一實施例。 -21- 1336777 第7圖表示依本發明之固浸透鏡和試料觀察方法之另一 實施例。 第8圖之圖形表示試料之厚度和S 1 L之厚度之相關性之 一實施例。 第9 A圖和第9 B圖是側面圖’第9 A圖表示係數k較小 之情況時之光之聚焦，和第9B圖表示係數k較大之情況時 之光之聚焦。 第10圖之圖形表示SIL之係數k之値和物鏡所需要之開 口數N A之相關性之一實施例。 第U圖之圖形表示SIL +試料之厚度和SIL之光軸上之 到達NA之相關性之一實施例。 第1 2圖是側面剖面圖，用來表示物鏡之構造。 主要部分之代表符號說明 1，6 SIL(固浸透鏡） 2 試料（基板） 3 假想物鏡 5 物鏡 7 試料（半導體裝置） 10 光學面（透鏡面） 20 試料觀察面 5 1 ^ 1透鏡群 52 胃2透鏡群 60 光學面 70 假想觀察面 -22- 1336777 7 1 觀 察 面 72 背 面 Αχ 光 軸 k 係 數 Rl 曲 率 半徑

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Claims (1)

1. 第093107467號專利申請案 行年6月江日修正替換頁 中文申請專利範圍替換本(99年6月^- 拾、申請專利範圍： 1·—種試料觀察方法，其特徵是： 利用由折射率nL之材質形成之具曲率半徑rl之球面狀 光學面的固浸透鏡；和 利用依該固浸透鏡產生之幾何學像差特性可滿足指定 條件所設的係數k(0<k<l)，以包含有從該光學面之球心沿 著光軸朝下游側之僅在kx(RL/nL)之點且是與該光軸大致 正交之面，作爲試料觀察面，使用該固浸透鏡進行試料 之觀察。 2·如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中該固浸透鏡 係沿著該光軸之厚度爲九=111>1^(1^/1^)，該試料觀察面 與試料側之該固浸透鏡之透鏡面一致。 3. 如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中 該固浸透鏡係沿著該光軸之厚度爲， 該試料觀察面是在該試料之折射率與該固浸透鏡之折射 率^相等時之假想觀察面；和 在設該試料之折射率爲ns、截至實際觀察面之試料之厚 度爲1時，該固浸透鏡之厚度相對於從頂點至該假想觀察 面之沿著光軸之距離L=RL+kx(RL/nL)，可滿足 dL=L-tsx(nL/ns)。 4. 如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其利用該固浸透 鏡之後側焦點面作爲瞳面之假想光學系，以評估該幾何 學像差特性，根據其評估結果設定該係數k。 5·如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中以該固浸透 I23554-9906Il.doc 年6月(了曰修正替换頁 鏡所產生之該幾何學像差特性，利用球缺像面、子午像 面、或球缺像面和子午像面之平均像面進行評估，根據 其評估結果設定該係數k。 6. 如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中該係數k是 0.5<k<0.7範圍內之値。 7. 如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中該係數k是 0<kS0.5範圍內之値。 8. —種固浸透鏡，其特徵是： 由折射率之材質形成具有曲率半徑rl之球面狀之光 學面，在設作爲觀察對象之試料之折射率等於折射率 時，從截至假想觀察面之頂點沿著光軸之距離係藉幾何 學像差特性可滿足指定條件所設之係數k(0<k<l)而設成 L=RL+kx(RL/nL);和 在設該試料之折射率爲心、截至實際觀察面之該試料的 厚度爲1時，沿著該光軸之厚度可滿足 9. 如申請專利範圔第8項之固浸透鏡，其中該係數k是 0.5<k<0.7之範圍內之値。 10. 如申請專利範圍第8項之固浸透鏡，其中該係數k是 0<k<0.5之範圍內之値。 11. 一種具備物鏡與固浸透鏡之試料觀察裝置，其特徵是該 固浸透鏡係由折射率nL的材質形成具曲率半徑RL之球面 狀的光學面，設在成爲觀察對象的試料之折射率與折射 率nL相等時有一假想觀察面，而在從截至假想觀察面爲止 之頂點沿著光軸的距離是藉幾何學像差特性會滿足指定 123554-99061I.doc I3B^77_ ——==^ 曰修 條件所設定之係數k(0<k<l)而設爲L=RL+kx(RL/nL)，且在 設該試料之折射率爲ns、截至實際觀察面爲止的該試料之 厚度爲％時，滿足沿著該光軸之厚度爲dL=L-tsx(；ni7ns)。 I2.如申請專利範圍第11項之試料觀察裝置，其中該係數“系 0.5<k<0.7範圍內之値。 13·如申請專利範圍第11項之試料觀察裝置，其中該係數k係 〇<k$0.5範圍內之値。 14. 如申請專利範圍第11項之試料觀察裝置，其中該固浸透 鏡之材質爲Si。 15. 如申請專利範圍第11項之試料觀察裝置，其中該固浸透 鏡之材質爲GaP。 16. 如申請專利範圍第11項之試料觀察裝置，其中該物鏡具 有校正環，其變更沿著光軸配置之第1透鏡群及第2透鏡 群與該第1透鏡群和該第2透鏡群之間隔，用以校正幾何 學像差特性。 123554-990611.doc