TWI484238B - Immersion lens support device - Google Patents

Description

浸沒透鏡支持裝置

本發明係關於一種可移動地支持固浸透鏡或液浸透鏡等之浸沒透鏡的透鏡支持裝置。

作為放大觀察對象之試樣之圖像的透鏡，已知有固浸透鏡(SIL：Solid Immersion Lens)。固浸透鏡係形成例如半球形狀或被稱為維爾斯特拉斯球(Weierstrass sphere)之超半球形狀等之特定形狀，其大小為例如1 mm~5 mm左右之微小透鏡。並且，當使該固浸透鏡與試樣表面密接而設置時，數值孔徑(NA，numerical aperture)以及倍率均得到放大，因此能夠以高空間解析度觀察試樣。

作為保持此種固浸透鏡之固浸透鏡固持器，已知有例如專利文獻1~3所記載者。於專利文獻1所記載之固浸透鏡固持器中，係以使固浸透鏡之底面通過開口向下方突出之狀態，沿著自重方向支持固浸透鏡之方式構成固持器。又，於專利文獻2中，記載有包含以自由而不固定之狀態保持固浸透鏡之透鏡保持部的固持器。又，專利文獻3中記載有將固浸透鏡固持器配置於物鏡之前方的構成。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：際公開第2005/043210號小冊子

專利文獻2：本專利特開2009-3133號公報

專利文獻3：本專利特開2006-227565號公報

於上述構成中專利文獻2、3所記載之構成中，係將固浸透鏡固持器安裝於物鏡，因此無法相對於物鏡獨立地朝垂直於物鏡之光軸的方向移動固浸透鏡。與此相對，在專利文獻1所記載之構成中，則可藉由固浸透鏡操作器使固浸透鏡相對於物鏡獨立地移動。但是，於專利文獻1之固浸透鏡固持器中，存在難以高精度且有效率地進行固浸透鏡向試樣上之移動、設置、以及相對於物鏡之定位的問題。此類問題通常產生於將固浸透鏡以及液浸透鏡等之浸沒透鏡應用於含有物鏡之顯微鏡之情形時。

本發明係為解決以上問題而完成者，目的在於提供一種可適當地實施浸沒透鏡向試樣上之移動、設置、以及相對於物鏡之定位的浸沒透鏡支持裝置。

為達成上述目的，本發明之浸沒透鏡支持裝置之特徵在於：其係在物鏡與觀察對象之試樣之間朝垂直於物鏡之光軸的方向可移動地支持浸沒透鏡者；其包括：(1)透鏡固持器，其係將浸沒透鏡於其透鏡下表面通過下部開口向下方突出之狀態下以自由而不固定之狀態加以保持者；以及(2)透鏡蓋，其係相對於透鏡固持器之上部開口而設置，成為浸沒透鏡側之蓋下表面位於垂直於光軸的平面上，與浸沒透鏡之球面狀之透鏡上表面一點接觸；且(3)於透鏡蓋中設有定位部，其可參照經由物鏡而觀察到之透鏡蓋之像，進行浸沒透鏡相對於物鏡之定位。

於上述浸沒透鏡支持裝置中，係利用以自由狀態保持浸沒透鏡之透鏡固持器、以及相對於透鏡固持器之上部開口而設置之透鏡蓋，構成朝垂直於物鏡之光軸的方向可移動地支持固浸透鏡等之浸沒透鏡的支持裝置。並且，以浸沒透鏡側之蓋下表面成為垂直於光軸的平面之方式構成透鏡蓋。

於此種構成中，由支持裝置之透鏡固持器與透鏡蓋所夾之空間內所保持之浸沒透鏡之球面狀的透鏡上表面會與平面狀之蓋下表面一點接觸。此時，與透鏡蓋接觸之浸沒透鏡容易相對於蓋而自由地移動。其結果為，浸沒透鏡容易與試樣對齊，因而可使浸沒透鏡之下表面與試樣良好地密接。

此外，於如上所述之構成中，在位於浸沒透鏡之上方的透鏡蓋中設有可藉由經由物鏡觀察透鏡蓋之像而進行定位之特定圖案的定位部。藉此，藉由參照透鏡蓋之像，可高精度且有效率地進行物鏡與由包含透鏡蓋之支持裝置所支持的浸沒透鏡之間的定位。藉由以上所述，可實現能夠適當地實施浸沒透鏡向試樣上之移動、設置以及相對於物鏡之定位的透鏡支持裝置。

根據本發明之浸沒透鏡支持裝置，由以自由狀態保持透鏡之透鏡固持器、以及相對於透鏡固持器之上部開口而設置之透鏡蓋構成支持浸沒透鏡之支持裝置，且以浸沒透鏡側之蓋下表面成為垂直於光軸之平面，透鏡上表面與蓋下表面一點接觸之方式構成透鏡蓋，並且在該透鏡蓋中設有可藉由經由物鏡觀察透鏡蓋之像而進行定位之定位部，藉此可適當地實施浸沒透鏡向試樣上之移動、設置以及定位。

以下，結合圖式詳細說明本發明之浸沒透鏡支持裝置之較佳實施形態。再者，在圖式說明中，對同一要素標附同一符號，並且省略重複之說明。又，圖式之尺寸比例未必與所說明者相一致。

又，以下，就本發明之浸沒透鏡支持裝置，假設固浸透鏡作為浸沒透鏡來說明固浸透鏡支持裝置之構成。但是，本發明之支持裝置一般可適合用作支持固浸透鏡或液浸透鏡等之浸沒透鏡的透鏡支持裝置。

圖1係表示包含固浸透鏡、以及本發明之固浸透鏡支持裝置的顯微鏡系統之一實施形態之構成的側視圖。又，圖2係表示圖1所示之顯微鏡系統中之固浸透鏡支持裝置之構成的俯視圖。此處，以下，為便於說明，相對於物鏡12與試樣S之間之光軸，將物鏡12側設為上方，將試樣S側設為下方，說明支持裝置之構成。

本實施形態之顯微鏡系統1A係包含顯微鏡光學系統10、物鏡12、固浸透鏡20以及固浸透鏡支持裝置50而構成。顯微鏡光學系統10包含例如引導來自試樣S之光的導光光學系統等，但於圖1中，對其具體構成省略圖示。又，關於物鏡12，於本構成例中，如由物鏡12~15所模式性表示，係可藉由旋轉器(revolver)切換倍率各不相同之複數個物鏡而構成。又，相對於該等顯微鏡光學系統10以及物鏡12，於其下方設有用以載置觀察對象之試樣S之第1支持台81。

關於藉由物鏡12之對於試樣S之觀察位置的調整、以及焦點調整，例如可使用如下構成：相對於物鏡12設置XYZ平台，藉此進行用以調整觀察位置之水平方向(X軸方向、Y軸方向)之移動、以及用以調整焦點之垂直方向(Z軸方向)之移動。又，亦可使用相對於試樣S設置XY平台，且相對於物鏡12設置Z平台之構成，或者亦可使用相對於試樣S設置XYZ平台之構成。

於物鏡12與試樣S之間，設置有固浸透鏡(SIL)20。固浸透鏡20係形成例如半球形狀或超半球形狀等之特定形狀的透鏡，以光學上密接於試樣S之表面的狀態而使用。藉由如此使用固浸透鏡20，可實現通常觀察時無法實現之1以上之NA。

此處，於使用固浸透鏡20觀察試樣S時，對於面精度較佳之試樣S，可使用藉由瞬逝光(evanescent light)之滲透來提高NA之觀察方法。此時，可實現物鏡12之NA所受限之NA2.5。又，對於面精度較差之試樣S，藉由在固浸透鏡與試樣之邊界面夾入液體(例如折射率1.5之液體)，亦能夠以相當於液體之折射率的NA進行觀察。

於本實施形態之顯微鏡系統1A中，該固浸透鏡20如圖1及圖2所示，由在物鏡12與試樣S之間朝垂直於物鏡12之光軸Ax的方向可移動地支持固浸透鏡20之固浸透鏡支持裝置(固浸透鏡操作器)50所支持。

固浸透鏡支持裝置50係包含透鏡固持器30、透鏡蓋40、第1臂部51以及第2臂部52而構成。此處，圖3係放大表示固浸透鏡支持裝置50中之透鏡固持器30以及透鏡蓋40之構成的(a)俯視圖、以及(b)側視剖面圖。又，圖4係放大表示透鏡固持器30以及透鏡蓋40之構成的立體圖。

再者，於圖3中，圖3(a)係僅就固浸透鏡支持裝置50中之透鏡蓋40表示其平面構造。又，圖3(b)係一併表示透鏡固持器30、透鏡蓋40之構造、以及由該等所支持之固浸透鏡20之構造。

本實施形態中之固浸透鏡20包含球面狀之透鏡上表面(物鏡12側之面)21、以及大致平面狀之透鏡下表面(試樣S側之面)22。使用物鏡12以及固浸透鏡20進行試樣S之觀察時，如圖1所示，係於透鏡下表面22光學上密接於試樣S之表面之狀態下進行觀察。

相對於該固浸透鏡20，透鏡固持器30形成為以沿著物鏡12之光軸的方向為中心軸，可將固浸透鏡20收納於內部之大致筒狀。於透鏡固持器30之下端部之下部開口32，設有朝向內側呈環狀突出之環狀突出部33。固浸透鏡20係於將透鏡20之周緣部載置於該環狀突出部33上，並且透鏡下表面22通過下部開口32向下方突出之狀態下，以自由而不固定之狀態由透鏡固持器30所保持。

又，透鏡固持器30係於其上端部與開口32為相反側之上部開口31之內徑大於固浸透鏡20之外徑而設定。藉此，透鏡固持器30成為可自上部開口31將固浸透鏡20收納於固持器30之內部的構成。又，相對於該透鏡固持器30之上部開口31，以覆蓋開口31之方式設有特定形狀之透鏡蓋40。

透鏡蓋40係以如下方式構成，即，成為固浸透鏡20側之蓋下表面42位於垂直於光軸(透鏡固持器30之中心軸)之平面上，且該蓋下表面42宜在透鏡蓋40之中心點C或其附近，與固浸透鏡20之透鏡上表面21一點接觸。又，於圖3之構成中，蓋上表面41亦位於平行於下表面42之平面上，藉此透鏡蓋40成為厚度一樣之平板狀之構件。

具體而言，透鏡蓋40包含構成其周緣部分之環狀部45、自透鏡蓋40之中心點C向外側之環狀部45呈放射狀延伸之3根棒狀部47、以及由環狀部45及棒狀部47所隔開之3個開口部46。又，3根棒狀部47係自中心點C觀察以相等角度間隔(120。間隔)而設置。該等棒狀部47構成由包含透鏡蓋40之中心點C的圖案所形成，藉此與透鏡上表面21一點接觸，將固浸透鏡20保持於固持器30與蓋40之間的透鏡保持部。又，3個開口部46構成在物鏡12與固浸透鏡20之間使光透過之透光部。

又，包含3根棒狀部47之透鏡保持部亦具有作為定位部之功能，即，可參照經由物鏡12而觀察到之透鏡蓋40之像，進行固浸透鏡20相對於物鏡12之定位。又，於如上所述之構成中，包含棒狀部47之透鏡蓋40之定位部形成為相對於垂直於光軸之平面，以透鏡蓋40之中心點C為中心呈3次旋轉對稱之圖案。

相對於此種透鏡蓋40，於透鏡固持器30中，於在固浸透鏡20與環狀突出部33相接觸之狀態下較透鏡20之上端部稍高之位置，設有自下部開口32側向上部開口31側內徑呈階差狀變大之環狀階差部34。環狀階差部34之上表面成為垂直於光軸之面，於該階差部34之上表面上載置透鏡蓋40。

又，於圖3所示之構成例中，相對於設置於階差部34上之透鏡蓋40，進而於其上方配置有環狀之固定構件35。又，在位於環狀階差部34與上部開口31之間的透鏡固持器30之側壁之特定位置，設有螺孔36。於此構成中，係藉由自螺孔36向內部突出之螺桿，將固定構件35向透鏡蓋40按壓，藉此將透鏡蓋40固定於固持器30之環狀階差部34上。再者，於圖4之立體圖中，對固定構件35等省略有圖示。又，關於透鏡蓋40之固定，具體而言可使用各種構成，例如，藉由利用黏接劑等將透鏡蓋40與固持器30之環狀階差部34加以黏接而固定之構成等。

於圖1及圖2所示之固浸透鏡支持裝置50中，除上述透鏡固持器30以及透鏡蓋40以外，進而設有自透鏡固持器30向外延伸之臂部。臂部連結於用以使固浸透鏡20相對於物鏡12獨立地朝垂直於物鏡12之光軸Ax之方向(水平方向)移動之透鏡移動裝置60。又，該移動裝置60係可使固浸透鏡20亦朝沿著光軸Ax之方向(垂直方向)移動而構成。

作為透鏡移動裝置60，宜使用例如可使連結於移動裝置60之臂部、與臂部一體地固定之透鏡固持器30、透鏡蓋40、以及由固持器30、蓋40所保持之固浸透鏡20朝X軸方向、Y軸方向(水平方向)以及Z軸方向(垂直方向)移動之XYZ平台。移動裝置60係設置於第2支持台82上，且該支持台82以及設置試樣S之支持台81之整體進而由支持台80所支持。再者，關於該等支持台80~82，於圖1中係簡化表示其構成。

於本實施形態中，臂部包含構成其透鏡固持器30側之部分的第1臂部51、以及構成移動裝置60側之部分的第2臂部52而構成。第1臂部51形成為自透鏡固持器30之外壁向外延伸，進而向斜上方延伸之形狀。又，該第1臂部51相對於透鏡固持器30而一體地設置。

第2臂部52形成為自第1臂部51之後端部向斜上方延伸之形狀。該第2臂部52在其前端部，由第1臂部51之後端部與固定螺桿51a所固定。藉此，第1、第2臂部51、52形成為如下構成，即，可藉由螺桿51a而裝卸，且可自包含第2臂部52之支持裝置50拆下包含保持固浸透鏡20之固持器30以及第1臂部51之部分。並且，第2臂部52之後端部成為連結於移動裝置60之連結部53。

又，該第2臂部52之連結部53如圖2所示，經由可相對於移動裝置60，朝沿著光軸Ax之方向滑動之直線移動導軌(線性導軌)54而連結。直線移動導軌54如圖2所示，包含相對於連結部53固定之移動台55、以及相對於移動裝置60固定之導軌本體56。藉此，如圖5(a)、(b)所示，成為如下構成，即，可藉由移動台55沿著導軌本體56滑動，而使固定於移動台55之臂部等朝沿著光軸Ax之上下方向移動。

又，如圖1所示，於第2臂部52設有可對臂部安裝鉛垂58之鉛垂安裝部57。於本構成例中，該鉛垂安裝部57形成為藉由螺夾將鉛垂58安裝於第2臂部52之上表面上之構成。再者，圖2中省略有鉛垂安裝部57等之圖示。

對本實施形態之固浸透鏡支持裝置50之效果進行說明。

於圖1~圖5所示之固浸透鏡支持裝置50中，係由以自由狀態保持固浸透鏡20之透鏡固持器30、以及相對於透鏡固持器30之上部開口31而設置之透鏡蓋40，構成朝垂直於物鏡12之光軸Ax之方向可移動地支持固浸透鏡20之支持裝置50。並且，以固浸透鏡20側之蓋下表面42成為呈平面狀且垂直於光軸之平面的方式構成透鏡蓋40。

於此種構成中，係將固浸透鏡20保持於由支持裝置50之透鏡固持器30與透鏡蓋40所夾之空間內，並且固浸透鏡20之球面狀之透鏡上表面21與平面狀之蓋下表面42一點接觸。此時，與透鏡蓋40接觸之固浸透鏡20變得容易相對於蓋40自由移動。其結果為，當將固浸透鏡20設置於試樣S上時，透鏡20容易與試樣S對齊。因此，可使固浸透鏡20之下表面22與試樣S良好地密接。

此外，於如上所述之構成中，在位於固浸透鏡20之上方的透鏡蓋40中，設有可藉由經由物鏡12觀察透鏡蓋40之像而進行定位之定位部。藉此，藉由參照透鏡蓋40之像，更具體而言為特定圖案之定位部之像，可高精度且有效率地進行物鏡12與由包含透鏡蓋40之支持裝置50所支持之固浸透鏡20之間的定位。藉由以上所述，可實現能夠適當地實施固浸透鏡20向試樣S上之移動、設置、以及固浸透鏡20相對於物鏡12之光軸的定位的固浸透鏡支持裝置50、以及包含此種支持裝置50之顯微鏡系統1A。

於此種構成中，透鏡蓋40係形成為實現保持固浸透鏡20之功能、以及定位部之功能之兩者的構造，因此與利用各別之構件實現該等功能之構造等相比，可確保使光透過之開口部46等之透光部之面積更廣，從而可更多地檢測來自半導體裝置等之試樣S之光。又，於上述實施形態中，蓋上表面41形成為平面狀，且該上表面41構成定位部。此時，僅藉由聚焦於定位部之一部分，即可使整個定位部位於聚焦位置。

於上述構成之支持裝置50中，設於透鏡蓋40之定位部宜由相對於垂直於光軸Ax之平面，以透鏡蓋40之中心點C為中心呈n次旋轉對稱(n為2以上之整數)之圖案所形成。藉由使用此種具有對稱性之圖案之定位部，可更高精度且有效率地根據定位部之像實施固浸透鏡20之定位。於圖3中，作為此種定位部之構成之一例，表示有包含自中心點呈放射狀延伸之3根棒狀部47之3次旋轉對稱圖案(蜘蛛形狀)的定位部。

關於透鏡蓋40之具體構成，於上述實施形態中係使用如下構成，即，在透鏡蓋40中包含：使光透過之1個或複數個開口部46；以及透鏡保持部，其由包含透鏡蓋40之中心點C之圖案所形成，將固浸透鏡20保持於透鏡固持器30與透鏡蓋40之間並且作為定位部而發揮作用。藉此，可適當實現具有保持固浸透鏡20之功能、以及定位部之功能之兩者的透鏡蓋40。又，此時，透鏡保持部宜包含自透鏡蓋40之中心點C呈放射狀且以相等間隔延伸之複數根棒狀部47。於圖3中，作為此種構成之一例，表示有包含3個開口部46、以及包含3根棒狀部47作為定位部而發揮作用之透鏡保持部之構成。

又，於圖1及圖2所示之支持裝置50中，除透鏡固持器30及透鏡蓋40以外，亦設有自透鏡固持器30向外延伸，且連結於透鏡移動裝置60之臂部51、52。藉由此種構成，可使用移動裝置60以及臂部51、52，適當進行物鏡12與試樣S之間的固浸透鏡20之保持及移動。

又，於上述實施形態中，在含有包含第1、第2臂部51、52之臂部的構成中，第2臂部52係經由可朝沿著光軸之方向滑動之直線移動導軌54而連結於移動裝置60。在此種構成中，根據需要，臂部51、52、以及相對於臂部而固定之透鏡固持器30、透鏡蓋40藉由直線移動導軌54朝沿著光軸之方向滑動。藉此，當將固浸透鏡20設置於試樣S上時，伴隨著移動裝置60朝沿著光軸之方向移動之力不會施加至透鏡20以及試樣S，而僅由透鏡固持器30、蓋40以及臂部等之自重所產生之力會施加至固浸透鏡20，從而可防止對透鏡20及試樣S施加過度之力。但是，關於此種臂部與移動裝置60之連結構成，亦可設為將臂部固定連結於移動裝置60之構成。

又，如圖1所示，臂部51、52亦可設為包含可安裝鉛垂58之鉛垂安裝部57之構成。此時，當將固浸透鏡20設置於試樣S上時，可藉由鉛垂58之安裝，調整施加至透鏡20以及試樣S之荷重、以及藉此獲得之透鏡20與試樣S之密接性。但是，關於此種鉛垂安裝部57，亦可設為若不需要則不設置之構成。

就根據上述構成之固浸透鏡支持裝置50之構成及其功能、效果加以進一步詳細說明。圖6~圖8係模式性地表示固浸透鏡20、以及保持固浸透鏡20之透鏡固持器30、透鏡蓋40之圖。再者，此處，為便於說明，將透鏡蓋40圖示為平板狀之構件。

圖6(a)模式性地表示固浸透鏡20之構成。又，圖6(b)表示有保持固浸透鏡20之透鏡固持器30、以及透鏡蓋40之構成。本構成例中之固浸透鏡20包含球面狀之透鏡上表面21、以及大致平面狀之透鏡下表面22。又，於透鏡上表面21與下表面22之間，設有外徑自上表面21側向下表面22側呈錐形狀變小之透鏡側面23。該透鏡側面23係用以如圖6(b)所示，將固浸透鏡20載置於固持器30之環狀突出部33上。

於圖6(a)所示之固浸透鏡20中，於球面狀之透鏡上表面21之最下部的最大外徑成為固浸透鏡20之最大直徑D_L1 。又，光學上連接於試樣S之透鏡下表面22之外徑為較最大直徑小之直徑D_L2 。另一方面，於圖6(b)所示之透鏡固持器30中，在收容固浸透鏡20之下方部分，其內徑之最大直徑為D_H1 ，並且於下部開口32之最小直徑為D_H2 。該等直徑滿足下述條件：

D_H1 >D_L1 >D_H2 >D_L2 。

藉由滿足如此條件，將固浸透鏡20良好地保持於透鏡固持器30。

當如上所述，於固浸透鏡20由透鏡固持器30所支持之狀態下，相對於試樣S藉由支持裝置50逐漸降下固持器30以及固浸透鏡20時，如圖7(a)所示，在某時點，固浸透鏡20之下表面22會與試樣S之表面相接觸。當於該狀態下逐漸降下固持器30時，由於固浸透鏡20係相對於固持器30不固定地受到保持，故固浸透鏡20會被試樣S相對於固持器30相對地推上去，而變為自固持器30之環狀突出部33遠離之自由狀態。

又，當進一步降下固持器30時，如圖7(b)所示，在某時點，固浸透鏡20之上表面21會於透鏡蓋40之中心點與蓋下表面42一點接觸。此時，如由箭頭A表示固浸透鏡20自透鏡蓋40所受之力般，藉由透鏡蓋40，固浸透鏡20被推向試樣S，藉此固浸透鏡20與試樣S密接。又，當如箭頭B所示，於此狀態下朝水平方向移動透鏡固持器30時，水平方向之力會自固持器30施加至固浸透鏡20，從而一面保持著固浸透鏡20與試樣S之密接狀態，一面使透鏡20移動，藉此可對視場進行微調整。

當欲自該狀態起進而降下透鏡固持器30時，固浸透鏡20之下表面22會與試樣S相接觸，且透鏡蓋40之下表面42與固浸透鏡20相接觸，藉此透鏡固持器30不會再下降，而如圖5所示，固定於臂部之線性導軌之移動台55相對於導軌本體56滑動。藉此，僅由透鏡固持器30、蓋40、以及臂部等之自重所產生之力會施加至固浸透鏡20，從而可防止過度之力施加至固浸透鏡20以及試樣S。

又，於此種構成中，如圖8所示，即使於試樣S相對於透鏡固持器30及透鏡蓋40傾斜之情形時，亦會藉由與固浸透鏡20一點接觸之透鏡蓋40，對固浸透鏡20施加力以使其與試樣S之表面對齊。藉此，即使於試樣S傾斜之情形時，亦可使固浸透鏡20與試樣S良好地密接。

圖9係表示固浸透鏡20之上表面21與透鏡蓋之下表面之點接觸的圖。於如圖9(b)所示，例如透鏡蓋90之下表面為曲面狀，且相對於固浸透鏡20之上表面21呈環狀以複數個點接觸之構成之情形時，透鏡蓋90之下表面之一點最早接觸時施加至固浸透鏡20之力F0中，垂直於透鏡上表面21之方向之力F1與自試樣S施加至固浸透鏡20之力相平衡。另一方面，藉由平行於透鏡上表面21之方向之力F2，旋轉之力矩會施加至固浸透鏡20，藉此固浸透鏡20有可能倒下。

與此相對，於如圖9(a)所示，透鏡蓋40之下表面42呈平面狀，且於其中心點或其附近與固浸透鏡20之上表面21一點接觸之構成中，自透鏡蓋40施加至固浸透鏡20之向下之力F0與自試樣S施加至固浸透鏡20之力相平衡，從而可適當實現固浸透鏡20與試樣S之表面之密接。

對上述實施形態之固浸透鏡20以及支持裝置50之具體構成之示例進行說明。關於固浸透鏡20之材質，必需根據欲觀察之光之波長選擇適當的材質。例如，可使用石英(波長：紫外~3 μm)、玻璃(可見~2.5 μm)、矽(1.2 μm~5 μm)、砷化鎵(900 nm~)、磷化鎵(650 nm~)、鍺(2 μm~)等作為透鏡材質。具體而言，例如，當觀察半導體裝置中所產生之熱時，宜使用矽作為透鏡材質。又，當觀察半導體裝置中之發光時，宜使用矽或砷化鎵、磷化鎵作為透鏡材質。

又，關於固浸透鏡20之尺寸，於例如圖3(b)所示之構成中，球面狀之透鏡上表面21之曲率半徑R=6.46 mm，最大直徑D_L1 =Φ 10.4 mm(參照圖6)，透鏡下表面22之外徑D_L2 =Φ 1.9 mm，下表面22至上表面21之透鏡高度為6.46 mm。

又，關於透鏡蓋40之材質，於上述實施形態中，為了觀察由透鏡蓋40之形狀自身所生成之定位部之像而進行定位，基本上使用不透光之材質。作為此種蓋材質，例如可列舉不鏽鋼、黃銅、鎢等。又，關於透鏡蓋40之尺寸，例如環狀部45之外徑為Φ 20 mm，內徑為Φ 16 mm，蓋40之厚度為0.8 mm，棒狀部47之寬度為0.3 mm或者0.5 mm。

又，於固浸透鏡20與透鏡固持器30之環狀突出部33相接觸之狀態下固浸透鏡20之透鏡上表面21與透鏡蓋40之蓋下表面42之距離為例如0.2 mm左右。又，關於透鏡固持器30之尺寸，透鏡固持器30之八角形外形形狀中相對向之兩邊間的距離為例如24 mm左右。

就使用有上述構成之支持裝置50之固浸透鏡20的移動、固浸透鏡20向試樣S上之設置、以及固浸透鏡20相對於物鏡12之定位，說明其具體操作方法之一例。圖10~圖12係表示固浸透鏡之移動、設置以及定位之圖。又，圖13~圖15係表示固浸透鏡之移動、設置以及定位時，經由物鏡而觀察到的光像之示例的圖。

於本實施例之操作方法中，首先，如圖10(a)所示，在物鏡12與試樣S之間未固浸透鏡20之狀態下，藉由XYZ平台相對於試樣S驅動物鏡12。藉此，以使試樣S中之觀察對象位置S1成為經由物鏡12而觀察到之像之中心的方式設定觀察位置，並且使物鏡12聚焦於試樣S。此時，如圖13(a)所示，經由物鏡12觀察試樣S之二維光像。

其次，如圖10(b)所示，使物鏡12上升後，藉由固浸透鏡支持裝置50，使固浸透鏡20朝垂直於光軸Ax之方向移動，並在物鏡12與試樣S之間，將固浸透鏡20插入於大概位置。該固浸透鏡20之移動以及大致位置對準例如可藉由以手動使連結有支持裝置50之移動裝置60自身移動至支持台82上而進行(參照圖1)。插入固浸透鏡20後，藉由吸附等而相對於支持台82固定移動裝置60。

又，於如上所述將固浸透鏡20已配置於大概位置之狀態下，朝Z軸方向驅動物鏡12，使得聚焦於安裝於保持固浸透鏡20之透鏡固持器30的透鏡蓋40之上表面。此時，如圖13(b)所示，觀察透鏡蓋40中之定位部即3根棒狀部47(參照圖3)之像。並且獲知，於該像中，透鏡蓋40之定位部之圖案中心並不位於圖像中心，且固浸透鏡20之中心軸並不位於物鏡12之光軸上。

繼而，如圖11(a)所示，保持著聚焦於透鏡蓋40之上表面之狀態，一面參照經由物鏡12而觀察到之透鏡蓋40之像，一面藉由移動裝置60之XY平台使固浸透鏡20朝水平方向移動，而進行固浸透鏡20相對於物鏡12之定位。繼而，如圖14(a)所示，於透鏡蓋40之定位部之圖案中心成為圖像中心時，判斷為固浸透鏡20已位置對準於物鏡12之光軸Ax。

當固浸透鏡20之水平方向之定位結束後，如圖11(b)所示，藉由移動裝置60之Z平台逐漸向下方移動透鏡固持器30、蓋40以及固浸透鏡20。此時，如圖14(b)所示，藉由物鏡12之散焦，透鏡蓋40之像逐漸變得模糊。某種程度上，於固浸透鏡20已下降之時點，固浸透鏡20之下表面22與試樣S之表面相接觸，固浸透鏡20之向下移動停止。

當進一步驅動移動裝置60之Z平台時，於固浸透鏡20靜止於試樣S上之狀態下，透鏡固持器30以及蓋40向下方移動。繼而，當透鏡蓋40之下表面與固浸透鏡20之上表面21一點接觸時，固浸透鏡20被推向試樣S而變為已密接之狀態，並且透鏡固持器30以及蓋40之向下移動停止。該透鏡固持器30以及蓋40之停止可藉由在經由物鏡12觀察到透鏡蓋40之像之變化時，該圖像之模糊狀況不再變化之時點(散焦之狀態不再變化之時點)而確認。

於該時點，作為固浸透鏡20相對於物鏡12之定位、向試樣S上之設置、以及固浸透鏡20與試樣S之密接已完成者，停止透鏡移動裝置60之驅動。再者，關於透鏡蓋40之像之變化的確認、以及移動裝置60之驅動，可藉由自動、或者操作者之手動而進行。

最後，如圖12所示，再次藉由Z平台使物鏡12向下方移動，使物鏡12聚焦於試樣S。藉此，如圖15所示，成為可經由物鏡12以及固浸透鏡20觀察經放大之試樣S之像的狀態。又，若有必要，則藉由移動裝置60之XY平台，進行對於試樣S之觀察位置之最終微調整。

就本發明之固浸透鏡支持裝置之構成加以進一步說明。

圖16係放大表示固浸透鏡支持裝置50中之透鏡固持器30以及透鏡蓋40之構成之另一示例之(a)俯視圖、以及(b)側視剖面圖。再者，於圖16中，圖16(a)係僅就固浸透鏡支持裝置50中之透鏡蓋40表示其平面構造。又，圖16(b)係一併表示透鏡固持器30、透鏡蓋40之構造、以及由該等所支持之固浸透鏡20之構造。再者，於本構成中，關於固浸透鏡20以及透鏡固持器30之構成，與圖3所示之構成相同。

透鏡蓋40係以如下方式構成，即，成為固浸透鏡20側之蓋下表面42位於垂直於光軸的平面上，且該蓋下表面42宜於透鏡蓋40之中心點或其附近，與固浸透鏡20之透鏡上表面21一點接觸。又，於圖16之構成中，蓋上表面41亦位於平行於下表面42之平面上，藉此透鏡蓋40成為厚度一樣之平板狀構件。

具體而言，透鏡蓋40包括：板狀構件48，其包含使光透過之材料，用以將固浸透鏡20保持於透鏡固持器30與透鏡蓋40之間；以及定位圖案部49，其設於板狀構件48之特定部位作為定位部而發揮作用。板狀構件48係作為包含透鏡蓋40之中心點的透鏡保持部而發揮作用。又，定位圖案部49宜如圖16(b)所示，形成於板狀構件48之上表面41上。

又，於本構成例中，定位圖案部49含有與圖3所示之構成例中之包含3根棒狀部47之定位部類似之圖案。亦即，定位圖案部49包含自透鏡蓋40之中心點向外側呈放射狀且以相等角度間隔延伸之3根直線狀圖案。又，於此種構成中，包含3根直線狀圖案之透鏡蓋40之定位圖案部49成為相對於垂直於光軸之平面，以透鏡蓋40之中心點為中心呈3次旋轉對稱之圖案。

又，於本構成例中，相對於透鏡固持器30之環狀階差部34上所設置之透鏡蓋40，環狀之固定構件35係以對透鏡蓋40自上方及側方加以推壓而將其保持之方式構成。

於圖16所示之構成例中，關於透鏡蓋40之具體構成，係使用如下構成，即，於透鏡蓋40中包含：板狀構件48，其包含使光透過之材料，用以將固浸透鏡20保持於透鏡固持器30與透鏡蓋40之間；以及定位圖案部49，其設於板狀構件48作為定位部而發揮作用。藉由此種構成，亦可適當實現包含保持固浸透鏡20之功能、以及定位部之功能之兩者的透鏡蓋40。

於本構成例中，關於固浸透鏡20之材質及尺寸等，與以上關於圖1~圖5所示之實施形態所描述者相同。又，關於透鏡蓋40之板狀構件48之材質，由於係不設置開口部而將板狀構件48自身設為透光部之構成，故與固浸透鏡20同樣地，必需根據所欲觀察之光之波長選擇適當材質。例如，可使用石英(波長：紫外~3 μm)、玻璃(可見~2.5 μm)、矽(1.2 μm~5 μm)、砷化鎵(900 nm~)、磷化鎵(650 nm~)、鍺(2 μm~)等作為蓋材質。又，關於透鏡蓋40之尺寸，例如圓板形狀之板狀構件48之外徑為Φ 17mm，厚度為2 mm。

又，關於相對於板狀構件48而設置之定位圖案部49，可使用例如藉由金屬蒸鍍而形成於板狀構件48之上表面41上的圖案、或者藉由對上表面41劃痕而形成之圖案等。或者，亦可設為於板狀構件48之下表面42上、或板狀構件48之內部形成定位圖案部49之構成。

又，於圖3、圖16中分別所示之透鏡蓋40之構成中，關於設於透鏡蓋40之定位部之具體構成，除圖3、圖16所例示之構成以外，亦可使用各種構成、圖案。

圖17係表示圖3所示之透鏡蓋之變形例的圖。於該圖17中，圖17(a)係表示含有與圖3(a)同樣之定位圖案的透鏡蓋之構成的俯視圖，圖17(b)係其側視圖。又，圖17(c)~(e)分別係表示透鏡蓋之變形例的俯視圖。

於圖17(c)所示之構成中，透鏡蓋包括環狀部45、自中心點呈放射狀且以90°間隔延伸之4根棒狀部47、以及4個開口部46。又，於本構成中，包含4根棒狀部47作為定位部而發揮作用之透鏡保持部成為相對於中心點呈4次旋轉對稱之圖案。又，於圖17(d)所示之構成中，透鏡蓋包含環狀部45、自中心點呈放射狀且以180°間隔延伸之2根棒狀部47、以及2個開口部46。又，於本構成中，包含2根棒狀部47作為定位部而發揮作用之透鏡保持部成為相對於中心點呈2次旋轉對稱(點對稱)之圖案。

又，於圖17(e)所示之構成中，透鏡蓋包含環狀部45、自中心點延伸之1根棒狀部47、以及1個開口部46。關於透鏡蓋中作為定位部而發揮作用之透鏡保持部，亦可使用如上所述包含僅1根之棒狀部47之構成。但是，自對固浸透鏡20之施力以及透鏡蓋之強度等之方面而言，宜如圖17(a)、(c)、(d)所示，由2根以上之棒狀部47構成透鏡保持部。

再者，於如上所述使用包含複數根棒狀部47之透鏡保持部作為定位部之構成中，為了透鏡蓋40與固浸透鏡20之一點接觸、以及藉此進行之固浸透鏡20之保持，作為定位部而發揮作用之透鏡保持部必需由至少包含透鏡蓋40之中心點C的圖案所形成。

又，於此種構成中，關於透鏡蓋40之形狀，宜考慮使用有定位部之固浸透鏡20之定位精度、定位之容易程度、以及因在透鏡蓋40上設置定位部之圖案而產生之對觀察試樣S之像的影響之兩者，而設定為適當形狀。例如，在圖17(c)所示之含有4根棒狀部47之構成中，光被棒狀部47所遮擋之面積增大，且試樣觀察時之觀察區域之分割數增多。因此，對被觀察之試樣S之像的影響有可能增大。又，於圖17(d)、(e)之構成中，存在棒狀部47之根數較少而無法充分獲得定位精度的情況。就此種觀點而言，特佳為使用圖3(a)及圖17(a)所示之包含3根棒狀部47之構成。

另一方面，圖18係表示圖16所示之透鏡蓋之變形例的圖。於該圖18中，圖18(a)係表示含有與圖16(a)同樣之定位圖案的透鏡蓋之構成的俯視圖，圖18(b)係其側視圖。又，圖18(c)~(e)分別係表示透鏡蓋之變形例的俯視圖。

於圖18(c)所示之構成中，在透鏡蓋中，設於使光透過之板狀構件48的定位圖案部49包含自中心點呈放射狀且以45。間隔延伸之8根直線狀圖案。又，於圖18(d)所示之構成中，在透鏡蓋中，設於板狀構件48之定位圖案部49包含同心圓狀之複數個環狀圖案。此種同心圓狀之圖案於將定位圖案部49形成於使光透過之板狀構件48之構成中有效。

又，於圖18(e)所示之構成中，在透鏡蓋中，設於板狀構件48之定位圖案部49包含以透鏡蓋之中心點為中心而設置之十字圖案。如上所述，關於透鏡蓋之定位圖案部49，可使用各種形狀、圖案。

此處，於將定位圖案部49設置於使光透過之板狀構件48之構成中，該板狀構件48自身具有包含透鏡蓋40之中心點C的透鏡保持部之功能。因此，關於用作定位部之定位圖案部49，無需包含透鏡蓋40之中心點C，就該點而言定位部之形狀、圖案之自由度較大。但是，必需注意有可能因板狀構件48之厚度而於觀察試樣時產生像差。又，為使光透過板狀構件48，必需根據欲觀察之光之波長改變板狀構件48之材質。

本發明之浸沒透鏡支持裝置並不限定於上述實施形態以及構成例，而可進行各種變形。例如，關於包含透鏡固持器30、蓋40、以及臂部51、52之固浸透鏡支持裝置50之整體構成，具體而言並不限定於圖1、圖2所示之構成，而可使用各種構成。又，關於透鏡蓋40之定位部之構成，亦不限定於圖3、圖16~圖18所示之構成，只要可進行固浸透鏡20相對於物鏡12之定位，即可使用各種圖案之定位部。

又，當相對於透鏡固持器30設置向外延伸臂部時，關於臂部之具體構成，並不限定於圖1所示之分割成第1、第2臂部51、52之構成，而可使用各種構成，例如使用單一之臂部的構成等。又，關於浸沒透鏡，如上所述，並不限定於固浸透鏡，例如關於液浸透鏡，亦同樣地可應用上述構成之浸沒透鏡支持裝置。

於上述實施形態之浸沒透鏡支持裝置中係使用如下構成，即，其係於物鏡與觀察對象之試樣之間，朝垂直於物鏡之光軸的方向可移動地支持浸沒透鏡者；其包含：(1)透鏡固持器，其係將浸沒透鏡於其透鏡下表面通過下部開口向下方突出之狀態下以自由而不固定之狀態加以保持者；以及(2)透鏡蓋，其相對於透鏡固持器之上部開口而設置，成為浸沒透鏡側之蓋下表面位於垂直於光軸之平面上，與浸沒透鏡之球面狀之透鏡上表面一點接觸；且(3)於透鏡蓋中設有定位部，其可參照經由物鏡而觀察到之透鏡蓋之像，進行浸沒透鏡相對於物鏡之定位。

於上述構成之支持裝置中，設於透鏡蓋之定位部宜由相對於垂直於光軸之平面，以透鏡蓋之中心點為中心呈n次旋轉對稱(n為2以上之整數)之圖案所形成。藉由使用此種具有對稱性之圖案之定位部，可更高精度地根據透鏡蓋之像實施浸沒透鏡之定位。

關於透鏡蓋之具體構成，透鏡蓋可使用如下構成，即，包含：使光透過之1個或複數個開口部；以及透鏡保持部，其係由包含透鏡蓋之中心點之圖案所形成，用以將浸沒透鏡保持於透鏡固持器與透鏡蓋之間，並且作為定位部而發揮作用。此時，透鏡保持部宜包含自透鏡蓋之中心點呈放射狀且以相等間隔延伸之複數根棒狀部。

或者，作為透鏡蓋之另一具體構成，透鏡蓋可使用如下構成，即，含有：板狀構件，其包含使光透過之材料，用以將浸沒透鏡保持於透鏡固持器與透鏡蓋之間；以及定位圖案部，其設於板狀構件作為定位部而發揮作用。此時，定位圖案部宜由同心圓狀之圖案所形成。

又，支持裝置宜包含自透鏡固持器向外延伸，且連結於用以使浸沒透鏡朝垂直於物鏡之光軸的方向移動之移動裝置的臂部。藉由此種構成，可適當進行於物鏡與試樣之間的浸沒透鏡之保持及移動。

又，於如上所述包含臂部之構成中，臂部亦可使用經由可朝沿著光軸之方向滑動之直線移動導軌而連結於移動裝置之構成。於此種構成中，係根據需要，藉由臂部、以及固定於臂部之透鏡固持器、透鏡蓋朝沿著光軸之方向滑動，來防止將浸沒透鏡設置於試樣上時，對透鏡及試樣施加過度之力。

又，臂部亦可設為包含可安裝鉛垂之鉛垂安裝部之構成。此時，當將浸沒透鏡設置於試樣上時，可藉由鉛垂之安裝，調整施加至透鏡及試樣之荷重、以及藉此獲得之透鏡與試樣之密接性。

產業上之可利用性

本發明可用作能夠有效率地實施浸沒透鏡向試樣上之移動、設置、以及浸沒透鏡相對於物鏡之定位的浸沒透鏡支持裝置。

1A．．．顯微鏡系統

10．．．顯微鏡光學系統

12~15．．．物鏡

20．．．固浸透鏡

21．．．透鏡上表面

22．．．透鏡下表面

23．．．透鏡側面

30．．．透鏡固持器

31．．．上部開口

32．．．下部開口

33．．．環狀突出部

34．．．環狀階差部

35．．．固定構件

36．．．螺孔

40．．．透鏡蓋

41．．．蓋上表面

42．．．蓋下表面

45．．．環狀部

46．．．開口部

47．．．棒狀部

48．．．板狀構件

49．．．定位圖案部

50．．．固浸透鏡支持裝置

51．．．第1臂部

51a．．．固定螺桿

52．．．第2臂部

53．．．連結部

54．．．直線移動導軌(線性導軌)

55．．．移動台

56．．．導軌本體

57．．．鉛垂安裝部

58．．．鉛垂

60．．．透鏡移動裝置(XYZ平台)

80．．．支持台

81．．．第1支持台

82．．．第2支持台

圖1係表示包含固浸透鏡以及固浸透鏡支持裝置之顯微鏡系統之一實施形態之構成的側視圖。

圖2係表示圖1所示之固浸透鏡支持裝置之構成的俯視圖。

圖3係放大表示固浸透鏡支持裝置中之透鏡固持器以及透鏡蓋之構成的(a)俯視圖、以及(b)側視剖面圖。

圖4係放大表示固浸透鏡支持裝置中之透鏡固持器以及透鏡蓋之構成的立體圖。

圖5(a)、(b)係表示固浸透鏡支持裝置中之臂部與透鏡移動裝置之連結構成的立體圖。

圖6(a)、(b)係模式性地表示固浸透鏡、以及保持固浸透鏡之透鏡固持器、透鏡蓋的圖。

圖7(a)、(b)係模式性地表示固浸透鏡、以及保持固浸透鏡之透鏡固持器、透鏡蓋的圖。

圖8係模式性地表示固浸透鏡、以及保持固浸透鏡之透鏡固持器、透鏡蓋的圖。

圖9(a)、(b)係表示固浸透鏡與透鏡蓋之點接觸的圖。

圖10(a)、(b)係表示固浸透鏡之移動、設置以及定位的圖。

圖11(a)、(b)係表示固浸透鏡之移動、設置以及定位的圖。

圖12係表示固浸透鏡之移動、設置以及定位的圖。

圖13(a)、(b)係表示經由物鏡而觀察到之光像之示例的圖。

圖14(a)、(b)係表示經由物鏡而觀察到的光像之示例的圖。

圖15係表示經由物鏡而觀察到的光像之示例的圖。

圖16係表示固浸透鏡支持裝置中之透鏡固持器以及透鏡蓋之構成之另一示例的(a)俯視圖、以及(b)側視剖面圖。

圖17(a)-(e)係表示圖3所示之透鏡蓋之構成之變形例的圖。

圖18(a)-(e)係表示圖16所示之透鏡蓋之構成之變形例的圖。

20．．．固浸透鏡

21．．．透鏡上表面

22．．．透鏡下表面

30．．．透鏡固持器

31．．．上部開口

32．．．下部開口

33．．．環狀突出部

34．．．環狀階差部

35．．．固定構件

36．．．螺孔

40．．．透鏡蓋

41．．．蓋上表面

42．．．蓋下表面

45．．．環狀部

46．．．開口部

47．．．棒狀部

51．．．第1臂部

C．．．透鏡蓋40之中心點

Claims (9)

1. 一種浸沒透鏡支持裝置，其特徵在於：其係於物鏡與觀察對象之試樣之間於垂直於上述物鏡之光軸的方向可移動地支持浸沒透鏡者；其包括：浸沒透鏡；透鏡固持器，其係包括下部開口及上部開口，並將上述浸沒透鏡於透鏡下表面通過上述下部開口向下方突出之狀態下以自由而不固定之狀態加以保持者；及透鏡蓋，其包括蓋下表面，並相對於上述透鏡固持器之上述上部開口而以覆蓋上述上部開口之方式設置，且位於上述浸沒透鏡之上方，而於與上述透鏡固持器所夾著之空間內保持上述浸沒透鏡，並且成為上述浸沒透鏡側之平面狀的上述蓋下表面係位於垂直於光軸之平面上，與上述浸沒透鏡之球面狀之透鏡上表面以一點接觸；且於上述透鏡蓋中設有定位部，其可參照經由上述物鏡而觀察到之上述透鏡蓋之像，進行上述浸沒透鏡相對於上述物鏡之定位。
2. 如請求項1之浸沒透鏡支持裝置，其中上述透鏡蓋之上述定位部係由相對於垂直於上述光軸之平面，以上述透鏡蓋之中心點為中心呈n次旋轉對稱(n為2以上之整數)之圖案所形成。
3. 如請求項1或2之浸沒透鏡支持裝置，其中 上述透鏡蓋包括：1個或複數個開口部，其用以使光透過；以及透鏡保持部，其由包含上述透鏡蓋之中心點的圖案所形成，用以將上述浸沒透鏡保持於上述透鏡固持器與上述透鏡蓋之間並且作為上述定位部而發揮作用。
4. 如請求項3之浸沒透鏡支持裝置，其中上述透鏡保持部包含自上述透鏡蓋之中心點起呈放射狀且以相等間隔延伸之複數根棒狀部。
5. 如請求項1或2之浸沒透鏡支持裝置，其中上述透鏡蓋包括：板狀構件，其包含使光透過之材料，用以將上述浸沒透鏡保持於上述透鏡固持器與上述透鏡蓋之間；以及定位圖案部，其係設於上述板狀構件，作為上述定位部而發揮作用。
6. 如請求項5之浸沒透鏡支持裝置，其中上述定位圖案部係由同心圓狀之圖案所形成。
7. 如請求項1或2之浸沒透鏡支持裝置，其包含自上述透鏡固持器向外延伸，且連結於用以使上述浸沒透鏡於垂直於上述物鏡之光軸的方向移動的移動裝置之臂部。
8. 如請求項7之浸沒透鏡支持裝置，其中上述臂部經由可於沿著上述光軸之方向滑動之直線移動導軌而連結於上述移動裝置。
9. 如請求項7之浸沒透鏡支持裝置，其中上述臂部包含可安裝鉛垂之鉛垂安裝部。