JP6652492B2 - 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の開口の内面から第１の開口の中心側へ延び、球面部と接触可能に構成された３つの突出部を有する。

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３０〜６５度の範囲で交わっていてもよい。この場合、対物レンズの視野を保ちつつ、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。 図２の要部拡大図である。 図３の第１の部材を対物レンズ側から見た図である。 （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。 変形例を示す図であり、（ａ）はレンズ保持部の構成図、（ｂ）は第１の部材を対物レンズ側から見た図である。

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、図２の要部拡大図である。図４は、図３の固浸レンズ保持部を対物レンズ側から見た図である。図５（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５（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１〜３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及び図３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。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２及び図３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３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）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。

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）の端部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。この例では、延在壁部６３は、複数の曲げ部を有する形状とされている。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の中央側へ延びる第２の壁部６３ｂと、第２の壁部６３ｂと連続してレンズ保持部６５まで光軸Ｌに対して傾斜して延びる第３の壁部６３ｃと、を有している。

レンズ保持部６５は、図３及び図４に示すように、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、対物レンズ２１の光軸Ｌと直交して延びる円形平板状のベース部７０Ａを有している。ベース部７０Ａの中心部には、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が形成されている。第１の開口７１の内径は、固浸レンズ６の球面部６ａの外径よりも大きくなっている。なお、球面部６ａの外径とは、対物レンズ２１側から見た場合の外径であり、本実施形態では円柱周面６ｃの外径である。

第１の部材７０は、第１の開口７１の内面７１ａから中心Ｐ１側へ光軸Ｌと垂直に延びる３つの突出部７３を有している。３つの突出部７３は、図４に示すように、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つの突出部７３は、周方向の長さよりも半径方向の長さの方が長い扇形状を呈しており、中心線Ｓが中心Ｐ１上を通るように延びている。また、３つの突出部７３は、第１の開口７１の周方向に１２０度間隔（三等配）で設けられている。３つの突出部７３の先端面７４は、曲面をなしており、中心Ｐ１を中心とする円周Ｒ１上に位置している。また、３つの突出部７３の先端面７４から中心Ｐ１までの距離は、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。

３つの突出部７３の各々の先端から中間部の間には、半導体デバイス１１側へ一部が突出して厚肉とされた厚肉部７５が設けられている。図３に示すように、厚肉部７５の先端部７６は、先細り形状を呈しており、半導体デバイス１１側の面が、第１の開口７１の中心Ｐ１側へ向かうにつれて対物レンズ２１側へ傾斜する傾斜面７６ａとなっている。傾斜面７６ａは、先端面７４に連続している。厚肉部７５の先端部７６の厚さは、先端面７４の近傍ではベース部７０Ａの厚さよりも薄くなっている。厚肉部７５には、第２の部材８０との固定用の挿通孔７７が形成されている。

図３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円形平板状の底面部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。また、本体部８１の対物レンズ２１側の端部には、半径方向外側に突出したフランジ部８３が形成されている。フランジ部８３には、第１の部材７０との固定用の挿通孔８４が形成されている。第２の部材８０は、半導体デバイス１１側から挿通孔８４及び挿通孔７７にボルト９０が挿通されて締結されることで、第１の部材７０に固定される。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。

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、ボルト９０を締結し、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の先端面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５（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、第２の部材８０（底面部８５）に支持されている。

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５（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。

再び図２及び図３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、先端面７４の半導体デバイス１１側の縁７４ａで、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の先端面７４は、中心Ｐ１を中心とする円周Ｒ１上に位置していることから（図４）、３つの突出部７３と球面部６ａとの接触位置も円周Ｒ１上に位置している。また、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Ｚ１と、対物レンズ２１の光軸Ｌとがなす角度θ１は、４５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Ｚ１が、対物レンズ２１の光軸Ｌに対して４５度で交わっている。直線Ｚ１と光軸Ｌとのなす角度θ１が大きく、３つの突出部７３の長さが短い場合、光のケラレが少なくなる点で好ましいが、固浸レンズ６と固浸レンズホルダ８とが滑り難くなる点で好ましくない。一方、角度θ１が小さく、３つの突出部７３の長さが長い場合、固浸レンズ６と固浸レンズホルダ８とが滑り易くなる点で好ましいが、光のケラレが多くなる点で好ましくない。この点、固浸レンズホルダ８のように角度θ１を４５度とすれば、対物レンズ２１の視野を保ちつつ、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。

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Ｒ１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。

［変形例］
図６は、変形例を示す図であり、（ａ）はレンズ保持部の構成図、（ｂ）は第１の部材を対物レンズ側から見た図である。変形例のレンズ保持部１６５は、固浸レンズ６の球面部６ａと接触する３つの突出部１７３の構成において上記実施形態のレンズ保持部６５と相違する。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）は縮尺が異なり、図６（ａ）の方が拡大して示されている。

図６（ａ）に示すように、レンズ保持部１６５は、第１の部材１７０と、第２の部分１８０と、を有している。第１の部材１７０は、対物レンズ２１の光軸Ｌと直交して延びる円形平板状のベース部１７０Ａと、ベース部１７０Ａに連続する傾斜部１７５と、を有している。傾斜部１７５は、ベース部１７０Ａから光軸Ｌ側へ向かうにつれて半導体デバイス１１側へ傾斜して延びている。図６（ｂ）に示すように、傾斜部１７５の円周方向には、４つの挿通孔７７が９０度間隔（４等配）で設けられている。

傾斜部１７５の中心部には、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１７１が形成されている。第１の開口１７１は、傾斜部１７５の中心部に貫通孔を形成すると共に、当該貫通孔の縁に３つの凹部１７２を等間隔に形成することによって形成されている。この凹部１７２は、例えば、貫通孔の縁のうちの所定の部分を削り取ることによって形成される。凹部１７２が設けられていることで、隣り合う凹部１７２の間には突出部１７３が形成されている。これにより、第１の開口１７１の内面１７１ａには、光軸Ｌに対して傾斜して中心Ｐ１側へ延びる３つの突出部１７３が形成されている。

３つの突出部１７３は、図６（ｂ）に示すように、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つの突出部１７３は、半径方向の長さよりも周方向の長さの方が長い扇形状を呈しており、中心線Ｓが中心Ｐ１上を通るように延びている。また、３つの突出部１７３は、第１の開口１７１の周方向に１２０度間隔（三等配）で設けられている。３つの突出部１７３の先端面１７４は、曲面をなしており、中心Ｐ１を中心とする円周Ｒ２上に位置している。この円周Ｒ２は、上記貫通孔の円周と一致する。

固浸レンズ６が観察対象物に当接した状態では、３つの突出部１７３は、先端面１７４の対物レンズ２１側の縁１７４ａで、球面部６ａに対して周方向に線接触する。接触位置は、ベース部１７０Ａの延在方向よりも観察対象物側となる。上述したように、３つの突出部１７３の先端面１７４は、中心Ｐ１を中心とする円周Ｒ２上に位置していることから、３つの突出部１７３と球面部６ａとの接触位置も円周Ｒ２上に位置している。また、この例では、当該接触位置と球面部６ａの曲率中心Ｘとを通る直線Ｚ２と、対物レンズ２１の光軸Ｌとがなす角度θ２は、６３度となっている。

変形例の固浸レンズホルダによっても、上記実施形態の固浸レンズホルダ８の場合と同様に、３つの突出部１７３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。その結果、観察対象物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、変形例の固浸レンズホルダによれば、球面部６ａの形状に合わせて第１の部材１７０に貫通孔を形成し、当該貫通孔に凹部１７２を形成することで、突出部１７３を形成することができる。このため、容易に製造することができる。なお、固浸レンズホルダは例えばアルミニウム製であることから、固浸レンズホルダの削り加工は比較的容易である。

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Ｚ１、Ｚ２と光軸Ｌとのなす角度θ１、θ２が４５度又は６３度である例を説明したが、この角度は３０〜６５度となっていればよい。この範囲内であれば、対物レンズ２１の視野を保ちつつ、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。

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、直線Ｚ１、Ｚ２と光軸Ｌとのなす角度θ１、θ２が４５度又は６３度である例を説明したが、直線Ｚ１、Ｚ２と光軸Ｌとのなす角度は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、対物レンズ２１の視野を保ちつつ、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Ｚ１、Ｚ２と光軸Ｌとのなす角度は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。

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、６ｂ…上面、６ｄ…当接部、６ｆ…当接面、８…固浸レンズホルダ、１０…試料、１１…半導体デバイス（観察対象物）、２１…対物レンズ、６１…本体部、６２…周壁部、６３…延在壁部、６５…レンズ保持部、７０…第１の部材、７０Ａ…ベース部、７１…第１の開口、７１ａ…第１の開口の内面、７３…突出部、７４…先端面、７４ａ…縁、７５…厚肉部、７６…先端部、７６ａ…傾斜面、７７…挿通孔、８０…第２の部材、８１…本体部、８３…フランジ部、８４…挿通孔、８５…底面部、８７…第２の開口、９０…ボルト、Ｌ…光軸、Ｐ１…第１の開口の中心、Ｐ２…第２の開口の中心、Ｘ…曲率中心（球心）。

Claims (4)

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の開口の内面から前記第１の開口の中心側へ延び、前記球面部と接触可能に構成された３つの突出部を有し、
   前記固浸レンズは、前記観察対象物に当接した際に、前記３つの突出部との間で滑りつつ揺動し、
   前記３つの突出部のそれぞれの先端面における前記対物レンズとは反対側の縁は、前記第１の開口の中心を中心とする円周上に位置しており、
   前記３つの突出部は、前記先端面の前記縁で、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する、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. 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１〜３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。

Images