固浸レンズ移動装置、及びこれを備えた顕微鏡
固浸レンズ３を支持する固浸レンズホルダ５が連結された第一腕部材７１と、この第一腕部材７１を、観察対象物に対して略平行を成すＸ−Ｙ平面内で回動させる第一腕部材回動源７２と、この第一腕部材回動源７２を保持する第二腕部材７３と、第一腕部材回動源７２の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、第二腕部材７３をＸ−Ｙ平面内で回動させる第二腕部材回動源７４と、を具備する構成とする。そして、二個の腕部材７１，７３を回動することで、固浸レンズ３をＸ−Ｙ平面内の所望の位置に移動可能とし、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要を無くし、占有領域を小とすると共に簡易な構成とする。これにより、低コスト化を図りつつ、装置の小型化を図ることが可能な固浸レンズ移動装置、及びこれを備えた顕微鏡が実現される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固浸レンズを移動させる固浸レンズ移動装置及びこれを備えた顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察対象物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。この固浸レンズは、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のレンズで、その大きさが１ｍｍ〜５ｍｍ程度の小型のレンズである。そして、この固浸レンズを用いると、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。
【０００３】
この固浸レンズを用いて観察を行う場合に、当該固浸レンズを、観察対象物の観察位置に移動させる固浸レンズ移動装置として、固浸レンズを保持する保持箱をＸ−ＹアクチュエータによりＸ−Ｙ移動させる装置が知られている（例えば、文献１：ＵＳ２００３／００９８６９２Ａ１参照）。また、固浸レンズを保持するカンチレバーをピエゾ素子によりＸ−Ｙ−Ｚ移動させる装置が知られている（例えば、文献２：特開２００１−１８９３５９号公報参照）。
【特許文献１】ＵＳ２００３／００９８６９２Ａ１
【特許文献２】特開２００１−１８９３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｘ−Ｙアクチュエータにより保持箱をＸ−Ｙ移動させる前者にあっては、Ｘ−Ｙアクチュエータの場合に一般的に指摘されることであるが、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とすることが必要とされ、占有領域が大とされることから、小型化が図れないという問題がある。また、ピエゾ素子によりカンチレバーをＸ−Ｙ−Ｚ移動させる後者にあっては、大きなストロークがとれないため、観察対象物側にＸ−Ｙ−Ｚステージを別途設けていて、コストが高い。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、低コスト化を図りつつ、小型化が図られる固浸レンズ移動装置、及びこれを備えた顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による固浸レンズ移動装置は、固浸レンズを、観察対象物に対して略平行を成すＸ−Ｙ平面内で移動させる固浸レンズ移動装置であって、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一腕部材と、この第一腕部材をＸ−Ｙ平面内で回動させる第一腕部材回動源と、この第一腕部材回動源を保持する第二腕部材と、第一腕部材回動源の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、第二腕部材をＸ−Ｙ平面内で回動させる第二腕部材回動源と、を具備したことを特徴としている。
【０００７】
このような固浸レンズ移動装置によれば、第二腕部材回動源により、第二腕部材及び第二腕部材に保持されている第一腕部材回動源が、観察対象物に対して略平行を成すＸ−Ｙ平面内で回動される。また、その回動軸が第二腕部材回動源の回動軸と非同軸に位置する第一腕部材回動源により、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一腕部材がＸ−Ｙ平面内で回動される。このように固浸レンズは、二個の腕部材が回動されることでＸ−Ｙ平面内の所望の位置に移動されるため、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要が無く占有領域が小とされると共に簡易な構成とされる。
【０００８】
ここで、第二腕部材回動源を、Ｘ−Ｙ平面に直行するＺ方向に移動させるＺ方向移動源を備えていることが好ましい。この場合、当該固浸レンズ移動装置により、固浸レンズが三次元方向の所望の位置へ自在に移動される。
【０００９】
また、固浸レンズを観察対象物に光学的に結合させるための光結合材料を供給する光結合材料供給手段を備えていることが好ましい。この場合、開口数（ＮＡ）の高い光束を通すことができる。これにより、固浸レンズ本来の分解能を得ることができる。
【００１０】
また、光結合材料を乾燥させるための気体を供給する乾燥気体供給手段を備えていることが好ましい。この場合、光結合材料の乾燥が促進され、観察を直ちに実行することが可能とされる。
【００１１】
また、固浸レンズホルダは外方へ延びる腕部を備え、この腕部が第一腕部材に着脱可能に連結されている構成としても良い。この場合、レンズ交換の際に腕部ごとの交換が可能とされ、微小な固浸レンズを取り扱うことなくレンズ交換が容易とされる。あるいは、第一腕部材が、第一腕部材回動源に着脱可能に連結されている構成としても良い。
【００１２】
また、第二腕部材は、湾曲状に構成されていることが好ましい。この場合、当該第二腕部材が、観察対象物の視野から容易に遠ざけられる。
【００１３】
また、固浸レンズホルダは、その内径が固浸レンズの外径に比して大とされる筒状に構成され、この固浸レンズホルダの内周内に固浸レンズが位置すると共に、当該固浸レンズの底面が固浸レンズホルダの底面の開口から突出した状態とされている構成としても良い。この場合、固浸レンズは、Ｘ−Ｙ平面内を移動する固浸レンズホルダの内周面に引っ掛けられた状態で観察対象物上を滑るように移動し所望の観察位置に移動する。また、当該固浸レンズホルダ又は観察対象物をＺ方向に移動し、さらに固浸レンズホルダをＸ−Ｙ平面内で移動して固浸レンズから遠ざけることで、構成部品を全て観察対象物の視野から遠ざけた観察が可能とされる。
【００１４】
また、固浸レンズを通して観察対象物を観察する顕微鏡を備え、この顕微鏡に、上記固浸レンズ移動装置が着脱可能に装着されていることが好ましい。この場合、当該固浸レンズ移動装置を外して観察する場合や、他のレンズ移動装置を装着して観察する場合等に便利である。
【００１５】
また、本発明による固浸レンズ移動装置を備えた顕微鏡は、試料の観察を行って、その内部情報を得るための顕微鏡であって、観察対象物となる試料からの光が入射する対物レンズを含み、試料の画像を導く光学系と、上記固浸レンズ移動装置と、を具備し、固浸レンズ移動装置は、試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置と、光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズを移動させることを特徴としている。
【００１６】
このような固浸レンズ移動装置を備えた顕微鏡によれば、固浸レンズ移動装置により、試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置と、光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズが移動される。そして、試料と対物レンズとの間に固浸レンズが無い通常の状態での観察画像、及び、固浸レンズを挿入した状態での拡大観察画像の両者が取得される。このように固浸レンズ移動装置を用いることで、観察画像及び拡大観察画像の両者が必要とされる場合にこれらの画像が容易に取得されると共に、拡大観察画像により高分解能の観察が可能とされる。
【００１７】
なお、本発明にいう「内部情報」としては、例えば電子デバイスを試料とした場合、電子デバイスの回路パターンや電子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、電子デバイスの欠陥に基づく異常個所に起因するものや、電子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。さらには、電子デバイスの欠陥に基づく発熱も含まれる。
【００１８】
また、顕微鏡は、観察対象物となる試料の画像を取得する画像取得手段を備える構成としても良い。この場合、光学系は、試料の画像を画像取得手段へと導くように構成される。
【００１９】
上記した顕微鏡は、電子デバイス検査装置として好適に用いることができる。この場合、電子デバイス検査装置は、電子デバイスの画像を取得して、その内部情報を検査する電子デバイス検査装置であって、観察対象物となる電子デバイスの画像を取得する画像取得手段と、電子デバイスからの光が入射する対物レンズを含み、電子デバイスの画像を画像取得手段へと導く光学系と、上記固浸レンズ移動装置と、を具備し、固浸レンズ移動装置は、電子デバイスから対物レンズへの光軸を含む挿入位置と光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズを移動させることが好ましい。
【００２０】
このような固浸レンズ移動装置を備えた電子デバイス検査装置によれば、固浸レンズ移動装置により、電子デバイスから対物レンズへの光軸を含む挿入位置と光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズが移動される。そして、電子デバイスと対物レンズとの間に固浸レンズが無い通常の状態での観察画像、及び、固浸レンズを挿入した状態での拡大観察画像の両者が取得される。このように固浸レンズ移動装置を用いることで、観察画像及び拡大観察画像の両者が必要とされる場合にこれらの画像が容易に取得されると共に、拡大観察画像により高分解能の観察が可能とされる。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明による固浸レンズ移動装置によれば、二個の腕部材を回動することで固浸レンズをＸ−Ｙ平面内の所望の位置に移動し、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要を無くし占有領域を小とすると共に簡易な構成としているため、低コスト化を図りつつ、装置の小型化を図ることが可能となる。また、この固浸レンズ移動装置を備えた顕微鏡（例えば電子デバイス検査装置）によれば、当該固浸レンズ移動装置の効果に加えて、観察画像及び拡大観察画像の両者が必要とされる場合にこれらの画像が容易に取得されると共に、拡大観察画像により高分解能の観察が可能とされるため、電子デバイス検査等の試料観察を容易且つ高精度に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る固浸レンズ移動装置を備えた電子デバイス検査装置を示す構成図である。
【図２】図２は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズを上方から見た斜視図である。
【図３】図３は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズを下方から見た斜視図である。
【図４】図４は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズの下部を図３とは相違する下方から見た斜視図である。
【図５】図５は、固浸レンズが待機位置に位置している状態の固浸レンズ移動装置及び対物レンズを示す下面図である。
【図６】図６は、固浸レンズが挿入位置、密着位置に位置している状態の固浸レンズ移動装置及び対物レンズを示す下面図である。
【図７】図７は、固浸レンズが交換位置に位置している状態の固浸レンズ移動装置及び対物レンズを示す下面図である。
【図８】図８は、固浸レンズホルダを示す斜視図である。
【図９】図９は、固浸レンズホルダのレンズ待機位置の状態を示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。
【図１１】図１１は、固浸レンズホルダの腕部と固浸レンズ移動装置の第一腕部材との連結部を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、固浸レンズホルダの腕部と固浸レンズ移動装置の第一腕部材との連結前の状態を前方から見た斜視図である。
【図１３】図１３は、固浸レンズホルダの腕部と固浸レンズ移動装置の第一腕部材との連結前の状態を後方から見た斜視図である。
【図１４】図１４は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズと共に光結合材料供給手段及び乾燥気体供給手段を示す構成図である。
【図１５】図１５は、光結合材料供給手段を具体的に示す構成図である。
【図１６】図１６は、乾燥気体供給手段を具体的に示す構成図である。
【図１７】図１７は、本発明の他の実施形態に用いられる固浸レンズホルダを示す斜視図である。
【図１８】図１８は、固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。
【図１９】図１９は、固浸レンズホルダと固浸レンズ移動装置との連結部を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、他の固浸レンズホルダを示す斜視図である。
【図２１】図２１は、他の固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…電子デバイス検査装置、２…光学系、３…固浸レンズ、４…顕微鏡、５，６４…固浸レンズホルダ、７…固浸レンズホルダ腕部、１０，１２…画像取得手段、２０…対物レンズ、３０…固浸レンズマニピュレータ（固浸レンズ移動装置）、７１…第一腕部材、７２…第一腕部材回動源、７２ａ…第一腕部材回動源の回動軸、７３…第二腕部材、７４…第二腕部材回動源、７４ａ…第二腕部材回動源の回動軸、７５…Ｚ方向移動源、８０…光結合材料供給手段、９０…乾燥気体供給手段、９９…連結部、Ｓ…半導体デバイス（観察対象物）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明による固浸レンズ移動装置、及び顕微鏡の好適な実施形態について図１〜図２１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る固浸レンズ移動装置を備えた電子デバイス検査装置を示す構成図、図２〜図４は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズを示す各斜視図、図５〜図７は、固浸レンズ移動装置の移動動作を示す各状態図、図８〜図１０は、固浸レンズホルダを示す各図、図１１〜図１３は、固浸レンズホルダと固浸レンズ移動装置との連結部を示す各斜視図、図１４〜図１６は、光結合材料供給手段、乾燥気体供給手段を示す各図、図１７〜図１９は、本発明の他の実施形態に用いられる固浸レンズホルダを示す各図、図２０及び図２１は、他の固浸レンズホルダを示す各図である。なお、各図において、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明による固浸レンズ移動装置、及び顕微鏡は、固浸レンズを用いた試料観察に対して一般に適用可能である。ただし、以下においては、主にその電子デバイス検査（半導体検査）への適用例について説明する。
【００２５】
先ず、第一実施形態の固浸レンズ移動装置を備える電子デバイス検査装置について説明する。図１に示すように、電子デバイス検査装置１は、例えば半導体基板上にトランジスタや配線等の回路パターンが形成された半導体デバイスＳを観察対象物の試料とし、この半導体デバイスＳ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。なお、本発明にいう「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挙げられる。さらには、半導体デバイスの欠陥に基づく発熱も含まれる。
【００２６】
この電子デバイス検査装置１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。半導体デバイスＳは、観察部Ａに設けられたステージ１８上にその裏面が上を向くように載置され、検査装置１は、本実施形態にあっては、半導体デバイスＳの図示下面（半導体デバイスＳの半導体基板表面に形成された集積回路等）を検査する。
【００２７】
観察部Ａは、半導体デバイスＳ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１０及びレーザスキャン光学系（ＬＳＭ：Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）ユニット１２と、高感度カメラ１０及びＬＳＭユニット１２と半導体デバイスＳとの間に配置される顕微鏡４の対物レンズ２０を含む光学系２と、半導体デバイスＳの拡大観察画像を得るための固浸レンズ３と、この固浸レンズ３を三次元方向に移動させる固浸レンズ移動装置としての固浸レンズマニピュレータ３０と、これらを直交するＸ−Ｙ−Ｚ方向に各々移動させるＸ−Ｙ−Ｚステージ１５と、を具備している。
【００２８】
光学系２は、上記対物レンズ２０に加えて、カメラ用光学系２２と、ＬＳＭユニット用光学系２４と、を備えている。対物レンズ２０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。カメラ用光学系２２は、対物レンズ２０を通した半導体デバイスＳからの光を高感度カメラ１０に導き、高感度カメラ１０は半導体デバイスＳの回路パターン等の画像を取得する。一方、ＬＳＭユニット用光学系２４は、ＬＳＭユニット１２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２０側に反射し半導体デバイスＳに導くと共に、対物レンズ２０を通し高感度カメラ１０に向かう半導体デバイスＳからの反射光の一部をビームスプリッタで分岐してＬＳＭユニット１２に導く。
【００２９】
このＬＳＭユニット１２は、赤外レーザ光をＸ−Ｙ方向に走査し半導体デバイスＳ側に出射する一方で、半導体デバイスＳからの反射光を光検出器（不図示）で検出する。この検出光の強度は、半導体デバイスＳの回路パターンを反映した強度となっている。従って、ＬＳＭユニット１２は、赤外レーザ光が半導体デバイスＳをＸ−Ｙ走査することで、半導体デバイスＳの回路パターン等の画像を取得する。
【００３０】
Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１５は、高感度カメラ１０、ＬＳＭユニット１２及び光学系２、さらに、固浸レンズ３及び固浸レンズマニピュレータ３０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Ｓ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、必要に応じて移動するためのものである。
【００３１】
固浸レンズ３は、半球形状（図９参照）又はワイエルストラス球と呼ばれる１〜５ｍｍ程度の超半球形状を有する微小レンズであり、半導体デバイスＳを観察するための観察位置（図示上面）にその底面が密着することで、裏側となる半導体デバイスＳの表面（図示下面）の拡大観察画像を得る。
【００３２】
具体的には、半導体検査装置において使用される固浸レンズは、半導体デバイス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。その代表的な例としては、Ｓｉ、ＧａＰ、ＧａＡｓなどが挙げられる。
【００３３】
このような微小な光学素子を半導体デバイスの基板表面に光学密着させることにより、半導体基板自身を固浸レンズの一部として利用することができる。固浸レンズを利用した半導体デバイスの裏面解析によれば、対物レンズの焦点を半導体基板表面に形成された集積回路に合わせた際に、固浸レンズの効果により、収束角を大きくしたり媒質の屈折率を増加させる効果がある。これにより、基板中にＮＡの高い光束を通すことが可能となり、短波長化による高分解能化が期待できる。
【００３４】
このような固浸レンズ３のレンズ形状は、収差がなくなる条件によって決まるものである。半球形状を有する固浸レンズでは、その球心が焦点となる。このとき、開口数ＮＡおよび倍率はともにｎ倍となる。一方、超半球形状を有する固浸レンズでは、球心からＲ／ｎだけ下方にずれた位置が焦点となる。このとき、開口数ＮＡおよび倍率はともにｎ２倍となる。あるいは、球心と、球心からＲ／ｎだけ下方にずれた位置との間の位置を焦点とするなど、半導体デバイスＳに対する具体的な観察条件等に応じて、上記以外の条件で固浸レンズ３を用いてもよい。
【００３５】
固浸レンズホルダ５（図８〜図１０参照）は、固浸レンズ３を好適に支持するものである。また、この固浸レンズホルダ５を三次元方向に移動する固浸レンズマニピュレータ３０（図２〜図７参照）は、固浸レンズホルダ５に支持される固浸レンズ３を、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間の位置で半導体デバイスＳから対物レンズ２０への光軸を含む挿入位置、半導体デバイスＳの観察位置に当該固浸レンズ３の底面が密着する密着位置、上記光軸を外れた待機位置、固浸レンズ３を交換するための交換位置等の各所定位置に移動するためのものである。これらの固浸レンズホルダ５及び固浸レンズマニピュレータ３０については詳しくは後述する。
【００３６】
制御部Ｂは、カメラコントローラ５１ａと、レーザスキャン（ＬＳＭ）コントローラ５１ｂと、ステージコントローラ５２と、マニピュレータコントローラ５３と、を備えている。カメラコントローラ５１ａ及びＬＳＭコントローラ５１ｂは、高感度カメラ１０及びＬＳＭユニット１２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Ｓの観察の実行（画像の取得）や観察条件の設定等を制御する。
【００３７】
ステージコントローラ５２は、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１５の動作を制御することで、半導体デバイスＳの観察位置に対応する位置への高感度カメラ１０、ＬＳＭユニット１２及び光学系２等の移動、位置合わせ、焦点合わせ等を制御する。また、マニピュレータコントローラ５３は、固浸レンズマニピュレータ３０の動作を制御することで、上記所定位置への固浸レンズ３の移動、及び、固浸レンズ３の密着位置の微調整等を制御する（詳しくは後述）。
【００３８】
解析部Ｃは、画像解析部６１と指示部６２とを備え、コンピュータにより構成されている。画像解析部６１は、カメラコントローラ５１ａ及びレーザスキャンコントローラ５１ｂからの画像情報に対して必要な解析処理等を実施する。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Ｓ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６３に表示される。
【００３９】
次に、特に本実施形態の特徴を成す固浸レンズホルダ５及び固浸レンズマニピュレータ３０について詳説する。
【００４０】
固浸レンズホルダ５は、図８及び図９に示すように、略円筒状に構成され固浸レンズ３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。この固浸レンズホルダ５は、後述の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、固浸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。
【００４１】
ホルダ６は、図９に示すように、固浸レンズ３を保持する第一ホルダ８と、この第一ホルダ８を支持する第二ホルダ９と、を備えている。これらの第一ホルダ８及び第二ホルダ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。
【００４２】
第一ホルダ８は、その上部の外周面に、外方に突出する環状鍔部８ａを備えると共に、その底面に、内側に向かう環状鍔部８ｂを備え、この環状鍔部８ｂの内周に形成されている開口を通して、固浸レンズ３の底面が下方に突出した状態で、当該固浸レンズ３が第一ホルダ８に例えば接着剤等で固着され保持されている。
【００４３】
第二ホルダ９は、その底面に、内側に向かう環状鍔部９ａを備え、この環状鍔部９ａの内周に形成されている開口９ｂを通して、第一ホルダ８の下部が下方に突出した状態で、第一ホルダ８の環状鍔部８ａが第二ホルダ９の環状鍔部９ａに載置され、当該第一ホルダ８及び固浸レンズ３が当該第二ホルダ９に自重方向に支えられている。
【００４４】
ここで、第一ホルダ８の下部の外径をＡ、第一ホルダ８の環状鍔部８ａの外径をＢ、第二ホルダ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。このため、第一ホルダ８は第二ホルダ９に対して自由とされると共に第二ホルダ９から下方への第一ホルダ８の離脱が防止されている。
【００４５】
また、第二ホルダ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固浸レンズ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、第一ホルダ８及び第二ホルダ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、当該キャップ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、当該固浸レンズ３を保持した第一ホルダ８が第二ホルダ９の上部の開口９ｃを通して例えば飛び出す等の離脱が防止され固浸レンズの紛失が防止されている。
【００４６】
また、腕部７は、丸棒を略Ｌ字状に曲げたもので、第二ホルダ９から外方に延び、その一端が上方に向かうと共にその他端が第二ホルダ９の側部に固定されている。この腕部７の一端には、図８及び図９に示すように、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。
【００４７】
この固浸レンズホルダ５を構成する腕部７は、図１１に示すように、固浸レンズマニピュレータ３０の第一腕部材７１の一端に着脱可能に連結されている。この第一腕部材７１と固浸レンズホルダ５とを連結する連結部９９は、図１２及び図１３に示すように、第一腕部材７１に、腕部７の回り止め部７ａを上下方向に挿通可能とする貫通孔７１ａと、先端面が平坦面にされると共に螺合による進退（前進／後進）により貫通孔７１ａを狭める／広げる締め付け部７１ｂと、を備える。
【００４８】
このような構成において、貫通孔７１ａに挿通された回り止め部７ａは、締め付け部７１ｂを締め付け方向に回し前進させることで、第一腕部材７１に固定される。この状態で、腕部７の回り止め部７ａの平坦面と締め付け部７１ｂの先端の平坦面とが当接して密着し、当該腕部７及び固浸レンズホルダ５の回り止めが構成されている。また、このように第一腕部材７１に固定された腕部７は、例えば固浸レンズ３の交換等の際に、締め付け部７１ｂを逆方向に回し後退させることで、第一腕部材７１から解放され抜脱される。
【００４９】
この連結部９９により固浸レンズホルダ５を保持した固浸レンズマニピュレータ３０は、図１〜図７に示すように、固浸レンズホルダ５の固浸レンズ３を、三次元方向の前述した各所定位置（挿入位置、密着位置、待機位置、交換位置）に自在に移動するものである。この固浸レンズマニピュレータ３０は、図２〜図７に示すように、固浸レンズホルダ５を装着した上記第一腕部材７１と、この第一腕部材７１をＸ−Ｙ平面内で回動させる第一腕部材回動源７２と、この第一腕部材回動源７２を保持する第二腕部材７３と、この第二腕部材７３をＸ−Ｙ平面内で回動させる第二腕部材回動源７４と、この第二腕部材回動源７４を、Ｘ−Ｙ平面に直行するＺ方向に移動させるＺ方向移動源７５と、を備え、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。
【００５０】
具体的には、Ｚ方向移動源７５は、例えば送り螺子等により移動軸７５ａがＺ方向に移動するＺ軸モータ等で構成され、支持部７６を介して装置本体側としての顕微鏡４に装着されている。この支持部７６は、顕微鏡４に例えば螺子留め等で着脱可能に装着され、例えば、固浸レンズマニピュレータ３０を外して顕微鏡観察する場合や、他のレンズ移動装置を装着して顕微鏡観察する場合等の利便性が図られている。
【００５１】
Ｚ方向移動源７５の移動軸７５ａには、支持部７７を介して第二腕部材回動源７４が連結されている。この第二腕部材回動源７４は、例えば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７４ａ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。
【００５２】
この第二腕部材回動源７４の回動軸７４ａには、第二腕部材７３の一端が連結されている。この第二腕部材７３は、詳しくは後述するが、図６に示すように、当該第二腕部材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。
【００５３】
この第二腕部材７３の他端には、図２〜図７に示すように、第一腕部材回動源７２が固定されている。この第一腕部材回動源７２は、例えば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７２ａとされるモータ等で構成されている。このように、第一腕部材回動源７２の回動軸７２ａと第二腕部材回動源７４の回動軸７４ａとは非同軸に位置している。そして、第一腕部材回動源７２は、第二腕部材回動源７４の駆動により、第二腕部材回動源７４の回動軸７４ａを支点として第二腕部材７３と共にＸ−Ｙ平面内を回動される。
【００５４】
第一腕部材回動源７２の回動軸７２ａには、前述した第一腕部材７１の他端が連結されている。この第一腕部材７１は、第一腕部材回動源７２の駆動により、第一腕部材回動源７２の回動軸７２ａを支点としてＸ−Ｙ平面内を回動される。
【００５５】
従って、第一腕部材７１の一端に連結されている固浸レンズホルダ５に支持された固浸レンズ３は、第一腕部材回動源７２、第二腕部材回動源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と共に、Ｚ方向移動源７５の駆動によりＺ方向に移動され、その結果、三次元方向の各所定位置に自在に移動される。
【００５６】
さらに、本実施形態の固浸レンズマニピュレータ３０は、固浸レンズ３による拡大観察画像を得る際に用いられるものであって、図１４に示すように、固浸レンズ３を半導体デバイスＳの観察位置に光学的に結合させるための光結合材料を供給する光結合材料供給手段８０と、この光結合材料を乾燥させるための気体を供給する乾燥気体供給手段９０と、を備えている。
【００５７】
光結合材料供給手段８０は、例えば両親媒性分子を含有する光学密着液（例えば水と界面活性剤とからなる）を、固浸レンズ３を半導体デバイスＳの観察位置に密着させる直前に、当該観察位置上に供給するものである。この光結合材料供給手段８０では、図１４及び図１５に示すように、支持部７６に固定されている例えば容量１ｃｃ程度の専用小型液タンク８１内に光学密着液を収容する。そして、この収容されている光学密着液を、例えば圧縮空気等の圧縮気体により加圧状態とし、支持部７６に固定されると共に液タンク８１の出口に接続されている例えばスプリング入りのソレノイドバルブであるマイクロバルブ８２に制御系８３からパルス信号を供給することで、このマイクロバルブ８２にフレキシブルパイプ８４を介して接続されると共に図２〜図７に示すように第一腕部材７１に固定されている光結合材料供給パイプ８５のその先端の供給口８５ａから光学密着液を噴射する。
【００５８】
なお、両親媒性分子としては、親水基（カルボキシル基、スルホ基、第４アンモニウム基、水酸基など）と疎水基（親油基ともいう。長鎖の炭化水素基など）の両方をもつ分子であればよく、例えば界面活性剤分子（イオン性界面活性剤分子、非イオン性界面活性剤分子）が好適に用いられる。また、その他の両親媒性分子としては、グリセリン、プロピレングリコール、ソルビトールなどの湿潤剤や、リン脂質、糖脂質、アミノ脂質などが挙げられる。
【００５９】
両親媒性分子を含有する光学密着液は表面張力が低いために、疎水性表面である半導体基板上に広がる。この光学密着液を乾燥させる際に、半導体基板の表面および固浸レンズの底面の濡れ性を保とうとする力が支配的となる。このため、固浸レンズの底面と半導体基板表面との面の間隔が狭められながら、光学密着液の主に水の揮発が進行する。最終的には、固浸レンズと半導体基板とが光学的に結合する。
【００６０】
この状態では、半導体基板表面および固浸レンズの底面に物理吸着した両親媒性分子の親水基と水分子との間にファンデルワールス力が働き、水分子が拘束されることで揮発が止まると考えられる。このとき、固浸レンズと半導体基板との距離を、例えば１／２０λ（λ：照射波長）以下とすることができ、その結果、固浸レンズと半導体基板とのエバネッセント結合、さらには物理的固着が達成される。なお、本発明でいう「光学密着」とは、エバネッセント結合により光学的な結合が達成されたものをいう。
【００６１】
また、上記光学密着液以外の光結合材料としては、例えば特公平７−１８８０６号公報に記載のような、固浸レンズと半導体基板とを屈折率整合させる屈折率整合流体（インデックスマッチング液など）が挙げられる。なお、屈折率整合流体と光学密着液とは異なるものであり、前者は流体の屈折率を介して高ＮＡを実現するが、後者はエバネッセント結合を補助する役割を有するものである。ここでは、光学密着液を用いた実施形態を詳述するが、屈折率整合流体を用いた形態であっても同様の効果が得られる。ただし、その場合、必ずしも流体を乾燥させる必要がないので、乾燥気体供給手段９０は省略される形態もある。
【００６２】
この光結合材料供給パイプ８５は、図２〜図７に示すように、第一腕部材７１に固定されていると共に、その先端の供給口８５ａが固浸レンズホルダ５の近傍に設置されている。このため、固浸レンズ３と共に移動し目標の観察位置に向かって光学密着液を噴射することが可能とされている。この光学密着液は、その噴射量が、パルス信号のオン時間を制御することで制御され、ピコリットル程度の精度で供給口８５ａから噴射される。この光学密着液の噴射量は、固浸レンズ３の大きさに応じて適宜決められる。また、この光学密着液は、腐敗、濃度変化、液詰まりを防止すべく、適宜交換することが好ましい。
【００６３】
なお、マイクロバルブ８２に代えてチュービングタイプマイクロディスペンサを用いると共に液タンク８１に対する圧縮気体による加圧を無くし、チュービングタイプマイクロディスペンサのチューブを機械的に絞り上げることで、液タンク８１内の光学密着液を、フレキシブルパイプ８４を介して光結合材料供給パイプ８５のその先端の供給口８５ａから観察位置に向かって滴下する光結合材料供給手段としても良い。この場合には、液タンク８１の容量は数十ｃｃ程度とされ、滴下量は、固浸レンズ３の大きさに応じて適宜決められる。
【００６４】
乾燥気体供給手段９０は、半導体デバイスＳの観察位置と固浸レンズ３との間の光学密着液を迅速に乾燥させるべく気体を供給するものである。この乾燥気体供給手段９０は、図１４及び図１６に示すように、例えば圧縮乾燥空気や窒素ガス等の気体を、支持部７６に固定されている電磁バルブ９２に制御系９３からオン、オフ信号を供給することで、この電磁バルブ９２にフレキシブルパイプ９４を介して接続されると共に図２〜図７に示すように第一腕部材７１に固定されている気体供給パイプ９５のその先端の供給口９５ａから吹き出す。
【００６５】
この気体供給パイプ９５は、図２〜図７に示すように、光結合材料供給パイプ８５と同様に、第一腕部材７１に固定されていると共にその先端の供給口９５ａが固浸レンズホルダ５の近傍に設置されている。このため、固浸レンズ３と共に移動し、目標位置である半導体デバイスの観察位置と固浸レンズ３との間に向かって気体を吹き出すことが可能とされている。
【００６６】
次に、このように構成された電子デバイス検査装置１の作用について説明する。先ず、図５に示す待機位置に固浸レンズ３を位置した状態から説明する。この待機位置では、第一、第二腕部材７１，７３は畳まれ、固浸レンズ３及び第一、第二腕部材７１，７３は対物レンズ２０の視野外にある。この時、固浸レンズ３を保持した第一ホルダ８は、図９に示すように、その環状鍔部８ａが第二ホルダ９の環状鍔部９ａに載置され、当該第一ホルダ８及び固浸レンズ３が当該第二ホルダ９に自重方向に支えられている状態にある。そして、この待機状態で、半導体デバイスＳの観察位置の通常の観察画像であるパターン画像を取得し、次いで、半導体デバイスＳに例えば電圧を印加等して、その際の画像を取得する。
【００６７】
この際に半導体デバイスＳに異常箇所がある場合には発光画像が得られるため、通常の観察画像と電圧を印加した際の画像とを重ね合わせることで、半導体デバイスＳの異常箇所を特定することが可能となる。そして、異常箇所がある場合には、対物レンズ２０がその異常箇所と同軸に位置するように、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１５により、高感度カメラ１０、ＬＳＭユニット１２、光学系２、固浸レンズホルダ５及び固浸レンズマニピュレータ３０等を移動する。
【００６８】
次いで、半導体デバイスＳの観察位置に対して固浸レンズ３を設置する。この場合には、先ず、固浸レンズマニピュレータ３０の第一、第二腕部材回動源７２，７４を駆動し第一、第二腕部材７１，７３を回動することで、図３、図４及び図６に示すように、待機位置にある固浸レンズ３を、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間で半導体デバイスＳから対物レンズ２０への光軸を含む挿入位置へと移動する。この時、第二腕部材７３は湾曲状に構成されているため、図６に示すように、当該第二腕部材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。
【００６９】
このようにして固浸レンズ３を挿入位置に挿入したら、固浸レンズマニピュレータ３０のＺ方向移動源７５を駆動して固浸レンズ３を下げる。そして、固浸レンズ３が観察位置に接近したら、光結合材料供給手段８０により、目標位置である観察位置上に光学密着液を供給し、固浸レンズ３を観察位置上に載置して密着位置に位置させる。
【００７０】
このようにして固浸レンズ３が半導体デバイスＳの観察位置上に載置されると、図１０に示すように、第二ホルダ９により自重方向に支えられている固浸レンズ３及び第一ホルダ８が、当該半導体デバイスＳにより持ち上げられた状態となる。
【００７１】
そうしたら、固浸レンズ３の密着位置の微調整を行う。この微調整は、固浸レンズマニピュレータ３０のＺ方向移動源７５の駆動により固浸レンズホルダ５をＺ方向に微移動すると共に、第一腕部材回動源７２により第一腕部材７１を微揺動し、固浸レンズ３を保持した第一ホルダ８を、第二ホルダ９に対してＸ−Ｙ−Ｚ方向に隙間を有し接触しないようにして行う。具体的には、固浸レンズ３からの反射光を含む画像を取得し、この画像に含まれる反射光像における固浸レンズ３の各部反射面からの反射光をガイドとして行う。
【００７２】
より具体的には、解析部Ｃの画像解析部６１により、得られた画像に対し、自動又は操作者からの指示に基づいて解析を行い、反射光像の重心位置を求める。そして、解析部Ｃの指示部６２により、マニピュレータコントローラ５３を介して固浸レンズマニピュレータ３０に対し、画像解析部６１で得られた反射光像の重心位置が半導体デバイスＳでの観察位置に対して一致するように、固浸レンズ３の密着位置の微調整を指示する。これにより、固浸レンズ３の半導体デバイスＳの観察位置及び対物レンズ２０に対する位置合わせが行われる。
【００７３】
このように、固浸レンズ３及び第一ホルダ８は、半導体デバイスＳにより持ち上げられた状態で第二ホルダ９に対して自由な状態（フリーな状態）とされているため、半導体デバイスＳの観察位置には、固浸レンズ３及び第一ホルダ８の自重のみが作用し、過度の圧力が加わることが無くされていると共に、固浸レンズ３が観察位置に馴染み（倣い）密着されている。
【００７４】
次いで、乾燥気体供給手段９０により、目標位置である観察位置と固浸レンズ３とが接触する領域に気体を供給し、光学密着液を乾燥させることで、固浸レンズ３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。このように、光結合材料供給手段８０からの光学密着液により固浸レンズ３が半導体デバイスＳの観察位置に確実に密着するため、高精度の観察が可能とされると共に、乾燥気体供給手段９０からの気体により光学密着液の乾燥が促進されるため、観察を直ちに実行することが可能とされる。
【００７５】
このようにして固浸レンズ３の観察位置に対する密着が行われたら、指示部６２により、ステージコントローラ５２を介してＸ−Ｙ−Ｚステージ１５に対し、固浸レンズ３が密着して設置されている半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間の距離の調整を指示し、焦点合わせを行う。この時、固浸レンズマニピュレータ３０及び固浸レンズ３も対物レンズ２０と共にＺ方向に移動するため、固浸レンズ３の観察位置に対する密着を維持するように、固浸レンズマニピュレータ３０により固浸レンズ３をＺ方向の反対方向へ移動する。そして、半導体デバイスＳの観察位置上に密着した固浸レンズ３、対物レンズ２０を含む光学系２を介して観察位置の拡大観察画像を取得し、高分解能の観察を行う。
【００７６】
この観察時にあっては、前述したように、固浸レンズ３及び第一ホルダ８が第二ホルダ９に対して自由な状態とされているため、第二ホルダ９側又は半導体デバイスＳ側の温度ドリフトが相手側に対して遮断され、温度ドリフトによる影響が無くされている。
【００７７】
そして、次の観察位置を観察する場合には、再度、光結合材料供給手段８０により光学密着液を供給する。これにより、固浸レンズ３の観察位置に対する密着が解け、以降は前述の手順とは逆の手順で固浸レンズマニピュレータ３０により固浸レンズホルダ５を移動し、固浸レンズ３を図５に示す待機位置へと移動する。そして、以降は上記と同様な手順を繰り返す。
【００７８】
なお、光学密着液に代えて、その溶媒を用いて光学密着を解除するようにしてもよい。光学密着が光学密着液またはその溶媒で密着部位を濡らすことによって解除されるのは、固浸レンズと半導体基板との境界面に光学密着液またはその溶媒が再浸入し、光学的な結合状態および物理的な固着状態を破壊するからである。この手法によれば、固浸レンズおよび半導体デバイスを過度の力を加えることなく分離することができる。よって、半導体デバイスおよび固浸レンズを傷付けることがないので、固浸レンズを再利用することができる。
【００７９】
ここで、固浸レンズ３を交換する必要が生じたら、固浸レンズマニピュレータ３０の第一腕部材回動源７２を駆動し第一腕部材７１を回動することで、連結部９９が第二腕部材７３の下方近くに位置し取り扱い難い図５に示す待機位置から、固浸レンズ３を図２及び図７に示すレンズ交換位置に移動する。そして、連結部９９を第二腕部材７３の下方近くから大きく外側に出し、腕部７ごと固浸レンズホルダ５を交換する。このように、レンズ交換の際に連結部９９が取り扱い位置にあるため、固浸レンズホルダ５の腕部７の第一腕部材７１に対する着脱が容易とされていると共に、腕部７ごと固浸レンズホルダ５が交換されるため、微小な固浸レンズ３を取り扱うことなくレンズ交換が容易とされている。
【００８０】
このように、本実施形態の固浸レンズホルダ５によれば、半導体デバイスＳの観察位置には固浸レンズ３及び第一ホルダ８の自重のみが作用し、過度の圧力が加わることが無くされている。このため、半導体デバイスＳの損傷を防止することが可能とされている。また、固浸レンズ３が観察位置に馴染み（倣い）密着すると共に、第二ホルダ９側又は半導体デバイスＳ側の温度ドリフトが相手側に対して遮断され温度ドリフトによる影響が無くされている。このため、固浸レンズ３が観察位置から剥離すること無く高精度の観察が可能とされている。
【００８１】
また、本実施形態の固浸レンズマニピュレータ３０によれば、第一、第二腕部材７１，７３を回動することで固浸レンズ３がＸ−Ｙ平面内の所定位置に移動する。このため、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要が無く、占有領域が小とされると共に簡易な構成とされている。これにより、低コストを図りつつ、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００８２】
また、この固浸レンズマニピュレータ３０を備えた電子デバイス検査装置１によれば、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間に固浸レンズ３が無い通常の状態での観察画像、及び、固浸レンズ３を挿入した状態での拡大観察画像の両者が必要とされる場合に、これらの画像が容易に取得される。また、このとき、拡大観察画像により高分解能の観察が行われるため、電子デバイス検査装置１による検査を容易且つ高精度に実施することが可能とされている。
【００８３】
図１７は、本発明の他の実施形態に用いられる固浸レンズホルダを示す斜視図、図１８は、固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。また、図１９は、固浸レンズホルダと固浸レンズ移動装置との連結部を示す斜視図である。固浸レンズホルダ１０５は、図１７及び図１８に示すように、略円筒状に構成され固浸レンズ１０３を支持するホルダ１０６と、このホルダ１０６を保持する腕部１０７と、を備えている。
【００８４】
ホルダ１０６は、図１８に示すように、下部ホルダ１０８と、上部ホルダ１０９と、を備えている。このうち、上部ホルダ１０９は、腕部１０７と一体に形成された環状部で構成されている。固浸レンズ１０３を支持するための下部ホルダ１０８は、この上部ホルダ１０９を介して腕部１０７によって支持されている。また、これらのホルダ１０８、１０９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。
【００８５】
固浸レンズ１０３は、その底面の中央部１０３ａがその周縁部１０３ｂに対して下方に凸とされる形状に構成されている。なお、本実施形態においては、凸状の中央部１０３ａの外周面が、下方に向かって外径が小さくなるテーパ状になっている。
【００８６】
ホルダ１０８は、略円筒状に構成されると共に、その底面に、内側に向かう環状鍔部１０８ａを備えている。そして、この環状鍔部１０８ａの内周に形成されている開口１０８ｂを通して、固浸レンズ１０３の凸を成す中央部１０３ａの底面が下方に突出した状態で、固浸レンズの周縁部１０３ｂがホルダ１０８の環状鍔部１０８ａに載置され、当該固浸レンズ１０３がホルダ１０８に自重方向に支えられている。
【００８７】
また、ホルダ１０８、１０９の上方には、キャップ１１１が設けられている。このキャップ１１１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、固浸レンズ１０３のホルダ１０８、１０９からの離脱が防止されている。また、本実施形態におけるキャップ１１１は、円環状であって、かつ、内側へと突出する複数の爪部（図中では３個の爪部）を有する構成となっている。
【００８８】
また、腕部１０７は、上部ホルダ１０９から外方に延びる板状部材からなり、その一端が斜め上方に向かうと共に、その他端において上記したように上部ホルダ１０９と一体化されている。この腕部１０７の一端には、図１７及び図１８に示すように、鉛直上方に延びると共に側面の一部を平坦面とした回り止め部１０７ａが、腕部１０７及びホルダ１０６の回り止めとして固着されている。
【００８９】
この固浸レンズホルダ１０５を構成する腕部１０７は、図１９に示すように、固浸レンズマニピュレータ３０の第一腕部材７１の一端に連結されている。さらに、本実施形態においては、この固浸レンズマニピュレータ３０の第一腕部材７１が、第一腕部材回動源７２に対して着脱可能に構成されている。図１９に示す構成例では、第一腕部材７１は、六角穴付ボルト７２ｂにより、第一腕部材回動源７２の回動軸７２ａに対して着脱可能に連結されている。
【００９０】
このような固浸レンズホルダ１０５によれば、固浸レンズ１０３に加工が必要とされるが、固浸レンズ１０３の自重のみが半導体デバイスＳに対して作用するため、当該半導体デバイスＳに過度の圧力が一層加わることが無いという利点がある。
【００９１】
また、上記実施形態では、固浸レンズホルダ１０５が連結された第一腕部材７１が、第一腕部材回動源７２に対して着脱可能に取り付けられる構成となっている。このように、剛性が比較的高い第一腕部材回動源７２を着脱部位とすることにより、第一腕部材７１、あるいは固浸レンズホルダ１０５の腕部１０７に変形が発生することが防止されると共に、それらの部材の耐久性が向上される。また、固浸レンズ１０３による試料の観察を行う際に、観察対象物と固浸レンズ１０３との平行度を好適に維持できる。
【００９２】
また、図１９に示したように、第一腕部材７１を第一腕部材回動源７２に対してボルト等で取り付けた構成では、六角レンチなどの工具での着脱作業が可能である。これにより、例えば第一腕部材７１、及び固浸レンズホルダ１０５を含めた固浸レンズ１０３の交換など、装置の取扱いが容易となる。
【００９３】
また、上記実施形態では、ホルダ１０６の一部を、腕部１０７と一体の環状部である上部ホルダ１０９によって構成している。これにより、固浸レンズホルダ１０５の剛性を向上することができる。また、固浸レンズホルダにおける腕部と環状のホルダ部分との位置合わせ（特に回転方向の位置合わせ）が不要となる。このような構成では、ホルダ１０６の全部を、腕部１０７と一体の環状部によって構成しても良い。
【００９４】
また、腕部１０７が、ホルダ１０６から斜め上方に向かう形状となっている。これにより、固浸レンズ１０３の側方のスペースを確保できるので、試料の観察を好適に行うことができる。例えば、プラスチックモールド型ＩＣを検査する場合、モールド切除に起因して検査箇所の周辺に段差ができ、固浸レンズホルダの移動可能な範囲が制限される。これに対して、上記のように腕部１０７を斜めとする構成によれば、観察対象物の段差と、固浸レンズホルダの腕部との干渉を低減でき、固浸レンズを用いた観察対象物の観察を好適に実行することができる。
【００９５】
なお、上記構成の固浸レンズホルダ１０５において、環状鍔部１０８ａを有する下部ホルダ１０８については、上部ホルダ１０９及び腕部１０７と同一、類似の材料であっても良く、あるいは、例えば吸水性セラミックなどの吸水性構造物を加工したものであっても良い。ホルダに吸水性構造物を適用すると、光学密着液を過剰に塗布してしまったような場合に、それを乾燥させて固浸レンズと観察対象物とを光学的に密着させる時間を短縮できるという利点がある。
【００９６】
図２０は、他の固浸レンズホルダを示す斜視図、図２１は、他の固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。この固浸レンズホルダ６４にあっては、固浸レンズホルダ６４を構成するホルダ６５が、円筒状を成しその内径が固浸レンズ３の外径に比して大とされる構成とされている。そして、このホルダ６５の内周内に固浸レンズ３が位置すると共に、当該固浸レンズ３の底面がホルダ６５の底面の開口から突出した状態とされている。
【００９７】
このような固浸レンズホルダ６４によれば、固浸レンズ３は、Ｘ−Ｙ平面内を移動する固浸レンズホルダ６４のホルダ６５の内周面に引っ掛けられた状態で半導体デバイスＳ上を滑るように移動し所望の観察位置に移動すると共に、当該固浸レンズホルダ６４をＺ方向に移動しさらに固浸レンズホルダ６４をＸ−Ｙ平面内で移動し、固浸レンズ３を半導体デバイスＳの観察位置上に置き去りにすると共に固浸レンズホルダ６４を固浸レンズ３から遠ざけることで、構成部品を全て半導体デバイスＳの観察位置の視野から遠ざけて観察できるという利点がある。
【００９８】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、特に好ましいとして、固浸レンズ３を支えるホルダ９を筒状に構成しているが、開口９ｂを備える平板であっても良い。
【００９９】
また、上記実施形態においては、簡易な構成で固浸レンズ３を三次元方向の所望の位置へ自在に移動し得るとして、固浸レンズマニピュレータ３０が固浸レンズ３をＺ方向へ移動可能としている。ただし、Ｚ方向移動源７５を無くしてＸ−Ｙ平面内での移動のみとし、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１５によりＺ方向に移動させたり、又は、半導体デバイスＳを載置しているステージ１８をＺ方向に移動させるようにしても良い。これらの場合には、固浸レンズマニピュレータ３０による固浸レンズ３の挿入位置が密着位置とされる。
【０１００】
また、上記実施形態においては、観察対象物として半導体基板からなる半導体デバイスを例示しているが、これに限定されるものではなく、例えばガラスやプラスチックを基板とした電子デバイスであってもよい。この場合、固浸レンズの材質として、ガラスやプラスチックを用いるのが好適である。
【０１０１】
具体的には、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ているが、一般に半導体デバイスなどの各種の電子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ではプラスチック基板上にデバイスが作製される。また、さらに一般的な試料としては、上記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の他にも、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。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、特に効果的であるとして、半導体デバイスＳの検査装置１に対する適用を述べているが、これに限定されるものではなく、例えば特開平１１−３０５１３５号公報に記載のように、観察対象物を光記録媒体として当該光記録媒体の検査を行う光学式観察装置等に対しても適用可能である。
【０１０３】
また、上記した固浸レンズ移動装置は、一般に、試料の観察を行って、その内部情報を得るための顕微鏡に適用可能である。この場合、顕微鏡は、試料からの光が入射する対物レンズを含み、試料の画像を導く光学系と、固浸レンズ移動装置と、を具備し、固浸レンズ移動装置が、試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置と、光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズを移動させるように構成されていれば良い。また、顕微鏡は、上記したように、観察対象物となる試料の画像を取得する画像取得手段を備える構成としても良い。この場合、光学系は、試料の画像を画像取得手段へと導くように構成される。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、観察対象物の下面（半導体デバイスＳの表面）の所定位置を観察するとして、観察対象物の下面の所定位置が焦点となるように固浸レンズ３が用いられているが、これに限定されるものではない。例えば特開２００１−１８９３５９号公報に記載のように、観察対象物の内部又は上面を観察する場合には、観察対象物の内部又は上面が焦点となるようにして固浸レンズが用いられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、低コスト化を図りつつ、小型化が図られる固浸レンズ移動装置、及びこれを備えた顕微鏡として利用可能である。すなわち、上記したように、本発明による固浸レンズ移動装置によれば、二個の腕部材を回動することで固浸レンズをＸ−Ｙ平面内の所望の位置に移動し、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要を無くし占有領域を小とすると共に簡易な構成としているため、低コスト化を図りつつ、装置の小型化を図ることが可能となる。また、この固浸レンズ移動装置を備えた顕微鏡、あるいはそれを用いた電子デバイス検査装置によれば、当該固浸レンズ移動装置の効果に加えて、観察画像及び拡大観察画像の両者が必要とされる場合にこれらの画像が容易に取得されると共に、拡大観察画像により高分解能の観察が可能とされるため、電子デバイス検査などの試料観察を容易且つ高精度に実施することが可能となる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固浸レンズを移動させる固浸レンズ移動装置及びこれを備えた顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察対象物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。この固浸レンズは、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のレンズで、その大きさが１ｍｍ〜５ｍｍ程度の小型のレンズである。そして、この固浸レンズを用いると、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。
【０００３】
この固浸レンズを用いて観察を行う場合に、当該固浸レンズを、観察対象物の観察位置に移動させる固浸レンズ移動装置として、固浸レンズを保持する保持箱をＸ−ＹアクチュエータによりＸ−Ｙ移動させる装置が知られている（例えば、文献１：ＵＳ２００３／００９８６９２Ａ１参照）。また、固浸レンズを保持するカンチレバーをピエゾ素子によりＸ−Ｙ−Ｚ移動させる装置が知られている（例えば、文献２：特開２００１−１８９３５９号公報参照）。
【特許文献１】ＵＳ２００３／００９８６９２Ａ１
【特許文献２】特開２００１−１８９３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｘ−Ｙアクチュエータにより保持箱をＸ−Ｙ移動させる前者にあっては、Ｘ−Ｙアクチュエータの場合に一般的に指摘されることであるが、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とすることが必要とされ、占有領域が大とされることから、小型化が図れないという問題がある。また、ピエゾ素子によりカンチレバーをＸ−Ｙ−Ｚ移動させる後者にあっては、大きなストロークがとれないため、観察対象物側にＸ−Ｙ−Ｚステージを別途設けていて、コストが高い。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、低コスト化を図りつつ、小型化が図られる固浸レンズ移動装置、及びこれを備えた顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による固浸レンズ移動装置は、固浸レンズを、観察対象物に対して略平行を成すＸ−Ｙ平面内で移動させる固浸レンズ移動装置であって、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一腕部材と、この第一腕部材をＸ−Ｙ平面内で回動させる第一腕部材回動源と、この第一腕部材回動源を保持する第二腕部材と、第一腕部材回動源の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、第二腕部材をＸ−Ｙ平面内で回動させる第二腕部材回動源と、を具備したことを特徴としている。
【０００７】
このような固浸レンズ移動装置によれば、第二腕部材回動源により、第二腕部材及び第二腕部材に保持されている第一腕部材回動源が、観察対象物に対して略平行を成すＸ−Ｙ平面内で回動される。また、その回動軸が第二腕部材回動源の回動軸と非同軸に位置する第一腕部材回動源により、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一腕部材がＸ−Ｙ平面内で回動される。このように固浸レンズは、二個の腕部材が回動されることでＸ−Ｙ平面内の所望の位置に移動されるため、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要が無く占有領域が小とされると共に簡易な構成とされる。
【０００８】
ここで、第二腕部材回動源を、Ｘ−Ｙ平面に直行するＺ方向に移動させるＺ方向移動源を備えていることが好ましい。この場合、当該固浸レンズ移動装置により、固浸レンズが三次元方向の所望の位置へ自在に移動される。
【０００９】
また、固浸レンズを観察対象物に光学的に結合させるための光結合材料を供給する光結合材料供給手段を備えていることが好ましい。この場合、開口数（ＮＡ）の高い光束を通すことができる。これにより、固浸レンズ本来の分解能を得ることができる。
【００１０】
また、光結合材料を乾燥させるための気体を供給する乾燥気体供給手段を備えていることが好ましい。この場合、光結合材料の乾燥が促進され、観察を直ちに実行することが可能とされる。
【００１１】
また、固浸レンズホルダは外方へ延びる腕部を備え、この腕部が第一腕部材に着脱可能に連結されている構成としても良い。この場合、レンズ交換の際に腕部ごとの交換が可能とされ、微小な固浸レンズを取り扱うことなくレンズ交換が容易とされる。あるいは、第一腕部材が、第一腕部材回動源に着脱可能に連結されている構成としても良い。
【００１２】
また、第二腕部材は、湾曲状に構成されていることが好ましい。この場合、当該第二腕部材が、観察対象物の視野から容易に遠ざけられる。
【００１３】
また、固浸レンズホルダは、その内径が固浸レンズの外径に比して大とされる筒状に構成され、この固浸レンズホルダの内周内に固浸レンズが位置すると共に、当該固浸レンズの底面が固浸レンズホルダの底面の開口から突出した状態とされている構成としても良い。この場合、固浸レンズは、Ｘ−Ｙ平面内を移動する固浸レンズホルダの内周面に引っ掛けられた状態で観察対象物上を滑るように移動し所望の観察位置に移動する。また、当該固浸レンズホルダ又は観察対象物をＺ方向に移動し、さらに固浸レンズホルダをＸ−Ｙ平面内で移動して固浸レンズから遠ざけることで、構成部品を全て観察対象物の視野から遠ざけた観察が可能とされる。
【００１４】
また、固浸レンズを通して観察対象物を観察する顕微鏡を備え、この顕微鏡に、上記固浸レンズ移動装置が着脱可能に装着されていることが好ましい。この場合、当該固浸レンズ移動装置を外して観察する場合や、他のレンズ移動装置を装着して観察する場合等に便利である。
【００１５】
また、本発明による固浸レンズ移動装置を備えた顕微鏡は、試料の観察を行って、その内部情報を得るための顕微鏡であって、観察対象物となる試料からの光が入射する対物レンズを含み、試料の画像を導く光学系と、上記固浸レンズ移動装置と、を具備し、固浸レンズ移動装置は、試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置と、光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズを移動させることを特徴としている。
【００１６】
このような固浸レンズ移動装置を備えた顕微鏡によれば、固浸レンズ移動装置により、試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置と、光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズが移動される。そして、試料と対物レンズとの間に固浸レンズが無い通常の状態での観察画像、及び、固浸レンズを挿入した状態での拡大観察画像の両者が取得される。このように固浸レンズ移動装置を用いることで、観察画像及び拡大観察画像の両者が必要とされる場合にこれらの画像が容易に取得されると共に、拡大観察画像により高分解能の観察が可能とされる。
【００１７】
なお、本発明にいう「内部情報」としては、例えば電子デバイスを試料とした場合、電子デバイスの回路パターンや電子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、電子デバイスの欠陥に基づく異常個所に起因するものや、電子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。さらには、電子デバイスの欠陥に基づく発熱も含まれる。
【００１８】
また、顕微鏡は、観察対象物となる試料の画像を取得する画像取得手段を備える構成としても良い。この場合、光学系は、試料の画像を画像取得手段へと導くように構成される。
【００１９】
上記した顕微鏡は、電子デバイス検査装置として好適に用いることができる。この場合、電子デバイス検査装置は、電子デバイスの画像を取得して、その内部情報を検査する電子デバイス検査装置であって、観察対象物となる電子デバイスの画像を取得する画像取得手段と、電子デバイスからの光が入射する対物レンズを含み、電子デバイスの画像を画像取得手段へと導く光学系と、上記固浸レンズ移動装置と、を具備し、固浸レンズ移動装置は、電子デバイスから対物レンズへの光軸を含む挿入位置と光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズを移動させることが好ましい。
【００２０】
このような固浸レンズ移動装置を備えた電子デバイス検査装置によれば、固浸レンズ移動装置により、電子デバイスから対物レンズへの光軸を含む挿入位置と光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズが移動される。そして、電子デバイスと対物レンズとの間に固浸レンズが無い通常の状態での観察画像、及び、固浸レンズを挿入した状態での拡大観察画像の両者が取得される。このように固浸レンズ移動装置を用いることで、観察画像及び拡大観察画像の両者が必要とされる場合にこれらの画像が容易に取得されると共に、拡大観察画像により高分解能の観察が可能とされる。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明による固浸レンズ移動装置によれば、二個の腕部材を回動することで固浸レンズをＸ−Ｙ平面内の所望の位置に移動し、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要を無くし占有領域を小とすると共に簡易な構成としているため、低コスト化を図りつつ、装置の小型化を図ることが可能となる。また、この固浸レンズ移動装置を備えた顕微鏡（例えば電子デバイス検査装置）によれば、当該固浸レンズ移動装置の効果に加えて、観察画像及び拡大観察画像の両者が必要とされる場合にこれらの画像が容易に取得されると共に、拡大観察画像により高分解能の観察が可能とされるため、電子デバイス検査等の試料観察を容易且つ高精度に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る固浸レンズ移動装置を備えた電子デバイス検査装置を示す構成図である。
【図２】図２は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズを上方から見た斜視図である。
【図３】図３は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズを下方から見た斜視図である。
【図４】図４は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズの下部を図３とは相違する下方から見た斜視図である。
【図５】図５は、固浸レンズが待機位置に位置している状態の固浸レンズ移動装置及び対物レンズを示す下面図である。
【図６】図６は、固浸レンズが挿入位置、密着位置に位置している状態の固浸レンズ移動装置及び対物レンズを示す下面図である。
【図７】図７は、固浸レンズが交換位置に位置している状態の固浸レンズ移動装置及び対物レンズを示す下面図である。
【図８】図８は、固浸レンズホルダを示す斜視図である。
【図９】図９は、固浸レンズホルダのレンズ待機位置の状態を示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。
【図１１】図１１は、固浸レンズホルダの腕部と固浸レンズ移動装置の第一腕部材との連結部を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、固浸レンズホルダの腕部と固浸レンズ移動装置の第一腕部材との連結前の状態を前方から見た斜視図である。
【図１３】図１３は、固浸レンズホルダの腕部と固浸レンズ移動装置の第一腕部材との連結前の状態を後方から見た斜視図である。
【図１４】図１４は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズと共に光結合材料供給手段及び乾燥気体供給手段を示す構成図である。
【図１５】図１５は、光結合材料供給手段を具体的に示す構成図である。
【図１６】図１６は、乾燥気体供給手段を具体的に示す構成図である。
【図１７】図１７は、本発明の他の実施形態に用いられる固浸レンズホルダを示す斜視図である。
【図１８】図１８は、固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。
【図１９】図１９は、固浸レンズホルダと固浸レンズ移動装置との連結部を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、他の固浸レンズホルダを示す斜視図である。
【図２１】図２１は、他の固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…電子デバイス検査装置、２…光学系、３…固浸レンズ、４…顕微鏡、５，６４…固浸レンズホルダ、７…固浸レンズホルダ腕部、１０，１２…画像取得手段、２０…対物レンズ、３０…固浸レンズマニピュレータ（固浸レンズ移動装置）、７１…第一腕部材、７２…第一腕部材回動源、７２ａ…第一腕部材回動源の回動軸、７３…第二腕部材、７４…第二腕部材回動源、７４ａ…第二腕部材回動源の回動軸、７５…Ｚ方向移動源、８０…光結合材料供給手段、９０…乾燥気体供給手段、９９…連結部、Ｓ…半導体デバイス（観察対象物）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明による固浸レンズ移動装置、及び顕微鏡の好適な実施形態について図１〜図２１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る固浸レンズ移動装置を備えた電子デバイス検査装置を示す構成図、図２〜図４は、固浸レンズ移動装置及び対物レンズを示す各斜視図、図５〜図７は、固浸レンズ移動装置の移動動作を示す各状態図、図８〜図１０は、固浸レンズホルダを示す各図、図１１〜図１３は、固浸レンズホルダと固浸レンズ移動装置との連結部を示す各斜視図、図１４〜図１６は、光結合材料供給手段、乾燥気体供給手段を示す各図、図１７〜図１９は、本発明の他の実施形態に用いられる固浸レンズホルダを示す各図、図２０及び図２１は、他の固浸レンズホルダを示す各図である。なお、各図において、同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明による固浸レンズ移動装置、及び顕微鏡は、固浸レンズを用いた試料観察に対して一般に適用可能である。ただし、以下においては、主にその電子デバイス検査（半導体検査）への適用例について説明する。
【００２５】
先ず、第一実施形態の固浸レンズ移動装置を備える電子デバイス検査装置について説明する。図１に示すように、電子デバイス検査装置１は、例えば半導体基板上にトランジスタや配線等の回路パターンが形成された半導体デバイスＳを観察対象物の試料とし、この半導体デバイスＳ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。なお、本発明にいう「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挙げられる。さらには、半導体デバイスの欠陥に基づく発熱も含まれる。
【００２６】
この電子デバイス検査装置１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。半導体デバイスＳは、観察部Ａに設けられたステージ１８上にその裏面が上を向くように載置され、検査装置１は、本実施形態にあっては、半導体デバイスＳの図示下面（半導体デバイスＳの半導体基板表面に形成された集積回路等）を検査する。
【００２７】
観察部Ａは、半導体デバイスＳ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１０及びレーザスキャン光学系（ＬＳＭ：Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）ユニット１２と、高感度カメラ１０及びＬＳＭユニット１２と半導体デバイスＳとの間に配置される顕微鏡４の対物レンズ２０を含む光学系２と、半導体デバイスＳの拡大観察画像を得るための固浸レンズ３と、この固浸レンズ３を三次元方向に移動させる固浸レンズ移動装置としての固浸レンズマニピュレータ３０と、これらを直交するＸ−Ｙ−Ｚ方向に各々移動させるＸ−Ｙ−Ｚステージ１５と、を具備している。
【００２８】
光学系２は、上記対物レンズ２０に加えて、カメラ用光学系２２と、ＬＳＭユニット用光学系２４と、を備えている。対物レンズ２０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。カメラ用光学系２２は、対物レンズ２０を通した半導体デバイスＳからの光を高感度カメラ１０に導き、高感度カメラ１０は半導体デバイスＳの回路パターン等の画像を取得する。一方、ＬＳＭユニット用光学系２４は、ＬＳＭユニット１２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２０側に反射し半導体デバイスＳに導くと共に、対物レンズ２０を通し高感度カメラ１０に向かう半導体デバイスＳからの反射光の一部をビームスプリッタで分岐してＬＳＭユニット１２に導く。
【００２９】
このＬＳＭユニット１２は、赤外レーザ光をＸ−Ｙ方向に走査し半導体デバイスＳ側に出射する一方で、半導体デバイスＳからの反射光を光検出器（不図示）で検出する。この検出光の強度は、半導体デバイスＳの回路パターンを反映した強度となっている。従って、ＬＳＭユニット１２は、赤外レーザ光が半導体デバイスＳをＸ−Ｙ走査することで、半導体デバイスＳの回路パターン等の画像を取得する。
【００３０】
Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１５は、高感度カメラ１０、ＬＳＭユニット１２及び光学系２、さらに、固浸レンズ３及び固浸レンズマニピュレータ３０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Ｓ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、必要に応じて移動するためのものである。
【００３１】
固浸レンズ３は、半球形状（図９参照）又はワイエルストラス球と呼ばれる１〜５ｍｍ程度の超半球形状を有する微小レンズであり、半導体デバイスＳを観察するための観察位置（図示上面）にその底面が密着することで、裏側となる半導体デバイスＳの表面（図示下面）の拡大観察画像を得る。
【００３２】
具体的には、半導体検査装置において使用される固浸レンズは、半導体デバイス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。その代表的な例としては、Ｓｉ、ＧａＰ、ＧａＡｓなどが挙げられる。
【００３３】
このような微小な光学素子を半導体デバイスの基板表面に光学密着させることにより、半導体基板自身を固浸レンズの一部として利用することができる。固浸レンズを利用した半導体デバイスの裏面解析によれば、対物レンズの焦点を半導体基板表面に形成された集積回路に合わせた際に、固浸レンズの効果により、収束角を大きくしたり媒質の屈折率を増加させる効果がある。これにより、基板中にＮＡの高い光束を通すことが可能となり、短波長化による高分解能化が期待できる。
【００３４】
このような固浸レンズ３のレンズ形状は、収差がなくなる条件によって決まるものである。半球形状を有する固浸レンズでは、その球心が焦点となる。このとき、開口数ＮＡおよび倍率はともにｎ倍となる。一方、超半球形状を有する固浸レンズでは、球心からＲ／ｎだけ下方にずれた位置が焦点となる。このとき、開口数ＮＡおよび倍率はともにｎ２倍となる。あるいは、球心と、球心からＲ／ｎだけ下方にずれた位置との間の位置を焦点とするなど、半導体デバイスＳに対する具体的な観察条件等に応じて、上記以外の条件で固浸レンズ３を用いてもよい。
【００３５】
固浸レンズホルダ５（図８〜図１０参照）は、固浸レンズ３を好適に支持するものである。また、この固浸レンズホルダ５を三次元方向に移動する固浸レンズマニピュレータ３０（図２〜図７参照）は、固浸レンズホルダ５に支持される固浸レンズ３を、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間の位置で半導体デバイスＳから対物レンズ２０への光軸を含む挿入位置、半導体デバイスＳの観察位置に当該固浸レンズ３の底面が密着する密着位置、上記光軸を外れた待機位置、固浸レンズ３を交換するための交換位置等の各所定位置に移動するためのものである。これらの固浸レンズホルダ５及び固浸レンズマニピュレータ３０については詳しくは後述する。
【００３６】
制御部Ｂは、カメラコントローラ５１ａと、レーザスキャン（ＬＳＭ）コントローラ５１ｂと、ステージコントローラ５２と、マニピュレータコントローラ５３と、を備えている。カメラコントローラ５１ａ及びＬＳＭコントローラ５１ｂは、高感度カメラ１０及びＬＳＭユニット１２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Ｓの観察の実行（画像の取得）や観察条件の設定等を制御する。
【００３７】
ステージコントローラ５２は、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１５の動作を制御することで、半導体デバイスＳの観察位置に対応する位置への高感度カメラ１０、ＬＳＭユニット１２及び光学系２等の移動、位置合わせ、焦点合わせ等を制御する。また、マニピュレータコントローラ５３は、固浸レンズマニピュレータ３０の動作を制御することで、上記所定位置への固浸レンズ３の移動、及び、固浸レンズ３の密着位置の微調整等を制御する（詳しくは後述）。
【００３８】
解析部Ｃは、画像解析部６１と指示部６２とを備え、コンピュータにより構成されている。画像解析部６１は、カメラコントローラ５１ａ及びレーザスキャンコントローラ５１ｂからの画像情報に対して必要な解析処理等を実施する。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Ｓ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６３に表示される。
【００３９】
次に、特に本実施形態の特徴を成す固浸レンズホルダ５及び固浸レンズマニピュレータ３０について詳説する。
【００４０】
固浸レンズホルダ５は、図８及び図９に示すように、略円筒状に構成され固浸レンズ３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。この固浸レンズホルダ５は、後述の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、固浸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。
【００４１】
ホルダ６は、図９に示すように、固浸レンズ３を保持する第一ホルダ８と、この第一ホルダ８を支持する第二ホルダ９と、を備えている。これらの第一ホルダ８及び第二ホルダ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。
【００４２】
第一ホルダ８は、その上部の外周面に、外方に突出する環状鍔部８ａを備えると共に、その底面に、内側に向かう環状鍔部８ｂを備え、この環状鍔部８ｂの内周に形成されている開口を通して、固浸レンズ３の底面が下方に突出した状態で、当該固浸レンズ３が第一ホルダ８に例えば接着剤等で固着され保持されている。
【００４３】
第二ホルダ９は、その底面に、内側に向かう環状鍔部９ａを備え、この環状鍔部９ａの内周に形成されている開口９ｂを通して、第一ホルダ８の下部が下方に突出した状態で、第一ホルダ８の環状鍔部８ａが第二ホルダ９の環状鍔部９ａに載置され、当該第一ホルダ８及び固浸レンズ３が当該第二ホルダ９に自重方向に支えられている。
【００４４】
ここで、第一ホルダ８の下部の外径をＡ、第一ホルダ８の環状鍔部８ａの外径をＢ、第二ホルダ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。このため、第一ホルダ８は第二ホルダ９に対して自由とされると共に第二ホルダ９から下方への第一ホルダ８の離脱が防止されている。
【００４５】
また、第二ホルダ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固浸レンズ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、第一ホルダ８及び第二ホルダ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、当該キャップ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、当該固浸レンズ３を保持した第一ホルダ８が第二ホルダ９の上部の開口９ｃを通して例えば飛び出す等の離脱が防止され固浸レンズの紛失が防止されている。
【００４６】
また、腕部７は、丸棒を略Ｌ字状に曲げたもので、第二ホルダ９から外方に延び、その一端が上方に向かうと共にその他端が第二ホルダ９の側部に固定されている。この腕部７の一端には、図８及び図９に示すように、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。
【００４７】
この固浸レンズホルダ５を構成する腕部７は、図１１に示すように、固浸レンズマニピュレータ３０の第一腕部材７１の一端に着脱可能に連結されている。この第一腕部材７１と固浸レンズホルダ５とを連結する連結部９９は、図１２及び図１３に示すように、第一腕部材７１に、腕部７の回り止め部７ａを上下方向に挿通可能とする貫通孔７１ａと、先端面が平坦面にされると共に螺合による進退（前進／後進）により貫通孔７１ａを狭める／広げる締め付け部７１ｂと、を備える。
【００４８】
このような構成において、貫通孔７１ａに挿通された回り止め部７ａは、締め付け部７１ｂを締め付け方向に回し前進させることで、第一腕部材７１に固定される。この状態で、腕部７の回り止め部７ａの平坦面と締め付け部７１ｂの先端の平坦面とが当接して密着し、当該腕部７及び固浸レンズホルダ５の回り止めが構成されている。また、このように第一腕部材７１に固定された腕部７は、例えば固浸レンズ３の交換等の際に、締め付け部７１ｂを逆方向に回し後退させることで、第一腕部材７１から解放され抜脱される。
【００４９】
この連結部９９により固浸レンズホルダ５を保持した固浸レンズマニピュレータ３０は、図１〜図７に示すように、固浸レンズホルダ５の固浸レンズ３を、三次元方向の前述した各所定位置（挿入位置、密着位置、待機位置、交換位置）に自在に移動するものである。この固浸レンズマニピュレータ３０は、図２〜図７に示すように、固浸レンズホルダ５を装着した上記第一腕部材７１と、この第一腕部材７１をＸ−Ｙ平面内で回動させる第一腕部材回動源７２と、この第一腕部材回動源７２を保持する第二腕部材７３と、この第二腕部材７３をＸ−Ｙ平面内で回動させる第二腕部材回動源７４と、この第二腕部材回動源７４を、Ｘ−Ｙ平面に直行するＺ方向に移動させるＺ方向移動源７５と、を備え、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。
【００５０】
具体的には、Ｚ方向移動源７５は、例えば送り螺子等により移動軸７５ａがＺ方向に移動するＺ軸モータ等で構成され、支持部７６を介して装置本体側としての顕微鏡４に装着されている。この支持部７６は、顕微鏡４に例えば螺子留め等で着脱可能に装着され、例えば、固浸レンズマニピュレータ３０を外して顕微鏡観察する場合や、他のレンズ移動装置を装着して顕微鏡観察する場合等の利便性が図られている。
【００５１】
Ｚ方向移動源７５の移動軸７５ａには、支持部７７を介して第二腕部材回動源７４が連結されている。この第二腕部材回動源７４は、例えば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７４ａ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。
【００５２】
この第二腕部材回動源７４の回動軸７４ａには、第二腕部材７３の一端が連結されている。この第二腕部材７３は、詳しくは後述するが、図６に示すように、当該第二腕部材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。
【００５３】
この第二腕部材７３の他端には、図２〜図７に示すように、第一腕部材回動源７２が固定されている。この第一腕部材回動源７２は、例えば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７２ａとされるモータ等で構成されている。このように、第一腕部材回動源７２の回動軸７２ａと第二腕部材回動源７４の回動軸７４ａとは非同軸に位置している。そして、第一腕部材回動源７２は、第二腕部材回動源７４の駆動により、第二腕部材回動源７４の回動軸７４ａを支点として第二腕部材７３と共にＸ−Ｙ平面内を回動される。
【００５４】
第一腕部材回動源７２の回動軸７２ａには、前述した第一腕部材７１の他端が連結されている。この第一腕部材７１は、第一腕部材回動源７２の駆動により、第一腕部材回動源７２の回動軸７２ａを支点としてＸ−Ｙ平面内を回動される。
【００５５】
従って、第一腕部材７１の一端に連結されている固浸レンズホルダ５に支持された固浸レンズ３は、第一腕部材回動源７２、第二腕部材回動源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と共に、Ｚ方向移動源７５の駆動によりＺ方向に移動され、その結果、三次元方向の各所定位置に自在に移動される。
【００５６】
さらに、本実施形態の固浸レンズマニピュレータ３０は、固浸レンズ３による拡大観察画像を得る際に用いられるものであって、図１４に示すように、固浸レンズ３を半導体デバイスＳの観察位置に光学的に結合させるための光結合材料を供給する光結合材料供給手段８０と、この光結合材料を乾燥させるための気体を供給する乾燥気体供給手段９０と、を備えている。
【００５７】
光結合材料供給手段８０は、例えば両親媒性分子を含有する光学密着液（例えば水と界面活性剤とからなる）を、固浸レンズ３を半導体デバイスＳの観察位置に密着させる直前に、当該観察位置上に供給するものである。この光結合材料供給手段８０では、図１４及び図１５に示すように、支持部７６に固定されている例えば容量１ｃｃ程度の専用小型液タンク８１内に光学密着液を収容する。そして、この収容されている光学密着液を、例えば圧縮空気等の圧縮気体により加圧状態とし、支持部７６に固定されると共に液タンク８１の出口に接続されている例えばスプリング入りのソレノイドバルブであるマイクロバルブ８２に制御系８３からパルス信号を供給することで、このマイクロバルブ８２にフレキシブルパイプ８４を介して接続されると共に図２〜図７に示すように第一腕部材７１に固定されている光結合材料供給パイプ８５のその先端の供給口８５ａから光学密着液を噴射する。
【００５８】
なお、両親媒性分子としては、親水基（カルボキシル基、スルホ基、第４アンモニウム基、水酸基など）と疎水基（親油基ともいう。長鎖の炭化水素基など）の両方をもつ分子であればよく、例えば界面活性剤分子（イオン性界面活性剤分子、非イオン性界面活性剤分子）が好適に用いられる。また、その他の両親媒性分子としては、グリセリン、プロピレングリコール、ソルビトールなどの湿潤剤や、リン脂質、糖脂質、アミノ脂質などが挙げられる。
【００５９】
両親媒性分子を含有する光学密着液は表面張力が低いために、疎水性表面である半導体基板上に広がる。この光学密着液を乾燥させる際に、半導体基板の表面および固浸レンズの底面の濡れ性を保とうとする力が支配的となる。このため、固浸レンズの底面と半導体基板表面との面の間隔が狭められながら、光学密着液の主に水の揮発が進行する。最終的には、固浸レンズと半導体基板とが光学的に結合する。
【００６０】
この状態では、半導体基板表面および固浸レンズの底面に物理吸着した両親媒性分子の親水基と水分子との間にファンデルワールス力が働き、水分子が拘束されることで揮発が止まると考えられる。このとき、固浸レンズと半導体基板との距離を、例えば１／２０λ（λ：照射波長）以下とすることができ、その結果、固浸レンズと半導体基板とのエバネッセント結合、さらには物理的固着が達成される。なお、本発明でいう「光学密着」とは、エバネッセント結合により光学的な結合が達成されたものをいう。
【００６１】
また、上記光学密着液以外の光結合材料としては、例えば特公平７−１８８０６号公報に記載のような、固浸レンズと半導体基板とを屈折率整合させる屈折率整合流体（インデックスマッチング液など）が挙げられる。なお、屈折率整合流体と光学密着液とは異なるものであり、前者は流体の屈折率を介して高ＮＡを実現するが、後者はエバネッセント結合を補助する役割を有するものである。ここでは、光学密着液を用いた実施形態を詳述するが、屈折率整合流体を用いた形態であっても同様の効果が得られる。ただし、その場合、必ずしも流体を乾燥させる必要がないので、乾燥気体供給手段９０は省略される形態もある。
【００６２】
この光結合材料供給パイプ８５は、図２〜図７に示すように、第一腕部材７１に固定されていると共に、その先端の供給口８５ａが固浸レンズホルダ５の近傍に設置されている。このため、固浸レンズ３と共に移動し目標の観察位置に向かって光学密着液を噴射することが可能とされている。この光学密着液は、その噴射量が、パルス信号のオン時間を制御することで制御され、ピコリットル程度の精度で供給口８５ａから噴射される。この光学密着液の噴射量は、固浸レンズ３の大きさに応じて適宜決められる。また、この光学密着液は、腐敗、濃度変化、液詰まりを防止すべく、適宜交換することが好ましい。
【００６３】
なお、マイクロバルブ８２に代えてチュービングタイプマイクロディスペンサを用いると共に液タンク８１に対する圧縮気体による加圧を無くし、チュービングタイプマイクロディスペンサのチューブを機械的に絞り上げることで、液タンク８１内の光学密着液を、フレキシブルパイプ８４を介して光結合材料供給パイプ８５のその先端の供給口８５ａから観察位置に向かって滴下する光結合材料供給手段としても良い。この場合には、液タンク８１の容量は数十ｃｃ程度とされ、滴下量は、固浸レンズ３の大きさに応じて適宜決められる。
【００６４】
乾燥気体供給手段９０は、半導体デバイスＳの観察位置と固浸レンズ３との間の光学密着液を迅速に乾燥させるべく気体を供給するものである。この乾燥気体供給手段９０は、図１４及び図１６に示すように、例えば圧縮乾燥空気や窒素ガス等の気体を、支持部７６に固定されている電磁バルブ９２に制御系９３からオン、オフ信号を供給することで、この電磁バルブ９２にフレキシブルパイプ９４を介して接続されると共に図２〜図７に示すように第一腕部材７１に固定されている気体供給パイプ９５のその先端の供給口９５ａから吹き出す。
【００６５】
この気体供給パイプ９５は、図２〜図７に示すように、光結合材料供給パイプ８５と同様に、第一腕部材７１に固定されていると共にその先端の供給口９５ａが固浸レンズホルダ５の近傍に設置されている。このため、固浸レンズ３と共に移動し、目標位置である半導体デバイスの観察位置と固浸レンズ３との間に向かって気体を吹き出すことが可能とされている。
【００６６】
次に、このように構成された電子デバイス検査装置１の作用について説明する。先ず、図５に示す待機位置に固浸レンズ３を位置した状態から説明する。この待機位置では、第一、第二腕部材７１，７３は畳まれ、固浸レンズ３及び第一、第二腕部材７１，７３は対物レンズ２０の視野外にある。この時、固浸レンズ３を保持した第一ホルダ８は、図９に示すように、その環状鍔部８ａが第二ホルダ９の環状鍔部９ａに載置され、当該第一ホルダ８及び固浸レンズ３が当該第二ホルダ９に自重方向に支えられている状態にある。そして、この待機状態で、半導体デバイスＳの観察位置の通常の観察画像であるパターン画像を取得し、次いで、半導体デバイスＳに例えば電圧を印加等して、その際の画像を取得する。
【００６７】
この際に半導体デバイスＳに異常箇所がある場合には発光画像が得られるため、通常の観察画像と電圧を印加した際の画像とを重ね合わせることで、半導体デバイスＳの異常箇所を特定することが可能となる。そして、異常箇所がある場合には、対物レンズ２０がその異常箇所と同軸に位置するように、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１５により、高感度カメラ１０、ＬＳＭユニット１２、光学系２、固浸レンズホルダ５及び固浸レンズマニピュレータ３０等を移動する。
【００６８】
次いで、半導体デバイスＳの観察位置に対して固浸レンズ３を設置する。この場合には、先ず、固浸レンズマニピュレータ３０の第一、第二腕部材回動源７２，７４を駆動し第一、第二腕部材７１，７３を回動することで、図３、図４及び図６に示すように、待機位置にある固浸レンズ３を、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間で半導体デバイスＳから対物レンズ２０への光軸を含む挿入位置へと移動する。この時、第二腕部材７３は湾曲状に構成されているため、図６に示すように、当該第二腕部材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。
【００６９】
このようにして固浸レンズ３を挿入位置に挿入したら、固浸レンズマニピュレータ３０のＺ方向移動源７５を駆動して固浸レンズ３を下げる。そして、固浸レンズ３が観察位置に接近したら、光結合材料供給手段８０により、目標位置である観察位置上に光学密着液を供給し、固浸レンズ３を観察位置上に載置して密着位置に位置させる。
【００７０】
このようにして固浸レンズ３が半導体デバイスＳの観察位置上に載置されると、図１０に示すように、第二ホルダ９により自重方向に支えられている固浸レンズ３及び第一ホルダ８が、当該半導体デバイスＳにより持ち上げられた状態となる。
【００７１】
そうしたら、固浸レンズ３の密着位置の微調整を行う。この微調整は、固浸レンズマニピュレータ３０のＺ方向移動源７５の駆動により固浸レンズホルダ５をＺ方向に微移動すると共に、第一腕部材回動源７２により第一腕部材７１を微揺動し、固浸レンズ３を保持した第一ホルダ８を、第二ホルダ９に対してＸ−Ｙ−Ｚ方向に隙間を有し接触しないようにして行う。具体的には、固浸レンズ３からの反射光を含む画像を取得し、この画像に含まれる反射光像における固浸レンズ３の各部反射面からの反射光をガイドとして行う。
【００７２】
より具体的には、解析部Ｃの画像解析部６１により、得られた画像に対し、自動又は操作者からの指示に基づいて解析を行い、反射光像の重心位置を求める。そして、解析部Ｃの指示部６２により、マニピュレータコントローラ５３を介して固浸レンズマニピュレータ３０に対し、画像解析部６１で得られた反射光像の重心位置が半導体デバイスＳでの観察位置に対して一致するように、固浸レンズ３の密着位置の微調整を指示する。これにより、固浸レンズ３の半導体デバイスＳの観察位置及び対物レンズ２０に対する位置合わせが行われる。
【００７３】
このように、固浸レンズ３及び第一ホルダ８は、半導体デバイスＳにより持ち上げられた状態で第二ホルダ９に対して自由な状態（フリーな状態）とされているため、半導体デバイスＳの観察位置には、固浸レンズ３及び第一ホルダ８の自重のみが作用し、過度の圧力が加わることが無くされていると共に、固浸レンズ３が観察位置に馴染み（倣い）密着されている。
【００７４】
次いで、乾燥気体供給手段９０により、目標位置である観察位置と固浸レンズ３とが接触する領域に気体を供給し、光学密着液を乾燥させることで、固浸レンズ３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。このように、光結合材料供給手段８０からの光学密着液により固浸レンズ３が半導体デバイスＳの観察位置に確実に密着するため、高精度の観察が可能とされると共に、乾燥気体供給手段９０からの気体により光学密着液の乾燥が促進されるため、観察を直ちに実行することが可能とされる。
【００７５】
このようにして固浸レンズ３の観察位置に対する密着が行われたら、指示部６２により、ステージコントローラ５２を介してＸ−Ｙ−Ｚステージ１５に対し、固浸レンズ３が密着して設置されている半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間の距離の調整を指示し、焦点合わせを行う。この時、固浸レンズマニピュレータ３０及び固浸レンズ３も対物レンズ２０と共にＺ方向に移動するため、固浸レンズ３の観察位置に対する密着を維持するように、固浸レンズマニピュレータ３０により固浸レンズ３をＺ方向の反対方向へ移動する。そして、半導体デバイスＳの観察位置上に密着した固浸レンズ３、対物レンズ２０を含む光学系２を介して観察位置の拡大観察画像を取得し、高分解能の観察を行う。
【００７６】
この観察時にあっては、前述したように、固浸レンズ３及び第一ホルダ８が第二ホルダ９に対して自由な状態とされているため、第二ホルダ９側又は半導体デバイスＳ側の温度ドリフトが相手側に対して遮断され、温度ドリフトによる影響が無くされている。
【００７７】
そして、次の観察位置を観察する場合には、再度、光結合材料供給手段８０により光学密着液を供給する。これにより、固浸レンズ３の観察位置に対する密着が解け、以降は前述の手順とは逆の手順で固浸レンズマニピュレータ３０により固浸レンズホルダ５を移動し、固浸レンズ３を図５に示す待機位置へと移動する。そして、以降は上記と同様な手順を繰り返す。
【００７８】
なお、光学密着液に代えて、その溶媒を用いて光学密着を解除するようにしてもよい。光学密着が光学密着液またはその溶媒で密着部位を濡らすことによって解除されるのは、固浸レンズと半導体基板との境界面に光学密着液またはその溶媒が再浸入し、光学的な結合状態および物理的な固着状態を破壊するからである。この手法によれば、固浸レンズおよび半導体デバイスを過度の力を加えることなく分離することができる。よって、半導体デバイスおよび固浸レンズを傷付けることがないので、固浸レンズを再利用することができる。
【００７９】
ここで、固浸レンズ３を交換する必要が生じたら、固浸レンズマニピュレータ３０の第一腕部材回動源７２を駆動し第一腕部材７１を回動することで、連結部９９が第二腕部材７３の下方近くに位置し取り扱い難い図５に示す待機位置から、固浸レンズ３を図２及び図７に示すレンズ交換位置に移動する。そして、連結部９９を第二腕部材７３の下方近くから大きく外側に出し、腕部７ごと固浸レンズホルダ５を交換する。このように、レンズ交換の際に連結部９９が取り扱い位置にあるため、固浸レンズホルダ５の腕部７の第一腕部材７１に対する着脱が容易とされていると共に、腕部７ごと固浸レンズホルダ５が交換されるため、微小な固浸レンズ３を取り扱うことなくレンズ交換が容易とされている。
【００８０】
このように、本実施形態の固浸レンズホルダ５によれば、半導体デバイスＳの観察位置には固浸レンズ３及び第一ホルダ８の自重のみが作用し、過度の圧力が加わることが無くされている。このため、半導体デバイスＳの損傷を防止することが可能とされている。また、固浸レンズ３が観察位置に馴染み（倣い）密着すると共に、第二ホルダ９側又は半導体デバイスＳ側の温度ドリフトが相手側に対して遮断され温度ドリフトによる影響が無くされている。このため、固浸レンズ３が観察位置から剥離すること無く高精度の観察が可能とされている。
【００８１】
また、本実施形態の固浸レンズマニピュレータ３０によれば、第一、第二腕部材７１，７３を回動することで固浸レンズ３がＸ−Ｙ平面内の所定位置に移動する。このため、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要が無く、占有領域が小とされると共に簡易な構成とされている。これにより、低コストを図りつつ、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００８２】
また、この固浸レンズマニピュレータ３０を備えた電子デバイス検査装置１によれば、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間に固浸レンズ３が無い通常の状態での観察画像、及び、固浸レンズ３を挿入した状態での拡大観察画像の両者が必要とされる場合に、これらの画像が容易に取得される。また、このとき、拡大観察画像により高分解能の観察が行われるため、電子デバイス検査装置１による検査を容易且つ高精度に実施することが可能とされている。
【００８３】
図１７は、本発明の他の実施形態に用いられる固浸レンズホルダを示す斜視図、図１８は、固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。また、図１９は、固浸レンズホルダと固浸レンズ移動装置との連結部を示す斜視図である。固浸レンズホルダ１０５は、図１７及び図１８に示すように、略円筒状に構成され固浸レンズ１０３を支持するホルダ１０６と、このホルダ１０６を保持する腕部１０７と、を備えている。
【００８４】
ホルダ１０６は、図１８に示すように、下部ホルダ１０８と、上部ホルダ１０９と、を備えている。このうち、上部ホルダ１０９は、腕部１０７と一体に形成された環状部で構成されている。固浸レンズ１０３を支持するための下部ホルダ１０８は、この上部ホルダ１０９を介して腕部１０７によって支持されている。また、これらのホルダ１０８、１０９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。
【００８５】
固浸レンズ１０３は、その底面の中央部１０３ａがその周縁部１０３ｂに対して下方に凸とされる形状に構成されている。なお、本実施形態においては、凸状の中央部１０３ａの外周面が、下方に向かって外径が小さくなるテーパ状になっている。
【００８６】
ホルダ１０８は、略円筒状に構成されると共に、その底面に、内側に向かう環状鍔部１０８ａを備えている。そして、この環状鍔部１０８ａの内周に形成されている開口１０８ｂを通して、固浸レンズ１０３の凸を成す中央部１０３ａの底面が下方に突出した状態で、固浸レンズの周縁部１０３ｂがホルダ１０８の環状鍔部１０８ａに載置され、当該固浸レンズ１０３がホルダ１０８に自重方向に支えられている。
【００８７】
また、ホルダ１０８、１０９の上方には、キャップ１１１が設けられている。このキャップ１１１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、固浸レンズ１０３のホルダ１０８、１０９からの離脱が防止されている。また、本実施形態におけるキャップ１１１は、円環状であって、かつ、内側へと突出する複数の爪部（図中では３個の爪部）を有する構成となっている。
【００８８】
また、腕部１０７は、上部ホルダ１０９から外方に延びる板状部材からなり、その一端が斜め上方に向かうと共に、その他端において上記したように上部ホルダ１０９と一体化されている。この腕部１０７の一端には、図１７及び図１８に示すように、鉛直上方に延びると共に側面の一部を平坦面とした回り止め部１０７ａが、腕部１０７及びホルダ１０６の回り止めとして固着されている。
【００８９】
この固浸レンズホルダ１０５を構成する腕部１０７は、図１９に示すように、固浸レンズマニピュレータ３０の第一腕部材７１の一端に連結されている。さらに、本実施形態においては、この固浸レンズマニピュレータ３０の第一腕部材７１が、第一腕部材回動源７２に対して着脱可能に構成されている。図１９に示す構成例では、第一腕部材７１は、六角穴付ボルト７２ｂにより、第一腕部材回動源７２の回動軸７２ａに対して着脱可能に連結されている。
【００９０】
このような固浸レンズホルダ１０５によれば、固浸レンズ１０３に加工が必要とされるが、固浸レンズ１０３の自重のみが半導体デバイスＳに対して作用するため、当該半導体デバイスＳに過度の圧力が一層加わることが無いという利点がある。
【００９１】
また、上記実施形態では、固浸レンズホルダ１０５が連結された第一腕部材７１が、第一腕部材回動源７２に対して着脱可能に取り付けられる構成となっている。このように、剛性が比較的高い第一腕部材回動源７２を着脱部位とすることにより、第一腕部材７１、あるいは固浸レンズホルダ１０５の腕部１０７に変形が発生することが防止されると共に、それらの部材の耐久性が向上される。また、固浸レンズ１０３による試料の観察を行う際に、観察対象物と固浸レンズ１０３との平行度を好適に維持できる。
【００９２】
また、図１９に示したように、第一腕部材７１を第一腕部材回動源７２に対してボルト等で取り付けた構成では、六角レンチなどの工具での着脱作業が可能である。これにより、例えば第一腕部材７１、及び固浸レンズホルダ１０５を含めた固浸レンズ１０３の交換など、装置の取扱いが容易となる。
【００９３】
また、上記実施形態では、ホルダ１０６の一部を、腕部１０７と一体の環状部である上部ホルダ１０９によって構成している。これにより、固浸レンズホルダ１０５の剛性を向上することができる。また、固浸レンズホルダにおける腕部と環状のホルダ部分との位置合わせ（特に回転方向の位置合わせ）が不要となる。このような構成では、ホルダ１０６の全部を、腕部１０７と一体の環状部によって構成しても良い。
【００９４】
また、腕部１０７が、ホルダ１０６から斜め上方に向かう形状となっている。これにより、固浸レンズ１０３の側方のスペースを確保できるので、試料の観察を好適に行うことができる。例えば、プラスチックモールド型ＩＣを検査する場合、モールド切除に起因して検査箇所の周辺に段差ができ、固浸レンズホルダの移動可能な範囲が制限される。これに対して、上記のように腕部１０７を斜めとする構成によれば、観察対象物の段差と、固浸レンズホルダの腕部との干渉を低減でき、固浸レンズを用いた観察対象物の観察を好適に実行することができる。
【００９５】
なお、上記構成の固浸レンズホルダ１０５において、環状鍔部１０８ａを有する下部ホルダ１０８については、上部ホルダ１０９及び腕部１０７と同一、類似の材料であっても良く、あるいは、例えば吸水性セラミックなどの吸水性構造物を加工したものであっても良い。ホルダに吸水性構造物を適用すると、光学密着液を過剰に塗布してしまったような場合に、それを乾燥させて固浸レンズと観察対象物とを光学的に密着させる時間を短縮できるという利点がある。
【００９６】
図２０は、他の固浸レンズホルダを示す斜視図、図２１は、他の固浸レンズホルダのレンズ密着位置の状態を示す縦断面図である。この固浸レンズホルダ６４にあっては、固浸レンズホルダ６４を構成するホルダ６５が、円筒状を成しその内径が固浸レンズ３の外径に比して大とされる構成とされている。そして、このホルダ６５の内周内に固浸レンズ３が位置すると共に、当該固浸レンズ３の底面がホルダ６５の底面の開口から突出した状態とされている。
【００９７】
このような固浸レンズホルダ６４によれば、固浸レンズ３は、Ｘ−Ｙ平面内を移動する固浸レンズホルダ６４のホルダ６５の内周面に引っ掛けられた状態で半導体デバイスＳ上を滑るように移動し所望の観察位置に移動すると共に、当該固浸レンズホルダ６４をＺ方向に移動しさらに固浸レンズホルダ６４をＸ−Ｙ平面内で移動し、固浸レンズ３を半導体デバイスＳの観察位置上に置き去りにすると共に固浸レンズホルダ６４を固浸レンズ３から遠ざけることで、構成部品を全て半導体デバイスＳの観察位置の視野から遠ざけて観察できるという利点がある。
【００９８】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、特に好ましいとして、固浸レンズ３を支えるホルダ９を筒状に構成しているが、開口９ｂを備える平板であっても良い。
【００９９】
また、上記実施形態においては、簡易な構成で固浸レンズ３を三次元方向の所望の位置へ自在に移動し得るとして、固浸レンズマニピュレータ３０が固浸レンズ３をＺ方向へ移動可能としている。ただし、Ｚ方向移動源７５を無くしてＸ−Ｙ平面内での移動のみとし、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１５によりＺ方向に移動させたり、又は、半導体デバイスＳを載置しているステージ１８をＺ方向に移動させるようにしても良い。これらの場合には、固浸レンズマニピュレータ３０による固浸レンズ３の挿入位置が密着位置とされる。
【０１００】
また、上記実施形態においては、観察対象物として半導体基板からなる半導体デバイスを例示しているが、これに限定されるものではなく、例えばガラスやプラスチックを基板とした電子デバイスであってもよい。この場合、固浸レンズの材質として、ガラスやプラスチックを用いるのが好適である。
【０１０１】
具体的には、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ているが、一般に半導体デバイスなどの各種の電子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ではプラスチック基板上にデバイスが作製される。また、さらに一般的な試料としては、上記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の他にも、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。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、特に効果的であるとして、半導体デバイスＳの検査装置１に対する適用を述べているが、これに限定されるものではなく、例えば特開平１１−３０５１３５号公報に記載のように、観察対象物を光記録媒体として当該光記録媒体の検査を行う光学式観察装置等に対しても適用可能である。
【０１０３】
また、上記した固浸レンズ移動装置は、一般に、試料の観察を行って、その内部情報を得るための顕微鏡に適用可能である。この場合、顕微鏡は、試料からの光が入射する対物レンズを含み、試料の画像を導く光学系と、固浸レンズ移動装置と、を具備し、固浸レンズ移動装置が、試料から対物レンズへの光軸を含む挿入位置と、光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズを移動させるように構成されていれば良い。また、顕微鏡は、上記したように、観察対象物となる試料の画像を取得する画像取得手段を備える構成としても良い。この場合、光学系は、試料の画像を画像取得手段へと導くように構成される。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、観察対象物の下面（半導体デバイスＳの表面）の所定位置を観察するとして、観察対象物の下面の所定位置が焦点となるように固浸レンズ３が用いられているが、これに限定されるものではない。例えば特開２００１−１８９３５９号公報に記載のように、観察対象物の内部又は上面を観察する場合には、観察対象物の内部又は上面が焦点となるようにして固浸レンズが用いられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、低コスト化を図りつつ、小型化が図られる固浸レンズ移動装置、及びこれを備えた顕微鏡として利用可能である。すなわち、上記したように、本発明による固浸レンズ移動装置によれば、二個の腕部材を回動することで固浸レンズをＸ−Ｙ平面内の所望の位置に移動し、直交するＸ方向、Ｙ方向に構成部品を長尺とする必要を無くし占有領域を小とすると共に簡易な構成としているため、低コスト化を図りつつ、装置の小型化を図ることが可能となる。また、この固浸レンズ移動装置を備えた顕微鏡、あるいはそれを用いた電子デバイス検査装置によれば、当該固浸レンズ移動装置の効果に加えて、観察画像及び拡大観察画像の両者が必要とされる場合にこれらの画像が容易に取得されると共に、拡大観察画像により高分解能の観察が可能とされるため、電子デバイス検査などの試料観察を容易且つ高精度に実施することが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固浸レンズを、観察対象物に対して略平行を成すＸ−Ｙ平面内で移動させる固浸レンズ移動装置であって、
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一腕部材と、
この第一腕部材を前記Ｘ−Ｙ平面内で回動させる第一腕部材回動源と、
この第一腕部材回動源を保持する第二腕部材と、
前記第一腕部材回動源の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、前記第二腕部材を前記Ｘ−Ｙ平面内で回動させる第二腕部材回動源と、を具備したことを特徴とする固浸レンズ移動装置。
【請求項２】
前記第二腕部材回動源を、前記Ｘ−Ｙ平面に直行するＺ方向に移動させるＺ方向移動源を備えることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項３】
前記固浸レンズを前記観察対象物に光学的に結合させるための光結合材料を供給する光結合材料供給手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項４】
前記光結合材料を乾燥させるための気体を供給する乾燥気体供給手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項５】
前記固浸レンズホルダは外方へ延びる腕部を備え、
この腕部が前記第一腕部材に着脱可能に連結されていることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項６】
前記第一腕部材は、前記第一腕部材回動源に着脱可能に連結されていることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項７】
前記第二腕部材は、湾曲状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項８】
前記固浸レンズホルダは、その内径が前記固浸レンズの外径に比して大とされる筒状に構成され、
この固浸レンズホルダの内周内に前記固浸レンズが位置すると共に、当該固浸レンズの底面が前記固浸レンズホルダの底面の開口から突出した状態とされていることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項９】
前記固浸レンズを通して前記観察対象物を観察する顕微鏡を備え、
この顕微鏡に、請求項１記載の固浸レンズ移動装置が着脱可能に装着されていることを特徴とする固浸レンズ移動装置。
【請求項１０】
試料の観察を行って、その内部情報を得るための顕微鏡であって、
前記試料からの光が入射する対物レンズを含み、前記試料の画像を導く光学系と、
請求項１記載の固浸レンズ移動装置と、を具備し、
前記固浸レンズ移動装置は、前記試料から前記対物レンズへの光軸を含む挿入位置と、前記光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズを移動させることを特徴とする顕微鏡。
【請求項１】
固浸レンズを、観察対象物に対して略平行を成すＸ−Ｙ平面内で移動させる固浸レンズ移動装置であって、
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一腕部材と、
この第一腕部材を前記Ｘ−Ｙ平面内で回動させる第一腕部材回動源と、
この第一腕部材回動源を保持する第二腕部材と、
前記第一腕部材回動源の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、前記第二腕部材を前記Ｘ−Ｙ平面内で回動させる第二腕部材回動源と、を具備したことを特徴とする固浸レンズ移動装置。
【請求項２】
前記第二腕部材回動源を、前記Ｘ−Ｙ平面に直行するＺ方向に移動させるＺ方向移動源を備えることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項３】
前記固浸レンズを前記観察対象物に光学的に結合させるための光結合材料を供給する光結合材料供給手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項４】
前記光結合材料を乾燥させるための気体を供給する乾燥気体供給手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項５】
前記固浸レンズホルダは外方へ延びる腕部を備え、
この腕部が前記第一腕部材に着脱可能に連結されていることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項６】
前記第一腕部材は、前記第一腕部材回動源に着脱可能に連結されていることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項７】
前記第二腕部材は、湾曲状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項８】
前記固浸レンズホルダは、その内径が前記固浸レンズの外径に比して大とされる筒状に構成され、
この固浸レンズホルダの内周内に前記固浸レンズが位置すると共に、当該固浸レンズの底面が前記固浸レンズホルダの底面の開口から突出した状態とされていることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ移動装置。
【請求項９】
前記固浸レンズを通して前記観察対象物を観察する顕微鏡を備え、
この顕微鏡に、請求項１記載の固浸レンズ移動装置が着脱可能に装着されていることを特徴とする固浸レンズ移動装置。
【請求項１０】
試料の観察を行って、その内部情報を得るための顕微鏡であって、
前記試料からの光が入射する対物レンズを含み、前記試料の画像を導く光学系と、
請求項１記載の固浸レンズ移動装置と、を具備し、
前記固浸レンズ移動装置は、前記試料から前記対物レンズへの光軸を含む挿入位置と、前記光軸を外れた待機位置との間で固浸レンズを移動させることを特徴とする顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４３２１４
【国際公開日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【発行日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１５１５１（Ｐ２００５−５１５１５１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１６０３１
【国際出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【発行日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１６０３１
【国際出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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