(57)【要約】【課題】  所望の開口数で光束を通すことができ、かつ、観察対象の試料に光学的に結合させる際の位置制御が容易な固浸レンズを提供する。【解決手段】  固浸レンズ１Ａは、観察対象の試料６に取り付けられ、試料６の観察に用いられるものである。固浸レンズ１Ａは、所定半径の球面形状を有し、外部に対する光の入出力面となる上面（第１の面）２と、試料に対する取付面となる底面（第２の面）３を備えている。底面３は、試料に対する接触パターンが、中心軸に対して軸対称となるように、中心軸Ａｘを挟む位置に複数の突出部４ａ、４ｂを有している。【選択図】  図１
2006011075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象の試料に取り付けられ、前記試料の観察に用いられる固浸レンズであって、
所定半径の球面形状を有する第１の面と、
前記試料に対する取付面となるとともに、複数の突出部を有する第２の面とを備え、
前記第２の面は、前記複数の突出部による前記試料に対する接触パターンが、中心軸に対して軸対称となるように形成されていることを特徴とする固浸レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの故障解析や信頼性評価に用いられる半導体デバイス検査方法などに用いられる固浸レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス検査装置として、従来、エミッション顕微鏡、ＯＢＩＲＣＨ解析装置、時間分解エミッション顕微鏡などが知られている（特許文献１、２、３参照）。しかしながら、近年、検査対象となる半導体デバイスの微細化が進んでおり、可視光、赤外光、あるいは熱線を使用した従来の検査装置では、光学系での回折限界に起因する制限により、微細構造の解析が困難になってきている。
【０００３】
このため、このような微細構造をとる半導体デバイス中に形成されたトランジスタや配線などの回路パターンに発生した異常箇所を検出する場合、まず、可視光、赤外光、または熱線を使用した検査装置によって異常箇所が存在する範囲をある程度まで絞り込む。そして、その絞り込まれた範囲について、より高分解能な電子顕微鏡などを用いて観察を行うことで、半導体デバイス中の異常箇所を検査する方法が用いられている。
【０００４】
上記したような方法、つまり光を使用して検査を行った後に電子顕微鏡で高分解能の観察を行う方法では、検査対象となる半導体デバイスの準備、設置が複雑であり、半導体デバイスの検査に大変な手間と時間とを要してしまうという問題がある。
【０００５】
また、半導体デバイス上に形成された多層配線などの遮蔽物を避けるため、半導体デバイス裏面側に対物レンズを配置し、半導体デバイスの基板越しにデバイスからの発光を観察する裏面観察が必要な場合が増えてきている。
【０００６】
一方、観察対象の画像を拡大するレンズとして、固浸レンズ（ＳＩＬ：Ｓｏｌｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓ）が知られている。固浸レンズは、一般的には半球形状、またはワイエルストラス球と呼ばれる超半球形状のレンズとして知られる。この固浸レンズを観察対象物の表面に光学的に結合させて設置すれば、開口数ＮＡ及び倍率をともに拡大することができ、高い空間分解能での観察が可能となる。このような固浸レンズを用いた半導体検査装置としては、例えば特許文献４、５に記載されたものがある。
【特許文献１】特開平７−１９０９４６号公報
【特許文献２】特開平６−３００８２４号公報
【特許文献３】特開平１０−１５００８６号公報
【特許文献４】特公平７−１８８０６号公報
【特許文献５】米国特許第６５９４０８６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献４に開示された固浸レンズは、平凸レンズ（ｐｌａｎｏ−ｃｏｎｖｅｘ  ｌｅｎｓ）であって、観察対象物に対する取付面（底面）が平面である。固浸レンズを用いた半導体デバイスの裏面観察においては、固浸レンズと半導体基板との間に隙間が発生すると、臨界角以上の入射光が全反射されて、臨界角以下の入射光しか伝搬できなくなり、実効的な開口数が臨界角で制限されることになる。ところが、固浸レンズと半導体基板裏面との間の隙間が、半導体中の光の波長と同程度になると、光はエバネッセント結合により伝搬することが可能になる。
【０００８】
しかし、平凸レンズと半導体基板裏面との隙間には、広い対峙領域に起因して、隙間の大きな部分が存在し、このような隙間が大きな部分では、透過光強度が急激に低下して、臨界角以下の入射光しか伝搬できなくなり、実効的な開口数が制限されてしまう。このように、平凸レンズを用いた検査では、平凸レンズ底面の面精度が高精度であることが要求されるため、製造コストの増大を招来する。さらに、半導体基板に対しても、接触面の面精度が要求されるため、半導体デバイスを検査するための前処理（半導体基板の研磨）において多大な労力を要するといった問題点がある。
【０００９】
加えて、平凸レンズ底面および基板における接触面の面精度を高精度にできたとしても、これらを光学的に結合させる際には、空気の流動抵抗が高いため、光学的結合を得るまでに長時間を要するといった問題点もある。
【００１０】
そこで、上記特許文献４においては、固浸レンズ本来の分解能を得る手法として、平凸レンズと観察対象物との間に高屈折率流体を介在させることにより、屈折率整合を利用するものを記載する。この手法は屈折率整合を利用するものであって、エバネッセント結合を利用するものとは異なる。高屈折率整合流体の代表的なものとして、砒素トリプロマイド／ジサルファイド／セレン化合物系が挙げられるが、砒素トリブロマイドは毒性と腐食性を有するので、取り扱いの上で問題がある。
【００１１】
また、上記特許文献５に開示された固浸レンズは、ｂｉ−ｃｏｎｖｅｘレンズである。このレンズでは、取付面が観察対象物と点で接触する凸状であるために（ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｃｏｎｔａｃｔ）、平凸レンズに比して光学的結合性の確保に有利と考えられる。しかし、観察対象物との接触面積が非常に小さいので、観察対象となる半導体デバイスの基板が厚くなると、ＮＡの高い光束を通すことができなくなるので、固浸レンズ本来の高解像度、高集光性を得ることができないという問題がある。
【００１２】
この固浸レンズと観察対象物とを広い面積で密着させるためには、固浸レンズの底面と観察対象物との間に圧力を加える必要がある。ここで、図１７に示すように、レンズの曲率半径が小さくなるにつれて密着に必要な圧力が高くなる。図１７では、固浸レンズの底面の径２ｍｍまでを、観察対象物の平面部に密着させるために必要な圧力を示している。固浸レンズを用いた半導体デバイスの裏面解析においては、取り扱い時の強度も十分に考慮して半導体基板へ圧力を加えなければならない。過度の圧力を加えた場合、半導体基板表面に形成された集積回路にダメージを与えるおそれがあるからである。半導体デバイスの薄肉化という傾向を踏まえると、ｂｉ−ｃｏｎｖｅｘレンズでは、固浸レンズ本来の分解能を得られない。
【００１３】
また、圧力により半導体デバイスに歪みが生じるが、この状態は、半導体デバイスの実装状態と異なるため、実装状態と同様の動作条件で検査したいという要求を満たすことができない。歪みの生じた状態では、検査本来の目的と相反する結果を招来する可能性さえある。
【００１４】
さらに、このレンズでは、その形状上の特性から、半導体基板との位置関係が一意に定まらないという問題がある。半導体基板の接触面に対して傾いて取り付けられた場合、固浸レンズ底面の中央部の光学的結合は得られない。これを避けるためには、固浸レンズの精密な位置制御が必要となり、装置の大型化、高コスト化を招く。
【００１５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、所望の開口数で光束を通すことができ、かつ、観察対象の試料に光学的に結合させる際の位置制御が容易な固浸レンズ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】
【００１６】
このような目的を達成するために、本発明による固浸レンズは、観察対象の試料に取り付けられ、試料の観察に用いられる固浸レンズであって、（１）所定半径の球面形状を有する第１の面と、（２）試料に対する取付面となるとともに、複数の突出部を有する第２の面とを備え、（３）第２の面は、複数の突出部による試料に対する接触パターンが、中心軸に対して軸対称となるように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記した固浸レンズでは、試料に対する取付面において、ｂｉ−ｃｏｎｖｅｘレンズのような単一の突出部ではなく、複数の突出部を設けている。このような構成において、固浸レンズを試料に対して光学的に結合させると、取付面上での複数の突出部の設置パターンに対応した接触パターンが現れる。したがって、突出部の個数や配置によって接触パターンを設定し、所望の光路を通る光束を得ることができる。例えば、開口数の高い光束も、突出部をその開口数に合わせて配置することによって得ることができる。また、複数の突出部を介して固浸レンズを試料に接触させているので、固浸レンズの位置制御が容易となる。また、取付面上の突出部において試料と光学的に結合するため、観察後、固浸レンズに対して極微弱な力により光学的結合を解除することができる。したがって、固浸レンズの取り外しに際し、試料及び固浸レンズを破損するおそれがない。
【００１８】
さらに、上記構成では、試料に対する取付面における複数の突出部は、その設置パターン及び試料に対する接触パターンが固浸レンズの中心軸に対して軸対称となるように配置されている。これにより、固浸レンズの中心軸上にある試料での観察位置に対し、観察位置が取付面から所定距離にある場合でも、試料の観察を好適に実行することが可能となる。これは、例えば半導体デバイスなどの試料に対して裏面観察を行う場合などに極めて有効である。また、上記構成では、複数の突出部の個数や形状、配置、及び複数の突出部による固浸レンズの試料への接触パターンを、試料の観察のために用いようとする光路に合わせて設定することが可能である。これにより、試料観察の光路や開口数などの観察条件を、所望の条件で任意かつ選択的に設定することができる。
【００１９】
また、上記した固浸レンズを顕微鏡に適用する場合、顕微鏡は、観察対象の試料を観察するための顕微鏡であって、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、上記した固浸レンズと、を備えて構成されることが好ましい。これにより、好適な観察条件で試料の観察を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、位置制御が容易で、かつ、所望の開口数で光束を通すことができる固浸レンズを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面とともに、本発明による固浸レンズの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
図１は、本発明による固浸レンズの第１実施形態の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）側面図である。また、図１（ｂ）においては、固浸レンズを試料に取り付けた状態で示している。なお、以下の各実施形態においては、必要に応じて、固浸レンズの底面図に対して中心軸に直交するｘ軸、ｙ軸を付し、これらの軸を参照して構成を説明する。ただし、これらのｘ軸、ｙ軸は、説明の便宜上のものである。また、各図において、見易さのため、突出部に斜線を付して図示している。
【００２３】
本実施形態による固浸レンズ１Ａは、観察対象の試料６に取り付けられ、試料６の観察に用いられるものである。固浸レンズ１Ａは、外部（例えば、顕微鏡の対物レンズ）に対する光の入出力面となる上面（第１の面）２と、試料６に対する取付面となる底面（第２の面）３とを備え、屈折率ｎの材料によって形成されている。ここで、本固浸レンズ１Ａにおけるレンズ形状の中心軸を、図１（ｂ）に示すように軸Ａｘとする。
【００２４】
上面２は、中心軸Ａｘ上にある点Ｏを球心とした曲率半径Ｒの球面形状に形成されている。また、底面３は、上面２の球心Ｏを通り、中心軸Ａｘに垂直な面と略一致するように形成されている。これにより、本実施形態の固浸レンズ１Ａは、その基本形状が半球状のレンズ形状となっている。固浸レンズ１Ａの上面２の半径Ｒは、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。あるいは、この範囲外で半径Ｒを設定しても良い。
【００２５】
さらに、固浸レンズ１Ａにおいては、試料６に対する取付面となる底面３が、複数の突出部を有して形成されている。すなわち、図１に示した構成では、下方へと突出する２つの突出部４ａ、４ｂが底面３に設けられている。これらの突出部４ａ、４ｂは、中心軸Ａｘ及び底面３の中心位置となる球心Ｏを挟む位置に、突出部４ａ、４ｂによる試料６に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となるように形成されている。
【００２６】
具体的には、底面３上で突出部４ａ、４ｂは、図１（ａ）に示すように、ｘ軸からみてｙ軸の負の方向に角度θで傾いた直線上にあって、中心軸Ａｘから距離Ｌで軸Ａｘを挟む位置を中心とし、それぞれ半径ｒ（ただし、ｒ＜Ｒ／２、ｒ＜Ｌ）の円形状に形成されている。これにより、２つの突出部４ａ、４ｂの設置パターンは、図１（ａ）に示すように、中心軸Ａｘの方向から見て底面３の中心位置であって、上面２の球心であるＯに対して点対称となっている。また、固浸レンズ１Ａを試料６に取り付けた際の試料６に対する底面３の接触パターンは、中心軸Ａｘの方向から見て、中心軸Ａｘが試料６の被取付面と交差する点に対して点対称となっている。
【００２７】
突出部４ａ、４ｂの具体的な突出構造については、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように様々な構造を用いることができる。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１に示した固浸レンズ１ＡのＩ−Ｉ矢印断面図である。ただし、これらの図においては、上記した突出部４ａ、４ｂの構造を、中心軸Ａｘ方向について拡大して示すとともに、その試料に対する接触パターンを斜線を付して示している。また、図２（ｂ）及び（ｃ）においては、固浸レンズ１Ａの上方部分について図示を省略している。
【００２８】
図２（ａ）に示す構成では、突出部４ａ、４ｂは、その断面形状がそれぞれ半楕円状の曲面形状となるように形成されている。また、図２（ｂ）に示す構成では、突出部４ａ、４ｂは、その断面形状が下方に向かって狭くなるテーパ状の台形状となるように形成されている。一方、図２（ｃ）に示す構成では、突出部４ａ、４ｂは、その断面形状が長方形状となるように形成されている。あるいは、これら以外の形状を用いても良い。なお、突出部４ａ、４ｂの底面３からの突出高さについては、突出部４ａ、４ｂを設けることによる後述の効果を充分に実現するため、１０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、突出高さの上限については、固浸レンズ１Ａの全体形状等から、上面２の曲率半径Ｒに対してＲ／２以下とすることが好ましい。
【００２９】
次に、上記した固浸レンズ１Ａを用いた試料観察方法について説明する。ここでは、図１（ｂ）に示すように、例えば半導体基板などの板状の試料６において、その上面６ａを固浸レンズ１Ａが取り付けられる面、下面６ｂを観察位置Ｐが設定される観察面とした場合について説明する。このような試料観察の例としては、半導体デバイスを試料６とし、そのデバイス面を下面６ｂとして上面６ａ側から裏面観察を行う場合が挙げられる。
【００３０】
試料６に取り付けた固浸レンズ１Ａにおける取付面は底面３であり、固浸レンズ１Ａは試料６と底面３に設置された突出部４ａ、４ｂで接触し、そこを通じて光が伝搬される。突出部４ａ、４ｂ以外の部分では、固浸レンズ１Ａは、試料６の上面６ａと接触しておらず、臨界角以上の入射角を持つ光は底面３で全反射して、試料６内に入射しない。
【００３１】
さらに、突出部４ａ、４ｂによる試料６に対する底面３の接触パターンは、中心軸Ａｘに対して軸対称、つまり、試料６の上面６ａ上で観察位置Ｐに対応する点に対して点対称である。このため、突出部４ａもしくは４ｂから入射した光は、試料６の上面６ａを通過した後、下面６ｂに設定された観察位置Ｐで反射して、もう一方の突出部４ｂあるいは４ａに到達する。具体的には、図１（ｂ）に示したように、光ｌ１は固浸レンズ１Ａに入射後、突出部４ａに達し、突出部４ａを通じて試料６の中に入射する。その後、下面６ｂ上の観察位置Ｐに達し、そこで反射され、突出部４ｂに到達する。そして、突出部４ｂを通じて固浸レンズ１Ａ内に入射し、レンズ内を通過して外部へと出射していく。一方、光ｌ２は、底面３上の突出部４ａ、４ｂ以外の部分に臨界角以上の入射角をもって到達し、そこで全反射した後、固浸レンズ１Ａを通過して外部へと出射していく。
【００３２】
続いて、本実施形態による固浸レンズ１Ａの効果について説明する。
【００３３】
固浸レンズ１Ａは、ｂｉ−ｃｏｎｖｅｘレンズのように１つの突出部ではなく、２つの突出部４ａ、４ｂを有し、これらの２つの突出部４ａ、４ｂにおいて試料６と接触する。このため、これらの突出部の位置や形状を変えて接触パターンを調整して、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。例えば、高い開口数ＮＡの光束を得たい場合には、その開口数に合わせた個数、配置で突出部を設ければ良い。また、２つの突出部４ａ、４ｂを介して固浸レンズ１Ａを試料６に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料６上に設置させることができる。このため、ｂｉ−ｃｏｎｖｅｘレンズに比べ固浸レンズ１Ａの位置制御は容易である。
【００３４】
さらに、２つの突出部４ａ、４ｂにおいて試料６と接触するため、固浸レンズ１Ａと試料６とを分離するのに要する力は平凸レンズに比べて極微弱ですみ、固浸レンズ１Ａの取り外しの際に試料及び固浸レンズ１Ａを破損させるおそれがない。加えて、固浸レンズ１Ａが試料６と接触するのは２つの突出部においてのみと、接触面積が平凸レンズの場合に比べて狭いので、試料６表面にあるゴミやほこりなどによって、その光学的な結合が妨げられる可能性が低くなる。
【００３５】
また、固浸レンズ１Ａの突出部４ａ、４ｂは、それによる試料６に対する接触パターンが固浸レンズ１Ａの中心軸Ａｘに対して軸対称であって、観察位置Ｐに対応する上面６ａ上の点に対して点対称となるように配置されている。したがって、一方の突出部から入射し、観察位置Ｐで反射した光は、他方の突出部から出射していく。これにより、試料６の下面である６ｂ上に設定された観察位置Ｐでの観察が可能となり、例えば半導体デバイスの裏面解析が可能となる。さらに、突出部４ａ、４ｂの位置、形状、及びそれによる底面３の試料６への接触パターンを、試料観察のために用いようとする光路に合わせて設定することにより、試料観察の光路や開口数などを、所望の条件で任意かつ選択的に設定することができる。
【００３６】
また、図１に示す固浸レンズ１Ａは、底面３において、突出部４ａ、４ｂを中心軸Ａｘから距離Ｌだけ離れた位置に設けている。このような構成では、底面３の中央部と試料６とは接触していないので、中央遮蔽絞りを用いたときと同様の効果が得られる。すなわち、中心光束を遮る中央遮蔽絞りを用いた場合同様、観察対象物が中心光束によって照明されず、暗い視野の中に観察対象を明るく浮かびあがらせて観察することができる。そのため、例えば本固浸レンズ１Ａを半導体デバイスの裏面観察に適用した場合、半導体基板の裏側にある金属配線のコントラストをなくし、基板の立体形状のみを選択的に取り出して観察することが可能である。
【００３７】
このように、本実施形態にかかる固浸レンズ１Ａを用いることにより、３次元的な画像を得ることが可能となる。また、突出部の位置・形状を変え、観察位置Ｐへの光の入射角を調整することによって、２次元的な画像、あるいは３次元的な画像などの所望の画像を得ることができる。例えば、図１に示した構成では、突出部４ａ、４ｂの中心軸Ａｘからの距離Ｌ、及びその半径ｒなどのパラメータを、得たい画像に合わせて設定すれば良い。
【００３８】
ここで、固浸レンズ１Ａの全体の形状について、上記構成例では半球状としたが、これに限らず様々な形状を用いても良い。一般には、固浸レンズ１Ａの上面２の形状は、レンズによる収差や、試料における観察位置等を考慮して決められる。例えば、半球状を有する固浸レンズ１Ａでは、その球心Ｏが無収差物点となり、このときに開口数ＮＡ及び倍率はともにｎ倍となる。一方、超半球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無収差物点となり、このときに開口数ＮＡ及び倍率はともに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構成を用いても良い。
【００３９】
また、固浸レンズ１Ａの材料については、観察に用いる光を通過させる材料を、その屈折率等によって適宜選択して用いて良い。例えば、半導体デバイスの観察を行う際、固浸レンズの材料としては、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、高屈折率の材料が好適に用いられる。その例としては、Ｓｉ、ＧａＰ、ＧａＡｓなどが挙げられる。なお、基板がガラスや、プラスチックからなる場合には、固浸レンズの材料として、ガラスまたはプラスチックが選択される。
【００４０】
また、固浸レンズの底面に設けられた突出部の個数、配置及び形状については、個々の固浸レンズにおいて設定されるべき開口数や光路などに応じて、様々な構成を用いて良い。
【００４１】
図３は、図１に示した固浸レンズの一変形例の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）II−II矢印断面図である。この固浸レンズ１Ｂでは、試料に対する取付面となる底面３において、突出部４ａ、４ｂに加えて、さらにその中心部に１つの突出部４ｃが設けられている。この突出部４ｃは、例えば球心Ｏを中心とした半径ｒの円形状に形成される。このような構成であっても、突出部４ａ、４ｂ、４ｃによる試料６に対する底面３の接触パターンは、中心軸Ａｘに対して軸対称である。試料の観察において、中心光束による画像を得たい場合には、このように取付面の中心部に突出部を有する構造とすることが好ましい。なお、突出部４ｃの突出構造については、図３（ｂ）ではその断面形状を長方形状とした構造を例示しているが、図２（ａ）、（ｂ）に示したように、半楕円状やテーパ状の台形状としても良い。
【００４２】
図４は、固浸レンズの他の変形例の構成を示す底面図である。この固浸レンズ１Ｃでは、底面３において、第１の組の突出部５ａ、５ｂ、第２の組の突出部５ｃ、５ｄ、第３の組の突出部５ｅ、５ｆの３組の突出部が設けられている。これらのうち、突出部５ａ、５ｂは、中心軸Ａｘから距離Ｌ１で軸Ａｘを挟む位置に、それぞれ半径ｒ１の円形状に形成されている。また、突出部５ｃ、５ｄは、中心軸Ａｘから距離Ｌ２で軸Ａｘを挟む位置に、それぞれ半径ｒ２の円形状に形成されている。また、突出部５ｅ、５ｆは、中心軸Ａｘから距離Ｌ３で軸Ａｘを挟む位置に、それぞれ半径ｒ３の円形状に形成されている。このように固浸レンズの底面において中心軸を挟むように設けられる突出部を複数組としても良い。このような構成では、突出部の組の数によって観察に用いる光量等を設定することができる。また、それぞれの突出部の配置及び形状等については、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及び半径ｒ１、ｒ２、ｒ３などのパラメータは、同じ値に設定しても良く、あるいは、互いに異なる値に設定しても良い。  
【００４３】
図５は、固浸レンズの他の変形例の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）III−III矢印断面図である。この固浸レンズ１Ｄでは、底面３において、中心軸Ａｘを挟む位置に設けられる突出部として、長方形状の突出部７ａ、７ｂを設けている。このように、突出部の形状については、円形のみでなく、楕円、長方形、あるいは多角形など様々な形状を用いても良い。
【００４４】
図６は、固浸レンズの他の変形例の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）IV−IV矢印断面図である。この固浸レンズ１Ｅでは、底面３において、中心軸Ａｘを挟む位置に円形状の突出部８ａ、８ｂを設けている。また、これらの突出部８ａ、８ｂに対し、底面３の中心部を含み、突出部８ａ、８ｂを連結する連結突出部８ｃを設けている。このような構成においても、連結された突出部８ａ、８ｂ、８ｃによる試料に対する底面３の接触パターンは、中心軸Ａｘに対して軸対称である。このように、取付面の中心部を含む突出部を設ける構成においては、その突出部を、中心軸Ａｘを挟む位置に設けられた他の突出部を連結するように形成しても良い。
【００４５】
次に、本実施形態に係る固浸レンズ１Ａを用いた半導体デバイスの検査装置及び検査方法について説明する。ここで、本発明による固浸レンズは、一般に試料を観察するための顕微鏡、及び試料観察方法に適用可能である。以下においては、その一例として、半導体デバイスを観察対象（検査対象）とした半導体検査装置及び検査方法について説明する。
【００４６】
まず、半導体デバイスの検査方法に用いられる検査装置について説明する。図７は、本実施形態に係る固浸レンズを有する半導体検査装置のブロック構成図である。この半導体検査装置は、半導体基板上に形成された半導体デバイスを検査対象としており、半導体基板上においてトランジスタや配線などで構成された回路パターンについて、その画像を取得し、内部情報を検出して検査を行う。
【００４７】
図７に示すように、半導体検査装置は、半導体デバイスＳの観察を行う観察部Ａと、観察部Ａの各部の動作を制御する制御部Ｂと、半導体デバイスＳの検査に必要な処理や指示などを行う解析部Ｃとを備えている。また、検査の対象となる半導体デバイスＳは、観察部Ａに設けられたステージ１８上に載置されている。
【００４８】
観察部Ａは、暗箱（図示していない）内に設置された画像取得部１３と、光学系１４と、本実施形態に係る固浸レンズ１Ａとを有している。画像取得部１３は、例えば光検出器や撮像装置などからなり、半導体デバイスＳの画像を取得する手段である。また、画像取得部１３と、ステージ１８上に載置された半導体デバイスＳとの間には、半導体デバイスＳからの光による画像を画像取得部１３へと導く光学系１４が設けられている。
【００４９】
光学系１４には、その半導体デバイスＳに対向する所定位置に、半導体デバイスＳからの光が入射する対物レンズ２０が設けられている。半導体デバイスＳから出射、あるいは反射等された光は対物レンズ２０へと入射し、この対物レンズ２０を含む光学系１４を介して、画像取得部１３に到達する。そして、画像取得部１３において、検査に用いられる半導体デバイスＳの画像が取得される。
【００５０】
画像取得部１３と光学系１４とは、互いに光軸が一致した状態で一体に構成されている。また、これらの画像取得部１３及び光学系１４に対し、ＸＹＺステージ１５が設置されている。これにより、画像取得部１３及び光学系１４は、Ｘ方向，Ｙ方向（水平方向）及びＺ方向（垂直方向）のそれぞれで必要に応じて移動させて、半導体デバイスＳに対する位置合わせ及び焦点合わせが可能な構成となっている。
【００５１】
また、検査対象となる半導体デバイスＳに対して、検査部１６が設けられている。検査部１６は、半導体デバイスＳの検査を行う際に、必要に応じて、半導体デバイスＳの状態制御等を行う。検査部１６による半導体デバイスＳの状態の制御方法は、半導体デバイスＳに対して適用する具体的な検査方法によって異なるが、例えば、半導体デバイスＳに形成された回路パターンの所定部分に電圧を供給する方法、あるいは、半導体デバイスＳに対してプローブ光となるレーザ光を照射する方法などが用いられる。
【００５２】
また、観察部Ａには、さらに固浸レンズ１Ａが設置されている。半導体検査装置においては、この固浸レンズ１Ａは、画像取得部１３及び光学系１４と、ステージ１８上に載置された半導体デバイスＳとに対して移動可能であるように設置されている。具体的には、固浸レンズ１Ａは、半導体デバイスＳから対物レンズ２０への光軸を含み、上記したように半導体デバイスＳの表面に密着して設置される挿入位置と、光軸を外れた位置（待機位置）との間を移動可能に構成されている。
【００５３】
さらに、固浸レンズ１Ａに対し、固浸レンズ駆動部３０が設けられている。固浸レンズ駆動部３０は、固浸レンズ１Ａを駆動して、上記した挿入位置、及び待機位置の間を移動させる駆動手段である。また、固浸レンズ駆動部３０は、固浸レンズ１Ａの位置を微小に移動させることにより、光学系１４の対物レンズ２０に対する固浸レンズ１Ａの挿入位置を調整する。なお、図１においては、対物レンズ２０と半導体デバイスＳとの間の挿入位置に設置された状態で固浸レンズ１Ａを示している。
【００５４】
半導体デバイスＳを検査するための観察等を行う観察部Ａに対し、制御部Ｂ及び解析部Ｃが設けられている。
【００５５】
制御部Ｂは、観察制御部５１と、ステージ制御部５２と、固浸レンズ制御部５３とを有している。観察制御部５１は、画像取得部１３及び検査部１６の動作を制御することによって、観察部Ａにおいて行われる半導体デバイスＳの観察の実行や観察条件の設定などを制御する。
【００５６】
ステージ制御部５２は、ＸＹＺステージ１５の動作を制御することによって本検査装置における検査箇所となる画像取得部１３及び光学系１４による半導体デバイスＳの観察箇所の設定、あるいはその位置合わせ、焦点合わせ等を制御する。また、固浸レンズ制御部５３は、固浸レンズ駆動部３０の動作を制御することによって、挿入位置及び待機位置の間での固浸レンズ１Ａの移動、あるいは固浸レンズ１Ａの挿入位置の調整等を制御する。
【００５７】
解析部Ｃは、画像解析部６１と、指示部６２とを有している。画像解析部６１は、画像取得部１３によって取得された画像に対して必要な解析処理等を行う。また、指示部６２は、操作者からの入力内容や、画像解析部６１での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。
【００５８】
特に、本実施形態においては、解析部Ｃは、観察部Ａに固浸レンズ１Ａ及び固浸レンズ駆動部３０が設置されていることに対応して、固浸レンズを用いた半導体デバイスＳの検査に関して必要な処理及び指示を行う。
【００５９】
すなわち、対物レンズ２０と半導体デバイスＳとの間に固浸レンズ１Ａを挿入する場合、観察部Ａにおいて、画像取得部１３は、固浸レンズ１Ａが挿入位置にある状態で固浸レンズ１Ａから反射光を含む画像を取得する。また、解析部Ｃにおいて、画像解析部６１は、画像取得部１３で取得された固浸レンズ１Ａからの反射光を含む画像について、その反射光像の重心位置を求めるなどの所定の解析を行う。そして、指示部６２は、画像解析部６１で解析された固浸レンズ１Ａからの反射光を含む画像を参照し、固浸レンズ制御部５３に対して、反射光像の重心位置が半導体デバイスＳの検査箇所と一致するように、固浸レンズ１Ａの挿入位置を調整することを指示する。
【００６０】
続いて、本実施形態に係る半導体デバイスの検査方法（試料観察方法）について説明する。
【００６１】
まず、待機位置に固浸レンズ１Ａを設置した状態で検査対象である半導体デバイスＳの観察を行う。ここでは、画像取得部１３により、対物レンズ２０を含む光学系１４を介して、半導体デバイスＳの観察画像である回路パターンのパターン画像を取得する。また、検査部１６によって、半導体デバイスＳの状態を所定の状態に制御するとともに、半導体デバイスＳの異常箇所を検出するための異常観察画像を取得する。
【００６２】
次に、画像取得部１３で取得されたパターン画像及び異常観察画像を用いて、半導体デバイスＳに異常箇所があるかどうかを調べる。異常箇所がある場合にはその位置を検出するとともに、検出された異常箇所を半導体検査装置による検査箇所（顕微鏡による観察箇所）として設定する。そして、設定された検査箇所が画像取得部１３によって取得される画像の中央に位置するように、ＸＹＺステージ１５によって画像取得部１３及び光学系１４を移動させる。
【００６３】
続いて、半導体デバイスＳにおける異常箇所と判断された検査箇所に固浸レンズ１Ａを設置し、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間に固浸レンズ１Ａを挿入する。また、固浸レンズ１Ａを設置する前に、検査箇所に光学密着液を滴下し、半導体デバイスＳの検査箇所を濡らす。この光学密着液は、水に両親媒性分子を含有させたものからなる。光学密着液は、両親媒性分子を含有することから、疎水性表面である半導体基板上における表面張力を低下させる。この結果、疎水性表面での濡れ性が向上し、光学密着液が半導体デバイスＳの上で広がる。
【００６４】
ここで用いられる両親媒性分子としては、界面活性剤分子を用いるのが好適である。また、界面活性剤分子としては、イオン性界面活性剤分子及び非イオン性界面活性剤分子を用いることもできる。イオン性界面活性剤としては、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤のいずれをも用いることができる。
【００６５】
界面活性剤は、通常、湿潤剤、浸透剤、起泡剤、消泡剤、乳化剤、帯電防止剤等として様々な用途に用いられるが、本発明では濡れ性に関わる湿潤性を有するもののほか、泡を抑える消泡性、帯電を抑える帯電防止性を有するものが好適である。帯電防止機能を有する界面活性剤を使用することにより、帯電による空気の抱きこみを防止することができる。また、消泡性を有する界面活性剤を使用することにより、光学密着液を供給する際の機械的な搬送あるいは攪拌による泡の発生を防止することができる。
【００６６】
また、界面活性剤の至適濃度範囲は、その界面活性剤の臨界ミセル濃度に対して、０倍より大きく４００倍以下とするのが好適である。４００倍より大きいと、光学密着液の粘性が上がりすぎる傾向にあり、かえって光学的な結合の妨げとなることがあるからである。また、より好ましい範囲は、その界面活性剤の臨界ミセル濃度に対して、０．５〜１００倍である。０．５倍より小さいと、光学密着液の表面張力を十分に下げられない傾向にあり、１００倍を超えると、光学密着液の粘性が上がりすぎる傾向にあるからである。同様の理由により、さらに好ましい範囲は、その界面活性剤の臨界ミセル濃度に対して１〜１０倍の濃度の範囲である。
【００６７】
なお、本実施形態で用いられる光学密着液は、界面活性剤分子を含有するものに限定されるものではなく、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ってもよい。例えば、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。
【００６８】
半導体基板と固浸レンズとを上記光学密着液を用いて光学的に結合させた状態では、半導体基板上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ものと考えられる。このとき、固浸レンズと半導体基板との距離は、例えばλ／２０（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間で光学密着、さらには物理的固着が達成される。なお、ここでいう「光学密着」とは、半導体基板と固浸レンズとの間でエバネッセント結合が実現される状態をいう。
【００６９】
また、上記光学密着液以外の光学結合材料として、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。一方、後者は、光学密着液がエバネッセント結合を補助する役割を担うことによって高ＮＡを実現する。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、後述する乾燥を促すためのエアを吹き付ける工程を省略してもよい。
【００７０】
半導体基板上で検査箇所を中心に光学密着液が広がったら、光学密着液が乾燥する前に固浸レンズ１Ａを待機位置から移動し、半導体デバイスＳと対物レンズ２０との間に挿入し、挿入位置の調整を行う。
【００７１】
ここで、光学密着液は両親媒性分子を含有することから、上述の通り、半導体デバイスＳの基板表面及び固浸レンズ１Ａの取付面に対して濡れ性を付与することができる。また、固浸レンズ１Ａを所定の位置に設置する際には、固浸レンズ１Ａの自重を利用する。したがって、微小な固浸レンズ１Ａを半導体基板表面の所望の位置に、過度の圧力を加えることなく容易に設置することができる。まず、画像取得部１３により、固浸レンズ１Ａからの反射光を含む画像を取得する。固浸レンズ１Ａの挿入位置の調整は、この画像に含まれる反射光像における固浸レンズ１Ａの各部反射面からの反射光をガイドとして行われる。
【００７２】
固浸レンズ１Ａの挿入位置の調整を行うにあたり、画像解析部６１では、固浸レンズ１Ａからの反射光を含む画像に対して、自動で、また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。また、指示部６２では、固浸レンズ制御部５３を介して固浸レンズ１Ａ及び固浸レンズ駆動部３０に対して、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での検査箇所に対して一致するように、固浸レンズ１Ａの挿入位置の調整を指示する。これにより、固浸レンズ１Ａの半導体デバイスＳ及び対物レンズ２０に対する位置合わせが行われる。
【００７３】
さらに、指示部６２は、上記した固浸レンズ１Ａの挿入位置の調整と合わせて、ステージ制御部５２を介しＸＹＺステージ１５に対して、固浸レンズ１Ａが密着して設置されている半導体デバイスＳと、光学系５の対物レンズ２０との間の距離の調整を指示する。この調整によって、固浸レンズ１Ａが挿入された状態における焦点合わせが行われる。
【００７４】
その後、固浸レンズ１Ａにエアを吹き付けて光学密着液を蒸発、乾燥させ、固浸レンズ１Ａと半導体基板Ｓとを光学的に密着させる。エアを吹き付けることにより、より素早く光学密着液を蒸発させることができる。
【００７５】
ここで、底面部が平面状である固浸レンズ（以下、「平凸レンズ」という）を用いた場合には、光学密着液は、固浸レンズと半導体デバイスとの間に挟まれ、横方向にしか蒸発に寄与する開放面がなく、蒸発に時間がかかる。これに対し、本実施形態に係る固浸レンズ１Ａは、底面部３の突出部４ａ、４ｂにおいてのみ半導体基板と接触していることから、光学密着液は、広い範囲に向けて蒸発することができる。このため、短時間で蒸発をすませることができ、固浸レンズ１Ａと半導体デバイスＳとを素早く密着固定させることができる。
【００７６】
こうして光学密着液を蒸発させることにより、固浸レンズ１Ａについては、半導体デバイスＳと２つの突出部４ａ、４ｂにおいて光学密着及び物理的固着が実現される。また、観察画像を取得する際、半導体デバイスＳからの光は、半導体デバイスＳと固浸レンズ１Ａとの光学密着部分を通過する。これらの突出部４ａ、４ｂによる半導体デバイスＳに対する接触パターンはレンズの中心軸に対して軸対称となるため、突出部４ａ、４ｂの位置に対応した開口数ＮＡの光束が得られる。
【００７７】
また、底面部が半導体基板と１点で接触するように形成されているｂｉ−ｃｏｎｖｅｘレンズの場合には、固浸レンズが傾いて半導体基板に設置されるおそれがあり、その場合には、中心部が光学的に結合せず、固浸レンズは本来設置されるはずの位置からずれてしまう。一方、本実施形態に係る固浸レンズ１Ａは、その底面部３に突出部を複数有しているため、固浸レンズ１Ａが傾いて置かれることはなく、本来設置されるべき位置からずれることなく設置される。さらには、位置決めが容易になる。
【００７８】
こうして固浸レンズ１Ａを半導体デバイスＳに光学密着させたら、固浸レンズ１Ａを含む光学系を介して、拡大された半導体基板の観察画像を取得する。観察画像は、半導体デバイスＳからの光が画像取得部１３に導かれることによって取得される。また、観察画像を取得する際、半導体デバイスＳからの光は、半導体デバイスＳと固浸レンズ１Ａとの光学密着部分を通過する。
【００７９】
こうして観察画像を取得したら、拡大観察画像を取得した後、固浸レンズ１Ａと半導体デバイスＳを剥離する。その際、半導体デバイスＳ上の固浸レンズ１Ａを取り付けた位置の周辺に、光学密着液の溶媒（以下「溶媒」という）を滴下して固浸レンズ１Ａの取り付け位置を濡らす。溶媒を滴下することにより、半導体デバイスＳと固浸レンズ１Ａとの間にこの溶媒が浸入し、半導体デバイスＳと固浸レンズ１Ａとの間の光学的結合及び物理的固着が解かれる。
【００８０】
固浸レンズ１Ａの底面部３は複数の突出部を有するように形成されており、半導体デバイスＳとの間に開放面を有している。したがって、溶媒を速く浸透させることができ、固浸レンズ１Ａと半導体デバイスＳとの分離を短時間で行うことができる。また、ここでは溶媒を滴下しているが、光学密着液を滴下しても良い。さらに、固着する領域を狭めると、固着強度が弱くなり、狭めた程度によっては密着を剥離する際に液を用いないで行うことも可能となる。
【００８１】
その後、固浸レンズ１Ａを他の検査箇所または待機位置に移動させ、当該検査箇所の検査が終了する。
【００８２】
続いて、本実施形態に係る固浸レンズを用いたことによる効果について説明する。
【００８３】
固浸レンズ１Ａは、複数の突出部４ａ、４ｂを有し、これらの突出部４ａ、４ｂにおいて試料である半導体デバイスＳと接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部４ａ、４ｂを介して固浸レンズ１Ａを半導体デバイスＳに接触させることにより、傾くことなく安定的に半導体デバイスＳ上に設置させることができ、位置制御が容易となる。さらに、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ１Ａと試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、半導体デバイスＳ及び固浸レンズ１Ａを損傷するおそれがなく、固浸レンズ１Ａについて繰り返しの使用も可能となる。
【００８４】
また、固浸レンズ１Ａは２つの突出部４ａ、４ｂで半導体デバイスＳと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ１Ａを短時間で半導体デバイスＳに光学密着、あるいは半導体デバイスＳから剥離することが可能となる。
【００８５】
なお、ここでは図１に示した固浸レンズ１Ａを用いたが、例えば固浸レンズ１Ｂ〜１Ｅなど、本発明による他の固浸レンズを用いても良い。
【００８６】
以上の実施形態では、半導体デバイスＳと固浸レンズ１Ａとの間における光学密着液に両親媒性分子を含有させるものとしたが、これに代えて、固浸レンズ１Ａにおける半導体デバイスＳとの取付面に親水処理を施すようにすることもできる。
【００８７】
光学密着液が両親媒性分子を含有することにより、濡れ性が向上するのは、疎水性である表面に親水基が付着することに起因する。このため、光学密着液が両親媒性分子を含有していない場合でも、固浸レンズ１Ａの半導体デバイスＳとの取付面及び半導体デバイスＳの固浸レンズ１Ａとの取付面が、疎水性であったとしても、これらの面の一方または両方に親水基を付着させる親水処理を施すことにより、濡れ性を向上させることができる。なお、半導体デバイスＳの表面がもともと親水性である場合には、その表面は親水処理しなくとも、濡れ性を確保することができる。
【００８８】
こうして、固浸レンズ１Ａおよび半導体デバイスＳの取付面の一方または両方に濡れ性を付与することにより、両親媒性分子を含有する光学密着液を用いた場合と同様、半導体デバイスＳの基板上における所望の検査箇所に光学密着液を的確にとどめることができる。また、半導体デバイスＳと固浸レンズ１Ａとの光学的な密着性を、過度の圧力を加えることなく確実なものとすることができる。
【００８９】
固浸レンズ１Ａや半導体デバイスＳに親水処理を施す方法としては、親水基を物理吸着させて一時的に付着させる方法がある。親水基を物理吸着させる具体的な方法としては、親水処理を施す面に、界面活性剤や、アミノ酸、タンパク質などの両親媒性分子の水溶液を塗布し、乾燥させる方法などがある。
【００９０】
また、親水処理を施す方法としては、親水基を化学吸着させて表面改質を行う方法もある。親水基を化学吸着させる方法としては、ＵＶ（紫外）光を照射する方法、ウェットプロセスによる方法（たとえば、硫酸と過酸化水素と水とを加えた溶液を塗布する）、さらにドライプロセスによる方法（たとえばイオンビームを照射する）などの方法がある。例として、ウェットプロセスでの化学吸着による親水処理では、セミコクリーン２３（フルウチ化学株式会社製）を用いることができる。
【００９１】
また、親水処理を施す他の方法としては、コーティングによる方法を用いることもできる。この場合、親水性のナノ粒子等を面上にコーティングすることが好ましい。例えば、シリカのナノ粒子を固浸レンズ及び半導体基板の一方または両方にコーティングすることにより、その濡れ性を向上することができる。このようなナノ粒子の例としては、ＧＬＡＮＺＯＸ３９００（株式会社フジミインコーポレーテッド製）、結露水滴防止剤（ＴＯＴＯ製）などがある。
【００９２】
また、シリカのナノ粒子以外にも、酸化チタンのナノ粒子等をコーティングしても良い。なお、このようにコーティングによって親水処理を行う場合には、コーティング膜が厚すぎると、光のエバネッセント結合が得られなくなることが考えられるので、注意が必要である。このため、コーティング膜は、例えば２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００９３】
固浸レンズや基板表面を親水処理すると、それらの親水基には常に大気中の水分子が吸着し、いわば水の膜ができた状態となる。この状態において、固浸レンズ１Ａと基板Ｓとを充分に近づけると、水分子間に水素結合による引力が働き、固浸レンズ１Ａ及び基板Ｓの密着が達成される。
【００９４】
固浸レンズや基板表面の親水処理が充分に行われており、かつ面精度が充分に良い場合には、それらの面同士を重ね合わせるだけで密着が実現する。ここで、水素結合による引力が働く距離は数ｎｍ程度と非常に短い。このため、固浸レンズや基板表面の親水処理が不充分な場合、あるいはその面精度が不充分な場合には、面同士で充分な密着が得られないことが考えられる。
【００９５】
このような場合には、光学密着液を密着のアシストに用いることが好ましい。ここでは、光学密着液の主成分が水である場合を考える。この場合、固浸レンズと基板との界面を光学密着液で満たすと、それらは水酸基、水分子の水素結合を介して連結した状態となる。ただし、この状態では、固浸レンズ１Ａと基板Ｓとの間隔が広いため、まだ密着の状態ではない。その後、余分な水分が揮発していく過程で、水素結合によって固浸レンズと基板との間に引力が働く。これにより、液の揮発とともに界面の間隔が次第に狭まり、密着状態となったところで光学密着液の揮発が止まる。
【００９６】
なお、固浸レンズ及び基板が親水処理されておらず、かつ光学密着液に界面活性剤が添加されていない場合には、固浸レンズ及び基板と、水分子との間には水素結合が働かない。このため、水が揮発する過程で、固浸レンズ及び基板と、水分子とが分離して空気が流入してしまい、密着が実現されない。
【００９７】
これに対して、固浸レンズ及び基板をあらかじめ親水処理していない場合でも、光学密着液に界面活性剤が添加されていれば、光学密着液を固浸レンズと基板との間に挿入したときに、界面活性剤、すなわち親水基が固浸レンズ及び基板に物理吸着する。これにより、あらかじめそれらを親水処理してあったときと同様の状態となり、その密着が実現される。
【００９８】
以上、本発明の好適な例について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、両親媒性分子を含有する光学密着液を操作者が滴下するようにしているが、光学密着液滴下装置（光学結合材料を供給するための光学結合材料供給装置）を別途設ける態様とすることもできる。また、光学密着液を乾燥させるためのエア吹き付け装置や、吸水シート押し付け装置などを設ける態様とすることもできる。さらに、半導体デバイスを濡らす手段としては、光学密着液を滴下する態様のほか、光学密着液を薄く伸ばして塗る態様、噴霧する態様、蒸気で湿らす態様など、種々の態様とすることもできる。この場合、光学密着液の乾燥が早いので、乾燥を促す作業を省くことができる。
【００９９】
また、上記実施形態に示す半導体検査装置のほか、高感度カメラを用いたエミッション顕微鏡、ＯＢＩＲＣＨ解析装置、時間分解エミッション顕微鏡、熱線画像解析装置などによる検査を行う場合にも、本発明の固浸レンズを用いることができる。一般に、上記した固浸レンズを用いた顕微鏡については、観察対象物を観察するための顕微鏡であって、観察対象物からの光が入射する対物レンズを含み観察対象物の画像を導く光学系と、上記構成の固浸レンズとを備えて構成すれば良い。また、光学系及び固浸レンズに対して、上記したように、光学系によって導かれた観察対象物（試料）の画像を取得する画像取得手段を設けて良い。
【０１００】
本発明による固浸レンズについてさらに説明する。なお、以下の各実施形態においては、主に底面に設けられる複数の突出部の構成について説明するが、各突出部の断面構造、固浸レンズの全体形状、突出部を介した光の伝搬、固浸レンズを用いた試料観察方法、あるいは顕微鏡、半導体検査装置、検査方法への適用等については、図１に示した第１実施形態と同様である。
【０１０１】
図８は、本発明による固浸レンズの第２実施形態の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）V−V矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ４１の構成は、第１の実施形態の固浸レンズ１Ａと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。
【０１０２】
固浸レンズ４１においては、試料に対する取付面となる底面３が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図８に示した構成では、下方へと突出する複数の突出部７１が、底面３の全面にわたって２次元に配列されて設けられている。また、これらの突出部７１は、突出部７１の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となるように形成されている。
【０１０３】
具体的には、底面３上での突出部７１は、図８（ａ）に示すように、ｘ軸方向及びｙ軸方向を配列方向とし、ｘ軸方向、ｙ軸方向についてそれぞれ一定の配列間隔ｄｘ、ｄｙで２次元マトリクス状に配列されている。図８（ａ）に示す構成例では、ｙ軸方向に７列、ｙ軸の負の側から１列目に４個、２列目に６個、３列目に８個、中心列である４列目に８個、５列目に８個、６列目に６個、７列目に４個で、合計４４個の突出部７１が設けられている。また、突出部７１のそれぞれは、半径ｒの円形状に形成されている。
【０１０４】
このような構成では、４４個の突出部７１のうち、中心軸Ａｘを挟んで反対側に位置する２個の突出部からそれぞれ軸対称な組が構成されており、２２個の軸対称な突出部の組によって、全体として中心軸Ａｘに対して軸対称な突出部７１の設置パターンが構成されている。
【０１０５】
本実施形態による固浸レンズ４１の効果について説明する。
【０１０６】
固浸レンズ４１は、複数の突出部７１を有し、これらの突出部７１において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部７１を介して固浸レンズ４１を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ４１と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ４１等を破損するおそれがなく、固浸レンズ４１について繰り返しの使用も可能となる。
【０１０７】
また、固浸レンズ４１を、第１実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ４１は突出部７１で半導体デバイスと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ４１を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。
【０１０８】
上記実施形態では、中心軸Ａｘに対して軸対称となる突出部７１について、２次元マトリクス状に複数の突出部７１を配列する構成としている。このとき、試料と接触する突出部７１が固浸レンズ４１の底面３の全面にわたって一様に配置されることとなるため、試料の観察位置に対して充分に高い開口数ＮＡで好適に観察を行うことが可能となる。また、前述のように、突出部が全面に渡って一様に配列されることから、優れた操作性を得ることができる。さらに、このような構成においては、２次元マトリクス状の突出部の配列間隔、個々の突出部の形状等によって、開口数ＮＡや光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な配列構成については様々な構成を用いてよく、また、１次元状に複数の突出部を配列する構成を用いても良い。
【０１０９】
図９は、本発明による固浸レンズの第３実施形態の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）VI−VI矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ４２の構成は、第１の実施形態の固浸レンズ１Ａと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。
【０１１０】
固浸レンズ４２においては、試料に対する取付面となる底面３が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図９に示した構成では、下方へと突出する複数の突出部７２が、底面３の全面にわたって放射状に設けられている。また、これらの突出部７２は、突出部７２の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となるように形成されている。
【０１１１】
具体的には、底面３上での突出部７２は、図９（ａ）に示すように、各突出部が底面３の中心Ｏから放射状に広がる開き角θ１の扇形状に形成され、一定の角度間隔θ２で底面３の全面にわたって設けられている。図９（ａ）に示す構成例では、中心線がｙ軸に一致するように中心軸Ａｘを挟んで配置された突出部が２個、中心線がｘ軸に一致するように中心軸Ａｘを挟んで配置された突出部が２個、ｘ軸と４５度をなす直線と中心線が一致するように中心軸Ａｘを挟んで配置された突出部が２個、ｘ軸と−４５度をなす直線と中心線が一致するように中心軸Ａｘを挟んで配置された突出部が２個で、合計８個の突出部７２が、角度間隔θ２＝４５度で設けられている。また、各突出部は扇形の尖端部、すなわち底面３の中心Ｏ付近の部分を欠いた形状に形成されている。
【０１１２】
このような構成では、８個の突出部７２のうち、中心軸Ａｘを挟んで反対側に位置する２個の突出部からそれぞれ軸対称な組が構成されており、４個の軸対称な突出部の組によって、全体として中心軸Ａｘに対して軸対称な突出部７２の設置パターンが構成されている。また、各突出部は、その尖端部、すなわち底面３の中心Ｏ付近の部分を欠いた扇形に形成されているが、尖端部が欠けていない形状であっても良い。
【０１１３】
本実施形態による固浸レンズ４２の効果について説明する。
【０１１４】
固浸レンズ４２は、複数の突出部７２を有し、これらの突出部７２において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部７２を介して固浸レンズ４２を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。さらに、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ４２と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ４２等を破損するおそれがなく、固浸レンズ４２について繰り返しの使用も可能となる。
【０１１５】
また、固浸レンズ４２を、第１実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ４２は突出部７２で半導体デバイスと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ４２を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。
【０１１６】
上記実施形態では、中心軸Ａｘに対して軸対称となる複数の突出部７２について、放射状に配置する構成としている。このとき、試料と接触する突出部７２が固浸レンズ４２の底面３の径方向について一様に配置されることとなるため、試料の観察位置に対して充分に高い開口数ＮＡで好適に観察を行うことが可能となる。また、前述のように、突出部が径方向について一様に配列されることから、優れた操作性を得ることができる。さらに、このような構成においては、扇形状をした突出部の開き角度、突出部間の角度間隔等によって、開口数や光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な形状や配列構成については様々な構成を用いて良い。
【０１１７】
図１０は、本発明による固浸レンズの第４実施形態の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）VII−VII矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ４３の構成は、第１の実施形態の固浸レンズ１Ａと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。
【０１１８】
固浸レンズ４３においては、試料に対する取付面となる底面３が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図１０に示した構成では、下方へと突出する複数のレール状の突出部７３が、底面３の全面にわたって配列されて設けられている。また、これらの突出部７３は、突出部７３の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となるように形成されている。
【０１１９】
具体的には、底面３上での突出部７３は、図１０（ａ）に示すように、長手方向がｙ軸方向のレール状の形状をしており、ｘ軸方向に一定の配列間隔Ｌ２で配列して設けられている。各突出部の幅はＬ１で一定であり、突出部の幅Ｌ１と配列間隔Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２も一定となる。図１０（ａ）に示す構成例では、中心列を構成する突出部がｙ軸上に配置される。さらに、この中心列から＋ｘ方向及び−ｘ方向のそれぞれに４個ずつ、ｙ軸と並行に一定の配列間隔Ｌ２で配列され、合計９個の突出部７３が設けられている。また、各突出部の長手方向については、底面３の全面にわたって突出部が設けられるように、底面３の円周の縁の近傍まで伸びるレール状に形成することが好ましい。あるいは、それぞれの突出部７３の長さについては、所望の開口数ＮＡ等に応じて、適宜設定することも可能である。
【０１２０】
このような構成では、９個の突出部７３のうち、中心列はそのレール形状の中心と底面３の中心Ｏが一致するように配置され、さらにその他の８個の突出部は中心軸Ａｘを挟んで反対側に位置する２つの突出部からそれぞれ軸対称な組が構成され、４個の軸対称な突出部の組が形成される。中心列、及びこれらの４つの組によって全体として中心軸Ａｘに対して軸対称な突出部７３の設置パターンが構成されている。
【０１２１】
本実施形態による固浸レンズ４３の効果について説明する。
【０１２２】
固浸レンズ４３は、複数の突出部７３を有し、これらの突出部７３において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部７３を介して固浸レンズ４３を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ４３と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ４３等を破損するおそれがなく、固浸レンズ４３について繰り返しの使用も可能となる。
【０１２３】
また、固浸レンズ４３を、第１実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ４３は突出部７３で半導体デバイスと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ４３を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。
【０１２４】
また、固浸レンズ４３を半導体デバイスから剥離するため溶媒を滴下する際に、レンズホルダに遮られ、直接レンズ底面をぬらすことができないことが考えられる。そのような場合であっても、固浸レンズ４３における底面３のような構成であれば、図１１に示すように、溶媒９０を図中のｙ軸方向に沿った風で突出部と突出部の間に送ることにより、溶媒の浸透を早め、剥離を容易に行うことができる。
【０１２５】
さらに、上記実施形態では、中心軸Ａｘに対して軸対称となるようにレール状の突出部７３が、一定間隔で所定の方向に配列する構成としている。このとき、試料と接触する突出部７３が固浸レンズ４３の底面３の全面にわたって一様に配置されることとなるため、試料の観察位置に対して充分に高い開口数ＮＡで好適に観察を行うことが可能となる。また、前述のように、突出部が全面に渡って一様に配列されることから、優れた操作性を得ることができる。さらに、このような構成においては、レール状をした突出部の配列間隔と各レールの幅との比等によって、開口数や光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な形状や配列構成については様々な構成を用いて良い。
【０１２６】
図１２は、本発明による固浸レンズの第５実施形態の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）VIII−VIII矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ４４の構成は、第１の実施形態の固浸レンズ１Ａと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。
【０１２７】
固浸レンズ４４においては、試料に対する取付面となる底面３が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図１２に示した構成では、下方へと突出するリング形状をした複数の突出部７４ａ、７４ｂが、同心円状に配置されて設けられている。また、これらの突出部７４ａ、７４ｂは、突出部７４ａ、７４ｂの設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となるように形成されている。
【０１２８】
具体的には、底面３上で、図１２（ａ）に示すように、リング形状をした２つの突出部７４ａ、７４ｂが形成されている。突出部７４ａの形状は、球心Ｏを中心とした内径ｒ１、外径ｒ２のリング形状である（ｒ１＜ｒ２）。半径ｒ１、ｒ２は、例えば、それぞれ開口数ＮＡが１．２、１．４の光束に対応するように設定される。一方、突出部７４ｂは、球心Ｏを中心とした内径ｒ３、外径ｒ４のリング形状に形成されている（ｒ２＜ｒ３、ｒ３＜ｒ４）。半径ｒ３、ｒ４は、例えば、それぞれ開口数ＮＡが２．２、２．４の光束に対応するように設定される。なお、上記した開口数ＮＡとは異なるＮＡ値の光束に合わせてｒ１〜ｒ４を設定しても良い。
【０１２９】
このような構成では、２個の突出部７４ａ、７４ｂのそれぞれが、中心軸Ａｘに対して軸対称となる構成をしている。そのため、全体として中心軸Ａｘに対して軸対称な突出部７４ａ、７４ｂの設置パターンが構成されている。
【０１３０】
また、本実施形態においては、突出部７４ａ、７４ｂのそれぞれにリング状の突出部の内側と外側とを連通させる溝を設けている。すなわち、図１２（ａ）において、突出部７４ａには、ｙ軸に沿って突出部７４ａを横断するように、＋ｙ側及び−ｙ側の双方に溝７５ａが設けられている。突出部７４ｂにおいても、突出部７４ｂをｙ軸に沿って横断するように、＋ｙ側及び−ｙ側の双方に溝７５ｂが設けられている。このため、溝７５ａ、７５ｂを設けても、突出部７４ａ、７４ｂによる試料に対する底面３の接触パターンは、レンズの中心軸Ａｘに対して軸対称である。
【０１３１】
本実施形態による固浸レンズ４４の効果について説明する。
【０１３２】
固浸レンズ４４は、複数の突出部７４ａ、７４ｂを有し、これらの突出部７４ａ、７４ｂにおいて試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部７４ａ、７４ｂを介して固浸レンズ４４を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ４４と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ４４等を破損するおそれがなく、固浸レンズ４４について繰り返しの使用も可能となる。
【０１３３】
また、固浸レンズ４４を、第１実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ４４は突出部７４ａ、７４ｂで半導体デバイスと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ４４を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。
【０１３４】
上記実施形態では、中心軸Ａｘに対して軸対称となるリング形状の突出部７４ａ、７４ｂについて、同心円状に配置する構成としている。したがって、各リング形状の内径は、その突出部を通したい光束の開口数ＮＡの下限に合わせて設定し、また外径は、通したい光束の開口数ＮＡの上限に合わせて設定することができる。これにより、試料の観察位置に対して、必要な開口数ＮＡの光束のみを選択的に通すことが可能となる。したがって、このような構成においては、各リング形状の内径、外径の値及び突出部の数等によって、開口数や光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な形状や配列構成については様々な構成を用いて良い。
【０１３５】
また、突出部７４ａ、７４ｂに設けられた溝７５ａ、７５ｂは、光学密着液排出溝として用いることが可能である。すなわち、溝７５ａ、７５ｂを、上述の光学密着液の蒸発あるいは溶媒の浸透に利用し、これらをより速く行うことができる。ただし、これらの溝７５ａ、７５ｂについては、例えば光学密着液を使用しない場合など、不要であれば設けなくても良い。
【０１３６】
図１３は、本発明による固浸レンズの第６実施形態の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）VIIII−VIIII矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ４５の構成は、第１の実施形態の固浸レンズ１Ａと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。
【０１３７】
固浸レンズ４５においては、試料に対する取付面となる底面３が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図１３に示した構成では、下方へと突出する複数の突出部７６が、点線で示す円周上に一定間隔で設けられている。また、これらの突出部７６は、突出部７６の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となるように形成されている。
【０１３８】
具体的には、底面３上での突出部７６は、図１３（ａ）に示すように、球心Ｏを中心とした半径ｒ１の円周上にその中心が位置するように、一定の角度間隔θで配列されている。図１３（ａ）に示す構成例では、角度間隔θは４５度であり、半径ｒ１の円周とｘ軸、ｙ軸のそれぞれとが交わる点を中心とする４個の突出部、半径ｒ１の円周とｘ軸と４５度をなす直線とが交わる点を中心とする２個の突出部、半径ｒ１の円周とｘ軸と−４５度をなす直線とが交わる点を中心とする２個の突出部で、合計８個の突出部７６が設けられている。これらの突出部７６のそれぞれは、半径ｒ２の円形状に形成されている。半径ｒ１、ｒ２は、例えば、開口数ＮＡが１．２から１．４の光束を通すことができるように設定される。なお、上記の開口数ＮＡとは異なるＮＡ値の光束に合わせて、半径ｒ１、ｒ２を設定しても良い。
【０１３９】
このような構成では、８個の突出部７６のうち、球心Ｏを中心とした円周上で、中心軸Ａｘを挟んで反対側に位置する２個の突出部からそれぞれ軸対称な組が構成されており、４個の軸対称な突出部の組によって、全体として中心軸Ａｘに対して軸対称な突出部７６の設置パターンが構成されている。
【０１４０】
本実施形態による固浸レンズ４５の効果について説明する。
【０１４１】
固浸レンズ４５は、複数の突出部７６を有し、これらの突出部７６において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部７６を介して固浸レンズ４５を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ４５と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ４５等を破損するおそれがなく、固浸レンズ４５について繰り返しの使用も可能となる。
【０１４２】
また、固浸レンズ４５を、第１実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ４５は突出部７６で半導体デバイスと接触する。さらに、隣り合う突出部と突出部の間は、固浸レンズ４５と試料を密着させる際に用いる光学密着液を排出するための出口となる。したがって、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ４５を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。
【０１４３】
上記実施形態では、中心軸Ａｘに対して軸対称となる突出部７６について、球心Ｏを中心とした円周上に円形状の突出部７６を配置する構成としている。したがって、突出部が設置される円周を形成する円の半径ｒ１、及び各突出部を構成する円の半径ｒ２を通したい開口数ＮＡの光束に合わせて設定することにより、試料の観察位置に対して必要な開口数の光束のみを選択的に通すことが可能となる。したがって、このような構成においては、突出部が配置される円の半径、突出部の形状等によって、開口数や光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な形状や配列構成については、様々な構成を用いてよい。
【０１４４】
図１４は、本発明による固浸レンズの第７実施形態の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）X−X矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ４６Ａの構成は、第１の実施形態の固浸レンズ１Ａと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。
【０１４５】
固浸レンズ４６Ａにおいては、試料に対する取付面となる底面３が、突出部を有して構成されている。すなわち、図１４に示した構成では、下方へと突出する突出部７８が、リング状に設けられている。また、この突出部７８は、突出部７８の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となるように形成されている。
【０１４６】
具体的には、底面３上での突出部７８は、図１４（ａ）に示すように、球心Ｏを中心とした内径ｒ、外径Ｒのリング形状をしている。突出部７８を構成するリング形状の外径Ｒは、底面３を構成する円の半径Ｒと一致する。
【０１４７】
また、突出部７８の断面形状については、底面３上において、中心軸Ａｘから距離ｒ以上離れた突出部７８に相当する部分では、中心軸Ａｘからの距離に伴い、徐々に下方への突出高さが高くなっている。図１４（ｂ）のＸ−Ｘ矢印断面図に表される断面形状においては、底面３の外縁部において突出高さが最も高くなる、なめらかな曲線を描いている。また、中心軸Ａｘから等距離にある円周上では、底面３における突出高さは一様である。
【０１４８】
このような構成では、突出部７８において、中心軸Ａｘから等距離の位置で突出高さが同じであり、全体として中心軸Ａｘに対して軸対称な突出部７８の設置パターンが構成されている。
【０１４９】
また、光学密着液排出溝として機能する図１２に関して上述したような溝を、突出部７８において設けても良い。図１４（ａ）において、突出部７８には、突出部７８をｙ軸に沿って横断するように、＋ｙ側及び−ｙ側の双方に溝７９が設けられている。このため、溝７９を設けても、突出部７８による試料に対する底面３の接触パターンは、レンズの中心軸Ａｘに対して軸対称である。ただし、この溝７９は不要であれば、設けなくても良い。
【０１５０】
本実施形態による固浸レンズ４６Ａの効果について説明する。
【０１５１】
固浸レンズ４６Ａは、突出部７８を有し、この突出部７８において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、リング形状をした突出部７８を介して固浸レンズ４６Ａを試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。さらに、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ４６Ａと試料とを分離するのに要する力が平凸レンズに比べ弱くてすむため、固浸レンズ４６Ａ等を破損するおそれがなく、固浸レンズ４６Ａについて繰り返しの使用も可能となる。
【０１５２】
また、固浸レンズ４６Ａを、第１実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ４６Ａは突出部７８で半導体デバイスと接触する。さらに、溝７９を設けることもできる。このため、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができ、固浸レンズ４６Ａを短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。
【０１５３】
上記実施形態では、突出部７８のリング形状の内側、すなわち、球心Ｏを中心とした半径ｒの円内は突出構造を有していない。そのため、中心部分において試料と固浸レンズ４６Ａは接触せず、中心光束は試料の観察に用いられないので、中央遮蔽絞りを用いたときと同様の効果を得ることができる。例えば本固浸レンズ４６Ａを半導体デバイスの裏面観察に適用した場合、半導体基板の裏側にある金属配線のコントラストをなくし、基板の立体形状のみを選択的に取り出して観察することが可能である。また、このような構成においては、リング形状の内径、外径等によって、開口数ＮＡや光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。
【０１５４】
なお、底面３における突出部の具体的な形状や配列構成については、様々な構成を用いて良い。例えば、図１４では突出部７８において底面３の下方への突出高さが徐々に高くなる形状としているが、その内側の部分については、平面状とすることができる。あるいは、突出部７８の内側の部分についても、突出部７８と連続する曲面状としても良い。このような構成では、底面３の全体が、球心Ｏからみて下方への突出高さが徐々に高くなる突出部となる。また、突出部７８とその内側の部分との間に段差を設け、突出部７８の内側の部分を凹部状に形成しても良い。
【０１５５】
図１５は、固浸レンズ４６Ａの変形例の構成を示す（ａ）底面図、（ｂ）XI−XI矢印断面図、及び（ｃ）XII−XII矢印断面図である。この固浸レンズ４６Ｂでは、試料に対する取付面となる底面３において、ｙ軸から＋ｘ方向及び−ｘ方向のそれぞれにＬ以上離れた部分に突出部８０が設けられている。具体的には、底面３において、ｘ≦−Ｌ、ｘ≧Ｌを満たす部分に、それぞれ突出部８０が形成されている。このように突出部は、リング形状をしていなくても良い。このような構成においても、突出部８０による試料に対する底面３の接触パターンは、中心軸Ａｘに対して軸対称である。なお、突出部の断面形状等については、図１４と同様である。
【０１５６】
図１６は、本発明による固浸レンズの第８実施形態の構成を示す（ａ）底面図、及び（ｂ）XIII−XIII矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ４７の構成は、第１の実施形態の固浸レンズ１Ａと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。
【０１５７】
固浸レンズ４７においては、試料に対する取付面となる底面３が、突出部を有して構成されている。すなわち、図１６に示した構成では、下方へと突出する突出部８１が、底面３の全面にわたって２次元に配列されて設けられている。また、突出部８１の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となるように形成されている。また、本構成において、底面３のうちで突出部８１を除く部分は凹部８２、８３となっている。この凹部８２、８３は、突出部８１と同様に、凹部８２、８３の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Ａｘに対して軸対称となっている。
【０１５８】
具体的には、底面３上での凹部８２は、図１６（ａ）に示すように、ｘ軸方向、ｙ軸方向を配列方向とし、ｘ軸方向、ｙ軸方向についてそれぞれ一定の配列間隔ｄｘ、ｄｙで２次元マトリクス状に配列されている。図１６（ａ）に示す構成例では、ｙ軸方向に７列、ｙ軸の負の側から１列目に４個、２列目に６個、３列目に８個、中心列である４列目に８個、５列目に８個、６列目に６個、７列目に４個で、合計４４個の凹部８２が設けられている。これらの凹部８２のそれぞれは、半径ｒの円形状に形成されている。また、ｘ軸方向、及びｙ軸方向に隣り合う凹部８２の間には、それらを連通させる溝状の凹部８３が形成されている。
【０１５９】
このような構成では、４４個の凹部８２のうち、中心軸Ａｘを挟んで反対側に位置する２個の凹部からそれぞれ軸対称な組が構成されており、２２個の軸対称な凹部の組によって、突出部及び凹部ともに全体として中心軸Ａｘに対して軸対称な突出部８１の設置パターンが構成されている。
【０１６０】
本実施形態による固浸レンズ４７の効果について説明する。
【０１６１】
固浸レンズ４７は、凹部８２が設けられた突出部８１を有し、この突出部８１において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、底面３の全面にわたって設けられた突出部８１を介して固浸レンズ４７を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、凹部８２を全面に渡って設けているため、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ４７と試料とを分離するのに要する力が平凸レンズに比べ弱くてすむため、固浸レンズ４７等を破損するおそれがなく、固浸レンズ４７について繰り返しの使用も可能となる。
【０１６２】
また、固浸レンズ４７を、第１実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ４７は突出部８１で半導体デバイスと接触し、突出部８１には凹部８２が２次元マトリクス状に全面に渡って設けられている。このため、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができ、固浸レンズ４７を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。また、凹部８２を連通させる溝状の凹部８３は、光学密着液排出溝として機能する。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。
【０１６３】
また、上記実施形態では、底面３において、平面である突出部８１に凹部８２を形成するようにして固浸レンズ４７を製造することができるため、製造が容易となる。また、突出部が全面に渡って一様に設けられるため、優れた操作性を得ることができる。さらに、このような構成においては、凹部の数、形状等によって、開口数ＮＡや光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部及び突出部の現れる部分の具体的な形状や配列構成については、様々な構成を用いてよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６４】
本発明は、所望の開口数で光束を通すことができ、かつ、観察対象の試料に光学的に結合させる際の位置制御が容易な固浸レンズとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】第１実施形態に係る固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）側面図である。
【図２】突出部の具体的な突出構造を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの底面図である。
【図５】第１の実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図７】本実施形態に係る固浸レンズを有する半導体検査装置のブロック構成図である。
【図８】第２実施形態に係る固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図９】第３実施形態に係る固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る固浸レンズに溶媒を風で送る様子を示す図である。
【図１２】第５実施形態に係る固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図１３】第６実施形態に係る固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図１４】第７実施形態に係る固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図１５】第７実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図、（ｃ）断面図である。
【図１６】第８実施形態に係る固浸レンズの（ａ）底面図、（ｂ）断面図である。
【図１７】固浸レンズの底面の曲率半径と、観察対象物とを密着させる際に必要な圧力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１６６】
１Ａ〜１Ｅ、４１、４２〜４５、４６Ａ、４６Ｂ、４７…固浸レンズ、２…固浸レンズの上面、３…固浸レンズの底面、４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｆ、７ａ、７ｂ、８ａ〜８ｃ、７１、７２、７３、７４ａ、７４ｂ、７６、７８、８０、８１…突出部、６…試料、６ａ…試料の上面、６ｂ…試料の下面、１３…画像取得部、１４…光学系、１５…ステージ、１６…検査部、１８…ステージ、２０…対物レンズ、３０…固浸レンズ駆動部、５１…観察制御部、５２…ステージ制御部、５３…固浸レンズ制御部、６１…画像解析部、６２…指示部、７５ａ、７５ｂ、７９、８３…溝、８２…凹部、９０…溶媒、Ｏ…球心、Ａｘ…固浸レンズの中心軸、Ａ…観察部、Ｂ…制御部、Ｄ…解析部、Ｆ…圧力、ｌ１〜ｌ４…光、Ｐ…観察位置、Ｓ…半導体デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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