固浸透鏡及利用該透鏡的試料觀察方法
2023-05-28 04:00:26
專利名稱：固浸透鏡及利用該透鏡的試料觀察方法
技術領域：
本發明涉及利用固浸透鏡觀察試料的觀察方法及固浸透鏡。
背景技術：
固浸透鏡(SILSolid Immersion Lens)作為對來自成為觀察對象的試料的光像進行擴大的透鏡已被公知。SIL是半球形狀或被稱為維爾斯特拉斯(Weierstras)球的超半球形狀的透鏡。將該SIL設置成粘附在試料表面時，可以擴大試料觀察的開口數NA和倍率，可以進行高空間分解能力的觀察(參照特公平7-18806號公報、和特開2002-189000號公報)。
發明內容
關於SIL，被認為在上述的半球形狀或超半球形狀的構造，以及被設定成與其對應的試料觀察面上，獲得不產生球面像差和慧形像差的消球差的成像。但是，該SIL的構造和使用條件，不會產生像差的位置都只是1點，因此，SIL的用途限制於光傳感器等。
即，上述SIL所使用試料觀察面，當以較寬範圍觀察試料時，像面特性不好。因此，當使用SIL觀察試料的像時，存在所獲得的像其周邊部的分解能力比中央部低，像面彎曲的影響在周邊或中心附近不能發現，可以用來觀察的視野受到限制等問題。
本發明用來解決上述的問題，其目的是提供利用固浸透鏡可以良好地觀察試料的像的試料觀察方法，和固浸透鏡。
為了達到上述目的，本發明的利用固浸透鏡的試料觀察方法，其特徵在於，利用由折射率nL的材質形成的具有曲率半徑RL的球面狀的光學面的固浸透鏡，通過將固浸透鏡產生的幾何學像差特性設定成為可以滿足規定條件的係數k(0＜k＜1)，以包含沿光軸距離光學面的球心僅為k×(RL/nL)的下遊側的點且與光軸大致垂直的面，作為試料觀察面，使用固浸透鏡進行試料的觀察。
在上述的試料觀察方法，不使用以包含球心的面作為試料觀察面的半球形狀的構造，或以包含沿光軸距離球心僅為RL/nL的下遊側的點的面作為試料觀察面的超半球形狀的構造，通過評價由固浸透鏡所產生的幾何學像差特性，來設定係數k。另外，以包含由該係數k決定的點的面作為試料觀察面，進行試料的觀察。利用此種方式能夠使觀察可用的視野擴大，使用固浸透鏡可以良好地觀察試料的像。
此處，由固浸透鏡產生的幾何學像差特性的評價，最好是使用以固浸透鏡的後側焦點面作為瞳面的假想光學系，來評價幾何學像差特性，根據其評價結果設定係數k。利用此種方式，使瞳面成為固浸透鏡的後側焦點面，可以成為物方遠心，也可以做成遵照利用雷射掃描儀等的反射光觀察的實際情況的形狀。在組合使用實際的顯微鏡時，顯微鏡的物鏡的瞳位置不具有作為瞳的功能，包含固浸透鏡的光學系的瞳成為固浸透鏡的後側焦點位置。
另外，最好利用弧矢像面、子午像面、或弧矢像面與子午像面的平均像面，來評價由固浸透鏡產生的幾何學像差特性，根據其評價結果設定係數k。利用此種方式，可以良好地設定由固浸透鏡在試料觀察面產生的幾何學像差特性。
另外，在上述的試料觀察方法中，可以使固浸透鏡沿光軸的厚度為dL＝RL+k×(RL/nL)，優選試料觀察面與試料側的固浸透鏡的透鏡面一致。或，也可以使固浸透鏡沿光軸的厚度為dL＜RL+k×(RL/nL)，試料觀察面為當試料的折射率與固浸透鏡的折射率nL相等時的假想觀察面，並當試料的折射率為nS，到實際觀察面的試料的厚度為tS時，固浸透鏡的厚度，對從頂點至該假想觀察面的沿光軸的距離L＝RL+k×(RL/nL)，可以滿足dL＝L-tS×(nL/nS)。
另外，本發明的固浸透鏡其特徵在於，由折射率nL的材質形成為具有曲率半徑RL的球面狀的光學面，當成為觀察對象的試料的折射率等於固浸透鏡的折射率nL時，從頂點至假想觀察面的沿光軸的距離，利用將幾何學像差特性設定為可以滿足規定條件的係數k(0＜k＜1)，成為L＝RL+k×(RL/nL)，並且使試料的折射率為nS，至實際的觀察面的試料的厚度為tS時，沿光軸的厚度可以滿足為dL＝L-tS×(nL/nS)。
上述的固浸透鏡，使用通過評價固浸透鏡產生的幾何學像差特性所設定的係數k，並且考慮成為觀察對象的基板等的試料的折射率nS和厚度tS從而設定透鏡的形狀。利用此種方式，可以使上述觀察可用的視野擴大，可以良好地觀察試料的所希望的觀察部位。
關於上述的試料觀察方法和固浸透鏡，最好使係數k為0.5＜k＜0.7範圍內的值。這時，以固浸透鏡的像面特性實質上變為平坦(flat)的條件的觀察成為可能。
或者，最好使係數k為0＜k≤0.5範圍內的值。這時，以固浸透鏡所產生的色像差、球面像差實質上被減小的條件的觀察成為可能。
圖1表示現有的固浸透鏡的構造和使用條件的一實施例的圖。
圖2表示現有的固浸透鏡的構造和使用條件的另一實施例的圖。
圖3表示本發明的試料觀察方法中所使用的固浸透鏡的構造和使用條件的圖。
圖4表示用於評價圖3所示的固浸透鏡所產生的幾何學像差特性和色像差特性的假想光學系的圖。
圖5表示使用圖4所示的假想光學系進行評價的固浸透鏡的特性的曲線圖。
圖6表示本發明的試料觀察方法中所使用的固浸透鏡的構造和使用條件的另一實施例的圖。
圖7表示本發明的固浸透鏡和試料觀察方法的另一實施例的圖。
圖8表示試料的厚度與SIL的厚度的相關性的一例的曲線圖。
圖9A和圖9B表示(A)係數k較小時的光的聚焦，和(B)係數k較大時的光的聚焦的側面圖。
圖10表示SIL的係數k的值與物鏡所需要的開口數NA的相關性的一例的曲線圖。
圖11表示SIL+試料的厚度與SIL的光軸上的到達NA的相關性的一例的曲線圖。
圖12表示物鏡的構造的側面截面圖。
具體實施例方式
下面結合圖面，詳細說明本發明的固浸透鏡及利用該透鏡的試料觀察方法的優選實施例。另外，在圖面的說明中相同的組件使用相同的符號，省略重複說明。另外，圖面的尺寸比率與所說明的不一定一致。
首先，說明利用本發明的固浸透鏡(SIL)的試料觀察方法的概略，以及現有所使用的SIL的構造和使用條件。
圖1表示現有的SIL的構造及使用條件的一例的圖。圖1所示的SIL 8是具有折射率n、曲率半徑R的半球形狀的透鏡。該SIL 8中使球心成為焦點，將包含該球心的面設定為試料觀察面80。另外，試料觀察的開口數NA和倍率均成為n倍。在該構造中，當考慮到SIL 8的像面特性時，如圖1所示，依照離開焦點的距離使像面只在下遊側，產生像面彎曲。
圖2表示現有的SIL的構造和使用條件的另一例的圖。圖2所示的SIL9是具有折射率n、曲率半徑R的超半球形狀的透鏡。該SIL 9中，使沿光軸距離球心僅為R/n的下遊側的點成為焦點，將包含該點的面設定為試料觀察面90。另外，試料觀察的開口數NA和倍率均成為n2。該構造中，當考慮到SIL 9的像面特性時，如圖2所示，依照離開焦點的距離使像面只在上遊側，產生與圖1相反方向的像面彎曲。
本發明人詳細的研討了利用SIL的試料觀察，發生如此的像面彎曲，其結果發現在上述的構造中，在成為焦點的球心，和沿光軸距離球心僅為R/n的下遊側的點之間，倍率在n倍和n2倍之間進行變化，和該像面彎曲也在圖1和圖2所示的相反方向的像面彎曲之間進行變化。本發明的利用SIL的試料觀察方法根據此見解，以適合於成像的構造和使用條件進行利用SIL的試料的像的觀察。
圖3表示本發明的試料觀察方法和使用該方法的固浸透鏡的一實施例的構造和使用條件的圖。在本試料觀察方法中，對於成為觀察對象的試料2，使用由折射率nL的材質所形成的SIL 1，作為使來自試料2的光像擴大的透鏡。該SIL 1形成以軸Ax作為光軸，以點C為球心的曲率半徑RL的球面狀的光學面10作為透鏡面。
在使用該SIL 1的試料觀察中，以沿光軸Ax距離球面狀的透鏡面10的球心C僅為k×(RL/nL)的下遊側的點作為焦點。另外，以包含該焦點的與光軸Ax大致垂直的面20作為試料觀察面，使用SIL 1進行試料的觀察。
在此處，決定SIL 1的焦點和試料觀察面20距離球心C的位置的係數k，被設定在0＜k＜1的範圍內。因此，該焦點的位置為球心C與沿光軸距離球心C僅為RL/nL的下遊側的點之間的位置。特別是該係數k被設定為使SIL 1產生的幾何學像差特性滿足規定的條件。
即，如上述方式，關於在球心C，與沿光軸Ax距離球心C僅為RL/nL的下遊側的點之間，使倍率和像面彎曲順序變化。對於該特性的變化，評價由SIL 1產生的幾何學像差特性和其變化等，根據其評價結果設定適當的係數k，和選擇對應此k值的焦點。另外，以包含該係數k所決定的點的面作為試料觀察面20，用來進行試料2的像的觀察。這時，可以在使像面彎曲變小和充分抑制像差的劣化的條件下使用SIL1。利用該方式，能夠使觀察可用的視野擴大，使用SIL 1進行良好地觀察試料2的像。
另外，在圖3所示的實施例中，依照係數k所決定的試料觀察面20，與在試料2側的SIL 1的平面狀的透鏡面一致。另外，這時從SIL1的頂點到試料2側的透鏡面的距離，即SIL 1的沿光軸Ax的厚度為dL＝RL+k×(RL/nL)。
下面，利用圖4和圖5具體說明使用SIL 1的試料的像的觀察時的像差和像面特性的評價方法，及SIL 1的優選構造、使用條件等。圖4表示用於評價圖3所示的由SIL產生的幾何學像差特性和色像差特性的假想光學系。另外，圖5表示使用圖4所示的假想光學系進行評價的SIL的特性。
此處，在圖4中，n表示折射率，s表示從物體面到主平面的距離，h表示光線的高度。另外，上加橫線表示與主光線有關的量。但是，在本說明書中，例如在「h1」上附加橫線的表示為「h-1」。
首先，說明評價由SIL產生的像面特性的假想光學系。此處，如圖4所示，SIL 1的材質假定為矽(Si)，使其折射率為n3＝nL＝3.5。另外，對於折射率n3的SIL 1的內部以外的區域，使折射率為n1＝n2＝1。另外，對於以球心C作為中心的形成為球面狀的透鏡面10，使其曲率半徑為r2＝RL＝1。
對於該SIL 1，為評價其像差和像面特性，導入以SIL 1的後側焦點面作為瞳面的假想光學系。具體地如圖4所示，導入無像差的假想物鏡3，將其配置在SIL 1的後側焦點F上。利用s1＝r2/(n3-n2)求得SIL 1的透鏡面10的面頂與後側焦點F之間的距離s1，在n3＝3.5的上述例中，為s1＝0.4×RL＝0.4。
另外，使該無像差的假想物鏡3的焦點距離為fi，前側焦點位置為F′。SIL 1的厚度s2′為從假想物鏡3以u1＝0，h1發出的光，被透鏡面10成像的焦點位置，到透鏡面10的面頂的距離。通過使用導入該假想物鏡3的假想光學系進行SIL 1的評價，由此使光學系全體的射入瞳被設定在距離透鏡面10僅為s1＝0.4×RL的位置的假想物鏡3上。如此通過設定射入瞳等，在SIL 1的內部形成遠心，可以形成如利用雷射掃描儀觀察反射光的實際觀察系統的形式。由此可以適當評價由SIL 1產生的像差和像面特性。
圖4中配合由上述SIL 1和假想物鏡3構成的光學系的構造，表示有2條光線l1、l2。其中，光線l1對於光軸Ax形成的角度為u1＝0，光線的高度對於假想物鏡3為h1，對於SIL 1的透鏡面10為h2，在假想物鏡3的上遊側為與光軸Ax平行的光線。另外，該光線l1在與試料觀察面20相當的面S′上通過光軸Ax上的點。另外，關於光線l1，在SIL1不存在時以虛線所示的光線，在假想物鏡3的焦點面S上，通過光軸Ax上的點F′。
另外，光線l2對於光軸Ax形成的角度為u-1，光線的高度對於假想物鏡3為h-1＝0，對於SIL 1的透鏡面10為h-2、在透鏡面10的下遊側為與光軸Ax平行的光線。另外，光線l2在假想物鏡3上通過光軸Ax上的點F，在試料觀察面S′上，與光軸Ax的距離為Y′。另外，對於光線l2，在SIL 1不存在時以虛線所示的光線，在焦點面S上與光軸Ax的距離為Y。
另外，從SIL 1的透鏡面10的面頂到焦點面S的距離為s2，至試料觀察面S′的距離，即SIL 1的厚度為s2′＝dL。在具有上述構造和條件的圖4的假想光學系中，用SIL 1的厚度dL表示SIL 1的球面像差係數I、慧形像差係數II、非點像差係數III、珀茲伐(petzval)和P、弧矢像面的彎曲III+P、以及子午像面的彎曲3III+P的各個像差係數時，分別用下列的各式(1)～(6)求得。
I＝h24·Q22·Δ(1/nLs)2＝(dL/1.4)4·{4.9(dL-1)/dL)2·(3.5-4.5/dL)＝6.25(dL-1)2(3.5dL-4.5)dL(1)II＝J2·I＝2.5(dL-1)(3.5dL-4.5)dL(2)III＝J2·II＝(3.5dL-4.5)dL(3)P＝p＝(1/n2-1/n3)/r2＝1 (4)III+P＝1+(3.5dL-4.5)dL(5)3III+P＝1+3(3.5dL-4.5)dL(6)此處，Q2是阿貝(Abbe)的不變量。另外，Q2和J2用下式表示。
Q2＝n2(1/r2-1/s2)＝4.9(dL-1)/dLJ2=Q2h2/Q2h2]]>另外，珀茲伐(Petzval)像面、弧矢像面、以及子午像面的曲率(實尺寸)分別為如下所示。
-P/fi＝-0.7143(l/mm)＝一定…珀茲伐像面-{1+(3.5dL-4.5)dL)/1.4(l/mm)…弧矢像面-{1+3(3.5dL-4.5)dL)/1.4(l/mm)…子午像面圖5中表示利用上述式分別求得的球面像差係數I、慧形像差係數II、非點像差系III、弧矢像面的彎曲III+P、以及子午像面的彎曲3III+P的各個像差係數，和弧矢像面與子午像面的平均像面的圖形。在該圖形中，橫軸表示SIL的厚度s2′＝dL，縱軸表示各個像差係數的值。另外，該橫軸所示的厚度dL，和圖3所示的係數k，利用圖4的RL＝1，具有k＝nL，×(dL-1)＝3.5×(dL-1)的關係。
由圖5所示的各個圖形，在以包含球心的面作為試料觀察面的時(參照圖1)所對應的dL＝RL＝1的點，以及以包含沿光軸距離球心僅RL/nL的下遊側的點的面作為試料觀察面時(參照圖2)所對應的dL＝RL+RL/nL＝1.286的點上，分別使球面像差係數I和慧形像差係數II均為零，滿足消球差條件。但是，在這些點上會產生上述像面彎曲。另外，在dL＝1的點上，弧矢像面的彎曲III+P也為零。另外，在dL＝1.286的點上，非點像差係數III也為零。
相對於此，以弧矢像面與子午像面的平均像面來看時，在dL＝RL+k(RL/nL)＝1.163×RL＝1.163的點上，像面成為平坦。也即，成為以平坦的像面取得寬廣視野的條件，要滿足平均像面成為垂直光軸的平面的條件時，可以使像面的彎曲成為III+P＝-(3III+P)。利用此種條件，可以以上述的各式獲得dL＝1.163。另外，在這時求得對試料觀察面設定的係數k為大約0.6(k＝0.57)。在使用以如此求得的係數k的構造和使用條件下，利用SIL 1進行試料觀察，可以以寬廣的視野取得良好的試料的像。
另外，在SIL的外側，當以成為遠心的通常的射入瞳位置的條件進行計算時，平均像面變為平坦是在SIL的厚度為1.274×RL的點，成為與上述結果完全不同的計算結果。
本發明的固浸透鏡和使用其的試料觀察方法並不只限於上述的實施例，而是可以有各種變化的。例如，在上述的實施例中SIL的材質是以矽為例，但是除了矽外，也可以依照所適用的試料的材質或觀察條件等，使用各種材質。
另外，在上述的實施例中，是使SIL的折射率為3.5的一定的值。這是對應單一波長的試料觀察的情況，或由波長造成的折射率變化可忽視的情況。因此，如上述使k在0.6左右的條件可以有效的使用在利用單一波長的光對試料進行觀察、檢查等的情況。
相對於此，例如在以750nm～1050nm的波長幅度進行觀察的情況等，在觀察的波長寬度較寬的發光觀察等，在由矽構成的SIL通過使k為0.3左右，使色像差和其它的像差達到平衡。依照此種方式，假如需要時，最好考慮進行觀察的波長寬度，用來進行像面特性的評價和係數k的設定等。
另外，關於係數k，在上述的實施例中是利用平均像面成為平坦的點，設定係數k。利用此種方式可以良好地設定由SIL產生的試料觀察面的像面特性。但是對於該係數k的設定，也可以使用在平均像面成為平坦的點的附近，以規定的條件範圍內的點進行設定的方法。或，也可以不是平均像面，而是使用弧矢像面或子午像面成為平坦的點，用來設定係數k。
另外，關於SIL對試料的設置方法，所示的構成是在圖3中使試料2的表面成為試料觀察面20，但並不只限於此種構成。圖6表示本發明的試料觀察方法所使用的固浸透鏡的構造和使用條件的另一實施例。在該實施例中，對於成為試料的矽基板2，也可以使用同為矽構成的SIL 1，並使基板2的背面成為試料觀察面20。
在此種構造中，矽基板2的指定部份具有作為SIL 1的下遊側部分的功能，與以表面作為試料觀察面20的情況同樣，可以觀察試料的像。此種觀察方法例如可以適用在利用背面觀察來檢查半導體裝置的情況。
下面更進一步地說明本發明的固浸透鏡及使用其的試料觀察方法。
圖7表示本發明的固浸透鏡及試料觀察方法的另一實施例。在本試料觀察方法中，對於成為觀察對象的試料7(例如半導體裝置)，使用由折射率nL的材質形成的SIL 6，作為用以擴大來自試料7的光像的透鏡。該SIL 6形成以軸Ax作為光軸，以點C為球心的曲率半徑RL的球面狀的光學面60作為透鏡面。另外，在本實施例中，係數k的設定與圖3的實施例相同。
圖7，在試料7中以與其SIL 6相反側的面作為觀察面71(例如半導體裝置的裝置面)。另外，對於該試料7，SIL 6被配置成在其試料7側使平面狀的透鏡面粘附在試料7的背面72上。此時，試料7的折射率為nS，試料7的厚度為tS。該厚度tS是從背面72到SIL 6的作為實際觀察面的觀察面71的沿光軸Ax的試料7的厚度。
在此種構造中，因為使焦點對準在試料7的觀察面71上，所以SIL6的沿光軸Ax的厚度為dL＜RL+k×(RL/nL)。另外，有關於圖3所示，包含沿光軸Ax距離透鏡面60的球心C僅為k×(RL/nL)的下遊側的點且與光軸Ax大致垂直的試料觀察面70(0＜k＜1)，成為試料7的折射率等SIL 6的折射率nL時的假想的觀察面(從SIL 6的透鏡形狀求得的向上看的觀察面)。
在此處，從SIL 6的頂點到假想的觀察面70的沿光軸Ax的距離為圖7所示的L＝RL+k×(RL/nL)。該距離L對應利用SIL 6的透鏡面60的形狀求得的焦點距離。另外，這時SIL 6的厚度被設定為可以滿足dL＝L-tS×(nL/nS)。另外，在圖7，以實線表示通過SIL 6和試料7朝向實際的觀察面71聚焦的光路。另外，以虛線表示試料7的折射率和SIL6相等時的朝向假想觀察面70聚焦的光路。
在本實施例的使厚度為dL＝L-tS×(nL/nS)的SIL 6及利用其的試料觀察方法中，使用通過評價SIL 6產生的幾何學像差特性所設定的係數k，並考慮成為觀察對象的試料7的折射率nS和厚度tS，來設定SIL 6的透鏡形狀。利用此種方式可以使上述的觀察可用的視野擴大，而且可以良好地觀察試料7的所希望的觀察部位。在此處對於係數k的選擇與圖3所示的實施例相同。另外，對於厚度tS，在圖7中因為以試料7的與SIL 6相反側的面作為觀察面71，所以試料7的厚度tS可以直接使用，但是當觀察面被設定在試料7的內部時，也可以使至該觀察面的試料的厚度為tS。
圖8表示試料的厚度與SIL的厚度的相關性的一實施例的曲線圖。在該圖中，橫軸表示試料7的厚度tS(mm)、縱軸表示SIL 6的厚度dL(mm)。在該圖形中，SIL 6的折射率為nL＝3.1(材質GaP)、試料7的折射率為nS＝3.5(材質Si)、SIL 6的曲率半徑為RL＝0.5mm。另外，圖形A1表示係數k＝0.80、A2表示k＝0.60、A3表示k＝0.40、A4表示k＝0.20時的相關性。SIL 6的厚度dL對應各種材質或係數k的值等，被設定為如圖8的圖形所示的例子。
其次，檢測上述的固浸透鏡和試料觀察方法的係數k的設定。一般在使觀察的視野擴大等的情況，係數k，如上述的k＝0.6的例所示，優選為0.5＜k＜0.7的範圍內的值。這時，可以以固浸透鏡產生的像面特性實質上成為平坦的條件進行觀察。例如，在使用來自單色雷射的雷射進行觀察時，色像差不會有問題，可以以使視野擴大的方式設定係數k。
另一方面，在必需考慮固浸透鏡的球面像差或色像差時，係數k，如上述的k＝0.3的例子，優選為0＜k≤0.5的範圍內的值。這時，可以以固浸透鏡產生的球面像差、色像差實際被減小的條件進行觀察。對於此種係數k的較佳範圍，在圖3所示的構造和圖7所示的構造。
在此處，圖9A和圖9B表示(A)係數k較小時的光的聚焦，以及(B)係數k較大時的光的聚焦的側面圖。如該圖9A和圖9B所示，在將係數k設定為較小時，例如在將k設定在該0＜k≤0.5的範圍內的時，當與係數k較大的情況相比，從SIL看的光的光路變寬。在此種情況下，組合到SIL的物鏡，優選開口數NA較大的。
圖10表示SIL的係數k的值與物鏡所需要的開口數NA的相關性的一例的曲線圖。在該圖中，橫軸表示以SIL設定的係數k，縱軸表示物鏡的開口數NA。在該圖中，SIL的折射率為nL＝3.5(材質Si)。另外，圖形B 1表示使SIL的光軸上的到達NA為3.0時的物鏡必要的NA、B2表示使SIL的光軸上的到達NA為2.5時的物鏡必要的NA。另外，在該圖中，使與係數k的值對應的SIL的倍率，配合圖B6進行表示。
如該圖B1、B2所示，當使SIL的到達NA變大時，物鏡的必要NA也隨著變大。另外，在SIL的到達NA為一定時，如有關圖9A和圖9B的上述說明，當係數k的值變小時，物鏡所需要的NA就變大。因此，在設定SIL的係數k的值時，需要考慮到與物鏡的組合。
另外，圖11表示SIL+試料的厚度與SIL的光軸上的到達NA的相關性的一例的曲線圖。在該圖中，橫軸表示SIL+試料(Si基板)的從SIL的頂點的厚度(mm)，縱軸表示SIL的光軸上的到達NA。在該圖中，SIL的曲率半徑為RL＝0.5mm，物鏡的NA為0.76。另外，圖C1表示使SIL的材質為Si時的到達NA，C2表示使SIL的材質為GaP時的到達NA。如此，在物鏡的NA為一定時，隨著SIL+試料的厚度的變大，使到達NA變大。
實際上，SIL和物鏡的NA可以依照具體的構造適當選擇，但是例如使SIL的到達NA為2.5～3.0左右，使物鏡的NA為0.76左右。另外，物鏡可以使用通常的物鏡，其倍率例如為50倍左右。
另外，當將k設定在上述的0＜k≤0.5的範圍內，使色像差減小時，優選構建成在物鏡側可以校正其幾何學像差特性。該物鏡有用圖12的側面剖面圖所示的構造的物鏡。該物鏡5的透鏡群由沿光軸配置的第一透鏡群51和第二透鏡群52的2個透鏡群構成。利用被設置在物鏡5的外周部的校正環(圖中未顯示)的旋轉，可以變化該透鏡群51、52的間隔u。通過使用此種構造的物鏡5，可以在物鏡5側校正幾何學像差特性(例如球面像差)。
另外，在與SIL的組合使用此種具有校正環的物鏡時，優選將係數k設定在SIL的球面像差可以利用物鏡的校正環校正的範圍。例如在圖12的構造的物鏡中，使SIL的折射率為nL＝3.1，曲率半徑為RL＝0.5mm，試料的折射率為nS＝3.5時，試料的厚度假如為tS＝0.03mm左右，可以以0＜k＜0.4左右的條件利用校正環校正球面像差，假如為tS＝0.15mm左右，可以以0＜k＜0.2左右的條件進行校正。
另外，也可以將係數k設定在0.7≤k＜1的範圍內。在此種情況，可以與低NA的物鏡組合。但是，因為在通常的物鏡會產生大的色像差，所以在單色雷射以外的用途，需要使用專門設計的物鏡。
產業上的可利用性本發明的固浸透鏡(SIL)和使用其的試料觀察方法是使用固浸透鏡可以良好觀察試料的試料觀察方法，和可以作為固浸透鏡而利用。即，將係數k(0＜k＜1)設定為可以滿足評價固浸透鏡所產生的幾何學像差特性的規定條件，以包含沿光軸距離固浸透鏡的球面狀的光學面的球心僅為k×(RL/nL)的下遊側的點且與光軸大致垂直的面，作為試料觀察面的固浸透鏡和觀察方法時，可以使觀察可用的視野擴大，可以使用固浸透鏡良好地觀察試料的像。另外，在考慮到試料的折射率nS和厚度tS的設定透鏡形狀時，可以良好地觀察試料的所希望的觀察部位。
權利要求
1.一種試料觀察方法，其特徵在於，利用由折射率nL的材質形成的具有曲率半徑RL的球面狀的光學面的固浸透鏡，設定係數k(0＜k＜1)使由所述固浸透鏡產生的幾何學像差特性滿足規定的條件，由此將包含沿光軸距離所述光學面的球心僅為k×(RL/nL)的下遊側的點並與所述光軸大致垂直的面，作為試料觀察面，使用所述固浸透鏡進行試料的觀察。
2.如權利要求1所述的試料觀察方法，其特徵在於，所述固浸透鏡，沿所述光軸的厚度為dL＝RL+k×(RL/nL)，所述試料觀察面與所述試料側的所述固浸透鏡的透鏡面一致。
3.如權利要求1所述的試料觀察方法，其特徵在於，所述固浸透鏡，沿所述光軸的厚度為dL＜RL+k×(RL/nL)，所述試料觀察面是當所述試料的折射率與所述固浸透鏡的折射率nL相等時的假想觀察面，當所述試料的折射率為nS，到實際的觀察面的所述試料的厚度為tS時，所述固浸透鏡的厚度，相對於從頂點到所述假想觀察面的沿光軸的距離L＝RL+k×(RL/nL)，滿足dL＝L-tS×(nL/nS)。
4.如權利要求1～3的任一項所述的試料觀察方法，其特徵在於，利用將所述固浸透鏡的後側焦點面作為瞳面的假想光學系，評價所述幾何學像差特性，根據其評價結果設定所述係數k。
5.如權利要求1～4的任一項所述的試料觀察方法，其特徵在於，利用弧矢像面、子午像面、或弧矢像面與子午像面的平均像面，對所述固浸透鏡所產生的所述幾何學像差特性進行評價，根據其評價結果設定所述係數k。
6.如權利要求1～5的任一項所述的試料觀察方法，其特徵在於，所述係數k是0.5＜k＜0.7的範圍內的值。
7.如權利要求1～5的任一項所述的試料觀察方法，其特徵在於，所述係數k是0＜k≤0.5的範圍內的值。
8.一種固浸透鏡，其特徵在於，由折射率nL的材質形成具有曲率半徑RL的球面狀的光學面，當作為觀察對象的試料的折射率等於折射率nL時，從頂點到假想觀察面的沿光軸的距離，利用使幾何學像差特性滿足規定條件而設定的係數k(0＜k＜1)，成為L＝RL+k×(RL/nL)，當所述試料的折射率為nS，到實際的觀察面的所述試料的厚度為tS時，沿所述光軸的厚度滿足dL＝L-tS×(nL/nS)。
9.如權利要求8所述的固浸透鏡，其特徵在於，所述係數k是0.5＜k＜0.7的範圍內的值。
10.如權利要求8所述的固浸透鏡，其特徵在於，所述係數k是0＜k≤0.5的範圍內的值。
全文摘要
使用由折射率n
文檔編號G02B21/02GK1761902SQ20048000755
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月19日 優先權日2003年3月20日
發明者荒田育男, 寺田浩敏 申請人:浜松光子學株式會社