CN100345021C - 显微镜以及试样观察方法 - Google Patents

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Abstract

相对于作为观察对象的试样的半导体装置(S)而设置有进行半导体装置(S)的观察用的图像取得部(1)和含有物镜(20)的光学系统(2)。此外，扩大半导体装置(S)的图像用的固体浸没透镜SIL(3)被设置成能够在插入位置和偏离光轴的待机位置之间移动，其中，该插入位置被设置成包含从半导体装置(S)朝向物镜(20)的光轴，并且与半导体装置(S)的表面密接。然后，当插入SIL(3)时，取得含有来自SIL(3)的反射光的图像，并通过SIL驱动部(30)参照该图像来调整SIL(3)的插入位置。通过这样而能够实现在半导体装置的微细构造解析等方面易于进行必要的试样观察的半导体检查装置(显微镜)和半导体检查方法(试样观察方法)。

Description

显微镜以及试样观察方法
技术领域
本发明涉以及用于观察半导体装置等试样的显微镜以及试样观察方法。
背景技术
在半导体检查时所使用的方法是以半导体装置作为试样，利用显微镜等来观察，以此来进行半导体装置的故障解析和可靠性评估等。作为半导体检查装置，公知的有放射显微镜或者IR-OBIRCH装置等(参照日本专利特开平7-190946号公报、日本专利特公平7-18806号公报)。但是，近年来，随着作为检查对象的半导体装置的微细化，在使用可视光或者红外光的现有技术的检查装置中，由于受到光学系统的衍射限度的限制，而变得难以进行微细构造的解析。
因此，当对这种半导体装置的微细构造进行解析，来检测发生在形成于半导体装置中的晶体管或者配线等的电路图案的异常位置的情况时，所使用的方法是：首先，通过使用可视光或者红外光的检查装置，将异常位置的存在范围收缩至某种程度。然后，通过使用更高分解能力的电子显微镜等的观察装置对该收缩范围进行观察，以此来检测半导体装置的异常位置。
发明内容
如上述的方式，对于在进行了使用光的检查后、以电子显微镜进行高分解能力的观察的方法中，由于要准备作为检查对象的半导体装置，并且设置复杂等的理由，而存在半导体装置的检查需要大量劳力和时间的问题。
另一方面，作为用于扩大观察对象图像的透镜，公知的有固体浸没透镜(SIL：Solid Immersion Lens)。SIL是一种半球形状或者被称之为维尔斯特拉斯(weierstrass)球的超半球形状的透镜。若该SIL设置成密接在观察对象的表面，则开口率NA和倍率能够同时扩大，从而能够进行高空间分解能的观察。但是，SIL是大小为1mm程度的小型透镜元件。因此，在半导体装置的检查时，由于难以进行其操作或者观察控制等，而使得使用SIL的检查变得不实用。这种问题也同样存在于半导体装置以外的试样的观察中。
本发明是为了解决上述问题而制成的，其目的在于提供一种显微镜和试样观察方法，其能够很容易进行半导体装置的微细构造解析等所需要的试样的观察。
为了实现上述目的，本发明的显微镜，是用于观察试样的显微镜，包括：(1)引导试样的图像的光学系统，其包含被来自试样的光所射入的物镜；(2)固体浸没透镜，被设置成能够在包含从试样朝向物镜的光轴的插入位置，和偏离光轴的待机位置之间移动；(3)固体浸没透镜驱动装置，用于在插入位置和待机位置之间驱动固体浸没透镜，并调整固体浸没透镜相对物镜的插入位置；和(4)指示装置，参照含有来自固体浸没透镜的反射光的图像，来指示固体浸没透镜的插入位置的调整。
此外，本发明的试样观察方法用来观察试样，其特征在于，包括：(a)第一图像取得步骤，经由含有物镜的光学系统来取得试样的观察图像，其中，物镜被来自所述试样的光所入射；(b)观察设定步骤，利用观察图像设定试样的观察位置；(c)透镜插入步骤，使固体浸没透镜从偏离光轴的待机位置向着含有光轴的插入位置移动，其中，光轴从试样向着所述物镜；(d)位置调整步骤，取得含有来自固体浸没透镜的反射光的图像，参照该图像来调整固体浸没透镜相对所述物镜的插入位置；和(e)第二图像取得步骤，经由固体浸没透镜和光学系统来取得通过固体浸没透镜而被扩大的试样的观察图像。
在上述显微镜和试样观察方法中，将显微镜构成为可以取得在作为观察对象的半导体装置等的试样和物镜之间没有固体浸没透镜的通常状态的观察图像，和插入有固体浸没透镜的状态的扩大观察图像两者。此外，在插入有固体浸没透镜时，取得包含来自固体浸没透镜的反射光的图像，参照该图像用来调整固体浸没透镜的位置。
根据这种构造，可以经由固体浸没透镜对试样进行高分解力的观察。此外，通过利用插入有固体浸没透镜状态的观察图像进行位置对准，而在试样观察的应用中，可以有效地操作固体浸没透镜。利用上述方式而能够实现很容易进行试样的微细构造等的观察的显微镜和试样观察方法。这里，在显微镜中也可以设置图像取得装置，相对引导试样的光学系统而取得试样的图像。
上述显微镜可以适用于半导体检查装置中，取得半导体装置的图像，来检测其异常位置，其包括：图像取得装置，用来取得成为检查对象的半导体装置的图像；光学系统，包含被射入来自半导体装置的光的物镜，用来将半导体装置的图像引导至图像取得装置；固体浸没透镜，被设置为可以在包含从半导体装置朝向物镜的光轴的插入位置，和偏离光轴的待机位置之间移动；固体浸没透镜驱动装置，在插入位置和待机位置之间驱动固体浸没透镜，同时，调整固体浸没透镜相对物镜的插入位置；和指示装置，参照图像取得装置所取得的含有来自固体浸没透镜的反射光的图像，来指示固体浸没透镜的插入位置的调整。
此外，上述试样观察方法可以适用于半导体检查方法，取得半导体装置的图像，来检测其异常位置，所具备的步骤包括：第一图像取得步骤，经由含有被射入来自半导体装置的光的物镜的光学系统，来取得作为检查对象的半导体装置的观察图像；检查设定步骤，利用观察图像设定该半导体装置的检查位置；透镜插入步骤，使固体浸没透镜从偏离光轴的待机位置向着包含光轴的插入位置移动，其中，光轴从半导体装置向着物镜；位置调整步骤，取得包含来自固体浸没透镜的反射光的图像，参照该图像来调整固体浸没透镜相对物镜的插入位置；和第二像取得步骤，经由固体浸没透镜和光学系统，取得通过固体浸没透镜而被扩大的半导体装置的观察图像。
在上述半导体检查装置和检查方法中，将检查装置构成为可以取得在作为观察对象的半导体装置和物镜之间没有固体浸没透镜的通常状态的观察图像，和插入有固体浸没透镜的状态的扩大观察图像两者。此外，在插入有固体浸没透镜时，取得包含来自固体浸没透镜的反射光的图像，参照该图像来调整固体浸没透镜的位置。
根据这种构造，经由固体浸没透镜可以对半导体装置进行高分解能力的观察。此外，利用插入有固体浸没透镜状态的观察图像进行位置对准，在半导体装置检查的应用中，可以有效地操作固体浸没透镜。利用上述方式而可以实现很容易进行微细构造解析等的半导体装置的检查的半导体检查装置以及检查方法。
上述显微镜优选使指示装置参照包含来自固体浸没透镜的反射光的图像，指示固体浸没透镜的插入位置的调整，使反射光像的重心位置与试样的观察位置一致。同样地，试样观察方法优选在位置调整步骤，参照包含来自固体浸没透镜的反射光的图像，来调整固体浸没透镜的插入位置，使反射光像的重心位置与试样观察位置一致。根据这种方式，利用插入有固体浸没透镜的状态的观察图像，能够可靠地进行位置对准。此外，试样的观察位置在半导体检查装置和检查方法中，成为半导体装置的检查位置。
此外，显微镜也可以使指示装置配合固体浸没透镜的插入位置的调整，来指示物镜和试样之间的距离调整。同样地，试样观察方法还可以包括距离调整步骤，来调整物镜和试样之间的距离。根据这种方式，经由包含物镜的光学系统和固体浸没透镜，而能够取得半导体装置等的试样的扩大观察图像，而成为良好的图像。
附图说明
图1是模式表示半导体检查装置的一个实施方式的构造框图。
图2A和图2B表示的是(A)半球形状以及(B)超半球形状的固体浸没透镜。
图3表示的是使用图1所示的半导体检查装置的半导体检查方法的流程图。
图4表示的是以插入有固体浸没透镜的状态而取得的图像的照片。
图5表示的是半导体检查装置的另一实施方式的构造图。
图6是从侧面表示图5所示半导体检查装置的构造图。
图7A和图7B表示的是相对固体浸没透镜取得的反射光像的反射光图案的实例。
图8A和图8B表示的是相对固体浸没透镜取得的反射光像的反射光图案的实例。
图9A和图9B表示的是相对固体浸没透镜取得的反射光像的反射光图案的实例。
具体实施方式
下面，参照附图的同时对本发明的显微镜以及试样观察方法的优选实施方式进行详细说明。其中，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。此外，附图的尺寸比率不一定与所说明的一致。
首先，对作为本发明显微镜的半导体检查装置的基本构造进行说明。图1是模式表示本发明的半导体检查装置的一个实施方式的构造框图。对于本装置来说，例如以形成有由晶体管或者配线等构成的电路图案的半导体装置S作为观察对象(检查对象)的试样，取得半导体装置S的图像，来检查其异常位置。这里，本发明的显微镜和试样观察方法也适用于一般的观察试样的情况，但是，在以下的说明中，主要对作为适用例的半导体检查装置以及检查方法进行说明。
本实施方式的半导体检查装置包括：观察部A，用来进行半导体装置S的观察；控制部B，用来控制观察部A的各部分的动作；和解析部C，用来进行半导体装置S的检查所必要的处理或者指示等。此外，本检查装置的检查对象、即作为显微镜观察对象的试样的半导体装置S，被装载在设置于观察部A的载物台18上。
观察部A包括设置在暗箱(图未示出)内的图像取得部1、光学系统2、和固体浸没透镜(SIL：Solid Immersion Lens)3。就图像取得部1而言，例如，可以由光检测器或者摄像装置构成，是作为取得半导体装置S用的图像的装置。此外，在图像取得部1和被装载在载物台18上的半导体装置S之间，设置有用于将来自半导体装置S的光所形成的图像引导到图像取得部1的光学系统2。
在光学系2中，在与该半导体装置S相对的指定位置上设置有入射来自半导体装置S的光的物镜20。从半导体装置S射出或者反射等的光，射入到物镜20，经由包含该物镜20的光学系统2，而到达图像取得部1。然后，在图像取得部1，取得检查用的半导体装置S的图像。
图像取得部1和光学系统2以光轴互相一致的状态而构成为一体。此外，相对该图像取得部1和光学系统2而设置有XYZ载物台15。利用这种方式，图像取得部1和光学系统2可以根据需要而分别在X、Y方向(水平方向)和Z方向(垂直方向)移动，构成为能够相对半导体装置S进行位置对准和焦点对准。其中，关于半导体装置S的位置对准和焦点对准，也可以通过驱动装载半导体S的载物台18来进行。
此外，相对作为检查对象的半导体装置S而设置有检查部16。检查部16在进行半导体装置S的检查时，根据需要进行半导体装置S的状态控制等。通过检查部16进行的半导体装置S的状态控制方法，根据适用于半导体装置A的具体检查方法而不同，例如，可以使用对形成在半导体装置S的电路图案的指定部分供给电压的方法，或者对半导体装置S照射作为探测光的激光的方法。
在本实施方式中，在该观察部A还设置有SIL3。图2A和图2B表示的是固体浸没透镜(SIL)的构造和使用方法的实例。SIL3是具有半球形状或者被称之为维尔斯特拉斯球的超半球形状的透镜，如图2A和图2B所示，其被设置成密接在作为观察对象的半导体装置S的表面上。这里，SIL3的半径为R、折射率为n。
这种SIL3的透镜形状以没有像差(aberration)的条件所决定。在具有半球形状的SIL中，如图2A所示，其球心为焦点。这时，开口率NA和倍率均为n倍。另一方面，在具有超半球形状的SIL中，如图2B所示，从球心向下方偏移R/n的位置为焦点。这时，开口率NA和倍率均成为n2倍。或者使球心和从球心向下方偏移R/n的位置之间的位置成为焦点等，根据对半导体装置S的具体观察条件等，也可以以图2A和图2B所示以外的条件使用SIL3。
在图1所示的半导体检查装置中，该SIL3被设置成相对图像取得部1以及光学系统2和被装载在载物台18上的半导体装置S能够进行相对移动。具体地说，SIL3被构成为可以在密接于半导体装置S表面的、包含从半导体装置S朝向物镜20的光轴的插入位置和偏离光轴的位置(待机位置)之间移动。SIL3被配置成在插入位置时，其平面状或者凸面状的透镜下面密接在半导体装置S上。作为这种SIL，公知的例如有plano-convex lens(平凸透镜)、bi-convex lens(双凸透镜)(例如，参照日本专利特开平5-157701号公报和美国专利第6594086号公报)。
此外，相对SIL3而设置有固体浸没透镜驱动部(SIL驱动部)30。SIL驱动部30是驱动装置，其用来驱动SIL3并使其在上述插入位置和待机位置之间移动。此外，SIL驱动部30通过使SIL3的位置微小地移动，而能够调整SIL3相对光学系统2的物镜20的插入位置。其中，在图1中，显示的是被配置在物镜20和半导体装置S之间的插入位置的状态的SIL3。
相对于进行检查半导体装置S用的观察等的观察部A而设置有控制部B和解析部C。
控制部B包括观察控制部51、载物台控制部52和SIL控制部53。观察控制部51通过控制图像取得部1和检查部16的动作来控制在观察部A进行的半导体装置S的观察的实行或者观察条件的设定等。
载物台控制部52通过控制XYZ载物台15的动作，来控制本检查装置的成为检查位置的、利用图像取得部1和光学系统2的对半导体装置S的观察位置的设定，或者其位置对准、焦点对准等。此外，SIL控制部53通过控制SIL驱动部30的动作来控制插入位置和待机位置之间的SIL3的移动、或者SIL3的插入位置的调整等。
解析部C包括图像解析部61和指示部62。图像解析部61对由图像取得部1取得的图像进行必要的解析处理等。此外，指示部62参照操作者的输入内容或者图像解析部61的解析内容等，通过控制部B来进行与观察部A的实行半导体装置S的检查有关的必要指示。
特别是，在本实施方式中，解析部C根据在观察部A设置SIL3和SIL驱动部30来进行与使用SIL3的半导体装置S的观察和检查有关的必要处理和指示。
即，当在物镜20和作为试样的半导体装置S之间插入有SIL3的情况下，在观察部A中，图像取得部1取得SIL3在插入位置的状态时的包含来自SIL3的反射光的图像。此外，在解析部C中，图像解析部61对图像取得部1所取得的包含来自SIL3的反射光的图像，进行指定的解析而求得其反射光像的重心位置等。然后，指示部62参照由图像解析部61解析的包含来自SIL3的反射光的图像，相对SIL控制部53指示SIL3的插入位置的调整，使得反射光像的重心位置与对半导体装置S的检查位置(观察位置)一致。
下面，说明作为本发明的试样观察方法的半导体检查方法。图3表示的是使用图1所示的半导体检查装置的半导体检查方法的流程图。
首先，以SIL3被配置在偏离光轴的待机位置的状态，来对作为检查对象的半导体装置S进行观察。这里，通过图像取得部1，经由包含物镜20的光学系统2，而取得作为半导体装置S的观察图像的电路图案的图案图像(步骤S101)。然后，利用检查部16将半导体装置S的状态控制在指定状态，并同时取得检测半导体装置S的异常位置用的异常观察图像(S102，第一图像取得步骤)。
其次，使用由图像取得部1所取得的图案图像以及异常观察图像，检查在半导体装置S是否有异常位置。在有异常位置的情况时，检测其位置，并利用半导体检查装置设定所检测到的异常位置作为检查位置。这里，所设定的检查位置是使用显微镜的试样观察的观察位置(S103，检查设定步骤、观察设定步骤)。然后，通过XYZ载物台15来设定图像取得部1和光学系统2的位置，使得被设定的检查位置(观察位置)位于图像取得部1所取得的图像的中央。
接着，相对半导体装置S的检查位置来进行SIL3的设置(S104)。首先，利用SIL驱动部30驱动位于偏离光轴的待机位置的SIL3，使SIL3移动到包含从半导体装置S朝向物镜20的光轴的插入位置(S103，透镜插入步骤)。
当在半导体装置S和物镜20之间插入SIL3后，进行SIL3的插入位置的调整(S106，位置调整步骤)。首先，通过图像取得部1取得包含来自SIL3的反射光的图像。SIL3的插入位置的调整是作为引导该图像所包含的反射光像的来自SIL3的顶面的反射光而进行的。
图4表示的是在将SIL3插入到半导体装置S和物镜20之间的状态，通过图像取得部1所取得的图像的照片。在该照片中央的明亮部分相当于来自SIL3的顶面的反射光。图像解析部61对这种包含来自SIL3的反射光的图像，自动地或者根据来自操作者的指示进行解析，从而求得反射光像的重心位置。然后，指示部62经由SIL控制部53，对SIL3和SIL驱动部30进行指示来调整SIL3的插入位置，使得由图像解析部61所获得的反射光像的重心位置与半导体装置S的检查位置一致。利用这种方式来进行SIL3的半导体装置S和物镜20的位置对准。
然后，指示部62配合上述SIL3的插入位置的调整，经由载物台控制部52，对XYZ载物台15指示进行与SIL3密接设置的半导体装置S和光学系统2的物镜20之间距离的调整(S107，距离调整步骤)。利用这种方式来进行插入有SIL3的状态的焦点对准。然后，图像取得部1经由配置在半导体装置S上的SIL3、以及包含物镜20的光学系统2，而取得半导体装置S的扩大的观察图像(S108，第二图像取得步骤)。
下面，对本实施方式的半导体检查装置和半导体检查方法的效果进行说明。
在图1所示的半导体检查装置和图3所示的半导体检查方法中，对于在作为观察对象的半导体装置S和物镜20之间无SIL3的通常状态的观察图像、和在插入有SIL3的状态的扩大观察图像，使用的是通过图像取得部1能够取得该两者的构造。然后，在插入有SIL3时，取得包含来自SIL3的反射光的图像，参照该图像来调整SIL3的位置。
在这种构造中，对于作为试样的半导体装置S，经由SIL3可以进行高分解能力的观察。此外，通过在插入有SIL3的状态的观察图像来进行位置对准，适用于半导体装置S的检查(试样的观察时)，可以有效地操作SIL3。利用上述方式而能够实现易于进行微细构造解析等的半导体装置S的检查的半导体检查装置以及检查方法。此外，根据具有上述方式的构造的显微镜和试样观察方法，能够易于进行试样的微细构造等的观察。
在使用包含来自SIL3的反射光的图像来进行SIL3的位置对准的情况下，实质上如上述方式那样，优选求得来自SIL3的反射光像的重心位置，来调整SIL3的插入位置，使得该重心位置与半导体装置S的检查位置一致，即与试样的观察位置一致。因此，能够可靠地进行SIL3的位置对准。或者是也可以使用除此以外的位置对准方法。例如，也可以调整SIL3的插入位置，使得来自SIL3的反射光像的重心位置与半导体装置S的检查位置的重心位置一致。
此外，在使用SIL3进行半导体装置S的检查的情况时，优选使半导体装置S的检查位置成为在通过图像取得部1所取得的图像的中央。利用这种方式，在半导体装置S的观察时可以有效地使用物镜20的光瞳。即，在使用SIL3的情况时，物镜20的光瞳只有一部分被使用，根据画角度而变化其使用位置。因此，通过将SIL3配置在物镜20的光轴上，而能够使光的利用效率达到最高。此外，在这种SIL3的配置中，可以使SIL3所产生的发暗(shading)变小。
其中，在图1所示的半导体检查装置中，为了对半导体装置S进行图像取得部1和光学系统2的位置对准和焦点对准，而相对图像取得部1和光学系统2设置XYZ载物台15。对于这种XYZ载物台，也可以使用XYZ载物台作为装载半导体装置S的载物台18。此外，也可以设置角度方向可动的θ载物台。
图5表示的是本发明半导体检查装置的另一实施方式的构造图。此外，图6是从侧面表示图5所示半导体检查装置的构造图。本实施方式是相对于图1所示的半导体检查装置来表示其具体构造。其中，在图6中，对解析部C等的图标加以省略。
本实施方式的半导体检查装置包括观察部A、控制部B和解析部C。作为检查对象的半导体装置S被装载在设置于观察部A的载物台18上。而且，在本实施方式中，还设置有测试夹具19，用来对半导体装置S施加检查所必需的电信号等。半导体装置S例如被配置成其背面相对物镜20。
观察部A包括设置在暗箱(图未示出)内的高敏感度照相机10，激光扫描光学系统(LSM：Laser Scarnning Microscope)单元12，光学系统22、24，XYZ载物台15，SIL3，和SIL驱动部30。
其中，照相机10和LSM单元12相当于图1所示构造中的图像取得部1。此外，光学系统22、24相当于光学系统2。在光学系统22、24的半导体装置S一侧设置有物镜20。在本实施方式中，如图5和图6所示，可变换地设置有分别具有不同倍率的多个物镜20。此外，测试夹具19相当于检查部16。此外，LSM单元12具有作为图像取得部1的功能和作为检查部16的功能。
光学系统22是照相机用光学系统，用来将经由物镜20射入的来自半导体装置S的光引导到照相机10。该照相机用光学系统22具有成像透镜22a，用来使被物镜扩大指定倍率的图像成像于照相机10内部的受光面。此外，在物镜20和成像透镜22a之间，介入有光学系统24的射束分裂器24a。作为高敏感度照相机10，例如使用冷却CCD照相机等。
在这种构造中，来自半导体装置S的光，经由包含物镜20和照相机用光学系统22的光学系统，而被引导到照相机10。然后，利用照相机10取得半导体装置S的图案图像等的图像。或者是可以取得半导体装置S的发光图像。在这种情况下，在利用测试夹具19施加电压的状态，从半导体装置S产生的光，经由光学系统而被引导到照相机10。然后，利用照相机10取得被用作异常观察图像的半导体装置S的发光图像。作为来自半导体装置S的发光的实例，例如是由于半导体装置的缺陷在异常位置而引起的，或者是随着半导体装置中的晶体管的开关动作造成的暂时发光等。而且，所取得的图像也可以是根据装置的缺陷的发热图像。
LSM单元12包括：激光导入用光纤12a，用来照射红外线激光；视准仪透镜12b，用来使从光纤12a照射的激光成为平行光；射束分裂器12e，用来反射经由透镜12b成为平行光的激光；和XY扫描仪12f，用来对由射束分裂器12e反射的激光在XY方向进行扫描，并射出到半导体装置S一侧。
此外，LSM单元12还包括：电容器透镜12d，用来对从半导体装置S侧经由XY扫描仪12f射入而透过射束分裂器12e的光，进行聚光；和检测用光纤12c，用来检测通过该电容器透镜12d聚光的光。
光学系统24是LSM单元用光学系统，用来将光引导到半导体装置S和物镜20与LSM单元12的XY扫描仪12f之间。LSM单元用光学系统24包括：射束分裂器24a，用来反射从半导体装置S经由物镜20射入的光的一部分；平面镜24b，用来将被射束分裂器24a反射的光的光路，变换成为朝向LSM单元12的光路；和透镜24c，用来对被平面镜24b反射的光进行聚光。
在这种构造中，从激光源(图未示出)经由激光导入用光纤12a射出的红外线激光，通过透镜12b、射束分裂器12e、XY扫描仪12f、光学系统24和物镜20，而照射到半导体装置S，并射入到半导体装置S内。
相对于该入射光的来自半导体装置S的反射散射光，反映设置在半导体装置S上的电路图案。来自半导体装置S的反射光通过与入射光相反的光路而到达射束分裂器12e，透过射束分裂器12e的光经由透镜12d而入射到检测用光纤12c，通过连接在检测用光纤12c的光检测器来进行检测。
经由检测用光纤12c而被光检测器检测到的光的强度，如上述方式，成为反映设置在半导体装置S上的电路图案的强度。因此，利用XY扫描仪12f使红外线激光在半导体装置S上进行X-Y扫描，可以对半导体装置S内部的电路图案等的图像进行明显的摄像。
在观察部A进一步设置有SIL3。SIL3构成为相对于高敏感度照相机10、LSM单元12、光学系统22，24和物镜20、以及装载在载物台18上的半导体装置S，能够在上述插入位置和待机位置之间移动。此外，相对该SIL3设置有SIL驱动部30。SIL驱动部30是用来使SIL3在X、Y方向和Z方向移动的XYZ驱动机构，由透镜控制器构成，具有支持SIL3的支持部31。
相对于用于检查半导体装置S以进行观察等的观察部A而设置有控制部B和解析部C。
控制部B包括照相机控制部51a、LSM控制部51b、OBIRCH控制部51c、载物台控制部52和SIL控制部53。其中，载物台控制部52和SIL控制部53如上述图1的相关说明。此外，照相机控制部51a、LSM控制部51b、和OBIRCH控制部51c，相当于图1所示构造中的观察控制部51。
照相机控制部51a和LSM控制部51b分别通过控制高敏感度照相机10和LSM单元12的动作，来控制在观察部A进行的半导体装置S的图像的取得。此外，OBIRCH控制部51c用来取得半导体装置S的检查用OBIRCH(光束诱发阻抗变化(Optical Beam Induced ResistanceChange))图像，抽出使激光扫描时所产生的在半导体装置S的电流变化。
解析部C例如由计算机等构成，包括图像解析部61和指示部62。来自照相机控制部51a和LSM控制部51b的图像信息，经由解析部C的计算机所具备的图像取入端口而被输入。其中，图像解析部61和指示部62如上述图1的相关说明。此外，解析部C所取得或者解析的图像、资料等，可以根据需要而显示在连接至解析部C的显示装置63上。
下面，参照图3的流程图来简要说明使用图5和图6所示的半导体检查装置的半导体检查方法。
首先，SIL3在待机位置的通常的状态，通过LSM单元12扫描半导体装置S，取得半导体装置S的图案图像(步骤S101)。然后，取得半导体装置S的异常位置的检测用的异常观察图像(步骤S102)。该异常观察图像被使用在OBIRCH控制部51c取得的OBIRCH图像、或者由照相机10取得的发光图像等。对于这些图案图像和异常观察图像，可以根据需要使各图像重叠以及显示在显示装置63等。
其次，使用所取得的图像来检查半导体装置S的异常位置，以检测的异常位置作为检查位置(S103)来设定XYZ载物台15等，使得检查位置位于图像的中央。然后，对半导体装置S的检查位置进行SIL3的插入、位置调整和距离调整(S104、S105～S107)。
然后，经由配置在半导体装置S上的SIL3和物镜20等，取得被扩大的图案图像、OBIRCH图像、和发光图像等的图像(S108)。此外，根据需要使各个图像重叠以及显示在显示装置63上等。其中，在取得发光图像时，配合利用SIL3产生的色像差量来使载物台等适当地移动，通过软件来调整倍率，进行图像的重叠。
下面，参照图7A～图9B来对图4所示实例的包含来自SIL3的反射光的图像进行更加具体的说明。对于相对SIL3取得的反射光像，考虑该各个图所示的各种反射光图案。其中，在图7A～图9B中，以实线表示对SIL3的入射光，以虚线表示反射光。此外，在图7A和图9B中，朝向SIL3的球心延伸的线以虚线表示。此外，在对SIL3的入射光和反射光的光路成为重叠的情况，为着说明的方便，在图中使它们偏移来进行显示。
图7A表示垂直射入到SIL3的球面状的上面3a的光被上面3a反射的反射光图案。在这种情况下，可以很容易进行位置对准以使光成像在一点，能够以高精确度进行位置对准。图7B表示在SIL3的下面3b的焦点位置(中心位置)将光反射的反射光图案。其是观察SIL3的下面3b的状态。在这种情况，因为发暗变大，所以能够使亮度最大的位置对准在中心，以此方式来进行位置对准。
图8A表示在SIL3的上面3a的焦点位置(顶点位置)将光反射的反射光图案。其是观察SIL3的上面3a的状态。在这种情况，因为发暗变大，所以可以使亮度最大的位置对准在中心，以此方式来进行位置对准。图8B表示在SIL3的平面状的下面3b，使垂直射入的光被下面3b反射的反射光图案。在这种情况，可以很容易进行位置对准使光成像在一点，能够以高精确度进行位置对准。
图9A表示光被SIL3的下面3b、上面3a的焦点位置(顶点位置)，和下面3b反射的反射光图案。其是从背侧观察SIL3的上面3a的状态。在这种情况，因为发暗变大，所以可以使亮度最大的位置对准在中心，以此方式进行位置对准。图9B表示经由SIL3的下面3b，从背侧垂直入射到上面3a的光被上面3a反射，经由下面3b射出的反射光图案。在这种情况，可以很容易进行位置对准使光成像在一点，能够以高精确度进行位置对准。
本发明的显微镜和试样观察方法并不只限于上述实施方式和构造例，而是可以有各种变化。例如，在上述半导体检查装置中，关于图像取得部1、光学系统2、检查部16等的具体的构造，和用于检查半导体检查装置S的具体的检查方法等，图5和图6只是表示其构成的一个实例，除此以外也可以使用各种构造和检查方法。此外，在只对半导体装置等的各种装置进行观察的情况时，也可以不设置检查部16的构成装置观察装置。此外，在不需要操作者直接观察图像的情况时，也可以不设置图像取得部1。
此外，对于SIL的构成和使用方法，图2A和图2B所示的状态是使焦点位于半导体装置S的表面，但是在背面观察等的情况时，所使用的SIL使焦点位于半导体装置S的背面或者内部的指定位置。
此外，在上述实施方式中所说明的是以半导体装置作为观察对象的半导体检查装置以及半导体检查方法，但是本发明也可适用于除半导体装置以外的试样的情况，用于观察试样的显微镜和试样观察方法。利用这种构成，在试样的观察时，可以很容易进行试样的微细构造等的观察。
例如，在上述实施方式中是以半导体装置作为观察对象的试样，但是在一般的以半导体装置等的各种装置作为试样的情况时，作为对象的装置并不只局限于使用有半导体基板，也可以如同多晶硅薄膜晶体管等，用于玻璃或者塑料等作为基板的集成电路作为观察对象。例如在液晶装置，将装置制作在玻璃基板上，和在有机EL，将装置制作在塑料基板上。此外，一般的试样除上述半导体装置和液晶装置等的各种装置外，例如也可以是使用有切片样本的与生物相关的试样。
本发明的显微镜和试样观察方法如以上详细说明那样，可以被用作能够很容易进行半导体装置的微细构造解析等所需要的试样的观察的显微镜和试样观察方法。即，将显微镜构成为可以取得在成为观察对象的半导体装置等的试样和物镜之间没有固体浸没透镜的状态的观察图像，和插入有固体浸没透镜的状态的扩大观察图像两者，和在插入有固体浸没透镜时，取得包含来自固体浸没透镜的反射光的图像，参照该图像调整固体浸没透镜的位置，根据这种构造时，相对于试样，经由固体浸没透镜能够进行高分解能力的观察。
此外，在插入有固体浸没透镜的状态，利用观察图像来进行位置对准，例如在适用于例如半导体装置的检查等的试样的观察时，可以有效地操作固体浸没透镜。根据上述方式，可以实现很容易进行试样的微细构造等的观察的显微镜和试样观察方法。此外，根据使用具有这种显微镜和试样观察方法的半导体检查装置和检查方法时，可以实现很容易进行微细构造解析等的半导体装置的检查的半导体检查装置以及检查方法。

Claims (16)

1.一种显微镜，是用于观察试样的显微镜，其特征在于，包括：
引导所述试样的图像的光学系统，其包含被来自所述试样的光所入射的物镜；
固体浸没透镜，在光轴上的插入位置和偏离所述光轴的待机位置之间移动，所述光轴是从所述试样到所述物镜方向上的光轴；
固体浸没透镜驱动装置，在所述插入位置和所述待机位置之间驱动所述固体浸没透镜，并调整所述固体浸没透镜相对所述物镜的所述插入位置；和
指示装置，参照含有来自所述固体浸没透镜的反射光的图像，来指示所述固体浸没透镜的所述插入位置的调整。
2.如权利要求1所述的显微镜，其特征在于：
所述指示装置指示所述固体浸没透镜的所述插入位置的调整，使得反射光像的重心位置与所述试样的观察位置一致。
3.如权利要求1或者2所述的显微镜，其特征在于：
所述指示装置配合固体浸没透镜的所述插入位置的调整，来指示所述物镜和所述试样之间的距离的调整。
4.一种观察试样的试样观察方法，其特征在于，包括：
第一图像取得步骤，经由含有物镜的光学系统取得试样的观察图像，其中，来自所述试样的光向所述物镜入射；
观察设定步骤，利用所述观察图像设定所述试样的观察位置；
透镜插入步骤，使固体浸没透镜从偏离光轴的待机位置向着含有所述光轴的插入位置移动，其中，所述光轴从所述试样向着所述物镜；
位置调整步骤，取得含有来自所述固体浸没透镜的反射光的图像，参照该图像来调整所述固体浸没透镜相对所述物镜的所述插入位置；和
第二图像取得步骤，经由所述固体浸没透镜和所述光学系统取得通过所述固体浸没透镜而扩大的所述试样的观察图像。
5.如权利要求4所述的试样观察方法，其特征在于：
在所述位置调整步骤中，参照含有来自所述固体浸没透镜的反射光的图像，来调整所述固体浸没透镜的所述插入位置，使得反射光像的重心位置与在所述试样的所述观察位置一致。
6.如权利要求4或者5所述的试样观察方法，其特征在于：
包括调整所述物镜和所述试样之间距离的距离调整步骤。
7.一种半导体检查方法，其是用于取得半导体设备的图像并进行检查的半导体检查方法，其特征在于，包括：
第一图像取得步骤，通过来自所述半导体设备的光入射的光学系统，取得所述半导体设备的观察图像；
检查设定步骤，利用所述观察图像设定所述半导体设备的检查位置；
透镜插入步骤，使固体浸没透镜从偏离所述半导体设备向所述光学系统的光轴的待机位置向含有所述光轴的插入位置移动；
位置调整步骤，取得含有来自所述固体浸没透镜的反射光的图像，参照该图像对所述固体浸没透镜相对所述光学系统的所述插入位置进行调整；和
第二图像取得步骤，通过所述固体浸没透镜和所述光学系统，取得被所述固体浸没透镜扩大的所述半导体设备的观察图像。
8.如权利要求7所述的半导体检查方法，其特征在于：
在所述位置调整步骤中，参照含有来自所述固体浸没透镜的反射光的图像，对所述固体浸没透镜的所述插入位置进行调整，使得反射光像的重心位置与在所述半导体设备中的所述检查位置一致。
9.如权利要求7所述的半导体检查方法，其特征在于：
包括对所述光学系统和所述半导体设备之间的距离进行调整的距离调整步骤。
10.一种观察试样的试样观察方法，其特征在于，包括：
位置调整步骤，通过来自试样的光入射的光学系统，取得含有来自固体浸没透镜的反射光的图像，参照该图像对所述固体浸没透镜相对所述光学系统的插入位置进行调整；和
图像取得步骤，通过所述固体浸没透镜和所述光学系统，取得被所述固体浸没透镜扩大的所述试样的观察图像。
11.如权利要求10所述的试样观察方法，其特征在于：
在所述位置调整步骤中，参照含有来自所述固体浸没透镜的反射光的图像，对所述固体浸没透镜的所述位置进行调整，使得反射光像的重心位置位于所述光学系统的光轴上。
12.如权利要求10所述的试样观察方法，其特征在于：
包括对所述光学系统和所述试样之间的距离进行调整的距离调整步骤。
13.如权利要求10所述的试样观察方法，其特征在于：
所述固体浸没透镜以球心位置为焦点。
14.如权利要求10所述的试样观察方法，其特征在于：
所述固体浸没透镜当半经为R，折射率为n时，以从球心向下方偏移R/n的位置为焦点。
15.如权利要求10所述的试样观察方法，其特征在于：
所述固体浸没透镜当半经为R，折射率为n时，以球心与从球心仅向下方偏移R/n的位置之间的位置为焦点。
16.如权利要求10所述的试样观察方法，其特征在于：
所述试样为半导体设备，所述固体浸没透镜密接设置在所述半导体设备的表面上。
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