JP2005221368A - 観察装置及びその観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気回路基板上に実装されたシリコンウエハ等の試料の裏面の状態に影響されずに、試料の表面を精度高くかつ鮮明な画像で観察すること。
【解決手段】シリコンウエハ２の裏面位置Ｓで反射した画像を撮像素子１７により撮像してその第１の画像データを画像保存部２０に保存し、赤外光をシリコンウエハ２の裏面６から入射してシリコンウエハ２内部を透過して表面位置Ｏで反射した画像を撮像素子１７により撮像してその第２の画像データを画像保存部２０に保存し、これら第２の画像データと第１の画像データとの差画像データを求めてモニタ表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、赤外領域の波長を有する光を用いた顕微鏡又は走査型共焦点顕微鏡等により例えばシリコンウエハ上に形成された集積回路等を非破壊で観察する観察装置及びその観察方法に関する。

近年、電子機器の小型化、高密度実装化が進んでいる。これに伴なって電子機器の電気回路基板をより小型化にするために、集積回路（ＩＣ）が多く用いられている。この集積回路の実装は、例えばシリコンウエハ上に集積回路をパターニングして形成し、このシリコンウエハを電気回路基板上に実装する方法を多く用いている。

電気回路基板上に実装したシリコンウエハに対して例えば顕微鏡又は走査型共焦点顕微鏡等の観察装置を用いて観察・解析（測定を含む）を行う場合には、実装されたシリコンウエハを電気回路基板上から剥がさなければならない。このため、シリコンウエハを電気回路基板上から剥がさずに観察・解析を行うために、赤外光を照明光とした赤外顕微鏡又は赤外光を光源とした走査型共焦点顕微鏡を用いる方法が採られている。

図１２は試料１であるシリコンウエハ２内又は表面５の集積回路を赤外顕微鏡又は走査型共焦点顕微鏡等を用いて行う観察方法を示す。電気回路基板３上には、シリコンウエハ２がはんだ４によって実装されている。このシリコンウエハ２は、その表面５上にパターニングされた集積回路が形成されている。このシリコンウエハ２は、その表面５を電気回路基板３に対向させて電気回路基板３上に実装されている。

赤外顕微鏡又は走査型共焦点顕微鏡等の観察装置は、シリコンウエハ２の裏面６に対して赤外領域の波長を有する光（以下、赤外光と称する）、例えば波長１０００〜１６００ｎｍの赤外光を対物レンズ７を通して照射する。シリコンは、赤外光に対して高い透過率を有しているので、対物レンズ７から出射された赤外光は、シリコンウエハ２の裏面６からシリコンウエハ２内を透過し、その光量を減衰することなく集積回路を形成する表面５に到達することができる。

ここで、観察装置において集積回路の表面に焦点が合うように赤外光を照射するように対物レンズ７又はシリコンウエハ２を載置するステージを上下動すると、観察装置は、シリコンウエハ２内又は表面５にパターニングされた集積回路を電気回路基板３上から剥がすことなく観察・解析できる。

なお、特許文献１には、半導体装置の接合部との反対側の真上から赤外波長による画像を取り込み、この画像を基に接合部の検査を行うことが記載されている。
特開平９−３１２３１７号公報

通常、シリコンウエハ２の裏面６は、研磨されていないか又は研磨されていても研磨の痕跡や傷が残っているため凹凸形状になっている。このようなシリコンウエハ２の裏面６の状態でシリコンウエハ２内又は表面にパターニングされた集積回路を観察すると、観察画像８上には、図１３に示すように例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等の凹凸形状が影となって現れる。このため、シリコンウエハ２内又は表面の集積回路の鮮明な観察画像が取得されず、精度高く集積回路の観察・解析ができない。

本発明は、試料内を透過する波長領域を含む光を出力する光源部と、光源部から出力された光を試料の第１の面に照射したときに、第１の面から反射した第１の反射光と、第１の面から試料内を透過し第１の面と第２の面とを含むこれら面の間又は第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光とを撮像する撮像部と、撮像部により第１の反射光を撮像して取得される第１の画像データと第２の反射光を撮像して取得される第２の画像データとを演算して少なくとも試料の任意の高さ位置における観察画像データを求める画像演算部とを具備した観察装置である。

本発明は、試料を透過する波長の光を出力する光源部と、試料の共焦点画像を検出する共焦点光学系と、光源部から放射された光を試料の第１の面に照射したときに、共焦点光学系を通して第１の面から反射した第１の反射光と、第１の面から試料内を透過し第１の面と他方の第２の面とを含むこれら面又は第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光とを受光する受光部と、第１の反射光を受光した受光部の出力信号から取得された第１の共焦点画像データと、第２の反射光を受光した受光部の出力信号から取得された第２の共焦点画像データとを演算して少なくとも試料の任意の高さ位置における観察画像データを求める画像演算部とを具備した観察装置である。

本発明は、試料の第１の面に光を照射し、第１の面からの反射光を受光して第１の画像データを取得する工程と、試料の第１の面に光を照射し、第１の面から試料内を透過し第１の面と他方の第２の面とを含むこれら面の間又は第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光を受光して第２の画像データを取得する工程と、第１の画像データと第２の画像データとを演算して少なくとも試料の任意の高さ位置における観察画像データを求める工程とを有する観察方法である。

本発明は、試料の第１の面に光を照射し、第１の面からの反射光を共焦点光学系を通して受光して第１の共焦点画像データを取得する工程と、第１の面に光を照射し、第１の面から試料内を透過し第１の面と他方の第２の面とを含むこれら面の間又は第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光を共焦点光学系を通して受光して第２の共焦点画像データを取得する工程と、第１の共焦点画像データと第２の共焦点画像データとを演算して少なくとも試料内の任意の面の観察画像データを取得する工程とを有する観察方法である。

本発明は、電気回路基板上に実装されたシリコンウエハ等の試料の裏面の状態に影響されずに、試料の表面を精度高くかつ鮮明な画像で観察できる観察装置及びその方法を提供できる。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は赤外顕微鏡に適用した観察装置の構成図である。光源１０は、赤外領域の波長を有する赤外光を出力する。この光源１０から出力される赤外光の光路上には、照明レンズ１１と光分割ミラー１２とが配置されている。照明レンズ１１は、赤外光をコリメートする。光分割ミラー１２は、照明レンズ１１によりコリメートされた赤外光を下方に反射し、対物レンズ１３を通してステージ１４上の試料１に照射し、かつ試料１からの反射光を透過する。対物レンズ１３は、光分割ミラー１２の下方への反射光路上に配置されている。なお、対物レンズ１３又はステージ１４は、手動又は自動により上下動して対物レンズ１３の焦点位置を調整するものとなっている。

光分割ミラー１２の試料１からの反射光の光路上には、結像レンズ１６が配置されている。この結像レンズ１６は、光分割ミラー１２を透過した試料１からの反射光を結像する。この結像レンズ１６の結像位置には、ＣＣＤ等の撮像素子１７が配置されている。なお、この撮像素子１７は、撮像面を結像レンズ１６の結像位置に配置する。この撮像素子１７は、例えば赤外波長領域に対して感度を有し、結像レンズ１６により結像された像を撮像してその撮像信号を出力する。この撮像素子１７の出力端子は、例えばコンピュータ等によりなる制御部１８に対してコネクタ１９を介して接続されている。

制御部１８は、図３に示すように試料１であるシリコンウエハ２の裏面位置Ｓ、表面位置Ｏ、試料１内における例えば任意の各高さ位置Ｐ、Ｑ、Ｒの各観察画像データ、及び表面位置Ｏから電気回路基板３の間の観察画像データを求めるもので、画像保存部２０と画像演算部２１とを有する。画像保存部２０は、撮像素子１７から出力された画像信号を画像データとして保存する第１及び第２の保存部２０ａ、２０ｂを有する。なお、第１の保存部２０ａは、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの画像データを第１の画像データとして保存し、第２の保存部２０ｂは、シリコンウエハ２の表面位置Ｏ、試料１内における例えば各高さ位置Ｐ、Ｑ、Ｒの各画像データ及び表面位置Ｏから電気回路基板３の間の観察画像データを第２の画像データとして保存する。

画像演算部２１は、第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている第１の画像データと第２の画像データとの差を演算して差画像データを求め、この差画像データを観察画像データとしてモニタ等の表示部２２に表示する。なお、表示部２２は、制御部１８に対してコネクタ２３を介して接続されている。

又、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている第１の画像データと第２の画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行うことができる。

又、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている第１の画像データと第２の画像データとの差画像データに対して画像補間を行うことができる。

次に、上記の如く構成された赤外顕微鏡の動作について図２に示す画像取得フローチャートに従って説明する。

ステージ１４上には、試料１が載置される。この試料１の裏面６には、図３に示すように例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等がある。赤外顕微鏡は、ステップ＃１において、試料１の裏面（Ｓ面位置）６に対して対物レンズ１３の焦点位置を合わせる。この対物レンズ１３の焦点位置の調整は、手動又は手動により対物レンズ１３又はステージ１４を上下動させて行う。

次に、光源１０から赤外光が出力される。この赤外光は、照明レンズ１１によりコリメートされ、光分割ミラー１２により下方に反射され、対物レンズ１３によりシリコンウエハ２の裏面６上に集光される。このシリコンウエハ２の裏面６からの反射光は、対物レンズ１３から光分割ミラー１２を透過し、結像レンズ１６により撮像素子１７の撮像面上に結像される。この撮像素子１７は、結像レンズ１６により結像された画像を撮像してその撮像信号を出力する。

制御部１８は、ステップ＃２において、撮像素子１７から出力された撮像信号を取り込み、シリコンウエハ２の裏面６の第１の画像データとして画像保存部２０の第１の保存部２０ａに保存する。この第１の画像データは、例えば２５６階調の濃淡情報からなり、図４に示すように例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を含む。このうち研磨の痕跡Ｇ_１は、第１の画像データ上に例えば白色又は白色に極近い色のラインとして現れ、傷Ｇ_２等は、黒色又は黒色に極近い色の影として現れる。

次に、制御部１８は、ステップ＃３において、研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を抽出するための濃淡レベルの閾値を設定し、この閾値により第１の保存部２０ａに保存された第１の画像データを２値化処理して傷Ｇ_２等を抽出し、この傷Ｇ_２等を抽出した第１の画像データをステップ＃４において第１の保存部２０ａに保存する。

次に、制御部１８は、ステップ＃５において、対物レンズ１３又はステージ１４を手動又は自動により上下動して対物レンズ１３の焦点位置をシリコンウエハ２内部又は表面位置Ｏにおける任意の高さ位置、例えば図３に示すシリコンウエハ２の表面位置Ｏに調整する。これにより、赤外光は、対物レンズ１３を出射してからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓから入射し、シリコンウエハ２内部を透過してシリコンウエハ２の表面位置Ｏに集光される。このシリコンウエハ２の表面位置Ｏからの反射光は、対物レンズ１３から光分割ミラー１２を透過し、結像レンズ１６により撮像素子１７の撮像面上に結像される。この撮像素子１７は、結像レンズ１６により結像された画像を撮像してその撮像信号を出力する。

次に、制御部１８は、ステップ＃６において、撮像素子１７から出力された撮像信号を取り込み、ステップ＃７において、シリコンウエハ２の表面位置Ｏの第２の画像データとして画像保存部２０の第２の保存部２０ｂに保存する。この第２の画像データは、図５に示すようにシリコンウエハ２内部又は表面位置Ｏに形成されている集積回路のパターンＭと、赤外光がシリコンウエハ２の裏面６を透過しているので、この裏面６上の例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等とを含む。

次に、制御部１８の画像演算部２１は、ステップ＃８において、第１の保存部２０ａに保存されている第１の画像データを読み出すと共、第２の保存部２０ｂに保存されている第２の画像データを読み出し、これら第２の画像データと第１の画像データとの差画像データ（第２の画像データ−第１の画像データ）を求める。

ここで、画像演算部２１は、ステップ＃８において、第２の画像データ又は第１の画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行い、この後に、第２の画像データと第１の画像データとの差画像データを求めてもよい。例えば、画像演算部２１は、第１の画像データに対して像ぼかし度合いを調整するフォーカス補正又はコントラストを調整するガンマ（γ）補正等のうちいずれか一方又は両方の画像処理を行う。これらフォーカス補正及びガンマ補正は、自動的に行ってもよいし、又はモニタ表示されている第１の画像データの画像を確認しながら手動により行ってもよい。又、予めフォーカス補正及びガンマ補正の各補正量が明確に知られていれば、例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等とを含む第１の画像データを保存するときに、第１の画像データに対してフォーカス補正及びガンマ補正を行ってもよい。

次に、画像演算部２１は、ステップ＃９において、図６に示すような差画像データをモニタ等の表示部２２に表示する。この差画像データは、図３に示すようにシリコンウエハ２の裏面５に存在する例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等に影響されたものでなく、シリコンウエハ２の表面位置Ｏの状態を鮮明に表わしている。

ここで、画像演算部２１は、ステップ＃９において、差画像データを表示部２２に表示するとき、差画像データ中の集積回路のパターンＭの部分に対して画像補間を行ってもよい。すなわち、図５に示すように第２の画像データには、集積回路のパターンＭと研磨の痕跡Ｇ_１とが交わる交差部分Ｊが複数存在する。第２の画像データと第１の画像データとの差画像データを求めると、これら交差部分Ｊの削除と共にパターンＭも削除されて破線のパターンＰになってしまう。これを防ぐために各交差部分Ｊの周辺のパターンＭの各画素の濃淡値の平均値を求め、この平均値を用いて各交差部分Ｊを画像補間する。

この結果、表示部２２にモニタ表示されたシリコンウエハ２の表面位置Ｏの画像を観察することにより、シリコンウエハ２の表面を鮮明な画像で観察でき、かつ高精度に解析（測定等を含む）を行うことができる。

このように上記第１の実施の形態によれば、シリコンウエハ２の裏面６で反射した画像を撮像素子１７により撮像してその第１の画像データを第１の保存部２０ａに保存し、シリコンウエハ２の表面５で反射した画像を撮像素子１７により撮像してその第２の画像データを第２の保存部２０ｂに保存し、これら第２の画像データと第１の画像データとの差画像データを求めてモニタ表示する。これにより、シリコンウエハ２の裏面５に存在する例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等に影響されず、シリコンウエハ２の表面位置Ｏの画像を鮮明に表示できる。よって、モニタ画像を観察することにより、シリコンウエハ２の表面に対する高精度な解析（測定等を含む）ができる。

又、第１の画像データに対してフォーカス補正やコントラストを調整するガンマ（γ）補正等を行うので、例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等の像のぼかし度合い及びコントラストを調整することにより、これら研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を観察画像データから殆ど全て無くすことができ、モニタ表示される観察画像の鮮明度を向上できる。

又、差画像データ中の集積回路のパターンＰの部分に対して画像補間を行うので、集積回路のパターンＰと研磨の痕跡Ｇ_１とが交わる交差部分Ｊを本来のパターンＰの画像に修復できる。なお、研磨の痕跡や像を抽出するとき、２５６階調の濃淡情報としたが、黒白の２値情報として抽出してもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

図７は赤外顕微鏡に適用した観察装置の構成図である。光源３０は、可視領域又は紫外領域の波長を有する光を出力する。この光源３０から出力される可視領域又は紫外領域の光の光路上には、当該光をコリメータする照明レンズ３１と、この照明レンズ３１によりコリメートされた光を下方に反射するミラー３２とが配置されている。このミラー３２の反射光路上でかつ照明レンズ１１から出射される光の光路上には、ハーフミラー３３が配置されている。このハーフミラー３３は、光源１０から出力される赤外光を透過し、かつ光源３０から出力される可視領域又は紫外領域の光を光分割ミラー１２の配置されている方向に反射する。

対物レンズ移動機構３４は、対物レンズ１３を光軸方向に上下移動し、対物レンズ１３と試料１との間隔を変化させる。なお、この対物レンズ移動機構３４は、ステージ１４を光軸方向に移動して対物レンズ１３と試料１との間隔を変化させてもよい。この対物レンズ移動機構３４は、コネクタ３５を介して制御部１８に接続されている。この制御部１８は、コネクタ３５を通して移動制御信号を対物レンズ移動機構３４に送出する。

次に、上記の如く構成された赤外顕微鏡の動作について説明する。

制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３の焦点位置を例えば図３に示すシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに合わせる。この状態で、光源３０からは、可視領域又は紫外領域の光が出力される。この可視領域又は紫外領域の光は、照明レンズ１１によりコリメートされ、ミラー３２及び各ハーフミラー３３、ミラー１２により反射され、対物レンズ１３によりシリコンウエハ２の裏面６上に集光される。このシリコンウエハ２の裏面６からの反射光は、対物レンズ１３から光分割ミラー１２を透過し、結像レンズ１６により撮像素子１７の撮像面上に結像される。この撮像素子１７は、結像レンズ１６により結像された画像を撮像してその撮像信号を出力する。

制御部１８は、撮像素子１７から出力された撮像信号を取り込み、上記図４に示す例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を含むシリコンウエハ２の裏面６の第１の画像データを作成し、かつこの第１の画像データを２値化処理して研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を抽出して第１の保存部２０ａに保存する。この第１の画像データの保存後、光源３０は消灯する。

次に、光源１０から赤外光が出力される。一方、制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３を一旦下降し、対物レンズ１３の焦点位置を例えばシリコンウエハ２の表面位置Ｏに合わせる。この後、制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３を例えば連続的に上昇させる。これにより、対物レンズ１３の焦点位置は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に移動する。これにより、光源１０から出力された赤外光の集光位置は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に移動する。

シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓまでの各高さ位置からの反射光は、対物レンズ１３から光分割ミラー１２を透過し、結像レンズ１６により撮像素子１７の撮像面上に結像される。この撮像素子１７は、例えば赤外光の集光位置がシリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの各高さ位置に到達するタイミングで撮像面上に結像される各画像を撮像してその撮像信号を出力する。

これら撮像タイミング時に、制御部１８は、撮像素子１７から出力された各撮像信号を取り込み、シリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓに対して焦点の合っている画像のみを抽出し合成した各第２の画像データをエクステンド画像データとして画像保存部２０の第２の保存部２０ｂに保存する。これら第２の画像データは、上記同様に図５に示すようにシリコンウエハ２内部又は表面位置Ｏに形成されている集積回路のパターンＭと、赤外光がシリコンウエハ２の裏面６を透過しているので、この裏面６上の例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等とを含む。

次に、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａに保存されている第１の画像データを読み出すと共、第２の保存部２０ｂに保存されている第２の画像データを読み出し、これら第２の画像データと第１の画像データとの差画像データを求めて表示部２２に表示する。この差画像データは、上記同様に、図３に示すように電気回路基板３上に実装されたシリコンウエハ２の裏面６に存在する例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等に影響されたものでなく、シリコンウエハ２の表面位置Ｏの状態を鮮明に表わす。

ここで、画像演算部２１は、第２の画像データ又は第１の画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行い、この後に、第２の画像データと第１の画像データとの差画像データを求めてもよい。又、画像演算部２１は、差画像データを表示部２２に表示するとき、差画像データ中の集積回路のパターンＰの部分に対して画像補間を行ってもよい。

このように上記第２の実施の形態によれば、光源３０から出力される可視領域又は紫外領域の光をシリコンウエハ２の裏面６上に集光して例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を含むシリコンウエハ２の裏面６の第１の画像データを保存し、次に、対物レンズ１３と試料１との間隔を変化させて赤外光の集光位置をシリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に移動させてシリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの各高さ位置における各第２の画像データをエクステンド画像データとして保存し、これら第２の画像データと第１の画像データとの差画像データを求めて表示部２２にモニタ表示する。

これにより、シリコンウエハ２の裏面５に存在する例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等に影響されず、シリコンウエハ２の表面や内部における各画像を鮮明に表示できる。よって、これらモニタ画像を観察することにより、シリコンウエハ２内部を３次元的に観察でき、かつ高精度に解析（測定等を含む）できる。

又、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの画像データを取得するときは、シリコンウエハ２内を透過しない光源３０からの可視領域又は紫外領域の光を用いるので、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの画像データには、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓのみの情報しか含まない。これによって、シリコンウエハ２の裏面６に存在する例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を区別し易くなり、画像演算部２１における第２の画像データと第１の画像データとの差画像データから例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を無くして集積回路のパターンＰのみを抽出するための調整が容易になる。

次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図７と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

図８は走査型共焦点顕微鏡に適用した観察装置の構成図である。光源４０は、赤外領域の波長のレーザ光を出力するレーザ発振器である。このレーザ発振器４０から出力されるレーザ光の光路上には、ミラー４１が配置され、このミラー４１の反射光路上に２次元走査機構４２が配置されている。この２次元走査機構４２は、レーザ光を試料１上に２次元方向（ＸＹ方向）に走査するもので、例えばガルバノミラー４２ａ、４２ｂからなる。この２次元走査機構４２の走査光路上には、各投影レンズ４３、４４及び対物レンズ１３が配置されている。

又、レーザ発振器４０から出力されるレーザ光の光路上には、ハーフミラー４５が配置されている。このハーフミラー４５は、レーザ発振器４０から出力されるレーザ光を透過し、かつ試料１からの反射光を反射する。このハーフミラー４５の反射光路上には、集光レンズ４６、共焦点用のピンホール４７及び受光素子４８が配置されている。ピンホール４７は、対物レンズ１３の焦点と共役位置に配置されている。受光素子４８は、例えばフォトマルチプライヤ等からなり、試料１からの反射光の輝度に応じた輝度信号を出力する。なお、対物レンズ１３、ハーフミラー４５、集光レンズ４６、共焦点用のピンホール４７及び受光素子４８により試料１の共焦点画像を検出する共焦点光学系が構成される。受光素子４８は、コネクタ４９を介して制御部１８に接続される。

制御部１８は、図３に示すように試料１であるシリコンウエハ２の裏面位置Ｓ、表面位置Ｏ、試料１内における例えば任意の各高さ位置Ｐ、Ｑ、Ｒの各観察画像データ及び表面位置Ｏから電気回路基板３の間の観察画像データを求めるもので、上記同様に画像保存部２０と画像演算部２１とを有する。画像保存部２０は、受光素子４８から出力される輝度信号をを取り込み、この輝度信号から共焦点画像データを作成して第１又は第２の保存部２０ａ、２０ｂに保存する。第１の保存部２０ａは、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの共焦点画像データを第１の共焦点画像データとして保存し、第２の保存部２０ｂは、シリコンウエハ２の表面位置Ｏ、試料１内における例えば各高さ位置Ｐ、Ｑ、Ｒの各共焦点画像データを取得し、各画像データのうち焦点の合っている画像データのみを合成して作成した画像データを第２の共焦点画像データとして保存する。

画像演算部２１は、第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている第１の共焦点画像データと第２の共焦点画像データとの差を演算して差画像データ（第２の共焦点画像データ−第１の共焦点画像データ）を求め、この差画像データを観察画像データとしてモニタ等の表示部２２に表示する。

又、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている第１の共焦点画像データと第２の共焦点画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行うこともできる。

又、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている第１の共焦点画像データと第２の共焦点画像データとの差画像データに対して画像補間を行うこともできる。

次に、上記の如く構成された走査型共焦点顕微鏡の動作について説明する。

制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３の焦点位置を例えば図３に示すシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに合わせる。この状態で、レーザ発振器４０から赤外光のレーザ光が出力される。このレーザ光は、ハーフミラー４５を透過し、次のミラー４１で反射して２次元走査機構４２に入射する。この２次元走査機構４２は、例えばガルバノミラー４２ａ、４２ｂによってレーザ光を試料１上に２次元方向（ＸＹ方向）に走査する。この走査されたレーザ光は、各投影レンズ４３、４４及び対物レンズ１３を通してシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに集光される。

このシリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光は、対物レンズ１３、各投影レンズ４４、４３、２次元走査機構４２を通してハーフミラー４５に到達し、このハーフミラー４５で反射して集光レンズ４６に入射し、この集光レンズ４６で集光され、ピンホール４７を通過して受光素子４８に入射する。この受光素子４８は、受光したシリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光の輝度に応じた輝度信号を出力する。

制御部１８は、受光素子４８から出力される輝度信号を取り込み、この輝度信号から第１の共焦点画像データを作成して画像保存部部２０の第１の保存部２０ａに保存する。この第１の共焦点画像データは、上記図４に示す例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を含むシリコンウエハ２の裏面６の画像である。なお、制御部１８は、第１の画像データを２値化処理して研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を抽出して第１の保存部２０ａに保存する。

次に、制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３を一旦下降し、対物レンズ１３の焦点位置を例えばシリコンウエハ２の表面位置Ｏに合わせる。この後、制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３を例えば連続的に上昇させる。これにより、対物レンズ１３の焦点位置は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に移動する。これにより、レーザ発振器４０から出力され、２次元走査機構４２により２次走査されたレーザ光の集光位置は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に移動する。

シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓまでの各高さ位置からの反射光は、対物レンズ１３から各投影レンズ４４、４３、２次元走査機構４２、ハーフミラー４５、集光レンズ４６、ピンホール４７を通過して受光素子４８に入射する。この受光素子４８は、受光したシリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光の輝度に応じた輝度信号を出力する。

制御部１８は、例えばレーザ光の集光位置が図３に示すシリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの各高さ位置に到達するタイミングで、受光素子４８から出力された輝度信号を取り込み、シリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓに対して焦点の合っている画像データのみを抽出し合成した各第２の共焦点画像データをエクステンド共焦点画像データとして画像保存部２０の第２の保存部２０ｂに保存する。これら第２の共焦点画像データは、上記同様に図５に示すようにシリコンウエハ２内部又は表面に形成されている集積回路のパターンＭと、赤外光がシリコンウエハ２の裏面６を透過しているので、この裏面６上の例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等とを含む。

次に、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａに保存されている第１の共焦点画像データを読み出すと共、第２の保存部２０ｂに保存されている第２の共焦点画像データを読み出し、これら第２の共焦点画像データと第１の共焦点画像データとの差画像データを求めて表示部２２に表示する。この差画像データは、上記同様に、図３に示すように電気回路基板３上に実装されたシリコンウエハ２の裏面６に存在する例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等に影響されたものでなく、シリコンウエハ２の表面位置Ｏの状態を鮮明に表わす。

なお、画像演算部２１は、上記同様に、第２の画像データ又は第１の画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行い、この後に、第２の画像データと第１の画像データとの差画像データを求めることができる。又、画像演算部２１は、差画像データを表示部２２に表示するとき、差画像データ中の集積回路のパターンＰの部分に対して画像補間を行うことができる。

このように上記第３の実施の形態によれば、シリコンウエハ２の裏面６からの反射光をピンホール４７を通して受光素子４８で受光してその第１の共焦点画像データを画像保存部２０に保存し、次に、対物レンズ１３と試料１との間隔を変化させてレーザ光の集光位置をシリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に移動させてシリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの各高さ位置における焦点の合っている画像データのみを抽出し合成した第２の共焦点画像データをエクステンド画像データとして保存し、これら第２の共焦点画像データと第１の共焦点画像データとの差画像データを求めて表示部２２にモニタ表示する。

これにより、シリコンウエハ２の裏面６に存在する例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等に影響されず、シリコンウエハ２の表面や内部における各画像を鮮明に表示できる。これらモニタ画像を観察することにより、シリコンウエハ２内部や表面を３次元的に観察でき、かつ高精度に解析（測定等を含む）できる。

又、共焦点光学系を用いているので、対物レンズ１３の集光位置のみの画像である共焦点画像データを取得するので、シリコンウエハ２の表面や内部の画像の解像度を高くできる。このように共焦点画像データは、対物レンズ１３の集光位置のみの画像であるので、例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を含むシリコンウエハ２の裏面位置Ｓの画像を取得するために、シリコンウエハ２内を透過しない波長領域の光を出力する光源、例えば可視領域又は紫外領域の光を出力する光源を別途用意しなくてもよい。

又、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの共焦点画像データには、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓのみの情報しか含まないので、シリコンウエハ２の裏面６に存在する例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を区別し易くなり、画像演算部２１における第２の画像データと第１の画像データとの差画像データから例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を無くして集積回路のパターンＰのみを抽出するための調整が容易になる。

次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

図９は走査型共焦点顕微鏡に適用した観察装置の構成図である。光源５０は、可視領域又は紫外領域の波長を有する光を出力するレーザ発振器である。このレーザ発振器５０から出力される可視領域又は紫外領域の光の光路上には、ミラー５１が設けられ、さらにこのミラー５1の反射光路上でかつレーザ発振器４０から出力されるレーザ光の光路上には、ハーフミラー５２が配置されている。このハーフミラー５２は、レーザ発振器４０から出力される赤外領域のレーザ光を透過し、かつレーザ発振器５０から出力される可視領域又は紫外領域の光を反射する。

レーザ発振器５０とミラー５１との間の光路上には、第１のシャッタ５３が配置されると共に、レーザ発振器４０とハーフミラー５２との間の光路上には、第２のシャッタ５４が配置されている。これら第１及び第２のシャッタ５３、５４は、例えば機械的なシャッタを用いたり、又は液晶板を用いてもよい。これら第１及び第２のシャッタ５３、５４は、コネクタ５５を介して制御部１８に接続されている。

この制御部１８は、第１又は第２のシャッタ５３、５４のうちいずれか一方を開放し、他方を遮光する各制御信号を第１又は第２のシャッタ５３、５４に送出する。

次に、上記の如く構成された走査型共焦点顕微鏡の動作について説明する。

制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３の焦点位置を図３に示すシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに合わせる。レーザ発振器５０は、可視領域又は紫外領域の光を出力する。レーザ発振器４０は、赤外領域のレーザ光を出力する。又、制御部１８は、第１のシャッタ５３に対して開放の制御信号を送出し、かつ第２のシャッタ５４に対して遮光の制御信号を送出する。これにより、第１のシャッタ５３は開放し、第２のシャッタ５４は閉じる。

この状態で、レーザ発振器５０から出力された可視領域又は紫外領域の光は、ミラー５１、ハーフミラー５２で反射し、ハーフミラー４５を透過し、さらにミラー４１で反射して２次元走査機構４２に入射する。この２次元走査機構４２は、例えばガルバノミラー４２ａ、４２ｂによって可視領域又は紫外領域の光を試料１上に２次元方向（ＸＹ方向）に走査する。この走査された可視領域又は紫外領域の光は、各投影レンズ４３、４４及び対物レンズ１３を通してシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに集光される。

このシリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光は、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓへの照射光路とは逆の光路を戻り、ハーフミラー４５で反射した後、集光レンズ４６により集光され、ピンホール４７を通過して受光素子４８に入射する。この受光素子４８は、受光したシリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光の輝度に応じた輝度信号を出力する。制御部１８は、受光素子４８から出力される輝度信号から上記図４に示す例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を含むシリコンウエハ２の裏面６の第１の共焦点画像データを作成して画像保存部２０の第１の保存部２０ａに保存する。

次に、制御部１８は、第１のシャッタ５３に対して遮光の制御信号を送出し、かつ第２のシャッタ５４に対して開放の制御信号を送出する。これにより、第１のシャッタ５３は遮光し、第２のシャッタ５４は開放する。

この状態で、制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３を例えば連続的に上昇させ、対物レンズ１３の焦点位置を例えば図３に示すシリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に上昇させる。これにより、レーザ発振器４０から出力されたレーザ光の集光位置は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に上昇移動する。

従って、上記第３の実施の形態と同様に、制御部１８は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓで焦点の合っている画像データのみを抽出し合成した第２の共焦点画像データをエクステンド共焦点画像データとして画像保存部２０の第２の保存部２０ｂに保存する。

次に、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａに保存されている第１の共焦点画像データを読み出すと共、第２の保存部２０ｂに保存されている第２の共焦点画像データを読み出し、これら第２の共焦点画像データと第１の共焦点画像データとの差画像データを求めて表示部２２に表示する。

なお、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている第１の共焦点画像データと第２の共焦点画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行うこと、さらに第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている第１の共焦点画像データと第２の共焦点画像データとの差画像データに対して画像補間を行うことは、上記度同様である。

このように上記第４の実施の形態によれば、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓの第１の共焦点画像データを取得するのに、可視領域又は紫外領域の光を出力するレーザ発振器５０を設けた。これによっても上記第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の第５の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

図１０は走査型共焦点顕微鏡に適用した観察装置の構成図である。レーザ発振器４０から出力される赤外領域のレーザ光の光路上で、かつミラー４１、ハーフミラー４５の間には、ビームスプリッタ６０が配置されている。このビームスプリッタ６０は、レーザ発振器４０から出力されるレーザ光を透過し、かつ試料１からの反射光の一部を反射する。このビームスプリッタ６０の反射光路上には、集光レンズ６１及び受光素子６２が配置されている。受光素子６２は、集光レンズ６１の集光位置に配置されている。この受光素子６２は、コネクタ６３を介して制御部１８に接続されている。なお、これらビームスプリッタ６０、集光レンズ６１及び受光素子６２は、非共焦点光学系を構成する。

制御部１８は、受光素子６２から出力される輝度信号からシリコンウエハ２の裏面位置Ｓの非共焦点画像データを作成して第１の保存部２０ａに保存する。

次に、上記の如く構成された走査型共焦点顕微鏡の動作について説明する。

制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３の焦点位置をシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに合わせる。この状態で、レーザ発振器４０から赤外光のレーザ光が出力される。このレーザ光は、上記同様に、２次元走査機構４２よって２次元方向に走査されてシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに集光される。

このシリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光は、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓへの照射光路とは逆の光路を戻り、ビームスプリッタ６０で反射し、集光レンズ６１により集光されて受光素子６２に入射する。この受光素子６２は、受光したシリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光の輝度に応じた輝度信号を出力する。

制御部１８は、受光素子６２から出力される輝度信号から非共焦点画像データを作成して画像保存部２０の第１の保存部２０ａに保存する。この非共焦点画像データは、上記図４に示す例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を含むシリコンウエハ２の裏面６の画像である。なお、制御部１８は、非共焦点画像データを２値化処理して研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を抽出して第１の保存部２０ａに保存する。

次に、制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３を例えば連続的に上昇させ、対物レンズ１３の焦点位置を例えばシリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に上昇移動させる。これにより、レーザ発振器４０から出力されたレーザ光の集光位置は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に上昇移動する。これにより、上記第３の実施の形態と同様に、制御部１８は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓで焦点の合っている画像データのみを抽出し合成しエクステンド共焦点画像データとして画像保存部２０の第２の保存部２０ｂに保存する。

次に、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａに保存されている非共焦点画像データを読み出すと共、第２の保存部２０ｂに保存されている共焦点画像データを読み出し、これら共焦点画像データと非共焦点画像データとの差画像データ（共焦点画像データ−非共焦点画像データ）を求めて表示部２２に表示する。

なお、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている非共焦点画像データと共焦点画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行うこと、さらに第１の保存部２０ａと第２の保存部２０ｂとにそれぞれ保存されている非共焦点画像データと共焦点画像データとの差画像データに対して画像補間を行うことは、上記度同様である。

このように上記第５の実施の形態によれば、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光を、ビームスプリッタ６０、集光レンズ６１及び受光素子６２からなる非共焦点光学系により非共焦点画像データとして取得しても、上記第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の第６の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

図１１は走査型共焦点顕微鏡に適用した観察装置の構成図である。光源７０は、可視領域又は紫外領域の波長を有する光を出力する。この光源７０から出力される可視領域又は紫外領域の光の光路上には、照明レンズ７１、ハーフミラー７２が配置されている。照明レンズ７１は、光源７０から出力される可視領域又は紫外領域の光をコリメートする。ハーフミラー７２は、照明レンズ７１によりコリメートされた可視領域又は紫外領域の光を対物レンズ１３側に反射し、かつ試料１からの可視領域又は紫外領域の光を元の光路に反射し、さらに試料１からの赤外領域の光を透過する。

又、光源７０から出力される可視領域又は紫外領域の光の光路上で、かつ照明レンズ７１とハーフミラー７２との間には、ハーフミラー７３が配置されている。このハーフミラー７３は、試料１からの可視領域又は紫外領域の光を反射する。このハーフミラー７３の反射光路上には、集光レンズ７４及び撮像素子７５が配置されている。撮像素子７５は、集光レンズ７４の集光位置に配置され、例えばＣＣＤ等からなる。この撮像素子７５は、試料１からの可視領域又は紫外領域の光を撮像し、その画像信号を出力する。この撮像素子７５は、コネクタ７６を介して制御部１８に接続されている。なお、これらハーフミラー７２、７３、集光レンズ７４及び撮像素子７５により非共焦点光学系が構成される。

各ハーフミラー７２、７３との間の光路上には、第３のシャッタ７７が配置されると共に、レーザ発振器４０とハーフミラー４５との間の光路上には、第４のシャッタ７８が配置されている。これら第３及び第４のシャッタ７７、７８は、例えば機械的なシャッタを用いたり、又は液晶板を用いてもよい。第３のシャッタ７７は、コネクタ７９を介して制御部１８に接続され、第４のシャッタ７８は、コネクタ８０を介して制御部１８に接続されている。

この制御部１８は、第３又は第４のシャッタ７７、７８のうちいずれか一方を開放し、他方を遮光する各制御信号を第４又は第３のシャッタ７８、７７に送出する。

次に、上記の如く構成された走査型共焦点顕微鏡の動作について説明する。

制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３の焦点位置を例えばシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに合わせる。光源７０は、可視領域又は紫外領域の光を出力する。レーザ発振器４０は、赤外領域のレーザ光を出力する。又、制御部１８は、第３のシャッタ７７に対して開放の制御信号を送出し、かつ第４のシャッタ７８に対して遮光の制御信号を送出する。これにより、第３のシャッタ７７は開放し、第４のシャッタ７８は閉じる。

この状態で、光源７０から出力された可視領域又は紫外領域の光は、ハーフミラー７３、第３のシャッタ７７を通ってハーフミラー７２に入射し、このハーフミラー７２で下方に反射し、対物レンズ１３を通ってシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに照射される。シリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光は、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓへの照射光路とは逆の光路を戻り、ハーフミラー７３で反射し、集光レンズ７４で集光されて撮像素子７５に入射する。この撮像素子７５は、試料１からの可視領域又は紫外領域の光を撮像し、その画像信号を出力する。

制御部１８は、撮像素子７５から出力される撮像信号から非共焦点画像データを作成して画像保存部部２０の第１の保存部２０ａに保存する。この非共焦点画像データは、上記図４に示す例えば研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を含むシリコンウエハ２の裏面６の画像である。なお、制御部１８は、非共焦点画像データを２値化処理して研磨の痕跡Ｇ_１や傷Ｇ_２等を抽出して第１の保存部２０ａに保存する。

次に、制御部１８は、第３のシャッタ７７に対して遮光の制御信号を送出し、かつ第４のシャッタ７８に対して開放の制御信号を送出する。これにより、第３のシャッタ７７は遮光し、第４のシャッタ７８は開放する。

この状態で、制御部１８は、対物レンズ移動機構３４に対して移動制御信号を送出し、対物レンズ１３を例えば連続的に上昇させ、対物レンズ１３の焦点位置を例えばシリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に移動させる。これにより、レーザ発振器４０から出力されたレーザ光の集光位置は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏからシリコンウエハ２の裏面位置Ｓに向って連続的に移動する。

従って、上記第３の実施の形態と同様に、制御部１８は、シリコンウエハ２の表面位置Ｏ、Ｐ面位置、Ｑ面位置、Ｒ面位置、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓで焦点の合っている画像データのみを抽出し合成し第２の共焦点画像データをエクステンド共焦点画像データとして画像保存部２０の第２の保存部２０ｂに保存する。

次に、画像演算部２１は、第１の保存部２０ａに保存されている非共焦点画像データを読み出すと共、第２の保存部２０ｂに保存されているエクステンド共焦点画像データを読み出し、これら共焦点画像データと非共焦点画像データとの差画像データ（共焦点画像データ−非共焦点画像データ）を求めて表示部２２に表示する。

このように上記第６の実施の形態によれば、シリコンウエハ２の裏面位置Ｓからの反射光を、ハーフミラー７２、７３、集光レンズ７４及び撮像素子７５からなる非共焦点光学系により非共焦点画像データとして取得しても、上記第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

以下、本発明の他の特徴とするところについて説明する。

本発明は、請求項１記載の観察装置において、前記画像演算部は、前記第１又は前記第２の画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行うことを特徴とする。

本発明は、請求項１記載の観察装置において、前記画像演算部は、前記第１の画像データと前記第２の画像データとの演算結果に対して画像補間を行うことを特徴とする。

本発明は、請求項１記載の観察装置において、前記撮像部は、赤外線領域の波長に対する感度を有することを特徴とする。

本発明は、請求項６記載の観察装置において、前記共焦点光学系は、前記光源部から放射された光を集光して前記試料に照射する対物レンズと、前記対物レンズの焦点位置と共役位置に配置され、前記試料で反射して前記対物レンズを通過した前記第１又は前記第２の反射光を通過させるピンホールとを有することを特徴とする。

本発明は、請求項６記載の観察装置において、前記光源部から出力された光を前記試料の第１の面に照射したときの前記試料の前記第１の面からの前記反射光の一部を分岐して前記第１の面の非共焦点像を検出する非共焦点光学系と、前記非共焦点光学系により検出された前記非共焦点画像を取得する受光部とを有することを特徴とする。

本発明は、請求項６記載の観察装置において、前記光源部から出力された光を前記試料の第１の面に照射したときの前記試料の前記第１の面からの前記反射光の一部を分岐して前記第１の面の非共焦点像を検出する非共焦点光学系と、前記非共焦点光学系により検出された前記非共焦点画像を取得する受光部とを有し、
前記非共焦点光学系は、前記試料の第１の面からの前記反射光の光路上に配置され、前記光源部から出力された光を前記第１の面に照射したときの前記第１の面からの前記反射光の一部を分岐するミラーと、前記ミラーにより分岐された前記反射光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された前記試料の第２の面の非共焦点画像を取得する受光素子とを有することを特徴とする。

本発明は、請求項６記載の観察装置において、前記光源部は、赤外領域の波長のレーザ光を出力する第１の光源と、可視領域又は紫外領域の波長を有する光を出力する第２の光源とを有し、前記第２の光源から出力された前記可視領域又は前記紫外領域の光を前記試料の第１の面に照射したときに、前記第１の面からの反射光を検出する非共焦点光学系と、前記非共焦点光学系により検出された前記試料の第２の面の非共焦点画像を撮像する撮像部と、前記第１の光源から出力される前記レーザ光を遮光する第１の遮光部と、前記第２の光源から出力される前記可視領域又は前記紫外領域の光を遮光する第２の遮光部と、前記第１又は前記第２の遮光部のいずれか一方を切り替え遮光動作させる遮蔽制御部とを有することを特徴とする。

本発明は、請求項６記載の観察装置において、前記画像演算部は、前記第１又は前記第２の共焦点画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行うことを特徴とする。

本発明は、請求項６記載の観察装置において、前記画像演算部は、前記第１の共焦点画像データと前記第２の共焦点画像データとの演算結果に対して画像補間を行うことを特徴とする。

本発明は、赤外領域の波長のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光を走査する二次元走査機構と、
前記二次元走査機構により走査された前記レーザ光を前記試料上に集光する対物レンズと、
前記対物レンズの焦点位置と共役位置に配置されたピンホールと、
前記対物レンズと前記試料との間隔を相対的に変化させる移動機構と、
前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光を前記対物レンズを通して前記試料の第１の面に照射し、前記試料からの光を前記対物レンズの焦点と共役位置に配置されたピンホールを通して共焦点画像を検出する共焦点光学系と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を前記第１の面に照射したときに、前記共焦点光学系を通して検出される前記第１の面から反射した第１の反射光と、前記第１の面から前記試料内を透過し前記第１の面と他方の第２の面とを含むこれら面の間又は前記第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光とを検出する受光部と、
前記第１の反射光を受光した前記受光部の出力信号から取得された第１の共焦点画像データと、前記第２の反射光を受光した前記受光部の出力信号から取得された第２の共焦点画像データとを保存する画像保存部と、
前記画像保存部に保存された前記第１の共焦点画像データ又は前記第２の共焦点画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行って前記第１の共焦点画像データと前記第２の共焦点画像データとを演算し、この演算結果に対して画像補間を行って少なくとも前記試料の任意の高さ位置における観察画像データを求める画像演算部と、
を具備したことを特徴とする観察装置である。

本発明は、赤外領域の波長のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光を走査する二次元走査機構と、
前記二次元走査機構により走査された前記レーザ光を前記試料上に集光する対物レンズと、
前記対物レンズの焦点位置と共役位置に配置されたピンホールと、
前記対物レンズと前記試料との間隔を相対的に変化させる移動機構と、
前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光を前記対物レンズを通して前記試料の第１の面に照射し、前記試料からの光を前記対物レンズの焦点と共役位置に配置されたピンホールを通して共焦点画像を検出する共焦点光学系と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を前記第１の面に照射したときに、前記第１の面から前記試料内を透過し前記第１の面と他方の第２の面とを含むこれら面の間又は前記第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した反射光を前記共焦点光学系を通して検出する受光部と、
可視領域又は紫外領域の波長を有する光を出力する光源と、
前記光源から出力される前記可視領域又は前記紫外領域の光を前記共焦点光学系の光路に入射し、かつ前記試料からの可視領域又は紫外領域の光を前記共焦点光学系から取り出す分岐光学系と、
前記光源から出力される前記可視領域又は前記紫外領域の光を遮光する第１の遮光部と、
前記レーザ発振器から出力される前記レーザ光を遮光する第２の遮光部と、
前記第１又は前記第２の遮光部のいずれか一方を切り替え遮蔽動作させる遮蔽制御部と、
前記光源から出力された前記可視領域又は前記紫外領域の光を前記第１の面に照射したときに、前記第１の面からの前記反射光の一部を前記分岐光学系により分岐された前記第１の面の非共焦点像を検出する非共焦点光学系と、
前記非共焦点光学系により検出された前記非共焦点画像を取得する撮像部と、
前記撮像部で取得された前記非共焦点画像データと、前記受光部の出力信号から取得された共焦点画像データとを保存する画像保存部と、
前記画像保存部に保存された前記非共焦点画像データ又は前記共焦点画像データのうちいずれか一方又は両方に対してフォーカス補正又はコントラスト調整のうちいずれか一方又は両方を行って前記非共焦点画像データと前記共焦点画像データとを演算し、この演算結果に対して画像補間を行って少なくとも前記試料の任意の高さ位置における観察画像データを求める画像演算部と、
を有することを特徴とする観察装置である。

本発明は、請求項１２記載の観察方法において、前記第１の共焦点画像データを取得するときは、少なくとも前記第１の面で反射する可視領域、紫外領域又は赤外領域のうちいずれかの波長の光を前記第１の面に照射し、前記第２の共焦点画像データを取得するときは、前記試料内を透過する赤外領域の波長のレーザ光を前記試料に照射することを特徴とする。

本発明に係る観察装置を赤外顕微鏡に適用した第１の実施の形態を示す構成図。 同顕微鏡の画像取得フローチャート。 同顕微鏡による画像取得を示す模式図。 同顕微鏡により取得されたシリコンウエハ裏面の画像データを示す模式図。 同顕微鏡により取得されたシリコンウエハ内部の画像データを示す模式図。 同顕微鏡により取得された差画像データを示す模式図。 本発明に係る観察装置を赤外顕微鏡に適用した第２の実施の形態を示す構成図。 本発明に係る観察装置を走査型共焦点顕微鏡に適用した第３の実施の形態を示す構成図。 本発明に係る観察装置を走査型共焦点顕微鏡に適用した第４の実施の形態を示す構成図。 本発明に係る観察装置を走査型共焦点顕微鏡に適用した第５の実施の形態を示す構成図。 本発明に係る観察装置を走査型共焦点顕微鏡に適用した第６の実施の形態を示す構成図。 従来における赤外顕微鏡又走査型共焦点顕微鏡等を用いたシリコンウエハ内の集積回路の観察方法を示す図。 同顕微鏡等の観察画像上に現れる例えば研磨の痕跡や傷等の凹凸形状が影を示す模式図。

符号の説明

１：試料、２：シリコンウエハ、３：電気回路基板、４：はんだ、５：シリコンウエハの表面、６：シリコンウエハの裏面、７：対物レンズ、１０：光源、１１：照明レンズ、１２：光分割ミラー、１３：対物レンズ、１４：ステージ、１５：試料、１６：結像レンズ、１７：撮像素子、１８：制御部、１９：コネクタ、２０：画像保存部、２０ａ：第１の保存部、２０ｂ：第２の保存部、２１：画像演算部、２２：表示部、２３：コネクタ、３０：光源、３１：照明レンズ、３２：ミラー、３３：ハーフミラー、３４：対物レンズ移動機構、３５：コネクタ、４０：光源、４１：ミラー、４２：２次元走査機構、４２ａ，４２ｂ：ガルバノミラー、４３，４４：投影レンズ、４５：ハーフミラー、４６：集光レンズ、４７：ピンホール、４８：受光素子、４９：コネクタ、５０：レーザ発振器、５１：ミラー、５２：ハーフミラー、５３：第１のシャッタ、５４：第２のシャッタ、５５：コネクタ、６０：ビームスプリッタ、６１：集光レンズ、６２：受光素子、６３：コネクタ、７０：光源、７１：照明レンズ、７２：ハーフミラー、７３：ハーフミラー、７４：集光レンズ、７５：撮像素子、７６：コネクタ、７７：第３のシャッタ、７８：第４のシャッタ、７９，８０：コネクタ。

Claims (12)

1. 試料内を透過する波長領域を含む光を出力する光源部と、
   前記光源部から出力された光を前記試料の第１の面に照射したときに、前記第１の面から反射した第１の反射光と、前記第１の面から前記試料内を透過し前記第１の面と第２の面とを含むこれら面の間又は前記第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光とを撮像する撮像部と、
   前記撮像部により前記第１の反射光を撮像して取得される第１の画像データと前記第２の反射光を撮像して取得される第２の画像データとを演算して少なくとも前記試料の任意の高さ位置における観察画像データを求める画像演算部と、
   を具備したことを特徴とする観察装置。
2. 前記光源部は、前記試料内を透過する赤外線領域の波長を有する光を出力することを特徴とする請求項１記載の観察装置。
3. 前記第１の画像データと前記第２の画像データとをそれぞれ保存する画像保存部を有することを特徴とする請求項１記載の観察装置。
4. 前記画像保存部は、前記試料における前記第１の面と前記第２の面とを含むこれら面の間又は前記第２の面を透過した位置における任意の複数の高さ位置の複数の前記第２の画像データを保存することを特徴とする請求項３記載の観察装置。
5. 前記光源部は、赤外線領域の波長を有する光を出力する第１の光源と、可視領域又は紫外線領域の波長を有する光を出力する第２の光源とを有し、
   前記第１の画像データを取得するときに前記第２の光源から前記可視領域又は前記紫外領域の光を放射し、前記第２の画像データを取得するときに前記第１の光源から前記赤外領域の光を放射することを特徴とする請求項１記載の観察装置。
6. 試料を透過する波長の光を出力する光源部と、
   前記試料の共焦点画像を検出する共焦点光学系と、
   前記光源部から放射された光を前記試料の第１の面に照射したときに、前記共焦点光学系を通して前記第１の面から反射した第１の反射光と、前記第１の面から前記試料内を透過し前記第１の面と他方の第２の面とを含むこれら面又は前記第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光とを受光する受光部と、
   前記第１の反射光を受光した前記受光部の出力信号から取得された第１の共焦点画像データと、前記第２の反射光を受光した前記受光部の出力信号から取得された第２の共焦点画像データとを演算して少なくとも前記試料の任意の高さ位置における観察画像データを求める画像演算部と、
   を具備したことを特徴とする観察装置。
7. 前記光源部は、赤外領域の波長のレーザ光を出力することを特徴とする請求項６記載の観察装置。
8. 前記第１の共焦点画像データと前記第２の共焦点画像データとをそれぞれ保存する画像保存部を有することを特徴とする請求項６記載の観察装置。
9. 前記画像保存部は、前記試料における前記第１の面と前記第２の面とを含むこれら面の間又は前記第２の面を透過した位置における任意の複数の高さ位置の複数の前記第２の共焦点画像データを保存することを特徴とする請求項８記載の観察装置。
10. 前記光源部は、赤外領域の波長のレーザ光を出力する第１の光源と、可視領域又は紫外領域の波長の光を出力する第２の光源とを有し、
    前記第１の共焦点画像データを取得するときに前記第２の光源から前記可視領域又は前記紫外領域の光を放射し、前記第２の共焦点画像データを取得するときに前記第１の光源から前記赤外領域の光を放射することを特徴とする請求項６記載の観察装置。
11. 試料の第１の面に光を照射し、前記第１の面からの反射光を受光して第１の画像データを取得する工程と、
    前記試料の前記第１の面に光を照射し、前記第１の面から前記試料内を透過し前記第１の面と他方の第２の面とを含むこれら面の間又は前記第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光を受光して第２の画像データを取得する工程と、
    前記第１の画像データと前記第２の画像データとを演算して少なくとも前記試料の任意の高さ位置における観察画像データを求める工程と、
    を有することを特徴とする観察方法。
12. 試料の第１の面に光を照射し、前記第１の面からの反射光を共焦点光学系を通して受光して第１の共焦点画像データを取得する工程と、
    前記第１の面に光を照射し、前記第１の面から前記試料内を透過し前記第１の面と他方の第２の面とを含むこれら面の間又は前記第２の面を透過した位置における任意の高さ位置で反射した第２の反射光を前記共焦点光学系を通して受光して第２の共焦点画像データを取得する工程と、
    前記第１の共焦点画像データと前記第２の共焦点画像データとを演算して少なくとも前記試料内の任意の面の観察画像データを取得する工程と、
    を有することを特徴とする観察方法。

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