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G1や傷G2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G1や傷G2等を含む。このうち研磨の痕跡G1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G2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G1や傷G2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G2等を抽出し、この傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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G1や傷G2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。
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。