JP2517065C

JP2517065C -

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Publication number: JP2517065C
Authority: JP
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Publication date: 1998-07-02

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、光学系と試料との間に精密な位置決めが必要な場合の光照射装置に
関する。（従来の技術）試料の上方に対物レンズがあって、試料に対して光学的な入力を行ったり、試
料の情報を得たりする光学系には、顕微鏡やレーザ加工機などの種々のものがあ
るが、その光学系の構成はいずれも対物レンズを含む光学系全てが固定されてい
るというもので、試料上のアクセスしたい部分が対物レンズの光学的中心軸ある
いは視野から外れるような場合には、固定された光学系に対して試料を２次元的
に移動させたり、あるいは固定された試料に対して光学系全体を２次元移動させ
るという方法が採用されていた。また、集束光によって試料上を走査する光学系においては、一方向には対物レ
ンズを含む光学系の一部の移動を行い、これと直交する方向には試料の移動を行
い、２次元に走査するという方法も報告されている。（発明が解決しようとする問題点）上述した従来の技術では、以下のような問題が生じていた。すなわち、試料を移動させる場合にあっては、試料及びそれに付随するものが
、試料を載せたステージの動作を妨げることがあり、例えば多数の電気配線を有
するものなどの場合には、試料を載せたステージの位置精度が悪くなったり、ス
テージが整定するのに要する時間が長くなるという問題があった。一方、光学系の全てを移動するものにあっては、一般的に移動させるべき光学
系が大きく、相当の重量がある場合が多いので、ステージ構造が大掛かりとなり
、このことに起因してステージの位置精度が悪く、ステージが整定するのに要す
る時間が長くなっていた。そこで、本発明の目的とするところは、上述した従来の問題点を解決し、ステ
ージに載せて移動することが困難あるいは適当でない試料に対しても、高速かつ
高精度に試料上のアクセス部分に光を照射することができる光照射装置を提供す
ることにある。［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の光照射装置は、少なくとも光源を含む固定光学系と、Ｘ−Ｙ平面を光の被照射面とする固定支持された試料と、Ｘ−Ｙ平面と交差するＺ軸を光軸とし、前記被照射面と平行なＸ−Ｙ平面の相直交するＸ軸及びＹ軸方向に２次元移動する対物レンズと、前記対物レンズと共に前記Ｘ軸方向にのみ移動可能であって、Ｘ軸方向及びＹ
軸方向の間で光を反射させる第１の移動ミラーと、前記第１の移動ミラーと前記対物レンズとの間の光路途中に設けられ、前記対
物レンズと共に前記Ｘ軸及びＹ軸方向に移動可能であって、Ｙ軸方向及びＺ軸方
向の間で光を反射させる第２の移動ミラーと、前記第１の移動ミラーを搭載し、Ｘ軸方向にのみ移動可能なＸステージと、前記第２の移動ミラー及び前記対物レンズを搭載し、前記Ｘステージと同一平
面上にて前記ＸステージをガイドとしてＹ軸方向に移動することで、Ｘ軸及びＹ
軸方向に２次元移動可能なＸ−Ｙステージと、を設け、前記固定光学系は、前記光源からの光を２次元走査して前記第１の移動ミラー
に入射させる走査光学系を含み、前記光源からの光を、前記第１，第２のミラー及び対物レンズの移動によって
、前記試料上の光照射範囲に導き、かつ、前記光照射範囲内にて前記走査光学系
により走査させることを特徴とする。（作用）本発明では、試料及び光学系の大部分を固定し、試料のアクセス部分に対する
光照射のための移動を、比較的軽量である対物レンズの２次元移動によって実現
している。したがって、試料が例えば集積回路であって検査のために通電用の多数の電気
配線を接続するような場合にあっても、試料自体は何等の移動を要さないので、
光照射すべきアクセス部分の変更を容易に実現することができ、かつ、相当重量
で大掛かりな光学系の大部分も固定しているので、ステージ駆動に関する従来の
問題を解決することができる。ここで、固定光学系より移動する対物レンズに光を導くために、本発明では少
なくとも２つの第１，第２の移動ミラーを設けている。対物レンズがＸ軸方向に
移動するときは、第１，第２のミラーが共にＸ軸方向に移動するため、固定光学
系と第１の移動ミラー間のＸ軸方向に沿った光路長が変化するのみで、第１，第２の移動ミラー及び対物レンズの各光軸がずれることはない。また、対物レンズ
がＹ軸方向に移動するときは、第２の移動ミラーが共にＹ軸方向に移動するため
、第１，第２の移動ミラー間のＹ軸方向に沿った光路長が変化するのみで、第１
，第２の移動ミラー及び対物レンズの各光軸がずれることはない。したがって、対物レンズをＸ軸、Ｙ軸に移動させる際に、固定光学系から対物
レンズまでの光路長が変化するだけで、第１，第２の移動ミラー及び対物レンズ
の各光軸を常に一致させるこてができ、しかも、第１，第２の移動ミラー及び対
物レンズは軽量であるので、ステージ駆動に支障が生ずることがない。さらに本発明では、第１の移動ミラーを搭載して移動するＸステージと、第２
の移動ミラー及び対物レンズを搭載して移動するＸ−Ｙステージとは、同一平面
上を移動するように構成している。したがって、Ｘステージより第１の移動ミラ
ーが突出していても、従来のようにＸステージ上にてＸ−ＹステージをＹ方向に
移動させるものとは異なり、その第１の移動ミラーの移動経路が、Ｘ−Ｙステー
ジの移動経路と干渉することが無い。さらに本発明では、試料上の異なる位置に光を照射するために、第１第２の
移動ミラー及び対物レンズの移動に加えて、走査光学系による光走査を組み合わ
せている。したがって、試料上での光照射位置を変更するに際して、所定の範囲
内では走査光学系により光を走査するだけで必ずしも光学系の物理的移動を伴わ
なくて済むため、光照射位置を高速にて変更することができる。特に、光学系を
物理的に移動した際には必ず振動が発生し、高精度に光照射するためにはその振
動がおさまるまで待機する必要がある。本発明では、光学系の物理的な移動回数
が少なくなるため、待機時間も減少し、これによっても高速な光照射が可能とな
る。（実施例）以下、本発明を集積回路（以下、ＩＣと称する）等の検査装置に適用した一実
施例について、図面を参照して具体的に説明するこのＩＣの検査装置とは、例えばＩＣ内のいずれのトランジスタが故障してい
るかを判別するため、通電状態のトランジスタのドレイン領域に光を照射し、こ
のときの電源電流値の変化量を測定することにより検査を実行するものであり、ＩＣに通電するために多数の電気配線を試料に接続する必要があり、上述した理
由によりステージ駆動するには不向きな試料となっている。Ｘ−Ｙ平面を規定するステージベース７上には、Ｘステージ９およびＸ−Ｙス
テージ１０が支持され、Ｘステージ９は例えばＬ字状に形成され、ステージベー
ス７との間に図示しない平面軸受を有すると共に、Ｘ方向リニアガイド１１を有
し、ステージベース７上にあってＸ方向を規定するガイド８に沿ってＸ方向にの
み移動可能となっている。Ｘ−Ｙステージ１０は、ステージベース７との間に図
示しない平面軸受を有すると共に、Ｘステージ９の側面との間にＹ方向のリニア
ガイド１２を有し、前記Ｘステージ９をガイドとしてＹ方向にリニアな動作をす
る。そして、上記Ｘステージ９，Ｘ−Ｙステージ１０の動作によって、Ｘ−Ｙス
テージ１０を２次元に移動可能となっている。また、試料５は上記ステージベース７の下側で試料台６上に固定されている。
なお、上記試料５をＩＣとした場合には、光照射すべきアクセス領域は、例えば
一辺が１５mm程度の矩形となっている。そして、上記のようなＸ−Ｙステージ１０に対して、対物レンズ４は光軸がＸ
−Ｙ平面に直交するＺ方向と一致し、試料５に対向する側が下側になるような状
態で、Ｘ−Ｙステージ１０に取り付けられている。対物レンズ４の直上には、対物レンズ４の光軸上の光をＹ方向に曲げる角度で
移動ミラー３が設けられ、対物レンズ４と共にＸ−Ｙステージ１０に支持されて
２次元移動可能となっている。Ｘステージ９上には、前記移動ミラー３によってＹ方向に曲げられた光を、Ｘ
−Ｙ平面内でＸ方向に曲げるための移動ミラー２が設けられ、後述する固定光学
系３００に対物レンズ４からの光を導き、あるいは固定光学系３００からの光を
対物レンズ４に導くようになっている。移動する対物レンズ４と移動ミラー２，３とを上記のように構成することで、
対物レンズ４が２次元に移動した場合でも、固定光学系３００と対物レンズ４と
の間では、その光路長が変化するだけで、両者の光軸が２次元的にずれるという
ことがない。以上により、試料５はステージベース７の下側にあって、試料台６の上に固定されているだけで、対物レンズ４が試料５の上方で２次元に動いてアクセス部分
を移動する対物レンズ移動光学系が構成される。なお、ステージベース７には、対物レンズ４がステージベース７を越えて試料
５上に光アクセスできるように、対物レンズ４の移動ストロークに見合う大きさ
の穴が設けられている（図示せず）。このように、上記実施例では試料５は試料
台６上に固定されているだけでよい。したがって、従来のような対物レンズを含
めた固定光学系に対して試料を２次元に移動させるという方法にくらべれば、例
えば試料５が多数の配線を必要とする集積回路のようなものである場合、これを
２次元移動すると高精度の位置決めが困難であり、ステージのインデックス時間
が長くなってしまう等の不具合が生じてしまうのに対して、本実施例では比較的
軽量な対物レンズ４をＸ−Ｙステージ１０に載せて移動させているので、試料５
とは無関係に高精度な位置決めと、短いインデックス時間とが実現できる。また
、光学系全体を移動する従来構成よりも、移動分部の構成が軽量でかつ小型であ
るので、ステージ駆動を円滑に実行できる。次に、前記固定光学系３００について、第２図を参照して説明する。この固定光学系３００としては、本実施例の場合、試料５上を集束光により２
次元走査するための走査光学系３１０と、試料５上を白色光で照明するための照
明光学系３２０と、前記集束光の試料５表面からの反射光を受光し、その強度を
検出するための受光素子２２２、および試料５の像を撮影するための固体撮像素
子２２０に光を導く検出光学系３３０と、試料５の像を目視観察するための接眼
レンズ２２８を有する目視観察系３４０とを有している。まず、集束光による走査光学系３１０について説明する。第２図において、レーザ発振器２０１より発した平行光であるレーザ光は、ミ
ラー２０２で直角に反射され、集光レンズ２０３に入射し、集光レンズ２０３の
焦点位置に集束する。この焦点位置には、音響光学変調器２０４が配置され、光
の強度変調，ＯＮ／ＯＦＦの制御を実行する。この音響光学変調器２０４で光の
強度変調をする理由の一つは、後段の第１，第２の音響光学偏向器２０４，２１
３で光の偏向を行う場合に、偏向角度によって光の強度が変化するため、ここで
予め偏向後でも光強度が一定となるように変調している。ここで、この種の音響光学変調器２０４の構成について第３図を参照して説明すると、例えば二酸化
テルルなどの音響光学媒体４００の一端にピエゾ電気効果を奏するトランスジュ
ーサ４０１が配置され、他端に吸音材４０３が配置され、このトランスジューサ
４０１を高周波発振器４０２で駆動することで、上記媒体４００に同図に示す超
音波進行波を生ずる構成となっている。そして、上記超音波の周波数を例えば２
００ＭＨzに固定し、そのパワーすなわち振幅を可変することで、同図に示す第
１次回折光の強度が変調されることになる。前記音響光学変調器２０４で変調された光は、発散光として出射されるため、
これをコリメータレンズ２０５により平行光とする。この平行光は、ビームエキ
スパンダ２０６によって光径が拡大された平行光となり、ミラー２０７，２０８
で反射され、第１の音響光学偏向器２０９に入射する。この第１の音響光学偏
向器２０９は、集束光が試料５の面上をＸ方向に走査するような方向に入射光を
偏向させる。なお、この第１の音響光学偏向器２０９は、第３図に示す音響光学
変調器と同様な音響光学素子によって実現でき、変調を行う場合には超音波の振
幅変調により実現したが、偏向の場合には例えば７５〜１２５ＭＨzの範囲で周
波数変調することで偏向が可能となる。偏向した光は、第１のリレーレンズ２１０，２１１に入射し、ミラー２１２で
反射して第２の音響光学偏向器２１３に入射する。この第１のリレーレンズ２１
０，２１１は、第１の音響光学偏向器２０９による偏向の原点を再び光軸上に形
成するためのものであり、これにより形成された偏向の原点位置に前記第２の音
響光学偏向器２１３が配置されている。ここで、上記リレーレンズについて第４図を参照して説明すると、このリレー
レンズとは同図に示すように平行光束が入射した時に、平行光束として出射する
ような２群のレンズ２１０，２１１からなる光学系のことであり、望遠鏡と同様
であるが、リレーレンズとして用いる場合には、各レンズ２１０，２１１の焦点
距離ｆ１，ｆ２を、ｆ１ｆ２として用いることが多い。特にｆ１＝ｆ２とした
場合には、リレーレンズ前の光束径Ｄ１とリレーレンズ後の光束径Ｄ２とは、Ｄ
１＝Ｄ２の関係となり、かつ、リレーレンズ前の偏向光光軸が中心軸となす角度
θ１と、リレーレンズ後の偏向光光軸が中心軸となす角度θ２とは、θ１＝θ２となる。したがって、前記リレーレンズ２１１の後段に対物レンズ４があると仮
定した場合には、第１の音響光学偏向器２０９の中心位置での状態がそのまま対
物レンズ４の瞳位置に転写されたような形とすることができる（但し、偏向方向
は逆である）。上記第２の音響光学偏向器２１３は、第１の音響光学偏向器２０９による偏向
方向と直交する方向、すなわち集束光が試料５上でＹ方向に走査するような方向
に入射光を偏向するものである。なお、第１，第２の音響光学偏向器２０９，２
１３は、偏向する方向のみ相違し、その構成は同一である。このような構成によって、前記第１の音響光学偏向器２０９による偏向と第１
のリレーレンズ２１０，２１１の効果と合わせて、光は第２の音響光学偏向器２
１３の偏向位置を原点として２次元に偏向されることになる。第２の音響光学偏向器２１３の後段の第２のリレーレンズ２１４，２１５は、
第４図で説明した原理に基づき、前記２次元偏向の原点を、Ｘ−Ｙステージ１０
に搭載された対物レンズ４の瞳位置またはその近傍の光軸上に形成するためのも
のである。以上により、２次元に偏向された光が対物レンズ４に入射し、試料５上を集束
光で２次元に走査することができる。なお、前記のようなＸステージ９およびＸ
−Ｙステージ１０からなる構成及びミラー２，３の配置により、Ｘ−Ｙステージ
１０が２次元に移動して対物レンズ４が移動しても、入射光が対物レンズ４から
外れることはない。ただし、第２のリレーレンズ２１４，２１５を通過した後の光路長がＸ−Ｙス
テージ１０の移動により変化するので、前記２次元偏向の原点の像が形成される
位置が、対物レンズ４の瞳位置から対物レンズ４の移動ストロークに見合った分
だけ移動することになる。このため、対物レンズ４の瞳位置での２次元偏向光の
光束径は、光路長が最長あるいは最短になった場合には、中心である場合にくら
べて大きくなる。したがって、この状態で入射光束の全てが対物レンズ４の瞳に
入るように光径を設定すればよい。このようにすれば、入射光束の全てが対物レ
ンズ４の瞳に入射されるので、その一部が欠落して試料５上での走査光の強度ム
ラを防止できる。このように、上記走査光学系３１０を用いれば、対物レンズ４を固定したまま
でも、ある範囲内（本実施例の場合２５６μｍ角の範囲）で試料５上のアクセス
領域を光走査することができ、このような走査を対物レンズ４の移動により走査
範囲を変えて行うことで、試料５上の全アクセス領域に光走査可能となっている
。次に、試料５上を白色光で照明する照明光学系３２０について説明すると、ハ
ロゲンランプ等の白色光源２２６からの白色光は、コンデンサレンズ２２５，投
光レンズ２２４により対物レンズ４に投光され、試料５上のある範囲を照明可能
となっている。次に、試料５上に投光された光の反射光を検出するための検出光学系３３０に
ついて説明する。対物レンズ４に無限遠補正されたものを使用した場合には、試
料５上に投光された集束光及び白色光の反射光は、焦点が合った状態では平行光
束として、対物レンズ４の瞳から射出される。そして、上記のような対物レンズ
移動光学系の構成により、Ｘ−Ｙステージ１０上の移動ミラー３とＸステージ９
の移動ミラー２とで反射され、固定光学系３００に導かれる。試料５上からの反射光は、ビームスプリッタ２１７により透過光と反射光とに
分けられる。まず、反射光について説明すると、反射光は白色光投光用のビーム
スプリッタ２２３により再び透過光と反射光とに分けられるが、これを透過した
光は結像レンズ２２７により結像され、この像を接眼レンズ２２８により目視観
察することができる。この目視観察系３４０では、前記白色光による試料５表面
の明視野観察と、前記集束光の走査による試料５表面の観察および集束光を一点
に固定した場合の光スポットの観察，確認等とが目視で行える。この目視観察系３４０での光学系は、通常の光学顕微鏡と同様なものであり、
通常の光学顕微鏡が試料５上の光アクセス部分の移動を試料５を移動させること
によって行うのに対し、本実施例の場合には光アクセス部分の移動を、試料５を
固定したまま状態で、対物レンズ４を移動させることにより可能となっている。次に、ビームスプリッタ２１７の透過光について説明する。透過光は、ビーム
スプリッタ２１６により２つに分けられ、反射した方の光が検出光学系３３０に
到達する。この光は、ビームスプリッタ２１８により再び透過光と反射光とに分
けられる。透過光は結像レンズ２１９によりＣＣＤカメラ２２０のＣＣＤ素子上に結像され、前記目視観察系３４０と同様に白色光による試料５表面の観察，集
束光の走査による試料５表面の観察及び集束光を一点に固定した場合の光スポッ
トの観察，確認等がモニタテレビにより実現可能となっている。また、得られた
画像信号を画像処理することによって、各種のデータ加工が可能である。ビームスプリッタ２１８による反射光は、集光レンズ２２１によって集光され
、フォトダイオード等の受光素子２２２に入射する。この受光素子２２２は主に
集束光の試料５表面からの反射光を受光し、その強度を測定するためのものであ
り、集束光で試料５上を２次元走査することによって、走査面内の試料５上の一
点一点に対応する反射光の強度を測定することができる。この反射光の強度を集束光が当たった位置と対応させてモニタ上に表示するこ
とにより、試料５表面の集束光の走査による反射光像が得られる。尚、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施
が可能である。例えば、本発明は上述したレーザ・サーキット・アナライザのような半導体検
査装置だけでなく、走査型レーザ顕微鏡，光学顕微鏡あるいはメモリ・リペア装
置等の光照射装置として採用できる。したがって、固定光学系３００としては上
記実施例の他その使用目的に応じて種々の構成を採用でき、走査光学系３１０を
採用した場合のように光変調器，光偏向器を必要とする場合にあっては、上記の
ような音響光学変調器以外に電気光学変調器等でもよく、また、音響光学偏向器
以外に電気光学偏向器，ポリゴンミラー，ガルバノミラー等を使用することがで
きる。また、白色光照明系３２０，目視観察系３４０，光検出光学系３３０等を採用
する場合にあっても、その構成部材，光学的配置等は他の種々の変形実施が可能
なことはいうまでもない。［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば試料は固定したまま、光学系の一部であ
る対物レンズをＸ−Ｙステージ等に載せて試料上を２次元に移動させて光照射範
囲を設定し、さらに該光照射範囲内にて光学的に光を走査することにより、試料
が多数の配線を有するものであっても、高速にかつ高精度に試料のアクセス部分に対して光を照射することができる。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a light irradiation device when precise positioning is required between an optical system and a sample. (Prior art) There are various types of optical systems, such as microscopes and laser processing machines, that have an objective lens above the sample and perform optical input to the sample and obtain information on the sample. However, the configuration of each optical system is that all the optical systems including the objective lens are fixed, and when the part to be accessed on the sample deviates from the optical center axis of the objective lens or the field of view, A method has been adopted in which a sample is two-dimensionally moved with respect to a fixed optical system, or the entire optical system is two-dimensionally moved with respect to a fixed sample. In an optical system that scans a sample with focused light, a part of the optical system including an objective lens is moved in one direction, and the sample is moved in a direction perpendicular to the direction, and two-dimensional scanning is performed. A method of doing so has been reported. (Problems to be Solved by the Invention) In the above-described conventional technology, the following problems have occurred. In other words, when moving the sample, the sample and its accompanying objects may interfere with the operation of the stage on which the sample is placed. In addition, there is a problem that the positional accuracy of the stage is deteriorated and the time required for setting the stage is long. On the other hand, in the case of moving all of the optical system, the optical system to be moved is generally large and often has a considerable weight, so that the stage structure becomes large and the stage structure becomes large. Position accuracy was poor, and the time required for the stage to settle was long. Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to quickly and accurately access an access portion on a sample even for a sample that is difficult or inappropriate to be mounted on a stage and is difficult to move. An object of the present invention is to provide a light irradiation device that can irradiate light. [Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A light irradiation apparatus of the present invention includes a fixed optical system including at least a light source, a fixed and supported sample having an XY plane as a light irradiation surface. An objective lens moving two-dimensionally in the X-axis and Y-axis directions orthogonal to each other on an XY plane parallel to the irradiation surface, with a Z-axis intersecting the XY plane as an optical axis; It can move only in the X-axis direction,
A first movable mirror that reflects light between the axial directions, provided in the optical path between the first movable mirror and the objective lens, and movable with the objective lens in the X-axis and Y-axis directions. a is a second movable mirror for reflecting the light between the Y-axis direction and the Z-axis direction, said first mounting the moving mirror, which is movable only in the X-axis direction X stage, the second With the moving mirror and the objective lens, and
By moving the X stage as a guide on the surface in the Y axis direction, the X axis and the Y
An XY stage movable two-dimensionally in an axial direction , wherein the fixed optical system scans light from the light source two-dimensionally and the first movable mirror
A scanning optical system for causing the light from the light source to travel to the light irradiation range on the sample by moving the first and second mirrors and the objective lens , and within the light irradiation range. The scanning optical system
The scanning is performed by the following. (Operation) In the present invention, most of the sample and the optical system are fixed, and the movement for irradiating the access portion of the sample with light is realized by the two-dimensional movement of the relatively lightweight objective lens. Therefore, even when the sample is, for example, an integrated circuit and a large number of electrical wirings for conducting electricity are connected for inspection, the sample itself does not require any movement,
Since it is possible to easily change the access portion to be irradiated with light and to fix most of the large-scale optical system with a considerable weight, it is possible to solve the conventional problem relating to the stage drive. Here, in order to guide the light from the fixed optical system to the moving objective lens, at least two first and second moving mirrors are provided in the present invention. When the objective lens moves in the X-axis direction, the first and second mirrors both move in the X-axis direction, so that the optical path length along the X-axis direction between the fixed optical system and the first moving mirror changes. The optical axes of the first and second movable mirrors and the objective lens do not shift. When the objective lens moves in the Y-axis direction, both the second moving mirrors move in the Y-axis direction, so that the optical path length along the Y-axis direction between the first and second moving mirrors changes. Only the first
, The second moving mirror and the optical axis of the objective lens do not shift. Therefore, when the objective lens is moved in the X axis and the Y axis, only the optical path length from the fixed optical system to the objective lens changes, and the optical axes of the first and second movable mirrors and the objective lens always coincide. Since the trowel can be moved and the first and second movable mirrors and the objective lens are lightweight, there is no problem in driving the stage. Further, according to the present invention, an X stage mounted with a first moving mirror and moving,
XY stage mounted with moving mirror and objective lens
It is configured to move up. Therefore, the first moving mirror from the X stage
The XY stage moves in the Y direction on the X stage as before, even if
Unlike the moving mirror, the moving path of the first moving mirror is an XY stay.
It does not interfere with the movement path of the device. Further, in the present invention, in order to irradiate light to different positions on the sample, the first and second
Optical scanning by the scanning optical system is combined with the movement of the moving mirror and the objective lens.
I'm making it. Therefore, when changing the light irradiation position on the sample,
In the inside, only scanning light by the scanning optical system does not necessarily involve physical movement of the optical system.
Since it is not necessary, the light irradiation position can be changed at a high speed. In particular, the optical system
Vibration always occurs when moving physically, and it is necessary to irradiate light with high accuracy.
You need to wait until the movement stops. In the present invention, the number of physical movements of the optical system
, The waiting time is also reduced, which also enables high-speed light irradiation.
You. (Embodiment) An embodiment in which the present invention is applied to an inspection device for an integrated circuit (hereinafter, referred to as an IC) or the like will be specifically described with reference to the drawings. In order to determine which of the transistors has failed, the test is performed by irradiating light to the drain region of the energized transistor and measuring the amount of change in the power supply current value at this time. It is necessary to connect a large number of electric wirings to the sample in order to energize the IC, and the sample is not suitable for driving the stage for the above-described reason. An X stage 9 and an XY stage 10 are supported on a stage base 7 that defines an XY plane. The X stage 9 is formed in, for example, an L shape, and a flat bearing (not shown) is provided between the stage and the stage base 7. And a linear guide 11 in the X direction, and is movable only in the X direction along a guide 8 on the stage base 7 which defines the X direction. The XY stage 10 has a flat bearing (not shown) between the stage base 7 and a linear guide 12 in the Y direction between the stage and the side surface of the X stage 9. Behave linearly. The XY stage 10 can be moved two-dimensionally by the operations of the X stage 9 and the XY stage 10. The sample 5 is fixed on a sample table 6 below the stage base 7.
When the sample 5 is an IC, the access area to be irradiated with light is, for example, a rectangle having a side of about 15 mm. Then, with respect to the XY stage 10 as described above, the objective lens 4 has the optical axis X
It is attached to the XY stage 10 in a state in which it coincides with the Z direction orthogonal to the -Y plane and the side facing the sample 5 is on the lower side. Immediately above the objective lens 4, a movable mirror 3 is provided at an angle to bend the light on the optical axis of the objective lens 4 in the Y direction, and is supported by the XY stage 10 together with the objective lens 4 so as to be movable two-dimensionally. ing. On the X stage 9, the light bent in the Y direction by the moving mirror 3 is applied to the X stage 9.
A movable mirror 2 for bending in the X direction in the -Y plane is provided to guide light from the objective lens 4 to a fixed optical system 300 described later, or to guide light from the fixed optical system 300 to the objective lens 4. Has become. By configuring the moving objective lens 4 and the moving mirrors 2 and 3 as described above,
Even when the objective lens 4 moves two-dimensionally, only the optical path length changes between the fixed optical system 300 and the objective lens 4, and the two optical axes do not shift two-dimensionally. As described above, the sample 5 is located below the stage base 7 and is merely fixed on the sample table 6, and the objective lens 4 moves two-dimensionally above the sample 5 to move the access portion. A moving optical system is configured. The stage base 7 is provided with a hole having a size corresponding to the moving stroke of the objective lens 4 so that the objective lens 4 can access the sample 5 beyond the stage base 7 (not shown). . Thus, in the above embodiment, the sample 5 only needs to be fixed on the sample stage 6. Therefore, when compared with a conventional method of moving a sample two-dimensionally with respect to a fixed optical system including an objective lens, for example, when the sample 5 is an integrated circuit that requires a large number of wirings However, when this is two-dimensionally moved, it is difficult to perform high-precision positioning, and a problem such as an increase in the index time of the stage occurs. Since the sample 5 is placed on the Y stage 10 and moved, the sample 5
Irrespective of this, highly accurate positioning and a short index time can be realized. In addition, since the configuration of the moving portion is lighter and smaller than the conventional configuration in which the entire optical system is moved, the stage can be driven smoothly. Next, the fixed optical system 300 will be described with reference to FIG. In the case of the present embodiment, the fixed optical system 300 uses the focused light to
A scanning optical system 310 for performing dimensional scanning, an illumination optical system 320 for illuminating the sample 5 with white light, and a light source for receiving reflected light of the focused light from the surface of the sample 5 and detecting the intensity thereof. It has a light receiving element 222, a detection optical system 330 that guides light to the solid-state imaging device 220 for capturing an image of the sample 5, and a visual observation system 340 having an eyepiece 228 for visually observing the image of the sample 5. doing. First, the scanning optical system 310 using focused light will be described. In FIG. 2, laser light, which is parallel light emitted from a laser oscillator 201, is reflected at a right angle by a mirror 202, enters a condenser lens 203, and is focused on a focal position of the condenser lens 203. An acousto-optic modulator 204 is arranged at this focal position, and executes light intensity modulation and ON / OFF control. One of the reasons why the acousto-optic modulator 204 modulates the intensity of light is that the first and second acousto-optic deflectors 204 and 21 at the subsequent stage are used.
When the light is deflected in step 3, the light intensity changes depending on the deflection angle. Therefore, the light intensity is modulated in advance so that the light intensity remains constant even after the deflection. Here, the configuration of this type of acousto-optic modulator 204 will be described with reference to FIG. 3. A sound absorbing material 403 is provided, and the transducer 401 is driven by a high-frequency oscillator 402 to generate an ultrasonic traveling wave shown in FIG. Then, the frequency of the ultrasonic wave is set to, for example, 2
By fixing the power to 00 MHz and changing the power, that is, the amplitude, the intensity of the first-order diffracted light shown in the figure is modulated. Since the light modulated by the acousto-optic modulator 204 is emitted as divergent light,
This is converted into parallel light by the collimator lens 205. The parallel light becomes a parallel light whose light diameter is enlarged by the beam expander 206, and is reflected by mirrors 207 and 208.
And is incident on the first acousto-optic deflector 209. The first acousto-optic deflector 209 deflects incident light in a direction such that the focused light scans the surface of the sample 5 in the X direction. Note that the first acousto-optic deflector 209 can be realized by an acousto-optic device similar to the acousto-optic modulator shown in FIG. 3, and when modulation is performed, it is realized by amplitude modulation of ultrasonic waves. In this case, for example, deflection can be performed by frequency modulation in the range of 75 to 125 MHz. The deflected light enters the first relay lenses 210 and 211, is reflected by the mirror 212, and enters the second acousto-optic deflector 213. This first relay lens 21
Numerals 0 and 211 are for re-forming the origin of the deflection by the first acousto-optic deflector 209 on the optical axis. The second acousto-optic deflector 213 is located at the origin of the deflection formed by this. Is arranged. Here, the relay lens will be described with reference to FIG. 4. This relay lens is composed of two groups of lenses 210 and 211 that emit as a parallel light beam when a parallel light beam enters as shown in FIG. However, when used as a relay lens, the focal lengths f1 and f2 of the lenses 210 and 211 are often used as f1 and f2. In particular, when f1 = f2, the luminous flux diameter D1 before the relay lens and the luminous flux diameter D2 after the relay lens become D
1 = D2, and the angle θ1 between the deflection optical axis before the relay lens and the central axis and the angle θ2 between the deflection optical axis after the relay lens and the central axis are θ1 = θ2. Therefore, when it is assumed that the objective lens 4 is located downstream of the relay lens 211, the state at the center position of the first acousto-optic deflector 209 is transferred to the pupil position of the objective lens 4 as it is. (However, the direction of deflection is opposite). The second acousto-optic deflector 213 deflects incident light in a direction orthogonal to the direction of deflection by the first acousto-optic deflector 209, that is, in a direction such that focused light scans on the sample 5 in the Y direction. It is. The first and second acousto-optic deflectors 209 and 2
13 differs only in the direction of deflection, and has the same configuration. With such a configuration, the deflection by the first acousto-optic deflector 209 and the first
In addition to the effects of the relay lenses 210 and 211 of FIG.
It is two-dimensionally deflected with the 13 deflection positions as the origin. The second relay lenses 214 and 215 at the subsequent stage of the second acousto-optic deflector 213
On the basis of the principle described with reference to FIG.
The objective lens 4 is formed on the optical axis at or near the pupil position of the objective lens 4 mounted thereon. As described above, the two-dimensionally deflected light is incident on the objective lens 4, and the sample 5 can be two-dimensionally scanned with the focused light. The X stage 9 and X
Due to the configuration including the -Y stage 10 and the arrangement of the mirrors 2 and 3, even if the XY stage 10 moves two-dimensionally and the objective lens 4 moves, incident light does not deviate from the objective lens 4. However, since the optical path length after passing through the second relay lenses 214 and 215 changes due to the movement of the XY stage 10, the position where the image of the origin of the two-dimensional deflection is formed depends on the pupil of the objective lens 4. The objective lens 4 moves from the position by an amount corresponding to the moving stroke of the objective lens 4. For this reason, the light beam diameter of the two-dimensionally deflected light at the pupil position of the objective lens 4 is larger when the optical path length is longest or shortest than when it is at the center. Therefore, the light diameter may be set such that all of the incident light flux enters the pupil of the objective lens 4 in this state. In this way, since all of the incident light flux is incident on the pupil of the objective lens 4, a part of the incident light flux is lost, so that the intensity unevenness of the scanning light on the sample 5 can be prevented. As described above, when the scanning optical system 310 is used, it is possible to optically scan the access area on the sample 5 within a certain range (in the present embodiment, a range of 256 μm square) even with the objective lens 4 fixed. By performing such scanning while changing the scanning range by moving the objective lens 4, it is possible to optically scan the entire access area on the sample 5. Next, the illumination optical system 320 that illuminates the sample 5 with white light will be described. White light from a white light source 226 such as a halogen lamp is projected onto the objective lens 4 by a condenser lens 225 and a projection lens 224. A certain area on the sample 5 can be illuminated. Next, the detection optical system 330 for detecting the reflected light of the light projected on the sample 5 will be described. When the object lens 4 having been corrected for infinity is used, the focused light and the reflected light of the white light projected on the sample 5 are converted into a parallel light flux when focused, and the pupil of the objective lens 4 is Emitted from. The moving mirror 3 on the XY stage 10 and the X stage 9 are configured by the objective lens moving optical system described above.
And is guided to the fixed optical system 300. The reflected light from the sample 5 is divided into transmitted light and reflected light by the beam splitter 217. First, the reflected light will be described. The reflected light is again divided into transmitted light and reflected light by a beam splitter 223 for projecting white light, and the light transmitted therethrough is formed into an image by an imaging lens 227, and this image is formed. Can be visually observed with the eyepiece 228. In the visual observation system 340, bright field observation of the surface of the sample 5 by the white light, observation of the surface of the sample 5 by scanning of the focused light, and observation and confirmation of a light spot when the focused light is fixed at one point are performed. It can be done visually. The optical system in this visual observation system 340 is similar to a normal optical microscope,
While the ordinary optical microscope moves the light access portion on the sample 5 by moving the sample 5, in the case of this embodiment, the light access portion is moved while the sample 5 is fixed. This is made possible by moving the objective lens 4. Next, light transmitted through the beam splitter 217 will be described. The transmitted light is split into two by the beam splitter 216, and the reflected light reaches the detection optical system 330. This light is again split into transmitted light and reflected light by the beam splitter 218. The transmitted light is imaged on the CCD element of the CCD camera 220 by the imaging lens 219, and the observation of the surface of the sample 5 by white light, the observation of the surface of the sample 5 by scanning of the focused light, and the focused light similarly to the visual observation system 340. Observation, confirmation, etc. of a light spot in the case where is fixed at one point can be realized by a monitor television. Various data processing can be performed by performing image processing on the obtained image signal. Light reflected by the beam splitter 218 is condensed by a condenser lens 221 and is incident on a light receiving element 222 such as a photodiode. The light receiving element 222 mainly receives the reflected light of the focused light from the surface of the sample 5 and measures the intensity thereof. By scanning the sample 5 two-dimensionally with the focused light, the light on the scanning surface The intensity of the reflected light corresponding to each point on the sample 5 can be measured. By displaying the intensity of the reflected light on the monitor in correspondence with the position where the focused light hits, a reflected light image by scanning the focused light on the surface of the sample 5 can be obtained. Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, the present invention can be applied not only to a semiconductor inspection device such as the laser circuit analyzer described above, but also to a light irradiation device such as a scanning laser microscope, an optical microscope, or a memory repair device. Therefore, the fixed optical system 300 can employ various configurations according to the purpose of use in addition to the above-described embodiment, and can be used when an optical modulator and an optical deflector are required as in the case where the scanning optical system 310 is employed. In this case, an electro-optic modulator may be used instead of the above-described acousto-optic modulator, and an electro-optic deflector, a polygon mirror, a galvano mirror, or the like may be used other than the acousto-optic deflector. Further, even when the white light illumination system 320, the visual observation system 340, the light detection optical system 330, and the like are employed, it is needless to say that the constituent members, the optical arrangement, and the like can be variously modified. Nor. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, while the sample is fixed, the objective lens, which is a part of the optical system, is placed on the XY stage or the like and moved two-dimensionally on the sample to obtain light. Irradiation range
Set the circumference, by Rukoto to further scan the optically light upon light irradiation range, even those having a sample number of lines, the access portion of the sample at high speed and with high accuracy Light can be applied.

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明をＩＣ検査装置に適用した一実施例を説明するための装置の
外観斜視図、第２図は、固定光学系の一例を説明するための概略説明図、第３図は、音響光学素子の一例を示す概略説明図、第４図は、リレーレンズの作用を説明するための概略説明図である。２，３…移動ミラー、４…対物レンズ、７…ステージベース、９…Ｘステージ、１０…Ｘ−Ｙステージ、２０１…レーザ発振器、３００…固定光学系、３１０…走査光学系、３２０…照明光学系、３３０…検出光学系、３４０…目視観察系。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an external perspective view of an apparatus for explaining an embodiment in which the present invention is applied to an IC inspection apparatus, and FIG. 2 is a view for explaining an example of a fixed optical system. FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an example of an acousto-optical element, and FIG. 4 is a schematic explanatory view for explaining the operation of a relay lens. 2, 3 moving mirror, 4 objective lens, 7 stage base, 9 X stage, 10 XY stage, 201 laser oscillator, 300 fixed optical system, 310 scanning optical system, 320 optical illumination System, 330: detection optical system, 340: visual observation system.

Claims

A fixed optical system including at least a light source, a fixedly supported sample having an XY plane as a surface to be irradiated with light, a Z axis intersecting with the XY plane as an optical axis, An objective lens that moves two-dimensionally in the X-axis and Y-axis directions orthogonal to each other on an XY plane parallel to the irradiation surface, and is movable only in the X-axis direction together with the objective lens;
A first movable mirror that reflects light between the axial directions, provided in the optical path between the first movable mirror and the objective lens, and movable with the objective lens in the X-axis and Y-axis directions. a is a second movable mirror for reflecting the light between the Y-axis direction and the Z-axis direction, said first mounting the moving mirror, which is movable only in the X-axis direction X stage, the second With the moving mirror and the objective lens, and
By moving the X stage as a guide on the surface in the Y axis direction, the X axis and the Y
An XY stage movable two-dimensionally in an axial direction , wherein the fixed optical system scans light from the light source two-dimensionally and the first movable mirror
A scanning optical system for causing the light from the light source to travel to the light irradiation range on the sample by moving the first and second mirrors and the objective lens , and within the light irradiation range. The scanning optical system
A light irradiation device characterized in that the light irradiation device scans with a light source.