JP4722419B2 - Solid immersion lens - Google Patents

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Description

本発明は、半導体デバイスの故障解析や信頼性評価に用いられる半導体デバイス検査方法などに用いられる固浸レンズに関する。   The present invention relates to a solid immersion lens used for a semiconductor device inspection method used for failure analysis and reliability evaluation of a semiconductor device.

半導体デバイス検査装置として、従来、エミッション顕微鏡、OBIRCH解析装置、時間分解エミッション顕微鏡などが知られている(特許文献1、2、3参照)。しかしながら、近年、検査対象となる半導体デバイスの微細化が進んでおり、可視光、赤外光、あるいは熱線を使用した従来の検査装置では、光学系での回折限界に起因する制限により、微細構造の解析が困難になってきている。   Conventionally, as a semiconductor device inspection apparatus, an emission microscope, an OBIRCH analysis apparatus, a time-resolved emission microscope, and the like are known (see Patent Documents 1, 2, and 3). However, in recent years, semiconductor devices to be inspected have been miniaturized, and conventional inspection apparatuses using visible light, infrared light, or heat rays have a fine structure due to limitations due to diffraction limits in the optical system. The analysis of is becoming difficult.

このため、このような微細構造をとる半導体デバイス中に形成されたトランジスタや配線などの回路パターンに発生した異常箇所を検出する場合、まず、可視光、赤外光、または熱線を使用した検査装置によって異常箇所が存在する範囲をある程度まで絞り込む。そして、その絞り込まれた範囲について、より高分解能な電子顕微鏡などを用いて観察を行うことで、半導体デバイス中の異常箇所を検査する方法が用いられている。   For this reason, when detecting an abnormal part occurring in a circuit pattern such as a transistor or wiring formed in a semiconductor device having such a fine structure, first, an inspection apparatus using visible light, infrared light, or heat rays To narrow the range where the abnormal part exists to some extent. And the method of inspect | inspecting the abnormal location in a semiconductor device by observing the narrowed-down range using a higher-resolution electron microscope etc. is used.

上記したような方法、つまり光を使用して検査を行った後に電子顕微鏡で高分解能の観察を行う方法では、検査対象となる半導体デバイスの準備、設置が複雑であり、半導体デバイスの検査に大変な手間と時間とを要してしまうという問題がある。   In the method described above, that is, the method of performing high-resolution observation with an electron microscope after performing inspection using light, the preparation and installation of the semiconductor device to be inspected are complicated, and it is very difficult to inspect the semiconductor device. There is a problem that it takes a lot of trouble and time.

また、半導体デバイス上に形成された多層配線などの遮蔽物を避けるため、半導体デバイス裏面側に対物レンズを配置し、半導体デバイスの基板越しにデバイスからの発光を観察する裏面観察が必要な場合が増えてきている。   Also, in order to avoid shielding objects such as multilayer wiring formed on the semiconductor device, an objective lens is arranged on the back side of the semiconductor device, and it is necessary to observe the back side to observe the light emitted from the device through the substrate of the semiconductor device. It is increasing.

一方、観察対象の画像を拡大するレンズとして、固浸レンズ(SIL:Solid Immersion Lens)が知られている。固浸レンズは、一般的には半球形状、またはワイエルストラス球と呼ばれる超半球形状のレンズとして知られる。この固浸レンズを観察対象物の表面に光学的に結合させて設置すれば、開口数NA及び倍率をともに拡大することができ、高い空間分解能での観察が可能となる。このような固浸レンズを用いた半導体検査装置としては、例えば特許文献4、5に記載されたものがある。
特開平7−190946号公報 特開平6−300824号公報 特開平10−150086号公報 特公平7−18806号公報 米国特許第6594086号明細書
On the other hand, a solid immersion lens (SIL) is known as a lens for enlarging an image to be observed. The solid immersion lens is generally known as a hemispherical lens or a super hemispherical lens called a Weierstrass sphere. If this solid immersion lens is optically coupled to the surface of the object to be observed, both the numerical aperture NA and the magnification can be enlarged, and observation with high spatial resolution becomes possible. As a semiconductor inspection apparatus using such a solid immersion lens, for example, there are those described in Patent Documents 4 and 5.
JP-A-7-190946 JP-A-6-300824 Japanese Patent Laid-Open No. 10-150086 Japanese Patent Publication No. 7-18806 US Pat. No. 6,594,086

上記特許文献4に開示された固浸レンズは、平凸レンズ(plano−convex lens)であって、観察対象物に対する取付面(底面)が平面である。固浸レンズを用いた半導体デバイスの裏面観察においては、固浸レンズと半導体基板との間に隙間が発生すると、臨界角以上の入射光が全反射されて、臨界角以下の入射光しか伝搬できなくなり、実効的な開口数が臨界角で制限されることになる。ところが、固浸レンズと半導体基板裏面との間の隙間が、半導体中の光の波長と同程度になると、光はエバネッセント結合により伝搬することが可能になる。   The solid immersion lens disclosed in Patent Document 4 is a plano-convex lens and has a flat mounting surface (bottom surface) for an observation object. When observing the back side of a semiconductor device using a solid immersion lens, if there is a gap between the solid immersion lens and the semiconductor substrate, incident light above the critical angle is totally reflected and only incident light below the critical angle can propagate. The effective numerical aperture is limited by the critical angle. However, when the gap between the solid immersion lens and the back surface of the semiconductor substrate is approximately the same as the wavelength of light in the semiconductor, the light can propagate by evanescent coupling.

しかし、平凸レンズと半導体基板裏面との隙間には、広い対峙領域に起因して、隙間の大きな部分が存在し、このような隙間が大きな部分では、透過光強度が急激に低下して、臨界角以下の入射光しか伝搬できなくなり、実効的な開口数が制限されてしまう。このように、平凸レンズを用いた検査では、平凸レンズ底面の面精度が高精度であることが要求されるため、製造コストの増大を招来する。さらに、半導体基板に対しても、接触面の面精度が要求されるため、半導体デバイスを検査するための前処理(半導体基板の研磨)において多大な労力を要するといった問題点がある。   However, in the gap between the plano-convex lens and the back surface of the semiconductor substrate, there is a large gap due to a wide confrontation area, and in such a large gap, the transmitted light intensity rapidly decreases and becomes critical. Only incident light below the corner can propagate, limiting the effective numerical aperture. As described above, in the inspection using the plano-convex lens, the surface accuracy of the bottom surface of the plano-convex lens is required to be high, resulting in an increase in manufacturing cost. Furthermore, since the surface accuracy of the contact surface is also required for the semiconductor substrate, there is a problem that a great deal of labor is required in the pretreatment (semiconductor substrate polishing) for inspecting the semiconductor device.

加えて、平凸レンズ底面および基板における接触面の面精度を高精度にできたとしても、これらを光学的に結合させる際には、空気の流動抵抗が高いため、光学的結合を得るまでに長時間を要するといった問題点もある。   In addition, even if the surface accuracy of the plano-convex lens bottom surface and the contact surface on the substrate can be made high, the air flow resistance is high when these are optically coupled, so that it takes a long time to obtain optical coupling. There is also a problem that it takes time.

そこで、上記特許文献4においては、固浸レンズ本来の分解能を得る手法として、平凸レンズと観察対象物との間に高屈折率流体を介在させることにより、屈折率整合を利用するものを記載する。この手法は屈折率整合を利用するものであって、エバネッセント結合を利用するものとは異なる。高屈折率整合流体の代表的なものとして、砒素トリプロマイド/ジサルファイド/セレン化合物系が挙げられるが、砒素トリブロマイドは毒性と腐食性を有するので、取り扱いの上で問題がある。   Therefore, in Patent Document 4 described above, as a technique for obtaining the original resolution of a solid immersion lens, a technique that uses refractive index matching by interposing a high refractive index fluid between a plano-convex lens and an observation object is described. . This method uses refractive index matching and is different from that using evanescent coupling. A typical high refractive index matching fluid includes an arsenic tripromide / disulfide / selenium compound system, but arsenic tribromide has a problem in handling because it is toxic and corrosive.

また、上記特許文献5に開示された固浸レンズは、bi−convexレンズである。このレンズでは、取付面が観察対象物と点で接触する凸状であるために(point of contact)、平凸レンズに比して光学的結合性の確保に有利と考えられる。しかし、観察対象物との接触面積が非常に小さいので、観察対象となる半導体デバイスの基板が厚くなると、NAの高い光束を通すことができなくなるので、固浸レンズ本来の高解像度、高集光性を得ることができないという問題がある。   Further, the solid immersion lens disclosed in Patent Document 5 is a bi-convex lens. In this lens, since the mounting surface has a convex shape that makes contact with the observation object at a point (point of contact), it is considered to be advantageous in securing optical connectivity as compared with a plano-convex lens. However, since the contact area with the object to be observed is very small, if the substrate of the semiconductor device to be observed becomes thick, it becomes impossible to pass a light beam with a high NA. There is a problem that cannot be obtained.

この固浸レンズと観察対象物とを広い面積で密着させるためには、固浸レンズの底面と観察対象物との間に圧力を加える必要がある。ここで、図17に示すように、レンズの曲率半径が小さくなるにつれて密着に必要な圧力が高くなる。図17では、固浸レンズの底面の径2mmまでを、観察対象物の平面部に密着させるために必要な圧力を示している。固浸レンズを用いた半導体デバイスの裏面解析においては、取り扱い時の強度も十分に考慮して半導体基板へ圧力を加えなければならない。過度の圧力を加えた場合、半導体基板表面に形成された集積回路にダメージを与えるおそれがあるからである。半導体デバイスの薄肉化という傾向を踏まえると、bi−convexレンズでは、固浸レンズ本来の分解能を得られない。   In order to bring the solid immersion lens and the observation object into close contact with each other over a wide area, it is necessary to apply pressure between the bottom surface of the solid immersion lens and the observation object. Here, as shown in FIG. 17, as the curvature radius of the lens decreases, the pressure required for close contact increases. FIG. 17 shows the pressure necessary to bring the bottom surface of the solid immersion lens up to 2 mm in diameter into close contact with the flat surface of the observation object. In the backside analysis of a semiconductor device using a solid immersion lens, it is necessary to apply pressure to the semiconductor substrate with sufficient consideration of the strength during handling. This is because if an excessive pressure is applied, there is a risk of damaging the integrated circuit formed on the surface of the semiconductor substrate. Considering the trend of thinning semiconductor devices, bi-convex lenses cannot achieve the resolution inherent to solid immersion lenses.

また、圧力により半導体デバイスに歪みが生じるが、この状態は、半導体デバイスの実装状態と異なるため、実装状態と同様の動作条件で検査したいという要求を満たすことができない。歪みの生じた状態では、検査本来の目的と相反する結果を招来する可能性さえある。   Moreover, although distortion occurs in the semiconductor device due to the pressure, this state is different from the mounting state of the semiconductor device, and therefore, it is not possible to satisfy the requirement to inspect under the same operating conditions as the mounting state. In a distorted state, it may even lead to results that are contrary to the intended purpose of the test.

さらに、このレンズでは、その形状上の特性から、半導体基板との位置関係が一意に定まらないという問題がある。半導体基板の接触面に対して傾いて取り付けられた場合、固浸レンズ底面の中央部の光学的結合は得られない。これを避けるためには、固浸レンズの精密な位置制御が必要となり、装置の大型化、高コスト化を招く。   Furthermore, this lens has a problem that the positional relationship with the semiconductor substrate is not uniquely determined due to the shape characteristics. When it is attached to be inclined with respect to the contact surface of the semiconductor substrate, optical coupling at the center of the bottom surface of the solid immersion lens cannot be obtained. In order to avoid this, precise position control of the solid immersion lens is required, which leads to an increase in the size and cost of the apparatus.

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、所望の開口数で光束を通すことができ、かつ、観察対象の試料に光学的に結合させる際の位置制御が容易な固浸レンズを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and allows the light beam to pass therethrough with a desired numerical aperture and facilitates position control when optically coupled to the sample to be observed. An object is to provide a solid immersion lens.

このような目的を達成するために、本発明による固浸レンズは、観察対象の試料に取り付けられ、試料の観察に用いられる固浸レンズであって、(1)所定半径の球面形状を有する第1の面と、(2)試料に対する取付面となるとともに、複数の突出部を有する第2の面とを備え、(3)第2の面は、複数の突出部のそれぞれが、中心軸から離れた位置に設けられ、複数の突出部による試料に対する接触パターンが、中心軸に対して軸対称となるとともに、第2の面の中央部と試料とが接触しないように形成されていることを特徴とする。
In order to achieve such an object, a solid immersion lens according to the present invention is a solid immersion lens that is attached to a sample to be observed and is used for observation of the sample, and is (1) a first spherical surface having a predetermined radius. And (2) a second surface having a plurality of protrusions, and (3) a second surface, each of the plurality of protrusions being separated from the central axis. The contact pattern with respect to the sample by the plurality of protrusions provided at a distant position is symmetrical with respect to the central axis, and is formed so that the center portion of the second surface and the sample do not contact each other. Features.

上記した固浸レンズでは、試料に対する取付面において、bi−convexレンズのような単一の突出部ではなく、複数の突出部を設けている。このような構成において、固浸レンズを試料に対して光学的に結合させると、取付面上での複数の突出部の設置パターンに対応した接触パターンが現れる。したがって、突出部の個数や配置によって接触パターンを設定し、所望の光路を通る光束を得ることができる。例えば、開口数の高い光束も、突出部をその開口数に合わせて配置することによって得ることができる。また、複数の突出部を介して固浸レンズを試料に接触させているので、固浸レンズの位置制御が容易となる。また、取付面上の突出部において試料と光学的に結合するため、観察後、固浸レンズに対して極微弱な力により光学的結合を解除することができる。したがって、固浸レンズの取り外しに際し、試料及び固浸レンズを破損するおそれがない。   In the solid immersion lens described above, a plurality of protrusions are provided on the mounting surface for the sample, instead of a single protrusion as in the bi-convex lens. In such a configuration, when the solid immersion lens is optically coupled to the sample, a contact pattern corresponding to the installation pattern of the plurality of protrusions on the mounting surface appears. Therefore, a contact pattern can be set according to the number and arrangement of protrusions, and a light beam passing through a desired optical path can be obtained. For example, a light beam having a high numerical aperture can also be obtained by arranging the protruding portion according to the numerical aperture. In addition, since the solid immersion lens is brought into contact with the sample via the plurality of protrusions, the position control of the solid immersion lens becomes easy. In addition, since the projection is optically coupled to the sample at the protrusion on the mounting surface, the optical coupling can be released by a very weak force with respect to the solid immersion lens after observation. Therefore, there is no possibility of damaging the sample and the solid immersion lens when removing the solid immersion lens.

さらに、上記構成では、試料に対する取付面における複数の突出部は、その設置パターン及び試料に対する接触パターンが固浸レンズの中心軸に対して軸対称となるように配置されている。これにより、固浸レンズの中心軸上にある試料での観察位置に対し、観察位置が取付面から所定距離にある場合でも、試料の観察を好適に実行することが可能となる。これは、例えば半導体デバイスなどの試料に対して裏面観察を行う場合などに極めて有効である。また、上記構成では、複数の突出部の個数や形状、配置、及び複数の突出部による固浸レンズの試料への接触パターンを、試料の観察のために用いようとする光路に合わせて設定することが可能である。これにより、試料観察の光路や開口数などの観察条件を、所望の条件で任意かつ選択的に設定することができる。   Furthermore, in the above configuration, the plurality of protrusions on the mounting surface for the sample are arranged so that the installation pattern and the contact pattern for the sample are axially symmetric with respect to the central axis of the solid immersion lens. Thereby, even when the observation position is at a predetermined distance from the mounting surface with respect to the observation position of the sample on the central axis of the solid immersion lens, it is possible to suitably execute the observation of the sample. This is extremely effective when, for example, backside observation is performed on a sample such as a semiconductor device. In the above configuration, the number, shape, and arrangement of the plurality of protrusions, and the contact pattern of the solid immersion lens by the plurality of protrusions to the sample are set in accordance with the optical path to be used for sample observation. It is possible. This makes it possible to arbitrarily and selectively set observation conditions such as the optical path and numerical aperture for sample observation under desired conditions.

また、上記した固浸レンズを顕微鏡に適用する場合、顕微鏡は、観察対象の試料を観察するための顕微鏡であって、試料からの光が入射する対物レンズを含み、試料の画像を導く光学系と、上記した固浸レンズと、を備えて構成されることが好ましい。これにより、好適な観察条件で試料の観察を行うことが可能となる。   In addition, when the solid immersion lens described above is applied to a microscope, the microscope is a microscope for observing a sample to be observed, and includes an objective lens on which light from the sample is incident, and an optical system that guides an image of the sample And the solid immersion lens described above. This makes it possible to observe the sample under suitable observation conditions.

本発明によれば、位置制御が容易で、かつ、所望の開口数で光束を通すことができる固浸レンズを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a solid immersion lens that is easy to control the position and can pass a light beam with a desired numerical aperture.

以下、図面とともに、本発明による固浸レンズの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。   Hereinafter, preferred embodiments of a solid immersion lens according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.

図1は、本発明による固浸レンズの第1実施形態の構成を示す(a)底面図、及び(b)側面図である。また、図1(b)においては、固浸レンズを試料に取り付けた状態で示している。なお、以下の各実施形態においては、必要に応じて、固浸レンズの底面図に対して中心軸に直交するx軸、y軸を付し、これらの軸を参照して構成を説明する。ただし、これらのx軸、y軸は、説明の便宜上のものである。また、各図において、見易さのため、突出部に斜線を付して図示している。   FIG. 1A is a bottom view and FIG. 1B is a side view showing the configuration of a first embodiment of a solid immersion lens according to the present invention. Moreover, in FIG.1 (b), it has shown in the state which attached the solid immersion lens to the sample. In each of the following embodiments, if necessary, an x-axis and a y-axis orthogonal to the central axis are attached to the bottom view of the solid immersion lens, and the configuration will be described with reference to these axes. However, these x-axis and y-axis are for convenience of explanation. Moreover, in each figure, the protrusion part is shown with diagonal lines for easy viewing.

本実施形態による固浸レンズ1Aは、観察対象の試料6に取り付けられ、試料6の観察に用いられるものである。固浸レンズ1Aは、外部(例えば、顕微鏡の対物レンズ)に対する光の入出力面となる上面(第1の面)2と、試料6に対する取付面となる底面(第2の面)3とを備え、屈折率nの材料によって形成されている。ここで、本固浸レンズ1Aにおけるレンズ形状の中心軸を、図1(b)に示すように軸Axとする。   The solid immersion lens 1 </ b> A according to the present embodiment is attached to the sample 6 to be observed and used for observing the sample 6. The solid immersion lens 1 </ b> A includes an upper surface (first surface) 2 that serves as an input / output surface for light with respect to the outside (for example, an objective lens of a microscope) and a bottom surface (second surface) 3 that serves as an attachment surface for the sample 6. And is formed of a material having a refractive index n. Here, the central axis of the lens shape in the solid immersion lens 1A is an axis Ax as shown in FIG.

上面2は、中心軸Ax上にある点Oを球心とした曲率半径Rの球面形状に形成されている。また、底面3は、上面2の球心Oを通り、中心軸Axに垂直な面と略一致するように形成されている。これにより、本実施形態の固浸レンズ1Aは、その基本形状が半球状のレンズ形状となっている。固浸レンズ1Aの上面2の半径Rは、好ましくは0.05mm以上0.5mm以下である。あるいは、この範囲外で半径Rを設定しても良い。   The upper surface 2 is formed in a spherical shape having a radius of curvature R with the point O on the central axis Ax as a sphere. The bottom surface 3 is formed so as to substantially coincide with a surface that passes through the spherical center O of the top surface 2 and is perpendicular to the central axis Ax. Thereby, the solid immersion lens 1A of the present embodiment has a hemispherical lens shape. The radius R of the upper surface 2 of the solid immersion lens 1A is preferably 0.05 mm or more and 0.5 mm or less. Alternatively, the radius R may be set outside this range.

さらに、固浸レンズ1Aにおいては、試料6に対する取付面となる底面3が、複数の突出部を有して形成されている。すなわち、図1に示した構成では、下方へと突出する2つの突出部4a、4bが底面3に設けられている。これらの突出部4a、4bは、中心軸Ax及び底面3の中心位置となる球心Oを挟む位置に、突出部4a、4bによる試料6に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となるように形成されている。   Further, in the solid immersion lens 1A, the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample 6 is formed with a plurality of protrusions. That is, in the configuration shown in FIG. 1, two projecting portions 4 a and 4 b projecting downward are provided on the bottom surface 3. In these protrusions 4a and 4b, the contact pattern with respect to the sample 6 by the protrusions 4a and 4b is axially symmetric with respect to the center axis Ax at a position sandwiching the center O of the center axis Ax and the center position of the bottom surface 3. It is formed as follows.

具体的には、底面3上で突出部4a、4bは、図1(a)に示すように、x軸からみてy軸の負の方向に角度θで傾いた直線上にあって、中心軸Axから距離Lで軸Axを挟む位置を中心とし、それぞれ半径r(ただし、r<R/2、r<L)の円形状に形成されている。これにより、2つの突出部4a、4bの設置パターンは、図1(a)に示すように、中心軸Axの方向から見て底面3の中心位置であって、上面2の球心であるOに対して点対称となっている。また、固浸レンズ1Aを試料6に取り付けた際の試料6に対する底面3の接触パターンは、中心軸Axの方向から見て、中心軸Axが試料6の被取付面と交差する点に対して点対称となっている。   Specifically, the protrusions 4a and 4b on the bottom surface 3 are on a straight line inclined at an angle θ in the negative direction of the y axis as viewed from the x axis, as shown in FIG. Centering on a position sandwiching the axis Ax at a distance L from Ax, each is formed in a circular shape with a radius r (where r <R / 2, r <L). As a result, the installation pattern of the two protrusions 4a and 4b is the center position of the bottom surface 3 as viewed from the direction of the central axis Ax and the center of the top surface 2 as shown in FIG. Is point-symmetric. Further, the contact pattern of the bottom surface 3 with respect to the sample 6 when the solid immersion lens 1A is attached to the sample 6 is that the center axis Ax intersects the surface to be attached of the sample 6 when viewed from the direction of the center axis Ax. It is point-symmetric.

突出部4a、4bの具体的な突出構造については、図2(a)〜(c)に示すように様々な構造を用いることができる。図2(a)〜(c)は、それぞれ図1に示した固浸レンズ1AのI−I矢印断面図である。ただし、これらの図においては、上記した突出部4a、4bの構造を、中心軸Ax方向について拡大して示すとともに、その試料に対する接触パターンを斜線を付して示している。また、図2(b)及び(c)においては、固浸レンズ1Aの上方部分について図示を省略している。   As for the specific protruding structure of the protruding portions 4a and 4b, various structures can be used as shown in FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views of the solid immersion lens 1A shown in FIG. However, in these drawings, the structure of the protrusions 4a and 4b described above is shown enlarged in the direction of the central axis Ax, and the contact pattern with respect to the sample is shown by hatching. 2B and 2C, the upper portion of the solid immersion lens 1A is not shown.

図2(a)に示す構成では、突出部4a、4bは、その断面形状がそれぞれ半楕円状の曲面形状となるように形成されている。また、図2(b)に示す構成では、突出部4a、4bは、その断面形状が下方に向かって狭くなるテーパ状の台形状となるように形成されている。一方、図2(c)に示す構成では、突出部4a、4bは、その断面形状が長方形状となるように形成されている。あるいは、これら以外の形状を用いても良い。なお、突出部4a、4bの底面3からの突出高さについては、突出部4a、4bを設けることによる後述の効果を充分に実現するため、10nm以上とすることが好ましい。また、突出高さの上限については、固浸レンズ1Aの全体形状等から、上面2の曲率半径Rに対してR/2以下とすることが好ましい。   In the configuration shown in FIG. 2A, the projecting portions 4a and 4b are formed so that the cross-sectional shape thereof is a semi-elliptical curved surface shape. In the configuration shown in FIG. 2B, the projecting portions 4a and 4b are formed to have a tapered trapezoidal shape whose cross-sectional shape becomes narrower downward. On the other hand, in the configuration shown in FIG. 2C, the projecting portions 4a and 4b are formed so that the cross-sectional shape thereof is rectangular. Alternatively, shapes other than these may be used. In addition, about the protrusion height from the bottom face 3 of protrusion part 4a, 4b, in order to fully implement | achieve the effect mentioned later by providing protrusion part 4a, 4b, it is preferable to set it as 10 nm or more. The upper limit of the protrusion height is preferably R / 2 or less with respect to the radius of curvature R of the upper surface 2 from the overall shape of the solid immersion lens 1A.

次に、上記した固浸レンズ1Aを用いた試料観察方法について説明する。ここでは、図1(b)に示すように、例えば半導体基板などの板状の試料6において、その上面6aを固浸レンズ1Aが取り付けられる面、下面6bを観察位置Pが設定される観察面とした場合について説明する。このような試料観察の例としては、半導体デバイスを試料6とし、そのデバイス面を下面6bとして上面6a側から裏面観察を行う場合が挙げられる。   Next, a sample observation method using the above-described solid immersion lens 1A will be described. Here, as shown in FIG. 1B, for example, in a plate-like sample 6 such as a semiconductor substrate, the upper surface 6a is a surface on which the solid immersion lens 1A is attached, and the lower surface 6b is an observation surface on which an observation position P is set. The case will be described. As an example of such sample observation, there is a case where the semiconductor device is the sample 6, the device surface is the lower surface 6b, and the back surface observation is performed from the upper surface 6a side.

試料6に取り付けた固浸レンズ1Aにおける取付面は底面3であり、固浸レンズ1Aは試料6と底面3に設置された突出部4a、4bで接触し、そこを通じて光が伝搬される。突出部4a、4b以外の部分では、固浸レンズ1Aは、試料6の上面6aと接触しておらず、臨界角以上の入射角を持つ光は底面3で全反射して、試料6内に入射しない。   The mounting surface of the solid immersion lens 1A attached to the sample 6 is the bottom surface 3. The solid immersion lens 1A is in contact with the sample 6 at the projecting portions 4a and 4b installed on the bottom surface 3, and light propagates therethrough. In portions other than the protrusions 4a and 4b, the solid immersion lens 1A is not in contact with the upper surface 6a of the sample 6, and light having an incident angle greater than the critical angle is totally reflected by the bottom surface 3 and enters the sample 6. Not incident.

さらに、突出部4a、4bによる試料6に対する底面3の接触パターンは、中心軸Axに対して軸対称、つまり、試料6の上面6a上で観察位置Pに対応する点に対して点対称である。このため、突出部4aもしくは4bから入射した光は、試料6の上面6aを通過した後、下面6bに設定された観察位置Pで反射して、もう一方の突出部4bあるいは4aに到達する。具体的には、図1(b)に示したように、光lは固浸レンズ1Aに入射後、突出部4aに達し、突出部4aを通じて試料6の中に入射する。その後、下面6b上の観察位置Pに達し、そこで反射され、突出部4bに到達する。そして、突出部4bを通じて固浸レンズ1A内に入射し、レンズ内を通過して外部へと出射していく。一方、光lは、底面3上の突出部4a、4b以外の部分に臨界角以上の入射角をもって到達し、そこで全反射した後、固浸レンズ1Aを通過して外部へと出射していく。 Furthermore, the contact pattern of the bottom surface 3 with respect to the sample 6 by the protrusions 4a and 4b is axially symmetric with respect to the central axis Ax, that is, point-symmetric with respect to a point corresponding to the observation position P on the upper surface 6a of the sample 6. . For this reason, the light incident from the protrusion 4a or 4b passes through the upper surface 6a of the sample 6, is reflected at the observation position P set on the lower surface 6b, and reaches the other protrusion 4b or 4a. Specifically, as shown in FIG. 1B, the light 11 enters the solid immersion lens 1A, reaches the protrusion 4a, and enters the sample 6 through the protrusion 4a. Then, it reaches the observation position P on the lower surface 6b, is reflected there, and reaches the protrusion 4b. Then, the light enters the solid immersion lens 1A through the protrusion 4b, passes through the lens, and exits to the outside. On the other hand, light l 2 reaches with a critical angle or more incident angles on the protrusion 4a, portions other than 4b on the bottom surface 3, where after totally reflected and emitted to the outside through the solid immersion lens 1A Go.

続いて、本実施形態による固浸レンズ1Aの効果について説明する。   Next, effects of the solid immersion lens 1A according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ1Aは、bi−convexレンズのように1つの突出部ではなく、2つの突出部4a、4bを有し、これらの2つの突出部4a、4bにおいて試料6と接触する。このため、これらの突出部の位置や形状を変えて接触パターンを調整して、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。例えば、高い開口数NAの光束を得たい場合には、その開口数に合わせた個数、配置で突出部を設ければ良い。また、2つの突出部4a、4bを介して固浸レンズ1Aを試料6に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料6上に設置させることができる。このため、bi−convexレンズに比べ固浸レンズ1Aの位置制御は容易である。   The solid immersion lens 1 </ b> A has two protrusions 4 a and 4 b instead of one protrusion like the bi-convex lens, and contacts the sample 6 at these two protrusions 4 a and 4 b. For this reason, it is possible to obtain a light beam passing through a desired optical path by changing the position and shape of these protrusions to adjust the contact pattern. For example, when it is desired to obtain a light beam having a high numerical aperture NA, it is only necessary to provide protrusions in the number and arrangement corresponding to the numerical aperture. Further, by bringing the solid immersion lens 1A into contact with the sample 6 through the two projecting portions 4a and 4b, the solid immersion lens 1A can be stably installed on the sample 6 without tilting. For this reason, position control of the solid immersion lens 1A is easier than the bi-convex lens.

さらに、2つの突出部4a、4bにおいて試料6と接触するため、固浸レンズ1Aと試料6とを分離するのに要する力は平凸レンズに比べて極微弱ですみ、固浸レンズ1Aの取り外しの際に試料及び固浸レンズ1Aを破損させるおそれがない。加えて、固浸レンズ1Aが試料6と接触するのは2つの突出部においてのみと、接触面積が平凸レンズの場合に比べて狭いので、試料6表面にあるゴミやほこりなどによって、その光学的な結合が妨げられる可能性が低くなる。   Furthermore, since the two protrusions 4a and 4b are in contact with the sample 6, the force required to separate the solid immersion lens 1A and the sample 6 is extremely weak compared to the plano-convex lens, and the solid immersion lens 1A can be removed. There is no risk of damaging the sample and the solid immersion lens 1A. In addition, the solid immersion lens 1A is in contact with the sample 6 only at the two protrusions, and the contact area is narrow compared to the case of the plano-convex lens. The possibility of hindering proper coupling is reduced.

また、固浸レンズ1Aの突出部4a、4bは、それによる試料6に対する接触パターンが固浸レンズ1Aの中心軸Axに対して軸対称であって、観察位置Pに対応する上面6a上の点に対して点対称となるように配置されている。したがって、一方の突出部から入射し、観察位置Pで反射した光は、他方の突出部から出射していく。これにより、試料6の下面である6b上に設定された観察位置Pでの観察が可能となり、例えば半導体デバイスの裏面解析が可能となる。さらに、突出部4a、4bの位置、形状、及びそれによる底面3の試料6への接触パターンを、試料観察のために用いようとする光路に合わせて設定することにより、試料観察の光路や開口数などを、所望の条件で任意かつ選択的に設定することができる。   Further, the protrusions 4a and 4b of the solid immersion lens 1A are points on the upper surface 6a corresponding to the observation position P, with the contact pattern with respect to the sample 6 thereby being symmetric with respect to the central axis Ax of the solid immersion lens 1A. Are arranged so as to be point-symmetric with respect to. Therefore, the light incident from one projecting portion and reflected at the observation position P is emitted from the other projecting portion. As a result, observation at the observation position P set on the lower surface 6b of the sample 6 can be performed, and for example, the back surface analysis of the semiconductor device can be performed. Furthermore, by setting the positions and shapes of the protrusions 4a and 4b and the contact pattern of the bottom surface 3 to the sample 6 according to the optical path to be used for sample observation, the optical path and aperture for sample observation are set. The number and the like can be arbitrarily and selectively set under desired conditions.

また、図1に示す固浸レンズ1Aは、底面3において、突出部4a、4bを中心軸Axから距離Lだけ離れた位置に設けている。このような構成では、底面3の中央部と試料6とは接触していないので、中央遮蔽絞りを用いたときと同様の効果が得られる。すなわち、中心光束を遮る中央遮蔽絞りを用いた場合同様、観察対象物が中心光束によって照明されず、暗い視野の中に観察対象を明るく浮かびあがらせて観察することができる。そのため、例えば本固浸レンズ1Aを半導体デバイスの裏面観察に適用した場合、半導体基板の裏側にある金属配線のコントラストをなくし、基板の立体形状のみを選択的に取り出して観察することが可能である。   Further, in the solid immersion lens 1A shown in FIG. 1, the protrusions 4a and 4b are provided on the bottom surface 3 at positions separated from the central axis Ax by a distance L. In such a configuration, since the center portion of the bottom surface 3 and the sample 6 are not in contact with each other, the same effect as that obtained when the central shielding diaphragm is used can be obtained. That is, as in the case of using the central shielding stop that blocks the central light beam, the observation object is not illuminated by the central light beam, and the observation object can be observed brightly in a dark field of view. Therefore, for example, when this solid immersion lens 1A is applied to the backside observation of a semiconductor device, it is possible to eliminate the contrast of the metal wiring on the backside of the semiconductor substrate and selectively take out and observe the three-dimensional shape of the substrate. .

このように、本実施形態にかかる固浸レンズ1Aを用いることにより、3次元的な画像を得ることが可能となる。また、突出部の位置・形状を変え、観察位置Pへの光の入射角を調整することによって、2次元的な画像、あるいは3次元的な画像などの所望の画像を得ることができる。例えば、図1に示した構成では、突出部4a、4bの中心軸Axからの距離L、及びその半径rなどのパラメータを、得たい画像に合わせて設定すれば良い。   Thus, a three-dimensional image can be obtained by using the solid immersion lens 1A according to the present embodiment. Further, by changing the position and shape of the protrusion and adjusting the incident angle of light to the observation position P, a desired image such as a two-dimensional image or a three-dimensional image can be obtained. For example, in the configuration shown in FIG. 1, parameters such as the distance L from the central axis Ax of the protrusions 4a and 4b and the radius r thereof may be set according to the image to be obtained.

ここで、固浸レンズ1Aの全体の形状について、上記構成例では半球状としたが、これに限らず様々な形状を用いても良い。一般には、固浸レンズ1Aの上面2の形状は、レンズによる収差や、試料における観察位置等を考慮して決められる。例えば、半球状を有する固浸レンズ1Aでは、その球心Oが無収差物点となり、このときに開口数NA及び倍率はともにn倍となる。一方、超半球状を有する固浸レンズでは、球心からR/nだけ下方にずれた位置が無収差物点となり、このときに開口数NA及び倍率はともにn倍となる。あるいは、球心と、球心からR/nだけ下方にずれた位置との間の位置を焦点とする構成を用いても良い。 Here, the overall shape of the solid immersion lens 1A is hemispherical in the above configuration example, but not limited to this, various shapes may be used. In general, the shape of the upper surface 2 of the solid immersion lens 1A is determined in consideration of the aberration caused by the lens, the observation position on the sample, and the like. For example, in the solid immersion lens 1A having a hemispherical shape, the spherical center O is an aberration object point, and at this time, the numerical aperture NA and the magnification are both n times. On the other hand, in a solid immersion lens having a super hemisphere, a position shifted downward from the spherical center by R / n is an aberration object point, and at this time, both the numerical aperture NA and the magnification are n 2 times. Or you may use the structure which makes a focus the position between a spherical center and the position shifted | deviated below R / n from the spherical center.

また、固浸レンズ1Aの材料については、観察に用いる光を通過させる材料を、その屈折率等によって適宜選択して用いて良い。例えば、半導体デバイスの観察を行う際、固浸レンズの材料としては、半導体デバイスの基板材料と実質的に同一またはその屈折率に近い、高屈折率の材料が好適に用いられる。その例としては、Si、GaP、GaAsなどが挙げられる。なお、基板がガラスや、プラスチックからなる場合には、固浸レンズの材料として、ガラスまたはプラスチックが選択される。   As the material of the solid immersion lens 1A, a material that transmits light used for observation may be appropriately selected depending on its refractive index and the like. For example, when observing a semiconductor device, a material having a high refractive index that is substantially the same as or close to the refractive index of the substrate material of the semiconductor device is preferably used as the material of the solid immersion lens. Examples thereof include Si, GaP, and GaAs. If the substrate is made of glass or plastic, glass or plastic is selected as the material for the solid immersion lens.

また、固浸レンズの底面に設けられた突出部の個数、配置及び形状については、個々の固浸レンズにおいて設定されるべき開口数や光路などに応じて、様々な構成を用いて良い。   In addition, regarding the number, arrangement, and shape of the protrusions provided on the bottom surface of the solid immersion lens, various configurations may be used according to the numerical aperture and optical path to be set in each solid immersion lens.

図3は、図1に示した固浸レンズの一変形例の構成を参考例として示す(a)底面図、及び(b)II−II矢印断面図である。この固浸レンズ1Bでは、試料に対する取付面となる底面3において、突出部4a、4bに加えて、さらにその中心部に1つの突出部4cが設けられている。この突出部4cは、例えば球心Oを中心とした半径rの円形状に形成される。このような構成であっても、突出部4a、4b、4cによる試料6に対する底面3の接触パターンは、中心軸Axに対して軸対称である。試料の観察において、中心光束による画像を得たい場合には、このように取付面の中心部に突出部を有する構造とすることが好ましい。なお、突出部4cの突出構造については、図3(b)ではその断面形状を長方形状とした構造を例示しているが、図2(a)、(b)に示したように、半楕円状やテーパ状の台形状としても良い。 3A is a bottom view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line II-II, showing a configuration of a modified example of the solid immersion lens shown in FIG. 1 as a reference example . In the solid immersion lens 1B, in addition to the projecting portions 4a and 4b, one projecting portion 4c is further provided at the center of the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample. For example, the protrusion 4c is formed in a circular shape having a radius r with the sphere center O as the center. Even in such a configuration, the contact pattern of the bottom surface 3 with respect to the sample 6 by the protrusions 4a, 4b, and 4c is axisymmetric with respect to the central axis Ax. In the case of observing the sample, when it is desired to obtain an image by the central beam, it is preferable to have a structure having a protrusion at the center of the mounting surface as described above. As for the protruding structure of the protruding portion 4c, FIG. 3B illustrates a structure in which the cross-sectional shape is rectangular, but as shown in FIGS. 2A and 2B, a semi-elliptical shape is used. It is good also as a trapezoid shape of a shape or a taper shape.

図4は、固浸レンズの他の変形例の構成を示す底面図である。この固浸レンズ1Cでは、底面3において、第1の組の突出部5a、5b、第2の組の突出部5c、5d、第3の組の突出部5e、5fの3組の突出部が設けられている。これらのうち、突出部5a、5bは、中心軸Axから距離Lで軸Axを挟む位置に、それぞれ半径rの円形状に形成されている。また、突出部5c、5dは、中心軸Axから距離Lで軸Axを挟む位置に、それぞれ半径rの円形状に形成されている。また、突出部5e、5fは、中心軸Axから距離Lで軸Axを挟む位置に、それぞれ半径rの円形状に形成されている。このように固浸レンズの底面において中心軸を挟むように設けられる突出部を複数組としても良い。このような構成では、突出部の組の数によって観察に用いる光量等を設定することができる。また、それぞれの突出部の配置及び形状等については、距離L、L、L及び半径r、r、rなどのパラメータは、同じ値に設定しても良く、あるいは、互いに異なる値に設定しても良い。 FIG. 4 is a bottom view showing the configuration of another modified example of the solid immersion lens. In this solid immersion lens 1C, on the bottom surface 3, there are three sets of protrusions: a first set of protrusions 5a and 5b, a second set of protrusions 5c and 5d, and a third set of protrusions 5e and 5f. Is provided. Among these, the protruding portions 5a, 5b at a position sandwiching the axis Ax at a distance L 1 from the center axis Ax, and is formed in a circular shape having a radius r 1, respectively. Further, the projecting portion 5c, 5d at a position sandwiching the axis Ax at a distance L 2 from the center axis Ax, and is formed in a circular shape having a radius r 2, respectively. Further, the projecting portion 5e, 5f are at positions sandwiching the axis Ax at a distance L 3 from the central axis Ax, and is formed in a circular shape having a radius r 3, respectively. In this manner, a plurality of sets of protrusions provided so as to sandwich the central axis on the bottom surface of the solid immersion lens may be used. In such a configuration, the amount of light used for observation can be set depending on the number of sets of protrusions. Further, regarding the arrangement and shape of each protrusion, the parameters such as the distances L 1 , L 2 , L 3 and the radii r 1 , r 2 , r 3 may be set to the same value, or mutually Different values may be set.

図5は、固浸レンズの他の変形例の構成を示す(a)底面図、及び(b)III−III矢印断面図である。この固浸レンズ1Dでは、底面3において、中心軸Axを挟む位置に設けられる突出部として、長方形状の突出部7a、7bを設けている。このように、突出部の形状については、円形のみでなく、楕円、長方形、あるいは多角形など様々な形状を用いても良い。   FIG. 5A is a bottom view and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line III-III showing the configuration of another modification of the solid immersion lens. In the solid immersion lens 1D, rectangular protrusions 7a and 7b are provided on the bottom surface 3 as protrusions provided at positions sandwiching the central axis Ax. Thus, as for the shape of the protrusion, not only a circle but also various shapes such as an ellipse, a rectangle, or a polygon may be used.

図6は、固浸レンズの他の参考例の構成を示す(a)底面図、及び(b)IV−IV矢印断面図である。この固浸レンズ1Eでは、底面3において、中心軸Axを挟む位置に円形状の突出部8a、8bを設けている。また、これらの突出部8a、8bに対し、底面3の中心部を含み、突出部8a、8bを連結する連結突出部8cを設けている。このような構成においても、連結された突出部8a、8b、8cによる試料に対する底面3の接触パターンは、中心軸Axに対して軸対称である。このように、取付面の中心部を含む突出部を設ける構成においては、その突出部を、中心軸Axを挟む位置に設けられた他の突出部を連結するように形成しても良い。 6A is a bottom view illustrating the configuration of another reference example of the solid immersion lens, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along arrows IV-IV. In the solid immersion lens 1E, circular protrusions 8a and 8b are provided on the bottom surface 3 at positions sandwiching the central axis Ax. Moreover, the connection protrusion part 8c which includes the center part of the bottom face 3 and connects protrusion part 8a, 8b with respect to these protrusion parts 8a, 8b is provided. Even in such a configuration, the contact pattern of the bottom surface 3 with respect to the sample by the connected protrusions 8a, 8b, and 8c is axisymmetric with respect to the central axis Ax. Thus, in the structure which provides the protrusion part including the center part of an attachment surface, you may form the protrusion part so that the other protrusion part provided in the position on both sides of central axis Ax may be connected.

次に、本実施形態に係る固浸レンズ1Aを用いた半導体デバイスの検査装置及び検査方法について説明する。ここで、本発明による固浸レンズは、一般に試料を観察するための顕微鏡、及び試料観察方法に適用可能である。以下においては、その一例として、半導体デバイスを観察対象(検査対象)とした半導体検査装置及び検査方法について説明する。   Next, a semiconductor device inspection apparatus and inspection method using the solid immersion lens 1A according to the present embodiment will be described. Here, the solid immersion lens according to the present invention is generally applicable to a microscope and a sample observation method for observing a sample. In the following, a semiconductor inspection apparatus and inspection method in which a semiconductor device is an observation object (inspection object) will be described as an example.

まず、半導体デバイスの検査方法に用いられる検査装置について説明する。図7は、本実施形態に係る固浸レンズを有する半導体検査装置のブロック構成図である。この半導体検査装置は、半導体基板上に形成された半導体デバイスを検査対象としており、半導体基板上においてトランジスタや配線などで構成された回路パターンについて、その画像を取得し、内部情報を検出して検査を行う。   First, an inspection apparatus used for a semiconductor device inspection method will be described. FIG. 7 is a block diagram of a semiconductor inspection apparatus having a solid immersion lens according to the present embodiment. This semiconductor inspection device targets semiconductor devices formed on a semiconductor substrate, obtains images of circuit patterns made up of transistors, wirings, etc. on the semiconductor substrate, detects internal information, and inspects them I do.

図7に示すように、半導体検査装置は、半導体デバイスSの観察を行う観察部Aと、観察部Aの各部の動作を制御する制御部Bと、半導体デバイスSの検査に必要な処理や指示などを行う解析部Cとを備えている。また、検査の対象となる半導体デバイスSは、観察部Aに設けられたステージ18上に載置されている。   As shown in FIG. 7, the semiconductor inspection apparatus includes an observation unit A that observes the semiconductor device S, a control unit B that controls the operation of each unit of the observation unit A, and processes and instructions necessary for the inspection of the semiconductor device S. And an analysis unit C for performing the above. Further, the semiconductor device S to be inspected is placed on the stage 18 provided in the observation unit A.

観察部Aは、暗箱(図示していない)内に設置された画像取得部13と、光学系14と、本実施形態に係る固浸レンズ1Aとを有している。画像取得部13は、例えば光検出器や撮像装置などからなり、半導体デバイスSの画像を取得する手段である。また、画像取得部13と、ステージ18上に載置された半導体デバイスSとの間には、半導体デバイスSからの光による画像を画像取得部13へと導く光学系14が設けられている。   The observation unit A includes an image acquisition unit 13 installed in a dark box (not shown), an optical system 14, and a solid immersion lens 1A according to the present embodiment. The image acquisition unit 13 includes, for example, a photodetector and an imaging device, and is a unit that acquires an image of the semiconductor device S. An optical system 14 is provided between the image acquisition unit 13 and the semiconductor device S placed on the stage 18 to guide an image by light from the semiconductor device S to the image acquisition unit 13.

光学系14には、その半導体デバイスSに対向する所定位置に、半導体デバイスSからの光が入射する対物レンズ20が設けられている。半導体デバイスSから出射、あるいは反射等された光は対物レンズ20へと入射し、この対物レンズ20を含む光学系14を介して、画像取得部13に到達する。そして、画像取得部13において、検査に用いられる半導体デバイスSの画像が取得される。   The optical system 14 is provided with an objective lens 20 on which light from the semiconductor device S is incident at a predetermined position facing the semiconductor device S. Light emitted from, reflected by, or the like from the semiconductor device S enters the objective lens 20 and reaches the image acquisition unit 13 via the optical system 14 including the objective lens 20. Then, the image acquisition unit 13 acquires an image of the semiconductor device S used for inspection.

画像取得部13と光学系14とは、互いに光軸が一致した状態で一体に構成されている。また、これらの画像取得部13及び光学系14に対し、XYZステージ15が設置されている。これにより、画像取得部13及び光学系14は、X方向,Y方向(水平方向)及びZ方向(垂直方向)のそれぞれで必要に応じて移動させて、半導体デバイスSに対する位置合わせ及び焦点合わせが可能な構成となっている。   The image acquisition unit 13 and the optical system 14 are integrally configured in a state where the optical axes coincide with each other. An XYZ stage 15 is installed for the image acquisition unit 13 and the optical system 14. Thereby, the image acquisition unit 13 and the optical system 14 are moved as necessary in each of the X direction, the Y direction (horizontal direction), and the Z direction (vertical direction) to perform alignment and focusing on the semiconductor device S. It has a possible configuration.

また、検査対象となる半導体デバイスSに対して、検査部16が設けられている。検査部16は、半導体デバイスSの検査を行う際に、必要に応じて、半導体デバイスSの状態制御等を行う。検査部16による半導体デバイスSの状態の制御方法は、半導体デバイスSに対して適用する具体的な検査方法によって異なるが、例えば、半導体デバイスSに形成された回路パターンの所定部分に電圧を供給する方法、あるいは、半導体デバイスSに対してプローブ光となるレーザ光を照射する方法などが用いられる。   An inspection unit 16 is provided for the semiconductor device S to be inspected. When inspecting the semiconductor device S, the inspection unit 16 performs state control of the semiconductor device S as necessary. The method for controlling the state of the semiconductor device S by the inspection unit 16 differs depending on the specific inspection method applied to the semiconductor device S. For example, a voltage is supplied to a predetermined portion of a circuit pattern formed in the semiconductor device S. A method or a method of irradiating the semiconductor device S with a laser beam as probe light is used.

また、観察部Aには、さらに固浸レンズ1Aが設置されている。半導体検査装置においては、この固浸レンズ1Aは、画像取得部13及び光学系14と、ステージ18上に載置された半導体デバイスSとに対して移動可能であるように設置されている。具体的には、固浸レンズ1Aは、半導体デバイスSから対物レンズ20への光軸を含み、上記したように半導体デバイスSの表面に密着して設置される挿入位置と、光軸を外れた位置(待機位置)との間を移動可能に構成されている。   Further, the observation unit A is further provided with a solid immersion lens 1A. In the semiconductor inspection apparatus, the solid immersion lens 1 </ b> A is installed so as to be movable with respect to the image acquisition unit 13 and the optical system 14 and the semiconductor device S placed on the stage 18. Specifically, the solid immersion lens 1 </ b> A includes the optical axis from the semiconductor device S to the objective lens 20, and is out of the optical axis and the insertion position installed in close contact with the surface of the semiconductor device S as described above. It is configured to be movable between positions (standby positions).

さらに、固浸レンズ1Aに対し、固浸レンズ駆動部30が設けられている。固浸レンズ駆動部30は、固浸レンズ1Aを駆動して、上記した挿入位置、及び待機位置の間を移動させる駆動手段である。また、固浸レンズ駆動部30は、固浸レンズ1Aの位置を微小に移動させることにより、光学系14の対物レンズ20に対する固浸レンズ1Aの挿入位置を調整する。なお、図1においては、対物レンズ20と半導体デバイスSとの間の挿入位置に設置された状態で固浸レンズ1Aを示している。   Further, a solid immersion lens driving unit 30 is provided for the solid immersion lens 1A. The solid immersion lens drive unit 30 is a drive unit that drives the solid immersion lens 1A to move between the insertion position and the standby position. The solid immersion lens drive unit 30 adjusts the insertion position of the solid immersion lens 1A with respect to the objective lens 20 of the optical system 14 by minutely moving the position of the solid immersion lens 1A. In FIG. 1, the solid immersion lens 1 </ b> A is shown in a state of being installed at an insertion position between the objective lens 20 and the semiconductor device S.

半導体デバイスSを検査するための観察等を行う観察部Aに対し、制御部B及び解析部Cが設けられている。   A control unit B and an analysis unit C are provided for the observation unit A that performs observation for inspecting the semiconductor device S.

制御部Bは、観察制御部51と、ステージ制御部52と、固浸レンズ制御部53とを有している。観察制御部51は、画像取得部13及び検査部16の動作を制御することによって、観察部Aにおいて行われる半導体デバイスSの観察の実行や観察条件の設定などを制御する。   The control unit B includes an observation control unit 51, a stage control unit 52, and a solid immersion lens control unit 53. The observation control unit 51 controls the execution of the observation of the semiconductor device S performed in the observation unit A and the setting of observation conditions by controlling the operations of the image acquisition unit 13 and the inspection unit 16.

ステージ制御部52は、XYZステージ15の動作を制御することによって本検査装置における検査箇所となる画像取得部13及び光学系14による半導体デバイスSの観察箇所の設定、あるいはその位置合わせ、焦点合わせ等を制御する。また、固浸レンズ制御部53は、固浸レンズ駆動部30の動作を制御することによって、挿入位置及び待機位置の間での固浸レンズ1Aの移動、あるいは固浸レンズ1Aの挿入位置の調整等を制御する。   The stage control unit 52 controls the operation of the XYZ stage 15 to set the observation location of the semiconductor device S by the image acquisition unit 13 and the optical system 14 as the inspection location in the present inspection apparatus, or the alignment and focusing thereof. To control. Further, the solid immersion lens control unit 53 controls the operation of the solid immersion lens driving unit 30, thereby moving the solid immersion lens 1A between the insertion position and the standby position or adjusting the insertion position of the solid immersion lens 1A. Control etc.

解析部Cは、画像解析部61と、指示部62とを有している。画像解析部61は、画像取得部13によって取得された画像に対して必要な解析処理等を行う。また、指示部62は、操作者からの入力内容や、画像解析部61での解析内容等を参照し、制御部Bを介して、観察部Aにおける半導体デバイスSの検査の実行に関する必要な指示を行う。   The analysis unit C includes an image analysis unit 61 and an instruction unit 62. The image analysis unit 61 performs necessary analysis processing on the image acquired by the image acquisition unit 13. Further, the instruction unit 62 refers to the input content from the operator, the analysis content in the image analysis unit 61, and the like, and necessary instructions regarding the execution of the inspection of the semiconductor device S in the observation unit A via the control unit B. I do.

特に、本実施形態においては、解析部Cは、観察部Aに固浸レンズ1A及び固浸レンズ駆動部30が設置されていることに対応して、固浸レンズを用いた半導体デバイスSの検査に関して必要な処理及び指示を行う。   In particular, in this embodiment, the analysis unit C inspects the semiconductor device S using the solid immersion lens in response to the solid immersion lens 1A and the solid immersion lens driving unit 30 being installed in the observation unit A. Necessary processing and instructions regarding

すなわち、対物レンズ20と半導体デバイスSとの間に固浸レンズ1Aを挿入する場合、観察部Aにおいて、画像取得部13は、固浸レンズ1Aが挿入位置にある状態で固浸レンズ1Aから反射光を含む画像を取得する。また、解析部Cにおいて、画像解析部61は、画像取得部13で取得された固浸レンズ1Aからの反射光を含む画像について、その反射光像の重心位置を求めるなどの所定の解析を行う。そして、指示部62は、画像解析部61で解析された固浸レンズ1Aからの反射光を含む画像を参照し、固浸レンズ制御部53に対して、反射光像の重心位置が半導体デバイスSの検査箇所と一致するように、固浸レンズ1Aの挿入位置を調整することを指示する。   That is, when the solid immersion lens 1A is inserted between the objective lens 20 and the semiconductor device S, in the observation unit A, the image acquisition unit 13 reflects from the solid immersion lens 1A with the solid immersion lens 1A in the insertion position. Acquire an image containing light. In the analysis unit C, the image analysis unit 61 performs a predetermined analysis such as obtaining the barycentric position of the reflected light image of the image including the reflected light from the solid immersion lens 1A acquired by the image acquisition unit 13. . The instruction unit 62 refers to the image including the reflected light from the solid immersion lens 1 </ b> A analyzed by the image analysis unit 61, and the position of the center of gravity of the reflected light image with respect to the solid immersion lens control unit 53 is the semiconductor device S. It is instructed to adjust the insertion position of the solid immersion lens 1 </ b> A so as to coincide with the inspection location.

続いて、本実施形態に係る半導体デバイスの検査方法(試料観察方法)について説明する。   Next, a semiconductor device inspection method (sample observation method) according to this embodiment will be described.

まず、待機位置に固浸レンズ1Aを設置した状態で検査対象である半導体デバイスSの観察を行う。ここでは、画像取得部13により、対物レンズ20を含む光学系14を介して、半導体デバイスSの観察画像である回路パターンのパターン画像を取得する。また、検査部16によって、半導体デバイスSの状態を所定の状態に制御するとともに、半導体デバイスSの異常箇所を検出するための異常観察画像を取得する。   First, the semiconductor device S to be inspected is observed with the solid immersion lens 1A installed at the standby position. Here, the pattern image of the circuit pattern that is the observation image of the semiconductor device S is acquired by the image acquisition unit 13 via the optical system 14 including the objective lens 20. Further, the inspection unit 16 controls the state of the semiconductor device S to a predetermined state and acquires an abnormal observation image for detecting an abnormal portion of the semiconductor device S.

次に、画像取得部13で取得されたパターン画像及び異常観察画像を用いて、半導体デバイスSに異常箇所があるかどうかを調べる。異常箇所がある場合にはその位置を検出するとともに、検出された異常箇所を半導体検査装置による検査箇所(顕微鏡による観察箇所)として設定する。そして、設定された検査箇所が画像取得部13によって取得される画像の中央に位置するように、XYZステージ15によって画像取得部13及び光学系14を移動させる。   Next, it is checked whether or not there is an abnormal portion in the semiconductor device S using the pattern image and the abnormality observation image acquired by the image acquisition unit 13. If there is an abnormal part, the position is detected, and the detected abnormal part is set as an inspection part (observation part by a microscope) by the semiconductor inspection apparatus. Then, the image acquisition unit 13 and the optical system 14 are moved by the XYZ stage 15 so that the set inspection location is positioned at the center of the image acquired by the image acquisition unit 13.

続いて、半導体デバイスSにおける異常箇所と判断された検査箇所に固浸レンズ1Aを設置し、半導体デバイスSと対物レンズ20との間に固浸レンズ1Aを挿入する。また、固浸レンズ1Aを設置する前に、検査箇所に光学密着液を滴下し、半導体デバイスSの検査箇所を濡らす。この光学密着液は、水に両親媒性分子を含有させたものからなる。光学密着液は、両親媒性分子を含有することから、疎水性表面である半導体基板上における表面張力を低下させる。この結果、疎水性表面での濡れ性が向上し、光学密着液が半導体デバイスSの上で広がる。   Subsequently, the solid immersion lens 1 </ b> A is installed at an inspection location determined to be an abnormal location in the semiconductor device S, and the solid immersion lens 1 </ b> A is inserted between the semiconductor device S and the objective lens 20. In addition, before the solid immersion lens 1A is installed, the optical contact liquid is dropped on the inspection location to wet the inspection location of the semiconductor device S. This optical contact liquid consists of water containing amphiphilic molecules. Since the optical contact liquid contains amphiphilic molecules, the surface tension on the semiconductor substrate, which is a hydrophobic surface, is reduced. As a result, the wettability on the hydrophobic surface is improved and the optical contact liquid spreads on the semiconductor device S.

ここで用いられる両親媒性分子としては、界面活性剤分子を用いるのが好適である。また、界面活性剤分子としては、イオン性界面活性剤分子及び非イオン性界面活性剤分子を用いることもできる。イオン性界面活性剤としては、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤のいずれをも用いることができる。   As the amphiphilic molecule used here, a surfactant molecule is preferably used. As the surfactant molecule, an ionic surfactant molecule and a nonionic surfactant molecule can also be used. As the ionic surfactant, any of a cationic surfactant, an anionic surfactant, and an amphoteric surfactant can be used.

界面活性剤は、通常、湿潤剤、浸透剤、起泡剤、消泡剤、乳化剤、帯電防止剤等として様々な用途に用いられるが、本発明では濡れ性に関わる湿潤性を有するもののほか、泡を抑える消泡性、帯電を抑える帯電防止性を有するものが好適である。帯電防止機能を有する界面活性剤を使用することにより、帯電による空気の抱きこみを防止することができる。また、消泡性を有する界面活性剤を使用することにより、光学密着液を供給する際の機械的な搬送あるいは攪拌による泡の発生を防止することができる。   Surfactants are usually used in various applications as wetting agents, penetrants, foaming agents, antifoaming agents, emulsifiers, antistatic agents, etc., but in the present invention, in addition to those having wettability related to wettability, Those having antifoaming properties for suppressing bubbles and antistatic properties for suppressing charging are suitable. By using a surfactant having an antistatic function, it is possible to prevent entrapment of air due to charging. Further, by using a surfactant having antifoaming properties, it is possible to prevent generation of bubbles due to mechanical conveyance or stirring when supplying the optical contact liquid.

また、界面活性剤の至適濃度範囲は、その界面活性剤の臨界ミセル濃度に対して、0倍より大きく400倍以下とするのが好適である。400倍より大きいと、光学密着液の粘性が上がりすぎる傾向にあり、かえって光学的な結合の妨げとなることがあるからである。また、より好ましい範囲は、その界面活性剤の臨界ミセル濃度に対して、0.5〜100倍である。0.5倍より小さいと、光学密着液の表面張力を十分に下げられない傾向にあり、100倍を超えると、光学密着液の粘性が上がりすぎる傾向にあるからである。同様の理由により、さらに好ましい範囲は、その界面活性剤の臨界ミセル濃度に対して1〜10倍の濃度の範囲である。   Moreover, it is preferable that the optimum concentration range of the surfactant is greater than 0 times and not more than 400 times the critical micelle concentration of the surfactant. If it is larger than 400 times, the viscosity of the optical contact liquid tends to increase too much, which may hinder optical coupling. A more preferable range is 0.5 to 100 times the critical micelle concentration of the surfactant. If it is less than 0.5 times, the surface tension of the optical contact liquid tends not to be lowered sufficiently, and if it exceeds 100 times, the viscosity of the optical contact liquid tends to increase too much. For the same reason, a more preferable range is a range of 1 to 10 times the critical micelle concentration of the surfactant.

なお、本実施形態で用いられる光学密着液は、界面活性剤分子を含有するものに限定されるものではなく、親水基(カルボキシル基、スルホ基、第4アンモニウム基、水酸基など)と疎水基(親油基ともいう。長鎖の炭化水素基など)の両方をもつ分子であってもよい。例えば、グリセリン、プロピレングリコール、ソルビトールなどの湿潤剤や、リン脂質、糖脂質、アミノ脂質などが挙げられる。   The optical contact liquid used in the present embodiment is not limited to those containing surfactant molecules, and includes hydrophilic groups (carboxyl group, sulfo group, quaternary ammonium group, hydroxyl group, etc.) and hydrophobic groups ( It may be a molecule having both a lipophilic group and a long-chain hydrocarbon group. For example, humectants such as glycerin, propylene glycol and sorbitol, phospholipids, glycolipids, amino lipids and the like can be mentioned.

半導体基板と固浸レンズとを上記光学密着液を用いて光学的に結合させた状態では、半導体基板上に物理吸着した両親媒性分子の親水基と水分子との間にファンデルワールス力が働き、水分子が拘束されることで揮発が止まるものと考えられる。このとき、固浸レンズと半導体基板との距離は、例えばλ/20(λ:照射波長)以下とすることができ、その結果、固浸レンズと半導体基板との間で光学密着、さらには物理的固着が達成される。なお、ここでいう「光学密着」とは、半導体基板と固浸レンズとの間でエバネッセント結合が実現される状態をいう。   In a state where the semiconductor substrate and the solid immersion lens are optically bonded using the optical contact liquid, van der Waals force is generated between the hydrophilic group of the amphiphilic molecule physically adsorbed on the semiconductor substrate and the water molecule. It is thought that the volatilization stops when the water molecules are restrained. At this time, the distance between the solid immersion lens and the semiconductor substrate can be, for example, λ / 20 (λ: irradiation wavelength) or less. As a result, the optical contact between the solid immersion lens and the semiconductor substrate is further improved. Fixation is achieved. Here, “optical contact” means a state in which evanescent coupling is realized between the semiconductor substrate and the solid immersion lens.

また、上記光学密着液以外の光学結合材料として、例えば特公平7−18806号公報に記載のような、固浸レンズと半導体基板とを屈折率整合させる屈折率整合流体(インデックスマッチング液など)が挙げられる。なお、屈折率整合流体と光学密着液とは異なるものであり、前者は、流体の屈折率を介して高NAを実現する。一方、後者は、光学密着液がエバネッセント結合を補助する役割を担うことによって高NAを実現する。ここでは、光学密着液を用いた実施形態を詳述するが、屈折率整合流体を用いた形態であっても同様の効果が得られる。ただし、その場合、必ずしも流体を乾燥させる必要がないので、後述する乾燥を促すためのエアを吹き付ける工程を省略してもよい。   Further, as an optical coupling material other than the optical contact liquid, for example, a refractive index matching fluid (index matching liquid or the like) for refractive index matching between a solid immersion lens and a semiconductor substrate as described in Japanese Patent Publication No. 7-18806. Can be mentioned. Note that the refractive index matching fluid and the optical contact liquid are different, and the former realizes a high NA through the refractive index of the fluid. On the other hand, the latter realizes a high NA by the role of the optical contact liquid to assist the evanescent coupling. Here, an embodiment using the optical contact liquid will be described in detail, but the same effect can be obtained even in a form using a refractive index matching fluid. However, in that case, since it is not always necessary to dry the fluid, a step of blowing air for promoting drying, which will be described later, may be omitted.

半導体基板上で検査箇所を中心に光学密着液が広がったら、光学密着液が乾燥する前に固浸レンズ1Aを待機位置から移動し、半導体デバイスSと対物レンズ20との間に挿入し、挿入位置の調整を行う。   When the optical contact liquid spreads around the inspection location on the semiconductor substrate, the solid immersion lens 1A is moved from the standby position before the optical contact liquid is dried, and is inserted between the semiconductor device S and the objective lens 20 and inserted. Adjust the position.

ここで、光学密着液は両親媒性分子を含有することから、上述の通り、半導体デバイスSの基板表面及び固浸レンズ1Aの取付面に対して濡れ性を付与することができる。また、固浸レンズ1Aを所定の位置に設置する際には、固浸レンズ1Aの自重を利用する。したがって、微小な固浸レンズ1Aを半導体基板表面の所望の位置に、過度の圧力を加えることなく容易に設置することができる。まず、画像取得部13により、固浸レンズ1Aからの反射光を含む画像を取得する。固浸レンズ1Aの挿入位置の調整は、この画像に含まれる反射光像における固浸レンズ1Aの各部反射面からの反射光をガイドとして行われる。   Here, since the optical contact liquid contains amphiphilic molecules, as described above, wettability can be imparted to the substrate surface of the semiconductor device S and the mounting surface of the solid immersion lens 1A. Further, when the solid immersion lens 1A is installed at a predetermined position, the weight of the solid immersion lens 1A is used. Therefore, the minute solid immersion lens 1A can be easily installed at a desired position on the surface of the semiconductor substrate without applying excessive pressure. First, the image acquisition unit 13 acquires an image including the reflected light from the solid immersion lens 1A. Adjustment of the insertion position of the solid immersion lens 1A is performed using reflected light from the respective reflecting surfaces of the solid immersion lens 1A in the reflected light image included in this image as a guide.

固浸レンズ1Aの挿入位置の調整を行うにあたり、画像解析部61では、固浸レンズ1Aからの反射光を含む画像に対して、自動で、または操作者からの指示に基づいて解析を行い、反射光像の重心位置を求める。また、指示部62では、固浸レンズ制御部53を介して固浸レンズ1A及び固浸レンズ駆動部30に対して、画像解析部61で得られた反射光像の重心位置が半導体デバイスSでの検査箇所に対して一致するように、固浸レンズ1Aの挿入位置の調整を指示する。これにより、固浸レンズ1Aの半導体デバイスS及び対物レンズ20に対する位置合わせが行われる。   In adjusting the insertion position of the solid immersion lens 1A, the image analysis unit 61 analyzes the image including the reflected light from the solid immersion lens 1A automatically or based on an instruction from the operator, The position of the center of gravity of the reflected light image is obtained. Further, in the instruction unit 62, the center of gravity position of the reflected light image obtained by the image analysis unit 61 is the semiconductor device S with respect to the solid immersion lens 1 </ b> A and the solid immersion lens driving unit 30 via the solid immersion lens control unit 53. The adjustment of the insertion position of the solid immersion lens 1 </ b> A is instructed so as to coincide with the inspection location. Thereby, the alignment of the solid immersion lens 1A with respect to the semiconductor device S and the objective lens 20 is performed.

さらに、指示部62は、上記した固浸レンズ1Aの挿入位置の調整と合わせて、ステージ制御部52を介しXYZステージ15に対して、固浸レンズ1Aが密着して設置されている半導体デバイスSと、光学系5の対物レンズ20との間の距離の調整を指示する。この調整によって、固浸レンズ1Aが挿入された状態における焦点合わせが行われる。   Further, the instruction unit 62 adjusts the insertion position of the solid immersion lens 1A as described above, and the semiconductor device S in which the solid immersion lens 1A is installed in close contact with the XYZ stage 15 via the stage control unit 52. And the adjustment of the distance from the objective lens 20 of the optical system 5 is instructed. By this adjustment, focusing is performed in a state where the solid immersion lens 1A is inserted.

その後、固浸レンズ1Aにエアを吹き付けて光学密着液を蒸発、乾燥させ、固浸レンズ1Aと半導体基板Sとを光学的に密着させる。エアを吹き付けることにより、より素早く光学密着液を蒸発させることができる。   Thereafter, air is blown onto the solid immersion lens 1A to evaporate and dry the optical contact liquid, and the solid immersion lens 1A and the semiconductor substrate S are optically brought into close contact with each other. By spraying air, the optical contact liquid can be evaporated more quickly.

ここで、底面部が平面状である固浸レンズ(以下、「平凸レンズ」という)を用いた場合には、光学密着液は、固浸レンズと半導体デバイスとの間に挟まれ、横方向にしか蒸発に寄与する開放面がなく、蒸発に時間がかかる。これに対し、本実施形態に係る固浸レンズ1Aは、底面部3の突出部4a、4bにおいてのみ半導体基板と接触していることから、光学密着液は、広い範囲に向けて蒸発することができる。このため、短時間で蒸発をすませることができ、固浸レンズ1Aと半導体デバイスSとを素早く密着固定させることができる。   Here, when a solid immersion lens having a flat bottom surface (hereinafter referred to as a “plano-convex lens”) is used, the optical contact liquid is sandwiched between the solid immersion lens and the semiconductor device and is laterally moved. However, there is no open surface that contributes to evaporation, and evaporation takes time. On the other hand, since the solid immersion lens 1A according to the present embodiment is in contact with the semiconductor substrate only at the protruding portions 4a and 4b of the bottom surface portion 3, the optical contact liquid can evaporate over a wide range. it can. For this reason, evaporation can be completed in a short time, and the solid immersion lens 1A and the semiconductor device S can be quickly adhered and fixed.

こうして光学密着液を蒸発させることにより、固浸レンズ1Aについては、半導体デバイスSと2つの突出部4a、4bにおいて光学密着及び物理的固着が実現される。また、観察画像を取得する際、半導体デバイスSからの光は、半導体デバイスSと固浸レンズ1Aとの光学密着部分を通過する。これらの突出部4a、4bによる半導体デバイスSに対する接触パターンはレンズの中心軸に対して軸対称となるため、突出部4a、4bの位置に対応した開口数NAの光束が得られる。   By evaporating the optical contact liquid in this way, for the solid immersion lens 1A, optical contact and physical fixation are realized in the semiconductor device S and the two protrusions 4a and 4b. Moreover, when acquiring an observation image, the light from the semiconductor device S passes through the optical contact portion between the semiconductor device S and the solid immersion lens 1A. Since the contact pattern of the protrusions 4a and 4b with respect to the semiconductor device S is axisymmetric with respect to the central axis of the lens, a light flux having a numerical aperture NA corresponding to the position of the protrusions 4a and 4b is obtained.

また、底面部が半導体基板と1点で接触するように形成されているbi−convexレンズの場合には、固浸レンズが傾いて半導体基板に設置されるおそれがあり、その場合には、中心部が光学的に結合せず、固浸レンズは本来設置されるはずの位置からずれてしまう。一方、本実施形態に係る固浸レンズ1Aは、その底面部3に突出部を複数有しているため、固浸レンズ1Aが傾いて置かれることはなく、本来設置されるべき位置からずれることなく設置される。さらには、位置決めが容易になる。   Further, in the case of a bi-convex lens formed so that the bottom surface portion is in contact with the semiconductor substrate at one point, the solid immersion lens may be inclined and installed on the semiconductor substrate. The parts are not optically coupled, and the solid immersion lens is displaced from the position where it should originally be installed. On the other hand, since the solid immersion lens 1A according to the present embodiment has a plurality of protrusions on the bottom surface portion 3, the solid immersion lens 1A is not placed in an inclined state and deviates from the position where it should be originally installed. It is installed without. Furthermore, positioning becomes easy.

こうして固浸レンズ1Aを半導体デバイスSに光学密着させたら、固浸レンズ1Aを含む光学系を介して、拡大された半導体基板の観察画像を取得する。観察画像は、半導体デバイスSからの光が画像取得部13に導かれることによって取得される。また、観察画像を取得する際、半導体デバイスSからの光は、半導体デバイスSと固浸レンズ1Aとの光学密着部分を通過する。   When the solid immersion lens 1A is optically brought into close contact with the semiconductor device S in this way, an enlarged observation image of the semiconductor substrate is acquired through an optical system including the solid immersion lens 1A. The observation image is acquired when light from the semiconductor device S is guided to the image acquisition unit 13. Moreover, when acquiring an observation image, the light from the semiconductor device S passes through the optical contact portion between the semiconductor device S and the solid immersion lens 1A.

こうして観察画像を取得したら、拡大観察画像を取得した後、固浸レンズ1Aと半導体デバイスSを剥離する。その際、半導体デバイスS上の固浸レンズ1Aを取り付けた位置の周辺に、光学密着液の溶媒(以下「溶媒」という)を滴下して固浸レンズ1Aの取り付け位置を濡らす。溶媒を滴下することにより、半導体デバイスSと固浸レンズ1Aとの間にこの溶媒が浸入し、半導体デバイスSと固浸レンズ1Aとの間の光学的結合及び物理的固着が解かれる。   When the observation image is acquired in this way, the enlarged observation image is acquired, and then the solid immersion lens 1A and the semiconductor device S are peeled off. At that time, a solvent of the optical contact liquid (hereinafter referred to as “solvent”) is dropped around the position where the solid immersion lens 1A on the semiconductor device S is attached to wet the attachment position of the solid immersion lens 1A. By dropping the solvent, the solvent enters between the semiconductor device S and the solid immersion lens 1A, and the optical coupling and physical fixation between the semiconductor device S and the solid immersion lens 1A are released.

固浸レンズ1Aの底面部3は複数の突出部を有するように形成されており、半導体デバイスSとの間に開放面を有している。したがって、溶媒を速く浸透させることができ、固浸レンズ1Aと半導体デバイスSとの分離を短時間で行うことができる。また、ここでは溶媒を滴下しているが、光学密着液を滴下しても良い。さらに、固着する領域を狭めると、固着強度が弱くなり、狭めた程度によっては密着を剥離する際に液を用いないで行うことも可能となる。   The bottom surface portion 3 of the solid immersion lens 1 </ b> A is formed so as to have a plurality of protruding portions, and has an open surface between the semiconductor device S and the solid immersion lens 1 </ b> A. Therefore, the solvent can be rapidly penetrated, and the solid immersion lens 1A and the semiconductor device S can be separated in a short time. In addition, the solvent is dropped here, but the optical contact liquid may be dropped. Further, when the region to be fixed is narrowed, the fixing strength is weakened, and depending on the degree of narrowing, it is possible to carry out without using a liquid when peeling the adhesion.

その後、固浸レンズ1Aを他の検査箇所または待機位置に移動させ、当該検査箇所の検査が終了する。   Thereafter, the solid immersion lens 1A is moved to another inspection location or a standby position, and the inspection of the inspection location is completed.

続いて、本実施形態に係る固浸レンズを用いたことによる効果について説明する。   Subsequently, an effect obtained by using the solid immersion lens according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ1Aは、複数の突出部4a、4bを有し、これらの突出部4a、4bにおいて試料である半導体デバイスSと接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部4a、4bを介して固浸レンズ1Aを半導体デバイスSに接触させることにより、傾くことなく安定的に半導体デバイスS上に設置させることができ、位置制御が容易となる。さらに、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ1Aと試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、半導体デバイスS及び固浸レンズ1Aを損傷するおそれがなく、固浸レンズ1Aについて繰り返しの使用も可能となる。   The solid immersion lens 1A has a plurality of protrusions 4a and 4b, and contacts the semiconductor device S which is a sample in these protrusions 4a and 4b. For this reason, it is possible to obtain a light flux passing through a desired optical path. Further, by bringing the solid immersion lens 1A into contact with the semiconductor device S through the plurality of protrusions 4a and 4b, the solid immersion lens 1A can be stably installed on the semiconductor device S without being inclined, and position control is facilitated. Furthermore, the possibility that the sticking is prevented by dust is lower than that of the plano-convex lens. Further, since the force required to separate the solid immersion lens 1A and the sample is extremely weak, there is no possibility of damaging the semiconductor device S and the solid immersion lens 1A, and the solid immersion lens 1A can be used repeatedly. .

また、固浸レンズ1Aは2つの突出部4a、4bで半導体デバイスSと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ1Aを短時間で半導体デバイスSに光学密着、あるいは半導体デバイスSから剥離することが可能となる。   Further, since the solid immersion lens 1A comes into contact with the semiconductor device S at the two protrusions 4a and 4b, the optical contact liquid can be evaporated or the solvent can penetrate more quickly than the plano-convex lens. For this reason, the solid immersion lens 1 </ b> A can be optically adhered to the semiconductor device S or peeled off from the semiconductor device S in a short time.

なお、ここでは図1に示した固浸レンズ1Aを用いたが、例えば固浸レンズ1B〜1Eなど、本発明による他の固浸レンズを用いても良い。   Although the solid immersion lens 1A shown in FIG. 1 is used here, other solid immersion lenses according to the present invention, such as the solid immersion lenses 1B to 1E, may be used.

以上の実施形態では、半導体デバイスSと固浸レンズ1Aとの間における光学密着液に両親媒性分子を含有させるものとしたが、これに代えて、固浸レンズ1Aにおける半導体デバイスSとの取付面に親水処理を施すようにすることもできる。   In the above embodiment, the amphiphilic molecule is included in the optical contact liquid between the semiconductor device S and the solid immersion lens 1A. Instead, the solid immersion lens 1A is attached to the semiconductor device S. A hydrophilic treatment can be applied to the surface.

光学密着液が両親媒性分子を含有することにより、濡れ性が向上するのは、疎水性である表面に親水基が付着することに起因する。このため、光学密着液が両親媒性分子を含有していない場合でも、固浸レンズ1Aの半導体デバイスSとの取付面及び半導体デバイスSの固浸レンズ1Aとの取付面が、疎水性であったとしても、これらの面の一方または両方に親水基を付着させる親水処理を施すことにより、濡れ性を向上させることができる。なお、半導体デバイスSの表面がもともと親水性である場合には、その表面は親水処理しなくとも、濡れ性を確保することができる。   The reason why the wettability is improved when the optical contact liquid contains amphiphilic molecules is that hydrophilic groups adhere to the hydrophobic surface. Therefore, even when the optical contact liquid does not contain amphiphilic molecules, the mounting surface of the solid immersion lens 1A with the semiconductor device S and the mounting surface of the semiconductor device S with the solid immersion lens 1A are hydrophobic. Even so, wettability can be improved by applying a hydrophilic treatment for attaching a hydrophilic group to one or both of these surfaces. In addition, when the surface of the semiconductor device S is originally hydrophilic, wettability can be ensured even if the surface is not subjected to hydrophilic treatment.

こうして、固浸レンズ1Aおよび半導体デバイスSの取付面の一方または両方に濡れ性を付与することにより、両親媒性分子を含有する光学密着液を用いた場合と同様、半導体デバイスSの基板上における所望の検査箇所に光学密着液を的確にとどめることができる。また、半導体デバイスSと固浸レンズ1Aとの光学的な密着性を、過度の圧力を加えることなく確実なものとすることができる。   In this manner, by imparting wettability to one or both of the solid immersion lens 1A and the mounting surface of the semiconductor device S, as in the case of using the optical contact liquid containing amphiphilic molecules, the semiconductor device S on the substrate is provided. The optical contact liquid can be accurately retained at a desired inspection location. Further, the optical adhesion between the semiconductor device S and the solid immersion lens 1A can be ensured without applying excessive pressure.

固浸レンズ1Aや半導体デバイスSに親水処理を施す方法としては、親水基を物理吸着させて一時的に付着させる方法がある。親水基を物理吸着させる具体的な方法としては、親水処理を施す面に、界面活性剤や、アミノ酸、タンパク質などの両親媒性分子の水溶液を塗布し、乾燥させる方法などがある。   As a method for subjecting the solid immersion lens 1A and the semiconductor device S to hydrophilic treatment, there is a method in which hydrophilic groups are physically adsorbed and temporarily attached. As a specific method for physically adsorbing the hydrophilic group, there is a method in which an aqueous solution of a surfactant, an amphiphilic molecule such as an amino acid or protein is applied to the surface to be subjected to a hydrophilic treatment, and dried.

また、親水処理を施す方法としては、親水基を化学吸着させて表面改質を行う方法もある。親水基を化学吸着させる方法としては、UV(紫外)光を照射する方法、ウェットプロセスによる方法(たとえば、硫酸と過酸化水素と水とを加えた溶液を塗布する)、さらにドライプロセスによる方法(たとえばイオンビームを照射する)などの方法がある。例として、ウェットプロセスでの化学吸着による親水処理では、セミコクリーン23(フルウチ化学株式会社製)を用いることができる。   In addition, as a method of performing the hydrophilic treatment, there is a method of performing surface modification by chemically adsorbing a hydrophilic group. Methods for chemically adsorbing hydrophilic groups include a method of irradiating UV (ultraviolet) light, a method using a wet process (for example, applying a solution in which sulfuric acid, hydrogen peroxide and water are added), and a method using a dry process ( For example, there is a method of irradiating an ion beam. As an example, Semico Clean 23 (manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) can be used in the hydrophilic treatment by chemical adsorption in a wet process.

また、親水処理を施す他の方法としては、コーティングによる方法を用いることもできる。この場合、親水性のナノ粒子等を面上にコーティングすることが好ましい。例えば、シリカのナノ粒子を固浸レンズ及び半導体基板の一方または両方にコーティングすることにより、その濡れ性を向上することができる。このようなナノ粒子の例としては、GLANZOX3900(株式会社フジミインコーポレーテッド製)、結露水滴防止剤(TOTO製)などがある。   In addition, as another method for performing the hydrophilic treatment, a coating method can also be used. In this case, it is preferable to coat hydrophilic nanoparticles or the like on the surface. For example, the wettability can be improved by coating silica nanoparticles on one or both of the solid immersion lens and the semiconductor substrate. Examples of such nanoparticles include GLANZOX 3900 (manufactured by Fujimi Incorporated), a dew condensation water droplet inhibitor (manufactured by TOTO), and the like.

また、シリカのナノ粒子以外にも、酸化チタンのナノ粒子等をコーティングしても良い。なお、このようにコーティングによって親水処理を行う場合には、コーティング膜が厚すぎると、光のエバネッセント結合が得られなくなることが考えられるので、注意が必要である。このため、コーティング膜は、例えば200nm以下とすることが好ましい。   In addition to silica nanoparticles, titanium oxide nanoparticles may be coated. It should be noted that when the hydrophilic treatment is performed by coating as described above, it is considered that the evanescent coupling of light cannot be obtained if the coating film is too thick. For this reason, it is preferable that a coating film shall be 200 nm or less, for example.

固浸レンズや基板表面を親水処理すると、それらの親水基には常に大気中の水分子が吸着し、いわば水の膜ができた状態となる。この状態において、固浸レンズ1Aと基板Sとを充分に近づけると、水分子間に水素結合による引力が働き、固浸レンズ1A及び基板Sの密着が達成される。   When the solid immersion lens or the substrate surface is subjected to a hydrophilic treatment, water molecules in the atmosphere are always adsorbed to these hydrophilic groups, so that a water film is formed. In this state, when the solid immersion lens 1A and the substrate S are sufficiently brought close to each other, an attractive force due to hydrogen bonding acts between water molecules, and the solid immersion lens 1A and the substrate S are brought into close contact with each other.

固浸レンズや基板表面の親水処理が充分に行われており、かつ面精度が充分に良い場合には、それらの面同士を重ね合わせるだけで密着が実現する。ここで、水素結合による引力が働く距離は数nm程度と非常に短い。このため、固浸レンズや基板表面の親水処理が不充分な場合、あるいはその面精度が不充分な場合には、面同士で充分な密着が得られないことが考えられる。   When the solid immersion lens and the substrate surface are sufficiently hydrophilically treated and the surface accuracy is sufficiently good, adhesion can be realized by simply superimposing these surfaces. Here, the distance at which the attractive force due to hydrogen bonding works is as short as several nanometers. For this reason, when the hydrophilic treatment of the solid immersion lens or the substrate surface is insufficient, or when the surface accuracy is insufficient, it is considered that sufficient adhesion cannot be obtained between the surfaces.

このような場合には、光学密着液を密着のアシストに用いることが好ましい。ここでは、光学密着液の主成分が水である場合を考える。この場合、固浸レンズと基板との界面を光学密着液で満たすと、それらは水酸基、水分子の水素結合を介して連結した状態となる。ただし、この状態では、固浸レンズ1Aと基板Sとの間隔が広いため、まだ密着の状態ではない。その後、余分な水分が揮発していく過程で、水素結合によって固浸レンズと基板との間に引力が働く。これにより、液の揮発とともに界面の間隔が次第に狭まり、密着状態となったところで光学密着液の揮発が止まる。   In such a case, it is preferable to use an optical contact liquid for assisting the contact. Here, a case where the main component of the optical contact liquid is water is considered. In this case, when the interface between the solid immersion lens and the substrate is filled with the optical contact liquid, they are connected via hydrogen bonds of hydroxyl groups and water molecules. However, in this state, since the distance between the solid immersion lens 1A and the substrate S is wide, the contact is not yet achieved. Thereafter, in the process where excess water is volatilized, an attractive force acts between the solid immersion lens and the substrate by hydrogen bonding. Thereby, the space | interval of an interface narrows gradually with volatilization of a liquid, and volatilization of an optical contact | adherence liquid will stop when it will be in the contact | adherence state.

なお、固浸レンズ及び基板が親水処理されておらず、かつ光学密着液に界面活性剤が添加されていない場合には、固浸レンズ及び基板と、水分子との間には水素結合が働かない。このため、水が揮発する過程で、固浸レンズ及び基板と、水分子とが分離して空気が流入してしまい、密着が実現されない。   In addition, when the solid immersion lens and the substrate are not subjected to a hydrophilic treatment and no surfactant is added to the optical contact liquid, hydrogen bonding works between the solid immersion lens and the substrate and water molecules. Absent. For this reason, in the process of volatilization of water, the solid immersion lens and the substrate and the water molecules are separated and air flows in, and adhesion is not realized.

これに対して、固浸レンズ及び基板をあらかじめ親水処理していない場合でも、光学密着液に界面活性剤が添加されていれば、光学密着液を固浸レンズと基板との間に挿入したときに、界面活性剤、すなわち親水基が固浸レンズ及び基板に物理吸着する。これにより、あらかじめそれらを親水処理してあったときと同様の状態となり、その密着が実現される。   On the other hand, even when the solid immersion lens and the substrate are not subjected to hydrophilic treatment in advance, if the surfactant is added to the optical contact liquid, the optical contact liquid is inserted between the solid immersion lens and the substrate. Further, the surfactant, that is, the hydrophilic group is physically adsorbed on the solid immersion lens and the substrate. Thereby, it will be in the same state as when they were hydrophilically treated in advance, and the close contact is realized.

以上、本発明の好適な例について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、両親媒性分子を含有する光学密着液を操作者が滴下するようにしているが、光学密着液滴下装置(光学結合材料を供給するための光学結合材料供給装置)を別途設ける態様とすることもできる。また、光学密着液を乾燥させるためのエア吹き付け装置や、吸水シート押し付け装置などを設ける態様とすることもできる。さらに、半導体デバイスを濡らす手段としては、光学密着液を滴下する態様のほか、光学密着液を薄く伸ばして塗る態様、噴霧する態様、蒸気で湿らす態様など、種々の態様とすることもできる。この場合、光学密着液の乾燥が早いので、乾燥を促す作業を省くことができる。   As mentioned above, although the suitable example of this invention was demonstrated, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, an operator drops an optical contact liquid containing amphiphilic molecules, but an optical contact droplet dropping device (an optical binding material supply device for supplying an optical binding material) is provided. It can also be set as the aspect provided separately. Moreover, it can also be set as the aspect which provides the air spraying apparatus for drying an optical contact | adherence liquid, a water absorbing sheet pressing apparatus, etc. Furthermore, as means for wetting the semiconductor device, various aspects such as an aspect in which the optical contact liquid is dropped, an aspect in which the optical contact liquid is thinly applied, an aspect in which the optical contact liquid is sprayed, and an aspect in which the liquid is moistened with steam can be employed. In this case, since the optical contact liquid is quickly dried, the work for promoting the drying can be omitted.

また、上記実施形態に示す半導体検査装置のほか、高感度カメラを用いたエミッション顕微鏡、OBIRCH解析装置、時間分解エミッション顕微鏡、熱線画像解析装置などによる検査を行う場合にも、本発明の固浸レンズを用いることができる。一般に、上記した固浸レンズを用いた顕微鏡については、観察対象物を観察するための顕微鏡であって、観察対象物からの光が入射する対物レンズを含み観察対象物の画像を導く光学系と、上記構成の固浸レンズとを備えて構成すれば良い。また、光学系及び固浸レンズに対して、上記したように、光学系によって導かれた観察対象物(試料)の画像を取得する画像取得手段を設けて良い。   In addition to the semiconductor inspection apparatus shown in the above embodiment, the solid immersion lens of the present invention is also used when performing inspection using an emission microscope, OBIRCH analysis apparatus, time-resolved emission microscope, heat ray image analysis apparatus, etc. using a high-sensitivity camera. Can be used. In general, a microscope using the solid immersion lens described above is a microscope for observing an observation object, and includes an optical system that includes an objective lens on which light from the observation object is incident and guides an image of the observation object. The solid immersion lens having the above-described configuration may be provided. Further, as described above, an image acquisition unit that acquires an image of the observation object (sample) guided by the optical system may be provided for the optical system and the solid immersion lens.

本発明による固浸レンズについてさらに説明する。なお、以下の各実施形態においては、主に底面に設けられる複数の突出部の構成について説明するが、各突出部の断面構造、固浸レンズの全体形状、突出部を介した光の伝搬、固浸レンズを用いた試料観察方法、あるいは顕微鏡、半導体検査装置、検査方法への適用等については、図1に示した第1実施形態と同様である。   The solid immersion lens according to the present invention will be further described. In the following embodiments, the configuration of a plurality of protrusions provided mainly on the bottom surface will be described.However, the cross-sectional structure of each protrusion, the overall shape of the solid immersion lens, the propagation of light through the protrusion, A sample observation method using a solid immersion lens, or application to a microscope, a semiconductor inspection apparatus, an inspection method, and the like are the same as those in the first embodiment shown in FIG.

図8は、本発明による固浸レンズの第2実施形態の構成を示す(a)底面図、及び(b)V−V矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ41の構成は、第1の実施形態の固浸レンズ1Aと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。   FIG. 8A is a bottom view and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line VV showing the configuration of the second embodiment of the solid immersion lens according to the present invention. The configuration of the solid immersion lens 41 of the present embodiment is the same as that of the solid immersion lens 1A of the first embodiment, but the configuration of the plurality of protrusions provided on the bottom surface serving as the mounting surface for the sample is different. .

固浸レンズ41においては、試料に対する取付面となる底面3が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図8に示した構成では、下方へと突出する複数の突出部71が、底面3の全面にわたって2次元に配列されて設けられている。また、これらの突出部71は、突出部71の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となるように形成されている。   In the solid immersion lens 41, the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample has a plurality of protrusions. That is, in the configuration shown in FIG. 8, a plurality of projecting portions 71 projecting downward are provided in a two-dimensional array over the entire bottom surface 3. Further, these protrusions 71 are formed so that the installation pattern of the protrusions 71 and the contact pattern with respect to the sample are symmetrical with respect to the central axis Ax.

具体的には、底面3上での突出部71は、図8(a)に示すように、x軸方向及びy軸方向を配列方向とし、x軸方向、y軸方向についてそれぞれ一定の配列間隔d、dで2次元マトリクス状に配列されている。図8(a)に示す構成例では、y軸方向に7列、y軸の負の側から1列目に4個、2列目に6個、3列目に8個、中心列である4列目に8個、5列目に8個、6列目に6個、7列目に4個で、合計44個の突出部71が設けられている。また、突出部71のそれぞれは、半径rの円形状に形成されている。 Specifically, as shown in FIG. 8A, the protrusions 71 on the bottom surface 3 are arranged in the x-axis direction and the y-axis direction, and the arrangement intervals are constant in the x-axis direction and the y-axis direction, respectively. d x, they are arranged in a two-dimensional matrix in d y. In the configuration example shown in FIG. 8A, there are 7 columns in the y-axis direction, 4 in the first column from the negative side of the y-axis, 6 in the second column, 8 in the third column, and the central column. A total of 44 protrusions 71 are provided, with 8 in the 4th row, 8 in the 5th row, 6 in the 6th row and 4 in the 7th row. Each of the protrusions 71 is formed in a circular shape having a radius r.

このような構成では、44個の突出部71のうち、中心軸Axを挟んで反対側に位置する2個の突出部からそれぞれ軸対称な組が構成されており、22個の軸対称な突出部の組によって、全体として中心軸Axに対して軸対称な突出部71の設置パターンが構成されている。   In such a configuration, among the 44 projecting portions 71, the two projecting portions located on the opposite side across the central axis Ax constitute an axially symmetric set, and 22 axially symmetric projecting portions. An installation pattern of the projecting portions 71 that is axisymmetric with respect to the central axis Ax as a whole is configured by the set of portions.

本実施形態による固浸レンズ41の効果について説明する。   The effect of the solid immersion lens 41 according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ41は、複数の突出部71を有し、これらの突出部71において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部71を介して固浸レンズ41を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ41と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ41等を破損するおそれがなく、固浸レンズ41について繰り返しの使用も可能となる。   The solid immersion lens 41 has a plurality of protrusions 71, and these protrusions 71 are in contact with the sample. For this reason, it is possible to obtain a light flux passing through a desired optical path. In addition, by bringing the solid immersion lens 41 into contact with the sample via the plurality of protrusions 71, the solid immersion lens 41 can be stably placed on the sample without tilting, and position control becomes easy. In addition, the possibility of sticking being prevented by dust is lower than that of a plano-convex lens. In addition, since the force required to separate the solid immersion lens 41 and the sample is extremely weak, there is no possibility of damaging the solid immersion lens 41 and the like, and the solid immersion lens 41 can be used repeatedly.

また、固浸レンズ41を、第1実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ41は突出部71で半導体デバイスと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ41を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。   Further, the solid immersion lens 41 can be used in the same semiconductor inspection apparatus as described in the first embodiment, and inspection can be performed by the same method. Since the solid immersion lens 41 comes into contact with the semiconductor device at the protruding portion 71, the optical contact liquid can be evaporated or the solvent can permeate faster than the plano-convex lens. For this reason, the solid immersion lens 41 can be optically adhered to the semiconductor device in a short time or can be peeled off from the semiconductor device. Such an effect can be similarly obtained for samples other than semiconductor devices.

上記実施形態では、中心軸Axに対して軸対称となる突出部71について、2次元マトリクス状に複数の突出部71を配列する構成としている。このとき、試料と接触する突出部71が固浸レンズ41の底面3の全面にわたって一様に配置されることとなるため、試料の観察位置に対して充分に高い開口数NAで好適に観察を行うことが可能となる。また、前述のように、突出部が全面に渡って一様に配列されることから、優れた操作性を得ることができる。さらに、このような構成においては、2次元マトリクス状の突出部の配列間隔、個々の突出部の形状等によって、開口数NAや光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な配列構成については様々な構成を用いてよく、また、1次元状に複数の突出部を配列する構成を用いても良い。   In the above-described embodiment, the plurality of protrusions 71 are arranged in a two-dimensional matrix with respect to the protrusions 71 that are axisymmetric with respect to the central axis Ax. At this time, since the projecting portion 71 in contact with the sample is uniformly arranged over the entire bottom surface 3 of the solid immersion lens 41, the observation is preferably performed with a sufficiently high numerical aperture NA with respect to the observation position of the sample. Can be done. Further, as described above, since the protruding portions are uniformly arranged over the entire surface, excellent operability can be obtained. Furthermore, in such a configuration, the observation conditions of the sample using the solid immersion lens, such as the numerical aperture NA and the light amount, are appropriately set according to the arrangement interval of the two-dimensional matrix projections, the shape of each projection, and the like. Can do. In addition, about the specific arrangement | sequence structure of a protrusion part, various structures may be used and the structure which arrange | positions several protrusion part in a one-dimensional form may be used.

図9は、本発明による固浸レンズの第3実施形態の構成を示す(a)底面図、及び(b)VI−VI矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ42の構成は、第1の実施形態の固浸レンズ1Aと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。   FIG. 9A is a bottom view and FIG. 9B is a sectional view taken along the line VI-VI showing the configuration of the third embodiment of the solid immersion lens according to the present invention. The configuration of the solid immersion lens 42 of the present embodiment is the same as that of the solid immersion lens 1A of the first embodiment, but the configuration of the plurality of protrusions provided on the bottom surface serving as the mounting surface for the sample is different. .

固浸レンズ42においては、試料に対する取付面となる底面3が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図9に示した構成では、下方へと突出する複数の突出部72が、底面3の全面にわたって放射状に設けられている。また、これらの突出部72は、突出部72の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となるように形成されている。   In the solid immersion lens 42, the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample has a plurality of protrusions. That is, in the configuration shown in FIG. 9, a plurality of projecting portions 72 projecting downward are provided radially over the entire bottom surface 3. Further, these protrusions 72 are formed so that the installation pattern of the protrusions 72 and the contact pattern with respect to the sample are symmetrical with respect to the central axis Ax.

具体的には、底面3上での突出部72は、図9(a)に示すように、各突出部が底面3の中心Oから放射状に広がる開き角θの扇形状に形成され、一定の角度間隔θで底面3の全面にわたって設けられている。図9(a)に示す構成例では、中心線がy軸に一致するように中心軸Axを挟んで配置された突出部が2個、中心線がx軸に一致するように中心軸Axを挟んで配置された突出部が2個、x軸と45度をなす直線と中心線が一致するように中心軸Axを挟んで配置された突出部が2個、x軸と−45度をなす直線と中心線が一致するように中心軸Axを挟んで配置された突出部が2個で、合計8個の突出部72が、角度間隔θ=45度で設けられている。また、各突出部は扇形の尖端部、すなわち底面3の中心O付近の部分を欠いた形状に形成されている。 Specifically, the protrusions 72 on the bottom surface 3 are each formed in a fan shape with an opening angle θ 1 , each protrusion extending radially from the center O of the bottom surface 3 as shown in FIG. in the angular interval theta 2 is provided over the entire bottom surface 3. In the configuration example shown in FIG. 9A, two protrusions are arranged with the center axis Ax sandwiched so that the center line matches the y axis, and the center axis Ax is set so that the center line matches the x axis. Two protrusions arranged on both sides, two protrusions arranged on both sides of the central axis Ax so that the center line coincides with a straight line that forms 45 degrees with the x axis, and forms −45 degrees with the x axis. There are two protrusions arranged with the central axis Ax sandwiched so that the straight line and the center line coincide with each other, and a total of eight protrusions 72 are provided at an angular interval θ 2 = 45 degrees. Each protrusion is formed in a shape lacking a fan-shaped point, that is, a portion near the center O of the bottom surface 3.

このような構成では、8個の突出部72のうち、中心軸Axを挟んで反対側に位置する2個の突出部からそれぞれ軸対称な組が構成されており、4個の軸対称な突出部の組によって、全体として中心軸Axに対して軸対称な突出部72の設置パターンが構成されている。また、各突出部は、その尖端部、すなわち底面3の中心O付近の部分を欠いた扇形に形成されているが、尖端部が欠けていない形状であっても良い。   In such a configuration, among the eight protrusions 72, the two protrusions located on the opposite side across the central axis Ax are each configured as an axisymmetric set, and the four axisymmetric protrusions An installation pattern of the projecting portions 72 that is axisymmetric with respect to the central axis Ax as a whole is configured by the set of portions. In addition, each protruding portion is formed in a fan shape lacking its tip portion, that is, a portion near the center O of the bottom surface 3, but may have a shape in which the tip portion is not missing.

本実施形態による固浸レンズ42の効果について説明する。   The effect of the solid immersion lens 42 according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ42は、複数の突出部72を有し、これらの突出部72において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部72を介して固浸レンズ42を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。さらに、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ42と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ42等を破損するおそれがなく、固浸レンズ42について繰り返しの使用も可能となる。   The solid immersion lens 42 has a plurality of protrusions 72, and the protrusions 72 come into contact with the sample. For this reason, it is possible to obtain a light flux passing through a desired optical path. Further, by bringing the solid immersion lens 42 into contact with the sample via the plurality of protrusions 72, the solid immersion lens 42 can be stably placed on the sample without tilting, and position control becomes easy. Furthermore, the possibility that the sticking is prevented by dust is lower than that of the plano-convex lens. In addition, since the force required to separate the solid immersion lens 42 and the sample is extremely weak, there is no possibility of damaging the solid immersion lens 42 and the like, and the solid immersion lens 42 can be used repeatedly.

また、固浸レンズ42を、第1実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ42は突出部72で半導体デバイスと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ42を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。   Further, the solid immersion lens 42 can be used in the same semiconductor inspection apparatus as described in the first embodiment, and the inspection can be performed by the same method. Since the solid immersion lens 42 comes into contact with the semiconductor device at the protruding portion 72, the optical contact liquid can be evaporated or the solvent can permeate faster than the plano-convex lens. For this reason, the solid immersion lens 42 can be optically adhered to the semiconductor device in a short time or can be peeled off from the semiconductor device. Such an effect can be similarly obtained for samples other than semiconductor devices.

上記実施形態では、中心軸Axに対して軸対称となる複数の突出部72について、放射状に配置する構成としている。このとき、試料と接触する突出部72が固浸レンズ42の底面3の径方向について一様に配置されることとなるため、試料の観察位置に対して充分に高い開口数NAで好適に観察を行うことが可能となる。また、前述のように、突出部が径方向について一様に配列されることから、優れた操作性を得ることができる。さらに、このような構成においては、扇形状をした突出部の開き角度、突出部間の角度間隔等によって、開口数や光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な形状や配列構成については様々な構成を用いて良い。   In the above-described embodiment, the plurality of projecting portions 72 that are axially symmetric with respect to the central axis Ax are arranged radially. At this time, since the protrusions 72 that come into contact with the sample are uniformly arranged in the radial direction of the bottom surface 3 of the solid immersion lens 42, the observation is preferably performed with a sufficiently high numerical aperture NA with respect to the observation position of the sample. Can be performed. Moreover, since the protrusions are uniformly arranged in the radial direction as described above, excellent operability can be obtained. Further, in such a configuration, the observation conditions of the sample using the solid immersion lens, such as the numerical aperture and the light amount, can be appropriately set according to the opening angle of the fan-shaped protrusions, the angular interval between the protrusions, and the like. . Various configurations may be used for the specific shape and arrangement of the protrusions.

図10は、固浸レンズの第4実施形態の構成を参考例として示す(a)底面図、及び(b)VII−VII矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ43の構成は、第1の実施形態の固浸レンズ1Aと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。 Figure 10 is a fourth illustrating a reference example of the configuration of the embodiment (a) a bottom view, and (b) VII-VII arrow sectional view of the solid immersion lens. The configuration of the solid immersion lens 43 of the present embodiment is the same as that of the solid immersion lens 1A of the first embodiment, but the configuration of the plurality of protrusions provided on the bottom surface serving as the mounting surface for the sample is different. .

固浸レンズ43においては、試料に対する取付面となる底面3が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図10に示した構成では、下方へと突出する複数のレール状の突出部73が、底面3の全面にわたって配列されて設けられている。また、これらの突出部73は、突出部73の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となるように形成されている。   In the solid immersion lens 43, the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample has a plurality of protrusions. That is, in the configuration shown in FIG. 10, a plurality of rail-like projecting portions 73 that project downward are arranged over the entire bottom surface 3. Further, these protrusions 73 are formed so that the installation pattern of the protrusions 73 and the contact pattern with respect to the sample are symmetrical with respect to the central axis Ax.

具体的には、底面3上での突出部73は、図10(a)に示すように、長手方向がy軸方向のレール状の形状をしており、x軸方向に一定の配列間隔Lで配列して設けられている。各突出部の幅はLで一定であり、突出部の幅Lと配列間隔Lの比L/Lも一定となる。図10(a)に示す構成例では、中心列を構成する突出部がy軸上に配置される。さらに、この中心列から+x方向及び−x方向のそれぞれに4個ずつ、y軸と並行に一定の配列間隔Lで配列され、合計9個の突出部73が設けられている。また、各突出部の長手方向については、底面3の全面にわたって突出部が設けられるように、底面3の円周の縁の近傍まで伸びるレール状に形成することが好ましい。あるいは、それぞれの突出部73の長さについては、所望の開口数NA等に応じて、適宜設定することも可能である。 Specifically, as shown in FIG. 10A, the protrusions 73 on the bottom surface 3 have a rail-like shape whose longitudinal direction is the y-axis direction, and a constant arrangement interval L in the x-axis direction. 2 are arranged. The width of each protrusion is constant in L 1, the ratio L 1 / L 2 of the width of the projecting portions L 1 and arrangement interval L 2 is also constant. In the configuration example shown in FIG. 10A, the projecting portions constituting the central row are arranged on the y-axis. Furthermore, four on each of the + x direction and the -x direction from the central row are arranged at regular arrangement interval L 2 in parallel with the y-axis, it is provided a total of nine protrusions 73. Moreover, about the longitudinal direction of each protrusion part, it is preferable to form in the rail shape extended to the vicinity of the edge of the periphery of the bottom face 3 so that a protrusion part may be provided over the whole surface of the bottom face 3. Alternatively, the length of each protrusion 73 can be appropriately set according to a desired numerical aperture NA or the like.

このような構成では、9個の突出部73のうち、中心列はそのレール形状の中心と底面3の中心Oが一致するように配置され、さらにその他の8個の突出部は中心軸Axを挟んで反対側に位置する2つの突出部からそれぞれ軸対称な組が構成され、4個の軸対称な突出部の組が形成される。中心列、及びこれらの4つの組によって全体として中心軸Axに対して軸対称な突出部73の設置パターンが構成されている。   In such a configuration, among the nine protrusions 73, the center row is arranged so that the center of the rail shape coincides with the center O of the bottom surface 3, and the other eight protrusions have the center axis Ax. A pair of axially symmetric protrusions is formed from two protrusions located on the opposite side of the pair, and a group of four axially symmetric protrusions is formed. An installation pattern of the projecting portions 73 that is axially symmetric with respect to the central axis Ax as a whole is constituted by the central row and these four sets.

本実施形態による固浸レンズ43の効果について説明する。   The effect of the solid immersion lens 43 according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ43は、複数の突出部73を有し、これらの突出部73において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部73を介して固浸レンズ43を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ43と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ43等を破損するおそれがなく、固浸レンズ43について繰り返しの使用も可能となる。   The solid immersion lens 43 has a plurality of protrusions 73 and contacts the sample at these protrusions 73. For this reason, it is possible to obtain a light flux passing through a desired optical path. In addition, by bringing the solid immersion lens 43 into contact with the sample via the plurality of protrusions 73, the solid immersion lens 43 can be stably placed on the sample without tilting, and position control becomes easy. In addition, the possibility of sticking being prevented by dust is lower than that of a plano-convex lens. Further, since the force required to separate the solid immersion lens 43 and the sample is extremely weak, there is no possibility of damaging the solid immersion lens 43 and the like, and the solid immersion lens 43 can be used repeatedly.

また、固浸レンズ43を、第1実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ43は突出部73で半導体デバイスと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ43を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。   Further, the solid immersion lens 43 can be used in the same semiconductor inspection apparatus as described in the first embodiment, and the inspection can be performed by the same method. Since the solid immersion lens 43 comes into contact with the semiconductor device at the protruding portion 73, the optical contact liquid can be evaporated or the solvent can permeate faster than the plano-convex lens. For this reason, the solid immersion lens 43 can be optically adhered to the semiconductor device in a short time or can be peeled off from the semiconductor device. Such an effect can be similarly obtained for samples other than semiconductor devices.

また、固浸レンズ43を半導体デバイスから剥離するため溶媒を滴下する際に、レンズホルダに遮られ、直接レンズ底面をぬらすことができないことが考えられる。そのような場合であっても、固浸レンズ43における底面3のような構成であれば、図11に示すように、溶媒90を図中のy軸方向に沿った風で突出部と突出部の間に送ることにより、溶媒の浸透を早め、剥離を容易に行うことができる。   Further, when the solvent is dropped to peel the solid immersion lens 43 from the semiconductor device, it is considered that the lens bottom is blocked and the lens bottom cannot be wet directly. Even in such a case, as long as the bottom surface 3 of the solid immersion lens 43 is configured, as shown in FIG. 11, the solvent 90 is blown by the wind along the y-axis direction in the drawing. By sending it between the two, the penetration of the solvent can be accelerated and peeling can be easily performed.

さらに、上記実施形態では、中心軸Axに対して軸対称となるようにレール状の突出部73が、一定間隔で所定の方向に配列する構成としている。このとき、試料と接触する突出部73が固浸レンズ43の底面3の全面にわたって一様に配置されることとなるため、試料の観察位置に対して充分に高い開口数NAで好適に観察を行うことが可能となる。また、前述のように、突出部が全面に渡って一様に配列されることから、優れた操作性を得ることができる。さらに、このような構成においては、レール状をした突出部の配列間隔と各レールの幅との比等によって、開口数や光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な形状や配列構成については様々な構成を用いて良い。   Furthermore, in the said embodiment, it is set as the structure which the rail-shaped protrusion part 73 arranges in a predetermined direction at fixed intervals so that it may become axially symmetrical with respect to the central axis Ax. At this time, since the projecting portion 73 in contact with the sample is uniformly arranged over the entire bottom surface 3 of the solid immersion lens 43, observation is preferably performed with a sufficiently high numerical aperture NA with respect to the observation position of the sample. Can be done. Further, as described above, since the protruding portions are uniformly arranged over the entire surface, excellent operability can be obtained. Furthermore, in such a configuration, the observation conditions of the sample using the solid immersion lens, such as the numerical aperture and the amount of light, can be set as appropriate depending on the ratio of the arrangement interval of the rail-shaped protrusions and the width of each rail. it can. Various configurations may be used for the specific shape and arrangement of the protrusions.

図12は、本発明による固浸レンズの第5実施形態の構成を示す(a)底面図、及び(b)VIII−VIII矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ44の構成は、第1の実施形態の固浸レンズ1Aと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。   12A is a bottom view and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII showing the configuration of the fifth embodiment of the solid immersion lens according to the present invention. The configuration of the solid immersion lens 44 of the present embodiment is the same as that of the solid immersion lens 1A of the first embodiment, but the configuration of the plurality of protrusions provided on the bottom surface serving as the mounting surface for the sample is different. .

固浸レンズ44においては、試料に対する取付面となる底面3が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図12に示した構成では、下方へと突出するリング形状をした複数の突出部74a、74bが、同心円状に配置されて設けられている。また、これらの突出部74a、74bは、突出部74a、74bの設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となるように形成されている。   In the solid immersion lens 44, the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample has a plurality of protrusions. That is, in the configuration shown in FIG. 12, a plurality of projecting portions 74a and 74b having a ring shape projecting downward are provided concentrically. In addition, these protrusions 74a and 74b are formed so that the installation pattern of the protrusions 74a and 74b and the resulting contact pattern with respect to the sample are axisymmetric with respect to the central axis Ax.

具体的には、底面3上で、図12(a)に示すように、リング形状をした2つの突出部74a、74bが形成されている。突出部74aの形状は、球心Oを中心とした内径r、外径rのリング形状である(r<r)。半径r、rは、例えば、それぞれ開口数NAが1.2、1.4の光束に対応するように設定される。一方、突出部74bは、球心Oを中心とした内径r、外径rのリング形状に形成されている(r<r、r<r)。半径r、rは、例えば、それぞれ開口数NAが2.2、2.4の光束に対応するように設定される。なお、上記した開口数NAとは異なるNA値の光束に合わせてr〜rを設定しても良い。 Specifically, as shown in FIG. 12A, two ring-shaped projecting portions 74 a and 74 b are formed on the bottom surface 3. The shape of the protrusion 74a is a ring shape having an inner diameter r 1 and an outer diameter r 2 centered on the ball center O (r 1 <r 2 ). The radii r 1 and r 2 are set, for example, so as to correspond to light beams having numerical apertures NA of 1.2 and 1.4, respectively. On the other hand, the protrusion 74b is formed in a ring shape having an inner diameter r 3 and an outer diameter r 4 with the ball center O as the center (r 2 <r 3 , r 3 <r 4 ). The radii r 3 and r 4 are set, for example, so as to correspond to light beams having numerical apertures NA of 2.2 and 2.4, respectively. Note that r 1 to r 4 may be set in accordance with a light flux having an NA value different from the numerical aperture NA.

このような構成では、2個の突出部74a、74bのそれぞれが、中心軸Axに対して軸対称となる構成をしている。そのため、全体として中心軸Axに対して軸対称な突出部74a、74bの設置パターンが構成されている。   In such a configuration, each of the two protruding portions 74a and 74b is configured to be axially symmetric with respect to the central axis Ax. Therefore, an installation pattern of the projecting portions 74a and 74b that are axisymmetric with respect to the central axis Ax as a whole is configured.

また、本実施形態においては、突出部74a、74bのそれぞれにリング状の突出部の内側と外側とを連通させる溝を設けている。すなわち、図12(a)において、突出部74aには、y軸に沿って突出部74aを横断するように、+y側及び−y側の双方に溝75aが設けられている。突出部74bにおいても、突出部74bをy軸に沿って横断するように、+y側及び−y側の双方に溝75bが設けられている。このため、溝75a、75bを設けても、突出部74a、74bによる試料に対する底面3の接触パターンは、レンズの中心軸Axに対して軸対称である。   Moreover, in this embodiment, the groove | channel which connects the inner side and the outer side of a ring-shaped protrusion part is provided in each of the protrusion parts 74a and 74b. That is, in FIG. 12A, the protrusion 74a is provided with a groove 75a on both the + y side and the −y side so as to cross the protrusion 74a along the y axis. Also in the protrusion 74b, a groove 75b is provided on both the + y side and the −y side so as to cross the protrusion 74b along the y axis. For this reason, even if the grooves 75a and 75b are provided, the contact pattern of the bottom surface 3 with respect to the sample by the protrusions 74a and 74b is axisymmetric with respect to the center axis Ax of the lens.

本実施形態による固浸レンズ44の効果について説明する。   The effect of the solid immersion lens 44 according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ44は、複数の突出部74a、74bを有し、これらの突出部74a、74bにおいて試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部74a、74bを介して固浸レンズ44を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ44と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ44等を破損するおそれがなく、固浸レンズ44について繰り返しの使用も可能となる。   The solid immersion lens 44 has a plurality of protrusions 74a and 74b, and contacts the sample at these protrusions 74a and 74b. For this reason, it is possible to obtain a light flux passing through a desired optical path. Further, by bringing the solid immersion lens 44 into contact with the sample via the plurality of protrusions 74a and 74b, the solid immersion lens 44 can be stably placed on the sample without tilting, and position control becomes easy. In addition, the possibility of sticking being prevented by dust is lower than that of a plano-convex lens. Further, since the force required to separate the solid immersion lens 44 and the sample is extremely weak, there is no possibility of damaging the solid immersion lens 44 and the like, and the solid immersion lens 44 can be used repeatedly.

また、固浸レンズ44を、第1実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ44は突出部74a、74bで半導体デバイスと接触するので、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ44を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。   Further, the solid immersion lens 44 can be used in the same semiconductor inspection apparatus as described in the first embodiment, and the inspection can be performed by the same method. Since the solid immersion lens 44 comes into contact with the semiconductor device at the protrusions 74a and 74b, the optical contact liquid can be evaporated or the solvent can be permeated faster than the plano-convex lens. For this reason, the solid immersion lens 44 can be optically adhered to the semiconductor device in a short time or can be peeled off from the semiconductor device. Such an effect can be similarly obtained for samples other than semiconductor devices.

上記実施形態では、中心軸Axに対して軸対称となるリング形状の突出部74a、74bについて、同心円状に配置する構成としている。したがって、各リング形状の内径は、その突出部を通したい光束の開口数NAの下限に合わせて設定し、また外径は、通したい光束の開口数NAの上限に合わせて設定することができる。これにより、試料の観察位置に対して、必要な開口数NAの光束のみを選択的に通すことが可能となる。したがって、このような構成においては、各リング形状の内径、外径の値及び突出部の数等によって、開口数や光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な形状や配列構成については様々な構成を用いて良い。   In the above-described embodiment, the ring-shaped protrusions 74a and 74b that are symmetric with respect to the central axis Ax are arranged concentrically. Therefore, the inner diameter of each ring shape can be set in accordance with the lower limit of the numerical aperture NA of the light beam desired to pass through the protrusion, and the outer diameter can be set in accordance with the upper limit of the numerical aperture NA of the light beam desired to pass. . Thereby, it is possible to selectively pass only a light beam having a required numerical aperture NA with respect to the observation position of the sample. Therefore, in such a configuration, the observation conditions of the sample using the solid immersion lens, such as the numerical aperture and the amount of light, can be appropriately set according to the inner diameter and outer diameter of each ring shape, the number of protrusions, and the like. Various configurations may be used for the specific shape and arrangement of the protrusions.

また、突出部74a、74bに設けられた溝75a、75bは、光学密着液排出溝として用いることが可能である。すなわち、溝75a、75bを、上述の光学密着液の蒸発あるいは溶媒の浸透に利用し、これらをより速く行うことができる。ただし、これらの溝75a、75bについては、例えば光学密着液を使用しない場合など、不要であれば設けなくても良い。   Further, the grooves 75a and 75b provided in the protrusions 74a and 74b can be used as the optical contact liquid discharge groove. That is, the grooves 75a and 75b are used for the evaporation of the above-mentioned optical contact liquid or the penetration of the solvent, and these can be performed faster. However, these grooves 75a and 75b may be omitted if unnecessary, for example, when an optical contact liquid is not used.

図13は、本発明による固浸レンズの第6実施形態の構成を示す(a)底面図、及び(b)VIIII−VIIII矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ45の構成は、第1の実施形態の固浸レンズ1Aと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。   13A is a bottom view and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along arrows VIIII-VIIII showing the configuration of the sixth embodiment of the solid immersion lens according to the present invention. The configuration of the solid immersion lens 45 of the present embodiment is the same as that of the solid immersion lens 1A of the first embodiment, but the configuration of the plurality of protrusions provided on the bottom surface serving as the mounting surface for the sample is different. .

固浸レンズ45においては、試料に対する取付面となる底面3が、複数の突出部を有して構成されている。すなわち、図13に示した構成では、下方へと突出する複数の突出部76が、点線で示す円周上に一定間隔で設けられている。また、これらの突出部76は、突出部76の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となるように形成されている。   In the solid immersion lens 45, the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample has a plurality of protrusions. That is, in the configuration shown in FIG. 13, a plurality of projecting portions 76 projecting downward are provided at regular intervals on the circumference indicated by the dotted line. Further, these protrusions 76 are formed so that the installation pattern of the protrusions 76 and the resulting contact pattern with respect to the sample are axisymmetric with respect to the central axis Ax.

具体的には、底面3上での突出部76は、図13(a)に示すように、球心Oを中心とした半径rの円周上にその中心が位置するように、一定の角度間隔θで配列されている。図13(a)に示す構成例では、角度間隔θは45度であり、半径rの円周とx軸、y軸のそれぞれとが交わる点を中心とする4個の突出部、半径rの円周とx軸と45度をなす直線とが交わる点を中心とする2個の突出部、半径rの円周とx軸と−45度をなす直線とが交わる点を中心とする2個の突出部で、合計8個の突出部76が設けられている。これらの突出部76のそれぞれは、半径rの円形状に形成されている。半径r、rは、例えば、開口数NAが1.2から1.4の光束を通すことができるように設定される。なお、上記の開口数NAとは異なるNA値の光束に合わせて、半径r、rを設定しても良い。 Specifically, as shown in FIG. 13A, the protrusion 76 on the bottom surface 3 is fixed so that its center is located on the circumference of the radius r 1 with the sphere center O as the center. They are arranged at an angular interval θ. In the configuration example shown in FIG. 13A, the angular interval θ is 45 degrees, four protrusions centered at the point where the circumference of the radius r 1 intersects each of the x-axis and the y-axis, and the radius r Two protrusions centered on the point where the circumference of 1 and the straight line forming 45 degrees intersect with the x axis, and the point where the circumference of the radius r 1 and the line forming −45 degrees intersect with the x axis A total of eight protrusions 76 are provided by the two protrusions. Each of these protrusions 76, is formed in a circular shape having a radius r 2. The radii r 1 and r 2 are set so that, for example, light beams having a numerical aperture NA of 1.2 to 1.4 can pass. The radii r 1 and r 2 may be set in accordance with a light flux having an NA value different from the numerical aperture NA.

このような構成では、8個の突出部76のうち、球心Oを中心とした円周上で、中心軸Axを挟んで反対側に位置する2個の突出部からそれぞれ軸対称な組が構成されており、4個の軸対称な突出部の組によって、全体として中心軸Axに対して軸対称な突出部76の設置パターンが構成されている。   In such a configuration, among the eight projecting portions 76, on the circumference centered on the ball center O, a pair of axial symmetry is formed from the two projecting portions located on the opposite side across the central axis Ax. Thus, a set of four axisymmetric protrusions constitutes an installation pattern of the protrusions 76 that are axially symmetric with respect to the central axis Ax as a whole.

本実施形態による固浸レンズ45の効果について説明する。   The effect of the solid immersion lens 45 according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ45は、複数の突出部76を有し、これらの突出部76において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、複数の突出部76を介して固浸レンズ45を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ45と試料とを分離するのに要する力が極微弱ですむため、固浸レンズ45等を破損するおそれがなく、固浸レンズ45について繰り返しの使用も可能となる。   The solid immersion lens 45 has a plurality of protrusions 76, and contacts the sample at these protrusions 76. For this reason, it is possible to obtain a light flux passing through a desired optical path. In addition, by bringing the solid immersion lens 45 into contact with the sample via the plurality of protrusions 76, the solid immersion lens 45 can be stably placed on the sample without tilting, and position control becomes easy. In addition, the possibility of sticking being prevented by dust is lower than that of a plano-convex lens. In addition, since the force required to separate the solid immersion lens 45 and the sample is extremely weak, there is no possibility of damaging the solid immersion lens 45 and the like, and the solid immersion lens 45 can be used repeatedly.

また、固浸レンズ45を、第1実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ45は突出部76で半導体デバイスと接触する。さらに、隣り合う突出部と突出部の間は、固浸レンズ45と試料を密着させる際に用いる光学密着液を排出するための出口となる。したがって、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができる。このため、固浸レンズ45を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。   Further, the solid immersion lens 45 can be used in the same semiconductor inspection apparatus as described in the first embodiment, and the inspection can be performed by the same method. The solid immersion lens 45 comes into contact with the semiconductor device at the protrusion 76. Further, the gap between the adjacent protrusions is an outlet for discharging the optical contact liquid used when the solid immersion lens 45 and the sample are brought into close contact with each other. Therefore, it is possible to evaporate the optical contact liquid or infiltrate the solvent faster than the plano-convex lens. For this reason, the solid immersion lens 45 can be optically adhered to the semiconductor device in a short time or peeled from the semiconductor device. Such an effect can be similarly obtained for samples other than semiconductor devices.

上記実施形態では、中心軸Axに対して軸対称となる突出部76について、球心Oを中心とした円周上に円形状の突出部76を配置する構成としている。したがって、突出部が設置される円周を形成する円の半径r、及び各突出部を構成する円の半径rを通したい開口数NAの光束に合わせて設定することにより、試料の観察位置に対して必要な開口数の光束のみを選択的に通すことが可能となる。したがって、このような構成においては、突出部が配置される円の半径、突出部の形状等によって、開口数や光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部の具体的な形状や配列構成については、様々な構成を用いてよい。 In the above-described embodiment, the projecting portion 76 that is axially symmetric with respect to the central axis Ax is configured such that the circular projecting portion 76 is disposed on the circumference around the spherical center O. Therefore, the sample is observed by setting the radius r 1 of the circle forming the circumference on which the protrusions are installed and the radius r 2 of the circles forming the protrusions according to the light flux of the numerical aperture NA desired to pass. Only a light beam having a necessary numerical aperture can be selectively passed with respect to the position. Therefore, in such a configuration, the observation conditions of the sample using the solid immersion lens, such as the numerical aperture and the amount of light, can be appropriately set according to the radius of the circle in which the protrusion is arranged, the shape of the protrusion, and the like. In addition, about the specific shape and arrangement | sequence structure of a protrusion part, you may use various structures.

図14は、本発明による固浸レンズの第7実施形態の構成を示す(a)底面図、及び(b)X−X矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ46Aの構成は、第1の実施形態の固浸レンズ1Aと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。   FIG. 14A is a bottom view and FIG. 14B is a cross-sectional view along arrow X-X showing the configuration of the seventh embodiment of the solid immersion lens according to the present invention. The configuration of the solid immersion lens 46A of the present embodiment is the same as that of the solid immersion lens 1A of the first embodiment, but the configuration of the plurality of protrusions provided on the bottom surface serving as the mounting surface for the sample is different. .

固浸レンズ46Aにおいては、試料に対する取付面となる底面3が、突出部を有して構成されている。すなわち、図14に示した構成では、下方へと突出する突出部78が、リング状に設けられている。また、この突出部78は、突出部78の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となるように形成されている。   In the solid immersion lens 46A, the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample has a protruding portion. That is, in the structure shown in FIG. 14, the protrusion part 78 which protrudes below is provided in the ring shape. The projecting portion 78 is formed so that the installation pattern of the projecting portion 78 and the resulting contact pattern with the sample are axisymmetric with respect to the central axis Ax.

具体的には、底面3上での突出部78は、図14(a)に示すように、球心Oを中心とした内径r、外径Rのリング形状をしている。突出部78を構成するリング形状の外径Rは、底面3を構成する円の半径Rと一致する。   Specifically, the projecting portion 78 on the bottom surface 3 has a ring shape having an inner diameter r and an outer diameter R with the ball center O as the center, as shown in FIG. The ring-shaped outer diameter R constituting the protruding portion 78 coincides with the radius R of the circle constituting the bottom surface 3.

また、突出部78の断面形状については、底面3上において、中心軸Axから距離r以上離れた突出部78に相当する部分では、中心軸Axからの距離に伴い、徐々に下方への突出高さが高くなっている。図14(b)のX−X矢印断面図に表される断面形状においては、底面3の外縁部において突出高さが最も高くなる、なめらかな曲線を描いている。また、中心軸Axから等距離にある円周上では、底面3における突出高さは一様である。   As for the cross-sectional shape of the protruding portion 78, a portion corresponding to the protruding portion 78 on the bottom surface 3 that is separated from the central axis Ax by a distance r or more gradually protrudes downward in accordance with the distance from the central axis Ax. Is getting higher. In the cross-sectional shape represented by the XX arrow cross-sectional view of FIG. 14B, a smooth curve is drawn in which the protruding height is highest at the outer edge portion of the bottom surface 3. Further, the protrusion height at the bottom surface 3 is uniform on the circumference equidistant from the central axis Ax.

このような構成では、突出部78において、中心軸Axから等距離の位置で突出高さが同じであり、全体として中心軸Axに対して軸対称な突出部78の設置パターンが構成されている。   In such a configuration, the protrusion 78 has the same protrusion height at a position equidistant from the central axis Ax, and the installation pattern of the protrusion 78 that is axially symmetric with respect to the central axis Ax as a whole is configured. .

また、光学密着液排出溝として機能する図12に関して上述したような溝を、突出部78において設けても良い。図14(a)において、突出部78には、突出部78をy軸に沿って横断するように、+y側及び−y側の双方に溝79が設けられている。このため、溝79を設けても、突出部78による試料に対する底面3の接触パターンは、レンズの中心軸Axに対して軸対称である。ただし、この溝79は不要であれば、設けなくても良い。   Further, a groove as described above with reference to FIG. 12 that functions as an optical contact liquid discharge groove may be provided in the protruding portion 78. In FIG. 14A, the protrusion 78 is provided with a groove 79 on both the + y side and the −y side so as to cross the protrusion 78 along the y-axis. For this reason, even if the groove 79 is provided, the contact pattern of the bottom surface 3 with respect to the sample by the protrusion 78 is axisymmetric with respect to the center axis Ax of the lens. However, this groove 79 may not be provided if it is not necessary.

本実施形態による固浸レンズ46Aの効果について説明する。   The effect of the solid immersion lens 46A according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ46Aは、突出部78を有し、この突出部78において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、リング形状をした突出部78を介して固浸レンズ46Aを試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。さらに、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ46Aと試料とを分離するのに要する力が平凸レンズに比べ弱くてすむため、固浸レンズ46A等を破損するおそれがなく、固浸レンズ46Aについて繰り返しの使用も可能となる。   The solid immersion lens 46 </ b> A has a protrusion 78, and contacts the sample at the protrusion 78. For this reason, it is possible to obtain a light flux passing through a desired optical path. Further, by bringing the solid immersion lens 46A into contact with the sample via the ring-shaped protruding portion 78, the solid immersion lens 46A can be stably placed on the sample without tilting, and position control becomes easy. Furthermore, the possibility that the sticking is prevented by dust is lower than that of the plano-convex lens. Further, since the force required to separate the solid immersion lens 46A and the sample is weaker than that of the plano-convex lens, the solid immersion lens 46A or the like is not damaged, and the solid immersion lens 46A can be used repeatedly. .

また、固浸レンズ46Aを、第1実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ46Aは突出部78で半導体デバイスと接触する。さらに、溝79を設けることもできる。このため、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができ、固浸レンズ46Aを短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。   Further, the solid immersion lens 46A can be used in the same semiconductor inspection apparatus as described in the first embodiment, and the inspection can be performed by the same method. The solid immersion lens 46 </ b> A contacts the semiconductor device at the protrusion 78. Further, a groove 79 can be provided. For this reason, the optical contact liquid can be evaporated or the solvent can be permeated faster than the plano-convex lens, and the solid immersion lens 46A can be optically attached to the semiconductor device or peeled off from the semiconductor device in a short time. Such an effect can be similarly obtained for samples other than semiconductor devices.

上記実施形態では、突出部78のリング形状の内側、すなわち、球心Oを中心とした半径rの円内は突出構造を有していない。そのため、中心部分において試料と固浸レンズ46Aは接触せず、中心光束は試料の観察に用いられないので、中央遮蔽絞りを用いたときと同様の効果を得ることができる。例えば本固浸レンズ46Aを半導体デバイスの裏面観察に適用した場合、半導体基板の裏側にある金属配線のコントラストをなくし、基板の立体形状のみを選択的に取り出して観察することが可能である。また、このような構成においては、リング形状の内径、外径等によって、開口数NAや光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。   In the above embodiment, the inner side of the ring shape of the projecting portion 78, that is, the inside of a circle having a radius r centered on the ball center O does not have a projecting structure. For this reason, the sample and the solid immersion lens 46A do not come into contact with each other in the central portion, and the central light beam is not used for observing the sample. Therefore, the same effect as when the central shielding stop is used can be obtained. For example, when this solid immersion lens 46A is applied to the backside observation of a semiconductor device, it is possible to eliminate the contrast of the metal wiring on the backside of the semiconductor substrate and selectively take out and observe only the three-dimensional shape of the substrate. In such a configuration, the observation conditions of the sample using the solid immersion lens such as the numerical aperture NA and the amount of light can be appropriately set according to the inner diameter and outer diameter of the ring shape.

なお、底面3における突出部の具体的な形状や配列構成については、様々な構成を用いて良い。例えば、図14では突出部78において底面3の下方への突出高さが徐々に高くなる形状としているが、その内側の部分については、平面状とすることができる。あるいは、突出部78の内側の部分についても、突出部78と連続する曲面状としても良い。このような構成では、底面3の全体が、球心Oからみて下方への突出高さが徐々に高くなる突出部となる。また、突出部78とその内側の部分との間に段差を設け、突出部78の内側の部分を凹部状に形成しても良い。   Various configurations may be used for the specific shape and arrangement of the protrusions on the bottom surface 3. For example, in FIG. 14, the protruding portion 78 has a shape in which the protruding height downward from the bottom surface 3 gradually increases, but the inner portion thereof can be planar. Alternatively, the inner portion of the protrusion 78 may have a curved surface shape that is continuous with the protrusion 78. In such a configuration, the entire bottom surface 3 becomes a protruding portion whose protruding height downwards as viewed from the spherical center O gradually increases. Further, a step may be provided between the projecting portion 78 and the inner portion thereof, and the inner portion of the projecting portion 78 may be formed in a concave shape.

図15は、固浸レンズ46Aの変形例の構成を示す(a)底面図、(b)XI−XI矢印断面図、及び(c)XII−XII矢印断面図である。この固浸レンズ46Bでは、試料に対する取付面となる底面3において、y軸から+x方向及び−x方向のそれぞれにL以上離れた部分に突出部80が設けられている。具体的には、底面3において、x≦−L、x≧Lを満たす部分に、それぞれ突出部80が形成されている。このように突出部は、リング形状をしていなくても良い。このような構成においても、突出部80による試料に対する底面3の接触パターンは、中心軸Axに対して軸対称である。なお、突出部の断面形状等については、図14と同様である。   15A is a bottom view, FIG. 15B is a cross-sectional view along arrow XI-XI, and FIG. 15C is a cross-sectional view along arrow XII-XII. In the solid immersion lens 46B, a protrusion 80 is provided at a portion of the bottom surface 3 serving as a mounting surface with respect to the sample at a distance of L or more from the y axis in each of the + x direction and the −x direction. Specifically, on the bottom surface 3, protrusions 80 are formed at portions satisfying x ≦ −L and x ≧ L, respectively. Thus, the protrusion does not need to have a ring shape. Even in such a configuration, the contact pattern of the bottom surface 3 with respect to the sample by the protrusion 80 is axisymmetric with respect to the central axis Ax. In addition, about the cross-sectional shape of a protrusion part, it is the same as that of FIG.

図16は、本発明による固浸レンズの第8実施形態の構成を示す(a)底面図、及び(b)XIII−XIII矢印断面図である。本実施形態の固浸レンズ47の構成は、第1の実施形態の固浸レンズ1Aと同様の構成であるが、試料に対する取付面となる底面に設けられる複数の突出部の構成が異なっている。   FIG. 16 is a (a) bottom view and (b) XIII-XIII arrow sectional view showing the configuration of the eighth embodiment of the solid immersion lens according to the present invention. The configuration of the solid immersion lens 47 of the present embodiment is the same as that of the solid immersion lens 1A of the first embodiment, but the configuration of the plurality of protrusions provided on the bottom surface serving as the mounting surface for the sample is different. .

固浸レンズ47においては、試料に対する取付面となる底面3が、突出部を有して構成されている。すなわち、図16に示した構成では、下方へと突出する突出部81が、底面3の全面にわたって2次元に配列されて設けられている。また、突出部81の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となるように形成されている。また、本構成において、底面3のうちで突出部81を除く部分は凹部82、83となっている。この凹部82、83は、突出部81と同様に、凹部82、83の設置パターン、及びそれによる試料に対する接触パターンが中心軸Axに対して軸対称となっている。   In the solid immersion lens 47, the bottom surface 3 serving as a mounting surface for the sample has a protruding portion. That is, in the configuration shown in FIG. 16, the projecting portions 81 projecting downward are provided so as to be two-dimensionally arranged over the entire bottom surface 3. In addition, the installation pattern of the protrusions 81 and the contact pattern with respect to the sample thereby are formed so as to be symmetric with respect to the central axis Ax. Further, in this configuration, portions of the bottom surface 3 excluding the protruding portion 81 are recessed portions 82 and 83. In the recesses 82 and 83, similarly to the protrusion 81, the installation pattern of the recesses 82 and 83 and the contact pattern with respect to the sample are axially symmetric with respect to the central axis Ax.

具体的には、底面3上での凹部82は、図16(a)に示すように、x軸方向、y軸方向を配列方向とし、x軸方向、y軸方向についてそれぞれ一定の配列間隔dx、dyで2次元マトリクス状に配列されている。図16(a)に示す構成例では、y軸方向に7列、y軸の負の側から1列目に4個、2列目に6個、3列目に8個、中心列である4列目に8個、5列目に8個、6列目に6個、7列目に4個で、合計44個の凹部82が設けられている。これらの凹部82のそれぞれは、半径rの円形状に形成されている。また、x軸方向、及びy軸方向に隣り合う凹部82の間には、それらを連通させる溝状の凹部83が形成されている。   Specifically, as shown in FIG. 16A, the recesses 82 on the bottom surface 3 are arranged in the x-axis direction and the y-axis direction, and the arrangement intervals dx are constant in the x-axis direction and the y-axis direction, respectively. , Dy are arranged in a two-dimensional matrix. In the configuration example shown in FIG. 16A, there are 7 columns in the y-axis direction, 4 in the first column from the negative side of the y-axis, 6 in the second column, 8 in the third column, and the center column. A total of 44 recesses 82 are provided, with 8 in the 4th row, 8 in the 5th row, 6 in the 6th row and 4 in the 7th row. Each of these recesses 82 is formed in a circular shape with a radius r. In addition, a groove-like recess 83 is formed between the recesses 82 adjacent to each other in the x-axis direction and the y-axis direction.

このような構成では、44個の凹部82のうち、中心軸Axを挟んで反対側に位置する2個の凹部からそれぞれ軸対称な組が構成されており、22個の軸対称な凹部の組によって、突出部及び凹部ともに全体として中心軸Axに対して軸対称な突出部81の設置パターンが構成されている。   In such a configuration, among the 44 concave portions 82, two concave portions located on the opposite side across the central axis Ax constitute an axially symmetric set, and 22 axially symmetric concave pairs. Thus, an installation pattern of the projecting portions 81 that is axisymmetric with respect to the central axis Ax as a whole is configured for both the projecting portions and the recessed portions.

本実施形態による固浸レンズ47の効果について説明する。   The effect of the solid immersion lens 47 according to the present embodiment will be described.

固浸レンズ47は、凹部82が設けられた突出部81を有し、この突出部81において試料と接触する。このため、所望の光路を通る光束を得ることが可能となる。また、底面3の全面にわたって設けられた突出部81を介して固浸レンズ47を試料に接触させることにより、傾くことなく安定的に試料上に設置させることができ、位置制御が容易となる。加えて、凹部82を全面に渡って設けているため、平凸レンズに比べ、ゴミによって固着が妨げられる可能性は低くなる。また、固浸レンズ47と試料とを分離するのに要する力が平凸レンズに比べ弱くてすむため、固浸レンズ47等を破損するおそれがなく、固浸レンズ47について繰り返しの使用も可能となる。   The solid immersion lens 47 has a protruding portion 81 provided with a recess 82, and contacts the sample at the protruding portion 81. For this reason, it is possible to obtain a light flux passing through a desired optical path. Further, by bringing the solid immersion lens 47 into contact with the sample via the protruding portion 81 provided over the entire bottom surface 3, the solid immersion lens 47 can be stably placed on the sample without tilting, and position control is facilitated. In addition, since the concave portion 82 is provided over the entire surface, the possibility that the fixing is prevented by dust is lower than that of the plano-convex lens. Further, since the force required to separate the solid immersion lens 47 and the sample is less than that of the plano-convex lens, the solid immersion lens 47 or the like is not damaged, and the solid immersion lens 47 can be used repeatedly. .

また、固浸レンズ47を、第1実施形態で説明したのと同様の半導体検査装置に用い、同様の方法で検査を行うことができる。固浸レンズ47は突出部81で半導体デバイスと接触し、突出部81には凹部82が2次元マトリクス状に全面に渡って設けられている。このため、平凸レンズに比べて速く光学密着液を蒸発、あるいは溶媒を浸透させることができ、固浸レンズ47を短時間で半導体デバイスに光学密着、あるいは半導体デバイスから剥離することが可能となる。また、凹部82を連通させる溝状の凹部83は、光学密着液排出溝として機能する。このような効果は、半導体デバイス以外の試料に対しても同様に得られる。   Further, the solid immersion lens 47 can be used in the same semiconductor inspection apparatus as described in the first embodiment, and the inspection can be performed by the same method. The solid immersion lens 47 is in contact with the semiconductor device at the protrusion 81, and the protrusion 81 is provided with recesses 82 over the entire surface in a two-dimensional matrix. For this reason, the optical contact liquid can be evaporated or the solvent can be permeated faster than the plano-convex lens, and the solid immersion lens 47 can be optically attached to the semiconductor device or peeled off from the semiconductor device in a short time. Moreover, the groove-shaped recessed part 83 which connects the recessed part 82 functions as an optical contact | adherence liquid discharge groove. Such an effect can be similarly obtained for samples other than semiconductor devices.

また、上記実施形態では、底面3において、平面である突出部81に凹部82を形成するようにして固浸レンズ47を製造することができるため、製造が容易となる。また、突出部が全面に渡って一様に設けられるため、優れた操作性を得ることができる。さらに、このような構成においては、凹部の数、形状等によって、開口数NAや光量など固浸レンズを用いた試料の観察条件を適宜設定することができる。なお、突出部及び突出部の現れる部分の具体的な形状や配列構成については、様々な構成を用いてよい。   Moreover, in the said embodiment, since the solid immersion lens 47 can be manufactured by forming the recessed part 82 in the protrusion part 81 which is a plane in the bottom face 3, manufacture becomes easy. Moreover, since the protrusion is provided uniformly over the entire surface, excellent operability can be obtained. Further, in such a configuration, the observation conditions of the sample using the solid immersion lens such as the numerical aperture NA and the light amount can be appropriately set depending on the number and shape of the concave portions. In addition, about the specific shape and arrangement | sequence structure of the part which a protrusion part and a protrusion part appear, you may use various structures.

本発明は、所望の開口数で光束を通すことができ、かつ、観察対象の試料に光学的に結合させる際の位置制御が容易な固浸レンズとして利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a solid immersion lens that can transmit a light beam with a desired numerical aperture and can be easily controlled in position when optically coupled to a sample to be observed.

第1実施形態に係る固浸レンズの(a)底面図、(b)側面図である。It is (a) bottom view and (b) side view of the solid immersion lens which concerns on 1st Embodiment. 突出部の具体的な突出構造を示す図である。It is a figure which shows the specific protrusion structure of a protrusion part. 第1の実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is the (a) bottom view and (b) sectional view of the solid immersion lens which is a modification of the solid immersion lens which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの底面図である。It is a bottom view of the solid immersion lens which is a modification of the solid immersion lens which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is the (a) bottom view and (b) sectional view of the solid immersion lens which is a modification of the solid immersion lens which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is the (a) bottom view and (b) sectional view of the solid immersion lens which is a modification of the solid immersion lens which concerns on 1st Embodiment. 本実施形態に係る固浸レンズを有する半導体検査装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the semiconductor inspection apparatus which has the solid immersion lens which concerns on this embodiment. 第2実施形態に係る固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is (a) bottom view and (b) sectional drawing of the solid immersion lens which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is (a) bottom view and (b) sectional drawing of the solid immersion lens which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is the (a) bottom view and (b) sectional view of the solid immersion lens concerning a 4th embodiment. 第4実施形態に係る固浸レンズに溶媒を風で送る様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a solvent is sent with a wind to the solid immersion lens which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is the (a) bottom view and (b) sectional view of the solid immersion lens concerning a 5th embodiment. 第6実施形態に係る固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is (a) bottom view and (b) sectional drawing of the solid immersion lens which concerns on 6th Embodiment. 第7実施形態に係る固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is (a) bottom view and (b) sectional view of a solid immersion lens concerning a 7th embodiment. 第7実施形態に係る固浸レンズの変形例である固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図、(c)断面図である。It is the (a) bottom view of the solid immersion lens which is a modification of the solid immersion lens which concerns on 7th Embodiment, (b) sectional drawing, (c) sectional drawing. 第8実施形態に係る固浸レンズの(a)底面図、(b)断面図である。It is (a) bottom view of the solid immersion lens which concerns on 8th Embodiment, (b) sectional drawing. 固浸レンズの底面の曲率半径と、観察対象物とを密着させる際に必要な圧力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the curvature radius of the bottom face of a solid immersion lens, and the pressure required when making an observation target object contact | adhere.

符号の説明Explanation of symbols

1A〜1E、41、42〜45、46A、46B、47…固浸レンズ、2…固浸レンズの上面、3…固浸レンズの底面、4a〜4c、5a〜5f、7a、7b、8a〜8c、71、72、73、74a、74b、76、78、80、81…突出部、6…試料、6a…試料の上面、6b…試料の下面、13…画像取得部、14…光学系、15…ステージ、16…検査部、18…ステージ、20…対物レンズ、30…固浸レンズ駆動部、51…観察制御部、52…ステージ制御部、53…固浸レンズ制御部、61…画像解析部、62…指示部、75a、75b、79、83…溝、82…凹部、90…溶媒、O…球心、Ax…固浸レンズの中心軸、A…観察部、B…制御部、D…解析部、F…圧力、l〜l…光、P…観察位置、S…半導体デバイス 1A to 1E, 41, 42 to 45, 46A, 46B, 47 ... solid immersion lens, 2 ... top surface of solid immersion lens, 3 ... bottom surface of solid immersion lens, 4a to 4c, 5a to 5f, 7a, 7b, 8a to 8c, 71, 72, 73, 74a, 74b, 76, 78, 80, 81 ... projecting portion, 6 ... sample, 6a ... upper surface of sample, 6b ... lower surface of sample, 13 ... image acquisition unit, 14 ... optical system, DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Stage, 16 ... Inspection | inspection part, 18 ... Stage, 20 ... Objective lens, 30 ... Solid immersion lens drive part, 51 ... Observation control part, 52 ... Stage control part, 53 ... Solid immersion lens control part, 61 ... Image analysis , 62 ... indicating part, 75a, 75b, 79, 83 ... groove, 82 ... concave part, 90 ... solvent, O ... ball center, Ax ... central axis of solid immersion lens, A ... observation part, B ... control part, D ... analysis part, F ... pressure, l 1 -l 4 ... light, P ... observation position, S ... semiconductor device Vice

Claims (10)

観察対象の試料に取り付けられ、前記試料の観察に用いられる固浸レンズであって、
所定半径の球面形状を有する第1の面と、
前記試料に対する取付面となるとともに、複数の突出部を有する第2の面とを備え、
前記第2の面は、前記複数の突出部のそれぞれが、中心軸から離れた位置に設けられ、前記複数の突出部による前記試料に対する接触パターンが、前記中心軸に対して軸対称となるとともに、前記第2の面の中央部と前記試料とが接触しないように形成されていることを特徴とする固浸レンズ。
A solid immersion lens attached to a sample to be observed and used for observing the sample,
A first surface having a spherical shape with a predetermined radius;
A mounting surface for the sample, and a second surface having a plurality of protrusions,
Said second surface, each of the plurality of protrusions are provided at a position away from the central axis, the contact pattern for the sample by the plurality of protrusions, it becomes axisymmetric with respect to the central axis The solid immersion lens is formed so that the central portion of the second surface does not contact the sample .
前記第2の面は、前記複数の突出部として、前記中心軸を挟む位置に、前記試料に対する前記接触パターンが前記中心軸に対して軸対称となるように形成された2つの突出部を少なくとも有することを特徴とする請求項1記載の固浸レンズ。  The second surface includes, as the plurality of protrusions, at least two protrusions formed at positions sandwiching the central axis so that the contact pattern with respect to the sample is axially symmetric with respect to the central axis. The solid immersion lens according to claim 1, wherein the solid immersion lens is provided. 前記第2の面は、前記2つの突出部を一組の突出部として、前記中心軸を挟むように設けられた複数組の突出部を有することを特徴とする請求項2記載の固浸レンズ。  3. The solid immersion lens according to claim 2, wherein the second surface has a plurality of sets of protrusions provided so as to sandwich the central axis with the two protrusions serving as a set of protrusions. 4. . 前記2つの突出部は、それぞれ円形状、楕円形状、長方形状、または多角形状に形成されていることを特徴とする請求項2記載の固浸レンズ。  The solid immersion lens according to claim 2, wherein the two protrusions are each formed in a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, or a polygonal shape. 前記第2の面において、前記複数の突出部は、前記中心軸に直交する2軸をx軸、y軸として、x軸方向及びy軸方向を配列方向とし、x軸方向、y軸方向についてそれぞれ一定の配列間隔で2次元マトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項1記載の固浸レンズ。  In the second surface, the plurality of projecting portions have two axes orthogonal to the central axis as the x axis and the y axis, the x axis direction and the y axis direction as the arrangement directions, and the x axis direction and the y axis direction. 2. The solid immersion lens according to claim 1, wherein each of the solid immersion lenses is arranged in a two-dimensional matrix at a constant arrangement interval. 前記第2の面において、前記複数の突出部は、それぞれ前記中心軸から放射状に広がる所定の開き角度の扇形状に形成され、一定の角度間隔で設けられていることを特徴とする請求項1記載の固浸レンズ。  The plurality of protrusions on the second surface are each formed in a fan shape having a predetermined opening angle radially extending from the central axis, and are provided at regular angular intervals. The solid immersion lens described. 前記第2の面において、前記複数の突出部は、それぞれリング形状をして同心円状に配置されるとともに、その内側と外側とを連通させる溝が設けられて形成されていることを特徴とする請求項1記載の固浸レンズ。  In the second surface, the plurality of projecting portions are each formed in a ring shape and are concentrically arranged, and are provided with grooves that allow communication between the inside and the outside. The solid immersion lens according to claim 1. 前記第2の面において、前記複数の突出部は、前記中心軸を中心とした円周上に一定の角度間隔で配列されていることを特徴とする請求項1記載の固浸レンズ。  2. The solid immersion lens according to claim 1, wherein in the second surface, the plurality of protrusions are arranged at a constant angular interval on a circumference centered on the central axis. 前記第2の面において、前記複数の突出部は、前記中心軸を中心としたリング形状で、その外径が前記第2の面を構成する円の半径と一致した突出部に、その内側と外側とを連通させる溝が設けられて形成されていることを特徴とする請求項1記載の固浸レンズ。  In the second surface, the plurality of protrusions are ring-shaped with the central axis as a center, and the outer diameter of the plurality of protrusions coincides with the radius of a circle constituting the second surface, The solid immersion lens according to claim 1, wherein a groove is provided to communicate with the outside. 前記第2の面において、前記複数の突出部は、前記中心軸に直交する2軸をx軸、y軸として、y軸から+x方向及び−x方向のそれぞれにL以上離れてx≦−L、x≧Lを満たす部分に形成されていることを特徴とする請求項1記載の固浸レンズ。  In the second surface, the plurality of projecting portions are separated by at least L in the + x direction and the −x direction from the y axis, where x ≦ −L, with the two axes orthogonal to the central axis as the x axis and the y axis. The solid immersion lens according to claim 1, wherein the solid immersion lens is formed in a portion satisfying x ≧ L.
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