JPH01296140A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、光学系と試料との間に精密な位置決めが必要
な場合の光照射装置に関する。

（従来の技術） 試料の上方に対物レンズがあって、試料に対して光学的
な入力を行ったり、試料の情報を得たりする光学系には
、顕Ｒ鏡やレーザ加工機などの種々のものがあるが、そ
の光学系の構成はいずれも対物レンズを含む光学系全て
が固定されているというもので、試料上のアクセスした
い部分が対物レンズの光学的中心軸あるいは視野から外
れるような場合には、固定された光学系に対して試料を
２次元的に移動させたり、あるいは固定された試料に対
して光学系全体を２次元移動させるという方法が採用さ
れていた。

丈な、集束光によって試料−Ｆを走査する光学系におい
ては、一方向には対物レンズを含む光学系の一部の移動
を行い、これと直交する方向には試料の移動を行い、２
次元に走査するという方法も報告されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の技術では、以下のような問題が生じてい
た。

すなわち、試料を移動させる場合にあっては、。

試料及びそれに付随するものが５試料を載せたステージ
の動作を妨げることがあり、例えば多数の電気配線を有
するものなどの場合には、試料を載せたステージの位置
精度か悪くなったり、ステージが整定するのに要する時
間が長くなるという問題があった。

一方、光学系の全てを移動するものにあっては、一般的
に移動させるべき光学系が大きく、相当の重量がある場
合が多いので、ステージｉ造が大掛かりとなり、このこ
とに起因してステージの位置精度が悪く、ステージが整
定するのに要する時間が長くなっていた。

そこで、本発明の目的とするところは、上述した従来の
問題点を解決し、ステージに載せて移動することか困難
あるいは適当でない試料に対しても、高速かつ高精度に
試料」二のアクセス部分に光を照射することができる光
照射装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための平膜） 本発明の光照射装置は、少なくとも光源を含む固定光学
系と、 Ｘ−Ｙ平面を光の被照射面とする固定支持された試料と
、 Ｘ−Ｙ平面と交差する２軸を光軸とし、上記被照射面と
平行なＸ−Ｙ平面上を２次元移動する対物レンズとを設
け、 前記固定光学系より発せられた光を対物レンズの移動に
よって、固定された試料のアクセス部分に照射する構成
としている。

そして、上記固定光学系としては、光照射装置の使用目
的に応じて種々の構成を採用することができ、例えば固
定光学系は単なる投光系でなく、試料面上でＸ−Ｙ方向
に走査される集束光を導く走査光学系としてもよく、さ
らにはこれに加えて試料面一［を照明する照明光学系、
試料面上で反射された光を検出する検出光学系、照明光
学系の光の反射光を目視観察するための目視観察系など
を設けることができる。

なお、上記検出光学系としては、試料面上の光の反射光
強度を測定する受光素子を有する光学系と、照明光の反
射光による試料の像を撮像する固体撮像素子を有する光
学系を併せて設けることもできる。いずれの場合も、移
動可能な対物レンズを介して、試料のアクセス部分に対
する光の伝達が実行される。

（作用） 本発明では、試料及び光学系の大部分を固定し、試料の
アクセス部分に対する光照射のための移動を、比較的軽
量である対物レンズの２次元移動によって実現している
。

したがって、試料が例えば集積回路であって検査のため
に通電用の多数の電気配線を接続するような場合にあっ
ても、試料自体は何等の移動を要さないので、光照射す
べきアクセス部分の変更を容易に実現することができ、
かつ、相当重量で大掛かりな光学系の大部分も固定して
いるので、ステージ駆動に関する従来の問題を解決する
ことができる。

ここで、固定光学系より移動する対物レンズに光を導く
ためには、少なくとも２つの反射ミラー等によって固定
光学系の出力光軸と対物レンズの光軸とを常時一致させ
ればよく、これらのミラーは軽量であるので、ステージ
駆動に支障が生ずることはない。

（実施例） 以下、本発明を集積回路（以下、ＩＣと称する）等の検
査装置に適用した一実施例について、図面を参照して具
体的に説明する このＩＣの検査装置とは、例えばＩＣ内のいずれのトラ
ンジスタが故障しているかを判別するため、通電状態の
トランジスタのドレイン領域に光を照射し、このときの
電源電流値の変化量を測定することにより検査を実行す
るものであり、ＩＣに通電するために多数の電気配線を
試料に接続する必要があり、上述した理由によりステー
ジ駆動するには不向きな試料となっている。

Ｘ−Ｙ平面を規定するステージベース７上には、Ｘステ
ージ９およびＸ−Ｙステージ１０が支持され、Ｘステー
ジ９は例えばＬ字状に形成され、ステージベース７との
間に図示しない平面軸受を有すると共に、Ｘ方向リニア
ガイド１１を有し、ステージベース７上にあってＸ方向
を規定するガイド８に沿ってＸ方向にのみ移動可能とな
っている。

Ｘ−Ｙステージ１０は、ステージベース７との間に図示
しない平面軸受を有すると共に、Ｘステージ９の側面と
の間にＹ方向のリニアガイド１２を有し、前記Ｘステー
ジ９をガイドとしてＹ方向にリニアな動作をする。そし
て、上記Ｘステージ９゜Ｘ−Ｙステージ１０の動作によ
って、Ｘ−Ｙステージ１０を２次元に移動可能となって
いる。

また、試料５は上記ステージベース７の下側で試料台６
Ｌに固定されている。なお、上記試料５をＩＣとした場
合には、光照射すべきアクセス領域は、例えば−辺が１
５ＩＩＩＩ程度の矩形となっている。

そして、上記のようなＸ−Ｙステージ１０に対して、対
物レンズ４は光軸がＸ−Ｙ平面に直交するＸ方向と一致
し、試料５に対向する側が下側になるような状態で、Ｘ
−Ｙステージ１０に収り付けられている。

対物レンズ４の直上には、対物レンズ４の光軸上の光を
Ｙ方向に曲げる角度で移動ミラー３が設けられ、対物レ
ンズ４と共にＸ−Ｙステージ１゜に支持されて２次元移
動可能となっている。

Ｘステージ９上には、前記移動ミラー３によってＹ方向
に曲げられた光を、Ｘ−Ｙ平面内でＸ方向に曲げるため
の移動ミラー２が設けられ、後述する固定光学系３００
に対物レンズ４かろの光を導き、あるいは固定光学系３
００がらの光を対物レンズ４に導くようになっている。

移動する対物レンズ４と移動ミラー２，３とを上記のよ
うに構成することで、対物レンズ４が２次元に移動した
場合でも、固定光学系３００と対物レンズ４との間では
、その光路長が変化するたけで、両者の光軸が２次元的
にずれるということがない。

以１−により、試ｆ１５はステージベース７の下側にあ
って、試料台６の上に固定されているだけで、対物レン
ズ４が試料５の上方で２次元に動いてアクセス部分を移
動する対物レンズ移動光学系が構成される。

なお、ステージベース７には、対物レンズ４がステージ
ベース７を越えて試［５上に光アクセスできるように、
対物レンズ４の移動ストロークに見合う大きさの穴が設
けられている（図示せず）。

このように、上記実施例では試料５は試料台６上に固定
されているだけでよい。したかって、従来のような対物
レンズを含めた固定光学系に対して試料を２次元に移動
させるという方法にくらべれば、例えば試料５が多数の
配線を必要とする集積回路のようなものである場合、こ
れを２次元移動すると高精度の位置決めが困難であり、
ステージのインデックス時間が長くなってしまう等の不
具合が生じてしまうのに対して、本実施例では比較的軽
量な対物レンズ４をＸ−Ｙステージ１０に載せて移動さ
せているので、試料５とは無関係に高精度な位置決めと
、短いインデックス時間とが実現できる。また、光学系
全体を移動する従来構成よりも、移動骨部の構成が軽量
でかつ小型であるので、ステージ駆動を円滑に実行でき
る。

次に、前記固定光学系３００について、第２図を参照し
て説明する。

この固定光学系３００としては、本実施例の場合、試料
５上を集束光により２次元走査するための走査光学系３
１０と、試料５１を白色光で照明するための照明光学系
３２０と、前記集束光の試料５表面からの反射光を受光
し、その強度を検出するための受光素子２２２、および
試料５の像を撮影するための固体撮像素子２２０に光を
導く検出光学系３３０と、試料５の像を目視観察する。

Ｑめの接眼レンズ２２８を有する目視観察系３４０とを
有している。

まず、集束光による走査光学系３１．０について説明す
る。

第２図において、レーザ発振器２０１より発した平行光
であるレーザ光は、ミラー２０２で直角に反射され、集
光レンズ２０３に入射し、集光レンズ２０３の焦点位置
に集束する。この焦点位置には、音響光字変調器２０４
が配置され、光の強度変調、０Ｎ１０ＦＦの制御を実行
する。この音饗光学変調器２０４で光の強度変調をする
理由の一つは、後段の第１．第２の音響光学偏向器２０
４．２１３で光の偏向を行う場合に、偏向角度によって
光の強度が変化するため、ここで予め偏向後でも光強度
が一定となるように変調している。

ここで、この種の音響光学変調器２０４の構成について
第３図を参照して説明すると、例えば二酸化テルルなど
の音響光学媒体４００の一端にピエゾ電気効果を奏する
トランスジューサ４０１が配置され、他端に吸音材４０
３が配置され、このトランスジューサ４０１を高周波発
振器４０２で駆動することで、上記媒体４００に同図に
示す超音波進行波を生ずる構成となっている。そして、
上記超音波の周波数を例えば２００ＭＨｚに固定し、そ
のパワーすなわち振幅を可変することで、同図に示す第
１次回折光の強度か変調されることになる。

前記音響光学変調器２０４で変調された光は、発散光と
して出射されるため、これをコリメータレンズ２０５に
より平行光とする。この平行光は、ビームエキスパンダ
２０６によって光径が拡大され、た平行光となり、ミラ
ー２０７，２０８で反射され、第１の音響光学偏向器２
０９に入射する。

この第１の音響光学偏向器２０９は、集束光が試料５の
面上をＸ方向に走査するような方向に入射光を偏向させ
る。なお、この第１の音響光字偏向器２０９は、第３図
に示す音響光学変調器と同様な音響光学素子によって実
現でき、変調を行う場合には超音波の振幅変調により実
現したが、偏向の場合には例えば７５〜１２５ＭＨｚの
範囲で周波数変調することで偏向が可能となる。

偏向した光は、第１のリレーレンズ２１０，２１１に入
射し、ミラー２１２で反射して第２の音響光学偏向器２
１３に入射する。この第１のリレーレンズ２１０，２１
１は、第１の音響光学偏向器２０９による偏向の原点を
再び光軸りに形成するためのものであり、これにより形
成された偏向の原点位置に前記第２の音響光学偏向器２
１３が配置されている。

ここで、上記リレーレンズについて第４図を参照して説
明すると、このリレーレンズとは同図に示すように平行
光束が入射した時に、平行光束として出射するような２
群のレンズ２１０，２１．１からなる光学系のことであ
り、望遠鏡と同様であるが、リレーレンズとして用いる
場合には、各レンズ２１０．２１１の焦点距離ｆ１　、
ｆ２を、ｆ１＃ｆ２として用いることが多い、特にｆ１
＝ｆ２とした場合には、リレーレンズ前の光束径Ｄ１と
リレーレンズ後の光束径Ｄ２とは、Ｄｌ　＝Ｄ２の関係
となり、かつ、リレーレンズ前の偏向光光軸が中心軸と
なす角度θ１と、リレーレンズ後の偏向光光軸が中心軸
となす角度θ２とは、θ１＝θ２となる。したがって、
前記リレーレンズ２１１の後段に対物レンズ４があると
仮定した場合には、第１の音響光学偏向器２０９の中心
位置での状態がそのまま対物レンズ４の瞳位置に転写さ
れたような形とすることができる（但し、偏向方向は逆
である）。

」二記第２の音響光学偏向器２１３は、第１の音響光学
偏向器２０９による偏向方向と直交する方向、すなわち
集束光が試料５上でＹ方向に走査するような方向に入射
光を偏向するものである。なお、第１．第２の音響光学
偏向器２０９，２１３は、偏向する方向のみ相違し、そ
の構成は同一である。

このような構成によって、前記第１の音響光学偏向器２
０９による偏向と第１のリレーレンズ２１０．２１１の
効果と合わせて、光は第２の音響光学偏向器２１３の偏
向位置を原点として２次元に偏向されることになる。

第２の音響光学偏向器２１３の後段の第２のリレーレン
ズ２１４，２１５は、第４図で説明した原理に基づき、
前記２次元偏向の原点を、Ｘ−Ｙステージ１０に搭載さ
れた対物レンズ４の瞳位置またはその近傍の光軸上に形
成するためのものである。

以上により、２次元に偏向された光が対物レンズ４に入
射し、試料５上を集束光で２次元に走査することができ
る。なお、前記のようなＸステージ９およびＸ−Ｙステ
ージ１０からなる構成及びミラー２．３の配置により、
Ｘ−Ｙステージ】０が２次元に移動して対物レンズ４が
移動しても８、入射光が対物レンズ４から外れることは
ない。

ただし、第２のリレーレンズ２１４，２１５を通過した
後の光路長がＸ−Ｙステージ１０の移動により変化する
ので、前記２次元偏向の原点の像が形成される位置か、
対物レンズ４の瞳位置から対物レンズ４の移動ストロー
クに見合った分だけ移動することになる。このため、対
物レンズ４の瞳位置での２次元偏向光の光束径は、光路
長が最長あるいは最短になった場合には、中心である場
合にくらべて大きくなる。したかって、この状態で入射
光束の全てが対物レンズ４の蒔に入るように光径を設定
すればよい。このようにすれば、入射光束の全てが対物
レンズ４の瞳に入射されるので、その一部が欠落して試
料５上での走査光の強度ムラを防止できる。

このように、上記走査光学系３１０を用いれば、対物レ
ンズ４を固定したままでも、ある範囲内（本実施例の場
合２５６μｍ角の範囲）で試料５上のアクセス領域を光
走査することができ、このよづな走査を対物レンズ４の
移動により走査範囲を変えて行うことで、試料５上の全
アクセス領域に光走査可能となっている。

次に、試料５上を白色光で照明する照明光学系３２０に
ついて説明すると、ハロゲンランプ等の白色光源２２６
からの白色光は、コンデンサレンズ２２５．投光レンズ
２２４により対物レンズ４に投光され、試料５上のある
範囲を照明可能となっている。

次に、試料５上に投光された光の反射光を検出するため
の検出光学系３３ｏについて説明する。

対物レンズ４に無限遠補正されたものを使用した場合に
は、試料５上に投光された集束光及び白色光の反射光は
、焦点が合った状態では平行光束として、対物レンズ４
の鐘がら射出される。そして、上記のような対物レンズ
移動光学系の構成により、Ｘ−Ｙステージ１ｏ上の移動
ミラー３とＸステージ９の移動ミラー２とで反射され、
固定光学系３００に導かれる。

試料５上からの反射光は、ビームスプリッタ２１７によ
り透過光と反射光とに分けられる。まず、反射光につい
て説明すると、反射光は白色光投光用のビームスプリッ
タ２２３により再び透過光と反射光とに分けられるが、
これを透過した光は結像レンズ２２７により結像され、
この像を接眼レンズ２２８により目視観察することかで
きる。この目視観察系３４０では、前記白色光による試
料５表面の明視野観察と、前記集束光の走査による試料
５表面の観察および集束光を一点に固定しｔ二場合の光
スポットの観察、確認等とが目視で行える。

この目視観察系３４０での光学系は、通常の光学ＷＪ＠
鏡と同様なものであり、通常の光学顕微鏡が試料５上の
光アクセス部分の移動を試料５を移動させることによっ
て行うのに対し、本実施例の場合には光アクセス部分の
移動を、試料５を固定したまま状態で、対物レンズ４を
移動させることにより可能となっている。

次に、ビームスプリッタ２１７の透過光について説明す
る。透過光は、ビームスプリッタ２１６により２つに分
けられ、反射した方の光が検出光学系３３０に到達する
。この光は、ビームスグリツタ２１８により再び透過光
と反射光とに分けられる。透過光は結像レンズ２１９に
よりＣＣＤカメラ２２０のＣＣＤ素子上に結像され、前
記目視観察系３４０と同様に白色光による試料５表面の
観察、集束光の走査による試料５表面の観察及び集束光
を一点に固定した場合の光スポットの観察。

確認等がモニタテレビにより実現可能となっている。ま
た、得られた画像信号を画像処理することによって、各
種のデータ加工が可能である。

ビームスプリッタ２１８による反射光は、集光レンズ２
２１によって集光され、フォトダイオード等の受光素子
２２２に入射する。この受光素子２２２は主に集束光の
試料５表面からの反射光を受光し、その強度を測定する
ためのものであり、集束光で試料５上を２次元走査する
ことによって、走査面内の試料５上の一点一点に対応す
る反射光の強度を測定することができる。

この反射光の強度を集束光が当たった位置と対応させて
モニタ上に表示することにより、試料５表面の集束光の
走査による反射光像が得られる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、本発明は上述したレーザ・サーキット・アナラ
イザのような半導体検査装置だけでなく、走査型レーザ
顕微鏡、光学顕微鏡あるいはメモリ・リペア装置等の光
照射装置として採用できる。

したがって、固定光学系３００と１−では上記実施例の
他その使用目的に応じて種々の構成を採用でき、走査光
学系３１０を採用した場合のように光変調器、光偏向器
を必要とする場合にあっては、」１記のような音響光学
変調器以外に電気光学変調器等でもよく、また、音響光
学偏向器以外に電気光学偏向器、ポリゴンミラー、ガル
バノミラ−等を使用することができる。

また、白色光照明系３２０．目視観察系３４０゜光検出
光学系３３０等を採用する場合にあっても、その構成部
材、光学的配置等は他の種々の変形実施が可能なことは
いうまでもない。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば試料は固定したま
ま、光学系の一部である対物レンズをＸ−Ｙステージ等
に載せて試料上を２次元に移動させることにより、試料
が多数の配線を有するようなものであっても、高速にか
つ高精度に試料上のアクセス部分に対して光を照射する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明をＩＣ検査装置に適用した一実施例を
説明するための装置の外観斜視図、第２図は、固定光学
系の一例を説明するための概略説明図、 第３図は、音響光学素子の一例を示す概略説明図、 第４図は、リレーレンズの作用を説明するためのＩｉＡ
略説明図である。 ２．３・・・移動ミラー、 ４・・・対物レンズ、 ７・・・ステージベース、 ９・・・Ｘステージ、 １０・・・Ｘ−Ｙステージ、 ２０１・・・レーザ発振器、 ３００・・・固定光学系、 ３１０・・・走査光学系、 ３２０・・・照明光学系、 ３３０・・・検出光学系、 ３４０・・・目視観察系。 代理人　弁理士　井　上　　−（他１名）第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　少なくとも光源を含む固定光学系と、 Ｘ−Ｙ平面を光の被照射面とする固定支持された試料と
   、 Ｘ−Ｙ平面と交差するＺ軸を光軸とし、上記被照射面と
   平行なＸ−Ｙ平面上を２次元移動する対物レンズとを設
   け、 前記固定光学系より発せられた光を対物レンズの移動に
   よって、固定された試料のアクセス部分に照射すること
   を特徴とする光照射装置。