JPH04340242A - 顕微鏡 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡、特に、解像度
を高めるための技術に関し、例えば、半導体装置の製造
工程において、半導体ウエハやホトマスク等の試料を観
察するのに利用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化、パターンの
微細化が増々進み、回路パターンの線幅は１μｍ程度ま
たはそれ以下になっている。このような半導体デバイス
を高歩留りで製造するには、外観不良等の解析結果を定
量的に把握し、的確にプロセスを管理する必要がある。 そして、半導体デバイスがサブミクロン、ハーフミクロ
ンと進むと、ビット欠け等の欠陥も更に微小になり、高
倍率および高解像度での観察が不可欠となる。

【０００３】一般的に、半導体ウエハやホトマスク等の
試料を高解像度で観察するのにＳＥＭ（走査型電子顕微
鏡）が用いられているが、このＳＥＭは装置が高価なう
え、観察が真空中で行われるため観察に時間がかかる。 そこで、半導体装置の製造工程においては、金属顕微鏡
等の光学顕微鏡が通常使用されている。

【０００４】ところで、金属顕微鏡等による試料の観察
において、試料の観察面の汚染を防止しつつ、解像度を
向上させる方法として、試料の観察位置に空気より屈折
率の高い液体を滴下させる方法が一般に知られている。 すなわち、解像度＝（ＮＡ／λ）×Ｋ。ここで、ＮＡは
レンズの開口数、Ｋは屈折率、λは波長、である。よっ
てＮＡおよび波長が一定であれば、屈折率で解像度が決
まる。

【０００５】この滴下法は、観察位置（レンズの真下）
以外の場所において、試料にスポイトあるいは液体供給
系で液体を滴下させてから観察位置にもってくる方式が
一般的である。これはレンズの倍率切換を行う場合であ
る。レンズの倍率切換がなく、レンズのワークディスタ
ンスが長い場合は、試料の観察位置において液体の滴下
が実施される。

【０００６】なお、半導体ウエハやホトマスクの光学検
査装置を述べてある例としては、株式会社工業調査会発
行「電子材料１９８８年１２月号別冊」昭和６３年１２
月１３日発行　　Ｐ１８６〜Ｐ１９１、がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、液体滴下法を
用いて顕微鏡により高解像度の観察を実施する場合、次
のような問題点がある。

【０００８】■　　顕微鏡にレボルバ（レンズ切換機構
）が設備されていない場合、レンズ直下における観察位
置（欠陥位置等）の状態で、液体を滴下し、かつ、回収
することができるが、同観察位置を異なる倍率で観察す
ることはできない。

【０００９】■　　顕微鏡にレボルバ（レンズ切換機構
）が設備されている場合、レンズ倍率を切換えるのにレ
ボルバが回転されるため、レンズ外部からの滴下方式あ
るいは、観察位置以外の所で滴下させて観察位置にもっ
て行く方式が必要になる。

【００１０】■　　レンズ外部からの滴下方式において
は、レボルバ回転時に回転範囲外に液体供給系が退避し
なければならないため、退避機構等が必要となり、機構
が複雑になる。高ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　　Ａｐｅ
ａｔｕｒｅｓ）レンズになると、ワークディスタンスが
短くなるため、レンズと試料との間隔が狭くなり、液体
を滴下させる供給系のノズル等がその隙間に入らなくな
り、供給が困難となる。

【００１１】■　　一方、観察位置以外の場所で液体が
滴下される場合と、再度観察位置への移動が必要となる
。 この場合、顕微鏡の試料台が手動操作方式であると、液
体滴下後、再度観察位置を探索するのは半導体デバイス
の微細化等が進めば、困難ないしは時間がかかる作業に
なる。

【００１２】本発明の目的は、これらの課題を解決する
ため顕微鏡のレボルバ回転時、あるいは、高ＮＡレンズ
使用時においても容易に観察位置で液体の滴下し、かつ
回収することもできる顕微鏡を提供することにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の前記ならびにそ
の他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付
図面から明らかになるであろう。

【００１５】鏡筒の先端部に対物レンズ装置が設けられ
ている顕微鏡において、前記対物レンズ装置の外殻外周
に通液路が形成されており、この通液路はその一方がこ
の対物レンズの先方において開口されているとともに、
その他方が給液装置に接続されていることを特徴とする
。

【００１６】

【作用】前記した手段によれば、解像度を高めたい場合
等において給液装置が開かれると、所定の液体が通液路
を通じて対物レンズ装置の先方空間に供給されることに
なる。この液体の供給は対物レンズ装置に設けられた通
液路を介して実行されるため、対物レンズ装置と試料と
の隙間（ワークディスタンス）が狭小である場合であっ
ても確実に実行される。したがって、給液のために対物
レンズ装置の下から試料を移動させる必要はない。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の一実施例である顕微鏡を示す
拡大部分正面断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う
平面断面図、図３はその顕微鏡が使用されているウエハ
のフェイルビット解析装置を示す模式図である。

【００１８】本実施例において、本発明に係る顕微鏡は
半導体ウエハのフェイルビット解析装置に組み込まれて
いる。このフェイルビット解析装置は半導体装置の製造
工程において半導体ウエハのフェイルビットを観察する
ことにより、不良の原因や異物の付着の原因等を解析し
、もって、歩留りや製品の品質および信頼性を向上させ
るものである。

【００１９】フェイルビット解析装置１０は試料として
の半導体ウエハ（以下、ウエハという。）１を保持する
ための試料台１１を備えている。試料台１１はウエハ１
を真空吸着により保持し得るように、かつ、θ方向の位
置合わせが実行されるように構成されており、ＸＹテー
ブル１２の上に設備されている。ＸＹテーブル１２はコ
ントローラ１３により制御されるように構成されており
、コントローラ１３はその制御によって試料台１１、す
なわち、ウエハ１をＸＹ方向に精密に移動させるように
なっている。コントローラ１３には中央処理ユニット（
以下、ＣＰＵという。）１４が接続されており、コント
ローラ１３はこのＣＰＵ１４の指令によりＸＹテーブル
１２を制御するように構成されている。そして、ＸＹテ
ーブル１２は防振台１５上に設備されており、防振台１
５により外部の振動が伝達されるのを防止されている。

【００２０】他方、試料台１１の真上には本実施例に係
る金属顕微鏡（以下、単に、顕微鏡という。）２０が設
備されており、この顕微鏡２０にはレーザ顕微鏡１６が
光学的に連設されている。詳細な説明および図示は省略
するが、このレーザ顕微鏡１６はレーザ光線を用いてウ
エハ１を顕微鏡２０を介して観察するように構成されて
いる。

【００２１】本実施例に係る顕微鏡２０は鏡筒２１を備
えており、鏡筒２１の上下両端部には接眼レンズ装置２
３および３個の対物レンズ装置がそれぞれ設備されてい
る。接眼レンズ装置２３と対物レンズ装置群との間には
光路切換装置２２が介設されており、この光路切換装置
２２はレーザ顕微鏡１６と接眼レンズ装置２３とを切り
換えて使用し得るように構成されている。

【００２２】鏡筒２１の対物側、すなわち試料台１１側
端部に配設される対物レンズ装置は、本実施例において
は３個がレンズ切換機構（以下、レボルバという。）２
４にそれぞれ取り付けられている。レボルバ２４は略半
円球形の椀形状に形成されており、鏡筒２１の下端に光
軸を中心にして回転自在に、かつ、周方向の所定角度位
置において位置決めされるように支持されている。レボ
ルバ２４には第１対物レンズ装置２５、第２対物レンズ
装置２５Ａおよび第３対物レンズ装置２５Ｂが周方向に
おいて等間隔に配されて、それぞれ着脱自在に螺着され
ており、各対物レンズ装置２５、２５Ａ、２５Ｂはレボ
ルバ２４の所定角度における停止位置において、それら
の各光軸が鏡筒２１の光軸と合致するようになっている
。

【００２３】３個の対物レンズ装置２５、２５Ａ、２５
Ｂはその倍率が、例えば１００倍、２００倍、３００倍
というように互いに異なるのみで、その構造は互いに同
様に構成されている。したがって、その構成は第１対物
レンズ装置２５を代表にして、原則的に説明する。

【００２４】対物レンズ装置２５は円筒形状に形成され
ている外殻２６を備えており、外殻２６はレボルバ２４
に着脱自在に螺着されるようになっている。外殻２６に
は通常複数枚のレンズ２７が内蔵されており、これらレ
ンズ２７群により収差を抑制されつつ所定の倍率が得ら
れるように構成されている。外殻２６には大きめの相似
形状に形成された容器２８が同心的に外挿されており、
容器２８により外殻２６の外周には通液路２９が形成さ
れている。この通液路２９の先端開口はレンズ２７の先
方を円形環状に取り囲むように形成されている。他方、
通液路２９には給液装置３０が流体連結されている。

【００２５】すなわち、給液装置３０は給液源ユニット
３２を備えている。給液源ユニット３２はタンクやポン
プ等（図示せず）から構成されており、清浄で、かつ、
水や油等のように空気よりも屈折率の大きい液体３１を
送給するようになっている。給液源ユニット３２には給
液路３３が流体的に接続されており、給液路３３の途中
には常時閉の開閉弁（止め弁）３４が介設されている。 給液路３３は鏡筒２１の内部に引き込まれており、鏡筒
２１の内部における光軸周りにおいて光軸と平行方向下
向きに開口するように配管されている。

【００２６】また、給液装置３０は第１分配路３５、第
２分配路３５Ａおよび第３分配路３５Ｂを備えており、
各分配路は第１、第２、第３対物レンズ装置２５、２５
Ａ、２５Ｂにおける各通液路２９に下端がそれぞれ流体
的に接続されている。各分配路３５、３５Ａ、３５Ｂは
その上端部が給液路３３の前記開口とそれぞれ正対する
ようにレボルバ２４の回転軸周りにおいて上向きに配管
されている。すなわち、各分配路３５、３５Ａ、３５Ｂ
の開口はこれらが接続された各対物レンズ装置２５、２
５Ａ、２５Ｂの各通液路２９がウエハ１にそれぞれ正対
された状態において、給液路３３の開口に正対するよう
になっている。そして、給液路３３の開口と、各分配路
３５、３５Ａ、３５Ｂの開口とにはシール部材３６がそ
れぞれ配設されており、これらシール部材３６により給
液路３３と各分配路３５、３５Ａ、３５Ｂとは、それぞ
れ正対した時にシール状態で流体連結されるようになっ
ている。

【００２７】本実施例において、給液路３３には真空排
出装置４０が流体的に接続されている。すなわち、真空
排出装置４０は負圧供給源ユニット４１に接続された排
出路４２を備えており、排出路４２は給液路３３に開閉
弁３４の下流側位置において流体連結されている。排出
路４２には開閉弁（止め弁）４３が介設されており、こ
の開閉弁４３は常時閉で、所定時に手動により、または
自動的に開かれるように構成されている。

【００２８】次に、前記構成に係るフェイルビット解析
装置１０並びに顕微鏡２０の使用方法および作用を説明
する。

【００２９】試料としてのウエハ１は試料台１１上に載
置されて位置決めされた後、真空吸着により保持される
。そして、保持されたウエハ１は試料台１１に内蔵され
たθ位置合わせ装置によりθ方向の位置合わせが実行さ
れる。

【００３０】続いて、ＣＰＵ１４に記憶された当該ウエ
ハ１についての欠陥（フェイルビット）に関する位置座
標情報がコントローラ１３に送信される。この情報に基
づいて、コントローラ１３によりＸＹテーブル１２が移
動を制御され、ウエハ１の指定された欠陥位置が顕微鏡
２０の光軸に正対される。

【００３１】その後、作業者は接眼レンズ装置２３を覗
き、レボルバ２４を操作して第１〜第３対物レンズ装置
２５、２５Ａ、２５Ｂを切り換え、所望の倍率を選定す
る。また、さらに倍率を上げたい場合のように、レーザ
顕微鏡１６を使用したい場合には、作業者は光路切換装
置２２を操作してレーザ顕微鏡１６の光路側を開く。こ
れらの操作により、作業者は顕微鏡２０またはレーザ顕
微鏡１６により、前記指定された欠陥について所望の観
察を実行することができる。そして、この観察に基づい
て当該欠陥についての解析が実行されることになる。

【００３２】前記顕微鏡２０またはレーザ顕微鏡１６に
よる観察に際し、対物レンズ２７とウエハ１との間に、
観察中の塵埃による観察面の汚染防止や、解像度を高め
るための液体３１を供給したい場合、作業者は真空排出
装置４０の開閉弁４３が閉じられた状態で、給液装置３
０の開閉弁３４を開く。

【００３３】給液装置３０の開閉弁３４が開かれると、
液体３１は給液源ユニット３２から給液路３３を通じて
、現在使用されている対物レンズ装置２５に接続された
分配路３５に送給される。この分配路３５に送給された
液体３１は給液路３３に供給され、給液路３３の開口か
ら対物レンズ装置２５に正対したウエハ１の視野上に滴
下される。そして、ウエハ１の上に滴下された液体３１
は表面張力等の作用により対物レンズ装置２５のレンズ
２７の視野を被覆した状態になる。そして、所定量の液
体３１が滴下されると、開閉弁３４は手動操作によって
、または自動的に閉じられる。

【００３４】このようにして対物レンズ２７の視野が液
体３１により被覆されると、対物レンズ２７を透過する
光が液体３１を透過することになるため、対物レンズ２
７の倍率が液体３１の屈折率に依存して、高められるこ
とになる。

【００３５】その後、対物レンズ装置２５を切り換えた
い場合や、ウエハの１の観察指定位置を変更したい場合
等のように、ウエハ１上の液体３１を除去したい場合、
作業者は給液装置３０の開閉弁３４を閉じるとともに、
真空排出装置４０の開閉弁４３を開く。真空排出装置４
０の開閉弁４３が開かれると、負圧が負圧供給源ユニッ
ト４１から排出路４２を通じて給液路３３に供給され、
さらに、給液路３３および分配路３５を経て通液路２９
に供給されるため、通液路２９の開口に接触ないしは接
近している液体３１は吸い上げられる。これにより液体
３１はウエハ１上から除去されることになる。

【００３６】前記実施例によれば次の効果が得られる。 ■　　対物レンズ装置２５の外殻２６外周に通液路２９
を形成することにより、解像度を高める等のための液体
３１を対物レンズ２７の視野内に供給することができる
ため、対物レンズ２７と試料１との隙間が狭小である場
合であっても、試料１を移動させずに液体３１を供給す
ることができる。

【００３７】■　　前記■によって、試料１を移動させ
ずに液体３１を供給することができるため、試料１をそ
の都度移動させて視野外で液体３１を供給する場合に比
べて、顕微鏡による観察の作業性およびフェイルビット
の解析作業性の能率を高めることができる。

【００３８】■　　複数個の対物レンズ装置２５、２５
Ａ、２５Ｂがレボルバ２４に設備されている場合におい
て、各対物レンズ装置に通液路をそれぞれ設けることに
より、レボルバ２４が回動された場合であっても、液体
３１を試料１上に適時供給することができる。

【００３９】■　　真空排出装置４０を給液路３３に流
体連結することにより、試料１上に滴下した液体３１を
通液路２９および給液路３３を通じて吸い取ることがで
きるため、試料１上から液体３１を回収することができ
、液体３１による試料１の汚染等を防止することができ
る。

【００４０】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４１】例えば、真空排出装置は省略してもよい。 また、真空排出装置は給液路３３を介して通液路２９に
接続するように構成するに限らず、通液路２９に直接的
に接続してもよい。

【００４２】給液装置３０の具体的構造は、前記実施例
に係る構造を使用するに限らない。例えば、給液路３３
と各分配路３５、３５Ａ、３５Ｂとは常時流体連結され
た環状通路を介して接続するように構成してもよい。

【００４３】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるウエハ
のフェイルビット解析技術に適用した場合について説明
したが、それに限定されるものではなく、一般的な金属
顕微鏡やその他の顕微鏡全般に適用することができる。

【００４４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００４５】対物レンズ装置の外殻外周に通液路を形成
することにより、解像度を高める等のための液体を対物
レンズの視野内に供給することができるため、対物レン
ズと試料との隙間が狭小である場合等であっても、試料
を移動させずに液体を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例である顕微鏡を示す拡
大部分正面断面図である。

【図２】図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う平面断面図で
ある。

【図３】図３はその顕微鏡が使用されているウエハのフ
ェイルビット解析装置を示す模式図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（試料）、１０…ウエハのフェイルビット解
析装置、１１…試料台、１２…ＸＹテーブル、１３…コ
ントローラ、１４…ＣＰＵ、１５…防振台、１６…レー
ザ顕微鏡、２０…金属顕微鏡（顕微鏡）、２１…鏡筒、
２２…光路切換装置、２３…接眼レンズ装置、２４…レ
ボルバ（レンズ切換機構）、２５、２５Ａ、２５Ｂ…対
物レンズ装置、２６…外殻、２７…レンズ、２８…容器
、２９…通液路、３０…給液装置、３１…液体、３２…
給液源ユニット、３３…給液路、３４…開閉弁、３５、
３５Ａ、３５Ｂ…分配路、３６…シールリング、４０…
真空排出装置、４１…負圧供給源ユニット、４２…排出
路、４３…開閉弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鏡筒の先端部に対物レンズ装置が設け
   られている顕微鏡において、前記対物レンズ装置の外殻
   外周に通液路が形成されており、この通液路はその一方
   がこの対物レンズの先方において開口されているととも
   に、その他方が給液装置に接続されていることを特徴と
   する顕微鏡。
2. 【請求項２】　　前記通液路が真空排出路に接続されて
   いることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
3. 【請求項３】　　前記鏡筒の先端部にレンズ切換装置が
   設けられているとともに、このレンズ切換装置に前記対
   物レンズ装置が複数組取り付けられており、各対物レン
   ズ装置に通液路が形成され、これら、通液路は分配路を
   介して給液装置に接続されていることを特徴とする請求
   項１記載の顕微鏡。