JPH0465978B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、集積回路ウエハー等の薄い板状試料
を能率良く観察あるいは検査可能とする超音波顕
微鏡用試料台装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 光の代りに超音波を用いて物体の微視的な構造
を観察しようという考えが古くからあり、最近機
械走査形超音波顕微鏡が開発された。この超音波
顕微鏡は、原理的には細く絞つた超高周波超音波
ビームによつて試料面を機械的に走査し、その試
料により散乱された超音波を集音して電気信号に
変換し、その信号を陰極線管等の表示面に二次元
的に表示し、顕微鏡像を得るのである。構成とし
ては超音波の検出の仕方によつて、すなわち試料
内で散乱あるいは減衰しながら透過してきた超音
波を検出する場合と、試料内の音響的性質の差に
よつて反射してきた超音波を検出する場合とによ
つて、透過型と反射型とに分けられる。

第１図は反射型の超音波顕微鏡の原理図で、高
周波発振器１からの信号は方向性結合器又はサー
キユレータ２により送受兼用の超音波トランスジ
ユーサ３へ供給される。この信号は超音波に変換
されてこれが一方の面（上端面）に貼着された送
受波兼用のサフアイア等の超音波伝搬媒体材から
成る超音波集束レンズ（音響レンズ）４の一面よ
り内部に放射され、他面側に送波される。この音
響レンズ４の他面は球面状にえぐられて球面レン
ズ部４ａとされ、球面レンズ部４ａと対向して試
料保持板５が配置されるようになつている。音響
レンズ４と前記保持板５との間には超音波伝搬媒
体である水６が介在され、前記球面レンズ部４ａ
の焦点位置に、試料７が保持板５に取付けできる
ようになつている。上記保持板５は走査装置８で
Ｘ及びＹ方向に移動され二次元的に平面を走査す
るようになつている。勿論、保持板５の代りに音
響レンズ４をＸ及びＹ方向に移動することも可能
であるし、例えば音響レンズ４をＸ方向に移動
し、一方保持板５をＹ方向に移動するようにする
こともできる。

上記走査装置８は走査回路９によつて制御され
るようになつている。

上記超音波トランスジユーサ３より音響レンズ
４に入射された超音波は集束されて試料７へ到達
する。その反射波は再び音響レンズ４で集音さ
れ、トランスジユーサ３で電気信号に変換され
て、前記方向性結合器２を通つて表示装置１０へ
供給される。

ところで、上述のような超音波顕微鏡におい
て、音響レンズの球面レンズ部４ａと試料との間
に介在される超音波伝達用液体として用いられる
水の温度が異ると、第２図及び第３図に示すよう
に音速Ｃが大きく変化したり、各周波数におい
て減衰量αが大きく変化するため、周囲の温度変
化又は観察中の温度変化によつて焦点位置がずれ
たり、減衰量αが変化して不鮮明な像になつた
り、不均一な温度分布によつても不鮮明な像にな
る等の不都合が生じることがあつた。

上記不都合は、試料保持台を加熱器等で加熱し
て一定温度に保持すれば、略解消できるが、集積
回路（IC）ウエハー等のように製造工程中にあ
つて各工程を終えるごとに順次移動される試料に
あつては、上述の加熱器では試料が音響レンズの
直下に設定されても、介在される水が一定温度に
設定されるまでに時間がかかり、超音波顕微鏡に
よる迅速な観察あるいは検査できないため、製造
ラインの速度が低下してしまうという欠点があつ
た。又、水滴状にわずかに介在される水では、加
熱によつて蒸発した際に水垢等が残り、試料を汚
すという欠点が生じる。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもの
で、ICウエハー等の薄板状試料に対しても能率
良く観察可能にすると共に、温度による悪影響を
防止し得る超音波顕微鏡用試料台装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は試料全体を試料台と共に、水中に浸漬
可能にすると共に、水温を一定温度に保持する温
度制御手段と、水を浄化する手段とを形成するこ
とによつて、製造工程中にあつて迅速な観察ある
いは検査を必要とされるICウエハー等の試料に
も対処できるようにしてある。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明す
る。

第４図は本発明の第１実施例を示す。

加振機１１によつて、該加振機１１の駆動軸１
２の端部側に取付けられた音響レンズ１３を水平
面内において例えばＸ方向に沿つて振動するよう
に走査し、一方、加振機１１自体が図示しない自
動送り装置にてＹ方向に自動的に送り出されるこ
とによつて、音響レンズ１３の上部に取付けられ
た圧電振動子１４から送出される超音波を音響レ
ンズ１３の球面レンズ部１３ａ側から該球面レン
ズ部１３ａに対向する下方の試料１５側に２次元
平面を走査するように送出できるようになつてい
る。

上記試料１５は、例えば製造工程中にある薄板
状のICウエハーであつて、第１実施例に係る超
音波顕微鏡で検査する工程に送られて来ると、バ
キユームチヤツク等で第１実施例の試料台装置１
６に装着されるようになつている。

上記第１実施例の試料台装置１６は、試料１５
の水平状に載置可能とする試料台１７を、該試料
台１７上に載置された試料１５と共に上部側が開
口する容器１８内に収納できるようになつてい
る。

上記容器１８内には、載置された試料１５を完
全に浸漬可能とする高さまで蒸留された清浄な水
１９が入れてある。

上記試料台１７は中空構造にされていて、試料
１５が置かれる載置面となる上端面には図示のよ
うに多数の透孔２０，２０，…が形成され、一方
下端側は例えば容器１８の底部側から可撓性の中
空ホース２１を経て吸引ポンプ２２に接続され、
該吸引ポンプ２２にて水１９を吸引できるように
なつている。

又、上記容器１８の例えば底部には開口する口
金が形成され、該口金に接続された可撓性のホー
ス２３を介して水循環ポンプ２７と連結され、容
器１８内の水１９及び上記吸引ポンプ２２から送
り出される水１９を吸引して出口側から排出し、
途中に介装した温度制御手段２５を経て再び容器
１８の側部に戻すことができる循環経路が形成さ
れている。

上記温度制御手段２５は、例えば九十九折り状
の管の外周にヒータを巻き付けた加熱器と、試料
台１７に取付けた温度センサ２６の検出出力にて
加熱器へ供給する電力を制御して容器１８内の水
温を一定に保持できるようにしてある。

上記吸引ポンプ２２は、水１９を試料台１７内
の中空部側に吸い込むことによつて、試料１５の
中央部が上部側に膨らんだり、周辺部側が上部側
に膨らんだりする習癖を示す通常のICウエハー
に対しても図示の如く、各透孔２０側に吸引して
平面状の上端面に密着させることができ、接着剤
等用いることなく簡単に平面状に設定できるよう
になつている。

又、上記循環ポンプ２４を用いて水１９を循環
させていると共に、温度制御手段２５にて容器１
８内の水１９を一定温度に保持するようにしてあ
るので、周囲の温度が変化等しても水温は一定に
保持され、従つて音速Ｃ及び伝播の際の減衰量α
も一定に保持して鮮明な超音波顕微鏡像を得るこ
とができるようになつている。ところで、循環経
路における例えば循環ポンプ２４の出口側には図
示しないフイルタが介装されており、水１９内の
水垢等を除去して正常な水１９のみを容器１８側
に戻して浄化された状態に維持できるようになつ
ている。

尚、加振機１１は上下方向（Ｚ方向）に可動で
きるようになつている。

このように構成された第１実施例によれば、製
造工程中にあつて迅速な超音波による検査が必要
とされるICウエハー等の試料１５にあつても、
この検査工程に送られて来た試料１５をバキユー
ムチエツクで保持して試料台１７に載置すると、
吸引ポンプ２２によつて試料台１７の中空部側が
負圧にされて試料１５が上端面に密着されて平面
状に保持される。又、この容器１８内の水１９は
一定温度に保持されているので、直ちに超音波顕
微鏡による検査を行うことが可能な状態になる。
従つて、加振機１１を移動して音響レンズ１３の
球面レンズ部１３ａを試料１５の上方に手動又は
自動的に設定すれば、あるいは試料台装置１６側
を移動設定すれば温度による悪影響を受けること
なく、常に鮮明な像で検査することができる。
又、試料１５は清浄に保持される水１９内にある
ので塵埃等が付かないで汚れることもなく、又水
垢が付くこともなく迅速に検査でき、次の工程に
移動させることができる。

尚、上述の第１実施例は製造工程における検査
に広く適用できるものである。

第５図は本発明の第２実施例を示す。

この第２実施例の試料台装置３１においては、
例えば上記第１実施例の試料台装置１６におい
て、試料台１７の上端面に円板状載置板３２が配
設され、大きさの異る試料３３にも対処できるよ
うにしてある。

即ち、第６図に示すように、試料台１７には円
の中心から適宜距離に対称的に、例えば４個の透
孔２０，２０，２０，２０が設けられ、その内側
の対称的な４箇所にも透孔２０′，２０′，２０′，
２０′が設けられている。

一方、載置板３２にも、上記各透孔２０，２
０′に対応する位置にそれぞれ同形状の透孔３４，
３４′がそれぞれ形成されていると共に、載置板
３２を若干回動した各位置には内側の各透孔２
０′よりも小さい円形状の各透孔３５が形成され
ている。従つて、載置板３２の外周の適宜箇所に
設けた取手３６が破線の位置にある場合には、試
料台１７側の各透孔２０，２０′は開口する状態
に保持され、この場合には上記第１実施例のよう
に大きい形状の試料１５を用いる場合に適する。

一方、取手３６を実線の位置に回動すると、外
側の各透孔２０は閉塞され、内側の各透孔２０′
が透孔３４′の面積だけ開口する状態になり、小
さい形状の試料３３に適したものとなる。その他
の構成は上記第１実施例と略同様であり、同一部
材には同符号が付けてある。上記第２実施例によ
れば、上記第１実施例の作用効果の他に、大きさ
の異る試料に対しても対処できるものとなる。

尚、各透孔２０，２０′，３４，３４′，３５等
の形状及び大きさは上述のものに限定されるもの
ではない。

又、上記第２実施例において、さらに透孔２
０，２０′，３４，３４′等を増加させたりしても
良いし、取手３６をさらに回動することによつて
より細かく、大きさの異る試料に対処できるよう
にすることもできる。又、上記載置板３２を回動
操作によつて、大きさの異る試料に対処できるよ
うにするものに限定されるものでなく、適宜方向
に移動することによつて開口する部分を調節でき
るようにすることもできる。

尚、容器１８、試料台１７等の形状も上述のも
のに限定されるものではない。

尚、本発明は製造工程等に用いるものでなく、
大きさの異るもの等個々の試料に用いる場合にも
適用できるものであるし、さらに非常に小さな試
料に用いる場合には試料を板状部材に接着等すれ
ば、上述と同様に用いることができる。

又、上述のように板状部材に固定した場合と
か、平面状であつて、載置したのみでも平面状に
保持するものにあつては吸引して平板状に保持す
る手段を必ずしも必要とするものでなく、本発明
はその場合も含むものである。

又、上述の各実施例においては、容器１８内の
水１９は循環されて且つフイルタ等の浄化手段で
塵埃、水垢等を除去して浄化された状態に維持で
きるようにしてあるが、一方から水を補充し、他
方から排水して循環させることなく浄化された状
態を維持しても良いし、小さな試料等に用いた
り、観察する試料の数量が多くない場合には試料
に対し容器１８内の水１９の量は充分多いので循
環して、浄化する等の浄化手段を形成しなくても
充分有効であり、この場合も本発明に属するもの
である。

尚、上記超音波伝達用の液体としては水に限定
されるものでなく、水溶液その他の液体にも利用
できるものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、試料台を試
料と共に容器内の超音波伝達用液体に浸漬するよ
うにしてあるので、温度による悪影響を受けるこ
となく、迅速に観察あるいは検査することができ
る。又、吸引手段にてICウエハー等の薄板状試
料の場合にも迅速に観察可能な状態に設定でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波顕微鏡の原理を示す説明図、第
２図は水中を伝播させた場合における音速及び減
衰量の温度依存性を示す特性図、第３図は温度を
パラメータとする各周波数における減衰特性を示
す特性図、第４図は本発明の第１実施例の構成を
一部切欠いて示す概略側面図、第５図及び第６図
は本発明の第２実施例に係り、第５図は第２実施
例の一部を切欠いて示す概略側面図、第６図は第
５図における試料台装置を示す平面図である。 １１……加振機、１２……駆動軸、１３……音
響レンズ、１４……圧電振動子、１５，３３……
試料、１６，３１……試料台装置、１７……試料
台、１８……容器、１９……水、２０，２０′，
３４，３４′，３５……透孔、２１，２３……ホ
ース、２２……吸引ポンプ、２４……循環ポン
プ、２５……温度制御手段、２６……温度セン
サ、３２……載置板、３６……取手。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波を伝達する液体を収容する容器内に、
   試料と共に試料台を浸漬可能に収納した超音波顕
   微鏡用の試料台装置において、 試料を容器内の液体に浸漬し、この試料を液体
   を吸引することにより、試料台に保持する吸引保
   持手段と、 容器内の液体を循環させる循環手段と、 液体の温度を一定に保持するために液体の循環
   経路に設けた温度制御手段と、 を有することを特徴とする超音波顕微鏡用試料台
   装置。 ２ 前記試料台は、試料が載置される端面に対し
   て移動可能な載置板を介装して試料を載置すると
   共に、前記載置板は移動によつて、試料台に形成
   された透孔における開閉される部分を制御可能と
   することを特徴とした特許請求の範囲第１項記載
   の超音波顕微鏡用試料台装置。