KR20050107502A - 현미경 및 시료 관찰 방법 - Google Patents

현미경 및 시료 관찰 방법 Download PDF

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Abstract

관찰 대상의 시료로 되는 반도체 디바이스 S에 대하여, 반도체 디바이스 S의 관찰을 행하기 위한 화상 취득부(1)와, 대물 렌즈(20)를 포함하는 광학계(2)를 설치한다. 또, 반도체 디바이스 S의 화상을 확대하기 위한 고침 렌즈(SIL)(3)를, 반도체 디바이스 S로부터 대물 렌즈(20)에의 광축을 포함하고, 반도체 디바이스 S의 표면에 밀착하여 설치되는 삽입 위치와, 광축을 벗어난 대기 위치와의 사이를 이동 가능하게 설치한다. 그리고, SIL(3)을 삽입했을 때에 SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득하고, 그 화상을 참조하여 SIL 구동부(30)에 의해 SIL(3)의 삽입 위치를 조정한다. 이로 인해, 반도체 디바이스의 미세 구조 해석 등에 필요한 시료의 관찰을 용이하게 행할 수 있는 반도체 검사 장치(현미경), 및 반도체 검사 방법(시료 관찰 방법)이 실현된다.

Description

현미경 및 시료 관찰 방법{MICROSCOPE AND SAMPLE OBSERVING METHOD}
본 발명은 반도체 디바이스 등의 시료를 관찰하기 위하여 이용되는 현미경, 및 시료 관찰 방법에 관한 것이다.
반도체 검사에 있어서는 반도체 디바이스를 시료로서 현미경 등으로 관찰하고, 이에 따라 반도체 디바이스의 고장 해석이나 신뢰성 평가 등을 행하는 방법이 이용된다. 반도체 검사 장치로서는 에미션 현미경이나 IR-OBIRCH 장치 등이 알려져 있다(일본 특개평 7-19O946호 공보, 일본 특공평 7-188O6호 공보 참조). 그러나, 최근 검사 대상으로 되는 반도체 디바이스의 미세화가 진행되고 있으며, 가시광이나 적외광을 사용한 종래의 검사 장치에서는 광학계에서의 회절 한계에 기인하는 제한에 의해 미세 구조의 해석이 곤란하게 되어 있었다.
이 때문에, 이러한 반도체 디바이스의 미세 구조에 대하여 해석을 행하여 반도체 디바이스내에 형성된 트랜지스터나 배선 등의 회로 패턴에 발생한 이상(異常) 개소(箇所)를 검출하는 경우, 우선 가시광이나 적외광을 사용한 검사 장치에 의하여 이상 개소가 존재하는 범위를 어느 정도까지 좁힌다. 그리고, 그 좁혀진 범위에 대하여, 보다 고분해 가능한 전자 현미경 등의 관찰 장치를 이용하여 관찰을 행함으로써, 반도체 디바이스에서의 이상 개소를 검출하는 방법이 이용되고 있다.
도 1은 반도체 검사 장치의 한 실시형태의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도.
도 2a 및 도 2b는 (A) 반구 형상, 및 (B) 초반구 형상의 고침 렌즈에 대하여 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 나타낸 반도체 검사 장치를 이용한 반도체 검사 방법을 나타내는 플로우차트.
도 4는 고침 렌즈를 삽입한 상태에서 취득되는 화상을 나타내는 사진.
도 5는 반도체 검사 장치의 다른 실시형태를 나타내는 구성도.
도 6은 도 5에 나타낸 반도체 검사 장치를 측면에서 도시한 구성도.
도 7a 및 도 7b는 고침 렌즈에 대하여 취득되는 반사광상에서의 반사광 패턴의 예를 나타내는 도면.
도 8a 및 도 8b는 고침 렌즈에 대하여 취득되는 반사광상에서의 반사광 패턴의 예를 나타내는 도면.
도 9a 및 도 9b는 고침 렌즈에 대하여 취득되는 반사광상에서의 반사광 패턴의 예를 나타내는 도면.
상술한 바와 같이, 광을 사용한 검사를 행한 후에 전자 현미경으로 고분해 가능한 관찰을 행하는 방법에서는 검사 대상으로 되는 반도체 디바이스의 준비, 설치가 복잡하는 등의 이유로 인하여 반도체 디바이스의 검사에 대단한 수고와 시간이 필요하게 하는 문제가 있다.
한편, 관찰 대상의 화상을 확대하는 렌즈로서 고침 렌즈(SIL:Solid Immersion Lens)가 알려져 있다. SIL은 반구 형상, 또는 와이엘스트라스(weierstrass)구(球)로 불리는 초반구(超半球) 형상의 렌즈이다. 이 SIL을 관찰 대상의 표면에 밀착시켜서 설치하면, 개구수 NA 및 배율을 함께 확대할 수 있고, 높은 공간 분해 능력으로 관찰이 가능하게 된다. 그러나, SIL은 크기가 1mm 정도로 소형인 렌즈 소자이다. 이 때문에, 반도체 디바이스의 검사에 있어서는 그 취급이나 관찰 제어의 어려움 등으로 의하여, SIL을 이용한 검사는 실용화되고 있지 않다. 이것은 반도체 디바이스 이외의 시료의 관찰에 있어서도 동일하다.
본 발명은 이상의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 반도체 디바이스의 미세 구조 해석 등에 필요한 시료의 관찰을 용이하게 행하는 것이 가능한 현미경 및 시료 관찰 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 현미경은 시료를 관찰하기 위한 현미경으로서, (1) 시료로부터의 광이 입사하는 대물 렌즈(object lens)를 포함하고, 시료의 화상을 전달하는 광학계와, (3) 시료로부터 대물 렌즈에의 광축을 포함하는 삽입 위치와, 광축을 벗어난 대기 위치와의 사이를 이동 가능하게 설치된 고침 렌즈와, (4) 고침 렌즈를 삽입 위치와 대기 위치와의 사이에서 구동하는 동시에, 대물 렌즈에 대한 고침 렌즈의 삽입 위치를 조정하는 고침 렌즈 구동 수단과, (5) 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 참조하여 고침 렌즈의 삽입 위치의 조정을 지시하는 지시 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 의한 시료 관찰 방법은 시료를 관찰하는 시료 관찰 방법으로서, (a) 시료의 관찰 화상을, 시료로부터의 광이 입사하는 대물 렌즈를 포함하는 광학계를 통하여 취득하는 제1 화상 취득 단계와, (b) 관찰 화상으로부터 시료에의 관찰 개소를 설정하는 관찰 설정 단계와, (c) 고침 렌즈를, 시료로부터 대물 렌즈에의 광축을 벗어난 대기 위치에서부터 광축을 포함하는 삽입 위치로 이동하는 렌즈 삽입 단계와, (d) 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득하고, 그 화상을 참조하여 대물 렌즈에 대한 고침 렌즈의 삽입 위치를 조정하는 위치 조정 단계와, (e) 고침 렌즈에 의하여 확대된 시료의 관찰 화상을, 고침 렌즈 및 광학계를 통하여 취득하는 제2 화상 취득 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 현미경 및 시료 관찰 방법에 있어서는 관찰 대상인 반도체 디바이스 등의 시료와 대물 렌즈와의 사이에 고침 렌즈가 없는 통상 상태에서의 관찰 화상, 및 고침 렌즈를 삽입한 상태에서의 확대 관찰 화상의 양 쪽을 취득 가능하도록 현미경을 구성하고 있다. 그리고, 고침 렌즈를 삽입했을 때에, 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득하고, 그 화상을 참조하여 고침 렌즈의 위치를 조정하는 것으로 하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 시료에 대하여 고침 렌즈를 통해 고분해 가능한 관찰을 행할 수 있다. 또, 고침 렌즈를 삽입한 상태에서의 관찰 화상을 이용하여 위치 맞춤을 행함으로써, 시료의 관찰의 적용에 있어서 고침 렌즈를 양호한 효율로 취급하는 것이 가능하게 된다. 이상에 의해, 시료의 미세 구조 등의 관찰을 용이하게 행하는 것이 가능한 현미경, 및 시료 관찰 방법이 실현된다. 여기서, 현미경에 있어서는 시료의 화상을 전달하는 광학계에 대하여 시료의 화상을 취득하는 화상 취득 수단을 설치해도 된다.
상술한 현미경은 반도체 디바이스의 화상을 취득하고, 그 이상 개소를 검출하는 반도체 검사 장치로서, 검사 대상으로 되는 반도체 디바이스의 화상을 취득하는 화상 취득 수단과, 반도체 디바이스로부터의 광이 입사하는 대물 렌즈를 포함하고, 반도체 디바이스의 화상을 화상 취득 수단으로 전달하는 광학계와, 반도체 디바이스로 이루어지는 대물 렌즈에의 광축을 포함하는 삽입 위치와, 광축을 벗어난 대기 위치와의 사이를 이동 가능하게 설치된 고침 렌즈와, 고침 렌즈를 삽입 위치와 대기 위치와의 사이에 구동하는 동시에, 대물 렌즈에 대한 고침 렌즈의 삽입 위치를 조정하는 고침 렌즈 구동 수단과, 화상 취득 수단에서 취득된 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 참조하여 고침 렌즈의 삽입 위치의 조정을 지시하는 지시 수단을 구비하는 반도체 검사 장치에 적용하는 것이 가능하다.
또, 상술한 시료 관찰 방법은 반도체 디바이스의 화상을 취득하여 그 이상 개소를 검출하는 반도체 검사 방법으로서, 검사 대상으로 되는 반도체 디바이스의 관찰 화상을, 반도체 디바이스로부터의 광이 입사하는 대물 렌즈를 포함하는 광학계를 통하여 취득하는 제1 화상 취득 단계와, 관찰 화상으로부터 반도체 디바이스에의 검사 개소를 설정하는 검사 설정 단계와, 고침 렌즈를, 반도체 디바이스로부터 대물 렌즈에의 광축을 벗어난 대기 위치에서부터 광축을 포함하는 삽입 위치로 이동하는 렌즈 삽입 단계와, 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득하고, 그 화상을 참조하여 대물 렌즈에 대한 고침 렌즈의 삽입 위치를 조정하는 위치 조정 단계와, 고침 렌즈에 의하여 확대된 반도체 디바이스의 관찰 화상을, 고침 렌즈 및 광학계를 통하여 취득하는 제2 화상 취득 단계를 구비하는 반도체 검사 방법으로 적용하는 것이 가능하다.
상술한 반도체 검사 장치 및 검사 방법에 있어서는 관찰 대상인 반도체 디바이스와 대물 렌즈와의 사이에 고침 렌즈가 없는 통상 상태에서의 관찰 화상, 및 고침 렌즈를 삽입한 상태에서의 확대 관찰 화상의 양 쪽을 취득 가능하도록 검사 장치를 구성하고 있다. 그리고, 고침 렌즈를 삽입했을 때에, 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득하고, 그 화상을 참조하여 고침 렌즈의 위치를 조정하는 것으로 하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 반도체 디바이스에 대하여 고침 렌즈를 통해 고분해 가능한 관찰을 행할 수 있다. 또, 고침 렌즈를 삽입한 상태에서의 관찰 화상을 이용하여 위치 맞춤을 행함으로써, 반도체 디바이스의 검사에의 적용에 있어서 고침 렌즈를 양호한 효율로 취급하는 것이 가능하게 된다. 이상에 의해, 미세 구조 해석 등의 반도체 디바이스의 검사를 용이하게 행하는 것이 가능한 반도체 검사 장치 및 검사 방법이 실현된다.
여기서, 상술한 현미경은 지시 수단이 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 참조하여 반사광상(反射光像)의 중심 위치가 시료에서의 관찰 개소에 대하여 일치하도록, 고침 렌즈의 삽입 위치의 조정을 지시하는 것이 바람직하다. 동일하게, 시료 관찰 방법은 위치 조정 단계에 있어서, 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 참조하여 반사광상의 중심 위치가 시료에서의 관찰 개소에 대하여 일치하도록, 고침 렌즈의 삽입 위치를 조정하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 고침 렌즈를 삽입한 상태에서의 관찰 화상을 이용한 위치 맞춤을 확실히 행할 수 있다. 또한, 시료에서의 관찰 개소는 반도체 검사 장치 및 검사 방법에 있어서 반도체 디바이스에서의 검사 개소로 된다.
또, 현미경은 지시 수단이 고침 렌즈의 삽입 위치의 조정과 맞추어서 대물 렌즈와 시료와의 사이의 거리의 조정을 지시하는 것으로 해도 된다. 동일하게, 시료 관찰 방법은 대물 렌즈와 시료와의 사이의 거리를 조정하는 거리 조정 단계를 구비하는 것으로 해도 된다. 이로 인해, 대물 렌즈를 포함하는 광학계, 및 고침 렌즈를 통하여 반도체 디바이스 등의 시료의 확대 관찰 화상을 양호한 화상으로 하여 취득할 수 있다.
이하, 도면과 함께 본 발명에 의한 현미경 및 시료 관찰 방법의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하여 중복하는 설명을 생략한다. 또, 도면의 치수 비율은 설명한 바와 반드시 일치하고 있지 않다.
우선, 본 발명에 의한 현미경인 반도체 검사 장치의 기본적 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 반도체 검사 장치의 한 실시형태의 구성을 모식적으로 나타내는 블럭도이다. 본 장치는 예를 들면 트랜지스터나 배선 등으로 이루어진 회로 패턴이 형성된 반도체 디바이스 S를 관찰 대상(검사 대상)의 시료로 하여 반도체 디바이스 S의 화상을 취득하고, 그 이상 개소를 검출하는 검사 장치이다. 여기서, 본 발명에 의한 현미경 및 시료 관찰 방법은 일반적으로 시료를 관찰하는 경우에 적용 가능하지만, 이하에 있어서는 주로 그 적용예인 반도체 검사 장치 및 검사 방법에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 의한 반도체 검사 장치는 반도체 디바이스 S의 관찰을 행하는 관찰부 A와, 관찰부 A의 각 부의 동작을 제어하는 제어부 B와, 반도체 디바이스 S의 검사에 필요한 처리나 지시 등을 행하는 해석부 C를 구비하고 있다. 또, 본 검사 장치에 의한 검사 대상, 즉 현미경에 의한 관찰 대상의 시료로 되는 반도체 디바이스 S는 관찰부 A에 설치된 스테이지(stage)(18)의 위에 재치되어 있다.
관찰부 A는 어둠상자(도시하고 있지 않음)내에 설치된 화상 취득부(image acquisition unit)(1)와, 광학계(2)와, 고침 렌즈(SIL:Solid Imersion Lens)(3)를 갖고 있다. 화상 취득부(1)는 예를 들면 광검출기나 촬상 장치 등으로 이루어지고, 반도체 디바이스 S의 화상을 취득하는 수단이다. 또, 화상 취득부(1)와, 스테이지(18)의 위에 재치된 반도체 디바이스 S와의 사이에는 반도체 디바이스 S로부터의 광에 의한 화상을 화상 취득부(1)로 전달하는 광학계(2)가 설치되어 있다.
광학계(2)에는 그 반도체 디바이스 S에 대향하는 소정 위치에, 반도체 디바이스 S로부터의 광이 입사하는 대물 렌즈(20)가 설치되어 있다. 반도체 디바이스 S로부터 출사 또는 반사 등으로 된 광은 대물 렌즈(20)로 입사하고, 이 대물 렌즈(20)를 포함하는 광학계(2)를 통하여 화상 취득부(1)에 도달한다. 그리고, 화상 취득부(1)에 있어서 검사에 이용되는 반도체 디바이스 S의 화상이 취득된다.
화상 취득부(1)와 광학계(2)는 서로의 광축이 일치된 상태에서 일체로 구성되어 있다. 또, 이러한 화상 취득부(1) 및 광학계(2)에 대하여, XYZ 스테이지(15)가 설치되어 있다. 이로 인해, 화상 취득부(1) 및 광학계(2)는 X, Y 방향(수평 방향), 및 Z 방향(수직 방향)의 각각에서 필요에 따라서 이동시키고, 반도체 디바이스 S에 대하여 위치 맞춤 및 초점 맞춤이 가능한 구성으로 하고 있다. 또한, 반도체 디바이스 S에 대한 위치 맞춤 및 초점 맞춤에 대해서는 반도체 디바이스 S를 재치하는 스테이지(18)를 구동함으로써 행해도 된다.
또, 검사 대상으로 되는 반도체 디바이스 S에 대하여 검사부(16)가 설치되어 있다. 검사부(16)는 반도체 디바이스 S의 검사를 행할 때에, 필요하게 따라 반도체 디바이스 S의 상태 제어 등을 행한다. 검사부(16)에 의한 반도체 디바이스 S의 상태 제어 방법은 반도체 디바이스 S에 대하여 적용하는 구체적인 검사 방법에 따라서 다르지만, 예를 들면 반도체 디바이스 S에 형성된 회로 패턴의 소정 부분에 전압을 공급하는 방법, 또는 반도체 디바이스 S에 대하여 프로브(probe)광으로 되는 레이저광을 조사하는 방법 등이 이용된다.
본 실시형태에 있어서, 이 관찰부 A에는 추가로 SIL(3)이 설치되어 있다. 도 2a 및 도 2b는 고침 렌즈(SIL)의 구성 및 사용 방법의 예를 나타내는 도면이다. SIL(3)은 반구 형상, 또는 와이엘스트라스구로 불리는 초반구 형상을 갖는 렌즈이고, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 관찰 대상인 반도체 디바이스 S의 표면에 밀착하여 설치된다. 여기서, SIL(3)의 반경을 R, 굴절률을 n으로 한다.
이러한 SIL(3)의 렌즈 형상은 수차(收差)가 없는 조건에 의하여 정해지는 것이다. 반구 형상을 갖는 SIL에서는 도 2a에 나타낸 바와 같이 그 구심(球心)이 초점으로 된다. 이 때, 개구율 NA 및 배율은 동시에 n 배로 된다. 한편, 초반구 형상을 갖는 SIL에서는 도 2b에 나타낸 바와 같이, 구심으로부터 R/n 만큼 아래쪽으로 어긋난 위치가 초점으로 된다. 이 때, 개구율 NA 및 배율은 동시에 n2 배로 된다. 또는 구심과, 구심으로부터 R/n 만큼 아래쪽으로 어긋난 위치와의 사이의 위치를 초점으로 하는 등, 반도체 디바이스 S에 대한 구체적인 관찰 조건 등에 따라 도 2a 및 도 2b에 나타낸 것 이외의 조건에서 SIL(3)을 이용해도 된다.
도 1에 나타낸 반도체 검사 장치에 있어서, 이 SIL(3)은 화상 취득부(1) 및 광학계(2)와, 스테이지(18) 위에 재치된 반도체 디바이스 S에 대하여 이동 가능하게 설치되어 있다. 구체적으로, SIL(3)은 반도체 디바이스 S로부터 대물 렌즈(20)에의 광축을 포함하고, 상술한 바와 같이 반도체 디바이스 S의 표면에 밀착하여 설치되는 삽입 위치와, 광축을 벗어난 위치(대기 위치)와의 사이를 이동 가능하게 구성되어 있다. SIL(3)은 삽입 위치에서 그 평면상 또는 철(凸)면 형상의 렌즈 하면이 반도체 디바이스 S에 밀착하도록 배치된다. 이러한 SIL로서 예를 들면 plano-convex lens, bi-convex lens가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특개평 5-157701호 공보, 및 미국 특허 제6594O86호 공보 참조).
또, SIL(3)에 대하여, 고침 렌즈 구동부(SIL 구동부)(30)가 설치되어 있다. SIL 구동부(30)은 SIL(3)을 구동하여 상기 삽입 위치와 대기 위치와의 사이를 이동시키는 구동 수단이다. 또, SIL 구동부(30)는 SIL(3)의 위치를 미소하게 이동시킴으로써, 광학계(2)의 대물 렌즈(20)에 대한 SIL(3)의 삽입 위치를 조정한다. 또한, 도 1에 있어서는 대물 렌즈(20)와 반도체 디바이스 S와의 사이의 삽입 위치에 배치한 상태에서 SIL(3)을 도시하고 있다.
반도체 디바이스 S를 검사하기 위한 관찰 등을 행하는 관찰부 A에 대하여 제어부 B 및 해석부 C가 설치되어 있다.
제어부 B는 관찰 제어부(51)와, 스테이지 제어부(52)와, SIL 제어부(53)를 갖고 있다. 관찰 제어부(51)는 화상 취득부(1) 및 검사부(16)의 동작을 제어함으로써, 관찰부 A에 있어서 행해지는 반도체 디바이스 S의 관찰의 실행이나 관찰 조건의 설정 등을 제어한다.
스테이지 제어부(52)는 XYZ 스테이지(15)의 동작을 제어함으로써, 본 검사 장치에 있어서 검사 개소로 되는 화상 취득부(1) 및 광학계(2)에 의한 반도체 디바이스 S의 관찰 개소의 설정, 또는 그 위치 맞춤, 초점 맞춤 등을 제어한다. 또, SIL 제어부(53)는 SIL 구동부(30)의 동작을 제어함으로써, 삽입 위치와 대기 위치와의 사이에서 SIL(3)의 이동, 또는 SIL(3)의 삽입 위치의 조정 등을 제어한다.
해석부 C는 화상 해석부(61)와 지시부(62)를 갖고 있다. 화상 해석부(61)는 화상 취득부(1)에 의하여 취득된 화상에 대하여, 필요한 해석 처리 등을 행한다. 또, 지시부(62)는 조작자로부터의 입력 내용이나, 화상 해석부(61)에 의한 해석 내용 등을 참조하여 제어부 B를 통해 관찰부 A에 있어서 반도체 디바이스 S의 검사의 실행에 관한 필요한 지시를 행한다.
특히, 본 실시형태에 있어서, 해석부 C는 관찰부 A에 SIL(3) 및 SIL 구동부(30)가 설치되어 있는 것에 대응하여, SIL(3)을 이용한 반도체 디바이스 S의 관찰 및 검사에 관하여 필요한 처리 및 지시를 행한다.
즉, 대물 렌즈(20)와 시료인 반도체 디바이스 S와의 사이에 SIL(3)을 삽입하는 경우, 관찰부 A에 있어서 화상 취득부(1)는 SIL(3)이 삽입 위치에 있는 상태에서 SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득한다. 또, 해석부 C에 있어서, 화상 해석부(61)는 화상 취득부(1)에서 취득된 SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상에 대하여, 그 반사광상의 중심 위치를 구하는 등의 소정 해석을 행한다. 그리고, 지시부(62)는 화상 해석부(61)에서 해석된 SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상을 참조하여 SIL 제어부(53)에 대하여 반사광상의 중심 위치가 반도체 디바이스 S에서의 검사 개소(관찰 개소)에 대하여 일치하도록, SIL(3)의 삽입 위치의 조정을 지시한다.
본 발명에 의한 시료 관찰 방법인 반도체 검사 방법에 대하여 설명한다. 도 3은 도 1에 나타낸 반도체 검사 장치를 이용한 반도체 검사 방법을 나타내는 플로우차트이다.
우선, 검사 대상인 반도체 디바이스 S에 대하여, 광축을 벗어난 대기 위치에 SIL(3)을 배치한 상태에서 관찰을 행한다. 여기서는 화상 취득부(1)에 의해 대물 렌즈(20)를 포함하는 광학계(2)를 통하여 반도체 디바이스 S의 관찰 화상인 회로 패턴의 패턴 화상을 취득한다(단계 S101). 또, 검사부(16)에 의하여 반도체 디바이스 S의 상태를 소정의 상태로 제어하는 동시에, 반도체 디바이스 S의 이상 개소를 검출하기 위한 이상 관찰 화상을 취득한다(S102, 제1 화상 취득 단계).
다음에, 화상 취득부(1)에서 취득된 패턴 화상 및 이상 관찰 화상을 이용하여, 반도체 디바이스 S에 이상 개소가 있는지의 여부를 조사한다. 이상 개소가 있는 경우에는 그 위치를 검출하는 동시에, 검출된 이상 개소를 반도체 검사 장치에 의한 검사 개소로서 설정한다. 여기서, 설정되는 검사 개소는 현미경을 이용한 시료 관찰에 있어서의 관찰 개소이다(S103, 검사 설정 단계, 관찰 설정 단계). 그리고, 설정된 검사 개소(관찰 개소)가 화상 취득부(1)에 의하여 취득하는 화상의 중앙에 위치하도록, XYZ 스테이지(15)에 의하여 화상 취득부(1) 및 광학계(2)의 위치를 설정한다.
계속하여. 반도체 디바이스 S의 검사 개소에 대하여 SIL(3)의 설치를 행한다(S104). 우선, 광축을 벗어난 대기 위치에 있는 SIL(3)을 SIL 구동부(30)에 의하여 구동하고, 반도체 디바이스 S로부터 대물 렌즈(20)에의 광축을 포함하는 삽입 위치로 SIL(3)을 이동한다(S105, 렌즈 삽입 단계).
반도체 디바이스 S와 대물 렌즈(20)와의 사이에 SIL(3)을 삽입한 다음, SIL(3)의 삽입 위치의 조정을 행한다(S106, 위치 조정 단계). 우선, 화상 취득부(1)에 의해, SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득한다. SIL(3)의 삽입 위치의 조정은 이 화상에 포함되는 반사광상에 있어서 SIL(3)의 면 정상으로부터의 반사광을 가이드로 하여 행하게 된다.
도 4는 반도체 디바이스 S와 대물 렌즈(20)와의 사이에 SIL(3)을 삽입한 상태에서 화상 취득부(1)에 의하여 취득되는 화상을 나타내는 사진이다. 이 사진의 중앙에 있는 밝은 부분이 SIL(3)의 면 정상으로부터의 반사광에 상당한다. 화상 해석부(61)는 이러한 SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상에 대하여, 자동으로 또는 조작자로부터의 지시에 근거하여 해석을 행하고, 반사광상의 중심 위치를 구한다. 그리고고, 지시부(62)는 SIL 제어부(53)를 통하여 SIL(3) 및 SIL 구동부(30)에 대하여 화상 해석부(61)에서 얻은 반사광상의 중심 위치가 반도체 디바이스 S에서의 검사 개소에 대하여 일치하도록, SIL(3)의 삽입 위치의 조정을 지시한다. 이로 인해, SIL(3)의 반도체 디바이스 S 및 대물 렌즈(20)에 대한 위치 맞춤이 행해진다.
또, 지시부(62)는 상술한 SIL(3)의 삽입 위치의 조정에 맞추어서 스테이지 제어부(52)를 통하여 XYZ 스테이지(15)에 대하여, SIL(3)이 밀착하여 설치되어 있는 반도체 디바이스 S와, 광학계(2)의 대물 렌즈(20)와의 사이의 거리 조정을 지시한다(S107, 거리 조정 단계). 이로 인해, SIL(3)이 삽입된 상태에 있어서 초점 맞춤이 행해진다. 그리고, 화상 취득부(1)는 반도체 디바이스 S 위에 배치된 SIL(3), 및 대물 렌즈(20)를 포함하는 광학계(2)를 통하여 반도체 디바이스 S의 확대된 관찰 화상을 취득한다(S108, 제2 화상 취득 단계).
본 실시형태에 의한 반도체 검사 장치 및 반도체 검사 방법의 효과에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 반도체 검사 장치, 및 도 3에 나타낸 반도체 검사 방법에 있어서는 관찰 대상인 반도체 디바이스 S와 대물 렌즈(20)와의 사이에 SIL(3)이 없는 통상 상태에서의 관찰 화상, 및 SIL(3)을 삽입한 상태에서의 확대 관찰 화상의 양 쪽에 있어서 화상 취득부(1)에 의하여 취득 가능한 구성을 이용하고 있다. 그리고, SIL(3)을 삽입했을 때에, SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득하고, 그 화상을 참조하여 SIL(3)의 위치를 조정하는 것으로 하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 시료인 반도체 디바이스 S에 대하여 SIL(3)을 통해 고분해 가능한 관찰을 행할 수 있다. 또, SIL(3)을 삽입한 상태에서의 관찰 화상을 이용하여 위치 맞춤을 행함으로써, 반도체 디바이스 S의 검사(시료의 관찰)에의 적용에 있어서, SIL(3)을 양호한 효율로 취급하는 것이 가능하게 된다. 이상에 의해, 미세 구조 해석 등의 반도체 디바이스 S의 검사를 용이하게 행하는 것이 가능한 반도체 검사 장치 및 검사 방법이 실현된다. 또, 상기와 같은 구성을 갖는 현미경 및 시료 관찰 방법에 의하면, 시료의 미세 구조 등의 관찰을 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다.
SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상을 이용하여 SIL(3)의 위치 맞춤을 행하는 경우, 구체적으로는 상술한 바와 같이 SIL(3)로부터의 반사광상의 중심 위치를 구하고, 그 중심 위치가 반도체 디바이스 S에서의 검사 개소, 즉 시료에서의 관찰 개소에 대하여 일치하도록 SIL(3)의 삽입 위치를 조정하는 것이 바람직하다. 이로 인해, SIL(3)의 위치 맞춤을 확실히 행할 수 있다. 또는 이외의 위치 맞춤 방법을 이용해도 된다. 예를 들면, SIL(3)로부터의 반사광상의 중심 위치가 반도체 디바이스 S에서의 검사 개소의 중심 위치에 대하여 일치하도록 SIL(3)의 삽입 위치를 조정하는 것으로 해도 된다.
또, SIL(3)을 이용하여 반도체 디바이스 S의 검사를 행하는 경우, 반도체 디바이스 S의 검사 개소를 화상 취득부(1)에 의하여 취득되는 화상의 중앙으로 하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 반도체 디바이스 S의 관찰에 있어서 대물 렌즈(20)의 눈(瞳)을 유효하게 이용할 수 있다. 즉, SIL(3)을 사용한 경우, 대물 렌즈(20)의 눈은 일부분만이 사용되고 화각(畵角)에 따라 그 사용 위치가 변경되는 것으로 된다. 따라서, 대물 렌즈(20)의 광축위에 SIL(3)을 배치함으로써 광의 이용 효율이 가장 높게 된다. 또, 이러한 SIL(3)의 배치에서는 SIL(3)에서 발생되는 쉐딩(sheding)을 작게 할 수 있다.
또, 도 1에 나타낸 반도체 검사 장치에서는 반도체 디바이스 S에 대한 화상 취득부(1) 및 광학계(2)의 위치 맞춤 및 초점 맞춤을 행하기 위하여, 화상 취득부(1) 및 광학계(2)에 대하여 XYZ 스테이지(15)를 설치하고 있다. 이러한 XYZ 스테이지에 대해서는 반도체 디바이스 S가 재치되어 있는 스테이지(18)로서 XYZ 스테이지를 이용해도 된다. 또, 각도 방향으로 가동에 구성된 θ 스테이지를 추가로 설치해도 된다.
도 5는 본 발명에 의한 반도체 검사 장치의 다른 실시형태를 나타내는 구성도이다. 또, 도 6은 도 5에 나타낸 반도체 검사 장치를 측면에서 도시한 구성도이다. 본 실시형태는 도 1에 나타낸 반도체 검사 장치에 대하여, 그 구체적인 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 6에 대해서는 해석부 C 등에 대하여 도시를 생략하고 있다.
본 실시형태에 의한 반도체 검사 장치는 관찰부 A와, 제어부 B와, 해석부 C를 구비하고 있다. 검사 대상으로 되는 반도체 디바이스 S는 관찰부 A에 설치된 스테이지(18) 위에 재치되어 있다. 또, 본 실시형태에 있어서는 반도체 디바이스 S에 대하여 검사에 필요한 전기 신호 등을 인가하는 테스트 픽스쳐(19)가 설치되어 있다. 반도체 디바이스 S는 예를 들면 그 이면이 대물 렌즈(20)에 대면하도록 배치된다.
관찰부 A는 어둠상자(도시하고 있지 않음)내에 설치된 고감도 카메라(10)와, 레이저 스캔 광학계(LSM :Laser Scanning Microscope) 유닛(12)과, 광학계(22, 24)와, XYZ 스테이지(15)와, SIL(3)과, SIL 구동부(30)를 갖고 있다.
이 중에서, 카메라(10) 및 LSM 유닛(12)은 도 1에 나타낸 구성에 있어서의 화상 취득부(1)에 상당한다. 또, 광학계(22, 24)는 광학계(2)에 상당한다. 광학계(22, 24)의 반도체 디바이스 S측에는 대물 렌즈(20)가 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 각각 다른 배율을 갖는 복수의 대물 렌즈(20)가 변환 가능하게 설치되어 있다. 또, 테스트 픽스쳐(19)는 검사부(16)에 상당한다. 또, LSM 유닛(12)는 화상 취득부(1)로서의 기능과 합하여 검사부(16)로서의 기능도 갖고 있다.
광학계(22)는 대물 렌즈(20)를 통하여 입사된 반도체 디바이스 S로부터의 광을 카메라(10)로 전달하는 카메라용 광학계이다. 이 카메라용 광학계(22)는 대물 렌즈(20)에 의하여 소정의 배율로 확대된 화상을 카메라(10) 내부의 수광면에 결상시키기 위한 결상 렌즈(22a)를 갖고 있다. 또, 대물 렌즈(20)와 결상 렌즈(22a)와의 사이에는 광학계(24)의 빔 스프리터(beam splitter)(24a)가 개재되어 있다. 고감도 카메라(10)로서는 예를 들면 냉각 CCD 카메라 등이 이용된다.
이러한 구성에 있어서, 반도체 디바이스 S로부터의 광은 대물 렌즈(20) 및 카메라용 광학계(22)를 포함하는 광학계를 통하여 카메라(10)로 전달된다. 그리고, 카메라(10)에 의하여, 반도체 디바이스 S의 패턴 화상 등의 화상이 취득된다. 또는, 반도체 디바이스 S의 발광 화상을 취득하는 것도 가능하다. 이 경우에는 테스트 픽스쳐(19)에 의하여 전압을 인가한 상태에서 반도체 디바이스 S로부터 발생한 광이 광학계를 통하여 카메라(10)로 전달된다. 그리고, 카메라(10)에 의하여 이상 관찰 화상으로서 이용되는 반도체 디바이스 S의 발광 화상이 취득된다. 반도체 디바이스 S로부터의 발광으로서는 반도체 디바이스의 결함에 근거하는 이상 개소에 기인하는 것이나, 반도체 디바이스내의 트랜지스터의 스위칭 동작에 수반하는 트랜젼트(transient) 발광 등이 예로 된다. 또, 취득되는 화상은 디바이스의 결함에 근거하는 발열 화상이어도 된다.
LSM 유닛(12)은 적외 레이저광을 조사하기 위한 레이저광 도입용 광화이버(12a)와, 광화이버(12a)로부터 조사된 레이저광을 평행광으로 하는 콜리메이터(collimator) 렌즈(12b)와, 렌즈(12b)에 의하여 평행광으로 된 레이저광을 반사하는 빔 스프리터(12e)와, 빔 스프리터(12e)에서 반사된 레이저광을 XY 방향으로 주사하여 반도체 디바이스 S측으로 출사하는 XY 스캐너(12f)를 갖고 있다.
또, LSM 유닛(12)은 반도체 디바이스 S측으로부터 XY 스캐너(12f)를 통하여 입사되고, 빔 스프리터(12e)를 투과한 광을 집광하는 콘덴서 렌즈(12d)와, 콘덴서 렌즈(12d)에 의하여 집광된 광을 검출하기 위한 검출용 광화이버(12c)를 갖고 있다.
광학계(24)는 반도체 디바이스 S 및 대물 렌즈(20)와, LSM 유닛(12)의 XY 스캐너(12f)와의 사이에 광을 전달하는 LSM 유닛용 광학계이다. LSM 유닛용 광학계(24)는 반도체 디바이스 S로부터 대물 렌즈(20)를 통하여 입사된 광의 일부를 반사하는 빔 스프리터(24a)와, 빔 스프리터(24a)에서 반사된 광의 광로를 LSM 유닛(12)으로 향하는 광로로 변환하는 미러(24b)와, 미러(24b)에서 반사된 광을 집광하는 렌즈(24c)를 포함하고 있다.
이러한 구성에 있어서, 레이저 광원(도시하고 있지 않음)으로부터 레이저광 도입용 광화이버(12a)를 통하여 출사된 적외 레이저광은 렌즈(12b), 빔 스프리터(12e), XY 스캐너(12f), 광학계(24), 및 대물 렌즈(20)를 통과하여 반도체 디바이스 S로 조사되어서 반도체 디바이스 S내로 입사한다.
이 입사광에 대한 반도체 디바이스 S로부터의 반사 산란광은 반도체 디바이스 S에 설치되어 있는 회로 패턴을 반영하고 있다. 반도체 디바이스 S로부터의 반사광은 입사광과는 반대인 광로를 통과하여 빔 스프리터(12e)로 도달하고, 빔 스프리터(12e)를 투과한다. 그리고, 빔 스프리터(12e)를 투과한 광은 렌즈(12d)를 통하여 검출용 광화이버(12c)로 입사하고, 검출용 광화이버(12c)에 접속된 광검출기에 의하여 검출된다.
검출용 광화이버(12c)를 통하여 광검출기로 검출되는 광의 강도는 상술한 바와 같이, 반도체 디바이스 S에 설치되어 있는 회로 패턴을 반영한 강도로 되어 있다. 따라서, XY 스캐너(12f)에 의하여 적외 레이저광이 반도체 디바이스 S 위를 X-Y 주사함으로써, 반도체 디바이스 S 내부의 회로 패턴 등의 화상을 선명하게 촬상할 수 있다.
관찰부 A에는 추가로 SIL(3)이 설치되어 있다. SIL(3)은 고감도 카메라(10), LSM 유닛(12), 광학계(22, 24), 및 대물 렌즈(20), 스테이지(18) 위에 재치된 반도체 디바이스 S에 대하여, 상술한 삽입 위치와 대기 위치와의 사이를 이동 가능하게 구성되어 있다. 또, 이 SIL(3)에 대하여 SIL 구동부(30)가 설치되어 있다. SIL 구동부(30)는 SIL(3)을 지지하는 지지부(31)를 갖는 렌즈 머니퓰레이터(manipulator)로 구성되고, SIL(3)을 X, Y 방향, 및 Z 방향으로 이동시키는 XYZ 구동 기구이다.
반도체 디바이스 S를 검사하기 위한 관찰 등을 행하는 관찰부 A에 대하여, 제어부 B 및 해석부 C가 설치되어 있다.
제어부 B는 카메라 제어부(51a)와, LSM 제어부(51b)와, OBIRCH 제어부(51c)와, 스테이지 제어부(52)와, SIL 제어부(53)를 갖고 있다. 이 중에서, 스테이지 제어부(52) 및 SIL 제어부(53)에 대해서는 도 1에서 상술한 바와 같다. 또, 카메라 제어부(51a), LSM 제어부(51b), 및 OBIRCH 제어부(51c)는 도 1에 나타낸 구성에서의 관찰 제어부(51)에 상당한다.
카메라 제어부(51a) 및 LSM 제어부(51b)는 각각 고감도 카메라(10) 및 LSM 유닛(12)의 동작을 제어함으로써, 관찰부 A에 있어서 행해지는 반도체 디바이스 S의 화상 취득을 제어한다. 또, OBIRCH 제어부(51c)는 반도체 디바이스 S의 검사에 이용되는 OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change) 화상을 취득하기 위한의 것이며, 레이저광을 주사했을 때에 발생하는 반도체 디바이스 S에서의 전류 변화를 추출한다.
해석부 C는 화상 해석부(61)와, 지시부(62)를 갖고, 예를 들면 컴퓨터 등에 의하여 구성된다. 카메라 제어부(51a), 및 LSM 제어부(51b)로부터의 화상 정보는 해석부 C의 컴퓨터에 구비된 화상 취입 보드를 통하여 입력된다. 또한, 화상 해석부(61) 및 지시부(62)에 대해서는 도 1에서 상술한 바와 같다. 또, 해석부 C에 의하여 취득 또는 해석된 화상, 데이터 등은 필요에 따라서, 해석부 C에 접속된 표시 장치(63)에 표시된다.
도 5 및 도 6에 나타낸 반도체 검사 장치를 이용한 반도체 검사 방법에 대하여, 도 3의 플로우차트를 참조하여 개략적으로 설명한다.
우선, SIL(3)이 대기 위치에 있는 통상 상태에서 LSM 유닛(12)에 의하여 반도체 디바이스 S를 주사하고, 반도체 디바이스 S의 패턴 화상을 취득한다(단계 S101). 또, 반도체 디바이스 S에서의 이상 개소의 검출에 이용되는 이상 관찰 화상을 취득한다(단계 S102). 이 이상 관찰 화상으로서는 OBIRCH 제어부(51c)에 의하여 취득되는 OBIRCH 화상, 또는 카메라(10)에 의하여 취득되는 발광 화상 등이 이용된다. 이러한 패턴 화상 및 이상 관찰 화상에 대해서는 필요에 따라 각 화상의 반복 맞춤(重合) 및 표시 장치(63)로의 표시 등이 행해진다.
다음에, 취득된 화상을 이용하여 반도체 디바이스 S의 이상 개소를 조사하여 검출된 이상 개소를 검사 개소로 하고(S103), 검사 개소가 화상의 중앙에 위치하도록 XYZ 스테이지(15) 등을 설정한다. 계속하여, 반도체 디바이스 S의 검사 개소에 대하여 SIL(3)의 삽입, 위치 조정, 거리 조정을 행한다(S104, S105 내지 S107).
그리고, 반도체 디바이스 S 위에 배치된 SIL(3), 및 대물 렌즈(20) 등을 통하여 확대된 패턴 화상, OBIRCH 화상, 발광 화상 등의 화상을 취득한다(S108). 또, 필요에 따라 각 화상의 반복 맞춤, 표시 장치(63)로의 표시 등을 행한다. 또한, 발광 화상을 취득할 때에는 SIL(3)에 의하여 발생하는 색수차량(色收差量)에 맞추어서 스테이지 등을 적당히 이동시키고, 배율을 소프트웨어에 맞추어서 화상의 반복 맞춤을 행한다.
도 4에 예를 나타낸 SIL(3)로부터의 반사광을 포함하는 화상에 대하여, 도 7a 내지 도 9b를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. SIL(3)에 대하여 취득되는 반사광상에 대해서는 이러한 각 도면에 도시된 바와 같이 각종 반사광 패턴이 고려된다. 또한 도 7a 내지 도 9b에 있어서는 SIL(3)에의 입사광을 실선으로, 반사광을 파선으로 나타내고 있다. 또, 도 7a 및 도 9b에서는 SIL(3)의 구심으로 뻗는 선을 점선으로 도시하고 있다. 또, SIL(3)에 대한 입사광 및 반사광의 광로가 겹치는 경우에는 설명하기 쉽도록 분리하여 두 선으로 도시하고 있다.
도 7a는 SIL(3)의 구면 형상의 상면(3a)에 수직 입사한 광이 상면(3a)에서 반사되는 반사광 패턴을 나타내고 있다. 이 경우, 광을 한 점에 결상하기 위한 위치 맞춤을 행하기가 용이하고, 높은 정밀도로 위치 맞춤을 행하는 것이 가능하다. 도 7b는 SIL(3)의 하면(3b)의 초점 위치(중심 위치)에서 광이 반사되는 반사광 패턴을 나타내고 있다. 이것은 SIL(3)의 하면(3b)을 관찰하고 있는 상태이다. 이 경우, 쉐딩이 크기 때문에, 휘도가 최대로 되는 개소를 중심에 맞춤으로써 위치 맞춤이 가능하다.
도 8a는 SIL(3)의 상면(3a)의 초점 위치(정점 위치)에서 광이 반사되는 반사광 패턴을 나타내고 있다. 이것은 SIL(3)의 상면(3a)을 관찰하고 있는 상태이다. 이 경우 쉐딩이 크기 때문에, 휘도가 최대로 되는 개소를 중심에 맞춤으로써 위치 맞춤이 가능하다. 도 8b는 SIL(3)의 평면 형상의 하면(3b)에 수직 입사한 광이 하면(3b)에서 반사되는 반사광 패턴을 나타내고 있다. 이 경우, 광을 한 점에 결상하기 위한 위치 맞춤을 행하기가 용이하고, 높은 정밀도로 위치 맞춤을 행하는 것이 가능하다.
도 9a는 SIL(3)의 하면(3b), 상면(3a)의 초점 위치(정점 위치), 하면(3b)에서 광이 반사되는 반사광 패턴을 나타내고 있다. 이것은 SIL(3)의 상면(3a)을 뒤쪽으로부터 관찰하고 있는 상태이다. 이 경우 쉐딩이 크기 때문에, 휘도가 최대로 되는 개소를 중심으로 맞춤으로써 위치 맞춤이 가능하다.
도 9b는 SIL(3)의 하면(3b)을 통하여 상면(3a)에 뒤쪽으로부터 수직 입사한 광이 상면(3a)에서 반사되고, 하면(3b)을 통하여 출사되는 반사광 패턴을 나타내고 있다. 이 경우, 광을 한 점에 결상하기 위한 위치 맞춤을 행하기가 용이하고, 높은 정밀도로 위치 맞춤을 행하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 현미경 및 시료 관찰 방법은 상술한 실시형태 및 구성예에 한정되는 것이 아니며 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 상술한 반도체 검사 장치에서는 화상 취득부(1), 광학계(2), 검사부(16) 등의 구체적인 구성, 및 반도체 디바이스 S를 검사하기 위한 구체적인 검사 방법 등에 대해서 도 5 및 도 6은 그 구성의 한 예를 나타내는 것이며, 이외에도 각종 구성 및 검사 방법을 이용할 수 있다. 또, 반도체 디바이스 등의 각종 디바이스에 대하여 관찰만을 행하는 경우에는 검사부(16)를 설치하지 않고 디바이스 관찰 장치로서 구성해도 된다. 또, 화상 취득부(1)에 대해서도 조작자가 직접 화상을 관찰하는 등의 경우에 불필요하면 설치하지 않아도 된다.
또, SIL의 구성 및 사용 방법에 대해서는 도 2a 및 도 2b에서는 반도체 디바이스 S의 표면에 초점이 있는 상태에서 도시하였으나, 이면 관찰 등의 경우에는 반도체 디바이스 S의 이면 또는 내부의 소정 위치가 초점으로 되도록 SIL이 이용된다.
또, 상술한 실시형태에서는 반도체 디바이스를 관찰 대상으로 한 반도체 검사 장치, 및 반도체 검사 방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 반도체 디바이스 이외를 시료로 하는 경우에도, 시료를 관찰하기 위하여 이용되는 현미경 및 시료 관찰 방법으로서 적용이 가능하다. 이로 인해, 시료의 관찰에 있어서, 시료의 미세 구조 등의 관찰을 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는 관찰 대상의 시료를 반도체 디바이스로 하고 있으나, 일반적으로 반도체 디바이스 등의 각종 디바이스를 시료로 하는 경우에, 대상으로 되는 디바이스로서는 반도체 기판을 이용한 것에 한정하지 않고, 폴리 실리콘 박막 트랜지스터 등과 같이, 유리나 플라스틱 등을 기판으로 하는 집적회로를 관찰 대상으로 해도 된다. 예를 들면 액정 디바이스에서는 유리 기판의 위에, 또 유기 EL에서는 플라스틱 기판의 위에 디바이스가 제작된다. 또, 추가로 일반적인 시료로서는 상술한 반도체 디바이스나 액정 디바이스 등의 각종 디바이스 이외에도 프레파라트를 이용한 바이오 관련 샘플 등을 들 수 있다.
본 발명에 의한 현미경 및 시료 관찰 방법은 이상 상세하게 설명한 바와 같이, 반도체 디바이스의 미세 구조 해석 등에 필요한 시료의 관찰을 용이하게 행하는 것이 가능한 현미경 및 시료 관찰 방법으로서 이용 가능하다. 즉, 관찰 대상인 반도체 디바이스 등의 시료와 대물 렌즈와의 사이에 고침 렌즈가 없는 상태에서의 관찰 화상, 및 고침 렌즈를 삽입한 상태에서의 확대 관찰 화상의 양 쪽을 취득 가능하도록 현미경을 구성하는 동시에, 고침 렌즈를 삽입했을 때에, 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득하고, 그 화상을 참조하여 고침 렌즈의 위치를 조정하는 구성에 의하면, 시료에 대하여 고침 렌즈를 통해 고분해 가능한 관찰을 행할 수 있다.
또, 고침 렌즈를 삽입한 상태에서의 관찰 화상을 이용하여 위치 맞춤을 행함으로써, 예를 들면 반도체 디바이스의 검사 등, 시료의 관찰에의 적용에 있어서 고침 렌즈를 양호한 효율로 취급하는 것이 가능하게 된다. 이상에 의해, 시료의 미세 구조 등의 관찰을 용이하게 행하는 것이 가능한 현미경 및 시료 관찰 방법이 실현된다. 또, 이러한 현미경 및 시료 관찰 방법을 적용한 반도체 검사 장치 및 검사 방법에 의하면, 미세 구조 해석 등의 반도체 디바이스의 검사를 용이하게 행하는 것이 가능한 반도체 검사 장치 및 검사 방법이 실현된다.

Claims (6)

  1. 시료를 관찰하기 위한 현미경에 있어서,
    상기 시료로부터의 광이 입사하는 대물 렌즈(object lens)를 포함하고, 상기 시료의 화상을 전달하는 광학계와,
    상기 시료로부터 상기 대물 렌즈에의 광축을 포함하는 삽입 위치와, 상기 광축을 벗어난 대기 위치와의 사이를 이동 가능하게 설치된 고침 렌즈(solid immersion lens)와,
    상기 고침 렌즈를 상기 삽입 위치와 상기 대기 위치와의 사이에서 구동하는 동시에, 상기 대물 렌즈에 대한 상기 고침 렌즈의 상기 삽입 위치를 조정하는 고침 렌즈 구동 수단과,
    상기 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 참조하여 상기 고침 렌즈의 상기 삽입 위치의 조정을 지시하는 지시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 현미경.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지시 수단은 상기 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 참조하여 반사광상(反射光像)의 중심 위치가 상기 시료에서의 관찰 개소에 대하여 일치하도록, 상기 고침 렌즈의 상기 삽입 위치의 조정을 지시하는 것을 특징으로 하는 현미경.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지시 수단은 상기 고침 렌즈의 상기 삽입 위치의 조정과 맞추어서 상기 대물 렌즈와 상기 시료와의 사이의 거리 조정을 지시하는 것을 특징으로 하는 현미경.
  4. 시료를 관찰하는 시료 관찰 방법에 있어서,
    상기 시료의 관찰 화상을, 상기 시료로부터의 광이 입사하는 대물 렌즈를 포함하는 광학계를 통하여 취득하는 제1 화상 취득 단계와,
    상기 관찰 화상으로부터 상기 시료에의 관찰 개소를 설정하는 관찰 설정 단계와,
    상기 고침 렌즈를, 상기 시료로부터 상기 대물 렌즈에의 광축을 벗어난 대기 위치에서부터 상기 광축을 포함하는 삽입 위치로 이동하는 렌즈 삽입 단계와,
    상기 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 취득하고, 상기 화상을 참조하여 상기 대물 렌즈에 대한 상기 고침 렌즈의 상기 삽입 위치를 조정하는 위치 조정 단계와,
    상기 고침 렌즈에 의하여 확대된 상기 시료의 관찰 화상을, 상기 고침 렌즈 및 상기 광학계를 통하여 취득하는 제2 화상 취득 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위치 조정 단계에서, 상기 고침 렌즈로부터의 반사광을 포함하는 화상을 참조하여 반사광상의 중심 위치가 상기 시료에서의 상기 관찰 개소에 대하여 일치하도록, 상기 고침 렌즈의 상기 삽입 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 대물 렌즈와 상기 시료와의 사이의 거리를 조정하는 거리 조정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 방법.
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