WO2005083490A1 - 顕微鏡及び試料観察方法 - Google Patents

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WO2005083490A1
WO2005083490A1 PCT/JP2005/003163 JP2005003163W WO2005083490A1 WO 2005083490 A1 WO2005083490 A1 WO 2005083490A1 JP 2005003163 W JP2005003163 W JP 2005003163W WO 2005083490 A1 WO2005083490 A1 WO 2005083490A1
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sample
objective lens
lens
sil
correction
Prior art date
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PCT/JP2005/003163
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English (en)
French (fr)
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Hirotoshi Terada
Ikuo Arata
Masaharu Tokiwa
Hiroshi Tanabe
Shigeru Sakamoto
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/0016—Technical microscopes, e.g. for inspection or measuring in industrial production processes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B21/00—Microscopes
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S359/00—Optical: systems and elements
    • Y10S359/90—Methods

Definitions

  • the present invention relates to a microscope used for observing a sample such as a semiconductor device on a predetermined observation surface through the sample, and to a sample observation method.
  • Conventional semiconductor inspection devices include an emission microscope (Reference 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-190946), an OBIRCH device (Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-300824), and a time-resolved emission microscope ( Literature 3: JP-A-10-150086) is known.
  • observation using such a microscope observation using infrared light or the like is performed because silicon (Si) used as a substrate material of a semiconductor device transmits near-infrared light.
  • the visible light or the An inspection device using infrared light narrows down the area where an abnormal part exists to a certain extent.
  • an observation device such as an electron microscope with higher resolution, the A method of detecting an abnormal point is used.
  • Patent document 1 JP-A-7-190946
  • Patent Document 2 JP-A-6-300824
  • Patent document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-15086
  • SIL Solid Immersion Lens
  • SIL Solid Immersion Lens
  • Weierstrass sphere a small lens element having a size of about lmm. If this SIL is placed in close contact with the surface of the observation object, both the numerical aperture NA and the magnification can be increased, and observation with high spatial resolution is possible.
  • NA numerical aperture
  • magnification can be increased, and observation with high spatial resolution is possible.
  • inspection using SIL has not been put into practical use in terms of handling and observation control. This is the same when observing samples other than semiconductor devices.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and has been developed to provide a microscope and a sample observation method capable of easily observing a sample necessary for microstructure analysis of a semiconductor device.
  • the purpose is to provide.
  • a microscope according to the present invention is a microscope for observing a sample on a predetermined observation surface, and (1) an optical system including an objective lens and guiding an image of the sample; 2) objective lens driving means for driving the objective lens to perform focusing and aberration correction on the sample; and (3) a solid immersion lens provided at a position including the optical axis to the sample lens and the objective lens.
  • control means for controlling the objective lens driving means, and (5) the control means includes a refractive index n, a thickness t, a refractive index n, a thickness d, and a radius of curvature of the solid immersion lens of the sample.
  • the solid immersion lens mode that performs focusing and aberration correction with the It is characterized by having.
  • the sample observation method is a sample observation method for observing a sample on a predetermined observation surface via an optical system including an objective lens, and (a) an optical axis from the sample to the objective lens.
  • a normal image observation step (first image observation step) in which a solid immersion lens is placed at a standby position outside the sample and a normal image of the sample is observed, and (b) an insertion position including the optical axis from the sample to the objective lens.
  • the sample and the solid immersion lens with a solid immersion lens are used.
  • the specimen is observed using a control mode (solid immersion lens mode) in which observation is performed under observation conditions that take optical parameters into consideration.
  • sample observation there is an example in which a semiconductor device is used as a sample and the semiconductor device is observed from the back surface through a substrate.
  • the microscope is used as a semiconductor inspection device, and inspection such as microstructure analysis of a semiconductor device can be easily performed.
  • an image acquisition means for acquiring the image of the sample may be provided for the optical system for guiding the image of the sample.
  • the microscope includes a solid immersion lens driving unit that drives the solid immersion lens to move between an insertion position including the optical axis from the sample to the objective lens and a standby position off the optical axis. It is good to prepare.
  • a first objective lens for observing a normal image of the sample and a second objective lens for observing an enlarged image of the sample together with the solid immersion lens are used as objective lenses. It is acceptable to use the configuration that has. Thus, there is no solid immersion lens When a lens is used, a reporter for switching the objective lens is used as the solid immersion lens driving means.
  • control means controls the refractive index n of the sample and the thickness t of the sample up to the observation surface.
  • the solid immersion lens mode described above it is preferable to have two control modes: a normal mode for performing focusing under the correction conditions set based on 0 /!
  • a solid immersion lens is arranged at a standby position off the optical axis to the sample lens and the objective lens, and based on the refractive index n of the sample and the thickness t of the sample up to the observation surface. Focus on set compensation conditions
  • the first mode in which the observation is performed under the observation conditions in consideration of the optical parameters of the sample without the solid immersion lens, and the sample and the solid immersion lens with the solid immersion lens are used.
  • the sample is observed by switching to the second mode (solid immersion lens mode) in which observation is performed according to observation conditions that take into account optical parameters.
  • the microscope preferably has an objective lens driving unit having a focus adjusting unit that performs focusing by changing the distance between the sample and the objective lens.
  • the microscope in the sample observation method, in the correction step, it is preferable to perform focusing by changing the distance between the sample and the objective lens.
  • the microscope has an objective lens having a first lens group and a second lens group arranged along the optical axis, and the objective lens driving means includes a first lens group and a second lens group. It is preferable to have an aberration correcting unit that corrects aberration by changing the distance between the lens group and the second lens group. Similarly, in the sample observation method, in the correction step, it is preferable to perform the aberration correction by changing the distance between the first lens group and the second lens group arranged along the optical axis of the objective lens.
  • the microscope preferably has a control unit having a focusing table and an aberration correction table corresponding to correction conditions in the solid immersion lens mode. That's right.
  • the correction step it is preferable to use a focusing table and an aberration correction table corresponding to the correction conditions.
  • the microscope controls the focusing table (the first correction condition) corresponding to the correction condition (first correction condition) in the normal mode (first mode).
  • the control unit preferably further includes an aberration correction table (first aberration correction table) corresponding to the correction conditions in the normal mode.
  • the sample observation method uses a focusing table (first focusing table) corresponding to the correction condition (first correction condition) in the normal correction step (first correction step).
  • first focusing table corresponding to the correction condition (first correction condition) in the normal correction step (first correction step).
  • second correction step it is preferable to use a focusing table (second focusing table) and an aberration correction table (second aberration correction table) corresponding to the correction condition (second correction condition).
  • first aberration correction table corresponding to the correction condition in the normal correction step.
  • the solid immersion lens driving means includes: a first arm member to which a solid immersion lens holder supporting the solid immersion lens is connected; and a first arm member in a horizontal plane substantially parallel to the sample.
  • the first arm member rotation source to be rotated, the second arm member holding the first arm member rotation source, and a non-coaxial position with the rotation axis of the first arm member rotation source as a rotation axis.
  • the solid immersion lens moving device includes a second arm member rotation source for rotating the second arm member in a horizontal plane.
  • a solid immersion lens By using such a solid immersion lens moving device, a solid immersion lens can be suitably moved between an insertion position and a standby position with respect to a sample such as a semiconductor device and an objective lens.
  • the solid immersion lens moving device further includes a vertical movement source for moving the second arm member rotation source in a vertical direction perpendicular to the horizontal plane.
  • a solid immersion lens mode in which a solid immersion lens is disposed at an insertion position including an optical axis to a sample camera and an objective lens and observation is performed in consideration of optical parameters of the sample and the solid immersion lens
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an embodiment of a semiconductor inspection apparatus.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of an objective lens in the inspection device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a side view showing a method of observing a semiconductor device using SIL in the inspection apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of a semiconductor inspection method using the inspection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing observation in a normal mode and observation in a SIL mode in the inspection method shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing (a) a default state, (b) a normal mode, and (c) a SIL mode in observation of a semiconductor device.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of a correlation between a refractive index of a substrate and a geometric aberration.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of a correlation between a substrate thickness and a focus movement amount.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of the correlation between the thickness of a substrate and the distance between lens groups in an objective lens.
  • FIG. 10 is a graph showing an example of a correlation between a measurement depth and a focus movement amount.
  • FIG. 11 is a graph showing an example of a correlation between a measurement depth and an interval between lens groups in an objective lens.
  • FIG. 12 is a graph showing another example of the correlation between the measurement depth and the distance between the lens groups in the objective lens.
  • FIG. 13 is a configuration diagram showing another embodiment of the semiconductor inspection device.
  • FIG. 14 is a side view showing the configuration of the semiconductor inspection apparatus shown in FIG. 13.
  • FIG. 15 is a perspective view of one embodiment of the SIL manipulator and the objective lens as viewed from above.
  • FIG. 16 is a bottom view showing the SIL manipulator and the objective lens in a state where the SIL is located at a standby position.
  • FIG. 17 is a bottom view showing the SIL manipulator and the objective lens in a state where the SIL is placed at the insertion position.
  • FIG. 18 is a bottom view showing the SIL manipulator and the objective lens in a state where the SIL is located at the replacement position.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a configuration of a SIL holder.
  • FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing (a) a state of a standby position and (b) a state of an insertion position of the SIL holder.
  • LSM unit Laser scan optical system unit
  • Control unit 51 ... Observation control unit, 51a ... Camera control unit, 51b "'LSM control unit, 51 ... OBIRCH control unit, 52 ... Stage control unit, 53-SIL control unit, 54 ... ⁇ Object lens controller, C... Analyzer, 61 ⁇ Image analyzer, 62 ⁇ Instruction, 63 ⁇ Display device.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an embodiment of a semiconductor inspection device according to the present invention.
  • This device uses a semiconductor device S on which a powerful circuit pattern such as a transistor or a wiring is formed on a device surface as a sample to be inspected (observation target), and sets the device surface as an observation surface, and sets the device surface as an observation surface.
  • This is an inspection device that inspects the semiconductor device S by observing it through the backside of the substrate.
  • the microscope and the sample observation method according to the present invention can be applied to the case where the sample is observed through a sample on a predetermined observation surface.
  • a semiconductor inspection apparatus and an inspection method which are mainly applied examples will be described. Will be described.
  • the semiconductor inspection apparatus includes an observation unit A for observing the semiconductor device S, a control unit B for controlling the operation of each unit of the observation unit A, and a process required for the inspection of the semiconductor device S.
  • An analysis unit C for giving instructions and the like is provided.
  • the semiconductor device S to be inspected by the inspection apparatus that is, the sample to be observed, is placed on the stage 18 provided in the observation section A, with the device surface serving as the observation surface and the back surface facing the stage 18. It is placed as the upper side.
  • the observation unit A has an image acquisition unit 1 installed in a dark box (not shown), an optical system 2, and a solid immersion lens (SIL: Solid Immersion Lens) 3.
  • the image acquisition unit 1 is a unit that includes, for example, a photodetector and an imaging device and acquires an image of the semiconductor device S. Further, an optical system 2 for guiding an image by light from the semiconductor device S to the image acquisition unit 1 is provided between the image acquisition unit 1 and the semiconductor device S mounted on the stage 18. .
  • the optical system 2 is provided with an objective lens 20 at which light from the semiconductor device S enters at a predetermined position facing the semiconductor device S. Emitted from semiconductor device S The reflected light or the like enters the objective lens 20, and reaches the image acquisition unit 1 via the optical system 2 including the objective lens 20. Then, the image of the semiconductor device S used for the inspection is obtained in the image obtaining unit 1.
  • the image acquisition unit 1 and the optical system 2 are integrally configured with their optical axes aligned.
  • An XYZ stage 15 including an XY stage 15a and a Z stage 15b is provided for the image acquisition unit 1 and the optical system 2.
  • the XY stage 15a is used for moving the image acquisition unit 1 and the optical system 2 in the XY plane (in the horizontal plane) to set the observation position (inspection position) with respect to the semiconductor device S.
  • the Z stage 15b is used for moving the image acquisition unit 1 and the optical system 2 in the Z direction (vertical direction) to adjust the focus on the semiconductor device S.
  • the Z stage 15b functions as a focus adjusting unit that changes the distance between the substrate of the semiconductor device S and the objective lens 20 of the optical system 2 to perform observation focusing.
  • the lens group of the objective lens 20 is constituted by two lens groups of a first lens group 20a and a second lens group 20b. ing. These lens groups 20a and 20b are arranged above and below the optical axis of the objective lens 20, respectively.
  • the objective lens 20 is configured so that the distance u between the lens groups 20a and 20b can be changed by rotating a correction ring 21 (see FIG. 1) provided on the outer peripheral portion.
  • the driving of the correction ring 21 is controlled by a correction ring driving unit 40.
  • the correction ring 21 and the correction ring drive unit 40 function as aberration correction means for correcting the observation aberration by changing the interval u between the lens groups 20a and 20b in the objective lens 20.
  • the objective lens 20 is driven by the focus adjusting means including the Z stage 15b and the aberration correcting means including the correction ring 21 and the correction ring driving unit 40 to perform focusing on the semiconductor device S.
  • Objective lens driving means for correcting aberrations is provided.
  • FIG. 2 a specific structure and a driving mechanism of the objective lens 20 including the correction ring 21 are not shown.
  • the focusing on the semiconductor device S may be performed by driving the stage 18 on which the semiconductor device S is mounted.
  • an inspection unit 16 is provided for the semiconductor device S. ing.
  • the inspection unit 16 controls the state of the semiconductor device S as necessary when inspecting the semiconductor device S.
  • the method of 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 applied to a predetermined portion of a circuit pattern formed on the semiconductor device S. A method of supplying the semiconductor device S or a method of irradiating the semiconductor device S with laser light serving as probe light is used.
  • the observation section A is further provided with SIL3!
  • the SIL 3 is a lens used to enlarge an image of the semiconductor device S.
  • the SIL 3 is movably installed with respect to the image acquisition unit 1 and the optical system 2, and the semiconductor device S mounted on the stage 18.
  • the SIL3 includes an optical axis from the semiconductor device S to the objective lens 20 and can be moved between an insertion position installed in close contact with the semiconductor device S and a standby position off the optical axis. Is configured.
  • a solid immersion lens driving unit (SIL driving unit) 30 is provided for SIL3.
  • the SIL drive unit 30 is a drive unit that drives the SIL 3 to move between the above-described insertion position and the standby position. Further, the SIL drive unit 30 adjusts the insertion position of the SIL 3 with respect to the objective lens 20 of the optical system 2 by slightly moving the position of the SIL 3. Note that FIG. 1 illustrates the SIL 3 in a state where the SIL 3 is arranged at an insertion position between the objective lens 20 and the semiconductor device S.
  • a hemispherical lens whose spherical center is the focal point and the aperture ratio NA and the magnification are both n times, or a position shifted downward by RZn from the spherical center is the focal point and the aperture is the SIL.
  • a lens having a super hemispherical shape in which both the ratio NA and the magnification are n 2 times is used (for example, see JP-A-2002-189000).
  • FIG. 3 is a side view showing a method of observing a semiconductor device using the SIL in the inspection apparatus shown in FIG.
  • the semiconductor device S is installed on the stage 18 with the device surface Sa on the lower side (the stage 18 side) and the rear surface Sb on the upper side (the objective lens 20 side).
  • the SIL 3 is arranged at the insertion position such that the flat or convex lens surface is in close contact with the back surface Sb.
  • SIL for example, a piano-convex lens and a bi-convex lens are known (for example, No. 5-157701 and US Pat. No. 6,559,086).
  • the optical parameters of the semiconductor device S include the refractive index n and the thickness t of the substrate.
  • the optical parameters of SIL3 include refractive index n, thickness d
  • the optical path is indicated by a dotted line.
  • L in the figure is the measurement depth of SIL3 in the optical path indicated by the dotted line from the solid immersion lens spherical surface, that is, the distance from the vertex of SIL3 of the focal position obtained from the lens surface shape of SIL3. (Hereinafter referred to as measurement depth).
  • the lens shape (for example, the setting of the thickness d with respect to the radius of curvature R) is appropriately set as needed.
  • the thickness t of the substrate (sample) is observed inside the sample.
  • the thickness t of the sample up to the observation surface may be set as the thickness t.
  • a control unit B and an analysis unit C are provided for an observation unit A that performs observation and the like for inspecting the semiconductor device S.
  • the control section B has an observation control section 51, a stage control section 52, a SIL control section 53, and an objective lens control section 54.
  • 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 the observation conditions by controlling the operations of the image acquisition unit 1 and the inspection unit 16.
  • the stage control unit 52 controls the operation of the XY stage 15a to set the observation position of the semiconductor device S by the image acquisition unit 1 and the optical system 2 which is the inspection position in the present inspection apparatus, or to set the observation position. Control alignment. Further, the SIL control unit 53 controls the operation of the SIL drive unit 30 to control the movement of the SIL 3 between the insertion position and the standby position, the adjustment of the SIL 3 insertion position, and the like.
  • the objective lens control unit 54 controls the operation of the Z stage 15b to It controls the focusing that changes the distance between the substrate of the device S and the objective lens 20. Further, the control unit 54 controls the aberration of the objective lens 20 to change the distance u between the lens groups 20a and 20b by controlling the operations of the correction ring driving unit 40 and the correction ring 21.
  • the analysis unit C has an image analysis unit 61 and an instruction unit 62.
  • the image analysis unit 61 performs necessary analysis processing and the like on the image acquired by the image acquisition unit 1.
  • the instruction unit 62 refers to the input content from the operator, the analysis content by the image analysis unit 61, and the like, and gives necessary instructions to the control unit B.
  • a display device 63 is connected to the analysis unit C. The images, data, etc. acquired or analyzed by the analyzing unit C are displayed on the display device 63 as necessary.
  • the control unit B includes an objective lens driving unit including the Z stage 15b, the correction ring driving unit 40, and the correction ring 21, and a solid immersion lens driving unit including the SIL driving unit 30.
  • the control means controls the observation conditions when observing the device surface Sa of the semiconductor device S by controlling the means and.
  • the control unit B including the SIL control unit 53 and the objective lens control unit 54 usually has a configuration in which the SIL 3 is configured to be movable between the insertion position and the standby position. It has two control modes: a mode (first mode) and a solid immersion lens mode (SIL mode, second mode).
  • the SIL control unit 53 places the SIL 3 at a standby position off the optical axis by the SIL drive unit 30.
  • the objective lens controller 54 sets the Z stage 15b and the correction ring drive under the first correction condition set based on the refractive index n and the thickness t of the substrate of the semiconductor device S.
  • the moving section 40 and the correction ring 21 perform focusing on the observation condition and aberration correction. Then, observation of the semiconductor device S from the back surface Sb is performed via the optical system 2 including the objective lens 20.
  • the objective lens controller 54 has a first focusing table and a first aberration correction table corresponding to the first correction condition.
  • the SIL control unit 53 places the SIL 3 at the insertion position including the optical axis by the SIL drive unit 30. Further, the objective lens control unit 54 is configured to set the refractive index n and the thickness t of the substrate of the semiconductor device S, the refractive index n of the SIL3, the thickness d, and the second radius set based on the radius of curvature R.
  • the focusing and the aberration correction of the observation condition are performed by the Z stage 15b, the correction ring driving unit 40, and the correction ring 21. Then, the optical system 2 including the objective lens 20 and the SIL 3 Through this, the semiconductor device S is observed from the back surface Sb.
  • the objective lens controller 54 is provided with a second focusing table and a second aberration correction table corresponding to the second correction condition.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of a semiconductor inspection method using the inspection device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart specifically showing an observation method by observation in the normal mode and observation in the SIL mode among the inspection methods shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing (a) a default state, (b) a normal mode, and (c) a SIL mode in observation of a semiconductor device.
  • the semiconductor device S is observed in the normal mode using the objective lens 20 (S200). Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 5, the refractive index n of the substrate, and
  • the movement amount ⁇ of the lens 20 and the distance u between the lens groups 20a and 20b are adjusted. As a result, as shown in FIG. 6B, focusing and aberration correction are performed so that the device surface Sa set on the observation surface of the semiconductor device S from the back surface Sb through the substrate is focused on (S201). , First correction step).
  • observation for inspecting the semiconductor device S is performed (S202, first image observation step).
  • a normal image of a circuit pattern provided on the device surface Sa of the semiconductor device S is observed by the image acquisition unit 1 through the optical system 2 including the objective lens 20.
  • the stage control unit 52 drives and controls the XY stage 15a to move the image acquisition unit 1 and the optical system 2 in the XY plane. Then, a position to be observed of the semiconductor device S is found, set at the center of the visual field, and set at the inspection position (observation position).
  • the SIL drive unit 30 is driven by the SIL control unit 53 to move the SIL 3 to the standby position force insertion position. Then, SIL3 is inserted into the field of view according to the inspection position while being in close contact with the back surface Sb of the semiconductor device S (S301). In this state, the refractive index n and thickness of the substrate
  • the moving amount ⁇ of the objective lens 20 and the distance u between the lens groups 20a and 20b are adjusted.
  • focusing and aberration correction are performed so that the device surface Sa of the semiconductor device S is focused through the SIL 3 and the substrate (S302, a second correction step). Fine adjustments are made to the observation conditions such as focus, aberration, and the position of SIL3 as needed (S303).
  • the observation of the semiconductor device S is performed (S304, second image observation step).
  • the image acquisition unit 1 observes an enlarged image of the semiconductor device S via the optical system 2 including the objective lens 20 and the SIL 3, and inspects the circuit pattern at the inspection position.
  • the SIL3 is removed from the visual field and moved to the standby position (S305).
  • the SIL3 is arranged at the standby position and the Normal mode for observation under observation conditions that consider the optical parameters n and t
  • Inspection is performed by switching to SIL mode, in which observation is performed under observation conditions that take into account data n, d, and R.
  • SIL mode in which observation is performed under observation conditions that take into account data n, d, and R.
  • focusing and aberration correction can be appropriately performed in each of the states without SIL3 and Z, and a normal image Z enlarged image of the semiconductor device S can be appropriately acquired. Therefore, inspection such as microstructure analysis of the semiconductor device S can be easily performed.
  • the Z stage 15 b for adjusting the distance between the substrate of the semiconductor device S and the objective lens 20 is used as the focus adjusting means for the objective lens 20.
  • the aberration correction means for the objective lens 20 a lens configuration including lens groups 20a and 20b is applied, and a correction ring 21 for adjusting the distance between the lens groups and a correction ring driving unit 40 are used. With such a configuration, the focus and aberration when observing the semiconductor device S can be suitably adjusted. Further, a configuration other than these may be used. For example, for focusing on the semiconductor device S, the stage 18 on which the semiconductor device S is mounted may be driven in the Z-axis direction as described above.
  • the specific method of focusing and aberration correction is performed using a focusing table and an aberration correction table prepared in the control unit B corresponding to each correction condition. .
  • a method other than the focusing table and the aberration correction table may be used.
  • a configuration may be used in which a calculation formula necessary for performing focusing and aberration correction is prepared, and the focusing and aberration correction conditions are calculated using the calculation formula.
  • the focusing table is created based on the driving distance (focus movement amount) ⁇ ⁇ of the objective lens 20 in the Z direction by the Z stage 15 b. It is preferable to do. Further, it is preferable that the aberration correction table is created based on the distance u between the lens groups 20a and 20b in the objective lens 20, or the rotation amount of the correction ring 21 corresponding to the distance u.
  • correction tables a necessary number of tables are prepared in advance for combinations of assumed substrate and SIL optical parameters, and the tables are input.
  • the table to be used may be selected according to the parameters.
  • a correction table may be created when parameters are input.
  • SIL optical parameters besides inputting individual parameter values, a configuration that prepares a set of parameters corresponding to the SIL model number or an IC chip that stores parameter values It is also possible to use a configuration in which a storage medium such as is provided in the SIL and data is read out during use.
  • the following are examples of the main materials used for the semiconductor substrate and the SIL and the refractive index n thereof.
  • GaP 3.1
  • the target device is not limited to a device using a semiconductor substrate, but may be an integrated circuit having a substrate made of glass, plastic, or the like, such as a polysilicon thin film transistor.
  • a liquid crystal device is manufactured on a glass substrate, and an organic EL device or the like is manufactured on a plastic substrate.
  • NA is the numerical aperture of the objective lens 20.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the correlation between the refractive index of the substrate and the geometric aberration.
  • the horizontal axis represents the refractive index n of the substrate (sample) to be observed
  • the vertical axis represents the (geometric
  • NA 0.76.
  • a focusing table and an aberration correction table are created based on the optical characteristics such as the geometrical aberration I thus obtained.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the correlation between the thickness of the substrate and the amount of focus movement for moving the objective lens.
  • the horizontal axis indicates the substrate thickness t m
  • the vertical axis indicates the thickness.
  • the focus movement for focusing is performed.
  • the quantity ⁇ is calculated in a proportional manner with respect to the thickness t or the geometrical aberration I.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of the correlation between the thickness of the substrate and the distance between the lens groups in the objective lens.
  • the horizontal axis represents the substrate thickness t m
  • the vertical axis represents the objective lens 2.
  • the distance u (mm) between the lens groups 20a and 20b set at 0 is shown.
  • Graph B1 shows the correlation when Si is used
  • B2 shows GaP
  • B3 shows the correlation when glass is used as the substrate material.
  • the distance u between the lens groups for aberration correction is different from the thickness t or the geometrical aberration I.
  • the geometrical aberration I was the geometrical aberration II generated on the lens sphere of SIL3 and the SIL3Z
  • L is the measured depth of SIL3 shown in FIG.
  • a focusing table and an aberration correction table are created based on the optical characteristics such as the geometrical aberrations II and 12 thus obtained.
  • FIG. 10 is a graph showing an example of the correlation between the measurement depth and the focus movement amount.
  • the horizontal axis indicates the measurement depth L ( ⁇ m), and the vertical axis indicates the focus movement amount ⁇ Z (mm).
  • FIG. 11 is a graph showing an example of the correlation between the measurement depth and the distance between the lens groups in the objective lens.
  • the horizontal axis indicates the measurement depth L (m)
  • the vertical axis indicates the distance u (mm) between the lens groups 20a and 20b.
  • Graph CO is uncorrected
  • the thickness t of the substrate is as described above.
  • FIG. 12 is a graph showing another example of the correlation between the measurement depth and the distance between the lens groups in the objective lens.
  • the distance u between the lens groups does not depend on the thickness d of the SIL3, but the thickness t of the substrate and the thickness d of the SIL3 are determined in any combination with the measurement depth L.
  • FIG. 13 is a configuration diagram showing another embodiment of the semiconductor inspection device according to the present invention.
  • FIG. 14 is a side view showing the configuration of the semiconductor inspection apparatus shown in FIG. In the present embodiment, the specific configuration of the semiconductor inspection apparatus shown in FIG. 1 is shown.
  • the semiconductor inspection device includes an observation unit A, a control unit B, and an analysis unit C.
  • the illustration of the analyzing unit C is omitted.
  • the semiconductor device S to be inspected is mounted on a stage 18 provided in the observation section A. Further, in the present embodiment, a test fixture 19 for applying an electric signal or the like necessary for inspection to the semiconductor device S is provided.
  • the semiconductor device S is arranged so that its back surface faces the objective lens 20.
  • the observation unit A includes a high-sensitivity camera 10 installed in a sound box B (not shown) and a laser scanner. It has a Yang optical system (LSM: Laser Scanning Microscope) unit 12, optical systems 22, 24, XY Z stage 15, SIL 3, SIL drive unit 30, and correction ring drive unit 40.
  • LSM Laser Scanning Microscope
  • the camera 10 and the LSM unit 12 correspond to the image acquisition unit 1 in the configuration shown in FIG.
  • the optical systems 22 and 24 correspond to the optical system 2.
  • an objective lens 20 is provided on the semiconductor device S side of the optical systems 22 and 24, on the semiconductor device S side of the optical systems 22 and 24, a objective lens 20 is provided.
  • a plurality of objective lenses 20 having different magnifications are provided so as to be switchable.
  • the objective lens 20 is provided with the two lens groups 20a and 20b and the correction ring 21 shown in FIG. 2, and is configured to be able to correct the difference by the correction ring drive unit 40.
  • the test fixture 19 corresponds to the inspection unit 16.
  • the LSM unit 12 has a function as an inspection unit 16 in addition to a function as the image acquisition unit 1.
  • the optical system 22 is a camera optical system that guides light from the semiconductor device S, which has entered through the objective lens 20, to the camera 10.
  • the camera optical system 22 has an imaging lens 22a for forming an image enlarged at a predetermined magnification by the objective lens 20 on a light receiving surface inside the camera 10. Further, a beam splitter 24a of the optical system 24 is interposed between the objective lens 20 and the imaging lens 22a.
  • a cooled CCD camera is used as the high sensitivity camera 10.
  • the light of the semiconductor device S is guided to the camera 10 through the optical system including the objective lens 20 and the camera optical system 22. Then, an image such as a pattern image of the semiconductor device S is acquired by the camera 10.
  • an emission image of the semiconductor device S can be acquired.
  • the voltage is applied to the test fixture 19, and the voltage is guided to the force lens 10 via the optical force optical system generated from the semiconductor device S. Then, the camera 10 acquires an emission image of the semiconductor device S used as the abnormal observation image.
  • the light emission from the semiconductor device S include a light emission caused by an abnormal portion based on a defect in the semiconductor device, and a transient light emission accompanying a switching operation of a transistor in the semiconductor device.
  • the obtained image may be a heat-generated image based on a device defect.
  • the LSM unit 12 includes a laser light introducing optical fiber 12 for irradiating infrared laser light. a, a collimator lens 12b that collimates the laser beam emitted from the optical fiber 12a, a beam splitter 12e that reflects the laser beam collimated by the lens 12b to convert the optical path, and a beam splitter 12e. And an XY scanner 12f that scans the laser beam reflected by the XY direction in the XY direction and emits it to the semiconductor device S side.
  • the LSM unit 12 includes a condenser lens 12d that collects light that is incident via the semiconductor device S-side force XY scanner 12f and transmits through the beam splitter 12e, and a light collected by the condenser lens 12d. And a detection optical fiber 12c for detecting the
  • the optical system 24 is an LSM unit optical system that guides light between the semiconductor device S and the objective lens 20 and the XY scanner 12f of the LSM unit 12.
  • the LSM unit optical system 24 directs the LSM unit 12 with a beam splitter 24a that reflects a part of the light incident from the semiconductor device S via the objective lens 20, and an optical path of the light reflected by the beam splitter 24a. It has a mirror 24b for converting the light into an optical path, and a lens 24c for condensing the light reflected by the mirror 24b.
  • the infrared laser light emitted from the laser light source (not shown) via the laser light introduction optical fiber 12a is supplied to the lens 12b, the beam splitter 12e, the XY scanner 12f, The light is radiated to the semiconductor device S through the optical system 24 and the objective lens 20, and enters the semiconductor device S.
  • the reflected and scattered light from the semiconductor device S with respect to the incident light reflects the circuit pattern provided on the device surface of the semiconductor device S.
  • the reflected light from the semiconductor device S reaches the beam splitter 12e through an optical path opposite to that of the incident light, and passes through the beam splitter 12e. Then, the light transmitted through the beam splitter 12e enters the detection optical fiber 12c via the lens 12d, and is detected by the photodetector connected to the detection optical fiber 12c.
  • the intensity of light detected by the photodetector via the detection optical fiber 12c is an intensity that reflects the circuit pattern provided in the semiconductor device S, as described above. Therefore, the XY scanner 12f scans the semiconductor device S in the X-Y direction with the infrared laser beam, so that an image such as a circuit pattern of the semiconductor device S can be clearly captured. Wear.
  • the observation section A is further provided with SIL3.
  • the SIL 3 is positioned at the above-described insertion position and standby position with respect to the high-sensitivity camera 10, the LSM unit 12, the optical systems 22, 24, and the objective lens 20, and the semiconductor device S mounted on the stage 18. It is configured to be able to move between them.
  • a SIL drive unit 30 is provided.
  • the SIL drive unit 30 is an XYZ drive mechanism that includes an SIL moving device (SIL manipulator) to which a SIL holder that supports SIL3 is connected, and that moves SIL3 in the X, Y, and Z directions.
  • a control unit B and an analysis unit C are provided for an observation unit A that performs observation for inspecting the semiconductor device S.
  • the analysis unit C is not shown.
  • the control unit B includes a camera control unit 5la, an LSM control unit 51b, an OBIRCH control unit 51c, a stage control unit 52, a SIL control unit 53, and an objective lens control unit 54.
  • the stage control unit 52, the SIL control unit 53, and the objective lens control unit 54 are as described above with reference to FIG. 1, including the control of focusing and aberration correction in the two control modes.
  • the camera control unit 51a, the LSM control unit 51b, and the OBIRCH control unit 51c correspond to the observation control unit 51 in the configuration shown in FIG.
  • the camera control unit 5 la and the LSM control unit 5 lb control the operation of the high-sensitivity camera 10 and the LSM unit 12, respectively, to control the image acquisition of the semiconductor device S performed in the observation unit A.
  • the OBIRCH control section 51c is for acquiring an OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Change) image used for detecting the semiconductor device S, and generates an OBIRCH image when the semiconductor device S is scanned by a laser beam. Extract the current change.
  • OBIRCH Optical Beam Induced Resistance Change
  • the analysis unit C has an image analysis unit 61 and an instruction unit 62, and is configured by, for example, a computer. Image information from the camera control unit 51a and the LSM control unit 51b is input via an image capture board provided in the computer of the analysis unit C.
  • a semiconductor inspection method using the semiconductor inspection apparatus shown in Figs. 13 and 14 will be schematically described (see Figs. 4 and 5).
  • the semiconductor device S is observed under the observation condition in which the focusing and the aberration correction are performed under the first correction condition (S200).
  • the semiconductor device S is scanned by the LSM unit 12 to acquire a pattern image thereof.
  • an abnormal observation image used for detecting an abnormal portion in the semiconductor device S is obtained.
  • an OBIRCH image acquired by the OBIRCH control unit 51c, a light emission image acquired by the camera 10, or the like is used.
  • the images are superimposed and displayed on the display device 63 as necessary. Further, an abnormal portion of the semiconductor device S is checked using the acquired image, the detected abnormal portion is set as an inspection position, and the XYZ stage 15 and the like are set so that the inspection position is located at the center of the visual field.
  • the SIL mode in which the SIL3 is placed at the insertion position corresponding to the inspection position of the semiconductor device S allows the observation of the semiconductor device S under the observation condition in which the focus and the aberration are corrected under the second correction condition.
  • an enlarged pattern image, an OBIRCH image, an emission image, and the like are acquired via the SIL 3 disposed on the semiconductor device S, the objective lens 20, and the like.
  • superimposition of each image, display on the display device 63, and the like are performed.
  • the stage and the like are appropriately moved according to the amount of chromatic aberration generated by SIL3, and the images are superimposed by adjusting the magnification by software.
  • FIG. 15 is a perspective view of one embodiment of the SIL manipulator and the objective lens, which are SIL moving devices, as viewed from above.
  • the SIL 3 is supported by the SIL holder 5.
  • the SIL manipulator 30A (SIL drive unit 30) shown in FIG. 15 drives the SIL 3 supported by the SIL holder 5 in a three-dimensional direction to include the optical axis to the objective lens 20 and the semiconductor device S This is a SIL moving device that moves between an insertion position that is in close contact with the camera and a standby position off the optical axis. Further, the SIL manipulator 30A of this configuration example is configured to be movable to a replacement position for replacing the SIL 3 supported by the SIL holder 5.
  • the SIL manipulator 30A includes a first arm member 71 on which the SIL holder 5 is mounted, and a first arm member rotation source for rotating the first arm member 71 in an XY plane (horizontal plane). 72, a second arm member 73 that holds the first arm member rotation source 72, and a second arm member rotation source 74 that rotates the second arm member 73 in the XY plane. I have. Further, the SIL manipulator 30A has a Z-direction movement source 75 for moving the second arm member rotation source 74 in the Z direction orthogonal to the XY plane, and the Z-direction movement source 75 is located at the base end and moves. The first arm member 71 is on the end side.
  • the Z-direction movement source 75 is constituted by, for example, a Z-axis motor or the like that moves in the 3 ⁇ 4 direction with a movement axial force by a feed screw or the like, and is mounted on a microscope portion or the like on the inspection apparatus main body side via the support portion 76. .
  • the support section 76 is detachably attached to the main body of the apparatus, for example, by screwing or the like, and is convenient for observation when the SIL manipulator 30A is detached, or when observation is performed with another SIL moving apparatus attached. Have been.
  • a second arm member rotation source 74 is connected to a movement axis of the Z-direction movement source 75 via a support portion 77.
  • the second arm member rotation source 74 is constituted by a motor or the like having a rotation shaft whose output shaft rotates in the forward and reverse directions (the rotation may be performed within a predetermined range). It is moved in the Z direction by driving.
  • One end of the second arm member 73 is connected to the rotation axis of the second arm member rotation source 74. As shown in FIG. 15, the second arm member 73 is formed in a curved shape so that the second arm member 73 easily moves away from the visual field at the observation position of the semiconductor device S (the visual field of the objective lens 20). Te ru.
  • a first arm member rotation source 72 is fixed to the other end of the second arm member 73.
  • the first arm member rotation source 72 is configured by a motor or the like that is used as a rotation shaft that rotates the output shaft in the forward and reverse directions (the rotation may be performed within a predetermined range).
  • the rotation axis of the first arm member rotation source 72 and the rotation axis of the second arm member rotation source 74 are located non-coaxially.
  • the first arm member rotation source 72 moves together with the second arm member 73 around the rotation axis of the second arm member rotation source 74 in the XY plane. Is rotated.
  • the other end of the first arm member 71 described above is connected to a rotation shaft of the first arm member rotation source 72.
  • the first arm member 71 is rotated in the XY plane about the rotation axis of the first arm member rotation source 72 by driving the first arm member rotation source 72.
  • FIGS. 16 to 18 are bottom views showing the SIL manipulator 30A and the objective lens 20, respectively.
  • FIG. 16 shows a state where SIL3 is arranged at a standby position
  • FIG. 17 shows a state where SIL3 is arranged at an insertion position
  • FIG. 18 shows a state where the SIL 3 is arranged at the replacement position.
  • the SIL manipulator 30 A shown in FIG. 15 is provided with an optical coupling material supply pipe 85 for supplying an optical contact liquid to SIL 3 and a gas supply pipe 95 for supplying a dry gas. These are used when the SIL 3 is arranged at the insertion position and optically adhered to the semiconductor device S.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a configuration of a SIL holder in the SIL manipulator shown in FIG.
  • FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing (a) a state of the standby position and (b) a state of the insertion position of the SIL holder.
  • the SIL holder 5 includes a holder 6 configured to be substantially cylindrical and supporting the SIL 3, and an arm 7 holding the holder 6. Since the SIL holder 5 may come into contact with the optical contact liquid, it may be made of a metal having high corrosion resistance, such as stainless steel or aluminum. , Polyethylene, polycarbonate and the like.
  • the holder 6 includes a first holder 8 that holds the SIL 3, and a second holder 9 that supports the first holder 8.
  • the first holder 8 and the second holder 9 are formed in a substantially cylindrical shape so as not to hinder the optical path to the semiconductor device S.
  • the first holder 8 has an annular flange 8a protruding outward on an outer peripheral surface of an upper portion thereof, and has an inwardly directed annular flange 8b on the bottom surface thereof.
  • the SIL 3 is fixed to and held by the first holder 8, for example, with an adhesive or the like, with the bottom surface of the SIL 3 protruding downward through an opening formed on the inner periphery of the annular flange 8b.
  • the second holder 9 has an annular flange 9a directed inward on the bottom surface.
  • annular flange 8a of the first holder 8 is placed on the annular flange 9a of the second holder 9 in a state where the lower part of the first holder 8 projects downward, and the first holder 8 and the SIL 3 are It is supported in the direction of its own weight at 9.
  • the outer diameter of the lower part of the first holder 8 is A
  • the outer diameter of the annular flange 8a of the first holder 8 is B
  • the inner diameter of the opening 9b of the second holder 9 is C
  • the second holder 9 is provided with a cap 11 for preventing the SIL 3 from being detached, for example, by fitting or screwing into the upper opening 9c.
  • the cap 11 is formed in a substantially cylindrical shape similarly to the first honoreda 8 and the second holder 9, and when the inner diameter of the cap 11 is D, the relation of D ⁇ B is set. Therefore, the cap 11 prevents the first holder 8 holding the SIL 3 from coming off through the opening 9c at the upper part of the second holder 9 without obstructing the optical path to the semiconductor device S, thereby preventing the loss of the SIL. Have been.
  • the arm 7 is formed by bending a round bar into a substantially L-shape and extends outward from the second holder 9, one end of which is directed upward and the other end of which is the second holder 9. It is fixed to the side. At one end of the arm 7, a detent part 7 a having a part of the side surface of the noive as a flat surface is fixed as a detent for the arm part 7 and the holder 6 by, for example, fitting. Although the arm 7 has a substantially L-shape and one end thereof extends upward, the arm 7 may extend in the XY plane. As shown in FIG. 15, the arm 7 constituting the SIL holder 5 is detachably connected to one end of the first arm member 71 of the SIL manipulator 30A.
  • the arm members 71 and 73 are folded, and the SIL 3 and the arm members 71 and 73 are connected to the objective lens 20. Out of sight.
  • the first holder 8 holding the SIL3 has its annular flange 8a placed on the annular flange 9a of the second holder 9, and the first holder 8 and the SIL3 It is supported by the second holder 9 in the direction of its own weight!
  • the arm members 71 and 73 are rotated so that the SIL 3 at the standby position is connected to the semiconductor device S as shown in FIG. Move to a position including the optical axis between the objective lens 20. At this time, the second arm member 73 is curved. With this configuration, the second arm member 73 is easily separated from the visual field of the objective lens 20 without obstructing the visual field.
  • the ZIL movement source 75 of the SIL manipulator 30A is driven to lower the SIL3, and when the SIL3 approaches the observation position, it is optically transmitted through the optical coupling material supply pipe 85.
  • the SIL 3 is placed at the insertion position with respect to the semiconductor device S in this manner, as shown in FIG. 20B, the SIL 3 and the first holder 8 supported by the second holder 9 in the direction of its own weight are provided. Is lifted by the semiconductor device S. Further, in this state, fine adjustment is performed on the position of SIL3 and the like.
  • a refractive index matching fluid such as an index matching oil, or an optical contact liquid containing an amphipathic molecule is preferably used.
  • the SIL 3 and the first holder 8 are free from the second holder 9 while being lifted by the semiconductor device S, the SIL 3 and the first holder 8 are located at the observation position of the semiconductor device S. Only the weight of the first holder 8 acts. As a result, excessive pressure is not applied, and SIL3 is familiar and closely attached to the observation position. Further, by supplying a gas through the gas supply pipe 95 and drying the optical contact liquid, the SIL 3 can be quickly and securely adhered to the observation position of the semiconductor device S.
  • the first arm member rotation source 72 of the SIL manipulator 30A is driven to rotate the first arm member 71, so that the standby position force of the SIL3 is changed as shown in FIG. Move to the position and extend the connection part outward from near the bottom of the second arm member 73, and replace the SIL holder 5 together with the arm part 7. This facilitates attachment and detachment of the arm 7 of the SIL holder 5 to and from the first arm member 71, and replaces the SIL holder 5 together with the arm 7, so that the lens can be handled without directly handling the minute SIL 3. Exchange is easy.
  • the microscope and the sample observation method according to the present invention can be variously modified without being limited to the above-described embodiments and configuration examples.
  • the specific configuration of the image acquisition unit 1, the optical system 2, the inspection unit 16, etc., and the specific inspection method for inspecting the semiconductor device S are described in FIGS. 14 shows an example of the configuration, and various other configurations and inspection methods can be used.
  • the device When only observation is performed on various devices such as semiconductor devices, the device may be configured as a device observation device without the detection unit 16.
  • the image acquisition unit 1 may not be provided if it is not necessary, such as when the operator directly observes the image.
  • the SIL drive unit 30 that drives SIL3 various units other than the SIL manipulator 30A shown in FIG. 15 may be used.
  • the use of the above-described optical coupling material for obtaining the optical adhesion between the SIL and the substrate is only an example.
  • the evanescent coupling may be obtained by pressing the SIL toward the substrate. Good!
  • the semiconductor inspection apparatus and the semiconductor inspection method using a semiconductor device as an observation target have been described.
  • the present invention can be applied to a case where a device other than a semiconductor device is used as an observation target.
  • examples of the sample include various devices such as the above-described semiconductor device and liquid crystal device, and a bio-related sample using a preparation.
  • the parameters corresponding to the model numbers of the SILs may be used. It is also possible to use a configuration in which a set of data is prepared or a configuration in which a storage medium such as an IC chip in which parameter values are stored is provided in the SIL and data is read out during use.
  • the input of the SIL optical parameters is performed by storing the SIL, the SIL holder, or the semiconductor device attached to the arm, a storage medium such as a magnetic device, the SIL model number, serial number, radius of curvature, thickness, refractive index, and the like. Can be used.
  • a storage medium such as a magnetic device, the SIL model number, serial number, radius of curvature, thickness, refractive index, and the like.
  • a storage medium such as a magnetic device, the SIL model number, serial number, radius of curvature, thickness, refractive index, and the like.
  • a configuration can be used in which a mark is provided on the SIL holder so that the individual can be identified with the naked eye or an image.
  • a method of identifying the SIL using such a mark there is a method of using the color and number of lines, the color and number of points, the color of the holder itself, the serial number, and the like.
  • the ID of the SIL is determined based on the mark, the serial number is input, and the parameters such as the radius of curvature, thickness, and refractive index registered in advance are read.
  • the data of these parameters corresponding to the serial number is supplied by a flexible disk, etc., and there is a method of reading it into the software as soon as possible.
  • a force for driving the SIL by the solid immersion lens driving unit may be configured such that such a driving unit is not provided if unnecessary.
  • the control means for controlling the objective lens driving means includes the refractive index n, thickness t, and solid immersion of the sample.
  • a SIL mode as a control mode for performing focusing and aberration correction under correction conditions set based on the refractive index n, thickness d, and radius of curvature R of the lens.
  • aberration correction is performed in the normal mode using only the objective lens that performs focusing and aberration correction, respectively.
  • only the focusing may be performed without using.
  • the focusing table and the aberration correction table are used in the normal mode, only the focusing tape may be used.
  • the optical system 2 including the objective lens 20 may employ various configurations other than the above configuration.
  • the objective lens 20 a first objective lens for observing a normal image of the sample in the normal mode and a second objective lens for observing an enlarged image of the sample together with SIL3 in the SIL mode. May be provided with the objective lens
  • the optical system is slightly separated from the sample, and the objective lens is switched to the objective lens with SIL, the optical system is gradually brought closer to the sample.
  • the contact sensor turns ON when the tip of the SIL contacts the sample, and moves from the ON position to the actual focus position.
  • ON position force The distance to the actual focus position is given in advance.
  • the pattern image which is an enlarged image of the sample, and the abnormal observation image are observed.
  • the optical system should be separated from the sample, the objective lens should be switched to the normal objective lens, and then the optical system should be returned to the focus position.
  • the microscope and the sample observation method according to the present invention can be used as a microscope and a sample observation method capable of easily observing a sample necessary for microstructure analysis of a semiconductor device and the like.

Abstract

　検査対象の半導体デバイスＳに対して、画像取得部１と、対物レンズ２０を含む光学系２と、半導体デバイスＳから対物レンズ２０への光軸を含む挿入位置、及び光軸を外れた待機位置の間を移動可能な固浸レンズ（ＳＩＬ）３とを設置する。そして、ＳＩＬ３を待機位置に配置し、半導体デバイスＳの基板の屈折率ｎ０、及び厚さｔ０に基づいて焦点及び収差を補正する第１モードと、ＳＩＬ３を挿入位置に配置し、基板の屈折率ｎ０、厚さｔ０、ＳＩＬ３の屈折率ｎ１、厚さｄ１、及び曲率半径Ｒ１に基づいて焦点及び収差を補正する第２モードとの２つの制御モードで観察を行う。これにより、半導体デバイスの微細構造解析などに必要な試料の観察を容易に行うことが可能な顕微鏡、及び試料観察方法が得られる。

Description

明 細 書
顕微鏡及び試料観察方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体デバイスなどの試料を所定の観察面で試料を通して観察するた めに用いられる顕微鏡、及び試料観察方法に関するものである。
背景技術
[0002] 近年、半導体デバイスにおいて、デバイス面 (能動回路面）が基板の下側になるフ エースダウンボンディング、フリップチップボンディングが多く用いられるようになってき ている。このような半導体デバイスの検査では、ノ ッケージの種類や実装方向により、 ノ^ケージを分解しない限り基板のデバイス面を露出させることが困難な場合がある
。また、フリップチップ実装されずに基板のデバイス面の露出が可能な場合でも、高 集積化、多層化された半導体デバイスでは、下層にある配線や素子等の観察が困 難になっている。これに対して、デバイス面とは反対の裏面力 基板を通して半導体 デバイスを観察する方法が提案されて ヽる。
[0003] 従来の半導体検査装置としては、ェミッション顕微鏡 (文献 1 :特開平 7— 190946号 公報）、 OBIRCH装置 (文献 2 :特開平 6— 300824号公報）、時間分解ェミッション顕 微鏡 (文献 3 :特開平 10-150086号公報)などが知られている。また、このような顕微 鏡を用いた観察では、半導体デバイスの基板材料として用いられるシリコン (Si)が近 赤外光を透過させることから、赤外光などを用いた観察が行われている。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、可視光や赤外光 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 ヽる。
[0004] このため、このような半導体デバイスの微細構造について解析を行って、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、可視光や赤外光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の観察装置を用いて観察を行うことで、半導体デバイスでの 異常箇所を検出する方法が用いられている。
特許文献 1：特開平 7-190946号公報
特許文献 2：特開平 6— 300824号公報
特許文献 3 :特開平 10- 150086号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 上記したように、光を使用した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、設置が複雑であるなどの理 由により、半導体デバイスの検査に大変な手間と時間を要するという問題がある。
[0006] 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。 SILは、半球形状、またはワイエルストラス球と呼ばれる超半 球形状のレンズであり、通常は大きさが lmm程度と小型のレンズ素子である。この SI Lを観察対象の表面に密着させて設置すれば、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。し力しながら、半導体デバイス の検査においては、その取り扱いや観察制御などの点から、 SILを用いた検査は実 用化されていない。これは、半導体デバイス以外の試料の観察においても同様であ る。
[0007] 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、半導体デバイスの 微細構造解析などに必要な試料の観察を容易に行うことが可能な顕微鏡、及び試料 観察方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] このような目的を達成するために、本発明による顕微鏡は、試料を所定の観察面で 観察する顕微鏡であって、（1)対物レンズを含み試料の像を導く光学系と、（2)対物 レンズを駆動して試料に対する焦点合わせ及び収差補正を行うための対物レンズ駆 動手段と、（3)試料カゝら対物レンズへの光軸を含む位置に設けられた固浸レンズと、 (4)対物レンズ駆動手段を制御する制御手段とを備え、（5)制御手段は、試料の屈 折率 n、厚さ t、固浸レンズの屈折率 n、厚さ d、及び曲率半径 Rに基づいて設定
0 0 1 1 1
された補正条件で焦点合わせ及び収差補正を行う固浸レンズモードを制御モードと して有することを特徴とする。
[0009] また、本発明による試料観察方法は、試料を所定の観察面で、対物レンズを含む 光学系を介して観察する試料観察方法であって、 (a)試料から対物レンズへの光軸 を外れた待機位置に固浸レンズを配置して試料の通常画像を観察する通常画像観 察ステップ (第 1画像観察ステップ）と、 (b)試料から対物レンズへの光軸を含む挿入 位置に固浸レンズを配置し、試料の屈折率 n、厚さ t、固浸レンズの屈折率 n、厚さ
0 0 1 d、及び曲率半径 Rに基づいて設定された補正条件で焦点合わせ及び収差補正を 行う補正ステップと、（c)補正ステップによって焦点合わせ及び収差補正がなされた 状態で試料の拡大画像を観察する拡大画像観察ステップ (第 2画像観察ステップ)と を備えることを特徴とする。
[0010] 上記した顕微鏡及び試料観察方法では、裏面から基板を通して行う半導体デバイ スの検査など、試料を通して所定の観察面に対して行う試料の観察において、固浸 レンズありで試料及び固浸レンズの光学パラメータを考慮した観察条件によって観察 を行う制御モード（固浸レンズモード）を用いて試料の観察を行っている。これにより、 固浸レンズありでの拡大画像を好適に取得することができ、試料の微細構造などの 観察を容易に行うことが可能となる。
[0011] 試料観察としては、例えば半導体デバイスを試料とし、半導体デバイスを裏面から 基板を通して観察する例が挙げられる。この場合、上記顕微鏡は半導体検査装置と して用いられ、半導体デバイスの微細構造解析などの検査を容易に行うことが可能と なる。また、試料の画像を導く光学系に対し、試料の画像を取得する画像取得手段 を設けても良い。
[0012] ここで、顕微鏡は、固浸レンズを駆動して、試料から対物レンズへの光軸を含む挿 入位置、及び光軸を外れた待機位置の間で移動させる固浸レンズ駆動手段を備え ることとしても良い。このような固浸レンズ駆動手段を設けることにより、固浸レンズなし
Zありでの通常画像 Z拡大画像の取得が容易になる。
[0013] また、光学系としては、対物レンズとして、試料の通常画像を観察するための第 1の 対物レンズ、及び固浸レンズとともに試料の拡大画像を観察するための第 2の対物レ ンズを有する構成を用いても良 ヽ。このように固浸レンズなし Zありで別個の対物レン ズを用いる場合、上記した固浸レンズ駆動手段としては対物レンズを切り換えるレポ ルバが用いられる。
[0014] また、顕微鏡は、制御手段が、試料の屈折率 n、及び観察面までの試料の厚さ t
0 0 に基づ!/、て設定された補正条件で焦点合わせを行う通常モードと、上記した固浸レ ンズモードとの 2つの制御モードを有することが好ましい。同様に、試料観察方法は、 試料カゝら対物レンズへの光軸を外れた待機位置に固浸レンズを配置し、試料の屈折 率 n、及び観察面までの試料の厚さ tに基づいて設定された補正条件で焦点合わ
0 0
せを行う通常補正ステップを備えることが好ましい。また、このような通常モードにお いても、必要があれば固浸レンズモードと同様に、焦点合わせとともに収差補正を行 うこととしても良い。
[0015] 上記した顕微鏡及び試料観察方法では、固浸レンズなしで試料の光学パラメータ を考慮した観察条件によって観察を行う第 1モード (通常モード）と、固浸レンズありで 試料及び固浸レンズの光学パラメータを考慮した観察条件によって観察を行う第 2モ ード（固浸レンズモード）とを切り換えて試料の観察を行っている。これにより、固浸レ ンズなし Zありでの通常画像 Z拡大画像をそれぞれ好適に取得することができ、試 料の微細構造などの観察を容易に行うことが可能となる。
[0016] 試料に対する焦点合わせについては、顕微鏡は、対物レンズ駆動手段が、試料と 対物レンズとの間隔を変化させて焦点合わせを行う焦点調節手段を有することが好 ましい。同様に、試料観察方法は、補正ステップにおいて、試料と対物レンズとの間 隔を変化させて焦点合わせを行うことが好まし 、。
[0017] また、収差補正については、顕微鏡は、対物レンズが、光軸に沿って配置された第 1レンズ群及び第 2レンズ群を有し、対物レンズ駆動手段は、対物レンズでの第 1レン ズ群と第 2レンズ群との間隔を変化させて収差補正を行う収差補正手段を有すること が好ましい。同様に、試料観察方法は、補正ステップにおいて、対物レンズでの光軸 に沿って配置された第 1レンズ群と第 2レンズ群との間隔を変化させて収差補正を行 うことが好ましい。
[0018] 具体的な補正方法については、顕微鏡は、制御手段が、固浸レンズモードでの補 正条件に対応する焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを有することが好ま しい。同様に、試料観察方法は、補正ステップにおいて、その補正条件に対応する 焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを用いることが好ま U、。
[0019] また、固浸レンズなし Zありを切り換える場合には、顕微鏡は、制御手段が、通常モ ード (第 1モード)での補正条件 (第 1補正条件）に対応する焦点合わせテーブル (第 1焦点合わせテーブル)と、固浸レンズモード (第 2モード)での補正条件 (第 2補正条 件）に対応する焦点合わせテーブル (第 2焦点合わせテーブル)及び収差補正テー ブル (第 2収差補正テーブル）とを有することが好ましい。この場合、通常モードにお いて収差補正を行う必要があれば、制御手段は、通常モードでの補正条件に対応す る収差補正テーブル (第 1収差補正テーブル)をさらに有することが好ましい。
[0020] 同様に、試料観察方法は、通常補正ステップ (第 1補正ステップ）において、その補 正条件 (第 1補正条件）に対応する焦点合わせテーブル (第 1焦点合わせテーブル） を用いるとともに、補正ステップ (第 2補正ステップ）において、その補正条件 (第 2補 正条件）に対応する焦点合わせテーブル (第 2焦点合わせテーブル)及び収差補正 テーブル (第 2収差補正テーブル)を用いることが好ましい。この場合、通常補正ステ ップにおいて収差補正を行う必要があれば、通常補正ステップにおいて、その補正 条件に対応する収差補正テーブル (第 1収差補正テーブル)をさらに用いることが好 ましい。
[0021] このように、焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを用いることにより、焦点 合わせ及び収差補正を容易かつ確実に実行することができる。
[0022] また、顕微鏡は、固浸レンズ駆動手段が、固浸レンズを支持する固浸レンズホルダ が連結された第 1腕部材と、第 1腕部材を試料に対して略平行な水平面内で回動さ せる第 1腕部材回動源と、第 1腕部材回動源を保持する第 2腕部材と、第 1腕部材回 動源の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、第 2腕部材を水平面内で回動させる 第 2腕部材回動源とを有する固浸レンズ移動装置であることが好ま 、。
[0023] このような固浸レンズ移動装置を用いることにより、半導体デバイスなどの試料及び 対物レンズに対して、固浸レンズを挿入位置と待機位置との間で好適に移動させるこ とができる。この場合、さらに、固浸レンズ移動装置は、第 2腕部材回動源を水平面 に直交する垂直方向に移動させる垂直方向移動源を有することが好ま 、。 発明の効果
[0024] 本発明によれば、固浸レンズを試料カゝら対物レンズへの光軸を含む挿入位置に配 置し試料及び固浸レンズの光学パラメータを考慮して観測を行う固浸レンズモードを 用い、試料の観察を所定の観察面で試料を通して行うことにより、試料の微細構造な どの観察を容易に行うことが可能な顕微鏡及び試料観察方法が得られる。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]図 1は、半導体検査装置の一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である
[図 2]図 2は、図 1に示した検査装置での対物レンズの構成を示す側面断面図である
[図 3]図 3は、図 1に示した検査装置での SILを用いた半導体デバイスの観察方法を 示す側面図である。
[図 4]図 4は、図 1に示した検査装置を用いた半導体検査方法の一例を示すフローチ ヤートである。
[図 5]図 5は、図 4に示した検査方法のうちで通常モードでの観察及び SILモードでの 観察につ 、て示すフローチャートである。
[図 6]図 6は、半導体デバイスの観察における (a)デフォルト状態、（b)通常モード、及 び (c) SILモードを示す模式図である。
[図 7]図 7は、基板の屈折率と幾何学的収差との相関の一例を示すグラフである。
[図 8]図 8は、基板の厚さとフォーカス移動量との相関の一例を示すグラフである。
[図 9]図 9は、基板の厚さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の一例を示すダラ フである。
[図 10]図 10は、測定深さとフォーカス移動量との相関の一例を示すグラフである。
[図 11]図 11は、測定深さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の一例を示すグ ラフである。
[図 12]図 12は、測定深さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の他の例を示す グラフである。
[図 13]図 13は、半導体検査装置の他の実施形態を示す構成図である。 [図 14]図 14は、図 13に示した半導体検査装置を側面から示す構成図である。
[図 15]図 15は、 SILマニピュレータ及び対物レンズの一実施形態を上方から見た斜 視図である。
[図 16]図 16は、 SILが待機位置に配置されている状態の SILマニピュレータ及び対 物レンズを示す下面図である。
[図 17]図 17は、 SILが挿入位置に配置されて!、る状態の SILマニピュレータ及び対 物レンズを示す下面図である。
[図 18]図 18は、 SILが交換位置に配置されている状態の SILマニピュレータ及び対 物レンズを示す下面図である。
[図 19]図 19は、 SILホルダの構成を示す斜視図である。
[図 20]図 20は、 SILホルダの（a)待機位置の状態、及び (b)挿入位置の状態を示す 縦断面図である。
符号の説明
A…観察部、 1…画像取得部、 10···高感度カメラ、 12···レーザスキャン光学系ュ- ット (LSMユニット）、 12a…レーザ光導入用光ファイノく、 12c…検出用光ファイノく、 1 2b、 12d…レンズ、 12e…ビームスプリッタ、 12ί···ΧΥスキャナ、 15···ΧΥΖステージ、 15a"'XYステージ、 15b"'Zステージ、 16…検査部、 18···ステージ、 19···テストフィ タスチヤ、 2···光学系、 20···対物レンズ、 20a…第 1レンズ群、 20b…第 2レンズ群、 2 1···補正環、 22···カメラ用光学系、 22a…レンズ、 24- LSMユニット用光学系、 24a …ビームスプリッタ、 24b…ミラー、 24c…レンズ、 3···固浸レンズ（SIL)、 30- SIL駆 動部、 40···補正環駆動部、
B…制御部、 51···観察制御部、 51a…カメラ制御部、 51b"'LSM制御部、 51 ·· OBIRCH制御部、 52···ステージ制御部、 53—SIL制御部、 54···対物レンズ制御部 、 C…解析部、 61···画像解析部、 62···指示部、 63···表示装置。
30A SILマニピュレータ、 71···第 1腕部材、 72…第 1腕部材回動源、 73···第 2 腕部材、 74…第 2腕部材回動源、 75···Ζ方向移動源、 76、 77···支持部、 85···光結 合材料供給パイプ、 95···気体供給パイプ、 5 SILホルダ、 6…ホルダ、 7…腕部、 8 …第 1ホルダ、 9···第 2ホルダ、 11· "キャップ。 発明を実施するための最良の形態
[0027] 以下、図面とともに本発明による顕微鏡、及び試料観察方法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。
[0028] まず、本発明による顕微鏡である半導体検査装置の基本的構成について説明する 。図 1は、本発明による半導体検査装置の一実施形態の構成を模式的に示すブロッ ク図である。本装置は、例えばトランジスタや配線など力もなる回路パターンがデバイ ス面上に形成された半導体デバイス Sを検査対象 (観察対象)の試料とするとともに、 そのデバイス面を観察面に設定し、デバイス面とは反対の裏面カゝら基板を通して半 導体デバイス Sを観察して検査を行う検査装置である。ここで、本発明による顕微鏡 及び試料観察方法は、試料の観察を所定の観察面で試料を通して行う場合に適用 可能であるが、以下においては、主にその適用例である半導体検査装置及び検査 方法について説明する。
[0029] 本実施形態による半導体検査装置は、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 理ゃ指示等を行う解析部 Cとを備えている。また、本検査装置による検査対象、すな わち観察対象の試料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、その観察面となるデバイス面をステージ 18側、裏面を上側として載置されてい る。
[0030] 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 1と、光学系 2と、 固浸レンズ（SIL: Solid Immersion Lens) 3とを有している。画像取得部 1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 1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 1へと導く光学系 2が設けられてい る。
[0031] 光学系 2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 2 を介して画像取得部 1に到達する。そして、画像取得部 1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。
[0032] 画像取得部 1と光学系 2とは、互いの光軸が一致され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 1及び光学系 2に対し、 XYステージ 15a及び Zステー ジ 15bからなる XYZステージ 15が設置されている。 XYステージ 15aは、画像取得部 1及び光学系 2を X - Y面内（水平面内）で移動させて、半導体デバイス Sに対する観 察位置 (検査位置）を設定するために用いられる。また、 Zステージ 15bは、画像取得 部 1及び光学系 2を Z方向（垂直方向）に移動させて、半導体デバイス Sに対する焦 点を調整するために用いられる。これにより、 Zステージ 15bは、半導体デバイス Sの 基板と光学系 2の対物レンズ 20との間隔を変化させて観察の焦点合わせを行う焦点 調節手段として機能する。
[0033] また、本実施形態においては、図 2の側面断面図に示すように、対物レンズ 20のレ ンズ群が、第 1レンズ群 20a及び第 2レンズ群 20bの 2つのレンズ群によって構成され ている。これらのレンズ群 20a、 20bは、対物レンズ 20の光軸に沿って上側、下側に それぞれ配置されている。対物レンズ 20は、その外周部に設けられた補正環 21 (図 1参照）を回転させることにより、レンズ群 20a、 20bの間隔 uを変化させることが可能 に構成されている。また、補正環 21は、補正環駆動部 40によって駆動制御されてい る。これにより、補正環 21及び補正環駆動部 40は、対物レンズ 20でのレンズ群 20a 、 20bの間隔 uを変化させて観測の収差補正を行う収差補正手段として機能する。
[0034] このような構成において、 Zステージ 15bからなる焦点調節手段と、補正環 21及び 補正環駆動部 40からなる収差補正手段とにより、対物レンズ 20を駆動して半導体デ バイス Sに対する焦点合わせ及び収差補正を行う対物レンズ駆動手段が構成されて いる。なお、図 2においては、補正環 21を含む対物レンズ 20の具体的な構造及び駆 動機構については図示を省略している。また、半導体デバイス Sに対する焦点合わ せについては、半導体デバイス Sを載置するステージ 18を駆動することによって行つ ても良い。
[0035] また、図 1に示す検査装置では、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の状態の制御等を行う。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。
[0036] 本実施形態にぉ 、ては、この観察部 Aには、さらに、 SIL3が設置されて!、る。この SIL3は、半導体デバイス Sの画像を拡大するために用いられるレンズである。また、 SIL3は、画像取得部 1及び光学系 2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に設置されている。具体的には、 SIL3は、半導体デバイス Sか ら対物レンズ 20への光軸を含み、半導体デバイス Sに密着して設置される挿入位置 と、光軸を外れた待機位置との間を移動可能に構成されている。
[0037] また、 SIL3に対し、固浸レンズ駆動部（SIL駆動部） 30が設けられて!/、る。 SIL駆 動部 30は、 SIL3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、 SIL駆動部 30は、 SIL3の位置を微小に移動させることにより、光 学系 2の対物レンズ 20に対する SIL3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配置された状態で SIL3を図 示している。
[0038] ここで、通常、 SILとしては、球心が焦点となり開口率 NA及び倍率がともに n倍とな る半球形状を有するレンズ、あるいは、球心から RZnだけ下方にずれた位置が焦点 となり開口率 NA及び倍率がともに n2倍となる超半球形状を有するレンズが用いられ ている（例えば、特開 2002-189000号公報参照）。
[0039] 図 3は、図 1に示した検査装置での SILを用いた半導体デバイスの観察方法を示す 側面図である。本検査装置においては、上記したように半導体デバイス Sは、そのデ バイス面 Saを下側 (ステージ 18側）、裏面 Sbを上側（対物レンズ 20側）としてステー ジ 18上に設置される。この半導体デバイス Sに対し、 SIL3は挿入位置では、その平 面状もしくは凸面状のレンズ面が裏面 Sbに密着するように配置される。このような SIL としては、例えば piano- convex lens, bi- convex lensが知られている（例えば、特開 平 5-157701号公報、及び米国特許第 6594086号公報参照）。
[0040] このように、対物レンズ 20及び SIL3を用いて半導体デバイス Sを裏面 Sbから基板 を通して観察する場合、半導体デバイス Sでの光学パラメータとしては、基板の屈折 率 n、及び厚さ tがある。また、 SIL3での光学パラメータとしては、屈折率 n、厚さ d
0 0 1 1
、及び球面状のレンズ面の曲率半径 Rがある。図 3中においては、対物レンズ 20側 力も SIL3及び基板を通ってデバイス面 Saへと集束する光路を実線によって示してい る。また、半導体デバイス Sの基板の屈折率 nが SIL3の屈折率 nと等しいと仮定し
0 1
た場合の光路を点線によって示して 、る。
[0041] また、図中の Lは、点線の光路での SIL3の、固浸レンズ球面からの測定深さ、すな わち SIL3のレンズ面形状から求められる焦点位置の SIL3の頂点からの距離である (以下、測定深さとする)。この測定深さ Lは、実際の観察においてデバイス面 Saに焦 点が合うように、 L=d +t X (n Zn )によって求められる。なお、 SIL3の具体的な
1 0 1 0
レンズ形状 (例えば曲率半径 Rに対する厚さ dの設定）については、必要に応じて 適宜設定される。また、一般に、基板 (試料)の厚さ tについては、試料の内部に観
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察面を設定して試料の一部を通して観察を行う場合には、その観察面までの試料の 厚さを厚さ tとすれば良い。
0
[0042] 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。
[0043] 制御部 Bは、観察制御部 51と、ステージ制御部 52と、 SIL制御部 53と、対物レンズ 制御部 54とを有している。観察制御部 51は、画像取得部 1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。
[0044] ステージ制御部 52は、 XYステージ 15aの動作を制御することによって、本検査装 置における検査位置となる画像取得部 1及び光学系 2による半導体デバイス Sの観 察位置の設定、あるいはその位置合わせを制御する。また、 SIL制御部 53は、 SIL 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 SIL3の 移動、あるいは SIL3の挿入位置の調整等を制御する。
[0045] 対物レンズ制御部 54は、 Zステージ 15bの動作を制御することによって、半導体デ バイス Sの基板と対物レンズ 20との間隔を変化させる焦点合わせを制御する。さらに 、この制御部 54は、補正環駆動部 40及び補正環 21の動作を制御することによって、 対物レンズ 20でのレンズ群 20a、 20bの間隔 uを変化させる収差補正を制御する。
[0046] 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 1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による解析内容などを参照し、制 御部 Bに対して必要な指示を行う。また、解析部 Cに対して、表示装置 63が接続され ている。解析部 Cによって取得または解析された画像、データ等は、必要に応じて表 示装置 63に表示される。
[0047] このような構成にぉ 、て、制御部 Bは、 Zステージ 15b、補正環駆動部 40、及び補 正環 21を含む対物レンズ駆動手段と、 SIL駆動部 30を含む固浸レンズ駆動手段と を制御して、半導体デバイス Sのデバイス面 Saを観察する際の観察条件を制御する 制御手段となっている。特に、本実施形態においては、 SIL3が挿入位置と待機位置 との間を移動可能に構成されていることに対応して、 SIL制御部 53及び対物レンズ 制御部 54を含む制御部 Bは、通常モード (第 1モード)及び固浸レンズモード (SILモ ード、第 2モード）の 2つの制御モードを有している。
[0048] 通常モードでは、 SIL制御部 53は、 SIL駆動部 30によって光軸を外れた待機位置 に SIL3を配置する。また、対物レンズ制御部 54は、半導体デバイス Sの基板の屈折 率 n、及び厚さ tに基づいて設定された第 1補正条件で、 Zステージ 15b、補正環駆
0 0
動部 40、及び補正環 21によって観察条件の焦点合わせ及び収差補正を行う。そし て、対物レンズ 20を含む光学系 2を介して、裏面 Sbからの半導体デバイス Sの観察 が行われる。対物レンズ制御部 54には、この第 1補正条件に対応する第 1焦点合わ せテーブル及び第 1収差補正テーブルが用意されている。
[0049] SILモードでは、 SIL制御部 53は、 SIL駆動部 30によって光軸を含む挿入位置に SIL3を配置する。また、対物レンズ制御部 54は、半導体デバイス Sの基板の屈折率 n、厚さ t、 SIL3の屈折率 n、厚さ d、及び曲率半径 Rに基づいて設定された第 2
0 0 1 1 1
補正条件で、 Zステージ 15b、補正環駆動部 40、及び補正環 21によって観察条件の 焦点合わせ及び収差補正を行う。そして、対物レンズ 20を含む光学系 2と、 SIL3とを 介して、裏面 Sbからの半導体デバイス Sの観察が行われる。対物レンズ制御部 54に は、この第 2補正条件に対応する第 2焦点合わせテーブル及び第 2収差補正テープ ルが用意されている。
[0050] 次に、本発明による試料観察方法である半導体検査方法について説明する。図 4 は、図 1に示した検査装置を用いた半導体検査方法の一例を示すフローチャートで ある。また、図 5は、図 4に示した検査方法のうちで通常モードでの観察及び SILモー ドでの観察による観察方法について具体的に示すフローチャートである。また、図 6 は、半導体デバイスの観察における（a)デフォルト状態、（b)通常モード、及び (c) SI Lモードを示す模式図である。
[0051] まず、検査対象となる半導体デバイス Sに対して観察に好適な光学パラメータを有 する SIL3を選択し、その SIL3を SIL駆動部 30に対してセットする（ステップ S101)。 そして、選択された SIL3の屈折率 n、厚さ d、及び曲率半径 Rの各光学パラメータ を、解析部 Cに設けられた入力装置を介して入力する（S102)。また、検査対象の半 導体デバイス Sを、裏面 Sbを上側としてステージ 18上にセットする（S103)。そして、 セットした半導体デバイス Sの裏面 Sbに観察の焦点を合わせる。これにより、図 6 (a) に示すように、半導体デバイス Sの上面となっている裏面 Sbに焦点が合うように、焦 点及び収差が設定される（S 104)。この状態、すなわち基板の厚さ t =0が、半導体
0
デバイス Sを観察する際のデフォルト状態 (原点出しを行った状態）となる。なお、この 状態では、 SIL3は光軸を外れた待機位置に配置されて 、る。
[0052] 次に、観察対象の試料となる半導体デバイス Sの基板の屈折率 n及び厚さ tの各
0 0 光学パラメータを入力する（S105)。
[0053] 続いて、半導体デバイス Sに対し、対物レンズ 20を用いる通常モードでの観察を行 う（S200)。具体的には、図 5のフローチャートに示すように、基板の屈折率 n、及び
0 厚さ tに応じた第 1焦点合わせテーブル、第 1収差補正テーブルを使用し、対物レン
0
ズ 20の移動量 Δ Ζ、及びレンズ群 20a、 20bの間隔 uを調整する。これにより、図 6 (b )に示すように、裏面 Sbから基板を通して半導体デバイス Sの観察面に設定されてい るデバイス面 Saに焦点が合うように、焦点合わせ及び収差補正が実行される (S201 、第 1補正ステップ)。 [0054] 観察条件の設定が終了したら、半導体デバイス Sを検査するための観察を行う (S2 02、第 1画像観察ステップ)。ここでは、画像取得部 1により、対物レンズ 20を含む光 学系 2を介して、半導体デバイス Sのデバイス面 Saに設けられた回路パターンの通常 画像を観察する。また、ステージ制御部 52により、 XYステージ 15aを駆動制御して 画像取得部 1及び光学系 2を X— Y面内で移動させる。そして、半導体デバイス Sの観 察したい箇所を見つけて視野中心にセットし、検査位置 (観察位置）に設定する。
[0055] 続!、て、対物レンズ 20に加えて SIL3を用いる SILモードでの観察を行う（S300)。
具体的には、 SIL制御部 53により SIL駆動部 30を駆動し、 SIL3を待機位置力ゝら揷 入位置へと移動する。そして、半導体デバイス Sの裏面 Sbに密着した状態で、検査 位置に合わせて SIL3を視野に挿入する（S301)。この状態で、基板の屈折率 n、厚
0 さ t、 SIL3の屈折率 n、厚さ d、及び曲率半径 Rに応じた第 2焦点合わせテーブル
0 1 1 1
、第 2収差補正テーブルを使用し、対物レンズ 20の移動量 Δ Ζ、及びレンズ群 20a、 20bの間隔 uを調整する。これにより、図 6 (c)に示すように、 SIL3及び基板を通して 半導体デバイス Sのデバイス面 Saに焦点が合うように、焦点合わせ及び収差補正が 実行される（S302、第 2補正ステップ)。また、必要に応じて焦点、収差、 SIL3の位 置等の観察条件について微調整を行う（S303)。
[0056] 観察条件の設定が終了したら、半導体デバイス Sの観察を行う（S304、第 2画像観 察ステップ)。ここでは、画像取得部 1により、対物レンズ 20を含む光学系 2及び SIL3 を介して、半導体デバイス Sの拡大画像を観察し、検査位置にある回路パターンにつ いて検査を行う。設定された検査位置に対して必要な観察及び検査が終了したら、 S IL3を視野力 外して待機位置へと移動する（S305)。
[0057] 次に、図 4のフローチャートに示すように、ステージ 18にセットされている半導体デ バイス Sについて、他の位置を観察する必要があるかどうかを確認し (S 106)、必要 があれば通常モードでの観察（S200)及び SILモードでの観察（S300)を繰返して 実行する。また、他の位置を観察する必要がなければ、他の半導体デバイスを観察 するかどうかを確認し（S107)、必要があれば半導体デバイス Sのセット（S103)以降 の各プロセスを繰返して実行する。他の半導体デバイスがなければ、半導体デバイス の検査を終了する。 [0058] 本実施形態による半導体検査装置、及び半導体検査方法の効果について説明す る。
[0059] 図 1に示した半導体検査装置、及び図 4、図 5に示した半導体検査方法においては 、裏面 Sbから基板を通して行う半導体デバイス Sの検査において、 SIL3を待機位置 に配置して基板の光学パラメータ n、 tを考慮した観察条件で観察を行う通常モード
0 0
と、 SIL3を挿入位置に配置して基板の光学パラメータ n、 t及び SIL3の光学パラメ
0 0
ータ n、 d、 Rを考慮した観察条件で観察を行う SILモードとを切り換えて検査を行 つている。これにより、 SIL3なし Zありの状態のそれぞれについて焦点合わせ及び 収差補正を適切に実行して、半導体デバイス Sの通常画像 Z拡大画像をそれぞれ 好適に取得することができる。したがって、半導体デバイス Sの微細構造解析などの 検査を容易に行うことが可能となる。
[0060] また、上記実施形態にお!、ては、対物レンズ 20に対する焦点調節手段として、半 導体デバイス Sの基板と対物レンズ 20との間隔を調整する Zステージ 15bを用いてい る。また、対物レンズ 20に対する収差補正手段として、レンズ群 20a、 20bからなるレ ンズ構成を適用するとともに、レンズ群の間隔を調整する補正環 21、及び補正環駆 動部 40を用いている。このような構成により、半導体デバイス Sを観察する際の焦点 及び収差を好適に調整することができる。また、これら以外の構成を用いても良い。 例えば、半導体デバイス Sに対する焦点合わせについては、上記したように半導体 デバイス Sを載置するステージ 18を Z軸方向に駆動する構成としても良 、。
[0061] また、焦点合わせ及び収差補正の具体的な方法にっ 、ては、各補正条件に対応 して制御部 Bに用意された焦点合わせテーブル、及び収差補正テーブルを用いて 実行している。これにより、半導体デバイス Sに対する観察条件を容易かつ確実に補 正することができる。ただし、このような方法としては、焦点合わせテーブル及び収差 補正テーブル以外の方法を用いても良い。例えば、焦点合わせ及び収差補正を行う ために必要な計算式を用意しておき、その計算式を用いて焦点合わせ、収差補正の 条件を算出する構成としても良い。
[0062] 図 1に示した構成においては、具体的には、焦点合わせテーブルは、 Zステージ 15 bによる対物レンズ 20の Z方向への駆動距離（フォーカス移動量） Δ Ζによって作成 することが好ましい。また、収差補正テーブルは、対物レンズ 20におけるレンズ群 20 a、 20bの間隔 u、または間隔 uに対応する補正環 21の回転量によって作成すること が好ましい。
[0063] また、これらの補正テーブルにつ 、ては、想定される基板及び SILの光学パラメ一 タの組合せに対してあらカゝじめ必要な数だけテーブルを作成しておき、入力されたパ ラメータに応じて使用するテーブルを選択しても良い。あるいは、パラメータが入力さ れた時点で補正テーブルを作成することとしても良い。また、 SILの光学パラメータの 入力については、パラメータの値を個別に入力する以外にも、 SILの型番に対応した ノ ラメータのセットを用意しておく構成や、パラメータの値が記憶された ICチップなど の記憶媒体を SILに設けておいて使用時にデータを読み出す構成などを用いても良 い。
[0064] なお、半導体基板及び SILに使用される主な材料、及びその屈折率 nとしては、以 下のものが挙げられる。
Si : 3. 5
GaP : 3. 1
GaAs : 3. 4
ガラス ：1. 45— 2
プラスチック： 1. 45— 2
[0065] また、 SILの材料につ!、ては、検査対象となる半導体デバイスでの Si、 GaPなどの 基板材料に対して屈折率が近いものを選択して用いることが好ましい。また、上記実 施形態では、観察対象の試料を半導体デバイスとした半導体検査装置及び検査方 法にっ ヽて説明して!/ヽるが、一般に半導体デバイスなどの各種のデバイスを試料と する場合には、対象となるデバイスとしては、半導体基板を用いたものに限らず、ポリ シリコン薄膜トランジスタなどのように、ガラスやプラスチックなどを基板とする集積回 路を観察対象としても良い。例えば液晶デバイスではガラス基板上に、また、有機 EL 等ではプラスチック基板上にデバイスが作製される。
[0066] Si製 SILを用いる場合、基板が Si基板であれば基板と SILとの界面で収差が生じ ないという利点がある。ただし、 1.： L m以下の波長の光については透過率が低ぐ 基板を薄くしても SILによって光が吸収される点に注意が必要である。
[0067] また、 GaP製 SILを用いる場合、 Siの透過波長域に加えて、可視域一 1. 1 mの 波長の光も透過するという利点がある。この場合、 Si基板を充分に薄くすることにより 、このような波長域での観察が可能となる。例えば、 Si基板を 30 m程度まで薄くし、 LSM (後述）による画像取得にぉ 、て 1 m以下の波長のレーザ光を用いることによ り、観察の高解像度化が実現できる。一方、 GaP製 SILでは、 Si基板の場合に基板と SILとの界面で屈折率差による球面収差といった幾何学的収差が発生する点に注意 が必要である。なお、上記のように基板を充分に薄くした場合には、幾何学的収差の 影響は無視できる。
[0068] 上記した半導体検査方法について、具体的なデータとともにさらに説明する。
[0069] まず、通常モードでの観察条件の補正について説明する。対物レンズ 20を用いた 半導体デバイス Sのデバイス面 Saの観察（図 6 (b)参照)では、その基板の裏面 Sbで 発生する幾何学的収差 Iは以下の式（1)
I= (n 2— l)t NA2
0 0
/ (2n 3) - (1)
0
で求められる。この式（1)において、 NAは対物レンズ 20の開口数である。
[0070] 図 7は、基板の屈折率と幾何学的収差との相関の一例を示すグラフである。このグ ラフにおいて、横軸は観察対象の基板 (試料)の屈折率 nを示し、縦軸は（幾何学的
0
収差 Z基板の厚さ） iZtを示している。また、このグラフでは、対物レンズ 20の開口
0
数を NA=0. 76としている。通常モードにおける観察条件の補正では、このように求 められる幾何学的収差 Iなどの光学特性に基づ!ヽて、焦点合わせテーブル及び収差 補正テーブルが作成される。
[0071] 図 8は、基板の厚さと対物レンズを移動させるフォーカス移動量との相関の一例を 示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は基板の厚さ t m)を示し、縦軸はフ
0
オーカス移動量 Δ Ζ (mm)を示している。また、グラフ A1は Si(n = 3. 5)、八2は〇&
0
P (n = 3. 1)、 A3はガラス (n = 1. 5)を基板材料としたときの相関を示している。こ
0 0
こで、式（1)からわ力るように、 NA及び nが一定であれば、幾何学的収差 Iは基板の
0
厚さ tに比例する。したがって、図 8に示す例では、焦点合わせ用のフォーカス移動 量 Δ Ζは、厚さ tまたは幾何学的収差 Iに対して比例式で算出される。
0
[0072] 図 9は、基板の厚さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の一例を示すグラフ である。このグラフにおいて、横軸は基板の厚さ t m)を示し、縦軸は対物レンズ 2
0
0において設定されるレンズ群 20a、 20bの間隔 u (mm)を示している。また、グラフ B 1は Si、 B2は GaP、 B3はガラスを基板材料としたときの相関を示している。図 9に示 す例では、収差補正用のレンズ群の間隔 uは、厚さ tまたは幾何学的収差 Iに対して
0
1次式で算出される。なお、図 8及び図 9において、係数値などを含む具体的な相関 式は、個々の対物レンズ 20におけるレンズ構成等によって決められる。また、相関式 の次数などの関数系につ 、ては、適当なものを用いれば良 、。
[0073] 次に、 SILモードでの観察条件の補正について説明する。対物レンズ 20にカ卩えて SIL3を用いたデバイス面 Saの観察（図 6 (c)参照）では、その幾何学的収差 Iは、 SI L3のレンズ球面で発生する幾何学的収差 IIと、 SIL3Z基板の界面で発生する幾何 学的収差 12との和 1=11 +12になる。 SIL3のレンズ球面で発生する幾何学的収差 II は、簡単のため R = lmm、n = 3. 5とすると以下の式（2)
11 = 6. 25 (L-1) 2
X (3. 5L-4. 5) L - -- (2)
で求められる。この式（2)において、 Lは図 3に示した SIL3の測定深さである。
[0074] また、 SIL3Z基板の界面で発生する幾何学的収差 12は以下の式 (3)
I2=n (n 2— n 2) t NA2
1 0 1 0
/ (2n 3) - (3)
0
で求められる。 SILモードにおける観察条件の補正では、このように求められる幾何 学的収差 II、 12などの光学特性に基づいて、焦点合わせテーブル及び収差補正テ 一ブルが作成される。
[0075] 図 10は、測定深さとフォーカス移動量との相関の一例を示すグラフである。このダラ フにお 、て、横軸は測定深さ L ( μ m)を示し、縦軸はフォーカス移動量 Δ Z (mm)を 示している。また、このグラフでは、基板の光学パラメータを n = 3. 5
0 、 t = 100 /ζ πι
0
、 SIL3の光学パラメータを η = 3. 1、R =0. 5mmとしている。なお、 SIL3の厚さ d は、上記した式 L = d +t X (n Zn )にしたがって測定深さ Lとともに変化する。この 図 10に示すような相関により、焦点合わせ用のフォーカス移動量 Δ Ζが算出される。
[0076] 図 11は、測定深さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の一例を示すグラフで ある。このグラフにおいて、横軸は測定深さ L ( m)を示し、縦軸はレンズ群 20a、 20 bの間隔 u (mm)を示している。また、このグラフでは、基板の光学パラメータを n = 3
0
. 5、 SIL3の光学パラメータを n = 3. 1、 R =0. 5mmとし、到達 NAを 2. 2とした補 正状態を示している。また、グラフ COは補正なしの状態、 C1は SIL3の厚さ d =480 πι、 C2は d =450 ^ m, C3は d =420 ^ m, C4は d = 390 πι、 C5は d = 360 ^ m, C6は d = 330 mでの補正状態を示している。なお、基板の厚さ tは、上記し
1 0 た Lの式にしたがって測定深さ Lとともに変化する。
[0077] また、図 12は、測定深さと対物レンズでのレンズ群の間隔との相関の他の例を示す グラフである。このグラフでは、基板の光学パラメータを n = 3. 5、 SIL3の光学パラメ
0
ータを n = 3. 5、R =0. 5mmとし、到達 NAを 2. 5とした補正状態を示している。こ の場合、基板及び SIL3の屈折率が等しいためレンズ群の間隔 uは SIL3の厚さ dに はよらず、基板の厚さ t及び SIL3の厚さ dが測定深さ Lとともに任意の組合せで変
0 1
化する。これらの図 11、図 12に示すような相関により、収差補正用のレンズ群の間隔 uが算出される。
[0078] 本発明による半導体検査装置及び検査方法についてさらに説明する。
[0079] 図 13は、本発明による半導体検査装置の他の実施形態を示す構成図である。また 、図 14は、図 13に示した半導体検査装置を側面から示す構成図である。本実施形 態は、図 1に示した半導体検査装置について、その具体的な構成を示すものとなつ ている。
[0080] 本実施形態による半導体検査装置は、観察部 Aと、制御部 Bと、解析部 Cとを備え ている。なお、ここでは、解析部 Cについて図示を省略している。検査対象となる半導 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。さらに、本 実施形態においては、半導体デバイス Sに対して検査に必要な電気信号等を印加 するテストフィクスチヤ 19が設置されている。半導体デバイス Sは、その裏面が対物レ ンズ 20に対面するように配置される。
[0081] 観察部 Aは、 B音箱（図示していない）内に設置された高感度カメラ 10と、レーザスキ ヤン光学系 (LSM : Laser Scanning Microscope)ユニット 12と、光学系 22、 24と、 XY Zステージ 15と、 SIL3と、 SIL駆動部 30と、補正環駆動部 40とを有している。
[0082] これらのうち、カメラ 10及び LSMユニット 12は、図 1に示した構成における画像取 得部 1に相当している。また、光学系 22、 24は、光学系 2に相当している。光学系 22 、 24の半導体デバイス S側には、対物レンズ 20が設けられている。本実施形態にお いては、図 13及び図 14に示すように、それぞれ異なる倍率を有する複数の対物レン ズ 20が切り換え可能に設けられている。また、対物レンズ 20には、図 2に示した 2つ のレンズ群 20a、 20b及び補正環 21が設けられており、補正環駆動部 40によって収 差を補正可能に構成されている。また、テストフィクスチヤ 19は、検査部 16に相当し ている。また、 LSMユニット 12は、画像取得部 1としての機能と合わせて、検査部 16 としての機能も有している。
[0083] 光学系 22は、対物レンズ 20を介して入射された半導体デバイス Sからの光をカメラ 10へと導くカメラ用光学系である。カメラ用光学系 22は、対物レンズ 20によって所定 の倍率で拡大された画像をカメラ 10内部の受光面に結像させるための結像レンズ 2 2aを有している。また、対物レンズ 20と結像レンズ 22aとの間には、光学系 24のビー ムスプリッタ 24aが介在している。高感度カメラ 10としては、例えば冷却 CCDカメラな どが用いられる。
[0084] このような構成において、半導体デバイス S力もの光は対物レンズ 20及びカメラ用 光学系 22を含む光学系を介してカメラ 10へと導かれる。そして、カメラ 10によって、 半導体デバイス Sのパターン画像などの画像が取得される。あるいは、半導体デバイ ス Sの発光画像を取得することも可能である。この場合には、テストフィクスチヤ 19に よって電圧を印加した状態で半導体デバイス Sから発生した光力 光学系を介して力 メラ 10へと導かれる。そして、カメラ 10によって、異常観察画像として用いられる半導 体デバイス Sの発光画像が取得される。半導体デバイス Sからの発光としては、半導 体デバイスの欠陥に基づく異常箇所に起因するものや、半導体デバイス中のトランジ スタのスイッチング動作に伴うトランジェント発光などが例として挙げられる。さらに、取 得される画像は、デバイスの欠陥に基づく発熱画像であっても良 、。
[0085] LSMユニット 12は、赤外レーザ光を照射するためのレーザ光導入用光ファイバ 12 aと、光ファイバ 12aから照射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ 12bと、 レンズ 12bによって平行光とされたレーザ光を反射して光路を変換するビームスプリ ッタ 12eと、ビームスプリッタ 12eで反射されたレーザ光を XY方向に走査して半導体 デバイス S側へと出射する XYスキャナ 12fとを有して 、る。
[0086] また、 LSMユニット 12は、半導体デバイス S側力 XYスキャナ 12fを介して入射さ れ、ビームスプリッタ 12eを透過した光を集光するコンデンサレンズ 12dと、コンデンサ レンズ 12dによって集光された光を検出するための検出用光ファイバ 12cとを有して いる。
[0087] 光学系 24は、半導体デバイス S及び対物レンズ 20と、 LSMユニット 12の XYスキヤ ナ 12fとの間で光を導く LSMユニット用光学系である。 LSMユニット用光学系 24は、 半導体デバイス Sから対物レンズ 20を介して入射された光の一部を反射するビーム スプリッタ 24aと、ビームスプリッタ 24aで反射された光の光路を LSMユニット 12に向 力 光路へと変換するミラー 24bと、ミラー 24bで反射された光を集光するレンズ 24c とを有している。
[0088] このような構成において、レーザ光源（図示していない）からレーザ光導入用光ファ ィバ 12aを介して出射された赤外レーザ光は、レンズ 12b、ビームスプリッタ 12e、 XY スキャナ 12f、光学系 24、及び対物レンズ 20を通って半導体デバイス Sへと照射され 、半導体デバイス S内へと入射する。
[0089] この入射光に対する半導体デバイス Sからの反射散乱光は、半導体デバイス Sのデ バイス面に設けられて 、る回路パターンを反映して 、る。半導体デバイス Sからの反 射光は、入射光とは逆の光路を通ってビームスプリッタ 12eへと到達し、ビームスプリ ッタ 12eを透過する。そして、ビームスプリッタ 12eを透過した光は、レンズ 12dを介し て検出用光ファイバ 12cへと入射し、検出用光ファイバ 12cに接続された光検出器に よって検出される。
[0090] 検出用光ファイバ 12cを介して光検出器で検出される光の強度は、上記したように 、半導体デバイス Sに設けられている回路パターンを反映した強度となっている。した がって、 XYスキャナ 12fによって赤外レーザ光が半導体デバイス S上を X— Y走査す ることにより、半導体デバイス Sの回路パターンなどの画像を鮮明に撮像することがで きる。
[0091] 観察部 Aには、さらに、 SIL3が設置されている。 SIL3は、高感度カメラ 10、 LSM ユニット 12、光学系 22、 24、及び対物レンズ 20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、上述した挿入位置及び待機位置の間を移動可能に構成さ れている。また、 SIL3に対し、 SIL駆動部 30が設けられている。 SIL駆動部 30は、 SI L3を支持する SILホルダが連結された SIL移動装置（SILマニピュレータ)から構成 され、 SIL3を X、 Y方向、及び Z方向に移動させる XYZ駆動機構である。
[0092] 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。なお、図 13、図 14においては、解析部 Cについては図示 を省略している。
[0093] 制御部 Bは、カメラ制御部 5 laと、 LSM制御部51bと、 OBIRCH制御部 51cと、ス テージ制御部 52と、 SIL制御部 53と、対物レンズ制御部 54とを有している。これらの うち、ステージ制御部 52、 SIL制御部 53、及び対物レンズ制御部 54については、 2 つの制御モードでの焦点合わせ及び収差補正の制御も含めて、図 1に関して上述し た通りである。また、カメラ制御部 51a、 LSM制御部 51b、及び OBIRCH制御部 51c は、図 1に示した構成における観察制御部 51に相当して 、る。
[0094] カメラ制御部 5 la及び LSM制御部 5 lbは、それぞれ高感度カメラ 10及び LSMュ ニット 12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の画像の取得を制御する。また、 OBIRCH制御部 51cは、半導体デバイス Sの検 查に用いられる OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Change)画像を取得す るためのものであり、レーザ光を走査した際に発生する半導体デバイス Sでの電流変 化を抽出する。
[0095] 解析部 Cは、図 1に示したように、画像解析部 61及び指示部 62を有し、例えばコン ピュータなどによって構成される。カメラ制御部 51a、及び LSM制御部 51bからの画 像情報は、解析部 Cのコンピュータに備えられた画像取込ボードを介して入力される
[0096] 図 13及び図 14に示した半導体検査装置を用いた半導体検査方法について概略 的に説明する（図 4及び図 5参照)。まず、 SIL3を待機位置に配置する通常モードに より、第 1補正条件で焦点合わせ及び収差補正がなされた観測条件で半導体デバイ ス Sの観察を行う（S200)。具体的には、 LSMユニット 12によって半導体デバイス S を走査して、そのパターン画像を取得する。また、半導体デバイス Sでの異常箇所の 検出に用いられる異常観察画像を取得する。この異常観察画像としては、 OBIRCH 制御部 51cによって取得される OBIRCH画像、あるいは、カメラ 10によって取得され る発光画像などが用いられる。これらのパターン画像及び異常観察画像については 、必要に応じて、各画像の重ね合わせ、及び表示装置 63への表示等が行われる。ま た、取得された画像を用いて半導体デバイス Sの異常箇所を調べて、検出された異 常箇所を検査位置とし、検査位置が視野の中央に位置するように XYZステージ 15 等を設定する。
[0097] 次に、 SIL3を半導体デバイス Sの検査位置に対応する挿入位置に配置する SILモ ードにより、第 2補正条件で焦点合わせ及び収差補正がなされた観察条件で半導体 デバイス Sの観察を行う（S300)。ここでは、半導体デバイス S上に配置された SIL3、 及び対物レンズ 20等を介して、拡大されたパターン画像、 OBIRCH画像、発光画像 などの画像を取得する。また、必要に応じて、各画像の重ね合わせ、表示装置 63へ の表示等を行う。なお、発光画像を取得する際には、 SIL3によって発生する色収差 量に合わせてステージ等を適宜移動させ、倍率をソフトウェアで合わせて画像の重 ね合わせを行う。
[0098] 図 13及び図 14に示した半導体検査装置において SIL駆動部 30として用いられる 固浸レンズ移動装置（SIL移動装置）の具体例について説明する。図 15は、 SIL移 動装置である SILマニピュレータ及び対物レンズの一実施形態を上方から見た斜視 図である。
[0099] SIL3は、 SILホルダ 5によって支持されている。図 15に示した SILマニピュレータ 3 0A (SIL駆動部 30)は、この SILホルダ 5に支持された状態の SIL3を 3次元方向に 駆動して、対物レンズ 20への光軸を含んで半導体デバイス Sに密着される挿入位置 、及び光軸を外れた待機位置の間を移動させる SIL移動装置である。また、本構成 例の SILマニピュレータ 30Aは、さらに、 SILホルダ 5に支持された SIL3を交換する ための交換位置へも移動可能に構成されている。 [0100] 具体的には、 SILマニピュレータ 30Aは、 SILホルダ 5を装着した第 1腕部材 71と、 この第 1腕部材 71を X-Y平面 (水平面）内で回動させる第 1腕部材回動源 72と、第 1 腕部材回動源 72を保持する第 2腕部材 73と、この第 2腕部材 73を X - Y平面内で回 動させる第 2腕部材回動源 74とを有している。さらに、 SILマニピュレータ 30Aは、 X Y平面に直行する Z方向に第 2腕部材回動源 74を移動させる Z方向移動源 75を有 し、この Z方向移動源 75が基端側とされ、移動する第一腕部材 71が終端側とされて いる。
[0101] Z方向移動源 75は、例えば送り螺子等により移動軸力 ¾方向に移動する Z軸モータ 等で構成され、支持部 76を介して検査装置本体側の顕微鏡部分などに装着されて いる。この支持部 76は、装置本体に例えば螺子留め等で着脱可能に装着され、 SIL マニピュレータ 30Aを外して観察する場合や、他の SIL移動装置を装着して観察す る場合等の利便性が図られている。また、 Z方向移動源 75の移動軸には、支持部 77 を介して第 2腕部材回動源 74が連結されている。この第 2腕部材回動源 74は、出力 軸が正逆方向に回動する（所定範囲内で回動すれば良い）回動軸とされるモータ等 で構成され、 Z方向移動源 75の駆動により、 Z方向に移動される。
[0102] 第 2腕部材回動源 74の回動軸には、第 2腕部材 73の一端が連結されて 、る。この 第 2腕部材 73は、図 15に示すように、第 2腕部材 73が半導体デバイス Sの観察位置 の視野 (対物レンズ 20の視野)から容易に遠ざ力るように湾曲状に構成されて 、る。 この第 2腕部材 73の他端には、第 1腕部材回動源 72が固定されている。この第 1腕 部材回動源 72は、出力軸が正逆方向に回動する（所定範囲内で回動すれば良い） 回動軸とされるモータ等で構成されて 、る。
[0103] このように、第 1腕部材回動源 72の回動軸と第 2腕部材回動源 74の回動軸とは非 同軸に位置している。そして、第 1腕部材回動源 72は、第 2腕部材回動源 74の駆動 により、第 2腕部材回動源 74の回動軸を支点として第 2腕部材 73と共に X— Y平面内 を回動される。また、第 1腕部材回動源 72の回動軸には、前述した第 1腕部材 71の 他端が連結されている。この第 1腕部材 71は、第 1腕部材回動源 72の駆動により、 第 1腕部材回動源 72の回動軸を支点として X— Y平面内を回動される。
[0104] 以上の構成により、第 1腕部材 71の一端に連結されている SILホルダ 5に支持され た SIL3は、第 1腕部材回動源 72、第 2腕部材回動源 74の駆動により、 X - Y平面内 を、各々の回動を合成した合成方向に移動される。また、 SIL3は、 Z方向移動源 75 の駆動により Z方向に移動される。そして、その結果、 3次元方向の各所定位置に SI L3が自在に移動される。図 16—図 18は、それぞれ SILマニピュレータ 30A及び対 物レンズ 20を示す下面図であり、図 16は SIL3が待機位置に配置されている状態を 、図 17は SIL3が挿入位置に配置されている状態を、また、図 18は SIL3が交換位置 に配置されて ヽる状態をそれぞれ示して ヽる。
[0105] また、図 15に示す SILマニピュレータ 30Aには、 SIL3に対して光学密着液を供給 する光結合材料供給パイプ 85、及び乾燥気体を供給する気体供給パイプ 95が設け られている。これらは、 SIL3を挿入位置に配置して、半導体デバイス Sに対して光学 的に密着させる際に用いられるものである。
[0106] SIL3を支持する SILホルダ 5について説明する。図 19は、図 15に示した SILマ二 ピユレータにおける SILホルダの構成を示す斜視図である。また、図 20は、 SILホル ダの (a)待機位置の状態、及び (b)挿入位置の状態を示す縦断面図である。
[0107] SILホルダ 5は、図 19に示すように、略円筒状に構成されて SIL3を支持するホル ダ 6と、このホルダ 6を保持する腕部 7とを備えている。この SILホルダ 5は、光学密着 液と接触することがあるため、耐腐食性の高い例えばステンレス、アルミ等の金属の 他、レンズ形状に合わせて成形カ卩ェしゃすい榭脂として例えばアクリルや PET、ポリ エチレン、ポリカーボネート等で成形されている。
[0108] ホルダ 6は、図 20 (a)及び (b)に示すように、 SIL3を保持する第 1ホルダ 8と、この 第 1ホルダ 8を支持する第 2ホルダ 9とを備えている。これらの第 1ホルダ 8及び第 2ホ ルダ 9は、半導体デバイス Sに対する光路を妨げな ヽように略円筒状に構成されて 、 る。
[0109] 第 1ホルダ 8は、その上部の外周面に外方に突出する環状鍔部 8aを有するとともに 、その底面に、内側に向力 環状鍔部 8bを有する。そして、環状鍔部 8bの内周に形 成されている開口を通して、 SIL3の底面が下方に突出した状態で、 SIL3が第 1ホル ダ 8に例えば接着剤等で固着され保持されている。第 2ホルダ 9は、その底面に内側 に向かう環状鍔部 9aを有する。そして、環状鍔部 9aの内周に形成されている開口 9b を通して、第 1ホルダ 8の下部が下方に突出した状態で、第 1ホルダ 8の環状鍔部 8a が第 2ホルダ 9の環状鍔部 9aに載置され、第 1ホルダ 8及び SIL3が第 2ホルダ 9に自 重方向に支えられている。
[0110] ここで、第 1ホルダ 8の下部の外径を A、第 1ホルダ 8の環状鍔部 8aの外径を B、第 2 ホルダ 9の開口 9bの内径を Cとすると、 A< C< Bの関係に設定されているため、第 1 ホルダ 8は第 2ホルダ 9に対して自由とされるとともに第 2ホルダ 9から下方への第 1ホ ルダ 8の離脱が防止されている。
[0111] また、第 2ホルダ 9は、その上部の開口 9cに、例えば嵌合ゃ螺合等により装着され る SIL3の抜け止めのためのキャップ 11を備えている。このキャップ 11は、第 1ホノレダ 8及び第 2ホルダ 9と同様に略円筒状に構成され、キャップ 11の内径を Dとすると、 D < Bの関係に設定されている。従って、このキャップ 11により、半導体デバイス Sに対 する光路を妨げること無ぐ SIL3を保持した第 1ホルダ 8が第 2ホルダ 9の上部の開口 9cを通して飛び出すなどの離脱が防止され SILの紛失が防止されている。
[0112] また、腕部 7は、丸棒を略 L字状に曲げたもので、第 2ホルダ 9から外方に延び、そ の一端が上方に向力うとともにその他端が第 2ホルダ 9の側部に固定されている。こ の腕部 7の一端には、ノイブの側面の一部を平坦面とした回り止め部 7aが、腕部 7及 びホルダ 6の回り止めとして例えば嵌合等で固着されている。なお、腕部 7は、略 L字 状を成しその一端が上方に延びる構成とされているが、 X— Y平面内に延びる構成で あっても良い。また、この SILホルダ 5を構成する腕部 7は、図 15に示したように、 SIL マニピュレータ 30Aの第 1腕部材 71の一端に着脱可能に連結されている。
[0113] 以上の構成を有する SILホルダ 5及び SILマニピュレータ 30Aにおいて、図 16に示 した待機位置の状態では、腕部材 71、 73は畳まれ、 SIL3及び腕部材 71、 73は対 物レンズ 20の視野外にある。このとき、 SIL3を保持した第 1ホルダ 8は、図 20 (a)に 示すように、その環状鍔部 8aが第 2ホルダ 9の環状鍔部 9aに載置され、第 1ホルダ 8 及び SIL3が第 2ホルダ 9に自重方向に支えられて!/、る状態にある。
[0114] SIL3をこの待機位置力 挿入位置へと移動する場合、まず、腕部材 71、 73を回動 することで、図 17に示したように、待機位置にある SIL3を、半導体デバイス Sと対物 レンズ 20との間で光軸を含む位置へと移動する。この時、第 2腕部材 73は湾曲状に 構成されているため、第 2腕部材 73が対物レンズ 20の視野を妨げることなく視野から 容易に遠ざけられている。
[0115] このようにして SIL3を視野内に挿入したら、 SILマニピュレータ 30Aの Z方向移動 源 75を駆動して SIL3を下げ、 SIL3が観察位置に接近したら光結合材料供給パイ プ 85を介して光学密着液を供給し、 SIL3を観察位置上に載置して密着位置 (挿入 位置）に配置する。このようにして SIL3が半導体デバイス Sに対して挿入位置に載置 されると、図 20 (b)に示すように、第 2ホルダ 9により自重方向に支えられている SIL3 及び第 1ホルダ 8が、半導体デバイス Sにより持ち上げられた状態となる。さらに、この 状態で SIL3の位置などについて微調整等が行われる。なお、この際の光結合材料 としては、インデックスマッチングオイルなどの屈折率整合流体や、両親媒性分子を 含有する光学密着液が好適に使用される。
[0116] ここで、 SIL3及び第 1ホルダ 8は、半導体デバイス Sにより持ち上げられた状態で第 2ホルダ 9に対して自由な状態とされているため、半導体デバイス Sの観察位置には、 SIL3及び第 1ホルダ 8の自重のみが作用する。これにより、過度の圧力が加わること がなくされているとともに、 SIL3が観察位置に馴染み密着されている。さらに、気体 供給パイプ 95を介して気体を供給し、光学密着液を乾燥させることで、 SIL3を迅速 に半導体デバイス Sの観察位置に確実に密着させることができる。
[0117] また、 SIL3を交換する場合には、 SILマニピュレータ 30Aの第 1腕部材回動源 72 を駆動し第 1腕部材 71を回動することで、 SIL3を待機位置力も図 18に示す交換位 置に移動して連結部を第 2腕部材 73の下方近くから大きく外側に出し、腕部 7ごと SI Lホルダ 5を交換する。これにより、 SILホルダ 5の腕部 7の第 1腕部材 71に対する着 脱が容易とされているとともに、腕部 7ごと SILホルダ 5が交換されるため、微小な SIL 3を直接に取り扱うことなくレンズ交換が容易とされている。
[0118] 本発明による顕微鏡、及び試料観察方法は、上記した実施形態及び構成例に限ら れるものではなぐ様々な変形が可能である。例えば、上記した半導体検査装置では 、画像取得部 1、光学系 2、検査部 16等の具体的な構成、及び半導体デバイス Sを 検査するための具体的な検査方法等については、図 13及び図 14はその構成の一 例を示すものであり、これ以外にも様々な構成及び検査方法を用いることができる。 また、半導体デバイスなどの各種のデバイスについて観察のみを行う場合には、検 查部 16を設けずにデバイス観察装置として構成しても良い。また、画像取得部 1につ いても、操作者が直接に画像を観察する場合など不要であれば設けなくても良い。ま た、 SIL3を駆動する SIL駆動部 30についても、図 15に示した SILマニピュレータ 30 A以外にも様々なものを用いて良い。また、 SILと基板との光学密着を得るための上 記した光結合材料の使用は一例を示すものであり、これ以外にも、 SILを基板側へ 押圧することによりエバネッセント結合を得るようにしても良!、。
[0119] また、上記した実施形態では、半導体デバイスを観察対象とした半導体検査装置、 及び半導体検査方法について説明したが、本発明は、半導体デバイス以外を観察 対象の試料とする場合にも、試料を所定の観察面で試料を通して観察するために用 いられる顕微鏡、及び試料観察方法として適用が可能である。これにより、試料の観 察において、試料の微細構造などの観察を容易に行うことが可能となる。この場合の 試料としては、例えば、上述した半導体デバイスや液晶デバイスなどの各種のデバイ ス、あるいはプレパラートを用いたバイオ関連サンプルなどが挙げられる。
[0120] また、補正テーブルに用いられる SILの光学パラメータの入力につ!/、ては、上述し たように、ノ ラメータの値を個別に入力する以外にも、 SILの型番に対応したパラメ一 タのセットを用意しておく構成や、パラメータの値が記憶された ICチップなどの記憶 媒体を SILに設けてぉ 、て使用時にデータを読み出す構成などを用いても良!、。
[0121] 例えば、 SILの光学パラメータの入力は、 SIL、 SILホルダ、あるいはアームに取付 けた半導体デバイス Z磁気デバイスなどの記憶媒体に、 SILの型番、シリアル番号、 曲率半径、厚さ、屈折率などのパラメータを記憶しておく構成を用いることができる。 この場合のデータの読み出し方法としては、電波による受信、アーム及びマ-ピユレ ータによる電気的接触を介した受信などの方法がある。また、 SILホルダにバーコ一 ドなどを書き込んでおき、それを画像で認識することによってデータを読み出しても良 い。
[0122] あるいは、 SILホルダに、肉眼または画像で個々を識別できるような目印を付ける構 成を用いることができる。このような目印による SILの識別方法としては、線の色や本 数、点の色や数、ホルダ自体の色、シリアル番号などを用いて識別する方法がある。 また、この場合、 目印によって SILの IDを判別し、そのシリアル番号を入力して、あら 力じめ登録された曲率半径、厚さ、屈折率などのパラメータを読み出す方法を用いる ことができる。シリアル番号に対応するこれらのパラメータのデータについては、フレ キシブルディスク等によって供給され、あら力じめソフトに読み込んでおく方法がある
[0123] また、上記構成の顕微鏡において、固浸レンズ駆動手段によって SILを駆動してい る力 このような駆動手段については不要であれば設けない構成としても良い。この 場合、対物レンズ駆動手段を制御する制御手段は、試料の屈折率 n、厚さ t、固浸
0 0 レンズの屈折率 n、厚さ d、及び曲率半径 Rに基づいて設定された補正条件で焦 点合わせ及び収差補正を行う SILモードを制御モードとして有して 、れば良 、。
[0124] また、上記した実施形態では、通常モード及び SILモードの両者にぉ 、て、それぞ れ焦点合わせ及び収差補正を行っている力 対物レンズのみを用いる通常モードに ついては、収差補正を行わずに焦点合わせのみを行う構成としても良い。また、通常 モードにお ヽて焦点合わせテーブル及び収差補正テーブルを用いる場合には、焦 点合わせテープノレのみとしても良 、。
[0125] また、対物レンズ 20を含む光学系 2については、上記構成以外にも様々な構成を 用いて良い。例えば、光学系 2において、対物レンズ 20として、通常モードにおいて 試料の通常画像を観察するための第 1の対物レンズと、 SILモードにおいて SIL3とと もに試料の拡大画像を観察するための第 2の対物レンズとを設ける構成としても良い
[0126] そのような構成の具体例としては、図 13に示したように複数の対物レンズ 20がレポ ルバで切り換え可能に設けられている場合に、そのうちの一の対物レンズを通常モ ード用とし、他の対物レンズに SIL3を取り付けて SILモード用とする構成が考えられ る。このような構成では、対物レンズを切り換えるレボルバが固浸レンズ駆動手段とし て機能する。また、この場合、通常モード用の対物レンズについては、収差補正が不 要であれば補正環が設けられて 、な 、ものを用いても良!、。
[0127] 上記のように通常モード、 SILモードで別個の対物レンズを用いた場合の試料観察 方法の一例について説明する。まず、試料表面の密着性をあげるために洗浄液及 び密着液によって処理を行った後、通常対物レンズで試料の通常画像であるパター ン像を観察する。また、通常対物レンズでの異常観察像 (例えば故障起因光学信号 像)を観察する。続いて、観察対象を中心に合わせ、通常対物レンズの倍率を上げ てパターン像、異常観察像を同様に観察する。さらに、 20 X程度以上まで対物レン ズの倍率を上げ、観察対象位置を中心に合わせる。
[0128] 次に、光学系を一度試料から少し離して、対物レンズを SIL付対物レンズに切り換 えた後、光学系を徐々に試料に近づける。このとき、 SILの先端が試料に接触した時 点で接触センサが ONとなり、 ON位置から実フォーカス位置まで移動する。 ON位置 力 実フォーカス位置までの距離にっ 、ては、あらかじめ与えておく。
[0129] さら〖こ、 SIL付対物レンズで試料のパターン像を観察しながらフォーカスの微調整 を行った後、試料の拡大画像であるパターン像、及び異常観察像の観察を行う。な お、通常画像の観察に戻るときには、光学系を試料力 離し、対物レンズを通常対物 レンズに切り換えた後、光学系をフォーカス位置まで戻せば良い。
産業上の利用可能性
[0130] 本発明による顕微鏡、及び試料観察方法は、半導体デバイスの微細構造解析など に必要な試料の観察を容易に行うことが可能な顕微鏡、及び試料観察方法として利 用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 試料を所定の観察面で観察する顕微鏡であって、
対物レンズを含み前記試料の像を導く光学系と、
前記対物レンズを駆動して前記試料に対する焦点合わせ及び収差補正を行うため の対物レンズ駆動手段と、
前記試料から前記対物レンズへの光軸を含む位置に設けられた固浸レンズと、 前記対物レンズ駆動手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記試料の屈折率 n、厚さ t、前記固浸レンズの屈折率 n、厚
0 0 1 さ d、及び曲率半径 Rに基づいて設定された補正条件で焦点合わせ及び収差補正 を行う固浸レンズモードを制御モードとして有することを特徴とする顕微鏡。
[2] 前記固浸レンズを駆動して、前記試料から前記対物レンズへの光軸を含む挿入位 置、及び前記光軸を外れた待機位置の間で移動させる固浸レンズ駆動手段を備え ることを特徴とする請求項 1記載の顕微鏡。
[3] 前記光学系は、前記対物レンズとして、前記試料の通常画像を観察するための第 1の対物レンズ、及び前記固浸レンズとともに前記試料の拡大画像を観察するための 第 2の対物レンズを有することを特徴とする請求項 2記載の顕微鏡。
[4] 前記制御手段は、前記固浸レンズモードでの前記補正条件に対応する焦点合わ せテーブル及び収差補正テーブルを有することを特徴とする請求項 1記載の顕微鏡
[5] 前記制御手段は、前記試料の屈折率 n、及び前記観察面までの前記試料の厚さ t
0
に基づいて設定された補正条件で焦点合わせを行う通常モードと、前記固浸レンズ
0
モードとの 2つの制御モードを有することを特徴とする請求項 1記載の顕微鏡。
[6] 前記制御手段は、前記通常モードでの前記補正条件に対応する焦点合わせテー ブルと、前記固浸レンズモードでの前記補正条件に対応する焦点合わせテーブル及 び収差補正テーブルとを有することを特徴とする請求項 5記載の顕微鏡。
[7] 前記対物レンズ駆動手段は、前記試料と前記対物レンズとの間隔を変化させて焦 点合わせを行う焦点調節手段を有することを特徴とする請求項 1記載の顕微鏡。
[8] 前記対物レンズは、光軸に沿って配置された第 1レンズ群及び第 2レンズ群を有し 前記対物レンズ駆動手段は、前記対物レンズでの前記第 1レンズ群と前記第 2レン ズ群との間隔を変化させて収差補正を行う収差補正手段を有することを特徴とする 請求項 1記載の顕微鏡。
[9] 前記固浸レンズ駆動手段は、
前記固浸レンズを支持する固浸レンズホルダが連結された第 1腕部材と、 前記第 1腕部材を前記試料に対して略平行な水平面内で回動させる第 1腕部材回 動源と、
前記第 1腕部材回動源を保持する第 2腕部材と、
前記第 1腕部材回動源の回動軸と非同軸の位置を回動軸として、前記第 2腕部材 を前記水平面内で回動させる第 2腕部材回動源とを有する固浸レンズ移動装置であ ることを特徴とする請求項 2記載の顕微鏡。
[10] 前記固浸レンズ移動装置は、前記第 2腕部材回動源を前記水平面に直交する垂 直方向に移動させる垂直方向移動源を有することを特徴とする請求項 9記載の顕微 鏡。
[11] 試料を所定の観察面で、対物レンズを含む光学系を介して観察する試料観察方法 であって、
前記試料から前記対物レンズへの光軸を外れた待機位置に固浸レンズを配置して 前記試料の通常画像を観察する通常画像観察ステップと、
前記試料から前記対物レンズへの光軸を含む挿入位置に前記固浸レンズを配置し 、前記試料の屈折率 n、厚さ t、前記固浸レンズの屈折率 n、厚さ d、及び曲率半
0 0 1 1
径 Rに基づ!/ヽて設定された補正条件で焦点合わせ及び収差補正を行う補正ステツ プと、
前記補正ステップによって焦点合わせ及び収差補正がなされた状態で前記試料の 拡大画像を観察する拡大画像観察ステップと
を備えることを特徴とする試料観察方法。
[12] 前記補正ステップにおいて、その補正条件に対応する焦点合わせテーブル及び収 差補正テーブルを用いることを特徴とする請求項 11記載の試料観察方法。
[13] 前記試料から前記対物レンズへの光軸を外れた前記待機位置に前記固浸レンズ を配置し、前記試料の屈折率 n、及び前記観察面までの前記試料の厚さ tに基づ
0 0 いて設定された補正条件で焦点合わせを行う通常補正ステップを備えることを特徴と する請求項 11記載の試料観察方法。
[14] 前記通常補正ステップにおいて、その補正条件に対応する焦点合わせテーブルを 用いるとともに、前記補正ステップにおいて、その補正条件に対応する焦点合わせテ 一ブル及び収差補正テーブルを用いることを特徴とする請求項 13記載の試料観察 方法。
[15] 前記補正ステップにおいて、前記試料と前記対物レンズとの間隔を変化させて焦 点合わせを行うことを特徴とする請求項 11記載の試料観察方法。
[16] 前記補正ステップにおいて、前記対物レンズでの光軸に沿って配置された第 1レン ズ群と第 2レンズ群との間隔を変化させて収差補正を行うことを特徴とする請求項 11 記載の試料観察方法。
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