显微镜和试料观察方法

专利名称：显微镜和试料观察方法
技术领域：
本发明涉及显微镜和试料观察方法，用于在规定的观察面上观察半导体器件等试料。
背景技术：
近年来，在半导体器件中，器件面(有源电路面)多用于作为基板的下侧的面朝下结合(face down bonding)、倒装式结合(flip-chipbonding)。在这样的半导体器件的检查中，根据封装的种类和安装方向，只要封装不分解，有时就难以使基板的器件面露出。而且，在不进行倒装式安装而可露出基板的器件面的情况下，在高集成化、多层化的半导体器件中，难以观察在下层的配线和元件等。与此相对，提出有从与器件面相反的背面通过基板来观察半导体器件的方法。
作为现有技术的半导体检查装置，已知有放射显微镜(emissionscope)(文献1日本专利特开平7-190946号公报)、OBIRCH装置(文献2日本专利特开平6-300824号公报)、时间分解放射显微镜(文献3日本专利特开平10-150086号公报)等。此外，在使用这样的显微镜的观察中，由于作为半导体器件的基板材料使用的硅(Si)透过近红外光，所以进行使用红外光等的观察。但是，近年来，作为检查对象的半导体器件的微细化在发展，在使用可见光和红外光的现有技术的检查装置中，由于光学系统的衍射界限的限制，所以微细构造的解析困难。
因此，对这种半导体器件的微细构造进行解析，用于检测在半导体器件中形成的晶体管和配线等电路图案中产生的异常部位的情况下，首先，通过使用可见光和红外光的检查装置将存在异常部位的范围缩小到某程度。而且，对于该被缩小的范围，通过使用更高分辨率的电子显微镜等的观察装置进行观察，检测半导体器件的异常部位的方法被使用。
专利文献1日本专利特开平7-190946号公报专利文献2日本专利特开平6-300824号公报专利文献3日本专利特开平10-150086号公报发明内容如上所述，在进行使用光的检查之后，以电子显微镜进行高分辨率的观察方法，由于作为检查对象的半导体器件的准备、设置等复杂，所以在半导体器件的检查中有非常费事和费时的问题。
另一方面，作为放大观察对象的图像的透镜，已知有固态浸没透镜(SILSolid Immersion Lens)。SIL是半球形状或被称为维尔斯特拉斯(weierstrass)球的超半球形状的透镜，通常是大小为1mm左右的小型透镜元件。若使该SIL连接设置在观察对象的表面，则可同时放大数值孔径NA和倍率，可进行高空间分辨率的观察。但是，在半导体器件的检查中，从其处理和观察控制等观点看，使用SIL的检查尚未实用化。这在半导体器件之外的试料观察中也是同样。
本发明是为解决上述问题而发明，其目的是提供一种显微镜和试料观察方法，可容易地进行半导体器件的微细构造解析等必要的试料的观察。
为了达到这样的目的，根据本发明一种显微镜，在规定的观察面上观察试料，其特征在于，具备(1)包含物镜，引导试料图像的光学系统；(2)用于驱动物镜，对试料进行调焦和像差修正的物镜驱动构件；(3)设置在包含从试料向着物镜的光轴的位置的固态浸没透镜；(4)和控制物镜驱动构件的控制构件，(5)控制构件具有固态浸没透镜模式作为控制模式，该固态浸没透镜模式在根据试料的折射率n0、厚度t0、固态浸没透镜的折射率n1、厚度d1和曲率半径R1而设定的修正条件下，进行调焦和像差修正。
此外，根据本发明之试料观察方法，在规定的观察面上，经由包含物镜的光学系统进行观察，其特征在于，包括(a)在偏离从试料向着物镜的光轴的待机位置配置固态浸没透镜，观察试料的一般图像的一般图像观察步骤(第一图像观察步骤)；(b)在包含从试料向着物镜的光轴的插入位置配置固态浸没透镜，在根据试料的折射率n0、厚度t0、固态浸没透镜的折射率n1、厚度d1和曲率半径R1设定的修正条件下，进行调焦和像差修正的修正步骤；(c)和在通过修正步骤完成调焦和像差修正的状态下，观察试料的放大图像的放大图像观察步骤(第二图像观察步骤)。
在上述的显微镜和试料观察方法中，从背面通过基板进行半导体器件的检查等，在通过试料对规定的观察面进行的试料观察中，利用具有固态浸没透镜且通过考虑试料和固态浸没透镜的光学参数的观察条件进行观察的控制模式(固态浸没透镜模式)，进行试料的观察。由此，以可适当地取得有固态浸没透镜的放大图像，可容易地进行试料的微细构造等的观察。
作为试料观察，例如可例举以半导体器件作为试料，从背面通过基板观察半导体器件。在这种情况下，上述显微镜用作半导体检查装置，可容易地进行半导体器件的微细构造解析等的检查。此外，对于引导试料图像的光学系统，也可设置取得试料图像的图像取得构件。
这里，显微镜也可以具有驱动固态浸没透镜，使其在包含从试料向着物镜的光轴的插入位置与偏离光轴的待机位置之间移动的固态浸没透镜驱动构件。通过设置这样的固态浸没透镜驱动构件，容易取得无/有固态浸没透镜的一般图像/放大图像。
此外，光学系统也可作为物镜，使用具有用于观察试料的一般图像的第一物镜，和与固态浸没透镜一起用于观察试料的放大图像的第二物镜的构成。在这样无/有固态浸没透镜而使用个别的物镜的情况下，使用切换物镜的转换器(revolver)作为上述固态浸没透镜驱动构件。
此外，优选显微镜的控制构件具有根据试料的折射率n0和到观察面的试料厚度t0设定的修正条件，进行调焦的一般模式；和上述固态浸没透镜模式的两种控制模式。同样，优选试料观察方法包括一般修正步骤，在偏离从试料向着物镜的光轴的待机位置设置固态浸没透镜，并根据试料的折射率n0和到观察面的试料厚度t0设定修正条件进行调焦。此外，在这样的一般模式中，若有必要则与固态浸没透镜模式同样，也可以与调焦同时进行像差修正。
在上述显微镜和试料观察方法中，切换通过无固态浸没透镜考虑试料的光学参数的观察条件进行观察的第一模式(一般模式)，和通过有固态浸没透镜考虑试料和固态浸没透镜的光学参数的观察条件进行观察的第二模式(固态浸没透镜模式)，进行试料观察。由此，可分别适当地取得无/有固态浸没透镜下的一般图像/放大图像，可容易地进行试料的微细构造等观察。
对于对试料的调焦，优选显微镜的物镜驱动构件具有改变试料与物镜的间隔，进行调焦的焦点调节构件。同样，优选试料观察方法在修正步骤中，改变试料与物透镜的间隔，进行调焦。
此外，对于像差修正，优选显微镜的物透镜具有沿光轴配置的第一透镜群和第二透镜群，物镜驱动构件具有改变物镜的第一透镜群与第二透镜群的间隔，进行像差修正的像差修正构件。同样，优选试料观察方法在修正步骤中，改变物镜中沿光轴配置的第一透镜群与第二透镜群的间隔，进行像差修正。
对于具体的修正方法，优选显微镜的控制构件具有在固态浸没透镜模式下对应于修正条件的调焦表和像差修正表。同样，优选试料观察方法在修正步骤中，使用对应于其修正条件的调焦表和像差修正表。
此外，在切换无/有固态浸没透镜情况下，优选显微镜的控制构件具有在一般模式(第一模式)下的对应于修正条件(第一修正条件)的调焦表(第一调焦表)，和在固态浸没透镜模式(第二模式)下的对应于修正条件(第二修正条件)的调焦表(第二调焦表)和像差修正表(第二像差修正表)。在这种情况下，在一般模式中若有必要进行像差修正，则优选控制构件进而具有在一般模式下的对应于修正条件的像差修正表(第一像差修正表)。
同样，优选试料观察方法在一般修正步骤(第一修正步骤)中，使用对应于该修正条件(第一修正条件)的调焦表(第一调焦表)，同时在修正步骤(第二修正步骤)中，使用对应于该修正条件(第二修正条件)的调焦表(第二调焦表)和像差修正表(第二像差修正表)。在这种情况下，一般修正步骤中若有必要进行像差修正，则在一般修正步骤中，进而使用对应于该修正条件的像差修正表(第一像差修正表)。
这样，通过使用调焦表和像差修正表，可容易且确实地执行调焦和像差修正。
此外，优选显微镜是，其固态浸没透镜驱动构件具有支撑固态浸没透镜的固态浸没透镜支持器所连结的第一腕部件、使第一腕部件对于试料在大致平行的水平面内转动的第一腕部件转动源、保持第一腕部件转动源的第二腕部件、和以与第一腕部件转动源的转动轴不同轴的位置作为转动轴而使第二腕部件在水平面内转动的第二腕部件转动源的固态浸没透镜移动装置。
通过使用这样的固态浸没透镜移动装置，对于半导体器件等试料和物镜，可使固态浸没透镜在插入位置与待机位置之间适当地移动。在这种情况下，进而，优选固态浸没透镜移动装置具有使第二腕部件转动源在与水平面正交的垂直方向上移动的垂直方向移动源。
根据本发明，使用将固态浸没透镜配置在包含从试料向着物镜的光轴的插入位置且考虑试料和固态浸没透镜的光学参数进行观测的固态浸没透镜模式，在规定观察面上通过试料进行试料的观察，可获得可容易地进行观察试料的微细构造等的显微镜和试料观察方法。


图1是表示半导体检查装置一个实施方式的构成框图。
图2是表示图1所示的检查装置中物镜构成的侧视剖面图。
图3是表示图1所示的检查装置中使用SIL的半导体器件的观察方法的侧视图。
图4是表示使用图1所示的检查装置的半导体检查方法的一例的流程图。
图5是表示图4所示的检查方法中关于以一般模式下的观察和SIL模式下的观察的流程图。
图6是表示半导体器件的观察中的(a)默认状态、(b)一般模式、(c)SIL模式的示意图。
图7是表示基板的折射率与几何学像差关系的一例曲线图。
图8是表示基板厚度与焦点移动量的关系的一例曲线图。
图9是表示基板厚度与物镜中透镜群的间隔关系的一例曲线图。
图10是表示测定深度与焦点移动量的关系的一例曲线图。
图11是表示测定深度与物镜的透镜群的间隔关系的一例曲线图。
图12是表示测定深度与物镜的透镜群的间隔关系的一例曲线图。
图13是表示半导体检查装置的其它实施方式的构成图。
图14是从侧面表示图13所示的半导体检查装置的构成图。
图15是从上方看SIL控制器和物镜的一个实施方式的斜视图。
图16是表示SIL配置在待机位置的状态下SIL控制器和物镜的底视图。
图17是表示SIL配置在插入位置的状态下SIL控制器和物镜的底视图。
图18是表示SIL配置在交换位置的状态下SIL控制器和物镜的底视图。
图19是表示SIL支持器的构成斜视图。
图20是表示SIL支持器的(a)待机位置的状态、和(b)插入位置状态下的纵剖面图。
符号说明A…观察部1…图像取得部10…高灵敏度照相机12…激光扫描光学系统单元(LSM单元)12a…激光导入用光纤12c…检测用光纤12b、12d…透镜12e、…光束分离器12f…XY扫描仪15…XYZ载物台15a…XY载物台15b…Z载物台16…检查部18…载物台19…测试夹具2…光学系统20…物镜
20a…第一透镜群20b…第二透镜群21…修正环22…照相机用光学系统22a…透镜24…LSN单元用光学系统24a…光束分离器24b…镜24c…透镜3…固态浸没透镜(SIL)40…修正环驱动部B…控制部51…观察控制部51a…照相机控制部51b…LSM控制部51c…OBIRCH控制部52…载物台控制部53…SIL控制部54…物镜控制部C…解析部61…图像解析部62…指示部63…显示装置30A…SIL控制器71…第一腕部件72…第一腕部件转动源73…第二腕部件74…第二腕部件转动源75…Z方向移动源76、77…支撑部85…光结合材料供给管
95…气体供给管5…SIL支持器6…支持器7…腕部8…第一支持器9…第二支持器11…外罩具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的显微镜和试料观察方法的最佳实施方式。其中，附图的说明中在同一要素赋予相同符号，并省略其重复说明。此外，附图的尺寸比率不一定与说明的尺寸比率一致。
首先，说明本发明的显微镜，即半导体检查装置的基本构成。图1是表示本发明的半导体检查装置的一个实施方式的构成框图。本装置是，例如以由晶体管和配线等构成的电路图案形成在器件面上的半导体器件S作为检查对象(观察对象)的试料，同时将该器件面设定为观察面，从与器件面相反的背面通过基板观察半导体器件S并进行检查的检查装置。这里，本发明的显微镜和试料观察方法，可适用于在规定的观察面上通过试料进行对试料的观察的情况，但在以下，主要对于作为其适用例的半导体检查装置和检查方法进行说明。
本实施方式的导体检查装置，是具备进行观察半导体器件S的观察部A、用于控制观察部A的各部动作的控制部B、和进行在半导体器件S的检查中必要的处理和指示等的解析部C。此外，本检查装置的检查对象，即作为观察对象的试料的半导体器件S，在设置于观察部A的载物台18上，将作为该观察面的器件面作为载物台18侧，将背面作为上侧而载置。
观察部A具有设置于暗箱(未图示)内的图像取得部1、光学系统2、和固态浸没透镜(SILSolid Immersion Lens)3。图像取得部1例如由光检测器和摄像装置等构成，是用于取得半导体器件S的图像的构件。此外，在图像取得部1与载置在载物台18上的半导体器件S之间，设置有光学系统2，其用于将由来自半导体器件S的光所形成的图像导向图像取得部1。
在光学系统2上相对于该半导体器件S的规定位置，设置有来自半导体器件S的光射入的物镜20。从半导体器件S所射出或反射等的光向着物镜20射入，并经由包含该物镜20的光学系统2而到达图像取得部1。而且，在图像取得部1中，取得用于检查的半导体器件S的图像。
图像取得部1和光学系统2在相互的光轴一致的状态下一体地构成。此外，对于这些图像取得部1和光学系统2，设置有由XY载物台15a和Z载物台15b构成的XYZ载物台15。XY载物台15a用于使图像取得部1和光学系统2在X-Y面内(水平面内)移动，对半导体器件S设定观察位置(检查位置)。此外，Z载物台15b用于，使图像取得部1和光学系统2在Z方向(垂直方向)上移动，对半导体器件S进行调焦。由此，Z载物台15b改变半导体器件S的基板与光学系统2的物镜20的间隔，进行观察焦点的调焦，作为焦点调节构件发挥作用。
此外，在本实施方式中，如图2的侧视剖面图所示，物镜20的透镜群由第一透镜群20a和第二透镜群20b的两个透镜群构成。这些透镜群20a、20b沿着物镜20的光轴在上侧、下侧分别配置。物镜20通过使设置于其外周部的修正环21(参照图1)旋转，构成为可改变透镜群20a、20b的间隔u。此外，修正环21通过修正环驱动部40驱动控制。由此，修正环21和修正环驱动部40改变物镜20的透镜群20a、20b的间隔u，进行观察的像差修正，作为像差修正构件发挥作用。
在这样的构成中，通过由Z载物台15b构成的焦点调节构件、和由修正环21与修正环驱动部40构成的像差修正构件，构成用于驱动物镜20，进行对半导体器件S的调焦和像差修正的物镜驱动构件。而且，在图2中，对于包含修正环21的物镜20的具体构造和驱动机构省略其图示。此外，对于半导体器件S的调焦，可通过驱动载置半导体器件S的载物台18进行。
此外，在图1所示的检查装置中，对于半导体器件S设置有检查部16。检查部16在进行半导体器件S的检查时，根据需要，进行半导体器件S的状态控制等。检查部16的半导体器件S状态的控制方法，根据对半导体器件S适用的具体检查方法而不同，但例如，可采用对半导体器件S上形成的电路图案的规定部分供给电压的方法，或对半导体器件S照射作为探测器光的激光的方法等。
在本实施方式中，在该观察部A还设置有SIL3。该SIL3是用于放大半导体器件S的图像所使用的透镜。此外，SIL3对于图像取得部1、光学系统2和载置于载物台18上的半导体器件S设置为可移动。具体而言，SIL3是在包含从半导体器件S向着物镜20的光轴且在连接于半导体器件S而设置的插入位置与偏离光轴的待机位置之间构成为可移动。
此外，对于SIL3，设置有固态浸没透镜驱动部(SIL驱动部)30。SIL驱动部30是用于驱动SIL3，使其在上述插入位置与待机位置之间移动的驱动构件。此外，SIL驱动部30是通过使SIL3的位置进行微小地移动，调整SIL3对于光学系统2的物镜20的插入位置。而且，在图1中，表示配置在物镜20与半导体器件S之间的插入位置的状态下的SIL3。
这里，通常，作为SIL采用球心为焦点且具有数值孔径NA和倍率均为n倍的半球形状的透镜，或距离球心仅向下方偏离R/n的位置为焦点且具有数值孔径NA和倍率均为n2倍的超半球形状的透镜(例如，参照日本专利特开2002-189000号公报)。
图3是表示图1所示的检查装置中使用SIL的半导体器件的观察方法的侧视图。在本检查装置中，上述半导体器件S将其器件面Sa作为下侧(载物台18侧)，将背面Sb作为上侧(物镜20侧)而设置在载物台18上。对于该半导体器件S，SIL3是在插入位置中使其平面状或凸面状的透镜面能连接于背面Sb而配置。作为这样的SIL，例如已知有plano-convex lens、bi-convex lens(例如，参照日本专利特开平5-157701号公报和美国专利第6594086号公报)。
这样，在使用物镜20和SIL3，从背面Sb通过基板观察半导体器件S的情况下，作为半导体器件S的光学参数，有基板的折射率n0和厚度t0。此外，作为SIL3的光学参数，有折射率n1、厚度d1和球面状的透镜面的曲率半径R1。在图3中，将从物镜20侧通过SIL3和基板向器件面Sa聚焦的光路由实线表示。此外，假定半导体器件S的基板的折射率n0与SIL3的折射率n1相等的情况下，光路由虚线表示。
此外，图中的L是虚线的光路中SIL3的、从固态浸没透镜球面测定的深度，即从SIL3的透镜面形状求得的离开焦点位置的SIL3顶点的距离(以下作为测定深度)。该测定深度L根据L＝d1+t0×(n1/n0)求得，使实际观察中调焦在器件面Sa上。而且，对于SIL3具体的透镜形状(例如对于曲率半径R1的厚度d1的设定)，根据需要适当地设定。此外，一般而言，对于基板(试料)的厚度t0，在试料内部设定观察面并通过试料的一部分进行观察的情况下，到观察面为止将试料的厚度作为厚度t0即可。
对进行用于检查半导体器件S的观察等的观察部A，设置有控制部B和解折部C。
控制部B具有观察控制部51、载物台控制部52、SIL控制部53和物镜控制部54。观察控制部51通过控制图像取得部1和检查部16的动作，在观察部A中控制进行半导体器件S的观察的执行和观察条件的设定等。
载物台控制部52通过控制XY载物台15a的动作，控制作为本检查装置中检查位置的图像取得部1和光学系统2决定的半导体器件S的观察位置的设定或其定位。此外，SIL控制部53通过控制SIL驱动部30的动作，控制插入位置与待机位置之间SIL3的移动，或SIL3的插入位置的调整等。
物镜控制部54通过控制Z载物台15b的动作，控制改变半导体器件S的基板与物镜20的间隔的调焦。进而，该控制部54通过控制修正环驱动部40和修正环21的动作，控制改变物镜20中透镜群20a、20b的间隔u的像差修正。
解析部C具有图像解析部61和指示部62。图像解析部61对通过图像取得部1取得的图像进行必要的解析处理。而且，指示部62参照由操作者输入的内容和图像解析部61的解析内容等，对控制部B进行必要的指示。此外，解析部C连接显示装置63。通过解析部C取得或解析的图像、数据等，根据需要显示在显示装置63中。
在这样的构成中，控制部B控制Z载物台15b、修正环驱动部40、包含修正环21的物镜驱动构件、和包含SIL驱动部30的固态浸没透镜驱动构件，是控制观察半导体器件S的器件面Sa时的观察条件的控制构件。特别地，在本实施方式中，对应于SIL3构成为可在插入位置与待机位置之间移动，包含SIL控制部53和物镜控制部54的控制部B具有一般模式(第一模式)和固态浸没透镜模式(SIL模式、第二模式)的两种控制模式。
在一般模式下，SIL控制部53通过SIL驱动部30在偏离光轴的待机位置配置SIL3。此外，物镜控制部54在根据半导体器件S的基板的折射率n0和厚度t0所设定的第一修正条件下，通过Z载物台15b、修正环驱动部40和修正环21进行观察条件的调焦和像差修正。而且，经由包含物镜20的光学系统2，从背面Sb进行半导体器件S的观察。在物镜控制部54上准备有对应于该第一修正条件的第一调焦表和第一像差修正表。
在SIL模式中，SIL控制部53通过SIL驱动部30在包含光轴的插入位置配置SIL3。此外，物镜控制部54在根据半导体器件S的基板的折射率n0、厚度t0、SIL3的折射率n1、厚度d1和曲率半径R1设定的第二修正条件下，通过Z载物台15b、修正环驱动部40和修正环21进行观察条件的调焦和像差修正。而且，经由包含物镜20的光学系统2和SIL3，从背面Sb进行半导体器件S的观察。在物镜控制部54上准备有对应于该第二修正条件的第二调焦表和第二像差修正表。
其次，对作为本发明的试料观察方法，即半导体检查方法进行说明。图4是表示使用图1所示的检查装置的半导体检查方法中一例的流程图。此外，图5是具体地表示图4所示的检查方法中一般模式下的观察和SIL模式下的观察的观察方法流程图。此外，图6是表示半导体器件的观察中(a)默认状态、(b)一般模式、和(c)SIL模式的示意图。
首先，选择对作为检查对象的半导体器件S具有适合观察的光学参数的SIL3，并将该SIL3对SIL驱动部30进行设置(步骤S101)。此外，将选择的SIL3的折射率n1、厚度d1和曲率半径R1的各光学参数通过设于解析部C的输入装置输入(S102)。此外，将检查对象的半导体器件S的背面Sb作为上侧设置在载物台18上(S103)。而且，在设置后的半导体器件S的背面Sb进行观察焦点的调焦。由此，如图6(a)所示，设定焦点和像差(S104)，使在作为半导体器件S的上面的背面Sb上调焦。在此状态下，即基板厚度t0＝0，是观察半导体器件S时的默认状态(进行原点测出后的状态)。而且，在此状态下，SIL3配置在偏离光轴的待机位置。
其次，输入作为观察对象的试料的半导体器件S的基板的折射率n0和厚度t0的各光学参数(S105)。
接着，对于半导体器件S，在一般模式下使用物镜20进行观察(S200)。具体而言，如图5的流程图所示，使用根据基板的折射率n0和厚度t0的第一调焦表、第一像差修正表，调整物镜20的移动量ΔZ和透镜群20a、20b的间隔u。由此，如图6(b)所示，执行调焦和像差修正(S201、第一修正步骤)，从背面Sb通过基板使在设定于半导体器件S的观察面的器件面Sa调焦。
若完成观察条件的设定，则进行用于检查半导体器件S的观察(S202、第一图像观察步骤)。这里，通过图像取得部1，经由包含物镜20的光学系统2，观察设置在半导体器件S的器件面Sa上的电路图案的一般图像。此外，通过载物台控制部52驱动控制XY载物台15a，并使图像取得部1和光学系统2在X-Y面内移动。而且，找到想观察的半导体器件S的部位设置并在可视范围中心，设定为检查位置(观察位置)。
接着，进行使用物镜20和SIL3的SIL模式的观察(S300)。具体而言，通过SIL控制部53驱动SIL驱动部30，使SIL3从待机位置向着插入位置移动。而且，在连接于半导体器件S的背面Sb的状态下，进行检查定位，并将SIL3插入到可视范围内(S301)。在此状态下，使用根据基板的折射率n0、厚度t0、SIL3的折射率n1、厚度d1和曲率半径R1的第二调焦表、第二像差修正表，调整物镜20的移动量ΔZ和透镜群20a、20b的间隔u。由此，如图6(c)所示，执行调焦和像差修正(S302、第二修正步骤)，通过SIL3和基板，使在半导体器件S的器件面Sa调焦。此外，根据需要，调焦点、像差、SIL3的位置等观察条件进行微调(S303)。
若完成观察条件的设定，则进行半导体器件S的观察(S304、第二图像观察步骤)。这里，通过图像取得部1，经由包含物镜20的光学系统2和SIL3观察半导体器件S的放大图像，对位于检查位置的电路图案进行检查。若完成对设定的检查位置的必要观察和检查，则将SIL3偏离可视范围而向待机位置移动(S305)。
其次，如图4的流程图所示，对于设置于载物台18的半导体器件S，确认是否需要观察其它位置(S106)，若有必要则重复执行一般模式下的观察(S200)和SIL模式下的观察(S300)。此外，若无必要观察其它位置，则确认是否观察其它半导体器件(S107)，若有必要则重复执行半导体器件S的设置(S103)以后的各处理。若无其它半导体器件，则结束半导体器件的检查。
对本实施方式的半导体器件和半导体检查方法的效果进行说明。
在图1所示的半导体检查装置和图4、图5所示的半导体检查方法中，从背面Sb通过基板进行的半导体器件S的检查中，将SIL3配置在待机位置，在考虑到基板的光学参数n0、t0的观察条件下进行观察的一般模式，和将SIL3配置在插入位置，在考虑到基板的光学参数n0、t0和SIL3的光学参数n1、d1、R1的观察条件下进行观察的SIL模式，切换它们进行进行检查。由此，对无/有SIL3的状态适当地执行调焦和像差修正，可分别适当地取得半导体器件S的一般图像/放大图像。因此，可容易地进行半导体器件S的微细构造解析等的检查。
此外，在上述实施方式中，作为对物镜20的焦点调节构件，使用调整半导体器件S的基板与物镜20的间隔的Z载物台15b。此外，作为物镜20的像差修正构件，适用由透镜群20a、20b构成的透镜结构，同时使用调整透镜群的间隔的修正环21，和修正环驱动部40。通过这样的构成，可适当地调整观察半导体器件S时的焦点和像差。此外，也可使用它们之外的构成。例如，对于半导体器件S的调焦，如上所述也可是使载置半导体器件S的载物台18向Z轴方向驱动的构成。
此外，对于调焦和像差修正的具体方法，对应于各修正条件，使用控制部B所准备的调焦表和像差修正表来执行。由此，可容易且确实地修正对半导体器件S的观察条件。但，作为这样的方法，也可使用调焦表和像差修正表之外的方法。例如，为了进行调焦和像差修正而准备必要的计算公式，使用该计算公式算出调焦、像差修正的条件的构成亦可。
在图1所示的构成中，具体而言，优选调焦表根据Z载物台15b向物镜20的Z方向的驱动距离(焦点移动量)ΔZ作成。此外，优选像差修正表根据物镜20中的透镜群20a、20b的间隔u，或对应于间隔u的修正环21的旋转量而作成。
此外，这些修正表是对于假定的基板和SIL的光学参数的组合预先作成的仅有必要数量的表，也可根据输入后的参数选择使用的表。或者，也可在输入参数后的时刻作成修正表。此外，对于SIL的光学参数的输入，除将参数值分别输入以外，也可使用准备有对应于SIL型号的参数的设定的构成，或将存储有参数值的IC芯片等的记忆介质设置在SIL中，使用时读出数据的构成等。
而且，作为半导体基板和SIL所使用的主要材料及其折射率n，可例举如下。
Si 3.5GaP 3.1GaAs3.4玻璃 1.45～2塑料 1.45～2此外，对于SIL的材料，作为检查对象的半导体器件的Si、GaP等基板材料，优选选择使用折射率接近的材料。此外，上述实施方式对将观察对象的试料作为半导体器件的半导体检查装置和检查方法进行说明，但一般而言，在将半导体器件等各种装置作为试料的情况下，作为对象的装置不限于使用半导体基板，如聚硅薄膜晶体管等，也可将以玻璃和塑料等构成的基板的集成电路作为观察对象。例如液晶器件在玻璃基板上，有机EL等在塑料基板上制作装置。
在使用Si制SIL的情况下，基板若为Si基板，则有基板与SIL的界面不会产生像差的优点。但是，1.1μm以下波长的光的穿透率较低，即使将基板减薄仍须注意由于SIL而吸收光这一点。
此外，在使用GaP制SIL情况下，除Si的穿透波长区域之外，也有穿透可视区域～1.1μm波长光的优点。在这种情况下，通过充分地减薄Si基板，可观察这样的波长区域。例如，将Si基板减薄到30μm左右，在LSM(后述)的图像取得中通过使用1μm以下波长的激光，可实现观察的高解析度化。另一方面，在GaP制SIL中，有必要注意Si基板的情况中在基板与SIL的界面会产生折射率差造成的所谓球面像差的几何学像差这一点。而且，在如上述充分地减薄基板的情况下，可忽略几何学像差的影响。
对于上述半导体检查方法，参照具体的数据进一步说明。
首先，对一般模式的观察条件的修正进行说明。使用物镜20观察半导体器件S的器件面Sa时(参照图6(b))，在其基板的背面Sb产生的几何学像差I由以下公式(1)求出。
I＝(n02-1)t0NA2/(2n03)…(1)在该公式(1)中，NA是物镜20的数值孔径。
图7是表示基板的折射率与几何学像差的关系的一例曲线图。在该曲线图中，横轴表示观察对象的基板(试料)的折射率n0，纵轴表示(几何学像差/基板厚度)I/t0。此外，该曲线图的物镜20的数值孔径为NA＝0.76。一般模式中的观察条件的修正根据这样求出的几何学像差I等的光学特性，作成调焦表和像差修正表。
图8是表示基板厚度和使物镜移动的焦点移动量的关系的一例曲线图。在该曲线图中，横轴表示基板厚度t0(μm)，纵轴表示焦点移动量ΔZ(mm)。此外，表示将曲线A1为Si(n0＝3.5)、A2为GaP(n0＝3.1)、A3为玻璃(n0＝1.5)作为基板材料时的相关曲线。这里，从公式(1)可知，若NA和n0固定，则几何学像差I与基板厚度t0成正比。因此，在图8所示的例子中，调焦用的焦点移动量ΔZ由对厚度t0或几何学像差I的比例式算出。
图9是表示基板厚度与物镜的透镜群的间隔关系的一例曲线图。在该曲线图中，横轴表示基板厚度t0(μm)，纵轴表示物镜20中设定的透镜群20a、20b的间隔u(mm)。此外，表示将曲线B1为Si、B2为GaP、B3为玻璃作为基板材料时的关系。在图9所示的例子中，像差修正用的透镜群的间隔u由对厚度t0或几何学像差I以一次式算出。而且，在图8和图9中，包含相关数值等具体的相关式通过各自的物镜20中的透镜构成等决定。对于相关式的次数等的函数系，使用适当的函数即可。
其次，对SIL模式的观察条件的修正进行说明。在使用物镜20和SIL3观察器件面Sa时(参照图6(c))，其几何学像差I是在SIL3的透镜球面产生的几何学像差I1，和在SIL3/基板的界面产生的几何学像差I2的和I＝I1+I2。在SIL3的透镜球面产生的几何学像差I1，为了简单起见，令R1＝1mm、n1＝3.5，则以如下公式(2)求出。
I1＝6.25(L-1)2×(3.5L-4.5)L…(2)在该公式(2)中，L是图3所示的SIL3的测定深度。
此外，在SIL3/基板的界面产生的几何学像差I2如下公式(3)求出。
I2＝n1(n02-n12)t0NA2/(2n03)…(3)SIL模式中的观察条件的修正根据这样求得的几何学像差I1、I2等的光学特性，作成调焦表和像差修正表。
图10是表示测定深度与焦点移动量的关系的一例曲线图。在该曲线图中，横轴表示测定深度L(μm)，纵轴表示焦点移动量ΔZ(mm)。此外，在该曲线图中，令基板的光学参数为n0＝3.5、t0＝100μm，SIL3的光学参数为n1＝3.1、R1＝0.5mm。而且，SIL3的厚度d1随着上述公式L＝d1+t0×(n1/n0)与测定深度L一起变化。通过如图10所示的关系，算出调焦用的焦点移动量ΔZ。
图11是表示测定深度与物镜的透镜群的间隔关系的一例曲线图。在该曲线图中，横轴表示测定深度L(μm)，纵轴表示透镜群20a、20b的间隔u(mm)。此外，该曲线图表示令基板的光学参数为n0＝3.5，SIL3的光学参数为n1＝3.1、R1＝0.5mm，到达NA为2.2的修正状态。此外，曲线C0表示未修正状态、C1是SIL3的厚度d1＝480μm、C2是d1＝450μm、C3是d1＝420μm、C4是d1＝390μm、C5是d1＝360μm、C6是d1＝330μm的修正状态。而且，基板的厚度t0随着上述的L公式与测定深度L一起变化。
此外，图12是表示测定深度与物镜的透镜群的间隔关系的其它例曲线图。该曲线图表示令基板的光学参数为n0＝3.5，SIL3的光学参数为n1＝3.5、R1＝0.5mm，到达NA为2.5的修正状态。在这种情况下，由于基板和SIL3的折射率相等，所以透镜群的间隔u不取决于SIL3的厚度d1，基板的厚度t0与SIL3的厚度d1与测定深度L一起以任意组合进行变化。通过这些图11、图12所示的关系，算出像差修正用的透镜群的间隔u。
进一步对本发明的半导体检查装置和检查方法进行说明。
图13是表示本发明的半导体检查装置的其它实施方式的构成图。此外，图14是将图13所示半导体检查装置从侧面表示的构成图。本实施方式表示图1所示的半导体检查装置的具体构成。
本实施方式的半导体检查装置具备观察部A、控制部B、解析部C。其中，这里，对解析部C省略图示。作为检查对象的半导体器件S载置在设置于观察部A的载物台18上。进而，在本实施方式中，对半导体器件S设置有施加检查所必须的电气信号等测试夹具(test fixture)19。半导体器件S配置为使其背面面对物镜20。
观察部A具有设置于暗箱(未图示)内的高灵敏度照相机10、激光扫描光学系统(LSMLaser Scanning Microscope)单元12、光学系统22、24、XYZ载物台15、SIL3、SIL驱动部30和修正环驱动部40。
其中，照相机10和LSM单元12相当于图1所示构成中的图像取得部1。此外，光学系统22、24相当于光学系统2。在光学系统22、24的半导体器件S侧设置有物镜20。在本实施方式中，如图13和图14所示，设置有可切换的分别具有不同倍率的多个物镜20。此外，物镜20上设置有图2所示的两个透镜群20a、20b和修正环21，通过修正环驱动部40构成为可修正像差。此外，测试夹具19相当于检查部16。此外，LSM单元12与作为图像取得部1的功能配合，也具有作为检查部16的功能。
光学系统22是将经由物镜20射入后的来自半导体器件S的光向照相机10导入的照相机用光学系统。照相机用光学系统22具有将通过物镜20以规定倍率放大后的图像在照相机10内部的受光面成像的成像透镜22a。此外，在物镜20与成像透镜22a之间，夹着有光学系统24的光束分离器(beam splitter)24a。作为高灵敏度照相机10，例如使用冷却CCD照相机等。
在这样的构成中，来自半导体器件S的光经由包含物镜20的照相机用光学系统22的光学系统向照相机10导入。而且，通过照相机10取得半导体器件S的图案图像等的图像。或者，也可取得半导体器件S的发光图像。在这种情况下，在通过测试夹具19施加电压的状态下从半导体器件S产生的光，经由光学系统向照相机10导入。而且，通过照相机10取得作为异常观察图像所使用的半导体器件S的发光图像。作为来自半导体器件S的发光，可例举根据半导体器件的缺陷引起异常部位的发光，和随着半导体器件中的晶体管的切换动作的瞬时发光等。进而，所取得的图像也可以是基于装置的缺陷发热图像。
LSM单元12具有用于照射红外激光的激光导入用光纤12a、将从光纤12a照射的激光作为平行光的准直透镜(collimator lens)12b、通过透镜12b反射作为平行光的激光而变换光路的光束分离器12e、将以光束分离器12e反射的激光在XY方向进行扫描并向半导体器件S侧射出的XY扫描仪12f。
此外，LSM单元12具有从半导体器件S侧经由XY扫描仪12f射入，用于聚光穿透光束分离器12e的光的电磁透镜(condenser lens)12d、和用于检测通过电磁透镜12d聚光的光的检测用光纤12c。
光学系统24是在半导体器件S、物镜20和LSM单元12的XY扫描仪12f之间引导光的LSM单元用光学系统。LSM单元用光学系统24具有从半导体器件S将经由物镜20射入的光的一部分反射的光束分离器24a、将以光束分离器24a反射的光的光路向LSM单元12的光路变换的镜24b，和将以镜24b反射的光聚光的透镜24c。
在这样的构成中，从激光源(未图标)经由激光导入用光纤12a射出后的红外激光，通过透镜12b、光束分离器12e、XY扫描仪12f、光学系统24和物镜20向半导体器件S照射，并向半导体器件S内射入。
对于该射入光，来自半导体器件S的反射散乱光反映设置于半导体器件S的器件面上的电路图案。来自半导体器件S的反射光与射入光通过相反的光路到达光束分离器12e，穿透光束分离器12e。而且，穿透光束分离器12e后的光，经由透镜12d向检测用光纤12c射入，并通过连接于检测用光纤12c的光检测器检测。
如上所述，经由检测用光纤12c由光检测器检测的光的强度，成为反映设置于半导体器件S的电路图案的强度。因此，通过XY扫描仪12f使红外激光在半导体器件S上进行X-Y扫描，可明显地拍摄半导体器件S的电路图案等的图像。
观察部A上还设置有SIL3。SIL3对于高灵敏度照相机10、LSM单元12、光学系统22、24、物镜20和载置在载物台18上的半导体器件S，构成为在上述插入位置与待机位置之间可移动。此外，对于SIL3，设置有SIL驱动部30。SIL驱动部30由用于支撑SIL3的SIL支持器所连结的SIL移动装置(SIL控制器)构成，使SIL3在X、Y方向和Z方向移动的XYZ驱动机构。
对于进行用于检查半导体器件S的观察等的观察部A，设置有控制部B和解析部C。而且，在图13、图14中，对解析部C省略图示。
控制部B具有照相机控制部51a、LSM控制部51b、OBIRCH控制部51c、载物台控制部52、SIL控制部53和物镜控制部54。其中，对于载物台控制部52、SIL控制部53、和物镜控制部54，也包含以两个控制模式下调焦和像差修正的控制，关于图1如上述所述。此外，照相机控制部51a、LSM控制部51b和OBIRCH控制部51c，相当于图1所示的构成中的观察控制部51。
照相机控制部51a和LSM控制部51b分别通过控制高灵敏度照相机10和LSM单元12的动作，从而控制在观察部A中进行的半导体器件S的图像的取得。此外，OBIRCH控制部51c用于取得半导体器件S的检查所使用的OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change)图像，当扫描激光时用于抽取产生的半导体器件S的电流变化。
解析部C如图1所示，具有图像解析部61和指示部62，例如由计算机等构成。来自照相机控制部51a和LSM控制部51b的图像信息，经由解析部C的计算机所具备的图像输入板输入。
对于使用图13和图14所示的半导体检查装置的半导体检查方法概略地说明(参照图4和图5)。首先，通过将SIL3配置于待机位置的通常模式，在第一修正条件已调焦和像差修正的观测条件下进行半导体器件S的观察(S200)。具体而言，通过LSM单元12扫描半导体器件S，取得其图案图像。此外，取得检测半导体器件S的异常部位的所使用的异常观察图像。作为该异常观察图像，使用通过OBIRCH控制部51c取得的OBIRCH图像，或通过照相机10取得的发光图像等。对于这些图案图像和异常观察图像，根据需要进行各图像的重叠，和向显示装置63显示等。此外，使用取得的图像，调查半导体器件S的异常部位，将检测的异常部位作为检查位置，使检查位置位于可视范围中央来设定XYZ载物台15等。
其次，通过将SIL3配置于与半导体器件S的检查位置对应的插入位置的SIL模式，在第二修正条件已调焦和像差修正的观察条件下进行半导体器件S的观察(S300)。这里，经由配置于半导体器件S上的SIL3和物镜等20等，取得放大的图案图像、OBIRCH图像、发光图像等图像。此外，根据需要进行各图像的重叠、进行向显示装置63的显示等。而且，当取得发光图像时，配合通过SIL3产生的色像差量，使载物台等适当地移动，以软件配合倍率，进行图像的重叠。
在图13和图14所示的半导体检查装置中，对作为SIL驱动部30所使用的固态浸没透镜移动装置(SIL移动装置)的具体例进行说明。图15是从上方看SIL移动装置，即SIL控制器和物镜的一个实施方式的斜视图。
SIL3由SIL支持器5支撑。图15所示的SIL控制器30A(SIL驱动部30)处于在三维方向上驱动支撑在该SIL支持器5上的状态的SIL3，是使其在包含向着物镜20的光轴且连接在半导体器件S的插入位置与偏离光轴的待机位置之间移动的SIL移动装置。此外，本构成例的SIL控制器30A，进而构成为可向用于交换支撑在SIL支持器5上的SIL3的交换位置移动。
具体而言，SIL控制器30A具有安装有SIL支持器5的第一腕部件71、使该第一腕部件71在X-Y平面(水平面)内转动的第一腕部件转动源72、保持第一腕部件转动源72的第二腕部件73、使该第二腕部件73在X-Y平面内转动的第二腕部件转动源74。进而，SIL控制器30A具有在垂行于X-Y平面的Z方向上使第二腕部件转动源74移动的Z方向移动源75，以该Z方向移动源75作为基端侧，并以移动的第一腕部件71作为终端侧。
Z方向移动源75例如通过进给螺丝等，由移动轴在Z方向移动的Z轴马达等构成，隔着支撑部76安装在检查装置主体侧的显微镜部分。该支撑部76在装置主体例如以栓等设置成可装卸，在卸下SIL控制器30A并进行观察的情况下，或设置其它SIL移动装置并观察的情况等很方便。此外，在Z方向移动源75的移动轴上，隔着支撑部77连结有第二腕部件转动源74。该第二腕部件转动源74由输出轴可在正反方向上转动(在规定范围内转动即可)的转动轴的马达等构成，并通过Z方向移动源75的驱动在Z方向上移动。
在第二腕部件转动源74的转动轴上，连结有第二腕部件73的一端。该第二腕部件73如图15所示构成为弯曲状，使第二腕部件73容易从半导体器件S的观察位置的可视范围(物镜20的可视范围)远离。在该第二腕部件73的另一端固定有第一腕部件转动源72。该第一腕部件转动源72由输出轴可在正反方向上转动(在规定范围内转动即可)的转动轴的马达等构成。
这样，第一腕部件转动源72的转动轴和第二腕部件转动源74的转动轴是位于不同轴。而且，第一腕部件转动源72通过第二腕部件转动源74的驱动，将第二腕部件转动源74的转动轴作为支点与第二腕部件73一起在X-Y平面内转动。此外，在第一腕部件转动源72的转动轴上连结有上述第一腕部件71的另一端。该第一腕部件71通过第一腕部件转动源72的驱动，以第一腕部件转动源72的转动轴作为支点在X-Y平面内转动。
根据以上的构成，连结于第一腕部件71一端的SIL支持器5所支撑的SIL3，通过第一腕部件转动源72、第二腕部件转动源74的驱动，在X-Y平面内，在合成各种转动方向的合成方向上移动。此外，SIL3通过Z方向移动源75的驱动在Z方向移动。而且，其结果，在三维方向的各规定位置上，SIL3自由地移动。图16～图18是分别表示SIL控制器30A和物镜20的底视图，图16表示将SIL3配置于待机位置的状态，图17表示将SIL3配置于插入位置的状态，此外，图18表示将SIL3配置于交换位置的状态。
此外，在图15所示的SIL控制器30A中，设置有对SIL3供给光学连接液的光结合材料供给管85，和用于供给干燥气体的气体供给管95。它们在将SIL3配置于插入位置，对半导体器件S光学连接时使用。
说明用于支撑SIL3的SIL支持器5。图19是表示图1 5所示的SIL控制部中的SIL支持器的构成斜视图。此外，图20是表示SIL支持器的(a)待机位置的状态，和(b)插入位置的状态的纵剖面图。
SIL支持器5如图19所示，具备构成为大致圆筒状、支撑SIL3的支持器6，和保持该支持器6的腕部7。该SIL支持器5由于与光学连接液有接触，所以由除高耐腐蚀性例如不锈钢、铝等金属之外，以容易配合透镜形状成形加工的树脂例如丙烯或PET、聚乙烯、聚碳酸脂等形成。
支持器6如图20(a)和(b)所示，具备保持SIL3的第一支持器8，和用于支撑该第一支持器8的第二支持器9。这些第一支持器8和第二支持器9构成为大致圆筒状，而不妨碍半导体器件S的光路。
第一支持器8具有在其上部的外周面向外突出的环状凸缘部8a，同时在其底面具有向着内侧的环状凸缘部8b。而且，在通过形成于环状凸缘部8b的内周的开口，在SIL3的底面突出于下方的状态下，使SIL3在第一支持器8例如以粘接剂等固定保持。第二支持器9具有在其底面向着内侧的环状凸缘部9a。而且，在通过形成于环状凸缘部9a的内周的开口9b，在第一支持器8的下部突出于下方的状态下，使第一支持器8的环状凸缘部8a载置在第二支持器9的环状凸缘部9a上，并使第一支持器8和SIL3在自重方向上支撑在第二支持器9上。
这里，以第一支持器8的下部的外径为A，以第一支持器8的环状凸缘部8a的外径为B，以第二支持器9的开口9b的内径为为C，则由于设定A＜C＜B的关系，所以第一支持器8对于第二支持器9成为自由的状态，同时防止第一支持器8从第二支持器9向下方脱离。
此外，第二支持器9在其上部的开口9c，具备有外罩11，用于防止例如通过嵌合或螺合等安装的SIL3的脱落。该外罩11与第一支持器8和第二支持器9同样构成为大致圆筒状，以外罩11的内径为D时，设定为D＜B的关系。因此，通过该外罩11不会妨碍对半导体器件S光路，且防止保持SIL3的第一支持器8通过第二支持器9的上部的开口9c跳出等的脱离并防止SIL的失落。
此外，腕部7是将圆棒弯曲成大致L字状，从第二支持器9延伸到外方，其一端朝向上方，同时其另一端在第二支持器9的侧部固定。在该腕部7的一端，将以管的侧面的一部分作为平坦面的节点部7a，作为腕部7和支持器6的节点，例如通过嵌合等固定。而且，腕部7形成大致L字状且构成为其一端在上方延伸，但也可在构成为在X-Y平面内延伸。此外，用于构成该SIL支持器5的腕部7如图15所示，在SIL控制器30A的第一腕部件71的一端可装卸地连结。
在具有以上构成的SIL支持器5和SIL控制器30A中，在图16所示的待机位置的状态下，腕部件71、73重叠，而SIL3和腕部件71、73在物镜20的可视范围外。此时，用于保持SIL3的第一支持器8如图20(a)所示，其环状凸缘部8a载置在第二支持器9的环状凸缘部9a上，且第一支持器8和SIL3处于在自重方向上支撑在第二支持器9上的状态。
在将SIL3从该待机位置向插入位置移动的情况下，首先，转动腕部件71、73，如图17所示，将在待机位置的SIL3移动到半导体器件S和物镜20之间向着包含光轴的位置。此时，由于第二腕部件73构成为弯曲状，所以第二腕部件73不会妨碍物镜20的可视范围而容易远离可视范围。
这样，将SIL3插入到可视范围内后，驱动SIL控制器30A的Z方向移动源75并降下SIL3，使SIL3接近于观察位置后经由光结合材料供给管85供给光学连接液，将SIL3载置于观察位置并配置在连接位置(插入位置)。这样使SIL3对于半导体器件S载置在插入位置，则如图20(b)所示，通过第二支持器9使支撑在自重方向的SIL3和第一支持器8由于半导体器件S而成为举起的状态。进而，在该状态下对SIL3的位置等进行微调整等。而且，此时作为光结合材料，最好使用指标微调油(index matching oil)等折射率匹配流体，和含有两性分子的光学连接液。
这里，SIL3和第一支持器8在通过半导体器件S举起的状态下，对第二支持器9形成为自由的状态，所以在半导体器件S的观察位置，仅使SIL3和第一支持器8的自重产生作用。由此，不会增加过度的压力，同时使SIL3与观察位置适当地连接。进而，经由气体供给管95供给气体，使光学连接液干燥，可使SIL3迅速地在半导体器件S的观察位置确实地连接。
此外，在交换SIL3的情况下，驱动SIL控制器30A的第一腕部件转动源72并转动第一腕部件71，将SIL3从待机位置移动到图18所示的交换位置并将连结部从接近第二腕部件73的下方大幅度地突出到外侧，交换包含腕部7在内的SIL支持器5。由此，对于SIL支持器5的腕部7的第一腕部件71形成为易于装卸，同时为交换包含腕部7在内的SIL支持器5，不用直接处理微小的SIL3而较容易地交换透镜。
本发明的显微镜和试料观察方法不限于上述实施方式和构成例，可作各种变形。例如，在上述的半导体检查装置中，对于图像取得部1、光学系统2、检查部16等的具体的构成，和用于检查半导体器件S的具体的检查方法等，图13和图14表示其构成的一例，除此之外还可以使用各种构成和检查方法。此外，在对半导体器件等各种装置仅进行观察的情况下，可以不设置检查部16而作为装置观察装置构成。此外，对于图像取得部1，若操作者不要直接观察图像的情况等，则也可以不设置。此外，对于驱动SIL3的SIL驱动部30，除图15所示的SIL控制器30A之外也可使用各种控制部。此外，用于获得SIL与基板的光学连接的上述光结合材料的使用是其一例，除此之外，也可通过将SIL向基板侧推压得到渐消(evanescent)耦合。
此外，在上述实施方式中，对以半导体器件作为观察对象的半导体检查装置和半导体检查方法进行了说明，但本发明在将半导体器件以外作为观察对象的试料的情况下，也可适用于在规定的观察面上通过试料进行观察所使用的显微镜和试料观察方法。由此，在试料观察中，可容易地进行观察试料的微细构造等。作为这种情况的试料，例如，可例举上述半导体器件和液晶装置等各种装置，或使用显微镜标本的生物相关的样品等。
此外，对于使用于修正表的SIL的光学参数的输入，如上所述，除将参数值个别地进行输入之外，也可使用准备有对应于SIL型号的参数设定的构成，或将存储有参数值的IC芯片等的存储介质设置在SIL中，在使用时读取数据的构成等。
例如，SIL的光学参数的输入是在SIL、SIL支持器或安装于臂的半导体器件/磁性装置等的存储介质，可使用存储有SIL型号、连续号码、曲率半径、厚度、折射率等的参数的构成。在这种情况下作为数据的读取方法，有通过电波接收、通过臂和控制部经过电接触的接收等方法。此外，在SIL支持器上写入到条型码等，也可以通过以图像辨识读取数据。
或者，在SIL支持器中，可使用可以肉眼或图像各自识别的附有记号的构成。通过这样的记号的SIL识别方法，有使用线颜色和条数、点颜色和数目、支持器本身的颜色、连续号码等的识别方法。此外，在这种情况下，可使用通过记号判别SIL的ID，并输入其连续号码，读取预先登记的曲率半径、厚度、折射率等参数的方法。对应于连续号码的这些参数数据通过挠性盘片等供给，预先读入到软件中的方法。
此外，在上述构成的显微镜中，通过固态浸没透镜驱动构件驱动SIL，但这样的驱动装置若不要的话也可构成为不设置。在这种情况下，控制物镜驱动构件的控制构件具有在根据试料的折射率n0、厚度t0、固态浸没透镜的折射率n1、厚度d1和曲率半径R1设定的修正条件下，以进行调焦和像差修正的SIL模式作为控制模式即可。
此外，在上述实施方式中，一般模式和SIL模式的两者分别进行调焦和像差修正，但对于仅使用物镜的一般模式，也可是不进行像差修正而仅进行调焦的构成。此外，一般模式中使用调焦表和像差修正表的情况下，也可仅使用调焦表。
此外，对于含有物镜20的光学系统2，除上述构成之外也可使用各种构成。例如，在光学系统2中，作为物镜20，也可使用设置有一般模式中用于观察试料的正常图像的第一物镜，和SIL模式中与SIL3一起用于观察试料的放大图像的第二物镜的构成。
作为这样构成的具体例，如图13所示，使多个物镜20由转换器设置为可切换的情况下，可考虑将其中之一的物镜作为一般模式用，在其它物镜上安装SIL3，作为SIL模式用的构成。在这样的构成中，使切换物镜的转换器作为固态浸没透镜驱动构件发挥作用。此外，在这种情况下，对于一般模式用的物镜，若不要像差修正，则也可使用不设置修正环的透镜。
对于如上述以一般模式、SIL模式使用另一个物镜的情况的试料观察方法的一例进行说明。首先，为了提高试料表面的连接性，通过洗净液和连接液进行处理之后，以通常物镜对作为观察试料的一般图像进行观察。此外，以通常物镜观察异常观察像(例如故障引起的光学信号像)。接着，将观察对象对准中心，提高通常物镜的倍率，同样地观察图案像、异常观察像。进而，物镜的倍率提高到20×左右以上，将观察对象位置对准中心。
其次，将光学系统从一次试料稍微分离，将物镜切换成SIL附物镜之后，使光学系统慢慢地接近试料。此时，在使SIL的前端接触试料的时刻使接触传感器呈ON状态，由ON位置移动到实际焦点位置。从ON位置到实际焦点位置的距离是预先确定。
进而，由SIL附物镜一边观察试料的图案像，一边来进行焦点的微调整之后，进行试料的放大图像，即图案像和异常观察像的观察。而且，当返回到一般图像的观察时，将光学系统从试料分离，将物镜切换成通常物镜之后，使光学系统返回到焦点位置即可。
产业上的可利用性根据本发明的显微镜和试料观察方法，可利用于可容易地进行半导体器件的微细构造解析等需要的试料观察的显微镜和试料观察方法。
权利要求
1.一种显微镜，在规定的观察面上观察试料，其特征在于，具备包含物镜，引导所述试料图像的光学系统；用于驱动所述物镜，对所述试料进行调焦和像差修正的物镜驱动构件；设置在包含从所述试料向着所述物镜的光轴的位置的固态浸没透镜；和控制所述物镜驱动构件的控制构件，所述控制构件具有固态浸没透镜模式作为控制模式，该固态浸没透镜模式在根据所述试料的折射率n0、厚度t0、所述固态浸没透镜的折射率n1、厚度d1和曲率半径R1设定的修正条件下，进行调焦和像差修正。
2.如权利要求1所述的显微镜，其特征在于，具备驱动所述固态浸没透镜，使其在包含从所述试料向着所述物镜的光轴的插入位置与偏离所述光轴的待机位置之间移动的固态浸没透镜驱动构件。
3.如权利要求2所述的显微镜，其特征在于所述光学系统具有作为所述物镜的用于观察所述试料的一般图像的第一物镜，和与所述固态浸没透镜一起用于观察所述试料的放大图像的第二物镜。
4.如权利要求1所述的显微镜，其特征在于所述控制机构具有对应于所述固态浸没透镜模式下的所述修正条件的调焦表和像差修正表。
5.如权利要求1所述的显微镜，其特征在于所述控制构件具有在根据所述试料的折射率n0和到所述观察面的所述试料的厚度t0设定的修正条件下进行调焦的一般模式，和所述固态浸没透镜模式的两种控制模式。
6.如权利要求5所述的显微镜，其特征在于所述控制构件具有对应于所述一般模式下的所述修正条件的调焦表，和对应于所述固态浸没透镜模式的所述修正条件的调焦表与像差修正表。
7.如权利要求1所述的显微镜，其特征在于所述物镜驱动构件具有改变所述试料与所述物镜的间隔并进行调焦的焦点调节构件。
8.如权利要求1所述的显微镜，其特征在于所述物镜具有沿光轴配置的第一透镜群和第二透镜群，所述物镜驱动构件具有改变所述物镜的所述第一透镜群与所述第二透镜群的间隔并进行像差修正的像差修正构件。
9.如权利要求2所述的显微镜，其特征在于所述固态浸没透镜驱动构件是固态浸没透镜移动装置，具有连结有支撑所述固态浸没透镜的固态浸没透镜支持器的第一腕部件；使所述第一腕部件相对所述试料在大致平行的水平面内转动的第一腕部件转动源；保持所述第一腕部件转动源的第二腕部件；和以与所述第一腕部件转动源的转动轴不同轴的位置作为转动轴，使所述第二腕部件在所述水平面内转动的第二腕部件转动源。
10.如权利要求9所述的显微镜，其特征在于所述固态浸没透镜移动装置具有使所述第二腕部件转动源在与所述水平面正交的垂直方向上移动的垂直方向移动源。
11.一种试料观察方法，在规定的观察面上，通过包含物镜的光学系统进行观察，其特征在于，包括在偏离从所述试料向着所述物镜的光轴的待机位置配置固态浸没透镜，观察所述试料的一般图像的一般图像观察步骤；在包含从所述试料向着所述物镜的光轴的插入位置配置所述固态浸没透镜，在根据所述试料的折射率n0、厚度t0、所述固态浸没透镜的折射率n1、厚度d1和曲率半径R1设定的修正条件下，进行调焦和像差修正的修正步骤；和在通过所述修正步骤完成调焦和像差修正的状态下，观察所述试料的放大图像的放大图像观察步骤。
12.如权利要求11所述的试料观察方法，其特征在于在所述修正步骤中，使用对应于该修正条件的调焦表和像差修正表。
13.如权利要求11所述的试料观察方法，其特征在于，包括在偏离从所述试料向着所述物镜的光轴的所述待机位置配置所述固态浸没透镜，在根据所述试料的折射率n0和到所述观察面的所述试料的厚度t0设定的修正条件下进行调焦的一般修正步骤。
14.如权利要求13所述的试料观察方法，其特征在于在所述一般修正步骤中，使用对应于该修正条件的调焦表，同时在所述修正步骤中，使用对应于该修正条件的调焦表和像差修正表。
15.如权利要求11所述的试料观察方法，其特征在于在所述修正步骤中，改变所述试料和所述物镜的间隔并进行调焦。
16.如权利要求11所述的试料观察方法，其特征在于在所述修正步骤中，改变沿所述物镜的光轴配置的第一透镜群和第二透镜群的间隔并进行像差修正。
全文摘要
本发明的显微镜和试料观察方法，对于检查对象的半导体器件S，设置图像取得部(1)、包含物镜(20)的光学系统(2)、和可在包含从半导体器件(S)向物镜20的光轴的插入位置与偏离光轴的待机位置之间移动的固态浸没透镜(SIL3)。而且，以两种控制模式进行观察第一模式，将(SIL3)配置在待机位置，根据半导体器件(S)的基板的折射率(n
文档编号G02B21/00GK1906520SQ20058000160
公开日2007年1月31日 申请日期2005年2月25日 优先权日2004年2月27日
发明者寺田浩敏, 荒田育男, 常盘正治, 田边浩, 坂本繁 申请人:浜松光子学株式会社