(57)【要約】【課題】標本と液浸対物レンズとの間に、気泡を発生させることなく浸液を充填することができる液浸顕微鏡を提供する。【解決手段】最も標本７側のレンズ面が凹面である液浸観察用の対物レンズ１２を介して、標本７と対物レンズ１２との間に浸液１６を充填させた状態で標本７の拡大像を形成する顕微鏡光学系と、標本７における所望の観察部位に浸液１６の液滴を供給する浸液供給装置１７と、標本７と対物レンズ１２との相対位置を移動させる移動手段８と、対物レンズ１２の光軸ＡＸと観察部位の中心Ｏとがずれた位置で対物レンズ１２の先端を液滴１６の傾斜部１６ａに接触させ、次に対物レンズ１２の光軸ＡＸと観察部位の中心Ｏとが一致するように、移動手段８を制御する制御手段とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2006184830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最も標本側のレンズ面が凹面である液浸観察用の対物レンズを介して、前記標本と前記対物レンズとの間に浸液を充填させた状態で前記標本の拡大像を形成する顕微鏡光学系と、
前記標本における所望の観察部位に浸液の液滴を供給する浸液供給装置と、
前記標本と前記対物レンズとの相対位置を移動させる移動手段と、
前記対物レンズの光軸と前記観察部位の中心とがずれた位置で前記対物レンズの先端を前記液滴の傾斜部に接触させ、次に前記対物レンズの光軸と前記観察部位の中心とが一致するように、前記移動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする液浸顕微鏡。
【請求項２】
前記制御手段は、まず、前記対物レンズと前記観察部位との垂直方向の相対位置を調整して、前記対物レンズの先端を前記液滴の傾斜部に接触させ、次に前記対物レンズと前記観察部位との水平方向の相対位置を調整して前記対物レンズの光軸と前記観察部位の中心との位置を調整するように前記移動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の液浸顕微鏡。
【請求項３】
前記制御手段は、前記対物レンズと前記観察部位との垂直方向の位置及び水平方向の相対位置を同時に調整して、前記対物レンズと前記液滴の傾斜部との接触と、前記対物レンズの光軸と前記観察部位の中心との位置の調整とを行うように前記移動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の液浸顕微鏡。
【請求項４】
前記浸液として、脱気処理を施した液体を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液浸顕微鏡と、前記液浸顕微鏡に取り付けられた撮像装置とを内蔵する半導体ウエハの欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液浸顕微鏡、及び欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、標本と対物レンズとの間に液体（以下、「浸液」という。）を充填して標本を観察する構成の液浸顕微鏡が知られている。この液浸顕微鏡に用いられる液浸対物レンズには、最も標本側のレンズ面を凹面として開口数を大きくすることで分解能の向上を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開９−１２７４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような液浸対物レンズを備えた液浸顕微鏡を半導体ウエハの微細なパターンの欠陥検査等に利用する場合、標本と液浸対物レンズとの間に浸液を充填する際に発生する、液浸対物レンズと浸液との接触面の気泡が液浸顕微鏡の画質を低下させてしまうという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、標本と液浸対物レンズとの間に、気泡を発生させることなく浸液を充填することができる液浸顕微鏡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】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明は、
最も標本側のレンズ面が凹面である液浸観察用の対物レンズを介して、前記標本と前記対物レンズとの間に浸液を充填させた状態で前記標本の拡大像を形成する顕微鏡光学系と、
前記標本における所望の観察部位に浸液の液滴を供給する浸液供給装置と、
前記標本と前記対物レンズとの相対位置を移動させる移動手段と、
前記対物レンズの光軸と前記観察部位の中心とがずれた位置で前記対物レンズの先端を前記液滴の傾斜部に接触させ、次に前記対物レンズの光軸と前記観察部位の中心とが一致するように、前記移動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする液浸顕微鏡を提供する。
【０００６】
また、本発明の液浸顕微鏡の好ましい態様によれば、
前記制御手段は、まず、前記対物レンズと前記観察部位との垂直方向の相対位置を調整して、前記対物レンズの先端を前記液滴の傾斜部に接触させ、次に前記対物レンズと前記観察部位との水平方向の相対位置を調整して前記対物レンズの光軸と前記観察部位の中心との位置を調整するように前記移動手段を制御することが望ましい。
【０００７】
また、本発明の液浸顕微鏡の好ましい態様によれば、
前記制御手段は、前記対物レンズと前記観察部位との垂直方向の位置及び水平方向の相対位置を同時に調整して、前記対物レンズと前記液滴の傾斜部との接触と、前記対物レンズの光軸と前記観察部位の中心との位置の調整とを行うように前記移動手段を制御することが望ましい。
【０００８】
また、本発明の液浸顕微鏡の好ましい態様によれば、
前記浸液として、脱気処理を施した液体を用いることを特徴とすることが望ましい。
また本発明の好ましい態様によれば、
本発明の液浸顕微鏡と、前記液浸顕微鏡に取り付けられた撮像装置とを内蔵する半導体ウエハの欠陥検査装置を提供することが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、標本と液浸対物レンズとの間に、気泡を発生させることなく浸液を充填することができる液浸顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の各実施の形態に係る液浸顕微鏡を備えた検査装置について添付図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る液浸顕微鏡を備えた検査装置を上方から見た図，正面からみた断面図である。また図２は、本発明の第１の実施の形態に係る液浸顕微鏡を備えた検査装置の側方から見た拡大断面図である。
本実施の形態に係る液浸顕微鏡１を備えた検査装置２は、所定のパターンが形成された半導体ウエハの検査を行うための欠陥検査装置である。
【００１１】
図１（ａ），（ｂ）に示すように検査装置２は、箱状で中空のフレーム３に液浸顕微鏡１を内蔵して構成されている。フレーム３の上面には、送風ファンとＵＬＰＡ（Ultra Low Penetration Air）フィルタからなるＦＦＵ（Filer Fan Unite）４が備えられており、フレーム３内部は気中のパーティクルが最小限となるように配慮されてクリーンな環境が維持されている。特に、液浸顕微鏡１上方のＦＦＵ４は、ケミカルフィルタ付きＦＦＵであって、さらに液浸顕微鏡１の周囲にはしきり板５が設けられているため、液浸顕微鏡１の雰囲気はＴ．Ｏ．Ｃ．（Total Organic Carbon：全有機炭素）等のアウトガスが少ない状態が維持されている。また、フレーム３の内部は、上下のスペースに分かれてり、上側のスペース６では標本７である半導体ウエハが後述のステージ８によって搬送され、下側のスペース９はパーティクル等のゴミを落とし込んだり装置の配線を配置するためのスペースとして設けられている。なお、図１（ｂ）及び図２中の矢印は、フレーム３内のエアーの流れを示している。
【００１２】
図２に示すように液浸顕微鏡１は、光源１０と、観察光学系１１と、最も標本７側のレンズ面が凹面の液浸対物レンズ１２を備えたレボルバ１３と、標本７を載置するためのステージ８とを備えている。ステージ８は、標本７を液浸対物レンズ１２の光軸ＡＸ方向（図中Ｚ方向）へ移動させるためのＺθステージ１４と標本７を液浸対物レンズ１２の光軸ＡＸと垂直な方向（図中ＸＹ方向）へ移動させるためのＸＹステージ１５とからなり、標本７のフレーム３内の搬送及び液浸顕微鏡１による検査の際の位置決めを行う。
【００１３】
液浸対物レンズ１２の近傍には、浸液１６を標本７の所望の観察位置に付着させるための液体供給機１７と、観察終了時に浸液１６を吸引して除去するための液体吸引機１８とが配置されている。さらに、液浸対物レンズ１２の側方には、液体乾燥機１９としてＵＬＰＡフィルタ付きのファンが配置されており、液体吸引機１８によって浸液１６を吸引した後で、液浸対物レンズ１２、標本７、及び標本７からこぼれ落ちてステージ８等に付着している浸液１６の乾燥を行うことができる。なお、この乾燥には光源１０の余熱を利用することで効率化が図られている。
【００１４】
斯かる構成の下、本実施の形態に係る液浸顕微鏡１は、ステージ８上に載置されている標本７を、光源１０によって液浸対物レンズ１２及び浸液１６を介して照明する。そして、標本７からの光は再度浸液１６及び液浸対物レンズ１２を介して観察光学系１１へ導かれる。観察光学系１１は、標本７からの光を不図示の接眼レンズを備えた接眼観察部２０、又は不図示のＣＣＤカメラへ切り替え自在に導く。これにより観察者は、標本７である半導体ウエハの観察像を接眼観察部２０を介して接眼観察、及び撮影してモニタ２１に表示させることができる。
【００１５】
以上のような構成の下、本実施の形態に係る液浸顕微鏡１を備えた欠陥検査装置２は、図１中に点線で示しているロードポート２２に標本７をセットしフレーム３内へ挿入する。フレーム３内へ挿入された標本７は、目視スペース２３へ搬送されることで、観察者は標本７を直接目視観察することができる。また標本７は、ステージ８によって液浸顕微鏡１の液浸対物レンズ１２の下方へ搬送されることで、液浸顕微鏡１を用いて接眼観察部２０による拡大観察及びモニタ表示を行うことができる。
【００１６】
次に、本実施の形態において最も特徴的な構成である、標本７と液浸対物レンズ１２との間への浸液１６の充填方法について詳細に説明する。
図３は、本実施の形態に係る液浸顕微鏡１において、標本７と液浸対物レンズ１２との間への浸液１６の充填方法を説明する図、より詳しくは標本７上に付着させた浸液１６と液浸対物レンズ１２との接触状態を示す部分断面図及び要部拡大図である。
【００１７】
図３に示すように本実施の形態に係る液浸顕微鏡１では、高開口数を実現するために先球レンズ２４に凹み部２５を有する、即ち上述のように最も標本７側のレンズ面が凹面である液浸対物レンズ１２が用いられている。上記従来技術において述べたように、斯かる構成の液浸対物レンズ１２と標本７との間に浸液１６を充填する際には、液浸対物レンズ１２と浸液１６との接触面に気泡が発生しやすい。
【００１８】
したがって本実施の形態では、この気泡の発生を防ぐために、液浸対物レンズ１２と標本７との間への浸液１６の充填は、標本７における所望の観察位置に浸液１６を付着させ、液浸対物レンズ１２がステージ８に対して垂直な状態でレンズ先端を浸液１６の傾斜部１６ａに接触させた後で、レンズ先端を浸液１６に接触させながら液浸対物レンズ１２を当該観察位置まで移動させて行う。
これにより、液浸対物レンズ１２と浸液１６とが接触する際に、図３の拡大図に示すように隙間αができるため、浸液１６をこの隙間αから気泡となるエアーを逃がすように凹み部２５に入り込ませることができる。このようにして液浸対物レンズ１２と浸液１６との接触面の気泡を防ぐことができる。
【００１９】
以上のような標本７と液浸対物レンズ１２との間への浸液１６の充填は、本実施の形態において以下の手順によって行われる。
図５は、本発明の第１の実施の形態における標本７と液浸対物レンズ１２との間への浸液１６の充填方法の具体的な手順を示す図である。
手順１：ステージ８によって液浸対物レンズ１２の下方に搬送された標本７における所望の観察位置に対して液体供給機１７で浸液１６を付着させる。
【００２０】
手順２：当該所望の観察位置の中心Ｏと液浸対物レンズ１２の光軸ＡＸとの距離が所定値βとなるようにＸＹステージ１５によって標本７が移動する。ここで、観察位置の中心Ｏと液浸対物レンズ１２の光軸ＡＸとのずらし量である所定値βは、浸液１６の種類や供給する量や凹み部２５の形状等を考慮し、後述の手順３において液浸対物レンズ１２の先端の凹み部２５と浸液１６との間に隙間αができるような値が予め設定されている。
手順３：液浸対物レンズ１２の先端が浸液１６に接触するように、Ｚθステージ１４によって標本７がＺ方向へ移動する。
【００２１】
手順４：観察位置の中心Ｏが液浸対物レンズ１２の光軸ＡＸと一致するように、ＸＹステージ１５によって標本７が移動する。
手順５：オートフォーカスにて焦点合わせが行われた後、標本７の画像が取得されてモニタ２１に表示される。
手順６：液体吸引機１８によって浸液１６が吸引除去された後、液体乾燥機１９によって標本７及びその周辺に残った浸液１６が乾燥除去される。
ここで、本実施の形態に係る液浸顕微鏡１において、以上の各手順は当該顕微鏡１に備えられている顕微鏡制御部によってそれぞれ実行される。
【００２２】
以上の手順により、液浸対物レンズ１２と浸液１６とが接触する際に、図３の拡大図に示すように隙間αができ、そのまま標本７を上昇させることによって、液浸対物レンズ１２の凹み部２５と浸液１６との間の隙間αから気泡となるエアーを逃がしながら浸液１６を凹み部２５に入り込ませることができる。本実施の形態ではこのようにして液浸対物レンズ１２と浸液１６との接触面の気泡の発生を防ぐことができる（図４を参照。）。
なお、図４は、本実施の形態に係る液浸顕微鏡１において、標本７と液浸対物レンズ１２との間への浸液１６の充填を、気泡を発生させることなく完了した様子を示す部分断面図及び要部拡大図である。
【００２３】
以上より、本実施の形態に係る液浸顕微鏡１を備えた欠陥検査装置２は、最も標本７側のレンズ面が凹面である液浸対物レンズ１２を用い、当該レンズ１２と標本７との間に気泡を発生させることなく浸液１６を充填することができるため、画質を低下させることなく高い分解能で標本７である半導体ウエハの欠陥検査を行うことができる。さらに言えば、屈折率ｎの浸液を用い、１／ｎ倍の高い分解能の観察画像を取得することができる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る液浸顕微鏡を備えた検査装置は、上記第１の実施の形態と同様の構成であるため説明を省略し、特徴的な部分である標本７と液浸対物レンズ１２との間への浸液１６の充填方法について詳細に説明する。
本実施の形態においても上記第１の実施の形態と同様に、液浸対物レンズ１２と標本７との間への浸液１６の充填は、気泡の発生を防ぐために、標本７における所望の観察位置に浸液１６を付着させ、液浸対物レンズ１２がステージ８に対して垂直な状態でレンズ先端を浸液１６の傾斜部１６ａに接触させた後で、レンズ先端を浸液１６に接触させながら液浸対物レンズ１２を当該観察位置まで移動させて行う。
【００２５】
以下、本実施の形態における標本７と液浸対物レンズ１２との間への浸液１６の充填方法の具体的な手順を説明する。
図６は、本発明の第２の実施の形態における標本７と液浸対物レンズ１２との間への浸液１６の充填方法の具体的な手順を示す図である。
手順１：ステージ８によって液浸対物レンズ１２の下方に搬送された標本７における所望の観察位置に対して液体供給機１７で浸液１６を付着させる。
手順２：当該所望の観察位置の中心Ｏと液浸対物レンズ１２の光軸ＡＸとの距離が所定値βとなるようにＸＹステージ１５によって標本７が移動する。ここで、観察位置の中心Ｏと液浸対物レンズ１２の光軸ＡＸとのずらし量である所定値βは、浸液１６の種類や供給する量や凹み部２５の形状等を考慮し、後述の手順３において液浸対物レンズ１２の先端の凹み部２５と浸液１６との間に隙間αができるような値が予め設定されている。
【００２６】
手順３：観察位置の中心Ｏが液浸対物レンズ１２の光軸ＡＸと一致するように、かつ液浸対物レンズ１２の先端が浸液１６に接触するように、ＸＹステージ１５及びＺθステージ１４によって標本７がＸＹ方向及びＺ方向へ同時に移動する。
手順４：オートフォーカスにて焦点合わせが行われた後、標本７の画像が取得されてモニタ２１に表示される。
手順５：液体吸引機１８によって浸液１６が吸引除去された後、液体乾燥機１９によって標本７及びその周辺に残った浸液１６が乾燥除去される。
ここで、本実施の形態に係る液浸顕微鏡において、以上の各手順は当該顕微鏡に備えられている顕微鏡制御部によってそれぞれ実行される。
【００２７】
以上の手順により本実施の形態に係る液浸顕微鏡は、上記第１の実施の形態と同様に、液浸対物レンズ１２と標本７との間に浸液１６を充填する際に、気泡の発生を防ぐことができる。また、手順３において標本７をＸＹ方向及びＺ方向へ同時に移動させることで、浸液１６の充填をより迅速に行うことができる。したがって、本実施の形態に係る液浸顕微鏡を備えた欠陥検査装置は、上記第１の実施の形態と同様に、画質を低下させることなく高い分解能で半導体ウエハの欠陥検査をより迅速に行うことができる。
【００２８】
なお、上記各実施の形態では、液浸対物レンズ１２と標本７との間へ浸液１６を充填する際に、ステージ８によって標本７を移動させる構成である。しかしながら本発明はこれに限られず、標本７の位置を固定して液浸対物レンズ１２を移動させる構成とすることも当然可能である。
また、上記各実施の形態において、脱気装置を用いて脱気処理を施すことで気泡（液体自体に起因する気泡）の発生を抑制した液体、例えば超純水製造装置に脱気装置を設けて生成した超純水を浸液１６として用いることで、凹み部２５に万一気泡が残ってしまった場合でも気泡を液体内に溶けやすくすることができる。
【００２９】
以上、本発明の各実施の形態によれば、標本と液浸対物レンズとの間に、気泡を発生させることなく浸液を充填することができる液浸顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る液浸顕微鏡を備えた検査装置を上方から見た図，正面からみた断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る液浸顕微鏡を備えた検査装置の側方から見た拡大断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る液浸顕微鏡において、標本と液浸対物レンズとの間への浸液の充填方法を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る液浸顕微鏡において、標本と液浸対物レンズとの間への浸液の充填を気泡を発生させることなく完了した様子を示す部分断面図及び要部拡大図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における標本と液浸対物レンズとの間への浸液の充填方法の具体的な手順を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における標本と液浸対物レンズとの間への浸液の充填方法の具体的な手順を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    液浸顕微鏡
２    欠陥検査装置
７    標本
８    ステージ
１２  液浸対物レンズ
１６  浸液
Ｏ    標本における所望の観察位置の中心
ＡＸ  液浸対物レンズの光軸
【図１】
2006184830.tif 000003
【図２】
2006184830.tif 000004
【図３】
2006184830.tif 000005
【図４】
2006184830.tif 000006
【図５】
2006184830.tif 000007
【図６】
2006184830.tif 000008