(57)【要約】 【課題】  照明光の輝度を上げても光学顕微鏡の視野のサーマルドリフトが生じにくく、微小な異物等も確実に検出・同定できる顕微光学分析システムを提供する。【解決手段】  顕微光学分析システム１は、試料を拡大観察するための光学顕微鏡１３と、光学顕微鏡１３の観察視野上にて赤外分光分析を行う、光学分析部としての赤外分光分析部２０と、光学顕微鏡内にて観察視野を照らし出すための照明機構２８とを有する。照明機構２８は、第一端部側に観察視野に向けて照明光ＬＢを照出する照明光照出部を有するとともに第二端側が前記光学顕微鏡外に延出するライトガイド部３２と、該ライトガイド部３２の第二端側に照明光を供給する光源２３とを有してなる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を拡大観察するための光学顕微鏡と、
前記光学顕微鏡の観察視野上にて光学分析を行う光学分析部と、
前記光学顕微鏡内にて前記観察視野を照らし出すための照明機構とを備え、
前記照明機構は、第一端部側に前記観察視野に向けて照明光を照出する照明光照出部を有するとともに第二端側が前記光学顕微鏡外に延出するライトガイド部と、該ライトガイド部の前記第二端側に前記照明光を供給する光源とを有してなることを特徴とする顕微光学分析システム。
【請求項２】
前記ライトガイド部を光ファイバーにて構成した請求項１記載の顕微光学分析システム。
【請求項３】
前記光源ユニットは、前記ライトガイド部の末端に対向して配置された前記光源と、該光源の前記ライトガイド部の末端に面しているのと反対側に配置された反射鏡とを備えてなる請求項１又は請求項２に記載の顕微光学分析システム。
【請求項４】
前記光源からの照明光を前記ライトガイド部の末端に向けて集光する集光部を有する請求項３記載の顕微光学分析システム。
【請求項５】
前記光源がメタルハライドランプからなる請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の顕微光学分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微光学分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平６−３４７３９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５１９３号公報
【０００３】
半導体ウェーハやそれを用いた集積回路などでは、試料表面の微小領域を顕微鏡で拡大観察しつつ、その微小領域の光学的分析を行う顕微光学分析システムの需要が高まっている。その例としては、顕微フーリエ変換赤外線分光光度計（いわゆる顕微ＦＴ−ＩＲ：特許文献１）、顕微フォトルミネッセンス分光光度計、顕微ラマン分光光度計（特許文献２）などがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の顕微光学分析システムでは、光学顕微鏡による観察視野を、光学顕微鏡に内蔵されたハロゲンランプ等の光源により照らして異物の観察及び分析を行っていた。普通用いられている１００Ｗ前後の内蔵型ハロゲンランプは光量がそれほど高くないので、高倍率では視野を十分に明るくできず、微小な異物等の検出が困難になる問題があった。顕微鏡の視野上で異物等を正確に検出できなければ、これに測定プローブを照射することができず、その分光分析を正確に行うことができない。
【０００５】
この場合、光源の光量を上げるために、出力の高い高輝度タイプのランプに交換すれば微小な異物をより同定しやすくなると考えられる。しかし、従来のごとく、光源が光学顕微鏡に内蔵されていると、光源の発生熱により顕微鏡の視野がサーマルドリフトを起こしやすくなる問題がある。すなわち、装置内で温度変化が生じると、測定中に光源からの発生熱によりステージ等が延び、プローブの照射位置が微妙にずれてしまう問題がある。特に小さい異物の場合、プローブの照射スポットから異物が外れてしまい、測定途中でデータが取れなくなってしまうこともありえる。この場合、低倍率にすれば視野全体の照明光量が増えるので、小さい異物を何とか検出できることもある。しかし、その状態から高倍率に切り替えてプローブを当てようとすると、上記のサーマルドリフトのため異物が移動しプローブを確実に照射できない。
【０００６】
本発明の課題は、照明光の輝度を上げても光学顕微鏡の視野のサーマルドリフトが生じにくく、微小な異物等も確実に検出・同定できる顕微光学分析システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の顕微光学分析システムは、
試料を拡大観察するための光学顕微鏡と、
光学顕微鏡の観察視野上にて光学分析を行う光学分析部と、
光学顕微鏡内にて観察視野を照らし出すための照明機構とを備え、
照明機構は、第一端部側に観察視野に向けて照明光を照出する照明光照出部を有するとともに第二端側が光学顕微鏡外に延出するライトガイド部と、該ライトガイド部の第二端側に照明光を供給する光源とを有してなることを特徴とする。
【０００８】
上記本発明の顕微光学分析システムによると、光学顕微鏡内にて観察視野を照らし出すための照明機構が、第一端部側に観察視野に向けて照明光を照出する照明光照出部を有するとともに、第二端側が観察視野から光学顕微鏡外に延出するライトガイド部を有し、該ライトガイド部の第二端側に照明光を供給する光源を設けた。つまり、発熱の大きい光源を光学顕微鏡の外に配置して、その照明光をライトガイドにより観察視野に導くようにしたから、照明光の輝度を上げても、光源の発生熱に起因した観察視野のサーマルドリフトが生じにくくなり、ウェーハ上での微小分析をより確実に行うことができるようになる。
【０００９】
上記のライトガイド部は光ファイバーにて構成することができる。光ファイバーは光源が比較的遠方（例えば光学顕微鏡の観察視野から５０ｃｍ以上３ｍ以下）にあっても、照明光を大きく減衰させることなく観察視野にこれを導くことができる。また、光ファイバー特有の可撓性を利用することにより、これを任意に変形させた状態で装置の内部ないし周囲に柔軟に配置でき、システムのコンパクト化や、システム周囲の配置物との干渉防止等に有効に寄与する。
【００１０】
光源ユニットは、ライトガイド部の末端に対向して配置された光源と、該光源のライトガイド部の末端に面しているのと反対側に配置された反射鏡とを備えたものとして構成できる。これにより、光源からの直接光束は、反射鏡による反射光束と重ね合わされた状態でライトガイドに導かれ、顕微鏡視野への照射光量をより増加することができる。この効果は、光源からの照明光をライトガイド部の末端に向けて集光する集光部を設けることで一層顕著となる。
【００１１】
光源に使用するランプは、通常のハロゲンランプを使用することが可能である。本発明の採用により、発生熱の大きい高出力ハロゲンランプを用いても、観察視野のサーマルドリフトが生じにくく、かつ、観察視野の照明光量を増加できるので、より微小な異物等の検出・同定も容易である。他方、光源に使用するランプとしては、メタルハライドランプを使用することが、同じ消費電力でも、ハロゲンランプより光量を増加できるので、さらに望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の顕微光学分析システムの一実施例たる顕微フーリエ変換赤外分光光度計システム（以下、顕微ＦＴ−ＩＲシステムという）を示したものである。該顕微ＦＴ−ＩＲシステム１は、試料を拡大観察するための光学顕微鏡１３と、光学顕微鏡１３の観察視野上にて赤外分光分析を行う、光学分析部としての赤外分光分析部２０と、光学顕微鏡内にて観察視野を照らし出すための照明機構２８とを有する。照明機構２８は、第一端部側に観察視野に向けて照明光ＬＢを照出する照明光照出部を有するとともに第二端側が前記光学顕微鏡外に延出するライトガイド部３２と、該ライトガイド部３２の第二端側に照明光を供給する光源２３とを有してなる。
【００１３】
上記顕微ＦＴ−ＩＲシステム１は、その主要部が特開平３−１４８０４５号公報に開示されているものであり、符号１０１は光透過性の試料ステージ（図示してない）に載置される試料、符号１０２は可視光源２３または赤外光源２４からの光線を集光して試料１０１に対して照射するための集光鏡である。符号１０５は両矢印１０６方向に移動自在の第１の可動ミラーで、この第１の可動ミラー１０５が実線で示す位置にあるとき可視光線が、また、仮想線で示す位置にあるとき分析プローブとなる赤外光線がそれぞれ集光鏡１０２方向に向かう。
【００１４】
符号１０７は試料１０１側からの透過光を通過させる対物鏡である。また、赤外分光分析部２０において、符号１０８はこの対物鏡１０７の後方に設置される第１のビームスプリッタで、例えばハーフミラーよりなる。符号Ｉ，IIは第１のビームスプリッタ１０８の後方に形成される２つの分岐光路（以下、第１の分岐光路Ｉ、第２の分岐光路IIという）である。第１の分岐光路Ｉの対物鏡１０７の像点にナイフエッジのマスク１０９が設けられるとともに、このマスク１０９の後方に両矢印１１０方向に移動自在の第２の可動ミラー１１１が設けられている。この第２の可動ミラー１１１が実線で示す位置にあるとき第１の分岐光路Ｉを進んできた光線が後述する第２のビームスプリッタ１１５の方向に向かい、また、仮想線で示す位置にあるとき前記光線が固定ミラー１１２を経て赤外線検出器１１３に向かう。そして、第２の分岐光路IIの対物鏡１０７の像点にはなにも設けられてなく、この像点の近傍に固定ミラー１１４が設けられている。
【００１５】
符号１１５は第２のビームスプリッタで、前記２つの分岐光路Ｉ，IIを経た光線を結合するもので、例えばハーフミラーよりなり、この第２のビームスプリッタ１１５の後方にはＣＣＤカメラ１１６及びモニタ１１７が設けられている。集光鏡１０２及び対物鏡１０７がそれぞれ顕微鏡１３の光学系を構成し、可視光源２３による透過拡大観察像をＣＣＤカメラ１１６で検出し、モニタ１１７で該画像を観察しながら、所望の視野で赤外光源２４に切り替えることにより、赤外線検出器１１３の入力波形から赤外分光分析を行うことができる。
【００１６】
なお、図１では、可視光源２３または赤外光源２４から照射される光線が試料１０１中を透過するように構成した、いわゆる透過法による測定または観察モードを示しているが、図示してない複数の可動ミラーを適宜切り替えることにより、前記光源２３または２４から照射される光線が試料１０１において反射する、いわゆる反射法による測定または観察モードにも切り替えることができる。すなわち、顕微ＦＴ−ＩＲシステム１は、透過法と反射法とにおいてそれぞれ測定と観察のモードをとることができる。
【００１７】
次に、可視光源側２３側をなす照明機構２８は、光学顕微鏡１３外に置かれた光源ユニット３０内に光源を有し、当該光源からの照明光を、ライトガイドをなす光ファイバー３２にて光学顕微鏡１３内に導くものである。なお、赤外光源２４側をなす照明機構１２８も、光源種別を除けば、可視光源側２３側をなす照明機構２８とほぼ同様の構成となっている。
【００１８】
図２に示すように、光源ユニット３０は、光ファイバー３２（ライトガイド部）の末端に対向して配置された光源２３と、該光源２３の光ファイバー３２の末端に面しているのと反対側に配置された反射鏡２４とを備えている。また、光源２３からの照明光を光ファイバー３２の（第二端部側の）末端に向けて集光する金属板等で構成された集光部２５も設けられている。本実施形態では、光ファイバー３２は、その周囲が蛇腹状のフレキシブルチューブで覆われるとともに、光源側の第二端部はジョイント部３２ｓを介して光源ユニット３０の集光部２５に接続されている。他方、照明光照出部となる光ファイバー３２の第一端部側にはコネクタ３２ｐが設けられ、該コネクタ３２ｐを介して、図１の光学顕微鏡１３に取り付けられるレンズケース１７に接続されている。コネクタ３２ｐ内の光ファイバー３２の末端から照出される照明光は、このレンズケース１７内のレンズ１６を経て平行ビーム化され、図１の試料１０１の観察視野を照らす。
【００１９】
図２において、可視光源２３はメタルハライドランプにて構成されている。メタルハライドランプは、ガラス管内に、電極と、ランプを始動させるための希ガス（Ａｒなど）と、バッファガスの役割を果たす水銀と、所望の光を発する金属ハロゲン化物とを封入したものである。熱電極の発熱により金属ハロゲン化物を蒸発させ、かつ、電極間のグロー放電により熱電子流を発生させる。この熱電子流を、蒸発した金属ハロゲン化物の構成原子と衝突させてこれを励起することにより、金属ハロゲン化物の種別に固有の波長の可視励起光が得られる。金属ハロゲン化物としては、沃化ナトリウム、沃化タリウム、沃化インジウムあるいは沃化スカンジウム等、種々のものが複数適宜組み合わせて使用され、金属ハロゲン化物の種別及び封入比率によって、種々の発光光色を得ることができる。放電制御用の点灯回路（周知）が必要となるが、ハロゲンランプよりも発光効率が高く、同じ消費電力でより大きな発光光量が得られるので、高倍率でも観察視野をより明るく照らし出すことができ、微細な異物をより確実に検出／同定できるようになる。光源ユニット３０内には、このメタルハライドランプの点灯回路２３ｄが設けられている。
【００２０】
なお、図１の照明機構１２８側にて使用される赤外光源２４は、一般的な赤外線ランプにて構成できる。
【００２１】
上記顕微ＦＴ−ＩＲシステム１によると、光学顕微鏡１３の外に光源ユニット３０を設け、これに内蔵された光源からの照明光を光ファイバ３２にて光学顕微鏡１３に導き、試料１０１の観察視野を照らし出すようにした。これにより、照明光の輝度を上げても、光源の発生熱に起因した観察視野のサーマルドリフトが生じにくくなり、さらに、より高輝度のメタルハライドランプを光源として使用しているので、微小な異物等も確実に検出でき、かつ、これにプローブ用の赤外光を照射すれば、その散乱光の分光分析により異物の種別等を容易に同定できる。
【００２２】
なお、本発明の適用対象は、顕微フーリエ変換赤外線分光光度計に限らず、顕微フォトルミネッセンス分光光度計や顕微ラマン分光光度計にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の顕微光学分析システムの一例たる顕微ＦＴ−ＩＲシステムの全体構成を示す模式図。
【図２】照明機構の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１  顕微ＦＴ−ＩＲシステム（顕微光学分析システム）
１３  光学顕微鏡
２０  赤外分光分析部（光学分析部）
２３  可視光源
２８  照明機構
３２  光ファイバー（ライトガイド部）
【図１】
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【図２】
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