(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｎｓ、ＳＩＬ）用の光学配置であって、
ＳＩＬの係合面から該係合面の反対側の背面を通って延びる光学軸を有するＳＩＬと、
前記ＳＩＬを受け入れるように構成されてその内で前記ＳＩＬが自在に傾転可能であるキャビティを有するＳＩＬ筐体と、
前記ＳＩＬ筐体に取り付けられて、前記ＳＩＬが前記キャビティから出ることを防ぐように構成されたＳＩＬ保持部と、
前記背面に結合され、前記ＳＩＬを前記ＳＩＬ保持部に対して付勢するように配置された弾性要素とを含み、
前記キャビティは、前記光学軸が通過するように前記背面に隣接して配置されることで、前記ＳＩＬにより収集された光を前記背面を通って出射させて対物レンズに伝播可能にする孔を含み、
前記弾性要素は、前記ＳＩＬ筐体に少なくとも１つのばねで接続され且つ前記少なくとも１つのばねによって前記ＳＩＬの前記背面に付勢される支持リングを含む、配置。
【請求項２】
前記弾性要素は、前記ＳＩＬが前記キャビティ内で摩擦なく傾転できるように前記キャビティに流体を送達して浮遊軸受を形成するように構成された流体取込口を含む、請求項１に記載の配置。
【請求項３】
前記取込口への流体流量を制御するために連結されたバルブをさらに含む、請求項２に記載の配置。
【請求項４】
前記ＳＩＬは、前記光学軸を垂直に通過する傾転軸を中心に自在に傾転する、請求項１に記載の配置。
【請求項５】
前記傾転軸は、前記ＳＩＬの前記背面の曲率半径によって定義される円の中心を通過する、請求項４に記載の配置。
【請求項６】
前記ＳＩＬは、前記係合面に隣接する円錐形状の面を有し、
前記円錐形状の面は、前記ＳＩＬが前記キャビティから出ることを防ぐように前記ＳＩＬ保持部に係合する、請求項１に記載の配置。
【請求項７】
前記ＳＩＬ筐体が摺動可能に連結された対物レンズ筐体をさらに含む、請求項１に記載の配置。
【請求項８】
試料を保持するステージと光学的配置とを包含し、
前記光学的配置は、
対物レンズ筐体と、
前記対物レンズ筐体内に配置された対物レンズと、
固浸レンズ（ＳＩＬ）の係合面及び該係合面の反対側の背面から延びる光学軸を有するＳＩＬと、
前記光学軸が通過するように前記背面に隣接して配置されることで、前記ＳＩＬにより収集された光を前記背面を通って出射させて前記対物レンズに伝播可能にする孔を含み且つ前記ＳＩＬを受け入れるように構成されてその内で前記ＳＩＬが自在に傾転可能であるキャビティを有する、ＳＩＬ筐体と、
前記ＳＩＬ筐体に取り付けられて、前記ＳＩＬが前記キャビティから出ることを防ぐように構成されたＳＩＬ保持部と、
前記ＳＩＬを前記ＳＩＬ保持部に対して付勢するように前記背面に結合された弾性要素とを含み、
前記弾性要素は、前記ＳＩＬ筐体に少なくとも１つのばねで接続され且つ前記少なくとも１つのばねによって前記ＳＩＬの前記背面に付勢される支持リングを含む、光学顕微鏡。
【請求項９】
前記弾性要素は、前記ＳＩＬが前記キャビティ内で摩擦なく傾転できるように前記キャビティに流体を送達して浮遊軸受を形成するように構成された流体取込口を含む、請求項８に記載の光学顕微鏡。
【請求項１０】
前記取込口への流体流量を制御するために連結されたバルブをさらに含む、請求項９に記載の光学顕微鏡。
【請求項１１】
前記ＳＩＬは、前記光学軸を垂直に通過する傾転軸を中心に自在に傾転する、請求項８に記載の光学顕微鏡。
【請求項１２】
前記傾転軸は、前記ＳＩＬの前記背面の曲率半径によって定義される円の中心を通過する、請求項１１に記載の光学顕微鏡。
【請求項１３】
前記ＳＩＬは、前記係合面に隣接する円錐形状の面を有し、
前記円錐形状の面は、前記ＳＩＬが前記キャビティから出ることを防ぐように前記ＳＩＬ保持部に係合する、請求項８に記載の光学顕微鏡。
【請求項１４】
前記ＳＩＬ筐体は前記対物レンズ筐体と摺動するように連結される、請求項８に記載の光学顕微鏡。
【請求項１５】
試料を検査する方法であって、
前記試料をテストベンチに配置するステップと、
前記試料上に、ＳＩＬ筐体内の固浸レンズ（ＳＩＬ）と対物レンズ筐体内の対物レンズとを包含する光学的配置を配置し、前記ＳＩＬは該ＳＩＬの係合面から該係合面の反対側の背面を通って延びる光学軸を有するステップと、
前記ＳＩＬ筐体に取り付けられ且つ前記ＳＩＬが前記ＳＩＬ筐体のキャビティから出ることを防ぐように構成されたＳＩＬ保持部によって、前記ＳＩＬ筐体に前記ＳＩＬを保持するステップと、
前記背面に結合された弾性要素によって、前記係合面に隣接する円錐形状の面を前記ＳＩＬ保持部に対して付勢するステップと、
前記ＳＩＬの係合面が前記試料に物理的に接触するように前記光学的配置を前記試料に向かって前進させるステップと、
前記ＳＩＬ筐体と前記対物レンズ筐体とを互いに対して摺動させて焦点を得るステップと、を含み、
前記弾性要素は、前記ＳＩＬ筐体に少なくとも１つのばねで接続された支持リングを含み、
前記支持リングは、前記少なくとも１つのばねによって前記ＳＩＬの前記背面に付勢される、方法。
【請求項１６】
固浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｎｓ、ＳＩＬ）用の光学配置であって、
ＳＩＬの係合面と背面とから延びる光学軸を有するＳＩＬと、
前記ＳＩＬを受け入れるように構成されてその内で前記ＳＩＬが自在に傾転可能であるキャビティを有するＳＩＬ筐体と、
前記ＳＩＬ筐体に取り付けられて、前記ＳＩＬが前記キャビティから出ることを防ぐように構成されたＳＩＬ保持部とを含み、
前記キャビティは、前記光学軸が通過するように配置されて前記ＳＩＬにより収集された光を対物レンズに伝播可能にする孔を含み、
前記弾性要素は、前記ＳＩＬが前記キャビティ内で摩擦なく傾転できるように前記キャビティに流体を送達して浮遊軸受を形成するように構成された流体取込口を含む、配置。
【請求項１７】
前記取込口への流体流量を制御するために連結されたバルブをさらに含む、請求項１６に記載の配置。
【請求項１８】
試料を保持するステージと光学的配置とを包含し、
前記光学的配置は、
対物レンズ筐体と、
前記対物レンズ筐体内に配置された対物レンズと、
ＳＩＬの係合面及び背面から延びる光学軸を有するＳＩＬと、
前記光学軸が通過するように配置されて前記ＳＩＬにより収集された光を前記対物レンズに伝播可能にする孔を含み且つ前記ＳＩＬを受け入れるように構成されてその内で前記ＳＩＬが自在に傾転可能であるキャビティを有する、ＳＩＬ筐体と、
前記ＳＩＬ筐体に取り付けられて、前記ＳＩＬが前記キャビティから出ることを防ぐように構成されたＳＩＬ保持部とを含み、
前記弾性要素は、前記ＳＩＬが前記キャビティ内で摩擦なく傾転できるように前記キャビティに流体を送達して浮遊軸受を形成するように構成された流体取込口を含む、光学顕微鏡。
【請求項１９】
前記取込口への流体流量を制御するために連結されたバルブをさらに含む、請求項１８に記載の光学顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、２０１４年３月１１に出願の米国仮特許出願第６１／９５１，４５９号の優先権を主張しており、その開示全体が言及により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［技術分野］
本発明の開示は、固浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｎｓ、ＳＩＬ）を使用した光学顕微鏡法に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、固浸レンズは、光が低屈折率のもの、即ち空気を通過せず試料から光を直接的に収集するために、光学顕微鏡に用いられる。そうした光学的配置において、ＳＩＬを試料上に配置し集光するときに、ＳＩＬと対物光学軸とのアライメントを維持することが求められる。さらに、ＳＩＬと試料との接触面における空隙を除去する目的で、ＳＩＬを試料に付勢するために力又はバイアスがしばしば適用される。別の方法では、試料とＳＩＬとの間に油などの液体が配置され得る。
【０００４】
特許文献１に記載の構成では、ＳＩＬはＳＩＬ筐体に固定的に取り付けられ、対物レンズは対物レンズ筐体に固定的に取り付けられる。ＳＩＬ筐体と対物レンズ筐体とは実質的に円柱型であり、対物レンズ筐体に対するＳＩＬ筐体の摺動動作が付勢されるようにおこなわれ得るようにＳＩＬ筐体は対物レンズ筐体内で受け取られる。ＳＩＬ筐体を付勢させるために、１つ以上の線形ばねが対物レンズ筐体内のその周辺部に配置される。
【０００５】
特許文献２に記載の構成では、固浸レンズ光学アセンブリが記載される。この構成では、ＳＩＬ光学軸にアライメントさせるために、試料を保持するボードの小さな傾転修正が可能である。しかしながら、すべてのシステムが試料ホルダの傾転機能を有するわけではない。さらに、試料ホルダの傾転は、例えば試料への接続線の整合性を維持することなど、システムに複雑化をもたらし得る。また、試料ホルダの傾転は、表面の小さく局所的な異常に対応するには良好な解決策ではないとも言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，１２３，０３５号明細書
【特許文献２】米国特許第８，０７２，６９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
故に、当該技術分野において、ＳＩＬを試料表面に容易で簡単にアライメントできるように、解決策が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の以下の概要は、本発明の一部の態様や特徴の基本的な理解を得る目的で包含される。この概要は、本発明の広範な概説ではなく、また本発明の要所若しくは重要な要素を具体的に特定したり、又は本発明の範囲を明確化したりすることを意図するものではない。その唯一の目的は、後述されるより詳細な説明の前置きとして、本発明の幾つかの概念を単純な形で提示することにある。
【０００９】
開示の種々の実施形態において、固浸レンズが自在に傾転し、ウエハ又は半導体チップなどの試料の表面に垂直にレンズ自身を受動的に配置させることが可能であり、光学系に対して試料若しくは試料ホルダを傾転させる必要はないか、又は試料に対して光学系を傾斜させる必要はない。この手法では、光学システムの光学軸は試料に対してアライメントを維持し、ＳＩＬのみが傾転して試料の局所面に合致される。
【００１０】
固浸レンズ（ＳＩＬ）用の光学配置が開示される。該配置は、ＳＩＬが自在に傾転することを可能にする。該配置は、ＳＩＬの係合面及び背面から延びる光学軸を有するＳＩＬと、ＳＩＬを受け入れるように構成されてその内でＳＩＬを自在に傾転可能にするキャビティを有するＳＩＬ筐体と、ＳＩＬ筐体に取り付けられて、ＳＩＬがキャビティから出ることを防ぐように構成されたＳＩＬ保持部とを含み、該キャビティは、光学軸が通過するように配置され且つＳＩＬにより収集された光を対物レンズに伝播可能にする孔を含む。光学配置は、ＳＩＬ保持部にＳＩＬを付勢する弾性要素をさらに含むとよい。弾性要素は、例として、ばねでＳＩＬ筐体に接続されて、ばねによってＳＩＬの背面に付勢される支持リングか、又はキャビティ内でＳＩＬが摩擦なく傾転できるためにキャビティに気体を送達して気体軸受を形成するように構成された気体取込口を含むとよい。また、取込口への気体流量を制御するために、バルブが連結されるとよい。
【００１１】
ＳＩＬは、光学軸を垂直に通過する傾転軸を中心に自在に傾転し得る。一実施形態において、傾転軸はＳＩＬ背面の曲率半径によって定義される円の中心を通過するとよい。ＳＩＬは円錐形であるとよく、アイスクリームコーンに類似する。光学配置は、ＳＩＬ筐体を摺動するように連結した対物レンズ筐体をさらに含むとよい。
【００１２】
また、光学顕微鏡が開示され、該光学顕微鏡は試料を保持するためのステージと光学的配置とを含み、該光学的配置は、対物レンズ筐体と、対物レンズ筐体内に配置された対物レンズと、ＳＩＬの係合面及び背面から延びる光学軸を有するＳＩＬと、ＳＩＬを受け入れるように構成されてその内でＳＩＬを自在に傾転可能にするキャビティを有するＳＩＬ筐体と、ＳＩＬ筐体に取り付けられて、ＳＩＬがキャビティから出ることを防ぐように構成されたＳＩＬ保持部とを含み、該キャビティは、光学軸が通過するように配置され且つＳＩＬにより収集された光を対物レンズに伝播可能にする孔を含む。
【００１３】
試料を検査するための方法が開示され、該方法は、試料をテストベンチに配置するステップと、試料上に、ＳＩＬ筐体内の固浸レンズ（ＳＩＬ）と対物レンズ筐体内の対物レンズとを包含する光学的配置を配置するステップと、ＳＩＬを自在に傾転可能にするためにＳＩＬ筐体内部に形成されたキャビティ内でＳＩＬを浮遊させるステップと、ＳＩＬの係合面が試料に物理的に接触するように光学的配置を試料に向かって前進させるステップと、ＳＩＬ筐体と対物レンズ筐体とを互いに対して摺動させて焦点を得るステップとを含む。ＳＩＬを浮遊させるステップは、キャビティ内に気体を注入するステップを含むとよい。
【００１４】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書とともに本発明の原理を説明し図示する役割を果たす。図面は、例示的な実施形態の主要な構成要素を図式で示すことを意図したものである。図面は、実際の実施形態のすべての構成要素や図示された要素の相対的な寸法を描くことを意図せず、正確な縮尺で描かれない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１では、図１Ａ〜図１Ｃは、開示の実施形態において、試料の表面に対応するためにＳＩＬが光学軸に垂直の軸を中心にどのように傾転するかを示す一般的概略図である。
【図２】図２において、図２Ａは、機械的付勢を用いて傾転するＳＩＬの一実施形態の断面を示す概略図であり、図２Ｂは、機械的付勢を用いて傾転するＳＩＬの他の実施形態を示す概略図である。
【図３】図３において、図３Ａと図３Ｂとは、付勢力が可変であり、動的に制御され得る実施例を示し、図３Ｃは、傾転ＳＩＬに流体軸受を用いた実施形態の分解図を示す。
【図４】図４は、開示の傾転ＳＩＬが組み込まれ得り、また半導体デバイスの検査、テスト、及びデバッグに用いられ得るシステムの一般概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、図面にて例示される特定の実施形態に関して本明細書に記載される。しかしながら、図面に示される種々の実施形態は例示するのみであって、添付の特許請求の範囲で規定される本発明を限定しないと理解される必要がある。
【００１７】
一実施形態において、ＳＩＬ先端部は、試料表面に対応するように、自身の中心点のまわりを回転・傾転することが可能である。この構成において、ＳＩＬ先端部は、流体（例として空気）又は代替媒体のクッション上に先端部を浮遊させるように設計された環形状マウント又はソケットに配置される。さらに、環形状は、集光されて後方の対物レンズへと通過する光の十分な開口数（ＮＡ）を可能にする。
【００１８】
ＳＩＬ先端部が試料に接近して接触するとき、先端部面が試料と平面接触するまで（一実施形態では空気のクッション上において）その中心軸を中心に傾転する。
【００１９】
システムが、適切な焦点を得るために、試料に向かって対物レンズを継続的に移動させるとき、ＳＩＬを回転させるか又はその場に留めることができる。例えば、先端部をマウントの空気クッション上に常に浮かせるように気圧を制御可能であるので、必要に応じてその方向を再調整可能である。反対に、空気のクッションがなくなり、先端部がマウント又はソケットと物理的に接触して、高い摩擦によりその位置に保持されるというように、気圧を制御可能である。
【００２０】
図１Ａ〜図１Ｃは、ＳＩＬが、試料表面に適応するために、光学軸に垂直の軸を中心にどのように傾転するかを概略的に示す。図１Ａでは、ＳＩＬ１００はＳＩＬ筐体１０５の円形キャビティ内に配置される。対物レンズ１２０は対物レンズ筐体１１５内に配置される。対物レンズ１２０とＳＩＬ１００とを通過する光学軸は破線１４０で示される。ＳＩＬ１００は、双方向曲線矢印で示されるように、光学軸１４０を図面に向かう方向で垂直に通過する軸を中心に傾転し得るようにキャビティ内に保持される。また一部の実施形態では、小さな遊びが設けられ、双方向直線矢印によって示されるように、光学軸に沿ってＳＩＬ１００が線形移動することを可能にする。傾転及び線形移動を可能にする実施形態のさらに詳細な説明は以下に記載される。
【００２１】
図１Ａは、ＳＩＬが試料１５０にまだ接触していない状態を示す。図１Ｂは、ＳＩＬ１００が試料１５０に接触している状態を示す。様々な場合に、試料表面は不均質であり得り、又は該表面がＳＩＬ１００の係合面と完全には垂直に方向づけられない。これらの状態が、試料１５０が誇張されて傾転されることで、図１Ｂと図１Ｃとに示される。図１Ｂに示されるように、ＳＩＬ１００は、試料１５０に接触すると、ＳＩＬ１００の係合面が試料表面と平行になるように傾転する。これに関して、ＳＩＬの係合面の参照とは、表面が試料に接触し、試料から光を収集することを意味する。
【００２２】
図１Ｃは、ＳＩＬ１００が試料１５０にさらに押圧されるときの実施形態を示す。つまり、ＳＩＬ筐体１０５を対物レンズ筐体１１５に接続する弾性要素１１０が収縮して（図１Ｃの開いた双方向矢印参照）、焦点を得るためにＳＩＬから対物レンズへの距離が短くなるようにする。この特定の例では、ＳＩＬが試料１５０に対して押圧されるときに、物理的にキャビティの裏面に係合し、ＳＩＬの位置が維持されて、さらに傾転することができなくなるようにする。他の実施形態では、ＳＩＬは、常に自在に傾転し得るように、キャビティ内で「浮遊」状態が維持される。
【００２３】
図２Ａは、機械的付勢を用いて傾転するＳＩＬの一実施形態の断面図を示す。図１Ａ〜図１Ｃのものと類似する図２Ａの要素は、２で始まること以外は同様である参照符号により特定される。図２Ａに示されるＳＩＬは、アイスクリームコーンに似た円錐形を有するという点で、図１Ａ〜図１Ｃものといくらか異なる。図面の縮尺のため、ＳＩＬの係合面が尖っているように見えるが、これは単に図面の影響である。係合面は係合する領域を有しており、尖っていない。ＳＩＬの背面は光出射面であり、規定の半径を有する規定の曲率を有する。故に、背面は中心がある仮想円を規定する。一部の実施形態では、ＳＩＬは該円の中心を通過する軸のまわりを自在に傾転可能である。
【００２４】
図２Ａにおいて、ＳＩＬ２００は支持リング２０２に載置される。曲線矢印と破線で記載された「投影的」ＳＩＬとで示されるように、支持リング２０２によりＳＩＬ２００は傾転可能になる。支持リング２０２は、例としてばね２０４などの弾性アタッチメントを用いてＳＩＬ筐体２０５に取り付けられ得る。弾性アタッチメント２０４は、ＳＩＬ２００を試料に付勢するようにバイアスを与える。また、ＳＩＬ２００を支持リング２０２内に保持するために、ＳＩＬ２００にＳＩＬ保持部２０６が提供される。他の実施形態のように、ＳＩＬ筐体２０５は、双方向矢印で示されるように、対物レンズ筐体２１５に対して線形に移動し得る。
【００２５】
図２Ｂは、機械的弾性要素により傾転が可能になる他の実施形態を示す。図２Ｂでは、ＳＩＬ筐体２０５の上部分に対称の曲げ要素を形成することで、弾性要素が形成される。これは、ＳＩＬ筐体２０５の上面に複数の細長い切込み２０７を作製することで得られる。この実施形態では、複数の渦巻き状切込みが作製され、曲線矢印で示されるように、上面を任意の方向に弾性的に曲げることができるように該渦巻き状切込みが交互に配置されることで、ＳＩＬの光学軸を傾転する。図２ＢではＳＩＬキャビティ２０１のみが示され、明確にするためにＳＩＬ自体は示されないことが言及される。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ｂの実施形態では、弾性アタッチメント２０４又は弾性筐体２０５を用いて機械的に付勢が提供される。故に、付勢力は、ばね２０４又は弾性筐体２０５の例えばばね定数に応じて量子化される。図３Ａ〜図３Ｃは、付勢力が可変であり動的に制御され得る例を示す。図３では、ＳＩＬ３００を浮遊させるために、例として、気圧、空気圧、又は液圧を利用する流体圧力を用いて付勢が制御される。
【００２７】
図３Ａでは、ＳＩＬ３００が傾転されていない方向で示され、図３Ｂでは、ＳＩＬ３００は傾転された方向で示される。図１Ａ〜図１Ｃに示されるものと類似する図３Ａ及び図３Ｂの要素は、３で始まること以外は同様である参照符号により特定される。図３Ａと図３Ｂとにおいて、通常はＳＩＬ筐体３０５に加工されたキャビティである気体軸受３０８内にＳＩＬ３００が配置される。ＳＩＬ保持部３０６は、ＳＩＬ３００が確実に空気軸受３０８から脱落しないようにする。導管３１２は、流体を空気軸受３０８に送達するように設けられる。ホース３１４は、導管３１２とバルブ３１６との間に連結され、別のホース３１４がバルブ３１６とポンプ３１８との間に連結される。バルブ３１６は、コントローラと電気的に連結されてその位置を制御することで、空気軸受３０８の圧力を制御してもよい。
【００２８】
図３Ａと図３Ｂとに示されるように、ＳＩＬは、ＳＩＬ３００の背面３０９の半径に合致するように加工されたキャビティ３０８内に配置される。この配置では、ＳＩＬ３００の半径のまわり、即ち、ＳＩＬ３００の背面３０９の半径に規定される仮想円中心を通過する軸のまわりを回転するのみであるようにＳＩＬ３００を制限する。この軸はＳＩＬの光学軸に垂直の方向である。光学軸は破線で示される。傾転軸は丸囲み×で示され、これは軸がページに向かう方向であるが、中心点を中心に３６０度回転され得ること示し、すべての場合において光学軸に垂直である。
【００２９】
本明細書において「空気軸受」とは、使用される流体ではなく、要素３０８の構造に関連する。最も簡易な形態において、実際には空気圧が用いられ得るが、その他の実施形態において、例えばアルゴンである他の気体が用いられてもよく、又は代替的に液体が用いられてもよい。例として、液体軸受を形成するために屈折率整合油が用いられてもよい。空気軸受（又は液体軸受）の使用により、ＳＩＬ筐体３０５及びＳＩＬ保持部３０６内のキャビティ３０８により規定された空隙内でのＳＩＬ３００の浮遊が可能になる。故に、開示の軸受は浮遊軸受として言及され得る。ＳＩＬの浮遊によって、ＳＩＬ３００が試料に対して方向を取ってＳＩＬ３００の係合面が係合点で試料表面と平行になるようにすることが、著しく容易になる。
【００３０】
図３ＣはＳＩＬを傾転するために浮遊軸受を用いた実施形態の分解図を示す。ＳＩＬ３００は、精密加工浮遊軸受キャビティ３０８に載置される。キャビティ３０８は、ＳＩＬ３００の背面３０９の曲率に合致するように加工される。浮遊軸受内の中心孔３０３により、ＳＩＬにより収集された光は対物レンズを通過できる。保持プレート３０６は、ＳＩＬ３００をキャビティ３０８内に保持するためにＳＩＬ筐体３０５に取り付けられる。
【００３１】
このように、開示の種々の実施形態により、ＳＩＬ先端部が、接触する試料表面の傾斜又は不規則性に対応することができる。一部の実施形態では、この機構は、後方の対物レンズへの光学アライメントを維持する目的で、ＳＩＬの光学軸を垂直に通過する軸のまわりを回転するのみであるように先端部を抑制する手段を包含する。また、後方の対物レンズに伝播し且つ先端部をサンプルに持続的に適応させるために、この配置は先端部の十分な開口数（ＮＡ）を可能にする。つまり、試料の表面トポロジーに関わらず、ＳＩＬの先端部は試料表面に固定的に適合する。ＳＩＬ保持部は、先端部が配置された個所からの脱落を抑えるように設けられる。
【００３２】
開示の実施形態において、顕微鏡検査方法が提供され、該方法は、ほぼ摩擦がないように、浮遊軸受又は他の媒体上で先端部を浮遊させるステップを含み、ＳＩＬは、ＳＩＬ先端部の背面の半径と合致してその半径のまわりを回転するのみであるように先端部を抑制するキャビティ内に配置され、キャビティは、ＳＩＬの背後がその外面で支持されるのみであってＳＩＬの十分なＮＡを後方の対物レンズへと通過させることを可能にするように環形状であり、空気軸受の浮遊圧は、ＳＩＬの先端部を試料に連結するために、ＳＩＬに作用する付勢・力の浮遊圧を超えるように制御され、ＳＩＬは常に浮遊して適応することができる。代替的に、浮遊圧は、先端部を試料に連結するように作用する付勢・力の浮遊圧より低くなるように制御され、浮遊特性がなくなり、使用時にＳＩＬがキャビティ台に載置されることが可能になる。
【００３３】
開示の実施形態は、サンプルにおける非常に小さい特徴を観察するために使用される種々の光学システムにおいて適用され得る。開示の実施形態は、半導体デバイスの検査及びテストに用いられる光学システムに特に適する。そうしたシステムの一般概略図が図４に示され、これは、当技術分野では一般に被試験デバイス(Ｄｅｖｉｃｅ  ｕｎｄｅｒ  ｔｅｓｔ、「ＤＵＴ」)として言及される半導体デバイスの検査、テスト、及びデバッグに使用され得る。図４で汎用化されたシステムは、例として、エミッション顕微鏡、レーザボルテージプローバ（ＬＶＰ）、レーザボルテージイメージング（ＬＶＩ）、レーザアシステッドデバイスオルタレーション（ＬＡＤＡ）などであり得る。図４の参照符号は図１Ａ〜３Ｂの参照符号とは関連しない。図４において、破線矢印は光路を示し、実線矢印は電子信号路を示す。曲線で示される光路は、通常、光ファイバケーブルを用いて構成される。
【００３４】
光学システム４００は、特にこの例ではデュアルレーザ源ＤＬＳ４１０であるレーザ源、光学ベンチ４１２、並びにデータ取得及び解析装置４１４を備える。光学ベンチ４１２はＤＵＴ４６０を設置するための設備を包含する。従来のＡＴＥテスタ４４０は、刺激信号及び応答信号４４２をＤＵＴ４６０へそしてＤＵＴ４６０から送受信し、またトリガ及びクロック信号４４４をタイムベースボード４５５へと供給し得る。通常、テスタからの信号は、テストボード、ＤＵＴボード（アダプタープレート）、並びにこれらの構成要素すべてを接続する種々の配線やインターフェイスを介してＤＵＴに伝送される。ＡＴＥと光学テストシステムとは、一般に、関連をもたない様々な会社によって製造され販売される。このように、本発明のシステムの実施形態に記載される論及は光学テストシステムのみに関し、ＡＴＥには関連しない。つまり、ＡＴＥは光学テストシステム４００の一部ではない。
【００３５】
光学テストシステム４００に戻ると、タイムベースボード４５５は信号取得をＤＵＴ刺激及びレーザパルスと同期させる。ワークステーション４７０は、信号取得ボード４５０、タイムベースボード４５５、及び光学ベンチ４１２からのデータを制御、並びに受信、処理、そして表示する。
【００３６】
ここで、光学システム４００の様々な構成要素はより詳細に記載される。ＤＵＴテストにおいて時間分解能は重要度が高いことから、図４の実施形態ではパルス状のレーザが用いられ、そのレーザパルス幅はシステムの時間分解能を決定する。デュアルレーザ源４１０は、１０〜３５ｐｓ幅のパルスを発生するために用いられるパルスモード同期レーザ源ＭＬＬ４０４と、約１μｓ幅のパルスを発生させるために外部でゲートをかけられることが可能な連続波レーザ源ＣＷＬ４０６との、２つのレーザからなる。ＭＬＬ４０４のソースは、典型として１００ＭＨｚである固定周波数で動作し、タイムベースボード４５５の位相同期ループ（ＰＬＬ）とＡＴＥテスタによって供給されるトリガ及びクロック信号４４４とを介して、ＤＵＴ４６０に供給される刺激４４２と同期される必要がある。ＤＬＳ４１０の出力は、光ファイバケーブル４１５を用いて光学ベンチ４１２に伝送される。
【００３７】
そして、光ビームは、ＤＵＴ４６０の選択部分を照射するように光ビームを方向づけるビーム光学系４２５によって操作される。ビーム光学系４２５はレーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ１３０）及びビーム操作光学系（ｂｅａｍ  ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）（ＢＭＯ４３５）からなる。対物レンズなど、このような光学系設定において従来から用いられる特定の素子は図示されていない。一般に、ＢＭＯ４３５は、要求される形状、焦点、偏光などにビームを走査するのに必要である光学素子からなり、ＬＳＭ４３０はＤＵＴの特定の領域でビームを走査させるために必要とされる素子からなる。ＢＭＯ４３５の光学素子は、ＤＵＴ内のごく小さい特徴のイメージングを可能にするために、実施形態のいずれかで開示されるようなＳＩＬ装置を含んでもよい。ＬＳＭ４３０は、ビームの走査に加えて、ＬＳＭ及び対物レンズの視野内のどこにでもレーザビームを方向づけ、「留める」ためのベクトルポイントモードを有する。Ｘ−Ｙ−Ｚステージ４２０は、静止しているＤＵＴ４６０に対してビーム光学系４２５を移動させる。ステージ４２０とＬＳＭ４３０のベクトルポイントモードとを用いて、ＤＵＴ４６０の任意の対象点が照射されプロービングされ得る。
【００３８】
ＤＵＴ４６０のプロービングのために、ＡＴＥ４４０は、タイムベースボード４５５の位相同期ループに供給されるトリガ及びクロック信号と同期して、刺激信号４４２をＤＵＴに送信する。位相同期ループは、ＭＬＬ４０４を制御してその出力パルスをＤＵＴへの刺激信号４４２に同期させる。ＭＬＬ４０４は、刺激されるＤＵＴ上の特定の対象デバイスを照射するレーザパルスを出射する。ＤＵＴからの反射光はＳＩＬによって収集され、ビーム光学系４２５の他の光学素子に方向づけられ、光ファイバケーブル４３４を介して光検出装置４３８に伝送される。反射ビームは、刺激信号に対するデバイスの応答次第で、（例えば強度などの）特性を変化させる。
【００３９】
付随的に、入射レーザパワーをモニターし、またレーザパワーの変動を補償する目的で、例えば光学ベンチ４１２は、ＭＬＬ４０４入射パルスの一部分を、光ファイバケーブル４３２を介して光検出装置４３６に転換する手段を提供する。
【００４０】
光センサ４３６、４３８の出力信号は、信号取得ボード４５０に送信され、その後信号取得ボード４５０は信号をコントローラ４７０に送信する。また、タイムベースボード４５５の位相同期ループの操作によって、コントローラ４７０は、ＤＵＴ４６０の刺激信号４４２に対するＭＬＬ４０４パルスの正確な時間位置を制御する。時間位置を変化させ、光センサ信号をモニターすることによって、コントローラ４７０は刺激信号４４２に対するＤＵＴの時間応答性を解析することができる。解析の時間分解能はＭＬＬ４０４パルスの幅に依存する。
【００４１】
また、連続波ＬＶＰをおこなうことも当該技術分野では既知であり、そこでは連続波レーザはＤＵＴ上のデバイスを照射するために用いられ、連続的な反射光が収集される。連続的な反射光は、種々の刺激信号に対する能動状態のデバイスの応答、つまりスイッチングに関するタイミング情報を含む。反射光信号は、例えばアバランシェフォトダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、ＡＰＤ）などの光検出装置によって連続的に電気信号に変換され、増幅される。タイミング情報は電気信号に含まれ、デバイス変化の検出を示し、その変化はオシロスコープを用いて時間領域か、或いはスペクトラムアナライザを用いて周波数領域で表示されることが可能である。
【００４２】
本発明は特定の実施形態に関して記述されているが、これらの実施形態に限定されない。具体的には、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲及び趣旨からはずれることなく当業者によって様々な変形及び改変形が実施され得る。さらに、上述のすべての先行技術文献はその言及によって本明細書に組み込まれる。
【図１】
0006564390.tif 000002
【図２】
0006564390.tif 000003
【図３】
0006564390.tif 000004
【図４】
0006564390.tif 000005