(57)【要約】【課題】電気回路基板上に実装されたシリコンウエハ等の対象物の裏面の状態に影響されずに、対象物の表面を正確かつ鮮明な画像で観察すること。【解決手段】シリコンウエハ２の裏面２ｂにシリコンウエハ２に有する光学的性質と略同一な光学的性質を有するシリコンからなる物質１０を装着して平滑面１０ａを形成し、この物質１０に対して赤外光Ｉｗを照射し、物質１０内及びシリコンウエハ２内を透過してシリコンウエハ２の表面２ａで反射する光を受光してシリコンウエハ２上にパターニングされた集積回路３を観察する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に有する光学的性質と略同一な光学的性質を有する物質により前記対象物の一方の面に平滑面を形成し、
前記物質に対して赤外領域の光を照射し、前記物質内及び前記対象物内を透過して前記対象物の他方の面で反射する光を受光して前記対象物内及び前記他方の面を観察する、
ことを特徴とする対象物の観察方法。
【請求項２】
前記対象物は、シリコン又はガリウム砒素により形成されることを特徴とする請求項１記載の対象物の観察方法。
【請求項３】
前記物質は、前記対象物に有する屈折率と略同一の屈折率を有することを特徴とする請求項１記載の対象物の観察方法。
【請求項４】
前記物質は、前記赤外領域の光を透過する液状、ゲル状、又はクリーム状であることを特徴とする請求項１記載の対象物の観察方法。
【請求項５】
前記物質は、前記対象物の前記一方の面の凹凸形状に整合することを特徴とする請求項１記載の対象物の観察方法。
【請求項６】
前記物質は、表面張力によって前記平滑面を形成することを特徴とする請求項１記載の対象物の観察方法。
【請求項７】
前記赤外領域の光を前記物質内に出射し、かつ前記対象物の前記他方の面からの前記反射光を受光する対物レンズの観察面を前記物質内に浸させることを特徴とする請求項１記載の対象物の観察方法。
【請求項８】
対象物に有する光学的性質と略同一な光学的性質を有し、前記対象物の一方の面に平滑面を形成する物質と、
前記物質に対して赤外領域の光を照射し、前記物質内及び前記対象物内を透過して前記対象物の他方の面で反射する光を受光して前記対象物の前記他方の面を観察する赤外顕微鏡と、
を具備したことを特徴とする対象物の観察装置。
【請求項９】
前記対象物は、シリコン又はガリウム砒素により形成されるであることを特徴とする請求項８記載の対象物の観察装置。
【請求項１０】
前記物質は、前記対象物に有する屈折率と略同一の屈折率を有することを特徴とする請求項８記載の対象物の観察装置。
【請求項１１】
前記物質は、前記近赤外領域の光を透過する液状、ゲル状、又はクリーム状であることを特徴とする請求項８記載の対象物の観察装置。
【請求項１２】
前記物質は、前記対象物の前記一方の面の凹凸形状に整合することを特徴とする請求項８記載の対象物の観察装置。
【請求項１３】
前記物質は、表面張力によって前記平滑面を形成することを特徴とする請求項８記載の対象物の観察装置。
【請求項１４】
前記赤外顕微鏡は、対物レンズの観察面を前記物質内に浸し、前記対物レンズから前記近赤外領域の光を前記物質内に出射し、かつ前記対象物の前記他方の面からの前記反射光を受光することを特徴とする請求項８記載の対象物の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば赤外顕微鏡を用いてシリコンウエハ上に形成された集積回路などを非破壊観察する赤外光を利用した対象物の観察方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高密度実装化が進んでいる。これに伴なって電子機器の電気回路基板をより小型化にするために、集積回路（ＩＣ）が多く用いられている。この集積回路の実装は、例えばシリコンウエハ上に集積回路をパターニングして形成し、このシリコンウエハを電気回路基板上に実装する方法を多く用いている。
【０００３】
電気回路基板上に実装したシリコンウエハに対して顕微鏡を用いて観察・解析を行う場合には、実装されたシリコンウエハを電気回路基板上から剥がさなければならない。このため、シリコンウエハを電気回路基板上から剥がさずに観察・解析を行うために、赤外線を照明光とした赤外顕微鏡を用いる方法が採られている。
【０００４】
図３は赤外顕微鏡１を用いたシリコンウエハ２内の集積回路３の観察方法を示す。電気回路基板４上には、シリコンウエハ２がはんだ５によって実装されている。このシリコンウエハ２は、表面２ａ上にパターニングされた集積回路３を形成し、この表面２ａを電気回路基板４に対向させて電気回路基板４上に実装されている。
【０００５】
赤外顕微鏡１は、シリコンウエハ２の裏面２ｂに対して赤外領域の光、例えば波長１０００〜１６００ｎｍの赤外光Ｉｗを照射する。シリコンは、赤外光Ｉｗに対して高い透過率を有しているので、赤外顕微鏡１から照射された赤外光Ｉｗは、シリコンウエハ２の裏面２ｂからシリコンウエハ２内を透過し、その光量を余り減衰することなく集積回路３を形成する表面２ａに到達する。
【０００６】
ここで、赤外顕微鏡１において集積回路３の表面に焦点が合うように赤外光Ｉｗを照射すると、赤外顕微鏡１は、シリコンウエハ２上にパターニングされた集積回路３を電気回路基板４上から剥がすことなく観察・解析できる。
【０００７】
なお、特許文献１には、半導体装置の接合部との反対側の真上から赤外波長による画像を取り込み、この画像を基に接合部の検査を行うことが記載されている。
【特許文献１】特開平９−３１２３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記観察方法では、シリコンウエハ２の裏面２ｂから表面２ａに透過する赤外光Ｉｗの光路上に例えば傷や凹凸等があると、これら傷や凹凸等の影響が赤外顕微鏡１で観察される集積回路２の観察画像上に現れる。シリコンウエハ２の裏面２ｂは、研磨れていないか、又は研磨されていても傷や研磨した痕が残されていて凹凸形状になっている。
【０００９】
これら傷や凹凸形状等の影響により赤外光Ｉｗは、散乱や屈折方向の変化を生じる。このため、赤外顕微鏡１の観察画像上には、傷や凹凸形状等の影響が黒色の影となって現れる。このような黒色の影によってシリコンウエハ２上の集積回路３の鮮明な観察画像が取得されず、正確な集積回路３の観察・解析ができない。これによって、黒色の影のある観察画像を画像処理等して解析すると、誤った解析をすることがある。
【００１０】
そこで本発明は、電気回路基板上に実装されたシリコンウエハ等の対象物の裏面の状態に影響されずに、対象物の表面を正確かつ鮮明な画像で観察できる対象物の観察方法及びその装置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】
【００１１】
本発明は、対象物に有する光学的性質と略同一な光学的性質を有する物質により対象物の一方の面に平滑面を形成し、物質に対して赤外領域の光を照射し、物質内及び対象物内を透過して対象物の他方の面で反射する光を受光して対象物の他方の面を観察する対象物の観察方法である。
【００１２】
本発明の対象物の観察方法における対象物は、シリコン又はガリウム砒素により形成される。
【００１３】
本発明の対象物の観察方法における物質は、対象物に有する屈折率と略同一の屈折率を有する。
【００１４】
本発明の対象物の観察方法における物質は、赤外領域の光を透過する液状、ゲル状、又はクリーム状である。
【００１５】
本発明の対象物の観察方法における物質は、対象物の一方の面の凹凸形状に整合する。
【００１６】
本発明の対象物の観察方法における物質は、表面張力によって平滑面を形成する。
【００１７】
本発明の対象物の観察方法では、赤外領域の光を物質内に出射し、かつ対象物の他方の面からの反射光を受光する対物レンズの観察面を物質内に浸させる。
【００１８】
本発明は、対象物に有する光学的性質と略同一な光学的性質を有し、対象物の一方の面に平滑面を形成する物質と、物質に対して赤外領域の光を照射し、物質内及び対象物内を透過して対象物の他方の面で反射する光を受光して対象物の他方の面を観察する赤外顕微鏡とを具備した対象物の観察装置である。
【００１９】
本発明の対象物の観察装置における対象物は、シリコン又はガリウム砒素により形成される。
【００２０】
本発明の対象物の観察装置における物質は、対象物に有する屈折率と略同一の屈折率を有する。
【００２１】
本発明の対象物の観察装置における物質は、赤外領域の光を透過する液状、ゲル状、又はクリーム状である。
【００２２】
本発明の対象物の観察装置における物質は、対象物の一方の面の凹凸形状に整合する。
【００２３】
本発明の対象物の観察装置における物質は、表面張力によって平滑面を形成する。
【００２４】
本発明の対象物の観察装置における赤外顕微鏡は、対物レンズの観察面を物質内に浸し、対物レンズから赤外領域の光を物質内に出射し、かつ対象物の他方の面からの反射光を受光する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、電気回路基板上に実装されたシリコンウエハ等の対象物の裏面の状態に影響されずに、対象物の表面を正確かつ鮮明な画像で観察できる対象物の観察方法及びその装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図３と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００２７】
図１はシリコンウエハ２に対する対象物の観察装置の構成図である。シリコンウエハ２の裏面２ｂは、上述したように研磨れていないか、又は研磨されていても傷や研磨した痕が残されていて凹凸形状になっている。このシリコンウエハ２の裏面２ｂには、平滑面を形成するための物質１０が滴下、塗布されて装着されている。
【００２８】
この物質１０は、シリコンウエハ２が有する屈折率と同一の屈折率を有し、かつ赤外領域の光、例えば波長１０００〜１６００ｎｍの赤外光を透過する液状、ゲル状、又はクリーム状のものを用いる。この物質１０は、例えばシリコンにより形成される。
【００２９】
この物質１０は、シリコンウエハ２の裏面２ｂに装着することにより、シリコンウエハ２の裏面２ｂの凹凸形状や溝に整合する。又、この物質１０のシリコンウエハ２の裏面２ｂの凹凸形状や溝に整合する側とは反対の側は、自身の表面張力によって平滑面１０ａを形成する。
【００３０】
このようにシリコンウエハ２の裏面２ｂに装着した物質１０は、シリコンウエハ２が有する光学的性質と同一な光学的性質を有するものであり、これにより擬似的にシリコンウエハ２の裏面２ｂに平滑面１０ａを形成する。
【００３１】
なお、シリコンウエハ２、集積回路３、電気回路基板４、はんだ５及び物質１０を含めて観察対象物６とする。
【００３２】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００３３】
赤外顕微鏡１は、シリコンウエハ２の裏面２ｂに装着された物質１０に対して赤外領域の光、例えば波長１０００〜１６００ｎｍの赤外光Ｉｗを照射する。この物質１０及びシリコンは、赤外光Ｉｗに対して高い透過率を有しているので、赤外光Ｉｗは、物質１０及びシリコンウエハ２内を透過し、その光量を余り減衰することなく集積回路３を形成する表面２ａに到達する。
【００３４】
このとき、シリコンウエハ２の裏面２ｂ側の赤外光Ｉｗが入射する面は、物質１０の装着によって平滑面１０ａに形成され、かつシリコンウエハ２の裏面２ｂの凹凸形状や溝を無くしている。これにより、赤外光Ｉｗが物質１０の平滑面１０ａに入射するとき及びシリコンウエハ２内を透過しているときに、赤外光Ｉｗは、シリコンウエハ２の裏面２ｂの凹凸形状や溝により散乱や屈折方向の変化を生じない。これによって、赤外光Ｉｗが観察光としてシリコンウエハ２に照射する際に、シリコンウエハ２の裏面２ｂの凹凸形状や溝によってシリコンウエハ２の表面２ａに結像できないという状態は生じない。
【００３５】
この結果、赤外顕微鏡１において集積回路３の表面に焦点が合うように赤外光Ｉｗを照射すると、赤外顕微鏡１は、シリコンウエハ２の表面２ａからの反射光を受光して、シリコンウエハ２上にパターニングされた集積回路３を電気回路基板４上から剥がすことなく観察・解析できる。
【００３６】
このように上記第１の実施の形態によれば、シリコンウエハ２の裏面２ｂにシリコンウエハ２に有する光学的性質と略同一な光学的性質を有するシリコンからなる物質１０を装着して平滑面１０ａを形成し、この物質１０に対して赤外光Ｉｗを照射し、物質１０内及びシリコンウエハ２内を透過してシリコンウエハ２の表面２ａで反射する光を受光してシリコンウエハ２上にパターニングされた集積回路３を観察する。
【００３７】
これにより、シリコンウエハ２の裏面２ｂが研磨されていないか、又は研磨されていても傷や研磨した痕が残されていて凹凸形状になっていても、赤外光Ｉｗがシリコンウエハ２の裏面２ｂの凹凸形状や溝により散乱や屈折方向の変化を生じることはなくなる。しかるに、赤外顕微鏡１の観察画像上には、傷や凹凸形状等の影響が黒色の影となって現れることはなく、シリコンウエハ２上の集積回路３の鮮明な観察画像を取得でき、正確な集積回路３の観察・解析ができる。
【００３８】
従って、シリコンウエハ２を電気回路基板４上から剥がす手間もなく非破壊で、電気回路基板４上に実装した状態で集積回路３の鮮明な観察画像を画像処理等して解析することにより、集積回路３の不良解析や状態観察を正確にできる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００４０】
図２はシリコンウエハ２に対する対象物の観察装置の構成図である。赤外顕微鏡１は、顕微鏡本体１１と対物レンズ１２とを有する。対物レンズ１２は、観察側表面１２ａをシリコンからなるゲル状、又はクリーム状の物質１０内に浸して使用することを可能にした専用のものである。この赤外顕微鏡１は、対物レンズ１２を通して赤外光Ｉｗを照射し、物質１０内及びシリコンウエハ２内を透過してシリコンウエハ２の裏面２ｂからの反射光を受光する。
【００４１】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００４２】
赤外顕微鏡１の対物レンズ１２を物質１０内に浸すと、この物質１０は、対物レンズ１２の形状に整合して密着する。
【００４３】
この状態で、赤外顕微鏡１の対物レンズ１２から赤外領域の光、例えば波長１０００〜１６００ｎｍの赤外光Ｉｗが放射されると、この赤外光Ｉｗは、物質１０及びシリコンウエハ２内を透過し、その光量を余り減衰することなく集積回路３を形成する表面２ａに到達する。
【００４４】
このとき、対物レンズ１２の観察側表面１２ａは、物質１０によって密着し、観察側表面１２ａの凹凸形状を無くしている。又、シリコンウエハ２の裏面２ｂの凹凸形状や溝をも無くしている。これにより、赤外光Ｉｗは、対物レンズ１２の観察側表面１２ａから物質１０に入射するとき及びシリコンウエハ２内を透過しているときに、シリコンウエハ２の裏面２ｂの凹凸形状や溝により散乱や屈折方向の変化を生じない。
【００４５】
この結果、上記第１の実施の形態と同様に、赤外顕微鏡１において集積回路３の表面に焦点が合うように赤外光Ｉｗを照射すると、赤外顕微鏡１は、シリコンウエハ２の表面２ａからの反射光を受光して、シリコンウエハ２上にパターニングされた集積回路３を電気回路基板４上から剥がすことなく観察・解析できる。
【００４６】
このように上記第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様な効果を奏することは言うまでもなく、赤外顕微鏡１の対物レンズ１２を物質１０内に浸すことにより、対物レンズ１２とシリコンウエハ２の表面２ａとの間隔を短くでき、物質１０及びシリコンウエハ２内を透過する赤外光Ｉｗの光路長を短くしてより鮮明な集積回路３の観察画像を取得できる。
【００４７】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００４８】
上記各実施の形態では、赤外顕微鏡１から出射される赤外領域の光を例えば波長１０００〜１６００ｎｍとしているが、これに限らず、波長１０００ｎｍ以下の波長でもよい。例えば、対象物がガリウム砒素により形成される場合には、近赤外領域の光の波長を例えば８８６ｎｍ以上にしてもよい。この波長８８６ｎｍ以上であれば、ガリウム砒素を透過できる。
【００４９】
又、赤外顕微鏡１に限らず、例えば波長１０００〜１６００ｎｍの近赤外領域のレーザ光を出力するレーザ顕微鏡を用いることもできる。
【００５０】
又、シリコンウエハ２に対する観察装置に限らず、赤外顕微鏡１又はレーザ顕微鏡を通して取得されたシリコンウエハ２の集積回路３の鮮明な観察画像を画像処理し、解析する画像解析装置を付加すれば、シリコンウエハ２などの対象物の検査装置、測定装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る対象物の観察装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明に係る対象物の観察装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【図３】従来の赤外顕微鏡を用いたシリコンウエハ上の集積回路の観察装置を示す構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１：赤外顕微鏡、２：シリコンウエハ、２ａ：シリコンウエハ表面、２ｂ：シリコンウエハ裏面、３：集積回路、４：電気回路基板、５：はんだ、６：観察対象物、１０：物質、１１：顕微鏡本体、１２：対物レンズ、１２ａ：対物レンズの観察側表面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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