JP2007071716A - 共焦点走査型顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の屈折率の影響を受けずに正確な共焦点画像データを取得すること。
【解決手段】ユーザインタフェース１７からインプットされた試料Ｓの屈折率データに基づいてデータ補正演算部１９により赤外共焦点走査型顕微鏡１により取得された共焦点画像データの高さ位置の座標データＺを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば波長９００ｎｍ以上の赤外レーザビームを対物レンズを通して試料に走査し、この試料からの反射レーザビームを検出して試料内部の共焦点画像データを取得する共焦点走査型顕微鏡に関する。

試料として例えばＦＣＢ（Flip Chip Bonding）後のＩＣチップ、又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電子機械システム）構造体に対して赤外領域の波長の光（以下、赤外光）、すなわちシリコン内を透過する赤外光を用いてＩＣチップ、ＭＥＭＳ構造体を観察する技術がある。このような技術は、例えば特許文献１、２に開示されている。特許文献１には、シリコン薄膜の表面に向って、０．９μｍ以上の波長を有する赤外線を照射し、シリコン薄膜の表面による反射光とシリコン薄膜の裏面による反射光との干渉結果に基づいて、シリコン薄膜の膜厚を測定することが開示されている。

特許文献２には、通常の赤外線顕微鏡を用いてフリップチップＩＣ裏面のバンプ接合部の位置を検出する技術であって、先ずフリップチップＩＣの裏面で接合部の上部に当たる位置の高さをレーザフォーカス変位計を用いて測定し、次に接合部に最も近い位置の回路基板面の高さを測定し、これらの接合点の測定結果に基づいてフリップチップＩＣの片側が浮いているオープン不良の判定を行うことが開示されている。
特開２００２−２８４２０号公報 特許第３５９９９８６号公報

特許文献１、２では、赤外光を用いてシリコン薄膜の膜厚やフリップチップＩＣのオープン不良の判定などを行っているが、赤外光がシリコン中を透過するときには当該シリコンの屈折率の影響を受ける。特許文献１、２では、シリコンの屈折率の影響を考慮する技術手段については何ら開示されておらず、このうち特許文献１では、ＩＣチップやＭＥＭＳ構造体を観察する場合、シリコンの屈折率の影響を受けて正確に実装部品の位置ずれの計測、シリコン裏面のパターンの傷、バンプの欠損の判断ができないおそれがある。さらに、特許文献２では、シリコンの屈折率の影響を受けて正確な測定結果を得られないおそれがあるので、当該測定結果に基づいてボンディングの接合具合や加圧条件の設定などを精度高く行うことができず、さらに例えば測定結果に基づいて正確な面粗さの解析を行うこともできない。

本発明は、対物レンズを通して測定光を試料に走査し、試料からの反射光を検出し試料における少なくとも１つの高さ位置の共焦点画像データを取得する共焦点走査型顕微鏡において、少なくとも試料の屈折率データを入力する屈折率データ入力部と、屈折率データ入力部から入力された屈折率データに基づいて共焦点画像データの試料の高さ方向に対する補正を行うデータ補正演算部と、データ補正演算部により試料の高さ方向に対する補正を行った共焦点画像データを保存する画像データ保存部とを具備する共焦点走査型顕微鏡である。

本発明は、試料の屈折率の影響を受けずに正確な共焦点画像データを取得できる共焦点走査型顕微鏡を提供できる。

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。
図１は赤外共焦点走査型顕微鏡の構成図を示す。試料Ｓは、例えばＦＣＢ後のＩＣチップ又はＭＥＭＳ構造体であり、その観察部位は、かかるＩＣチップ又はＭＥＭＳ構造体の内部に位置している。この観察部位は、例えばＩＣチップのパターン状態又はＭＥＭＳ構造体内のギャップ等の空間である。これらＩＣチップ及びＭＥＭＳ構造体は、それぞれシリコンを主材料として形成されている。図２は光の波長に対するシリコンの透過率特性を示す。シリコンは、約１．１μｍ以下の波長領域の光を殆ど透過しないが、１．１μｍ以上の波長領域の光を比較的よく透過する。

かかる赤外共焦点走査型顕微鏡１は、赤外光のレーザビーム２を射出する光源部３を備えている。この光源部３は、上記シリコンの透過率特性に従って当該シリコンを透過し得る波長の光、例えば１．１μｍ以上の波長領域の光を射出する。この光源部３から射出される赤外光のレーザビーム２は、直線偏光となっている。

当該赤外共焦点走査型顕微鏡１により得られる共焦点画像は、赤外光のレーザビーム２の波長が短い程分解能が高くなる。これにより、光源部２は、好ましくは１．１μｍに近い波長で、かつシリコンに対する透過率が５０％程度有し、さらには入手性がよく、安価で１．３μｍの波長の赤外光のレーザビーム２を射出するものがよい。

光源部３から射出される赤外光のレーザビーム２の光軸上には、二次元走査機構４と、瞳投影レンズ５と、結像レンズ６と、１／４波長板７と、対物レンズ８とが設けられている。このうち二次元走査機構４は、光源部３から射出される赤外光のレーザビーム２をＸＹ平面で二次元的に走査する。この二次元走査機構４は、例えば２つのガルバノミラーを組み合わせて構成される。この二次元走査機構４は、対物レンズ８の瞳位置と共役な位置に設けられている。
対物レンズ８は、二次元走査機構４により二次元的に走査される赤外光のレーザビーム２を収束して試料Ｓの内部に光スポットを形成する。この対物レンズ８は、試料Ｓ内のシリコンの厚さによる収差を補正されたものを使用するのがよい。

対物レンズ移動機構９は、対物レンズ８を光軸に沿ってＺ方向に移動させる。この対物レンズ移動機構９には、Ｚスケール１０が設けられている。このＺスケール１０は、対物レンズ８を光軸に沿ったＺ方向への移動距離を計測する。

光源部３と二次元走査機構４との間の光軸上には、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）１１が設けられている。このＰＢＳ１１は、１／４波長板７と共働して試料Ｓからの反射赤外光のレーザビームを分離する。すなわち、ＰＢＳ１１は、光源部３から射出されて試料Ｓに向う赤外光のレーザビーム２も透過するので、この赤外光のレーザビーム２と試料Ｓからの反射赤外光のレーザビームとを各偏光に基づいて当該反射赤外光のレーザビームを検出光ビーム１２として分離する。なお、光源部３から射出される赤外光のレーザビーム２は直線偏光であり、試料Ｓで反射された赤外光のレーザビームすなわち反射赤外光のレーザビームは、光源部３から射出された直後の赤外光のレーザビーム２の直線偏光に対して直交する。
ＰＢＳ１１により分離された検出光ビーム１２の光軸上には、収束レンズ１３と、光検出器１４とが設けられている。収束レンズ１３は、ＰＢＳ１１により分離された検出光ビーム１２を収束する。光検出器１４は、収束レンズ１３により収束された検出光ビーム１２を受光し、受光した光強度に対応した電気信号を出力する。この光検出器１４は、実質的に微小開口として機能する大きさに形成された受光面を有している。この受光面は、試料Ｓの内部に形成される光スポットに対して共役な位置に設けられている。しかるに、赤外共焦点走査型顕微鏡１の光学系は、共焦点光学系を構成している。

制御部１５は、二次元走査機構４に対して走査制御信号を送出し、対物レンズ移動機構９に対してＺ方向駆動制御信号を送出し、かつ光検出器１４から出力される電気信号を入力し、二次元走査機構４に対して送出する走査制御信号から求められる試料Ｓ中の光スポットの位置情報と光検出器１４から出力される電気信号とに基づいて試料Ｓの共焦点画像データを取得する。

この制御部１５には、モニタ装置１６と、ユーザインタフェース１７とが接続されている。この制御部１５は、当該赤外共焦点走査型顕微鏡１により取得した共焦点画像データをモニタ装置１６に表示出力する。ユーザインタフェース１７は、例えばキーボードやマウス等を有する。このユーザインタフェース１７は、ユーザの操作を受け、例えば試料Ｓの屈折率データをインプットする屈折率データ入力部の一部を構成する。
具体的に制御部１５は、屈折率データ入力部１８と、データ補正演算部１９と、データ解析部２０と、表示制御部２１と、共焦点画像データを保存する画像データ保存部としての第１のメモリ２２と、屈折率データ保存部としての第２のメモリ２３とを有する。
屈折率データ入力部１８は、ユーザインタフェース１７から試料Ｓの屈折率データをインプットする指示があると、図３に示すようにモニタ装置１６の表示画面１６ａ上に試料Ｓの屈折率データをインプットするための屈折率インプット用ウィンドウ２４を表示する。この屈折率データ入力部１８は、屈折率インプット用ウィンドウ２４内に試料Ｓの屈折率データがインプットされると、このインプットされた試料Ｓの屈折率データをデータ補正演算部１９に送る。なお、屈折率データ入力部１８は、屈折率インプット用ウィンドウ２４内にインプットされた各種試料Ｓに対応した複数の屈折率データを第２のメモリ２３に予め保存させておいてもよい。

データ補正演算部１９は、ユーザインタフェース１７からインプットされた試料Ｓの屈折率データに基づいて共焦点画像データの試料Ｓの高さ方向に対する補正を行う。共焦点画像データは、Ｚスケール１０により計測された対物レンズ８を光軸に沿ったＺ方向への移動距離、すなわちＺ方向である高さ位置の座標データを有している。従って、データ補正演算部１９は、高さ位置の座標データを試料Ｓの屈折率データに基づいて補正し、この補正した共焦点画像データ３次元座標は、各輝度情報と共に第１のメモリ２２に保存される。

データ解析部２０は、データ補正演算部１９により試料Ｓの屈折率データに基づいて補正された共焦点画像データを解析し、試料Ｓにおける所定部位の厚み、面積、体積、面粗さ、断面形状又は各所定部位間の間隔のうち少なくとも１つを求める。
表示制御部２１は、第１のメモリ２２に保存されている屈折率データに基づいて補正された試料Ｓの共焦点画像データをモニタ装置１６に表示したり、データ解析部２０の解析結果である試料Ｓにおける所定部位の厚み、面積、体積、面粗さ、断面形状又は各所定部位間の間隔などをモニタ装置１６に表示する。

次に、上記の如く構成された顕微鏡の動作について説明する。
光源部３から直線偏光で赤外光のレーザビーム２が射出されると、この赤外光のレーザビーム２は、ＰＢＳ１１を透過し、二次元走査機構４に入射する。この二次元走査機構４は、入射した赤外光のレーザビーム２を二次元的に走査する。この二次元的に走査された赤外光のレーザビーム２は、瞳投影レンズ５、結像レンズ６を経て１／４波長板７に入射し、この１／４波長板７により円偏光に変換され、この後、対物レンズ８によって試料Ｓの内部に収束され、光スポットに形成される。この光スポットは、二次元走査機構４による二次元走査により試料Ｓの内部において対物レンズ８の光軸に対して直交するＸＹ平面内で二次元走査される。

試料Ｓからの反射赤外光のレーザビームは、対物レンズ８を通って１／４波長板７に入射し、この１／４波長板７により円偏光から直線偏光に変換される。この変換された直線偏光は、光源部３から射出された直後の赤外光のレーザビーム２の直線偏光に対して直交する。この試料Ｓからの反射赤外光のレーザビームは、１／４波長板７により直線偏光に変換された後、結像レンズ６、瞳投影レンズ５、二次元走査機構４を経てＰＢＳ１１に入射する。

このＰＢＳ１１は、試料Ｓからの反射赤外光のレーザビームを偏光し、光源部３から射出された直後の赤外光のレーザビーム２から選択的に分離し、検出光ビーム１２として出射する。この分離された検出光ビーム１２は、収束レンズ１３により収束されて光検出器１４に入射する。この光検出器１４は、収束レンズ１３により収束された検出光ビーム１２を受光し、受光した光強度に対応した電気信号を出力する。

制御部１５は、二次元走査機構４に対して送出する走査制御信号から求められる試料Ｓ中の光スポットの位置情報と光検出器１４から出力される電気信号とに基づいて試料Ｓ内における光スポットが二次元走査されたＸＹ平面上での共焦点画像データを取得し、この共焦点画像データを第１のメモリ２２に保存する。この制御部１５の表示制御部２１は、第１のメモリ２２に保存されている試料Ｓの共焦点画像データをモニタ装置１６に表示する。

ここで、図４は対物レンズ８と試料Ｓとの間のＺ方向の相対位置（デフォーカス位置）に対する光検出器１４で受光される光強度の関係を示す。これらデフォーカス位置と光強度との関係は、一般にＩ−Ｚカーブと呼ばれ、Ｚ座標対光強度のグラフを示す。なお、同Ｉ−Ｚカーブには、比較のために通常の非共焦点顕微鏡におけるＺ座標対光強度も示す。
同図に示すように非共焦点顕微鏡では、合焦位置での試料Ｓからの反射光の強度だけでなく、合焦位置から外れたＺ位置における試料Ｓからの反射光の強度も高い。このため、Ｚ位置によっては、合焦位置から外れたＺ位置からの反射光の強度の方が合焦位置での反射光の強度よりも高い場合もある。このようなＺ座標対光強度を示すことから非共焦点顕微鏡では、所望しないノイズ光が多く、赤外光のビームが観察対象の試料Ｓに合焦していても、試料Ｓの鮮明な画像を取得することは難しい。
これに対して共焦点顕微鏡では、合焦位置での試料Ｓからの反射光の強度のみが高く、合焦位置から外れたＺ位置での試料Ｓからの反射光の強度は極端に小さくなる。これにより、共焦点顕微鏡では、ノイズ光が少なく、合焦面すなわちスポット光が二次元走査されたＸＹ平面上で鮮明な画像を取得できる。

しかるに、当該赤外共焦点走査型顕微鏡１であれば、光検出器１４で検出される光強度が最大となるように対物レンズ移動機構９の動作により対物レンズ８を光軸によってＺ方向に上下移動させ、対物レンズ８と試料Ｓとの間隔を調整する。これにより、光スポットの光軸に沿った位置すなわち合焦位置は、試料Ｓ内において所望の観察位置に合わせることが可能となる。

すなわち、制御部１５は、対物レンズ移動機構９に対してＺ方向駆動制御信号を送出して対物レンズ移動機構９を動作させて対物レンズ８を光軸に沿ってＺ方向に上下移動させ、かつ二次元走査機構４に対して走査制御信号を送出して試料Ｓ内において所望の観察位置のＸＹ平面上でスポット光を二次元走査させ、これと共に光検出器１４からの電気信号を入力し、この電気信号に基づいて例えば図５に示すような試料Ｓ内における所望の観察位置での共焦点画像データＤ_１を取得する。この共焦点画像データＤ_１には、試料Ｓ内の基板２５中にシリコンパターン２６が形成されている。この共焦点画像データＤ_１は、コントラストの高い鮮明な画像としてモニタ装置１６に表示される。

試料Ｓには、例えば図６に示すようなパンプ接合部２７がある。このパンプ接合部２７は、下層基板２８と上層基板２９とをバンプ３０により接続している。このようなパンプ接合部２７に対しては、例えば、先ず対物レンズ移動機構９を動作させて対物レンズ８をＺ方向に上下移動させ、かつ二次元走査機構４により試料Ｓ内の下層基板２８の下面に対応する観察位置Ａ_１のＸＹ平面上でスポット光を二次元走査させる。これにより、試料Ｓ内の観察位置Ａ_１での第１の共焦点画像データＤ_１０が取得される。この第１の共焦点画像データＤ_１０は、試料Ｓ内の観察位置Ａ_１でのＺ方向である高さ位置の座標データＺ_１を有している。

次に、上記同様に、対物レンズ移動機構９と二次元走査機構４との各動作により試料Ｓ内の下層基板２８の上面に対応する観察位置Ａ_２のＸＹ平面上でスポット光を二次元走査させる。これにより、試料Ｓ内の観察位置Ａ_２での第２の共焦点画像データＤ_１１が取得される。この第２の共焦点画像データＤ_１１は、試料Ｓ内の観察位置Ａ_２でのＺ方向である高さ位置の座標データＺ_２を有している。以下、上記同様に、対物レンズ移動機構９と二次元走査機構４との各動作により試料Ｓ内の上層基板２９の下面、上面に対応する各観察位置Ａ_３、Ａ_４のＸＹ平面上でスポット光を二次元走査させる。これにより、試料Ｓ内の各観察位置Ａ_３、Ａ_４での第３、第４の共焦点画像データＤ_１２、Ｄ_１３が取得される。これら第３、第４の共焦点画像データＤ_１２、Ｄ_１３は、試料Ｓ内の各観察位置Ａ_３、Ａ_４でのＺ方向である高さ位置の座標データＺ_３、Ｚ_４を有している。

又、制御部１５は、対物レンズ移動機構９に対してＺ方向駆動制御信号を送出して対物レンズ移動機構９を動作させて対物レンズ８を光軸に沿ってＺ方向に所定間隔毎に上下移動させ、かつ二次元走査機構４に対して走査制御信号を送出して試料Ｓ内において所定間隔毎の複数の観察位置の各ＸＹ平面上でそれぞれスポット光を二次元走査させる。これと共に、制御部１５は、複数の観察位置でスポット光を二次元走査させる毎に、光検出器１４からの電気信号を入力し、この電気信号に基づいて図７に示すような試料Ｓ内における複数の観察位置に対応する複数の共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎを取得する。これら共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎも試料Ｓ内の各観察位置でのＺ方向である高さ位置の座標データＺ_２０〜Ｚｎを有している。制御部１５は、これら共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎを重ね合わせて（合成して）それぞれ異なる高さ位置で合焦している１枚の画像（エクステンド像）データを作成する。
次に、データ補正演算部１９は、ユーザインタフェース１７からインプットされた試料Ｓの屈折率データに基づいて共焦点画像データの試料Ｓの高さ方向に対する補正を行う。すなわち、ユーザインタフェース１７から試料Ｓの屈折率データをインプットする指示があると、屈折率データ入力部１８は、図３に示すようにモニタ装置１６の表示画面１６ａ上に屈折率インプット用ウィンドウ２４を表示する。ユーザがユーザインタフェース１７を操作し、試料Ｓの屈折率データが屈折率インプット用ウィンドウ２４内にインプットされると、屈折率データ入力部１８は、インプットされた試料Ｓの屈折率データをデータ補正演算部１９に送る。

このデータ補正演算部１９は、ユーザインタフェース１７にインプットされた試料Ｓの屈折率データを受け取り、試料Ｓの屈折率データに基づいて共焦点画像データの高さ位置の座標データＺを補正する。この補正は、例えば高さ位置の座標データＺと試料Ｓの屈折率データとの積算により求められる。屈折率データに基づいて補正された共焦点画像データの３次元座標は、各輝度情報と共に第１のメモリ２２に保存される。

例えば、上記図５に示すように試料Ｓ内における所望の観察位置での共焦点画像データＤ_１を取得した場合、データ補正演算部１９は、当該共焦点画像データＤ_１の所望の観察位置の座標データＺとユーザインタフェース１７にインプットされた試料Ｓの屈折率データとを積算し、共焦点画像データＤ_１の所望の観察位置の座標データＺを補正する。この補正された共焦点画像データＤ_１の次元座標は、各輝度情報と共に第１のメモリ２２に保存される。

しかる後、データ解析部２０は、データ補正演算部１９により試料Ｓの屈折率データに基づいて補正された共焦点画像データを解析し、図５に示すように試料Ｓにおける例えば基板２５中にシリコンパターン２６の各間隔Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３を求める。表示制御部２１は、データ解析部２０の解析結果である試料Ｓにおける基板２５中にシリコンパターン２６の各間隔Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３などをモニタ装置１６に表示する。

又、例えば、上記図６に示すようにパンプ接合部２７における試料Ｓ内の各観察位置Ａ_１〜Ａ_４での第１〜第４の共焦点画像データＤ_１０〜Ｄ_１３を取得した場合、データ補正演算部１９は、第１〜第４の共焦点画像データＤ_１０〜Ｄ_１３の各所望の観察位置の座標データＺ_１〜Ｚ_４と、ユーザインタフェース１７にインプットされた試料Ｓの各屈折率データとを積算し、第１〜第４の共焦点画像データＤ_１０〜Ｄ_１３の各所望の観察位置の座標データＺ_１〜Ｚ_４を補正する。これら屈折率データに基づいて補正された第１〜第４の共焦点画像データＤ_１０〜Ｄ_１３は、各輝度情報と共に、それぞれ第１のメモリ２２に保存される。

しかる後、データ解析部２０は、データ補正演算部１９により試料Ｓの各屈折率データに基づいて補正された第１〜第４の共焦点画像データＤ_１０〜Ｄ_１３の各所望の観察位置の座標データＺ_１〜Ｚ_４を解析し、例えば試料Ｓ内の下層基板２８の下面と上層基板２９の上面との正確な間隔Ｌを求める。具体的に、試料Ｓ内の下層基板２８と上層基板２９との各屈折率をｎｓ、下層基板２８と上層基板２９との間の空間の屈折率をｎ_０＝１、補正前の下層基板２８の下面と上層基板２９の上面との間隔をｄ_１、下層基板２８の上面と上層基板２９の下面との間隔をｄ_２、上層基板２９の上面と上層基板２９の上面との間隔をｄ_３とすると、当該間隔Ｌは、
Ｌ＝（ｎｓ・ｄ_１）＋（ｎ_０・ｄ_２）＋（ｎｓ・ｄ_３）
＝（ｄ_１＋ｄ_３）・ｎｓ＋ｎ_０・ｄ_２
＝（ｄ_１＋ｄ_３）・ｎｓ＋ｄ_２
により正確に求められる。
表示制御部２１は、データ解析部２０の解析結果である例えば試料Ｓ内の下層基板２８の下面と上層基板２９の上面との間隔Ｌなどをモニタ装置１６に表示する。

又、上記図７に示すように試料Ｓ内における複数の観察位置に対応する複数の共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎを取得した場合、データ補正演算部１９は、各共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎの各観察位置の座標データＺ_２０〜Ｚｎとユーザインタフェース１７からインプットされた試料Ｓの屈折率データとを積算し、これら共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎの各観察位置の座標データＺ_２０〜Ｚｎを補正する。これら屈折率データに基づいて補正された共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎの３次元の座標データＺ_２０〜Ｚｎは、各輝度情報と共に第１のメモリ２２に保存される。

しかる後、データ解析部２０は、データ補正演算部１９により試料Ｓの屈折率データに基づいて補正された共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎを解析し、例えば各観察位置における基板中にシリコンパターンの各間隔を求める。表示制御部２１は、データ解析部２０の解析結果である試料Ｓ中の各観察位置における基板中にシリコンパターンの各寸法やパターン間隔などをモニタ装置１６に表示する。

なお、データ解析部２０は、データ補正演算部１９により試料Ｓの屈折率データに基づいて補正された共焦点画像データを解析し、試料Ｓにおける所定部位の厚み、面積、体積、面粗さ、断面形状又は各所定部位間の間隔などを求める。
このように上記第１の実施の形態によれば、ユーザインタフェース１７からインプットされた試料Ｓの屈折率データに基づいてデータ補正演算部１９により赤外共焦点走査型顕微鏡１により取得された共焦点画像データの高さ位置の座標データＺを補正するので、試料Ｓの屈折率、例えばＦＣＢ後のＩＣチップ、又はＭＥＭＳ構造体におけるシリコン薄膜の屈折率ｎｓの影響を受けずに、正確な共焦点画像データを取得でき、又補正に基づいた共焦点画像を表示することができる。これにより、例えばシリコン薄膜の膜厚やフリップチップＩＣのオープン不良の判定、実装部品の位置ずれの計測、シリコン裏面のパターンの傷、バンプの欠損、さらには、図５に示すような試料Ｓにおける基板２５中にシリコンパターン２６の各間隔Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３、図６に示すような試料Ｓにおける下層基板２８と上層基板２９との間隔Ｌ、図７に示すエクステンド像から試料Ｓ中の各観察位置における基板中にシリコンパターンの各寸法やパターン間隔、さらには試料Ｓにおける所定部位の厚み、面積、体積、面粗さ、断面形状又は各所定部位間の間隔などを精度高く求めることができる。
この場合、補正された共焦点画像データの高さ位置の座標データＺは、第１のメモリ２２に保存されるので、試料Ｓにおける下層基板２８と上層基板２９との間隔Ｌや、シリコンパターンの各寸法やパターン間隔、試料Ｓにおける所定部位の厚み、面積、体積、面粗さ、断面形状又は各所定部位間の間隔などをそれぞれ演算する毎に屈折率データを用いて補正することもない。

又、補正された共焦点画像データ（三次元画像）が表示画面上に表示されるので、視覚的にも正確な試料形状を認識できる。
さらに、補正前の共焦点画像データを保存するメモリを設けて補正前の共焦点画像データを保存しておけば、補正前の共焦点画像データと、補正後の共焦点画像データとをそれぞれのメモリから呼び出し、同一画面上又はこれらの画像を重ねて表示したり、又補正前の共焦点画像データと補正後の共焦点画像データとの表示方法を異ならせて表示することができる。このように表示することで、補正の有無、補正の影響度、補正の適正度等を視覚的に認識できる。なお、異なる表示方法としては、線種を変更したり、線の色を変えたりする方法がある。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、赤外共焦点走査型顕微鏡の構成は、上記第１の実施の形態と同一である。
制御部１５は、二次元走査機構４に対して走査制御信号を送出し、例えば図８に示すように試料Ｓ内においてスポット光をＸ方向に一次元走査させる。これと共に制御部１５は、対物レンズ移動機構９に対してＺ方向駆動制御信号を送出し、対物レンズ８を光軸に沿ってＺ方向に所定間隔毎に移動させる。制御部１５は、スポット光を一次元走査させ、かつ対物レンズ８を光軸に沿ってＺ方向に所定間隔毎に移動させ毎に、光検出器１４からの電気信号を入力し、この電気信号に基づいて試料Ｓ内における断面形状Ｆの断面画像データを取得する。この断面形状Ｆの断面画像データには、Ｚスケール１０により計測されたＺ方向である高さ位置の座標データを有している。

一方、ユーザインタフェース１７から試料Ｓの屈折率データをインプットする指示があると、屈折率データ入力部１８は、上記図３に示すようにモニタ装置１６の表示画面１６ａ上に屈折率インプット用ウィンドウ２４を表示し、この屈折率インプット用ウィンドウ２４内にユーザの操作によって試料Ｓの屈折率データが屈折率インプット用ウィンドウ２４内にインプットされると、屈折率データ入力部１８は、インプットされた試料Ｓの屈折率データをデータ補正演算部１９に送る。

このデータ補正演算部１９は、ユーザインタフェース１７にインプットされた試料Ｓの屈折率データを受け取り、試料Ｓの屈折率データに基づいて図８に示す断面形状Ｆの断面画像データに有する高さ位置の座標データＺを補正する。この補正は、上記同様に、例えば高さ位置の座標データＺと試料Ｓの屈折率データとの積算により求められる。補正した共焦点画像データの３次元座標は、各輝度情報と共に第１のメモリ２２に保存される。

データ解析部２０は、第１のメモリ２２に保存された補正済みの試料Ｓにおける断面形状Ｆの共焦点画像データを解析し、この試料Ｓにおける例えばＺ方向の各部位の間隔、所定部位の厚みなどを求める。
このように上記第２の実施の形態によれば、試料Ｓの屈折率の影響を受けずに、正確な試料Ｓにおける断面形状Ｆの断面画像データを取得でき、試料Ｓにおける例えばＺ方向の各部位の間隔、所定部位の厚みなどを高精度に求めることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、赤外共焦点走査型顕微鏡の構成は、上記第１の実施の形態と同一である。
試料Ｓの観察前に、ユーザインタフェース１７によって図３に示す屈折率インプット用ウィンドウ２４内に仮の屈折率データ、例えば空気の屈折率データ「ｎ＝１」がインプットされると、屈折率データ入力部１８は、インプットされた試料Ｓの屈折率データをデータ補正演算部１９に送る。このデータ補正演算部１９は、屈折率データ入力部１８からインプットされた仮の屈折率データを第２のメモリ２３に予め保存する。

この状態で、制御部１５は、上記同様に、対物レンズ移動機構９を動作させて対物レンズ８を光軸に沿ってＺ方向に上下移動させ、かつ二次元走査機構４により試料Ｓ内において所望の観察位置のＸＹ平面上でスポット光を二次元走査させ、これと共に光検出器１４からの電気信号に基づいて例えば図５に示すような試料Ｓ内における所望の観察位置での共焦点画像データＤ_１を取得する。

データ補正演算部１９は、第２のメモリ２３に予め保存されている例えば空気の屈折率データ「ｎ＝１」を読み出し、この空気の屈折率データ「ｎ＝１」に基づいて共焦点画像データの高さ位置の座標データＺを補正する。補正した共焦点画像データの３次元座標は、各輝度情報と共に第１のメモリ２２に保存される。

次に、後処理において、ユーザインタフェース１７によって図３に示す屈折率インプット用ウィンドウ２４内に試料Ｓの屈折率データ、例えばシリコンの屈折率データｎｓがインプットされると、屈折率データ入力部１８は、インプットされた試料Ｓの屈折率データをデータ補正演算部１９に送る。

このデータ補正演算部１９は、第１のメモリ２２に保存されている共焦点画像データを読み出し、この共焦点画像データの観察位置の座標データＺとユーザインタフェース１７からインプットされた試料Ｓの屈折率データとを積算し、共焦点画像データの観察位置の座標データＺを補正する。試料Ｓの屈折率データにより補正した共焦点画像データは、各輝度情報と共に３次元座標で第１のメモリ２２に保存される。

このように上記第３の実施の形態によれば、予め例えば空気の屈折率データ「ｎ＝１」を保存し、この空気の屈折率データ「ｎ＝１」に基づいて共焦点画像データの高さ位置の座標データＺを補正し、この後、試料Ｓの屈折率データをインプットして共焦点画像データの高さ位置の座標データＺを補正するので、試料Ｓの屈折率が観察時に不明な場合でも、共焦点画像データを取得した後に、試料Ｓの正確な屈折率データをインプットすることで、試料Ｓの屈折率の影響を受けずに、正確な試料Ｓの共焦点画像データを取得でき、試料Ｓにおける例えばＺ方向の各部位の間隔、所定部位の厚みなどを高精度に求めることができる。

又、ユーザインタフェース１７によってインプットする屈折率データは、任意に変更可能であるので、他の各種材料に変更した場合における所定部位の厚み、面積、体積、面粗さ、断面形状又は各所定部位間の間隔などを求めるときのシミュレーションが可能になる。

又、試料の屈折率データは不明であるが、試料の所定部位の厚みが既知である場合、仮の屈折率データを入力しておき、試料の所定部位を測定し、この測定結果が既知の値になるように屈折率データを算出するようにすれば、不明であった試料の屈折率データを求めることもできる。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、赤外共焦点走査型顕微鏡の構成は、上記第１の実施の形態と同一である。
上記図７に示すように制御部１５は、複数の観察位置でスポット光を二次元走査させる毎に、光検出器１４からの電気信号を入力し、この電気信号に基づいて試料Ｓ内におけるＺ方向に高さの異なる複数の観察位置に対応する複数の共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎを取得する。制御部１５は、これら共焦点画像データＤ_２０〜Ｄｎを重ね合わせて（合成して）それぞれ異なる高さ位置で合焦している１枚の画像（エクステンド像）データを作成する。
制御部１５は、例えば１枚のエクステンド画像データから図８に示すような試料Ｓ内における断面形状Ｆの断面画像データを取得する。表示制御部２１は、かかる断面形状Ｆの断面画像データをモニタ装置１６に表示する。図９はモニタ装置１６に表示された断面画像データの一例を示す。この断面画像データは、試料Ｓの各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３においてそれぞれ各輝度値が異なっている。制御部１５は、断面画像データに対して予め設定された各閾値により２値化又は多値化し、試料Ｓの各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３をそれぞれ区分する。
ここで、ユーザインタフェース１７に対するユーザの操作によって試料Ｓの各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３をそれぞれ選択する。例えば、試料Ｓの部分Ｓ_１が選択された状態で、ユーザインタフェース１７に対するユーザの操作によって図３に示す屈折率インプット用ウィンドウ２４内に試料Ｓの部分Ｓ_１の屈折率データがインプットされると、屈折率データ入力部１８は、試料Ｓの部分Ｓ_１の屈折率データとしてデータ補正演算部１９に送る。同様に、試料Ｓの各部分Ｓ_２、Ｓ_３の各屈折率データがインプットされると、屈折率データ入力部１８は、試料Ｓの各部分Ｓ_２、Ｓ_３の各屈折率データとしてデータ補正演算部１９に送る。

このデータ補正演算部１９は、試料Ｓの部分Ｓ_１の断面画像データの座標データＺと当該部分Ｓ_１の屈折率データとを積算し、試料Ｓの部分Ｓ_１の断面画像データの座標データＺを補正する。同様に、データ補正演算部１９は、試料Ｓの各部分Ｓ_２、Ｓ_３の各断面画像データの各座標データＺと当該各部分Ｓ_２、Ｓ_３の各屈折率データとをそれぞれ積算し、試料Ｓの各部分Ｓ_２、Ｓ_３の断面画像データの各座標データＺを補正する。試料Ｓの各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３の各屈折率データによりそれぞれ補正した各共焦点画像データの３次元座標は、各輝度情報と共に第１のメモリ２２に保存される。

このように上記第４の実施の形態によれば、モニタ装置１６に表示されている試料Ｓ内における断面形状Ｆの断面画像データを輝度値に基づいて試料Ｓを各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３の区分し、これら区分された各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３の画像領域毎にそれぞれ各屈折率データをインプットし、これら屈折率データに基づいて各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３毎にそれぞれ断面画像データの各座標データＺを補正するので、試料Ｓ中における各種材料の異なる各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３毎に各屈折率データの影響を受けない正確な試料Ｓ内における断面形状Ｆの断面画像データを取得できる。

なお、試料Ｓの各部分Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を２値化又は多値化処理により自動的に区分するようにしているが、ユーザがモニタ１６に表示される断面画像データの各輝度値の違いにより試料Ｓの各部分を判断し、例えばマウス等の入力手段で直接断面画像データを直線又は矩形、円形等の任意の形状で指示して区分するようにしてもよい。

次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、赤外共焦点走査型顕微鏡の構成は、上記第１の実施の形態と同一である。
本実施の形態は、ユーザインタフェース１７による屈折率データのインプットの各方法を示す。
屈折率データ入力部１８は、図１０に示すようにモニタ装置１６の表示画面１６ａに、複数の屈折率データに対応する複数の選択端、例えばシリコン、空気等の各アイコン３１−１、３１−２、…、３１−ｍを表示する。屈折率データ入力部１８は、シリコン、空気等の各屈折率データｎｓ、ｎ＝１を予め記憶する。ユーザインタフェース１７に対するユーザの操作によって例えばアイコン３１−１が操作されると、屈折率データ入力部１８は、シリコンの屈折率データｎｓを読み出し、このシリコンの屈折率データｎｓをデータ補正演算部１９に送る。
又、屈折率データ入力部１８は、図１１に示すようにモニタ装置１６の表示画面１６ａに、バー状のライン３２に沿って屈折率の各数値を付して表示すると共に、屈折率を選択指示するためのスライダ３３をライン３２上に沿って移動可能に表示する。ユーザインタフェース１７に対するユーザの操作によってスライダ３３をライン３２上に沿って移動させ、試料Ｓの屈折率を選択する。なお、図１１ではスライダ３３によって試料Ｓの屈折率「３．３」が選択されている。屈折率データ入力部１８は、スライダ３３によって選択指示された試料Ｓの屈折率、例えば試料Ｓの屈折率「３．３」をデータ補正演算部１９に送る。バー状のライン３２に沿って屈折率の各数値が所定間隔毎に付されているが、ライン３２上の屈折率の数値は、連続している。これにより、例えばライン３２上の屈折率「３．０」と「３．１」との中間にスライダ３３が配置されると、屈折率データ入力部１８は、屈折率「３．０５」として読み取る。
このように上記第５の実施の形態によれば、ユーザが試料Ｓの屈折率の数値を正確に覚える必要はなく、試料Ｓの屈折率データをインプットできる。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形してもよい。
例えば、上記各実施の形態は、例えば波長９００ｎｍ以上の赤外光のレーザビーム２を用いた赤外共焦点走査型顕微鏡１に適用した場合について説明したが、これに限らず、ＮipkowＤＩＳＫ等を用いたディスク走査型共焦点顕微鏡にも適用可能であり、他の共焦点効果を得られる顕微鏡であれば適用可能である。
屈折率データのインプット方法は、アイコン３１−１、３１−２、…、３１−ｍ又はスライダ３３をライン３２上に沿って移動させて選択するのに限らず、例えば操作盤上に各屈折率に対応した複数のスイッチ等を設けてもよい。

本発明に係る赤外共焦点走査型顕微鏡の第１の実施の形態を示す構成図。 同顕微鏡の観察対象である試料を形成するシリコンの光の波長に対する透過率特性を示す図。 同顕微鏡のモニタ装置に表示される屈折率インプット用ウィンドウを示す図。 同顕微鏡における対物レンズと試料との間のＺ方向の相対位置に対する光検出器で受光される光強度の関係を示す図。 同顕微鏡の観察対象となる試料内における所望の観察位置での共焦点画像データを示す模式図。 同顕微鏡の観察対象となる試料中のパンプ接合部を示す図。 同顕微鏡によりエクステンド像を作成するために取得された各共焦点画像データを示す模式図。 本発明に係る赤外共焦点走査型顕微鏡の第２の実施の形態により取得される試料の断面形状のデータを示す図。 本発明に係る赤外共焦点走査型顕微鏡の第４の実施の形態においてモニタ装置に表示された断面画像データの一例を示す模式図。 本発明に係る赤外共焦点走査型顕微鏡の第５の実施の形態におけるモニタ装置の表示画面に表示された屈折率データ選択用のアイコンを示す図。 同顕微鏡におけるモニタ装置の表示画面に表示された屈折率データ選択用のバー表示を示す図。

符号の説明

Ｓ：試料、１：赤外共焦点走査型顕微鏡、２：レーザビーム、３：光源部、４：二次元走査機構、５：瞳投影レンズ、６：結像レンズ、７：１／４波長板、８：対物レンズ、９：対物レンズ移動機構、１０：Ｚスケール、１１：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１２：検出光ビーム、１３：収束レンズ、１４：光検出器、１５：制御部、１６：モニタ装置、１６ａ：表示画面、１７：ユーザインタフェース、１８：屈折率データ入力部、１９：データ補正演算部、２０：データ解析部、２１：表示制御部、２２：第１のメモリ、２３：第２のメモリ、２４：屈折率インプット用ウィンドウ、２５：基板、２６：シリコンパターン、２７：パンプ接合部、２８：下層基板、２９：上層基板、３０：バンプ、３１−１，３１−２，…，３１−ｍ：アイコン、３２：バー状のライン、３３：スライダ。

Claims (15)

1. 対物レンズを通して測定光を試料に走査し、前記試料からの反射光を検出し前記試料における少なくとも１つの高さ位置の共焦点画像データを取得する共焦点走査型顕微鏡において、
   少なくとも前記試料の屈折率データを入力する屈折率データ入力部と、
   前記屈折率データ入力部から入力された前記屈折率データに基づいて前記共焦点画像データの前記試料の高さ方向に対する補正を行うデータ補正演算部と、
   前記データ補正演算部により前記試料の高さ方向に対する補正を行った前記共焦点画像データを保存する画像データ保存部と、
   を具備したことを特徴とする共焦点走査型顕微鏡。
2. 前記測定光として赤外領域の波長のレーザビームを前記試料に走査することを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
3. 前記屈折率データ入力部は、ユーザインタフェースを有することを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
4. モニタ装置を有し、
   前記屈折率データ入力部は、入力指示があると、前記モニタ装置の表示画面に前記屈折率データを入力するためのウィンドウを表示し、前記入力された前記屈折率データを前記データ補正演算部に送る、
   ことを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
5. モニタ装置を有し、
   前記屈折率データ入力部は、複数の前記屈折率データに対応する複数の選択部を前記モニタ装置の表示画面に表示し、当該表示画面上で選択操作された前記選択部に対応する前記屈折率データを前記データ補正演算部に送る、
   ことを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
6. モニタ装置を有し、
   前記屈折率データ入力部は、ライン状に配列された前記屈折率の各数値を前記モニタ装置の表示画面に表示し、当該表示画面上で選択操作された前記選択部に対応する前記屈折率データを前記データ補正演算部に送る、
   ことを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
7. 前記屈折率データ入力部から入力された前記屈折率データを保存する屈折率データ保存部を有することを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
8. 前記共焦点画像データは、前記高さ位置の座標データを有し、
   前記データ補正演算部は、前記共焦点画像データに有する前記高さ位置の座標データを前記屈折率データに基づいて補正することを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
9. 前記画像データ保存部は、前記高さ位置座標データを前記屈折率データに基づいて補正された前記共焦点画像データの３次元座標を、前記共焦点画像データの各輝度情報と共に保存することを特徴とする請求項８記載の共焦点走査型顕微鏡。
10. 前記屈折率データ保存部は、複数の前記試料に応じた複数の前記屈折率データを保存することを特徴とする請求項７記載の共焦点走査型顕微鏡。
11. モニタ装置と、
    前記データ補正演算部により前記試料の高さ方向に対する補正を行った前記共焦点画像データを前記モニタ装置に表示させる表示制御部を有し、
    前記屈折率データ入力部は、前記モニタ装置に表示されている前記共焦点画像データの画像を複数に区分し、これら区分された複数の画像領域毎にそれぞれ前記各屈折率データを設定し、
    前記データ補正演算部は、前記屈折率データ入力部から設定された前記各画像領域毎の前記各屈折率データに基づいて前記各画像領域毎にそれぞれ前記共焦点画像データの前記試料の高さ方向に対する補正を行うことを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
12. 前記データ補正演算部により補正された前記共焦点画像データに基づいて前記試料における所定部位の厚み、面積、体積、面粗さ、断面形状又は前記各所定部位間の間隔のうち少なくとも１つを解析するデータ解析部を有することを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡。
13. モニタ装置と、
    前記画像データ保存部に保存されている前記屈折率データに基づいて補正された前記共焦点画像データを前記モニタ装置に表示することを特徴とする請求項８記載の共焦点走査型顕微鏡。
14. モニタ装置と、
    前記画像データ保存部に保存されている前記屈折率データに基づいて補正された前記共焦点画像データと、前記屈折率データに基づいて補正されていない前記共焦点画像データとを前記モニタ装置に表示することを特徴とする請求項８記載の共焦点走査型顕微鏡。
15. 前記屈折率データに基づいて補正された前記共焦点画像データと補正されていない前記共焦点画像データとは、前記モニタ装置に重ね合わされて表示されることを特徴とする請求項１４記載の共焦点走査型顕微鏡。

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