KR101110468B1 - 시료 관찰 방법 및 현미경, 및 이것에 이용하는 고침 렌즈및 광학 밀착액 - Google Patents

Abstract

검사 대상의 시료가 되는 반도체 디바이스 상에 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 적하하고 (S104), 그 위에 고침 렌즈를 설치한다 (S105). 이어서, 고침 렌즈의 삽입 위치를 조정하고 (S106), 이로부터 광학 밀착액을 건조시키고(S108), 고침 렌즈와 반도체 디바이스를 광학적으로 밀착시킨다. 이것에 의해, 시료의 목적 위치에 대한 위치화가 용이하고, 시료에 고침 렌즈를 광학적으로 확실히 밀착시킬 수 있는 시료 관찰 방법 및 현미경 등이 실현된다.

Description

시료 관찰 방법 및 현미경, 및 이것에 이용하는 고침 렌즈 및 광학 밀착액{SPECIMEN OBSERVATION METHOD AND MICROSCOPE, AND, FOR USE THEREIN, SOLID IMMERSION LENS AND OPTICAL CONTACT LIQUID}

본 발명은 전자 디바이스 등의 시료를 관찰하기 위해서 이용되는 시료 관찰 방법 및 현미경, 및 이것에 이용하는 고침 (固浸) 렌즈 및 고침 렌즈용 광학 밀착액에 관한 것이다.

반도체 디바이스 등의 전자 디바이스의 검사에서는 전자 디바이스를 시료로서 현미경 등으로 관찰하고, 거기에 따라 전자 디바이스의 고장 해석이나 신뢰성 평가를 수행하는 방법이 이용된다. 반도체 검사 장치로는 종래 이미션 현미경이나 IR－OBIRCH 장치 등이 알려져 있다 (문헌 1: 일본 특개평 7－190946 호 공보, 문헌 2: 일본 특개평 6－300824 호 공보 참조). 그렇지만, 근래 검사 대상이 되는 전자 디바이스의 미세화가 진행되고 있어, 가시광선이나 적외선을 사용한 종래의 검사 장치로는 광학계에서의 회절 한계에 기인하는 제한에 의해 미세 구조의 해석이 곤란해지고 있다.

이 때문에, 이와 같은 전자 디바이스의 미세 구조에 대하여 해석을 수행해서 전자 디바이스 중에 형성된 트랜지스터나 배선 등의 회로 패턴에 발생한 이상 개소 를 검출하는 경우, 우선 가시광선, 적외선, 혹은 열선을 사용한 검사 장치에 의해서 이상 개소가 존재하는 범위를 어느 정도까지 좁힌다. 그리고, 그 좁혀진 범위에 대해서 보다 고분해능을 갖는 전자현미경 등의 관찰 장치를 이용하여 관찰을 수행함으로써, 전자 디바이스에서의 이상 개소를 검사하는 방법이 이용되고 있다.

상기한 바와 같이, 빛을 사용한 검사를 수행한 후에 전자현미경으로 고분해능 관찰을 수행하는 방법에서는, 검사 대상이 되는 전자 디바이스의 준비, 설치가 복잡하다는 등의 이유에 의해, 전자 디바이스의 검사에 큰 노력과 시간을 필요로 한다는 문제가 있다.

한편, 관찰 대상의 화상을 확대하는 렌즈로서 고침 렌즈 (SIL: Solid Immersion Lens) 가 알려져 있다. 고침 렌즈는 반구 형상, 또는 와이에르스트라스 (weierstrass) 구로 불리는 초반구 형상의 렌즈이다. 이 고침 렌즈를 관찰 대상의 표면에 광학적으로 밀착시켜 설치하면, 개구수 NA 및 배율을 함께 확대할 수 있어 높은 공간 분해능으로 관찰이 가능해진다. 이와 같은 고침 렌즈를 이용한 전자 디바이스 검사 장치로는, 예를 들어 문헌 3: 일본 특공평 7－18806 호 공보 및 문헌 4: 미국 특허 제 6594086 호 공보에 기재된 것이 있다.

특허 문헌 1: 일본 특개평 7－190946 호 공보

특허 문헌 2: 일본 특개평 6－300824 호 공보

특허 문헌 3: 일본 특공평 7－18806 호 공보

특허 문헌 4: 미국 특허 제 6594086 호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

상기 문헌 3 에 개시된 고침 렌즈는 평볼록 렌즈 (plano-convex 렌즈) 이며, 관찰 대상물에 대한 설치면이 평면이다. 관찰시에 있어서, 이 평볼록 렌즈와 관찰 대상물 사이에는 필요에 따라서 고굴절률 유체 (인덱스 매칭액) 가 배치된다.

예를 들면, 반도체 기판을 관찰 대상물로 한 고침 렌즈에 의한 관찰에서는, 고침 렌즈와 관찰 대상물이 되는 반도체 기판 사이에 간격이 발생하면 임계각 이상의 입사광이 모두 반사되고, 임계각 이하의 입사각 밖에 전파할 수 없게 되어, 실효적인 개구수가 임계각으로 제한되게 된다. 그런데, 고침 렌즈와 반도체 기판면 사이의 간격이 반도체 중의 빛의 파장과 동일한 정도가 되면, 빛은 에바네센트 (evanescent) 결합에 의해 전파되는 것이 가능하게 된다.

그러나, 평볼록 렌즈와 반도체 기판면과의 간격에는 넓은 접촉 영역에 기인하여, 간격이 큰 부분이 존재하는 경우가 있다. 이와 같이 간격이 큰 부분에서는 투과광 강도가 급격하게 저하하고, 임계각 이하의 입사광 밖에 전파할 수 없게 되어, 실효적인 개구수가 제한되어 버린다.

따라서, 상기 문헌 3 에서는, 에바네센트 결합을 이용하지 않고, 고침 렌즈 본래의 분해능을 얻는 수법으로서, 평볼록 렌즈와 관찰 대상물 사이에 고굴절률 유체를 개재시키는 것이 기재되어 있다. 고굴절률 유체의 대표적인 것으로서, 비소 트리브로마이드/디살마이드/셀렌 화합물계를 들 수 있다. 그런데, 비소 트리브로마이드는 독성과 부식성을 가지므로, 취급 상 문제가 있다.

또, 상기 문헌 4 에 개시된 고침 렌즈는 양 볼록 (bi－convex) 렌즈이다. 이 렌즈에서는 설치면이 관찰 대상물과 점 (point of contact) 으로 접촉하는 볼록한 모양이기 때문에, 밀착성 확보에 유리하다고 생각된다. 그러나, 관찰 대상물과의 접촉 면적이 매우 작기 때문에, 관찰 대상이 되는 반도체 디바이스의 기판이 두꺼워지면, NA 가 높은 광속을 통과시킬 수 없게 된다. 이 경우, 고침 렌즈 본래의 고해상도, 고집광성을 얻을 수 없다는 문제가 있다.

이 고침 렌즈와 관찰 대상물을 넓은 면적으로 밀착시키기 위해서는, 고침 렌즈의 저면과 관찰 대상물 사이에 압력을 가할 필요가 있다. 반도체 디바이스의 이면 해석에서는, 반도체 기판 표면에 형성된 집적회로를 손상시키지 않도록 취급시의 강도도 충분히 고려하여, 반도체 기판에 가하는 압력을 조정하지 않으면 안된다는 문제가 있다. 반도체 디바이스의 박화라는 경향을 거치면, 양 볼록 렌즈로는 고침 렌즈 본래의 분해능을 얻을 수 없다.

또, 압력에 의해 반도체 디바이스에 왜곡이 생기지만, 이 상태는 반도체 디바이스의 실제 장착 상태와 다르기 때문에, 실제 장착 상태와 같은 동작 조건으로 검사해야 하는 요구를 만족시킬 수 없다. 왜곡이 생긴 상태에서는, 검사 본래의 목적과 상반되는 결과를 초래할 가능성마저 있다.

따라서, 본 발명의 과제는 관찰 대상이 되는 전자 디바이스 등의 시료에 있어서 목적 위치에 고침 렌즈를 위치시키는 것이 용이하고, 또 과도한 압력을 가하는 일 없이 시료에 대해서 고침 렌즈를 광학적으로 확실히 밀착시킬 수 있는 시료 관찰 방법 및 현미경, 및 이것에 이용하는 고침 렌즈 및 고침 렌즈용의 광학 밀착액을 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

이와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 시료 관찰 방법은 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 개재시킨 상태로 시료 상에 고침 렌즈를 설치하는 렌즈 설치 단계와, 광학 밀착액을 증발시키고 고침 렌즈와 시료를 광학적으로 밀착시키는 렌즈 밀착 단계와, 고침 렌즈에 의해서 확대된 시료의 관찰 화상을 고침 렌즈를 통해 취득하는 화상 취득 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 시료 관찰 방법에서는 전자 디바이스 등의 시료 상에 고침 렌즈를 광학적으로 밀접시키기에 즈음해, 시료와 고침 렌즈 사이에 광학 밀착액을 개재시키고, 시료 상에 고침 렌즈를 설치하고 있다. 여기서, 광학 밀착액은 양친매성 분자를 함유하고 있다. 광학 밀착액이 양친매성 분자를 함유함으로써 광학 밀착액의 표면 장력을 저하시킬 수 있으므로, 시료 표면의 습윤성이 향상한다. 이 때문에 광학 밀착액이 시료 표면에 퍼져, 고침 렌즈를 목적 위치에 용이하게 위치시킬 수 있다.

또, 광학 밀착액이 양친매성 분자를 함유하는 것에서, 시료 표면과 고침 렌즈의 설치면 사이의 습윤성을 유지하려는 힘이 지배적이 된다. 이 때문에, 광학 밀착액이 건조해가는 과정에서, 시료와 고침 렌즈를 과도한 압력을 가하는 일 없이 확실히 광학적으로 밀착시킬 수 있다. 또, 광학 밀착액에 의해 광학적으로 밀착한 상태에서는, 부가적인 효과로서 시료와 고침 렌즈 사이에 물리적인 고착도 얻어지는 것도 본원 발명자는 찾아냈다.

덧붙여, 본 발명에서 말하는「광학 밀착」이란, 시료와 고침 렌즈가 에바네센트 결합에 의해 광학적인 결합이 달성된 상태를 말한다.

상기한 시료 관찰 방법은 전자 디바이스 검사 방법으로서 매우 적합하게 이용할 수 있다. 이 경우, 전자 디바이스 검사 방법은 전자 디바이스의 화상을 취득하고, 그 내부 정보를 검출하는 전자 디바이스 검사 방법이며, 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 개재시킨 상태로 전자 디바이스 상에 고침 렌즈를 설치하는 렌즈 설치 단계와, 광학 밀착액을 증발시키고 고침 렌즈와 전자 디바이스를 광학적으로 밀착시키는 렌즈 밀착 단계와, 고침 렌즈에 의해서 확대된 전자 디바이스의 관찰 화상을 고침 렌즈를 통해 취득하는 화상 취득 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 전자 디바이스 검사 방법에서는 전자 디바이스 상에 고침 렌즈를 광학적으로 밀접시키기에 즈음해, 전자 디바이스와 고침 렌즈 사이에 광학 밀착액을 개재시키고, 전자 디바이스 상에 고침 렌즈를 설치하고 있다. 여기서, 광학 밀착액은 양친매성 분자를 함유하고 있다. 광학 밀착액이 양친매성 분자를 함유함으로써 광학 밀착액의 표면 장력을 저하시킬 수 있으므로, 전자 디바이스의 기판 표면의 습윤성이 향상한다. 이 때문에, 광학 밀착액이 전자 디바이스의 기판 표면에 퍼져, 고침 렌즈를 목적 위치에 용이하게 위치시킬 수 있다.

또, 광학 밀착액이 양친매성 분자를 함유하는 것에서, 전자 디바이스의 기판 표면과 고침 렌즈의 설치면 사이의 습윤성을 유지하려는 힘이 지배적이 된다. 이 때문에, 광학 밀착액이 건조해가는 과정에서, 전자 디바이스와 고침 렌즈를 과도한 압력을 가하는 일 없이 확실히 광학적으로 밀착시킬 수 있다. 또, 광학 밀착액에 의해 광학적으로 밀착한 상태에서는, 부가적인 효과로서 전자 디바이스의 기판과 고침 렌즈 사이에 물리적인 고착도 얻을 수 있는 것도 본원 발명자는 찾아냈다. 덧붙여 본 발명에서 말하는「내부 정보」로는, 예를 들면 전자 디바이스를 시료로 했을 경우, 전자 디바이스의 회로 패턴이나 전자 디바이스로부터의 미약 발광이 포함된다. 이 미약 발광으로는 전자 디바이스의 결함에 근거하는 이상 개소에 기인하는 것이나, 전자 디바이스 중의 트랜지스터의 스위칭 동작에 수반하는 일시적 발광 등을 들 수 있다. 또한, 전자 디바이스의 결함에 근거하는 발열도 포함된다.

혹은 본 발명에 의한 시료 관찰 방법은, 설치면이 친수 처리된 고침 렌즈를 시료 상에 설치하는 렌즈 설치 단계와, 고침 렌즈와 시료를 광학적으로 밀착시키는 렌즈 밀착 단계와, 고침 렌즈에 의해서 확대된 시료의 관찰 화상을 고침 렌즈를 통해 취득하는 화상 취득 단계를 포함하는 것을 특징으로 해도 된다.

이와 같은 시료 관찰 방법에서도 고침 렌즈를 목적 위치에 용이하게 위치시킬 수 있다. 또, 시료와 고침 렌즈를 과도한 압력을 가하는 일 없이 확실히 광학적으로 밀착시킬 수 있다. 덧붙여 이 경우, 렌즈 설치 단계에서 광학 밀착액을 개재시킨 상태로 설치면이 친수 처리된 고침 렌즈를 시료 상에 설치하고, 렌즈 밀착 단계에서 광학 밀착액을 증발시키고, 고침 렌즈와 시료를 광학적으로 밀착시키는 것이 바람직하다.

혹은, 본 발명에 의한 시료 관찰 방법은, 설치면이 친수 처리된 시료 상에 고침 렌즈를 설치하는 렌즈 설치 단계와, 고침 렌즈와 시료를 광학적으로 밀착시키는 렌즈 밀착 단계와, 고침 렌즈에 의해서 확대된 시료의 관찰 화상을 고침 렌즈를 통해 취득하는 화상 취득 단계를 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 또, 이 경우, 시료 관찰 방법은 시료의 설치면을 친수 처리하는 친수 처리 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 시료 관찰 방법은 화상 취득 단계 이후, 광학 밀착액 또는 광학 밀착액의 용매에 의해서 시료에 있어서 고침 렌즈가 밀착된 위치를 습윤시키고, 시료와 고침 렌즈를 분리하는 분리 단계를 더 포함하는 것이 매우 적합하다. 이와 같이, 화상 취득 단계 이후, 광학 밀착액 또는 그 용매로 밀착 부위를 습윤시킴으로써, 고침 렌즈와 시료와의 경계면에 광학 밀착액 또는 그 용매가 재침입해, 에바네센트 결합을 해제할 수 있다. 게다가, 고침 렌즈와 시료 사이의 물리적인 고착도 해제할 수 있으므로, 고침 렌즈 및 시료를 손상시키는 일 없이 분리할 수 있어, 고침 렌즈를 재이용할 수 있다.

또, 광학 밀착액의 양친매성 분자로는 계면활성제 분자를 이용하는 것이 매우 적합하다.

양친매성 분자로서 계면활성제 분자를 이용함으로써, 고침 렌즈의 위치화를 용이하게 수행할 수 있고, 더욱이 시료와 고침 렌즈를 과도한 압력을 가하는 일 없이 확실히 광학적으로 밀착시킬 수 있다. 또, 계면활성제 분자로서 이온성 계면활성제 분자 또는 비이온성 계면활성제 분자를 이용하는 것이 매우 적합하다.

또, 본 발명에 의한 고침 렌즈는 시료의 관찰 (예를 들면 전자 디바이스의 이면 해석) 을 수행하기 위한 고침 렌즈이며, 그 설치면이 친수 처리되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 고침 렌즈의 설치면을 친수 처리함으로써, 광학 밀착액의 용매 (예를 들어 물) 로도 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액과 같이, 고침 렌즈의 설치면의 습윤성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 고침 렌즈의 위치화를 용이하게 수행할 수 있고, 더욱이 시료와 고침 렌즈를 과도한 힘을 가하는 일 없이 확실히 광학적으로 밀착시킬 수 있다. 또, 시료와 고침 렌즈 사이에 물리적인 고착도 얻을 수 있다.

여기서, 시료 (예를 들면 전자 디바이스의 기판) 가 소수성인 경우에는, 그 시료 상의 적어도 관찰 위치를 포함한 영역에 대해서도 친수 처리하는 것이 매우 적합해진다. 또, 이와 같은 친수 처리는 친수기의 물리 흡착, 화학 흡착, 또는 코팅에 의해 수행하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 의한 광학 밀착액은 시료의 관찰을 수행할 때에 이용되는 광학 밀착액 (예를 들면 전자 디바이스의 화상을 취득해 그 내부 정보를 검출하는 반도체 검사 방법에 이용되는 광학 밀착액) 이며, 양친매성 분자를 함유해 시료와 고침 렌즈를 광학적으로 밀착시키는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 광학 밀착액을 이용함으로써, 시료 표면 및 고침 렌즈의 설치면의 습윤성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 고침 렌즈의 위치화를 용이하게 수행할 수 있고, 더욱이 시료와 고침 렌즈를 과도한 압력을 가하는 일 없이 확실히 광학적으로 밀착시킬 수 있다. 또, 시료와 고침 렌즈 사이에 물리적인 고착도 얻을 수 있다.

여기서, 양친매성 분자가 계면활성제 분자인 양태로 할 수 있다. 계면활성제 분자로는 이온성 계면활성제 분자 또는 비이온성 계면활성제 분자를 이용하는 것이 매우 적합하다.

또, 광학 밀착액은, 계면활성제 분자의 임계 미셀 농도에 대한 배율이 0 배보다 크고 400 배 이하가 되는 농도 범위로 계면활성제 분자를 함유하는 것이 매우 적합하다.

후에 나타내는 실험의 결과, 상기의 범위를 벗어난 범위에서는 고침 렌즈와 시료 사이의 광학적인 결합성이 상기의 범위보다도 뒤떨어지는 결과가 되었다. 따라서, 계면활성제 분자의 임계 미셀 농도에 대한 배율이 0 배보다 크고 400 배 이하가 되는 농도 범위로 계면활성제 분자를 함유하는 광학 밀착액으로 하는 것이 매우 적합하다. 보다 바람직하게는, 계면활성제 분자의 임계 미셀 농도에 대한 배율이 1 배 이상 100 배 이하인 농도 범위로 계면활성제 분자를 함유하는 광학 밀착액이 이용된다.

또, 본 발명에 의한 현미경은, 시료로부터 빛이 입사하는 대물 렌즈를 포함하며, 시료의 화상을 유도하는 광학계와, 시료의 관찰을 수행하기 위한 고침 렌즈와, 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 적하하기 위한 광학 밀착액 적하 장치를 갖춘 것이다.

이와 같은 구성에 의하면, 시료에 대해서 고침 렌즈를 통해 고분해능으로 관찰을 수행할 수 있다. 또, 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 이용해 시료 표면과 고침 렌즈의 설치면을 광학적으로 결합함으로써, 시료 관찰에 대한 적용에서 고침 렌즈를 효율적으로 취급하는 것이 가능해진다. 이상에 의해, 시료의 미세 구조의 관찰 등을 용이하게 수행하는 것이 가능한 현미경이 실현된다.

여기서, 현미경은 관찰 대상이 되는 시료의 화상을 취득하는 화상 취득 수단을 갖춘 구성이어도 된다. 이 경우, 광학계는 시료의 화상을 화상 취득 수단으로 유도하도록 구성된다.

상기한 현미경은 전자 디바이스 검사 장치로서 매우 적합하게 이용할 수 있다. 이 경우, 전자 디바이스 검사 장치는 전자 디바이스의 화상을 취득하고 그 내부 정보를 검사하는 전자 디바이스 검사 장치이며, 검사 대상이 되는 전자 디바이스의 화상을 취득하는 화상 취득 수단과, 전자 디바이스로부터 빛이 입사하는 대물 렌즈를 포함하며, 전자 디바이스의 화상을 화상 취득 수단으로 유도하는 광학계와, 전자 디바이스의 이면 해석을 수행하기 위한 고침 렌즈와, 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 적하하기 위한 광학 밀착액 적하 장치를 갖춘 것이 바람직하다.

상기한 전자 디바이스 검사 장치로는 전자 디바이스에 대해서 고침 렌즈를 통해 고분해능으로 관찰을 수행할 수 있다. 또, 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 이용해 전자 디바이스의 기판 표면과 고침 렌즈의 설치면을 광학적으로 결합함으로써, 전자 디바이스 검사에 대한 적용에서 고침 렌즈를 효율적으로 취급하는 것이 가능해진다. 이상에 의해, 미세 구조 해석 등의 전자 디바이스의 검사를 용이하게 수행하는 것이 가능한 전자 디바이스 검사 장치가 실현된다.

또, 상기 구성의 현미경에서, 광학 밀착액을 건조시키기 위한 에어 분사 장치를 더 갖춘 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 광학 밀착액의 건조를 앞당길 수 있다. 이 때, 시료 표면과 고침 렌즈를 광학적으로 밀착시키기까지 필요한 시간을 큰 폭으로 단축할 수 있다.

혹은, 본 발명에 의한 현미경은 시료로부터의 빛이 입사하는 대물 렌즈를 포함하며, 시료의 화상을 유도하는 광학계와, 설치면이 친수 처리된 시료의 관찰을 수행하기 위한 고침 렌즈를 갖춘 것을 특징으로 해도 된다.

이와 같은 현미경에서도, 시료에 대해서 고침 렌즈를 통해 고분해능으로 관찰을 수행할 수 있다. 또, 시료 관찰에 대한 적용에서, 고침 렌즈를 효율적으로 취급하는 것이 가능해진다. 이상에 의해, 시료의 미세 구조의 관찰 등을 용이하게 수행하는 것이 가능한 현미경이 실현된다. 덧붙여, 이 경우 현미경은 광학 밀착액을 적하하기 위한 광학 밀착액 적하 장치를 갖춘 것이 바람직하다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 관찰 대상이 되는 전자 디바이스 등의 시료에 있어서 목적 위치에 고침 렌즈를 위치시키는 것이 용이하고, 또 시료에 대해서 고침 렌즈를 광학적으로 과도한 압력을 가하는 일 없이 확실히 밀착시킬 수 있는 시료 관찰 방법 및 현미경, 및 이것에 이용하는 고침 렌즈 및 광학 밀착액을 제공할 수 있다.

도면의 간단한 설명

[도 1] 도 1 은 본 발명의 실시 형태와 관련되는 반도체 검사 방법에서 이용하는 반도체 검사 장치를 모식적으로 나타내는 구성도이다.

[도 2] 도 2 는 고침 렌즈의 구성 및 검사 방법의 예를 나타내는 도면이다.

[도 3] 도 3 은 본 실시 형태와 관련되는 반도체 검사 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.

[도 4] 도 4 는 (a) 양친매성 분자를 함유하지 않는 물을 기판의 표면에 적하한 상태를 모식적으로 나타내는 도면, 및 (b) 양친매성 분자를 함유하는 물을 기판의 표면에 적하한 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.

[도 5] 도 5 는 양친매성 분자를 함유하지 않는 물을 기판의 표면에 적하한 후의 경시 변화를 모식적으로 나타내는 도면이다.

[도 6] 도 6 은 양친매성 분자를 함유하는 물을 기판의 표면에 적하한 후의 경시 변화를 모식적으로 나타내는 도면이다.

[도 7] 도 7 은 기판과 고침 렌즈의 밀착 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.

[도 8] 도 8 은 기판과 고침 렌즈가 밀착하는 과정을 모식적으로 나타내는 도면이다.

[도 9] 도 9 는 기판과 고침 렌즈가 밀착하는 과정을 모식적으로 나타내는 도면이다.

[도 10] 도 10 은 비이온성 계면활성제 분자의 임계 미셀 농도에 대한 광학 밀착액 중의 계면활성제 분자의 농도비와, 이면 관찰한 전자 디바이스의 휘도값과의 관계를 나타내는 그래프이다.

[도 11] 도 11 은 이온성 계면활성제 분자의 임계 미셀 농도에 대한 광학 밀착액 중의 계면활성제 분자의 농도비와, 이면 관찰한 전자 디바이스의 휘도값과의 관계를 나타내는 그래프이다.

[도 12] 도 12 는 전자 디바이스에 글루타민산 수용액을 도포했을 경우와 도포하지 않는 경우에 있어서 전자 디바이스 각각의 휘도값을 나타내는 그래프이다.

부호의 설명

1 ㆍㆍㆍ 화상 취득부, 2 ㆍㆍㆍ 광학계, 3 ㆍㆍㆍ 고침 렌즈, 15 ㆍㆍㆍ XYZ 스테이지, 16 ㆍㆍㆍ 검사부, 18 ㆍㆍㆍ 스테이지, 20 ㆍㆍㆍ 대물 렌즈, 30 ㆍㆍㆍ 고침 렌즈 구동부, 51 ㆍㆍㆍ 관찰 제어부, 52 ㆍㆍㆍ 스테이지 제어부, 53 ㆍㆍㆍ 고침 렌즈 제어부, 61 ㆍㆍㆍ 해상 해석부, 62 ㆍㆍㆍ 지시부, A ㆍㆍㆍ 관찰부, B ㆍㆍㆍ 제어부, C ㆍㆍㆍ 해석부, L1 ㆍㆍㆍ 액적, L2 ㆍㆍㆍ 액적, S ㆍㆍㆍ 반도체 디바이스, SB ㆍㆍㆍ 기판.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 시료 관찰 방법 및 현미경, 및 이것에 이용하는 고침 렌즈 및 광학 밀착액의 매우 적합한 실시 형태에 대해 설명한다. 또한 각 실시 형태에서, 동일한 기능을 가지는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하며, 중복하는 설명은 생략한다. 또, 도면의 치수 비율은 설명하는 것과 반드시 일치하지는 않는다.

도 1 은 본 발명의 실시 형태와 관련되는 반도체 검사 방법 (전자 디바이스 검사 방법) 에서 이용하는 반도체 검사 장치 (전자 디바이스 검사 장치) 를 모식적으로 나타내는 구성도이다. 본 실시 형태에서 이용되는 반도체 검사 장치는, 예를 들어 트랜지스터나 배선 등으로 이루어지는 회로 패턴이 반도체 기판 상에 형성된 전자 디바이스인 반도체 디바이스 (S) 를 검사 대상 (관찰 대상) 시료로 하여, 반도체 디바이스 (S) 의 화상을 취득하고, 그 내부 정보를 검출하는 검사 장치이다. 여기서, 본 발명에 의한 현미경, 시료 관찰 방법, 및 고침 렌즈, 광학 밀착액은 일반적으로 시료의 관찰을 수행해서 그 내부 정보를 얻는 경우에 적용 가능하다. 다만, 이하에서는 주로 그 반도체 검사에 대한 적용예에 대해 설명한다.

본 실시 형태와 관련되는 반도체 검사 장치는 반도체 디바이스 (S) 의 관찰을 수행하는 관찰부 (A) 와, 관찰부 (A) 의 각 부의 동작을 제어하는 제어부 (B) 와, 반도체 디바이스 (S) 의 검사에 필요한 처리나 지시 등을 수행하는 해석부 (C) 를 갖추고 있다. 또, 본 실시 형태와 관련되는 반도체 검사 장치에 의한 검사 대상, 즉 현미경에 의한 관찰 대상 시료가 되는 반도체 디바이스 (S) 는 관찰부 (A) 에 설치된 스테이지 (18) 상에 배치되어 있다.

관찰부 (A) 는 어둠 상자 (도시하고 있지 않다) 내에 설치된 화상 취득부 (1) 와 광학계 (2) 와 고침 렌즈 (SIL: Solid Immersion Lens) (3) 를 가지고 있다. 화상 취득부 (1) 는, 예를 들어 광검출기나 촬상 (撮像) 장치 등으로 이루어지며, 반도체 디바이스 (S) 의 화상을 취득하는 수단이다. 또, 화상 취득부 (1) 와 스테이지 (18) 상에 배치된 반도체 디바이스 (S) 사이에는, 반도체 디바이스 (S) 로부터 빛에 의한 화상을 화상 취득부 (1) 로 유도하는 광학계 (2) 가 설치되어 있다.

광학계 (2) 에는 그 반도체 디바이스 (S) 에 대향하는 소정 위치에, 반도체 디바이스 (S) 로부터 빛이 입사하는 대물 렌즈 (20) 가 설치되어 있다. 반도체 디바이스 (S) 로부터 출사 혹은 반사 등이 된 빛은 대물 렌즈 (20) 로 입사해, 이 대물 렌즈 (20) 를 포함한 광학계 (2) 를 통해 화상 취득부 (1) 에 도달한다. 그리고, 화상 취득부 (1) 에서, 검사에 이용되는 반도체 디바이스 (S) 의 화상이 취득된다.

화상 취득부 (1) 와 광학계 (2) 는 서로 광축이 일치된 상태로 일체로 구성되어 있다. 또, 이러한 화상 취득부 (1) 및 광학계 (2) 에 대해, XYZ 스테이지 (15) 가 설치되어 있다. 이것에 의해, 화상 취득부 (1) 및 광학계 (2) 는 X, Y 방향 (수평 방향) 및 Z 방향 (수직 방향) 각각으로 필요에 따라서 이동되고, 반도체 디바이스 (S) 에 대한 위치화 및 초점 맞춤이 가능한 구성으로 되어 있다.

또, 검사 대상이 되는 반도체 디바이스 (S) 에 대해서, 검사부 (16) 가 설치되어 있다. 검사부 (16) 는 반도체 디바이스 (S) 의 검사를 수행할 때에, 필요에 따라서 반도체 디바이스 (S) 의 상태 제어 등을 수행한다. 검사부 (16) 에 의한 반도체 디바이스 (S) 의 상태 제어 방법은 반도체 디바이스 (S) 에 대해서 적용하는 구체적인 검사 방법에 따라서 다르지만, 예를 들어 반도체 디바이스 (S) 에 형성된 회로 패턴의 소정 부분에 전압을 공급하는 방법, 혹은 반도체 디바이스 (S) 에 대해서 프로브 (probe) 광이 되는 레이저광을 조사하는 방법 등이 이용된다.

본 실시 형태에서는, 관찰부 (A) 에는 고침 렌즈 (3) 가 더 설치되어 있다. 도 2(a) 및 도 2(b) 는 고침 렌즈의 구성, 및 그것을 이용한 시료 관찰 방법의 예를 나타내는 도면이다. 고침 렌즈 (3) 는 일반적으로는 반구 형상 또는 와이에르스트라스구로 불리는 초반구 형상을 가지는 렌즈이며, 도 2(a) 및 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 관찰 대상인 반도체 디바이스 (S) 의 기판 표면에 밀착해 설치된다.

반도체 기판과 굴절률이 유사한 재질로 작성된 이와 같은 미세한 광학 소자를 반도체 디바이스의 기판 표면에 광학 밀착시켰을 경우, 반도체 기판 자신을 고침 렌즈의 일부로 이용할 수 있다. 고침 렌즈를 이용한 반도체 디바이스의 이면 해석에 의하면, 대물 렌즈의 초점을 반도체 기판의 표면에 형성된 집적회로에 맞추었을 때, 고침 렌즈의 효과에 의해 집속광의 집광각 증가와 매질의 굴절률 증가를 기대할 수 있다. 이것에 의해, 기판 중에 NA 가 높은 광속을 통과시키는 것이 가능해져, 고분해능화를 기대할 수 있다. 여기서, 고침 렌즈 (3) 의 반경을 R, 굴절률을 n 으로 한다.

이와 같은 고침 렌즈 (3) 의 렌즈 형상은 수차가 없어지는 조건에 의해서 정해지는 것이다. 반구 형상을 가지는 고침 렌즈에서는, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이 그 구심이 초점이 된다. 이 때, 개구수 NA 및 배율은 함께 n 배가 된다. 한편, 초반구 형상을 가지는 고침 렌즈에서는, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이 구심으로부터 R/n 만큼 아래쪽으로 어긋난 위치가 초점이 된다. 이 때, 개구수 NA 및 배율은 함께 n² 배가 된다. 혹은, 구심과 구심으로부터 R/n 만큼 아래쪽으로 어긋난 위치 사이의 위치를 초점으로 하는 등, 반도체 디바이스 (S) 에 대한 구체적인 관찰 조건 등에 따라, 도 2(a) 및 도 2(b) 에 나타낸 이외의 조건으로 고침 렌즈 (3) 를 이용해도 된다.

또, 본 실시 형태와 관련되는 고침 렌즈 (3) 에서, 반도체 디바이스 (S) 에 대한 설치면이 되는 저면부는, 예를 들면 토로이달 (toroidal) 형상으로 되는 것이 바람직하다. 토로이달 형상이란, XYZ 평면을 정의했을 때 Y－Z 평면에 정의된 곡선을 Z 축상에서 원점에서 R 의 거리의 점을 따라 Y 축과 평행한 직선을 회전축으로 얻어지는 곡면 (토로이달면) 을 말한다. 다만, 여기서는 Y－Z 평면에 정의된 직선을 Y 축과 평행한 직선을 회전축으로서 얻어지는 곡면, 즉 실린드리칼 (cylindrical) 형상 (실린드리칼면) 도 토로이달 형상 (토로이달면) 에 포함하는 것이다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는 실린드리칼 형상으로 형성되어 있다.

또, 토로이달 형상으로 형성하는 경우, 그 토로이달 형상의 X 방향의 곡률 반경과 X 방향의 곡률 반경보다도 큰 Y 방향의 곡률 반경과의 비율이 1:1.5 ~ 1:∞, 바람직하게는 1:3 ~ 1:∞ 로 하는 것이 매우 적합하다. Y 방향의 곡률 반경이 X 방향의 곡률 반경의 1.5 배 미만, 혹은 3 배 미만에서는, 관찰 대상물에 광학적으로 밀착시킬 때의 밀착도가 낮아져 버리기 때문이다. 덧붙여 토로이달 형상의 X 방향의 곡률 반경과 Y 방향의 곡률 반경이 1:∞ 가 될 때, 토로이달 형상은 실린드리칼 형상이 된다.

덧붙여 본 발명에 적용 가능한 고침 렌즈는 상기 토로이달면을 가지는 것으로 한정되지 않고, 예를 들어 일본 특공평 7－18806 호 공보에 개시된 평볼록 형상의 고침 렌즈에도 적용할 수 있다.

또, 고침 렌즈의 재료로는, 관찰 대상이 반도체 디바이스인 경우 그 기판 재료와 실질적으로 동일 또는 그 굴절률에 가까운 고굴절률의 재료가 매우 적합하게 이용된다. 그 예로는 Si, GaP, GaAs 등을 들 수 있다. 또한, 관찰 대상물이, 예를 들어 유리 기판이나 플라스틱 기판을 이용한 전자 디바이스인 경우, 고침 렌즈의 재료로는 유리나 플라스틱을 이용하는 것이 매우 적합하다.

도 1 에 나타낸 반도체 디바이스 검사 장치에서는, 이 고침 렌즈 (3) 는 화상 취득부 (1) 및 광학계 (2) 와, 스테이지 (18) 상에 배치된 반도체 디바이스 (S) 에 대해서 이동 가능하게 설치되어 있다. 구체적으로는, 고침 렌즈 (3) 는 반도체 디바이스 (S) 로부터 대물 렌즈 (20) 에 대한 광축을 포함하며, 상기한 바와 같이 반도체 디바이스 (S) 의 표면에 밀착해 설치되는 삽입 위치와, 광축을 벗어난 위치 (대기 위치) 사이를 이동 가능하게 구성되어 있다.

또, 고침 렌즈 (3) 에 대해, 고침 렌즈 구동부 (30) 가 설치되어 있다. 고침 렌즈 구동부 (30) 는 고침 렌즈 (3) 를 구동해 상기한 삽입 위치 및 대기 위치 사이를 이동시키는 구동 수단이다. 또, 고침 렌즈 구동부 (30) 는 고침 렌즈 (3) 의 위치를 미세하게 이동시킴으로써, 광학계 (2) 의 대물 렌즈 (20) 에 대한 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치를 조정한다. 덧붙여 도 1 에서는, 대물 렌즈 (20) 와 반도체 디바이스 (S) 사이의 삽입 위치에 설치된 상태로 고침 렌즈 (3) 를 나타내고 있다.

반도체 디바이스 (S) 를 검사하기 위한 관찰 등을 수행하는 관찰부 (A) 에 대해, 제어부 (B) 및 해석부 (C) 가 설치되어 있다.

제어부 (B) 는 관찰 제어부 (51) 와 스테이지 제어부 (52) 와 고침 렌즈 제어부 (53) 를 가지고 있다. 관찰 제어부 (51) 는 화상 취득부 (1) 및 검사부 (16) 의 동작을 제어함으로써, 관찰부 (A) 에서 수행하는 반도체 디바이스 (S) 의 관찰 실행이나 관찰 조건의 설정 등을 제어한다.

스테이지 제어부 (52) 는 XYZ 스테이지 (15) 의 동작을 제어함으로써, 본 검사 장치에 있어서 검사 개소 (현미경에 있어서의 관찰 개소) 가 되는 화상 취득부 (1) 및 광학계 (2) 에 의한 반도체 디바이스 (S) 의 관찰 개소의 설정, 혹은 그 위치화, 초점 맞춤 등을 제어한다. 또, 고침 렌즈 제어부 (53) 는 고침 렌즈 구동부 (30) 의 동작을 제어함으로써, 삽입 위치 및 대기 위치 사이에서의 고침 렌즈 (3) 의 이동, 혹은 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치의 조정 등을 제어한다.

해석부 (C) 는 화상 해석부 (61) 와 지시부 (62) 를 가지고 있다. 화상 해석부 (61) 는 화상 취득부 (1) 에 의해서 취득된 화상에 대해서 필요한 해석 처리 등을 수행한다. 또, 지시부 (62) 는 조작자로부터의 입력 내용이나, 화상 해석부 (61) 에 의한 해석 내용 등을 참조해, 제어부 (B) 를 통해 관찰부 (A) 에 있어서 반도체 디바이스 (S) 의 검사 실행에 관해 필요한 지시를 수행한다.

특히, 본 실시 형태에서는, 해석부 (C) 는 관찰부 (A) 에 고침 렌즈 (3) 및 고침 렌즈 구동부 (30) 가 설치되어 있는 것에 대응하여, 고침 렌즈를 이용한 반도체 디바이스 (S) 의 검사에 관해서 필요한 처리 및 지시를 수행한다.

즉, 대물 렌즈 (20) 와 반도체 디바이스 (S) 사이에 고침 렌즈 (3) 를 삽입하는 경우, 관찰부 (A) 에서 화상 취득부 (1) 는 고침 렌즈 (3) 가 삽입 위치에 있는 상태로 고침 렌즈 (3) 로부터 반사광을 포함한 화상을 취득한다. 또, 해석부 (C) 에서, 화상 해석부 (61) 는 화상 취득부 (1) 에서 취득된 고침 렌즈 (3) 로부터의 반사광을 포함한 화상에 대해서, 그 반사광 상 (像) 의 중심 위치를 구하는 등의 소정 해석을 수행한다. 그리고, 지시부 (62) 는 화상 해석부 (61) 에서 해석된 고침 렌즈 (3) 로부터의 반사광을 포함한 화상을 참조해, 고침 렌즈 제어부 (53) 에 대해서, 반사광 상의 중심 위치가 반도체 디바이스 (S) 에 대한 검사 개소에 대해서 일치하도록 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치 조정을 지시한다.

다음에, 이상의 구성을 가지는 반도체 검사 장치 (현미경) 를 이용한 본 발명과 관련되는 반도체 검사 방법 (시료 관찰 방법) 에 대해 설명한다. 도 3 은 본 실시 형태와 관련되는 반도체 검사 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.

우선, 검사 대상인 반도체 디바이스 (S) 에 대해, 광축을 벗어난 대기 위치에 고침 렌즈 (3) 를 설치한 상태로 관찰을 수행한다. 여기서는, 화상 취득부 (1) 에 의해, 대물 렌즈 (20) 를 포함한 광학계 (2) 를 통해 반도체 디바이스 (S) 의 관찰 화상인 회로 패턴의 패턴 화상을 취득한다 (S101). 또, 검사부 (16) 에 의해서 반도체 디바이스 (S) 상태를 소정 상태로 제어하는 것과 동시에, 반도체 디바이스 (S) 의 이상 개소를 검출하기 위한 이상 관찰 화상을 취득한다 (S102).

다음에, 화상 취득부 (1) 에서 취득된 패턴 화상 및 이상 관찰 화상을 이용하여, 반도체 디바이스 (S) 에 이상 개소가 있는지를 조사한다. 이상 개소가 있는 경우에는 그 위치를 검출하는 것과 동시에, 검출된 이상 개소를 반도체 검사 장치에 의한 검사 개소로서 설정한다 (S103, 검사 설정 단계). 그리고, 설정된 검사 개소가 화상 취득부 (1) 에 의해서 취득되는 화상의 중앙에 위치하도록, XYZ 스테이지 (15) 에 의해서 화상 취득부 (1) 및 광학계 (2) 를 이동시킨다.

계속해서, 반도체 디바이스 (S) 에 있어서 이상 개소로 판단된 검사 개소에 대응하는 기판 상의 관찰 위치에 고침 렌즈 (3) 를 설치해, 반도체 디바이스 (S) 와 대물 렌즈 (20) 사이에 고침 렌즈를 삽입한다. 이 때, 고침 렌즈 (3) 를 설치하기 전에, 조작자가 관찰 위치에 광학 밀착액을 적하하여 (S104), 관찰 위치를 습윤시킨다. 이 광학 밀착액은 물에 양친매성 분자 (예를 들어 계면활성제 분자) 를 함유시켜 이루어진다. 광학 밀착액은 양친매성 분자를 함유함으로써, 소수성 표면인 반도체 기판 상에 있어서 표면 장력을 저하시킨다. 이 결과, 소수성 표면에서의 습윤성이 향상해, 광학 밀착액이 반도체 디바이스 (S) 위에서 퍼진다.

여기서, 반도체 디바이스 (S) 와 광학 밀착액과의 관계에 대해 설명한다. 예를 들면, 광학 밀착액의 용매로서 사용되는 물 등을 광학적인 밀착에 이용했을 경우에는, 물의 표면 장력이 매우 큰 것에서, 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 액적 (L1) 은 기판 (SB) 상에서 반구에 가까운 상태가 된다. 이 때문에, 기판 (SB) 의 면 정밀도가 높은 경우에는, 기판을 조금 기울인 것만으로 액적 (L1) 은 기판 (SB) 상을 미끄러져 버린다.

게다가, 물의 액적의 체적이 작아짐에 따라, 액적은 표면 장력에 의해서 표면적이 가장 작은 구상이 되려고 한다. 이것과 대조적으로, 고침 렌즈 (3) 는 직경이 1~5 mm 로 매우 미세한 광학 소자이며 요구되는 광학 밀착액의 용량은 매우 적기 때문에, 액적은 매우 미세한 것이 된다. 이와 같은 미세한 액적을 미끄러지기 쉬운 소수성 표면의 목적 위치에 남기는 것은 매우 어렵다.

이것과 대조적으로, 본 실시 형태와 관련되는 광학 밀착액은 양친매성 분자를 함유하고 있다. 이와 같은 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 소수성 표면인 반도체 기판 상에 적하하면, 광학 밀착액으로 이루어지는 액적 중의 양친매성 분자가 액적의 표면 장력을 저하시킨다. 이 때문에, 소수성 표면으로 이루어지는 반도체 기판 상에서의 습윤성이 향상해, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이 액적 (L2) 이 기판 (SB) 상에서 퍼진다. 이와 같이, 양친매성 분자에 의한 소수성 표면으로의 습윤성 부여에 의해서, 표면이 소수성인 기판 상의 목적 관찰 위치에 광학 밀착액을 적확 (的確) 하게 남길 수 있다. 이와 같은 광학 밀착액은 일반적으로는 시료의 관찰을 수행할 때에 시료와 고침 렌즈를 광학적으로 밀착시킴으로써 매우 적합하게 이용할 수 있다.

여기서 이용되는 양친매성 분자로는 계면활성제 분자를 이용할 수 있다.또, 계면활성제 분자로는 이온성 계면활성제 분자 및 비이온성 계면활성제 분자를 이용할 수도 있다. 이온성 계면활성제 분자로는 양이온성 계면활성제 분자, 음이온성 계면활성제 분자, 양성 계면활성제 분자의 어느 것이라도 이용할 수 있다.

계면활성제는 통상 습윤제, 침투제, 기포제, 소포제, 유화제, 대전 방지제 등으로서 여러 가지 용도에 이용되지만, 본 발명에서는 습윤성에 관련되는 습윤성을 가지는 것의 외에, 거품을 억제하는 소포성, 대전을 억제하는 대전 방지성을 가지는 것이 매우 적합하다. 대전 방지능을 가지는 계면활성제를 사용함으로써, 대전에 의한 공기의 포입을 방지할 수 있다. 또, 소포성을 가지는 계면활성제를 사용함으로써, 광학 밀착액을 공급할 때의 기계적인 반송 혹은 교반에 의한 거품의 발생을 방지할 수 있다.

또, 계면활성제의 적정 농도 범위는 그 계면활성제의 임계 미셀 농도에 대해서 0 배 보다 크고 400 배 이하로 하는 것이 매우 적합하다. 400 배보다 크면 광학 밀착액의 점성이 너무 올라가는 경향이 있어, 오히려 광학적인 밀착의 방해가 될 수 있기 때문이다.

또, 보다 바람직한 범위는, 그 계면활성제의 임계 미셀 농도에 대해서 0.5 ~ 100 배이다. 0.5 배보다 작으면 광학 밀착액의 표면 장력을 충분히 내릴 수 없는 경향이 있고, 100 배를 넘으면 광학 밀착액의 점성이 너무 올라가는 경향에 있기 때문이다. 같은 이유에 의해, 더욱 바람직한 범위는 그 계면활성제의 임계 미셀 농도에 대해서 1 배 ~ 10 배의 농도 범위이다.

또, 본 실시 형태에서 이용되는 광학 밀착액은 계면활성제 분자를 함유하는 것으로 한정되는 것이 아니고, 친수기 (카르복실기, 술포기, 제 4 암모늄기, 수산기 등) 와 소수기 (친유기라고도 한다. 장쇄의 탄화수소기 등) 의 양쪽 모두를 가지는 분자여도 된다. 예를 들어, 글리세린, 프로필글리코겐, 소르비톨 등의 윤활제나, 인지질, 당지질, 아미노 지질 등을 들 수 있다.

덧붙여 반도체 기판과 고침 렌즈를 광학적으로 결합시키기 위한 광결합 재료로는, 예를 들어 일본 특공평 7－18806 호 공보에 기재되는 굴절률 정합 유체 (인덱스 매칭액 등) 가 알려져 있다. 이 수법은 굴절률 정합을 이용하는 것이며, 본 발명과 관련되는 광학 밀착액과는 본질적으로 다른 것이다. 전자는 유체의 굴절률을 통해 고 NA 를 실현하는 것이며, 후자는 에바네센트 결합을 보조하는 역할을 완수하는 것이다.

반도체 디바이스 (S) 상에서 광학 밀착액이 퍼지면, 광학 밀착액이 건조하기 전에 광축으로부터 벗어난 위치에 대기하는 고침 렌즈 (3) 를 고침 렌즈 구동부 (30) 에 의해서 이동시켜, 광학 밀착액 상에 고침 렌즈 (3) 를 설치한다 (S105, 렌즈 설치 단계). 고침 렌즈 (3) 를 설치할 때에는, 고침 렌즈 (3) 의 자체 무게를 이용한다. 이렇게 하여, 검사 개소에 있어서 광학 밀착액 상에 고침 렌즈 (3) 를 설치하고, 반도체 디바이스 (S) 와 대물 렌즈 (20) 사이에 고침 렌즈 (3) 를 삽입한다. 여기서, 광학 밀착액은 양친매성 분자를 함유함으로써, 고침 렌즈 (3) 의 설치면에 대해서도 습윤성을 부여할 수 있다. 따라서, 미세한 고침 렌즈 (3) 를 반도체 기판 상의 목적 위치에 과도한 압력을 가하는 일 없이 용이하게 설치할 수 있다.

반도체 디바이스 (S) 와 대물 렌즈 (20) 사이에 고침 렌즈 (3) 를 삽입하면, 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치 조정을 수행한다 (S106, 위치 조정 단계). 우선, 화상 취득부 (1) 에 의해, 고침 렌즈 (3) 로부터의 반사광을 포함한 화상을 취득한다. 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치 조정은, 이 화상에 포함되는 반사광 상에 있어서 고침 렌즈 (3) 의 각부 반사면으로부터의 반사광을 가이드로서 수행한다.

고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치의 조정을 수행하기에 즈음해, 화상 해석부 (61) 에서는 고침 렌즈 (3) 로부터의 반사광을 포함한 화상에 대해서, 자동으로 또는 조작자로부터의 지시에 근거하여 해석을 수행해, 반사광 상의 중심 위치를 구한다. 또, 지시부 (62) 에서는 고침 렌즈 제어부 (53) 를 통해 고침 렌즈 (3) 및 고침 렌즈 구동부 (30) 에 대해서, 화상 해석부 (61) 에서 얻어진 반사광 상의 중심 위치가 반도체 디바이스 (S) 에 대한 검사 개소에 대해서 일치하도록 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치 조정을 지시한다. 이것에 의해, 고침 렌즈 (3) 의 반도체 디바이스 (S) 및 대물 렌즈 (20) 에 대한 위치화를 수행한다.

더욱이, 지시부 (62) 는 상기한 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치 조정과 합해져서, 스테이지 제어부 (52) 를 통해 XYZ 스테이지 (15) 에 대해서 고침 렌즈 (3) 가 밀착해 설치되어 있는 반도체 디바이스 (S) 와, 광학계 (2) 의 대물 렌즈 (20) 사이의 거리 조정을 지시한다 (S107, 거리 조정 단계). 이것에 의해, 고침 렌즈 (3) 가 삽입된 상태에 있어서 초점 맞춤을 수행한다.

이와 같이 해 초점 맞춤이 끝나면, 고침 렌즈 (3) 를 위치시킨 상태 그대로, 에어를 분사하여 광학 밀착액을 증발시켜 건조시켜서, 고침 렌즈 (3) 와 반도체 디바이스 (S) 를 광학적으로 밀착시킨다 (S108, 렌즈 밀착 단계). 본 실시 형태에서는 광학 밀착액이 양친매성 분자를 함유함으로써, 고침 렌즈 (3) 와 반도체 디바이스 (S) 를 확실히 밀착시킬 수 있다. 또, 광학 밀착액의 건조를 재촉하는 수단으로는 에어를 분사하는 것 외에 종이 등의 흡수 시트로 광학 밀착액을 빨아 들이는 등의 수단을 취할 수 있다. 또, 광학 밀착액을 얇게 도포했을 경우에는 건조가 빠르기 때문에, 건조를 재촉하는 작업을 생략할 수도 있다.

덧붙여 광학 밀착액을 건조시키는 단계에서는 위치의 미세 조정을 할 수 있도록, 고침 렌즈 (3) 의 주위에만 조금 광학 밀착액을 남겨 두어 미세 조정이 끝난 후에 자연 건조되도록 할 수도 있다.

여기서, 예를 들어 광학 밀착액의 용매로서 사용되는 물만을 이용했을 경우, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이 Si 기판 (SB) 상에 반구상의 액적 (L1) 이 생긴다. 이 액적 (L1) 은, 상술한 바와 같이 검사 개소에 남기는 것이 어려운 것이지만, 잠정적으로 검사 개소에 남은 것으로 한다.

이 액적 (L1) 상에, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이 고침 렌즈 (3) 를 설치하면, 액적 (L1) 의 표면적을 줄이려는 힘이 지배적이 되어 Si 기판 (SB) 및 고침 렌즈 (3) 의 습윤을 유지할 수 없다. 이 때문에, 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이 면 간격이 충분히 좁혀지지 않는 채 공기의 진입이 진행해 액적 (L1) 의 크기가 서서히 작아져, 최종적으로는 도 5(d) 에 나타내는 바와 같이 광학적인 밀착을 얻을 수 없는 것이다.

이것과 대조적으로, 양친매성 분자를 함유하고 표면 장력이 낮은 광학 밀착액을 이용했을 경우, 도 6(a) 에 나타내는 바와 같이 Si 기판 (SB) 상에 액적 (L2) 이 퍼진다. 이 액적 (L2) 을 건조시킬 때에, Si 기판 (SB) 의 표면 및 고침 렌즈 (3) 의 저면 (설치면) 의 습윤성을 유지하려는 힘이 지배적이 된다. 이 때문에, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이 고침 렌즈 (3) 의 저면과 Si 기판 (SB) 표면의 면 간격을 좁히면서, 액적 (L2) 에서 주로 물의 휘발이 공기의 진입을 방해하면서 진행한다. 그 후, 도 6(c) 에 나타내는 바와 같이 액적 (L2) 의 휘발이 공기의 진입을 더 방해하면서 진행하여, 최종적으로는 도 6(d) 에 나타내는 바와 같이 고침 렌즈 (3) 와 Si 기판 (SB) 이 광학적으로 밀착한다.

이 상태에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이 Si 기판 (SB) 상에 물리 흡착한 양친매성 분자의 친수기와 물 분자 사이에 반데르발스력이 작용하여, 물 분자가 구속됨으로써 휘발이 멈춘다고 생각된다. 이 때, 고침 렌즈 (3) 와 Si 기판 (SB) 의 거리는 1/20λ (λ: 조사 파장) 이하로 할 수 있고, 그 결과 고침 렌즈 (3) 와 Si 기판 (SB) 의 광학 밀착, 나아가서는 물리적 고착이 달성된다.

이렇게 하여 반도체 디바이스 (S) 에 대해서 고침 렌즈 (3) 를 밀착시키면, 화상 취득부 (1) 는 반도체 디바이스 (S) 상에 설치된 고침 렌즈 (3) 및 대물 렌즈 (20) 를 포함한 광학계 (2) 를 통해, 확대된 반도체 디바이스 (S) 의 관찰 화상을 취득한다 (S109, 화상 취득 단계).

확대 관찰 화상을 취득한 후, 반도체 디바이스 (S) 에 있어서 고침 렌즈 (3) 를 설치한 위치의 주변에 광학 밀착액의 용매 (이하,「용매」라고 한다) 를 적하하고 (S110), 고침 렌즈 (3) 의 설치 위치를 습윤시킨다. 용매를 적하함으로써, 반도체 디바이스 (S) 와 고침 렌즈 (3) 사이에 이 용매가 침입해, 반도체 디바이스 (S) 와 고침 렌즈 (3) 사이의 광학적 밀착 및 물리적 고착이 해제된다.

이와 같이, 용매를 이용해 반도체 디바이스 (S) 와 고침 렌즈 (3) 사이의 물리적 고착을 해제함으로써, 극히 약한 힘으로 고침 렌즈 (3) 를 떨어뜨릴 수 있으므로, 반도체 디바이스 (S) 를 손상시키지 않도록 할 수 있다. 또, 고침 렌즈 (3) 도 손상시키지 않도록 할 수 있으므로, 고침 렌즈 (3) 를 재이용할 수도 있다. 덧붙여 여기서는 용매를 적하하고 있지만, 광학 밀착액을 적하시켜도, 반도체 디바이스 (S) 와 고침 렌즈 (3) 를 손상시키는 일 없이 반도체 디바이스 (S) 와 고침 렌즈 (3) 의 광학적 밀착 및 물리적 고착을 해제할 수 있다.

이렇게 해 검사 개소의 검사가 끝나면, 고침 렌즈 (3) 를 다른 검사 개소 또는 대기 위치로 이동시켜, 검사 개소의 검사가 종료된다.

고침 렌즈 (3) 로부터의 반사광을 포함한 화상을 이용해 고침 렌즈 (3) 의 위치화를 수행하는 경우, 구체적으로는 상기한 바와 같이 고침 렌즈 (3) 로부터의 반사광 상의 중심 위치를 구해, 그 중심 위치가 반도체 디바이스 (S) 의 검사 개소에 대해서 일치하도록 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치를 조정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 고침 렌즈 (3) 의 위치화를 확실히 수행할 수 있다. 혹은, 이외의 위치화 방법을 이용해도 된다. 예를 들어, 고침 렌즈 (3) 로부터의 반사광 상의 중심 위치가 반도체 디바이스 (S) 에 대한 검사 개소의 중심 위치에 대해서 일치하도록 고침 렌즈 (3) 의 삽입 위치를 조정하는 것으로 해도 된다.

또, 고침 렌즈 (3) 를 이용해 반도체 디바이스 (S) 의 검사를 수행하는 경우, 반도체 디바이스 (S) 의 검사 개소를 화상 취득부 (1) 에 의해서 취득되는 화상의 중앙으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 반도체 디바이스 (S) 의 관찰에서, 대물 렌즈 (20) 의 동(瞳)을 유효하게 이용할 수 있다.

즉, 고침 렌즈 (3) 를 사용했을 경우, 대물 렌즈 (20) 의 동은 일부분만이 사용되고 화각에 따라 그 사용 위치가 바뀌게 된다. 따라서, 대물 렌즈 (20) 의 광축 상에 고침 렌즈 (3) 를 설치함으로써, 빛의 이용 효율이 가장 높아진다. 또, 이와 같은 고침 렌즈 (3) 의 설치에서는, 고침 렌즈 (3) 에서 발생하는 화상의 휘도의 일양성 열화를 작게 할 수 있다.

덧붙여 도 1 에서 나타내는 반도체 검사 장치에서는, 반도체 디바이스 (S) 에 대한 화상 취득부 (1) 및 광학계 (2) 의 위치화 및 초점 맞춤을 수행하기 위해, 화상 취득부 (1) 및 광학계 (2) 에 대해서 XYZ 스테이지 (15) 를 설치하고 있다. 이와 같은 XYZ 스테이지에 대해서는, 반도체 디바이스 (S) 가 배치되어 있는 스테이지 (18) 로서 XYZ 스테이지를 이용해도 된다. 또, 각도 방향으로 움직일 수 있게 구성된 θ 스테이지를 더 설치해도 된다.

이상의 실시 형태에서는, 반도체 디바이스 (S) 와 고침 렌즈 (3) 사이에 있어서 광학 밀착액에 양친매성 분자를 함유시키는 것으로 했지만, 이것에 대신하여 고침 렌즈 (3) 에 있어서 반도체 디바이스 (S) 와의 설치면에 친수 처리를 실시하도록 할 수도 있다.

광학 밀착액이 양친매성 분자를 함유함으로써 습윤성이 향상하는 것은 소수성인 표면에 친수기가 부착하는 것에 기인한다. 이 때문에, 광학 밀착액이 양친매성 분자를 함유하고 있지 않은 경우에도, 고침 렌즈 (3) 의 반도체 디바이스 (S) 와의 설치면 및 반도체 디바이스 (S) 의 고침 렌즈 (3) 와의 설치면이 소수성이었다고 해도, 이러한 면의 한편 또는 양쪽 모두에 친수기를 부착시키는 친수 처리를 실시함으로써 습윤성을 향상시킬 수 있다. 덧붙여 반도체 디바이스 (S) 의 표면이 원래 친수성인 경우에는, 그 표면은 친수 처리하지 않아도 습윤성을 확보할 수 있다.

이렇게 하여, 고침 렌즈 (3) 및 반도체 디바이스 (S) 의 설치면의 한쪽 또는 양쪽 모두에 습윤성을 부여함으로써, 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 이용했을 경우와 같이, 반도체 디바이스 (S) 의 기판 상에 있어서 목적 검사 개소에 광학 밀착액을 적확하게 남길 수 있다. 또, 반도체 디바이스 (S) 와 고침 렌즈 (3) 의 광학적인 밀착성을 과도한 압력을 가하는 일 없이 확실한 것으로 할 수 있다. 더욱이, 반도체 기판과 고침 렌즈 사이에 물리적인 고착도 얻을 수 있다.

고침 렌즈 (3) 나 반도체 디바이스 (S) 에 친수 처리를 실시하는 방법으로는 친수기를 물리 흡착시켜 일시적으로 부착시키는 방법이 있다. 친수기를 물리 흡착시키는 구체적인 방법으로는 친수 처리를 실시하는 면에 계면활성제나, 아미노산, 단백질 등의 양친매성 분자의 수용액을 도포해 건조시키는 방법 등이 있다.

또, 친수 처리를 실시하는 방법으로는 친수기를 화학 흡착시켜 표면 개질을 수행하는 방법도 있다. 친수기를 화학 흡착시키는 방법으로는 UV(자외)선을 조사하는 방법, 웨트 프로세스에 의한 방법 (예를 들어, 황산과 과산화수소와 물을 가한 용액을 도포한다), 또한 드라이 프로세스에 의한 방법 (예를 들어 이온 빔을 조사한다) 등의 방법이 있다. 예로서, 웨트 프로세스에서의 화학 흡착에 의한 친수 처리에서는 세미 코쿠린 23 (Furuuchi Chemical Corporation 제) 을 이용할 수 있다.

또, 친수 처리를 실시하는 다른 방법으로는 코팅에 의한 방법을 이용할 수도 있다. 이 경우, 친수성의 나노 입자 등을 면 상에 코팅하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리카의 나노 입자를 고침 렌즈 및 반도체 기판의 한쪽 또는 양쪽 모두에 코팅함으로써, 그 습윤성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 나노 입자의 예로는 GLANZOX3900 (FUJIMI Incorporated. 제), 결로 물방울 방지제 (TOTO 제) 등이 있다.

또, 실리카의 나노 입자 이외에도 산화 티탄의 나노 입자 등을 코팅해도 된다. 덧붙여, 이와 같이 코팅에 의해서 친수 처리를 수행하는 경우에는, 코팅막이 너무 두꺼우면 빛의 에바네센트 결합이 얻어지지 않는 것으로 생각되므로 주의가 필요하다. 이 때문에 코팅막은, 예를 들면 200 nm 이하로 하는 것이 바람직하다.

고침 렌즈나 기판 표면을 친수 처리하면, 도 8 에 나타내는 바와 같이 그러한 친수기에는 항상 대기 중의 물 분자가 흡착해, 말하자면 물의 막이 생긴 상태가 된다. 이 상태에서 고침 렌즈 (3) 와 기판 (SB) 을 충분히 근접시키면, 물 분자 사이에 수소 결합에 의한 인력이 작용해, 고침 렌즈 (3) 및 기판 (SB) 의 밀착이 달성된다.

고침 렌즈나 기판 표면의 친수 처리가 충분히 수행되고 있는 한편 면 정밀도가 충분히 우수한 경우에는, 그러한 면끼리 겹쳐 맞추는 것만으로 밀착이 실현된다. 여기서, 수소 결합에 의한 인력이 작용하는 거리는 수 nm 정도로 매우 짧다. 이 때문에, 고침 렌즈나 기판 표면의 친수 처리가 불충분한 경우 혹은 그 면 정밀도가 불충분한 경우에는, 면끼리 충분한 밀착이 얻어지지 않는 것으로 생각된다.

이와 같은 경우에는, 도 9 에 나타내는 바와 같이 광학 밀착액을 밀착 어시스트로 이용하는 것이 바람직하다 (도 6(b) 참조). 여기서는, 광학 밀착액의 주성분이 물인 경우를 고려한다. 이 경우, 고침 렌즈와 기판의 계면을 광학 밀착액으로 채우면, 그것들은 수산기, 물 분자의 수소 결합을 통해 연결된 상태가 된다. 다만, 이 상태에서는 도 9 에 나타내는 바와 같이, 고침 렌즈 (3) 와 기판 (SB) 의 간격이 넓기 때문에, 아직 밀착 상태는 아니다. 그 후, 여분의 수분이 휘발해 나가는 과정에서, 수소 결합에 의해서 고침 렌즈와 기판 사이에 인력이 작용한다. 이것에 의해, 액체의 휘발과 함께 계면의 간격이 점차 좁아져, 밀착 상태가 되면 광학 밀착액의 휘발이 멈춘다.

덧붙여 고침 렌즈 및 기판이 친수 처리되지 않은 한편 광학 밀착액에 계면활성제가 첨가되어 있지 않은 경우에는, 고침 렌즈 및 기판과 물 분자 사이에는 수소 결합이 작용하지 않는다. 이 때문에, 물이 휘발하는 과정에서 고침 렌즈 및 기판과 물 분자가 분리해 공기가 유입해 버려, 밀착이 실현되지 않는다 (도 5(a) ~ 도 5(d) 참조).

이것과 대조적으로, 고침 렌즈 및 기판을 미리 친수 처리하고 있지 않은 경우에도, 광학 밀착액에 계면활성제가 첨가되어 있으면 광학 밀착액을 고침 렌즈와 기판 사이에 삽입했을 때에 계면활성제, 즉 친수기가 고침 렌즈 및 기판에 물리 흡착한다. 이것에 의해, 미리 그것들을 친수 처리했을 때와 같은 상태가 되어, 그 밀착이 실현된다.

이상, 본 발명의 매우 적합한 예에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 광학 밀착액을 조작자가 적하하도록 하고 있지만, 도 1 에 모식적으로 나타내는 바와 같이 광학 밀착액 적하 장치 (81) 를 마련한 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또, 광학 밀착액을 건조시키기 위한 에어 분사 장치 (82) 를 더 설치해도 된다. 혹은, 흡수 시트 가압 장치 등을 설치해도 된다. 덧붙여 광학 밀착액 적하 장치 (81) 는 일반적으로 광학 밀착액을 적하하기 위한 것이지만, 고침 렌즈의 설치면이 친수 처리되어 있지 않은 경우 등 필요한 경우에는, 상기한 바와 같이 양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 적하하기 위해서 이용된다.

더욱, 반도체 디바이스를 습윤시키는 수단으로는 광학 밀착액을 적하하는 양태 외에, 광학 밀착액을 얇게 늘려 도포하는 양태, 분무하는 양태, 증기로 조습하는 양태 등 여러 가지의 양태로 할 수도 있다. 이 경우, 광학 밀착액의 건조가 빠르기 때문에, 건조를 재촉하는 작업을 생략할 수 있다.

또, 상기 실시 형태에 나타내는 반도체 검사 장치 외, 고감도 카메라를 이용한 이미션 현미경, OBIRCH 해석 장치, 시간 분해 이미션 현미경, 열선 화상 해석 장치 등에 의한 관찰을 수행하는 경우에도, 본 발명의 시료 관찰 방법 및 현미경, 고침 렌즈, 광학 밀착액을 이용하는 것이 가능하다.

또, 상기한 실시 형태에서는 반도체 디바이스를 관찰 대상으로 한 반도체 검사 장치, 및 반도체 검사 방법에 대해 설명했지만, 본 발명은 반도체 디바이스 이외를 시료로 하는 경우에도 시료의 관찰을 수행하기 위한 시료 관찰 방법, 현미경, 및 고침 렌즈, 광학 밀착액으로서 적용이 가능하다. 이것에 의해, 시료의 관찰에서 시료의 미세 구조 등의 관찰을 용이하게 수행하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는 관찰 대상 시료를 반도체 디바이스로 하고 있지만, 일반적으로 반도체 디바이스 등의 각종 전자 디바이스를 시료로 하는 경우에는, 대상이 되는 디바이스로는 반도체 기판을 이용한 것에 한정하지 않고, 폴리실리콘 박막 트랜지스터 등과 같이 유리나 플라스틱 등을 기판으로 하는 집적 회로를 관찰 대상으로 해도 된다. 예를 들면 액정 디바이스에서는 유리 기판 상에, 또 유기 EL 에서는 플라스틱 기판 상에 디바이스가 제작된다. 또한 더욱 일반적인 시료로는 상기한 반도체 디바이스나 액정 디바이스 등의 각종 디바이스 외에도, 프레파라트를 이용한 바이오 관련 샘플 등을 들 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

실시예 1 에서는 검사 대상이 되는 반도체 디바이스로서 Si 기판을 가지는 것을 이용하여 실험을 수행했다. 이 실험에서는 광학 밀착액으로서 순수에 계면활성제를 첨가한 것을 이용했다. 계면활성제로는 비이온성 계면활성제인 일신화학공업사제「오르핀 EXP.4001」을 이용했다.

실험은 다음의 순서로 수행했다. 반도체 디바이스의 기판과 고침 렌즈 사이에 광학 밀착액을 두어 여분의 수분을 건조시킨 후, 상기의 실시 형태에서 나타낸 반도체 검사 장치로 반도체 디바이스의 이면 관찰을 수행해, 반도체 디바이스의 휘도값을 측정했다. 이 휘도값의 측정을 계면활성제의 임계 미셀 농도에 대한 농도비를 바꾸어 10 회 반복하고, 측정한 각 계면활성제의 임계 미셀 농도에 대한 농도비에 대응하는 측정값의 평균값을 구했다. 여기서의 휘도값은 콘포칼 레이져 스캔상의 것이며, 포커스를 맞추었을 때의 최대 휘도값이다. 또, 임계 미셀 농도에 대한 농도비란 임계 미셀 농도의 몇 배에 상당하는지를 나타내는 수치이다.

이렇게 하여 구한 각 임계 미셀 농도에 대한 농도비에 대응하는 휘도값의 평균값을 도 10 에 나타낸다.

도 10 으로부터 알 수 있듯이, 임계 미셀 농도에 대한 농도비가 0, 즉 계면활성제를 함유하지 않는 광학 밀착액을 이용했을 경우, 측정된 휘도값의 평균은 300 정도였다. 임계 미셀 농도에 대한 농도비가 0.5 인 경우의 휘도값의 평균값은 620 정도이며, 계면활성제를 함유하지 않은 광학 밀착액을 이용했을 경우보다도 휘도값이 향상했다. 이것으로부터, 계면활성제를 함유하는 광학 밀착액을 이용함으로써, 고침 렌즈와 반도체 디바이스의 광학적인 밀착도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.

그런데, 임계 미셀 농도에 대한 농도비가 1 정도가 되면, 잉여의 계면활성제가 오염으로 남는다. 그러나, 도 10 으로부터 알 수 있듯이, 임계 미셀 농도에 대한 농도비가 1 정도가 되어도 휘도값의 평균값은 790 정도로 저하는 나타나지 않고 오히려 향상하고 있는 것에서, 고침 렌즈와 반도체 디바이스를 밀착시킬 때에 방해는 되지 않는 레벨인 것을 알 수 있다. 또, 임계 미셀 농도에 대한 농도비가 100 을 넘으면 잉여의 계면활성제가 다량이 된다. 이 때문에, 휘도값의 평균값은 410 정도로 저하하고 있어, 고침 렌즈와 반도체 디바이스의 밀착에 방해가 되고 있다고 생각된다.

또, 그래프에서는 나타나지 않지만, 계면활성제를 함유하는 광학 밀착액으로 고침 렌즈와 반도체 디바이스를 광학적으로 밀착시킨 후 고침 렌즈와 반도체 디바이스의 광학적인 밀착을 해제시키면, 반도체 디바이스에 있어서 고침 렌즈가 밀착되어 있던 위치는 친수성을 띤 상태로 남아 있다. 이 때문에, 반도체 디바이스에 있어서 고침 렌즈와 밀착되어 있던 위치는, 말하자면 친수 처리되어 친수성을 띤 상태가 되어 있다. 따라서, 계면활성제를 이용해 일단 광학적인 밀착을 형성한 위치는, 친수성이 없어질 때까지는 계면활성제를 함유하지 않는, 예를 들어 순수 등 에서도 고침 렌즈와 반도체 디바이스를 확실히 광학적으로 밀착시키게 되는 것을 알 수 있었다.

고침 렌즈에서도 마찬가지로 말할 수 있어서, 일단 반도체 디바이스와 광학적으로 밀착시킨 고침 렌즈에 있어서 설치면은 친수 처리가 실시되어 친수성을 띤 상태가 되어 있다. 이 때문에, 친수성이 없어질 때까지는 계면활성제를 함유하지 않은, 예를 들어 순수 등에서도 고침 렌즈와 반도체 디바이스를 확실히 광학적으로 밀착시키는 것을 알 수 있었다.

(실시예 2)

실시예 2 에서는 검사 대상이 되는 반도체 디바이스로서 Si 기판을 가지는 것을 이용하여 실험을 수행했다. 이 실험에서는 광학 밀착액으로 순수에 계면활성제를 첨가한 것을 이용했다. 계면활성제로는 이온성 계면활성제인 일신화학공업사제「오르핀 PD－301」을 이용했다.

실험은 다음의 순서로 수행했다. 반도체 디바이스의 기판과 고침 렌즈 사이에 광학 밀착액을 두어 여분의 수분을 건조시킨 후, 상기 실시 형태에서 나타낸 반도체 검사 장치로 반도체 디바이스의 이면 관찰을 수행해, 반도체 디바이스의 휘도값을 측정했다. 이 휘도값의 측정을 계면활성제의 임계 미셀 농도에 대한 농도비를 바꾸어 5 회 반복해, 측정한 각 계면활성제의 임계 미셀 농도에 대한 농도비에 대응하는 측정값의 평균값을 구했다. 여기서의 휘도값은 콘포칼 레이져 스캔상의 것이며, 포커스를 맞추었을 때의 최대 휘도값이다.

이렇게 하여 구한 각 임계 미셀 농도에 대한 농도비에 대응하는 휘도값의 평 균값을 도 11 에 나타낸다.

도 11 로부터 알 수 있듯이, 임계 미셀 농도에 대한 농도비가 0%, 즉 계면활성제를 함유하지 않은 광학 밀착액을 이용했을 경우, 측정된 휘도값의 평균은 190 정도였다. 이것과 대조적으로, 임계 미셀 농도에 대한 농도비가 0.5 인 때는 휘도값이 950 정도이며, 계면활성제를 함유하지 않은 광학 밀착액을 이용했을 경우보다도 휘도값이 향상했다. 이것으로부터, 이온성 계면활성제로 이루어지는 계면활성제를 함유하는 광학 밀착액을 이용했을 경우에도, 고침 렌즈와 반도체 디바이스의 광학적인 밀착도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.

또, 임계 미셀 농도에 대한 농도비가 100 을 넘어 400 정도가 되면, 휘도값의 평균치도 400 정도가 되고 있다. 이것은 상기의 실험 1 과 같이, 잉여의 계면활성제가 오염으로 남아, 반도체 디바이스와 고침 렌즈의 광학적인 밀착성을 방해했던 것에 기인하고 있다고 생각된다. 따라서, 이온성 계면활성제를 이용했을 경우에도, 임계 미셀 농도에 대한에 농도비를 100 이하로 하는 것이 매우 적합하다.

(실시예 3)

실시예 3 에서는 검사 대상이 되는 반도체 디바이스로서 Si 기판을 가지는 것을 이용하여 실험을 수행했다. 이 실험에서는 광학 밀착액으로 순수에 계면활성제를 첨가한 것을 이용했다. 계면활성제로는 실시예 1 과 같이, 비이온성 계면활성제인 일신화학공업사제「오르핀 EXP.4001」을 이용했다. 또, 이 실험에서는 아미노산의 하나인 글루타민산의 수용액을 이용하고 있지만, 단백질로부터 추출한 것을 이용할 수도 있다. 이 글루타민산 수용액의 농도는 10% 로 했다.

실험은 다음의 순서로 수행했다. 우선, 반도체 디바이스의 기판에 글루타민산 수용액을 도포해 건조시킨다. 계속해서, 계면활성제의 임계 미셀 농도가 0.05% 인 광학 밀착액을 고침 렌즈와 반도체 디바이스의 기판 사이에 두어 여분의 액을 건조시키고, 상기 실시 형태에서 설명한 반도체 검사 장치로 반도체 디바이스의 이면 관찰을 수행해, 반도체 디바이스의 휘도값을 측정했다. 이 휘도값의 측정을 20 회 수행해, 그 평균값을 구했다.

이것과 함께, 반도체 디바이스에 글루타민산을 도포하는 일 없이 계면활성제의 임계 미셀 농도가 0.05% 인 광학 밀착액을 고침 렌즈와 반도체 디바이스의 기판 사이에 두어 여분의 액을 건조시키고, 상기 실시 형태에서 설명한 반도체 검사 장치로 반도체 디바이스의 이면 관찰을 수행해, 반도체 디바이스의 휘도값을 측정했다. 이 휘도값의 측정을 20 회 수행해, 그 평균값을 구했다. 그 결과를 도 12 에 나타낸다.

도 12 에 나타내는 바와 같이, 글루타민산 수용액을 도포하지 않은 예에서는 휘도값의 평균 A 가 30 정도인 것에 대하여, 글루타민산을 도포한 예에서는 휘도값의 평균 B 가 90 정도가 되었다. 이와 같이 글루타민산을 도포함으로써 휘도값의 평균을 향상시킬 수 있던 것에서, 외관 상 반도체 디바이스의 기판의 습윤성이 향상해 반도체 디바이스와 고침 렌즈의 광학 밀착성을 향상시킬 수 있었다. 이것은, 글루타민산을 도포함으로써 소수성 표면에 친수기를 부여하는 것으로, 소수성 표면에 있어서 습윤성을 향상시키는 것을 의미하는 것이다.

덧붙여 상기 실시예에서는 용매로서 물을 사용하고 있지만, 물로 한정되는 것이 아니고, 유기 용매, 예를 들어 에탄올, 메탄올을 사용해도 된다. 이 경우 광학 밀착액의 건조가 빠르기 때문에 건조를 재촉하여 작업시간을 단축할 수 있다.

　본 발명은 관찰 대상이 되는 시료에 있어서 목적 위치에 고침 렌즈를 위치시키는 것이 용이하고, 또 시료에 대해서 고침 렌즈를 광학적으로 과도한 압력을 가하는 일 없이 확실히 밀착시킬 수 있는 시료 관찰 방법 및 현미경, 및 이것에 이용하는 고침 렌즈 및 광학 밀착액으로서 이용 가능하다.

Claims (16)

1. 　시료의 관찰을 수행하는 시료 관찰 방법으로서,

   　양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 개재시킨 상태로 시료 상에 고침 렌즈를 설치하는 렌즈 설치 단계와,

   　상기 광학 밀착액을 증발시키고, 상기 고침 렌즈와 상기 시료를 광학적으로 밀착시키는 렌즈 밀착 단계와,

   　상기 고침 렌즈에 의해서 확대된 상기 시료의 관찰 화상을 상기 고침 렌즈를 통해 취득하는 화상 취득 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 화상 취득 단계 이후, 상기 광학 밀착액 또는 상기 광학 밀착액의 용매에 의해서 상기 시료에 있어서 상기 고침 렌즈가 밀착된 위치를 습윤시키고, 상기 시료와 상기 고침 렌즈를 분리하는 분리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 관찰 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 양친매성 분자가 계면활성제 분자인 것을 특징으로 하는 시료 관찰 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 시료의 관찰을 수행하기 위한 현미경으로서,

   시료로부터의 빛이 입사하는 대물 렌즈를 포함하며, 상기 시료의 화상을 유도하는 광학계와,

   상기 시료의 관찰을 수행하기 위한 고침 렌즈와,

   양친매성 분자를 함유하는 광학 밀착액을 적하하기 위한 광학 밀착액 적하 장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 현미경.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 광학 밀착액을 건조시키기 위한 에어 분사 장치를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 현미경.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 시료의 관찰을 수행할 때에 이용되는 광학 밀착액으로서,

    양친매성 분자를 함유하며, 시료와 고침 렌즈를 광학적으로 밀착시키는 것을 특징으로 하는 광학 밀착액.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 양친매성 분자가 계면활성제 분자인 것을 특징으로 하는 광학 밀착액.
16. 제 15 항에 있어서,

    계면활성제 분자의 임계 미셀 농도에 대한 배율이 0 배보다 크고 400 배 이하가 되는 농도 범위에서 상기 계면활성제 분자를 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 밀착액.

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