CN112105966A - 超颖镜单元、半导体故障解析装置及半导体故障解析方法 - Google Patents

超颖镜单元、半导体故障解析装置及半导体故障解析方法 Download PDF

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CN112105966A CN201980030433.2A CN201980030433A CN112105966A CN 112105966 A CN112105966 A CN 112105966A CN 201980030433 A CN201980030433 A CN 201980030433A CN 112105966 A CN112105966 A CN 112105966A
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antenna
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寺田浩敏
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Abstract

本公开关于一种包含具备可用以实现薄型化的构造的超颖镜的超颖镜单元等。该超颖镜单元具备超颖镜及超颖镜用保持部。超颖镜具备基部及第1天线部分。第1天线部分由具有第1折射率的多条第1天线、及具有第2折射率且位于多条第1天线之间的第1中间部构成。第1天线部分构成为：由多个第1天线端面中的若干端面构成的一维排列，包含端面的大小、端面的形状、及排列间距的至少任一者沿基线变化的图案。

Description

超颖镜单元、半导体故障解析装置及半导体故障解析方法
技术领域
本公开关于一种超颖镜单元、半导体故障解析装置、及半导体故障解析方法。
背景技术
作为用以取得观察对象物的放大图像的方法，在非专利文献1，公开有以自作为观察对象物的硅基板的表面突起的方式，形成以特定的间距排列的多个微细构造。此处，「间距」由距离最短且彼此相邻的微细构造中的重心间距离规定。根据该方法，可通过控制形成于硅基板的表面的微细构造的大小、形状、配置等而控制微细构造部分的实效折射率，由此取得观察对象物即硅基板的放大图像。
[现有技术文献]
[非专利文献]
非专利文献1：Paul R.West等人,“All-dielectric subwavelength metasurfacefocusing lens”,Optics Express,The Optical Society,2014年第22卷,第21期,p.26212-26221.
非专利文献2：Nanfang Yu et等人,“Light Propagation with PhaseDiscontinuities:Generalized Laws of Reflection and Refraction”,Science,2011年,334,333.
非专利文献3：S.Sun等人,“High-efficiency broadband anomalous reflection bygradient meta-surfaces”,Nano Letters,2012年,12,6223.
非专利文献4：Francesco Monticone等人,“Full Control of Nanoscale OpticalTransmission with a Composite Metascreen”,Physical Review Letters,2013年,110,203903.
非专利文献5：Lingling Huang等人,“Dispersionless Phase Discontinuities forControlling Light Propagation”,Nano Letters,2012年,12,5750.
非专利文献6：Manuel Decker等人,“High-efficiency light-wave control withall-dielectric optical Huygens'metasurfaces”,Advanced Optical Materials,2015年,3,813.
非专利文献7：Seyedeh M.Kamali等人,“Decoupling optical function andgeometrical form using conformal flexible dielectric metasurfaces”,NatureCommunications,2016年,7,11618.
非专利文献8：Philippe Lalanne等人,“Design and fabrication of blazed binarydiffractive elements with sampling periods smaller than the structuralcutoff”,Journal of the Optical Society of America A,1999年,16(5),1143.
发明内容
[发明所要解决的问题]
发明者等人就上述的现有技术进行研究，结果发现了如下的问题。即，上述非专利文献1所公开的方法中，必须在观察对象物即硅基板本身形成多个微细构造，而有观察前的准备明显变繁琐的问题。
另一方面，已知有通过取得作为观察对象物的半导体器件的放大图像并检查其的内部信息，而解析该半导体器件的故障的半导体故障解析装置。现有的半导体故障解析装置中，为了取得半导体器件的放大图像，有使用具备固态浸没透镜(SIL：Solid ImmersionLens)的固态浸没透镜单元的情形。在该情形时，可通过使固态浸没透镜抵接于半导体器件而同时放大数值孔径及倍率，并以较高的空间分辨率取得半导体器件的放大图像。作为固态浸没透镜，例如使用呈半球形状或称为韦尔斯特斯拉球的超半球形状，且外径为1mm～5mm左右的透镜。然而，此种形状的固态浸没透镜，因厚度由外径决定，故有难以薄型化(固态浸没透镜单元的小型化)的问题。
本公开为解决上述问题而完成，目的在于提供一种包含具备可用以实现薄型化的构造的超颖镜的超颖镜单元、半导体故障解析装置、及半导体故障解析方法。
[解决问题的技术手段]
本公开的一形态的超颖镜单元例如具备：超颖镜，其具有抵接于例如半导体器件等观察对象物的第1面及与第1面相对的第2面；及保持部，其保持该超颖镜。超颖镜具备：基部，其设置于第1面与第2面之间；多条第1天线，其设置于第1面与基部之间；及第1中间部，其以一部分位于多条第1天线之间的方式设置于第1面与基部之间。多条第1天线各自具有第1折射率、及构成第1面的一部分的第1天线端面。第1中间部具有与第1折射率不同的第2折射率、及构成第1面的其余部分的第1中间部端面。尤其，为实现期望的透镜功能，调整由多条第1天线及第1中间部构成的第1天线部分的实效折射率分布。具体而言，第1天线部分构成为：由各自的重心位于第1面上的至少一条第1基线上的第1天线端面构成的一维排列，包含第1天线端面的大小、第1天线端面的形状、及第1排列间距的至少任一者沿该第1基线变化的排列图案。
本公开的一形态的半导体故障解析装置具备具有如上所述的构造的超颖镜单元。
本公开的一形态的半导体故障解析方法至少具备设置步骤、抵接步骤、及故障解析步骤。设置步骤中，将观察对象物即半导体器件设置于特定位置。在抵接步骤中，准备具有相互相对的第1面及第2面的超颖镜，且以该第1面与半导体器件面相对的方式，将超颖镜抵接于半导体器件。在故障解析步骤中，使用超颖镜观察半导体器件，由此执行该半导体器件的故障解析。此处，超颖镜至少具备基部、多条第1天线、及第1中间部。基部设置于第1面与第2面之间。多条第1天线设置于第1面与基部之间。另外，多条第1天线各自具有第1折射率、及构成第1面的一部分的第1天线端面。第1中间部以一部分位于多条第1天线之间的方式设置于第1面与基部之间。另外，第1中间部具有与第1折射率不同的第2折射率、构成第1面的其余部分。尤其，为实现期望的透镜功能，调整由多条第1天线及第1中间部构成的第1天线部分的实效折射率分布。具体而言，第1天线部分设计为，由多条第1天线的第1天线端面中各自的重心位于第1面上至少一条第1基线上的第1天线端面构成的一维排列，包含第1天线端面的大小、第1天线端面的形状、及排列间距(第1排列间距)的至少任一者沿该第1基线变化的排列图案。
[发明的效果]
根据本公开的各种形态，可提供一种包含具备可用以实现薄型化的构造的超颖镜的超颖镜单元、半导体故障解析装置、及半导体故障解析方法。
附图说明
图1为显示第1实施方式的半导体故障解析装置的方块图。
图2为显示超颖镜单元及对物透镜的前视图。
图3为模式性显示将超颖镜单元的超颖镜抵接于半导体器件的状态的前视图。
图4为模式性显示超颖镜的俯视图。
图5为用以说明通过超颖镜实现的实效折射率分布的图。
图6为用以说明透过超颖镜的光的路径的图。
图7(a)～图7(c)为用以说明超颖镜的第1制造方法的图(其1)。
图8(a)及图8(b)为用以说明超颖镜的第1制造方法的图(其2)。
图9(a)及图9(b)为用以说明超颖镜的第2制造方法的图(其1)。
图10(a)及图10(b)为用以说明超颖镜的第2制造方法的图(其2)。
图11(a)～图11(c)为用以说明超颖镜的第2制造方法的图(其3)。
图12为模式性显示将第2实施方式的超颖镜单元的超颖镜抵接于半导体器件的状态的前视图。
图13为模式性显示将第3实施方式的超颖镜单元的超颖镜抵接于半导体器件的状态的前视图。
图14为模式性显示将第4实施方式的超颖镜单元的超颖镜抵接于半导体器件的状态的前视图。
图15为模式性显示第5实施方式的超颖镜单元的超颖镜充满液体前的状态的前视图。
图16为用以说明半导体故障解析方法的图(其1)。
图17为用以说明半导体故障解析方法的图(其2)。
具体实施方式
[本案发明的实施方式的说明]
首先，分别个别地列举本公开的实施方式的内容进行说明。
(1)本公开的实施方式的超颖镜单元作为其的一形态，具备具有抵接于例如半导体器件等观察对象物的第1面及与第1面相对的第2面的超颖镜、及保持该超颖镜的保持部。超颖镜具备：基部，其设置于第1面与第2面之间；多条第1天线，其设置于第1面与基部间；及第1中间部，其以一部分位于多条第1天线间的方式设置于第1面与基部间。多条第1天线各自具有第1折射率、及构成第1面的一部分的第1天线端面。第1中间部具有与第1折射率不同的第2折射率、及构成第1面的其余部分的第1中间部端面。尤其，为实现期望的透镜功能，调整由多条第1天线及第1中间部构成的第1天线部分的实效折射率分布。具体而言，第1天线部分构成为，以多条第1天线的第1天线端面中各自的重心位于第1面上的至少一条第1基线上的第1天线端面构成的一维排列，包含第1天线端面的大小(由天线端面的面积规定)、第1天线端面的形状、及排列间距(第1排列间距)的至少任一者沿该第1基线变化的排列图案。即，自正交于基部的第1面的方向观察该第1面时，关于多条第1天线，端面的大小、端面的形状、及排列间距的至少任一者在该第1面内变化。
另，第1天线部分的实效折射率分布也可二维地调整。例如，在相互交叉的多条基线(第1基线)作为上述第1基线设定于第1面上的情形时，以第1天线端面的大小、第1天线端面的形状、及排列间距的至少任一者沿着多条基线的各者变化的方式调节第1天线的构造及/或排列间距。本说明书中，「排列间距」为多条天线的天线端面所在的面上规定的距离，由重心位于1条基线上且彼此相邻的天线端面间的重心间距离而赋予。
根据该超颖镜单元，关于具有与第1中间部不同的折射率的多条第1天线的各个，通过使端面的大小、端面形状、及排列间距的至少任一者在第1面(抵接面)内变化，而调节第1天线部分的实效折射率分布。由此，该超颖镜本身作为透镜发挥功能。即，超颖镜可通过控制第1天线端面的大小、第1天线端面的形状、及排列间距的至少任一者，而控制第1天线部分中的各部的实效折射率。因此，该超颖镜单元可不拘于超颖镜的外径而将第1天线部分的实效折射率设定为期望的值。结果，该超颖镜单元的构造可实现超颖镜本身的薄型化。
(2)作为本公开的一形态(超颖镜单元)，较佳为第1中间部与基部一体构成，且多条第1天线的第1天线端面各个以露出的状态配置于第1面上。在该情形时，可较佳地抑制在半导体器件与超颖镜间产生包含空气层的空间。即，可有效地抑制因半导体器件与空气层的较大的折射率差而引起的半导体器件上的界面反射(提高光的透过率)。结果，该超颖镜单元可使超颖镜高效率化。
(3)作为本公开的一形态(超颖镜单元)，也可为多条第1天线的各个具有自基部朝第1面突出的形状，且第1中间部由充满于多条第1天线间的液体构成。在该情形时，因通过多条第1天线的第1天线端面及液体的表面构成抵接于半导体器件的第1面(抵接面)，故可较佳地抑制于半导体器件与超颖镜间产生包含空气层的空间。即，有效地抑制因半导体器件与空气层的较大的折射率差引起的半导体器件上的界面反射(提高光的透过率)。结果，该超颖镜单元可实现超颖镜的高效率化。另外，由于该超颖镜单元无须加工基部等而形成第1中间部，故易于超颖镜的制造。
(4)作为本公开的一形态(超颖镜单元)，较佳为多条第1天线的各者由硅构成。在该情形时，由于具备硅基板的半导体器件与由硅构成的第1天线的折射率差较小，故可有效地抑制半导体器件上的界面反射(提高光的透过率)。结果，该超颖镜单元可实现超颖镜的高效率化。
(5)作为本公开的一形态(超颖镜单元)，多条第1天线也可以该多条第1天线的第1天线端面于第1面上构成二维矩阵的方式排列。在该情形时，该超颖镜单元可较佳地控制第1天线部分中的各部的实效折射率。
(6)作为本公开的一形态(超颖镜单元)，较佳为对超颖镜输入具有100nm以上且5200nm以下的范围的波长的光。另外，多条第1天线较佳以上述排列间距短于输入的光的波长的方式排列。在该情形时，由于多条第1天线以短于输入的光的波长的排列间距排列，故输入的光如第1天线部分为具有实效折射率的连续介质般动作。结果，该超颖镜单元可较佳地控制第1天线部分中的各部的实效折射率，且可较佳地将输入的光聚光。
(7)作为本公开的一形态(超颖镜单元)，超颖镜也可进而具备多条第2天线、与第2中间部。多条第2天线的各者设置于第2面与基部间。另外，多条第2天线的各者具有第3折射率、及构成第2面的至少一部分的第2天线端面。第2中间部以一部分位于多条第2天线间的方式设置于第1面与基部间。另外，第2中间部具有与第3折射率不同的第4折射率。尤其，为实现期望的透镜功能，而调整由多条第2天线及第2中间部构成的第2天线部分的实效折射率分布。具体而言，第2天线部分构成为，由多条第2天线的第2天线端面中各自的重心位于第2面上的至少一条第2基线上的第2天线端面构成的一维排列，包含第2天线端面的大小(由天线端面的面积规定)、第2天线端面的形状、及排列间距(第2排列间距)的至少任一者沿该第2基线变化的排列图案。即，自正交于基部的第2面的方向观察该第2面时，关于多条第2天线，端面的大小、端面的形状、及排列间距的至少任一者于该第2面内变化。当然，由于与上述的第1天线部分同样，也二维地调整第2天线部分的实效折射率分布，故可于第2面上规定多条基线(第2基线)作为第2基线。如此，该超颖镜具有第2天线部分经调整的实效折射率分布，故可作为透镜发挥功能。另，在仅具备第1天线部分的构成中，因超颖镜的大小而限制空间分辨率。相对于此，在具备第1及第2天线部分的构成中，空间分辨率进一步提高。结果，根据该超颖镜单元，可以更高的空间分辨率取得半导体器件的放大图像。
(8)本公开的实施方式的半导体故障解析装置作为其的一形态，也可具备具有如上所述的构造的超颖镜单元。另，在现有的半导体故障解析装置中，为取得半导体器件的放大图像，而应用上述非专利文献1所公开的方法。在该情形时，必须于欲执行故障解析的半导体器件自身形成微细构造(花费工夫)。相对于此，根据本实施方式的半导体故障解析装置，由于第1天线部分形成于超颖镜而非观察对象物即半导体器件，故减少用于解析半导体器件的故障的工夫。另外，该半导体故障解析装置中，超颖镜关于具有与第1中间部不同的折射率的多条第1天线的各个，端面的大小、端面形状及排列间距的至少任一者在第1面(抵接面)内变化。根据该构造，第1天线部分具有期望的实效折射率分布，而可作为透镜发挥功能。即，超颖镜可通过控制第1天线端面的大小、第1天线端面的形状、及排列间距的至少任一者，而控制第1天线部分中的各部的实效折射率。结果，该半导体故障解析装置可不拘于超颖镜的外径，将第1天线部分中的各部的实效折射率调节为期望的值。另外，该半导体故障解析装置可减少故障解析的工夫且可实现透镜的薄型化。
(9)作为本公开的一形态(半导体故障解析装置)，该半导体故障解析装置也可进而具备相对于超颖镜配置于第1面(抵接面)相反侧的对物透镜。另，在仅具备超颖镜的构成中，因超颖镜的大小限制空间分辨率。相对于此，设置有对物透镜的本实施方式的构成中，通过对物透镜进一步提高空间分辨率。结果，该半导体故障解析装置可以更高的空间分辨率取得半导体器件的放大图像。
(10)本公开的实施方式的半导体故障解析方法作为其的一形态，至少具备设置步骤、抵接步骤、及故障解析步骤。设置步骤中，将观察对象物即半导体器件设置于特定位置。抵接步骤中，准备具有相互相对的第1面及第2面的超颖镜，并以该第1面(抵接面)与半导体器件面相对的方式，将超颖镜抵接于半导体器件。故障解析步骤中，使用超颖镜观察半导体器件，由此执行该半导体器件的故障解析。
另，可应用于本实施方式的超颖镜具备如上所述的构造。即，超颖镜至少具备基部、多条第1天线、及第1中间部。基部设置于第1面与第1面第2面间。多条第1天线的各者设置于第1面与基部间。另外，多条第1天线的各者具有第1折射率、及构成第1面的一部分的第1天线端面。第1中间部以一部分位于多条第1天线间的方式设置于第1面与基部间。另外，第1中间部具有与第1折射率不同的第2折射率、及构成第1面的其余部分的第1中间部端面。尤其，为实现期望的透镜功能，调整由多条第1天线及第1中间部构成的第1天线部分的实效折射率分布。具体而言，第1天线部分构成为，由多条第1天线的第1天线端面中各自的重心位于第1面上的至少一条第1基线上的第1天线端面构成的一维排列，包含第1天线端面的大小、第1天线端面的形状、及排列间距的至少任一者沿该第1基线变化的排列图案。另，也可于第1面上设定多条基线作为第1基线，并使第1天线端面的大小、第1天线端面的形状、及排列间距的至少任一者沿各基线变化，由此二维调整第1天线部分的实效折射率分布。
根据该半导体故障解析方法，超颖镜关于具有与第1中间部不同的折射率的多条第1天线的各个，端面的大小、端面形状及排列间距的至少任一者在第1面(抵接面)内变化。由此，第1天线部分可具有期望的实效折射率分布，该超颖镜可作为透镜发挥功能。即，超颖镜可通过控制第1天线端面的大小、第1天线端面的形状、及排列间距的至少任一者，而控制第1天线部分中的各部的实效折射率。结果，该半导体故障解析方法可不拘于超颖镜的外径，而将第1天线部分中的各部的实效折射率设定为期望的值。根据该半导体故障解析方法，可使用此种超颖镜观察半导体器件而执行半导体器件的故障解析。另外，该半导体故障解析方法可实现透镜的薄型化。
(11)作为本公开的一形态(半导体故障解析方法)，第1中间部可与基部一体构成，且多条第1天线的各个的第1天线端面以露出的状态配置于第1面上。在该情形时，可较佳地抑制半导体器件与超颖镜间产生包含空气层的空间。结果，有效地抑制因半导体器件与空气层的较大的折射率差引起的半导体器件上的界面反射(提高光的透过率)。另外，该半导体故障解析方法可实现超颖镜的高效率化。
(12)作为本公开的一形态(半导体故障解析方法)，多条第1天线的各个也可具有自基部朝第1面突出的形状，且于抵接步骤中，在半导体器件与基部间产生的空间充满构成第1中间部的液体。在该情形时，抵接于半导体器件的第1面(抵接面)由多条第1天线的第1天线端面及液体的表面构成。因此，可较佳地抑制于半导体器件与超颖镜间产生包含空气层的空间。另外，可有效地抑制因半导体器件与空气层的较大的折射率差引起的半导体器件上的界面反射(提高光的透过率)。结果，该半导体故障解析方法可实现超颖镜的高效率化。
(13)作为本公开的一形态(半导体故障解析方法)，较佳为多条第1天线的各者由硅构成。在该情形时，由于具备硅基板的半导体器件与由硅构成的第1天线的折射率差较小，故可有效地抑制半导体器件上的界面反射(提高光的透过率)。结果，该半导体故障解析方法可实现超颖镜的高效率化。
(14)作为本公开的一形态(半导体故障解析方法)，较佳为多条第1天线以于第1面上构成二维矩阵的方式排列。在该情形时，该半导体故障解析方法可较佳地控制第1天线部分中的各部的实效折射率。
(15)作为本公开的一形态(半导体故障解析方法)，较佳对超颖镜输入具有100nm以上且5200nm以下的范围的波长的光。另外，多条第1天线较佳以上述排列间距短于输入的光的波长的方式排列。在该情形时，由于多条第1天线以短于输入的光的波长的间距排列，故输入的光如第1天线部分为具有实效折射率的连续介质般动作。结果，该半导体故障解析方法可较佳地控制第1天线部分中的各部的实效折射率，且可将输入的光较佳地聚光。
(16)作为本公开的一形态(半导体故障解析方法)，超颖镜可进而具备多条第2天线、及第2中间部。多条第2天线的各个设置于第2面与基部间。另外，多条第2天线的各者具有第3折射率、及构成第2面的至少一部分的第2天线端面。第2中间部以一部分位于多条第2天线间的方式设置于第2面与基部间。另外，第2中间部具有与第3折射率不同的第4折射率。尤其，为实现期望的透镜功能，调整由多条第2天线及第2中间部构成的第2天线部分的实效折射率分布。具体而言，第2天线部分构成为，由多条第2天线的第2天线端面中各自的重心位于第2面上的至少一条第2基线上的第2天线端面构成的一维排列，包含第2天线端面的大小、第2天线端面的形状、及排列间距的至少任一者沿该第2基线变化的排列图案。当然，由于与上述的第1天线部分同样，也二维地调整第2天线部分的实效折射率分布，故可于第2面上规定多条基线作为第2基线。由此，超颖镜可作为透镜发挥功能。另外，由于透镜的数量增加，故倍率进一步扩大。结果，该半导体故障解析方法可以更高的空间分辨率取得半导体器件的放大图像。
以上，该[本案发明的实施方式的说明]栏中所列举的各形态可对其余的所有的形态的各者、或这些其余的形态的所有组合应用。
[本案发明的实施方式的细节]
以下，一面参照附图一面详细地说明本公开的超颖镜单元、半导体故障解析装置、及半导体故障解析方法的具体构造。另，本发明并非限定于这些例示者，而由专利申请范围所示，且意图包含与专利申请范围均等的涵义及范围内的所有变更。另外，在附图的说明中对同一要素标注同一符号而省略重复的说明。
(1)[第1实施方式]
(1.1)半导体故障解析装置的构成
图1为显示第1实施方式的半导体故障解析装置1的方块图。图2为显示超颖镜单元2及对物透镜21之前视图。图3为模式性显示将超颖镜单元2的超颖镜60抵接于半导体器件11的状态的前视图。图1～图3所示的半导体故障解析装置1为例如以模塑型半导体器件10具有的半导体器件11为观察对象物，取得半导体器件11的放大图像，并检查其的内部信息，由此解析半导体器件11的故障的装置。在图1～图3显示将超颖镜单元2的超颖镜60抵接于半导体器件11的状态。以下，相对于超颖镜60，将对物透镜21侧作为上侧，相对于超颖镜60将半导体器件11侧作为下侧进行说明。
模塑型半导体器件10为由树脂12模塑半导体器件11的器件。半导体器件11的「内部信息」中包含例如半导体器件11的电路图案、来自半导体器件11的微弱发光、及与半导体器件11中的发热相关的信息。作为「微弱发光」，例如举出基于半导体器件11的缺陷的异常部位而引起的发光、及伴随半导体器件11内的晶体管的开关动作的瞬时发光。作为「发热」例如举出基于半导体器件11的缺陷的发热。
半导体器件11具有基板11a、及形成于基板11a的正面11b的集成电路11c，且埋设于树脂12。另，图3中，简化显示集成电路11c。模塑型半导体器件10中，以露出半导体器件11的背面11d的方式切削树脂12的一部分，且在形成于该树脂12的凹部13的底面13a设置半导体器件11。此时，半导体器件11的正面11b与凹部13的底面13a彼此相接。且，以半导体器件11的背面11d朝上的方式将模塑型半导体器件10载置于载台S上，半导体故障解析装置1取得基板11a的集成电路11c的放大图像。另，半导体器件11的基板11a可为由硅形成的硅基板，在该情形时，基板11a所具有的折射率为3.5左右。
半导体故障解析装置1具备：观察部A，其进行半导体器件11的观察；控制部B，其控制观察部A的各部的动作；及解析部C，其进行半导体器件11的故障解析所需的处理及指示等。
观察部A具备超颖镜单元2、光学系统20、高灵敏度相机3、激光扫描光学系统(LSM：Laser Scanning Microscope)单元4、及XYZ载台7。超颖镜单元2为用以取得半导体器件11的放大图像的透镜单元。光学系统20具备用以观察半导体器件11的显微镜5。另外，光学系统20具备配置于高灵敏度相机3及LSM单元4与半导体器件11间，且以与半导体器件11面相对的方式配置的多个对物透镜(包含对物透镜21)。另，图3中，对物透镜21显示得较实际更小。
高灵敏度相机3及LSM单元4为取得来自半导体器件11的图像的图像取得机构。XYZ载台7为使这些高灵敏度相机3及LSM单元4沿相互正交的X方向、Y方向、及Z方向的至少任一个方向移动的机构。包含X方向与Y方向的XY平面为平行于超颖镜60的抵接面(第1面)61的面(附图的水平方向)，Z方向为正交于超颖镜60的抵接面61的方向(附图的上下方向)。
超颖镜单元2具备超颖镜60、及保持超颖镜60的超颖镜支架(保持部)8。超颖镜60具有呈薄膜状或平板状，且可抵接于观察对象物即半导体器件11的抵接面61(稍后叙述细节)。抵接面61形成于超颖镜60的外表面中半导体器件11侧的面(此处为下侧的面)。
超颖镜支架8在对物透镜21的下侧保持超颖镜60。超颖镜支架8例如由铝等金属形成。超颖镜支架8具备：筒状的本体部8a，其安装于对物透镜21的下端部；及透镜保持部8b，其设置于本体部8a的半导体器件11侧(对物透镜21的相反侧)的端部且保持超颖镜60。
本体部8a使自LSM单元4输出的光通过超颖镜60侧，且使由半导体器件11反射并自超颖镜60输出的光通过对物透镜21侧。本体部8a具有外插并螺合于对物透镜21的下端部的圆筒状的周壁部8c。通过螺合周壁部8c与对物透镜21的下端部而将超颖镜支架8的中心定位于对物透镜21的光轴L上。由此，可通过驱动XYZ载台7而调整保持于超颖镜支架8的超颖镜60的位置。另外，本体部8a具有于周壁部8c与透镜保持部8b间延伸的延伸壁部8d。
透镜保持部8b相对于超颖镜60较松动，换言之，具有空隙(间隙)。由此，透镜保持部8b在使超颖镜60抵接于半导体器件11前的状态下，可摇动地保持超颖镜60。若自该状态使超颖镜60的抵接面61抵接于半导体器件11的背面11d，则通过使超颖镜60相对于透镜保持部8b动摇而使抵接面61沿半导体器件11的背面11d密接。因此，例如，在半导体器件11的背面11d相对于光轴L倾斜的情形时，也可使抵接面61沿半导体器件11的背面11d良好地密接，由此可观察半导体器件11。
光学系统20具备：对物透镜(包含安装有超颖镜支架8的对物透镜21)、相机用光学系统22、及LSM单元用光学系统23。对物透镜相对于超颖镜60配置于抵接面61的相反侧。设置有多个倍率不同的对物透镜，且可切换。图2所示的对物透镜21具有修正环24，且可通过调整修正环24而精度良好地将焦点对准欲观察的部位。另，除对物透镜21外的其他对物透镜除超颖镜支架8外还具有图2所示的构造。
相机用光学系统22将通过超颖镜60及对物透镜21的来自半导体器件11的光引导至高灵敏度相机3。高灵敏度相机3输出用以作成半导体器件11的电路图案等图像的图像数据。高灵敏度相机3搭载CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)区域影像传感器、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补型金属氧化半导体)区域影像传感器、或InGaAs区域影像传感器等。
LSM单元用光学系统23以分光器(未图标)将来自LSM单元4的红外激光反射至对物透镜21侧，并引导至半导体器件11。另外，LSM单元用光学系统23将通过超颖镜60及对物透镜21朝向高灵敏度相机3的来自半导体器件11的反射激光引导至LSM单元4。
LSM单元4一面于半导体器件11上沿着XY平面扫描一面将红外激光出射至半导体器件11侧，且LSM单元4包含检测光的雪崩光电二极管、光电二极管、或光电子倍增管等检测器4a。检测器4a将来自半导体器件11的反射光检测为检测光。该检测光(反射光)的强度成为反映出半导体器件11的电路图案等的强度。因此，由LSM单元4使红外激光于半导体器件11上沿XY平面扫描，由此，LSM单元4的检测器4a可产生用以作成半导体器件11的电路图案等的图像的图像数据。
XYZ载台7如上所述，根据需要使超颖镜单元2、光学系统20、高灵敏度相机3、及LSM单元4等沿XY平面及Z方向的各者移动。XYZ载台7由控制部B控制动作。
控制部B具备相机控制器31、LSM控制器32、及外围控制器33。相机控制器31及LSM控制器32通过分别控制高灵敏度相机3及LSM单元4的动作，而控制观察部A中进行的半导体器件11的观察(取得图像)及观察条件的设定等。
外围控制器33通过控制XYZ载台7的动作而控制超颖镜单元2、光学系统20、高灵敏度相机3、及LSM单元4等向半导体器件11的观察位置所对应的位置的移动、对位、对焦等。另外，外围控制器33驱动安装于对物透镜21的修正环调整用马达25，并调整修正环24。
解析部C具备图像解析部41及指示部42，且由计算机构成。图像解析部41基于自相机控制器31及LSM控制器32输出的图像信息(图像数据)作成图像，并执行必要的解析处理等。指示部42参照来自操作者的输入内容及图像解析部41的解析内容等，经由控制部B进行与执行观察部A中的半导体器件11的检查相关的必要指示。由解析部C取得或解析的图像、数据等根据需要显示于连接于解析部C的显示设备43。
(1.2)超颖镜的构成
对超颖镜单元2具备的超颖镜60的构成进行说明。图4为模式性显示超颖镜60的俯视图。「超颖镜」为通过具有稍后叙述的超颖表面构造而作为透镜发挥功能的光学元件。如图3及图4所示，超颖镜60具有基部62、多条第1天线70、及第1相邻部(第1中间部)66。另外，如上所述，超颖镜60具有抵接于半导体器件11的抵接面61。
基部62为成为超颖镜60的本体的构件。基部62例如呈薄膜状或平板状。基部62的厚度也可为例如100nm以上且3mm以下。自Z方向观察的基部62的形状无特别限定，但例如图3的例中为矩形。基部62也可为包含石英的石英基板。在该情形时，基部62具有的折射率为1.45左右。
各第1天线70配置于基部62的下方侧，且为用以调整超颖镜60的抵接面61附近的实效折射率的构件。各第1天线70在本实施方式中呈轴线沿光轴L(参照图2)延伸的柱状，更具体而言呈圆柱状。另，各第1天线70的形状只要可控制超颖镜60的实效折射率，则未必限定于圆柱状，另外，也不限定于柱状。关于实效折射率稍后叙述。
各第1天线70具有第1折射率。各第1天线70由例如硅形成，在该情形时，第1折射率为3.5左右。即，第1折射率为与半导体器件11的基板11a具有的折射率相同的程度。
各第1天线70包含第1天线端面71作为Z方向中下方侧(基部62的相反侧)的端面。各第1天线70以使第1天线端面71露出于抵接面61的方式配置。即，各第1天线端面71构成抵接面61的一部分。
各第1天线70在沿Z方向观察抵接面61时2维状排列。尤其，此处，各第1天线70于沿Z方向观察抵接面61时，格子状即矩阵状地排列。各第1天线70的排列间距也可如下决定。即，对超颖镜60输入特定波长的光。本实施方式的例中，对超颖镜60输入例如由LSM单元4输出的红外激光。且，各第1天线70的排列间距于自Z方向观察抵接面61时，可短于输入至超颖镜60的光的波长。另，「特定波长」可为例如100nm以上且5200nm以下的波长，也可为300nm以上且2000nm以下的波长。「排列间距」可于配置有多条第1天线70的区域的全体中相同，也可于配置有多条第1天线70的区域的每个部分不同，也可沿X方向及/或Y方向逐渐变化。另外，「排列间距」可为例如输入的光的波长的20％以上且100％以下，具体而言可为100nm以上且5200nm以下。在该情形时，可由多条第1天线70较佳地使光折射。
另外，超颖镜60中，在沿Z方向观察抵接面61时，关于多条第1天线70各者，端面大小、端面的形状、及排列间距的至少任一者在抵接面61内变化。此处，「在抵接面61内变化」意指可因抵接面61中的位置而不同。由此，第1天线70可调整超颖镜60的抵接面61附近的实效折射率(稍后叙述细节)。
第1相邻部66是位于多条第1天线70间的部分，且于基部62的下方侧与基部62一体形成。「位于多条第1天线70间」意指例如以无间隙地填埋的方式位于多条第1天线70间。即，多条第1天线70埋设于第1相邻部66，另外，「一体形成」意指形成为单一构件。基部62及第1相邻部66构成一体形成超颖镜60的基材。另，第1相邻部66也可不与基部62一体形成。换言之，第1相邻部66与基部62也可由相互分开的2个构件的组合而构成。
第1相邻部66具有与第1天线70具有的第1折射率不同的第2折射率。在基部62为由石英构成的石英基板的情形时，由于与基部62一体形成的第1相邻部66也成为由石英构成的部分，故第2折射率为1.45左右。也可以该第2折射率与基板11a的折射率的差小于空气的折射率与基板11a的折射率的差的方式设定第2折射率。如此，通过减小超颖镜60与半导体器件11间的折射率的差而抑制半导体器件11上的界面反射(菲涅耳反射)。另，在基部62为具有1.7左右的折射率的蓝宝石基板的情形时，由于基部62的折射率与基板11a的折射率的差进一步减小，故进一步抑制界面反射。
第1相邻部66包含其下方侧(基部62的相反侧)的端面即第1相邻部端面(第1中间部端面)67。第1相邻部端面67在自Z方向观察抵接面61时，由除去第1天线端面71所在的部分的区域构成。各第1天线端面71构成抵接面61的一部分，相对于此，第1相邻部端面67构成抵接面61的其余部分。换言之，第1相邻部端面67与第1天线端面71成为同一平面，且构成大致连续的平面(实质上无阶差的面)即抵接面61。
超颖镜60中，配置有多条第1天线70的部分即第1天线部分72形成所谓的超颖表面构造。「第1天线部分72」具体而言是超颖镜60中由多条第1天线70及第1相邻部66构成的部分。更具体而言，第1天线部分72是超颖镜60中，Z方向上，由第1天线70的第1天线端面71的位置至第1天线70的第1天线端面71的相反侧的端面73的位置的范围特定的部分，且，在平行于XY平面的面上规定的情形时，第1天线部分72为由包含多条第1天线70的范围特定的部分(图中的虚线部分)。
此处，对超颖镜60作为透镜发挥功能，参照图5及图6进行说明。图5为用以说明超颖镜60的实效折射率具有分布的图。图6为用以说明透过超颖镜60的光R的路径的图。「具有分布」意指因其的位置而具有不同的状态或值。超颖镜60在第1天线部分72中具有以下的实效折射率neff。即，在将第1天线部分72的单位体积的第1天线70的填充率设为a、将第1折射率设为nms，将第2折射率设为nb的情形时，实效折射率neff以下述的式(1)表示。
[式1]
Figure BDA0002762121920000171
如上所述，在自Z方向观察抵接面61时，第1天线70的大小、形状、及排列间距的至少任一者于抵接面61内变化。例如，在图5显示第1天线70的大小于抵接面61内变化的情形。图5中，超颖镜60被分割成单位体积的部分V1、V2、V3。且，图5中，分别图示对各部分V1、V2、V3自超颖镜60的上方侧输入同相位的光的情形时，透过超颖镜60的下方侧的透过光中成为同相位的位置P1、P2、P3。
各部分V1、V2、V3中，第1天线70的大小(第1天线端面71的面积，沿Z方向观察的第1天线70的剖面积)互不相同。此处，部分V1中为第1天线70a、第1相邻部66a。另外，部分V2中为第1天线70b、第1相邻部66b。另外，部分V3中为第1天线70c、第1相邻部66c。第1天线70a、第1天线70b、第1天线70c依序增大。即，部分V1、V2、V3中，第1天线70的填充率a依序提高。
由此，根据上述的式(1)算出的各部分V1、V2、V3的实效折射率neff按照部分V1、部分V2、部分V3的顺序增大，且第1天线部分72的实效折射率neff具有分布。透过超颖镜60的下方侧的透过光中成为同相位的位置P1、位置P2、位置P3依序缩短与抵接面61的距离。如此，透过光中产生相位差，结果，如图6所示，光R因超颖镜60而折射，且通过调整第1天线部分72的实效折射率neff，超颖镜60作为透镜发挥功能。尤其，例如，通过使第1天线部分72的实效折射率neff同心圆状地变化，超颖镜60作为透镜更佳地发挥功能。另，通过以短于输入的光的波长的间距排列多条第1天线70，输入的光如第1天线部分72为具有实效折射率neff的连续介质般动作。
上述的「超颖表面构造」为通过具备排列于构造体上的多个微细构造(例如第1天线70)而使该构造体作为光学元件发挥功能的构造。例如，作为超颖表面构造，例示代表性的下述6种方式(以下称为「第1方式～第6方式」)。
超颖表面构造的第1方式为所谓的Multi-Resonance(多谐振)方式，在上述非专利文献2中详细叙述。第1方式具备例如等离子天线，且具有通过于该等离子天线流通的电流而形成特征的对称模式及非对称模式的2种共振模式。
超颖表面构造的第2方式为所谓的GAP-Plasmon方式，在上述非专利文献3中详细叙述。第2方式为例如以MIM(Metal-Insulater-Metal：金属-绝缘体-金属)构造为基本构成的反射型超颖表面构造，且通过间隙表面等离子模式而调制光的相位。间隙表面等离子模式是指依存于使上部天线与下部天线的感应电流朝相反方向而在电介质内产生较强的磁共振的模式。据此，可通过能改变天线的长度而效率良好地调制反射相位。
超颖表面构造的第3方式为所谓的Pancharatnam-Berry phase(PB phase)方式，在上述非专利文献4中详细叙述。第3方式例如通过调制同一形状的天线的角度而调制相位。
超颖表面构造的第4方式为所谓的Huygens-metasurface方式，在上述非专利文献5及上述非专利文献6中详细叙述。第4方式例如通过同时调整具有独立的电磁场特性的介质的界面处的电偶极子、磁偶极子而减小反射率。
超颖表面构造的第5方式为所谓的High-Contrast方式，在上述非专利文献7中详细叙述。第5方式例如利用天线与周围介质的折射率的差较大，而实现低Q值的法布里-佩洛共振的多个模式。这些多个模式包含有电偶极子及磁偶极子。
超颖表面构造的第6方式为所谓的Gradient-Index方式，在上述非专利文献8中详细叙述。第6方式通过折射率互不相同的介质的单位单元中的填充率的变化而调制相位(实效折射率)。
(1.3)超颖镜的制造方法
(1.3.1)第1制造方法
参照图7及图8，对超颖镜60的第1制造方法进行说明。图7及图8为用以说明超颖镜60的第1制造方法的图。
首先，如图7(a)所示，准备包含具有第2折射率的第2材料的基板90。作为第2材料，列举例如石英。基板90也可为薄膜状或平板状。该基板90成为超颖镜60的基部62及第1相邻部66。
接着，在基板90上形成作为抗蚀剂的掩模层91(层形成步骤)。掩模层91通过例如电子束抗蚀剂涂布而形成于基板90的上表面90a上。作为掩模层91的材料，列举例如ZEP520A等的电子束抗蚀剂。掩模层91的厚度可设为例如300nm左右。
接着，如图7(b)所示，在形成于基板90上的掩模层91形成多个开口部92(开口步骤)。开口部92也可通过对掩模层91进行电子束描绘及显影而形成。
各开口部92也可于自正交于基板90的上表面90a的方向观察该上表面90a时，以格子状排列的方式形成。更具体而言，在对制造的超颖镜60输入特定波长的光的情形下，各开口部92也可在自正交于基板90的上表面90a的方向观察该上表面90a时，以短于特定波长的间距排列而形成。此处，形成的开口部92的大小、形状、及排列间距相当于第1天线70的大小、形状、及排列间距。开口部92也可为例如直径50nm以上且270nm以下的圆形状。另外，开口部92也可形成为例如以300nm的间距排列。再者，在自正交于基板90的上表面90a的方向观察该上表面90a时，多个开口部92的大小、形状、及配置的至少任一者也可在基板90的上表面90a内变化。此处，「在基板90的上表面92a内变化」意指可因基板90的上表面92a中的位置而异。
接着，如图7(c)所示，经由多个开口部92进行蚀刻，在基板90形成多个凹部90c(蚀刻步骤)。蚀刻可进行例如干蚀刻，尤其也可进行反应性离子蚀刻(RIE：Reactive IonEtching)。蚀刻不自基板90的上表面90a贯通至下表面90b，而自上表面90a进行至基板90的内部。由此，在基板90的上表面90a形成特定深度(蚀刻深度)的凹部90c。蚀刻深度可设为例如500nm左右。
另，在上述的开口步骤中，在以格子状排列的方式形成各开口部92的情形时，蚀刻步骤中，各凹部90c以在自正交于基板90的上表面90a的方向观察该上表面90a时，格子状排列的方式形成。尤其，在对制造的超颖镜60输入特定波长的光的情形时，在上述开口步骤中，各开口部92以由短于特定波长的间距排列的方式形成。再者，蚀刻步骤中，各凹部90c也以在自正交于基板90的上表面90a的方向观察上表面90a时，由短于特定波长的间距排列的方式形成。再者，上述开口步骤中形成的多个开口部92的大小、形状、及排列间距的至少任一者也可于基板90的上表面90a内变化。在该情形时，蚀刻步骤中，各凹部90c形成为于自正交于基板90的上表面90a的方向观察该上表面90a时，多个凹部90c的大小(开口面积)、形状、及排列间距的至少任一者于基板90的上表面90a内变化。
接着，如图8(a)所示，经由各开口部92，在基板90上沉积由与第2材料不同的第1材料形成的天线材料93(沉积步骤)。此处，沉积于基板90的凹部90c的天线材料93成为第1天线70。此时，天线材料93也沉积于掩模层91上。第1材料具有与第2折射率不同的第1折射率。作为使天线材料93沉积于基板90上的方法，列举例如脉冲激光蒸镀及电阻加热蒸镀。在进行脉冲激光蒸镀的情形时，作为第1材料列举例如硅、锗。另一方面，在进行电阻加热蒸镀的情形时，作为第1材料列举例如金、银、铬。
沉积步骤中，沉积于基板90上的天线材料93的厚度也可与蚀刻步骤中形成于基板90的上表面90a的凹部90c的深度相同。由此，基板90的上表面90a、及沉积于基板90上的天线材料93的上表面93a成为同一平面，由上表面90a与上表面93a构成平坦面。沉积于基板90上的天线材料93的厚度可设为例如500nm左右。沉积于基板90上的天线材料93的厚度例如可通过预先取得特定条件下的沉积时间与沉积的天线材料93的厚度的关系，并调整沉积步骤中的沉积时间而控制。
接着，如图8(b)所示，去除掩模层91(去除步骤)。即，剥离抗蚀剂。由此，也与掩模层91一同去除沉积于掩模层91上的天线材料93。其结果，由基板90的上表面90a及沉积于基板90上的天线材料93的上表面93a构成的平坦面露出，且该平坦面成为超颖镜60的抵接面61。经过以上的步骤制造超颖镜60。
(1.3.2)第2制造方法
参照图9、图10及图11，对超颖镜60的第2制造方法进行说明。图9、图10及图11为用以说明超颖镜60的第2制造方法的图。
首先，如图9(a)所示，准备包含具有第2折射率的第2材料的基板90。第2制造方法中所用的基板90也可与上述第1制造方法中所用的基板90同样。
接着，如图9(b)所示，在基板90上形成掩模层95(层形成步骤)。掩模层95通过于基板90的上表面90a上依序积层硬掩模96及抗蚀剂97而形成。硬掩模96通过例如电阻加热蒸镀而形成于基板90的上表面90a上。作为硬掩模96的材料，列举例如铬、镍、铝。抗蚀剂97通过例如电子束抗蚀剂涂布而形成于硬掩模96的上表面90a上。作为抗蚀剂97的材料，列举例如ZEP520A等电子束抗蚀剂。抗蚀剂97的厚度可设为例如300nm左右。
接着，如图10(a)及图10(b)所示，在形成于基板90上的掩模层95，形成多个开口部98(开口步骤)。开口部98具备形成于硬掩模96的硬掩模开口部98a、及形成于抗蚀剂97的抗蚀剂开口部98b。硬掩模开口部98a经由抗蚀剂开口部98b形成。因此，硬掩模开口部98a及抗蚀剂开口部98b在自正交于基板90的上表面90a的方向观察时，彼此形成于同一位置。抗蚀剂开口部98b也可通过对抗蚀剂97进行电子束描绘及显影而形成。硬掩模开口部98a也可通过对硬掩模96进行电感耦合型反应性离子蚀刻(ICP-RIE：Induced Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)而形成。
各开口部98也可以与上述的第1制造方法中的各开口部92同样排列的方式形成。即，各开口部98也可以自正交于基板90的上表面90a的方向观察时，格子状排列的方式形成。更具体而言，在对制造的超颖镜60输入特定波长的光的情形时，各开口部98也可以自正交于基板90的上表面90a的方向观察时，以短于特定波长的间距排列的方式形成。此处，所要形成的开口部98的大小、形状、及排列间距，为第1天线70的大小、形状、及排列间距。开口部98也可为例如直径80nm以上且260nm以下的圆形状。另外，开口部98也可形成为例如以300nm的间距排列。再者，在自正交于基板90的上表面90a的方向观察时，多个开口部98的大小、形状、及排列间距的至少任一者也可在基板90的上表面90a内变化。
接着，如图11(a)所示，经由多个开口部98进行蚀刻，而在基板90形成多个凹部90c(蚀刻步骤)。蚀刻步骤也可与上述第1制造方法中的蚀刻步骤同样地进行。
另，各凹部90c也可形成为与上述第1制造方法中的各凹部90c同样地排列。即，在上述开口步骤中，在以格子状排列的方式形成各开口部98的情形时，在蚀刻步骤中，各凹部90c以自正交于基板90的上表面90a的方向观察该上表面90a时，形成为格子状排列。尤其，在对所要制造的超颖镜60输入特定波长的光的情形时，在上述开口步骤中，各开口部98形成为短于特定波长的间距排列。此时，在蚀刻步骤中，各凹部90c于自正交于基板90的上表面90a的方向观察该上表面90a时，形成为短于特定波长的间距排列。再者，关于上述开口步骤形成的多个开口部98，形成为于其大小、形状、及排列间距的至少任一者在基板90的上表面90a内变化时，在蚀刻步骤中，各凹部90c于自正交于基板90的上表面90a的方向观察该上表面90a时，以多个凹部90c的大小、形状、及配置的至少任一者在基板90的上表面90a内变化的方式形成。
接着，如图11(b)所示，经由各开口部98，在基板90上沉积由与第2材料不同的第1材料构成的天线材料93(沉积步骤)。沉积步骤也可与上述第1制造方法中的沉积步骤同样地进行。基板90的上表面90a、及沉积于基板90上的天线材料93的上表面93a成为同一平面。即，由基板90的上表面90a、及天线材料93的上表面93a构成平坦面。
接着，如图11(c)所示，去除掩模层95(去除步骤)。即，剥离硬掩模96。由此，与硬掩模96一同地，也将形成于硬掩模96上的抗蚀剂97及沉积于该抗蚀剂97上的天线材料93去除。其结果，由基板90的上表面90a及天线材料93的上表面93a构成的平坦面露出，且该平坦面成为超颖镜60的抵接面61。根据以上方式制造超颖镜60。
(1.4)半导体故障解析方法
参照图1～图4，对使用半导体故障解析装置1解析半导体器件11的故障的方法进行说明。
首先，由显微镜5所具有的多个对物透镜中未安装超颖镜60的对物透镜(位置特定用的对物透镜)，特定出以超颖镜60观察半导体器件11的位置。该观察位置的特定通过以指示部42经由外围控制器33驱动XYZ载台7而进行。
特定观察位置后，将位置特定用的对物透镜切换为安装有超颖镜支架8的对物透镜21，而进行半导体器件11的观察。此时，指示部42根据超颖镜支架8保持的超颖镜60的特性(超颖镜60的厚度、折射率等)、半导体器件11的基板11a的厚度、材质等经由外围控制器33驱动修正环调整用马达25，由此将修正环24对准至适当的位置。
另外，指示部42根据上述超颖镜60的特性等经由外围控制器33驱动XYZ载台7，由此使超颖镜60抵接于半导体器件11(抵接步骤)。由此，使超颖镜60的抵接面61与半导体器件11的背面11d光学接触。此时，通过使超颖镜60相对于透镜保持部8b摇动而使抵接面61沿半导体器件11的背面11d密接。
另外，指示部42经由外围控制器33驱动XYZ载台7，由此执行对物透镜21的聚焦。且，通过使用超颖镜60观察半导体器件11而执行半导体器件11的故障解析(故障解析步骤)。
更详细而言，在对物透镜21已对焦的状态下，指示部42经由LSM控制器32及相机控制器31控制LSM单元4及高灵敏度相机3等，并观察半导体器件11。在该观察中，自LSM单元4输出的红外激光通过对物透镜21输出至半导体器件11侧。自对物透镜21输出的光自上方输入至超颖镜60，并通过超颖镜60的第1天线部分72聚光，接着自抵接面61朝半导体器件11输出。自半导体器件11反射的光(反射光)再次输入至超颖镜60后，自基部62朝上方输出。
自该超颖镜60输出的反射光输入至对物透镜21。输入至对物透镜21的反射光由相机用光学系统22引导至高灵敏度相机3，高灵敏度相机3取得半导体器件11的电路图案等图像。
(1.5)作用及效果
如以上所说明，根据超颖镜单元2，超颖镜60关于具有与第1相邻部66不同的折射率的多条第1天线70，其大小、形状、及排列间距的至少任一者于抵接面61内变化。由此，可对第1天线部分72赋予期望的实效折射率分布，使第1天线部分72作为透镜发挥功能。此处，超颖镜60可通过控制多条第1天线70的大小、形状、及排列间距的至少任一者，而控制第1天线部分72的实效折射率。因此，超颖镜单元2可不拘于超颖镜60的外径而将第1天线部分72的实效折射率设为期望的值。因此，超颖镜单元2可将透镜薄型化。其结果，可实现超颖镜单元2的头部分(超颖镜60周边的部分)的薄型化进而小型化。例如，在观察设置于宽度较窄的插座等的观察对象物的情形时，也可将头部分插入至插座等，可提高操作性。另，例如可通过使第1天线部分72的实效折射率同心圆状地变化而使超颖镜60作为透镜更佳地发挥功能。
另外，超颖镜单元2中，第1相邻部66与基部62一体形成，各第1天线70配置为使第1天线端面71露出于抵接面61。由此，可较佳地抑制于半导体器件11与超颖镜60间产生包含空气层的空间。因此，抑制因半导体器件11与空气层的折射率的差较大引起的半导体器件11上的界面反射，而提高光的透过率。因此，该超颖镜单元2可使超颖镜60实现高效率化。
超颖镜单元2中，各第1天线70由硅构成。由此，由于具备硅基板的半导体器件11与由硅形成的第1天线70的折射率的差较小，故抑制半导体器件11上的界面反射，而提高光的透过率。因此，超颖镜单元2可将超颖镜60高效率化。
超颖镜单元2中，各第1天线70于沿Z方向观察基板90的上表面90a时格子状排列。由此，超颖镜单元2可较佳地控制第1天线部分72的实效折射率。
超颖镜单元2中，对超颖镜60输入波长为例如100nm以上且5200nm以下的光，第1天线70于沿Z方向观察抵接面61时，以短于该波长的间距排列。由于多条第1天线70以短于输入的光的波长的间距排列，故输入的光如第1天线部分72为具有实效折射率(即，较佳设计的实效折射率)的连续介质般动作。因此，超颖镜单元2可较佳地控制第1天线部分72的实效折射率，且可较佳地将输入的光聚光。
另外，本实施方式的半导体故障解析装置1具备超颖镜单元2。现有的半导体故障解析装置中，若为取得半导体器件11的放大图像而欲使用非专利文献1所公开的方法，则必须于欲执行故障解析的半导体器件11本身形成微细构造。因此，现有的半导体故障诊断方法耗费工夫及成本。作为「成本」，例如列举因于每个半导体器件11形成微细构造引起的成本、及因于半导体器件11中欲执行故障解析的各区域分别形成微细构造引起的成本。相对于此，根据该半导体故障解析装置1，第1天线部分72形成于超颖镜60而非观察对象物即半导体器件11。因此，减少用于解析半导体器件11的故障的工夫。另外，可对多个半导体器件11、或其等中欲执行故障解析的各区域重复使用同一的超颖镜60。因此，减少上述的成本。再者，在该半导体故障解析装置1中，超颖镜60使具有与第1相邻部66不同的折射率的多条第1天线70的大小、形状、及排列间距的至少任一者于抵接面61内变化。如此，通过使第1天线部分72的实效折射率具有分布而作为透镜发挥功能。此处，超颖镜60可通过控制多条第1天线70的大小、形状、及排列间距的至少任一者而控制第1天线部分72中的各部的实效折射率。因此，该半导体故障解析装置1可不拘于超颖镜60的外径而将第1天线部分72的实效折射率设为期望的值。因此，该半导体故障解析装置1可减少故障解析的工夫，且可将透镜薄型化。
本实施方式的半导体故障解析装置1具备相对于超颖镜60配置于抵接面61的相反侧的对物透镜21。由此，在仅超颖镜60的情形时，因超颖镜60的大小而限制空间分辨率，相对于此，通过对物透镜21进一步提高空间分辨率。因此，该半导体故障解析装置1可以更高的空间分辨率取得半导体器件11的放大图像。
根据上述半导体故障解析方法，超颖镜60使具有与第1相邻部66不同的折射率的多条第1天线70的大小、形状、及排列间距的至少任一者于抵接面61内变化。因此，第1天线部分72具有期望的实效折射率分布，而作为透镜发挥功能。此处，超颖镜60可通过控制多条第1天线70的大小、形状、及排列间距的至少任一者而控制第1天线部分72的实效折射率。因此，该半导体故障解析方法中，可不拘于超颖镜60的外径而将第1天线部分72中的各部的实效折射率设为期望的值。因此，可使用此种超颖镜60观察半导体器件11，执行观察对象即该半导体器件11的故障解析。因此，在该半导体故障解析方法中，可将透镜薄型化。另，例如，可通过使第1天线部分72的实效折射率同心圆状地变化，超颖镜60作为透镜更佳地发挥功能。
本实施方式的半导体故障解析方法中，第1相邻部66与基部62一体形成。此时，各第1天线70配置为使第1天线端面71露出于抵接面61。由此，可较佳地抑制于半导体器件11与超颖镜60间产生包含空气层的空间。结果，抑制因半导体器件11与空气层的折射率的差较大引起的半导体器件11上的界面反射，而提高光的透过率。因此，该半导体故障解析方法可实现超颖镜60的高效率化。
本实施方式的半导体故障解析方法中，各第1天线70由硅构成。该情形，由于具备硅基板的半导体器件11与由硅形成的第1天线70的折射率的差较小，故抑制半导体器件11上的界面反射(提高光的透过率)。因此，该半导体故障解析方法可实现超颖镜60的高效率化。
本实施方式的半导体故障解析方法中，各第1天线70在沿Z方向观察上表面90a时格子状排列。由此，该半导体故障解析方法中，可较佳地控制第1天线部分72中的各部的实效折射率。
另外，本实施方式的半导体故障解析方法中，对超颖镜60输入波长为例如100nm以上且5200nm以下的光。各第1天线70在沿Z方向观察上表面90a时，以短于该波长的间距排列。如此，由于多条第1天线70以短于输入的光的波长的间距排列，故输入的光如第1天线部分72为具有实效折射率(即，较佳设计的实效折射率)的连续介质般动作。因此，该半导体故障解析方法中，可较佳地控制第1天线部分72的实效折射率，且可较佳地将输入的光聚光。
(2)[第2实施方式]
图12为模式性显示第2实施方式的超颖镜单元2A的超颖镜60A抵接于半导体器件11的状态的前视图。另，第2实施方式的超颖镜单元2A除超颖镜60A外，具备与第1实施方式同样的超颖镜支架8(图2)。第2实施方式的半导体故障解析装置的构成与第1实施方式的半导体故障解析装置1的构成(图1)相比，不同点在于不具备对物透镜21，其他点皆相同。与对物透镜21以外的对物透镜(位置特定用的对物透镜)同样，超颖镜单元2A经由具有用于供光通过的内部构造的附属装置安装于显微镜5。另，在附属装置的一开口端安装有保持超颖镜单元2A的超颖镜支架8。
图12所示的第2实施方式的超颖镜60A中，第1天线70以即便半导体故障解析装置不具备对物透镜21，也可以足够高的空间分辨率取得半导体器件11的放大图像的方式，调整第1天线部分72的实效折射率。如此，由于第2实施方式的半导体故障解析装置不具备对物透镜21，故可将装置小型化。另，第2实施方式的半导体故障解析方法除替换安装有超颖镜支架8的对物透镜21，而经由安装有超颖镜支架8的附属装置进行半导体器件11的观察的点外，皆以与第1实施方式的半导体故障解析方法相同的顺序执行。
(3)[第3实施方式]
图13为模式性显示第3实施方式的超颖镜单元2B的超颖镜60B抵接于半导体器件11的状态的前视图。另，第3实施方式的超颖镜单元2B也除超颖镜60B外，具备与第1实施方式同样的超颖镜支架8(图2)。第3实施方式的半导体故障解析装置的构成与第2实施方式的半导体故障解析装置的构成相比，不同点在于代替超颖镜60A而具备超颖镜60B，其他的点皆相同。超颖镜60B如图13所示于抵接面61的相反侧的面具备第2天线部分82B。
图13所示的第3实施方式的超颖镜60B具备立设于上方侧(更详细而言为基部62的抵接面61的相反侧的端面64B)的多条第2天线80B。各第2天线80B为用以调整超颖镜60B的端面64B附近的实效折射率的构件。各第2天线80B在本实施方式中呈轴线沿光轴L(参照图2)延伸的柱状，更具体而言呈圆柱状。另，各第2天线80的形状只要可控制超颖镜60B的实效折射率，则未必限定于圆柱状，另外，也不限定于柱状。
各第2天线80B例如由硅构成，且各自具有第3折射率。各第2天线80B各自包含第2天线端面81B，各第2天线端面81B构成与抵接面61相对的相对面(第2面)65B。即，超颖镜60B具有抵接面61的相反侧的相对面65B，且相对面65B为离散定位的多个第2天线端面81B的集合。
另，第3折射率只要为与多条第2天线80B间的区域中的折射率(第4折射率)不同的值即可。因此，在多条第2天线80B间，可充满匹配油等液体，也可配置包含与第2天线80B不同的材料的构件，另外可形成空气层。由位于多条第2天线80B间的上述物质构成第2中间部。此处，由空气层即空隙G构成第2中间部。
第2天线80B与第1天线70同样，在沿正交于相对面65B的方向(即，Z方向)观察该相对面65B时2维状排列。超颖镜60B在沿Z方向观察相对面65B时，多条第2天线80B的大小、形状、及排列间距的至少任一者于相对面65B内变化。另外，由多条第2天线80B及第2中间部构成的第2天线部分82B的实效折射率具有分布，由此第2天线部分82B作为透镜发挥功能。如此，超颖镜单元2B由于超颖镜60B具有第1天线部分72及第2天线部分82B的两者，故可以更高的空间分辨率取得半导体器件11的放大图像。另，在沿Z方向观察相对面65B时，第2天线部分82B的面积也可大于第1天线部分72的面积。
根据超颖镜单元2B、具备超颖镜单元2B的半导体故障解析装置、或使用超颖镜单元2B的半导体故障解析方法，超颖镜60B具备位于相互相对的抵接面61与相对面65B间的第1天线部分72及第2天线部分82B。尤其，第2天线部分82B由各自具有第3折射率，且各自包含构成相对面65B的第2天线端面81B的多条第2天线80B、及具有与第3折射率不同的第4折射率，且位于多条第2天线80B间的第2中间部构成。在沿Z方向观察相对面65B时，多条第2天线80B的大小、形状、及排列间距的至少任一者于该相对面65B内变化。由此，由多条第2天线80B及第2中间部构成的第2天线部分82B的实效折射率具有分布，且该第2天线部分82B作为透镜发挥功能。另，在仅第1天线部分72的情形时，因超颖镜60B的大小而限制空间分辨率，相对于此，通过第2天线部分82B使该超颖镜60B的空间分辨率进一步提高。
如上所述，超颖镜单元2B、具备超颖镜单元2B的半导体故障解析装置、或使用超颖镜单元2B的半导体故障解析方法中，可以更高的空间分辨率取得半导体器件11的放大图像。另，也可对第2天线部分82B采用例如上述的超颖表面构造的第4方式。在该情形时，采用超颖表面构造的第4方式，并将由透过光相位及强度互不相同的构造构成的单位单元配置为例如同心圆状，由此，超颖镜60B作为透镜更佳地发挥功能。另，第3实施方式的半导体故障解析方法与第2实施方式的半导体故障解析方法同样地执行。
(4)[第4实施方式]
图14为模式性显示第4实施方式的超颖镜单元2C的超颖镜60C抵接于半导体器件11的状态的前视图。另，第4实施方式的超颖镜单元2C也除超颖镜60C外，具备与第1实施方式同样的超颖镜支架8(图2)。第4实施方式的半导体故障解析装置的构成与第3实施方式的半导体故障解析装置的构成相比，不同点在于代替超颖镜60B而具备超颖镜60C，其他的点皆相同。超颖镜60C中，将第2天线部分82C埋设于基部62C的抵接面61的相反侧的端面64C侧。
第4实施方式的超颖镜60C具备埋设于上方侧(更详细而言为基部62C的抵接面61的相反侧的端面64C)的多条第2天线80C。具有第4折射率且与基部62C一体形成的第2相邻部86C位于多条第2天线80C间。本实施方式中，第2相邻部86C构成第2中间部。各第2天线80C例如由硅构成，且各自具有与第4折射率不同的第3折射率。各第2天线80C各自包含第2天线端面81C，各第2天线端面81C构成与抵接面61相对的相对面65C的一部分。
第2相邻部86C包含其上方侧的端面即第2相邻部端面87C。第2相邻部端面87C在沿Z方向观察相对面65C时，由去除第2天线端面81C所在的部分的面而构成。第2天线端面81C构成相对面65C的一部分，相对于此，第2相邻部端面87C构成相对面65C的其余部分。换言之，第2相邻部端面87C与第2天线端面81C成为同一平面。即，第2相邻部端面87C与第2天线端面81C构成大致连续的平面即相对面65C。即，超颖镜60C具有抵接面61的相反侧的相对面65C，相对面65C由多条第2天线80C的第2天线端面81C、及第2相邻部86C的第2相邻部端面87C构成。如此，超颖镜单元2C，由于超颖镜60C具有第1天线部分72及第2天线部分82C的两者，故可以更高的空间分辨率取得半导体器件11的放大图像。另，在沿Z方向观察相对面65C时，第2天线部分82C的面积也可大于第1天线部分72的面积。
根据超颖镜单元2C、具备超颖镜单元2C的半导体故障解析装置、或使用超颖镜单元2C的半导体故障解析方法，超颖镜60C具备位于相互相对的抵接面61与相对面65C间的第1天线部分72与第2天线部分82C。尤其，第2天线部分82C由各自具有第3折射率，且各自包含构成相对面65C的一部分的第2天线端面81C的多条第2天线80C、及具有与第3折射率不同的第4折射率，且位于多条第2天线80C间的第2相邻部86C构成。在沿Z方向观察相对面65C时，多条第2天线80C的大小、形状、及配置的至少任一者在相对面65C内变化。由此，由多条第2天线80C及第2相邻部86C构成的第2天线部分82C的实效折射率具有分布，且该第2天线部分82C作为透镜发挥功能。在仅第1天线部分72的情形时，因超颖镜60C的大小限制空间分辨率，相对于此，通过第2天线部分82C使该超颖镜60C的空间分辨率进一步提高。
另外，超颖镜单元2C、具备超颖镜单元2C的半导体故障解析装置、或使用超颖镜单元2C的半导体故障解析方法中，可以更高的空间分辨率取得半导体器件11的放大图像。另，也可对第2天线部分82C采用例如上述的超颖表面构造的第4方式。在该情形时，采用超颖表面构造的第4方式，并将由透过光相位及强度互不相同的构造构成的单位单元配置成例如同心圆状，由此，超颖镜60C作为透镜更佳地发挥功能。另，第4实施方式的半导体故障解析方法与第2实施方式的半导体故障解析方法同样地执行。
(5)[第5实施方式]
图15为模式性显示使液体F充满第5实施方式的超颖镜单元2D的超颖镜60D前的状态的前视图。另，第5实施方式的超颖镜单元2D也除超颖镜60D外，具备与第1实施方式同样的超颖镜支架8(图2)。第5实施方式的半导体故障解析装置的构成与第2实施方式的半导体故障解析装置的构成相比，不同点在于代替超颖镜60A而具备超颖镜60D，其他的点皆相同。超颖镜60D以各第1天线70D自基部62D的下方侧的端面突出的方式设置(即，立设)。另外，超颖镜60D具备充满于多条第1天线70D间(即，在半导体器件11与基部62D间产生的空间)的液体(第1中间部)F。另，在图15不显示液体F。
第5实施方式的超颖镜60D中，基部62D具有下方侧的端面即第1基部端面63D、及上方侧的端面即第2基部端面64D。各第1天线70D自基部62D的第1基部端面63D朝抵接于半导体器件11的方向突出。换言之，各第1天线70D向下地立设于基部62D的一端面即第1基部端面63D。各第1天线70D具有构成抵接面61D的一部分的第1天线端面71D。
超颖镜60D进而具备充满于多条第1天线70D间的液体F(参照图10)。液体F具有第2折射率。第1天线端面71D构成抵接面61D的一部分，相对于此，液体F下方侧的表面(第1中间部端面)构成抵接面61D的其余部分。作为液体F，也可为例如合成烃化合物、天然石油衍生物等油(匹配油)。更具体而言，作为液体F，可为嘉吉标准折射液系列AA(Moritex股份公司)、或接触液(折射液)(岛津制作所股份公司)等。多条第1天线70D及液体F构成第1天线部分72D。即，第1天线部分72D位于第1基部端面63D上(即，基部62D的下方侧的外部)。
对使用第5实施方式的半导体故障解析装置解析半导体器件11的故障的方法进行说明。图16及图17为用以说明第5实施方式的半导体故障解析方法的图。如图16及图17所示，该半导体故障解析方法中，在抵接步骤中，半导体器件11与基部62D之间产生的空间充满具有第2折射率的液体F。
更详细而言，如图16所示，在超颖镜60D的抵接面61D抵接于半导体器件11的背面11d之前，对半导体器件11的背面11d涂布液体F。另，液体F也可涂布于超颖镜60D的抵接面61D侧。
随后，如图17所示，将超颖镜60D的抵接面61D抵接于半导体器件11的背面11d。由此，第1天线70D的第1天线端面71D与半导体器件11的背面11d光学接触。与此同时，在基部62D的第1基部端面63D与半导体器件11的背面11d间产生的空间，被第1天线70D推开的液体F移动，而以液体F充满该空间。由此，基部62D的第1基部端面63D与半导体器件11的背面11d经由液体F光学接触。
根据超颖镜单元2D或具备超颖镜单元2D的半导体故障解析装置，多条第1天线70D的各者自基部62D朝抵接于半导体器件11的方向突出，第1中间部为充满于多条第1天线70D间的液体F。由此，抵接于半导体器件11的抵接面61D由第1天线70D的第1天线端面71D及液体F的表面构成。结果，可较佳地抑制半导体器件11与超颖镜60D之间产生由空气层构成的空间。因此，抑制因半导体器件11与空气层的折射率的差较大引起的半导体器件11上的界面反射，而提高光的透过率。此是意指可通过超颖镜单元2D、或具备超颖镜单元2D的半导体故障解析装置实现超颖镜60D的高效率化。另外，由于超颖镜单元2D、或具备超颖镜单元2D的半导体故障解析装置无须加工基部62D等而形成第1中间部，故易于制造。更具体而言，超颖镜单元2D、或具备超颖镜单元2D的半导体故障解析装置无须为抑制界面反射而于基部62D等微细加工具有适当的折射率的第1中间部，故而易于制造。
根据使用超颖镜单元2D的半导体故障解析方法，应用各第1天线70D自基部62D朝抵接于半导体器件11的方向突出的超颖镜60D。在抵接步骤中，在半导体器件11与基部62D间产生的空间，充满具有第2折射率的液体F作为第1中间部。由此，抵接于半导体器件11的抵接面61D由第1天线70D的第1天线端面71D及液体F的表面构成。结果，可较佳地抑制于半导体器件11与超颖镜60间产生由空气层构成的空间。因此，抑制因半导体器件11与空气层的折射率的差较大引起的半导体器件11上的界面反射，而提高光的透过率。此是意指可通过使用超颖镜单元2D的半导体故障解析方法，实现超颖镜单元2D的超颖镜60D的高效率化。
(6)[变化例]
上述实施方式可以基于业者的知识实施各种变更、改良后的各种形态加以实施。
例如，各实施方式中，对超颖镜60、60A～60D的沿Z方向观察抵接面或相对面时的形状无特别限定，可为例如圆形状。
各实施方式中，第1天线70、70D及第2天线80B、80C的形状无特别限定。例如，第1天线70、70D及第2天线80B、80C也可为对应第1天线部分72、72D及第2天线部分82B、82C的超颖表面构造的方式的形状。
各实施方式中，第1天线70、70D及第2天线80B、80C的材料也可不为硅。例如，第1天线70、70D及第2天线80B、80C的材料也可为锗、金、银、铬等。在这些的情形时，也可将第1天线部分72、72D及第2天线部分82B、82C的实效折射率设为较佳的值。
各实施方式中，超颖镜支架8只要可保持超颖镜60、60A～60D即可，并不限定于上述实施方式中的构成。例如，超颖镜支架8的透镜保持部8b也可相对于超颖镜60、60A～60D无空隙。
各实施方式中，第1天线70、70D及第2天线80B、80C在沿Z方向观察抵接面或相对面时，不限于矩阵状，也可如例如蜂窝状、放射状等规则地排列。或，第1天线70、70D及第2天线80B、80C在沿Z方向观察抵接面或相对面时，也可非规则地排列。
另外，第5实施方式中，液体F也可在超颖镜60D的抵接面61D抵接于半导体器件11的背面11d后，注入至基部62D的第1基部端面63D与半导体器件11的背面11d间产生的空间。
再者，作为模塑型半导体器件10，半导体器件11不限定于树脂12上模塑的半导体器件。
【符号说明】
1 半导体故障解析装置
2、2A、2B、2C、2D 超颖镜单元
8 超颖镜支架(保持部)
11 半导体器件
21 对物透镜
60、60A、60B、60C、60D 超颖镜
61、61D 抵接面(第1面)
62、62C、62D 基部
65B、65C 相对面(第2面)
66 第1相邻部(第1中间部)
67 第1相邻部端面(第1中间部端面)
70、70D 第1天线
71、71D 第1天线端面
72、72D 第1天线部分
80B、80C 第2天线
81B、81C 第2天线端面
82B、82C 第2天线部分
86C 第2相邻部(第2中间部)
F 液体(第1中间部)
G 空隙(第2中间部)

Claims (16)

1.一种超颖镜单元，其具备：
超颖镜，其具有抵接于观察对象物的第1面及与所述第1面相对的第2面；及
保持部，其保持所述超颖镜，
所述超颖镜具备：
基部，其设置于所述第1面与所述第2面之间；
多条第1天线，设置于所述第1面与所述基部之间，且各自具有第1折射率、及构成所述第1面的一部分的第1天线端面；及
第1中间部，其以一部分位于所述多条第1天线之间的方式设置于所述第1面与所述基部之间，且具有与所述第1折射率不同的第2折射率、及构成所述第1面的其余部分的第1中间部端面，
包含多条所述第1天线及所述第1中间部的第1天线部分构成为：以多条所述第1天线的所述第1天线端面中各自的重心位于所述第1面上的至少一条第1基线上的第1天线端面构成的一维排列，包含所述第1天线端面的大小、所述第1天线端面的形状、及第1排列间距的至少任一者沿所述第1基线变化的排列图案。
2.如权利要求1所述的超颖镜单元，其中，
所述第1中间部与所述基部一体构成，
多条所述第1天线的所述第1天线端面各自以露出的状态配置于所述第1面上。
3.如权利要求1所述的超颖镜单元，其中，
多条所述第1天线的各个具有自所述基部朝所述第1面突出的形状，
所述第1中间部由充满于多条所述第1天线间的液体构成。
4.如权利要求1至3中任一项所述的超颖镜单元，其中，
多条所述第1天线的各个由硅构成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的超颖镜单元，其中，
以多条所述第1天线的所述第1天线端面在所述第1面上构成二维矩阵的方式排列多条所述第1天线。
6.如权利要求5所述的超颖镜单元，其中，
对所述超颖镜输入具有100nm以上且5200nm以下的范围的波长的光，
以所述第1排列间距短于所述波长的方式排列多条所述第1天线。
7.如权利要求1至6中任一项所述的超颖镜单元，其中，
所述超颖镜具备：
多条第2天线，其设置于所述第2面与所述基部之间，且各自具有第3折射率、及构成所述第2面的至少一部分的第2天线端面；及
第2中间部，其以一部分位于多条所述第2天线之间的方式设置于所述第1面与所述基部之间，且具有与所述第3折射率不同的第4折射率，
由多条所述第2天线及所述第2中间部构成的第2天线部分构成为：以多条所述第2天线的所述第2天线端面中各自的重心位于所述第2面上的至少一条第2基线上的第2天线端面构成的一维排列，包含所述第2天线端面的大小、所述第2天线端面的形状、及第2排列间距的至少任一者沿所述第2基线变化的排列图案。
8.一种半导体故障解析装置，其具备权利要求1至7中任一项所述的超颖镜单元。
9.如权利要求8所述的半导体故障解析装置，其具备相对于所述超颖镜配置于所述第1面的相反侧的对物透镜。
10.一种半导体故障解析方法，其包括：
设置步骤，将作为观察对象物的半导体器件设置于特定位置；
抵接步骤，准备具有相互相对的第1面及第2面的超颖镜，且以所述第1面与所述半导体器件面相对的方式将所述超颖镜抵接于所述半导体器件；及
故障解析步骤，使用所述超颖镜观察所述半导体器件，由此执行所述半导体器件的故障解析，
在所述抵接步骤中准备的所述超颖镜具备：
基部，其设置于所述第1面与所述第2面之间；
多条第1天线，设置于所述第1面与所述基部之间，且各自具有第1折射率、及构成所述第1面的一部分的第1天线端面；及
第1中间部，以一部分位于多条所述第1天线间的方式设置于所述第1面与所述基部之间，且具有与所述第1折射率不同的第2折射率、及构成所述第1面的其余部分的第1中间部端面，
由多条所述第1天线及所述第1中间部构成的第1天线部分构成为：以多条所述第1天线的所述第1天线端面中各自的重心位于所述第1面上的至少一条第1基线上的第1天线端面构成的一维排列，包含所述第1天线端面的大小、所述第1天线端面的形状、及第1排列间距的至少任一者沿所述第1基线变化的排列图案。
11.如权利要求10所述的半导体故障解析方法，其中，
所述第1中间部与所述基部一体构成，
多条所述第1天线的所述第1天线端面的各个以露出的状态配置于所述第1面上。
12.如权利要求10所述的半导体故障解析方法，其中，
多条所述第1天线的各个具有自所述基部朝所述第1面突出的形状，
所述抵接步骤中，在所述半导体器件与所述基部之间产生的空间，充满构成所述第1中间部的液体。
13.如权利要求10至12中任一项所述的半导体故障解析方法，其中，
多条所述第1天线的各个由硅构成。
14.如权利要求10至13中任一项所述的半导体故障解析方法，其中，
以在所述第1面上构成二维矩阵的方式排列多条所述第1天线。
15.如权利要求14所述的半导体故障解析方法，其中，
在故障解析步骤中，对所述超颖镜输入具有100nm以上且5200nm以下的范围的波长的光，
以所述第1排列间距短于所述波长的方式排列多条所述第1天线。
16.如权利要求10至15中任一项所述的半导体故障解析方法，其中，
所述超颖镜具备：
多条第2天线，其设置于所述第2面与所述基部之间，且各自具有第3折射率、及构成所述第2面的至少一部分的第2天线端面；及
第2中间部，其以一部分位于多条所述第2天线间的方式设置于所述第2面与所述基部之间，且具有与所述第3折射率不同的第4折射率，
由多条所述第2天线及所述第2中间部构成的第2天线部分构成为：以多条所述第2天线的所述第2天线端面中各自的重心位于所述第2面上的至少一条第2基线上的第2天线端面构成的一维排列，包含所述第2天线端面的大小、所述第2天线端面的形状、及第2排列间距的至少任一者沿所述第2基线变化的排列图案。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023160225A1 (zh) * 2022-02-23 2023-08-31 深圳迈塔兰斯科技有限公司 超表面及其设计方法、装置及电子设备

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111065912A (zh) 2019-12-04 2020-04-24 长江存储科技有限责任公司 半导体器件的检查系统及其相关的检查方法
US11726234B2 (en) * 2020-05-04 2023-08-15 Visera Technologies Company Limited Optical device
JP2023166200A (ja) * 2022-05-09 2023-11-21 浜松ホトニクス株式会社 受光素子

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200502575A (en) * 2003-03-20 2005-01-16 Hamamatsu Photonics Kk Solid immersion lens and microscope
CN1761903A (zh) * 2003-03-20 2006-04-19 浜松光子学株式会社 显微镜以及试样观察方法
US20060134812A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-22 Powerchip Seminconductor Corp. Inspection methods for a semiconductor device
CN1875306A (zh) * 2003-10-31 2006-12-06 浜松光子学株式会社 固体浸没透镜保持器
CN102859675A (zh) * 2010-04-28 2013-01-02 浜松光子学株式会社 半导体故障解析装置及故障解析方法
US20150003722A1 (en) * 2012-02-06 2015-01-01 Hitachi High-Technologies Corporation Defect observation method and device therefor
US20150090862A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Denso Corporation Lens and manufacturing method for the same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4643994B2 (ja) * 2005-01-19 2011-03-02 浜松ホトニクス株式会社 固浸レンズホルダ
US9151891B2 (en) * 2010-02-12 2015-10-06 The Regents Of The University Of California Metamaterial-based optical lenses
US9103973B2 (en) * 2011-04-20 2015-08-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Sub-wavelength grating-based optical elements
US9116039B2 (en) * 2013-03-15 2015-08-25 Raytheon Company Sensor including dielectric metamaterial microarray
US10545309B2 (en) * 2014-09-26 2020-01-28 Hamamatsu Photonics K.K. Solid immersion lens holder and image acquisition device
WO2016191142A2 (en) * 2015-05-27 2016-12-01 Verily Life Sciences Llc Nanophotonic hyperspectral/lightfield superpixel imager
US10527851B2 (en) 2016-05-06 2020-01-07 Magic Leap, Inc. Metasurfaces with asymmetric gratings for redirecting light and methods for fabricating
KR102587958B1 (ko) * 2017-02-03 2023-10-11 삼성전자주식회사 메타 광학 소자 및 그 제조 방법
WO2018183774A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 President And Fellows Of Harvard College Immersion meta-lens at visible wavelengths for diffraction-limited imaging
WO2019031680A1 (ko) * 2017-08-11 2019-02-14 한국과학기술원 평판 메타렌즈 및 이를 포함하는 커버글라스

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200502575A (en) * 2003-03-20 2005-01-16 Hamamatsu Photonics Kk Solid immersion lens and microscope
CN1761903A (zh) * 2003-03-20 2006-04-19 浜松光子学株式会社 显微镜以及试样观察方法
CN1875306A (zh) * 2003-10-31 2006-12-06 浜松光子学株式会社 固体浸没透镜保持器
US20060134812A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-22 Powerchip Seminconductor Corp. Inspection methods for a semiconductor device
CN102859675A (zh) * 2010-04-28 2013-01-02 浜松光子学株式会社 半导体故障解析装置及故障解析方法
US20150003722A1 (en) * 2012-02-06 2015-01-01 Hitachi High-Technologies Corporation Defect observation method and device therefor
US20150090862A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Denso Corporation Lens and manufacturing method for the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023160225A1 (zh) * 2022-02-23 2023-08-31 深圳迈塔兰斯科技有限公司 超表面及其设计方法、装置及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
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