CN114556183A - 固体浸没式透镜单元及半导体检查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的固体浸没式透镜单元具备：固体浸没式透镜；及固持件，其可摆动地保持固体浸没式透镜。固体浸没式透镜具有：第1透镜部，其由第1材料形成；及第2透镜部，其由具有比第1材料的折射率小的折射率的第2材料形成，并且结合于第1透镜部。第1透镜部包含：抵接于观察对象物的抵接面、及凸状的第1球面。第2透镜部包含：面向第1球面的凹状的第2球面、及以面向物镜的方式配置的凸状的第3球面。固持件具有构成为可与第3球面接触的接触部。
Description
技术领域
本公开的一个方面涉及一种固体浸没式透镜单元及半导体检查装置。
背景技术
在半导体器件中，低于光的波长的水平下的内部结构的微细化日新月异。同时，在半导体器件中，配线层的多层化日新月异。因而，在观察半导体器件时，自与半导体器件的器件(集成电路等)侧为相反侧的表面，实施内部结构的观察等。在该观察中，基于由半导体器件的基板材料的带隙造成的制约，缩短光的波长受限制，其结果为，可观察到的内部结构的尺寸也受限制。
为了解决此问题，实现高分辨率下的内部结构的观察等，有时使用固体浸没式透镜(SIL：Solid Immersion Lens)。固体浸没式透镜由与半导体器件的基板材料实质上相同、或具有与其折射率接近的折射率的材料形成。通过使固体浸没式透镜的抵接面与半导体器件的表面紧贴，实现消散耦合(evanescent coupling)，可实现高分辨率下的内部结构的观察等。例如，在专利文献1中，记载有一种使用球体来可摆动地保持固体浸没式透镜的技术，使得即使观察对象物的表面倾斜，也能够使固体浸没式透镜的抵接面与观察对象物的表面紧贴。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2018-110221号
发明内容
发明所要解决的问题
虽然在如上述的观察中，能够使用不被固体浸没式透镜及观察对象物吸收的波长的光，但考虑使用在某一程度上被固体浸没式透镜吸收的较短的波长的光。在此情况下，不仅能够提高分辨率，也可进行利用在观察对象物的伴随着光吸收的电荷的产生的各种测量。
另一方面，由于在固体浸没式透镜光的一部分被吸收，为了确保透过固体浸没式透镜并到达观察对象物的光的量，必须将固体浸没式透镜形成地较薄。如果将固体浸没式透镜形成地较薄，则固体浸没式透镜的直径也变小。此处，如上述的关联技术那样，在为了实现固体浸没式透镜相对于观察对象物的紧贴而使接触部(球体)与固体浸没式透镜接触的情况下，通过接触部及保持其的结构，遮挡朝固体浸没式透镜入射的光的一部分。因而，在为了使用短波长的光而将固体浸没式透镜形成地较薄的情况下，有可能难以充分确保固体浸没式透镜的视野。
本公开的一个方面的目的在于，提供一种可进行使用短波长的光的观察，且能够确保固体浸没式透镜的视野的固体浸没式透镜单元及半导体检查装置。
用于解决问题的技术手段
本公开的一个方面的固体浸没式透镜单元具备：固体浸没式透镜；及固持件，其可摆动地保持固体浸没式透镜，固体浸没式透镜具有：第1透镜部，其由第1材料形成；及第2透镜部，其由具有比第1材料的折射率小的折射率的第2材料形成，并且结合于第1透镜部，第1透镜部包含：抵接于观察对象物的抵接面、及凸状的第1球面，第2透镜部包含：面向第1球面的凹状的第2球面、及以面向物镜的方式配置的凸状的第3球面，固持件具有：构成为可与第3球面接触的接触部。
在该固体浸没式透镜单元中，固体浸没式透镜具有：第1透镜部，其由第1材料形成；及第2透镜部，其由具有比第1材料的折射率小的折射率的第2材料形成，并且结合于第1透镜部。由此，由于可选择带隙比第1材料更宽的材料作为第2材料，因此与例如固体浸没式透镜的整体由第1材料形成的情况比较，就是在使用短波长的光的情况下，也能够容易地确保透过固体浸没式透镜的光的量。另外，第2透镜部包含：面向第1透镜部的凸状的第1球面的凹状的第2球面、及配置为面向物镜的凸状的第3球面，并且固持件的接触部与第3球面接触。由此，由于在比第1球面更宽广的第3球面，接触部与固体浸没式透镜接触，因此能够确保固体浸没式透镜的视野。因此，根据该固体浸没式透镜单元，可进行使用短波长的光的观察，并且能够确保固体浸没式透镜的视野。
也可以为，第1球面、第2球面及第3球面的曲率中心一致。在此情况下，能够良好地观察由第1材料构成的观察对象物。
也可以为，抵接面为平坦面。在此情况下，能够容易地使抵接面紧贴于观察对象物的表面。
也可以为，抵接面在与物镜的光轴平行的方向上，相对于第2透镜部，朝物镜的相反侧突出。在此情况下，能够避免因第2透镜部与观察对象物接触引起的观察精度的降低。
也可以为，第1材料为Si、GaAs、GaP、Ge、金刚石、SiC或GaN。在此情况下，能够以高分辨率观察观察对象物。
也可以为，第2材料为玻璃、聚合物、蓝宝石、石英、氟化钙或氟化镁。如此，作为第2材料，能够选择折射率比第1材料低的材料。
也可以为，接触部由在面向第3球面的位置处被可旋转地保持的球体构成。在此情况下，虽然朝固体浸没式透镜入射的光的一部分被球体及保持球体的结构遮挡，但在该固体浸没式透镜单元中，由于如上述那样，在比第1球面更宽广的第3球面，接触部与固体浸没式透镜接触，因此能够确保固体浸没式透镜的视野。
也可以为，在固持件形成有：在内部配置有第2透镜部的开口，接触部由从开口的内表面朝向开口的中心延伸的突出部构成。在此情况下，虽然朝固体浸没式透镜入射的光的一部分被突出部遮挡，但在该固体浸没式透镜单元中，由于如上述那样，在比第1球面更宽广的第3球面，接触部与固体浸没式透镜接触，因此能够确保固体浸没式透镜的视野。
本公开的一个方面的半导体检查装置具备：载台，其载置有作为观察对象物的半导体器件；光学系统，其使来自半导体器件的光通过；及光检测器，其检测通过光学系统的光，光学系统具有：物镜、及上述固体浸没式透镜单元。在该半导体检查装置中，由于根据上述的理由，可进行使用短波长的光的观察，并且能够确保固体浸没式透镜的视野，因此能够良好地检查半导体器件。
发明效果
根据本公开的一个方面可提供一种固体浸没式透镜单元及半导体检查装置，其可进行使用短波长的光的观察，并且能够确保固体浸没式透镜的视野。
附图说明
图1是实施方式的半导体检查装置的构成图。
图2是固体浸没式透镜单元的截面图。
图3是固体浸没式透镜的截面图。
图4是固体浸没式透镜单元的一部分的截面图。
图5是固体浸没式透镜单元的固持件的底壁部的仰视图。
图6是固体浸没式透镜单元的一部分的截面图。
图7是固体浸没式透镜单元的一部分的截面图。
图8是第1变形例的固体浸没式透镜单元的一部分的截面图。
图9是第1变形例的固体浸没式透镜单元的固持件的底壁部的俯视图。
图10(a)及(b)是第1变形例的固体浸没式透镜单元的一部分的截面图。
图11是第2变形例的固体浸没式透镜的截面图。
具体实施方式
以下，针对本公开的一实施方式，参照附图详细地说明。此外，在以下的说明中，对相同或相当要素使用相同符号，且省略重复的说明。
[半导体检查装置的构成]
图1所示的半导体检查装置100是取得半导体器件(观察对象物)S的图像并检测半导体器件S的内部信息的装置。半导体器件S例如通过在硅基板嵌入多个元件而形成。即，半导体器件S由硅基板构成。作为半导体器件S，例如为个别半导体元件(分立)、光电元件、传感器/致动器、逻辑LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)、内存元件、或线性IC(Integrated Circuit，集成电路)等、或这些的混合器件等。个别半导体元件包含二极管、及功率晶体管等。逻辑LSI由MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属氧化物半导体)构造的晶体管、及双极构造的晶体管等构成。另外，半导体器件S也可为包含半导体器件的封装、复合基板等。
在成为检查对象的内部信息中，包含：与半导体器件S的电路图案相关的信息、与来自半导体器件S的微弱发光(因半导体器件S的缺陷引起的发光、伴随着半导体器件S内的晶体管的开关动作的瞬时发光等)相关的信息、及与因半导体器件的缺陷引起的发热相关的信息等。如图2所示，半导体器件S也可以表面Sa露出的方式由树脂M模制，并构成模制型半导体器件。表面Sa为与半导体器件S的器件(集成电路等)侧为相反侧的表面，例如为平坦面。
在由半导体检查装置100取得的图像中，也可以包含：OBIC(Optical BeamInduced Current，光束感应电流)图像、LADA(Laser Assisted Device Alteration，激光辅助设备改造)图像、TR-LADA(Time Resolved Laser Assisted Device Alteration，时间解析激光辅助设备改造)图像。OBIC图像是将通过激光而产生的光致电流检测为电信号的特性值(电流值或电流变化值)，并且将这些特性值与激光照射位置信息建立对应并图像化而取得的图像。LADA图像是指，通过在对半导体器件S施加测试图案的状态下，扫描激光并检测误动作状态，从而相对于半导体器件S上的激光照射位置，将误作动信息图像化为多值化的正误信息而取得的图像。TR-LADA图像是通过使朝半导体器件S上照射的脉冲激光与对半导体器件S施加的测试图案同步，而将特定的时序下的误作动信息图像化而取得的图像。
如图1所示，半导体检查装置100具备：观察部110、控制部120、解析部130、及显示设备140。观察部110进行半导体器件S的观察。控制部120控制观察部110的动作。解析部130进行半导体器件S的检查所需的处理、指示等。显示设备140与解析部130电连接，显示由解析部130取得或解析的图像、数据等。显示设备140例如为显示器。
观察部110具有：载台111、光学系统112、二维相机(光检测器)113、移动机构114、及LSM(Laser Scanning Microscope，激光扫描显微镜)单元115。在载台111，以表面Sa朝向光学系统112侧的状态载置半导体器件S。移动机构114使光学系统112、二维相机113及LSM单元115移动。
光学系统112具有：多个物镜150、相机用光学系统112a、及LSM单元用光学系统112b。各物镜150的倍率互不相同。各物镜150配置为面向载置于载台111的半导体器件S的表面Sa。如图2所示，在物镜150安装有修正环152及修正环调整用电机153。通过驱动修正环调整用电机153来调整修正环152，能够使物镜150的焦点可靠地对准于所欲观察的部位。
如图1所示，相机用光学系统112a将来自半导体器件S的光引导至二维相机113。二维相机113检测由相机用光学系统112a引导的光(通过光学系统112的光)。二维相机113可输出用于制作半导体器件S的电路图案等的图像的图像数据。在二维相机113，例如，搭载有CCD区域影像传感器、CMOS区域影像传感器等。二维相机113例如也可为InGaAs相机、InSb相机、MCT相机等。
LSM单元用光学系统112b将自LSM单元115输出的激光引导至半导体器件S，且将由半导体器件S反射的激光引导至LSM单元115。LSM单元用光学系统112b具有检流镜(galvano-mirror)、多面镜、MEMS镜等光扫描部，对半导体器件S扫描激光。LSM单元115出射由光源产生的激光，且以光检测器115a检测由半导体器件S反射的激光。
光源例如也可产生朝半导体器件S照射的CW(Continuous Wave，连续波)光或脉冲光。由光源产生的光不仅为如激光那样的相干光，也可为非相干(不相干)的光。作为输出相干光的光源，能够使用固体激光源、半导体激光源等。另外，作为输出非相干光的光源，可使用SLD(Super Luminescent Diode，超光电二极管)、ASE(Amplified SpontaneousEmission，放大自发放射光源)、及LED(Light Emitting Diode，发光电二极管)等。
光源也可输出不被半导体器件S吸收的波长频带的光。例如，在半导体器件S由硅基板构成的情况下，光源也可输出1300nm以上的光。在取得上述的OBIC图像、LADA图像或TR-LADA图像的情况下，光源也可输出在半导体器件S因吸收光而产生电荷的波长频带的光。例如，在半导体器件S由硅基板构成的情况下，光源也可输出1100nm以下或1200nm以下的波长频带的光(例如1064nm程度的波长带的激光)。
光检测器115a例如为雪崩光电二极管、光电二极管、光电子倍增管、超导单光子检测器等。由光检测器115a检测的激光的强度反映半导体器件S的电路图案。因此，光检测器115a可输出用于制作半导体器件S的电路图案等图像的图像数据。
控制部120具有：相机控制器121、LSM控制器122、及外围控制器123。相机控制器121与二维相机113电连接。LSM控制器122与LSM单元115电连接。相机控制器121及LSM控制器122通过分别控制二维相机113及LSM单元115的动作，而控制执行半导体器件S的观察(图像的取得)、设定半导体器件S的观察条件等。
外围控制器123与移动机构114电连接。外围控制器123通过控制移动机构114的动作，而控制光学系统112、二维相机113及LSM单元115的移动、这些的对位等。外围控制器123与修正环调整用电机153(参照图2)电连接。外围控制器123通过控制修正环调整用电机153的驱动，而控制修正环152(参照图2)的调整。
解析部130具有图像解析部131、及指示部132。解析部130由包含处理器(CPU)、记录媒体即RAM及ROM的计算机构成。解析部130与相机控制器121、LSM控制器122及外围控制器123中的各个电连接。图像解析部131基于自相机控制器121及LSM控制器122各自输出的图像数据，制作图像，并执行解析处理等。指示部132参照操作者的输入内容、图像解析部131的解析内容等，对控制部120，进行与观察部110的半导体器件S的检查的执行相关的指示。在解析部130电连接有操作部(未图示)。用户操作操作部，而操作半导体检查装置100。操作部例如为鼠标、键盘等。另外，操作部例如也可为内置于显示设备140的触控面板。
[固体浸没式透镜单元的构成]
光学系统112除具有上述的物镜150等以外，还具有固体浸没式透镜单元1。如图2所示，固体浸没式透镜单元1具备：固体浸没式透镜2、固持件3、及支撑机构4。在以下的说明中，在物镜150面向载置于载台111的半导体器件S的表面Sa的状态下，将相对于半导体器件S，物镜150所在的侧设为上侧，将相对于物镜150半导体器件S所在的侧设为下侧。
固持件3可摆动地保持固体浸没式透镜2。固持件3具有：侧壁部31、底壁部32、及支撑构件33。侧壁部31呈筒形状。底壁部32以塞侧壁部31的下侧的开口的方式，与侧壁部31一体地形成。支撑构件33自下侧安装于底壁部32。侧壁部31及底壁部32、以及支撑构件33由非磁性材料(例如，铝、铝合金、非磁性的不锈钢等)形成。
支撑机构4在平行于物镜150的光轴L的方向上，可移动地支撑固持件3。支撑机构4具有：安装构件41、多个线引导件42、及多个压缩螺旋弹簧43。安装构件41呈筒形状，安装于物镜150的镜筒151的下端部151a。多个线引导件42配置于安装构件41的外表面与固持件3的侧壁部31的内表面之间。多个线引导件42绕光轴L等间距地配置。多个压缩螺旋弹簧43配置于安装构件41的下端面与固持件3的底壁部32的上表面之间。多个压缩螺旋弹簧43绕光轴L等间距地配置。由此，如果对固持件3自下侧施加外力，则固持件3抵抗多个压缩螺旋弹簧43的弹推力自初始位置朝上侧移动，如果该外力从固持件3去除，则通过多个压缩螺旋弹簧43的弹推力，固持件3复位至初始位置。
[固体浸没式透镜的构成]
如图3所示，固体浸没式透镜2具有：第1透镜部21、及第2透镜部22。第1透镜部21包含：抵接面21a、第1锥形面21b、及第1球面21c。抵接面21a为平坦面，抵接于半导体器件S的表面Sa。第1锥形面21b为朝向上侧扩展的圆锥台形状的面，自抵接面21a的外缘朝上侧延伸。第1球面21c为朝向上侧弯曲的凸状且半球形状的面，以自第1锥形面21b的边缘部与抵接面21a相对的方式延伸。第1透镜部21的外径例如为1.5mm～2.0mm程度。第1球面21c的曲率中心、及包含第1锥形面21b的假想圆锥的顶点与固体浸没式透镜的球心C一致，在抵接面21a的下侧位于光轴L上。固体浸没式透镜的球心C与固体浸没式透镜2的焦点一致。
第2透镜部22包含：第2球面22a、第2锥形面22b、第3球面22c、及周面22d。第2球面22a为朝向上侧弯曲的凹状且半球形状的面。第2球面22a面向第1透镜部21的第1球面21c，并且沿第1球面21c延伸。第2锥形面22b为朝向上侧扩展的圆锥台形状的面，自第2球面22a的外缘朝上侧延伸。第2锥形面22b与第1锥形面21b相连为同一平面，并且与第1锥形面21b一起形成1个圆锥台形状的面。第3球面22c为朝向上侧弯曲的凸状且半球形状的面，配置为面向物镜150。周面22d为圆柱形状的面，连接于第2锥形面22b的外缘及第3球面22c的外缘。第2球面22a及第3球面22c的曲率中心与第1球面21c的曲率中心(固体浸没式透镜的球心C)一致。包含第2锥形面22b的假想圆锥的顶点与固体浸没式透镜的球心C一致。
通过第1透镜部21具有第1锥形面21b，第1透镜部21的抵接面21a在平行于物镜150的光轴L的方向上，相对于第2透镜部22朝下侧(与物镜150为相反侧)突出。换言之，在固体浸没式透镜2，抵接面21a位于最下侧，第1透镜部21与第2透镜部22的边界未位于配置有抵接面21a的平面上。
第1透镜部21是由与半导体器件S的基板材料(在该例中为硅(Si))的折射率实质上相同、或具有与其折射率接近的折射率的第1材料形成。第1材料例如为Si、GaP(磷化镓)、GaAs(砷化镓)、Ge(锗)、金刚石、SiC或GaN(氮化镓)等。Si、GaP、GaAs、Ge、金刚石、SiC、GaN的折射率分别为3.5、3.2、3.5、4.0、2.4、2.6、2.4。第2透镜部22是由具有较空气(大气)的折射率为大、且较第1材料的折射率为小的折射率的第2材料形成。第2材料例如为玻璃、聚合物、蓝宝石、石英、氟化钙或氟化镁等。玻璃、聚合物、蓝宝石、石英、氟化钙、氟化镁的折射率分别为1.5～2.0、1.5～1.6、1.8、1.5、1.4、1.4。
第1透镜部21与第2透镜部22通过设置于第1球面21c与第2球面22a之间的粘结剂而相互结合。第1透镜部21与第2透镜部22以第1球面21c、第2球面22a及第3球面22c的曲率中心一致的方式贴合。粘结剂例如跨第1球面21c及第2球面22a的整面而设置。作为粘结剂，可使用具有比第1材料的折射率更接近第2材料的折射率的折射率的材料。由此，光容易透过固体浸没式透镜2。可在第1球面21c与粘结剂之间，设置第1防反射膜(AR涂层)。第1防反射膜例如跨第1球面21c的整面而设置。可在第3球面22c上，设置第2防反射膜。第2防反射膜例如跨第3球面22c的整面而设置。
[固体浸没式透镜的保持结构]
如图2所示，固体浸没式透镜2以在物镜150的下侧(前方)位于光轴L上的方式，由固持件3保持。如图4及图5所示，在底壁部32，形成有开口32a。自平行于光轴L的方向观察的情况下的开口32a的形状例如为以光轴L为中心线的圆形状，其内径小于固体浸没式透镜2的外径(周面22d的外径)。在开口32a的边缘部设置有多个突出部34。多个突出部34自开口32a的边缘部朝向开口32a的中心延伸。多个突出部34是通过非磁性材料与底壁部32一体地形成。多个突出部34绕光轴L等间距地配置。在本实施方式中，3个突出部34绕光轴L以120°间距配置。
支撑构件33呈环形状，例如通过螺丝固定在各突出部34，自下侧安装于底壁部32。自平行于光轴L的方向观察的情况下的支撑构件33的开口的形状例如为以光轴L为中心线的圆形状，其内径比固体浸没式透镜2的外径稍大。在支撑构件33的下端部，一体地形成有向内凸缘33a。自平行于光轴L的方向观察的情况下的向内凸缘33a的开口的形状例如为以光轴L为中心线的圆形状，其内径小于固体浸没式透镜2的外径。
固体浸没式透镜2以抵接面21a自向内凸缘33a的开口朝下侧突出的方式，且以周面22d位于支撑构件33的开口的内侧的方式配置。在该状态下，由于支撑构件33的开口的内径比固体浸没式透镜2的外径稍大，因此限制向垂直于光轴L的方向的固体浸没式透镜2的移动，另一方面，容许向平行于光轴L的方向的固体浸没式透镜2的移动及固体浸没式透镜2的摆动(以相对于光轴L倾斜例如1°程度的方式移动)。另外，由于向内凸缘33a的开口的内径小于固体浸没式透镜2的外径，因此防止固体浸没式透镜2的向下侧的脱落。
在底壁部32的上表面，形成有多个容纳孔36。多个容纳孔36配置为分别对应于多个突出部34。在各容纳孔36中容纳有磁铁5。各磁铁5例如呈圆柱形状，其中心线朝向固体浸没式透镜2的球心C。如此，在固持件3设置有多个磁铁5。
在各突出部34形成有倾斜面34a。各倾斜面34a面向固体浸没式透镜2的第3球面22c。在各倾斜面34a形成有容纳部35。各容纳部35例如为圆柱形状的凹部。磁铁5以面向容纳部35的中央部的方式设置于固持件3。例如，容纳部35的中心线与容纳于对应的容纳孔36的磁铁5的中心线一致。各容纳部35的底面35a为平坦面，面向固体浸没式透镜2的第3球面22c。各容纳部35的侧面35b呈圆筒形状。底面35a与倾斜面34a的距离(即侧面35b的高度)小于球体6的直径。如此，在固持件3设置有多个容纳部35。
在各容纳部35容纳有球体6。各球体6作为与固体浸没式透镜2的第3球面22c的接触的接触部40发挥功能。各球体6由磁性材料(例如，镍、钴、铁、不锈钢等)形成。在各容纳部35，球体6在底面35a的中央(面向固体浸没式透镜2的第3球面22c的位置)，通过容纳于对应的容纳孔36的磁铁5的磁力，而被可旋转地保持。在该状态下，球体6的一部分自容纳部35突出。在本实施方式中，3个球体6绕光轴L以120°间距配置。
如图4所示，在固体浸没式透镜2的第2锥形面22b的外缘部与支撑构件33的向内凸缘33a接触的状态下，在固体浸没式透镜2的第3球面22c与各球体6之间形成有间隙。由此，由于当固体浸没式透镜2朝上侧移动时，固体浸没式透镜2的第3球面22c与多个球体6接触，因此防止固体浸没式透镜2向此以上的上侧的移动，另一方面容许固体浸没式透镜2的摆动。如此，固持件3，在固体浸没式透镜2的第3球面22c与多个球体6接触的状态下，可摆动地保持固体浸没式透镜2。
可对各容纳部35的内表面(至少底面35a)，施加固化处理。各容纳部35的内表面为固持件3的表面中的、至少球体6接触的区域。固化处理是使固持件3的表面(在本实施方式中为各容纳部35的内表面)的硬度高于固持件3的内部(在本实施方式中为各突出部34的内部)的硬度的处理。例如，在各突出部34由铝或铝合金形成的情况下，可使用阳极氧化处理作为固化处理。优选为，对于固化处理，选择与形成各突出部34的材质相应的处理。
[半导体检查装置的图像取得方法的一例]
如图1所示，在半导体检查装置100中，通过未安装固体浸没式透镜单元1的物镜150，实施半导体器件S的观察部分的确定。该观察部分的确定是通过指示部132对外围控制器123的指示、及外围控制器123对移动机构114的驱动的控制而实施。
继而，切换为安装有固体浸没式透镜单元1的物镜150，实施该物镜150的修正环152的调整。该修正环152的调整是通过指示部132对外围控制器123的指示、及外围控制器123对修正环调整用电机153的驱动的控制而实施。具体而言，根据固体浸没式透镜2的特性(固体浸没式透镜2的各部的厚度及折射率等)、半导体器件S的基板厚度、半导体器件S的基板材料等，实施修正环152的调整。
继而，使固体浸没式透镜2的抵接面21a(参照图3)紧贴于半导体器件S的表面Sa。该固体浸没式透镜2的抵接面21a的紧贴是通过指示部132对外围控制器123的指示、及外围控制器123对移动机构114的驱动的控制而实施。
继而，实施安装有固体浸没式透镜单元1的物镜150的对焦。该物镜150的对焦是通过指示部132对外围控制器123的指示、及外围控制器123对移动机构114的驱动的控制而实施。
继而，实施半导体器件S的观察部分的观察。该观察部分的观察是通过指示部132对相机控制器121及LSM控制器122各自的指示、以及二维相机113及LSM单元115各自的动作的控制而实施。
如图6及图7所示，当欲使固体浸没式透镜2的抵接面21a紧贴于半导体器件S的表面Sa时，固体浸没式透镜2朝上侧移动，固体浸没式透镜2的第3球面22c与通过磁铁5的磁力而被可旋转地保持的球体6接触。此时，如图6所示，当半导体器件S的表面Sa相对于光轴L未倾斜(即，如果正交)时，固体浸没式透镜2几乎不摆动，固体浸没式透镜2的抵接面21a紧贴于半导体器件S的表面Sa。另一方面，如图7所示，当半导体器件S的表面Sa相对于光轴L倾斜时，固体浸没式透镜2欲以跟随半导体器件S的表面Sa的方式摆动，固体浸没式透镜2的第3球面22c与各球体6的表面点接触且各球体6旋转。其结果为，固体浸没式透镜2以跟随半导体器件S的表面Sa的方式顺滑地摆动。由此，能够使固体浸没式透镜2的抵接面21a紧贴于半导体器件S的表面。此外，作为半导体器件S的表面Sa相对于光轴L倾斜的主要原因，可举出表面Sa的研磨不良、或安装有半导体器件S的安装板的倾斜等。
[作用及效果]
在以上所说明的固体浸没式透镜单元1中，固体浸没式透镜2具有：第1透镜部21，其由第1材料形成；及第2透镜部22，其由具有比第1材料的折射率小的折射率的第2材料形成，并且结合于第1透镜部21。由此，由于可选择带隙比第1材料更宽的材料作为第2材料，因此与例如固体浸没式透镜2的整体由第1材料形成的情况比较，即使在使用短波长的光的情况下，也能够容易地确保透过固体浸没式透镜2的光的量。即，由于相对于对第1材料存在必须选择折射率高的材料的制约，对第2材料无此制约，因此选择自由度较高。因此，作为第2材料，可选择相比于第1材料，对短波长的光具有高透过率的材料。其结果为，在具备固体浸没式透镜单元1的半导体检查装置100中，LSM单元115的光源可输出在某一程度上被第1透镜部21(第1材料)吸收而另一方面不被第2透镜部22(第2材料)吸收(即，对于第2透镜部22透明)的波长频带的光。由此，不仅能够提高分辨率，也可进行利用在半导体器件S的伴随着光吸收的电荷的产生的各种测量。另外，第2透镜部22包含：面向第1透镜部21的凸状的第1球面21c的凹状的第2球面22a、及配置为面向物镜150的凸状的第3球面22c，并且固持件3的接触部40(球体6)与第3球面22c接触。由此，由于在比第1球面21c更宽广的第3球面22c，接触部40与固体浸没式透镜2接触，因此能够确保固体浸没式透镜2的视野。另外，由于第2透镜部22的折射率大于空气的折射率，因此例如与固体浸没式透镜2仅由第1透镜部21构成的情况比较，能够扩大固体浸没式透镜2的视野。因此，根据固体浸没式透镜单元1，可进行使用短波长的光的观察，并且能够确保固体浸没式透镜2的视野。
第1球面21c、第2球面22a及第3球面22c的曲率中心一致。由此，能够良好地观察半导体器件S。
抵接面21a为平坦面。由此，能够容易地使抵接面21a紧贴于半导体器件S的表面Sa。
抵接面21a在平行于物镜150的光轴L的方向上，相对于第2透镜部22，朝物镜150的相反侧突出。由此，能够避免因第2透镜部22与半导体器件S接触引起的观察精度的降低。即，在第1透镜部21与第2透镜部22之间的边界部分有可能产生应力集中，难以提高该边界部分的加工精度。因此，与固体浸没式透镜单元1不同，在采用不仅第1透镜部21的抵接面21a而且第2透镜部22也与半导体器件S接触的构成的情况下，由于例如边界部分略微突出，因此抵接面21a未良好地紧贴于半导体器件S的表面Sa，有可能观察精度降低。相对于此，在固体浸没式透镜单元1中，能够避免此事态，并且能够避免观察精度的降低。
构成第1透镜部21的第1材料为Si、GaAs、GaP、Ge、金刚石、SiC或GaN。由此，能够以高分辨率观察半导体器件S。
构成第2透镜部22的第2材料为玻璃、聚合物、蓝宝石、石英、氟化钙或氟化镁。如此，作为第2材料，能够选择折射率比第1材料低的材料。
接触部40由在面向第3球面22c的位置处被可旋转地保持的球体构成。虽然朝固体浸没式透镜2入射的光的一部分被球体6及保持球体6的结构(例如突出部34)遮挡，但在固体浸没式透镜单元1中，由于如上述那样，在比第1球面21c及第2球面22a更宽广的第3球面22c，球体6与固体浸没式透镜2接触，因此能够确保固体浸没式透镜2的视野。
[变形例]
在图8所示的第1变形例中，与固体浸没式透镜2的第3球面22c接触的接触部40由多个突出部34构成。各突出部34自开口32a的内表面朝向开口32a的中心延伸。各突出部34如图9所示，自平行于光轴L的方向观察，如以下那样地构成。各突出部34呈半径方向的长度比周向的长度更长的扇形状，其中心线34b以通过光轴L上的方式延伸。各突出部34的前端面34c形成曲面，位于以光轴L为中心的圆周R上。各突出部34与第3球面22c的接触位置位于圆周R上。
如图10(a)所示，在固体浸没式透镜2抵接于半导体器件S前的状态下，固持件3将固体浸没式透镜2保持为可在箭头Y方向摆动。固体浸没式透镜2由支撑构件33支撑。如果从该状态使抵接面21a抵接于半导体器件S的表面Sa，则如图10(b)所示那样，固体浸没式透镜2离开支撑构件33，第3球面22c与3个突出部34接触。此时，固体浸没式透镜2摆动或旋转，并且抵接面21a跟随并紧贴于半导体器件S的表面Sa。由此，获得固体浸没式透镜2与半导体器件S的良好的紧贴。其结果为，例如，即使在半导体器件S的表面Sa相对于光轴L倾斜的情况下，也可良好地观察半导体器件S。
根据第1变形例，也与上述实施方式同样地，可进行使用短波长的光的观察，并且能够确保固体浸没式透镜2的视野。另外，在第1变形例中，接触部40由自开口32a的内表面朝向开口32a的中心延伸的突出部34构成。虽然朝固体浸没式透镜2入射的光的一部分被突出部34遮挡，但由于如上述那样，在比第1球面21c更宽广的第3球面22c，突出部34与固体浸没式透镜2接触，因此能够确保固体浸没式透镜2的视野。
在图11所示的第2变形例中，第2透镜部22不包含周面22d，包含平坦面22e。平坦面22e与抵接面21a平行地延伸，与第1透镜部21的第1锥形面21b、及第2锥形面22b相连。通过设置平坦面22e，第2锥形面22b与第1锥形面21b未相连为同一平面。包含第2锥形面22b的假想圆锥的顶点位于比第1球面21c、第2球面22a及第3球面22c的曲率中心更靠下侧。在第2变形例中也为，第1透镜部21的抵接面21a，在平行于物镜150的光轴L的方向上，相对于第2透镜部22朝下侧(物镜150的相反侧)突出。根据第2变形例，也与上述实施方式同样地，可进行使用短波长的光的观察，并且能够确保固体浸没式透镜2的视野。
本公开并不限定于上述的实施方式及变形例。针对各构成的材料及形状并不限定于上述的材料及形状，可采用各种材料及形状。固体浸没式透镜2的形状并不限定于半球形状，例如也可为魏尔斯特拉斯形状。抵接面21a也可未必为平坦面。半导体器件S也可由金刚石、锗等其他的间接跃迁半导体构成。在基板材料为金刚石的情况下，自LSM单元115的光源输出例如紫外频带的光。在基板材料为锗的情况下，自LSM单元115的光源输出例如1.8μm程度的波长频带的红外光。
第1球面21c、第2球面22a及第3球面22c的曲率中心也可不一致。例如，在构成第1透镜部21的第1材料与半导体器件S的基板材料不同的情况下，第1球面21c、第2球面22a及第3球面22c的曲率中心可偏移，以修正第1透镜部21与半导体器件S之间的像差。
半导体检查装置100并不限定于使固体浸没式透镜2的抵接面21a从上侧抵接于半导体器件S的表面Sa的落射型装置，也可为使抵接面21a从下侧抵接于表面Sa的倒立型装置。在倒立型半导体检查装置100中，即使未使抵接面21a从下侧抵接于表面Sa，固体浸没式透镜2的第3球面22c也与球体6接触。在此情况下，也能够容易地使固体浸没式透镜2的抵接面21a紧贴于半导体器件S的表面。
符号说明
1…固体浸没式透镜单元、2…固体浸没式透镜、3…固持件、6…球体(接触部)、21…第1透镜部、21a…抵接面、21c…第1球面、22…第2透镜部、22a…第2球面、22c…第3球面、32a…开口、34…突出部(接触部)、40…接触部、100…半导体检查装置、111…载台、112…光学系统、113…二维相机(光检测器)、115a…光检测器、150…物镜、L…光轴、S…半导体器件(观察对象物)。
Claims (9)
1.一种固体浸没式透镜单元，其中，
具备：
固体浸没式透镜；及
固持件，其可摆动地保持所述固体浸没式透镜，
所述固体浸没式透镜具有：第1透镜部，其由第1材料形成；及第2透镜部，其由具有比所述第1材料的折射率小的折射率的第2材料形成，并且结合于所述第1透镜部，
所述第1透镜部包含：抵接于观察对象物的抵接面、及凸状的第1球面，
所述第2透镜部包含：面向所述第1球面的凹状的第2球面、及以面向物镜的方式配置的凸状的第3球面，
所述固持件具有：构成为可与所述第3球面接触的接触部。
2.根据权利要求1所述的固体浸没式透镜单元，其中，
所述第1球面、所述第2球面及所述第3球面的曲率中心一致。
3.根据权利要求1或2所述的固体浸没式透镜单元，其中，
所述抵接面为平坦面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的固体浸没式透镜单元，其中，
所述抵接面，在与所述物镜的光轴平行的方向上，相对于所述第2透镜部朝所述物镜的相反侧突出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的固体浸没式透镜单元，其中，
所述第1材料为Si、GaAs、GaP、Ge、金刚石、SiC或GaN。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的固体浸没式透镜单元，其中，
所述第2材料为玻璃、聚合物、蓝宝石、石英、氟化钙或氟化镁。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的固体浸没式透镜单元，其中，
所述接触部由在面向所述第3球面的位置处被可旋转地保持的球体构成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的固体浸没式透镜单元，其中，
在所述固持件，形成有：在内部配置有所述第2透镜部的开口，
所述接触部由从所述开口的内表面朝向所述开口的中心延伸的突出部构成。
9.一种半导体检查装置，其中，
具备：
载台，其载置有作为所述观察对象物的半导体器件；
光学系统，其使来自所述半导体器件的光通过；及
光检测器，其检测通过所述光学系统的所述光，
所述光学系统具有：
物镜；及
权利要求1至8中任一项所述的固体浸没式透镜单元。
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