JPWO2011162261A1 - 固浸レンズを吸着する吸着器を用いる半導体デバイスの観察方法 - Google Patents

固浸レンズを吸着する吸着器を用いる半導体デバイスの観察方法 Download PDF

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Abstract

吸着器１０は、半導体デバイスＤが形成された半導体ウエハＷが配置される第１の面１３と、第１の面１３の反対側の面である第２の面１４とを有し、第１の面１３と第２の面１４とを貫通する貫通孔１５が形成された本体部と、半導体デバイスＤからの光が入射される光入射面１６と、光入射面１６から入射した光が出射される光出射面１７とを有し、貫通孔１５に嵌合された光透過部と、を備える。そして、第１の面１３には、半導体ウエハＷを真空吸着して半導体デバイスＤを光入射面１６に固定するための第１の吸着溝１３ａが形成されており、第２の面１４には、固浸レンズＳを真空吸着して光出射面１７に固定するための第２の吸着溝１４ａが形成されている。

Description

本発明は、吸着器、半導体デバイス観察装置、及び半導体デバイス観察方法に関する。
近年、半導体デバイスの微細化が進んでいる。このため、半導体デバイスの故障解析を行うべく半導体デバイスを観察する際に、解像度を向上させるために固浸レンズを用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の故障解析装置では、半導体デバイスが形成された半導体ウエハを載置するための解析用プレートに、略半球状の固浸レンズが一体的に形成されている。
特開２００８−１４１２０７号公報
ところで、半導体デバイスの故障解析を行う場合、先ず固浸レンズを用いない低倍率での半導体デバイスの観察を行って故障箇所を検出し、その後に固浸レンズを用いた高倍率での当該故障箇所の観察を行うことが望ましい。
しかしながら、特許文献１に記載の故障解析装置においては、上述したように、半導体ウエハを載置するための解析用プレートと固浸レンズとが一体的に形成されているので、固浸レンズを着脱するためには、解析用プレート全体を着脱する必要がある。このため、この故障解析装置では、固浸レンズを用いない低倍率での観察と、固浸レンズを用いる高倍率での観察とを変更することが困難であった。
そこで、本発明は、半導体デバイスの低倍率での観察と高倍率での観察との変更を容易に行うことを可能とする吸着器、半導体デバイス観察装置、及び半導体デバイス観察方法を提供することを課題とする。
本発明の一側面は吸着器に関する。この吸着器は、固浸レンズを用いて半導体デバイスの観察を行う半導体デバイス観察装置に用いられる吸着器であって、半導体デバイスが形成された半導体ウエハが配置される第１の面と、該第１の面の反対側の面である第２の面とを有し、第１の面と第２の面とを貫通する貫通孔が形成された本体部と、半導体デバイスからの光が入射される光入射面と、光入射面から入射した光が出射される光出射面とを有し、光入射面が第１の面側に露出し、且つ、光出射面が第２の面側に露出するように貫通孔に嵌合された光透過部と、を備え、第１の面には、半導体ウエハを真空吸着して半導体デバイスを光入射面に固定するための第１の吸着溝が形成されており、第２の面には、固浸レンズを真空吸着して光出射面に固定するための第２の吸着溝が形成されていることを特徴とする。
この吸着器によれば、第１の吸着溝を用いた真空吸着によって半導体デバイスを光入射面に吸着固定しつつ、第２の吸着溝を用いた真空吸着により固浸レンズを光出射面に吸着固定することができる。また、同様にして半導体デバイスを光入射面に吸着固定しつつ、第２の吸着溝を用いた真空吸着を止めることにより、固浸レンズの吸着固定を解除することもできる。このように、この吸着器によれば、観察対象となる半導体デバイスを光入射面に吸着固定しつつ固浸レンズの着脱を容易に行うことができる。したがって、この吸着器によれば、固浸レンズを用いない低倍率での半導体デバイスの観察と、固浸レンズを用いる高倍率での半導体デバイスの観察とを容易に変更可能となる。特に、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの観察において有効である。
本発明の一側面に係る吸着器においては、第２の面には固浸レンズを配置するための凹部が形成されており、貫通孔は凹部の底面に形成されており、光出射面は凹部の底面よりも第２の面側へ突出するように位置しており、第２の吸着溝は、凹部の底面上における貫通孔の縁部に沿って形成されているものとすることができる。この場合、固浸レンズと光出射面との距離を短くできるので、固浸レンズと光透過部との間におけるエバネッセント結合を確実に実現できる。また、真空吸着により固浸レンズを光出射面に固定したときに、固浸レンズの底面と凹部の底面とが離間するので（即ち、第２の吸着溝が閉じられないので）、真空吸着を止めることにより、固浸レンズの吸着固定を容易に解除できる。
また、本発明の一側面に係る吸着器においては、光透過部は、半導体デバイスの基板を構成する材料の屈折率と略同一の屈折率の材料からなるものとすることができる。この場合、屈折率差から生じる収差を抑えることができる。
さらに、本発明の一側面に係る吸着器は、本体部を冷却するための冷却手段をさらに備えることができる。この場合、半導体デバイス及び固浸レンズの過熱を防止することができる。その結果、半導体デバイスの正常動作を実現でき、尚且つ、固浸レンズの屈折率が変化することを防止できる。
本発明の別の側面は、半導体デバイス観察装置に関する。この半導体デバイス観察装置は、固浸レンズを用いて半導体デバイスの観察を行う半導体デバイス観察装置であって、上記の吸着器と、光透過部を透過した光を導光する導光光学系と、導光光学系により導光された光を撮像する撮像手段と、を備えることを特徴とする。
この半導体デバイス観察装置は、上記の吸着器を備えているので、固浸レンズを用いない低倍率での半導体デバイスの観察と、固浸レンズを用いる高倍率での半導体デバイスでの観察とを容易に変更できる。特に、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの観察において有効である。
本発明の別の側面に係る半導体デバイス観察装置においては、導光光学系は、所定の倍率の第１の対物レンズと、所定の倍率よりも高い倍率の第２の対物レンズと、第１の対物レンズと第２の対物レンズとを切り替える対物レンズ切替手段と、を有し、第２の対物レンズには、その光軸の方向に沿って移動可能に固浸レンズが取り付けられているものとすることができる。この場合、固浸レンズが、高倍率の第２の対物レンズに対して、その光軸方向に沿って移動可能とされている。このため、固浸レンズを吸着固定した後においても、第２の対物レンズを移動させてフォーカス位置を調整できる。
また、本発明の別の側面に係る半導体デバイス観察装置は、半導体デバイスに電圧を印加するための電圧印加手段をさらに備えることができる。
本発明の更なる別の側面は、半導体デバイス観察方法に関する。この半導体デバイス観察方法は、半導体ウエハに形成された半導体デバイスを観察する半導体デバイス観察方法であって、吸着器の光透過部の光入射面上に配置された半導体デバイスの所定の箇所に電圧を印加する電圧印加工程と、半導体デバイスから発せられ光透過部を透過する光を、光透過部の光入射面の反対側の光出射面側に配置した第１の対物レンズを用いて観察することにより、半導体デバイスにおける観察対象箇所を検出する検出工程と、第１の対物レンズの倍率よりも高い倍率の第２の対物レンズと、第２の対物レンズに取り付けられた固浸レンズとを、光出射面側において、検出工程で検出された観察対象箇所に位置合わせする位置合わせ工程と、真空吸着により固浸レンズを光出射面に固定する吸着固定工程と、第２の対物レンズの光軸方向に沿っての第２の対物レンズの位置を調整することにより第２の対物レンズのフォーカスを調整するフォーカス調整工程と、第２の対物レンズを用いて観察対象箇所の画像を取得する画像取得工程と、を含むことを特徴とする。
この半導体デバイス観察方法では、固浸レンズを用いずに低倍率の第１の対物レンズにより半導体デバイスの観察を行って観察対象箇所を検出し、その後に、固浸レンズを吸着器の光出射面に吸着固定して、高倍率の第２の対物レンズにより半導体デバイスの観察対象箇所の観察を行う。このように、この半導体デバイス観察方法によれば、固浸レンズを用いない低倍率での半導体デバイスの観察と、固浸レンズを用いる高倍率での半導体デバイスの観察とを容易に変更できる。特に、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの観察において有効である。
本発明の更なる別の側面に係る半導体デバイス観察方法においては、電圧印加工程では、半導体ウエハを真空吸着することにより半導体デバイスが光入射面に固定された状態で半導体デバイスに電圧を印加し、検出工程では、半導体デバイスからの光を第１の対物レンズと光透過部との位置関係を調節しながら観察することにより、観察対象箇所を検出することができる。
この場合、半導体デバイスが光入射面に吸着固定された状態で半導体デバイスに電圧を印加し、第１の対物レンズと光透過部との位置関係を調節しながら半導体デバイスを観察する。このため、この半導体デバイス観察方法は、光透過部の幅が半導体デバイスの幅に対して比較的大きい場合に、効果的に適用することができる。そして、そのような場合には、半導体デバイスの観察対象箇所を検出するときに、半導体デバイスと光透過部との間の位置関係を変更する必要がないので、観察対象箇所の特定が容易となる。
また、本発明の更なる別の側面に係る半導体デバイス観察方法は、検出工程と位置合わせ工程との間において、吸着器からの空気の吹出によって半導体ウエハを吸着器に浮上保持し、吸着器を半導体デバイスに対して相対的に移動させて、光透過部を検出工程で検出された観察対象箇所に位置合わせし、半導体ウエハを真空吸着することにより半導体デバイスを光入射面に固定する吸着器移動工程をさらに備え、位置合わせ工程では、第２の対物レンズと固浸レンズとを光透過部が位置合わせされた観察対象箇所に位置合わせすることができる。
この場合、半導体ウエハを吸着器に浮上保持し、光透過部を半導体デバイスに対して相対的に移動させて、光透過部を観察対象箇所に位置合わせする。このため、この半導体デバイス観察方法は、光透過部の幅が半導体デバイスの幅に対して比較的小さい場合に、効果的に適用することができる。そして、そのような場合には、光入射面と半導体デバイスとの接触面積や、光出射面と固浸レンズとの接触面積が比較的小さいので、半導体デバイス及び固浸レンズの吸着効率が高くなる。このため、半導体デバイスと光入射面との界面及び光出射面と固浸レンズとの界面において、確実にエバネッセント結合を実現することができる。
また、本発明の更なる別の側面に係る半導体デバイス観察方法においては、位置合わせ工程では、吸着器からの空気の吹出によって半導体ウエハを吸着器に浮上保持し、吸着器と第２の対物レンズと固浸レンズとを一体的に移動させることによって、光透過部と第２の対物レンズと固浸レンズとを観察対象箇所に位置合わせすることができる。この場合、吸着器と第２の対物レンズと固浸レンズとを一体的に移動させて観察対象箇所に位置合わせするので、複数の観察対象箇所を容易に観察することができる。
さらに、本発明の更なる別の側面に係る半導体デバイス観察方法においては、吸着固定工程では、固浸レンズを第２の対物レンズの光軸方向に移動させることにより固浸レンズを光出射面に接触させた後に、真空吸着により固浸レンズを光出射面に固定することができる。この場合、固浸レンズを光出射面に接触させた後に吸着固定するので、固浸レンズの位置ずれを防止することができる。
本発明によれば、半導体デバイスの低倍率での観察と高倍率での観察との変更を容易に行うことを可能とする吸着器、半導体デバイス観察装置、及び半導体デバイス観察方法を提供することができる。
本発明に係る吸着器の一実施形態の構成を示す断面図である。 図１に示された吸着器の平面図である。 図１に示された吸着器の部分拡大図である。 図１に示された吸着器の変形例を示す部分拡大図である。 本発明に係る半導体デバイス観察装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。 図５に示された高倍率対物レンズの部分拡大図である。 図６に示されたレンズカバーの構成を示す平面図である。 図５に示されたコントロール部の機能的な構成を示すブロック図である。 図５に示された高倍率対物レンズの変形例を示す部分拡大図である。 本発明に係る吸着器の他の実施形態の構成を示す断面図である。 本発明に係る半導体デバイス観察方法の第１実施形態の工程を示すフローチャートである。 本発明に係る半導体デバイス観察方法の第１実施形態の一部の工程を模式的に示す図である。 本発明に係る半導体デバイス観察方法の第２実施形態の工程を示すフローチャートである。 本発明に係る半導体デバイス観察方法の第２実施形態の一部の工程を模式的に示す図である。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る吸着器、それを備える半導体デバイス観察装置、及び、半導体デバイス観察方法の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面における各部の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。
［吸着器の実施形態］
先ず、本発明に係る吸着器の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る吸着器の一実施形態の構成を示す断面図であり、図２（ａ）は、図１に示された吸着器の第１の面の側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図１に示された吸着器の第２の面の側から見た平面図である。また、図３は、図１に示された領域Ａの拡大図である。なお、図２，３においては、半導体ウエハが省略されている。図１〜３に示されるように、吸着器１０は本体部１１と光透過部１２とを備えている。吸着器１０は、例えば、固浸レンズ（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）を用いて半導体デバイスの観察を行う半導体デバイス観察装置に用いることができる。
本体部１１は、半導体デバイスＤが形成された半導体ウエハＷが配置される第１の面１３を有している。半導体ウエハＷは、第１の面１３上において、図２（ａ）の一点鎖線で示される配置位置Ｐ１に配置される。また、本体部１１は、第１の面１３の反対側に第２の面１４を有している。さらに、本体部１１には、第１の面１３と第２の面１４とを貫通する貫通孔１５が形成されている。本体部１１は円盤状をなしており、貫通孔１５は本体部１１の略中央部においてその内壁が円筒形状に形成されている。なお、本体部１１の形状は円盤状に限らない。また、貫通孔１５は、その内壁が円筒形状のものに限らない。
光透過部１２は、貫通孔１５に嵌合され、接着剤等で固定されている。また、光透過部１２は、第１の面１３上に配置された半導体デバイスＤからの光が入射される光入射面１６と、光入射面１６から入射した光が出射される光出射面１７とを有している。光入射面１６と光出射面１７とは互いに対向している。したがって、光透過部１２は、光入射面１６及び光出射面１７を両端面として規定される円柱形状をなしている。なお、光透過部１２の形状は、円柱形状に限らない。
光入射面１６は、第１の面１３側に露出している。また、光入射面１６は、第１の面１３と面一とされている。したがって、第１の面１３上に半導体ウエハＷが配置されると、その半導体ウエハＷの所定の半導体デバイスＤが、光入射面１６上に配置されることとなる。光出射面１７は、第２の面１４側に露出している。したがって、半導体デバイスＤからの光は、光透過部１２を介して吸着器１０を透過する。
ここで、本体部１１の第１の面１３には、第１の面１３に配置された半導体ウエハＷを真空吸着して、半導体デバイスＤを光入射面１６に吸着固定するための第１の吸着溝１３ａが複数（ここでは２つ）形成されている。これらの第１の吸着溝１３ａは、第１の面１３の縁部と同心の円環状に形成されている。第１の吸着溝１３ａの各々は、本体部１１の外縁近傍において第２の面１４上に設けられた複数の吸着口Ｂの少なくとも一つに連通しており、その吸着口Ｂに接続される真空ポンプ等によってその内部が真空引きされる。この場合、半導体ウエハＷの形状や大きさに合わせて、真空吸着に用いる第１の吸着溝１３ａを選択できる構成にしてもよい。また、第１の吸着溝１３ａの形状は、円環状に限らない。
また、本体部１１の第２の面１４には、固浸レンズＳを配置するための第１の凹部１８が形成されている。固浸レンズＳは、図２（ｂ）において一点鎖線で示される配置位置Ｐ２に配置される。第１の凹部１８は、第２の面１４の縁部と同心の円柱形状に形成されている。第１の凹部１８の底面１８ａには、同じく第２の面１４の縁部と同心の円柱形状をなす第２の凹部１９が形成されている。したがって、本体部１１には、第１の凹部１８の底面１８ａと、第２の凹部１９の底面１９ａと、第２の凹部１９の側面１９ｂとによって、段差部２０が形成されている。なお、上記の貫通孔１５は、第２の凹部１９の底面１９ａに形成されている。そして、貫通孔１５に嵌合された光透過部１２は、第２の凹部１９の底面１９ａから第２の面１４に向けて突出している。
ここで、本体部１１の第２の面１４には、固浸レンズＳを真空吸着することにより、固浸レンズＳの平面部である底面Ｓａを光出射面１７に密着させて固定するための第２の吸着溝１４ａが形成されている。光透過部１２は、第２の吸着溝１４ａの内側に配置されている。より具体的には、第２の吸着溝１４ａは、光透過部１２の側面１２ａと、第２の凹部１９の内面である底面１９ａ及び側面１９ｂとによって、貫通孔１５の縁部に沿って環状に形成されている。このような第２の吸着溝１４ａは、第１の吸着溝１３ａが連通された吸着口Ｂとは異なる吸着口Ｂに連通しており、この吸着口Ｂに接続される真空ポンプ等によってその内部が真空引きされる。ここで、光透過部１２は、第１の凹部１８の底面１８ａから第２の面１４に向けて突出している。詳細には、光出射面１７は、第１の凹部１８の底面１８ａ、即ち段差部２０の上面２０ａよりも、距離Ｔだけ第２の面１４側に位置している。したがって、光出射面１７に固浸レンズＳを配置したとき、固浸レンズＳの底面Ｓａと第１の凹部１８の底面１８ａとが離間する（即ち、第２の吸着溝１４ａが閉じられない）こととなる。このため、第２の吸着溝１４ａの内部を真空引きすることにより、第２の吸着溝１４ａの内部と外部との間に気圧差が生じて、固浸レンズＳが光出射面１７に吸着固定される。つまり、ここでの「真空吸着」は、気密に構成された溝の真空引きによる吸着に加えて、このように閉じられていない溝の真空引きによる吸着を含む。
なお、本体部１１は、例えば、熱伝導性が良く加工が容易なＣｕにより構成することができる。この場合、本体部１１上に配置された半導体ウエハの発熱を吸熱（放熱）することができる。また、光透過部１２は、半導体デバイスＤの基板を構成する材料の屈折率と略同一の屈折率の材料（半導体デバイスＤの基板がＳｉの場合、例えばＳｉ、ＧａＰ及びＧａＡｓ等）からなるものとすることができる。ここで、屈折率が略同一とは、互いの屈折率の差が例えば５％以内であることを意味するが、達成される開口数ＮＡにより適宜変更されてもよい。このように、半導体デバイスＤの基板の材料と略同一の屈折率の材料により光透過部１２を構成すれば、開口数ＮＡを高めることができる。
特に、半導体デバイスＤの基板がＳｉである場合には、光透過部１２もＳｉからなることが好ましく、半導体デバイスＤの基板がＧａＡｓである場合には、光透過部１２もＧａＡｓからなることが好ましい。つまり、半導体デバイスＤの基板を構成する材料と同じ材料により光透過部１２を構成することが好ましい。
なお、光透過部１２及び固浸レンズＳが共に屈折率３．２のＧａＰであって、Ｓｉからなる半導体デバイスＤの基板の厚さが１００μｍの場合、全体の開口数ＮＡが２．３となる。また、光透過部１２及び固浸レンズＳが共に屈折率３．４５のＧａＡｓであって、Ｓｉからなる半導体デバイスＤの基板の厚さが８００μｍの場合、全体の開口数ＮＡが２．４５となる。
以上説明したように、本実施形態に係る吸着器１０によれば、第１の吸着溝１３ａを用いた真空吸着によって半導体デバイスＤを光入射面１６に吸着固定しつつ、第２の吸着溝１４ａを用いた真空吸着により固浸レンズＳを光出射面１７に吸着固定することができる。また、同様にして半導体デバイスＤを光入射面１６に吸着固定しつつ、第２の吸着溝１４ａを用いた真空吸着を止めることにより、固浸レンズＳの吸着固定を解除して、固浸レンズＳを光出射面１７から取り外すことができる。このように、吸着器１０によれば、観察対象となる半導体デバイスＤを光入射面１６に吸着固定しつつ固浸レンズＳの着脱を容易に行うことができる。したがって、吸着器１０によれば、固浸レンズＳを用いない低倍率での半導体デバイスＤの観察と、固浸レンズＳを用いる高倍率での半導体デバイスＤの観察とを容易に変更可能となる。
ところで、固浸レンズＳと光透過部１２との間でエバネッセント結合を実現させるためには、固浸レンズＳの底面Ｓａと光出射面１７との間の距離が、観察光の波長の１０分の１以下となるように、固浸レンズＳの底面Ｓａと光出射面１７とを密着させる必要がある。本実施形態に係る吸着器１０においては、光出射面１７が、第１の凹部１８の底面１８ａ（即ち段差部２０の上面２０ａ）よりも第２の面１４側へ突出するように位置している。このため、第２の吸着溝１４ａを用いて固浸レンズＳを光出射面１７に吸着固定する際に、第２の吸着溝１４ａの縁部が固浸レンズＳの底面Ｓａに接触することが避けられる。その結果、固浸レンズＳの底面Ｓａと光出射面１７とが十分に密着可能であり、エバネッセント結合を確実に実現することができる。また、固浸レンズＳの底面Ｓａと第１の凹部１８の底面１８ａとが離間しているので（即ち、第２の吸着溝１４ａが閉じられていないので）、第２の吸着溝１４ａを用いた真空吸着を止めることにより、固浸レンズＳの吸着固定を容易に解除できる。
なお、吸着器１０においては、段差部２０を形成する替わりに、図４に示されるように、弾性を有する材料（例えばゴム等）からなる環状の封止部材２１を第１の凹部１８の底面１８ａに配置してもよい。このとき、封止部材２１の上面２１ａは、光出射面１７よりも第２の面１４側に位置している。この場合、光出射面１７に固浸レンズＳを配置したときに第２の吸着溝１４ａの気密性が高まるので（即ち、第２の吸着溝１４ａが閉じられるので）、固浸レンズＳを効率的に吸着可能となる。また、第２の吸着溝１４ａを用いた真空吸着を止めた際、固浸レンズＳの底面Ｓａが、封止部材２１の弾性により第２の面１４側に浮くため、固浸レンズＳの吸着固定を容易に解除できる。
また、吸着器１０は、本体部１１を冷却するための冷却手段をさらに備えることができる。この場合、半導体デバイスＤ及び固浸レンズＳの過熱を防止することができる。その結果、半導体デバイスＤの正常動作を実現でき、尚且つ、固浸レンズＳの屈折率が変化することを防止できる。
［半導体デバイス観察装置の実施形態］
次に、本発明に係る半導体デバイス観察装置の実施形態について説明する。図５は、本発明に係る半導体デバイス観察装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。図５に示されるように、半導体デバイス観察装置１００は、吸着装置部３０とテスタ（電圧印加手段）４０と光学装置部５０とコントロール部７０とを備えている。半導体デバイス観察装置１００は、例えば、半導体デバイスの故障解析のために固浸レンズを用いて半導体デバイスを観察する場合等に用いることができる。
吸着装置部３０は、上述した吸着器１０を有している。吸着器１０には、当該半導体デバイス観察装置１００の観察対象である半導体デバイスＤが形成された半導体ウエハＷが配置される。吸着装置部３０は、吸着器１０をＸ−Ｙ方向（光入射面１６及び光出射面１７の延在方向）に駆動するための吸着器駆動機構３１と、第１の面１３上に配置された半導体ウエハＷを吸着固定するためのウエハ吸着固定部３２とをさらに有している。ウエハ吸着固定部３２は、吸着器１０に対する半導体ウエハＷの位置決め等に用いることができる。
また、吸着器１０は、本体部１１を冷却するための水冷ジャケット（冷却手段）２２をさらに有している。水冷ジャケット２２は、第２の面１４上に設けられている。水冷ジャケット２２は、環状に形成された冷媒流路２２ａを有しており、この冷媒流路２２ａに冷媒チラーＣから供給される冷媒を流通させることにより、本体部１１を冷却する。
また、第１の吸着溝１３ａ及び第２の吸着溝１４ａには、吸着口Ｂ及びバルブＥを介して真空ポンプＶが接続されている。また、ウエハ吸着固定部３２についても、同様にバルブＥを介して真空ポンプＶが接続されている。さらに、第１の吸着溝１３ａには、バルブＥを介してエアコンプレッサＦが接続されている。これらのバルブＥは、例えば電磁バルブとすることができる。
テスタ４０は、第１の面１３に配置された半導体ウエハＷの半導体デバイスＤに対して電圧を印加する。より具体的には、テスタ４０は、半導体デバイスＤの観察に必要な電気信号を生成し、生成した電気信号をプローブカード４１及びプローブ針４２を介して半導体デバイスＤに与える。
光学装置部５０は、光透過部１２を透過した光を導光する導光光学系５１と、導光光学系５１により導光された光を検出・撮像する検出器（撮像手段）５２と、導光光学系５１をＸ−Ｙ方向及びそれに直交するＺ方向（導光光学系５１の光軸Ｌに沿った方向）に駆動するためのＸＹＺステージ５３と、を有している。
導光光学系５１は、光透過部１２を透過した光が入射される低倍率対物レンズ（第１の対物レンズ）５４ａ及び高倍率対物レンズ（第２の対物レンズ）５４ｂと、低倍率対物レンズ５４ａと高倍率対物レンズ５４ｂとを切り替えるためのレンズターレット（対物レンズ切替手段）５５と、低倍率対物レンズ５４ａ及び高倍率対物レンズ５４ｂからの光を結像させる結像レンズ５６と、を含む。
高倍率対物レンズ５４ｂは、低倍率対物レンズ５４ａの倍率よりも高い倍率を有している。また、高倍率対物レンズ５４ｂには、少なくともその光軸Ｌに沿って移動可能に、固浸レンズＳが取り付けられている。固浸レンズＳが高倍率対物レンズ５４ｂに取り付けられた様子を図６に示す。
図６に示されるように、ここでの固浸レンズＳは、略半球状の第１の部分Ｓ１と、テーパ形状を有する第２の部分Ｓ２とからなる。高倍率対物レンズ５４ｂの先端部５４ｃには、そのような固浸レンズＳを保持するためのレンズホルダ６０が取り付けられている。レンズホルダ６０の先端部６０ａの内面６０ｂは、固浸レンズＳの第２の部分Ｓ２のテーパ形状に合わせて傾斜している。このため、レンズホルダ６０に保持された固浸レンズＳは、レンズホルダ６０に対して固定されず、また、その底面Ｓａがレンズホルダ６０の先端部６０ａから突出された状態で保持され、高倍率対物レンズ５４ｂの光軸Ｌにほぼ沿って移動可能となっている。
さらに、レンズホルダ６０には、固浸レンズＳの高倍率対物レンズ５４ｂに向かう方向への移動を規制するレンズカバー６１が設けられている。したがって、固浸レンズＳは、レンズホルダ６０の先端部６０ａの内面６０ｂとレンズカバー６１との間に保持されることとなる。
このレンズカバー６１は、観察光を透過する材料からなる場合には、例えば、図７（ａ）に示されるような円盤状のものとすることができる。また、レンズカバー６１は、観察光を透過しない材料からなる場合には、例えば、図７（ｂ）に示されるように、円環状の縁部６１ａと縁部６１ａに架け渡された支持部６１ｂとによって光透過口６１ｃを設けた形状とすることができる。
コントロール部７０は、吸着装置部３０、光学装置部５０、及び各バルブＥを制御するための電子制御ユニットである。このようなコントロール部７０は、機能的には、図８に示されるように、バルブコントロール部７１、ステージコントロール部７２、検出器コントロール部７３、ＳＩＬコントロール部７４、レンズターレットコントロール部７５、及び、チャックコントロール部７６を有している。
バルブコントロール部７１は、各バルブＥの開閉を制御する。より具体的には、バルブコントロール部７１は、半導体ウエハＷを第１の面１３に吸着固定する際には、第１の吸着溝１３ａと真空ポンプＶとの間に配置されたバルブＥを開いて第１の吸着溝１３ａ内を真空引きし、半導体ウエハＷの吸着固定を解除する際にはこのバルブＥを閉じる。また、バルブコントロール部７１は、固浸レンズＳを光出射面１７に吸着固定する際には、第２の吸着溝１４ａと真空ポンプとの間に配置されたバルブＥを開いて第２の吸着溝１４ａ内を真空引きし、固浸レンズＳの吸着固定を解除する際にはこのバルブＥを閉じる。
また、バルブコントロール部７１は、ウエハ吸着固定部３２を用いて半導体ウエハＷを吸着固定する際には、ウエハ吸着固定部３２と真空ポンプＶとの間に配置されたバルブＥを開き、吸着固定を解除する際にはこのバルブＥを閉じる。さらに、バルブコントロール部７１は、半導体ウエハＷを吸着器１０から浮上させる際には、第１の吸着溝１３ａとエアコンプレッサＦとの間のバルブＥを開いて第１の吸着溝１３ａから圧縮空気を吹出させ、半導体ウエハＷの浮上を止める際にはこのバルブＥを閉じる。
ステージコントロール部７２は、ＸＹＺステージ５３を制御し、導光光学系５１をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させる。チャックコントロール部７６は、吸着器駆動機構３１を制御し、吸着器１０をＸ−Ｙ方向に移動させる。
検出器コントロール部７３は、検出器５２を制御する。より具体的には、検出器コントロール部７３は、検出器５２としてのカメラや、レーザスキャンイメージング装置の制御を行う。ここでのカメラとしては、例えば、ＣＣＤカメラ、ＩｎＧａＡｓカメラ、ＭＣＴカメラ、及びＣＭＯＳカメラ等が挙げられる。また、この検出器コントロール部７３では、検出器５２で検出される光量に合わせてゲインやオフセット、或いは積算時間等をコントロールすることができる。
ＳＩＬコントロール部７４は、高倍率対物レンズ５４ｂに取り付けられた固浸レンズＳの動作についての制御を行う。より具体的には、ＳＩＬコントロール部７４は、固浸レンズＳを、光出射面１７に真空吸着すべく光出射面１７に押し当てる際に、固浸レンズＳが損傷しないように固浸レンズＳの移動量を制限したり、固浸レンズＳが光出射面１７に接触したことを感知して、バルブコントロール部７１の制御により固浸レンズＳの真空吸着を始められるようにしたりする。
レンズターレットコントロール部７５は、レンズターレット５５を回転させることにより、低倍率対物レンズ５４ａと高倍率対物レンズ５４ｂとを切り替えて、所望の倍率を選択する。レンズターレットコントロール部７５は、レンズターレット５５のどこにどの倍率の対物レンズが設けられているかを予め記憶することで、所望の倍率の選択を可能とする。また、レンズターレットコントロール部７５は、レンズターレット５５の回転方向を一定の方向に制限することにより、バックラッシュの影響に起因する位置制度の低下を防止する。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体デバイス観察装置１００は、吸着器１０を備えているので、コントロール部７０の制御の下、固浸レンズＳを用いない低倍率での半導体デバイスＤの観察（即ち低倍率対物レンズ５４ａによる観察）と、固浸レンズＳを用いる高倍率での半導体デバイスＤの観察（即ち高倍率対物レンズ５４ｂによる観察）とを容易に変更できる。
なお、高倍率対物レンズ５４ｂに固浸レンズＳを移動可能に取り付けるための構成は、レンズホルダ６０に限定されない。高倍率対物レンズ５４ｂに固浸レンズＳを取り付ける場合には、例えば、図９に示される構成とすることができる。この場合、高倍率対物レンズ５４ｂの先端部５４ｃには、レンズホルダ６０に替えてレンズホルダ６５が取り付けられている。このレンズホルダ６５は、複数（例えば３つ）の保持片６７を有している。
保持片６７には、その先端部６７ａにおいて、固浸レンズＳの第１の部分Ｓ１の曲率と略同一の曲率を有するレンズ受け面６７ｂが形成されており、固浸レンズＳは、このレンズ受け面６７ｂに配置される。また、保持片６７の先端部６７ａには、レンズ受け面６７ｂに配置された固浸レンズＳを係止するための係止片６８が配設されている。係止片６８は、その内面６８ａが固浸レンズＳの第２の部分Ｓ２のテーパ形状に合わせて傾斜している。このため、固浸レンズＳは、光透過部１２の光出射面１７に接触すると、その底面Ｓａが光出射面１７に倣うように回転しながら（回りながら）、保持片６７により、固浸レンズＳの中心軸が保持片６７の半径の軸に保持されるように移動する。また、高倍率対物レンズ５４ｂは、光軸Ｌに沿って移動可能となっており、半導体デバイスＤの観察位置に対する焦点位置合わせを行う際、半導体デバイスＤに対する高倍率対物レンズ５４ｂの相対位置を変位させることで調整する。
ここで、図１０は、本発明に係る吸着器の他の実施形態の構成を示す断面図である。本実施形態に係る半導体デバイス観察装置１００は、上述した吸着器１０に替えて、この図１０に示される吸着器１０Ａを備えることができる。吸着器１０Ａは、本体部１１Ａと光透過部１２Ａとを備えている。本体部１１Ａは、吸着器１０の本体部１１と同様の材料（例えばＣｕ）より構成することができる。光透過部１２Ａは、吸着器１０の光透過部１２と同様の材料（例えばＳｉ、ＧａＰ、ＧａＡｓ等）より構成することができる。
本体部１１Ａは、吸着器１０の本体部１１と同様に、半導体デバイスＤが形成された半導体ウエハＷが配置される第１の面１３を有している。本体部１１Ａは、第１の面１３と反対側に第２の面１４Ａを有している。本体部１１Ａには、第１の面１３と第２の面１４Ａとを貫通する貫通孔１５Ａが形成されている。本体部１１Ａは、円盤状をなしており、貫通孔１５Ａは本体部１１Ａの略中央部に配置されている。貫通孔１５Ａは、第１の面１３から第２の面１４Ａに向かう方向に拡径する円錐台状を呈している。
光透過部１２Ａは、貫通孔１５Ａに嵌合されて固定されている。光透過部１２Ａは、第１の面１３上に配置された半導体デバイスＤからの光が入射される光入射面１６Ａと、光入射面１６Ａから入射した光が出射される光出射面１７Ａとを有している。光入射面１６Ａと光出射面１７Ａとは互いに対向している。したがって、光透過部１２Ａは、光入射面１６Ａおよび光出射面１７Ａを両端面として規定される円錐台状を呈している。
光入射面１６Ａは、第１の面１３側に露出している。また、光入射面１６Ａは、第１の面１３と面一とされている。したがって、第１の面１３上に半導体ウエハＷが配置されると、その半導体ウエハＷの所定の半導体デバイスＤが、光入射面１６Ａに配置されることとなる。光出射面１７Ａは、第２の面１４Ａ側に露出している。したがって、半導体デバイスＤからの光は、光透過部１２Ａを介して吸着器１０Ａを透過する。なお、光出射面１７Ａは、第２の面１４Ａと面一とされている。
この吸着器１０Ａを用いる場合には、固浸レンズＳに替えて、図１０に示される固浸レンズＳＡを用いることができる。固浸レンズＳＡは、半球状の本体部ＳＡ１と、平板状の鍔部ＳＡ２とからなる。鍔部ＳＡ２は、本体部ＳＡ１の側面の裾部において本体部ＳＡ１に固定されており、本体部ＳＡ１と一体に移動可能とされている。本体部ＳＡ１及び鍔部ＳＡ２は、半導体デバイスＤからの光を透過する材料からなる。また、鍔部ＳＡ２の主面ＳＡ２１及び裏面ＳＡ２２は、鍔部ＳＡ２を透過する光束に歪を与えないように、鏡面様に研磨されている。鍔部ＳＡ２の形状は、例えば円盤状とすることができる。なお、固浸レンズＳは高倍率低物レンズ５４ｂに取り付けられていたが、固浸レンズＳＡは高倍率対物レンズ５４ｂに取り付けられておらず、高倍率対物レンズ５４ｂと別体とされている。
吸着器１０Ａは、このような固浸レンズＳＡを第２の面１４Ａに吸着固定するための構成を有している。すなわち、本体部１１Ａの第２の面１４Ａには、固浸レンズＳＡを真空吸着して第２の面１４Ａ（特に光出射面１７Ａ）に固定するための第２の吸着溝１４Ａａが複数（例えば２つ〜５つ）形成されている。第２の吸着溝１４Ａａは、例えば、第１の吸着溝１３ａと対応する位置において、円環状に形成することができる。第２の吸着溝１４Ａａのそれぞれは、図示しない吸着口に連通しており、その吸着口に接続される真空ポンプＶ等によって、その内部が真空引きされる。吸着器１０Ａにおいては、第２の吸着溝１４Ａａの内部を真空引きすることにより、固浸レンズＳＡを第２の面１４Ａに吸着固定する。このような吸着器１０Ａを用いることにより、固浸レンズＳＡの吸着を鍔部ＳＡ２の全体で行うことができるので、第２の面１４Ａに対する固浸レンズＳＡの吸着固定を、比較的大きな力で確実に行うことができる。
ここで、半導体デバイス観察装置１００は、リニアステージつきの駆動モータＭをさらに備えることができる。駆動モータＭは、コントロール部７０の制御の下で、吸着器１０Ａの第２の面１４Ａに沿って固浸レンズＳＡを移動させる。このように吸着器１０Ａ、固浸レンズＳＡ、及び駆動モータＭを用いる半導体デバイス観察装置１００においては、例えば、以下のように半導体デバイスＤの観察を行うことができる。
まず、第２の面１４Ａに対する固浸レンズＳＡの吸着固定を解除した後に、図１０（ｂ）に示されるように、駆動モータＭにより吸着器１０Ａの第２の面１４Ａに沿って（図中の矢印方向に沿って）固浸レンズＳＡを移動させ、固浸レンズＳＡの鍔部ＳＡ２を光透過部１２Ａの光出射面１７Ａに配置する（すなわち、固浸レンズＳＡの本体部ＳＡ１を光出射面１７Ａから外す）。その状態において、第２の吸着溝１４Ａａ内を真空引きすることにより、固浸レンズＳＡを第２の面１４Ａに吸着固定する。そして、低倍率対物レンズ５４ａを用いて半導体デバイスＤの観察を行う。このように低倍率での観察を行いつつ、半導体ウエハＷを光透過部１２Ａに対して移動させて、半導体デバイスＤの所望の観察位置を光透過部１２Ａの中心に配置する。
続いて、第２の面１４Ａに対する固浸レンズＳＡの吸着固定を解除した後に、図１０（ａ）に示されるように、駆動モータＭにより吸着器１０Ａを移動させて、固浸レンズＳＡの本体部ＳＡ１を光透過部１２Ａの光出射面１７Ａに配置する。その状態において、第２の吸着溝１４Ａａ内を真空引きすることにより、固浸レンズＳＡを第２の面１４Ａに吸着固定する。そして、固浸レンズＳＡの本体部ＳＡ１及び高倍率対物レンズ５４ｂを用いて半導体デバイスＤの観察を行う。このように、固浸レンズＳＡにおける半球状の本体部ＳＡ１を用いて観察を行うことにより、例えば顕微鏡観察での倍率・ＮＡともに３．５倍され、高分解能観察が可能となる。
なお、半導体デバイスＤにおける観察位置を移動させる場合は、固浸レンズＳＡの吸着固定を解除し、観察したい位置の上方（図中の下方）へと本体部ＳＡ１を移動させた後に、吸着固定し、観察を行う。この観察自体は、固浸レンズＳＡの移動中も常時行っていてもよい。また、対物レンズ位置を本体部ＳＡ１の直上として観察するのが最も収差を少なく広範囲で観察することができる。
以上説明したように、吸着器１０Ａによれば、第１の吸着溝１３ａを用いた真空吸着によって半導体デバイスＤを光入射面１６Ａに吸着固定しつつ、第２の吸着溝１４Ａａを用いた真空吸着により固浸レンズＳＡの本体部ＳＡ１を光出射面１７Ａに吸着固定することができる。また、同様にして半導体デバイスＤを光入射面１６Ａに吸着固定しつつ、第２の吸着溝１４Ａａを用いた真空吸着を止めることにより、固浸レンズＳＡの吸着固定を解除して、固浸レンズＳＡの本体部ＳＡ１を光出射面１７Ａから外すことができる。このように、吸着器１０Ａによれば、観察対象となる半導体デバイスＤを光入射面１６Ａに吸着固定しつつ固浸レンズＳＡの本体部ＳＡ１の移動を容易に行うことができる。したがって、吸着器１０Ａによれば、固浸レンズＳＡの鍔部ＳＡ２を用いる低倍率での半導体デバイスＤの観察と、固浸レンズＳＡの本体部ＳＡ１を用いる高倍率での半導体デバイスＤの観察とを容易に変更可能となる。
したがって、吸着器１０Ａを備える半導体デバイス観察装置１００によれば、コントロール部７０の制御の下、固浸レンズＳＡの鍔部ＳＡ２及び低倍率対物レンズ５４ａを用いる低倍率での半導体デバイスＤの観察と、固浸レンズＳＡの本体部ＳＡ１及び高倍率対物レンズ５４ｂを用いる高倍率での半導体デバイスＤの観察とを容易に変更できる。
［半導体デバイス観察方法の第１実施形態］
次に、本発明に係る半導体デバイス観察方法の第１実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体デバイス観察方法は、上記の半導体デバイス観察装置１００を用いて半導体デバイスを観察する方法である。図１１は、この半導体デバイス観察方法の工程を示すフローチャートであり、図１２は、この半導体デバイス観察方法における一部の工程を模式的に示す図である。
先ず、半導体ウエハＷを吸着器１０を用いて真空吸着することにより、半導体ウエハＷを第１の面１３に吸着固定する（ステップＳ１１）。より具体的には、バルブコントロール部７１が、第１の吸着溝１３ａと真空ポンプＶとの間に配置されたバルブＥを開いて第１の吸着溝１３ａの内部を真空引きし、半導体ウエハＷを第１の面１３に吸着固定する。このとき、半導体ウエハＷに形成された半導体デバイスＤが、光入射面１６に固定される。
続いて、半導体デバイスＤが光入射面１６に固定された状態で、テスタ４０が半導体デバイスＤの所定の箇所にプローブ針４２を当てて、当該所定の箇所に電圧を印加する（ステップＳ１２：電圧印加工程）。
続いて、ステップＳ１２における電圧の印加によって半導体デバイスＤから発せられ、光透過部１２を透過する光を、光出射面１７側に配置した低倍率対物レンズ５４ａを用いて観察することにより、半導体デバイスＤにおける観察対象箇所（例えば故障箇所）を検出する（ステップＳ１３：検出工程）。なお、半導体デバイスへの電圧の印加は、このステップＳ１３の後に一旦止めて、後述するステップＳ１８において観察対象箇所の画像を取得する際に再度行うことができる。
このステップＳ１３においては、ステージコントロール部７２がＸＹＺステージ５３を制御し、図１２（ａ）に示されるように、低倍率対物レンズ５４ａをＸ−Ｙ方向に駆動させることによって、低倍率対物レンズ５４ａと光透過部１２との位置関係を調節しながら、光透過部１２を透過した光を観察して、観察対象箇所を検出する。なお、このステップＳ１３においては、必要に応じて、複数の観察対象箇所を検出し、そのＸ−Ｙ方向についての位置データをコントロール部７０に記憶させておいてもよい。
続いて、レンズターレットコントロール部７５がレンズターレット５５を制御（回転）することにより、対物レンズを低倍率対物レンズ５４ａから高倍率対物レンズ５４ｂに切り替える（ステップＳ１４）。
続いて、ステージコントロール部７２がＸＹＺステージ５３を制御して、高倍率対物レンズ５４ｂと高倍率対物レンズ５４ｂに取り付けられた固浸レンズＳとを、光出射面１７側においてＸ−Ｙ方向に移動させ、ステップＳ１３で検出された観察対象箇所に位置合わせする（ステップＳ１５：位置合わせ工程）。
続いて、固浸レンズＳを真空吸着することにより、固浸レンズＳを光出射面１７に吸着固定する（ステップＳ１６：吸着固定工程）。より具体的には、バルブコントロール部７１が、第２の吸着溝１４ａと真空ポンプＶとの間に配置されたバルブＥを開いて第２の吸着溝１４ａの内部を真空引きし、固浸レンズを光出射面１７に吸着固定する。
このステップＳ１６においては、先ず、ステージコントロール部７２がＸＹＺステージ５３を制御して、高倍率対物レンズ５４ｂと固浸レンズＳとをＺ方向に移動させて固浸レンズＳを光出射面１７に接触させた後に、真空吸着により固浸レンズＳを光出射面１７に固定することができる。
続いて、ステージコントロール部７２がＸＹＺステージ５３を制御して、高倍率対物レンズ５４ｂのＺ方向の位置を調整することにより、高倍率対物レンズ５４ｂのフォーカス位置を調整する（ステップＳ１７：フォーカス調整工程）。ここでは、固浸レンズＳが高倍率対物レンズ５４ｂに対して移動可能に保持されているので、ステップＳ１６で固浸レンズＳを吸着固定した後においても、高倍率対物レンズ５４ｂの位置を調節できる。
そして、検出器５２が、図１２（ｂ）に示されるように高倍率対物レンズ５４ｂ及び固浸レンズＳを用いて、ステップＳ１３で検出された観察対象箇所の画像を取得する（ステップＳ１８：画像取得工程）。取得された画像は、検出器５２に接続されたコンピュータ等に送られて表示される。
この後、必要に応じて、他の観察対象箇所の画像を取得すべく、固浸レンズＳの吸着固定を解除し、再び上記のステップＳ１５以降のステップを繰り返して行うことができる。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体デバイス観察方法によれば、固浸レンズＳを用いずに低倍率対物レンズ５４ａにより半導体デバイスＤの観察を行って観察対象箇所を検出し、その後に、固浸レンズＳを光出射面１７に吸着固定して、高倍率対物レンズ５４ｂにより観察対象箇所の観察を行う。このように、この半導体デバイス観察方法によれば、固浸レンズＳを用いない低倍率での半導体デバイスＤの観察と、固浸レンズを用いる高倍率での半導体デバイスＤの観察とを容易に変更できる。
また、本実施形態に係る半導体デバイス観察方法においては、半導体デバイスＤが光入射面１６に吸着固定された状態で半導体デバイスＤに電圧を印加し、低倍率対物レンズ５４ａと吸着器１０との位置関係を調節しながら半導体デバイスＤを観察する。このため、この半導体デバイス観察方法は、光透過部１２の幅が、半導体デバイスの幅に対して比較的大きい場合に、適用することができる。そして、そのような場合には、観察対象箇所を検出する際に、半導体デバイスＤと吸着器１０との位置関係を変更する必要がない（即ち、光透過部１２の位置合わせをする必要がない）ので、観察対象箇所の特定が容易となる。
［半導体デバイス観察方法の第２実施形態］
次に、本発明に係る半導体デバイス観察方法の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体デバイス観察方法も、上記の半導体デバイス観察装置１００を用いて半導体デバイス観察する方法である。図１３は、この半導体デバイス観察方法の工程を示すフローチャートであり、図１４は、この半導体デバイス観察方法における一部の工程を模式的に示す図である。
先ず、半導体ウエハＷを吸着器１０を用いて真空吸着することにより、半導体ウエハＷを第１の面１３に吸着固定する（ステップＳ２１）。より具体的には、バルブコントロール部７１が、第１の吸着溝１３ａと真空ポンプＶとの間に配置されたバルブＥを開いて第１の吸着溝１３ａの内部を真空引きし、半導体ウエハＷを第１の面１３に吸着固定する。このとき、半導体ウエハＷに形成された半導体デバイスＤが、光入射面１６に固定される。
続いて、半導体デバイスＤが光入射面１６に固定された状態で、テスタ４０が半導体デバイスＤの所定の箇所にプローブ針４２を当てて、当該所定の箇所に電圧を印加する（ステップＳ２２：電圧印加工程）。
続いて、ステップＳ２２における電圧の印加によって半導体デバイスＤから発せられ、光透過部１２を透過する光を、光出射面１７側に配置した低倍率対物レンズ５４ａを用いて観察することにより、半導体デバイスＤにおける観察対象箇所を検出する（ステップＳ２３：検出工程）。このステップＳ２３においては、必要に応じて、複数の観察対象箇所を検出し、そのＸ−Ｙ方向についての位置データをコントロール部７０に記憶させておいてもよい。また、半導体デバイスへの電圧の印加は、このステップＳ２３の後に一旦止めて、後述するステップＳ３１において観察対象箇所の画像を取得する際に再度行うことができる。
続いて、吸着器１０からの空気の吹出によって、半導体ウエハＷを吸着器１０に浮上保持する（ステップＳ２４：吸着器移動工程）。より具体的には、バルブコントロール部７１が、第１の吸着溝１３ａと真空ポンプＶとの間に配置されたバルブＥを閉じて第１の吸着溝１３ａの内部の真空引きを止めると共に、第１の吸着溝１３ａとエアコンプレッサＦとの間に配置されたバルブＥを開いて、第１の吸着溝１３ａから圧縮空気を吹出させることにより、第１の面１３上に配置された半導体ウエハＷを浮上させる。これにより、半導体ウエハＷは、第１の面１３とプローブ針４２との間に浮上保持される。このとき、半導体ウエハＷは、圧縮空気によりプローブ針４２に押し当てられ、そのＸ−Ｙ方向における位置が安定化される。なお、半導体ウエハＷの浮上の度合いは、半導体ウエハＷと光透過部１２との境界からの反射光の干渉による干渉パターンにより判断できる。この干渉パターンは、吸着時には暗い一色になるが、半導体ウエハＷが浮上するにつれて明るくなり、縞が出始める。
続いて、図１４（ａ）に示されるように、チャックコントロール部７６が吸着器駆動機構３１を制御し、吸着器１０をＸ−Ｙ方向に移動させると共に、ステージコントロール部７２が低倍率対物レンズ５４ａをＸ−Ｙ方向に移動させて、光透過部１２の中央がステップＳ２３で検出された観察対象箇所に合うように、光透過部１２の位置合わせを行う（ステップＳ２５：吸着器移動工程）。なお、このステップＳ２５においては、低倍率対物レンズ５４ａ及び吸着器１０を固定しておき、半導体デバイスＤ（半導体ウエハＷ）を移動させてもよい。この場合、半導体ウエハＷの移動はウエハ吸着固定部３２を用いて行われる。このように、ステップＳ２５においては、低倍率対物レンズ５４ａ及び吸着器１０を、半導体デバイスＤに対して相対的にＸ−Ｙ方向に沿って移動させればよい。
また、このステップＳ２５においては、半導体デバイスＤの反射像を観察しながら光透過部１２を位置合わせすることで、光透過部１２の中心を観察対象箇所に確実に位置合わせできる。さらには、このステップ２５においては、光透過部１２の位置合わせの後に、半導体デバイスＤに再度電圧を印加して、光透過部１２の中心が観察対象箇所に合っているかを確認することができる。これにより、光透過部１２の位置合わせの精度を一層向上することができる。
続いて、半導体ウエハＷを真空吸着することにより、半導体デバイスＤを光入射面１６に吸着固定する（ステップＳ２６：吸着器移動工程）。より具体的には、バルブコントロール部７１が、第１の吸着溝１３ａとエアコンプレッサＦとの間に配置されたバルブＥを閉じて圧縮空気の吹出を止め、さらに、第１の吸着溝１３ａと真空ポンプＶとの間に配置されたバルブＥを開いて第１の吸着溝１３ａの内部を真空引きし、半導体ウエハを吸着固定する。
続いて、レンズターレットコントロール部７５がレンズターレット５５を制御（回転）することにより、対物レンズを低倍率対物レンズ５４ａから高倍率対物レンズ５４ｂに切り替える（ステップＳ２７）。
続いて、ステージコントロール部７２がＸＹＺステージ５３を制御して、高倍率対物レンズ５４ｂと高倍率対物レンズ５４ｂに取り付けられた固浸レンズＳとを、光出射面１７側においてＸ−Ｙ方向に移動させ、これらを光透過部１２が位置合わせされた観察対象箇所に位置合わせする（ステップＳ２８：位置合わせ工程）。
続いて、真空吸着により固浸レンズＳを光出射面１７に吸着固定する（ステップＳ２９：吸着固定工程）。より具体的には、バルブコントロール部７１が、第２の吸着溝１４ａと真空ポンプＶとの間に配置されたバルブＥを開いて第２の吸着溝１４ａの内部を真空引きし、固浸レンズＳを吸着固定する。
このステップＳ２９においては、先ず、ステージコントロール部７２がＸＹＺステージ５３を制御して、高倍率対物レンズ５４ｂと固浸レンズＳとをＺ方向に移動させて固浸レンズＳを光出射面１７に接触させた後に、真空吸着により固浸レンズＳを光出射面１７に固定することができる。
続いて、ステージコントロール部７２がＸＹＺステージ５３を制御して、高倍率対物レンズ５４ｂのＺ方向の位置を調整することにより、高倍率対物レンズ５４ｂのフォーカス位置を調整する（ステップＳ３０：フォーカス調整工程）。ここでは、固浸レンズＳが高倍率対物レンズ５４ｂに対して移動可能に保持されているので、ステップＳ２７で固浸レンズＳを吸着固定した後においても、高倍率対物レンズ５４ｂの位置が調節できる。
そして、検出器５２が、図１４（ｂ）に示されるように高倍率対物レンズ５４ｂ及び固浸レンズＳを用いて、観察対象箇所の画像を取得する（ステップＳ３１：画像取得工程）。取得された画像は、検出器５２に接続されたコンピュータ等に送られて表示される。この後、必要に応じて、他の観察対象箇所の画像を取得すべくステップＳ２３で記憶された位置データを用いて、上記のステップＳ２４以降のステップを繰り返して行うことができる。
以上説明したように、本実施形態に係る半導体デバイス観察方法によれば、上記第１実施形態に係る半導体デバイス観察方法と同様に、固浸レンズＳを用いない低倍率での半導体デバイスＤの観察と、固浸レンズを用いる高倍率での半導体デバイスＤの観察とを容易に変更できる。
また、本実施形態に係る半導体デバイス観察方法は、半導体ウエハＷを吸着器１０に浮上保持し、低倍率対物レンズ５４ａ及び吸着器１０を、半導体デバイスＤに対して相対的に移動させて、光透過部１２を観察対象箇所に位置合わせする。このため、この半導体デバイス観察方法は、光透過部１２の幅が、半導体デバイスＤの幅に対して比較的小さい場合に適用することができる。そして、そのような場合には、光入射面１６と半導体デバイスＤとの接触面積や、光出射面１７と固浸レンズＳとの接触面積が比較的小さいので、半導体デバイスＤ及び固浸レンズＳの吸着効率が高くなる。このため、半導体デバイスＤと光透過部１２との間、及び光透過部１２と固浸レンズＳとの間において、確実にエバネッセント結合を実現することができる。
なお、本実施形態に係る半導体デバイス観察方法においては、ステップＳ２３において観察対象箇所を検出した後、半導体ウエハＷを吸着器１０に浮上保持し、対物レンズを高倍率対物レンズ５４ｂに切り替えて、吸着器１０、高倍率対物レンズ５４ｂ、及び固浸レンズＳを一体的に移動させることにより、光透過部１２と高倍率対物レンズ５４ｂと固浸レンズＳとを、コントロール部７０に記憶された位置データを用いて観察対象箇所に同時に位置合わせすることができる。その場合、後工程として、ステップＳ２９において固浸レンズＳ及び半導体ウエハＷを吸着固定した後に、ステップＳ３０とステップＳ３１とを行うこととなる。この場合、ステップＳ３１において一の観察対象箇所の画像を取得した後に、固浸レンズＳを吸着器１０から切り離さずに、半導体ウエハＷを吸着器１０に浮上保持し、吸着器１０、高倍率対物レンズ５４ｂ、及び固浸レンズＳを一体的に移動させ、光透過部１２と高倍率対物レンズ５４ｂと固浸レンズＳとを別の観察対象箇所に同時に位置合わせすることにより、複数の観察対象箇所を容易に観察することができる。
また、上述した吸着器１０、半導体デバイス観察装置１００、及び各半導体デバイス観察方法は、電圧の印加による半導体デバイスＤからの発光像の取得にも用いることができるし、半導体デバイスＤ中に形成された回路パターン像取得にも用いることができる。また、上述した吸着器１０、半導体デバイス観察装置１００、及び各半導体デバイス観察方法は、半導体デバイスＤからの反射像である回路パターン像を用いて観察位置に焦点位置を合わせ、半導体デバイスＤに電圧を印加することによって得られる発光像の取得や、レーザ光の走査によるＯＢＩＲＣＨ像やＯＢＩＣ像の取得にも用いることができる。
本発明によれば、半導体デバイスの低倍率での観察と高倍率での観察との変更を容易に行うことを可能とする吸着器、半導体デバイス観察装置、及び半導体デバイス観察方法を提供することができる。
１０，１０Ａ…吸着器、１１，１１Ａ…本体部、１２，１２Ａ…光透過部、１３…第１の面、１３ａ…第１の吸着溝、１４，１４Ａ…第２の面、１４ａ，１４Ａａ…第２の吸着溝、１５，１５Ａ…貫通孔、１６，１６Ａ…光入射面、１７，１７Ａ…光出射面、１８…第１の凹部、１８ａ…底面、１９…第２の凹部、１９ａ…底面、２２…水冷ジャケット、４０…テスタ、５１…導光光学系、５２…検出器、５４ａ…低倍率対物レンズ、５４ｂ…高倍率対物レンズ、５５…レンズターレット。

Claims (12)

  1. 固浸レンズを用いて半導体デバイスの観察を行う半導体デバイス観察装置に用いられる吸着器であって、
    前記半導体デバイスが形成された半導体ウエハが配置される第１の面と、前記第１の面の反対側の面である第２の面とを有し、前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔が形成された本体部と、
    前記半導体デバイスからの光が入射される光入射面と、前記光入射面から入射した光が出射される光出射面とを有し、前記光入射面が前記第１の面側に露出し、且つ、前記光出射面が前記第２の面側に露出するように前記貫通孔に嵌合された光透過部と、を備え、
    前記第１の面には、前記半導体ウエハを真空吸着して前記半導体デバイスを前記光入射面に固定するための第１の吸着溝が形成されており、
    前記第２の面には、前記固浸レンズを真空吸着して前記光出射面に固定するための第２の吸着溝が形成されていることを特徴とする吸着器。
  2. 前記第２の面には前記固浸レンズを配置するための凹部が形成されており、
    前記貫通孔は前記凹部の底面に形成されており、
    前記光出射面は前記凹部の底面よりも前記第２の面側に位置しており、
    前記第２の吸着溝は、前記凹部の底面上における前記貫通孔の縁部に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸着器。
  3. 前記光透過部は、前記半導体デバイスの基板を構成する材料の屈折率と略同一の屈折率の材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着器。
  4. 前記本体部を冷却するための冷却手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の吸着器。
  5. 固浸レンズを用いて半導体デバイスの観察を行う半導体デバイス観察装置であって、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の吸着器と、
    前記光透過部を透過した光を導光する導光光学系と、
    前記導光光学系により導光された光を撮像する撮像手段と、を備えることを特徴とする半導体デバイス観察装置。
  6. 前記導光光学系は、所定の倍率の第１の対物レンズと、前記所定の倍率よりも高い倍率の第２の対物レンズと、前記第１の対物レンズと前記第２の対物レンズとを切り替える対物レンズ切替手段と、を有し、
    前記第２の対物レンズには、その光軸の方向に沿って移動可能に前記固浸レンズが取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体デバイス観察装置。
  7. 前記半導体デバイスに電圧を印加するための電圧印加手段をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体デバイス観察装置。
  8. 半導体ウエハに形成された半導体デバイスを観察する半導体デバイス観察方法であって、
    吸着器の光透過部の光入射面上に配置された前記半導体デバイスの所定の箇所に電圧を印加する電圧印加工程と、
    前記半導体デバイスから発せられ前記光透過部を透過する光を、前記光透過部の前記光入射面の反対側の光出射面側に配置した第１の対物レンズを用いて観察することにより、前記半導体デバイスにおける観察対象箇所を検出する検出工程と、
    前記第１の対物レンズの倍率よりも高い倍率の第２の対物レンズと、前記第２の対物レンズに取り付けられた固浸レンズとを、前記光出射面側において、前記検出工程で検出された前記観察対象箇所に位置合わせする位置合わせ工程と、
    真空吸着により前記固浸レンズを前記光出射面に固定する吸着固定工程と、
    前記第２の対物レンズの光軸方向に沿っての前記第２の対物レンズの位置を調整することにより前記第２の対物レンズのフォーカスを調整するフォーカス調整工程と、
    前記第２の対物レンズを用いて前記観察対象箇所の画像を取得する画像取得工程と、を含むことを特徴とする半導体デバイス観察方法。
  9. 前記電圧印加工程では、前記半導体ウエハを真空吸着することにより前記半導体デバイスが前記光入射面に固定された状態で前記半導体デバイスに電圧を印加し、
    前記検出工程では、前記半導体デバイスからの光を前記第１の対物レンズと前記光透過部との位置関係を調節しながら観察することにより、前記観察対象箇所を検出することを特徴とする請求項８に記載の半導体デバイス観察方法。
  10. 前記検出工程と前記位置合わせ工程との間において、前記吸着器からの空気の吹出によって前記半導体ウエハを前記吸着器に浮上保持し、前記吸着器を前記半導体デバイスに対して相対的に移動させて、前記光透過部を前記検出工程で検出された前記観察対象箇所に位置合わせし、前記半導体ウエハを真空吸着することにより前記半導体デバイスを前記光入射面に固定する吸着器移動工程をさらに備え、
    前記位置合わせ工程では、前記第２の対物レンズと前記固浸レンズとを前記光透過部が位置合わせされた前記観察対象箇所に位置合わせする、ことを特徴とする請求項８に記載の半導体デバイス観察方法。
  11. 前記位置合わせ工程では、前記吸着器からの空気の吹出によって前記半導体ウエハを前記吸着器に浮上保持し、前記吸着器と第２の対物レンズと前記固浸レンズとを一体的に移動させることによって、前記光透過部と前記第２の対物レンズと前記固浸レンズとを前記観察対象箇所に位置合わせすることを特徴とする請求項８に記載の半導体デバイス観察方法。
  12. 前記吸着固定工程では、前記固浸レンズを前記第２の対物レンズの光軸方向に移動させることにより前記固浸レンズを前記光出射面に接触させた後に、真空吸着により前記固浸レンズを前記光出射面に固定することを特徴とする請求項８〜１１の何れか一項に記載の半導体デバイス観察方法。
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