KR101748900B1 - 흡착기, 반도체 디바이스 관찰 장치, 및 반도체 디바이스 관찰 방법 - Google Patents

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Abstract

흡착기(10)는 반도체 디바이스(D)가 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 배치되는 제1 면(13)과 제1 면(13)의 반대측 면인 제2 면(14)을 가지고, 제1 면(13)과 제2 면(14)을 관통하는 관통공(15)이 형성된 본체부와, 반도체 디바이스(D)로부터의 광이 입사되는 광 입사면(16)과, 광 입사면(16)으로부터 입사한 광이 출사되는 광 출사면(17)을 가지고, 관통공(15)에 감합된 광 투과부를 구비한다. 그리고 제1 면(13)에는, 반도체 웨이퍼(W)를 진공 흡착하여 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16)에 고정하기 위한 제1 흡착구(13a)가 형성되어 있고, 제2 면(14)에는 고침 렌즈(S)를 진공 흡착하여 광 출사면(17)에 고정하기 위한 제2 흡착구(14a)가 형성되어 있다.

Description

흡착기, 반도체 디바이스 관찰 장치, 및 반도체 디바이스 관찰 방법{SUCTION APPARATUS, SEMICONDUCTOR DEVICE OBSERVATION DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE OBSERVATION METHOD}
본 발명은 흡착기, 반도체 디바이스 관찰 장치, 및 반도체 디바이스 관찰 방법에 관한 것이다.
근년, 반도체 디바이스의 미세화가 진행되고 있다. 이 때문에, 반도체 디바이스의 고장 해석을 행할 수 있도록 반도체 디바이스를 관찰할 때에, 해상도(解像度)를 향상시키기 위해서 고침(固浸) 렌즈를 이용하는 것이 제안되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 특허 문헌 1에 기재된 고장 해석 장치에서는, 반도체 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼를 재치(載置)하기 위한 해석용 플레이트에, 거의 반구(半球) 모양인 고침 렌즈가 일체적으로 형성되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개 2008－141207호 공보
그런데, 반도체 디바이스의 고장 해석을 행하는 경우, 먼저 고침 렌즈를 이용하지 않는 저배율(低倍率)로의 반도체 디바이스의 관찰을 행하여 고장 개소(箇所)를 검출하고, 그 후에 고침 렌즈를 이용한 고배율로의 당해 고장 개소의 관찰을 행하는 것이 바람직하다.
그렇지만, 특허 문헌 1에 기재된 고장 해석 장치에 있어서는, 상술한 것처럼, 반도체 웨이퍼를 재치하기 위한 해석용 플레이트와 고침 렌즈가 일체적으로 형성되어 있으므로, 고침 렌즈를 착탈(着脫)하기 위해서는, 해석용 플레이트 전체를 착탈할 필요가 있다. 이 때문에, 이 고장 해석 장치에서는, 고침 렌즈를 이용하지 않는 저배율로의 관찰과, 고침 렌즈를 이용하는 고배율로의 관찰을 변경하는 것이 곤란했다.
이에, 본 발명은 반도체 디바이스의 저배율로의 관찰과 고배율로의 관찰의 변경을 용이하게 행하는 것을 가능하게 하는 흡착기, 반도체 디바이스 관찰 장치, 및 반도체 디바이스 관찰 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 측면은 흡착기에 관한 것이다. 이 흡착기는, 고침 렌즈를 이용해 반도체 디바이스의 관찰을 행하는 반도체 디바이스 관찰 장치에 이용되는 흡착기로서, 반도체 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼가 배치되는 제1 면과 상기 제1 면의 반대측 면인 제2 면을 가지고, 제1 면과 제2 면을 관통하는 관통공이 형성된 본체부와, 반도체 디바이스로부터의 광이 입사(入射)되는 광 입사면과, 광 입사면으로부터 입사한 광이 출사(出射)되는 광 출사면을 가지고, 광 입사면이 제1 면측으로 노출되고, 또한 광 출사면이 제2 면측으로 노출되도록 관통공에 감합(嵌合)된 광 투과부를 구비하고, 제1 면에는 반도체 웨이퍼를 진공 흡착하여 반도체 디바이스를 광 입사면에 고정하기 위한 제1 흡착구(吸着溝)가 형성되어 있고, 제2 면에는 고침 렌즈를 진공 흡착하여 광 출사면에 고정하기 위한 제2 흡착구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 흡착기에 의하면, 제1 흡착구를 이용한 진공 흡착에 의해서 반도체 디바이스를 광 입사면에 흡착 고정하면서, 제2 흡착구를 이용한 진공 흡착에 의해 고침 렌즈를 광 출사면에 흡착 고정할 수 있다. 또, 마찬가지로 하여 반도체 디바이스를 광 입사면에 흡착 고정하면서, 제2 흡착구를 이용한 진공 흡착을 중지함으로써, 고침 렌즈의 흡착 고정을 해제할 수도 있다. 이와 같이, 이 흡착기에 의하면, 관찰 대상이 되는 반도체 디바이스를 광 입사면에 흡착 고정하면서 고침 렌즈의 착탈을 용이하게 행할 수 있다. 따라서 이 흡착기에 의하면, 고침 렌즈를 이용하지 않는 저배율로의 반도체 디바이스의 관찰과, 고침 렌즈를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스의 관찰을 용이하게 변경 가능해진다. 특히, 반도체 웨이퍼에 형성된 반도체 디바이스의 관찰에 있어서 유효하다.
본 발명의 일 측면에 관한 흡착기에 있어서는, 제2 면에는 고침 렌즈를 배치하기 위한 오목부(凹部)가 형성되어 있고, 관통공은 오목부의 저면에 형성되어 있고, 광 출사면은 오목부의 저면보다도 제2 면측으로 돌출하도록 위치하고 있고, 제2 흡착구는 오목부의 저면상에 있어서의 관통공의 가장자리(緣部)를 따라서 형성되어 있는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 고침 렌즈와 광 출사면의 거리를 짧게 할 수 있으므로, 고침 렌즈와 광 투과부의 사이에 있어서의 이버네센트(evanescent) 결합을 확실하게 실현할 수 있다. 또, 진공 흡착에 의해 고침 렌즈를 광 출사면에 고정했을 때에, 고침 렌즈의 저면과 오목부의 저면이 이간(離間)되므로(즉, 제2 흡착구가 닫혀져 있지 않기 때문에), 진공 흡착을 중지하는 것에 의해, 고침 렌즈의 흡착 고정을 용이하게 해제할 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면에 관한 흡착기에 있어서는, 광 투과부는 반도체 디바이스의 기판을 구성하는 재료의 굴절률과 거의 동일한 굴절률의 재료로 이루어진 것으로 할 수 있다. 이 경우, 굴절률차로부터 생기는 수차(收差)를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 관한 흡착기는, 본체부를 냉각하기 위한 냉각 수단을 추가로 구비할 수 있다. 이 경우, 반도체 디바이스 및 고침 렌즈의 과열을 방지할 수 있다. 그 결과, 반도체 디바이스의 정상 동작을 실현할 수 있고, 또한 고침 렌즈의 굴절률이 변화하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 반도체 디바이스 관찰 장치에 관한 것이다. 이 반도체 디바이스 관찰 장치는, 고침 렌즈를 이용해 반도체 디바이스의 관찰을 행하는 반도체 디바이스 관찰 장치로서, 상기의 흡착기와, 광 투과부를 투과한 광을 도광(導光)하는 도광 광학계와, 도광 광학계에 의해 도광된 광을 촬상하는 촬상 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 반도체 디바이스 관찰 장치는, 상기의 흡착기를 구비하고 있으므로, 고침 렌즈를 이용하지 않는 저배율로의 반도체 디바이스의 관찰과, 고침 렌즈를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스로의 관찰을 용이하게 변경할 수 있다. 특히, 반도체 웨이퍼에 형성된 반도체 디바이스의 관찰에 있어서 유효하다.
본 발명의 다른 측면에 관한 반도체 디바이스 관찰 장치에 있어서는, 도광 광학계는, 소정 배율의 제1 대물 렌즈와, 소정 배율보다도 높은 배율의 제2 대물 렌즈와, 제1 대물 렌즈와 제2 대물 렌즈를 전환하는 대물 렌즈 전환 수단을 가지고, 제2 대물 렌즈에는 그 광축(光軸)의 방향을 따라서 이동 가능하게 고침 렌즈가 장착되어 있는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 고침 렌즈가, 고배율의 제2 대물 렌즈에 대해서, 그 광축 방향을 따라서 이동 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 고침 렌즈를 흡착 고정한 후에 있어도, 제2 대물 렌즈를 이동시켜 포커스 위치를 조정할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 측면에 관한 반도체 디바이스 관찰 장치는, 반도체 디바이스에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 수단을 추가로 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 반도체 디바이스 관찰 방법에 관한 것이다. 이 반도체 디바이스 관찰 방법은, 반도체 웨이퍼에 형성된 반도체 디바이스를 관찰하는 반도체 디바이스 관찰 방법으로서, 흡착기의 광 투과부의 광 입사면에 배치된 반도체 디바이스의 소정의 개소에 전압을 인가하는 전압 인가 공정과, 반도체 디바이스로부터 시작되어 광 투과부를 투과하는 광을, 광 투과부의 광 입사면의 반대측인 광 출사면측에 배치한 제1 대물 렌즈를 이용해 관찰함으로써, 반도체 디바이스에서의 관찰 대상 개소를 검출하는 검출 공정과, 제1 대물 렌즈의 배율보다도 높은 배율의 제2 대물 렌즈와 제2 대물 렌즈에 장착된 고침 렌즈를, 광 출사면측에 있어서, 검출 공정에서 검출된 관찰 대상 개소에 위치 맞춤하는 위치 맞춤 공정과, 진공 흡착에 의해 고침 렌즈를 광 출사면에 고정하는 흡착 고정 공정과, 제2 대물 렌즈의 광축 방향을 따라서 제2 대물 렌즈의 위치를 조정함으로써 제2 대물 렌즈의 포커스를 조정하는 포커스 조정 공정과, 제2 대물 렌즈를 이용해 관찰 대상 개소의 화상을 취득하는 화상 취득 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 반도체 디바이스 관찰 방법에서는, 고침 렌즈를 이용하지 않고 저배율의 제1 대물 렌즈에 의해 반도체 디바이스의 관찰을 행하여 관찰 대상 개소를 검출하고, 그 후에 고침 렌즈를 흡착기의 광 출사면에 흡착 고정하고, 고배율의 제2 대물 렌즈에 의해 반도체 디바이스의 관찰 대상 개소의 관찰을 행한다. 이와 같이, 이 반도체 디바이스 관찰 방법에 의하면, 고침 렌즈를 이용하지 않는 저배율로의 반도체 디바이스의 관찰과, 고침 렌즈를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스의 관찰을 용이하게 변경할 수 있다. 특히, 반도체 웨이퍼에 형성된 반도체 디바이스의 관찰에 있어서 유효하다.
본 발명의 또 다른 측면에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법에 있어서는, 전압 인가 공정에서는, 반도체 웨이퍼를 진공 흡착함으로써 반도체 디바이스가 광 입사면에 고정된 상태에서 반도체 디바이스에 전압을 인가하고, 검출 공정에서는, 반도체 디바이스로부터의 광을 제1 대물 렌즈와 광 투과부의 위치 관계를 조절하면서 관찰함으로써, 관찰 대상 개소를 검출할 수 있다.
이 경우, 반도체 디바이스가 광 입사면에 흡착 고정된 상태에서 반도체 디바이스에 전압을 인가하고, 제1 대물 렌즈와 광 투과부의 위치 관계를 조절하면서 반도체 디바이스를 관찰한다. 이 때문에, 이 반도체 디바이스 관찰 방법은 광 투과부의 폭이 반도체 디바이스의 폭에 대해서 비교적 큰 경우에, 효과적으로 적용할 수 있다. 그리고 그러한 경우에는, 반도체 디바이스의 관찰 대상 개소를 검출할 때에, 반도체 디바이스와 광 투과부 간의 위치 관계를 변경할 필요가 없기 때문에, 관찰 대상 개소의 특정이 용이해진다.
또, 본 발명의 또 다른 측면에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법은, 검출 공정과 위치 맞춤 공정의 사이에 있어서, 흡착기로부터의 공기 취출(吹出)에 의해서 반도체 웨이퍼를 흡착기로 부상(浮上) 유지하고, 흡착기를 반도체 디바이스에 대해서 상대적으로 이동시켜서, 광 투과부를 검출 공정에서 검출된 관찰 대상 개소에 위치 맞춤하고, 반도체 웨이퍼를 진공 흡착함으로써 반도체 디바이스를 광 입사면에 고정하는 흡착기 이동 공정을 추가로 구비하고, 위치 맞춤 공정에서는 제2 대물 렌즈와 고침 렌즈를, 광 투과부가 위치 맞춤된 관찰 대상 개소에 위치 맞춤할 수 있다.
이 경우, 반도체 웨이퍼를 흡착기에 부상 유지하고, 광 투과부를 반도체 디바이스에 대해서 상대적으로 이동시켜서, 광 투과부를 관찰 대상 개소에 위치 맞춤한다. 이 때문에, 이 반도체 디바이스 관찰 방법은, 광 투과부의 폭이 반도체 디바이스의 폭에 대해서 비교적 작은 경우에, 효과적으로 적용할 수 있다. 그리고 그러한 경우에는, 광 입사면과 반도체 디바이스의 접촉 면적이나, 광 출사면과 고침 렌즈의 접촉 면적이 비교적 작기 때문에, 반도체 디바이스 및 고침 렌즈의 흡착 효율이 높아진다. 이 때문에, 반도체 디바이스와 광 입사면의 계면(界面), 및 광 출사면과 고침 렌즈의 계면에 있어서, 확실히 이버네센트 결합을 실현할 수 있다.
또, 본 발명의 또 다른 측면에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법에 있어서는, 위치 맞춤 공정에서는, 흡착기로부터의 공기 취출에 의해서 반도체 웨이퍼를 흡착기에 부상 유지하고, 흡착기와 제2 대물 렌즈와 고침 렌즈를 일체적으로 이동시킴으로써, 광 투과부와 제2 대물 렌즈와 고침 렌즈를 관찰 대상 개소에 위치 맞춤할 수 있다. 이 경우, 흡착기와 제2 대물 렌즈와 고침 렌즈를 일체적으로 이동시켜서 관찰 대상 개소에 위치 맞춤하므로, 복수의 관찰 대상 개소를 용이하게 관찰할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법에 있어서는, 흡착 고정 공정에서는, 고침 렌즈를 제2 대물 렌즈의 광축 방향으로 이동시킴으로써, 고침 렌즈를 광 출사면에 접촉시킨 후에, 진공 흡착에 의해 고침 렌즈를 광 출사면에 고정할 수 있다. 이 경우, 고침 렌즈를 광 출사면에 접촉시킨 후에 흡착 고정하므로, 고침 렌즈의 위치 틀어짐을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 반도체 디바이스의 저배율로의 관찰과 고배율로의 관찰의 변경을 용이하게 행하는 것을 가능하게 하는 흡착기, 반도체 디바이스 관찰 장치, 및 반도체 디바이스 관찰 방법을 제공할 수 있다.
도 1는 본 발명에 관한 흡착기의 일 실시 형태의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 흡착기의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 흡착기의 부분 확대도이다.
도 4는 도 1에 도시된 흡착기의 변형예를 나타내는 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 장치의 일 실시 형태의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 고배율 대물 렌즈의 부분 확대도이다.
도 7은 도 6에 도시된 렌즈 커버의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 컨트롤부의 기능적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 5에 도시된 고배율 대물 렌즈의 변형예를 나타내는 부분 확대도이다.
도 10은 본 발명에 관한 흡착기의 다른 실시 형태의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법의 제1 실시 형태의 공정을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법의 제1 실시 형태의 일부의 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법의 제2 실시 형태의 공정을 나타내는 순서도이다.
도 14는 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법의 제2 실시 형태의 일부의 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 흡착기, 그것을 구비하는 반도체 디바이스 관찰 장치, 및 반도체 디바이스 관찰 방법의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서, 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다. 또, 각 도면에 있어서의 각부의 치수 비율은, 반드시 실제의 것과는 일치하지 않는다.
［흡착기의 실시 형태］
먼저, 본 발명에 관한 흡착기의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 흡착기의 일 실시 형태의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2 (a)는 도 1에 도시된 흡착기의 제1 면측에서 본 평면도이고, 도 2 (b)는 도 1에 도시된 흡착기의 제2 면측에서 본 평면도이다. 또, 도 3은 도 1에 도시된 영역 A의 확대도이다. 또한, 도 2, 3에 있어서는, 반도체 웨이퍼가 생략되어 있다. 도 1 ~ 3에 도시된 바와 같이, 흡착기(10)는 본체부(11)와 광 투과부(12)를 구비하고 있다. 흡착기(10)는, 예를 들면 고침 렌즈(SIL：Solid Immersion Lens)를 이용해 반도체 디바이스의 관찰을 행하는 반도체 디바이스 관찰 장치에 이용할 수 있다.
본체부(11)는 반도체 디바이스(D)가 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 배치되는 제1 면(13)을 가지고 있다. 반도체 웨이퍼(W)는, 제1 면(13)상에 있어서, 도 2 (a)의 일점 쇄선으로 도시되는 배치 위치(P1)에 배치된다. 또, 본체부(11)는 제1 면(13)의 반대측에 제2 면(14)을 가지고 있다. 또한, 본체부(11)에는 제1 면(13)과 제2 면(14)을 관통하는 관통공(15)이 형성되어 있다. 본체부(11)는 원반(圓盤) 모양을 이루고 있고, 관통공(15)은 본체부(11)의 거의 중앙부에 있어서 그 내벽이 원통 형상으로 형성되어 있다. 또한, 본체부(11)의 형상은 원반 모양으로 한정되지 않는다. 또, 관통공(15)은 그 내벽이 원통 형상의 것으로 한정되지 않는다.
광 투과부(12)는 관통공(15)에 감합되어, 접착제 등으로 고정되어 있다. 또, 광 투과부(12)는 제1 면(13)상에 배치된 반도체 디바이스(D)로부터의 광이 입사되는 광 입사면(16)과 광 입사면(16)으로부터 입사한 광이 출사되는 광 출사면(17)을 가지고 있다. 광 입사면(16)과 광 출사면(17)은 서로 대향하고 있다. 따라서 광 투과부(12)는 광 입사면(16) 및 광 출사면(17)을 양단면으로서 규정되는 원주 형상을 이루고 있다. 또한, 광 투과부(12)의 형상은 원주 형상으로 한정되지 않는다.
광 입사면(16)은 제1 면(13)측으로 노출되어 있다. 또, 광 입사면(16)은 제1 면(13)과 동일한 면(面一)으로 되어 있다. 따라서 제1 면(13)상에 반도체 웨이퍼(W)가 배치되면, 그 반도체 웨이퍼(W)의 소정의 반도체 디바이스(D)가 광 입사면(16)상에 배치되게 된다. 광 출사면(17)은 제2 면(14)측으로 노출되어 있다. 따라서 반도체 디바이스(D)로부터의 광은, 광 투과부(12)를 통하여 흡착기(10)를 투과한다.
여기서, 본체부(11)의 제1 면(13)에는, 제1 면(13)에 배치된 반도체 웨이퍼(W)를 진공 흡착하고, 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16)에 흡착 고정하기 위한 제1 흡착구(13a)가 복수(여기에서는 2개) 형성되어 있다. 이러한 제1 흡착구(13a)는 제1 면(13)의 가장자리와 동심의 링(圓環) 모양으로 형성되어 있다. 제1 흡착구(13a)의 각각은, 본체부(11)의 외연(外緣) 근방에 있어서 제2 면(14)상에 마련된 복수의 흡착구(B) 중 적어도 하나에 연통하고 있어, 그 흡착구(B)에 접속되는 진공 펌프 등에 의해서 그 내부가 진공 흡인된다. 이 경우, 반도체 웨이퍼(W)의 형상이나 크기에 맞추어, 진공 흡착에 이용할 제1 흡착구(13a)를 선택할 수 있는 구성으로 해도 좋다. 또, 제1 흡착구(13a)의 형상은 링 모양으로 한정되지 않는다.
또, 본체부(11)의 제2 면(14)에는, 고침 렌즈(S)를 배치하기 위한 제1 오목부(18)가 형성되어 있다. 고침 렌즈(S)는 도 2 (b)에 있어서 일점 쇄선으로 도시된 배치 위치 P2에 배치된다. 제1 오목부(18)는 제2 면(14)의 가장자리와 동심의 원주 형상으로 형성되어 있다. 제1 오목부(18)의 저면(18a)에는, 마찬가지로 제2 면(14)의 가장자리와 동심의 원주 형상을 이루는 제2 오목부(19)가 형성되어 있다. 따라서 본체부(11)에는, 제1 오목부(18)의 저면(18a)과, 제2 오목부(19)의 저면(19a)과, 제2 오목부(19)의 측면(19b)에 의해서, 단차(段差)부(20)가 형성되어 있다. 또한, 상기의 관통공(15)은 제2 오목부(19)의 저면(19a)에 형성되어 있다. 그리고 관통공(15)에 감합된 광 투과부(12)는 제2 오목부(19)의 저면(19a)으로부터 제2 면(14)을 향해서 돌출되어 있다.
여기서, 본체부(11)의 제2 면(14)에는 고침 렌즈(S)를 진공 흡착함으로써, 고침 렌즈(S)의 평면부인 저면(Sa)을 광 출사면(17)에 밀착시켜 고정하기 위한 제2 흡착구(14a)가 형성되어 있다. 광 투과부(12)는 제2 흡착구(14a)의 내측에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제2 흡착구(14a)는 광 투과부(12)의 측면(12a)과, 제2 오목부(19)의 내면인 저면(19a) 및 측면(19b)에 의해서, 관통공(15)의 가장자리를 따라서 환(環) 모양으로 형성되어 있다. 이와 같은 제2 흡착구(14a)는 제1 흡착구(13a)가 연통된 흡착구(B)와는 다른 흡착구(B)에 연통(連通)하고 있고, 이 흡착구(B)에 접속되는 진공 펌프 등에 의해서 그 내부가 진공 흡인된다. 여기서, 광 투과부(12)는 제1 오목부(18)의 저면(18a)으로부터 제2 면(14)을 향해서 돌출되어 있다. 상세하게는, 광 출사면(17)은 제1 오목부(18)의 저면(18a), 즉 단차부(20)의 상면(20a)보다도, 거리 T 만큼 제2 면(14) 측에 위치하고 있다. 따라서 광 출사면(17)에 고침 렌즈(S)를 배치했을 때, 고침 렌즈(S)의 저면(Sa)과 제1 오목부(18)의 저면(18a)이 이간하는(즉, 제2 흡착구(14a)가 닫혀지지 않는) 것이 된다. 이 때문에, 제2 흡착구(14a)의 내부를 진공 흡인함으로써, 제2 흡착구(14a)의 내부와 외부의 사이에 기압차가 생기고, 고침 렌즈(S)가 광 출사면(17)에 흡착 고정된다. 즉, 여기서의 「진공 흡착」은 기밀(氣密)하게 구성된 홈(溝)의 진공 흡인에 의한 흡착에 더하여, 이와 같이 닫혀져 있지 않은 홈의 진공 흡인에 의한 흡착을 포함한다.
또한, 본체부(11)는, 예를 들면 열전도성이 좋고 가공이 용이한 Cu에 의해 구성할 수 있다. 이 경우, 본체부(11)상에 배치된 반도체 웨이퍼의 발열을 흡열(방열)할 수 있다. 또, 광 투과부(12)는 반도체 디바이스(D)의 기판을 구성하는 재료의 굴절률과 거의 동일한 굴절률의 재료(반도체 디바이스(D)의 기판이 Si인 경우, 예를 들면 Si, GaP 및 GaAs 등)로 이루어진 것으로 할 수 있다. 여기서, 굴절률이 거의 동일하다는 것은, 서로의 굴절률의 차가, 예를 들면 5％ 이내인 것을 의미하지만, 달성되는 개구수(開口數) NA에 의해 적당히 변경되어도 좋다. 이와 같이, 반도체 디바이스(D)의 기판의 재료와 거의 동일한 굴절률의 재료에 의해 광 투과부(12)를 구성하면, 개구수 NA를 높일 수 있다.
특히, 반도체 디바이스(D)의 기판이 Si인 경우에는, 광 투과부(12)도 Si로 이루어지는 것이 바람직하고, 반도체 디바이스(D)의 기판이 GaAs인 경우에는, 광 투과부(12)도 GaAs로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 반도체 디바이스(D)의 기판을 구성하는 재료와 동일한 재료에 의해 광 투과부(12)를 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 광 투과부(12) 및 고침 렌즈(S)가 모두 굴절률 3.2의 GaP로서, Si로 이루어지는 반도체 디바이스(D)의 기판의 두께가 100㎛인 경우, 전체의 개구수 NA는 2.3으로 된다. 또, 광 투과부(12) 및 고침 렌즈(S)가 모두 굴절률 3.45의 GaAs로서, Si로 이루어지는 반도체 디바이스(D)의 기판의 두께가 800㎛인 경우, 전체의 개구수 NA는 2.45로 된다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 관한 흡착기(10)에 의하면, 제1 흡착구(13a)를 이용한 진공 흡착에 의해서 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16)에 흡착 고정하면서, 제2 흡착구(14a)를 이용한 진공 흡착에 의해 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 흡착 고정할 수 있다. 또, 마찬가지로 하여 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16)에 흡착 고정하면서, 제2 흡착구(14a)를 이용한 진공 흡착을 중지함으로써, 고침 렌즈(S)의 흡착 고정을 해제하여, 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)으로부터 떼어낼 수 있다. 이와 같이, 흡착기(10)에 의하면, 관찰 대상이 되는 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16)에 흡착 고정하면서 고침 렌즈(S)의 착탈을 용이하게 행할 수 있다. 따라서 흡착기(10)에 의하면, 고침 렌즈(S)를 이용하지 않는 저배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰과, 고침 렌즈(S)를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰을 용이하게 변경 가능해진다.
그런데, 고침 렌즈(S)와 광 투과부(12)의 사이에 이버네센트 결합을 실현시키기 위해서는, 고침 렌즈(S)의 저면(Sa)과 광 출사면(17) 간의 거리가, 관찰광(觀察光)의 파장의 10분의 1 이하가 되도록, 고침 렌즈(S)의 저면(Sa)과 광 출사면(17)을 밀착시킬 필요가 있다. 본 실시 형태에 관한 흡착기(10)에 있어서는, 광 출사면(17)이 제1 오목부(18)의 저면(18a)(즉 단차부(20)의 상면(20a))보다도 제2 면(14)측으로 돌출하도록 위치하고 있다. 이 때문에, 제2 흡착구(14a)를 이용하여 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 흡착 고정할 때에, 제2 흡착구(14a)의 가장자리가 고침 렌즈(S)의 저면(Sa)에 접촉하는 것을 피할 수 있다. 그 결과, 고침 렌즈(S)의 저면(Sa)과 광 출사면(17)이 충분히 밀착 가능하여, 이버네센트 결합을 확실하게 실현할 수 있다. 또, 고침 렌즈(S)의 저면(Sa)과 제1 오목부(18)의 저면(18a)이 이간하고 있으므로(즉, 제2 흡착구(14a)가 닫혀져 있지 않기 때문에), 제2 흡착구(14a)를 이용한 진공 흡착을 중지함으로써, 고침 렌즈(S)의 흡착 고정을 용이하게 해제할 수 있다.
또한, 흡착기(10)에 있어서는, 단차부(20)를 형성하는 대신에, 도 4에 도시된 바와 같이, 탄성을 가지는 재료(예를 들면 고무 등)로 이루어진 환상의 봉지(封止) 부재(21)를 제1 오목부(18)의 저면(18a)에 배치해도 좋다. 이때, 봉지 부재(21)의 상면(21a)은 광 출사면(17)보다도 제2 면(14) 측에 위치하고 있다. 이 경우, 광 출사면(17)에 고침 렌즈(S)를 배치했을 때에 제2 흡착구(14a)의 기밀성이 높아지므로(즉, 제2 흡착구(14a)가 닫혀지므로), 고침 렌즈(S)를 효율적으로 흡착 가능해진다. 또, 제2 흡착구(14a)를 이용한 진공 흡착을 중지했을 때, 고침 렌즈(S)의 저면(Sa)이 봉지 부재(21)의 탄성에 의해 제2 면(14) 측으로 떠오르기 때문에, 고침 렌즈(S)의 흡착 고정을 용이하게 해제할 수 있다.
또, 흡착기(10)는 본체부(11)를 냉각하기 위한 냉각 수단을 추가로 구비할 수 있다. 이 경우, 반도체 디바이스(D) 및 고침 렌즈(S)의 과열을 방지할 수 있다. 그 결과, 반도체 디바이스(D)의 정상 동작을 실현할 수 있고, 또한 고침 렌즈(S)의 굴절률이 변화하는 것을 방지할 수 있다.
［반도체 디바이스 관찰 장치의 실시 형태］
다음으로, 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 장치의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 5는 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 장치의 일 실시 형태의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 디바이스 관찰 장치(100)는 흡착 장치부(30)와, 테스터(전압 인가 수단)(40)와, 광학 장치부(50)와, 컨트롤부(70)를 구비하고 있다. 반도체 디바이스 관찰 장치(100)는, 예를 들면 반도체 디바이스의 고장 해석을 위해서 고침 렌즈를 이용해 반도체 디바이스를 관찰하는 경우 등에 이용할 수 있다.
흡착 장치부(30)는 상술한 흡착기(10)를 가지고 있다. 흡착기(10)에는, 당해 반도체 디바이스 관찰 장치(100)의 관찰 대상인 반도체 디바이스(D)가 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 배치된다. 흡착 장치부(30)는 흡착기(10)를 X－Y 방향(광 입사면(16) 및 광 출사면(17)의 연재(延在) 방향)으로 구동하기 위한 흡착기 구동 기구(31)와, 제1 면(13)상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 고정하기 위한 웨이퍼 흡착 고정부(32)를 추가로 가지고 있다. 웨이퍼 흡착 고정부(32)는 흡착기(10)에 대한 반도체 웨이퍼(W)의 위치 결정 등에 이용할 수 있다.
또, 흡착기(10)는 본체부(11)를 냉각하기 위한 수냉 자켓(냉각 수단)(22)을 추가로 가지고 있다. 수냉 자켓(22)은 제2 면(14)상에 마련되어 있다. 수냉 자켓(22)은 환 모양으로 형성된 냉매 유로(22a)를 가지고 있고, 이 냉매 유로(22a)에 냉매 칠러(chiller)-C로부터 공급되는 냉매를 유통시킴으로써, 본체부(11)를 냉각한다.
또, 제1 흡착구(13a) 및 제2 흡착구(14a)에는, 흡착구(B) 및 밸브(E)를 통하여 진공 펌프(V)가 접속되어 있다. 또, 웨이퍼 흡착 고정부(32)에 대해서도, 마찬가지로 밸브(E)를 통하여 진공 펌프(V)가 접속되어 있다. 또한, 제1 흡착구(13a)에는, 밸브(E)를 통하여 에어 콤프레셔(air compressor)(F)가 접속되어 있다. 이러한 밸브(E)는, 예를 들면 전자 밸브로 할 수 있다.
테스터(40)는 제1 면(13)에 배치된 반도체 웨이퍼(W)의 반도체 디바이스(D)에 대해서 전압을 인가한다. 보다 구체적으로는, 테스터(40)는 반도체 디바이스(D)의 관찰에 필요한 전기 신호를 생성하고, 생성한 전기 신호를 프로브 카드(41) 및 프로브 침(42)을 통하여 반도체 디바이스(D)에 인가한다.
광학 장치부(50)는 광 투과부(12)를 투과한 광을 도광(導光)하는 도광 광학계(51)와, 도광 광학계(51)에 의해 도광된 광을 검출·촬상하는 검출기(촬상 수단)(52)와, 도광 광학계(51)를 X－Y 방향 및 거기에 직교하는 Z 방향(도광 광학계(51)의 광축(L)을 따른 방향)으로 구동하기 위한 XYZ 스테이지(53)를 가지고 있다.
도광 광학계(51)는 광 투과부(12)를 투과한 광이 입사되는 저배율 대물 렌즈(제1 대물 렌즈)(54a) 및 고배율 대물 렌즈(제2 대물 렌즈)(54b)와, 저배율 대물 렌즈(54a)와 고배율 대물 렌즈(54b)를 전환하기 위한 렌즈 터릿(대물 렌즈 전환 수단)(55)과, 저배율 대물 렌즈(54a) 및 고배율 대물 렌즈(54b)로부터의 광을 결상 시키는 결상 렌즈(56)를 포함한다.
고배율 대물 렌즈(54b)는 저배율 대물 렌즈(54a)의 배율보다도 높은 배율을 가지고 있다. 또, 고배율 대물 렌즈(54b)에는 적어도 그 광축(L)을 따라서 이동 가능하게 고침 렌즈(S)가 장착되어 있다. 고침 렌즈(S)가 고배율 대물 렌즈(54b)에 장착된 모습을 도 6에 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 여기서의 고침 렌즈(S)는 거의 반구 모양의 제1 부분(S1)과 테이퍼 형상을 가지는 제2 부분(S2)으로 이루어진다. 고배율 대물 렌즈(54b)의 선단(先端)부(54c)에는, 그러한 고침 렌즈(S)를 유지하기 위한 렌즈 홀더(60)가 장착되어 있다. 렌즈 홀더(60)의 선단부(60a)의 내면(60b)은, 고침 렌즈(S)의 제2 부분(S2)의 테이퍼 형상에 맞추어 경사져 있다. 이 때문에, 렌즈 홀더(60)에 유지된 고침 렌즈(S)는, 렌즈 홀더(60)에 대해서 고정되지 않고, 또 그 저면(Sa)이 렌즈 홀더(60)의 선단부(60a)로부터 돌출된 상태로 유지되고, 고배율 대물 렌즈(54b)의 광축(L)을 거의 따라 이동 가능해져 있다.
또한, 렌즈 홀더(60)에는 고침 렌즈(S)의 고배율 대물 렌즈(54b)로 향하는 방향으로의 이동을 규제하는 렌즈 커버(61)가 마련되어 있다. 따라서 고침 렌즈(S)는, 렌즈 홀더(60)의 선단부(60a)의 내면(60b)와 렌즈 커버(61)의 사이에 유지되게 된다.
이 렌즈 커버(61)는 관찰광을 투과하는 재료로 이루어진 경우에는, 예를 들면, 도 7(a)에 도시된 것과 같은 원반 모양의 것으로 할 수 있다. 또, 렌즈 커버(61)는 관찰광을 투과하지 않는 재료로 이루어진 경우에는, 예를 들면, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 링 모양의 가장자리(61a)와 가장자리(61a)에 가로놓여진 지지부(61b)에 의해서 광 투과구(61c)를 마련한 형상으로 할 수 있다.
컨트롤부(70)는 흡착 장치부(30), 광학 장치부(50), 및 각 밸브(E)를 제어하기 위한 전자 제어 유니트이다. 이와 같은 컨트롤부(70)는 기능적으로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 밸브 컨트롤부(71), 스테이지 컨트롤부(72), 검출기 컨트롤부(73), SIL 컨트롤부(74), 렌즈 터릿 컨트롤부(75), 및 척(chuck) 컨트롤부(76)를 가지고 있다.
밸브 컨트롤부(71)는 각 밸브(E)의 개폐를 제어한다. 보다 구체적으로는, 밸브 컨트롤부(71)는 반도체 웨이퍼(W)를 제1 면(13)에 흡착 고정할 때는, 제1 흡착구(13a)와 진공 펌프(V)의 사이에 배치된 밸브(E)를 열어서 제1 흡착구(13a) 내를 진공 흡인하고, 반도체 웨이퍼(W)의 흡착 고정을 해제할 때는, 이 밸브(E)를 닫는다. 또, 밸브 컨트롤부(71)는 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 흡착 고정할 때는, 제2 흡착구(14a)와 진공 펌프의 사이에 배치된 밸브(E)를 열어서 제2 흡착구(14a) 내를 진공 흡인하고, 고침 렌즈(S)의 흡착 고정을 해제할 때는 이 밸브(E)를 닫는다.
또, 밸브 컨트롤부(71)는 웨이퍼 흡착 고정부(32)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 고정할 때는, 웨이퍼 흡착 고정부(32)와 진공 펌프(V)의 사이에 배치된 밸브(E)를 열고, 흡착 고정을 해제할 때는 이 밸브(E)를 닫는다. 또한, 밸브 컨트롤부(71)는 반도체 웨이퍼(W)를 흡착기(10)로부터 부상시킬 때는, 제1 흡착구(13a)와 에어 콤프레셔(F) 간의 밸브(E)를 열어서 제1 흡착구(13a)로부터 압축 공기를 취출하고, 반도체 웨이퍼(W)의 부상을 중지할 때에는 이 밸브(E)를 닫는다.
스테이지 컨트롤부(72)는 XYZ 스테이지(53)를 제어하여, 도광 광학계(51)를 X－Y－Z 방향으로 이동시킨다. 척 컨트롤부(76)는 흡착기 구동 기구(31)를 제어하여, 흡착기(10)를 X－Y 방향으로 이동시킨다.
검출기 컨트롤부(73)는 검출기(52)를 제어한다. 보다 구체적으로는, 검출기 컨트롤부(73)는 검출기(52)로서의 카메라나, 레이저 스캔 이미징 장치의 제어를 행한다. 여기서의 카메라로서는, 예를 들면 CCD 카메라, InGaAs 카메라, MCT 카메라, 및 CMOS 카메라 등을 들 수 있다. 또, 이 검출기 컨트롤부(73)에서는, 검출기(52)에서 검출되는 광량(光量)에 맞추어 게인이나 오프셋, 혹은 적산(積算) 시간 등을 컨트롤할 수 있다.
SIL 컨트롤부(74)는 고배율 대물 렌즈(54b)에 장착된 고침 렌즈(S)의 동작 에 대한 제어를 행한다. 보다 구체적으로는, SIL 컨트롤부(74)는 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 진공 흡착하기 위하여 광 출사면(17)에 꽉 누를 때에, 고침 렌즈(S)가 손상하지 않도록 고침 렌즈(S)의 이동량을 제한하거나, 고침 렌즈(S)가 광 출사면(17)에 접촉한 것을 감지하여, 밸브 컨트롤부(71)의 제어에 의해 고침 렌즈(S)의 진공 흡착을 시작할 수 있도록 한다.
렌즈 터릿 컨트롤부(75)는 렌즈 터릿(55)을 회전시킴으로써, 저배율 대물 렌즈(54a)와 고배율 대물 렌즈(54b)를 전환하여, 소망하는 배율을 선택한다. 렌즈 터릿 컨트롤부(75)는 렌즈 터릿(55)의 어디에 어느 배율의 대물 렌즈가 마련되어 있는지를 미리 기억함으로써, 소망하는 배율의 선택을 가능하게 한다. 또, 렌즈 터릿 컨트롤부(75)는 렌즈 터릿(55)의 회전 방향을 일정한 방향으로 제한함으로써, 백래쉬(backlash)의 영향에 기인하는 위치 제도(制度)의 저하를 방지한다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 장치(100)는 흡착기(10)를 구비하고 있으므로, 컨트롤부(70)의 제어하에, 고침 렌즈(S)를 이용하지 않는 저배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰(즉 저배율 대물 렌즈(54a)에 의한 관찰)과 고침 렌즈(S)를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰(즉 고배율 대물 렌즈(54b)에 의한 관찰)을 용이하게 변경할 수 있다.
또한, 고배율 대물 렌즈(54b)에 고침 렌즈(S)를 이동 가능하게 장착하기 위한 구성은, 렌즈 홀더(60)로 한정되지 않는다. 고배율 대물 렌즈(54b)에 고침 렌즈(S)를 장착하는 경우에는, 예를 들면, 도 9에 도시된 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 고배율 대물 렌즈(54b)의 선단부(54c)에는, 렌즈 홀더(60)를 대신하여 렌즈 홀더(65)가 장착되어 있다. 이 렌즈 홀더(65)는 복수(예를 들면 3개)의 유지편(67)을 가지고 있다.
유지편(67)에는 그 선단부(67a)에 있어서, 고침 렌즈(S)의 제1 부분(S1)의 곡율과 거의 동일한 곡율을 가지는 렌즈 받침면(67b)이 형성되어 있고, 고침 렌즈(S)는 이 렌즈 받침면(67b)에 배치된다. 또, 유지편(67)의 선단부(67a)에는, 렌즈 받침면(67b)에 배치된 고침 렌즈(S)를 계지(係止)하기 위한 계지편(68)이 배설되어 있다. 계지편(68)은 그 내면(68a)이 고침 렌즈(S)의 제2 부분(S2)의 테이퍼 형상에 맞추어 경사져 있다. 이 때문에, 고침 렌즈(S)는 광 투과부(12)의 광 출사면(17)에 접촉하면, 그 저면(Sa)이 광 출사면(17)을 따르도록 회전하면서(돌면서), 유지편(67)에 의해, 고침 렌즈(S)의 중심축이 유지편(67)의 반경의 축으로 유지되도록 이동한다. 또, 고배율 대물 렌즈(54b)는 광축(L)을 따라서 이동 가능해져 있고, 반도체 디바이스(D)의 관찰 위치에 대한 초점 위치 맞춤을 행할 때, 반도체 디바이스(D)에 대한 고배율 대물 렌즈(54b)의 상대 위치를 변위(變位)시킴으로써 조정한다.
여기서, 도 10은 본 발명에 관한 흡착기의 다른 실시 형태의 구성을 나타내는 단면도이다. 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 장치(100)는 상술한 흡착기(10)를 대신하여, 이 도 10에 도시된 흡착기(10A)를 구비할 수 있다. 흡착기(10A)는 본체부(11A)와 광 투과부(12A)를 구비하고 있다. 본체부(11A)는 흡착기(10)의 본체부(11)와 같은 재료(예를 들면 Cu)로 구성할 수 있다. 광 투과부(12A)는 흡착기(10)의 광 투과부(12)와 같은 재료(예를 들면 Si, GaP, GaAs 등)로 구성할 수 있다.
본체부(11A)는 흡착기(10)의 본체부(11)과 마찬가지로, 반도체 디바이스(D)가 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 배치되는 제1 면(13)을 가지고 있다. 본체부(11A)는 제1 면(13)과 반대측에 제2 면(14A)을 가지고 있다. 본체부(11A)에는 제1 면(13)과 제2 면(14A)을 관통하는 관통공(15A)이 형성되어 있다. 본체부(11A)는 원반 모양을 이루고 있고, 관통공(15A)은 본체부(11A)의 거의 중앙부에 배치되어 있다. 관통공(15A)은 제1 면(13)에서 제2 면(14A)으로 향하는 방향으로 확경(擴徑)하는 원추대(圓錐臺) 모양을 나타내고 있다.
광 투과부(12A)는 관통공(15A)에 감합되어 고정되어 있다. 광 투과부(12A)는 제1 면(13)상에 배치된 반도체 디바이스(D)로부터의 광이 입사되는 광 입사면(16A)과 광 입사면(16A)으로부터 입사한 광이 출사되는 광 출사면(17A)을 가지고 있다. 광 입사면(16A)과 광 출사면(17A)은 서로 대향하고 있다. 따라서 광 투과부(12A)는 광 입사면(16A) 및 광 출사면(17A)을 양단면으로 하여 규정되는 원추대 모양을 나타내고 있다.
광 입사면(16A)은 제1 면(13)측으로 노출되어 있다. 또, 광 입사면(16A)은 제1 면(13)과 동일한 면으로 되어 있다. 따라서 제1 면(13)상에 반도체 웨이퍼(W)가 배치되면, 그 반도체 웨이퍼(W)의 소정의 반도체 디바이스(D)가 광 입사면(16A)에 배치되게 된다. 광 출사면(17A)은 제2 면(14A)측으로 노출되어 있다. 따라서 반도체 디바이스(D)로부터의 광은, 광 투과부(12A)를 통하여 흡착기(10A)를 투과한다. 또한, 광 출사면(17A)은 제2 면(14A)과 동일한 면으로 되어 있다.
이 흡착기(10A)를 이용하는 경우에는 고침 렌즈(S)를 대신하여, 도 10에 도시된 고침 렌즈(SA)를 이용할 수 있다. 고침 렌즈(SA)는 반구 모양의 본체부(SA1)와 평판 모양의 날밑부(鍔部)(SA2)로 이루어진다. 날밑부(SA2)는 본체부(SA1)의 측면의 자락부에서 본체부(SA1)에 고정되어 있고, 본체부(SA1)와 일체로 이동 가능하게 되어 있다. 본체부(SA1) 및 날밑부(SA2)는 반도체 디바이스(D)로부터의 광을 투과하는 재료로 이루어진다. 또, 날밑부(SA2)의 주면(SA21) 및 이면(SA22)은, 날밑부(SA2)를 투과하는 광속(光束)에 왜곡을 주지 않도록 경면(鏡面)처럼 연마되어 있다. 날밑부(SA2)의 형상은, 예를 들면 원반 모양으로 할 수 있다. 또한, 고침 렌즈(S)는 고배율 대물 렌즈(54b)에 장착되어 있었지만, 고침 렌즈(SA)는 고배율 대물 렌즈(54b)에 장착되지 않고 고배율 대물 렌즈(54b)와 별체로 되어 있다.
흡착기(10A)는 이와 같은 고침 렌즈(SA)를 제2 면(14A)에 흡착 고정하기 위한 구성을 가지고 있다. 즉, 본체부(11A)의 제2 면(14A)에는, 고침 렌즈(SA)를 진공 흡착하여 제2 면(14A)(특히 광 출사면(17A))에 고정하기 위한 제2 흡착구(14Aa)가 복수(예를 들면 2개~5개) 형성되어 있다. 제2 흡착구(14Aa)는, 예를 들면 제1 흡착구(13a)와 대응하는 위치에 있어서, 링 모양으로 형성될 수 있다. 제2 흡착구(14Aa)의 각각은, 도시하지 않은 흡착구에 연통하여 있고, 그 흡착구에 접속되는 진공 펌프(V) 등에 의해서, 그 내부가 진공 흡인된다. 흡착기(10A)에 있어서는, 제2 흡착구(14Aa)의 내부를 진공 흡인함으로써, 고침 렌즈(SA)를 제2 면(14A)에 흡착 고정한다. 이와 같은 흡착기(10A)를 이용함으로써, 고침 렌즈(SA)의 흡착을 날밑부(SA2)의 전체에서 행할 수 있으므로, 제2 면(14A)에 대한 고침 렌즈(SA)의 흡착 고정을, 비교적 큰 힘으로 확실하게 행할 수 있다.
여기서, 반도체 디바이스 관찰 장치(100)는 리니어 스테이지가 부착된 구동 모터(M)를 추가로 구비할 수 있다. 구동 모터(M)는 컨트롤부(70)의 제어하에, 흡착기(10A)의 제2 면(14A)을 따라서 고침 렌즈(SA)를 이동시킨다. 이와 같이 흡착기(10A), 고침 렌즈(SA), 및 구동 모터(M)를 이용하는 반도체 디바이스 관찰 장치(100)에 있어서는, 예를 들면 이하와 같은 반도체 디바이스(D)의 관찰을 행할 수 있다.
우선, 제2 면(14A)에 대한 고침 렌즈(SA)의 흡착 고정을 해제한 후에, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 구동 모터(M)에 의해 흡착기(10A)의 제2 면(14A)을 따라서(도면 중의 화살표 방향을 따라서) 고침 렌즈(SA)를 이동시켜, 고침 렌즈(SA)의 날밑부(SA2)를 광 투과부(12A)의 광 출사면(17A)에 배치한다(즉, 고침 렌즈(SA)의 본체부(SA1)를 광 출사면(17A)으로부터 빗겨나게 한다). 그 상태에 있어서, 제2 흡착구(14Aa) 내를 진공 흡인함으로써, 고침 렌즈(SA)를 제2 면(14A)에 흡착 고정한다. 그리고 저배율 대물 렌즈(54a)를 이용해 반도체 디바이스(D)의 관찰을 행한다. 이와 같이 저배율로의 관찰을 행하면서, 반도체 웨이퍼(W)를 광 투과부(12A)에 대해서 이동시키고, 반도체 디바이스(D)의 소망하는 관찰 위치를 광 투과부(12A)의 중심으로 배치한다.
계속해서, 제2 면(14A)에 대한 고침 렌즈(SA)의 흡착 고정을 해제한 후에, 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 구동 모터(M)에 의해 흡착기(10A)를 이동시키고, 고침 렌즈(SA)의 본체부(SA1)를 광 투과부(12A)의 광 출사면(17A)에 배치한다. 그 상태에 있어서, 제2 흡착구(14Aa) 내를 진공 흡인함으로써, 고침 렌즈(SA)를 제2 면(14A)에 흡착 고정한다. 그리고 고침 렌즈(SA)의 본체부(SA1) 및 고배율 대물 렌즈(54b)를 이용해 반도체 디바이스(D)의 관찰을 행한다. 이와 같이, 고침 렌즈(SA)에서의 반구 모양의 본체부(SA1)를 이용해 관찰을 행함으로써, 예를 들면 현미경 관찰에서의 배율·NA 모두 3.5배 되어, 고분해능(高分解能) 관찰이 가능해진다.
또한, 반도체 디바이스(D)에서의 관찰 위치를 이동시키는 경우는, 고침 렌즈(SA)의 흡착 고정을 해제하고, 관찰하고 싶은 위치의 상방(도면중의 하방)으로 본체부(SA1)를 이동시킨 후에, 흡착 고정하여 관찰을 행한다. 이 관찰 자체는, 고침 렌즈(SA)의 이동중에도 상시 행하고 있어도 좋다. 또, 대물 렌즈 위치를 본체부(SA1)의 바로 위로 하여 관찰하는 것이 가장 수차를 적고 광범위로 관찰할 수 있다.
이상 설명한 것처럼, 흡착기(10A)에 의하면, 제1 흡착구(13a)를 이용한 진공 흡착에 의해서 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16A)에 흡착 고정하면서, 제2 흡착구(14Aa)를 이용한 진공 흡착에 의해 고침 렌즈(SA)의 본체부(SA1)를 광 출사면(17A)에 흡착 고정할 수 있다. 또, 마찬가지로 하여 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16A)에 흡착 고정하면서, 제2 흡착구(14Aa)를 이용한 진공 흡착을 중지함으로써, 고침 렌즈(SA)의 흡착 고정을 해제하고, 고침 렌즈(SA)의 본체부(SA1)를 광 출사면(17A)으로부터 빗겨나게 할 수 있다. 이와 같이, 흡착기(10A)에 의하면, 관찰 대상이 되는 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16A)에 흡착 고정하면서 고침 렌즈(SA)의 본체부(SA1)의 이동을 용이하게 행할 수 있다. 따라서 흡착기(10A)에 의하면, 고침 렌즈(SA)의 날밑부(SA2)를 이용하는 저배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰과, 고침 렌즈(SA)의 본체부(SA1)를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰을 용이하게 변경 가능해진다.
따라서 흡착기(10A)를 구비하는 반도체 디바이스 관찰 장치(100)에 의하면, 컨트롤부(70)의 제어하에, 고침 렌즈(SA)의 날밑부(SA2) 및 저배율 대물 렌즈(54a)를 이용하는 저배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰과, 고침 렌즈(SA)의 본체부(SA1) 및 고배율 대물 렌즈(54b)를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰을 용이하게 변경할 수 있다.
［반도체 디바이스 관찰 방법의 제1 실시 형태］
다음으로, 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법의 제1 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법은, 상기의 반도체 디바이스 관찰 장치(100)를 이용해 반도체 디바이스를 관찰하는 방법이다. 도 11은 이 반도체 디바이스 관찰 방법의 공정을 나타내는 순서도이고, 도 12는 이 반도체 디바이스 관찰 방법에서의 일부 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착기(10)를 이용하여 진공 흡착함으로써, 반도체 웨이퍼(W)를 제1 면(13)에 흡착 고정한다(스텝 S11). 보다 구체적으로는, 밸브 컨트롤부(71)가 제1 흡착구(13a)와 진공 펌프(V)의 사이에 배치된 밸브(E)를 열어 제1 흡착구(13a)의 내부를 진공 흡인하여, 반도체 웨이퍼(W)를 제1 면(13)에 흡착 고정한다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)에 형성된 반도체 디바이스(D)가 광 입사면(16)에 고정된다.
계속해서, 반도체 디바이스(D)가 광 입사면(16)에 고정된 상태에서, 테스터(40)가 반도체 디바이스(D)의 소정의 개소(箇所)에 프로브 침(42)을 갖다 대고, 당해 소정의 개소에 전압을 인가한다(스텝 S12：전압 인가 공정).
계속해서, 스텝 S12에서의 전압의 인가에 의해서 반도체 디바이스(D)로부터 시작되어 광 투과부(12)를 투과하는 광을, 광 출사면(17)측에 배치된 저배율 대물 렌즈(54a)를 이용해 관찰함으로써, 반도체 디바이스(D)에서의 관찰 대상 개소(예를 들면 고장 개소)를 검출한다(스텝 S13：검출 공정). 또한, 반도체 디바이스로의 전압의 인가는, 이 스텝 S13 후에 일단 중지하고, 후술하는 스텝 S18에 있어서 관찰 대상 개소의 화상을 취득할 때에 재차 행할 수 있다.
이 스텝 S13에 있어서는, 스테이지 컨트롤부(72)가 XYZ 스테이지(53)를 제어하여, 도 12 (a)에 도시된 바와 같이, 저배율 대물 렌즈(54a)를 X－Y 방향으로 구동시킴으로써, 저배율 대물 렌즈(54a)와 광 투과부(12)의 위치 관계를 조절하면서, 광 투과부(12)를 투과한 광을 관찰해 관찰 대상 개소를 검출한다. 또한, 이 스텝 S13에 있어서는, 필요에 따라서 복수의 관찰 대상 개소를 검출하고, 그 X－Y 방향 에 대한 위치 데이터를 컨트롤부(70)에 기억시켜 두어도 좋다.
계속해서, 렌즈 터릿 컨트롤부(75)가 렌즈 터릿(55)을 제어(회전)함으로써, 대물 렌즈를 저배율 대물 렌즈(54a)로부터 고배율 대물 렌즈(54b)로 전환한다(스텝 S14).
계속해서, 스테이지 컨트롤부(72)가 XYZ 스테이지(53)를 제어하여, 고배율 대물 렌즈(54b)와 고배율 대물 렌즈(54b)에 장착된 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)측에서 X－Y 방향으로 이동시켜, 스텝 S13에서 검출된 관찰 대상 개소에 위치 맞춤한다(스텝 S15：위치 맞춤 공정).
계속해서, 고침 렌즈(S)를 진공 흡착함으로써, 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 흡착 고정한다(스텝 S16：흡착 고정 공정). 보다 구체적으로는, 밸브 컨트롤부(71)가 제2 흡착구(14a)와 진공 펌프(V)의 사이에 배치된 밸브(E)를 열어 제2 흡착구(14a)의 내부를 진공 흡인하여, 고침 렌즈를 광 출사면(17)에 흡착 고정한다.
이 스텝 S16에 있어서는, 먼저, 스테이지 컨트롤부(72)가 XYZ 스테이지(53)를 제어하고, 고배율 대물 렌즈(54b)와 고침 렌즈(S)를 Z 방향으로 이동시켜 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 접촉시킨 후에, 진공 흡착에 의해 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 고정할 수 있다.
계속해서, 스테이지 컨트롤부(72)가 XYZ 스테이지(53)를 제어하고, 고배율 대물 렌즈(54b)의 Z 방향의 위치를 조정함으로써, 고배율 대물 렌즈(54b)의 포커스 위치를 조정한다(스텝 S17：포커스 조정 공정). 여기에서는, 고침 렌즈(S)가 고배율 대물 렌즈(54b)에 대해서 이동 가능하게 유지되고 있으므로, 스텝 S16에서 고침 렌즈(S)를 흡착 고정한 후에 있어서도, 고배율 대물 렌즈(54b)의 위치를 조절할 수 있다.
그리고 검출기(52)가, 도 12 (b)에 도시된 바와 같이 고배율 대물 렌즈(54b) 및 고침 렌즈(S)를 이용하여, 스텝 S13에서 검출된 관찰 대상 개소의 화상을 취득한다(스텝 S18：화상 취득 공정). 취득된 화상은 검출기(52)에 접속된 컴퓨터 등에 전송되어 표시된다.
이 후, 필요에 따라서 다른 관찰 대상 개소의 화상을 취득하기 위하여, 고침 렌즈(S)의 흡착 고정을 해제하고, 다시 상기의 스텝 S15 이후의 스텝을 반복하여 행할 수 있다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법에 의하면, 고침 렌즈(S)를 이용하지 않고 저배율 대물 렌즈(54a)에 의해 반도체 디바이스(D)의 관찰을 행하여 관찰 대상 개소를 검출하고, 그 후에, 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 흡착 고정하고, 고배율 대물 렌즈(54b)에 의해 관찰 대상 개소의 관찰을 행한다. 이와 같이, 이 반도체 디바이스 관찰 방법에 의하면, 고침 렌즈(S)를 이용하지 않는 저배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰과, 고침 렌즈를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰을 용이하게 변경할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법에 있어서는, 반도체 디바이스(D)가 광 입사면(16)에 흡착 고정된 상태에서 반도체 디바이스(D)에 전압을 인가하고, 저배율 대물 렌즈(54a)와 흡착기(10)의 위치 관계를 조절하면서 반도체 디바이스(D)를 관찰한다. 이 때문에, 이 반도체 디바이스 관찰 방법은 광 투과부(12)의 폭이, 반도체 디바이스의 폭에 대해서 비교적 큰 경우에, 적용할 수 있다. 그리고 그러한 경우에는, 관찰 대상 개소를 검출할 때에, 반도체 디바이스(D)와 흡착기(10)의 위치 관계를 변경할 필요가 없으므로(즉, 광 투과부(12)의 위치 맞춤을 할 필요가 없으므로), 관찰 대상 개소의 특정이 용이해진다.
［반도체 디바이스 관찰 방법의 제2 실시 형태］
다음으로, 본 발명에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법도, 상기의 반도체 디바이스 관찰 장치(100)를 이용해 반도체 디바이스 관찰하는 방법이다. 도 13은 이 반도체 디바이스 관찰 방법의 공정을 나타내는 순서도이고, 도 14는 이 반도체 디바이스 관찰 방법에서의 일부 공정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착기(10)를 이용해 진공 흡착함으로써, 반도체 웨이퍼(W)를 제1 면(13)에 흡착 고정한다(스텝 S21). 보다 구체적으로는, 밸브 컨트롤부(71)가 제1 흡착구(13a)와 진공 펌프(V)의 사이에 배치된 밸브(E)를 열어 제1 흡착구(13a)의 내부를 진공 흡인하여, 반도체 웨이퍼(W)를 제1 면(13)에 흡착 고정한다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)에 형성된 반도체 디바이스(D)가 광 입사면(16)에 고정된다.
계속해서, 반도체 디바이스(D)가 광 입사면(16)에 고정된 상태에서, 테스터(40)가 반도체 디바이스(D)의 소정의 개소에 프로브 침(42)을 갖다 대고, 당해 소정의 개소에 전압을 인가한다(스텝 S22：전압 인가 공정).
계속해서, 스텝 S22에서의 전압의 인가에 의해서 반도체 디바이스(D)로부터 시작되어 광 투과부(12)를 투과하는 광을, 광 출사면(17)측에 배치한 저배율 대물 렌즈(54a)를 이용해 관찰함으로써, 반도체 디바이스(D)에서의 관찰 대상 개소를 검출한다(스텝 S23：검출 공정). 이 스텝 S23에 있어서는, 필요에 따라서 복수의 관찰 대상 개소를 검출하고, 그 X－Y 방향에 대한 위치 데이터를 컨트롤부(70)에 기억시켜 두어도 좋다. 또, 반도체 디바이스로의 전압의 인가는, 이 스텝 S23 후에 일단 중지하고, 후술하는 스텝 S31에 있어서 관찰 대상 개소의 화상을 취득할 때에 재차 행할 수 있다.
계속해서, 흡착기(10)로부터의 공기 취출에 의해서, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착기(10)에 부상 유지한다(스텝 S24：흡착기 이동 공정). 보다 구체적으로는, 밸브 컨트롤부(71)가 제1 흡착구(13a)와 진공 펌프(V)의 사이에 배치된 밸브(E)를 닫아 제1 흡착구(13a)의 내부의 진공 흡인을 중지함과 아울러, 제1 흡착구(13a)와 에어 콤프레셔(F)의 사이에 배치된 밸브(E)를 열어 제1 흡착구(13a)로부터 압축 공기를 취출함으로써, 제1 면(13)상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)를 부상시킨다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)는 제1 면(13)와 프로브 침(42)의 사이에 부상 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 압축 공기에 의해 프로브 침(42)에 꽉 눌러져, 그 X－Y 방향에 있어서의 위치가 안정화된다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 부상의 정도는 반도체 웨이퍼(W)와 광 투과부(12)의 경계로부터의 반사광의 간섭에 의한 간섭 패턴에 의해 판단할 수 있다. 이 간섭 패턴은 흡착시에는 어두운 일색(一色)으로 되지만, 반도체 웨이퍼(W)가 부상하는 것에 따라서 밝아져 무늬가 나오기 시작한다.
계속해서, 도 14(a)에 도시된 바와 같이, 척 컨트롤부(76)가 흡착기 구동 기구(31)를 제어하여 흡착기(10)를 X－Y 방향으로 이동시킴과 아울러, 스테이지 컨트롤부(72)가 저배율 대물 렌즈(54a)를 X－Y 방향으로 이동시키고, 광 투과부(12)의 중앙이 스텝 S23에서 검출된 관찰 대상 개소에 맞도록, 광 투과부(12)의 위치 맞춤을 행한다(스텝 S25：흡착기 이동 공정). 또한, 이 스텝 S25에 있어서는, 저배율 대물 렌즈(54a) 및 흡착기(10)를 고정해 두고, 반도체 디바이스(D)(반도체 웨이퍼(W))를 이동시켜도 좋다. 이 경우, 반도체 웨이퍼(W)의 이동은 웨이퍼 흡착 고정부(32)를 이용해 행해진다. 이와 같이, 스텝 S25에 있어서는, 저배율 대물 렌즈(54a) 및 흡착기(10)를 반도체 디바이스(D)에 대해서 상대적으로 X－Y 방향을 따라서 이동시키면 좋다.
또, 이 스텝 S25에 있어서는, 반도체 디바이스(D)의 반사상을 관찰하면서 광 투과부(12)를 위치 맞춤함으로써, 광 투과부(12)의 중심을 관찰 대상 개소에 확실히 위치 맞춤할 수 있다. 또, 이 스텝 25에 있어서는, 광 투과부(12)의 위치 맞춤 후에, 반도체 디바이스(D)에 재차 전압을 인가하여 광 투과부(12)의 중심이 관찰 대상 개소에 맞아 있는지를 확인할 수 있다. 이것에 의해, 광 투과부(12)의 위치 맞춤의 정밀도를 한층 향상할 수 있다.
계속해서, 반도체 웨이퍼(W)를 진공 흡착함으로써, 반도체 디바이스(D)를 광 입사면(16)에 흡착 고정한다(스텝 S26：흡착기 이동 공정). 보다 구체적으로는, 밸브 컨트롤부(71)가 제1 흡착구(13a)와 에어 콤프레셔(F)의 사이에 배치된 밸브(E)를 닫아 압축 공기의 취출을 멈추고, 추가로 제1 흡착구(13a)와 진공 펌프(V)의 사이에 배치된 밸브(E)를 열어 제1 흡착구(13a)의 내부를 진공 흡인하여 반도체 웨이퍼를 흡착 고정한다.
계속해서, 렌즈 터릿 컨트롤부(75)가 렌즈 터릿(55)을 제어(회전)함으로써, 대물 렌즈를 저배율 대물 렌즈(54a)에서 고배율 대물 렌즈(54b)로 전환한다(스텝 S27).
계속해서, 스테이지 컨트롤부(72)가 XYZ 스테이지(53)를 제어하여, 고배율 대물 렌즈(54b)와 고배율 대물 렌즈(54b)에 장착된 고침 렌즈(S)를, 광 출사면(17)측에 있어서 X－Y 방향으로 이동시키고, 이것들을 광 투과부(12)가 위치 맞춤된 관찰 대상 개소에 위치 맞춤한다(스텝 S28：위치 맞춤 공정).
계속해서, 진공 흡착에 의해 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 흡착 고정한다(스텝 S29：흡착 고정 공정). 보다 구체적으로는, 밸브 컨트롤부(71)가 제2 흡착구(14a)와 진공 펌프(V)의 사이에 배치된 밸브(E)를 열어 제2 흡착구(14a)의 내부를 진공 흡인하여 고침 렌즈(S)를 흡착 고정한다.
이 스텝 S29에 있어서는, 먼저, 스테이지 컨트롤부(72)가 XYZ 스테이지(53)를 제어하고, 고배율 대물 렌즈(54b)와 고침 렌즈(S)를 Z 방향으로 이동시켜 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 접촉시킨 후에, 진공 흡착에 의해 고침 렌즈(S)를 광 출사면(17)에 고정할 수 있다.
계속해서, 스테이지 컨트롤부(72)가 XYZ 스테이지(53)를 제어하여, 고배율 대물 렌즈(54b)의 Z 방향의 위치를 조정함으로써, 고배율 대물 렌즈(54b)의 포커스 위치를 조정한다(스텝 S30：포커스 조정 공정). 여기에서는, 고침 렌즈(S)가 고배율 대물 렌즈(54b)에 대해서 이동 가능하게 유지되고 있으므로, 스텝 S27에서 고침 렌즈(S)를 흡착 고정한 후에 있어서도, 고배율 대물 렌즈(54b)의 위치를 조절할 수 있다.
그리고 검출기(52)가, 도 14(b)에 도시된 바와 같이 고배율 대물 렌즈(54b) 및 고침 렌즈(S)를 이용하여 관찰 대상 개소의 화상을 취득한다(스텝 S31：화상 취득 공정). 취득된 화상은 검출기(52)에 접속된 컴퓨터 등에 전송되어 표시된다. 이 후, 필요에 따라서 다른 관찰 대상 개소의 화상을 취득하기 위하여 스텝 S23에서 기억된 위치 데이터를 이용하여, 상기의 스텝 S24 이후의 스텝을 반복해 행할 수 있다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법에 의하면, 상기 제1 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법과 마찬가지로, 고침 렌즈(S)를 이용하지 않는 저배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰과, 고침 렌즈를 이용하는 고배율로의 반도체 디바이스(D)의 관찰을 용이하게 변경할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법은, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착기(10)에 부상 유지하고, 저배율 대물 렌즈(54a) 및 흡착기(10)를 반도체 디바이스(D)에 대해서 상대적으로 이동시켜서, 광 투과부(12)를 관찰 대상 개소에 위치 맞춤한다. 이 때문에, 이 반도체 디바이스 관찰 방법은 광 투과부(12)의 폭이, 반도체 디바이스(D)의 폭에 대해서 비교적 작은 경우에 적용할 수 있다. 그리고 그러한 경우에는, 광 입사면(16)과 반도체 디바이스(D)의 접촉 면적이나, 광 출사면(17)과 고침 렌즈(S)의 접촉 면적이 비교적 작기 때문에, 반도체 디바이스(D) 및 고침 렌즈(S)의 흡착 효율이 높아진다. 이 때문에, 반도체 디바이스(D)와 광 투과부(12)의 사이, 및 광 투과부(12)와 고침 렌즈(S)의 사이에 있어서, 확실히 이버네센트 결합을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 반도체 디바이스 관찰 방법에 있어서는, 스텝 S23에 있어서 관찰 대상 개소를 검출한 후, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착기(10)에 부상 유지하고, 대물 렌즈를 고배율 대물 렌즈(54b)로 전환하고, 흡착기(10), 고배율 대물 렌즈(54b), 및 고침 렌즈(S)를 일체적으로 이동시킴으로써, 광 투과부(12)와 고배율 대물 렌즈(54b)와 고침 렌즈(S)를, 컨트롤부(70)에 기억된 위치 데이터를 이용해 관찰 대상 개소에 동시에 위치 맞춤할 수 있다. 그 경우, 후속 공정으로서, 스텝 S29에 있어서 고침 렌즈(S) 및 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 고정한 후에, 스텝 S30와 스텝 S31를 행하게 된다. 이 경우, 스텝 S31에 있어서 하나의 관찰 대상 개소의 화상을 취득한 후에, 고침 렌즈(S)를 흡착기(10)로부터 떼어내지 않고, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착기(10)에 부상 유지하고, 흡착기(10), 고배율 대물 렌즈(54b), 및 고침 렌즈(S)를 일체적으로 이동시켜, 광 투과부(12)와 고배율 대물 렌즈(54b)와 고침 렌즈(S)를 다른 관찰 대상 개소에 동시에 위치 맞춤함으로써, 복수의 관찰 대상 개소를 용이하게 관찰할 수 있다.
또, 상술한 흡착기(10), 반도체 디바이스 관찰 장치(100), 및 각 반도체 디바이스 관찰 방법은, 전압의 인가에 의한 반도체 디바이스(D)로부터의 발광상의 취득에도 이용할 수 있고, 반도체 디바이스(D) 중에 형성된 회로 패턴상 취득에도 이용할 수 있다. 또, 상술한 흡착기(10), 반도체 디바이스 관찰 장치(100), 및 각 반도체 디바이스 관찰 방법은 반도체 디바이스(D)로부터의 반사상인 회로 패턴상을 이용해 관찰 위치에 초점 위치를 맞추고, 반도체 디바이스(D)에 전압을 인가함으로써 얻어진 발광상의 취득이나, 레이저 광의 주사에 의한 OBIRCH 상이나 OBIC 상의 취득에도 이용할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 반도체 디바이스의 저배율로의 관찰과 고배율로의 관찰의 변경을 용이하게 행하는 것을 가능하게 하는 흡착기, 반도체 디바이스 관찰 장치, 및 반도체 디바이스 관찰 방법을 제공할 수 있다.
10, 10A: 흡착기 11, 11A: 본체부
12, 12A: 광 투과부 13: 제1 면
13a: 제1 흡착구 14, 14A: 제2 면
14a, 14Aa: 제2 흡착구 15, 15A: 관통공
16, 16A: 광 입사면 17, 17A: 광 출사면
18: 제1 오목부 18a: 저면
19: 제2 오목부 19a: 저면
22: 수냉 자켓 40: 테스터
51: 도광 광학계 52: 검출기
54a: 저배율 대물 렌즈 54b: 고배율 대물 렌즈
55: 렌즈 터릿

Claims (17)

  1. 고침(固浸) 렌즈를 이용해 반도체 디바이스의 관찰을 행하는 반도체 디바이스 관찰 장치에 이용되는 흡착기로서,
    상기 반도체 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼가 배치되는 제1 면과 상기 제1 면의 반대측 면인 제2 면을 가지고, 상기 제1 면과 상기 제2 면을 관통하는 관통공이 형성된 본체부와,
    상기 반도체 디바이스로부터의 광이 입사되는 광 입사면과, 상기 광 입사면으로부터 입사한 광이 출사되는 광 출사면을 가지고, 상기 광 입사면이 상기 제1 면측으로 노출되고, 또한 상기 광 출사면이 상기 제2 면측으로 노출되도록 상기 관통공에 감합(嵌合)된 광 투과부를 구비하고,
    상기 제1 면에는 상기 반도체 웨이퍼를 진공 흡착하여 상기 반도체 디바이스를 상기 광 입사면에 고정하기 위한 제1 흡착구가 형성되어 있고,
    상기 제2 면에는 상기 고침 렌즈를 진공 흡착하여 상기 광 출사면에 고정하기 위한 제2 흡착구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡착기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 면에는 상기 고침 렌즈를 배치하기 위한 오목부가 형성되어 있고,
    상기 관통공은 상기 오목부의 저면에 형성되어 있고,
    상기 광 출사면은 상기 오목부의 저면보다도 상기 제2 면측에 위치하고 있고,
    상기 제2 흡착구는 상기 오목부의 저면상에서의 상기 관통공의 가장자리(緣部)를 따라서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡착기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 투과부는 상기 반도체 디바이스의 기판을 구성하는 재료의 굴절률과 동일한 굴절률의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 흡착기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 투과부는 상기 반도체 디바이스의 기판을 구성하는 재료의 굴절률과 동일한 굴절률의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 흡착기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체부를 냉각하기 위한 냉각 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 흡착기.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 본체부를 냉각하기 위한 냉각 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 흡착기.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 본체부를 냉각하기 위한 냉각 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 흡착기.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 본체부를 냉각하기 위한 냉각 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 흡착기.
  9. 고침 렌즈를 이용해 반도체 디바이스의 관찰을 행하는 반도체 디바이스 관찰 장치로서,
    청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 흡착기와,
    상기 광 투과부를 투과한 광을 도광(導光)하는 도광 광학계와,
    상기 도광 광학계에 의해 도광된 광을 촬상하는 촬상 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 도광 광학계는 소정 배율의 제1 대물 렌즈와, 상기 소정 배율보다도 높은 배율의 제2 대물 렌즈와, 상기 제1 대물 렌즈와 상기 제2 대물 렌즈를 전환하는 대물 렌즈 전환 수단을 가지고,
    상기 제2 대물 렌즈에는 그 광축의 방향을 따라서 이동 가능하게 상기 고침 렌즈가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 반도체 디바이스에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 반도체 디바이스에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 장치.
  13. 반도체 웨이퍼에 형성된 반도체 디바이스를 관찰하는 반도체 디바이스 관찰 방법으로서,
    흡착기의 광 투과부의 광 입사면에 배치된 상기 반도체 디바이스의 소정의 개소에 전압을 인가하는 전압 인가 공정과,
    상기 반도체 디바이스로부터 시작되어 상기 광 투과부를 투과하는 광을, 상기 광 투과부의 상기 광 입사면의 반대측인 광 출사면측에 배치한 제1 대물 렌즈를 이용해 관찰함으로써, 상기 반도체 디바이스에서의 관찰 대상 개소를 검출하는 검출 공정과,
    상기 제1 대물 렌즈의 배율보다도 높은 배율의 제2 대물 렌즈와 상기 제2 대물 렌즈에 장착된 고침 렌즈를, 상기 광 출사면측에 있어서, 상기 검출 공정에서 검출된 상기 관찰 대상 개소에 위치 맞춤하는 위치 맞춤 공정과,
    진공 흡착에 의해 상기 고침 렌즈를 상기 광 출사면에 고정하는 흡착 고정 공정과,
    상기 제2 대물 렌즈의 광축 방향을 따라서 상기 제2 대물 렌즈의 위치를 조정함으로써 상기 제2 대물 렌즈의 포커스를 조정하는 포커스 조정 공정과,
    상기 제2 대물 렌즈를 이용해 상기 관찰 대상 개소의 화상을 취득하는 화상 취득 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전압 인가 공정에서는, 상기 반도체 웨이퍼를 진공 흡착함으로써 상기 반도체 디바이스가 상기 광 입사면에 고정된 상태에서 상기 반도체 디바이스에 전압을 인가하고,
    상기 검출 공정에서는, 상기 반도체 디바이스로부터의 광을 상기 제1 대물 렌즈와 상기 광 투과부의 위치 관계를 조절하면서 관찰함으로써, 상기 관찰 대상 개소를 검출하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 검출 공정과 상기 위치 맞춤 공정의 사이에 있어서, 상기 흡착기로부터의 공기 취출(吹出)에 의해서 상기 반도체 웨이퍼를 상기 흡착기에 부상(浮上) 유지하고, 상기 흡착기를 상기 반도체 디바이스에 대해서 상대적으로 이동시켜서, 상기 광 투과부를 상기 검출 공정에서 검출된 상기 관찰 대상 개소에 위치 맞춤하여 상기 반도체 웨이퍼를 진공 흡착함으로써, 상기 반도체 디바이스를 상기 광 입사면에 고정하는 흡착기 이동 공정을 추가로 구비하고,
    상기 위치 맞춤 공정에서는, 상기 제2 대물 렌즈와 상기 고침 렌즈를 상기 광 투과부가 위치 맞춤된 상기 관찰 대상 개소에 위치 맞춤하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 위치 맞춤 공정에서는, 상기 흡착기로부터의 공기 취출에 의해서 상기 반도체 웨이퍼를 상기 흡착기에 부상 유지하고, 상기 흡착기와 제2 대물 렌즈와 상기 고침 렌즈를 일체적으로 이동시킴으로써, 상기 광 투과부와 상기 제2 대물 렌즈와 상기 고침 렌즈를 상기 관찰 대상 개소에 위치 맞춤하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 방법.
  17. 청구항 13 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착 고정 공정에서는, 상기 고침 렌즈를 상기 제2 대물 렌즈의 광축(光軸) 방향으로 이동시킴으로써 상기 고침 렌즈를 상기 광 출사면에 접촉시킨 후에, 진공 흡착에 의해 상기 고침 렌즈를 상기 광 출사면에 고정하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 관찰 방법.
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