KR20210040056A - 고침 렌즈 유닛, 반도체 검사 장치 - Google Patents

고침 렌즈 유닛, 반도체 검사 장치 Download PDF

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샹광 마오
마사노리 고바야시
히로토시 데라다
이쿠오 아라타
마사타카 이케스
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

고침 렌즈 유닛은, 실리콘 기판에 의해서 구성된 반도체 디바이스에 맞닿기 위한 맞닿음면, 및, 대물 렌즈와 마주 보도록 배치되는 구면을 가지고, 200nm 이상 1100nm 이하의 범위 중 적어도 일부의 파장을 가지는 광을 투과시키는 고침 렌즈와, 고침 렌즈를 유지하는 홀더와, 대물 렌즈와 고침 렌즈와의 사이에 위치하도록 홀더에 의해서 유지되고, 실리콘 기판과 고침 렌즈와의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차를 보정하는 광학 소자를 구비한다.

Description

고침 렌즈 유닛, 반도체 검사 장치
본 개시의 일 측면은, 고침(固浸) 렌즈 유닛 및 반도체 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 관찰 기술로서, 고침 렌즈(SIL：Solid　Immersion　Lens)를 이용하여, 디바이스(집적 회로 등)가 형성된 표면과는 반대측의 표면으로부터 내부 구조를 관찰하는 기술이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1을 참조). 고침 렌즈의 맞닿음면을 반도체 디바이스의 표면에 밀착시켜 에바네센트(evanescent) 결합을 실현하는 것에 의해, 내부 구조를 높은 분해능으로 관찰할 수 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2009－3133호 공보
상술한 바와 같은 관찰 기술에서는, 반도체 디바이스가 실리콘 기판에 의해서 구성되어 있는 경우, 실리콘을 투과하는 1200nm 이상의 파장의 광을 이용할 필요가 있지만, 분해능의 한층 더 향상을 위해서는, 보다 짧은 파장의 광을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 반도체 디바이스의 관찰에는, 선명함이 아울러 요구된다.
본 개시의 일 측면은, 고분해능인 또한 선명한 관찰을 실현할 수 있는 고침 렌즈 유닛, 및 그러한 고침 렌즈 유닛을 구비하는 반도체 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 측면에 관한 고침 렌즈 유닛은, 실리콘 기판에 의해서 구성된 반도체 디바이스에 맞닿기 위한 맞닿음면, 및, 대물 렌즈와 마주 보도록 배치되는 구면(球面)을 가지고, 200nm 이상 1100nm 이하의 범위 중 적어도 일부의 파장을 가지는 광을 투과시키는 고침 렌즈와, 고침 렌즈를 유지하는 홀더와, 대물 렌즈와 고침 렌즈와의 사이에 위치하도록 홀더에 의해서 유지되고, 실리콘 기판과 고침 렌즈와의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차를 보정하는 광학 소자를 구비한다.
이 고침 렌즈 유닛에서는, 고침 렌즈가, 200nm 이상 1100nm 이하의 범위 중 적어도 일부의 파장을 가지는 광을 투과시킨다. 이것에 의해, 실리콘의 투과 파장역보다도 짧은 파장의 광을 관찰에 이용할 수 있어, 고분해능인 관찰을 실현할 수 있다. 한편, 그러한 고침 렌즈를 이용하는 경우, 실리콘 기판과 고침 렌즈와의 사이의 굴절률차에 기인하여 수차가 생기는 것이 염려된다. 이 점, 이 고침 렌즈 유닛에서는, 대물 렌즈와 고침 렌즈와의 사이에 위치하도록 홀더에 의해서 유지된 광학 소자에 의해, 해당 수차가 보정된다. 따라서, 고침 렌즈 유닛에 의하면, 고분해능인 또한 선명한 관찰을 실현할 수 있다. 또, 실리콘 기판이 충분히 얇게 형성되어 있는 경우, 200nm 이상 1100nm 이하의 파장 범위의 광이라도 실리콘 기판을 투과한다.
고침 렌즈는, GaAs, GaP, SiC 또는 다이아몬드에 의해서 구성되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 고침 렌즈의 투과 파장역을 실리콘의 투과 파장역보다도 짧게 할 수 있다.
홀더는, 대물 렌즈에 대해서 착탈 가능한 장착부를 가지고 있어도 괜찮다. 이 경우, 고침 렌즈 유닛을 용이하게 바꾸어 장착할 수 있다.
광학 소자는, 글라스에 의해서 구성되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 실리콘 기판과 고침 렌즈와의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차(收差)를 바람직하게 보정할 수 있다.
광학 소자는, 메니스커스 렌즈(meniscus lens)라도 좋다. 이 경우, 실리콘 기판과 고침 렌즈와의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차를 보다 바람직하게 보정할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 관한 반도체 검사 장치는, 반도체 디바이스가 재치되는 스테이지와, 스테이지 상의 반도체 디바이스와 마주 보도록 배치된 대물 렌즈와, 대물 렌즈와 반도체 디바이스와의 사이에 고침 렌즈를 유지하는 상기 고침 렌즈 유닛과, 반도체 디바이스로부터의 광을 고침 렌즈 및 대물 렌즈를 거쳐 검출하는 광 검출기를 구비한다. 이 반도체 검사 장치에서는, 상술한 이유에 의해, 고분해능인 또한 선명한 관찰을 실현할 수 있다.
복수의 고침 렌즈 유닛은, 각각, 다른 관찰 깊이에 대응하도록 구성되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 관찰 깊이에 따라 고침 렌즈 유닛을 선택할 수 있어, 실리콘 기판의 두께에 따른 관찰을 실현할 수 있다.
본 개시에 의하면, 고분해능인 또한 선명한 관찰을 실현할 수 있는 고침 렌즈 유닛, 및 그러한 고침 렌즈 유닛을 구비하는 반도체 검사 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 실시 형태에 관한 반도체 검사 장치의 구성도이다.
도 2는 고침 렌즈 유닛의 단면도이다.
도 3은 고침 렌즈 유닛의 부분 단면도이다.
이하, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또, 이하의 설명에서, 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 이용하여, 중복하는 설명을 생략한다.
[반도체 검사 장치의 구성]
도 1에 나타내어지는 반도체 검사 장치(100)는, 반도체 디바이스(S)의 화상을 취득하여 반도체 디바이스(S)의 내부 정보를 검사하는 장치이다. 반도체 디바이스(S)는, 예를 들면, 실리콘 기판에 복수의 소자가 만들어 넣어지는 것에 의해 형성되어 있다. 즉, 반도체 디바이스(S)는, 실리콘 기판에 의해서 구성되어 있다. 반도체 디바이스(S)는, 예를 들면, 개별 반도체소자(디스크리트(discrete)), 옵토일렉트로닉스(optoelectronics) 소자, 센서/액추에이터, 로직 LSI(Large　Scale　Integration), 메모리 소자, 혹은 리니어 IC(Integrated　Circuit) 등, 또는 그들의 혼성 디바이스 등이다. 개별 반도체소자는, 다이오드, 파워트랜지스터 등을 포함한다. 로직 LSI는, MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 구조의 트랜지스터, 바이폴라 구조의 트랜지스터 등에 의해서 구성된다. 반도체 디바이스(S)는, 반도체 디바이스를 포함하는 패키지, 복합 기판 등이라도 좋다.
검사 대상이 되는 내부 정보에는, 반도체 디바이스(S)의 회로 패턴에 관한 정보, 반도체 디바이스(S)로부터의 미약 발광(반도체 디바이스(S)의 결함에 기인하는 발광, 반도체 디바이스(S) 내의 트랜지스터의 스위칭 동작에 따른 트랜션트(transient) 발광 등에 관한 정보, 반도체 디바이스의 결함에 기인하는 발열에 관한 정보 등이 포함된다. 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 디바이스(S)는, 예를 들면, 표면(Sa)이 노출되도록 수지(M)에 의해서 몰드된 몰드형 반도체 디바이스라도 좋다. 표면(Sa)은, 반도체 디바이스(S)에서의 디바이스(집적 회로 등)가 형성된 표면과는 반대측의 표면이다.
도 1에 나타내어지는 바와 같이, 반도체 검사 장치(100)는, 관찰부(110)와, 제어부(120)와, 해석부(130)와, 표시 장치(140)를 구비하고 있다. 관찰부(110)는, 반도체 디바이스(S)의 관찰을 행한다. 제어부(120)는, 관찰부(110)의 동작을 제어한다. 해석부(130)는, 반도체 디바이스(S)의 검사에 필요한 처리, 지시 등을 행한다. 표시 장치(140)는, 해석부(130)와 전기적으로 접속되어 있고, 해석부(130)에 의해서 취득 또는 해석된 화상, 데이터 등을 표시한다. 표시 장치(140)는, 예를 들면 디스플레이이다.
관찰부(110)는, 스테이지(111)와, 광학계(112)와, 2차원 카메라(광 검출기) (113)와, 이동 기구(114)와, LSM(Laser　Scanning　Microscope) 유닛(115)을 가지고 있다. 스테이지(111)에는, 표면(Sa)이 광학계(112)측을 향한 상태로, 반도체 디바이스(S)가 재치된다. 이동 기구(114)는, 광학계(112), 2차원 카메라(113) 및 LSM 유닛(115)을 이동시킨다.
광학계(112)는, 복수의 대물 렌즈(150)와, 카메라용 광학계(112a)와, LSM 유닛용 광학계(112b)를 가지고 있다. 복수의 대물 렌즈(150)의 배율은, 서로 다르다. 복수의 대물 렌즈(150)로부터 선택된 하나의 대물 렌즈(150)가, 스테이지(111)에 재치된 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)과 마주 보도록 배치된다.
도 1에 나타내어지는 바와 같이, 카메라용 광학계(112a)는, 반도체 디바이스(S)로부터의 광을 2차원 카메라(113)로 안내한다. 2차원 카메라(113)는, 카메라용 광학계(112a)에 의해서 안내된 광(광학계(112)를 통과한 광)을 검출한다. 2차원 카메라(113)는, 반도체 디바이스(S)의 회로 패턴 등의 화상을 작성하기 위한 화상 데이터를 출력할 수 있다. 2차원 카메라(113)에는, 예를 들면, CCD 에어리어 이미지 센서, CMOS 에어리어 이미지 센서 등이 탑재되어 있다. 2차원 카메라(113)는, 예를 들면, InGaAs 카메라, InSb 카메라, MCT 카메라 등이라도 괜찮다.
LSM 유닛용 광학계(112b)는, LSM 유닛(115)으로부터 출사된 레이저광을 반도체 디바이스(S)로 안내함과 아울러, 반도체 디바이스(S)에서 반사된 레이저광을 LSM 유닛(115)으로 안내한다. LSM 유닛용 광학계(112b)는, 갈바노 미러, 폴리곤 미러, MEMS 미러 등의 광 주사부를 가지고 있고, 레이저광을 반도체 디바이스(S)에 대해서 주사한다.
LSM 유닛(115)은, 광원에서 발생시킨 레이저광을 출사함과 아울러, 반도체 디바이스(S)에서 반사된 레이저광을 광 검출기(115a)에서 검출한다. 광원은, 예를 들면, 반도체 디바이스(S)에 조사되는 CW(Continuous　Wave) 광 또는 펄스 광을 발생시켜도 괜찮다. 광원에서 발생되는 광은, 레이저광과 같은 코히런트(coherent)인 광뿐만이 아니라, 인코히런트(incoherent)(비(非)코히런트)인 광이라도 좋다. 코히런트(coherent)인 광을 출력하는 광원으로서는, 고체 레이저 광원, 반도체 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. 인코히런트인 광을 출력하는 광원으로서는, SLD(Super　Luminescent　Diode), ASE(Amplified　Spontaneous　Emission), LED(Light　Emitting　Diode) 등을 이용할 수 있다.
광 검출기(115a)는, 예를 들면, 애벌란시 포토다이오드(avalanche photodiode), 포토다이오드, 광 전자증배관, 초전도 단일 광자 검출기 등이다. 광 검출기(115a)에서 검출된 레이저광의 강도는, 반도체 디바이스(S)의 회로 패턴을 반영한 것이 된다. 따라서, 광 검출기(115a)는, 반도체 디바이스(S)의 회로 패턴 등의 화상을 작성하기 위한 화상 데이터를 출력할 수 있다.
제어부(120)는, 카메라 컨트롤러(121)와, LSM 컨트롤러(122)와, 퍼리퍼럴(peripheral) 컨트롤러(123)를 가지고 있다. 카메라 컨트롤러(121)는, 2차원 카메라(113)와 전기적으로 접속되어 있다. LSM 컨트롤러(122)는, LSM 유닛(115)과 전기적으로 접속되어 있다. 카메라 컨트롤러(121) 및 LSM 컨트롤러(122)는, 2차원 카메라(113) 및 LSM 유닛(115)의 동작을 각각 제어함으로써, 반도체 디바이스(S)의 관찰의 실행(화상의 취득), 반도체 디바이스(S)의 관찰 조건의 설정 등을 제어한다.
퍼리퍼럴 컨트롤러(123)는, 이동 기구(114)와 전기적으로 접속되어 있다. 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)는, 이동 기구(114)의 동작을 제어함으로써, 광학계(112), 2차원 카메라(113) 및 LSM 유닛(115)의 이동, 위치 맞춤 등을 행한다.
해석부(130)는, 화상 해석부(131)와, 지시부(132)를 가지고 있다. 해석부(130)는, 예를 들면, 프로세서(CPU), 기록 매체인 RAM 및 ROM을 포함하는 컴퓨터에 의해서 구성되어 있다. 해석부(130)는, 카메라 컨트롤러(121), LSM 컨트롤러(122) 및 퍼리퍼럴 컨트롤러(123) 각각과 전기적으로 접속되어 있다. 화상 해석부(131)는, 카메라 컨트롤러(121) 및 LSM 컨트롤러(122) 각각으로부터 출력되는 화상 데이터에 근거하여 화상을 작성하고, 해석 처리 등을 실행한다.
지시부(132)는, 조작자에 의한 입력 내용, 화상 해석부(131)에 의한 해석 내용 등을 참조하고, 제어부(120)에 대해서, 관찰부(110)에서의 반도체 디바이스(S)의 검사의 실행에 관한 지시를 행한다. 해석부(130)에는, 조작부(미도시)가 전기적으로 접속되어 있다. 유저는, 조작부를 조작하여 반도체 검사 장치(100)를 조작한다. 조작부는, 예를 들면, 마우스, 키보드 등이다. 조작부는, 예를 들면, 표시 장치(140)에 내장된 터치 패널이라도 좋다.
[고침(固浸) 렌즈 유닛의 구성]
광학계(112)는, 상술한 대물 렌즈(150) 등에 더하여, 고침 렌즈 유닛(1)을 더 가지고 있다. 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 고침 렌즈 유닛(1)은, 고침 렌즈(2)와, 홀더(3)와, 광학 소자(4)를 구비하고 있다. 이하의 설명에서는, 스테이지(111)에 재치된 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)과 대물 렌즈(150)가 마주 보는 상태에서, 반도체 디바이스(S)에 대해서 대물 렌즈(150)가 위치하는 측을 상측으로 하고, 대물 렌즈(150)에 대해서 반도체 디바이스(S)가 위치하는 측을 하측으로 한다.
도 3에 나타내어지는 바와 같이, 고침 렌즈(2)는, 맞닿음면(2a)과, 구면(球面)(2b)과, 테이퍼면(2c)과, 둘레면(2d)을 가지고 있다. 맞닿음면(2a)은, 평탄면이며, 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 맞닿는다. 구면(2b)은, 상측을 향해 볼록한 반구(半球) 형상의 면이며, 대물 렌즈(150)와 마주 본다. 테이퍼면(2c)은, 상측을 향해 넓어지는 원추 사다리꼴 형상의 면이며, 맞닿음면(2a)의 외부 가장자리로부터 상측으로 연장되어 있다. 둘레면(2d)은, 원기둥 형상의 면이며, 구면(2b)의 외부 가장자리와 테이퍼면(2c)의 외부 가장자리에 접속되어 있다. 테이퍼면(2c)을 포함하는 가상 원추의 정점(頂点)은, 고침 렌즈(2)의 구심(球心)(C)(구면(2b)의 곡률 중심)에 일치하고 있고, 맞닿음면(2a)의 하측에서 광축(L) 상에 위치하고 있다. 구심(C)은, 고침 렌즈(2)의 초점에 일치한다.
고침 렌즈(2)는, 예를 들면, GaAs, GaP, SiC, 다이아몬드 등의 실리콘과는 다른 재료에 의해서 구성되어 있다. 고침 렌즈(2)는, GaAs에 의해서 구성되어 있는 경우, 900nm 이상 2μm 이하 정도의 범위의 광을 투과시킨다. 고침 렌즈(2)는, GaP에 의해서 구성되어 있는 경우, 550nm 이상 2μm 이하 정도의 범위의 광을 투과시킨다. 고침 렌즈(2)는, SiC에 의해서 구성되어 있는 경우, 400nm 이상 2μm 이하 정도의 범위의 광을 투과시킨다. 고침 렌즈(2)는, 다이아몬드에 의해서 구성되어 있는 경우, 200nm 이상 2μm 이하 정도의 범위의 광을 투과시킨다. 즉, 고침 렌즈(2)는, GaAs, GaP 및 다이아몬드 중 어느 하나에 의해서 구성되어 있는 경우에도, 200nm 이상 1100nm 이하의 범위 중 적어도 일부의 파장을 가지는 광을 투과시킨다.
도 2 및 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 고침 렌즈(2)는, 대물 렌즈(150)와 반도체 디바이스(S)와의 사이에 위치하도록, 홀더(3)에 의해서 유지되어 있다. 홀더(3)는, 측벽부(31)와, 저벽부(32)와, 장착부(33)를 가지고 있다. 홀더(3)는, 비자성 재료(예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 비자성의 스테인리스강 등)에 의해 캡 모양으로 형성되어 있다. 측벽부(31)는, 통 형상으로 형성되어 있다. 저벽부(32)는, 측벽부(31)의 하측의 개구를 막도록, 측벽부(31)와 일체적으로 형성되어 있다.
도 3에 나타내어지는 바와 같이, 저벽부(32)에는, 고침 렌즈(2)가 배치되는 개구(32a)가 형성되어 있다. 개구(32a)는, 광축(L) 상에 배치되고, 상측 및 하측으로 개구되어 있다. 개구(32a)의 내면은, 상부 가장자리를 획정(劃定)하는 제1 면(32b)과, 하부 가장자리를 획정하는 제2 면(32c)을 포함하고 있다. 개구(32a)의 상부 가장자리 및 하부 가장자리는, 각각, 광축(L)을 중심으로 하는 원형 모양으로 형성되어 있고, 상부 가장자리가 획정하는 원의 반경은, 하부 가장자리가 획정하는 원의 반경보다도 작다. 제1 면(32b)과 제2 면(32c)과의 사이에는, 단차부(32d)가 형성되어 있다.
고침 렌즈(2)는, 맞닿음면(2a) 및 테이퍼면(2c)가 개구(32a)의 하부 가장자리로부터 하측으로 돌출되고, 또한 구면(2b)의 일부가 개구(32a)의 상부 가장자리로부터 상측으로 돌출되도록, 개구(32a)에 배치되어 있다. 고침 렌즈(2)는, 예를 들면, 둘레면(2d)이 개구(32a)의 제2 면(32c)에 접착되는 것에 의해, 홀더(3)에 고정되어 있다. 이 고정 상태에서는, 단차부(32d)가 구면(2b)에 맞닿고 있다.
광학 소자(4)는, 예를 들면, 글라스에 의해서 구성된 메니스커스 렌즈이다. 광학 소자(4)는, 제1 표면(4a)과, 제1 표면(4a)과는 반대측의 제2 표면(4b)을 가지고 있다. 제1 표면(4a)은, 제2 표면(4b)측을 향하여 오목 모양으로 만곡되어 있다. 제2 표면(4b)은, 제1 표면(4a)과는 반대측에 향하여 볼록 모양으로 만곡되어 있다. 즉, 광학 소자(4)는, 서로 대향하는 요면 및 볼록면을 가지고 있다. 광학 소자(4)는, 예를 들면, 제1 표면(4a) 및 제2 표면(4b)가 대향하는 방향으로부터 본 경우에, 원형 모양으로 형성되어 있다.
광학 소자(4)는, 대물 렌즈(150)와 고침 렌즈(2)와의 사이에 위치하도록, 홀더(3)에 의해서 유지되어 있다. 보다 구체적으로는, 홀더(3)에는, 광학 소자(4)를 유지하기 위한 유지부(34)가 마련되어 있고, 광학 소자(4)는, 유지부(34)에 유지되어 있다. 유지부(34)는, 예를 들면, 개구(32a)를 둘러싸도록 연장되는 단차부에 의해서 구성되어 있다. 광학 소자(4)는, 예를 들면, 단차부를 구성하는 표면(34a) 및 표면(34b)에 접착되는 것에 의해, 홀더(3)에 고정되어 있다. 이 고정 상태에서는, 광축(L)에 평행한 방향으로부터 본 경우의 광학 소자(4)의 중심이, 광축(L) 상에 위치하고 있다. 또, 광학 소자(4)의 제1 표면(4a)이, 소정의 간격을 두고 고침 렌즈(2)의 구면(2b)과 마주 보고, 고침 렌즈(2)의 구면(2b)을 따라서 연장되어 있다.
광학 소자(4)는, 고침 렌즈(2)와, 반도체 디바이스(S)를 구성하는 실리콘 기판과의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차(收差)를 보정하기 위해서 배치되어 있다. 광학 소자(4)의 재질, 형상 및 배치는, 예를 들면, 해당 수차가 실질적으로 없어지도록 결정되어 있다.
장착부(33)는, 예를 들면, 측벽부(31)의 상단부에 마련되어 있다. 장착부(33)는, 대물 렌즈(150)의 경통(鏡筒)(151)의 하단부(151a)에 대해서 착탈 가능하게 구성되어 있다. 이것에 의해, 홀더(3)가 대물 렌즈(150)에 대해서 착탈 가능하게 되어 있다. 장착부(33)는, 대물 렌즈(150)에 대해서 착탈 가능하면 좋고, 임의의 구성이라도 좋다. 예를 들면, 장착부(33)에 형성된 나사구멍에 나사가 삽입 통과되고, 해당 나사가 대물 렌즈(150)의 경통(151)에 나사 결합해도 괜찮다. 혹은, 장착부(33)에 자석이 배치되고, 해당 자석의 자력에 의해서 장착부(33)가 대물 렌즈(150)에 장착되어도 좋다.
[반도체 검사 장치에서의 화상 취득 방법의 일 예]
반도체 검사 장치(100)에서는, 고침 렌즈 유닛(1)이 장착되어 있지 않은 대물 렌즈(150)를 이용하여, 반도체 디바이스(S)에서의 관찰 부분의 특정이 실시된다. 이 관찰 부분의 특정은, 지시부(132)에 의한 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)로의 지시, 및 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)에 의한 이동 기구(114)의 구동의 제어에 의해서, 실시된다.
이어서, 고침 렌즈 유닛(1)이 장착된 대물 렌즈(150)로 전환되고, 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(2a)(도 3 참조)이 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 밀착시켜진다. 이 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(2a)의 밀착은, 지시부(132)에 의한 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)로의 지시, 및 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)에 의한 이동 기구(114)의 구동의 제어에 의해서, 실시된다.
이어서, 고침 렌즈 유닛(1)이 장착된 대물 렌즈(150)의 초점 맞춤이 실시된다. 이 대물 렌즈(150)의 초점 맞춤은, 지시부(132)에 의한 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)로의 지시, 및 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)에 의한 이동 기구(114)의 구동의 제어에 의해서, 실시된다.
이어서, 반도체 디바이스(S)에서의 관찰 부분의 관찰이 실시된다. 이 관찰 부분의 관찰은, 지시부(132)에 의한 카메라 컨트롤러(121) 및 LSM 컨트롤러(122) 각각으로의 지시, 그리고 2차원 카메라(113) 및 LSM 유닛(115) 각각의 동작의 제어에 의해서, 실시된다. 관찰시에는, 반도체 디바이스(S)로부터의 광이, 고침 렌즈(2), 광학 소자(4) 및 대물 렌즈(150)를 거쳐, 2차원 카메라(113)에 의해서 검출된다. 반도체 검사 장치(100)는, 예를 들면, EOP(Electro　Optical　Probing), EOFM(Electro　Optical　Frequency　Mapping) 등의 해석 기술에 적용할 수 있다. 이들 해석 기술에서는, 구동 중의 로직 디바이스로부터의 광의 강도 변조(變調)에 근거하여, 해당 디바이스의 고장 해석이 행해진다.
[작용 및 효과]
이상 설명한 바와 같이, 고침 렌즈 유닛(1)에서는, 고침 렌즈(2)가, 200nm 이상 1100nm 이하의 범위 중 적어도 일부의 파장을 가지는 광을 투과시킨다. 이것에 의해, 실리콘의 투과 파장역보다도 짧은 파장의 광을 관찰에 이용할 수 있고, 고분해능인 관찰을 실현할 수 있다. 한편, 그러한 고침 렌즈(2)가 이용되는 경우, 고침 렌즈(2)와, 반도체 디바이스(S)를 구성하는 실리콘 기판과의 사이의 굴절률차에 기인하여 수차가 생기는 것이 염려된다. 이 점에서, 고침 렌즈 유닛(1)에서는, 대물 렌즈(150)와 고침 렌즈(2)와의 사이에 위치하도록 홀더(3)에 의해서 유지된 광학 소자(4)에 의해, 해당 수차가 보정된다. 따라서, 고침 렌즈 유닛(1)에 의하면, 고분해능인 또한 선명한 관찰을 실현할 수 있다. 또, 상술한 예에서는, 반도체 디바이스(S)를 구성하는 실리콘 기판은, 200nm 이상 1100nm 이하의 파장 범위의 광이 투과할 수 있도록, 충분히 얇게 형성되어 있다.
고침 렌즈 유닛(1)을 구비하는 반도체 검사 장치(100)에서는, 광학 소자(4)에 의해서 수차가 보정되기 때문에, 수차 보정을 위한 보정환(補正環)을 대물 렌즈(150)에 마련할 필요가 없어, 부품수를 삭감할 수 있다. 또, 고침 렌즈 유닛(1)에 의하면, 보정환에 의해서 수차를 보정하는 경우와 비교하여, 관찰의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 보정환은, 일반적으로, 광축(L)에 평행한 방향을 따라서 슬라이드 가능하게 구성된다. 그 경우, 슬라이드 기구에서는 광축(L)에 수직인 방향의 간극의 형성이 피해지지 않기 때문에, 해당 간극의 분(分)만큼 보정환의 위치에 어긋남이 생길 우려가 있다. 이것에 대해, 고침 렌즈 유닛(1)을 구비하는 반도체 검사 장치(100)에서는, 보정환을 대물 렌즈(150)에 마련할 필요가 없기 때문에, 관찰의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
고침 렌즈 유닛(1)에서는, 고침 렌즈(2)가, GaAs, GaP, SiC 또는 다이아몬드에 의해서 구성되어 있다. 이것에 의해, 고침 렌즈(2)의 투과 파장역을 실리콘의 투과 파장역보다도 짧게 할 수 있다.
고침 렌즈 유닛(1)에서는, 홀더(3)가, 대물 렌즈(150)에 대해서 착탈 가능한 장착부(33)를 가지고 있다. 이것에 의해, 고침 렌즈 유닛(1)을 용이하게 바꾸어 장착할 수 있다.
고침 렌즈 유닛(1)에서는, 광학 소자(4)가, 글라스에 의해서 구성되어 있다. 이것에 의해, 고침 렌즈(2)와 실리콘 기판과의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차를 바람직하게 보정할 수 있다.
고침 렌즈 유닛(1)에서는, 광학 소자(4)가, 메니스커스 렌즈이다. 이것에 의해, 고침 렌즈(2)와 실리콘 기판과의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차를 보다 바람직하게 보정할 수 있다.
[변형예]
이상, 본 개시의 일 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 개시는, 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 구성의 재료 및 형상에는, 상술한 재료 및 형상에 한정하지 않고, 여러가지 재료 및 형상을 채용할 수 있다.
광학 소자(4)는, 고침 렌즈(2)와, 반도체 디바이스(S)를 구성하는 실리콘 기판과의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차를 보정할 수 있으면 되며, 재료 및 형상은 상술한 예에 한정되지 않는다. 광학 소자(4)는, 복수매의 소자에 의해서 구성되어 있어도 괜찮다. 광학 소자(4)를 구성하는 오목면 및 볼록면은, 구면 모양의 표면을 포함하고 있어도 괜찮고, 슈미트판(Schmidt板)을 구성하는 표면과 같은 비구면(非球面) 모양의 표면을 포함하고 있어도 괜찮다.
대물 렌즈(150)에는, 수차 보정을 위한 보정환, 및 보정환을 조정하기 위한 모터가 장착되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 해당 모터를 구동시켜 보정환을 조정함으로써, 관찰하고 싶은 위치에 대물 렌즈(150)의 초점을 확실히 맞출 수 있다.
반도체 검사 장치(100)는, 복수의 고침 렌즈 유닛(1)을 구비하고 있어도 괜찮다. 복수의 고침 렌즈 유닛(1)은, 각각, 다른 관찰 깊이에 대응하도록 구성된다. 관찰 깊이란, 반도체 디바이스(S)에서의 표면(Sa)으로부터 관찰하고 싶은 위치까지의 거리(실리콘 기판의 두께)이다. 각 고침 렌즈 유닛(1)에서는, 예를 들면, 목적의 관찰 깊이에서 수차가 실질적으로 없어지도록, 고침 렌즈(2) 및 광학 소자(4)의 재질, 형상 및 배치가 결정된다. 예를 들면, 관찰시에는, 그들 고침 렌즈 유닛(1) 중에서 선택된 어느 하나의 고침 렌즈 유닛(1)이 대물 렌즈(150)에 장착된다. 이러한 반도체 검사 장치(100)에 의하면, 관찰 깊이에 따라 고침 렌즈 유닛(1)을 선택할 수 있어, 실리콘 기판의 두께에 따른 관찰을 실현할 수 있다. 또, 적절한 고침 렌즈 유닛(1)을 용이하게 선택할 수 있도록, 대응하는 관찰 깊이가 홀더(3)의 표면에 기재되어 있어도 괜찮다. 복수의 고침 렌즈 유닛(1)에서는, 홀더(3)의 형상이 서로 달라도 괜찮다. 이 경우, 홀더(3)와 반도체 디바이스(S)의 주변의 부재와의 간섭이 회피되도록, 고침 렌즈 유닛(1)을 선택하는 것이 가능해진다.
상기 실시 형태에서는, 고침 렌즈(2)가 홀더(3)에 고정되어 있었지만, 고침 렌즈(2)는, 홀더(3)에 의해서 요동 가능하게 유지되어도 괜찮다. 예를 들면, 홀더(3)가 고침 렌즈(2)보다도 큰 수용 공간을 가지고, 해당 수용 공간 내에 고침 렌즈(2)가 수용되고 있어도 괜찮다. 이 경우, 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(2a)을 맞닿게 하여 밀착시킬 때에, 수용 공간 내에서 고침 렌즈(2)가 흔들려 맞닿음면(2a)이 표면(Sa)을 따라서 밀착하기 때문에, 고침 렌즈(2)와 반도체 디바이스(S)와의 양호한 밀착을 실현할 수 있다. 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(2a)은, 반드시 평탄면이 아니어도 좋고, 예를 들면 볼록면이라도 좋다.
1 - 고침 렌즈 유닛 2 - 고침 렌즈
2a - 맞닿음면 2b - 구면
3 - 홀더 33 - 장착부
4 - 광학 소자 100 - 반도체 검사 장치
111 - 스테이지 113 - 2차원 카메라(광 검출기)
150 - 대물 렌즈 S - 반도체 디바이스

Claims (7)

  1. 실리콘 기판에 의해서 구성된 반도체 디바이스에 맞닿기 위한 맞닿음면, 및, 대물 렌즈와 마주 보도록 배치되는 구면(球面)을 가지고, 200nm 이상 1100nm 이하의 범위 중 적어도 일부의 파장을 가지는 광을 투과시키는 고침(固浸) 렌즈와,
    상기 고침 렌즈를 유지하는 홀더와,
    상기 대물 렌즈와 상기 고침 렌즈와의 사이에 위치하도록 상기 홀더에 의해서 유지되고, 상기 실리콘 기판과 상기 고침 렌즈와의 사이의 굴절률차에 기인하는 수차(收差)를 보정하는 광학 소자를 구비하는 고침 렌즈 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고침 렌즈는, GaAs, GaP, SiC 또는 다이아몬드에 의해서 구성되어 있는 고침 렌즈 유닛.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 홀더는, 상기 대물 렌즈에 대해서 착탈 가능한 장착부를 가지는 고침 렌즈 유닛.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 글라스에 의해서 구성되어 있는 고침 렌즈 유닛.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 메니스커스 렌즈(meniscus lens)인 고침 렌즈 유닛.
  6. 상기 반도체 디바이스가 재치되는 스테이지와,
    상기 스테이지 상의 상기 반도체 디바이스와 마주 보도록 배치된 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈와 상기 반도체 디바이스와의 사이에 상기 고침 렌즈를 유지하는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 고침 렌즈 유닛과,
    상기 반도체 디바이스로부터의 광을 상기 고침 렌즈 및 상기 대물 렌즈를 거쳐 검출하는 광 검출기를 구비하는 반도체 검사 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고침 렌즈 유닛을 복수 구비하며,
    상기 복수의 고침 렌즈 유닛은, 각각, 다른 관찰 깊이에 대응하도록 구성되어 있는 반도체 검사 장치.
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