KR20220084274A - 고침 렌즈 유닛 및 반도체 검사 장치 - Google Patents

Abstract

고침 렌즈 유닛은, 고침 렌즈와, 고침 렌즈를 요동 가능하게 유지하는 홀더를 구비한다. 고침 렌즈는, 제1 재료에 의해 형성된 제1 렌즈부와, 제1 재료의 굴절률보다도 작은 굴절률을 가지는 제2 재료에 의해 형성되고, 제1 렌즈부에 결합된 제2 렌즈부를 갖는다. 제1 렌즈부는, 관찰 대상물에 맞닿는 맞닿음면과, 볼록 모양의 제1 구면을 포함한다. 제2 렌즈부는, 제1 구면과 마주하는 오목 모양의 제2 구면과, 대물 렌즈와 마주하도록 배치되는 볼록 모양의 제3 구면을 포함한다. 홀더는, 제3 구면과 접촉 가능하게 구성된 접촉부를 가지고 있다.

Description

고침 렌즈 유닛 및 반도체 검사 장치

본 개시의 일측면은, 고침 렌즈 유닛 및 반도체 검사 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스에서는, 광의 파장을 하회하는 레벨에서의 내부 구조의 미세화가 진행되고 있다. 아울러, 반도체 디바이스에서는, 배선층의 다층화가 진행되고 있다. 그 때문에, 반도체 디바이스를 관찰하는 경우, 반도체 디바이스에서의 디바이스(집적 회로 등)측과는 반대측의 표면으로부터 내부 구조의 관찰 등이 실시된다. 이 관찰에서는, 반도체 디바이스의 기판 재료의 밴드 갭(band gap)에 의한 제약으로부터, 광의 파장을 짧게 하는 것이 제한되고, 그 결과, 관찰 가능한 내부 구조의 사이즈도 제한된다.

이러한 과제를 해결하여, 고해상도에서의 내부 구조의 관찰 등을 실현하기 위해서, 고침(固浸) 렌즈(SIL：Solid　Immersion　Lens)가 이용되는 경우가 있다. 고침 렌즈는, 반도체 디바이스의 기판 재료와 실질적으로 동일 또는 그 굴절률에 가까운 굴절률을 갖는 재료에 의해 형성된다. 고침 렌즈의 맞닿음면을 반도체 디바이스의 표면에 밀착시켜 에바네센트(evanescent) 결합을 실현함으로써, 고해상도에서의 내부 구조의 관찰 등을 실현하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 관찰 대상물의 표면이 경사져 있다고 해도, 고침 렌즈의 맞닿음면을 관찰 대상물의 표면에 밀착시킬 수 있도록, 구체를 이용하여 고침 렌즈를 요동 가능하게 유지하는 기술이 기재되어 있다.

국제 공개 2018-110221호

상술한 바와 같은 관찰에서는, 고침 렌즈 및 관찰 대상물에 흡수되지 않는 파장의 광이 이용되어 왔지만, 고침 렌즈에 어느 정도 흡수되는 짧은 파장의 광을 이용하는 것이 고려된다. 이 경우, 해상도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 관찰 대상물에서의 광 흡수에 따르는 전하의 생성을 이용한 여러가지의 계측을 행하는 것이 가능해진다.

한편, 고침 렌즈로 광의 일부가 흡수되기 때문에, 고침 렌즈를 투과하여 관찰 대상물에 이르는 광의 양을 확보하기 위해서는, 고침 렌즈를 얇게 형성할 필요가 있다. 고침 렌즈를 얇게 형성하면, 고침 렌즈의 직경도 작아진다. 여기서, 상술한 관련 기술과 같이, 고침 렌즈의 관찰 대상물에 대한 밀착을 위해 접촉부(구체)를 고침 렌즈에 접촉시키는 경우, 접촉부 및 그것을 유지하는 구조에 의해, 고침 렌즈에 입사하는 광의 일부가 차단된다. 그 때문에, 단파장의 광을 이용하기 위해 고침 렌즈를 얇게 형성하는 경우, 고침 렌즈의 시야를 충분히 확보하는 것이 곤란해질 우려가 있다.

본 개시의 일측면은, 단파장의 광을 이용한 관찰을 가능하게 하면서, 고침 렌즈의 시야를 확보할 수 있는 고침 렌즈 유닛 및 반도체 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 일측면에 관한 고침 렌즈 유닛은, 고침 렌즈와, 고침 렌즈를 요동 가능하게 유지하는 홀더를 구비하고, 고침 렌즈는, 제1 재료에 의해 형성된 제1 렌즈부와, 제1 재료의 굴절률보다도 작은 굴절률을 가지는 제2 재료에 의해 형성되고, 제1 렌즈부에 결합된 제2 렌즈부를 갖고, 제1 렌즈부는, 관찰 대상물에 맞닿는 맞닿음면과, 볼록 모양의 제1 구면을 포함하고, 제2 렌즈부는, 제1 구면과 마주하는 오목 모양의 제2 구면과, 대물 렌즈와 마주하도록 배치되는 볼록 모양의 제3 구면을 포함하고, 홀더는, 제3 구면과 접촉 가능하게 구성된 접촉부를 갖고 있다.

이 고침 렌즈 유닛에서는, 고침 렌즈가, 제1 재료에 의해 형성된 제1 렌즈부와, 제1 재료의 굴절률보다도 작은 굴절률을 갖는 제2 재료에 의해 형성되고, 제1 렌즈부에 결합된 제2 렌즈부를 가지고 있다. 이에 의해, 제2 재료로서 제1 재료보다도 밴드 갭이 넓은 재료를 선택할 수 있기 때문에, 예를 들면 고침 렌즈의 전체가 제1 재료에 의해 형성되어 있는 경우와 비교하여, 단파장의 광을 사용한 경우에도, 고침 렌즈를 투과하는 광의 양을 확보하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 제2 렌즈부가, 제1 렌즈부의 볼록 모양의 제1 구면과 마주하는 오목 모양의 제2 구면, 및 대물 렌즈와 마주하도록 배치된 볼록 모양의 제3 구면을 포함하고 있고, 홀더의 접촉부가, 제3 구면과 접촉한다. 이에 의해, 제1 구면보다도 넓은 제3 구면에서 접촉부가 고침 렌즈에 접촉하기 때문에, 고침 렌즈의 시야를 확보할 수 있다. 따라서, 이 고침 렌즈 유닛에 의하면, 단파장의 광을 이용한 관찰을 가능하게 하면서, 고침 렌즈의 시야를 확보할 수 있다.

제1 구면, 제2 구면 및 제3 구면의 곡률 중심은, 일치하고 있어도 된다. 이 경우, 제1 재료에 의해 구성되는 관찰 대상물을 양호하게 관찰할 수 있다.

맞닿음면은, 평탄면이어도 된다. 이 경우, 맞닿음면을 관찰 대상물의 표면에 쉽게 밀착시킬 수 있다.

맞닿음면은, 대물 렌즈의 광축에 평행한 방향에서, 제2 렌즈부에 대해 대물 렌즈와는 반대측으로 돌출되어 있어도 된다. 이 경우, 제2 렌즈부가 관찰 대상물에 접촉하는 것에 기인하는 관찰 정밀도의 저하를 회피할 수 있다.

제1 재료는, Si, GaAs, GaP, Ge, 다이아몬드, SiC 또는 GaN 이어도 된다. 이 경우, 관찰 대상물을 고해상도로 관찰할 수 있다.

제2 재료는, 글라스, 폴리머, 사파이어, 석영, 불화 칼슘 또는 불화 마그네슘이어도 된다. 이와 같이, 제2 재료로서는 제1 재료보다도 굴절률이 낮은 재료를 선택할 수 있다.

접촉부는, 제3 구면과 마주하는 위치에서 회전 가능하게 유지된 구체에 의해 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 고침 렌즈에 입사하는 광의 일부가 구체 및 구체를 유지하는 구조에 의해 차단되지만, 이 고침 렌즈 유닛에서는, 상술한 바와 같이, 제1 구면보다도 넓은 제3 구면에서 접촉부가 고침 렌즈와 접촉하기 때문에, 고침 렌즈의 시야를 확보할 수 있다.

홀더에는, 제2 렌즈부가 내부에 배치되는 개구가 형성되어 있고, 접촉부는, 개구의 내면으로부터 개구의 중심을 향해 연장되는 돌출부에 의해 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 고침 렌즈에 입사하는 광의 일부가 돌출부에 의해 차단되지만, 이 고침 렌즈 유닛에서는, 상술한 바와 같이, 제1 구면보다도 넓은 제3 구면에서 접촉부가 고침 렌즈에 접촉하기 때문에, 고침 렌즈의 시야를 확보할 수 있다.

본 개시의 일측면에 관한 반도체 검사 장치는, 관찰 대상물인 반도체 디바이스가 재치(載置)되는 스테이지와, 반도체 디바이스로부터의 광이 통과하는 광학계와, 광학계를 통과한 광을 검출하는 광 검출기를 구비하고, 광학계는, 대물 렌즈와, 상기 고침 렌즈 유닛을 갖는다. 이 반도체 검사 장치에서는, 상술한 이유에 의해, 단파장의 광을 이용한 관찰을 가능하게 하면서, 고침 렌즈의 시야를 확보할 수 있기 때문에, 반도체 디바이스를 양호하게 검사할 수 있다.

본 개시의 일측면에 의하면, 단파장의 광을 이용한 관찰을 가능하게 하면서, 고침 렌즈의 시야를 확보할 수 있는 고침 렌즈 유닛 및 반도체 검사 장치를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 실시 형태에 관한 반도체 검사 장치의 구성도이다.
도 2는 고침 렌즈 유닛의 단면도이다.
도 3은 고침 렌즈의 단면도이다.
도 4는 고침 렌즈 유닛의 일부의 단면도이다.
도 5는 고침 렌즈 유닛의 홀더의 저벽부의 저면도이다.
도 6은 고침 렌즈 유닛의 일부의 단면도이다.
도 7은 고침 렌즈 유닛의 일부의 단면도이다.
도 8은 제1 변형예에 관한 고침 렌즈 유닛의 일부의 단면도이다.
도 9는 제1 변형예에 관한 고침 렌즈 유닛의 홀더의 저벽부의 상면도이다.
도 10의 (a) 및 (b)는, 제1 변형예에 관한 고침 렌즈 유닛의 일부의 단면도이다.
도 11은 제2 변형예에 관한 고침 렌즈의 단면도이다.

이하, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또, 이하의 설명에서, 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 이용하고, 중복하는 설명을 생략한다.

[반도체 검사 장치의 구성]

도 1에 나타낸 반도체 검사 장치(100)는, 반도체 디바이스(관찰 대상물)(S)의 화상을 취득하여 반도체 디바이스(S)의 내부 정보를 검사하는 장치이다. 반도체 디바이스(S)는, 예를 들면, 실리콘 기판의 복수의 소자가 만들어짐으로써 형성되어 있다. 즉, 반도체 디바이스(S)는, 실리콘 기판에 의해 구성되어 있다. 반도체 디바이스(S)는, 예를 들면, 개별 반도체 소자(디스크리트), 옵토일렉트로닉스(optoelectronics) 소자, 센서/액추에이터, 로직 LSI(Large Scale Integration), 메모리 소자, 혹은 리니어 IC(Integrated　Circuit) 등, 또는 그들의 혼성 디바이스 등이다. 개별 반도체 소자는, 다이오드, 파워 트랜지스터 등을 포함한다. 로직 LSI는, MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 구조의 트랜지스터, 바이폴라 구조의 트랜지스터 등으로 구성된다. 또한, 반도체 디바이스(S)는, 반도체 디바이스를 포함하는 패키지, 복합 기판 등이어도 된다.

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 등)에 관한 정보, 반도체 디바이스의 결함에 기인하는 발열에 관한 정보 등이 포함된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 반도체 디바이스(S)는, 표면(Sa)이 노출되도록 수지(M)에 의해서 몰드되어 있고, 몰드형 반도체 디바이스를 구성하고 있어도 된다. 표면(Sa)은, 반도체 디바이스(S)에서의 디바이스(집적 회로 등)측과는 반대측의 표면이며, 예를 들면 평탄면이다.

반도체 검사 장치(100)에서 취득된 화상에는, OBIC(Optical Beam Induced Current) 화상, LADA(Laser Assisted Device Alteration) 화상, TR-LADA(Time Resolved Laser Assisted　Device　Alteration) 화상이 포함되어도 된다. OBIC 화상은, 레이저 광에 의해 생긴 광 기전류(起電流)를 전기 신호의 특성값(전류값 또는 전류 변화값)으로서 검출하고, 이들 특성값을 레이저 조사 위치 정보와 대응시켜 화상화하여 취득되는 것이다. LADA 화상이란, 반도체 디바이스(S)에 테스트 패턴을 인가한 상태에서 레이저 광을 주사하여 오동작 상태를 검출하는 것에 의해, 반도체 디바이스(S) 상의 레이저 조사 위치에 대해 오작동 정보를 다치화된 정오(正誤) 정보로서 화상화하여 취득되는 것이다. TR-LADA 화상은, 반도체 디바이스(S) 상에 조사하는 펄스 레이저를 반도체 디바이스(S)에 인가하는 테스트 패턴에 동기시킴으로써, 특정 타이밍에서의 오작동 정보를 화상화하여 취득되는 것이다.

도 1에 나타낸 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, 광학계(112)측으로 표면(Sa)을 향하게 한 상태에서, 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. 각 대물 렌즈(150)의 배율은, 서로 다르다. 각 대물 렌즈(150)는, 스테이지(111)에 재치된 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)과 마주하도록 배치된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 대물 렌즈(150)에는, 보정환(補正環)(152) 및 보정환 조정용 모터(153)가 장착되어 있다. 보정환 조정용 모터(153)를 구동시켜 보정환(152)을 조정함으로써, 관찰하고 싶은 개소에 대물 렌즈(150)의 초점을 확실히 맞출 수 있다.

도 1에 나타낸 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 출력하는 것이 가능하다. 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 등이어도 된다.

LSM 유닛용 광학계(112b)는, LSM 유닛(115)으로부터 출력된 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 발생된 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 펄스광을 발생해도 된다. 광원에서 발생되는 광은, 레이저광과 같은 코히런트(coherent)한 광뿐만 아니라, 인코히런트(incoherent)(비(非)코히런트)한 광이라도 좋다. 코히런트(coherent)한 광을 출력하는 광원으로서는, 고체 레이저 광원, 반도체 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. 또, 인코히런트한 광을 출력하는 광원으로서는, SLD(Super Luminescent Diode), ASE(Amplified Spontaneous Emission), LED(Light　Emitting　Diode) 등을 이용할 수 있다.

광원은, 반도체 디바이스(S)에 흡수되지 않는 파장역의 광을 출력해도 된다. 예를 들면, 반도체 디바이스(S)가 실리콘 기판에 의해 구성되어 있는 경우, 광원은, 1300nm 이상의 광을 출력해도 된다. 상술한 OBIC 화상, LADA 화상 또는 TR-LADA 화상을 취득하는 경우, 광원은, 반도체 디바이스(S)에서 광 흡수에 의해 전하가 발생하는 파장역의 광을 출력해도 된다. 예를 들면, 반도체 디바이스(S)가 실리콘 기판에 의해서 구성되어 있는 경우, 광원은, 1100nm 이하 또는 1200nm 이하의 파장역의 광(예를 들면 1064nm 정도의 파장대의 레이저광)을 출력해도 된다.

광 검출기(115a)는, 예를 들면, 애벌란시 포토다이오드(avalanche photodiode), 포토다이오드, 광 전자 증배관(增倍管), 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 출력하는 것이 가능하다.

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, 그들의 위치 맞춤 등을 제어한다. 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)는, 보정환 조정용 모터(153)(도 2 참조)와 전기적으로 접속되어 있다. 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)는, 보정환 조정용 모터(153)의 구동을 제어함으로써, 보정환(152)(도 2 참조)의 조정을 제어한다.

해석부(130)는, 화상 해석부(131)와, 지시부(132)를 가지고 있다. 해석부(130)는, 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)의 각각과 전기적으로 접속되어 있다. 화상 해석부(131)는, 카메라 컨트롤러(121) 및 LSM 컨트롤러(122)의 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 참조하여, 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. 또, 조작부는, 예를 들면, 표시 장치(140)에 내장된 터치 패널이어도 된다.

[고침 렌즈 유닛의 구성]

광학계(112)는, 상술한 대물 렌즈(150) 등에 더하여, 고침 렌즈 유닛(1)을 더 가지고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 고침 렌즈 유닛(1)은, 고침 렌즈(2)와, 홀더(3)와, 지지 기구(4)를 구비하고 있다. 이하의 설명에서는, 스테이지(111)에 재치된 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 대물 렌즈(150)가 마주한 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.

홀더(3)는, 고침 렌즈(2)를 요동 가능하게 유지하고 있다. 홀더(3)는, 측벽부(31)와, 저벽부(32)와, 지지 부재(33)를 가지고 있다. 측벽부(31)는, 통 형상을 나타내고 있다. 저벽부(32)는, 측벽부(31)의 하측의 개구를 막도록, 측벽부(31)와 일체적으로 형성되어 있다. 지지 부재(33)는, 하측으로부터 저벽부(32)에 장착되어 있다. 측벽부(31) 및 저벽부(32), 그리고, 지지 부재(33)는, 비자성 재료(예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 비자성의 스테인리스강 등)에 의해 형성되어 있다.

지지 기구(4)는, 대물 렌즈(150)의 광축(L)에 평행한 방향에서, 홀더(3)를 이동 가능하게 지지하고 있다. 지지 기구(4)는, 장착 부재(41)와, 복수의 리니어 가이드(42)와, 복수의 압축 코일 스프링(43)을 가지고 있다. 장착 부재(41)는, 통 형상을 나타내고 있고, 대물 렌즈(150)의 경통(鏡筒)(151)의 하단부(151a)에 장착되어 있다. 복수의 리니어 가이드(42)는, 장착 부재(41)의 외면과 홀더(3)의 측벽부(31)의 내면과의 사이에 배치되어 있다. 복수의 리니어 가이드(42)는, 광축(L) 둘레에 등피치(等pitch)로 배치되어 있다. 복수의 압축 코일 스프링(43)은, 장착 부재(41)의 하단면과 홀더(3)의 저벽부(32)의 상면과의 사이에 배치되어 있다. 복수의 압축 코일 스프링(43)은, 광축(L) 둘레에 등피치로 배치되어 있다. 이것에 의해, 홀더(3)에 하측으로부터 외력이 가해지면, 복수의 압축 코일 스프링(43)의 가압력에 저항하여 홀더(3)가 초기 위치로부터 상측으로 이동하고, 당해 외력이 홀더(3)로부터 제거되면, 복수의 압축 코일 스프링(43)의 가압력에 의해서 홀더(3)가 초기 위치로 복귀한다.

[고침 렌즈의 구성]

도 3에 나타낸 바와 같이, 고침 렌즈(2)는, 제1 렌즈부(21)와, 제2 렌즈부(22)를 갖고 있다. 제1 렌즈부(21)는, 맞닿음면(21a)과, 제1 테이퍼면(21b)과, 제1 구면(21c)을 포함하고 있다. 맞닿음면(21a)은 평탄면이며, 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 맞닿는다. 제1 테이퍼면(21b)은, 상측을 향해 넓어지는 원뿔대 형상의 면이며, 맞닿음면(21a)의 외연(外緣)으로부터 상측으로 연재(延在)되어 있다. 제1 구면(21c)은, 상측을 향해 만곡된 볼록 모양이면서 반구 형상의 면이며, 제1 테이퍼면(21b)의 가장자리부로부터 맞닿음면(21a)과 마주하도록 연재되어 있다. 제1 렌즈부(21)의 외경은, 예를 들면 1.5㎜~2.0㎜ 정도이다. 제1 구면(21c)의 곡률 중심, 및 제1 테이퍼면(21b)을 포함하는 가상 원뿔의 정점(頂点)은, 고침 렌즈의 구심(C)과 일치하고 있고, 맞닿음면(21a)의 하측에서 광축(L) 상에 위치되어 있다. 고침 렌즈의 구심(C)은, 고침 렌즈(2)의 초점과 일치한다.

제2 렌즈부(22)는, 제2 구면(22a)과, 제2 테이퍼면(22b)과, 제3 구면(22c)과, 둘레면(22d)을 포함하고 있다. 제2 구면(22a)은, 상측을 향하여 만곡된 오목 모양이면서 반구 형상의 면이다. 제2 구면(22a)은, 제1 렌즈부(21)의 제1 구면(21c)과 마주하고 있고, 제1 구면(21c)을 따라 연재되어 있다. 제2 테이퍼면(22b)은, 상측을 향해 넓어지는 원뿔대 형상의 면이며, 제2 구면(22a)의 외연으로부터 상측으로 연재되어 있다. 제2 테이퍼면(22b)은, 제1 테이퍼면(21b)과 면일(面一, 단차가 없음) 이어져 있고, 제1 테이퍼면(21b)과 함께 하나의 원뿔대 형상의 면을 형성하고 있다. 제3 구면(22c)은, 상측을 향해 만곡된 볼록 모양이면서 반구 형상의 면이며, 대물 렌즈(150)와 마주하도록 배치된다. 둘레면(22d)은, 원기둥 형상의 면이며, 제2 테이퍼면(22b)의 외연과 제3 구면(22c)의 외연에 접속되어 있다. 제2 구면(22a) 및 제3 구면(22c)의 곡률 중심은, 제1 구면(21c)의 곡률 중심(고침 렌즈의 구심(C))과 일치한다. 제2 테이퍼면(22b)을 포함하는 가상 원뿔의 정점은, 고침 렌즈의 구심(C)과 일치한다.

제1 렌즈부(21)가 제1 테이퍼면(21b)을 갖고 있음으로써, 제1 렌즈부(21)의 맞닿음면(21a)은, 대물 렌즈(150)의 광축(L)에 평행한 방향에서, 제2 렌즈부(22)에 대하여 하측(대물렌즈(150)와는 반대측)으로 돌출되어 있다. 다시 말하면, 고침 렌즈(2)에서는, 맞닿음면(21a)이 가장 하측에 위치하고 있고, 맞닿음면(21a)이 배치되는 평면 상에 제1 렌즈부(21)와 제2 렌즈부(22)와의 경계가 위치하고 있지 않다.

제1 렌즈부(21)는, 반도체 디바이스(S)의 기판 재료(이 예에서는 실리콘(Si))의 굴절률과 실질적으로 동일 또는 그 굴절률에 가까운 굴절률을 갖는 제1 재료에 의해 형성되어 있다. 제1 재료는, 예를 들면, Si, GaP(갈륨 인), GaAs(갈륨 비소), Ge(게르마늄), 다이아몬드, SiC 또는 GaN(질화 갈륨) 등이다. Si, GaP, GaAs, Ge, 다이아몬드, SiC, GaN의 굴절률은, 각각, 3.5, 3.2, 3.5, 4.0, 2.4, 2.6, 2.4이다. 제2 렌즈부(22)는, 공기(대기)의 굴절률보다도 크고 또한 제1 재료의 굴절률보다도 작은 굴절률을 갖는 제2 재료에 의해 형성되어 있다. 제2 재료는, 예를 들면, 글라스, 폴리머, 사파이어, 석영, 불화 칼슘 또는 불화 마그네슘 등이다. 글라스, 폴리머, 사파이어, 석영, 불화 칼슘, 불화 마그네슘의 굴절률은, 각각, 1.5~2.0, 1.5~1.6, 1.8, 1.5, 1.4, 1.4이다.

제1 렌즈부(21)와 제2 렌즈부(22)는, 제1 구면(21c)과 제2 구면(22a)과의 사이에 마련된 접착제에 의해 서로 결합되어 있다. 제1 렌즈부(21)와 제2 렌즈부(22)는, 제1 구면(21c), 제2 구면(22a) 및 제3 구면(22c)의 곡률 중심이 일치하도록 접합되어 있다. 접착제는, 예를 들면 제1 구면(21c) 및 제2 구면(22a)의 전면에 걸쳐 마련되어 있다. 접착제로서는, 제1 재료의 굴절률보다도 제2 재료의 굴절률에 가까운 굴절률을 갖는 것을 이용할 수 있다. 이에 의해, 고침 렌즈(2)를 광이 투과하기 쉬워진다. 제1 구면(21c)과 접착제와의 사이에는, 제1 반사 방지막(AR 코팅)이 마련되어 있어도 된다. 제1 반사 방지막은, 예를 들면 제1 구면(21c)의 전면에 걸쳐 마련된다. 제3 구면(22c) 상에는, 제2 반사 방지막이 마련되어 있어도 된다. 제2 반사 방지막은, 예를 들면 제3 구면(22c)의 전면에 걸쳐 마련된다.

[고침 렌즈의 유지 구조]

도 2에 나타낸 바와 같이, 고침 렌즈(2)는, 대물 렌즈(150)의 하측(전방)에서 광축(L) 상에 위치하도록, 홀더(3)에 유지되어 있다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 저벽부(32)에는, 개구(32a)가 형성되어 있다. 광축(L)에 평행한 방향으로부터 본 경우에서의 개구(32a)의 형상은, 예를 들면, 광축(L)을 중심선으로 하는 원 형상이며, 그 내경은, 고침 렌즈(2)의 외경(둘레면(22d)의 외경)보다도 작다. 개구(32a)의 가장자리부에는, 복수의 돌출부(34)가 마련되어 있다. 복수의 돌출부(34)는, 개구(32a)의 가장자리부로부터 개구(32a)의 중심을 향해 연장되어 있다. 복수의 돌출부(34)는, 비자성 재료에 의해서 저벽부(32)와 일체적으로 형성되어 있다. 복수의 돌출부(34)는, 광축(L) 둘레에 등피치로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 3개의 돌출부(34)가, 광축(L) 둘레에 120° 피치로 배치되어 있다.

지지 부재(33)는, 고리 형상을 나타내고 있고, 예를 들면 각 돌출부(34)에 나사 고정됨으로써, 하측으로부터 저벽부(32)에 장착되어 있다. 광축(L)에 평행한 방향으로부터 본 경우에서의 지지 부재(33)의 개구의 형상은, 예를 들면, 광축(L)을 중심선으로 하는 원 형상이며, 그 내경은, 고침 렌즈(2)의 외경보다도 약간 크다. 지지 부재(33)의 하단부에는, 내향 플랜지(33a)가 일체적으로 형성되어 있다. 광축(L)에 평행한 방향으로부터 본 경우에서의 내향 플랜지(33a)의 개구의 형상은, 예를 들면, 광축(L)을 중심선으로 하는 원 형상이며, 그 내경은, 고침 렌즈(2)의 외경보다도 작다.

고침 렌즈(2)는, 맞닿음면(21a)이 내향 플랜지(33a)의 개구로부터 하측으로 돌출되도록 또한 둘레면(22d)이 지지 부재(33)의 개구의 내측에 위치하도록 배치되어 있다. 이 상태에서는, 지지 부재(33)의 개구의 내경이 고침 렌즈(2)의 외경보다도 약간 크기 때문에, 광축(L)에 수직인 방향으로의 고침 렌즈(2)의 이동이 규제되는 한편으로, 광축(L)에 평행한 방향으로의 고침 렌즈(2)의 이동 및 고침 렌즈(2)의 요동(광축(L)에 대해서 예를 들면 1°정도 경사지도록 움직이는 것)이 허용된다. 또, 내향 플랜지(33a)의 개구의 내경이 고침 렌즈(2)의 외경보다도 작기 때문에, 고침 렌즈(2)의 하측으로의 탈락이 방지된다.

저벽부(32)의 상면에는, 복수의 수용 구멍(36)이 형성되어 있다. 복수의 수용 구멍(36)은, 복수의 돌출부(34)에 각각 대응하도록 배치되어 있다. 각 수용 구멍(36)에는, 자석(5)이 수용되어 있다. 각 자석(5)은, 예를 들면 원기둥 형상을 나타내고 있고, 그 중심선은, 고침 렌즈(2)의 구심(C)을 향하고 있다. 이와 같이, 홀더(3)에는, 복수의 자석(5)이 마련되어 있다.

각 돌출부(34)에는, 경사면(34a)이 형성되어 있다. 각 경사면(34a)은, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)에 마주하고 있다. 각 경사면(34a)에는, 수용부(35)가 형성되어 있다. 각 수용부(35)는, 예를 들면 원기둥 형상의 오목부이다. 자석(5)은, 수용부(35)의 중앙부와 마주하도록 홀더(3)에 마련되어 있다. 예를 들면, 수용부(35)의 중심선은, 대응하는 수용 구멍(36)에 수용된 자석(5)의 중심선에 일치하고 있다. 각 수용부(35)의 저면(35a)은, 평탄면이며, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)과 마주하고 있다. 각 수용부(35)의 측면(35b)은, 원통 형상을 나타내고 있다. 저면(35a)과 경사면(34a)과의 거리(즉, 측면(35b)의 높이)는, 구체(6)의 직경보다도 작다. 이와 같이, 홀더(3)에는, 복수의 수용부(35)가 마련되어 있다.

각 수용부(35)에는, 구체(6)가 수용되어 있다. 각 구체(6)는, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)과 접촉하는 접촉부(40)로서 기능한다. 각 구체(6)는, 자성 재료(예를 들면, 니켈, 코발트, 철, 스테인리스강 등)에 의해 형성되어 있다. 각 수용부(35)에서는, 구체(6)는, 저면(35a)의 중앙(고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)과 마주하는 위치)에서, 대응하는 수용 구멍(36)에 수용된 자석(5)의 자력에 의해서 회전 가능하게 유지되어 있다. 이 상태에서는, 구체(6)의 일부가 수용부(35)로부터 돌출되어 있다. 본 실시 형태에서는, 3개의 구체(6)가, 광축(L) 둘레에 120°피치로 배치되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 고침 렌즈(2)의 제2 테이퍼면(22b)의 외연부가 지지 부재(33)의 내향 플랜지(33a)에 접촉하고 있는 상태에서는, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)과 각 구체(6)와의 사이에 간극이 형성된다. 이것에 의해, 고침 렌즈(2)가 상측으로 이동하면, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)이 복수의 구체(6)에 접촉하기 때문에, 고침 렌즈(2)의 그것 이상의 상측으로의 이동이 방지되는 한편으로, 고침 렌즈(2)의 요동이 허용된다. 이와 같이, 홀더(3)는, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)이 복수의 구체(6)에 접촉한 상태에서 고침 렌즈(2)를 요동 가능하게 유지하고 있다.

각 수용부(35)의 내면(적어도 저면(35a))에는, 경화 처리가 실시되어 있어도 된다. 각 수용부(35)의 내면은, 홀더(3)의 표면 중, 적어도 구체(6)가 접촉하는 영역이다. 경화 처리는, 홀더(3)의 내부(본 실시 형태에서는, 각 돌출부(34)의 내부)의 경도보다도 홀더(3)의 표면(본 실시 형태에서는, 각 수용부(35)의 내면)의 경도를 높게 하는 처리이다. 예를 들면, 각 돌출부(34)가 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있는 경우에는, 경화 처리로서 알루마이트(alumite) 처리를 이용할 수 있다. 경화 처리에는, 각 돌출부(34)를 형성하는 재질에 따른 처리를 선택하는 것이 바람직하다.

[반도체 검사 장치에서의 화상 취득 방법의 일 예]

도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 검사 장치(100)에서는, 고침 렌즈 유닛(1)이 장착되어 있지 않은 대물 렌즈(150)에 의해서, 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, 당해 대물 렌즈(150)의 보정환(152)의 조정이 실시된다. 이 보정환(152)의 조정은, 지시부(132)에 의한 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)로의 지시, 및 퍼리퍼럴 컨트롤러(123)에 의한 보정환 조정용 모터(153)의 구동의 제어에 의해서, 실시된다. 구체적으로는, 고침 렌즈(2)의 특성(고침 렌즈(2)의 각부의 두께 및 굴절률 등), 반도체 디바이스(S)의 기판 두께, 반도체 디바이스(S)의 기판 재료 등에 따라서, 보정환(152)의 조정이 실시된다.

이어서, 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(21a)(도 3 참조)이 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 밀착시켜진다. 이 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(21a)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)의 각각으로의 지시, 그리고 2차원 카메라(113) 및 LSM 유닛(115)의 각각의 동작의 제어에 의해서, 실시된다.

도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(21a)을 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 밀착시키려고 하면, 고침 렌즈(2)가 상측으로 이동하여, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)이, 자석(5)의 자력에 의해 회전 가능하게 유지된 구체(6)에 접촉한다. 이 때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 광축(L)에 대해 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)이 경사져 있지 않으면(즉, 직교하고 있으면), 고침 렌즈(2)는 거의 요동하지 않고, 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(21a)이 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 밀착한다. 한편, 도 7에 나타낸 바와 같이, 광축(L)에 대하여 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)이 경사져 있으면, 고침 렌즈(2)가 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 따르도록 요동하려고 하고, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)과 각 구체(6)의 표면이 점 접촉하면서 각 구체(6)가 회전한다. 그 결과, 고침 렌즈(2)가 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)을 따르도록 매끄럽게 요동한다. 이에 의해, 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(21a)을 반도체 디바이스(S)의 표면에 밀착시킬 수 있다. 또한, 광축(L)에 대하여 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)이 경사하는 요인으로서는, 표면(Sa)의 연마 불량, 또는 반도체 디바이스(S)가 실장되는 실장 보드의 경사 등을 들 수 있다.

[작용 및 효과]

이상 설명한 고침 렌즈 유닛(1)에서는, 고침 렌즈(2)가, 제1 재료에 의해 형성된 제1 렌즈부(21)와, 제1 재료의 굴절률보다도 작은 굴절률을 갖는 제2 재료에 의해 형성되고, 제1 렌즈부(21)에 결합된 제2 렌즈부(22)를 갖고 있다. 이에 의해, 제2 재료로서 제1 재료보다도 밴드 갭이 넓은 재료를 선택할 수 있기 때문에, 예를 들면 고침 렌즈(2)의 전체가 제1 재료에 의해 형성되어 있는 경우와 비교하여, 단파장의 광을 이용한 경우에도, 고침 렌즈(2)를 투과하는 광의 양을 확보하기 쉽게 할 수 있다. 즉, 제1 재료에는 굴절률이 높은 재료를 선택하지 않으면 안된다고 하는 제약이 있는 것에 비해, 제2 재료에는 그러한 제약이 없기 때문에, 선택 자유도가 높다. 그 때문에, 제2 재료로서는 제1 재료보다도 단파장의 광에 대하여 높은 투과율을 가지는 재료를 선택할 수 있다. 그 결과, 고침 렌즈 유닛(1)을 구비하는 반도체 검사 장치(100)에서는, LSM 유닛(115)의 광원이, 제1 렌즈부(21)(제1 재료)에 어느 정도 흡수되는 한편으로 제2 렌즈부(22)(제2 재료)에는 흡수되지 않는(즉, 제2 렌즈부(22)에 대해 투명한) 파장역의 광을 출력할 수 있다. 이에 의해, 해상도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 디바이스(S)에서의 광 흡수에 따르는 전하의 생성을 이용한 여러가지의 계측을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 제2 렌즈부(22)가, 제1 렌즈부(21)의 볼록 모양의 제1 구면(21c)과 마주하는 오목 모양의 제2 구면(22a), 및 대물 렌즈(150)와 마주하도록 배치된 볼록 모양의 제3 구면(22c)을 포함하고 있고, 홀더(3)의 접촉부(40)(구체(6))가, 제3 구면(22c)에 접촉한다. 이에 의해, 제1 구면(21c)보다도 넓은 제3 구면(22c)에서 접촉부(40)가 고침 렌즈(2)에 접촉하기 때문에, 고침 렌즈(2)의 시야를 확보할 수 있다. 또한, 제2 렌즈부(22)의 굴절률이 공기의 굴절률보다도 크기 때문에, 예를 들면 고침 렌즈(2)가 제1 렌즈부(21)만으로 이루어지는 경우와 비교하여, 고침 렌즈(2)의 시야를 크게 할 수 있다. 따라서, 고침 렌즈 유닛(1)에 의하면, 단파장의 광을 이용한 관찰을 가능하게 하면서, 고침 렌즈(2)의 시야를 확보할 수 있다.

제1 구면(21c), 제2 구면(22a) 및 제3 구면(22c)의 곡률 중심이 일치하고 있다. 이에 의해, 반도체 디바이스(S)를 양호하게 관찰할 수 있다.

맞닿음면(21a)이, 평탄면이다. 이에 의해, 맞닿음면(21a)을 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 쉽게 밀착시킬 수 있다.

맞닿음면(21a)이, 대물 렌즈(150)의 광축(L)에 평행한 방향에서, 제2 렌즈부(22)에 대해 대물 렌즈(150)와 반대측으로 돌출하고 있다. 이에 의해, 제2 렌즈부(22)가 반도체 디바이스(S)에 접촉하는 것에 기인하는 관찰 정밀도의 저하를 회피할 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(21)와 제2 렌즈부(22)와의 사이의 경계 부분에는 응력 집중이 생길 우려가 있고, 해당 경계 부분의 가공 정밀도를 높이는 것은 어렵다. 그 때문에, 고침 렌즈 유닛(1)과는 달리, 제1 렌즈부(21)의 맞닿음면(21a)뿐만 아니라 제2 렌즈부(22)가 반도체 디바이스(S)에 접촉하는 구성을 채용한 경우, 예를 들면 경계 부분이 약간 돌출하고 있음으로써, 맞닿음면(21a)이 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 양호하게 밀착되지 않고, 관찰 정밀도가 저하되어 버릴 우려가 있다. 이에 대하여, 고침 렌즈 유닛(1)에서는, 그와 같은 사태를 회피할 수 있고, 관찰 정밀도의 저하를 회피할 수 있다.

제1 렌즈부(21)를 구성하는 제1 재료가, Si, GaAs, GaP, Ge, 다이아몬드, SiC 또는 GaN이다. 이에 의해, 반도체 디바이스(S)를 고해상도로 관찰할 수 있다.

제2 렌즈부(22)를 구성하는 제2 재료가, 글라스, 폴리머, 사파이어, 석영, 불화 칼슘 또는 불화 마그네슘이다. 이와 같이, 제2 재료로서는 제1 재료보다 굴절률이 낮은 재료를 선택할 수 있다.

접촉부(40)가, 제3 구면(22c)과 마주하는 위치에서 회전 가능하게 유지된 구체(6)에 의해 구성되어 있다. 고침 렌즈(2)에 입사하는 광의 일부가 구체(6) 및 구체(6)를 유지하는 구조(예를 들면 돌출부(34))에 의해 차단되지만, 고침 렌즈 유닛(1)에서는, 상술한 바와 같이, 제1 구면(21c) 및 제2 구면(22a)보다도 넓은 제3 구면(22c)에 있어서 구체(6)가 고침 렌즈(2)에 접촉하기 때문에, 고침 렌즈(2)의 시야를 확보할 수 있다.

[변형예]

도 8에 나타낸 제1 변형예에서는, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)과 접촉하는 접촉부(40)가, 복수의 돌출부(34)에 의해 구성되어 있다. 각각의 돌출부(34)는, 개구(32a)의 내면으로부터 개구(32a)의 중심을 향해 연장되어 있다. 각 돌출부(34)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 광축(L)에 평행한 방향에서 보면, 다음과 같이 구성되어 있다. 각 돌출부(34)는, 둘레 방향의 길이보다도 반경 방향의 길이가 긴 부채 형상을 나타내고 있고, 그 중심선(34b)이 광축(L) 상을 통과하도록 연장되어 있다. 각 돌출부(34)의 선단면(34c)은, 곡면을 이루고 있고, 광축(L)을 중심으로 하는 원주(R) 상에 위치하고 있다. 각 돌출부(34)와 제3 구면(22c)과의 접촉 위치는, 원주(R) 상에 위치한다.

도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 고침 렌즈(2)가 반도체 디바이스(S)에 맞닿기 전의 상태에서는, 홀더(3)는, 고침 렌즈(2)를 화살표 Y 방향으로 요동 가능하게 유지하고 있다. 고침 렌즈(2)는, 지지 부재(33)에 의해 지지되어 있다. 이 상태로부터 맞닿음면(21a)을 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 맞닿게 하면, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 고침 렌즈(2)가 지지 부재(33)로부터 떨어져, 제3 구면(22c)이 3개의 돌출부(34)에 접촉한다. 이 때, 고침 렌즈(2)가 요동하거나 또는 회전하여 맞닿음면(21a)이 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)에 따라 밀착된다. 이에 의해, 고침 렌즈(2)와 반도체 디바이스(S)와의 양호한 밀착이 얻어진다. 그 결과, 예를 들면, 반도체 디바이스(S)의 표면(Sa)이 광축(L)에 대하여 경사져 있는 경우에도, 반도체 디바이스(S)를 양호하게 관찰하는 것이 가능해진다.

제1 변형예에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 단파장의 광을 이용한 관찰을 가능하게 하면서, 고침 렌즈(2)의 시야를 확보할 수 있다. 또한, 제1 변형예에서는, 접촉부(40)가, 개구(32a)의 내면으로부터 개구(32a)의 중심을 향하여 연장되는 돌출부(34)에 의해 구성된다. 고침 렌즈(2)에 입사하는 광의 일부가 돌출부(34)에 의해 차단되지만, 상술한 바와 같이, 제1 구면(21c)보다도 넓은 제3 구면(22c)에서 돌출부(34)가 고침 렌즈(2)에 접촉하기 때문에, 고침 렌즈(2)의 시야를 확보할 수 있다.

도 11에 나타낸 제2 변형예에서, 제2 렌즈부(22)가, 둘레면(22d)을 포함하지 않고, 평탄면(22e)을 포함하고 있다. 평탄면(22e)은, 맞닿음면(21a)과 평행하게 연재되고, 제1 렌즈부(21)의 제1 테이퍼면(21b)과, 제2 테이퍼면(22b)에 이어져 있다. 평탄면(22e)이 마련되어 있음으로써, 제2 테이퍼면(22b)은, 제1 테이퍼면(21b)과 면일로 이어지지 않는다. 제2 테이퍼면(22b)을 포함하는 가상 원뿔의 정점은, 제1 구면(21c), 제2 구면(22a) 및 제3 구면(22c)의 곡률 중심보다도 하측에 위치한다. 제2 변형예에서도, 제1 렌즈부(21)의 맞닿음면(21a)은, 대물 렌즈(150)의 광축(L)에 평행한 방향에서, 제2 렌즈부(22)에 대하여 하측(대물 렌즈(150)와는 반대측)으로 돌출되어 있다. 제2 변형예에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 단파장의 광을 이용한 관찰을 가능하게 하면서, 고침 렌즈(2)의 시야를 확보할 수 있다.

본 개시는, 상술한 실시 형태 및 변형예에 한정되지 않는다. 각 구성의 재료 및 형상에는, 상술한 재료 및 형상에 한정되지 않고, 여러가지 재료 및 형상을 채용할 수 있다. 고침 렌즈(2)의 형상은, 반구 형상에 한정되지 않고, 예를 들면, 바이어슈트라스(Weierstrass) 형상인 것이어도 된다. 맞닿음면(21a)은, 반드시 평탄면이 아니어도 된다. 반도체 디바이스(S)는, 다이아몬드, 게르마늄 등의 다른 간접 천이 반도체에 의해 구성되어도 된다. 기판 재료가 다이아몬드인 경우, 예를 들면 자외역의 광이 LSM 유닛(115)의 광원으로부터 출력된다. 기판 재료가 게르마늄인 경우, 예를 들면 1.8㎛ 정도의 파장역의 적외광이 LSM 유닛(115)의 광원으로부터 출력된다.

제1 구면(21c), 제2 구면(22a) 및 제3 구면(22c)의 곡률 중심은, 일치하지 않아도 된다. 예를 들면, 제1 렌즈부(21)를 구성하는 제1 재료가 반도체 디바이스(S)의 기판 재료와는 다른 경우, 제1 렌즈부(21)와 반도체 디바이스(S)와의 사이의 수차가 보정되도록, 제1 구면(21c), 제2 구면(22a) 및 제3 구면(22c)의 곡률 중심이 어긋나 있어도 된다.

반도체 검사 장치(100)는, 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(21a)을 반도체 디바이스(S)의 표면 Sa에 상측으로부터 맞닿게 하는 낙사형의 장치에 한정되지 않고, 맞닿음면(21a)을 표면(Sa)에 하측으로부터 맞닿게 하는 도립형의 장치여도 된다. 도립형 반도체 검사 장치(100)에서는, 맞닿음면(21a)을 표면(Sa)에 하측으로부터 맞닿게 하지 않아도, 고침 렌즈(2)의 제3 구면(22c)이 구체(6)에 접촉하고 있다. 이 경우에도, 고침 렌즈(2)의 맞닿음면(21a)을 반도체 디바이스(S)의 표면에 쉽게 밀착시킬 수 있다.

1: 고침 렌즈 유닛
2: 고침 렌즈
3: 홀더
6: 구체(접촉부)
21: 제1 렌즈부
21a: 맞닿음면
21c: 제1 구면
22: 제2 렌즈부
22a: 제2 구면
22c: 제3 구면
32a: 개구
34: 돌출부(접촉부)
40: 접촉부
100: 반도체 검사 장치
111: 스테이지
112: 광학계
113: 2차원 카메라(광 검출기)
115a: 광 검출기
150: 대물 렌즈
L: 광축
S: 반도체 디바이스(관찰 대상물)

Claims (9)

1. 고침 렌즈와,
   상기 고침 렌즈를 요동 가능하게 유지하는 홀더를 구비하고,
   상기 고침 렌즈는, 제1 재료에 의해 형성된 제1 렌즈부와, 상기 제1 재료의 굴절률보다도 작은 굴절률을 가지는 제2 재료에 의해 형성되고, 상기 제1 렌즈부에 결합된 제2 렌즈부를 갖고,
   상기 제1 렌즈부는, 관찰 대상물에 맞닿는 맞닿음면과, 볼록 모양의 제1 구면을 포함하고,
   상기 제2 렌즈부는, 상기 제1 구면과 마주하는 오목 모양의 제2 구면과, 대물 렌즈와 마주하도록 배치되는 볼록 모양의 제3 구면을 포함하고,
   상기 홀더는, 상기 제3 구면과 접촉 가능하게 구성된 접촉부를 가지고 있는, 고침 렌즈 유닛.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 구면, 상기 제2 구면 및 상기 제3 구면의 곡률 중심은, 일치하고 있는, 고침 렌즈 유닛.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 맞닿음면은, 평탄면인, 고침 렌즈 유닛.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 맞닿음면은, 상기 대물 렌즈의 광축에 평행한 방향에서, 상기 제2 렌즈부에 대해 상기 대물 렌즈와는 반대측으로 돌출되어 있는, 고침 렌즈 유닛.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 재료는, Si, GaAs, GaP, Ge, 다이아몬드, SiC 또는 GaN 인, 고침 렌즈 유닛.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 재료는, 글라스, 폴리머, 사파이어, 석영, 불화 칼슘 또는 불화 마그네슘인, 고침 렌즈 유닛.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 접촉부는, 상기 제3 구면과 마주하는 위치에서 회전 가능하게 유지된 구체에 의해 구성되어 있는, 고침 렌즈 유닛.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 홀더에는, 상기 제2 렌즈부가 내부에 배치된 개구가 형성되어 있고,
   상기 접촉부는, 상기 개구의 내면으로부터 상기 개구의 중심을 향해 연장되는 돌출부에 의해 구성되어 있는, 고침 렌즈 유닛.
9. 상기 관찰 대상물인 반도체 디바이스가 탑재되는 스테이지와,
   상기 반도체 디바이스로부터의 광이 통과하는 광학계와,
   상기 광학계를 통과한 상기 광을 검출하는 광 검출기를 구비하고,
   상기 광학계는,
   대물 렌즈와,
   청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 고침 렌즈 유닛을 갖는, 반도체 검사 장치.

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