TW201947276A - 超穎鏡單元、半導體故障解析裝置及半導體故障解析方法 - Google Patents

超穎鏡單元、半導體故障解析裝置及半導體故障解析方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201947276A
TW201947276A TW108115717A TW108115717A TW201947276A TW 201947276 A TW201947276 A TW 201947276A TW 108115717 A TW108115717 A TW 108115717A TW 108115717 A TW108115717 A TW 108115717A TW 201947276 A TW201947276 A TW 201947276A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
antennas
antenna
super
refractive index
lens
Prior art date
Application number
TW108115717A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI791828B (zh
Inventor
上野山聡
瀧口優
寺田浩敏
Original Assignee
日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司 filed Critical 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
Publication of TW201947276A publication Critical patent/TW201947276A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI791828B publication Critical patent/TWI791828B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/0016—Technical microscopes, e.g. for inspection or measuring in industrial production processes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/02—Objectives
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
    • G01R31/311—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of integrated circuits
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/33—Immersion oils, or microscope systems or objectives for use with immersion fluids
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/008—Surface plasmon devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

本揭示係關於一種包含具備可用以實現薄型化之構造之超穎鏡的超穎鏡單元等。該超穎鏡單元具備超穎鏡及超穎鏡用保持部。超穎鏡具備基部及第1天線部分。第1天線部分由具有第1折射率之複數條第1天線、及具有第2折射率且位於複數條第1天線之間之第1中間部構成。第1天線部分構成為：由複數個第1天線端面中之若干端面構成之一維排列，包含端面之大小、端面之形狀、及排列間距之至少任一者沿基準線變化之圖案。

Description

超穎鏡單元、半導體故障解析裝置及半導體故障解析方法
本揭示係關於一種超穎鏡單元、半導體故障解析裝置、及半導體故障解析方法。
作為用以取得觀察對象物之放大圖像之方法，於非專利文獻1，揭示有以自作為觀察對象物之矽基板之表面突起之方式，形成以特定之間距排列的複數個微細構造。此處，「間距」由距離最短且彼此相鄰之微細構造中之重心間距離規定。根據該方法，可藉由控制形成於矽基板之表面之微細構造之大小、形狀、配置等而控制微細構造部分之實效折射率，藉此取得觀察對象物即矽基板之放大圖像。
[先前技術文獻]
[非專利文獻]
非專利文獻1：Paul R. West等人, “All-dielectric subwavelength metasurface focusing lens”, Optics Express, The Optical Society, 2014年第22卷, 第21期, p. 26212-26221.
非專利文獻2：Nanfang Yu et等人, “Light Propagation with Phase Discontinuities: Generalized Laws of Reflection and Refraction”, Science, 2011年, 334, 333.
非專利文獻3：S. Sun等人, “High-efficiency broadband anomalous reflection by gradient meta-surfaces”, Nano Letters, 2012年, 12, 6223.
非專利文獻4：Francesco Monticone等人, “Full Control of Nanoscale Optical Transmission with a Composite Metascreen”, Physical Review Letters, 2013年, 110, 203903.
非專利文獻5：Lingling Huang等人, “Dispersionless Phase Discontinuities for Controlling Light Propagation”, Nano Letters, 2012年, 12, 5750.
非專利文獻6：Manuel Decker等人, “High-efficiency light-wave control with all-dielectric optical Huygens' metasurfaces”, Advanced Optical Materials, 2015年, 3, 813.
非專利文獻7：Seyedeh M. Kamali等人, “Decoupling optical function and geometrical form using conformal flexible dielectric metasurfaces”, Nature Communications, 2016年, 7, 11618.
非專利文獻8：Philippe Lalanne等人, “Design and fabrication of blazed binary diffractive elements with sampling periods smaller than the structural cutoff”, Journal of the Optical Society of America A, 1999年, 16(5), 1143.
[發明所欲解決之問題]
發明者等人就上述之先前技術進行研究，結果發現了如下之問題。即，上述非專利文獻1所揭示之方法中，必須於觀察對象物即矽基板本身形成複數個微細構造，而有觀察前之準備明顯變繁瑣之問題。
另一方面，已知有藉由取得作為觀察對象物之半導體器件之放大圖像並檢查其之內部資訊，而解析該半導體器件之故障的半導體故障解析裝置。先前之半導體故障解析裝置中，為了取得半導體器件之放大圖像，有使用具備固態浸沒透鏡(SIL：Solid Immersion Lens)之固態浸沒透鏡單元之情形。於該情形時，可藉由使固態浸沒透鏡抵接於半導體器件而同時放大數值孔徑及倍率，並以較高之空間解析度取得半導體器件之放大圖像。作為固態浸沒透鏡，例如使用呈半球形狀或稱為威爾斯特斯拉球之超半球形狀，且外徑為1 mm～5 mm左右之透鏡。然而，此種形狀之固態浸沒透鏡，因厚度由外徑決定，故有難以薄型化(固態浸沒透鏡單元之小型化)之問題。
本揭示係為解決上述問題而完成者，目的在於提供一種包含具備可用以實現薄型化之構造之超穎鏡的超穎鏡單元、半導體故障解析裝置、及半導體故障解析方法。
[解決問題之技術手段]
本揭示之一態樣之超穎鏡單元例如具備：超穎鏡，其例如具有抵接於半導體器件等觀察對象物之第1面及與第1面對向之第2面；及保持部，其保持該超穎鏡。超穎鏡具備：基部，其設置於第1面與第2面之間；複數條第1天線，其等設置於第1面與基部之間；及第1中間部，其以一部分位於複數條第1天線之間之方式設置於第1面與基部之間。複數條第1天線各自具有第1折射率、及構成第1面之一部分之第1天線端面。第1中間部具有與第1折射率不同之第2折射率、及構成第1面之其餘部分之第1中間部端面。尤其，為實現期望之透鏡功能，調整由複數條第1天線及第1中間部構成之第1天線部分之實效折射率分佈。具體而言，第1天線部分構成為：由各自之重心位於第1面上之至少一條第1基準線上之第1天線端面構成之一維排列，包含第1天線端面之大小、第1天線端面之形狀、及第1排列間距之至少任一者沿該第1基準線變化的排列圖案。
本揭示之一態樣之半導體故障解析裝置具備具有如上所述之構造的超穎鏡單元。
本揭示之一態樣之半導體故障解析方法至少具備設置步驟、抵接步驟、及故障解析步驟。設置步驟中，將觀察對象物即半導體器件設置於特定位置。於抵接步驟中，準備具有相互對向之第1面及第2面之超穎鏡，且以該第1面與半導體器件面相對之方式，將超穎鏡抵接於半導體器件。於故障解析步驟中，使用超穎鏡觀察半導體器件，藉此執行該半導體器件之故障解析。此處，超穎鏡至少具備基部、複數條第1天線、及第1中間部。基部設置於第1面與第2面之間。複數條第1天線設置於第1面與基部之間。又，複數條第1天線各自具有第1折射率、及構成第1面之一部分之第1天線端面。第1中間部以一部分位於複數條第1天線之間之方式設置於第1面與基部之間。又，第1中間部構成與第1折射率不同之第2折射率、及第1面之其餘部分。尤其，為實現期望之透鏡功能，調整由複數條第1天線及第1中間部構成之第1天線部分之實效折射率分佈。具體而言，第1天線部分設計為，由複數條第1天線之第1天線端面中各自之重心位於第1面上至少一條第1基準線上之第1天線端面構成之一維排列，包含第1天線端面之大小、第1天線端面之形狀、及排列間距(第1排列間距)之至少任一者沿該第1基準線變化的排列圖案。
[發明之效果]
根據本揭示之各種態樣，可提供一種包含具備可用以實現薄型化之構造之超穎鏡的超穎鏡單元、半導體故障解析裝置、及半導體故障解析方法。
[本案發明之實施形態之說明]
首先，分別個別地列舉本揭示之實施形態之內容進行說明。
(1)本揭示之實施形態之超穎鏡單元作為其之一態樣，具備例如具有抵接於半導體器件等觀察對象物之第1面及與第1面對向之第2面的超穎鏡、及保持該超穎鏡之保持部。超穎鏡具備：基部，其設置於第1面與第2面之間；複數條第1天線，其設置於第1面與基部間；及第1中間部，其以一部分位於複數條第1天線間之方式設置於第1面與基部間。複數條第1天線各自具有第1折射率、及構成第1面之一部分之第1天線端面。第1中間部具有與第1折射率不同之第2折射率、及構成第1面之其餘部分之第1中間部端面。尤其，為實現期望之透鏡功能，調整由複數條第1天線及第1中間部構成之第1天線部分之實效折射率分佈。具體而言，第1天線部分構成為，以複數條第1天線之第1天線端面中各自之重心位於第1面上之至少一條第1基準線上之第1天線端面構成之一維排列，包含第1天線端面之大小(由天線端面之面積規定)、第1天線端面之形狀、及排列間距(第1排列間距)之至少任一者沿該第1基準線變化的排列圖案。即，自正交於基部之第1面之方向觀察該第1面時，關於複數條第1天線，端面之大小、端面之形狀、及排列間距之至少任一者於該第1面內變化。
另，第1天線部分之實效折射率分佈亦可二維地調整。例如，於相互交叉之複數條基準線(第1基準線)作為上述第1基準線設定於第1面上之情形時，以第1天線端面之大小、第1天線端面之形狀、及排列間距之至少任一者沿著複數條基準線之各者變化之方式調節第1天線之構造及/或排列間距。本說明書中，「排列間距」為複數條天線之天線端面所在之面上規定之距離，由重心位於1條基準線上且彼此相鄰之天線端面間之重心間距離而賦予。
根據該超穎鏡單元，關於具有與第1中間部不同之折射率之複數條第1天線之各者，藉由使端面之大小、端面形狀、及排列間距之至少任一者於第1面(抵接面)內變化，而調節第1天線部分之實效折射率分佈。藉此，該超穎鏡本身作為透鏡發揮功能。即，超穎鏡可藉由控制第1天線端面之大小、第1天線端面之形狀、及排列間距之至少任一者，而控制第1天線部分中之各部之實效折射率。因此，該超穎鏡單元可不拘於超穎鏡之外徑而將第1天線部分之實效折射率設定為期望之值。結果，該超穎鏡單元之構造可實現超穎鏡本身之薄型化。
(2)作為本揭示之一態樣(超穎鏡單元)，較佳為第1中間部與基部一體構成，且複數條第1天線之第1天線端面各者以露出之狀態配置於第1面上。於該情形時，可較佳地抑制於半導體器件與超穎鏡間產生包含空氣層之空間。即，可有效地抑制因半導體器件與空氣層之較大之折射率差而引起之半導體器件上之界面反射(提高光之透過率)。結果，該超穎鏡單元可使超穎鏡高效化。
(3)作為本揭示之一態樣(超穎鏡單元)，亦可為複數條第1天線之各者具有自基部朝第1面突出之形狀，且第1中間部由充滿於複數條第1天線間之液體構成。於該情形時，因藉由複數條第1天線之第1天線端面及液體之表面構成抵接於半導體器件之第1面(抵接面)，故可較佳地抑制於半導體器件與超穎鏡間產生包含空氣層之空間。即，有效地抑制因半導體器件與空氣層之較大之折射率差引起之半導體器件上之界面反射(提高光之透過率)。結果，該超穎鏡單元可實現超穎鏡之高效化。又，由於該超穎鏡單元無須加工基部等而形成第1中間部，故易於超穎鏡之製造。
(4)作為本揭示之一態樣(超穎鏡單元)，較佳為複數條第1天線之各者包含矽。於該情形時，由於具備矽基板之半導體器件與包含矽之第1天線之折射率差較小，故可有效地抑制半導體器件上之界面反射(提高光之透過率)。結果，該超穎鏡單元可實現超穎鏡之高效化。
(5)作為本揭示之一態樣(超穎鏡單元)，複數條第1天線亦可以該複數條第1天線之第1天線端面於第1面上構成二維矩陣之方式排列。於該情形時，該超穎鏡單元可較佳地控制第1天線部分中之各部之實效折射率。
(6)作為本揭示之一態樣(超穎鏡單元)，較佳為對超穎鏡輸入具有100 nm以上且5200 nm以下之範圍之波長的光。又，複數條第1天線較佳以上述排列間距短於輸入之光之波長之方式排列。於該情形時，由於複數條第1天線以短於輸入之光之波長之排列間距排列，故輸入之光如第1天線部分為具有實效折射率之連續介質般動作。結果，該超穎鏡單元可較佳地控制第1天線部分中之各部之實效折射率，且可較佳地將輸入之光聚光。
(7)作為本揭示之一態樣(超穎鏡單元)，超穎鏡亦可進而具備複數條第2天線、與第2中間部。複數條第2天線之各者設置於第2面與基部間。又，複數條第2天線之各者具有第3折射率、及構成第2面之至少一部分之第2天線端面。第2中間部以一部分位於複數條第2天線間之方式設置於第1面與基部間。又，第2中間部具有與第3折射率不同之第4折射率。尤其，為實現期望之透鏡功能，而調整由複數條第2天線及第2中間部構成之第2天線部分之實效折射率分佈。具體而言，第2天線部分構成為，由複數條第2天線之第2天線端面中各自之重心位於第2面上之至少一條第2基準線上之第2天線端面構成之一維排列，包含第2天線端面之大小(由天線端面之面積規定)、第2天線端面之形狀、及排列間距(第2排列間距)之至少任一者沿該第2基準線變化的排列圖案。即，自正交於基部之第2面之方向觀察該第2面時，關於複數條第2天線，端面之大小、端面之形狀、及排列間距之至少任一者於該第2面內變化。當然，由於與上述之第1天線部分同樣，亦二維地調整第2天線部分之實效折射率分佈，故可於第2面上規定複數條基準線(第2基準線)作為第2基準線。如此，該超穎鏡具有第2天線部分經調整之實效折射率分佈，故可作為透鏡發揮功能。另，於僅具備第1天線部分之構成中，因超穎鏡之大小而限制空間解析度。相對於此，於具備第1及第2天線部分之構成中，空間解析度進一步提高。結果，根據該超穎鏡單元，可以更高之空間解析度取得半導體器件之放大圖像。
(8)本揭示之實施形態之半導體故障解析裝置作為其之一態樣，亦可具備具有如上所述之構造的超穎鏡單元。另，於先前之半導體故障解析裝置中，為取得半導體器件之放大圖像，而應用上述非專利文獻1所揭示之方法。於該情形時，必須於欲執行故障解析之半導體器件自身形成微細構造(花費工夫)。相對於此，根據本實施形態之半導體故障解析裝置，由於第1天線部分形成於超穎鏡而非觀察對象物即半導體器件，故減少用於解析半導體器件之故障之工夫。又，該半導體故障解析裝置中，超穎鏡關於具有與第1中間部不同之折射率之複數條第1天線之各者，端面之大小、端面形狀及排列間距之至少任一者於第1面(抵接面)內變化。根據該構造，第1天線部分具有期望之實效折射率分佈，而可作為透鏡發揮功能。即，超穎鏡可藉由控制第1天線端面之大小、第1天線端面之形狀、及排列間距之至少任一者，而控制第1天線部分中之各部之實效折射率。結果，該半導體故障解析裝置可不拘於超穎鏡之外徑，將第1天線部分中之各部之實效折射率調節為期望之值。又，該半導體故障解析裝置可減少故障解析之工夫且可實現透鏡之薄型化。
(9)作為本揭示之一態樣(半導體故障解析裝置)，該半導體故障解析裝置亦可進而具備相對於超穎鏡配置於第1面(抵接面)相反側之對物透鏡。另，於僅具備超穎鏡之構成中，因超穎鏡之大小限制空間解析度。相對於此，設置有對物透鏡之本實施形態之構成中，藉由對物透鏡進一步提高空間解析度。結果，該半導體故障解析裝置可以更高之空間解析度取得半導體器件之放大圖像。
(10)本揭示之實施形態之半導體故障解析方法作為其之一態樣，至少具備設置步驟、抵接步驟、及故障解析步驟。設置步驟中，將觀察對象物即半導體器件設置於特定位置。抵接步驟中，準備具有相互對向之第1面及第2面之超穎鏡，並以該第1面(抵接面)與半導體器件面相對之方式，將超穎鏡抵接於半導體器件。故障解析步驟中，使用超穎鏡觀察半導體器件，藉此執行該半導體器件之故障解析。
另，可應用於本實施形態之超穎鏡具備如上所述之構造。即，超穎鏡至少具備基部、複數條第1天線、及第1中間部。基部設置於第1面與第1面第2面間。複數條第1天線之各者設置於第1面與基部間。又，複數條第1天線之各者具有第1折射率、及構成第1面之一部分之第1天線端面。第1中間部以一部分位於複數條第1天線間之方式設置於第1面與基部間。又，第1中間部具有與第1折射率不同之第2折射率、及構成第1面之其餘部分之第1中間部端面。尤其，為實現期望之透鏡功能，調整由複數條第1天線及第1中間部構成之第1天線部分之實效折射率分佈。具體而言，第1天線部分構成為，由複數條第1天線之第1天線端面中各自之重心位於第1面上之至少一條第1基準線上之第1天線端面構成之一維排列，包含第1天線端面之大小、第1天線端面之形狀、及排列間距之至少任一者沿該第1基準線變化的排列圖案。另，亦可於第1面上設定複數條基準線作為第1基準線，並使第1天線端面之大小、第1天線端面之形狀、及排列間距之至少任一者沿各基準線變化，藉此二維調整第1天線部分之實效折射率分佈。
根據該半導體故障解析方法，超穎鏡關於具有與第1中間部不同之折射率之複數條第1天線之各者，端面之大小、端面形狀及排列間距之至少任一者於第1面(抵接面)內變化。藉此，第1天線部分可具有期望之實效折射率分佈，該超穎鏡可作為透鏡發揮功能。即，超穎鏡可藉由控制第1天線端面之大小、第1天線端面之形狀、及排列間距之至少任一者，而控制第1天線部分中之各部之實效折射率。結果，該半導體故障解析方法可不拘於超穎鏡之外徑，而將第1天線部分中之各部之實效折射率設定為期望之值。根據該半導體故障解析方法，可使用此種超穎鏡觀察半導體器件而執行半導體器件之故障解析。又，該半導體故障解析方法可實現透鏡之薄型化。
(11)作為本揭示之一態樣(半導體故障解析方法)，第1中間部可與基部一體構成，且複數條第1天線之各者之第1天線端面以露出之狀態配置於第1面上。於該情形時，可較佳地抑制半導體器件與超穎鏡間產生包含空氣層之空間。結果，有效地抑制因半導體器件與空氣層之較大之折射率差引起之半導體器件上之界面反射(提高光之透過率)。又，該半導體故障解析方法可實現超穎鏡之高效化。
(12)作為本揭示之一態樣(半導體故障解析方法)，複數條第1天線之各者亦可具有自基部朝第1面突出之形狀，且於抵接步驟中，於半導體器件與基部間產生之空間充滿構成第1中間部之液體。於該情形時，抵接於半導體器件之第1面(抵接面)由複數條第1天線之第1天線端面及液體之表面構成。因此，可較佳地抑制於半導體器件與超穎鏡間產生包含空氣層之空間。又，可有效地抑制因半導體器件與空氣層之較大之折射率差引起之半導體器件上之界面反射(提高光之透過率)。結果，該半導體故障解析方法可實現超穎鏡之高效化。
(13)作為本揭示之一態樣(半導體故障解析方法)，較佳為複數條第1天線之各者包含矽。於該情形時，由於具備矽基板之半導體器件與包含矽之第1天線之折射率差較小，故可有效地抑制半導體器件上之界面反射(提高光之透過率)。結果，該半導體故障解析方法可實現超穎鏡之高效化。
(14)作為本揭示之一態樣(半導體故障解析方法)，較佳為複數條第1天線以於第1面上構成二維矩陣之方式排列。於該情形時，該半導體故障解析方法可較佳地控制第1天線部分中之各部之實效折射率。
(15)作為本揭示之一態樣(半導體故障解析方法)，較佳對超穎鏡輸入具有100 nm以上且5200 nm以下之範圍之波長之光。又，複數條第1天線較佳以上述排列間距短於輸入之光之波長之方式排列。於該情形時，由於複數條第1天線以短於輸入之光之波長之間距排列，故輸入之光如第1天線部分為具有實效折射率之連續介質般動作。結果，該半導體故障解析方法可較佳地控制第1天線部分中之各部之實效折射率，且可將輸入之光較佳地聚光。
(16)作為本揭示之一態樣(半導體故障解析方法)，超穎鏡可進而具備複數條第2天線、及第2中間部。複數條第2天線之各者設置於第2面與基部間。又，複數條第2天線之各者具有第3折射率、及構成第2面之至少一部分之第2天線端面。第2中間部以一部分位於複數條第2天線間之方式設置於第2面與基部間。又，第2中間部具有與第3折射率不同之第4折射率。尤其，為實現期望之透鏡功能，調整由複數條第2天線及第2中間部構成之第2天線部分之實效折射率分佈。具體而言，第2天線部分構成為，由複數條第2天線之第2天線端面中各自之重心位於第2面上之至少一條第2基準線上之第2天線端面構成之一維排列，包含第2天線端面之大小、第2天線端面之形狀、及排列間距之至少任一者沿該第2基準線變化的排列圖案。當然，由於與上述之第1天線部分同樣，亦二維地調整第2天線部分之實效折射率分佈，故可於第2面上規定複數條基準線作為第2基準線。藉此，超穎鏡可作為透鏡發揮功能。又，由於透鏡之數量增加，故倍率進一步擴大。結果，該半導體故障解析方法可以更高之空間解析度取得半導體器件之放大圖像。
以上，該[本案發明之實施形態之說明]欄中所列舉之各態樣可對其餘之所有之態樣之各者、或該等其餘之態樣之所有組合應用。
[本案發明之實施形態之細節]
以下，一面參照隨附圖式一面詳細地說明本揭示之超穎鏡單元、半導體故障解析裝置、及半導體故障解析方法之具體構造。另，本發明並非限定於該等例示者，而由專利申請範圍所示，且意圖包含與專利申請範圍均等之涵義及範圍內之所有變更。又，於圖式之說明中對同一要素標註同一符號而省略重複之說明。
(1)[第1實施形態]
(1.1)半導體故障解析裝置之構成
圖1係顯示第1實施形態之半導體故障解析裝置1之方塊圖。圖2係顯示超穎鏡單元2及對物透鏡21之前視圖。圖3係模式性顯示將超穎鏡單元2之超穎鏡60抵接於半導體器件11之狀態的前視圖。圖1～圖3所示之半導體故障解析裝置1係例如以塑模型半導體器件10具有之半導體器件11為觀察對象物，取得半導體器件11之放大圖像，並檢查其之內部資訊，藉此解析半導體器件11之故障的裝置。於圖1～圖3顯示將超穎鏡單元2之超穎鏡60抵接於半導體器件11之狀態。以下，相對於超穎鏡60，將對物透鏡21側作為上側，相對於超穎鏡60將半導體器件11側作為下側進行說明。
塑模型半導體器件10為由樹脂12塑模半導體器件11之器件。半導體器件11之「內部資訊」中包含例如半導體器件11之電路圖案、來自半導體器件11之微弱發光、及與半導體器件11中之發熱相關之資訊。作為「微弱發光」，例如舉出基於半導體器件11之缺陷之異常部位而引起之發光、及伴隨半導體器件11內之電晶體之開關動作之暫態發光。作為「發熱」例如舉出基於半導體器件11之缺陷之發熱。
半導體器件11具有基板11a、及形成於基板11a之正面11b之積體電路11c，且埋設於樹脂12。另，圖3中，簡化顯示積體電路11c。塑模型半導體器件10中，以露出半導體器件11之背面11d之方式切削樹脂12之一部分，且於形成於該樹脂12之凹部13之底面13a設置半導體器件11。此時，半導體器件11之正面11b與凹部13之底面13a彼此相接。且，以半導體器件11之背面11d朝上之方式將塑模型半導體器件10載置於載台S上，半導體故障解析裝置1取得基板11a之積體電路11c之放大圖像。另，半導體器件11之基板11a可為由矽形成之矽基板，於該情形時，基板11a所具有之折射率為3.5左右。
半導體故障解析裝置1具備：觀察部A，其進行半導體器件11之觀察；控制部B，其控制觀察部A之各部之動作；及解析部C，其進行半導體器件11之故障解析所需之處理及指示等。
觀察部A具備超穎鏡單元2、光學系統20、高感度相機3、雷射掃描光學系統(LSM：Laser Scanning Microscope)單元4、及XYZ載台7。超穎鏡單元2為用以取得半導體器件11之放大圖像之透鏡單元。光學系統20具備用以觀察半導體器件11之顯微鏡5。又，光學系統20具備配置於高感度相機3及LSM單元4與半導體器件11間，且以與半導體器件11面相對之方式配置的複數個對物透鏡(包含對物透鏡21)。另，圖3中，對物透鏡21顯示得較實際更小。
高感度相機3及LSM單元4為取得來自半導體器件11之圖像之圖像取得機構。XYZ載台7為使該等高感度相機3及LSM單元4沿相互正交之X方向、Y方向、及Z方向之至少任一個方向移動之機構。包含X方向與Y方向之XY平面為平行於超穎鏡60之抵接面(第1面)61之面(圖式之水平方向)，Z方向為正交於超穎鏡60之抵接面61之方向(圖式之上下方向)。
超穎鏡單元2具備超穎鏡60、及保持超穎鏡60之超穎鏡支架(保持部)8。超穎鏡60具有呈薄膜狀或平板狀，且可抵接於觀察對象物即半導體器件11之抵接面61(稍後敘述細節)。抵接面61形成於超穎鏡60之外表面中半導體器件11側之面(此處為下側之面)。
超穎鏡支架8於對物透鏡21之下側保持超穎鏡60。超穎鏡支架8例如由鋁等金屬形成。超穎鏡支架8具備：筒狀之本體部8a，其安裝於對物透鏡21之下端部；及透鏡保持部8b，其設置於本體部8a之半導體器件11側(對物透鏡21之相反側)之端部且保持超穎鏡60。
本體部8a使自LSM單元4輸出之光通過超穎鏡60側，且使由半導體器件11反射並自超穎鏡60輸出之光通過對物透鏡21側。本體部8a具有外插並螺合於對物透鏡21之下端部之圓筒狀之周壁部8c。藉由螺合周壁部8c與對物透鏡21之下端部而將超穎鏡支架8之中心定位於對物透鏡21之光軸L上。藉此，可藉由驅動XYZ載台7而調整保持於超穎鏡支架8之超穎鏡60之位置。又，本體部8a具有於周壁部8c與透鏡保持部8b間延伸之延伸壁部8d。
透鏡保持部8b相對於超穎鏡60較鬆動，換言之，具有空隙(間隙)。藉此，透鏡保持部8b於使超穎鏡60抵接於半導體器件11前之狀態下，可搖動地保持超穎鏡60。若自該狀態使超穎鏡60之抵接面61抵接於半導體器件11之背面11d，則藉由使超穎鏡60相對於透鏡保持部8b動搖而使抵接面61沿半導體器件11之背面11d密接。因此，例如，於半導體器件11之背面11d相對於光軸L傾斜之情形時，亦可使抵接面61沿半導體器件11之背面11d良好地密接，藉此可觀察半導體器件11。
光學系統20具備：對物透鏡(包含安裝有超穎鏡支架8之對物透鏡21)、相機用光學系統22、及LSM單元用光學系統23。對物透鏡相對於超穎鏡60配置於抵接面61之相反側。設置有複數個倍率不同之對物透鏡，且可切換。圖2所示之對物透鏡21具有修正環24，且可藉由調整修正環24而精度良好地將焦點對準欲觀察之部位。另，除對物透鏡21外之其他對物透鏡除超穎鏡支架8外還具有圖2所示之構造。
相機用光學系統22將通過超穎鏡60及對物透鏡21之來自半導體器件11之光引導至高感度相機3。高感度相機3輸出用以作成半導體器件11之電路圖案等圖像之圖像資料。高感度相機3搭載CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合器件)區域影像感測器、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補型金屬氧化半導體)區域影像感測器、或InGaAs區域影像感測器等。
LSM單元用光學系統23以分光器(未圖示)將來自LSM單元4之紅外雷射光反射至對物透鏡21側，並引導至半導體器件11。又，LSM單元用光學系統23將通過超穎鏡60及對物透鏡21朝向高感度相機3之來自半導體器件11之反射雷射光引導至LSM單元4。
LSM單元4一面於半導體器件11上沿著XY平面掃描一面將紅外雷射光出射至半導體器件11側，且LSM單元4包含檢測光之雪崩光電二極體、光電二極體、或光電子倍增管等檢測器4a。檢測器4a將來自半導體器件11之反射光檢測為檢測光。該檢測光(反射光)之強度成為反映出半導體器件11之電路圖案等之強度。因此，由LSM單元4使紅外雷射光於半導體器件11上沿XY平面掃描，藉此，LSM單元4之檢測器4a可產生用以作成半導體器件11之電路圖案等之圖像的圖像資料。
XYZ載台7如上所述，根據需要使超穎鏡單元2、光學系統20、高感度相機3、及LSM單元4等沿XY平面及Z方向之各者移動。XYZ載台7由控制部B控制動作。
控制部B具備相機控制器31、LSM控制器32、及週邊控制器33。相機控制器31及LSM控制器32藉由分別控制高感度相機3及LSM單元4之動作，而控制觀察部A中進行之半導體器件11之觀察(取得圖像)及觀察條件之設定等。
週邊控制器33藉由控制XYZ載台7之動作而控制超穎鏡單元2、光學系統20、高感度相機3、及LSM單元4等向半導體器件11之觀察位置所對應之位置之移動、對位、對焦等。又，週邊控制器33驅動安裝於對物透鏡21之修正環調整用馬達25，並調整修正環24。
解析部C具備圖像解析部41及指示部42，且由電腦構成。圖像解析部41基於自相機控制器31及LSM控制器32輸出之圖像資訊(圖像資料)作成圖像，並執行必要之解析處理等。指示部42參照來自操作者之輸入內容及圖像解析部41之解析內容等，經由控制部B進行與執行觀察部A中之半導體器件11之檢查相關之必要指示。由解析部C取得或解析之圖像、資料等根據需要顯示於連接於解析部C之顯示裝置43。
(1.2)超穎鏡之構成
對超穎鏡單元2具備之超穎鏡60之構成進行說明。圖4係模式性顯示超穎鏡60之俯視圖。「超穎鏡」為藉由具有稍後敘述之超穎介面構造而作為透鏡發揮功能之光學元件。如圖3及圖4所示，超穎鏡60具有基部62、複數條第1天線70、及第1相鄰部(第1中間部)66。又，如上所述，超穎鏡60具有抵接於半導體器件11之抵接面61。
基部62為成為超穎鏡60之本體之構件。基部62例如呈薄膜狀或平板狀。基部62之厚度亦可為例如100 nm以上且3 mm以下。自Z方向觀察之基部62之形狀無特別限定，但例如圖3之例中為矩形。基部62亦可為包含石英之石英基板。於該情形時，基部62具有之折射率為1.45左右。
各第1天線70配置於基部62之下方側，且為用以調整超穎鏡60之抵接面61附近之實效折射率的構件。各第1天線70於本實施形態中呈軸線沿光軸L(參照圖2)延伸之柱狀，更具體而言呈圓柱狀。另，各第1天線70之形狀只要可控制超穎鏡60之實效折射率，則未必限定於圓柱狀，又，亦不限定於柱狀。關於實效折射率稍後敘述。
各第1天線70具有第1折射率。各第1天線70由例如矽形成，於該情形時，第1折射率為3.5左右。即，第1折射率為與半導體器件11之基板11a具有之折射率相同之程度。
各第1天線70包含第1天線端面71作為Z方向中下方側(基部62之相反側)之端面。各第1天線70以使第1天線端面71露出於抵接面61之方式配置。即，各第1天線端面71構成抵接面61之一部分。
各第1天線70於沿Z方向觀察抵接面61時2維狀排列。尤其，此處，各第1天線70於沿Z方向觀察抵接面61時，格子狀即矩陣狀地排列。各第1天線70之排列間距亦可如下決定。即，對超穎鏡60輸入特定波長之光。本實施形態之例中，對超穎鏡60輸入例如由LSM單元4輸出之紅外雷射光。且，各第1天線70之排列間距於自Z方向觀察抵接面61時，可短於輸入至超穎鏡60之光之波長。另，「特定波長」可為例如100 nm以上且5200 nm以下之波長，亦可為300 nm以上且2000 nm以下之波長。「排列間距」可於配置有複數條第1天線70之區域之全體中相同，亦可於配置有複數條第1天線70之區域之每個部分不同，亦可沿X方向及/或Y方向逐漸變化。又，「排列間距」可為例如輸入之光之波長之20%以上且100%以下，具體而言可為100 nm以上且5200 nm以下。於該情形時，可由複數條第1天線70較佳地使光折射。
又，超穎鏡60中，於沿Z方向觀察抵接面61時，關於複數條第1天線70各者，端面大小、端面之形狀、及排列間距之至少任一者於抵接面61內變化。此處，「於抵接面61內變化」意指可因抵接面61中之位置而不同。藉此，第1天線70可調整超穎鏡60之抵接面61附近之實效折射率(稍後敘述細節)。
第1相鄰部66係位於複數條第1天線70間之部分，且於基部62之下方側與基部62一體形成。「位於複數條第1天線70間」意指例如以無間隙地填埋之方式位於複數條第1天線70間。即，複數條第1天線70埋設於第1相鄰部66，又，「一體形成」意指形成為單一構件。基部62及第1相鄰部66構成一體形成超穎鏡60之基材。另，第1相鄰部66亦可不與基部62一體形成。換言之，第1相鄰部66與基部62亦可由相互分開之2個構件之組合而構成。
第1相鄰部66具有與第1天線70具有之第1折射率不同之第2折射率。於基部62為包含石英之石英基板之情形時，由於與基部62一體形成之第1相鄰部66亦成為包含石英之部分，故第2折射率為1.45左右。亦可以該第2折射率與基板11a之折射率之差小於空氣之折射率與基板11a之折射率的差之方式設定第2折射率。如此，藉由減小超穎鏡60與半導體器件11間之折射率之差而抑制半導體器件11上之界面反射(菲涅耳反射)。另，於基部62為具有1.7左右之折射率之藍寶石基板之情形時，由於基部62之折射率與基板11a之折射率之差進一步減小，故進一步抑制界面反射。
第1相鄰部66包含其下方側(基部62之相反側)之端面即第1相鄰部端面(第1中間部端面)67。第1相鄰部端面67於自Z方向觀察抵接面61時，由除去第1天線端面71所在之部分之區域構成。各第1天線端面71構成抵接面61之一部分，相對於此，第1相鄰部端面67構成抵接面61之其餘部分。換言之，第1相鄰部端面67與第1天線端面71成為同一平面，且構成大致連續之平面(實質上無階差之面)即抵接面61。
超穎鏡60中，配置有複數條第1天線70之部分即第1天線部分72形成所謂之超穎介面構造。「第1天線部分72」具體而言係超穎鏡60中由複數條第1天線70及第1相鄰部66構成之部分。更具體而言，第1天線部分72係超穎鏡60中，Z方向上，由第1天線70之第1天線端面71之位置至第1天線70之第1天線端面71之相反側之端面73之位置之範圍特定的部分，且，於平行於XY平面之面上規定之情形時，第1天線部分72為由包含複數條第1天線70之範圍特定之部分(圖中之虛線部分)。
此處，對超穎鏡60作為透鏡發揮功能，參照圖5及圖6進行說明。圖5係用以說明超穎鏡60之實效折射率具有分佈之圖。圖6係用以說明透過超穎鏡60之光R之路徑之圖。「具有分佈」意指因其之位置而具有不同之狀態或值。超穎鏡60於第1天線部分72中具有以下之實效折射率neff 。即，於將第1天線部分72之單位體積之第1天線70之填充率設為a、將第1折射率設為nms ，將第2折射率設為nb 之情形時，實效折射率neff 以下述之式(1)表示。
[數1]
如上所述，於自Z方向觀察抵接面61時，第1天線70之大小、形狀、及排列間距之至少任一者於抵接面61內變化。例如，於圖5顯示第1天線70之大小於抵接面61內變化之情形。圖5中，超穎鏡60被分割成單位體積之部分V1、V2、V3。且，圖5中，分別圖示對各部分V1、V2、V3自超穎鏡60之上方側輸入同相位之光之情形時，透過超穎鏡60之下方側之透過光中成為同相位之位置P1、P2、P3。
各部分V1、V2、V3中，第1天線70之大小(第1天線端面71之面積，沿Z方向觀察之第1天線70之剖面積)互不相同。此處，部分V1中為第1天線70a、第1相鄰部66a。又，部分V2中為第1天線70b、第1相鄰部66b。又，部分V3中為第1天線70c、第1相鄰部66c。第1天線70a、第1天線70b、第1天線70c依序增大。即，部分V1、V2、V3中，第1天線70之填充率a依序提高。
藉此，根據上述之式(1)算出之各部分V1、V2、V3之實效折射率neff 按照部分V1、部分V2、部分V3之順序增大，且第1天線部分72之實效折射率neff 具有分佈。透過超穎鏡60之下方側之透過光中成為同相位之位置P1、位置P2、位置P3依序縮短與抵接面61之距離。如此，透過光中產生相位差，結果，如圖6所示，光R因超穎鏡60而折射，且藉由調整第1天線部分72之實效折射率neff ，超穎鏡60作為透鏡發揮功能。尤其，例如，藉由使第1天線部分72之實效折射率neff 同心圓狀地變化，超穎鏡60作為透鏡更佳地發揮功能。另，藉由以短於輸入之光之波長之間距排列複數條第1天線70，輸入之光如第1天線部分72為具有實效折射率neff 之連續介質般動作。
上述之「超穎介面構造」為藉由具備排列於構造體上之複數個微細構造(例如第1天線70)而使該構造體作為光學元件發揮功能的構造。例如，作為超穎介面構造，例示代表性之下述6種方式(以下稱為「第1方式～第6方式」)。
超穎介面構造之第1方式係所謂之Multi-Resonance(多諧振)方式，於上述非專利文獻2中詳細敘述。第1方式具備例如電漿子天線，且具有藉由於該電漿子天線流通之電流而形成特徵之對稱模式及非對稱模式之2種共振模式。
超穎介面構造之第2方式係所謂之GAP-Plasmon方式，於上述非專利文獻3中詳細敘述。第2方式為例如以MIM(Metal-Insulater-Metal：金屬-絕緣體-金屬)構造為基本構成之反射型超穎介面構造，且藉由間隙表面電漿子模式而調變光之相位。間隙表面電漿子模式是指依存於使上部天線與下部天線之感應電流朝相反方向而於介電質內產生較強之磁共振的模式。據此，可藉由能改變天線之長度而效率良好地調變反射相位。
超穎介面構造之第3方式係所謂之Pancharatnam-Berry phase(PB phase)方式，於上述非專利文獻4中詳細敘述。第3方式例如藉由調變同一形狀之天線之角度而調變相位。
超穎介面構造之第4方式係所謂之Huygens-metasurface方式，於上述非專利文獻5及上述非專利文獻6中詳細敘述。第4方式例如藉由同時調整具有獨立之電磁場特性之介質之界面處之電偶極子、磁偶極子而減小反射率。
超穎介面構造之第5方式係所謂之High-Contrast方式，於上述非專利文獻7中詳細敘述。第5方式例如利用天線與周圍介質之折射率之差較大，而實現低Q值之法布里-佩洛共振之複數個模式。該等複數個模式包含有電偶極子及磁偶極子。
超穎介面構造之第6方式係所謂之Gradient-Index方式，於上述非專利文獻8中詳細敘述。第6方式係藉由折射率互不相同之介質之單位單元中之填充率之變化而調變相位(實效折射率)。
(1.3)超穎鏡之製造方法
(1.3.1)第1製造方法
參照圖7及圖8，對超穎鏡60之第1製造方法進行說明。圖7及圖8係用以說明超穎鏡60之第1製造方法之圖。
首先，如圖7(a)所示，準備包含具有第2折射率之第2材料的基板90。作為第2材料，列舉例如石英。基板90亦可為薄膜狀或平板狀。該基板90成為超穎鏡60之基部62及第1相鄰部66。
接著，於基板90上形成作為抗蝕劑之遮罩層91(層形成步驟)。遮罩層91藉由例如電子束抗蝕劑塗布而形成於基板90之上表面90a上。作為遮罩層91之材料，列舉例如ZEP520A等之電子束抗蝕劑。遮罩層91之厚度可設為例如300 nm左右。
接著，如圖7(b)所示，在形成於基板90上之遮罩層91形成複數個開口部92(開口步驟)。開口部92亦可藉由對遮罩層91進行電子束描繪及顯影而形成。
各開口部92亦可於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察該上表面90a時，以格子狀排列之方式形成。更具體而言，於對製造之超穎鏡60輸入特定波長之光之情形下，各開口部92亦可於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察該上表面90a時，以短於特定波長之間距排列而形成。此處，形成之開口部92之大小、形狀、及排列間距相當於第1天線70之大小、形狀、及排列間距。開口部92亦可為例如直徑50 nm以上且270 nm以下之圓形狀。又，開口部92亦可形成為例如以300 nm之間距排列。再者，於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察該上表面90a時，複數個開口部92之大小、形狀、及配置之至少任一者亦可於基板90之上表面90a內變化。此處，「於基板90之上表面92a內變化」意指可因基板90之上表面92a中之位置而異。
接著，如圖7(c)所示，經由複數個開口部92進行蝕刻，於基板90形成複數個凹部90c(蝕刻步驟)。蝕刻可進行例如乾蝕刻，尤其亦可進行反應性離子蝕刻(RIE：Reactive Ion Etching)。蝕刻不自基板90之上表面90a貫通至下表面90b，而自上表面90a進行至基板90之內部。藉此，於基板90之上表面90a形成特定深度(蝕刻深度)之凹部90c。蝕刻深度可設為例如500 nm左右。
另，於上述之開口步驟中，於以格子狀排列之方式形成各開口部92之情形時，蝕刻步驟中，各凹部90c以於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察該上表面90a時，格子狀排列之方式形成。尤其，於對製造之超穎鏡60輸入特定波長之光之情形時，於上述開口步驟中，各開口部92以由短於特定波長之間距排列之方式形成。再者，蝕刻步驟中，各凹部90c亦以於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察上表面90a時，由短於特定波長之間距排列之方式形成。再者，上述開口步驟中形成之複數個開口部92之大小、形狀、及排列間距之至少任一者亦可於基板90之上表面90a內變化。於該情形時，蝕刻步驟中，各凹部90c形成為於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察該上表面90a時，複數個凹部90c之大小(開口面積)、形狀、及排列間距之至少任一者於基板90之上表面90a內變化。
接著，如圖8(a)所示，經由各開口部92，於基板90上沈積由與第2材料不同之第1材料形成之天線材料93(沈積步驟)。此處，沈積於基板90之凹部90c之天線材料93成為第1天線70。此時，天線材料93亦沈積於遮罩層91上。第1材料具有與第2折射率不同之第1折射率。作為使天線材料93沈積於基板90上之方法，列舉例如脈衝雷射蒸鍍及電阻加熱蒸鍍。於進行脈衝雷射蒸鍍之情形時，作為第1材料列舉例如矽、鍺。另一方面，於進行電阻加熱蒸鍍之情形時，作為第1材料列舉例如金、銀、鉻。
沈積步驟中，沈積於基板90上之天線材料93之厚度亦可與蝕刻步驟中形成於基板90之上表面90a之凹部90c之深度相同。藉此，基板90之上表面90a、及沈積於基板90上之天線材料93之上表面93a成為同一平面，由上表面90a與上表面93a構成平坦面。沈積於基板90上之天線材料93之厚度可設為例如500 nm左右。沈積於基板90上之天線材料93之厚度例如可藉由預先取得特定條件下之沈積時間與沈積之天線材料93之厚度之關係，並調整沈積步驟中之沈積時間而控制。
接著，如圖8(b)所示，去除遮罩層91(去除步驟)。即，剝離抗蝕劑。藉此，亦與遮罩層91一同去除沈積於遮罩層91上之天線材料93。其結果，由基板90之上表面90a及沈積於基板90上之天線材料93之上表面93a構成之平坦面露出，且該平坦面成為超穎鏡60之抵接面61。經過以上之步驟製造超穎鏡60。
(1.3.2)第2製造方法
參照圖9、圖10及圖11，對超穎鏡60之第2製造方法進行說明。圖9、圖10及圖11係用以說明超穎鏡60之第2製造方法之圖。
首先，如圖9(a)所示，準備包含具有第2折射率之第2材料之基板90。第2製造方法中所用之基板90亦可與上述第1製造方法中所用之基板90同樣。
接著，如圖9(b)所示，於基板90上形成遮罩層95(層形成步驟)。遮罩層95藉由於基板90之上表面90a上依序積層硬遮罩96及抗蝕劑97而形成。硬遮罩96藉由例如電阻加熱蒸鍍而形成於基板90之上表面90a上。作為硬遮罩96之材料，列舉例如鉻、鎳、鋁。抗蝕劑97藉由例如電子束抗蝕劑塗布而形成於硬遮罩96之上表面90a上。作為抗蝕劑97之材料，列舉例如ZEP520A等電子束抗蝕劑。抗蝕劑97之厚度可設為例如300 nm左右。
接著，如圖10(a)及圖10(b)所示，於形成於基板90上之遮罩層95，形成複數個開口部98(開口步驟)。開口部98具備形成於硬遮罩96之硬遮罩開口部98a、及形成於抗蝕劑97之抗蝕劑開口部98b。硬遮罩開口部98a經由抗蝕劑開口部98b形成。因此，硬遮罩開口部98a及抗蝕劑開口部98b於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察時，彼此形成於同一位置。抗蝕劑開口部98b亦可藉由對抗蝕劑97進行電子束描繪及顯影而形成。硬遮罩開口部98a亦可藉由對硬遮罩96進行電感耦合型反應性離子蝕刻(ICP-RIE：Induced Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)而形成。
各開口部98亦可以與上述之第1製造方法中之各開口部92同樣排列之方式形成。即，各開口部98亦可以自正交於基板90之上表面90a之方向觀察時，格子狀排列之方式形成。更具體而言，於對製造之超穎鏡60輸入特定波長之光之情形時，各開口部98亦可以自正交於基板90之上表面90a之方向觀察時，以短於特定波長之間距排列之方式形成。此處，所要形成之開口部98之大小、形狀、及排列間距，為第1天線70之大小、形狀、及排列間距。開口部98亦可為例如直徑80 nm以上且260 nm以下之圓形狀。又，開口部98亦可形成為例如以300 nm之間距排列。再者，於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察時，複數個開口部98之大小、形狀、及排列間距之至少任一者亦可於基板90之上表面90a內變化。
接著，如圖11(a)所示，經由複數個開口部98進行蝕刻，而於基板90形成複數個凹部90c(蝕刻步驟)。蝕刻步驟亦可與上述第1製造方法中之蝕刻步驟同樣地進行。
另，各凹部90c亦可形成為與上述第1製造方法中之各凹部90c同樣地排列。即，於上述開口步驟中，於以格子狀排列之方式形成各開口部98之情形時，於蝕刻步驟中，各凹部90c以自正交於基板90之上表面90a之方向觀察該上表面90a時，形成為格子狀排列。尤其，於對所要製造之超穎鏡60輸入特定波長之光之情形時，於上述開口步驟中，各開口部98形成為短於特定波長之間距排列。此時，於蝕刻步驟中，各凹部90c於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察該上表面90a時，形成為短於特定波長之間距排列。再者，關於上述開口步驟形成之複數個開口部98，形成為於其大小、形狀、及排列間距之至少任一者於基板90之上表面90a內變化時，於蝕刻步驟中，各凹部90c於自正交於基板90之上表面90a之方向觀察該上表面90a時，以複數個凹部90c之大小、形狀、及配置之至少任一者於基板90之上表面90a內變化之方式形成。
接著，如圖11(b)所示，經由各開口部98，於基板90上沈積包含與第2材料不同之第1材料的天線材料93(沈積步驟)。沈積步驟亦可與上述第1製造方法中之沈積步驟同樣地進行。基板90之上表面90a、及沈積於基板90上之天線材料93之上表面93a成為同一平面。即，由基板90之上表面90a、及天線材料93之上表面93a構成平坦面。
接著，如圖11(c)所示，去除遮罩層95(去除步驟)。即，剝離硬遮罩96。藉此，與硬遮罩96一同地，亦將形成於硬遮罩96上之抗蝕劑97及沈積於該抗蝕劑97上之天線材料93去除。其結果，由基板90之上表面90a及天線材料93之上表面93a構成之平坦面露出，且該平坦面成為超穎鏡60之抵接面61。根據以上方式製造超穎鏡60。
(1.4)半導體故障解析方法
參照圖1～圖4，對使用半導體故障解析裝置1解析半導體器件11之故障之方法進行說明。
首先，由顯微鏡5所具有之複數個對物透鏡中未安裝超穎鏡60之對物透鏡(位置特定用之對物透鏡)，特定出以超穎鏡60觀察半導體器件11之位置。該觀察位置之特定係藉由以指示部42經由週邊控制器33驅動XYZ載台7而進行。
特定觀察位置後，將位置特定用之對物透鏡切換為安裝有超穎鏡支架8之對物透鏡21，而進行半導體器件11之觀察。此時，指示部42根據超穎鏡支架8保持之超穎鏡60之特性(超穎鏡60之厚度、折射率等)、半導體器件11之基板11a之厚度、材質等經由週邊控制器33驅動修正環調整用馬達25，藉此將修正環24對準至適當之位置。
又，指示部42根據上述超穎鏡60之特性等經由週邊控制器33驅動XYZ載台7，藉此使超穎鏡60抵接於半導體器件11(抵接步驟)。藉此，使超穎鏡60之抵接面61與半導體器件11之背面11d光學接觸。此時，藉由使超穎鏡60相對於透鏡保持部8b搖動而使抵接面61沿半導體器件11之背面11d密接。
又，指示部42經由週邊控制器33驅動XYZ載台7，藉此執行對物透鏡21之聚焦。且，藉由使用超穎鏡60觀察半導體器件11而執行半導體器件11之故障解析(故障解析步驟)。
更詳細而言，於對物透鏡21已對焦之狀態下，指示部42經由LSM控制器32及相機控制器31控制LSM單元4及高感度相機3等，並觀察半導體器件11。於該觀察中，自LSM單元4輸出之紅外雷射光通過對物透鏡21輸出至半導體器件11側。自對物透鏡21輸出之光自上方輸入至超穎鏡60，並藉由超穎鏡60之第1天線部分72聚光，接著自抵接面61朝半導體器件11輸出。自半導體器件11反射之光(反射光)再次輸入至超穎鏡60後，自基部62朝上方輸出。
自該超穎鏡60輸出之反射光輸入至對物透鏡21。輸入至對物透鏡21之反射光由相機用光學系統22引導至高感度相機3，高感度相機3取得半導體器件11之電路圖案等圖像。
(1.5)作用及效果
如以上所說明，根據超穎鏡單元2，超穎鏡60關於具有與第1相鄰部66不同之折射率之複數條第1天線70，其大小、形狀、及排列間距之至少任一者於抵接面61內變化。藉此，可對第1天線部分72賦予期望之實效折射率分佈，使第1天線部分72作為透鏡發揮功能。此處，超穎鏡60可藉由控制複數條第1天線70之大小、形狀、及排列間距之至少任一者，而控制第1天線部分72之實效折射率。因此，超穎鏡單元2可不拘於超穎鏡60之外徑而將第1天線部分72之實效折射率設為期望之值。因此，超穎鏡單元2可將透鏡薄型化。其結果，可實現超穎鏡單元2之頭部分(超穎鏡60周邊之部分)之薄型化進而小型化。例如，於觀察設置於寬度較窄之插座等之觀察對象物之情形時，亦可將頭部分插入至插座等，可提高操作性。另，例如可藉由使第1天線部分72之實效折射率同心圓狀地變化而使超穎鏡60作為透鏡更佳地發揮功能。
又，超穎鏡單元2中，第1相鄰部66與基部62一體形成，各第1天線70配置為使第1天線端面71露出於抵接面61。藉此，可較佳地抑制於半導體器件11與超穎鏡60間產生包含空氣層之空間。因此，抑制因半導體器件11與空氣層之折射率之差較大引起之半導體器件11上之界面反射，而提高光之透過率。因此，該超穎鏡單元2可使超穎鏡60實現高效化。
超穎鏡單元2中，各第1天線70包含矽。藉此，由於具備矽基板之半導體器件11與由矽形成之第1天線70之折射率之差較小，故抑制半導體器件11上之界面反射，而提高光之透過率。因此，超穎鏡單元2可將超穎鏡60高效化。
超穎鏡單元2中，各第1天線70於沿Z方向觀察基板90之上表面90a時格子狀排列。藉此，超穎鏡單元2可較佳地抑制第1天線部分72之實效折射率。
超穎鏡單元2中，對超穎鏡60輸入波長為例如100 nm以上且5200 nm以下之光，第1天線70於沿Z方向觀察抵接面61時，以短於該波長之間距排列。由於複數條第1天線70以短於輸入之光之波長之間距排列，故輸入之光如第1天線部分72為具有實效折射率(即，較佳設計之實效折射率)之連續介質般動作。因此，超穎鏡單元2可較佳地抑制第1天線部分72之實效折射率，且可較佳地將輸入之光聚光。
又，本實施形態之半導體故障解析裝置1具備超穎鏡單元2。先前之半導體故障解析裝置中，若為取得半導體器件11之放大圖像而欲使用非專利文獻1所揭示之方法，則必須於欲執行故障解析之半導體器件11本身形成微細構造。因此，先前之半導體故障診斷方法耗費工夫及成本。作為「成本」，例如列舉因於每個半導體器件11形成微細構造引起之成本、及因於半導體器件11中欲執行故障解析之各區域分別形成微細構造引起之成本。相對於此，根據該半導體故障解析裝置1，第1天線部分72形成於超穎鏡60而非觀察對象物即半導體器件11。因此，減少用於解析半導體器件11之故障之工夫。又，可對複數個半導體器件11、或其等中欲執行故障解析之各區域重複使用同一之超穎鏡60。因此，減少上述之成本。再者，於該半導體故障解析裝置1中，超穎鏡60使具有與第1相鄰部66不同之折射率之複數條第1天線70之大小、形狀、及排列間距之至少任一者於抵接面61內變化。如此，藉由使第1天線部分72之實效折射率具有分佈而作為透鏡發揮功能。此處，超穎鏡60可藉由控制複數條第1天線70之大小、形狀、及排列間距之至少任一者而控制第1天線部分72中之各部之實效折射率。因此，該半導體故障解析裝置1可不拘於超穎鏡60之外徑而將第1天線部分72之實效折射率設為期望之值。因此，該半導體故障解析裝置1可減少故障解析之工夫，且可將透鏡薄型化。
本實施形態之半導體故障解析裝置1具備相對於超穎鏡60配置於抵接面61之相反側之對物透鏡21。藉此，於僅超穎鏡60之情形時，因超穎鏡60之大小而限制空間解析度，相對於此，藉由對物透鏡21進一步提高空間解析度。因此，該半導體故障解析裝置1可以更高之空間解析度取得半導體器件11之放大圖像。
根據上述半導體故障解析方法，超穎鏡60使具有與第1相鄰部66不同之折射率之複數條第1天線70之大小、形狀、及排列間距之至少任一者於抵接面61內變化。因此，第1天線部分72具有期望之實效折射率分佈，而作為透鏡發揮功能。此處，超穎鏡60可藉由控制複數條第1天線70之大小、形狀、及排列間距之至少任一者而控制第1天線部分72之實效折射率。因此，該半導體故障解析方法中，可不拘於超穎鏡60之外徑而將第1天線部分72中之各部之實效折射率設為期望之值。因此，可使用此種超穎鏡60觀察半導體器件11，執行觀察對象即該半導體器件11之故障解析。因此，於該半導體故障解析方法中，可將透鏡薄型化。另，例如，可藉由使第1天線部分72之實效折射率同心圓狀地變化，超穎鏡60作為透鏡更佳地發揮功能。
本實施形態之半導體故障解析方法中，第1相鄰部66與基部62一體形成。此時，各第1天線70配置為使第1天線端面71露出於抵接面61。藉此，可較佳地抑制於半導體器件11與超穎鏡60間產生包含空氣層之空間。結果，抑制因半導體器件11與空氣層之折射率之差較大引起之半導體器件11上之界面反射，而提高光之透過率。因此，該半導體故障解析方法可實現超穎鏡60之高效化。
本實施形態之半導體故障解析方法中，各第1天線70包含矽。該情形，由於具備矽基板之半導體器件11與由矽形成之第1天線70之折射率之差較小，故抑制半導體器件11上之界面反射(提高光之透過率)。因此，該半導體故障解析方法可實現超穎鏡60之高效化。
本實施形態之半導體故障解析方法中，各第1天線70於沿Z方向觀察上表面90a時格子狀排列。藉此，該半導體故障解析方法中，可較佳地控制第1天線部分72中之各部之實效折射率。
又，本實施形態之半導體故障解析方法中，對超穎鏡60輸入波長為例如100 nm以上且5200 nm以下之光。各第1天線70於沿Z方向觀察上表面90a時，以短於該波長之間距排列。如此，由於複數條第1天線70以短於輸入之光之波長之間距排列，故輸入之光如第1天線部分72為具有實效折射率(即，較佳設計之實效折射率)之連續介質般動作。因此，該半導體故障解析方法中，可較佳地抑制第1天線部分72之實效折射率，且可較佳地將輸入之光聚光。
(2)[第2實施形態]
圖12係模式性顯示第2實施形態之超穎鏡單元2A之超穎鏡60A抵接於半導體器件11之狀態的前視圖。另，第2實施形態之超穎鏡單元2A除超穎鏡60A外，具備與第1實施形態同樣之超穎鏡支架8(圖2)。第2實施形態之半導體故障解析裝置之構成與第1實施形態之半導體故障解析裝置1之構成(圖1)相比，不同點在於不具備對物透鏡21，其他點皆相同。與對物透鏡21以外之對物透鏡(位置特定用之對物透鏡)同樣，超穎鏡單元2A經由具有用於供光通過之內部構造之附屬裝置安裝於顯微鏡5。另，於附屬裝置之一開口端安裝有保持超穎鏡單元2A之超穎鏡支架8。
圖12所示之第2實施形態之超穎鏡60A中，第1天線70以即便半導體故障解析裝置不具備對物透鏡21，亦可以足夠高之空間解析度取得半導體器件11之放大圖像之方式，調整第1天線部分72之實效折射率。如此，由於第2實施形態之半導體故障解析裝置不具備對物透鏡21，故可將裝置小型化。另，第2實施形態之半導體故障解析方法除替換安裝有超穎鏡支架8之對物透鏡21，而經由安裝有超穎鏡支架8之附屬裝置進行半導體器件11之觀察之點外，皆以與第1實施形態之半導體故障解析方法相同之順序執行。
(3)[第3實施形態]
圖13係模式性顯示第3實施形態之超穎鏡單元2B之超穎鏡60B抵接於半導體器件11之狀態的前視圖。另，第3實施形態之超穎鏡單元2B亦除超穎鏡60B外，具備與第1實施形態同樣之超穎鏡支架8(圖2)。第3實施形態之半導體故障解析裝置之構成與第2實施形態之半導體故障解析裝置之構成相比，不同點在於代替超穎鏡60A而具備超穎鏡60B，其他之點皆相同。超穎鏡60B如圖13所示於抵接面61之相反側之面具備第2天線部分82B。
圖13所示之第3實施形態之超穎鏡60B具備立設於上方側(更詳細而言為基部62之抵接面61之相反側之端面64B)之複數條第2天線80B。各第2天線80B為用以調整超穎鏡60B之端面64B附近之實效折射率的構件。各第2天線80B於本實施形態中呈軸線沿光軸L(參照圖2)延伸之柱狀，更具體而言呈圓柱狀。另，各第2天線80之形狀只要可控制超穎鏡60B之實效折射率，則未必限定於圓柱狀，又，亦不限定於柱狀。
各第2天線80B例如包含矽，且各自具有第3折射率。各第2天線80B各自包含第2天線端面81B，各第2天線端面81B構成與抵接面61對向之對向面(第2面)65B。即，超穎鏡60B具有抵接面61之相反側之對向面65B，且對向面65B為離散定位之複數個第2天線端面81B之集合。
另，第3折射率只要為與複數條第2天線80B間之區域中之折射率(第4折射率)不同之值即可。因此，於複數條第2天線80B間，可充滿匹配油等液體，亦可配置包含與第2天線80B不同之材料之構件，又可形成空氣層。由位於複數條第2天線80B間之上述物質構成第2中間部。此處，由空氣層即空隙G構成第2中間部。
第2天線80B與第1天線70同樣，於沿正交於對向面65B之方向(即，Z方向)觀察該對向面65B時2維狀排列。超穎鏡60B於沿Z方向觀察對向面65B時，複數條第2天線80B之大小、形狀、及排列間距之至少任一者於對向面65B內變化。又，由複數條第2天線80B及第2中間部構成之第2天線部分82B之實效折射率具有分佈，藉此第2天線部分82B作為透鏡發揮功能。如此，超穎鏡單元2B由於超穎鏡60B具有第1天線部分72及第2天線部分82B之兩者，故可以更高之空間解析度取得半導體器件11之放大圖像。另，於沿Z方向觀察對向面65B時，第2天線部分82B之面積亦可大於第1天線部分72之面積。
根據超穎鏡單元2B、具備超穎鏡單元2B之半導體故障解析裝置、或使用超穎鏡單元2B之半導體故障解析方法，超穎鏡60B具備位於相互對向之抵接面61與對向面65B間之第1天線部分72及第2天線部分82B。尤其，第2天線部分82B由各自具有第3折射率，且各自包含構成對向面65B之第2天線端面81B之複數條第2天線80B、及具有與第3折射率不同之第4折射率，且位於複數條第2天線80B間之第2中間部構成。於沿Z方向觀察對向面65B時，複數條第2天線80B之大小、形狀、及排列間距之至少任一者於該對向面65B內變化。藉此，由複數條第2天線80B及第2中間部構成之第2天線部分82B之實效折射率具有分佈，且該第2天線部分82B作為透鏡發揮功能。另，於僅第1天線部分72之情形時，因超穎鏡60B之大小而限制空間解析度，相對於此，藉由第2天線部分82B使該超穎鏡60B之空間解析度進一步提高。
如上所述，超穎鏡單元2B、具備超穎鏡單元2B之半導體故障解析裝置、或使用超穎鏡單元2B之半導體故障解析方法中，可以更高之空間解析度取得半導體器件11之放大圖像。另，亦可對第2天線部分82B採用例如上述之超穎介面構造之第4方式。於該情形時，採用超穎介面構造之第4方式，並將包含透過光相位及強度互不相同之構造之單位單元配置為例如同心圓狀，藉此，超穎鏡60B作為透鏡更佳地發揮功能。另，第3實施形態之半導體故障解析方法與第2實施形態之半導體故障解析方法同樣地執行。
(4)[第4實施形態]
圖14係模式性顯示第4實施形態之超穎鏡單元2C之超穎鏡60C抵接於半導體器件11之狀態的前視圖。另，第4實施形態之超穎鏡單元2C亦除超穎鏡60C外，具備與第1實施形態同樣之超穎鏡支架8(圖2)。第4實施形態之半導體故障解析裝置之構成與第3實施形態之半導體故障解析裝置之構成相比，不同點在於代替超穎鏡60B而具備超穎鏡60C，其他之點皆相同。超穎鏡60C中，將第2天線部分82C埋設於基部62C之抵接面61之相反側之端面64C側。
第4實施形態之超穎鏡60C具備埋設於上方側(更詳細而言為基部62C之抵接面61之相反側之端面64C)之複數條第2天線80C。具有第4折射率且與基部62C一體形成之第2相鄰部86C位於複數條第2天線80C間。本實施形態中，第2相鄰部86C構成第2中間部。各第2天線80C包含例如矽，且各自具有與第4折射率不同之第3折射率。各第2天線80C各自包含第2天線端面81C，各第2天線端面81C構成與抵接面61對向之對向面65C之一部分。
第2相鄰部86C包含其上方側之端面即第2相鄰部端面87C。第2相鄰部端面87C於沿Z方向觀察對向面65C時，由去除第2天線端面81C所在之部分之面而構成。第2天線端面81C構成對向面65C之一部分，相對於此，第2相鄰部端面87C構成對向面65C之其餘部分。換言之，第2相鄰部端面87C與第2天線端面81C成為同一平面。即，第2相鄰部端面87C與第2天線端面81C構成大致連續之平面即對向面65C。即，超穎鏡60C具有抵接面61之相反側之對向面65C，對向面65C由複數條第2天線80C之第2天線端面81C、及第2相鄰部86C之第2相鄰部端面87C構成。如此，超穎鏡單元2C係由於超穎鏡60C具有第1天線部分72及第2天線部分82C之兩者，故可以更高之空間解析度取得半導體器件11之放大圖像。另，於沿Z方向觀察對向面65C時，第2天線部分82C之面積亦可大於第1天線部分72之面積。
根據超穎鏡單元2C、具備超穎鏡單元2C之半導體故障解析裝置、或使用超穎鏡單元2C之半導體故障解析方法，超穎鏡60C具備位於相互對向之抵接面61與對向面65C間之第1天線部分72與第2天線部分82C。尤其，第2天線部分82C由各自具有第3折射率，且各自包含構成對向面65C之一部分之第2天線端面81C之複數條第2天線80C、及具有與第3折射率不同之第4折射率，且位於複數條第2天線80C間之第2相鄰部86C構成。於沿Z方向觀察對向面65C時，複數條第2天線80C之大小、形狀、及配置之至少任一者於對向面65C內變化。藉此，由複數條第2天線80C及第2相鄰部86C構成之第2天線部分82C之實效折射率具有分佈，且該第2天線部分82C作為透鏡發揮功能。於僅第1天線部分72之情形時，因超穎鏡60C之大小限制空間解析度，相對於此，藉由第2天線部分82C使該超穎鏡60C之空間解析度進一步提高。
又，超穎鏡單元2C、具備超穎鏡單元2C之半導體故障解析裝置、或使用超穎鏡單元2C之半導體故障解析方法中，可以更高之空間解析度取得半導體器件11之放大圖像。另，亦可對第2天線部分82C採用例如上述之超穎介面構造之第4方式。於該情形時，採用超穎介面構造之第4方式，並將包含透過光相位及強度互不相同之構造之單位單元配置成例如同心圓狀，藉此，超穎鏡60C作為透鏡更佳地發揮功能。另，第4實施形態之半導體故障解析方法與第2實施形態之半導體故障解析方法同樣地執行。
(5)[第5實施形態]
圖15係模式性顯示使液體F充滿第5實施形態之超穎鏡單元2D之超穎鏡60D前之狀態的前視圖。另，第5實施形態之超穎鏡單元2D亦除超穎鏡60D外，具備與第1實施形態同樣之超穎鏡支架8(圖2)。第5實施形態之半導體故障解析裝置之構成與第2實施形態之半導體故障解析裝置之構成相比，不同點在於代替超穎鏡60A而具備超穎鏡60D，其他之點皆相同。超穎鏡60D以各第1天線70D自基部62D之下方側之端面突出之方式設置(即，立設)。又，超穎鏡60D具備充滿於複數條第1天線70D間(即，於半導體器件11與基部62D間產生之空間)之液體(第1中間部)F。另，於圖15不顯示液體F。
第5實施形態之超穎鏡60D中，基部62D具有下方側之端面即第1基部端面63D、及上方側之端面即第2基部端面64D。各第1天線70D自基部62D之第1基部端面63D朝抵接於半導體器件11之方向突出。換言之，各第1天線70D向下地立設於基部62D之一端面即第1基部端面63D。各第1天線70D具有構成抵接面61D之一部分之第1天線端面71D。
超穎鏡60D進而具備充滿於複數條第1天線70D間之液體F(參照圖10)。液體F具有第2折射率。第1天線端面71D構成抵接面61D之一部分，相對於此，液體F下方側之表面(第1中間部端面)構成抵接面61D之其餘部分。作為液體F，亦可為例如合成烴化合物、天然石油衍生物等油(匹配油)。更具體而言，作為液體F，可為嘉吉標準折射液系列AA(Moritex股份公司)、或接觸液(折射液)(島津製作所股份公司)等。複數條第1天線70D及液體F構成第1天線部分72D。即，第1天線部分72D位於第1基部端面63D上(即，基部62D之下方側之外部)。
對使用第5實施形態之半導體故障解析裝置解析半導體器件11之故障之方法進行說明。圖16及圖17係用以說明第5實施形態之半導體故障解析方法之圖。如圖16及圖17所示，該半導體故障解析方法中，於抵接步驟中，半導體器件11與基部62D之間產生之空間充滿具有第2折射率之液體F。
更詳細而言，如圖16所示，於超穎鏡60D之抵接面61D抵接於半導體器件11之背面11d之前，對半導體器件11之背面11d塗布液體F。另，液體F亦可塗布於超穎鏡60D之抵接面61D側。
隨後，如圖17所示，將超穎鏡60D之抵接面61D抵接於半導體器件11之背面11d。藉此，第1天線70D之第1天線端面71D與半導體器件11之背面11d光學接觸。與此同時，於基部62D之第1基部端面63D與半導體器件11之背面11d間產生之空間，被第1天線70D推開之液體F移動，而以液體F充滿該空間。藉此，基部62D之第1基部端面63D與半導體器件11之背面11d經由液體F光學接觸。
根據超穎鏡單元2D或具備超穎鏡單元2D之半導體故障解析裝置，複數條第1天線70D之各者自基部62D朝抵接於半導體器件11之方向突出，第1中間部為充滿於複數條第1天線70D間之液體F。藉此，抵接於半導體器件11之抵接面61D由第1天線70D之第1天線端面71D及液體F之表面構成。結果，可較佳地抑制半導體器件11與超穎鏡60D之間產生包含空氣層之空間。因此，抑制因半導體器件11與空氣層之折射率之差較大引起之半導體器件11上之界面反射，而提高光之透過率。此係意指可藉由超穎鏡單元2D、或具備超穎鏡單元2D之半導體故障解析裝置實現超穎鏡60D之高效化。又，由於超穎鏡單元2D、或具備超穎鏡單元2D之半導體故障解析裝置無須加工基部62D等而形成第1中間部，故易於製造。更具體而言，超穎鏡單元2D、或具備超穎鏡單元2D之半導體故障解析裝置無須為抑制界面反射而於基部62D等微細加工具有適當之折射率之第1中間部，故而易於製造。
根據使用超穎鏡單元2D之半導體故障解析方法，應用各第1天線70D自基部62D朝抵接於半導體器件11之方向突出之超穎鏡60D。於抵接步驟中，於半導體器件11與基部62D間產生之空間，充滿具有第2折射率之液體F作為第1中間部。藉此，抵接於半導體器件11之抵接面61D由第1天線70D之第1天線端面71D及液體F之表面構成。結果，可較佳地抑制於半導體器件11與超穎鏡60間產生包含空氣層之空間。因此，抑制因半導體器件11與空氣層之折射率之差較大引起之半導體器件11上之界面反射，而提高光之透過率。此係意指可藉由使用超穎鏡單元2D之半導體故障解析方法，實現超穎鏡單元2D之超穎鏡60D之高效化。
(6)[變化例]
上述實施形態可以基於業者之知識實施各種變更、改良後之各種形態加以實施。
例如，各實施形態中，對超穎鏡60、60A～60D之沿Z方向觀察抵接面或對向面時之形狀無特別限定，可為例如圓形狀。
各實施形態中，第1天線70、70D及第2天線80B、80C之形狀無特別限定。例如，第1天線70、70D及第2天線80B、80C亦可為對應第1天線部分72、72D及第2天線部分82B、82C之超穎介面構造之方式之形狀。
各實施形態中，第1天線70、70D及第2天線80B、80C之材料亦可不為矽。例如，第1天線70、70D及第2天線80B、80C之材料亦可為鍺、金、銀、鉻等。於該等之情形時，亦可將第1天線部分72、72D及第2天線部分82B、82C之實效折射率設為較佳之值。
各實施形態中，超穎鏡支架8只要可保持超穎鏡60、60A～60D即可，並不限定於上述實施形態中之構成。例如，超穎鏡支架8之透鏡保持部8b亦可相對於超穎鏡60、60A～60D無空隙。
各實施形態中，第1天線70、70D及第2天線80B、80C於沿Z方向觀察抵接面或對向面時，不限於矩陣狀，亦可如例如蜂窩狀、放射狀等規則地排列。或，第1天線70、70D及第2天線80B、80C於沿Z方向觀察抵接面或對向面時，亦可非規則地排列。
又，第5實施形態中，液體F亦可於超穎鏡60D之抵接面61D抵接於半導體器件11之背面11d後，注入至基部62D之第1基部端面63D與半導體器件11之背面11d間產生之空間。
再者，作為塑模型半導體器件10，半導體器件11不限定於樹脂12上塑模之半導體器件。
1‧‧‧半導體故障解析裝置
2‧‧‧超穎鏡單元
2A‧‧‧超穎鏡單元
2B‧‧‧超穎鏡單元
2C‧‧‧超穎鏡單元
2D‧‧‧超穎鏡單元
3‧‧‧高感度相機
4‧‧‧LSM單元
4a‧‧‧檢測器
5‧‧‧顯微鏡
7‧‧‧XYZ載台
8‧‧‧超穎鏡支架(保持部)
8a‧‧‧本體部
8b‧‧‧透鏡保持部
8c‧‧‧周壁部
8d‧‧‧延伸壁部
10‧‧‧塑模型半導體器件
11‧‧‧半導體器件
11a‧‧‧基板
11b‧‧‧正面
11c‧‧‧積體電路
11d‧‧‧背面
12‧‧‧樹脂
13‧‧‧凹部
13a‧‧‧底面
20‧‧‧光學系統
21‧‧‧對物透鏡
22‧‧‧相機用光學系統
23‧‧‧LSM單元用光學系統
24‧‧‧修正環
25‧‧‧修正環調整用馬達
31‧‧‧相機控制器
32‧‧‧LSM控制器
33‧‧‧週邊控制器
41‧‧‧圖像解析部
42‧‧‧指示部
43‧‧‧顯示裝置
60‧‧‧超穎鏡
60A‧‧‧超穎鏡
60B‧‧‧超穎鏡
60C‧‧‧超穎鏡
60D‧‧‧超穎鏡
61‧‧‧抵接面(第1面)
61D‧‧‧抵接面(第1面)
62‧‧‧基部
62C‧‧‧基部
62D‧‧‧基部
63D‧‧‧第1基部端面
64B‧‧‧端面
64C‧‧‧端面
64D‧‧‧第2基部端面
65B‧‧‧對向面(第2面)
65C‧‧‧對向面(第2面)
66‧‧‧第1相鄰部(第1中間部)
66a‧‧‧第1相鄰部
66b‧‧‧第1相鄰部
66c‧‧‧第1相鄰部
67‧‧‧第1相鄰部端面(第1中間部端面)
70‧‧‧第1天線
70a‧‧‧第1天線
70b‧‧‧第1天線
70c‧‧‧第1天線
70D‧‧‧第1天線
71‧‧‧第1天線端面
71D‧‧‧第1天線端面
72‧‧‧第1天線部分
72D‧‧‧第1天線部分
73‧‧‧端面
80B‧‧‧第2天線
80C‧‧‧第2天線
81B‧‧‧第2天線端面
81C‧‧‧第2天線端面
82B‧‧‧第2天線部分
82C‧‧‧第2天線部分
86C‧‧‧第2相鄰部(第2中間部)
87C‧‧‧第2相鄰部端面
90‧‧‧基板
90a‧‧‧上表面
90b‧‧‧下表面
90c‧‧‧凹部
91‧‧‧遮罩層
92‧‧‧開口部
93‧‧‧天線材料
93a‧‧‧上表面
95‧‧‧遮罩層
96‧‧‧硬遮罩
96a‧‧‧上表面
97‧‧‧抗蝕劑
98‧‧‧開口部
98a‧‧‧硬遮罩開口部
98b‧‧‧抗蝕劑開口部
A‧‧‧觀察部
B‧‧‧控制部
C‧‧‧解析部
F‧‧‧液體(第1中間部)
G‧‧‧空隙(第2中間部)
L‧‧‧光軸
P1‧‧‧位置
P2‧‧‧位置
P3‧‧‧位置
R‧‧‧光
S‧‧‧載台
V1‧‧‧部分
V2‧‧‧部分
V3‧‧‧部分
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
圖1係顯示第1實施形態之半導體故障解析裝置之方塊圖。
圖2係顯示超穎鏡單元及對物透鏡之前視圖。
圖3係模式性顯示將超穎鏡單元之超穎鏡抵接於半導體器件之狀態之前視圖。
圖4係模式性顯示超穎鏡之俯視圖。
圖5係用以說明藉由超穎鏡實現之實效折射率分佈之圖。
圖6係用以說明透過超穎鏡之光之路徑之圖。
圖7(a)～圖7(c)係用以說明超穎鏡之第1製造方法之圖(其1)。
圖8(a)及圖8(b)係用以說明超穎鏡之第1製造方法之圖(其2)。
圖9(a)及圖9(b)係用以說明超穎鏡之第2製造方法之圖(其1)。
圖10(a)及圖10(b)係用以說明超穎鏡之第2製造方法之圖(其2)。
圖11(a)～圖11(c)係用以說明超穎鏡之第2製造方法之圖(其3)。
圖12係模式性顯示將第2實施形態之超穎鏡單元之超穎鏡抵接於半導體器件之狀態的前視圖。
圖13係模式性顯示將第3實施形態之超穎鏡單元之超穎鏡抵接於半導體器件之狀態的前視圖。
圖14係模式性顯示將第4實施形態之超穎鏡單元之超穎鏡抵接於半導體器件之狀態的前視圖。
圖15係模式性顯示第5實施形態之超穎鏡單元之超穎鏡充滿液體前之狀態的前視圖。
圖16係用以說明半導體故障解析方法之圖(其1)。
圖17係用以說明半導體故障解析方法之圖(其2)。

Claims (16)

  1. 一種超穎鏡單元，其具備： 超穎鏡，其具有抵接於觀察對象物之第1面及與上述第1面對向之第2面；及 保持部，其保持上述超穎鏡；且 上述超穎鏡具備： 基部，其設置於上述第1面與上述第2面之間； 複數條第1天線，其等係設置於上述第1面與上述基部之間者，且各自具有第1折射率、及構成上述第1面之一部分之第1天線端面；及 第1中間部，其係以一部分位於上述複數條第1天線之間之方式設置於上述第1面與上述基部之間者，且具有與上述第1折射率不同之第2折射率、及構成上述第1面之其餘部分之第1中間部端面；且 包含複數條上述第1天線及上述第1中間部之第1天線部分構成為：以複數條上述第1天線之上述第1天線端面中各自之重心位於上述第1面上之至少一條第1基準線上之第1天線端面構成之一維排列，包含上述第1天線端面之大小、上述第1天線端面之形狀、及第1排列間距之至少任一者沿上述第1基準線變化的排列圖案。
  2. 如請求項1之超穎鏡單元，其中上述第1中間部與上述基部一體構成；且 複數條上述第1天線之上述第1天線端面各者以露出之狀態配置於上述第1面上。
  3. 如請求項1之超穎鏡單元，其中複數條上述第1天線之各者具有自上述基部朝上述第1面突出之形狀；且 上述第1中間部由充滿於複數條上述第1天線間之液體構成。
  4. 如請求項1至3中任一項之超穎鏡單元，其中複數條上述第1天線之各者包含矽。
  5. 如請求項1至4中任一項之超穎鏡單元，其中以複數條上述第1天線之上述第1天線端面於上述第1面上構成二維矩陣之方式排列複數條上述第1天線。
  6. 如請求項5之超穎鏡單元，其中對上述超穎鏡輸入具有100 nm以上且5200 nm以下之範圍之波長的光；且 以上述第1排列間距短於上述波長之方式排列複數條上述第1天線。
  7. 如請求項1至6中任一項之超穎鏡單元，其中上述超穎鏡具備： 複數條第2天線，其等係設置於上述第2面與上述基部之間者，且各自具有第3折射率、及構成上述第2面之至少一部分之第2天線端面；及 第2中間部，其係以一部分位於複數條上述第2天線之間之方式設置於上述第2面與上述基部之間者，且具有與上述第3折射率不同之第4折射率；且 由複數條上述第2天線及上述第2中間部構成之第2天線部分構成為：以複數條上述第2天線之上述第2天線端面中各自之重心位於上述第2面上之至少一條第2基準線上之第2天線端面構成之一維排列，包含上述第2天線端面之大小、上述第2天線端面之形狀、及第2排列間距之至少任一者沿上述第2基準線變化的排列圖案。
  8. 一種半導體故障解析裝置，其具備請求項1至7中任一項之超穎鏡單元。
  9. 如請求項8之半導體故障解析裝置，其具備相對於上述超穎鏡配置於上述第1面之相反側的對物透鏡。
  10. 一種半導體故障解析方法，其係具備以下步驟者： 設置步驟，其將觀察對象物即半導體器件設置於特定位置； 抵接步驟，其準備具有相互對向之第1面及第2面之超穎鏡，且以上述第1面與上述半導體器件面相對之方式將上述超穎鏡抵接於上述半導體器件；及 故障解析步驟，其使用上述超穎鏡觀察上述半導體器件，藉此執行上述半導體器件之故障解析；且 於上述抵接步驟中準備之上述超穎鏡具備： 基部，其設置於上述第1面與上述第2面之間； 複數條第1天線，其等係設置於上述第1面與上述基部之間者，且各自具有第1折射率、及構成上述第1面之一部分之第1天線端面；及 第1中間部，其係以一部分位於複數條上述第1天線間之方式設置於上述第1面與上述基部之間者，且具有與上述第1折射率不同之第2折射率、及構成上述第1面之其餘部分之第1中間部端面；且 由複數條上述第1天線及上述第1中間部構成之第1天線部分構成為：以複數條上述第1天線之上述第1天線端面中各自之重心位於上述第1面上之至少一條第1基準線上之第1天線端面構成之一維排列，包含上述第1天線端面之大小、上述第1天線端面之形狀、及第1排列間距之至少任一者沿上述第1基準線變化的排列圖案。
  11. 如請求項10之半導體故障解析方法，其中上述第1中間部與上述基部一體構成；且 複數條上述第1天線之上述第1天線端面之各者以露出之狀態配置於上述第1面上。
  12. 如請求項10之半導體故障解析方法，其中複數條上述第1天線之各者具有自上述基部朝上述第1面突出之形狀；且 上述抵接步驟中，於上述半導體器件與上述基部之間產生之空間，充滿構成上述第1中間部之液體。
  13. 如請求項10至12中任一項之半導體故障解析方法，其中複數條上述第1天線之各者包含矽。
  14. 如請求項10至13中任一項之半導體故障解析方法，其中以於上述第1面上構成二維矩陣之方式排列複數條上述第1天線。
  15. 如請求項14之半導體故障解析方法，其中於故障解析步驟中，對上述超穎鏡輸入具有100 nm以上且5200 nm以下之範圍之波長的光；且 以上述第1排列間距短於上述波長之方式排列複數條上述第1天線。
  16. 如請求項10至15中任一項之半導體故障解析方法，其中上述超穎鏡具備： 複數條第2天線，其等係設置於上述第2面與上述基部之間者，且各自具有第3折射率、及構成上述第2面之至少一部分之第2天線端面；及 第2中間部，其係以一部分位於複數條上述第2天線間之方式設置於上述第2面與上述基部之間者，且具有與上述第3折射率不同之第4折射率；且 由複數條上述第2天線及上述第2中間部構成之第2天線部分構成為：以複數條上述第2天線之上述第2天線端面中各自之重心位於上述第2面上之至少一條第2基準線上之第2天線端面構成之一維排列，包含上述第2天線端面之大小、上述第2天線端面之形狀、及第2排列間距之至少任一者沿上述第2基準線變化的排列圖案。
TW108115717A 2018-05-08 2019-05-07 超穎鏡單元、半導體故障解析裝置及半導體故障解析方法 TWI791828B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018089817A JP7025280B2 (ja) 2018-05-08 2018-05-08 メタレンズユニット、半導体故障解析装置、及び半導体故障解析方法
JP2018-089817 2018-05-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201947276A true TW201947276A (zh) 2019-12-16
TWI791828B TWI791828B (zh) 2023-02-11

Family

ID=68467998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108115717A TWI791828B (zh) 2018-05-08 2019-05-07 超穎鏡單元、半導體故障解析裝置及半導體故障解析方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11391774B2 (zh)
JP (1) JP7025280B2 (zh)
CN (1) CN112105966A (zh)
TW (1) TWI791828B (zh)
WO (1) WO2019216112A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111065912A (zh) 2019-12-04 2020-04-24 长江存储科技有限责任公司 半导体器件的检查系统及其相关的检查方法
US11726234B2 (en) * 2020-05-04 2023-08-15 Visera Technologies Company Limited Optical device
CN114325886B (zh) * 2022-02-23 2023-08-25 深圳迈塔兰斯科技有限公司 超表面及其设计方法、装置及电子设备
JP2023166200A (ja) * 2022-05-09 2023-11-21 浜松ホトニクス株式会社 受光素子

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1612590A4 (en) * 2003-03-20 2011-05-04 Hamamatsu Photonics Kk SOLID IMMERSION LENS AND MICROSCOPE
EP1607786B1 (en) * 2003-03-20 2012-09-05 Hamamatsu Photonics K.K. Microscope and sample observing method
US7576928B2 (en) * 2003-10-31 2009-08-18 Hamamatsu Photonics K.K. Solid immersion lens holder
JP4643994B2 (ja) * 2005-01-19 2011-03-02 浜松ホトニクス株式会社 固浸レンズホルダ
TWI242828B (en) * 2004-12-20 2005-11-01 Powerchip Semiconductor Corp Inspection method for an semiconductor device
US9151891B2 (en) * 2010-02-12 2015-10-06 The Regents Of The University Of California Metamaterial-based optical lenses
JP5296739B2 (ja) * 2010-04-28 2013-09-25 浜松ホトニクス株式会社 半導体故障解析装置及び故障解析方法
US9103973B2 (en) * 2011-04-20 2015-08-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Sub-wavelength grating-based optical elements
JP5882072B2 (ja) * 2012-02-06 2016-03-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥観察方法及びその装置
US9116039B2 (en) * 2013-03-15 2015-08-25 Raytheon Company Sensor including dielectric metamaterial microarray
JP6356557B2 (ja) 2013-09-30 2018-07-11 株式会社豊田中央研究所 レンズおよびその製造方法
US10545309B2 (en) * 2014-09-26 2020-01-28 Hamamatsu Photonics K.K. Solid immersion lens holder and image acquisition device
WO2016191142A2 (en) * 2015-05-27 2016-12-01 Verily Life Sciences Llc Nanophotonic hyperspectral/lightfield superpixel imager
US10527851B2 (en) 2016-05-06 2020-01-07 Magic Leap, Inc. Metasurfaces with asymmetric gratings for redirecting light and methods for fabricating
KR102587958B1 (ko) * 2017-02-03 2023-10-11 삼성전자주식회사 메타 광학 소자 및 그 제조 방법
WO2018183774A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 President And Fellows Of Harvard College Immersion meta-lens at visible wavelengths for diffraction-limited imaging
WO2019031680A1 (ko) * 2017-08-11 2019-02-14 한국과학기술원 평판 메타렌즈 및 이를 포함하는 커버글라스

Also Published As

Publication number Publication date
CN112105966A (zh) 2020-12-18
US11391774B2 (en) 2022-07-19
US20210239752A1 (en) 2021-08-05
JP2019197097A (ja) 2019-11-14
JP7025280B2 (ja) 2022-02-24
WO2019216112A1 (ja) 2019-11-14
TWI791828B (zh) 2023-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI791828B (zh) 超穎鏡單元、半導體故障解析裝置及半導體故障解析方法
Roy et al. Dynamic metasurface lens based on MEMS technology
KR102429949B1 (ko) 입사 전자기파들로부터 근거리 구역에서 필드 강도 패턴을 형성하기 위한 디바이스
CN108139519B (zh) 低对比度的基于氮化硅的超颖表面
JP6033798B2 (ja) 蛍光顕微鏡検査法における照明位相制御のためのシステムおよび方法
US8946619B2 (en) Talbot-illuminated imaging devices, systems, and methods for focal plane tuning
EP2870498A2 (en) Structured illumination microscopy apparatus and method
JP7453981B2 (ja) ライトフィールド結像システムの較正
CN107407791B (zh) 用于光学仪器的连续异步自动聚焦的系统和方法
EP1941313A2 (en) An optical system for illumination of an evanescent field
US20200103640A1 (en) Immersion meta-lens at visible wavelengths for diffraction-limited imaging
CN117434627A (zh) 用于保持微球体的膜
US9804424B2 (en) Adaptive photothermal lens
CN115561220A (zh) 一种光散射角分辨检测分析系统
US20190293916A1 (en) Objective lens attachment
KR102240270B1 (ko) 광 변환 모듈 및 광학 측정 시스템
CN112368542B (zh) 使用多个波长的多工作距离高度传感器
US20220221705A1 (en) Optical apparatus and solid immersion lens
CN110623635A (zh) 三维线扫描微型光学探头
US20090161210A1 (en) Microscopy system with revolvable stage
Prause et al. Highly miniaturized endoscopic spatial confocal point distance sensor
JPWO2020157681A5 (zh)
US11754825B2 (en) Illuminator, an imaging apparatus and a system
CN110623636A (zh) 三维扫描微型光学探头