TWI527138B - An adsorber, a semiconductor element observation device, and a semiconductor element observation method - Google Patents

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TWI527138B TW100122057A TW100122057A TWI527138B TW I527138 B TWI527138 B TW I527138B TW 100122057 A TW100122057 A TW 100122057A TW 100122057 A TW100122057 A TW 100122057A TW I527138 B TWI527138 B TW I527138B
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

吸附器、半導體元件觀察裝置、及半導體元件觀察方法
本發明係關於一種吸附器、半導體元件觀察裝置、及半導體元件觀察方法。
近年來，半導體元件之小型化正不斷進展。因此，提出有於為進行半導體元件之故障分析而觀察半導體元件時，使用固浸透鏡以提高解像度(例如，參照專利文獻1)。於專利文獻1中記載之故障分析裝置中，於用以載置形成半導體元件之半導體晶圓之分析用板上一體形成有大致半球狀之固浸透鏡。
先前技術文獻 專利文獻
[專利文獻1]日本專利特開2008-141207號公報
然而，於進行半導體元件之故障分析之情形時，較理想的是首先進行不使用固浸透鏡之低倍率下之半導體元件之觀察而檢測故障部位，其後，進行使用固浸透鏡之高倍率下之對該故障部位之觀察。
然而，於專利文獻1中記載之故障分析裝置中，如上所述，由於用以載置半導體晶圓之分析用板與固浸透鏡一體形成，故而為了裝卸固浸透鏡，必須裝卸分析用板整體。因此，於該故障分析裝置中，難以變更不使用固浸透鏡之低倍率下之觀察、及使用固浸透鏡之高倍率下之觀察。
因此，本發明之課題在於提供一種可容易地進行半導體元件之低倍率下之觀察與高倍率下之觀察之變更之吸附器、半導體元件觀察裝置、及半導體元件觀察方法。
本發明之一形態係關於一種吸附器。該吸附器之特徵在於：其係用於使用固浸透鏡進行半導體元件之觀察之半導體元件觀察裝置中者，該吸附器包含：主體部，其具有配置形成半導體元件之半導體晶圓之第1面、及與該第1面為相反側之面之第2面，且形成有貫通第1面與第2面之貫通孔；以及透光部，其具有供來自半導體元件之光入射之光入射面、及供自光入射面入射之光出射之光出射面，以光入射面露出於第1面側、且光出射面露出於第2面側之方式嵌合於貫通孔；於第1面上形成有用以將半導體晶圓真空吸附而使半導體元件固定於光入射面的第1吸附槽，於第2面上形成有用以將固浸透鏡真空吸附而將其固定於光出射面之第2吸附槽。
根據該吸附器，可一面藉由使用第1吸附槽之真空吸附將半導體元件吸附固定於光入射面，並藉由使用第2吸附槽之真空吸附將固浸透鏡吸附固定於光出射面。又，同樣地，亦可藉由一面將半導體元件吸附固定於光入射面，並停止使用第2吸附槽之真空吸附而解除固浸透鏡之吸附固定。如此，根據該吸附器，可一面將成為觀察對象之半導體元件吸附固定於光入射面，一面容易地進行固浸透鏡之裝卸。因此，根據該吸附器，可容易地變更不使用固浸透鏡之低倍率下之半導體元件之觀察、及使用固浸透鏡之高倍率下之半導體元件之觀察。尤其係對形成於半導體晶圓之半導體元件之觀察有效。
於本發明之一形態之吸附器中，可於第2面上形成用以配置固浸透鏡之凹部；貫通孔形成於凹部之底面；光出射面係以較凹部之底面更向第2面側突出之方式設置；第2吸附槽沿凹部之底面上之貫通孔之邊緣部而形成。於此情形時，由於可縮短固浸透鏡與光出射面之距離，故而可確實地實現固浸透鏡與透光部之間之消散(evanescent)耦合。又，於藉由真空吸附將固浸透鏡固定於光出射面之情形時，由於固浸透鏡之底面與凹部之底面隔開(即，第2吸附槽未閉合)，故而可藉由停止真空吸附而容易地解除固浸透鏡之吸附固定。
又，於本發明之一形態之吸附器中，透光部可製成包含與構成半導體元件之基板之材料之折射率大致相同之折射率之材料者。於此情形時，可抑制由折射率差產生之像差。
進而，本發明之一形態之吸附器可進而包含用以冷卻主體部之冷卻組件。於此情形時，可防止半導體元件及固浸透鏡過熱。其結果為，可實現半導體元件之正常動作，再者，可防止固浸透鏡之折射率發生變化。
本發明之另一形態係關於一種半導體元件觀察裝置。該半導體元件觀察裝置之特徵在於：其係使用固浸透鏡進行半導體元件之觀察者，該半導體元件觀察裝置包含上述吸附器、對透過透光部之光進行導光之導光光學系統、及對藉由導光光學系統導光之光進行攝像之攝像組件。
由於該半導體元件觀察裝置包含上述吸附器，故而可容易地變更不使用固浸透鏡之低倍率下之半導體元件之觀察、及使用固浸透鏡之高倍率下之半導體元件之觀察。尤其係對形成於半導體晶圓之半導體元件之觀察有效。
於本發明之另一形態之半導體元件觀察裝置中，導光光學系統可形成為包含特定倍率之第1物鏡、高於特定倍率之第2物鏡、切換第1物鏡與第2物鏡之物鏡切換組件；於第2物鏡上沿其光軸之方向可移動地安裝有固浸透鏡。於此情形時，使固浸透鏡相對於高倍率之第2物鏡沿其光軸方向可移動。因此，即便於吸附固定固浸透鏡後，亦可使第2物鏡移動而調整焦距位置。
又，本發明之另一形態之半導體元件觀察裝置可進而包含用以對半導體元件施加電壓之電壓施加組件。
本發明之又一形態係關於一種半導體元件觀察方法。該半導體元件觀察方法之特徵在於：其係對形成於半導體晶圓之半導體元件進行觀察者，包括：電壓施加步驟，其對配置於吸附器之透光部之光入射面上之半導體元件的特定之部位施加電壓；檢測步驟，其藉由使用配置於透光部之光入射面之相反側之光出射面側之第1物鏡觀察自半導體元件發出且透過透光部的光，而檢測半導體元件中之觀察對象部位；位置對準步驟，其於光出射面側，將較第1物鏡之倍率更高倍率之第2物鏡、及安裝於第2物鏡之固浸透鏡位置對準於在檢測步驟中檢測之觀察對象部位；吸附固定步驟，其藉由真空吸附將固浸透鏡固定於光出射面；聚焦調整步驟，其藉由調整沿第2物鏡之光軸方向之第2物鏡之位置而調整第2物鏡之焦距；以及圖像取得步驟，其使用第2物鏡取得觀察對象部位之圖像。
於該半導體元件觀察方法中，不使用固浸透鏡，藉由低倍率之第1物鏡進行半導體元件之觀察而檢測觀察對象部位，其後，將固浸透鏡吸附固定於吸附器之光出射面，藉由高倍率之第2物鏡進行半導體元件之觀察對象部位之觀察。如此，根據該半導體元件觀察方法，可容易地變更不使用固浸透鏡之低倍率下之半導體元件之觀察、及使用固浸透鏡之高倍率下之半導體元件之觀察。尤其係對形成於半導體晶圓之半導體元件之觀察有效。
於本發明之又一形態之半導體元件觀察方法中，於電壓施加步驟中，在藉由真空吸附半導體晶圓而將半導體元件固定於光入射面之狀態下，對半導體元件施加電壓；於檢測步驟中，藉由一面調節第1物鏡與透光部之位置關係、一面觀察來自半導體元件之光，而可檢測觀察對象部位。
於此情形時，以將半導體元件吸附固定於光入射面之狀態對半導體元件施加電壓，一面調節第1物鏡與透光部之位置關係、一面觀察半導體元件。因此，該半導體元件觀察方法可於透光部之寬度相對於半導體元件之寬度較大之情形時有效地應用。而且，於此情形時，於檢測半導體元件之觀察對象部位時，由於無需變更半導體元件與透光部之間之位置關係，故而觀察對象部位之特定變得容易。
又，本發明之又一形態之半導體元件觀察方法於檢測步驟與位置對準步驟之間，進而包括吸附器移動步驟，其藉由來自吸附器之空氣之吹出而將半導體晶圓懸浮保持於吸附器上，使吸附器相對於半導體元件相對地移動，將透光部位置對準於在檢測步驟中檢測之觀察對象部位，並藉由將半導體晶圓真空吸附，而將半導體元件固定於光入射面；於位置對準步驟中，將第2物鏡與固浸透鏡位置對準於已與透光部位置對準之觀察對象部位。
於此情形時，將半導體晶圓懸浮保持於吸附器上，使透光部相對於半導體元件相對地移動，將透光部位置對準於觀察對象部位。因此，該半導體元件觀察方法可於透光部之寬度相對於半導體元件之寬度較小之情形時有效地應用。而且，於此情形時，由於光入射面與半導體元件之接觸面積、或光出射面與固浸透鏡之接觸面積較小，半導體元件及固浸透鏡之吸附效率變高。因此，可於半導體元件與光入射面之界面及光出射面與固浸透鏡之界面中，確實地實現消散耦合。
又，於本發明之又一形態之半導體元件觀察方法中，於位置對準步驟中，藉由來自吸附器之空氣之吹出而將半導體晶圓懸浮保持於吸附器上，藉由使吸附器、第2物鏡、及固浸透鏡一體移動，而可將透光部、第2物鏡、及固浸透鏡位置對準於觀察對象部位。於此情形時，由於使吸附器、第2物鏡、及固浸透鏡一體移動而將該等位置對準於觀察對象部，故而可容易地觀察複數個觀察對象部位。
進而，於本發明之又一形態之半導體元件觀察方法中，於吸附固定步驟中，於藉由使固浸透鏡沿第2物鏡之光軸方向移動而使固浸透鏡與光出射面接觸後，可藉由真空吸附將固浸透鏡固定於光出射面。於此情形時，由於在使固浸透鏡與光出射面接觸後進行吸附固定，故而可防止固浸透鏡之位置偏移。
根據本發明，可提供一種能夠容易地進行半導體元件之低倍率下之觀察與高倍率下之觀察之變更之吸附器、半導體元件觀察裝置、及半導體元件觀察方法。
以下，參照圖式對本發明之吸附器、具備其之半導體元件觀察裝置、及半導體元件觀察方法之實施形態進行詳細說明。再者，於圖式說明中，對相同或相當部分附上相同符號，並省略重複說明。又，各圖式中之各部分之尺寸比率未必與實際者一致。
[吸附器之實施形態]
首先，對本發明之吸附器之實施形態進行說明。圖1係表示本發明之吸附器之一實施形態之構成的剖面圖，圖2(a)係自圖1所示之吸附器之第1面側視之平面圖，圖2(b)係自圖1所示之吸附器之第2面側視之平面圖。又，圖3係圖1所示之區域A之放大圖。再者，於圖2、3中省略半導體晶圓。如圖1~3所示，吸附器10包含主體部11與透光部12。吸附器10例如可用於使用固浸透鏡(SIL：Solid Immersion Lens)進行半導體元件之觀察之半導體元件觀察裝置中。
主體部11包含配置有形成半導體元件D之半導體晶圓W之第1面13。半導體晶圓W於第1面13上係配置於圖2(a)之由一點鏈線表示之配置位置P1。又，主體部11於第1面13之相反側包含第2面14。進而，於主體部11上形成有貫通第1面13與第2面14之貫通孔15。主體部11係形成為圓盤狀，貫通孔15係於主體部11之大致中央部，其內壁係形成為圓筒形狀。再者，主體部11之形狀並不限定於圓盤狀。又，貫通孔15之內壁亦不限定於圓筒形狀。
透光部12係嵌合於貫通孔15，且藉由黏著劑等而固定。又，透光部12包含使來自配置於第1面13之半導體元件D之光入射之光入射面16、及使自光入射面16入射之光出射的光出射面17。光入射面16與光出射面17相互對向。因此，透光部12形成將光入射面16及光出射面17作為兩端面規定而成之圓柱形狀。再者，透光部12之形狀並不限定於圓柱形狀。
光入射面16係於第1面13側露出。又，光入射面16係與第1面13為同一平面。因此，若將半導體晶圓W配置於第1面13，則此半導體晶圓W之特定之半導體元件D係配置於光入射面16上。光出射面17係於第2面14側露出。因此，來自半導體元件D之光經由透光部12而透過吸附器10。
此處，於主體部11之第1面13上形成有複數個(此處為2個)第1吸附槽13a，此第1吸附槽13a係用以將配置於第1面13之半導體晶圓W真空吸附，而使半導體元件D吸附固定於光入射面16。該等第1吸附槽13a係形成為與第1面13之邊緣部為同心之圓環狀。第1吸附槽13a之各個係於主體部11之外緣附近，與設置於第2面14之複數個吸附口B中的至少一個連通，藉由與該吸附口B連接之真空泵等而將其內部抽成真空。於此情形時，亦可構成為能夠耦合半導體晶圓W之形狀或大小來選擇用於真空吸附之第1吸附槽13a。又，第1吸附槽13a之形狀並不限定於圓環狀。
又，於主體部11之第2面14上形成有用以配置固浸透鏡S之第1凹部18。固浸透鏡S係配置於圖2(b)中由一點鏈線表示之配置位置P2。第1凹部18係形成為與第2面14之邊緣部為同心之圓柱形狀。於第1凹部18之底面18a同樣地形成有形成與第2面14之邊緣部為同心之圓柱形狀的第2凹部19。因此，於主體部11上藉由第1凹部18之底面18a、第2凹部19之底面19a、及第2凹部19之側面19b而形成有階差部20。再者，上述貫通孔15係形成於第2凹部19之底面19a。而且，嵌合於貫通孔15之透光部12係自第2凹部19之底面19a朝向第2面14突出。
此處，於主體部11之第2面14上形成有第2吸附槽14a，該第2吸附槽14a用以藉由真空吸附固浸透鏡S使固浸透鏡S之平面部即底面Sa密著於光出射面17而使固浸透鏡S固定。透光部12係配置於第2吸附槽14a之內側。更具體而言，第2吸附槽14a係藉由透光部12之側面12a、第2凹部19之內面即底面19a、及側面19b沿貫通孔15之邊緣部而形成為環狀。此種第2吸附槽14a係連通於與第1吸附槽13a之吸附口B不同之吸附口B，藉由與該吸附口B連接之真空泵等而將其內部抽成真空。此處，透光部12係自第1凹部18之底面18a朝向第2面14突出。詳細而言，光出射面17係與第1凹部18之底面18a即階差部20之上表面20a相距距離T而位於第2面14側。因此，於將固浸透鏡S配置於光出射面17時，固浸透鏡S之底面Sa與第1凹部18之底面18a隔開(即，第2吸附槽14a未閉合)。因此，藉由將第2吸附槽14a之內部抽成真空，於第2吸附槽14a之內部與外部之間產生氣壓差，而將固浸透鏡S吸附固定於光出射面17。即，此處之「真空吸附」除了包括氣密構成之槽之真空處理之吸附以外，亦包括未如此般閉合之槽之利用真空處理的吸附。
再者，主體部11例如可藉由導熱性良好且容易加工之Cu構成。於此情形時，可對配置於主體部11上之半導體晶圓發出的熱量進行吸熱(散熱)。又，透光部12可製成包含與構成半導體元件D之基板之材料之折射率大致相同之折射率之材料(半導體元件D之基板為Si之情形，例如為Si、GaP及GaAs等)者。此處，所謂折射率大致相同，係指相互之折射率之差為例如5%以內，亦可藉由達成之數值孔徑NA進行適當變更。如此，若藉由與半導體元件D之基板之材料大致相同之折射率之材料構成透光部12，則可增大數值孔徑NA。
尤其係於半導體元件D之基板為Si之情形時，較佳為透光部12亦包含Si，於半導體元件D之基板為GaAs之情形時，較佳為透光部12亦包含GaAs。即，較佳為藉由與構成半導體元件D之基板之材料相同之材料構成透光部12。
再者，於透光部12及固浸透鏡S均為折射率3.2之GaP，包含Si之半導體元件D之基板之厚度為100 μm之情形時，整體之數值孔徑NA成為2.3。又，於透光部12及固浸透鏡S均為折射率3.45之GaAs，包含Si之半導體元件D之基板之厚度為800 μm之情形時，整體之數值孔徑NA成為2.45。
如以上所說明，根據本實施形態之吸附器10，可一面藉由使用第1吸附槽13a之真空吸附而將半導體元件D吸附固定於光入射面16，並藉由使用第2吸附槽14a之真空吸附而將固浸透鏡S吸附固定於光出射面17。又，同樣地可藉由一面將半導體元件D吸附固定於光入射面16，並停止使用第2吸附槽14a之真空吸附，解除固浸透鏡S之吸附固定，而自光出射面17卸除固浸透鏡S。如此，根據吸附器10，可一面將成為觀察對象之半導體元件D吸附固定於光入射面16、一面容易地進行固浸透鏡S之裝卸。因此，根據吸附器10，可容易地變更不使用固浸透鏡S之低倍率下之半導體元件D之觀察，及使用固浸透鏡S之高倍率下之半導體元件D之觀察。
然而，為了於固浸透鏡S與透光部12之間實現消散耦合，必須以使固浸透鏡S之底面Sa與光出射面17之間之距離成為觀察光之波長之10分之1以下之方式，使固浸透鏡S之底面Sa與光出射面17密著。於本實施形態之吸附器10中，光出射面17係以較第1凹部18之底面18a(即，階差部20之上表面20a)更向第2面14側突出之方式定位。因此，於使用第2吸附槽14a將固浸透鏡S吸附固定於光出射面17時，可避免第2吸附槽14a之邊緣部與固浸透鏡S之底面Sa接觸。其結果為，固浸透鏡S之底面Sa與光出射面17可充分地密著，可確實地實現消散耦合。又，由於固浸透鏡S之底面Sa與第1凹部18之底面18a隔開(即，第2吸附槽14a未閉合)，故而藉由停止使用第2吸附槽14a之真空吸附，可容易地解除固浸透鏡S之吸附固定。
再者，於吸附器10中，如圖4所示，亦可將包含具彈性之材料(例如橡膠等)之環狀之密封構件21配置於第1凹部18之底面18a，而代替形成階差部20。此時，密封構件21之上表面21a位於較光出射面17更為第2面14側。於此情形時，由於將固浸透鏡S配置於光出射面17時第2吸附槽14a之氣密性提高(即，第2吸附槽14a未閉合)，故而可有效地吸附固浸透鏡S。又，於停止使用第2吸附槽14a之真空吸附時，固浸透鏡S之底面Sa藉由密封構件21之彈性而於第2面14側浮起，因此可容易地解除固浸透鏡S之吸附固定。
又，吸附器10可進而包含用以冷卻主體部11之冷卻組件。於此情形時，可防止半導體元件D及固浸透鏡S過熱。其結果為，可實現半導體元件D之正常動作，再者，可防止固浸透鏡S之折射率發生變化。
[半導體元件觀察裝置之實施形態]
其次，對本發明之半導體元件觀察裝置之實施形態進行說明。圖5係模式性地表示本發明之半導體元件觀察裝置之一實施形態之構成之圖。如圖5所示，半導體元件觀察裝置100包含吸附裝置部30、測試器(電壓施加組件)40、光學裝置部50、及控制部70。半導體元件觀察裝置100例如可用於為進行半導體元件之故障分析而使用固浸透鏡觀察半導體元件之情形等。
吸附裝置部30包含上述吸附器10。於吸附器10中配置有形成該半導體元件觀察裝置100之觀察對象即半導體元件D之半導體晶圓W。吸附裝置部30進而包含用以於X-Y方向(光入射面16及光出射面17之延伸方向)驅動吸附器10之吸附器驅動機構31、及用以吸附固定配置於第1面13上之半導體晶圓W之晶圓吸附固定部32。晶圓吸附固定部32可用於半導體晶圓W相對於吸附器10之定位。
又，吸附器10進而包含用以冷卻主體部11之水冷套管(冷卻組件)22。水冷套管22係設置於第2面14上。水冷套管22係包含形成為環狀之製冷劑流路22a，藉由使自製冷劑冷卻器供給之製冷劑於該製冷劑流路22a中流通而冷卻主體部11。
又，於第1吸附槽13a及第2吸附槽14a中經由吸附口B及閥E連接有真空泵V。又，亦於晶圓吸附固定部32上同樣地經由閥E連接有真空泵V。進而，於第1吸附槽13a中經由閥E連接有空氣壓縮機F。該等閥E例如可製成電磁閥。
測試器40對配置於第1面13之半導體晶圓W之半導體元件D施加電壓。更具體而言，測試器40係生成半導體元件D之觀察所需之電氣信號，且所生成之電氣信號係經由探針卡41及探針42而提供給半導體元件D。
光學裝置部50係包含對透過透光部12之光進行導光之導光光學系統51、對藉由導光光學系統51導光之光進行檢測、攝像之檢測器(攝像組件)52、及用以於X-Y方向及與其正交之Z方向(沿導光光學系統51之光軸L之方向)驅動導光光學系統51之XYZ平台53。
導光光學系統51係包含透過透光部12之光入射之低倍率物鏡(第1物鏡)54a及高倍率物鏡(第2物鏡)54b、用以切換低倍率物鏡54a與高倍率物鏡54b之鏡頭轉座(物鏡切換組件)55、及使來自低倍率物鏡54a及高倍率物鏡54b之光成像之成像物鏡56。
高倍率物鏡54b具有較低倍率物鏡54a之倍率高之倍率。又，於高倍率物鏡54b上至少沿其光軸L可移動地安裝有固浸透鏡S。將固浸透鏡S安裝於高倍率物鏡54b之情形示於圖6。
如圖6所示，此處之固浸透鏡S包含大致半球狀之第1部分S1、具有錐形之第2部分S2。於高倍率物鏡54b之前端部54c安裝有用以保持此種固浸透鏡S之透鏡固持器60。透鏡固持器60之前端部60a之內面60b係對應於固浸透鏡S之第2部分S2之錐形而傾斜。因此，透鏡固持器60所保持之固浸透鏡S並非相對於透鏡固持器60固定，且以其底面Sa自透鏡固持器60之前端部60a突出之狀態被保持，能夠大致沿高倍率物鏡54b之光軸L而移動。
進而，於透鏡固持器60上設置有規定向面向固浸透鏡S之高倍率物鏡54b之方向之移動之透鏡罩61。因此，固浸透鏡S成為保持於透鏡固持器60之前端部60a之內面60b與透鏡罩61之間的情形。
該透鏡罩61於包含透過觀察光之材料之情形時，例如可製成如圖7(a)所示之圓盤狀者。又，透鏡罩61於包含不透過觀察光之材料之情形時，例如可製成如圖7(b)所示，藉由圓環狀之邊緣部61a與架於邊緣部61a之支持部61b設置光透過口61c而成之形狀。
控制部70係用以控制吸附裝置部30、光學裝置部50、及各閥E之電子控制單元。如圖8所示，此種控制部70係功能上包含閥控制部71、平台控制部72、檢測器控制部73、SIL控制部74、鏡頭轉座控制部75、及夾頭控制部76。
閥控制部71控制各閥E之開閉。更具體而言，閥控制部71係於將半導體晶圓W吸附固定於第1面13時，打開配置於第1吸附槽13a與真空泵V之間之閥E，將第1吸附槽13a內抽成真空，於解除半導體晶圓W之吸附固定時，關閉該閥E。又，閥控制部71係於將固浸透鏡S吸附固定於光出射面17時，打開配置於第2吸附槽14a與真空泵之間之閥E，將第2吸附槽14a內抽成真空，於解除固浸透鏡S之吸附固定時，關閉該閥E。
又，閥控制部71係於使用晶圓吸附固定部32吸附固定半導體晶圓W時，打開配置於晶圓吸附固定部32與真空泵V之間之閥E。於解除吸附固定時，關閉該閥E。進而，閥控制部71係於使半導體晶圓W自吸附器10懸浮時，打開第1吸附槽13a與空氣壓縮機F之間之閥E，自第1吸附槽13a吹出壓縮空氣，於停止半導體晶圓W之懸浮時，關閉該閥E。
平台控制部72控制XYZ平台53，使導光光學系統51於X-Y-Z方向移動。夾頭控制部76控制吸附器驅動機構31，使吸附器10於X-Y方向移動。
檢測器控制部73係控制檢測器52。更具體而言，檢測器控制部73進行作為檢測器52之相機、或雷射掃描成像裝置之控制。作為此處之相機，例如可列舉CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)相機、InGaAs相機、MCT(mercury cadmium telluride ctystal，碲鎘汞晶體)相機、及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)相機等。又，該檢測器控制部73可與利用檢測器52檢測之光量耦合而控制增益或偏移、或者累計時間等。
SIL控制部74係進行對安裝於高倍率物鏡54b之固浸透鏡S之動作之控制。更具體而言，SIL控制部74係於為將固浸透鏡S真空吸附於光出射面17而抵壓於光出射面17時，限制固浸透鏡S之移動量，或者感知固浸透鏡S與光出射面17接觸而藉由閥控制部71之控制開始固浸透鏡S之真空吸附以使固浸透鏡S不受到損傷。
鏡頭轉座控制部75藉由使鏡頭轉座55旋轉而切換低倍率物鏡54a與高倍率物鏡54b，選擇所需之倍率。鏡頭轉座控制部75可藉由預先儲存鏡頭轉座55之於何處設置何種倍率之物鏡，選擇所需之倍率。又，鏡頭轉座控制部75藉由將鏡頭轉座55之旋轉方向限制於固定之方向，防止起因於反沖之影響之位置精度之降低。
如以上所說明，由於本實施形態之半導體元件觀察裝置100包含吸附器10，故而可於控制部70之控制下容易地變更不使用固浸透鏡S之低倍率下之半導體元件D之觀察(即，利用低倍率物鏡54a之觀察)、及使用固浸透鏡S之高倍率下之半導體元件D之觀察(即，利用高倍率物鏡54b之觀察)。
再者，用以將固浸透鏡S可移動地安裝於高倍率物鏡54b之構成並不限定於透鏡固持器60。於將固浸透鏡S安裝於高倍率物鏡54b之情形時，例如可形成如圖9所示之構成。於此情形時，代替透鏡固持器60而將透鏡固持器65安裝於高倍率物鏡54b之前端部54c。該透鏡固持器65包含複數個(例如3個)保持片67。
關於保持片67，於其前端部67a形成有具有與固浸透鏡S之第1部分S1之曲率為大致相同之曲率之透鏡支承面67b，固浸透鏡S係配置於該透鏡支承面67b上。又，於保持片67之前端部67a配設有用以卡止配置於透鏡支承面67b之固浸透鏡S之卡止片68。卡止片68係其內面68a與固浸透鏡S之第2部分S2之錐形配合而傾斜。因此，固浸透鏡S係若與透光部12之光出射面17接觸，則以一面其底面Sa與光出射面17同樣地旋轉(一面回轉)，一面藉由保持片67將固浸透鏡S之中心軸保持於保持片67之半徑之軸之方式移動。又，高倍率物鏡54b係沿光軸L可移動，於對半導體元件D之觀察位置進行焦距位置對準時，藉由使高倍率物鏡54b相對於半導體元件D之相對位置位移而調整。
此處，圖10係表示本發明之吸附器之另一實施形態之構成之剖面圖。本實施形態之半導體元件觀察裝置100可包含此圖10所示之吸附器10A而代替上述吸附器10。吸附器10A包含主體部11A與透光部12A。主體部11A可由與吸附器10之主體部11相同之材料(例如Cu)構成。透光部12A可由與吸附器10之透光部12相同之材料(例如Si、GaP、GaAs等)構成。
主體部11A與吸附器10之主體部11同樣地，包含配置有形成半導體元件D之半導體晶圓W之第1面13。主體部11A於與第1面13相反之側包含第2面14A。於主體部11A中形成有貫通第1面13與第2面14A之貫通孔15A。主體部11A形成圓盤狀，貫通孔15A配置於主體部11A之大致中央部。貫通孔15A呈自第1面13向第2面14A擴徑之圓錐台狀。
透光部12A嵌合於貫通孔15A而固定。透光部12A包含來自配置於第1面13上之半導體元件D之光入射之光入射面16A、自光入射面16A入射之光出射之光出射面17A。光入射面16A與光出射面17A相互對向。因此，透光部12A呈將光入射面16A及光出射面17A作為兩端面規定之圓錐台狀。
光入射面16A露出於第1面13側。又，光入射面16A係與第1面13為同一平面。因此，若將半導體晶圓W配置於第1面13上，則形同將該半導體晶圓W之特定之半導體元件D配置於光入射面16A。光出射面17A露出於第2面14A側。因此，來自半導體元件D之光經由透光部12A而透過吸附器10A。再者，光出射面17A係與第2面14A為同一平面。
於使用該吸附器10A之情形時，可使用圖10所示之固浸透鏡SA而代替固浸透鏡S。固浸透鏡SA包含半球狀之主體部SA1、及平板狀之凸緣部SA2。凸緣部SA2於主體部SA1之側面之裙部固定於主體部SA1，可與主體部SA1一體移動。主體部SA1及凸緣部SA2包含透過來自半導體元件D之光之材料。又，凸緣部SA2之主表面SA21及內面SA22，以不使透過凸緣部SA2之光束發生變形之方式研磨為鏡面。凸緣部SA2之形狀例如可製成圓盤狀。再者，固浸透鏡S安裝於高倍率物鏡54b，但固浸透鏡SA非安裝於高倍率物鏡54b，與高倍率物鏡54b為不同個體。
吸附器10A具有將此種固浸透鏡SA吸附固定於第2面14A之構成。即，於主體部11A之第2面14A形成有複數個(例如2個~5個)第2吸附槽14Aa，用以真空吸附固浸透鏡SA而將其固定於第2面14A(尤其是光出射面17A)。第2吸附槽14Aa例如可於與第1吸附槽13a對應之位置形成為圓環狀。第2吸附槽14Aa之各個與未圖示之吸附口連通，藉由與該吸附口連接之真空泵V等而將其內部抽成真空。於吸附器10A中，藉由將第2吸附槽14Aa之內部抽成真空，而將固浸透鏡SA固定於第2面14A。由於可藉由使用此種吸附器10A，利用凸緣部SA2之整體進行固浸透鏡SA之吸附，故而可以較大之力確實地進行對第2面14A之固浸透鏡SA之吸附固定。
此處，半導體元件觀察裝置100可進而包含附有線性平台之驅動馬達M。驅動馬達M於控制部70之控制下，沿吸附器10A之第2面14A使固浸透鏡SA移動。如此，於使用吸附器10A、固浸透鏡SA、及驅動馬達M之半導體元件觀察裝置100中，例如可以下述之方式進行導體元件D之觀察。
首先，於解除對第2面14A之固浸透鏡SA之吸附固定後，如圖10(b)所示，藉由驅動馬達M使固浸透鏡SA沿吸附器10A之第2面14A(沿圖中之箭頭方向)移動，將固浸透鏡SA之凸緣部SA2配置於透光部12A之光出射面17A(即，使固浸透鏡SA之主體部SA1自光出射面17A脫離)。於此狀態下，藉由將第2吸附槽14Aa內抽成真空，將固浸透鏡SA吸附固定於第2面14A。而且，使用低倍率物鏡54a進行半導體元件D之觀察。一面以此方式進行低倍率下之觀察一面使半導體晶圓W相對於透光部12A移動，而將半導體元件D之所需之觀察位置配置於透光部12A之中心。
繼而，於解除對第2面14A之固浸透鏡SA之吸附固定後，如圖10(a)所示，藉由驅動馬達M使吸附器10A移動，將固浸透鏡SA之主體部SA1配置於透光部12A之光出射面17A。於此狀態下，藉由將第2吸附槽14Aa抽成真空，將固浸透鏡SA吸附固定於第2面14A。而且，進行使用固浸透鏡SA之主體部SA1及高倍率物鏡54b進行半導體元件D之觀察。藉由以此方式使用固浸透鏡SA中之半球狀之主體部SA1進行觀察，例如使顯微鏡觀察下之倍率、NA均為3.5倍而可進行高分解能觀察。
再者，於使半導體元件D之觀察位置移動之情形時，解除固浸透鏡SA之吸附固定，於使主體部SA1向未觀察之位置之上方(圖中之下方)移動後，進行吸附固定並進行觀察。該觀察本身亦可時常於固浸透鏡SA之移動中進行。又，將物鏡位置設於主體部SA1之正上方進行觀察之情形亦可使像差變為最小而於廣範圍內進行觀察。
如以上所說明，根據吸附器10A，可一面藉由使用第1吸附槽13a之真空吸附將半導體元件D吸附固定於光入射面16A，一面藉由使用第2吸附槽14Aa之真空吸附將固浸透鏡SA之主體部SA1吸附固定於光出射面17A。又，同樣地可藉由一面將半導體元件D吸附固定於光入射面16A，一面停止使用第2吸附槽14Aa之真空吸附，解除固浸透鏡SA之吸附固定，使固浸透鏡SA之主體部SA1自光出射面17A脫離。如此，根據吸附器10A，可一面將成為觀察對象之半導體元件D吸附固定於光入射面16A，一面容易地進行固浸透鏡SA之主體部SA1之移動。因此，根據吸附器10A，可容易地變更使用固浸透鏡SA之凸緣部SA2之低倍率下之半導體元件D之觀察、及使用固浸透鏡SA之主體部SA1之高倍率下之半導體元件D之觀察。
因此，根據包含吸附器10A之半導體元件觀察裝置100，於控制部70之控制下，可容易地變更使用固浸透鏡SA之凸緣部SA2及低倍率物鏡54a之低倍率下之半導體元件D之觀察、及使用固浸透鏡SA之主體部SA1及高倍率物鏡54b之高倍率下之半導體元件D之觀察。
[半導體元件觀察方法之第1實施形態]
其次，對本發明之半導體元件觀察方法之第1實施形態進行說明。本實施形態之半導體元件觀察方法係使用上述半導體元件觀察裝置100觀察半導體元件之方法。圖11係表示該半導體元件觀察方法之步驟之流程圖，圖12係模式性地表示該半導體元件觀察方法中之部分步驟之圖。
首先，藉由使用吸附器10真空吸附半導體晶圓W將半導體晶圓W吸附固定於第1面13(步驟S11)。更具體而言，閥控制部71打開配置於第1吸附槽13a與真空泵V之間之閥E，將第1吸附槽13a之內部抽成真空，將半導體晶圓W吸附固定於第1面13。此時，將形成半導體晶圓W之半導體元件D固定於光入射面16。
繼而，於將半導體元件D固定於光入射面16之狀態下，測試器40於半導體元件D之特定之部位安裝探針42，對該特定之部位施加電壓(步驟S12：電壓施加步驟)。
繼而，使用配置於光出射面17側之低倍率物鏡54a觀察藉由步驟S12中之電壓之施加而自半導體元件D發出且透過透光部12之光，藉此檢測(步驟S13：檢測步驟)半導體元件D中之觀察對象部位(例如故障部位)。再者，於該步驟S13後暫時停止向半導體元件之電壓之施加，於後述之步驟S18中，於取得觀察對象部位之圖像時可再次進行。
於該步驟S13中，平台控制部72控制XYZ平台53，如圖12(a)所示，一面藉由於X-Y方向驅動低倍率物鏡54a來調節低倍率物鏡54a與透光部12之位置關係，一面觀察透過透光部12之光而檢測觀察對象部位。再者，於該步驟S13中，亦可視需要預先檢測複數個觀察對象部位而將其X-Y方向之位置資料儲存於控制部70。
繼而，藉由鏡頭轉座控制部75控制鏡頭轉座55(旋轉)，將物鏡自低倍率物鏡54a切換為高倍率物鏡54b(步驟S14)。
繼而，平台控制部72控制XYZ平台53，使高倍率物鏡54b與安裝於高倍率物鏡54b之固浸透鏡S於光出射面17側沿X-Y方向移動，將其位置對準於在步驟S13中檢測之觀察對象部位(步驟S15：位置對準步驟)。
繼而，藉由真空吸附固浸透鏡S將固浸透鏡S吸附固定於光出射面17(步驟S16：吸附固定步驟)。更具體而言，閥控制部71打開配置於第2吸附槽14a與真空泵V之間之閥E，將第2吸附槽14a之內部抽成真空，將固浸透鏡吸附固定於光出射面17。
於該步驟S16中，首先，平台控制部72控制XYZ平台53，於使高倍率物鏡54b與固浸透鏡S沿Z方向移動而使固浸透鏡S與光出射面17接觸後，可藉由真空吸附將固浸透鏡S固定於光出射面17。
繼而，平台控制部72控制XYZ平台53，藉由調整高倍率物鏡54b於Z方向之位置而調整高倍率物鏡54b之焦距位置(步驟S17：聚焦調整步驟)。此處，由於固浸透鏡S相對於高倍率物鏡54b可移動地被保持，故而即便於在步驟S16中吸附固定固浸透鏡S後，亦可調節高倍率物鏡54b之位置。
而且，如圖12(b)所示，檢測器52使用高倍率物鏡54b及固浸透鏡S取得於步驟S13中檢測之觀察對象部位之圖像(步驟S18：圖像取得步驟)。所取得之圖像係傳送至與檢測器52連接之電腦等而顯示。
此後，視需要為取得其他觀察對象部位之圖像，可解除固浸透鏡S之吸附固定，再次重複進行上述步驟S15後序之步驟。
如以上所說明，根據本實施形態之半導體元件觀察方法，不使用固浸透鏡S，而藉由低倍率物鏡54a進行半導體元件D之觀察，檢測觀察對象部位，其後，將固浸透鏡S吸附固定於光出射面17，藉由高倍率物鏡54b進行觀察對象部位之觀察。如此，根據該半導體元件觀察方法，可容易地變更不使用固浸透鏡S之低倍率下之半導體元件D之觀察、及使用固浸透鏡之高倍率下之半導體元件D之觀察。
又，於本實施形態之半導體元件觀察方法中，以將半導體元件D吸附固定於光入射面16之狀態對半導體元件D施加電壓，一面調節低倍率物鏡54a與吸附器10之位置關係一面觀察半導體元件D。因此，該半導體元件觀察方法可於透光部12之寬度相對於半導體元件之寬度較大之情形時應用。而且，於此種情形時，於檢測觀察對象部位時，由於無需變更半導體元件D與吸附器10之位置關係(即，無需進行透光部12之位置對準)，故而觀察對象部位之特定變得容易。
[半導體元件觀察方法之第2實施形態]
其次，對本發明之半導體元件觀察方法之第2實施形態進行說明。本實施形態之半導體元件觀察方法亦為使用上述半導體元件觀察裝置100進行半導體元件觀察之方法。圖13係表示該半導體元件觀察方法之步驟之流程圖，圖14係模式性地表示該半導體元件觀察方法中之部分步驟之圖。
首先，藉由使用吸附器10真空吸附半導體晶圓W，將半導體晶圓W吸附固定於第1面13(步驟S21)。更具體而言，閥控制部71打開配置於第1吸附槽13a與真空泵V之間之閥E，將第1吸附槽13a之內部抽成真空，將半導體晶圓W吸附固定於第1面13。此時，將形成於半導體晶圓W之半導體元件D固定於光入射面16。
繼而，於將半導體元件D固定於光入射面16之狀態下，測試器40於半導體元件D之特定之部位安裝探針42，對該特定之部位施加電壓(步驟S22：電壓施加步驟)。
繼而，使用配置於光出射面17側之低倍率物鏡54a觀察藉由步驟S22中之電壓之施加而自半導體元件D發出且透過透光部12之光，藉此檢測半導體元件D中之觀察對象部位(步驟S23：檢測步驟)。於該步驟S23中，亦可視需要預先檢測複數個觀察對象部位，將其X-Y方向之位置資料儲存於控制部70。又，於該步驟S23之後暫時停止向半導體元件之電壓之施加，於後述之步驟S31中，於取得觀察對象部位之圖像時，可再次進行。
繼而，藉由來自吸附器10之空氣之吹出將半導體晶圓W懸浮保持於吸附器10上(步驟S24：吸附器移動步驟)。更具體而言，閥控制部71關閉配置於第1吸附槽13a與真空泵V之間之閥E，停止第1吸附槽13a之內部之真空處理，並且打開配置於第1吸附槽13a與空氣壓縮機F之間之閥E，藉由自第1吸附槽13a將壓縮空氣吹出，使配置於第1面13之半導體晶圓W懸浮。藉此，半導體晶圓W懸浮保持於第1面13與探針42之間。此時，半導體晶圓W藉由壓縮空氣抵壓於探針42，其X-Y方向之位置穩定化。再者，半導體晶圓W之懸浮之程度可藉由來自半導體晶圓W與透光部12之邊界之反射光之干擾而成之干擾圖案判斷。該干擾圖案於吸附時變為較暗之一種顏色，但隨著半導體晶圓W懸浮會變亮，且開始出現條紋。
繼而，如圖14(a)所示，夾頭控制部76控制吸附器驅動機構31，使吸附器10於X-Y方向移動，並且平台控制部72使低倍率物鏡54a於X-Y方向移動，以藉由透光部12之中央與於步驟S23中檢測之觀察對象部位對準之方式進行透光部12之位置對準(步驟S25：吸附器移動步驟)。再者，於該步驟S25中，亦可預先固定低倍率物鏡54a及吸附器10使半導體元件D(半導體晶圓W)移動。於此情形時，半導體晶圓W之移動使用晶圓吸附固定部32進行。如此，於步驟S25中，只要使低倍率物鏡54a及吸附器10沿X-Y方向相對於半導體元件D相對地移動即可。
又，於該步驟S25中，可藉由一面觀察半導體元件D之反射像一面對透光部12進行位置對準，確實地將透光部12之中心位置對準於觀察對象部位。進而，於該步驟25中，於進行透光部12之位置對準後，可對半導體元件D再次施加電壓而確認透光部12之中心是否與觀察對象部位對準。藉此，可更加提高透光部12之位置對準之精度。
繼而，藉由真空吸附半導體晶圓W將半導體元件D吸附固定於光入射面16(步驟S26：吸附器移動步驟)。更具體而言，閥控制部71關閉配置於第1吸附槽13a與空氣壓縮機F之間之閥E，停止壓縮空氣之吹出，進而，打開配置於第1吸附槽13a與真空泵V之間之閥E，將第1吸附槽13a之內部抽成真空，吸附固半導體晶圓。
繼而，藉由鏡頭轉座控制部75控制鏡頭轉座55(旋轉)，將物鏡自低倍率物鏡54a切換為高倍率物鏡54b(步驟S27)。
繼而，平台控制部72控制XYZ平台53，使高倍率物鏡54b與安裝於高倍率物鏡54b之固浸透鏡S於光出射面17側沿X-Y方向移動，將該等位置對準於與透光部12位置對準之觀察對象部位(步驟S28：位置對準步驟)。
繼而，藉由真空吸附將固浸透鏡S吸附固定於光出射面17(步驟S29：吸附固定步驟)。更具體而言，閥控制部71打開配置於第2吸附槽14a與真空泵V之間之閥E，將第2吸附槽14a之內部抽成真空，吸附固定固浸透鏡S。
於該步驟S29中，首先，平台控制部72控制XYZ平台53，於使高倍率物鏡54b與固浸透鏡S沿Z方向移動而使固浸透鏡S與光出射面17接觸後，可藉由真空吸附將固浸透鏡S固定於光出射面17。
繼而，平台控制部72控制XYZ平台53，藉由調整高倍率物鏡54b於Z方向之位置而調整高倍率物鏡54b之焦距位置(步驟S30：聚焦調整步驟)。此處，由於固浸透鏡S相對於高倍率物鏡54b可移動地被保持，故而即便於在步驟S27中吸附固定固浸透鏡S後，亦可調節高倍率物鏡54b之位置。
而且，如圖14(b)所示，檢測器52係使用高倍率物鏡54b及固浸透鏡S取得觀察對象部位之圖像(步驟S31：圖像取得步驟)。所取得之圖像係傳送至與檢測器52連接之電腦等而顯示。此後，視需要為取得其他觀察對象部位之圖像，可使用於步驟S23中儲存之位置資料重複進行上述步驟S24後序之步驟。
如以上所說明，根據本實施形態之半導體元件觀察方法，與上述第1實施形態之半導體元件觀察方法同樣地，可容易地變更不使用固浸透鏡S之低倍率下之半導體元件D之觀察、及使用固浸透鏡之高倍率下之半導體元件D之觀察。
又，本實施形態之半導體元件觀察方法係將半導體晶圓W懸浮保持於吸附器10上，使低倍率物鏡54a及吸附器10相對於半導體元件D相對地移動，將透光部12位置對準於觀察對象部位。因此，該半導體元件觀察方法可應用於透光部12之寬度相對於半導體元件D之寬度較小之情形。而且，於此種情形時，由於光入射面16與半導體元件D之接觸面積、或光出射面17與固浸透鏡S之接觸面積較小，故而半導體元件D及固浸透鏡S之吸附效率變高。因此，可於半導體元件D與透光部12之間、及透光部12與固浸透鏡S之間確實地實現消散耦合。
再者，於本實施形態之半導體元件觀察方法中，於在步驟S23中檢測觀察對象部位後，將半導體晶圓W懸浮保持於吸附器10上，將物鏡切換為高倍率物鏡54b，使吸附器10、高倍率物鏡54b、及固浸透鏡S一體移動，藉此，可使用控制部70儲存之位置資料將透光部12、高倍率物鏡54b、及固浸透鏡S同時位置對準於觀察對象部位。於此情形時，作為後序步驟，可於在步驟S29中吸附固定固浸透鏡S及半導體晶圓W後，進行步驟S30與步驟S31。於此情形時，於在步驟S31中取得一個觀察對象部位之圖像後，不自固浸透鏡S分離吸附器10而將半導體晶圓W懸浮保持於吸附器10上，使吸附器10、高倍率物鏡54b、及固浸透鏡S一體移動，可藉由將透光部12、高倍率物鏡54b、及固浸透鏡S同時位置對準於其他觀察對象部位而容易地觀察複數個觀察對象部位。
又，上述吸附器10、半導體元件觀察裝置100、及各半導體元件觀察方法亦可用於取得利用電壓之施加之來自半導體元件D之發光像，亦可用於取得半導體元件D中形成之電路圖案像。又，上述吸附器10、半導體元件觀察裝置100、及各半導體元件觀察方法亦可用於取得使用來自半導體元件D之反射像即電路圖案像將焦距位置與觀察位置對準，藉由對半導體元件D施加電壓所得之發光像、或取得雷射光之掃描之OBIRCH像或OBIC像。
產業上之可利用性
根據本發明，可提供一種可容易地進行半導體元件之低倍率下之觀察與高倍率下之觀察之變更之吸附器、半導體元件觀察裝置、及半導體元件觀察方法。
10．．．吸附器
10A．．．吸附器
11．．．主體部
11A．．．主體部
12．．．透光部
12A．．．透光部
13．．．第1面
13a．．．第1吸附槽
14．．．第2面
14A．．．第2面
14a．．．第2吸附槽
14Aa．．．第2吸附槽
15．．．貫通孔
15A．．．貫通孔
16．．．光入射面
16A．．．光入射面
17．．．光出射面
17A．．．光出射面
18．．．第1凹部
18a．．．底面
19．．．第2凹部
19a．．．底面
22．．．水冷套管
40．．．測試器
51．．．導光光學系統
52．．．檢測器
54a．．．低倍率物鏡
54b．．．高倍率物鏡
55．．．頭轉座
D．．．半導體元件
圖1係表示本發明之吸附器之一實施形態之構成的剖面圖。
圖2(a)、(b)係圖1所示之吸附器之平面圖。
圖3係圖1所示之吸附器之部分放大圖。
圖4係表示圖1所示之吸附器之變形例之部分放大圖。
圖5係模式性地表示本發明之半導體元件觀察裝置之一實施形態之構成的圖。
圖6係圖5所示之高倍率物鏡之部分放大圖。
圖7(a)、(b)係表示圖6所示之透鏡罩之構成之平面圖。
圖8係表示圖5所示之控制部之功能性構成的方塊圖。
圖9係表示圖5所示之高倍率物鏡之變形例之部分放大圖。
圖10(a)、(b)係表示本發明之吸附器之另一實施形態之構成之剖面圖。
圖11係表示本發明之半導體元件觀察方法之第1實施形態之步驟之流程圖。
圖12(a)、(b)係模式性地表示本發明之半導體元件觀察方法之第1實施形態之部分步驟的圖。
圖13係表示本發明之半導體元件觀察方法之第2實施形態之步驟之流程圖。
圖14(a)、(b)係模式性地表示本發明之半導體元件觀察方法之第2實施形態之部分步驟的圖。
10．．．吸附器
11．．．主體部
12．．．透光部
13．．．第1面
13a．．．第1吸附槽
14．．．第2面
14a．．．第2吸附槽
15．．．貫通孔
16．．．光入射面
17．．．光出射面
18．．．第1凹部
19．．．第2凹部
20．．．階差部
A．．．區域
B．．．吸附口
D．．．半導體元件
S．．．固浸透鏡
Sa．．．底面
W．．．半導體晶圓

Claims (13)

  1. 一種吸附器，其特徵在於：其係用於使用固浸透鏡進行半導體元件之觀察之半導體元件觀察裝置者；該吸附器包含：主體部，其具有配置形成上述半導體元件之半導體晶圓之第1面、及與上述第1面為相反側之面之第2面，且形成有貫通上述第1面與上述第2面之貫通孔；及透光部，其具有供來自上述半導體元件之光入射之光入射面、及供自上述光入射面入射之光出射之光出射面，以上述光入射面露出於上述第1面側、且上述光出射面露出於上述第2面側之方式嵌合於上述貫通孔；於上述第1面上形成有第1吸附槽，其用以將上述半導體晶圓真空吸附而將上述半導體元件固定於上述光入射面；於上述第2面上形成有第2吸附槽，其用以將上述固浸透鏡真空吸附而將該固浸透鏡固定於上述光出射面。
  2. 如請求項1之吸附器，其中於上述第2面上形成有用以配置上述固浸透鏡之凹部；上述貫通孔形成於上述凹部之底面；上述光出射面位於較上述凹部之底面更為上述第2面側；上述第2吸附槽沿上述凹部之底面上之上述貫通孔之邊緣部而形成。
  3. 如請求項1或2之吸附器，其中上述透光部包含與構成上述半導體元件之基板之材料之折射率大致相同之折射率的材料。
  4. 如請求項1或2之吸附器，其中進而包含用以冷卻上述主體部之冷卻組件。
  5. 如請求項3之吸附器，其中進而包含用以冷卻上述主體部之冷卻組件。
  6. 一種半導體元件觀察裝置，其特徵在於：其係使用固浸透鏡進行半導體元件之觀察者；該半導體元件觀察裝置包含：如請求項1至5中任一項之吸附器；導光光學系統，其對透過上述透光部之光進行導光；及攝像組件，其對藉由上述導光光學系統而導光之光進行攝像。
  7. 如請求項6之半導體元件觀察裝置，其中上述導光光學系統包含特定倍率之第1物鏡、較上述特定倍率更高倍率之第2物鏡、及切換上述第1物鏡與上述第2物鏡之物鏡切換組件；於上述第2物鏡上，沿其光軸之方向可移動地安裝有上述固浸透鏡。
  8. 如請求項6或7之半導體元件觀察裝置，其中進而包含用以對上述半導體元件施加電壓之電壓施加組件。
  9. 一種半導體元件觀察方法，其特徵在於：其係對形成於半導體晶圓之半導體元件進行觀察者， 包括：電壓施加步驟，其對配置於吸附器之透光部之光入射面上之上述半導體元件的特定之部位施加電壓；檢測步驟，其藉由使用配置於上述透光部之上述光入射面之相反側之光出射面側的第1物鏡觀察自上述半導體元件發出且透過上述透光部之光，而檢測上述半導體元件中之觀察對象部位；位置對準步驟，其於上述光出射面側，將較上述第1物鏡之倍率更高倍率之第2物鏡、及安裝於上述第2物鏡之固浸透鏡位置對準於上在述檢測步驟中檢測之上述觀察對象部位；吸附固定步驟，其藉由真空吸附將上述固浸透鏡固定於上述光出射面；聚焦調整步驟，其藉由調整沿上述第2物鏡之光軸方向之上述第2物鏡之位置而調整上述第2物鏡之焦距；及圖像取得步驟，其使用上述第2物鏡取得上述觀察對象部位之圖像。
  10. 如請求項9之半導體元件觀察方法，其中於上述電壓施加步驟中，在藉由真空吸附上述半導體晶圓而將上述半導體元件固定於上述光入射面之狀態下，對上述半導體元件施加電壓；於上述檢測步驟中，藉由一面調節上述第1物鏡與上述透光部之位置關係、一面觀察來自上述半導體元件之 光，而檢測上述觀察對象部位。
  11. 如請求項9之半導體元件觀察方法，其中於上述檢測步驟與上述位置對準步驟之間，進而包括吸附器移動步驟，其藉由來自上述吸附器之空氣之吹出而將上述半導體晶圓懸浮保持於上述吸附器上，使上述吸附器相對於上述半導體元件相對地移動，將上述透光部位置對準於在上述檢測步驟中檢測之上述觀察對象部位，並藉由真空吸附上述半導體晶圓，而將上述半導體元件固定於上述光入射面；於上述位置對準步驟中，將上述第2物鏡與上述固浸透鏡位置對準於已與上述透光部位置對準之上述觀察對象部位。
  12. 如請求項9之半導體元件觀察方法，其中於上述位置對準步驟中，藉由來自上述吸附器之空氣之吹出而將上述半導體晶圓懸浮保持於上述吸附器上，使上述吸附器、第2物鏡、及上述固浸透鏡一體移動，藉此將上述透光部、上述第2物鏡、及上述固浸透鏡位置對準於上述觀察對象部位。
  13. 如請求項9至12中任一項之半導體元件觀察方法，其中於上述吸附固定步驟中，於藉由使上述固浸透鏡沿上述第2物鏡之光軸方向移動而使上述固浸透鏡與上述光出射面接觸後，藉由真空吸附將上述固浸透鏡固定於上述光出射面。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6261357B2 (ja) * 2014-01-30 2018-01-17 オリンパス株式会社 顕微鏡および観察方法
US9565372B2 (en) * 2014-08-22 2017-02-07 Raytheon Company Compact short flat-field schmidt optics for mm-wave operation
CN104297156B (zh) * 2014-09-29 2017-09-05 北京凌云光技术有限责任公司 图像检测设备及吸风展平装置
TWI579566B (zh) * 2015-08-10 2017-04-21 創意電子股份有限公司 電路探測系統及其電路探測裝置
JP6510461B2 (ja) * 2016-05-25 2019-05-08 日本特殊陶業株式会社 基板保持装置
JP7161854B2 (ja) * 2018-03-05 2022-10-27 東京エレクトロン株式会社 検査装置
CN112864075A (zh) * 2019-12-26 2021-05-28 南京力安半导体有限公司 晶圆几何参数以及晶圆上掩膜层的厚度的测量方法
US11431921B2 (en) 2020-01-06 2022-08-30 Raytheon Company Mm-wave short flat-field Schmidt imager using one or more diffraction grating(s) and/or Fresnel lens(s)
CN111913091B (zh) * 2020-07-31 2023-06-13 上海华力集成电路制造有限公司 样品固定装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3602465B2 (ja) * 2000-10-10 2004-12-15 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 半導体装置、半導体装置の評価解析方法及び半導体装置の加工装置
US7092069B2 (en) * 2002-03-08 2006-08-15 Carl Zeiss Smt Ag Projection exposure method and projection exposure system
JP2004327773A (ja) 2003-04-25 2004-11-18 Renesas Technology Corp 故障解析装置
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
US7864437B2 (en) * 2005-02-28 2011-01-04 Nikon Corporation Adaptor for microscope and microscope apparatus (microscope-use adaptor and microscope device)
JP2007324457A (ja) 2006-06-02 2007-12-13 Kawasaki Microelectronics Kk 半導体装置の故障解析に用いる支持治具、およびその支持治具を利用した故障解析方法
JP2008141207A (ja) 2007-12-10 2008-06-19 Renesas Technology Corp 故障解析装置
US20100039117A1 (en) * 2008-08-11 2010-02-18 Dcg Systems, Inc. Temperature control system for a device under test
US8436631B2 (en) * 2009-06-12 2013-05-07 Semicaps Pte Ltd Wafer stage

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