TWI848998B - 冷卻單元、對物透鏡模組、半導體檢查裝置、半導體檢查方法 - Google Patents

冷卻單元、對物透鏡模組、半導體檢查裝置、半導體檢查方法 Download PDF

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Abstract

本發明之冷卻單元係用於半導體器件之檢查。冷卻單元具備用以將半導體器件之熱散熱之外殼。於外殼設有使來自半導體器件之光通過之光通過部。外殼具有空間劃定面，其於光通過部與半導體器件對向之狀態下，與半導體器件對向並於與半導體器件之間劃定空間。於外殼設有供供給至空間之流體所流動之供給流路。

Description

冷卻單元、對物透鏡模組、半導體檢查裝置、半導體檢查方法
本發明之一態樣係關於冷卻單元、對物透鏡模組、半導體檢查裝置及半導體檢查方法。
作為半導體器件之檢查所使用之冷卻單元，已知有例如專利文獻1所記載者。專利文獻1所記載之冷卻單元係用以將驅動中之半導體器件一面冷卻一面觀察而使用。專利文獻1所記載之冷卻單元中，藉由對半導體器件噴射冷卻液而將半導體器件冷卻。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利申請公開第2009/0095097號
例如，檢查消耗電力較大之半導體器件之情形等時，對於如上述之冷卻單元要求較高之冷卻性能。因此，本揭示之一態樣之目的在於提供一種提高冷卻性能之冷卻單元及對物透鏡模組、具備此種冷卻單元之半導體檢查裝置、及可較佳地冷卻並檢查半導體器件之半導體檢查方法。
本揭示之一態樣之冷卻單元係半導體器件之檢查所使用 者，具備用以將半導體器件之熱散熱之外殼，於外殼設有使來自半導體器件之光通過之光通過部，外殼具有空間劃定面，其於光通過部與半導體器件對向之狀態下，與半導體器件對向，於與半導體器件間劃定空間，於外殼設有供供給於空間之流體流動之供給流路。
將該冷卻單元使用於半導體器件之檢查之情形時，例如以光通過部與半導體器件對向，且於空間劃定面與半導體器件間劃定空間之方式，配置冷卻單元。並且，使流體經由供給流路流動於該空間，且檢測自驅動中之半導體器件出射並通過光通過部之光。藉由使流體流動於由外殼與半導體器件間劃定之空間，而可有效冷卻半導體器件。其理由係除藉由該流體去除半導體器件之熱外，將半導體器件之熱經由該流體效率良好地傳遞至外殼之故。因此，根據該冷卻單元，可實現較高之冷卻性能。
亦可於外殼進而設置供自空間排出之流體流動之排出流路。該情形時，可使流體經由供給流路及排出流路於空間流動，可更有效地冷卻半導體器件。
亦可於外殼進而設置供用以冷卻外殼之冷媒流動之冷媒流路。該情形時，可更佳地冷卻外殼。
空間劃定面亦可以包圍光通過部之方式延伸。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
空間劃定面亦可平面狀延伸。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
空間劃定面亦可與光通過部相連。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
空間劃定面亦可為形成於外殼之凹部之底面。該情形時， 可於外殼與半導體器件間更佳地劃定空間。
空間之厚度亦可為大於0mm且0.05mm以下。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
或者，空間之厚度亦可為0.05mm以上0.5mm以下。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
本揭示之一態樣之冷卻單元亦可進而具備夾於外殼與供半導體器件配置之載物台間，密封空間之彈性構件。該情形時，可更確實密封外殼與半導體器件間之空間。
亦可於外殼設置至少2條供給流路。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
自與空間劃定面垂直之方向觀察之情形時，自供給流路對空間供給流體之位置亦可位於較自空間對排出流路排出流體之位置更內側。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
供給流路亦可以向光通過部排出流體之方式構成。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
亦可於空間劃定面形成凹部及凸部之至少一者。該情形時，可使流動於空間之流體亂流化，可將半導體器件之熱進而效率良好地傳遞至外殼。
光通過部亦可藉由將光透過構件配置於設置於外殼之開口而構成。該情形時，亦可實現較高之冷卻性能。
光透過構件亦可水密地蓋住開口。該情形時，可防止流體自開口洩漏。
本揭示之一態樣之對物透鏡模組具備：上述冷卻單元、與 光通過部對向之對物透鏡、及以位於對物透鏡之光軸上之方式保持之固浸透鏡，光通過部係藉由設置於外殼之開口構成，固浸透鏡係配置於開口。根據該對物透鏡模組，基於上述理由，可實現較高之冷卻性能。
本揭示之一態樣之對物透鏡模組亦可進而具備將冷卻單元向與對物透鏡相反側彈推之彈推構件。該情形時，例如可使冷卻單元對供半導體器件配置之載物台更佳地密著。
本揭示之一態樣之對物透鏡模組進而具備安裝於對物透鏡，保持固浸透鏡之支撐架，支撐架亦可具有與固浸透鏡之周緣部接觸，水密且可搖動地保持固浸透鏡之可撓性構件。該情形時，由於固浸透鏡可搖動，故容易使固浸透鏡順沿半導體器件而密著。再者，由於固浸透鏡係水密地保持，故可防止流體自固浸透鏡之周圍洩漏。
本揭示之一態樣之對物透鏡模組亦可進而具備：支撐架，其安裝於對物透鏡，保持固浸透鏡；及密封構件，其夾於支撐架與外殼間，將支撐架與外殼間密封。該情形時，可防止流體自支撐架與外殼間洩漏。
本揭示之一態樣之半導體檢查裝置具備：上述冷卻單元；載物台，其供半導體器件配置；對物透鏡，其經由光通過部與半導體器件對向；及光檢測器，其經由光通過部及對物透鏡檢測來自半導體器件之光。根據該半導體檢查裝置，基於上述理由，可實現較高之冷卻性能。
本揭示之一態樣之半導體檢查裝置亦可進而具備：壓力調整部，其使流動於空間之流體之壓力變化；及控制部，其控制壓力調整部。該情形時，可進而更有效地冷卻半導體器件。
控制部亦可以使流動於空間之流體之壓力低於冷卻單元外 部之壓力之方式，控制壓力調整部。該情形時，由於空間內成為負壓，故可使冷卻單元對載物台更佳地密著。又，可抑制空間中流體自間隙等洩漏。
本揭示之一態樣之半導體檢查裝置亦可進而具備將冷卻單元向載物台彈推之彈推裝置。該情形時，可使冷卻單元對載物台更佳地密著。
本揭示之一態樣之半導體檢查方法具備如下步驟：將半導體器件配置於載物台之步驟；以光通過部與半導體器件對向，且於外殼與半導體器件間劃定空間之方式，配置具有設有使來自半導體器件之光通過之光通過部之外殼的冷卻單元之步驟；驅動半導體器件之步驟；及使流體於空間流動，且藉由光檢測器檢測來自驅動中之半導體器件並通過光通過部之光之步驟。
根據該半導體檢查方法，使流體流動於由外殼與半導體器件間劃定之空間，且檢測來自驅動中之半導體器件並通過光通過部之光。藉由使流體流動於由外殼與半導體器件間劃定之空間，而可有效冷卻半導體器件。其理由係除藉由該流體去除半導體器件之熱外，將半導體器件之熱經由該流體效率良好地傳遞至外殼之故。因此，根據該半導體檢查方法，可較佳地冷卻並檢查半導體器件。
根據本揭示之一態樣，提供一種提高冷卻性能之冷卻單元及對物透鏡模組、具備此種冷卻單元之半導體檢查裝置、及可較佳地冷卻並檢查半導體器件之半導體檢查方法。
1:半導體檢查裝置
2:半導體器件
2a:表面
2b:封裝
2c:衝模
3:載物台
3a:DUT板
3b:保持部
3c:開口
3d:扣止部
5:液體
6:冷媒
11:信號輸入裝置
12:光源
13:光學系統
14:光檢測器
15:控制部
16:對物透鏡
16a:機構部
16b:彈推機構
21:冷卻單元
22:儲存槽
23:調壓器(壓力調整部)
24:排水槽
25:冷卻器
31:外殼
31a:第1表面
31a1:周緣部
31b:第2表面
31c:外側面
32:開口(光通過部)
32a:內面
32b:凹部
33:凹部
34:第1部分
34a:底面(空間劃定面)
35:第2部分
35a:底面
36:槽部(凹部)
37:配置槽
38:磁鐵
41、42:彈性構件
43、44:漏水感測器
51:供給流路
52:排出流路
52a:排出口
53、54:閥
55:冷媒流路
56:閥
60:對物透鏡模組
61:固浸透鏡單元
62:固浸透鏡
62a:抵接面
62b:球面
62c:錐形面
62d:周面
63:支撐架
64:密封構件
71:本體部
72:可撓性構件
72a:開口
72b:密封部
72c:結合部
73:側壁部
74:蓋部
74a:開口
75:突出部
81:連結部
82:彈簧(彈推構件)
83:螺栓
84:配置孔
85:光透過構件
90:彈推裝置
91:彈簧
D1:方向
L:光軸
P1:配管
P2:配管
P3:配管
R1:第1部分
R2:第1部分
S:空間
S1~S3:空間
圖1係實施形態之半導體檢查裝置之構成圖。
圖2係對物透鏡模組周邊之剖視圖。
圖3係對物透鏡模組周邊之俯視圖。
圖4係沿圖3之IV-IV線之冷卻單元之剖視圖。
圖5係沿圖3之V-V線之冷卻單元之剖視圖。
圖6係支撐架及固浸透鏡之剖視圖。
圖7係顯示固浸透鏡與半導體器件接觸之狀態之剖視圖。
圖8係顯示固浸透鏡自半導體器件隔開之狀態之剖視圖。
圖9係變化例之冷卻單元之剖視圖。
圖10係圖9之一部分放大圖。
圖11(a)係顯示檢查位置之對物透鏡之剖視圖，(b)係顯示透鏡切換位置之對物透鏡之剖視圖。
以下，一面參照圖式，一面針對本揭示之一實施形態詳細說明。再者，以下之說明中，對同一或相當要素使用同一符號，省略重複說明。
[半導體檢查裝置之構成]
圖1所示之半導體檢查裝置1係用以觀察並檢查檢查對象之器件(DUT：Device Under Test，待測器件)即半導體器件2之裝置。半導體檢查裝置1係例如用以特定出半導體器件2之故障部位而使用。
半導體器件2係包含例如邏輯LSI(Large Scale Integration，大型積體電路)之器件。邏輯LSI係藉由MOS(Metal-Oxide- Semiconductor，金屬氧化物半導體)構造之電晶體、雙極構造之電晶體等構成。半導體器件2之消耗電力例如為200W左右。半導體器件2係配置(固定)於載物台3。
半導體檢查裝置1具備信號輸入裝置11、光源12、光學系統13、光檢測器14及控制部15。信號輸入裝置11係電性連接於半導體器件2，對半導體器件2輸入信號，驅動半導體器件2。信號輸入裝置11係例如對半導體器件2施加刺激信號之脈衝發生器，或對半導體器件2輸入測試信號之測試單元等。信號輸入裝置11對半導體器件2重複輸入特定之測試圖案等信號。信號輸入裝置11輸入之信號可為調變電壓信號，亦可為直流電壓信號。
光源12輸出照亮半導體器件2之光。光源12例如為LED(Light Emitting Diode，發光二極體)、LD(Laser Diode，雷射二極體)、SLD(Super luminescent Diode，超冷光二極體)或燈光源等。自光源12輸出之光的波長亦可為例如1064nm以上。將自光源12輸出之光引導至光學系統13。
光學系統13將自光源12輸出之光向半導體器件2之表面2a導光，且將來自半導體器件2之表面2a之光向光檢測器14導光。光學系統13係包含例如對物透鏡16、光掃描器(省略圖示)及光束分光器(省略圖示)而構成。對物透鏡16將自光源12輸出，藉由光束分光器及光掃描器引導之光聚光於觀察區域，或於觀察區域掃描。光學系統13係配置於例如XYZ載物台(省略圖示)。XYZ載物台係將與對物透鏡16之光軸平行之方向設為Z軸方向時，可於Z軸方向，及與Z軸方向正交之X軸方向及Y軸方向移動而構成。根據XYZ載物台之位置決定觀察區域。
將自光源12輸出，自光學系統13出射之光藉由驅動中之半導體器件2反射，並經由光學系統13入射至光檢測器14。此時，伴隨半導體器件2之驅動狀態，將藉由半導體器件2反射之光的強度進行調變。
光檢測器14檢測經半導體器件2調變之光，輸出波形資料。光檢測器14亦可檢測於藉由光掃描器對半導體器件2掃描光期間入射之光，輸出測定圖像。可基於該等之波形資料或測定圖像，特定半導體器件2之故障部位。
光檢測器14亦可檢測對半導體器件2掃描光期間入射之光，輸出圖案圖像。所謂圖案圖像，係以可確認半導體器件2之電路圖案等之方式拍攝之圖像。作為光檢測器14，可使用例如可檢測透過半導體器件2之基板之波長的光之光電二極體、APD(Avalanche Photodiode，雪崩光電二極體)、SiPM(Silicon Photomultiplier，矽光電倍增器)等。
控制部15係電性連接於信號輸入裝置11、光源12、光學系統13及光檢測器14等，進行半導體檢查裝置1全體之控制。控制部15係藉由例如包含處理器(CPU：Central Processing Unit，中央處理單元)、以及記憶媒體即RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)及HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動器)等之電腦而構成。控制部15對記憶於記憶媒體之資料執行處理器之處理。控制部15例如基於光檢測器14之檢測結果，實施半導體器件2之故障部位之特定處理。
[用以冷卻半導體器件2之構成]
半導體檢查裝置1進而具備冷卻單元21、儲存槽22、4個調壓器(壓力調整部)23、排水槽24、及冷卻器25。冷卻單元21、儲存槽22、 調壓器23、排水槽24及冷卻器25係於半導體器件2之檢查中用以冷卻半導體器件2而使用。冷卻單元21與對物透鏡16組合，構成對物透鏡模組60。
[冷卻單元]
參照圖2~圖8，針對冷卻單元21進行說明。冷卻單元21係以與半導體器件2對向之方式配置，與半導體器件2間劃定空間(間隙)S1。半導體檢查裝置1中，藉由使流體5於空間S1流動，而將半導體器件2冷卻。流體5例如為水或純水，但亦可為Fluorinert(註冊商標)系之具有電絕緣性之液體。
冷卻單元21係安裝於配置有半導體器件2之載物台3。該例中，載物台3具備DUT板3a及保持部3b 。DUT板3a形成例如板狀，構成信號輸入裝置11與半導體器件2間之連接部。亦可於DUT板3a，組入構成信號輸入裝置11與半導體器件2間之連接部之插口。如圖7及圖8所示，半導體器件2具有封裝2b，及自封裝2b突出之衝模2c。例如，封裝2b係PC(印刷電路)板，衝模2c係安裝(接合)於封裝2b上之半導體部分。
保持部3b固定於DUT板3a，保持半導體器件2。保持部3b例如藉由金屬形成為板狀。該例中，於保持部3b設有開口3c。開口3c具有供封裝2b配置之第1部分R1，及供衝模2c配置之第2部分R2，於第1部分R1及第2部分R2之各者予以開口。保持部3b具有與配置於第1部分R1之封裝2b之周邊部接觸之扣止部3d。該例中，扣止部3d係藉由使劃定開口3c之第2部分R2之內面位於較劃定第1部分R1之內面更內側而形成。該例中，扣止部3d之厚度與衝模2c之厚度相等，但扣止部3d之厚度亦可較衝模2c之厚度厚，或亦可較薄。
冷卻單元21具備用以將半導體器件2之熱散熱之外殼31。 外殼31例如藉由金屬而形成為大致圓板狀之塊狀。外殼31係以與半導體器件2及保持部3b對向之方式配置。
外殼31具有第1表面31a，及與第1表面31a為相反側之第2表面31b。第1表面31a係於冷卻單元21安裝於載物台3之狀態下，與半導體器件2及保持部3b對向之表面。於外殼31，設有沿垂直於第1表面31a之方向D1貫通外殼31之開口32。開口32呈例如向第2表面31b側擴展之大致圓錐台形狀。開口32作為使來自半導體器件2之光通過之光通過部發揮功能。
於第1表面31a，形成有凹部33。該例中，凹部33係藉由使第1表面31a之周緣部31a1以外之部分較周緣部31a1低而形成。凹部33具有第1部分34及第2部分35。第1部分34係自方向D1觀察之情形時，包圍開口32之圓環狀部分。第2部分35係自方向D1觀察之情形時，位於第1部分34之外側，與第1部分34相連之圓環狀部分。第2部分35之深度較第1部分34之深度深。第1部分34之底面34a與開口32相連，自方向D1觀察之情形時，包圍開口32。底面34a係平面狀延伸，自方向D1觀察之情形時，呈圓環狀。
於第1部分34之底面34a，形成有旋渦狀(螺旋狀)延伸之槽部(凹部)36(圖7及圖8)。於第2部分35之底面35a，形成有分別供彈性構件41、42配置之一對配置槽37。彈性構件41、42係夾於外殼31與保持部3b間，用於密封空間S1之構件。如圖3所示，彈性構件41、42形成為例如環狀。於圖3中，為容易理解，以影線表示彈性構件41、42。如圖3所示，於第1表面31a之周緣部31a1，於圓周方向相隔一定間隔配置有4個磁鐵38。藉由利用磁鐵38之引力，而可將外殼31可卸下地安裝於保持部3b。
於外殼31，設有供供給於空間S1之流體5流動之4條供給流路51，及供自空間S1排出之流體5流動之4條排出流路52。各供給流路51係直線狀延伸，於外殼31之外側面31c及開口32之內面32a開口。4條供給流路51係於周向空出一定間隔配置。於外側面31c之各開口，設有可開閉之閥53。如圖3所示，各閥53係連接於供自儲存槽22供給之流體5流動之配管P1。供給流路51中，流體5自外側面31c向內面32a流動，將流體5排出至開口32內。即，供給流路51係以向開口32排出流體5之方式構成。
各排出流路52係直線狀延伸，於外殼31之外側面31c及第2部分35之底面35a開口。4條排出流路52係於周向空出一定間隔配置。於外側面31c之各開口，設有可開閉之閥54。如圖3所示，各閥54係連接於供排出至排水槽24之流體5流動之配管P2。排出流路52中，流體5自底面35a向外側面31c流動，將流體5排出至外殼31之外部。圖3係顯示將流體5自排出流路52排出至底面35a之排出口52a。
再者，於外殼31，設有供用以冷卻外殼31之冷媒6流動之冷媒流路55。冷媒6例如為水。冷媒流路55例如與方向D1垂直而平面狀延伸，自方向D1觀察之情形時，呈包圍開口32之圓環狀。冷媒流路55於外殼31之外側面31c對外部開口。該例中，冷媒流路55於周向空出一定間隔，於4處開口。如圖5所示，於各開口設有可開閉之閥56。如圖3所示，各閥56係連接於供冷媒6流動之配管P3。冷媒流路55中，冷媒6自一個或複數個開口向其他開口流動，冷媒6於冷媒流路55內流動。藉此，將外殼31冷卻。圖4及圖5中，以陰影線表示冷媒6流動之區域。
再次參照圖1，說明流體5及冷媒6流動之路徑。流體5係儲存於儲存槽22。儲存槽22內之流體5藉由壓縮機(省略圖示)升壓，經由調 壓器23供給於供給流路51。4個調壓器23分別經由配管P1連接於供給流路51。各調壓器23係藉由控制部15控制，使流動於供給流路51之流體之壓力變化。藉此，調整流動於空間S1之流體5之壓力。於排水槽24，儲存自排出流路52排出之流體5。冷卻器25使冷媒6冷卻，並於冷媒流路55內循環。流體5於流動於供給流路51期間藉由外殼31予以冷卻。
如圖2等所示，於外殼31之外側面31c，設有2個漏水感測器43、44。漏水感測器43係以沿與外側面31c之第1表面31a之邊界延伸之方式配置。漏水感測器43檢測流體5是否自外殼31與保持部3b間洩漏。漏水感測器44係以沿與外側面31c之第2表面31b之邊界延伸之方式配置。漏水感測器44檢測流體5或冷媒6是否自閥53、54、56洩漏，及冷媒6是否自形成於冷媒流路55之間隙等洩漏。
[對物透鏡模組]
如圖2~圖8所示，冷卻單元21與對物透鏡16組合，構成對物透鏡模組60。對物透鏡模組60除上述冷卻單元21及對物透鏡16以外，具備安裝於對物透鏡16之固浸透鏡單元61。固浸透鏡單元61具備固浸透鏡62及支撐架63。對物透鏡16係以經由外殼31之開口32與半導體器件2對向之方式配置。固浸透鏡62係藉由支撐架63於開口32內被保持，位於對物透鏡16之光軸L上。該例中，光軸L之延伸方向與方向D1平行。
以下之說明中，於配置於載物台3之半導體器件2與對物透鏡16對向之狀態下，將相對於半導體器件2對物透鏡16所在之側設為下側，將相對於對物透鏡16半導體器件2所在之側設為上側。
如圖6所示，固浸透鏡62具有抵接面62a、球面62b、錐形面62c、及周面62d。抵接面62a為平坦面，與半導體器件2之衝模2c抵 接。球面62b為向下側凸的半球形狀之面，與對物透鏡16對向。錐形面62c為向下側擴展之圓錐台形狀之面，自抵接面62a之外緣向下側延伸。周面62d為圓柱形狀之面，連接於球面62b之外緣及錐形面62c之外緣。包含錐形面62c之假想圓錐之頂面與固浸透鏡62之球心C(球面62b之曲率中心)一致，於抵接面62a之上側，位於對物透鏡16之光軸L上。球心C與固浸透鏡62之焦點一致。
固浸透鏡62係藉由與半導體器件2之基板材料實質相同或接近其折射率之高折射率材料形成。作為其代表例，列舉Si、GaP、GaAs等。固浸透鏡62使觀察光透過。藉由使固浸透鏡62與半導體器件2光學密著，而可將半導體器件2本身使用作為固浸透鏡62之一部分。根據使用固浸透鏡62之半導體器件2之背面解析，於使對物透鏡16之焦點與形成於半導體器件2之基板表面之積體電路一致時，可利用固浸透鏡62之效果，使數值孔徑(NA)較高之光束通過半導體器件2中，可高解析度化。
固浸透鏡62係於開口32內藉由支撐架63保持。支撐架63具備本體部71及可撓性構件72。本體部71具有側壁部73及蓋部74。本體部71係藉由非磁性材料(例如鋁、鋁合金、非磁性不鏽鋼等)形成。側壁部73形成為筒形狀。側壁部73係連結於設置於對物透鏡16之側面之機構部16a。蓋部74係以蓋住側壁部73上側之開口之方式，與側壁部73一體形成。
於蓋部74形成有供固浸透鏡62配置之開口74a。開口74a配置於光軸L上，於上側及下側開口。蓋部74具有自開口74a之內面向開口74a之中心側延伸之複數(例如3個)突出部75。突出部75呈尖細形狀，半導體器件2側之面成為以隨著靠近開口74a之中心而靠近對物透鏡16之方式 傾斜之傾斜面。複數個突出部75例如於周向空出一定間隔配置。
可撓性構件72係例如藉由樹脂等形成，呈如面狀之構件彎折之形狀。可撓性構件72以蓋住蓋部74之開口74a之方式，設置對於蓋部74與對物透鏡16相反側。於可撓性構件72形成有供固浸透鏡62配置之開口72a。開口72a配置於光軸L上。可撓性構件72具有沿開口72a之緣與固浸透鏡62之周緣部(該例中，為錐形面62c及周面62d)結合之環狀密封部72b。藉由密封部72b，將固浸透鏡62及可撓性構件72之間水密地密封。可撓性構件72具有例如藉由熔著或接著而與蓋部74水密地結合之結合部72c。
固浸透鏡62係以抵接面62a及錐形面62c自可撓性構件72之開口72a向上側突出，且球面62b自蓋部74之開口74a向下側突出之方式，配置於開口72a及開口74a。球面62b與各突出部75之前端部接觸，抵接面62a及錐形面62c係藉由可撓性構件72保持。藉此，固浸透鏡62於抵接面62a與半導體器件2抵接前之狀態(圖8)下可搖動。例如，若固浸透鏡62搖動，則球面62b對於突出部75之前端部打滑，且可撓性構件72追隨固浸透鏡62之搖動而變形。固浸透鏡62成為可搖動，從而使抵接面62a與半導體器件2抵接時，容易使固浸透鏡62順沿半導體器件2而密著。其結果，例如即使半導體器件2對於光軸L傾斜配置之情形時，亦可使固浸透鏡62與半導體器件2良好地密著，可觀察半導體器件2。
對物透鏡模組60進而具備將支撐架63及外殼31間密封之密封構件64。密封構件64藉由例如樹脂等彈性材料而形成為環狀。密封構件64係配置於設置於外殼31之開口32之內面32a之凹部32b。密封構件64夾於側壁部73與凹部32b之底面間，將支撐架63與外殼31間水密地密封。
對物透鏡模組60進而具備將冷卻單元21及對物透鏡16互相連結之4個連結部81。各連結部81係藉由例如附有彈簧(彈推構件)82之螺栓83構成。各連結部81係配置於設置於外殼31之凹部33之第1部分34之配置孔84。配置孔84將第1部分34及開口32連通。4個連結部81係於周向空出一定間隔沿周向配置。各連結部81中，螺栓83之頭部配置於配置孔84，螺栓83之螺紋部與支撐架63之蓋部74螺合。彈簧82使外殼31向與對物透鏡16相反側彈推。於冷卻單元21安裝於載物台3之狀態下，藉由該彈推力，將外殼31按壓於保持部3b。其結果，彈性構件41、42彈性變形而與保持部3b密著，將外殼31及保持部3b間密封。
對物透鏡16之機構部16a具備將支撐架63向半導體器件2彈推之彈推機構16b(圖2)。彈推機構16b係用以確保固浸透鏡62對於半導體器件2之密著力而使用。彈推機構16b係藉由例如於軸向延伸之引導構件，及藉由引導構件保持之彈簧而構成。
[藉由冷卻單元形成之空間]
半導體器件2之檢查時，例如如圖8所示，自固浸透鏡62與半導體器件2隔開之狀態，藉由上述XYZ載物台使對物透鏡16移動，從而固浸透鏡62靠近半導體器件2，如圖7所示，固浸透鏡62移動至與半導體器件2接觸之狀態。於圖7之狀態下，藉由彈推機構16b確保(調整)固浸透鏡62對於半導體器件2之密著力。圖7及圖8之任一狀態下，冷卻單元21皆安裝於載物台3，於冷卻單元21與半導體器件2間形成空間S1。即，由於藉由連結部81將外殼31向保持部3b彈推，故如圖8所示，即使固浸透鏡62與半導體器件2隔開之狀態下，亦維持冷卻單元21與載物台3密著之狀態。
空間S1形成於半導體器件2之封裝2b及衝模2c，與設置於外殼31之凹部33之第1部分34之底面34a之間。即，該例中，第1部分34之底面34a成為與半導體器件2對向，與半導體器件2間劃定空間S1之空間劃定面。封裝2b與底面34a間之空間S1之深度較衝模2c與底面34a間之空間S1之深度更深。空間S1自方向D1觀察之情形時，與開口32相連，以包圍開口32之方式圓環狀延伸。空間S1之厚度(方向D1之最小厚度，即方向D1之衝模2c與底面34a間之距離)為0.05mm以上0.5mm以下。該例中，空間S1之厚度與第1部分34之深度和保持部3b之扣合部3d之厚度之和相等。上述槽部36以其至少一部分於空間S1露出之方式配置。
又，於固浸透鏡62與半導體器件2接觸之狀態下，於第1部分34之底面34a與保持部3b間，及第2部分35之底面35a與保持部3b間形成空間S2。第2部分35之空間S2之深度較第1部分34之空間S2之深度更深。空間S2於底面35a與排出流路52連接。於第2部分35之空間S2，儲存自空間S1排出至排出流路52之流體5。即，第2部分35之空間S2作為儲存排出至排出流路52之流體5之儲存部發揮功能。空間S2係連接於空間S1，自方向D1觀察之情形時，以包圍空間S1之方式圓環狀延伸。空間S2之外緣係藉由上述彈性構件41、42密封。
開口32內之空間S3係連接於供給流路51。於空間S3配置有固浸透鏡單元61，空間S3之對物透鏡16側之端部係藉由上述密封構件64密封。更具體而言，藉由彈性構件41、42將外殼31與保持部3b間密封，從而將空間S3之對物透鏡16側之端部密封。又，如上述，固浸透鏡62與可撓性構件72間，及可撓性構件72與支撐架63之蓋部74間係水密地密封。藉此，將藉由空間S1、S2及S3構成之空間(流路)密封。
自供給流路51供給於空間S3之流體5於空間S1~S3流動。流體5自空間S3經由空間S1向空間S2流動，自排出流路52排出。圖3、圖7及圖8中，以陰影線表示流體5流動之區域。該例中，自方向D1觀察之情形時，自供給流路51對空間S1~S3供給流體5之位置，位於較自空間S1~S3對排出流路52排出流體5之位置(排出口52a之位置)更內側。於空間S1~S3流動之流體5之壓力藉由調壓器23而變化。控制部15以使於空間S1~S3流動之流體5之壓力較冷卻單元21外部之壓力低之方式(即，以空間S1~S3內成為負壓之方式)，控制各調壓器23。藉此，可使冷卻單元21對載物台3較佳地密著。
[半導體檢查方法]
使用半導體檢查裝置1之半導體檢查方法中，首先，將半導體器件2配置(固定)於載物台3(第1步驟)。接著，以開口32與半導體器件2對向，且於外殼31與半導體器件2間劃定空間S1之方式，配置冷卻單元21(第2步驟)。更具體而言，例如藉由上述XYZ載物台使對物透鏡16(對物透鏡模組60)移動，以開口32與半導體器件2對向之方式，將冷卻單元21安裝於載物台3。藉此，於冷卻單元21與載物台3之間形成空間S1~S3。
接著，藉由XYZ載物台使對物透鏡16移動，從而使固浸透鏡62向半導體器件2移動，使固浸透鏡62之抵接面62a與半導體器件2抵接(圖7，第3步驟)。接著，藉由信號輸入裝置11驅動半導體器件2(第4步驟)。接著，使流體5於空間S1~S3流動，且藉由光檢測器14檢測來自驅動中之半導體器件2並通過開口32之光(第5步驟)。藉由以上步驟，如上述，可進行半導體器件2之檢查。另，驅動半導體器件2之第4步驟亦可於第2步驟或第3步驟之前進行。
變更觀察區域時，藉由XYZ載物台使對物透鏡16移動，從而使固浸透鏡62自半導體器件2遠離(圖8)。此時，由於藉由連結部81將外殼31向保持部3b彈推，故維持冷卻單元21與載物台3密著之狀態。又，亦藉由磁鐵38之吸引力，將外殼31向保持部3b彈推。接著，藉由XYZ載物台使對物透鏡16(對物透鏡模組60)於X軸方向及/或Y軸方向移動，使固浸透鏡62移動至對應於期望之觀察區域之位置。接著，藉由XYZ載物台使對物透鏡16移動，從而使固浸透鏡62向半導體器件2移動，使固浸透鏡62與半導體器件2抵接。藉此可變更觀察區域。
[作用及效果]
如上說明，將冷卻單元21使用於半導體器件2之檢查之情形時，例如以開口32與半導體器件2對向，且於第1部分34之底面34a與半導體器件2間劃定空間S1之方式，配置冷卻單元21。並且，使流體5經由供給流路51流動於該空間S1，且檢測自驅動中之半導體器件2出射並通過開口32之光。藉由使流體5流動於在外殼31與半導體器件2間劃定之空間S1，而可有效地冷卻半導體器件2。其理由係除藉由該流體5去除半導體器件2之熱外，亦將半導體器件2之熱經由該流體5效率良好地傳遞至外殼31之故。再者，由於使用流體5進行冷卻，故即使若半導體器件2因製造誤差或發熱而翹曲之情形時，流體5亦與半導體器件2良好地接觸。因此，此種情形時亦可確保冷卻性能。藉此，根據該冷卻單元21，可實現較高之冷卻性能。
針對藉由使流體5於空間S1流動，而使半導體器件2之有效冷卻成為可能之理由，進一步加以說明。流體流動於物體表面之情形時，於具有黏性之流體與物體之邊界，產生流速連續變化之邊界層。通常，該 邊界層之厚度愈厚，且流速相對於與物體之距離的變化愈少，則流體與物體間之熱交換速度愈慢。為了減薄該邊界層，一般係增加流速。然而，流體於微小間隙流動之情形時，若流量一定，則間隙愈窄流速愈增加。再者，邊界層內部之速度梯度與間隙之大小成反比，與流速成正比而變大。因此，可大幅抑制物體與流體間之熱阻。冷卻單元21中，藉由利用該現象，而可大幅抑制自半導體器件2向流體5之熱傳遞，及自流體5向外殼31之熱傳遞之熱阻，可效率良好地傳遞半導體器件2之熱。
作為其他冷卻方法，考慮使冷卻塊經由熱傳導油脂而與半導體器件2密著，將半導體器件2冷卻之方法。但，此種半導體檢查裝置1中，有因熱傳導油脂而妨礙固浸透鏡62對半導體器件2之密著之虞，故無法使用熱傳導油脂。相對於此，冷卻單元21中，於外殼31與半導體器件2間設置微小間隙(空間S1)，使流體5於該間隙流動，從而可使流體5作為動態油脂發揮功能。其結果，可有效地冷卻半導體器件2。
於外殼31設有供自空間S1排出之流體5流動之排出流路52。藉此，可使流體經由供給流路51及排出流路52於空間S1流動，可更有效地冷卻半導體器件2。
於外殼31設有供用以冷卻外殼31之冷媒6流動之冷媒流路55。藉此，可更佳地冷卻外殼31。
第1部分34之底面34a與開口32相連，以包圍開口32之方式平面狀延伸。藉此，可進而更有效地冷卻半導體器件2。
空間S1之厚度為0.05mm以上0.5mm以下。藉此，可進而更有效地冷卻半導體器件2。即，若空間S1之厚度為0.05mm以上0.5mm以下，則可藉由流體5有效去除半導體器件2之熱。其結果，例如可以0.2 升/分鐘左右之流量，將200W左右之半導體器件2冷卻。空間S1之厚度亦可為大於0mm且0.05mm以下。該情形時，流動於空間S1之流體5易作為熱傳導媒體發揮功能，可將半導體器件2之熱進而效率良好地傳遞至外殼31。空間S1之厚度亦可為0.1mm以上0.5mm以下。
劃定空間S1之空間劃定面係形成於外殼31之凹部33之底面34a。藉此，可更佳地於外殼31與半導體器件2間劃定空間S1。
冷卻單元21具備夾於外殼31與載物台3間，密封空間S1之彈性構件41、42。藉此，可更確實密封外殼31與半導體器件2間之空間S1。
於外殼31設有至少4條供給流路51。藉此，可進而更有效地冷卻半導體器件2。即，藉由設置至少2條供給流路51，而不論固浸透鏡62對於半導體器件2之接觸位置，均可對該接觸位置周邊供給流體5。再者，藉由設置至少2條供給流路51，而可使流動於空間S1之流體5之壓力控制容易化。設有至少3條供給流路51之情形時，顯著發揮該等作用效果。
自方向D1觀察之情形時，自供給流路51對空間S1供給流體5之位置，位於較自空間S1對排出流路52排出流體5之位置更內側。藉此，可進而更有效地冷卻半導體器件2。供給流路51係以向開口32排出流體5之方式構成。藉此，可進而更有效地冷卻半導體器件2。
於底面34a形成有槽部36。藉此，可使流動於空間S1之流體5亂流化，可將半導體器件2之熱進而效率良好地傳遞至外殼31。其理由係藉由亂流化，而可減薄邊界層之厚度，且使流動於空間S1之流體5之溫度均一化之故。
對物透鏡模組60具備將冷卻單元21向與對物透鏡16相反側彈推之彈簧82。藉此，可使冷卻單元21對載物台3更佳地密著。
支撐架63具有與固浸透鏡62之周緣部接觸，水密且可搖動地保持固浸透鏡62之可撓性構件72。藉此，由於固浸透鏡62可搖動，故容易使固浸透鏡62順沿半導體器件2而密著。再者，由於固浸透鏡62係水密地保持，故可防止流體5自固浸透鏡62周圍洩漏。
對物透鏡模組60具備夾於支撐架63與外殼31間，密封支撐架63與外殼31間之密封構件64。藉此，可防止流體5自支撐架63與外殼31間洩漏。
半導體檢查裝置1具備使流動於空間S1之流體5之壓力變化之調壓器23，及控制調壓器23之控制部15。藉此，可進而更有效地冷卻半導體器件2。
半導體檢查裝置1中，控制部15以使流動於空間S1之流體5之壓力較冷卻單元21外部之壓力低之方式，控制調壓器23。藉此，由於空間S1內成為負壓，故可使冷卻單元21對載物台3更佳地密著。又，可抑制空間S1~S3中流體5自間隙等洩漏。
[變化例]
冷卻單元21亦可如圖9、圖10及圖11所示之變化例般構成。變化例中，冷卻單元21係與對物透鏡16分開構成。未於對物透鏡16安裝固浸透鏡單元61。於外殼31之開口32，配置有光透過構件85。光透過構件85藉由例如玻璃而形成為板狀，使觀察光透過。光透過構件85係水密地蓋住開口32。光透過構件85例如以自開口32向半導體器件2側突出之方式配置，空出特定間隔，與半導體器件2之衝模2c對向。變化例中， 於半導體器件2之封裝2b及衝模2c，與設置於外殼31之凹部33之第1部分34之底面34a`之間形成空間S1。與上述實施形態同樣地，於第1部分34之底面34a與保持部3b之間，及第2部分35之底面35a與保持部3b之間形成空間S2。變化例中，由於藉由光透過構件87蓋住開口32，故空間S1不與開口32內之空間連接。
藉由此種變化例，亦可與上述實施形態同樣地，進行半導體器件2之檢查及觀察。又，根據上述理由，可實現較高之冷卻性能。再者，由於光透過構件85將開口32水密地蓋住，故可防止流體5自開口32洩漏。
如圖11所示，變化例之半導體檢查裝置1具備使冷卻單元21向載物台3彈推之彈推裝置90。彈推裝置90例如具有彈簧91，固定於XYZ載物台，藉由彈簧91將冷卻單元21於其周緣部彈推。藉此，可使冷卻單元21對載物台3更佳地密著。
半導體器件2之檢查時，對物透鏡16定位於圖11(a)所示之檢查位置。變更觀察區域之情形時，切換對物透鏡16之透鏡時，對物透鏡16自檢查位置下降至圖11(b)所示之透鏡切換位置。並且，使之於XY方向移動至對應於期望之觀察區域之位置後，上升至檢查位置。另一方面，變更觀察區域之情形時，未切換對物透鏡16之透鏡時，對物透鏡16保持定位於檢查位置之狀態，於XY方向移動至對應於特定之觀察區域之位置。
各構成之材料及形狀不限於上述材料及形狀，可採用各種材料及形狀。上述實施形態中，半導體檢查裝置1係作為自鉛垂下側對半導體器件2進行觀察之裝置而構成，但亦可作為自鉛垂上側對半導體器件2進行觀察之裝置而構成。該情形時，亦可將半導體器件2載置於載物台3 上。
上述實施形態中，與半導體器件2之間劃定空間S1之空間劃定畫面係藉由凹部33之底面即底面34a構成，但空間劃定面之構成不限於此。例如，亦可不於外殼31之第1表面31a形成凹部33，藉由平坦形成之第1表面31a構成空間劃定面。亦可於空間劃定面，設置與半導體器件2抵接並規定空間劃定面與半導體器件2間之間隔之突出部。該情形時，該突出部之高度成為空間S1之厚度。如變化例般設置光透過構件85之情形時，該突出部亦可設置於光透過構件85。
上述實施形態中，於第1部分34之底面34a形成漩渦狀延伸之槽部36，但只要於底面34a形成凹部及凸部之至少一者即可。例如，亦可於底面34a，形成於徑向排列配置之圓環狀之複數個槽部。即，亦可於底面34a形成同心圓狀之槽部。或者，亦可於底面34a，形成用以使流動於空間S1之流體5亂流化之複數個凸部。
上述實施形態中，外殼31係藉由包含水之冷媒6冷卻，但亦可藉由包含空氣之冷媒6冷卻。即，外殼31亦可非液冷而是空冷。該情形時，亦可使用溫度控制循環機。亦可於外殼31，設置用以檢測外殼31溫度之感測器。該情形時，可根據外殼31之溫度控制冷卻動作。亦可設置排出流路52及冷媒流路55之至少一者。未設置排出流路52之情形時，流體5亦可例如自形成於載物台3與外殼31間之間隙排出。供給流路51及排出流路52之至少一者亦可僅設置一個。
亦可代替壓縮機之升壓而藉由提高儲存槽22之位置，而提高儲存槽22內之流體之壓力。亦可於供給流路51及排出流路52之至少一者設置流量感測器。亦可將儲存於排水槽24之流體5於藉由過濾器等去除 污垢後，返回至儲存槽22而再利用。
半導體器件2不限於包含邏輯LSI之器件。半導體器件2亦可為個別半導體元件(離散)、光電子元件、感測器/致動器、記憶體元件、或線性IC(Integrated Circuit，積體電路)等、或該等之混合器件等。個別半導體元件包含二極體、功率電晶體等。半導體器件2亦可為包含半導體器件之封裝、複合基板等。半導體器件2亦可藉由例如將複數個元件(電容器等)製作於矽基板而形成。上述實施形態中，係藉由控制信號輸入裝置11等之控制部15控制調壓器23及冷卻器25，但控制調壓器23及冷卻器25之控制部亦可與控制信號輸入裝置11等之控制部分開構成。
2:半導體器件
2a:表面
2b:封裝
2c:衝模
3:載物台
3a:DUT板
3b:保持部
3c:開口
3d:扣止部
5:液體
6:冷媒
16:對物透鏡
31:外殼
32:開口(光通過部)
32a:內面
32b:凹部
34:第1部分
34a:底面(空間劃定面)
36:槽部(凹部)
51:供給流路
55:冷媒流路
61:固浸透鏡單元
62:固浸透鏡
62a:抵接面
63:支撐架
64:密封構件
71:本體部
72:可撓性構件
73:側壁部
74:蓋部
75:突出部
81:連結部
82:彈簧(彈推構件)
83:螺栓
84:配置孔
D1:方向
L:光軸
R1:第1部分
R2:第1部分
S1:空間
S3:空間

Claims (23)

  1. 一種冷卻單元，其係用於半導體器件之檢查者，其包含用以將上述半導體器件之熱散熱之外殼；且於上述外殼，設有光通過部，其使來自上述半導體器件之光通過，上述外殼係具有空間劃定面，其於上述光通過部與上述半導體器件對向之狀態下，與上述半導體器件對向，於與上述半導體器件之間劃定空間，於上述外殼設有供給流路，其供供給至上述空間之流體流動，上述光通過部係設置為：使來自上述半導體器件之光沿著預定方向通過，上述空間劃定面係：與上述半導體器件在上述預定方向上對向而於與上述半導體器件之間劃定空間；於上述外殼進而設有排出流路，其供自上述空間排出之上述流體流動；自與上述空間劃定面垂直之方向觀察時，自上述供給流路對上述空間供給上述流體之位置係：位於較自上述空間對上述排出流路排出上述流體之位置內側。
  2. 如請求項1之冷卻單元，其中於上述外殼，進而設有冷媒流路，其係供用於冷卻外殼之冷媒流動。
  3. 如請求項1之冷卻單元，其中上述空間劃定面以包圍上述光通過部之 方式延伸。
  4. 如請求項1之冷卻單元，其中上述空間劃定面係平面狀延伸。
  5. 如請求項1之冷卻單元，其中上述空間劃定面係與光通過部相連。
  6. 如請求項1之冷卻單元，其中上述空間劃定面為形成於上述外殼之凹部之底面。
  7. 如請求項1之冷卻單元，其中上述空間之厚度為0.05mm以上0.5mm以下。
  8. 如請求項1之冷卻單元，其中上述空間之厚度大於0mm且0.05mm以下。
  9. 如請求項1之冷卻單元，其進而包含彈性構件，其夾於上述外殼與供上述半導體器件配置之載物台之間，密封上述空間。
  10. 如請求項1之冷卻單元，其中於上述外殼，設有至少2條上述供給流路。
  11. 如請求項1之冷卻單元，其中上述供給流路係以向上述光通過部排出上述流體之方式構成。
  12. 如請求項1之冷卻單元，其中於上述空間劃定面，形成有凹部及凸部之至少一者。
  13. 如請求項1之冷卻單元，其中上述光通過部係藉由將光透過構件配置於設置在上述外殼之開口而構成。
  14. 如請求項13之冷卻單元，其中上述光透過構件係水密地蓋住上述開口。
  15. 一種對物透鏡模組，其包含：如請求項1至12中任一項之冷卻單元；對物透鏡，其與上述光通過部對向；及固浸透鏡，其以位於上述對物透鏡之光軸上之方式被保持，且上述光通過部係藉由設置於上述外殼之開口而構成，上述固浸透鏡係配置於上述開口。
  16. 如請求項15之對物透鏡模組，其進而包含彈推構件，其將上述冷卻單元向上述對物透鏡之相反側彈推。
  17. 如請求項15或16之對物透鏡模組，其進而包含支撐架，其安裝於上述對物透鏡，保持上述固浸透鏡，上述支撐架包含可撓性構件，其與上述固浸透鏡之周緣部接觸，水密且可搖動地保持上述固浸透鏡。
  18. 如請求項15或16之對物透鏡模組，其進而包含：支撐架，其安裝於上述對物透鏡，保持上述固浸透鏡；及密封構件，其夾於上述支撐架與上述外殼之間，將上述支撐架與上述外殼之間密封。
  19. 一種半導體檢查裝置，其包含：如請求項1至14中任一項之冷卻單元；載物台，其供上述半導體器件配置；對物透鏡，其介隔上述光通過部與上述半導體器件對向；及光檢測器，其經由上述光通過部及上述對物透鏡，檢測來自上述半導體器件之光。
  20. 如請求項19之半導體檢查裝置，其進而包含：壓力調整部，其使流動於上述空間之上述流體之壓力變化；及控制部，其控制上述壓力調整部。
  21. 如請求項20之半導體檢查裝置，其中上述控制部以流動於上述空間之上述流體之壓力低於上述冷卻單元外部之壓力之方式，控制上述壓力調整部。
  22. 如請求項19至21中任一項之半導體檢查裝置，其進而包含彈推裝置，其將上述冷卻單元向上述載物台彈推。
  23. 一種半導體檢查方法，其包含如下步驟：將半導體器件配置於載物台之步驟；配置具有設有使來自半導體器件之光通過之光通過部之外殼的冷卻單元之步驟，其中以上述光通過部與上述半導體器件對向，且在來自上述半導體器件之光通過上述光通過部之方向上，於上述外殼與上述半導體器件之間劃定空間之方式，配置上述冷卻單元；驅動上述半導體器件之步驟；及使流體於上述空間流動，且藉由光檢測器檢測來自驅動中之上述半導體器件並通過上述光通過部之光之步驟；自與劃定上述空間之空間劃定面垂直之方向觀察時，自設於上述外殼而供供給至上述空間之流體流動的供給流路對上述空間供給上述流體之位置係：位於較自上述空間對設於上述外殼而供自上述空間排出之上述流體流動之排出流路排出上述流體之位置內側。
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