WO2018110221A1 - 固浸レンズユニット及び半導体検査装置 - Google Patents

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WO2018110221A1
WO2018110221A1 PCT/JP2017/041852 JP2017041852W WO2018110221A1 WO 2018110221 A1 WO2018110221 A1 WO 2018110221A1 JP 2017041852 W JP2017041852 W JP 2017041852W WO 2018110221 A1 WO2018110221 A1 WO 2018110221A1
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solid immersion
immersion lens
holder
lens unit
semiconductor device
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PCT/JP2017/041852
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共則 中村
明裕 中村
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浜松ホトニクス株式会社
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    • G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems
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    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes

Definitions

  • One aspect of the present invention relates to a solid immersion lens unit and a semiconductor inspection apparatus.
  • miniaturization of internal structures is proceeding at a level below the wavelength of light.
  • the wiring layers are becoming multi-layered. Therefore, when observing a semiconductor device, the internal structure is observed from the surface of the semiconductor device opposite to the device (integrated circuit or the like) side. At this time, due to the restriction due to the band gap of the substrate material of the semiconductor device, shortening the wavelength of light is restricted, and as a result, the size of the observable internal structure is also restricted.
  • a solid immersion lens may be used.
  • SIL solid immersion lens
  • Patent Document 1 uses an elastic member or an air bearing so that the contact surface of the solid immersion lens can be brought into close contact with the surface of the inspection object even if the surface of the inspection object is inclined. An example in which the solid immersion lens is held so as to be swingable is described.
  • one aspect of the present invention provides a solid immersion lens unit capable of easily bringing the contact surface of the solid immersion lens into close contact with the surface of the inspection object, and a semiconductor inspection apparatus including such a solid immersion lens unit.
  • the purpose is to do.
  • a solid immersion lens unit includes a solid immersion lens having an abutting surface to be in contact with an object to be inspected and a spherical surface facing an objective lens, a holder for holding the solid immersion lens, and a holder And a sphere that is rotatably held by the magnetic force of the magnet at a position facing the spherical surface, and the holder holds the solid immersion lens in a swingable manner while the spherical surface is in contact with the sphere. ing.
  • the spherical surface of the solid immersion lens contacts a sphere held rotatably by the magnetic force of the magnet.
  • the sphere rotates while the spherical surface of the solid immersion lens and the surface of the sphere are in point contact. Therefore, the solid immersion lens swings smoothly so as to follow the surface of the inspection object. Therefore, according to this solid immersion lens unit, the contact surface of the solid immersion lens can be easily adhered to the surface of the inspection object.
  • the holder may be provided with an accommodating portion for accommodating a sphere.
  • the magnet may be provided in the holder so as to face the central portion of the housing portion.
  • the solid immersion lens unit according to one aspect of the present invention, three or more spheres may be provided. Thereby, the solid immersion lens can be slid more smoothly.
  • the holder may be formed of a nonmagnetic material. Therefore, it can prevent that holding
  • the solid immersion lens unit in the solid immersion lens unit according to one aspect of the present invention, at least a region of the holder surface in contact with the sphere may be subjected to a curing process. Thereby, it can suppress that the surface of a holder is damaged by a spherical body contacting. Further, the frictional force generated between the sphere and the surface of the holder can be reduced, and the solid immersion lens can be swung more smoothly.
  • the solid immersion lens unit according to one aspect of the present invention may further include a support mechanism that movably supports the holder along a direction intersecting the spherical surface. Thereby, when the contact surface of the solid immersion lens is brought into contact with the surface of the inspection object, the pressure applied to the contact surface of the solid immersion lens can be relieved.
  • the magnet may have a spherical shape. Thereby, the position of the sphere held by the magnet can be further stabilized.
  • a semiconductor inspection apparatus includes a stage on which a semiconductor device is mounted, an optical system through which light from the semiconductor device passes, and a photodetector that detects light that has passed through the optical system.
  • the optical system includes an objective lens and the solid immersion lens unit described above.
  • the semiconductor device can be inspected with high accuracy.
  • a solid immersion lens unit capable of easily bringing the contact surface of the solid immersion lens into close contact with the surface of the inspection object, and a semiconductor inspection apparatus including such a solid immersion lens unit. It becomes possible to do.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the solid immersion lens unit shown in FIG. 2. It is a bottom view of the bottom wall part of the holder of the solid immersion lens unit shown by FIG.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the solid immersion lens unit shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the solid immersion lens unit shown in FIG. 2. It is sectional drawing of a part of solid immersion lens unit in a modification.
  • the semiconductor inspection apparatus 100 is an apparatus that acquires an image of a semiconductor device (inspection target) S and inspects internal information of the semiconductor device S.
  • the semiconductor device S is, for example, an individual semiconductor element (discrete), an optoelectronic element, a sensor / actuator, a logic LSI (Large Scale Integration), a memory element, a linear IC (Integrated Circuit), or a hybrid device thereof.
  • the individual semiconductor element includes a diode, a power transistor, and the like.
  • the logic LSI is composed of a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure transistor, a bipolar structure transistor, or the like.
  • the semiconductor device S may be a package including a semiconductor device, a composite substrate, or the like.
  • the internal information to be inspected includes information on the circuit pattern of the semiconductor device S, weak light emission from the semiconductor device S (light emission caused by a defect in the semiconductor device S, transient light emission accompanying a switching operation of a transistor in the semiconductor device S, etc. ), Information on heat generation due to defects in the semiconductor device, and the like.
  • the semiconductor device S is molded with a resin M so that the surface Sa is exposed, and constitutes a mold type semiconductor device.
  • the surface Sa is a surface of the semiconductor device S opposite to the device (integrated circuit or the like) side.
  • the semiconductor inspection apparatus 100 includes an observation unit 110, a control unit 120, an analysis unit 130, and a display device 140.
  • the observation unit 110 observes the semiconductor device S.
  • the control unit 120 controls the operation of the observation unit 110.
  • the analysis unit 130 performs processing and instructions necessary for the inspection of the semiconductor device S.
  • the display device 140 is electrically connected to the analysis unit 130 and displays images, data, and the like acquired or analyzed by the analysis unit 130.
  • the display device 140 is a display, for example.
  • the observation unit 110 includes a stage 111, an optical system 112, a two-dimensional camera (photodetector) 113, a moving mechanism 114, and an LSM (Laser Scanning Microscope) unit 115.
  • the semiconductor device S is mounted on the stage 111 with the surface Sa facing the optical system 112 side.
  • the moving mechanism 114 moves the optical system 112, the two-dimensional camera 113, and the LSM unit 115.
  • the optical system 112 includes a plurality of objective lenses 150, a camera optical system 112a, and an LSM unit optical system 112b.
  • the magnification of each objective lens 150 is different from each other.
  • Each objective lens 150 is made to face the surface Sa of the semiconductor device S placed on the stage 111.
  • a correction ring 152 and a correction ring adjustment motor 153 are attached to the objective lens 150. By adjusting the correction ring 152 by driving the correction ring adjustment motor 153, it is possible to reliably focus the objective lens 150 on a portion to be observed.
  • the camera optical system 112 a guides light from the semiconductor device S to the two-dimensional camera 113.
  • the two-dimensional camera 113 detects light guided by the camera optical system 112a (light that has passed through the optical system 112).
  • the two-dimensional camera 113 can output image data for creating an image such as a circuit pattern of the semiconductor device S.
  • a CCD area image sensor, a CMOS area image sensor, or the like is mounted on the two-dimensional camera 113.
  • the two-dimensional camera 113 may be, for example, an InGaAs camera, an InSb camera, an MCT camera, or the like.
  • the LSM unit optical system 112 b guides the laser light emitted from the LSM unit 115 to the semiconductor device S and guides the laser light reflected by the semiconductor device S to the LSM unit 115.
  • the LSM unit optical system 112b includes an optical scanning unit such as a galvanometer mirror, a polygon mirror, or a MEMS mirror, and scans the semiconductor device S with laser light.
  • the LSM unit 115 emits laser light generated by the light source and detects the laser light reflected by the semiconductor device S by the photodetector 115a.
  • the light source may generate, for example, CW (Continuous Wave) light or pulsed light irradiated on the semiconductor device S.
  • the light generated by the light source may be not only coherent light such as laser light but also incoherent (non-coherent) light.
  • a light source that outputs coherent light a solid-state laser light source, a semiconductor laser light source, or the like can be used.
  • SLD Super Luminescent Diode
  • ASE Ampton
  • LED Light Emitting Diode
  • the photodetector 115a is, for example, an avalanche photodiode, a photodiode, a photomultiplier tube, a superconducting single photon detector, or the like.
  • the intensity of the laser light detected by the photodetector 115a reflects the circuit pattern of the semiconductor device S. Therefore, the photodetector 115a can output image data for creating an image such as a circuit pattern of the semiconductor device S.
  • the control unit 120 includes a camera controller 121, an LSM controller 122, and a peripheral controller 123.
  • the camera controller 121 is electrically connected to the two-dimensional camera 113.
  • the LSM controller 122 is electrically connected to the LSM unit 115.
  • the camera controller 121 and the LSM controller 122 control operations of the two-dimensional camera 113 and the LSM unit 115, respectively, to control the execution of the observation of the semiconductor device S (acquisition of images), the setting of the observation conditions of the semiconductor device S, and the like. To do.
  • the peripheral controller 123 is electrically connected to the moving mechanism 114.
  • the peripheral controller 123 controls the movement of the optical system 112, the two-dimensional camera 113, and the LSM unit 115, and their alignment by controlling the operation of the moving mechanism 114.
  • the peripheral controller 123 is electrically connected to a correction ring adjustment motor 153 (see FIG. 2).
  • the peripheral controller 123 controls the adjustment of the correction ring 152 (see FIG. 2) by controlling the driving of the correction ring adjustment motor 153.
  • the analysis unit 130 includes an image analysis unit 131 and an instruction unit 132.
  • the analysis unit 130 is configured by a computer including a processor (CPU) and RAMs and ROMs as recording media.
  • the analysis unit 130 is electrically connected to each of the camera controller 121, the LSM controller 122, and the peripheral controller 123.
  • the image analysis unit 131 creates an image based on the image data output from each of the camera controller 121 and the LSM controller 122, and executes analysis processing and the like.
  • the instruction unit 132 refers to the input content by the operator, the analysis content by the image analysis unit 131, and the like, and instructs the control unit 120 regarding execution of the inspection of the semiconductor device S in the observation unit 110.
  • An operation unit (not shown) is electrically connected to the analysis unit 130.
  • the user operates the operation unit to operate the semiconductor inspection apparatus 100.
  • the operation unit is, for example, a mouse or a keyboard.
  • the operation unit may be a touch panel built in the display device 140, for example
  • the optical system 112 further includes a solid immersion lens unit 1 in addition to the objective lens 150 and the like described above.
  • the solid immersion lens unit 1 includes a solid immersion lens 2, a holder 3, and a support mechanism 4.
  • the side where the objective lens 150 is positioned with respect to the semiconductor device S is the upper side, and the objective lens 150 is The side on which the semiconductor device S is located is the lower side.
  • the holder 3 holds the solid immersion lens 2.
  • the holder 3 includes a side wall portion 31, a bottom wall portion 32, and a support member 33.
  • the side wall portion 31 has a cylindrical shape.
  • the bottom wall portion 32 is formed integrally with the side wall portion 31 so as to close the lower opening of the side wall portion 31.
  • the support member 33 is attached to the bottom wall portion 32 from below.
  • the side wall portion 31 and the bottom wall portion 32 and the support member 33 are made of a nonmagnetic material (for example, aluminum, aluminum alloy, nonmagnetic stainless steel, or the like).
  • the support mechanism 4 supports the holder 3 so as to be movable in a direction parallel to the optical axis L of the objective lens 150.
  • the support mechanism 4 includes an attachment member 41, a plurality of linear guides 42, and a plurality of compression coil springs 43.
  • the attachment member 41 has a cylindrical shape and is attached to the lower end portion 151 a of the lens barrel 151 of the objective lens 150.
  • the plurality of linear guides 42 are disposed between the outer surface of the attachment member 41 and the inner surface of the side wall portion 31 of the holder 3.
  • the plurality of linear guides 42 are arranged around the optical axis L at an equal pitch.
  • the plurality of compression coil springs 43 are disposed between the lower end surface of the attachment member 41 and the upper surface of the bottom wall portion 32 of the holder 3.
  • the plurality of compression coil springs 43 are arranged around the optical axis L at an equal pitch. Thereby, when an external force is applied to the holder 3 from below, the holder 3 moves upward from the initial position against the biasing force of the plurality of compression coil springs 43, and when the external force is removed from the holder 3, a plurality of The holder 3 is returned to the initial position by the biasing force of the compression coil spring 43.
  • the solid immersion lens 2 has a contact surface 2a, a spherical surface 2b, a tapered surface 2c, and a peripheral surface 2d.
  • the abutting surface 2a is a flat surface and is brought into contact with the surface Sa of the semiconductor device S.
  • the spherical surface 2 b is a hemispherical surface convex upward, and is opposed to the objective lens 150.
  • the tapered surface 2c is a frustoconical surface that spreads upward, and extends upward from the outer edge of the contact surface 2a.
  • the peripheral surface 2d is a cylindrical surface, and connects the outer edge of the spherical surface 2b and the outer edge of the tapered surface 2c.
  • the vertex of the virtual cone including the tapered surface 2c coincides with the spherical center C (the center of curvature of the spherical surface 2b) of the solid immersion lens 2, and is located on the optical axis L below the contact surface 2a.
  • the material of the solid immersion lens 2 is a material (for example, Si, GaP, GaAs, etc.) that is substantially the same as or close to the refractive index of the substrate material of the semiconductor device S.
  • the shape of the solid immersion lens 2 is determined by the condition that the aberration is substantially eliminated.
  • the spherical center C is a focal point.
  • the solid immersion lens 2 is held by the holder 3 so as to be positioned on the optical axis L on the lower side (front side) of the objective lens 150.
  • the holding structure of the solid immersion lens 2 in the holder 3 will be described in more detail.
  • an opening 32 a is formed in the bottom wall portion 32.
  • the shape of the opening 32a when viewed from a direction parallel to the optical axis L is, for example, a circular shape having the optical axis L as a center line, and the inner diameter thereof is the outer diameter of the solid immersion lens 2 (outside of the peripheral surface 2d). Smaller than the diameter).
  • a plurality of convex portions 34 are provided at the edge of the opening 32a.
  • the plurality of convex portions 34 are formed integrally with the bottom wall portion 32 of a nonmagnetic material.
  • the plurality of convex portions 34 are arranged around the optical axis L at an equal pitch. In the present embodiment, the three convex portions 34 are arranged around the optical axis L at a pitch of 120 °.
  • the support member 33 has an annular shape, and is attached to the bottom wall portion 32 from below by, for example, being screwed to each convex portion 34.
  • the shape of the opening of the support member 33 when viewed from a direction parallel to the optical axis L is, for example, a circular shape having the optical axis L as the center line, and the inner diameter thereof is slightly larger than the outer diameter of the solid immersion lens 2. large.
  • An inward flange 33 a is integrally formed at the lower end portion of the support member 33.
  • the shape of the opening of the inward flange 33a when viewed from a direction parallel to the optical axis L is, for example, a circular shape having the optical axis L as the center line, and the inner diameter thereof is larger than the outer diameter of the solid immersion lens 2. small.
  • the solid immersion lens 2 is disposed so that the contact surface 2a protrudes downward from the opening of the inward flange 33a and the peripheral surface 2d is positioned inside the opening of the support member 33.
  • the inner diameter of the opening of the support member 33 is slightly larger than the outer diameter of the solid immersion lens 2
  • the movement of the solid immersion lens 2 in the direction perpendicular to the optical axis L is restricted, while the optical axis
  • the movement of the solid immersion lens 2 in the direction parallel to L and the swinging of the solid immersion lens 2 (moving so as to tilt about 1 ° with respect to the optical axis L) are allowed.
  • the inner diameter of the opening of the inward flange 33a is smaller than the outer diameter of the solid immersion lens 2, the solid immersion lens 2 is prevented from falling off.
  • a plurality of accommodation holes 36 are formed on the upper surface of the bottom wall portion 32.
  • the plurality of receiving holes 36 are arranged so as to correspond to the plurality of convex portions 34, respectively.
  • the magnet 5 is accommodated in each accommodation hole 36.
  • Each magnet 5 has, for example, a cylindrical shape, and its center line is directed toward the spherical center C of the solid immersion lens 2.
  • the holder 3 is provided with a plurality of magnets 5.
  • Each inclined portion 34 has an inclined surface 34a.
  • Each inclined surface 34 a faces the spherical surface 2 b of the solid immersion lens 2.
  • a housing portion 35 is formed on each inclined surface 34a.
  • Each accommodating part 35 is a cylindrical recessed part, for example.
  • the magnet 5 is provided in the holder 3 so as to face the central portion of the housing portion 35.
  • the center line of the accommodating portion 35 coincides with the center line of the magnet 5 accommodated in the corresponding accommodating hole 36.
  • the bottom surface 35 a of each housing portion 35 is a flat surface and faces the spherical surface 2 b of the solid immersion lens 2.
  • the side surface 35b of each accommodating portion 35 has a cylindrical shape.
  • the distance between the bottom surface 35 a and the inclined surface 34 a (that is, the height of the side surface 35 b) is smaller than the diameter of the sphere 6.
  • the holder 3 is provided with a plurality of accommodating portions 35.
  • Sphere 6 is accommodated in each accommodating portion 35.
  • Each sphere 6 is formed of a magnetic material (for example, nickel, cobalt, iron, stainless steel, etc.).
  • the sphere 6 is rotatably held by the magnetic force of the magnet 5 accommodated in the corresponding accommodating hole 36 at the center of the bottom surface 35a (position facing the spherical surface 2b of the solid immersion lens 2). . In this state, a part of the sphere 6 protrudes from the accommodating portion 35.
  • the three spheres 6 are arranged around the optical axis L at a pitch of 120 °.
  • each housing portion 35 may be subjected to a curing process.
  • the inner surface of each accommodating portion 35 is an area where at least the sphere 6 is in contact with the surface of the holder 3.
  • the curing process is a process for increasing the hardness of the surface of the holder 3 (in the present embodiment, the inner surface of each housing portion 35) than the hardness of the interior of the holder 3 (in the present embodiment, the interior of each convex portion 34).
  • an alumite process can be used as the curing process.
  • the observation part in the semiconductor device S is specified by the objective lens 150 to which the solid immersion lens unit 1 is not attached.
  • the observation part is specified by an instruction to the peripheral controller 123 by the instruction unit 132 and a drive control of the moving mechanism 114 by the peripheral controller 123.
  • the objective lens 150 to which the solid immersion lens unit 1 is attached is switched, and the correction ring 152 of the objective lens 150 is adjusted.
  • the adjustment of the correction ring 152 is performed by an instruction from the instruction unit 132 to the peripheral controller 123 and a drive control of the correction ring adjustment motor 153 by the peripheral controller 123.
  • the correction ring 152 is adjusted according to the characteristics of the solid immersion lens 2 (thickness, refractive index, etc. of the solid immersion lens 2), the substrate thickness of the semiconductor device S, the substrate material of the semiconductor device S, and the like. To be implemented.
  • the contact surface 2a (see FIG. 3) of the solid immersion lens 2 is brought into close contact with the surface Sa of the semiconductor device S.
  • the close contact of the contact surface 2 a of the solid immersion lens 2 is implemented by an instruction to the peripheral controller 123 by the instruction unit 132 and a drive control of the moving mechanism 114 by the peripheral controller 123.
  • the focusing of the objective lens 150 is performed by an instruction to the peripheral controller 123 by the instruction unit 132 and a drive control of the moving mechanism 114 by the peripheral controller 123.
  • observation portion in the semiconductor device S is observed.
  • This observation of the observation part is performed by an instruction from the instruction unit 132 to each of the camera controller 121 and the LSM controller 122, and control of each operation of the two-dimensional camera 113 and the LSM unit 115.
  • the solid immersion lens 2 when the surface Sa of the semiconductor device S is inclined with respect to the optical axis L, the solid immersion lens 2 tries to swing so as to follow the surface Sa of the semiconductor device S.
  • Each sphere 6 rotates while the spherical surface 2b of the lens 2 and the surface of each sphere 6 are in point contact. Therefore, the solid immersion lens 2 swings smoothly so as to follow the surface Sa of the semiconductor device S. Therefore, according to the solid immersion lens unit 1, the contact surface 2 a of the solid immersion lens 2 can be easily adhered to the surface of the semiconductor device S.
  • the holder 3 is provided with an accommodating portion 35 that accommodates the sphere 6. As a result, it is possible to prevent a situation in which the sphere 6 moves to a place where the magnetic force sufficient to hold it does not move and the sphere 6 falls off.
  • the magnet 5 is provided on the holder 3 so as to face the central portion of the housing portion 35. Thereby, when the sphere 6 starts to move, it is possible to prevent a situation in which the sphere 6 and the side surface 35b of the housing portion 35 interfere with each other.
  • the solid immersion lens unit 1 In the solid immersion lens unit 1, three spheres 6 are provided. Thereby, the solid immersion lens 2 can be swung more smoothly.
  • the holder 3 is formed of a nonmagnetic material. Thereby, it can prevent that holding
  • each housing portion 35 which is a region in contact with the sphere 6, of the surface of the holder 3 is subjected to a curing process. Thereby, it can suppress that the inner surface of each accommodating part 35 is damaged by the spherical body 6 contacting. Further, the frictional force generated between the sphere 6 and the inner surface of each housing portion 35 can be reduced, and the solid immersion lens 2 can be swung more smoothly.
  • the support mechanism 4 supports the holder 3 so as to be movable along a direction intersecting the spherical surface 2 b of the solid immersion lens 2 (in this embodiment, the vertical direction).
  • the solid immersion lens 2 can be exchanged by removing the support member 33. Further, by removing the attachment member from the lower end portion 151a of the lens barrel 151 of the objective lens 150, the entire solid immersion lens unit 1 can be replaced.
  • the semiconductor inspection apparatus 100 includes the solid immersion lens unit 1 in which the contact surface 2a of the solid immersion lens 2 is easily in close contact with the surface Sa of the semiconductor device S. Therefore, according to the semiconductor inspection apparatus 100, the semiconductor device S can be inspected with high accuracy. [Modification]
  • the shape of the solid immersion lens 2 is not limited to a hemispherical shape, and may be a Weierstrass shape, for example.
  • a magnetic material cover that partially covers the spherical surface 2 b may be attached to the spherical surface 2 b of the solid immersion lens 2.
  • the magnet 5 may have a tapered shape toward the position where the sphere 6 is disposed.
  • the magnet 5 may be exposed at a position where the sphere 6 is disposed.
  • the magnet 5 may not be accommodated in the accommodation hole 36 and may be fixed to the upper surface of the bottom wall portion 32 by adhesion or the like, for example.
  • the number of the spheres 6 is not limited to three, but two or less may be provided, or four or more may be provided. However, if three or more spheres 6 are provided, the solid immersion lens 2 can be swung more smoothly and more stably.
  • the accommodating part 35 which accommodates the spherical body 6 is not limited to a recessed part.
  • a wall portion that surrounds the sphere 6 may be used as the accommodating portion 35.
  • the region of the holder 3 with which the sphere 6 contacts is not limited to a flat surface, and if the curvature is smaller than the spherical surface 2b of the solid immersion lens 2 (relaxed). A concave curved surface).
  • the semiconductor inspection apparatus 100 is not limited to the epi-illumination type apparatus in which the contact surface 2a of the solid immersion lens 2 is contacted with the surface Sa of the semiconductor device S from above, and the contact surface 2a of the solid immersion lens 2 is a semiconductor. It may be an inverted type apparatus that contacts the surface Sa of the device S from below. In the inverted semiconductor inspection apparatus 100, the spherical surface 2 b of the solid immersion lens 2 contacts the sphere 6 without contacting the contact surface 2 a of the solid immersion lens 2 with the surface Sa of the semiconductor device S from below. Yes. Also in this case, the contact surface 2a of the solid immersion lens 2 can be easily adhered to the surface of the semiconductor device S.
  • the magnet 5 is not limited to a cylindrical shape, and may have a shape having a spherical surface (curved curved surface on the sphere 6 side).
  • the magnet 5 may have a spherical shape. By adopting such a shape, the position of the sphere 6 held by the magnet 5 can be further stabilized.
  • SYMBOLS 1 Solid immersion lens unit, 2 ... Solid immersion lens, 2a ... Contact surface, 2b ... Spherical surface, 3 ... Holder, 4 ... Support mechanism, 5 ... Magnet, 6 ... Sphere, 35 ... Storage part, 100 ... Semiconductor test
  • inspection apparatus 111 ... stage, 112 ... optical system, 113 ... two-dimensional camera (photodetector), 150 ... objective lens, S ... semiconductor device (inspection object).

Abstract

固浸レンズユニットは、検査対象物に当接させられる当接面、及び対物レンズに対向させられる球面を有する固浸レンズと、固浸レンズを保持するホルダと、ホルダに設けられた磁石と、球面に対向する位置において磁石の磁力によって回転可能に保持された球体と、を備える。ホルダは、球面が球体に接触した状態において固浸レンズを揺動可能に保持している。

Description

固浸レンズユニット及び半導体検査装置
　本発明の一側面は、固浸レンズユニット及び半導体検査装置に関する。
　半導体デバイスでは、光の波長を下回るレベルでの内部構造の微細化が進んでいる。併せて、半導体デバイスでは、配線層の多層化が進んでいる。そのため、半導体デバイスを観察する場合、半導体デバイスにおけるデバイス（集積回路等）側とは反対側の表面から内部構造の観察等を実施する。このとき、半導体デバイスの基板材料のバンドギャップによる制約から、光の波長を短くすることが制限され、その結果、観察可能な内部構造のサイズも制限される。
　このような課題を解決して、高解像度での内部構造の観察等を実現するために、固浸レンズ（ＳＩＬ：Solid　Immersion　Lens）が用いられる場合がある。固浸レンズの当接面を検査対象物の表面に密着させてエバネッセント結合を実現することで、高解像度での内部構造の観察等を実現することが可能となる。例えば、特許文献１には、検査対象物の表面が傾いていたとしても、固浸レンズの当接面を検査対象物の表面に密着させることができるように、弾性部材又は空気軸受を用いて固浸レンズを揺動可能に保持する例が記載されている。
米国特許出願公開第２０１５／０２６０９７６号明細書
　しかしながら、特許文献１に記載の例では、弾性部材の弾性力又は空気軸受の空気圧が抵抗となって固浸レンズが滑らかに搖動せず、固浸レンズの当接面が検査対象物の表面に密着しないおそれがある。
　そこで、本発明の一側面は、固浸レンズの当接面を検査対象物の表面に密着させ易くすることができる固浸レンズユニット、及びそのような固浸レンズユニットを備える半導体検査装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る固浸レンズユニットは、検査対象物に当接させられる当接面、及び対物レンズに対向させられる球面を有する固浸レンズと、固浸レンズを保持するホルダと、ホルダに設けられた磁石と、球面に対向する位置において磁石の磁力によって回転可能に保持された球体と、を備え、ホルダは、球面が球体に接触した状態において固浸レンズを揺動可能に保持している。
　この固浸レンズユニットでは、固浸レンズの球面が、磁石の磁力によって回転可能に保持された球体に接触する。これにより、固浸レンズが搖動しようとすると、固浸レンズの球面と球体の表面とが点接触しつつ球体が回転する。したがって、固浸レンズが検査対象物の表面に倣うように滑らかに搖動する。よって、この固浸レンズユニットによれば、固浸レンズの当接面を検査対象物の表面に密着させ易くすることができる。
　本発明の一側面に係る固浸レンズユニットでは、ホルダには、球体を収容する収容部が設けられていてもよい。これにより、保持するのに十分な磁力が及ばない場所に球体が移動して球体が脱落するような事態を防止することができる。
　本発明の一側面に係る固浸レンズユニットでは、磁石は、収容部の中央部に対向するようにホルダに設けられていてもよい。これにより、球体が移動し始めた際に、球体と収容部の側面とが干渉するような事態を防止することができる。
　本発明の一側面に係る固浸レンズユニットでは、球体は、３つ以上設けられていてもよい。これにより、固浸レンズをより滑らかに搖動させることができる。
　本発明の一側面に係る固浸レンズユニットでは、ホルダは、非磁性材料によって形成されていてもよい。これにより、ホルダが磁力を帯びることで磁石の磁力による球体の保持が不安定になるのを防止することができる。
　本発明の一側面に係る固浸レンズユニットでは、ホルダの表面のうち、少なくとも球体が接触する領域には、硬化処理が施されていてもよい。これにより、球体が接触することでホルダの表面が損傷するのを抑制することができる。また、球体とホルダの表面との間に生じる摩擦力を低減し、固浸レンズをより滑らかに搖動させることができる。
　本発明の一側面に係る固浸レンズユニットは、球面と交差する方向に沿ってホルダを移動可能に支持する支持機構を更に備えてもよい。これにより、固浸レンズの当接面が検査対象物の表面に当接させられる際に、固浸レンズの当接面に掛かる圧力を緩和することができる。
　本発明の一側面に係る固浸レンズユニットでは、磁石は、球面を有する形状を呈していてもよい。これにより、磁石によって保持されている球体の位置をより安定化させることができる。
　本発明の一側面に係る半導体検査装置は、半導体デバイスが載置されるステージと、半導体デバイスからの光が通過する光学系と、光学系を通過した光を検出する光検出器と、を備え、光学系は、対物レンズと、上述した固浸レンズユニットと、を有する。
　この半導体検査装置では、固浸レンズの当接面が検査対象物の表面に密着し易いため、半導体デバイスを精度良く検査することができる。
　本発明の一側面によれば、固浸レンズの当接面を検査対象物の表面に密着させ易くすることができる固浸レンズユニット、及びそのような固浸レンズユニットを備える半導体検査装置を提供することが可能となる。
一実施形態の半導体検査装置の構成図である。 図１に示される半導体検査装置の固浸レンズユニットの断面図である。 図２に示される固浸レンズユニットの一部の断面図である。 図２に示される固浸レンズユニットのホルダの底壁部の底面図である。 図２に示される固浸レンズユニットの一部の断面図である。 図２に示される固浸レンズユニットの一部の断面図である。 変形例における固浸レンズユニットの一部の断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［半導体検査装置の構成］
　図１に示されるように、半導体検査装置１００は、半導体デバイス（検査対象物）Ｓの画像を取得して半導体デバイスＳの内部情報を検査する装置である。半導体デバイスＳは例えば、個別半導体素子（ディスクリート）、オプトエレクトロニクス素子、センサ／アクチュエータ、ロジックＬＳＩ（Large　Scale　Integration）、メモリ素子、若しくはリニアＩＣ（Integrated　Circuit）等、又はそれらの混成デバイス等である。個別半導体素子は、ダイオード、パワートランジスタ等を含む。ロジックＬＳＩは、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）構造のトランジスタ、バイポーラ構造のトランジスタ等で構成される。また、半導体デバイスＳは、半導体デバイスを含むパッケージ、複合基板等であってもよい。検査対象となる内部情報には、半導体デバイスＳの回路パターンに関する情報、半導体デバイスＳからの微弱発光（半導体デバイスＳの欠陥に起因する発光、半導体デバイスＳ内のトランジスタのスイッチング動作に伴うトランジェント発光等）に関する情報、半導体デバイスの欠陥に起因する発熱に関する情報等が含まれる。図２に示されるように、半導体デバイスＳは、表面Ｓａが露出するように樹脂Ｍによってモールドされており、モールド型半導体デバイスを構成している。表面Ｓａは、半導体デバイスＳにおけるデバイス（集積回路等）側とは反対側の表面である。
　図１に示されるように、半導体検査装置１００は、観察部１１０と、制御部１２０と、解析部１３０と、表示装置１４０と、を備えている。観察部１１０は、半導体デバイスＳの観察を行う。制御部１２０は、観察部１１０の動作を制御する。解析部１３０は、半導体デバイスＳの検査に必要な処理、指示等を行う。表示装置１４０は、解析部１３０と電気的に接続されており、解析部１３０によって取得又は解析された画像、データ等を表示する。表示装置１４０は、例えばディスプレイである。
　観察部１１０は、ステージ１１１と、光学系１１２と、２次元カメラ（光検出器）１１３と、移動機構１１４と、ＬＳＭ（Laser　Scanning　Microscope）ユニット１１５と、を有している。ステージ１１１には、光学系１１２側に表面Ｓａを向けた状態で、半導体デバイスＳが載置される。移動機構１１４は、光学系１１２、２次元カメラ１１３及びＬＳＭユニット１１５を移動させる。
　光学系１１２は、複数の対物レンズ１５０と、カメラ用光学系１１２ａと、ＬＳＭユニット用光学系１１２ｂと、を有している。各対物レンズ１５０の倍率は、互いに異なっている。各対物レンズ１５０は、ステージ１１１に載置された半導体デバイスＳの表面Ｓａに対向させられる。図２に示されるように、対物レンズ１５０には、補正環１５２及び補正環調整用モータ１５３が取り付けられている。補正環調整用モータ１５３を駆動させて補正環１５２を調整することで、観察したい箇所に対物レンズ１５０の焦点を確実に合わせることができる。
　図１に示されるように、カメラ用光学系１１２ａは、半導体デバイスＳからの光を２次元カメラ１１３に導く。２次元カメラ１１３は、カメラ用光学系１１２ａによって導かれた光（光学系１１２を通過した光）を検出する。２次元カメラ１１３は、半導体デバイスＳの回路パターン等の画像を作成するための画像データを出力することが可能である。２次元カメラ１１３には、例えば、ＣＣＤエリアイメージセンサ、ＣＭＯＳエリアイメージセンサ等が搭載されている。２次元カメラ１１３は、例えば、ＩｎＧａＡｓカメラ、ＩｎＳｂカメラ、ＭＣＴカメラ等であってもよい。
　ＬＳＭユニット用光学系１１２ｂは、ＬＳＭユニット１１５から発せられたレーザ光を半導体デバイスＳに導くと共に、半導体デバイスＳで反射されたレーザ光をＬＳＭユニット１１５に導く。ＬＳＭユニット用光学系１１２ｂは、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳミラー等の光走査部を有しており、レーザ光を半導体デバイスＳに対して走査する。ＬＳＭユニット１１５は、光源で発生させたレーザ光を出射すると共に、半導体デバイスＳで反射されたレーザ光を光検出器１１５ａで検出する。光源は、例えば、半導体デバイスＳに照射されるＣＷ（Continuous　Wave）光又はパルス光を発生してもよい。光源で発生する光は、レーザ光のようなコヒーレントな光だけでなく、インコヒーレント（非コヒーレント）な光であってもよい。コヒーレントな光を出力する光源としては、固体レーザ光源、半導体レーザ光源等を用いることができる。また、インコヒーレントな光を出力する光源としては、ＳＬＤ（Super　Luminescent　Diode）、ＡＳＥ（Amplified　Spontaneous　Emission）、ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）等を用いることができる。光検出器１１５ａは、例えば、アバランシェフォトダイオード、フォトダイオード、光電子増倍管、超伝導単一光子検出器等である。光検出器１１５ａで検出されたレーザ光の強度は、半導体デバイスＳの回路パターンを反映したものとなる。したがって、光検出器１１５ａは、半導体デバイスＳの回路パターン等の画像を作成するための画像データを出力することが可能である。
　制御部１２０は、カメラコントローラ１２１と、ＬＳＭコントローラ１２２と、ペリフェラルコントローラ１２３と、を有している。カメラコントローラ１２１は、２次元カメラ１１３と電気的に接続されている。ＬＳＭコントローラ１２２は、ＬＳＭユニット１１５と電気的に接続されている。カメラコントローラ１２１及びＬＳＭコントローラ１２２は、２次元カメラ１１３及びＬＳＭユニット１１５の動作をそれぞれ制御することで、半導体デバイスＳの観察の実行（画像の取得）、半導体デバイスＳの観察条件の設定等を制御する。
　ペリフェラルコントローラ１２３は、移動機構１１４と電気的に接続されている。ペリフェラルコントローラ１２３は、移動機構１１４の動作を制御することで、光学系１１２、２次元カメラ１１３及びＬＳＭユニット１１５の移動、それらの位置合わせ等を制御する。ペリフェラルコントローラ１２３は、補正環調整用モータ１５３（図２参照）と電気的に接続されている。ペリフェラルコントローラ１２３は、補正環調整用モータ１５３の駆動を制御することで、補正環１５２（図２参照）の調整を制御する。
　解析部１３０は、画像解析部１３１と、指示部１３２と、を有している。解析部１３０は、プロセッサ（ＣＰＵ）、記録媒体であるＲＡＭ及びＲＯＭを含むコンピュータによって構成されている。解析部１３０は、カメラコントローラ１２１、ＬＳＭコントローラ１２２及びペリフェラルコントローラ１２３のそれぞれと電気的に接続されている。画像解析部１３１は、カメラコントローラ１２１及びＬＳＭコントローラ１２２のそれぞれから出力される画像データに基づいて画像を作成し、解析処理等を実行する。指示部１３２は、操作者による入力内容、画像解析部１３１による解析内容等を参照し、制御部１２０に対して、観察部１１０における半導体デバイスＳの検査の実行に関する指示を行う。解析部１３０には、操作部（不図示）が電気的に接続されている。ユーザは、操作部を操作して半導体検査装置１００を操作する。操作部は、例えば、マウス、キーボード等である。また、操作部は、例えば、表示装置１４０に内蔵されたタッチパネルであってもよい。
［固浸レンズユニットの構成］
　光学系１１２は、上述した対物レンズ１５０等に加え、固浸レンズユニット１を更に有している。図２に示されるように、固浸レンズユニット１は、固浸レンズ２と、ホルダ３と、支持機構４と、を備えている。以下の説明では、ステージ１１１に載置された半導体デバイスＳの表面Ｓａに対物レンズ１５０が対向した状態において、半導体デバイスＳに対して対物レンズ１５０が位置する側を上側とし、対物レンズ１５０に対して半導体デバイスＳが位置する側を下側とする。
　ホルダ３は、固浸レンズ２を保持している。ホルダ３は、側壁部３１と、底壁部３２と、支持部材３３と、を有している。側壁部３１は、筒形状を呈している。底壁部３２は、側壁部３１の下側の開口を塞ぐように、側壁部３１と一体的に形成されている。支持部材３３は、下側から底壁部３２に取り付けられている。側壁部３１及び底壁部３２、並びに、支持部材３３は、非磁性材料（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、非磁性のステンレス鋼等）によって形成されている。
　支持機構４は、対物レンズ１５０の光軸Ｌに平行な方向において、ホルダ３を移動可能に支持している。支持機構４は、取付部材４１と、複数のリニアガイド４２と、複数の圧縮コイルばね４３と、を有している。取付部材４１は、筒形状を呈しており、対物レンズ１５０の鏡筒１５１の下端部１５１ａに取り付けられている。複数のリニアガイド４２は、取付部材４１の外面とホルダ３の側壁部３１の内面との間に配置されている。複数のリニアガイド４２は、光軸Ｌ回りに等ピッチで配置されている。複数の圧縮コイルばね４３は、取付部材４１の下端面とホルダ３の底壁部３２の上面との間に配置されている。複数の圧縮コイルばね４３は、光軸Ｌ回りに等ピッチで配置されている。これにより、ホルダ３に下側から外力が加わると、複数の圧縮コイルばね４３の付勢力に抗してホルダ３が初期位置から上側に移動し、当該外力がホルダ３から除かれると、複数の圧縮コイルばね４３の付勢力によってホルダ３が初期位置に復帰する。
　図３に示されるように、固浸レンズ２は、当接面２ａと、球面２ｂと、テーパ面２ｃと、周面２ｄと、を有している。当接面２ａは、平坦面であり、半導体デバイスＳの表面Ｓａに当接させられる。球面２ｂは、上側に凸の半球形状の面であり、対物レンズ１５０に対向させられる。テーパ面２ｃは、上側に向かって広がる円錐台形状の面であり、当接面２ａの外縁から上側に延びている。周面２ｄは、円柱形状の面であり、球面２ｂの外縁とテーパ面２ｃの外縁とを接続している。テーパ面２ｃを含む仮想円錐の頂点は、固浸レンズ２の球心Ｃ（球面２ｂの曲率中心）に一致しており、当接面２ａの下側において光軸Ｌ上に位置している。
　固浸レンズ２の材料は、半導体デバイスＳの基板材料と実質的に同一又はその屈折率に近い材料（例えば、Ｓｉ、ＧａＰ、ＧａＡｓ等）である。固浸レンズ２の形状は、収差が実質的になくなる条件によって決定される。球面２ｂを有する固浸レンズ２では、球心Ｃが焦点となる。
　図２に示されるように、固浸レンズ２は、対物レンズ１５０の下側（前方）において光軸Ｌ上に位置するように、ホルダ３に保持されている。以下、ホルダ３における固浸レンズ２の保持構造について、より詳細に説明する。
　図３及び図４に示されるように、底壁部３２には、開口３２ａが形成されている。光軸Ｌに平行な方向から見た場合における開口３２ａの形状は、例えば、光軸Ｌを中心線とする円形状であり、その内径は、固浸レンズ２の外径（周面２ｄの外径）よりも小さい。開口３２ａの縁部には、複数の凸部３４が設けられている。複数の凸部３４は、非磁性材料によって底壁部３２と一体的に形成されている。複数の凸部３４は、光軸Ｌ回りに等ピッチで配置されている。本実施形態では、３つの凸部３４が、光軸Ｌ回りに１２０°ピッチで配置されている。
　図３に示されるように、支持部材３３は、環形状を呈しており、例えば各凸部３４にネジ止めされることで、下側から底壁部３２に取り付けられている。光軸Ｌに平行な方向から見た場合における支持部材３３の開口の形状は、例えば、光軸Ｌを中心線とする円形状であり、その内径は、固浸レンズ２の外径よりも若干大きい。支持部材３３の下端部には、内向きフランジ３３ａが一体的に形成されている。光軸Ｌに平行な方向から見た場合における内向きフランジ３３ａの開口の形状は、例えば、光軸Ｌを中心線とする円形状であり、その内径は、固浸レンズ２の外径よりも小さい。
　固浸レンズ２は、当接面２ａが内向きフランジ３３ａの開口から下側に突出するように且つ周面２ｄが支持部材３３の開口の内側に位置するように配置されている。この状態においては、支持部材３３の開口の内径が固浸レンズ２の外径よりも若干大きいため、光軸Ｌに垂直な方向への固浸レンズ２の移動が規制される一方で、光軸Ｌに平行な方向への固浸レンズ２の移動及び固浸レンズ２の揺動（光軸Ｌに対して例えば１°程度傾くように動くこと）が許容される。また、内向きフランジ３３ａの開口の内径が固浸レンズ２の外径よりも小さいため、固浸レンズ２の下側への脱落が防止される。
　図３及び図４に示されるように、底壁部３２の上面には、複数の収容孔３６が形成されている。複数の収容孔３６は、複数の凸部３４にそれぞれ対応するように配置されている。各収容孔３６には、磁石５が収容されている。各磁石５は、例えば円柱形状を呈しており、その中心線は、固浸レンズ２の球心Ｃに向かっている。このように、ホルダ３には、複数の磁石５が設けられている。
　各凸部３４には、傾斜面３４ａが形成されている。各傾斜面３４ａは、固浸レンズ２の球面２ｂに対向している。各傾斜面３４ａには、収容部３５が形成されている。各収容部３５は、例えば円柱形状の凹部である。磁石５は、収容部３５の中央部に対向するようにホルダ３に設けられている。例えば、収容部３５の中心線は、対応する収容孔３６に収容された磁石５の中心線に一致している。各収容部３５の底面３５ａは、平坦面であり、固浸レンズ２の球面２ｂに対向している。各収容部３５の側面３５ｂは、円筒形状を呈している。底面３５ａと傾斜面３４ａとの距離（すなわち、側面３５ｂの高さ）は、球体６の直径よりも小さい。このように、ホルダ３には、複数の収容部３５が設けられている。
　各収容部３５には、球体６が収容されている。各球体６は、磁性材料（例えば、ニッケル、コバルト、鉄、ステンレス鋼等）によって形成されている。各収容部３５では、球体６は、底面３５ａの中央（固浸レンズ２の球面２ｂに対向する位置）において、対応する収容孔３６に収容された磁石５の磁力によって回転可能に保持されている。この状態においては、球体６の一部が収容部３５から突出している。本実施形態では、３つの球体６が、光軸Ｌ回りに１２０°ピッチで配置されている。
　図３に示されるように、固浸レンズ２のテーパ面２ｃの外縁部が支持部材３３の内向きフランジ３３ａに接触している状態においては、固浸レンズ２の球面２ｂと各球体６との間に隙間が形成される。これにより、固浸レンズ２が上側に移動すると、固浸レンズ２の球面２ｂが複数の球体６に接触するため、固浸レンズ２のそれ以上の上側への移動が防止される一方で、固浸レンズ２の揺動が許容される。このように、ホルダ３は、固浸レンズ２の球面２ｂが複数の球体６に接触した状態において固浸レンズ２を揺動可能に保持している。
　各収容部３５の内面（少なくとも底面３５ａ）には、硬化処理が施されていてもよい。各収容部３５の内面は、ホルダ３の表面のうち、少なくとも球体６が接触する領域である。硬化処理は、ホルダ３の内部（本実施形態では、各凸部３４の内部）の硬度よりもホルダ３の表面（本実施形態では、各収容部３５の内面）の硬度を高くする処理である。例えば、各凸部３４がアルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている場合には、硬化処理としてアルマイト処理を用いることができる。硬化処理には、各凸部３４を形成する材質に応じた処理を選択することが好ましい。
［半導体検査装置における画像取得方法の一例］
　図１に示されるように、半導体検査装置１００では、固浸レンズユニット１が取り付けられていない対物レンズ１５０によって、半導体デバイスＳにおける観察部分の特定が実施される。この観察部分の特定は、指示部１３２によるペリフェラルコントローラ１２３への指示、及びペリフェラルコントローラ１２３による移動機構１１４の駆動の制御によって、実施される。
　続いて、固浸レンズユニット１が取り付けられた対物レンズ１５０に切り替えられ、当該対物レンズ１５０の補正環１５２の調整が実施される。この補正環１５２の調整は、指示部１３２によるペリフェラルコントローラ１２３への指示、及びペリフェラルコントローラ１２３による補正環調整用モータ１５３の駆動の制御によって、実施される。具体的には、固浸レンズ２の特性（固浸レンズ２の厚さ、屈折率等）、半導体デバイスＳの基板厚さ、半導体デバイスＳの基板材料等に応じて、補正環１５２の調整が実施される。
　続いて、固浸レンズ２の当接面２ａ（図３参照）が半導体デバイスＳの表面Ｓａに密着させられる。この固浸レンズ２の当接面２ａの密着は、指示部１３２によるペリフェラルコントローラ１２３への指示、及びペリフェラルコントローラ１２３による移動機構１１４の駆動の制御によって、実施される。
　続いて、固浸レンズユニット１が取り付けられた対物レンズ１５０の焦点合わせが実施される。この対物レンズ１５０の焦点合わせは、指示部１３２によるペリフェラルコントローラ１２３への指示、及びペリフェラルコントローラ１２３による移動機構１１４の駆動の制御によって、実施される。
　続いて、半導体デバイスＳにおける観察部分の観察が実施される。この観察部分の観察は、指示部１３２によるカメラコントローラ１２１及びＬＳＭコントローラ１２２のそれぞれへの指示、並びに２次元カメラ１１３及びＬＳＭユニット１１５のそれぞれの動作の制御によって、実施される。
［作用及び効果］
　以上説明したように、固浸レンズユニット１では、図５及び図６に示されるように、固浸レンズ２の当接面２ａを半導体デバイスＳの表面Ｓａに密着させようとすると、固浸レンズ２が上側に移動し、固浸レンズ２の球面２ｂが、複数の磁石５の磁力によってそれぞれ回転可能に保持された複数の球体６に接触する。このとき、図５に示されるように、光軸Ｌに対して半導体デバイスＳの表面Ｓａが傾斜していないと（すなわち、直交していると）、固浸レンズ２は殆ど搖動せずに、固浸レンズ２の当接面２ａが半導体デバイスＳの表面Ｓａに密着する。一方、図６に示されるように、光軸Ｌに対して半導体デバイスＳの表面Ｓａが傾斜していると、固浸レンズ２が半導体デバイスＳの表面Ｓａに倣うように搖動しようとし、固浸レンズ２の球面２ｂと各球体６の表面とが点接触しつつ各球体６が回転する。したがって、固浸レンズ２が半導体デバイスＳの表面Ｓａに倣うように滑らかに搖動する。よって、固浸レンズユニット１によれば、固浸レンズ２の当接面２ａを半導体デバイスＳの表面に密着させ易くすることができる。
　また、固浸レンズユニット１では、ホルダ３に、球体６を収容する収容部３５が設けられている。これにより、保持するのに十分な磁力が及ばない場所に球体６が移動して球体６が脱落するような事態を防止することができる。
　また、固浸レンズユニット１では、磁石５が、収容部３５の中央部に対向するようにホルダ３に設けられている。これにより、球体６が移動し始めた際に、球体６と収容部３５の側面３５ｂとが干渉するような事態を防止することができる。
　また、固浸レンズユニット１では、球体６が３つ設けられている。これにより、固浸レンズ２をより滑らかに搖動させることができる。
　また、固浸レンズユニット１では、ホルダ３が、非磁性材料によって形成されている。これにより、ホルダ３が磁力を帯びることで磁石５の磁力による球体６の保持が不安定になるのを防止することができる。
　また、固浸レンズユニット１では、ホルダ３の表面のうち少なくとも球体６が接触する領域である各収容部３５の内面（少なくとも底面３５ａ）に、硬化処理が施されている。これにより、球体６が接触することで各収容部３５の内面が損傷するのを抑制することができる。また、球体６と各収容部３５の内面との間に生じる摩擦力を低減し、固浸レンズ２をより滑らかに搖動させることができる。
　また、固浸レンズユニット１では、支持機構４が、固浸レンズ２の球面２ｂと交差する方向（本実施形態では、上下方向）に沿ってホルダ３を移動可能に支持している。これにより、固浸レンズ２の当接面２ａが半導体デバイスＳの表面Ｓａに当接させられる際に、固浸レンズ２の当接面２ａに掛かる圧力を緩和することができる。
　また、固浸レンズユニット１では、支持部材３３を取り外すことで、固浸レンズ２の交換等を実施することができる。また、対物レンズ１５０の鏡筒１５１の下端部１５１ａから取付部材を取り外すことで、固浸レンズユニット１全体の交換等を実施することができる。
　また、半導体検査装置１００は、上述したように、固浸レンズ２の当接面２ａが半導体デバイスＳの表面Ｓａに密着し易い固浸レンズユニット１を備えている。よって、半導体検査装置１００によれば、半導体デバイスＳを精度良く検査することができる。
［変形例］
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の一側面は、上述した実施形態に限定されない。
　例えば、固浸レンズ２の形状は、半球形状に限定されず、例えば、ワイエルストラス形状であってもよい。また、固浸レンズ２の球面２ｂに、球面２ｂを部分的に覆う磁性材料のカバーが取り付けられていてもよい。これにより、光軸Ｌを中心とした固浸レンズ２が回転を所定範囲内に制限することができる。
　また、磁石５は、球体６が配置される位置に向かって先細りの形状を呈していてもよい。また、磁石５は、球体６が配置される位置において露出していてもよい。また、磁石５は、収容孔３６に収容されず、例えば底壁部３２の上面に接着等によって固定されていてもよい。
　また、球体６は、３つに限定されず、２つ以下設けられていてもよいし、或いは４つ以上設けられていてもよい。ただし、球体６が３つ以上設けられていれば、固浸レンズ２をより滑らかに且つより安定した状態で搖動させることができる。
　また、球体６を収容する収容部３５は、凹部に限定されない。例えば、収容部３５として、球体６を包囲する壁部が用いられてもよい。また、ホルダ３のうち球体６が接触する領域（上記実施形態では、収容部３５の底面３５ａ）は、平坦面に限定されず、固浸レンズ２の球面２ｂよりも曲率が小さければ（緩やかであれば）、凹状の曲面であってもよい。
　また、半導体検査装置１００は、固浸レンズ２の当接面２ａを半導体デバイスＳの表面Ｓａに上側から当接させる落射型の装置に限定されず、固浸レンズ２の当接面２ａを半導体デバイスＳの表面Ｓａに下側から当接させる倒立型の装置であってもよい。倒立型の半導体検査装置１００では、固浸レンズ２の当接面２ａを半導体デバイスＳの表面Ｓａに下側から当接させなくても、固浸レンズ２の球面２ｂが球体６に接触している。この場合にも、固浸レンズ２の当接面２ａを半導体デバイスＳの表面に密着させ易くすることができる。
　また、磁石５は、円柱形状に限定されず、球面（球体６側に凸の湾曲面）を有する形状を呈していてもよい。例えば、図７に示されるように、磁石５は、球形状を呈していてもよい。このような形状にすることで、磁石５によって保持されている球体６の位置をより安定化させることができる。
　１…固浸レンズユニット、２…固浸レンズ、２ａ…当接面、２ｂ…球面、３…ホルダ、４…支持機構、５…磁石、６…球体、３５…収容部、１００…半導体検査装置、１１１…ステージ、１１２…光学系、１１３…２次元カメラ（光検出器）、１５０…対物レンズ、Ｓ…半導体デバイス（検査対象物）。

Claims (9)

  1. 　検査対象物に当接させられる当接面、及び対物レンズに対向させられる球面を有する固浸レンズと、
    　前記固浸レンズを保持するホルダと、
    　前記ホルダに設けられた磁石と、
    　前記球面に対向する位置において前記磁石の磁力によって回転可能に保持された球体と、を備え、
    　前記ホルダは、前記球面が前記球体に接触した状態において前記固浸レンズを揺動可能に保持している、固浸レンズユニット。
  2. 　前記ホルダには、前記球体を収容する収容部が設けられている、請求項１に記載の固浸レンズユニット。
  3. 　前記磁石は、前記収容部の中央部に対向するように前記ホルダに設けられている、請求項２に記載の固浸レンズユニット。
  4. 　前記球体は、３つ以上設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の固浸レンズユニット。
  5. 　前記ホルダは、非磁性材料によって形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の固浸レンズユニット。
  6. 　前記ホルダの表面のうち、少なくとも前記球体が接触する領域には、硬化処理が施されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の固浸レンズユニット。
  7. 　前記球面と交差する方向に沿って前記ホルダを移動可能に支持する支持機構を更に備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の固浸レンズユニット。
  8. 　前記磁石は、球面を有する形状を呈している、請求項１～７のいずれか一項に記載の固浸レンズユニット。
  9. 　半導体デバイスが載置されるステージと、
    　前記半導体デバイスからの光が通過する光学系と、
    　前記光学系を通過した前記光を検出する光検出器と、を備え、
    　前記光学系は、
    　対物レンズと、
    　請求項１～８のいずれか一項に記載の固浸レンズユニットと、を有する、半導体検査装置。
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