固体浸没透镜单元及半导体检查装置的制作方法

本发明的一个方面涉及固体浸没透镜单元及半导体检查装置。

背景技术：

在半导体器件中，低于光的波长的等级下的内部构造的细微化正在进展。同时，在半导体器件中，配线层的多层化正在进展。因此，在观察半导体器件的情况下，自半导体器件的与器件(集成电路等)侧相反侧的表面实施内部构造的观察等。此时，由于半导体器件的基板材料的能带间隙所产生的制约，缩短光的波长受到限制，其结果，可观察到的内部构造的尺寸也受到限制。

为了解决这样的技术问题，实现高分辨率的内部构造的观察等，有使用固体浸没透镜(sil：solidimmersionlens)的情况。可通过使固体浸没透镜的抵接面紧贴于检查对象物的表面而实现消散波耦合，从而实现高分辨率的内部构造的观察等。例如，在专利文献1中记载有即使检查对象物的表面倾斜，也以能够使固体浸没透镜的抵接面紧贴于检查对象物的表面的方式，使用弹性构件或空气轴承而可摇动地保持固体浸没透镜的例子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2015/0260976号说明书

技术实现要素：

发明所要解决的问题

然而，在专利文献1所记载的例子中，有弹性构件的弹性力或空气轴承的空气压成为阻力而导致固体浸没透镜未顺畅地摇动，而使得固体浸没透镜的抵接面未紧贴于检查对象物的表面的担忧。

因此，本发明的一个方面的目的在于，提供一种可易于使固体浸没透镜的抵接面紧贴于检查对象物的表面的固体浸没透镜单元、及具备这样的固体浸没透镜单元的半导体检查装置。

解决问题的技术手段

本发明的一个方面所涉及的固体浸没透镜单元，具备：固体浸没透镜，其具有抵接于检查对象物的抵接面、及与物镜相对的球面；保持器，其保持固体浸没透镜；磁铁，其设置于保持器；及球体，其在与球面相对的位置上通过磁铁的磁力可旋转地被保持，保持器在球面接触于球体的状态下可摇动地保持固体浸没透镜。

在该固体浸没透镜单元中，固体浸没透镜的球面与通过磁铁的磁力可旋转地被保持的球体接触。由此，当固体浸没透镜欲摇动时，固体浸没透镜的球面与球体的表面点接触且球体旋转。因此，固体浸没透镜以仿照检查对象物的表面的方式顺畅地摇动。因此，根据该固体浸没透镜单元，可易于使固体浸没透镜的抵接面紧贴于检查对象物的表面。

在本发明的一个方面所涉及的固体浸没透镜单元中，也可在保持器设置有收纳球体的收纳部。由此，可防止球体移动至用于保持的充分的磁力未及的场所而使球体脱落那样的事态。

在本发明的一个方面所涉及的固体浸没透镜单元中，磁铁也可以与收纳部的中央部相对的方式设置于保持器。由此，可防止球体开始移动时球体与收纳部的侧面干涉那样的事态。

在本发明的一个方面所涉及的固体浸没透镜单元中，球体也可设置3个以上。由此，可使固体浸没透镜更顺畅地摇动。

在本发明的一个方面所涉及的固体浸没透镜单元中，保持器也可由非磁性材料形成。由此，可防止由于保持器带有磁力而导致磁铁的磁力对球体的保持变得不稳定。

在本发明的一个方面所涉及的固体浸没透镜单元中，也可对保持器的表面中至少球体所接触的区域施以硬化处理。由此，可抑制由于球体接触而导致保持器的表面受到损伤。另外，可降低在球体与保持器的表面之间产生的摩擦力，而使固体浸没透镜更顺畅地摇动。

本发明的一个方面所涉及的固体浸没透镜单元也可还具备：支撑机构，其沿着与球面交叉的方向可移动地支撑保持器。由此，可在使固体浸没透镜的抵接面抵接于检查对象物的表面时，缓和施加于固体浸没透镜的抵接面的压力。

在本发明的一个方面所涉及的固体浸没透镜单元中，磁铁也可呈具有球面的形状。由此，可使利用磁铁保持的球体的位置更稳定化。

本发明的一个方面所涉及的半导体检查装置，具备：载台，其载置半导体器件；光学系统，其供来自半导体器件的光通过；及光检测器，其检测通过了光学系统的光，光学系统具有物镜、及上述的固体浸没透镜单元。

在该半导体检查装置中，由于固体浸没透镜的抵接面容易紧贴于检查对象物的表面，因而可精度良好地检查半导体器件。

发明的效果

根据本发明的一个方面，可提供一种能够易于使固体浸没透镜的抵接面紧贴于检查对象物的表面的固体浸没透镜单元、及具备这样的固体浸没透镜单元的半导体检查装置。

附图说明

图1是一个实施方式的半导体检查装置的构成图。

图2是图1所示的半导体检查装置的固体浸没透镜单元的截面图。

图3是图2所示的固体浸没透镜单元的一部分的截面图。

图4是图2所示的固体浸没透镜单元的保持器的底壁部的底面图。

图5是图2所示的固体浸没透镜单元的一部分的截面图。

图6是图2所示的固体浸没透镜单元的一部分的截面图。

图7是变形例中的固体浸没透镜单元的一部分的截面图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式，参照附图详细地进行说明。另外，在各图中对相同或相当部分附注相同符号，省略重复的说明。

[半导体检查装置的结构]

如图1所示，半导体检查装置100是取得半导体器件(检查对象物)s的图像而检查半导体器件s的内部信息的装置。半导体器件s是例如个别半导体元件(分立(discrete))、光电元件、传感器/致动器、逻辑lsi(largescaleintegration(大规模集成电路))、存储器元件、或线性ic(integratedcircuit(集成电路))等、或它们的混合器件等。个别半导体元件包含二极管、功率晶体管等。逻辑lsi由mos(metal-oxide-semiconductor(金属氧化物半导体))构造的晶体管、双极构造的晶体管等构成。另外，半导体器件s也可为包含半导体器件的封装体、复合基板等。在成为检查对象的内部信息中，包含与半导体器件s的电路图案相关的信息、与来自半导体器件s的微弱发光(起因于半导体器件s的缺陷的发光、伴随半导体器件s内的晶体管的开关动作的瞬间发光等)相关的信息、与起因于半导体器件的缺陷的发热相关的信息等。如图2所示，半导体器件s以表面sa露出的方式通过树脂m而被模塑，构成模塑型半导体器件。表面sa是半导体器件s的与器件(集成电路等)侧相反侧的表面。

如图1所示，半导体检查装置100具备：观察部110、控制部120、解析部130、及显示装置140。观察部110进行半导体器件s的观察。控制部120控制观察部110的动作。解析部130进行半导体器件s的检查所需要的处理、指示等。显示装置140与解析部130电连接，显示通过解析部130取得或解析的图像、数据等。显示装置140为例如显示器。

观察部110具有：载台111、光学系统112、二维相机(光检测器)113、移动机构114、及lsm(laserscanningmicroscope(激光扫描显微镜))单元115。在载台111以使表面sa朝向光学系统112侧的状态载置有半导体器件s。移动机构114使光学系统112、二维相机113及lsm单元115移动。

光学系统112具有：多个物镜150、相机用光学系统112a、及lsm单元用光学系统112b。各物镜150的倍率互不相同。各物镜150与载置于载台111的半导体器件s的表面sa相对。如图2所示，在物镜150安装有修正环152及修正环调整用马达153。可通过驱动修正环调整用马达153而调整修正环152，而使物镜150的焦点可靠地对准欲观察的部位。

如图1所示，相机用光学系统112a将来自半导体器件s的光引导至二维相机113。二维相机113检测通过相机用光学系统112a引导的光(通过光学系统112的光)。二维相机113可输出用于制作半导体器件s的电路图案等图像的图像数据。在二维相机113搭载有例如ccd区域影像传感器、cmos区域影像传感器等。二维相机113也可为例如ingaas相机、insb相机、mct相机等。

lsm单元用光学系统112b将自lsm单元115发出的激光引导至半导体器件s，且将由半导体器件s反射的激光引导至lsm单元115。lsm单元用光学系统112b具有检流计镜、多面镜、mems镜等光扫描部，且对半导体器件s扫描激光。lsm单元115出射由光源产生的激光，且由光检测器115a检测由半导体器件s反射的激光。光源可产生例如照射至半导体器件s的cw(continuouswave(连续波))光或脉冲光。由光源产生的光不仅为激光那样的相干光，也可为非相干(incoherent)光。作为输出相干光的光源，可使用固体激光光源、半导体激光光源等。另外，作为输出非相干光的光源，可使用sld(superluminescentdiode(超辐射二极管))、ase(amplifiedspontaneousemission(放大自发辐射))、led(lightemittingdiode(发光二极管))等。光检测器115a是例如雪崩光电二极管、光电二极管、光电倍增管、超导单一光子检测器等。由光检测器115a检测的激光的强度为反映半导体器件s的电路图案的强度。因此，光检测器115a可输出用于制作半导体器件s的电路图案等的图像的图像数据。

控制部120具有：相机控制器121、lsm控制器122、及外围设备控制器123。相机控制器121与二维相机113电连接。lsm控制器122与lsm单元115电连接。相机控制器121及lsm控制器122通过分别控制二维相机113及lsm单元115的动作，而控制半导体器件s的观察的执行(图像的取得)、半导体器件s的观察条件的设定等。

外围设备控制器123与移动机构114电连接。外围设备控制器123通过控制移动机构114的动作，而控制光学系统112、二维相机113及lsm单元115的移动、它们的定位等。外围设备控制器123与修正环调整用马达153(参照图2)电连接。外围设备控制器123通过控制修正环调整用马达153的驱动，而控制修正环152(参照图2)的调整。

解析部130具有：图像解析部131、及指示部132。解析部130由包含处理器(cpu)、记录介质即ram及rom的计算机构成。解析部130与相机控制器121、lsm控制器122及外围设备控制器123的各个电连接。图像解析部131基于自相机控制器121及lsm控制器122的各个输出的图像数据制作图像，并执行解析处理等。指示部132参照操作者的输入内容、图像解析部131的解析内容等，对控制部120进行与观察部110中的半导体器件s的检查的执行相关的指令。在解析部130电连接有操作部(未图示)。用户操作操作部而操作半导体检查装置100。操作部是例如鼠标、键盘等。另外，操作部也可为例如内置于显示装置140的触控面板。

[固体浸没透镜单元的结构]

光学系统112除了上述的物镜150等以外，还具有固体浸没透镜单元1。如图2所示，固体浸没透镜单元1具备：固体浸没透镜2、保持器3、及支撑构件4。在以下的说明中，在使物镜150与载置于载台111的半导体器件s的表面sa相对的状态下，以相对于半导体器件s物镜150所位于的一侧为上侧，以相对于物镜150半导体器件s所位于的一侧为下侧。

保持器3保持固体浸没透镜2。保持器3具有侧壁部31、底壁部32、及支撑构件33。侧壁部31呈筒形状。底壁部32以堵塞侧壁部31的下侧的开口的方式与侧壁部31一体地形成。支撑构件33自下侧安装于底壁部32。侧壁部31及底壁部32、以及支撑构件33由非磁性材料(例如铝、铝合金、非磁性的不锈钢等)形成。

支撑构件4在与物镜150的光轴l平行的方向上，可移动地支撑保持器3。支撑构件4具有：安装构件41、多个线性导引42、及多个压缩线圈弹簧43。安装构件41呈筒形状，且安装于物镜150的镜筒151的下端部151a。多个线性导引42配置于安装构件41的外表面与保持器3的侧壁部31的内表面之间。多个线性导引42在光轴l周围等间距地配置。多个压缩线圈弹簧43配置于安装构件41的下端面与保持器3的底壁部32的上表面之间。多个压缩线圈弹簧43在光轴l周围等间距地配置。由此，当外力自下侧施加于保持器3时，与多个压缩线圈弹簧43的作用力对抗而使得保持器3自初始位置向上侧移动，当自保持器3移除该外力时，通过多个压缩线圈弹簧43的作用力而使得保持器3返回至初始位置。

如图3所示，固体浸没透镜2具有：抵接面2a、球面2b、锥面2c、及周面2d。抵接面2a是平坦面，且抵接于半导体器件s的表面sa。球面2b是向上侧凸起的半球形状的面，且与物镜150相对。锥面2c是朝向上侧扩大的圆锥台形状的面，且自抵接面2a的外缘向上侧延伸。周面2d是圆柱形状的面，且连接球面2b的外缘与锥面2c的外缘。包含锥面2c的假想圆锥的顶点与固体浸没透镜2的球心c(球面2b的曲率中心)一致，且在抵接面2a的下侧位于光轴l上。

固体浸没透镜2的材料是与半导体器件s的基板材料实质上相同或接近其折射率的材料(例如si、gap、gaas等)。固体浸没透镜2的形状由像差实质上消失的条件决定。在具有球面2b的固体浸没透镜2中，球心c成为焦点。

如图2所示，固体浸没透镜2以在物镜150的下侧(前方)位于光轴l上的方式保持于保持器3。以下，对保持器3中的固体浸没透镜2的保持构造更详细地进行说明。

如图3及图4所示，在底壁部32形成有开口32a。自与光轴l平行的方向观察时的开口32a的形状是例如以光轴l为中心线的圆形状，且其内径小于固体浸没透镜2的外径(周面2d的外径)。在开口32a的缘部设置有多个凸部34。多个凸部34通过非磁性材料与底壁部32一体地形成。多个凸部34在光轴l周围等间距地配置。本实施方式中，3个凸部34在光轴l周围以120°的间距配置。

如图3所示，支撑构件33呈环形状，且例如通过螺钉紧固于各凸部34而自下侧安装于底壁部32。自与光轴l平行的方向观察时的支撑构件33的开口形状是例如以光轴l为中心线的圆形状，且其内径稍大于固体浸没透镜2的外径。在支撑构件33的下端部，一体形成有向内凸缘33a。自与光轴l平行的方向观察时的向内凸缘33a的开口的形状是例如以光轴l为中心线的圆形状，且其内径小于固体浸没透镜2的外径。

固体浸没透镜2以抵接面2a自向内凸缘33a的开口向下侧突出且周面2d位于支撑构件33的开口的内侧的方式配置。在该状态下，由于支撑构件33的开口内径稍大于固体浸没透镜2的外径，因而限制固体浸没透镜2的向垂直于光轴l的方向的移动，另一方面，允许固体浸没透镜2的向平行于光轴l的方向的移动及固体浸没透镜2的摇动(以相对于光轴l倾斜例如1°左右的方式移动)。另外，由于向内凸缘33a的开口的内径小于固体浸没透镜2的外径，因而防止固体浸没透镜2向下侧脱落。

如图3及图4所示，在底壁部32的上表面形成有多个收纳孔36。多个收纳孔36以分别对应于多个凸部34的方式配置。在各收纳孔36收纳有磁铁5。各磁铁5例如呈圆柱形状，其中心线朝向固体浸没透镜2的球心c。这样，在保持器3设置有多个磁铁5。

在各凸部34形成有倾斜面34a。各倾斜面34a与固体浸没透镜2的球面2b相对。在各倾斜面34a形成有收纳部35。各收纳部35是例如圆柱形状的凹部。磁铁5以与收纳部35的中央部相对的方式设置于保持器3。例如，收纳部35的中心线与收纳于对应的收纳孔36的磁铁5的中心线一致。各收纳部35的底面35a是平坦面，且与固体浸没透镜2的球面2b相对。各收纳部35的侧面35b呈圆筒形状。底面35a与倾斜面34a的距离(即，侧面35b的高度)小于球体6的直径。这样，在保持器3设置有多个收纳部35。

在各收纳部35收纳有球体6。各球体6由磁性材料(例如镍、钴、铁、不锈钢等)形成。在各收纳部35中，球体6在底面35a的中央(与固体浸没透镜2的球面2b相对的位置)，通过收纳于对应的收纳孔36的磁铁5的磁力而可旋转地被保持。在该状态下，球体6的一部分自收纳部35突出。在本实施方式中，3个球体6在光轴l周围以120°的间距配置。

如图3所示，在固体浸没透镜2的锥面2c的外缘部与支撑构件33的向内凸缘33a接触的状态下，在固体浸没透镜2的球面2b与各球体6之间形成有间隙。由此，当固体浸没透镜2向上侧移动时，固体浸没透镜2的球面2b与多个球体6接触，因而防止固体浸没透镜2进一步向上侧的移动，另一方面，允许固体浸没透镜2的摇动。这样，保持器3在固体浸没透镜2的球面2b与多个球体6接触的状态下可摇动地保持固体浸没透镜2。

也可对各收纳部35的内表面(至少底面35a)施以硬化处理。各收纳部35的内表面是保持器3的表面中至少球体6所接触的区域。硬化处理是使保持器3的表面(在本实施方式中各收纳部35的内表面)的硬度高于保持器3的内部(在本实施方式中各凸部34的内部)的硬度的处理。例如在由铝或铝合金形成各凸部34的情况下，可使用防蚀铝处理作为硬化处理。硬化处理优选选择对应于形成各凸部34的材质的处理。

[半导体检查装置中的图像取得方法的一个例子]

如图1所示，在半导体检查装置100中，通过未安装有固体浸没透镜单元1的物镜150实施半导体器件s中的观察部分的特定。该观察部分的特定根据指示部132对外围设备控制器123的指示、及外围设备控制器123对移动机构114的驱动的控制而实施。

接着，切换为安装有固体浸没透镜单元1的物镜150，而实施该物镜150的修正环152的调整。该修正环152的调整根据指示部132对外围设备控制器123的指示、及外围设备控制器123对修正环调整用马达153的驱动的控制而实施。具体而言，对应于固体浸没透镜2的特性(固体浸没透镜2的厚度、折射率等)、半导体器件s的基板厚度、半导体器件s的基板材料等，实施修正环152的调整。

接着，使固体浸没透镜2的抵接面2a(参照图3)紧贴于半导体器件s的表面sa。该固体浸没透镜2的抵接面2a的紧贴根据指示部132对外围设备控制器123的指示、及外围设备控制器123对移动机构114的驱动的控制而实施。

接着，实施安装有固体浸没透镜单元1的物镜150的对焦。该物镜150的对焦根据指示部132对外围设备控制器123的指示、及外围设备控制器123对移动机构114的驱动的控制而实施。

接着，实施半导体器件s中的观察部分的观察。该观察部分的观察根据指示部132对相机控制器121及lsm控制器122的各个的指示、以及二维相机113及lsm单元115的各个的动作的控制而实施。

[作用及效果]

如以上所说明的那样，在固体浸没透镜单元1中，如图5及图6所示，当欲使固体浸没透镜2的抵接面2a紧贴于半导体器件s的表面sa时，固体浸没透镜2向上侧移动，且固体浸没透镜2的球面2b与通过多个磁铁5的磁力而分别可旋转地被保持的多个球体6接触。此时，如图5所示，当半导体器件s的表面sa相对于光轴l未倾斜(即正交时)时，固体浸没透镜2几乎不摇动，而固体浸没透镜2的抵接面2a紧贴于半导体器件s的表面sa。另一方面，如图6所示，当半导体器件s的表面sa相对于光轴l倾斜时，使固体浸没透镜2欲以仿照半导体器件s的表面sa的方式摇动，固体浸没透镜2的球面2b与各球体6的表面点接触且各球体6旋转。因此，固体浸没透镜2以仿照半导体器件s的表面sa的方式顺畅地摇动。因此，根据固体浸没透镜单元1，可容易地使固体浸没透镜2的抵接面2a紧贴于半导体器件s的表面。

另外，在固体浸没透镜单元1中，在保持器3设置有收纳球体6的收纳部35。由此，可防止球体6移动至用于保持的足够的磁力未及的场所而使球体6脱落的事态。

另外，在固体浸没透镜单元1中，磁铁5以与收纳部35的中央部相对的方式设置于保持器3。由此，可防止在球体6开始移动时球体6与收纳部35的侧面35b发生干涉那样的事态。

另外，在固体浸没透镜单元1中，设置3个球体6。由此，可使固体浸没透镜2更顺畅地摇动。

另外，在固体浸没透镜单元1中，保持器3由非磁性材料形成。由此，可防止因保持器3带有磁力而导致利用磁铁5的磁力的球体6的保持变得不稳定。

另外，在固体浸没透镜单元1中，对保持器3的表面中至少球体6接触的区域即各收纳部35的内表面(至少底面35a)施以硬化处理。由此，可抑制因球体6接触而导致各收纳部35的内表面受到损伤。另外，可降低在球体6与各收纳部35的内表面之间产生的摩擦力，而使固体浸没透镜2更顺畅地摇动。

另外，在固体浸没透镜单元1中，支撑机构4沿着与固体浸没透镜2的球面2b交叉的方向(在本实施方式中上下方向)可移动地支撑保持器3。由此，可在固体浸没透镜2的抵接面2a抵接于半导体器件s的表面sa时，缓和施加于固体浸没透镜2的抵接面2a的压力。

另外，在固体浸没透镜单元1中，可通过拆除支撑构件33而实施固体浸没透镜2的更换等。另外，可通过自物镜150的镜筒151的下端部151a拆除安装构件，而实施固体浸没透镜单元1全体的更换等。

另外，半导体检查装置100如上所述具备固体浸没透镜2的抵接面2a易于紧贴于半导体器件s的表面sa的固体浸没透镜单元1。因此，根据半导体检查装置100，可精度良好地检查半导体器件s。

[变形例]

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明的一个方面并不限定于上述的实施方式。

例如，固体浸没透镜2的形状不限定于半球形状，也可为例如魏尔斯特拉斯形状。另外，也可在固体浸没透镜2的球面2b安装部分地覆盖球面2b的磁性材料的罩。由此，可将以光轴l为中心的固体浸没透镜2的旋转限制于规定范围内。

另外，磁铁5也可呈朝向球体6被配置的位置前端变细的形状。另外，磁铁5也可在球体6被配置的位置露出。另外，磁铁5也可不收纳于收纳孔36，而例如通过粘结等固定于底壁部32的上表面。

另外，球体6不限定于3个，也可设置2个以下，或也可设置4个以上。然而，若设置3个以上球体6，则可使固体浸没透镜2以更顺畅且更稳定的状态摇动。

另外，收纳球体6的收纳部35不限定于凹部。例如作为收纳部35也可使用包围球体6的壁部。另外，保持器3中球体6所接触的区域(在上述实施方式中收纳部35的底面35a)不限定于平坦面，只要是曲率小于固体浸没透镜2的球面2b(只要是平缓)，则也可为凹状的曲面。

另外，半导体检查装置100不限定于使固体浸没透镜2的抵接面2a自上侧抵接于半导体器件s的表面sa的落射型的装置，也可为使固体浸没透镜2的抵接面2a自下侧抵接于半导体器件s的表面sa的倒立型的装置。在倒立型的半导体检查装置100中，即使不使固体浸没透镜2的抵接面2a自下侧抵接于半导体器件s的表面sa，固体浸没透镜2的球面2b也与球体6接触。在该情况下，也可易于使固体浸没透镜2的抵接面2a紧贴于半导体器件s的表面。

另外，磁铁5不限定于圆柱形状，也可呈具有球面(向球体6侧凸起的弯曲面)的形状。例如，如图7所示，磁铁5也可呈球形状。通过设为这样的形状，可使利用磁铁5保持的球体6的位置更稳定化。

符号的说明

1…固体浸没透镜单元、2…固体浸没透镜、2a…抵接面、2b…球面、3…保持器、4…支撑机构、5…磁铁、6…球体、35…收纳部、100…半导体检查装置、111…载台、112…光学系统、113…二维相机(光检测器)、150…物镜、s…半导体器件(检查对象物)。