(57)【要約】【課題】冷却性能が高められた冷却ユニット及び対物レンズモジュール、そのような冷却ユニットを備える半導体検査装置、並びに、半導体デバイスを好適に冷却しつつ検査することができる半導体検査方法を提供する。【解決手段】冷却ユニット２１は、半導体デバイス２の検査において用いられる冷却ユニットであって、半導体デバイス２の熱を放熱するためのジャケット３１を備える。ジャケット３１には、半導体デバイス２からの光を通過させる開口３２が設けられている。ジャケット３１は、開口３２が半導体デバイス２と向かい合う状態において、半導体デバイス２と向かい合って半導体デバイス２との間に空間Ｓ１を画定する空間画定面を有する。ジャケット３１には、空間Ｓ１に供給される流体５が流れる供給流路５１が設けられている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの検査において用いられる冷却ユニットであって、
前記半導体デバイスの熱を放熱するためのジャケットを備え、
前記ジャケットには、前記半導体デバイスからの光を通過させる光通過部が設けられており、
前記ジャケットは、前記光通過部が前記半導体デバイスと向かい合う状態において、前記半導体デバイスと向かい合って前記半導体デバイスとの間に空間を画定する空間画定面を有し、
前記ジャケットには、前記空間に供給される流体が流れる供給流路が設けられている、冷却ユニット。
【請求項２】
前記ジャケットには、前記空間から排出される前記流体が流れる排出流路が更に設けられている、請求項１に記載の冷却ユニット。
【請求項３】
前記ジャケットには、前記ジャケットを冷却するための冷媒が流れる冷媒流路が更に設けられている、請求項１又は２に記載の冷却ユニット。
【請求項４】
前記空間画定面は、前記光通過部を囲むように延在している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項５】
前記空間画定面は、平面状に延在している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項６】
前記空間画定面は、前記光通過部に連なっている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項７】
前記空間画定面は、前記ジャケットに形成された凹部の底面である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項８】
前記空間の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項９】
前記空間の厚さは、０ｍｍよりも大きく０．０５ｍｍ以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項１０】
前記ジャケットと、前記半導体デバイスが配置されるステージとの間で挟まれて前記空間を封止する弾性部材を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項１１】
前記ジャケットには、前記供給流路が少なくとも２つ設けられている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項１２】
前記空間画定面に垂直な方向から見た場合に、前記供給流路から前記空間に前記流体が供給される位置は、前記空間から前記排出流路に前記流体が排出される位置よりも内側に位置している、請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項１３】
前記供給流路は、前記光通過部に向けて前記流体を排出するように構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項１４】
前記空間画定面には、凹部及び凸部の少なくとも一方が形成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項１５】
前記光通過部は、前記ジャケットに設けられた開口に光透過部材が配置されることによって構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
【請求項１６】
前記光透過部材は、前記開口を水密に塞いでいる、請求項１５に記載の冷却ユニット。
【請求項１７】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の冷却ユニットと、
前記光通過部と向かい合う対物レンズと、
前記対物レンズの光軸上に位置するように保持された固浸レンズと、を備え、
前記光通過部は、前記ジャケットに設けられた開口によって構成されており、
前記固浸レンズは、前記開口に配置されている、対物レンズモジュール。
【請求項１８】
前記冷却ユニットを前記対物レンズとは反対側に向けて付勢する付勢部材を更に備える、請求項１７に記載の対物レンズモジュール。
【請求項１９】
前記対物レンズに取り付けられ、前記固浸レンズを保持するホルダを更に備え、
前記ホルダは、前記固浸レンズの周縁部に接触して、前記固浸レンズを水密に且つ揺動可能に保持する可撓性部材を有する、請求項１７又は１８に記載の対物レンズモジュール。
【請求項２０】
前記対物レンズに取り付けられ、前記固浸レンズを保持するホルダと、
前記ホルダと前記ジャケットとの間で挟まれて前記ホルダと前記ジャケットとの間を封止する封止部材と、を更に備える、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の対物レンズモジュール。
【請求項２１】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の冷却ユニットと、
前記半導体デバイスが配置されるステージと、
前記光通過部を介して前記半導体デバイスと向かい合う対物レンズと、
前記半導体デバイスからの光を前記光通過部及び前記対物レンズを介して検出する光検出器と、を備える、半導体検査装置。
【請求項２２】
前記空間を流れる前記流体の圧力を変化させる圧力調整部と、
前記圧力調整部を制御する制御部と、を更に備える、請求項２１に記載の半導体検査装置。
【請求項２３】
前記制御部は、前記空間を流れる前記流体の圧力が前記冷却ユニットの外部の圧力よりも低くなるように、前記圧力調整部を制御する、請求項２２に記載の半導体検査装置。
【請求項２４】
前記冷却ユニットを前記ステージに向けて付勢する付勢装置を更に備える、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の半導体検査装置。
【請求項２５】
半導体デバイスをステージに配置するステップと、
半導体デバイスからの光を通過させる光通過部が設けられたジャケットを有する冷却ユニットを、前記光通過部が前記半導体デバイスと向かい合い、且つ、前記ジャケットと前記半導体デバイスとの間に空間が画定されるように配置するステップと、
前記半導体デバイスを駆動させるステップと、
前記空間に流体を流しながら、駆動中の前記半導体デバイスから到来して前記光通過部を通過した光を光検出器により検出するステップと、を備える、半導体検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却ユニット、対物レンズモジュール、半導体検査装置及び半導体検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの検査において用いられる冷却ユニットとして、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載の冷却ユニットは、駆動中の半導体デバイスを冷却しながら観察するために用いられる。特許文献１に記載の冷却ユニットでは、半導体デバイスに冷却液を噴射することにより、半導体デバイスが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００９５０９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば消費電力が大きな半導体デバイスを検査する場合等には、上述したような冷却ユニットには高い冷却性能が求められる。そこで、本発明は、冷却性能が高められた冷却ユニット及び対物レンズモジュール、そのような冷却ユニットを備える半導体検査装置、並びに、半導体デバイスを好適に冷却しつつ検査することができる半導体検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の冷却ユニットは、半導体デバイスの検査において用いられる冷却ユニットであって、半導体デバイスの熱を放熱するためのジャケットを備え、ジャケットには、半導体デバイスからの光を通過させる光通過部が設けられており、ジャケットは、光通過部が半導体デバイスと向かい合う状態において、半導体デバイスと向かい合って半導体デバイスとの間に空間を画定する空間画定面を有し、ジャケットには、空間に供給される流体が流れる供給流路が設けられている。
【０００６】
この冷却ユニットを半導体デバイスの検査に用いる場合、例えば、光通過部が半導体デバイスと向かい合い、且つ、空間画定面と半導体デバイスとの間に空間が画定されるように、冷却ユニットを配置する。そして、供給流路を介して当該空間に流体を流しながら、駆動中の半導体デバイスから出射されて光通過部を通過した光を検出する。ジャケットと半導体デバイスとの間に画定された空間に流体を流すことにより、半導体デバイスを効果的に冷却することができる。これは、当該流体によって半導体デバイスの熱が取り去られるのに加えて、当該流体を介して半導体デバイスの熱がジャケットに効率良く伝達されるためである。したがって、この冷却ユニットによれば、高い冷却性能を実現することができる。
【０００７】
本発明の冷却ユニットでは、ジャケットには、空間から排出される流体が流れる排出流路が更に設けられていてもよい。この場合、供給流路及び排出流路を介して空間に流体を流すことができ、半導体デバイスをより効果的に冷却することができる。
【０００８】
本発明の冷却ユニットでは、ジャケットには、ジャケットを冷却するための冷媒が流れる冷媒流路が更に設けられていてもよい。この場合、ジャケットをより好適に冷却することができる。
【０００９】
本発明の冷却ユニットでは、空間画定面は、光通過部を囲むように延在していてもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００１０】
本発明の冷却ユニットでは、空間画定面は、平面状に延在してもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００１１】
本発明の冷却ユニットでは、空間画定面は、光通過部に連なっていてもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００１２】
本発明の冷却ユニットでは、空間画定面は、ジャケットに形成された凹部の底面であってもよい。この場合、より好適にジャケットと半導体デバイスとの間に空間を画定することができる。
【００１３】
本発明の冷却ユニットでは、空間の厚さは、０ｍｍよりも大きく０．０５ｍｍ以下であってもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００１４】
本発明の冷却ユニットでは、空間の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００１５】
本発明の冷却ユニットは、ジャケットと、半導体デバイスが配置されるステージとの間で挟まれて空間を封止する弾性部材を更に備えてもよい。この場合、ジャケットと半導体デバイスとの間の空間をより確実に封止することができる。
【００１６】
本発明の冷却ユニットでは、ジャケットには、供給流路が少なくとも２つ設けられていてもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００１７】
本発明の冷却ユニットでは、空間画定面に垂直な方向から見た場合に、供給流路から空間に流体が供給される位置は、空間から排出流路に流体が排出される位置よりも内側に位置していてもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００１８】
本発明の冷却ユニットでは、供給流路は、光通過部に向けて流体を排出するように構成されていてもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００１９】
本発明の冷却ユニットでは、空間画定面には、凹部及び凸部の少なくとも一方が形成されていてもよい。この場合、空間を流れる流体を乱流化させることができ、半導体デバイスの熱をジャケットに一層効率良く伝達することができる。
【００２０】
本発明の冷却ユニットでは、光通過部は、ジャケットに設けられた開口に光透過部材が配置されることによって構成されていてもよい。この場合でも、高い冷却性能を実現することができる。
【００２１】
本発明の冷却ユニットでは、光透過部材は、開口を水密に塞いでいてもよい。この場合、開口から流体が漏れるのを防止することができる。
【００２２】
本発明の対物レンズモジュールは、上記冷却ユニットと、光通過部と向かい合う対物レンズと、対物レンズの光軸上に位置するように保持された固浸レンズと、を備え、光通過部は、ジャケットに設けられた開口によって構成されており、固浸レンズは、開口に配置されている。この対物レンズモジュールによれば、上述した理由により、高い冷却性能を実現することができる。
【００２３】
本発明の対物レンズモジュールは、冷却ユニットを対物レンズとは反対側に向けて付勢する付勢部材を更に備えてもよい。この場合、例えば、半導体デバイスが配置されるステージに対して冷却ユニットをより好適に密着させることができる。
【００２４】
本発明の対物レンズモジュールは、対物レンズに取り付けられ、固浸レンズを保持するホルダを更に備え、ホルダは、固浸レンズの周縁部に接触して、固浸レンズを水密に且つ揺動可能に保持する可撓性部材を有していてもよい。この場合、固浸レンズが揺動可能であるので、固浸レンズを半導体デバイスに対して倣って密着させ易い。更に、固浸レンズが水密に保持されているため、固浸レンズの周囲から流体が漏れるのを防止することができる。
【００２５】
本発明の対物レンズモジュールは、対物レンズに取り付けられ、固浸レンズを保持するホルダと、ホルダとジャケットとの間で挟まれてホルダとジャケットとの間を封止する封止部材と、を更に備えてもよい。この場合、ホルダとジャケットとの間から流体が漏れるのを防止することができる。
【００２６】
本発明の半導体検査装置は、上記冷却ユニットと、半導体デバイスが配置されるステージと、光通過部を介して半導体デバイスと向かい合う対物レンズと、半導体デバイスからの光を光通過部及び対物レンズを介して検出する光検出器と、を備える。この半導体検査装置によれば、上述した理由により、高い冷却性能を実現することができる。
【００２７】
本発明の半導体検査装置は、空間を流れる流体の圧力を変化させる圧力調整部と、圧力調整部を制御する制御部と、を更に備えてもよい。この場合、半導体デバイスをより一層効果的に冷却することができる。
【００２８】
本発明の半導体検査装置では、制御部は、空間を流れる流体の圧力が冷却ユニットの外部の圧力よりも低くなるように、圧力調整部を制御してもよい。この場合、空間内が負圧となるため、冷却ユニットをステージに対してより好適に密着させることができる。また、空間において隙間等から流体が漏れるのを抑制することができる。
【００２９】
本発明の半導体検査装置は、冷却ユニットをステージに向けて付勢する付勢装置を更に備えてもよい。この場合、冷却ユニットをステージに対してより好適に密着させることができる。
【００３０】
本発明の半導体検査方法は、半導体デバイスをステージに配置するステップと、半導体デバイスからの光を通過させる光通過部が設けられたジャケットを有する冷却ユニットを、光通過部が半導体デバイスと向かい合い、且つ、ジャケットと半導体デバイスとの間に空間が画定されるように配置するステップと、半導体デバイスを駆動させるステップと、空間に流体を流しながら、駆動中の半導体デバイスから到来して光通過部を通過した光を光検出器により検出するステップと、を備える。
【００３１】
この半導体検査方法では、ジャケットと半導体デバイスとの間に画定された空間に流体を流しながら、駆動中の半導体デバイスから到来して光通過部を通過した光を検出する。ジャケットと半導体デバイスとの間に画定された空間に流体を流すことにより、半導体デバイスを効果的に冷却することができる。これは、当該流体によって半導体デバイスの熱が取り去られるのに加えて、当該流体を介して半導体デバイスの熱がジャケットに効率良く伝達されるためである。したがって、この半導体検査方法によれば、半導体デバイスを好適に冷却しつつ検査することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、冷却性能が高められた冷却ユニット及び対物レンズモジュール、そのような冷却ユニットを備える半導体検査装置、並びに、半導体デバイスを好適に冷却しつつ検査することができる半導体検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態に係る半導体検査装置の構成図である。
【図２】対物レンズモジュールの周辺の断面図である。
【図３】対物レンズモジュールの平面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿っての冷却ユニットの断面図である。
【図５】図３のV−V線に沿っての冷却ユニットの断面図である。
【図６】ホルダ及び固浸レンズの断面図である。
【図７】固浸レンズが半導体デバイスに接触した状態を示す断面図である。
【図８】固浸レンズが半導体デバイスから離間した状態を示す断面図である。
【図９】変形例の冷却ユニットの断面図である。
【図１０】図９の一部拡大図である。
【図１１】（ａ）は、検査位置の対物レンズを示す断面図であり、（ｂ）は、レンズ切替位置の対物レンズを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［半導体検査装置の構成］
【００３５】
図１に示される半導体検査装置１は、検査対象のデバイス（ＤＵＴ：Device  Under  Test）である半導体デバイス２を観察して検査するための装置である。半導体検査装置１は、例えば、半導体デバイス２における故障箇所を特定するために用いられる。
【００３６】
半導体デバイス２は、例えば、ロジックＬＳＩ（Large  Scale  Integration）を含むデバイスである。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により構成される。半導体デバイス２の消費電力は、例えば２００Ｗ程度である。半導体デバイス２は、ステージ３に配置（固定）されている。
【００３７】
半導体検査装置１は、信号入力装置１１と、光源１２と、光学系１３と、光検出器１４と、制御部１５とを備えている。信号入力装置１１は、半導体デバイス２に電気的に接続されており、半導体デバイス２に信号を入力して半導体デバイス２を駆動させる。信号入力装置１１は、例えば、半導体デバイス２に刺激信号を加えるパルスジェネレータ、又は、半導体デバイス２にテスト信号を入力するテスタユニット等である。信号入力装置１１は、半導体デバイス２に所定のテストパターン等の信号を繰り返し入力する。信号入力装置１１が入力する信号は、変調電圧信号であってもよいし、直流電圧信号であってもよい。
【００３８】
光源１２は、半導体デバイス２を照明する光を出力する。光源１２は、例えば、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）、ＬＤ（LaserDiode）、ＳＬＤ（Super luminescent Diode）又はランプ光源等である。光源１２から出力される光の波長は、例えば１０６４ｎｍ以上であってもよい。光源１２から出力された光は、光学系１３に導かれる。
【００３９】
光学系１３は、光源１２から出力された光を半導体デバイス２の表面２ａへ導光すると共に、半導体デバイス２の表面２ａからの光を光検出器１４へ導光する。光学系１３は、例えば、対物レンズ１６、光スキャナ（図示省略）及びビームスプリッタ（図示省略）を含んで構成されている。対物レンズ１６は、光源１２から出力されてビームスプリッタ及び光スキャナによって導かれた光を、観察エリアに集光したり観察エリアにて走査したりする。光学系１３は、例えばＸＹＺステージ（図示省略）に載置されている。ＸＹＺステージは、対物レンズ１６の光軸に平行な方向をＺ軸方向とすると、Ｚ軸方向、並びに、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されている。ＸＹＺステージの位置によって観察エリアが決定する。
【００４０】
光源１２から出力されて光学系１３から出射された光は、駆動中の半導体デバイス２により反射され、光学系１３を介して光検出器１４に入射する。このとき、半導体デバイス２の駆動状態に伴って、半導体デバイス２により反射される光の強度が変調される。
【００４１】
光検出器１４は、半導体デバイス２で変調された光を検出し、波形データを出力する。光検出器１４は、光スキャナによって半導体デバイス２に対して光が走査されている間に入射した光を検出し、測定画像を出力してもよい。これらの波形データや測定画像に基づいて、半導体デバイス２における故障箇所を特定することができる。
【００４２】
光検出器１４は、半導体デバイス２に対して光が走査されている間に入射した光を検出し、パターン画像を出力してもよい。パターン画像とは、半導体デバイス２の回路パターン等を確認可能となるように撮像された画像である。光検出器１４としては、例えば、半導体デバイス２の基板を透過する波長の光を検出可能なフォトダイオード、ＡＰＤ（Avalanche Photodiode）、ＳｉＰＭ（SiliconPhotomultiplier）等を用いることができる。
【００４３】
制御部１５は、信号入力装置１１、光源１２、光学系１３及び光検出器１４等に電気的に接続されており、半導体検査装置１全体の制御を行う。制御部１５は、例えば、プロセッサ（ＣＰＵ：Central  Processing  Unit）、並びに記憶媒体であるＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）等を含むコンピュータにより構成されている。制御部１５は、記憶媒体に記憶されたデータに対し、プロセッサによる処理を実行する。制御部１５は、例えば、光検出器１４の検出結果に基づいて、半導体デバイス２における故障箇所の特定処理を実施する。
［半導体デバイスの冷却のための構成］
【００４４】
半導体検査装置１は、冷却ユニット２１と、貯留タンク２２と、４つのレギュレータ（圧力調整部）２３と、ドレーンタンク２４と、チラー２５とを更に備えている。冷却ユニット２１、貯留タンク２２、レギュレータ２３、ドレーンタンク２４及びチラー２５は、半導体デバイス２の検査中に半導体デバイス２を冷却するために用いられる。冷却ユニット２１は、対物レンズ１６と組み合わせられて対物レンズモジュール６０を構成している。
［冷却ユニット］
【００４５】
図２〜図８を参照しつつ、冷却ユニット２１について説明する。冷却ユニット２１は、半導体デバイス２と向かい合うように配置され、半導体デバイス２との間に空間（隙間）Ｓ１を画定する。半導体検査装置１では、空間Ｓ１に流体５を流すことにより、半導体デバイス２が冷却される。流体５は、例えば水又は純水であるが、フロリナート（登録商標）系の電気絶縁性を有する液体であってもよい。
【００４６】
冷却ユニット２１は、半導体デバイス２が配置されたステージ３に対して取り付けられている。この例では、ステージ３は、ＤＵＴボード３ａと、保持部３ｂとを備えている。ＤＵＴボード３ａは、例えば、板状に形成され、信号入力装置１１と半導体デバイス２との間の接続部を構成している。ＤＵＴボード３ａには、信号入力装置１１と半導体デバイス２との間の接続部を構成するソケットが組み込まれていてもよい。図７及び図８に示されるように、半導体デバイス２は、パッケージ２ｂと、パッケージ２ｂから突出したダイ２ｃとを有している。例えば、パッケージ２ｂは、ＰＣボードであり、ダイ２ｃは、パッケージ２ｂ上に実装（接合）された半導体部分である。
【００４７】
保持部３ｂは、ＤＵＴボード３ａに固定され、半導体デバイス２を保持している。保持部３ｂは、例えば、金属により板状に形成されている。この例では、保持部３ｂには開口３ｃが設けられている。開口３ｃは、パッケージ２ｂが配置される第１部分Ｒ１、及びダイ２ｃが配置される第２部分Ｒ２を有しており、第１部分Ｒ１及び第２部分Ｒ２の各々において開口している。保持部３ｂは、第１部分Ｒ１に配置されたパッケージ２ｂの周縁部に接触する係止部３ｄを有している。この例では、係止部３ｄは、開口３ｃにおける第２部分Ｒ２を画定する内面が第１部分Ｒ１を画定する内面よりも内側に位置していることにより、形成されている。この例では係止部３ｄの厚さはダイ２ｃの厚さと等しいが、係止部３ｄの厚さはダイ２ｃの厚さよりも厚くてもよいし、或いは薄くてもよい。
【００４８】
冷却ユニット２１は、半導体デバイス２の熱を放熱するためのジャケット３１を備えている。ジャケット３１は、例えば、金属により、略円板状のブロック状に形成されている。ジャケット３１は、半導体デバイス２及び保持部３ｂと向かい合うように配置されている。
【００４９】
ジャケット３１は、第１表面３１ａと、第１表面３１ａとは反対側の第２表面３１ｂとを有している。第１表面３１ａは、冷却ユニット２１がステージ３に取り付けられた状態において半導体デバイス２及び保持部３ｂと向かい合う表面である。ジャケット３１には、第１表面３１ａに垂直な方向Ｄ１に沿ってジャケット３１を貫通する開口３２が設けられている。開口３２は、例えば、第２表面３１ｂ側に向かって広がる略円錐台形状を呈している。開口３２は、半導体デバイス２からの光を通過させる光通過部として機能する。
【００５０】
第１表面３１ａには、凹部３３が形成されている。この例では、凹部３３は、第１表面３１ａの周縁部３１ａ１以外の部分が周縁部３１ａ１よりも低くなっていることにより形成されている。凹部３３は、第１部分３４と、第２部分３５とを有している。第１部分３４は、方向Ｄ１から見た場合に開口３２を囲む円環状の部分である。第２部分３５は、方向Ｄ１から見た場合に第１部分３４の外側に位置して第１部分３４に連なる円環状の部分である。第２部分３５の深さは、第１部分３４の深さよりも深い。第１部分３４の底面３４ａは、開口３２に連なっており、方向Ｄ１から見た場合に開口３２を囲んでいる。底面３４ａは、平面状に延在し、方向Ｄ１から見た場合に円環状を呈している。
【００５１】
第１部分３４の底面３４ａには、渦巻き状（螺旋状）に延在する溝部（凹部）３６が形成されている（図７及び図８）。第２部分３５の底面３５ａには、弾性部材４１，４２がそれぞれ配置される一対の配置溝３７が形成されている。弾性部材４１，４２は、ジャケット３１と保持部３ｂとの間で挟まれて空間Ｓ１を封止するための部材である。図３に示されるように、弾性部材４１，４２は、例えば、リング状に形成されている。図３では、理解を容易にするために、弾性部材４１，４２がハッチングで示されている。図３に示されるように、第１表面３１ａの周縁部３１ａ１には、周方向に一定の間隔を空けて４つの磁石３８が配置されている。磁石３８の引力を利用することで、ジャケット３１を保持部３ｂに対して取り外し可能に取り付けることができる。
【００５２】
ジャケット３１には、空間Ｓ１に供給される流体５が流れる４つの供給流路５１と、空間Ｓ１から排出される流体５が流れる４つの排出流路５２と、が設けられている。各供給流路５１は、直線状に延在し、ジャケット３１の外側面３１ｃと開口３２の内面３２ａとに開口している。４つの供給流路５１は、周方向に一定の間隔を空けて配置されている。外側面３１ｃにおける各開口には、開閉可能なバルブ５３が設けられている。図３に示されるように、各バルブ５３は、貯留タンク２２から供給される流体５が流れる配管Ｐ１に接続されている。供給流路５１においては、外側面３１ｃから内面３２ａに向かって流体５が流れ、開口３２内に流体５が排出される。すなわち、供給流路５１は、開口３２に向けて流体５を排出するように構成されている。
【００５３】
各排出流路５２は、直線状に延在し、ジャケット３１の外側面３１ｃと第２部分３５の底面３５ａとに開口している。４つの排出流路５２は、周方向に一定の間隔を空けて配置されている。外側面３１ｃにおける各開口には、開閉可能なバルブ５４が設けられている。図３に示されるように、各バルブ５４は、ドレーンタンク２４に排出される流体５が流れる配管Ｐ２に接続されている。排出流路５２においては、底面３５ａから外側面３１ｃに向かって流体５が流れ、ジャケット３１の外部に流体５が排出される。図３には、排出流路５２から底面３５ａに流体５が排出される排出口５２ａが示されている。
【００５４】
更に、ジャケット３１には、ジャケット３１を冷却するための冷媒６が流れる冷媒流路５５が設けられている。冷媒６は、例えば水である。冷媒流路５５は、例えば、方向Ｄ１に垂直に平面状に延在しており、方向Ｄ１から見た場合に開口３２を囲む円環状を呈している。冷媒流路５５は、ジャケット３１の外側面３１ｃにおいて外部に開口している。この例では、冷媒流路５５は、周方向に一定の間隔を空けて４箇所において開口している。図５に示されるように、各開口には、開閉可能なバルブ５６が設けられている。図３に示されるように、各バルブ５６は、冷媒６が流れる配管Ｐ３に接続されている。冷媒流路５５においては、一又は複数の開口から他の開口に向かって冷媒６が流れ、冷媒流路５５内を冷媒６が流動する。これにより、ジャケット３１が冷却される。図４及び図５では、冷媒６が流動する領域がハッチングで示されている。
【００５５】
再び図１を参照して、流体５及び冷媒６が流れる経路を説明する。流体５は、貯留タンク２２に貯留されている。貯留タンク２２内の流体５は、コンプレッサ（図示省略）により昇圧され、レギュレータ２３を介して供給流路５１に供給される。４つのレギュレータ２３は、それぞれ、配管Ｐ１を介して供給流路５１に接続されている。各レギュレータ２３は、制御部１５により制御され、供給流路５１を流れる流体の圧力を変化させる。これにより、空間Ｓ１を流れる流体５の圧力が調整される。ドレーンタンク２４には、排出流路５２から排出された流体５が貯留される。チラー２５は、冷媒６を冷却させて冷媒流路５５内を循環させる。流体５は、供給流路５１を流れる間にジャケット３１によって冷却される。
【００５６】
図２等に示されるように、ジャケット３１の外側面３１ｃには、２つの漏水センサ４３，４４が設けられている。漏水センサ４３は、外側面３１ｃにおける第１表面３１ａとの境界に沿って延在するように配置されている。漏水センサ４３は、ジャケット３１と保持部３ｂとの間から流体５が漏れていないかどうかを検出する。漏水センサ４４は、外側面３１ｃにおける第２表面３１ｂとの境界に沿って延在するように配置されている。漏水センサ４４は、バルブ５３，５４，５６から流体５又は冷媒６が漏れていないかどうか、及び、冷媒流路５５に形成された隙間等から冷媒６が漏れていないかどうかを検出する。
［対物レンズモジュール］
【００５７】
図２〜図８に示されるように、冷却ユニット２１は、対物レンズ１６と組み合わせられて対物レンズモジュール６０を構成している。対物レンズモジュール６０は、上述した冷却ユニット２１及び対物レンズ１６に加えて、対物レンズ１６に取り付けられた固浸レンズユニット６１を備えている。固浸レンズユニット６１は、固浸レンズ６２と、ホルダ６３とを備えている。対物レンズ１６は、ジャケット３１の開口３２を介して半導体デバイス２と向かい合うように配置されている。固浸レンズ６２は、ホルダ６３によって開口３２内において保持され、対物レンズ１６の光軸Ｌ上に位置している。この例では、光軸Ｌの延在方向は方向Ｄ１と平行である。
【００５８】
以下の説明では、ステージ３に配置された半導体デバイス２と対物レンズ１６が向かい合う状態において、半導体デバイス２に対して対物レンズ１６が位置する側を下側とし、対物レンズ１６に対して半導体デバイス２が位置する側を上側とする。
【００５９】
図６に示されるように、固浸レンズ６２は、当接面６２ａと、球面６２ｂと、テーパ面６２ｃと、周面６２ｄと、を有している。当接面６２ａは、平坦面であり、半導体デバイス２のダイ２ｃに当接する。球面６２ｂは、下側に向かって凸の半球形状の面であり、対物レンズ１６と向かい合う。テーパ面６２ｃは、下側に向かって広がる円錐台形状の面であり、当接面６２ａの外縁から下側に延びている。周面６２ｄは、円柱形状の面であり、球面６２ｂの外縁とテーパ面６２ｃの外縁とに接続されている。テーパ面６２ｃを含む仮想円錐の頂点は、固浸レンズ６２の球心Ｃ（球面６２ｂの曲率中心）に一致しており、当接面６２ａの上側において対物レンズ１６の光軸Ｌ上に位置している。球心Ｃは、固浸レンズ６２の焦点に一致する。
【００６０】
固浸レンズ６２は、半導体デバイス２の基板材料と実質的に同一又はその屈折率に近い、高屈折率材料により形成されている。その代表的な例としては、Ｓｉ、ＧａＰ、ＧａＡｓ等が挙げられる。固浸レンズ６２は、観察光を透過させる。固浸レンズ６２を半導体デバイス２に光学密着させることにより、半導体デバイス２自身を固浸レンズ６２の一部として利用することができる。固浸レンズ６２を利用した半導体デバイス２の裏面解析によれば、対物レンズ１６の焦点を半導体デバイス２の基板表面に形成された集積回路に合わせた際に、固浸レンズ６２の効果により、半導体デバイス２中に開口数（ＮＡ）の高い光束を通すことができ、高分解能化が可能となる。
【００６１】
固浸レンズ６２は、開口３２内においてホルダ６３により保持されている。ホルダ６３は、本体部７１と、可撓性部材７２とを備えている。本体部７１は、側壁部７３と、蓋部７４とを有している。本体部７１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）により形成されている。側壁部７３は、筒形状に形成されている。側壁部７３は、対物レンズ１６の側面に設けられた機構部１６ａに連結されている。蓋部７４は、側壁部７３の上側の開口を塞ぐように、側壁部７３と一体的に形成されている。
【００６２】
蓋部７４には、固浸レンズ６２が配置される開口７４ａが形成されている。開口７４ａは、光軸Ｌ上に配置され、上側及び下側に開口している。蓋部７４は、開口７４ａの内面から開口７４ａの中心側に向かって延びる複数（例えば、３つ）の突出部７５を有している。突出部７５は、先細り形状を呈しており、半導体デバイス２側の面が、開口７４ａの中心に近づくにつれて対物レンズ１６に近づくように傾斜した傾斜面となっている。複数の突出部７５は、例えば、周方向に一定の間隔を空けて配置されている。
【００６３】
可撓性部材７２は、例えば、樹脂等により形成され、面状の部材が折り曲げられたような形状を呈している。可撓性部材７２は、蓋部７４の開口７４ａを塞ぐように、蓋部７４に対して対物レンズ１６とは反対側に設けられている。可撓性部材７２には、固浸レンズ６２が配置される開口７２ａが形成されている。開口７２ａは、光軸Ｌ上に配置されている。可撓性部材７２は、開口７２ａの縁に沿って固浸レンズ６２の周縁部（この例では、テーパ面６２ｃ及び周面６２ｄ）に結合された環状の封止部７２ｂを有している。封止部７２ｂにより、固浸レンズ６２と可撓性部材７２との間が水密に封止されている。可撓性部材７２は、例えば、溶着又は接着により蓋部７４に水密に結合された結合部７２ｃを有している。
【００６４】
固浸レンズ６２は、当接面６２ａ及びテーパ面６２ｃが可撓性部材７２の開口７２ａから上側に突出し、且つ球面６２ｂが蓋部７４の開口７４ａから下側に突出するように、開口７２ａ及び開口７４ａに配置されている。球面６２ｂは、各突出部７５の先端部に接触しており、当接面６２ａ及びテーパ面６２ｃは、可撓性部材７２によって保持されている。これにより、固浸レンズ６２は、当接面６２ａが半導体デバイス２に当接する前の状態（図８）において、揺動可能となっている。例えば、固浸レンズ６２が揺動すると、球面６２ｂが突出部７５の先端部に対して滑ると共に、可撓性部材７２が固浸レンズ６２の揺動に追従して変形する。固浸レンズ６２が揺動可能となっていることで、当接面６２ａを半導体デバイス２に当接させる際に、固浸レンズ６２を半導体デバイス２に対して倣って密着させ易い。その結果、例えば、半導体デバイス２が光軸Ｌに対して傾斜して配置されている場合でも、固浸レンズ６２を半導体デバイス２に良好に密着させることができ、半導体デバイス２を観察することが可能となる。
【００６５】
対物レンズモジュール６０は、ホルダ６３とジャケット３１との間を封止する封止部材６４を更に備えている。封止部材６４は、例えば、樹脂等の弾性材料によりリング状に形成されている。封止部材６４は、ジャケット３１の開口３２の内面３２ａに設けられた凹部３２ｂに配置されている。封止部材６４は、側壁部７３と凹部３２ｂの底面との間で挟まれ、ホルダ６３とジャケット３１との間を水密に封止している。
【００６６】
対物レンズモジュール６０は、冷却ユニット２１と対物レンズ１６とを互いに連結する４つの連結部８１を更に備えている。各連結部８１は、例えば、バネ（付勢部材）８２付きのボルト８３により構成されている。各連結部８１は、ジャケット３１における凹部３３の第１部分３４に設けられた配置孔８４に配置されている。配置孔８４は、第１部分３４と開口３２とを連通している。４つの連結部８１は、周方向に一定の間隔を空けて、周方向に沿って配置されている。各連結部８１においては、ボルト８３の頭部が配置孔８４に配置され、ボルト８３のネジ部がホルダ６３の蓋部７４に螺合されている。バネ８２は、ジャケット３１を対物レンズ１６とは反対側に向けて付勢する。冷却ユニット２１がステージ３に取り付けられた状態においては、この付勢力により、ジャケット３１が保持部３ｂに押し付けられる。その結果、弾性部材４１，４２が弾性変形して保持部３ｂに密着し、ジャケット３１と保持部３ｂとの間が封止される。
【００６７】
対物レンズ１６の機構部１６ａは、ホルダ６３を半導体デバイス２に向けて付勢する付勢機構１６ｂを備えている（図２）。付勢機構１６ｂは、固浸レンズ６２の半導体デバイス２に対する密着力を確保するために用いられる。付勢機構１６ｂは、例えば、軸方向に延在するガイド部材と、ガイド部材により保持されたバネとにより構成されている。
［冷却ユニットにより形成される空間］
【００６８】
半導体デバイス２の検査時には、例えば、図８に示されるように固浸レンズ６２が半導体デバイス２から離間した状態から、上述したＸＹＺステージによって対物レンズ１６を移動させることで固浸レンズ６２が半導体デバイス２に近づけられ、図７に示されるように固浸レンズ６２が半導体デバイス２に接触した状態に移行する。図７の状態においては、付勢機構１６ｂによって固浸レンズ６２の半導体デバイス２に対する密着力が確保（調整）されている。図７及び図８のいずれの状態においても、冷却ユニット２１はステージ３に取り付けられており、冷却ユニット２１と半導体デバイス２との間には空間Ｓ１が形成されている。すなわち、連結部８１によってジャケット３１が保持部３ｂに向けて付勢されているため、図８に示されるように固浸レンズ６２が半導体デバイス２から離間した状態においても、冷却ユニット２１がステージ３に密着した状態が維持される。
【００６９】
空間Ｓ１は、半導体デバイス２のパッケージ２ｂ及びダイ２ｃと、ジャケット３１に設けられた凹部３３の第１部分３４の底面３４ａとの間に形成される。すなわち、この例では、第１部分３４の底面３４ａが、半導体デバイス２と向かい合って半導体デバイス２との間に空間Ｓ１を画定する空間画定面となっている。パッケージ２ｂと底面３４ａとの間における空間Ｓ１の深さは、ダイ２ｃと底面３４ａとの間における空間Ｓ１の深さよりも深い。空間Ｓ１は、方向Ｄ１から見た場合に開口３２に連なっており、開口３２を囲むように円環状に延在している。空間Ｓ１の厚さ（方向Ｄ１における最小厚さ、すなわち、方向Ｄ１におけるダイ２ｃと底面３４ａとの間の距離）は、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。この例では、空間Ｓ１の厚さは、第１部分３４の深さと保持部３ｂの係止部３ｄの厚さとの和に等しい。上述した溝部３６は、その少なくとも一部が空間Ｓ１に露出するように配置されている。
【００７０】
また、固浸レンズ６２が半導体デバイス２に接触した状態においては、第１部分３４の底面３４ａと保持部３ｂとの間、及び、第２部分３５の底面３５ａと保持部３ｂとの間に、空間Ｓ２が形成される。第２部分３５における空間Ｓ２の深さは、第１部分３４における空間Ｓ２の深さよりも深い。空間Ｓ２は、底面３５ａにおいて排出流路５２に接続されている。第２部分３５における空間Ｓ２には、空間Ｓ１から排出流路５２に排出される流体５が貯留される。つまり、第２部分３５における空間Ｓ２は、排出流路５２に排出される流体５を貯留するプール部として機能する。空間Ｓ２は、空間Ｓ１に接続されており、方向Ｄ１から見た場合に空間Ｓ１を囲むように円環状に延在している。空間Ｓ２の外縁は、上述した弾性部材４１，４２によって封止されている。
【００７１】
開口３２内の空間Ｓ３は、供給流路５１に接続されている。空間Ｓ３には固浸レンズユニット６１が配置されており、空間Ｓ３における対物レンズ１６側の端部は、上述した封止部材６４によって封止されている。より具体的には、弾性部材４１，４２によってジャケット３１と保持部３ｂとの間が封止されることで、空間Ｓ３における対物レンズ１６側の端部が封止されている。また、上述したとおり、固浸レンズ６２と可撓性部材７２との間、及び、可撓性部材７２とホルダ６３の蓋部７４との間が水密に封止されている。以上により、空間Ｓ１，Ｓ２及びＳ３により構成される空間（流路）が封止されている。
【００７２】
供給流路５１から空間Ｓ３に供給された流体５は、空間Ｓ１〜Ｓ３を流動する。流体５は、空間Ｓ３から空間Ｓ１を経て空間Ｓ２へ流れ、排出流路５２から排出される。図３、図７及び図８では、流体５が流動する領域がハッチングで示されている。この例では、方向Ｄ１から見た場合に、供給流路５１から空間Ｓ１〜Ｓ３に流体５が供給される位置は、空間Ｓ１〜Ｓ３から排出流路５２に流体５が排出される位置（排出口５２ａの位置）よりも内側に位置している。空間Ｓ１〜Ｓ３を流れる流体５の圧力は、レギュレータ２３により変化させられる。制御部１５は、空間Ｓ１〜Ｓ３を流れる流体５の圧力が冷却ユニット２１の外部の圧力よりも低くなるように（すなわち、空間Ｓ１〜Ｓ３内が負圧となるように）、各レギュレータ２３を制御する。これにより、冷却ユニット２１をステージ３に対して好適に密着させることが可能となる。
［半導体検査方法］
【００７３】
半導体検査装置１を用いた半導体検査方法では、まず、半導体デバイス２をステージ３に配置（固定）する（第１ステップ）。続いて、冷却ユニット２１を、開口３２が半導体デバイス２と向かい合い、且つ、ジャケット３１と半導体デバイス２との間に空間Ｓ１が画定されるように配置する（第２ステップ）。より具体的には、例えば、上述したＸＹＺステージによって対物レンズ１６（対物レンズモジュール６０）を移動させ、開口３２が半導体デバイス２と向かい合うように冷却ユニット２１をステージ３に取り付ける。これにより、冷却ユニット２１とステージ３との間に空間Ｓ１〜Ｓ３が形成される。
【００７４】
続いて、ＸＹＺステージによって対物レンズ１６を移動させることで固浸レンズ６２を半導体デバイス２に向かって移動させ、固浸レンズ６２の当接面６２ａを半導体デバイス２に当接させる（図７、第３ステップ）。続いて、信号入力装置１１によって半導体デバイス２を駆動させる（第４ステップ）。続いて、空間Ｓ１〜Ｓ３に流体５を流しながら、駆動中の半導体デバイス２から到来して開口３２を通過した光を光検出器１４により検出する（第５ステップ）。以上の工程により、上述したとおり、半導体デバイス２の検査を行うことができる。なお、半導体デバイス２を駆動させる第４ステップは、第２ステップ又は第３ステップよりも前に行われてもよい。
【００７５】
観察エリアを変更する際には、ＸＹＺステージによって対物レンズ１６を移動させることで固浸レンズ６２を半導体デバイス２から遠ざける（図８）。このとき、連結部８１によってジャケット３１が保持部３ｂに向けて付勢されているため、冷却ユニット２１がステージ３に密着した状態が維持される。また、磁石３８の引力によっても、ジャケット３１が保持部３ｂに向けて付勢される。続いて、ＸＹＺステージによって対物レンズ１６（対物レンズモジュール６０）をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動させ、固浸レンズ６２を所望の観察エリアに対応する位置まで移動させる。続いて、ＸＹＺステージによって対物レンズ１６を移動させることで固浸レンズ６２を半導体デバイス２に向かって移動させ、固浸レンズ６２を半導体デバイス２に当接させる。これにより、観察エリアを変更することができる。
［作用及び効果］
【００７６】
以上説明したように、冷却ユニット２１を半導体デバイス２の検査に用いる場合、例えば、開口３２が半導体デバイス２と向かい合い、且つ、第１部分３４の底面３４ａと半導体デバイス２との間に空間Ｓ１が画定されるように、冷却ユニット２１を配置する。そして、供給流路５１を介して当該空間Ｓ１に流体５を流しながら、駆動中の半導体デバイス２から出射されて開口３２を通過した光を検出する。ジャケット３１と半導体デバイス２との間に画定された空間Ｓ１に流体５を流すことにより、半導体デバイス２を効果的に冷却することができる。これは、当該流体５によって半導体デバイス２の熱が取り去られるのに加えて、当該流体５を介して半導体デバイス２の熱がジャケット３１に効率良く伝達されるためである。更に、流体５を用いて冷却を行うため、仮に半導体デバイス２が製造誤差又は発熱により反っている場合でも、流体５が半導体デバイス２に良好に接触する。したがって、そのような場合でも冷却性能を確保することができる。よって、この冷却ユニット２１によれば、高い冷却性能を実現することができる。
【００７７】
空間Ｓ１に流体５を流すことにより半導体デバイス２の効果的な冷却が可能となる理由について更に説明する。流体が物体の表面を流れる場合、粘性を有する流体と物体との境界には流速が連続的に変化する境界層が発生する。通常、この境界層の厚さが厚く、且つ物体からの距離に対する流速の変化が少ないほど、流体と物体との間の熱交換の速度は遅くなる。当該境界層を薄くするためには、流速を増加させることが一般的である。ところが、微小な隙間に流体を流す場合、流量を一定とすると、隙間が狭いほど流速が増加する。更に、境界層内部の速度傾斜が隙間の大きさに反比例し、流速に比例して大きくなる。そのため、物体と流体との間の熱抵抗を大幅に抑制することが可能となる。冷却ユニット２１では、この現象を利用することで、半導体デバイス２から流体５への熱伝達、及び流体５からジャケット３１への熱伝達における熱抵抗を大幅に抑制し、半導体デバイス２の熱を効率良く伝達することが可能となる。
【００７８】
他の冷却方法として、冷却ブロックを熱伝導グリースを介して半導体デバイス２に密着させて半導体デバイス２を冷却する方法が考えられる。しかし、そのような半導体検査装置１においては、熱伝導グリースによって固浸レンズ６２の半導体デバイス２に対する密着が妨げられるおそれがあるため、熱伝導グリースを使用することができない。これに対し、冷却ユニット２１では、ジャケット３１と半導体デバイス２との間に微小な隙間（空間Ｓ１）を設け、当該隙間に流体５を流すことで、流体５を動的なグリースとして機能させることができる。その結果、半導体デバイス２を効果的に冷却することが可能となる。
【００７９】
ジャケット３１には、空間Ｓ１から排出される流体５が流れる排出流路５２が設けられている。これにより、供給流路５１及び排出流路５２を介して空間Ｓ１に流体を流すことができ、半導体デバイス２をより効果的に冷却することができる。
【００８０】
ジャケット３１には、ジャケット３１を冷却するための冷媒６が流れる冷媒流路５５が設けられている。これにより、ジャケット３１をより好適に冷却することができる。
【００８１】
第１部分３４の底面３４ａが、開口３２に連なっており、開口３２を囲むように平面状に延在している。これにより、半導体デバイス２をより一層効果的に冷却することができる。
【００８２】
空間Ｓ１の厚さが、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。これにより、半導体デバイス２をより一層効果的に冷却することができる。すなわち、空間Ｓ１の厚さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であると、流体５によって半導体デバイス２の熱を効果的に取り去ることができる。その結果、例えば、０．２リットル／分程度の流量で２００Ｗ程度の半導体デバイス２を冷却することが可能となる。空間Ｓ１の厚さは、０ｍｍよりも大きく０．０５ｍｍ以下であってもよい。この場合、空間Ｓ１を流れる流体５が熱伝導媒体として機能し易く、半導体デバイス２の熱をジャケット３１に一層効率良く伝達することができる。空間Ｓ１の厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってもよい。
【００８３】
空間Ｓ１を画定する空間画定面が、ジャケット３１に形成された凹部３３の底面３４ａである。これにより、より好適にジャケット３１と半導体デバイス２との間に空間Ｓ１を画定することができる。
【００８４】
冷却ユニット２１は、ジャケット３１とステージ３との間で挟まれて空間Ｓ１を封止する弾性部材４１，４２を備えている。これにより、ジャケット３１と半導体デバイス２との間の空間Ｓ１をより確実に封止することができる。
【００８５】
ジャケット３１には、供給流路５１が４つ設けられている。これにより、半導体デバイス２をより一層効果的に冷却することができる。すなわち、供給流路５１を少なくとも２つ設けることで、半導体デバイス２に対する固浸レンズ６２の接触位置にかかわらず、当該接触位置の周辺に流体５を供給することが可能となる。更に、少なくとも２つの供給流路５１が設けられていることにより、空間Ｓ１を流れる流体５の圧力の制御を容易化することができる。供給流路５１が少なくとも３つ設けられている場合、これらの作用効果が顕著に奏される。
【００８６】
方向Ｄ１から見た場合に、供給流路５１から空間Ｓ１に流体５が供給される位置が、空間Ｓ１から排出流路５２に流体５が排出される位置よりも内側に位置している。これにより、半導体デバイス２を一層効果的に冷却することができる。供給流路５１が、開口３２に向けて流体５を排出するように構成されている。これにより、半導体デバイス２をより一層効果的に冷却することができる。
【００８７】
底面３４ａには、溝部３６が形成されている。これにより、空間Ｓ１を流れる流体５を乱流化させることができ、半導体デバイス２の熱をジャケット３１に一層効率良く伝達することができる。これは、乱流化により、境界層の厚さを薄くすることができると共に、空間Ｓ１を流れる流体５の温度を均一化することができるためである。
【００８８】
対物レンズモジュール６０は、冷却ユニット２１を対物レンズ１６とは反対側に向けて付勢するバネ８２を備えている。これにより、ステージ３に対して冷却ユニット２１をより好適に密着させることができる。
【００８９】
ホルダ６３が、固浸レンズ６２の周縁部に接触して、固浸レンズ６２を水密に且つ揺動可能に保持する可撓性部材７２を有している。これにより、固浸レンズ６２が揺動可能であるので、固浸レンズ６２を半導体デバイス２に対して倣って密着させ易い。更に、固浸レンズ６２が水密に保持されているため、固浸レンズ６２の周囲から流体５が漏れるのを防止することができる。
【００９０】
対物レンズモジュール６０は、ホルダ６３とジャケット３１との間で挟まれてホルダ６３とジャケット３１との間を封止する封止部材６４を備えている。これにより、ホルダ６３とジャケット３１との間から流体５が漏れるのを防止することができる。
【００９１】
半導体検査装置１は、空間Ｓ１を流れる流体５の圧力を変化させるレギュレータ２３と、レギュレータ２３を制御する制御部１５とを備えている。これにより、半導体デバイス２をより一層効果的に冷却することができる。
【００９２】
半導体検査装置１では、制御部１５が、空間Ｓ１を流れる流体５の圧力が冷却ユニット２１の外部の圧力よりも低くなるように、レギュレータ２３を制御する。これにより、空間Ｓ１内が負圧となるため、冷却ユニット２１をステージ３に対してより好適に密着させることができる。また、空間Ｓ１〜Ｓ３において隙間等から流体５が漏れるのを抑制することができる。
［変形例］
【００９３】
冷却ユニット２１は、図９、図１０及び図１１に示される変形例のように構成されてもよい。変形例では、冷却ユニット２１は、対物レンズ１６とは別体に構成されている。対物レンズ１６には、固浸レンズユニット６１が取り付けられていない。ジャケット３１の開口３２には、光透過部材８５が配置されている。光透過部材８５は、例えばガラスにより板状に形成され、観察光を透過させる。光透過部材８５は、開口３２を水密に塞いでいる。光透過部材８５は、例えば、開口３２から半導体デバイス２側に突出するように配置され、所定の間隔を空けて半導体デバイス２のダイ２ｃと向かい合っている。変形例では、半導体デバイス２のパッケージ２ｂ及びダイ２ｃと、ジャケット３１に設けられた凹部３３の第１部分３４の底面３４ａとの間に空間Ｓ１が形成される。上記実施形態と同様に、第１部分３４の底面３４ａと保持部３ｂとの間、及び、第２部分３５の底面３５ａと保持部３ｂとの間に、空間Ｓ２が形成される。変形例では、光透過部材８７によって開口３２が塞がれているため、空間Ｓ１は開口３２内の空間とは接続されない。
【００９４】
このような変形例によっても、上記実施形態と同様に、半導体デバイス２の検査及び観察を行うことができる。また、上述した理由により、高い冷却性能を実現することができる。更に、光透過部材８５が開口３２を水密に塞いでいるため、開口３２から流体５が漏れるのを防止することができる。
【００９５】
図１１に示されるように、変形例に係る半導体検査装置１は、冷却ユニット２１をステージ３に向けて付勢する付勢装置９０を備えている。付勢装置９０は、例えばバネ９１を有してＸＹＺステージに固定されており、バネ９１によって冷却ユニット２１をその周縁部において付勢している。これにより、冷却ユニット２１をステージ３に対してより好適に密着させることができる。
【００９６】
半導体デバイス２の検査時には、対物レンズ１６は、図１１（ａ）に示される検査位置に位置付けられる。観察エリアを変更する場合において、対物レンズ１６のレンズを切り替えるときには、対物レンズ１６は、検査位置から図１１（ｂ）に示されるレンズ切替位置まで下降させられる。そして、所望の観察エリアに対応する位置までＸＹ方向に移動させられた後で、検査位置まで上昇させられる。一方、観察エリアを変更する場合において、対物レンズ１６のレンズを切り替えないときには、対物レンズ１６は、検査位置に位置付けられたままで、所望の観察エリアに対応する位置までＸＹ方向に移動させられる。
【００９７】
各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。上記実施形態では、半導体検査装置１は、半導体デバイス２に対して鉛直下側から観察を行う装置として構成されたが、半導体デバイス２に対して鉛直上側から観察を行う装置として構成されてもよい。この場合、半導体デバイス２は、ステージ３上に載置されてもよい。
【００９８】
上記実施形態では、半導体デバイス２との間に空間Ｓ１を画定する空間画定面が、凹部３３の底面である底面３４ａにより構成されたが、空間画定面の構成はこれに限られない。例えば、ジャケット３１の第１表面３１ａに凹部３３が形成されず、平坦に形成された第１表面３１ａにより空間画定面が構成されてもよい。空間画定面には、半導体デバイス２に当接して空間画定面と半導体デバイス２との間の間隔を規定する突出部が設けられていてもよい。この場合、当該突出部の高さが空間Ｓ１の厚さとなる。変形例のように光透過部材８５が設けられる場合、当該突出部は光透過部材８５に設けられてもよい。
【００９９】
上記実施形態では第１部分３４の底面３４ａには渦巻き状に延在する溝部３６が形成されていたが、底面３４ａには凹部及び凸部の少なくとも一方が形成されていればよい。例えば、底面３４ａには、径方向に並んで配置された円環状の複数の溝部が形成されていてもよい。すなわち、底面３４ａには、同心円状の溝部が形成されていてもよい。或いは、底面３４ａには、空間Ｓ１を流れる流体５を乱流化させるための複数の凸部が形成されていてもよい。
【０１００】
上記実施形態では、ジャケット３１が、水からなる冷媒６により冷却されたが、空気からなる冷媒６により冷却されてもよい。すなわち、ジャケット３１は液冷ではなく空冷されてもよい。この場合、サーモストリーマが用いられてもよい。ジャケット３１には、ジャケット３１の温度を検出するためのセンサが設けられていてもよい。この場合、ジャケット３１の温度に応じて冷却動作を制御することが可能となる。排出流路５２及び／又は冷媒流路５５が設けられていなくてもよい。排出流路５２が設けられない場合、流体５は、例えば、ステージ３とジャケット３１との間に形成された隙間から排出されてもよい。供給流路５１及び／又は排出流路５２は、１つだけ設けられていてもよい。
【０１０１】
貯留タンク２２内の流体の圧力は、コンプレッサによる昇圧に代えて、貯留タンク２２の位置を高くすることにより高められてもよい。供給流路５１及び／又は排出流路５２には、流量センサが設けられてもよい。ドレーンタンク２４に貯留されている流体５は、フィルタ等により汚れを取り除いた後に貯留タンク２２に戻されて再利用されてもよい。
【０１０２】
半導体デバイス２は、ロジックＬＳＩを含むデバイスに限定されない。半導体デバイス２は、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、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ってもよい。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。半導体デバイス２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。半導体デバイス２は、例えば、シリコン基板に複数の素子（コンデンサ等）が作り込まれることにより形成されていてもよい。上記実施形態では、信号入力装置１１等を制御する制御部１５によりレギュレータ２３及びチラー２５が制御されたが、レギュレータ２３及びチラー２５が制御される制御部が、信号入力装置１１等を制御する制御部とは別に構成されていてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１…半導体検査装置、２…半導体デバイス、３…ステージ、５…流体、６…冷媒、１４…光検出器、１５…制御部、１６…対物レンズ、２１…冷却ユニット、２３…レギュレータ（圧力調整部）、３１…ジャケット、３２…開口（光通過部）、３３…凹部、３４ａ…底面（空間画定面）、３６…溝部（凹部）、４１，４２…弾性部材、５１…供給流路、５２…排出流路、５５…冷媒流路、６０…対物レンズモジュール、６２…固浸レンズ、６３…ホルダ、６４…封止部材、７２…可撓性部材、８２…バネ（付勢部材）、８５…光透過部材、９０…付勢装置、Ｓ１…空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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