(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に半導体回路が形成された半導体装置を下方から支持し、前記基板と同じ材料を有し、厚さの異なる複数の観察ステージと、
前記観察ステージの下方に配置され、前記半導体装置で発生した光を撮像する撮像装置と、
前記観察ステージに取り付けられ、前記半導体装置を加熱する加熱装置と、
前記観察ステージの裏面に取り付け可能な固浸レンズと、
を含み、
前記観察ステージから前記半導体装置の検査対象部位までの距離と前記観察ステージの厚さとの合計が、前記固浸レンズの焦点距離内となるように、複数の前記観察ステージから１つの前記観察ステージを選択可能であることを特徴とする半導体装置の検査装置。
【請求項２】
前記観察ステージがシリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査装置。
【請求項３】
半導体装置の基板上の検査対象部位の位置に応じて観察ステージの厚さを変更する工程と、
前記観察ステージの下面に固浸レンズを取り付ける工程と、
前記観察ステージの上に前記半導体装置を載置する工程と、
前記検査対象部位で発生した光を前記観察ステージ及び前記固浸レンズを通して取得する工程と、
を含み、前記観察ステージは、前記基板と同じ材料から製造されており、前記観察ステージの厚さは、前記観察ステージから前記検査対象部位までの距離と、前記観察ステージの厚さの合計が前記固浸レンズの焦点距離内に収まるように変更することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを有する半導体装置では、検査装置を用いて異常解析や信頼性評価をしている。例えば、従来の半導体装置の検査装置としては、半導体チップの異常箇所から発生する微弱光を検出するエミッション顕微鏡がある。エミッション顕微鏡では、例えばバイアス印加時に電子正孔対が生成されたときに発生するマイクロプラズマを検出したり、バイアス印加時にドレイン近傍に電子正孔対が形成されたときの発光を検出したりできる。そして、これらの発光位置を調べると、配線間ショートなどの故障箇所を特定できる。
【０００３】
さらに、エミッション顕微鏡と、半導体テスタやプローブカードを組み合わせると、半導体チップを動作させた状態での発光解析が可能になる。また、近年では、時間分解エミッション顕微鏡と呼ばれる超高感度の検出器を搭載した検査装置が開発されている。時間分解エミッション顕微鏡では、高い時間分解能でフォトンを検出して時系列データを作成するので、例えば半導体チップ内のトランジスタの動作タイミングの検証などが可能になる。
【０００４】
半導体装置の異常解析においては、不良となる現象を再現した状態でエミッション顕微鏡を用いて不良箇所を観察することがある。例えば、エミッション顕微鏡と併用する半導体テスタ及びプローブカードがウェハの温度を制御する機能を有する場合は、高温時の半導体チップのみに発生する不良現象を観察できる。温度制御手段としては、例えば、半導体チップを載置するステージをアルミニウムや銅などの金属で製造し、ステージに取り付けたヒータで半導体チップを加熱するものがある。
【０００５】
また、ショート抵抗値が大きい配線の故障解析では、エミッション顕微鏡での観察が困難なことがある。この場合には、ＯＢＩＲＣＨ（光ビーム加熱抵抗変動）解析装置が使用されることがある。ＯＢＩＲＣＨ解析装置は、赤外線レーザをウェハの表面でスキャンさせ、レーザによる抵抗値変化を検知することで不良の発生箇所を特定する。
【０００６】
ここで、半導体チップは、配線構造の多層化が進んでおり、半導体装置の表面側から配線層の最下層に形成されたトランジスタの故障箇所を観察しようとすると、トランジスタからの発光が配線層によって遮断されてしまうことがある。このために、近年では、半導体チップの裏面から故障箇所を観察する裏面観察が主流になっている。これは、半導体チップの基板材料を透過する光を用いて検査すれば、トランジスタからの発光が遮断されることなく検出できるからである。このように裏面観察を行う検査装置では、レーザ光をトランジスタなどに照射できるように、半導体チップを載置するステージにガラスが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１９０９４６
【特許文献２】特開平６−１１２２８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ステージをガラスで製造すると、ステージ上の半導体チップを均一に加
熱することが困難であった。これはガラスの熱伝導率が金属に比べて小さいためである。
また、ステージを金属で製造すると、半導体チップを容易に加熱できるが、金属製のステージは観察光を透過させないので、半導体チップの上方から観察しなければならない。このために、金属製のステージを有する検査装置では、裏面観察ができなかった。
【０００９】
ここで、金属製のステージを使用し、かつ裏面観察するためには、金属製のステージの中心部に観察用の孔が開ける必要がある。このケースでは、半導体チップの観察位置を変える場合には、その都度、観察位置が孔の上に配置されるように半導体チップを移動させなければならなかった。また、孔が形成されている領域は、孔が形成されていない領域に比べて熱伝達率が低下するので、半導体チップを加熱し難かった。さらに、熱を伝達させ難いことから、半導体チップの温度を安定させるのに時間が必要であった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、半導体装置からのエミッションの検出を加熱しながら行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の一観点によれば、基板上に半導体回路が形成された半導体装置を下方から支持し、前記基板と同じ材料を有し、厚さの異なる複数の観察ステージと、前記観察ステージの下方に配置され、前記半導体装置で発生した光を撮像する撮像装置と、前記観察ステージに取り付けられ、前記半導体装置を加熱する加熱装置と、前記観察ステージの裏面に取り付け可能な固浸レンズと、を含み、前記観察ステージから前記半導体装置の検査対象部位までの距離と前記観察ステージの厚さとの合計が、前記固浸レンズの焦点距離内となるように、複数の前記観察ステージから１つの前記観察ステージを選択可能であることを特徴とする半導体装置の検査装置が提供される。
【００１１】
実施形態の別の観点によれば、半導体装置の基板上の検査対象部位の位置に応じて観察ステージの厚さを変更する工程と、前記観察ステージの下面に固浸レンズを取り付ける工程と、前記観察ステージの上に前記半導体装置を載置する工程と、前記検査対象部位で発生した光を前記観察ステージ及び前記固浸レンズを通して取得する工程と、を含み、前記観察ステージは、前記基板と同じ材料から製造されており、前記観察ステージの厚さは、前記観察ステージから前記検査対象部位までの距離と、前記観察ステージの厚さの合計が前記固浸レンズの焦点距離内に収まるように変更することを特徴とする半導体装置の検査方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
ガラスで観察ステージを製造した場合に比べて熱伝導率を高くできるので、検査対象を加熱しながら検査できる。また、回路で発生した光を透過できるので、検査対象の裏面観察が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の一部の一例を拡大した図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の観察ステージの一例を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の観察ステージの他の例を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の概略構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の一部の一例を拡大した斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の一部の一例を拡大した図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の固浸レンズの形状と焦点距離の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の検査装置の一部の一例を拡大した図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の検査装置において、厚さの異なる観察ステージと固浸レンズの組み合わせの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の変形例に係る半導体装置の検査装置の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の変形例に係る半導体装置の検査装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。
【００１５】
図１の断面図に概略構成を示すように、半導体装置の検査装置１は、検査対象である半導体チップ２（半導体装置）を収容してデータを取得する測定部３と、装置制御及びデータ処理する処理部４とを有する。測定部３は、ベース１０上に観察室１１が取り付けられている。ベース１０及び観察室１１には、不図示のカバーが取り付けられており、内部が暗室になっている。
【００１６】
観察室１１内の中央部分には、プローバ１２が設けられている。プローバ１２は、支持部材１４に固定プレート１５を介して支持された観察ステージ１６を有する。観察ステージ１６上には、検査対象となる半導体チップ２が載置される。さらに、プローバ１２は、支持部材１４を一対の支持部材１７を有し、支持部材１７から延びる３方向移動可能な支持ステージ１８にプローブカード１９が取り付けられている。プローブカード１９は、観察ステージ１６の上方に配置されている。プローブカード１９は、中心部分に開口部が形成されたプリント基板１９Ａを有し、プリント基板１９Ａからは電気信号を印加する複数のプローブ針１９Ｂが下方に向けて延びている。
【００１７】
さらに、プローブカード１９の上方には、ＬＳＩテスタ２０が設けられている。ＬＩＳテスタ２０は、プローブカード１９のプローブ針１９Ｂに、配線２０Ａなどを介して電気的に接続されている。ＬＳＩテスタ２０は、半導体チップ２のテスト用の信号パターンを生成可能に構成されている。信号パターンは、プローブカード１９のプローブ針１９Ｂを通して、半導体チップ２の電極に入力できる。また、ＬＳＩテスタ２０には、信号パターンの入力によって半導体チップ２内で発生した信号パターンがプローブカード１９を介して入力される。
【００１８】
図１と、観察ステージの拡大図である図２に示すように、固定プレート１５は中央部分に開口部１５Ａが形成されており、開口部１５Ａを覆うように観察ステージ１６が載置されている。観察ステージ１６は、例えば、Ｓｉから製造される。このような観察ステージ１６は、例えば、Ｓｉウェハを５０μｍ〜２００μｍに削った後、両面を鏡面加工することで簡単に製造できる。さらに、観察ステージ１６は、透過特性を変更しない範囲において、表面に酸化膜の形成などの表面処理を施しても良い。ここで、観察ステージ１６は、検査対象の半導体チップ２の基板材料と同じ性質、又は同様な性質を有する材料から製造されることが好ましい。さらに、観察ステージ１６は、半導体チップ２からの発光を透過可能で、熱伝導率が高い材料から製造されることが好ましい。このような観察ステージ１６の材料の他の例としては、ＧａＡｓなどの半導体基板や、サファイヤなどがある。例え
ば、照射光の波長や、半導体回路で発生する微弱光の波長によっては、Ｓｉ基板を有する半導体チップ２にＧａＡｓ製の観察ステージ１６を使用することもできるし、ＧａＡｓ基板を有する半導体チップ２にＳｉ製の観察ステージ１６を使用することも可能である。
【００１９】
さらに、観察ステージ１６には、加熱用のヒータ２５（加熱装置）と、１つの温度センサ２６が貼り付けられている。図３Ａに観察ステージ１６の平面図の一例を示すように、ヒータ２５は、半導体チップ２が載置される中央部分を囲むように等間隔に４つ配置されている。ヒータ２５には、例えば、抵抗加熱型ヒータが用いられる。温度センサ２６は、ヒータ２５と半導体チップ２の間に配置されている。温度センサ２６は、半導体チップ２の温度を精度良く測定するために、半導体チップ２の近くに配置することが好ましい。ヒータ２５や温度センサ２６は、例えばグリースなどを用いて観察ステージ１６に取り付けられている。ここで、ヒータ２５及び温度センサ２６の数や配置は、図３Ａに限定されない。例えば、図３Ｂに変形例の平面図を示すように、リング形状のヒータ２５Ａを観察ステージ１６上に取り付けても良い。また、ヒータ２５，２５Ａと温度センサ２６の少なくとも１つを観察ステージ１６の下面に取り付けても良い。
【００２０】
また、図１に示すように、プローバ１２の下方のベース１０内には、撮像装置２１が配置されている。撮像装置２１は、撮像光学系３７に撮像素子３５と光源３６とが接続されており、撮像光学系３７の上端、即ち半導体チップ２側には対物レンズ３８が取り付けられている。撮像素子３５には、例えば冷却ＣＣＤカメラが用いられている。冷却ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラは、暗電流の発生を抑制できるので、解析の精度を向上できる。光源３６には、例えばハロゲンランプが用いられている。撮像装置２１は、光源３６を有しない構成でも良い。撮像光学系３７には、所定波長以上の赤外光を透過させる不図示の光学フィルタや、照射光と反射光を分けるハーフミラーなどが設けられている。対物レンズ３８は、半導体チップ２の観察位置に併せた焦点距離を有する長焦点レンズから構成されている。
【００２１】
処理部４は、測定部３の動作を制御する制御装置と、測定部３に入出力するデータを処理をする処理装置と、データを表示したり、他の装置に出力したりする入出力装置としての機能を有する。
【００２２】
次に、検査装置１の作用について説明する。
最初に、検査対象となる半導体チップ２を観察ステージ１６上に載置する。半導体チップ２は、例えば、Ｓｉ基板の上にトランジスタなどの半導体素子と、多層の配線構造が形成されている。検査対象は、半導体装置が形成されたウェハや、ウェハ片であっても良い。この後、観察室１１を閉じて外からの光を遮断すると暗室が形成される。さらに、処理部４が観察ステージ１６のヒータ２５に通電する。観察ステージ１６は、半導体チップ２の基板２Ｂと同じ材料、若しくは同等の熱伝導率を有する材料を用いて製造されている。特に、このケースでは、観察ステージ１６は低抵抗のＳｉから製造されている。このために、半導体チップ２は、速やかに加熱される。この際、処理部４は、温度センサ２６の出力をモニタしながら、半導体チップ２が所定の温度に加熱されるようにヒータ２５の出力を制御する。ここで、この実施の形態では、同等の熱伝導率を有する半導体チップ２を観察ステージ１６に密着させているので、均一な温度分布が得られ、半導体チップ２に直接に温度センサ２６を取り付ける場合と同様の温度制御が可能になる。
【００２３】
続いて、支持ステージ１８を駆動させて、プローブカード１９のプローブ針１９Ｂを半導体チップ２上の電極パッドの上方に配置したら、プローブカード１９を支持ステージ１８ごと降下させて、プローブ針１９Ｂを半導体チップ２上の電極パッドに電気的に接触させる。
【００２４】
この後、処理部４は、ＬＳＩテスタ２０から信号パターンを出力する。信号パターンは、プローブ針１９Ｂを通して半導体チップ２の半導体回路に入力される。このとき、半導体チップ２の所定の電極パッドから出力される信号（出力パターン）がプローブ針１９Ｂを通してＬＳＩテスタ２０に入力される。処理部４は、テストパターンに対応して半導体チップ２から出力された出力パターンを調べ、半導体回路の故障などを判定する。
【００２５】
また、半導体チップ２に故障があるときには、その場所から微弱な光が発生することがある。そこで、故障を有する半導体チップ２に対しては、処理部４が半導体回路の故障を再現するような信号パターンを半導体チップ２に入力させる。これによって、半導体チップ２に故障状態が再現される。この状態における半導体チップ２からの発光は、Ｓｉ製の基板２Ｂを通過し、観察ステージ１６に入力する。観察ステージ１６は、Ｓｉで製造されているので、半導体チップ２から出力された光は、観察ステージ１６を通過して、撮像装置２１の対物レンズ３８に入射する。さらに、対物レンズ３８から撮像光学系３７を通って撮像素子３５に入力する。
【００２６】
ここで、観察ステージ１６及び半導体チップ２の基板２ＢがＳｉで製造されるケースでは、撮像素子３５は、Ｓｉの透過波長である１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光に感度を有するものが使用される。例えば、低電圧で駆動する半導体回路に対しては、撮像素子３５にＩｎＧａＡｓが用いられる。ＩｎＧａＡｓは、９００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長領域の光を撮像できる。また、高電圧で駆動するパワーデバイスに対しては、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長領域の光を撮像できる冷却ＣＣＤを使用する。これは、低電圧で作動するデバイスからの発光波長は、長波長側にシフトするためである。
【００２７】
撮像素子３５からは、発光量に応じた信号が、発光位置を示すデータと共に出力される。処理部４は、画像処理によって分光像である発光情報と発光位置をマッピングして透過パターン像を形成する。さらに、処理部４は、透過パターン像を不図示のモニタに出力させる。作業者は、透過パターン像をモニタで確認することによって、半導体チップ２上の故障箇所を確認する。
【００２８】
また、検査装置１は、撮像装置２１からの観察光を半導体チップ２の半導体回路に照射し、半導体回路から出力される微弱な光を検出することもできる。このケースでは、処理部４は、撮像装置２１の光源３６から観察光、例えばレーザ光や赤外線等を出力させる。観察光は、撮像光学系３７から対物レンズ３８を通って、半導体チップ２に向けて出射される。ここで、観察光は、観察ステージ１６及び半導体チップ２の基板２Ｂを透過する波長の光、例えば、一般的な半導体材料を透過可能な波長である１１００ｎｍ〜１２００ｎｍの光が用いられる。このために、観察光は、観察ステージ１６及び半導体チップ２の基板２Ｂを透過して半導体チップ２の半導体回路に照射される。入射光は、対物レンズ３８によって収束させられているので、半導体チップ２のトランジスタなどの小さい領域に光を照射することができる。
【００２９】
半導体回路から発生する微弱な光は、半導体チップ２、観察ステージ１６を通過して対物レンズ３８から撮像光学系３７に入射し、撮像素子３５によって撮像される。撮像素子３５によって撮像されたデータは、処理部４において画像処理され、発光と発光位置を関連付けた透過パターン像として出力される。
【００３０】
以上、説明したように、この実施の形態では、検査対象物を載置する観察ステージ１６を、光を透過可能なＳｉから製造した。金属でステージを製造すると透過光を検出できないが、Ｓｉは特定の光を透過するので、裏面観察が行える。
また、検査装置１は、観察ステージ１６を熱伝導率が良好なＳｉから製造した。Ｓｉは、熱伝導率が１６８Ｗ／ｍＫで、従来のガラスの熱伝導率（１Ｗ／ｍＫ）に比べて非常に
大きい。このために、従来のガラス製のステージに比べて検査対象物を速やかに加熱できる。
【００３１】
ここで、観察ステージ１６を単結晶の半導体ウェハから製造する場合には、結晶構造や不純物などを選択することによって透過特性を変化させることができる。低抵抗のＳｉウェハから観察ステージ１６を製造すると、透過率が高くなる。また、観察ステージ１６を製造する際に、Ｓｉに所定の処理をして抵抗値を変化させたり、表面に膜をコーティングしたりすることで観察ステージ１６の透過特性を変化させても良い。例えば、単結晶Ｓｉに所定の処理を行って透過率を意図的に下げた場合には、不良部位に発生する大電流発生に伴う強い発光反応を緩和することが可能になる。例えば、ラッチアップの不良解析などにおいて、数百ｍＡ〜数Ａの大電流が発生した場合には、大電流に伴って発生する強い光が直接に撮像素子３５に入射すると、撮像素子３５が飽和してしまい、透過パターン像が得られなくなることがある。このような場合に備えて、観察ステージ１６の透過率を調整しておくことによって、観察ステージ１６を強発光に対するフィルタとして機能させることが可能になる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、第１の実施の形態と重複する説明は省略する。
図４の断面図と、図５の一部拡大図に示すように、検査装置５１は、観察室１１内に検査対象物であるウェハ５２を保持する移動ステージ５３を有する。移動ステージ５３は、支持部材１７に３方向に移動可能に支持されたベース部材５４を有し、ベース部材５４の先端にはウェハ５２を保持するホルダ５５が取り付けられている。ホルダ５５は、ウェハ５２の外形に合わせた開口部５５Ａが形成されている。例えば、円形のウェハ５２に形成された複数の半導体チップ２が解析対象の場合、ホルダ５５の中央にはウェハ５２の外径より小さい径の開口部５５Ａが形成される。ホルダ５５の裏面には、ウェハ５２の外縁部分を吸着する不図示の吸着孔が複数形成されており、不図示の真空ポンプなどに接続されている。
【００３３】
観察ステージ１６Ａは、Ｓｉから製造されており、裏面には複数の固浸レンズ（固浸レンズ）６１，６２，６３，６４が観察ステージ１６の裏面を削ることで一体に形成されている。即ち、各固浸レンズ６１〜６４もＳｉから製造されている。このような固浸レンズ６１〜６４は、ほぼ半球状のレンズから形成されており、所定の間隔で一列に並んでいる。
【００３４】
図６に拡大して示すように、固浸レンズ６１は、撮像装置２１から入射される光の集光角を増大させつつ、観察ステージ１６Ａに入射させる。これによって、この検査装置５１では、回折限界を超える解像度が得られる。観察ステージ１６Ａの裏面には、焦点距離が異なる複数の固浸レンズ６１〜６４が配置されている。例えば、図５及び図７に示すように、第１の固浸レンズ６１は、第１の半径ｒ１の球体で、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲Ｎ１の焦点距離を有する。第２の固浸レンズ６２は、第２の半径ｒ２の球体で、２７５ｎｍ〜４７５ｎｍの範囲Ｎ２の焦点距離を有する。また、第３の固浸レンズ６３は、第３の半径ｒ３の球体で、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲Ｎ３の焦点距離を有する。第４の固浸レンズ６４は、第４の半径ｒ４の球体で、６２５ｎｍ〜７７５ｎｍの範囲Ｎ４の焦点距離を有する。各固浸レンズ６１〜６４の半径は、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３＜ｒ４である。固浸レンズ６１〜６４の数及び焦点距離の範囲Ｎ１〜Ｎ４は、図７に限定されない。
【００３５】
ウェハ５２の検査時には、観察ステージ１６Ａの上面から検査対象部位、例えばトランジスタまでの高さに従って、固浸レンズ６１〜６４を選択する。通常は、検査対象部位ま
での高さが既知なので、処理部４は、移動ステージ５３を移動させて適切な固浸レンズ６１〜６４の上方にウェハ５２の検査対象部位を配置する。
【００３６】
図６に示すように、観察光は、対物レンズ３８で集光され、例えば、第１の固浸レンズ６１に入射する。固浸レンズ６１によってさらに集光された観察光が、観察ステージ１６Ａ、ウェハ５２を通過し、半導体回路の検査対象部位に入射する。このときに発生する光が、ウェハ５２、観察ステージ１６Ａ、固浸レンズ６１、対物レンズ３８Ａを順番に透過して、撮像光学系３７に入射し、撮像素子３５で撮像される。ＬＳＩテスタ２０からの信号によって故障状態を再現させたときに発生する微弱な発光を観察する場合も、同様にして撮像素子３５で撮影される。
【００３７】
ここで、観察ステージ１６Ａの上面から解析対象部位までの高さが既知でない場合には、いずれかの固浸レンズ６１〜６４から順番に観察する。作業者は、透過パターン像を確認しながら、最適な浸レンズ６１〜６４を選択する。
【００３８】
以上、説明したように、この実施の形態では、観察ステージ１６Ａの裏面に固浸レンズ６１〜６４を形成したので、高い解像度の透過パターン像が得られる。固浸レンズ６１〜６４は、観察ステージ１６Ａと同じ材料で一体に形成したので、観察光やウェハ５２からの微弱な光を透過できる。複数の固浸レンズ６１〜６４を配置したので、検査対象部位の高さに応じて最適な焦点距離を有する固浸レンズ６１〜６４を選択できるので、検査効率が向上する。また、撮像装置２１に固浸レンズを取り付ける必要がなくなる。その他の作用及び効果は第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
ここで、検査対象物は、ウェハ５２から切り離した個々の半導体チップ２やウェハ片でも良い。この場合の移動ステージ５３のホルダ５５は、１つの半導体チップ２又はウェハ片を保持可能な形状になる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。第１、第２の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付している。また、第１、第２の実施の形態と重複する説明は省略する。
【００４１】
図８に一部を拡大して示すように、検査装置７１は、Ｓｉ製の観察ステージ７２が固定プレート１５に交換可能に支持されている。観察ステージ７２は両面が鏡面研磨されており、上面には半導体チップ２を囲むにようにヒータ２５が少なくとも１つ配置されると共に、温度制御用の温度センサ２６が１つ設けられている。さらに、観察ステージ７２の下面には、固浸レンズ７３が取り付けられている。
【００４２】
固浸レンズ７３は、観察ステージ７２に密着させられるプレート８１を有し、プレート８１の下面にほぼ半球体のレンズ部８２が一体に形成されている。固浸レンズ７３は、観察ステージ７２と同様の透過特性及び熱伝導率を有する材料、例えば観察ステージ７２と同じ材料のＳｉから製造されている。レンズ部８２の半径は、例えば、焦点距離が長い第４の半径ｒ４（図７参照）とする。
【００４３】
プレート８１の表面は、鏡面仕上げにはなっていない。このために、レーザ光は、プレート８１の表面で散乱し、観察ステージ７２側には入射しない。また、撮像光学系３７への反射光も殆ど観測されなくなる。このために、撮像素子３５には、検査対象からの光のみが入射される。プレート８１の表面は、レーザ光を吸収したり、反射を防止したりする膜を形成しても良い。
【００４４】
ここで、この検査装置７１は、１種類の固浸レンズ７３を有し、検査対象部位までの距離に併せて厚さの異なる観察ステージ７２を適宜交換しながら半導体チップ２を検査することを特徴とする。
【００４５】
例えば、図９（ａ）に示すように、第１の厚さｔ１の観察ステージ７２Ａと固浸レンズ７３を組み合わせると、観察ステージ７２Ａの上面から検査対象までの距離がｈ１となる半導体チップ８５Ａの観察が可能になる。第１の厚さｔ１と距離ｈ１の合計値は、固浸レンズ７３の焦点距離の範囲内であり、固浸レンズ７３を用いて半導体チップ８５Ａの検査対象部位の透過パターン像を取得できる。
【００４６】
また、図９（ｂ）に示すように、第２の厚さｔ２の観察ステージ７２Ｂと固浸レンズ７３を組み合わせると、観察ステージ７２Ｂの上面から検査対象までの距離がｈ２となる半導体チップ８５Ｂの観察が可能になる。第２の厚さｔ２と距離ｈ２の合計値は、固浸レンズ７３の焦点距離の範囲内であり、固浸レンズ７３を用いて半導体チップ８５Ｂの検査対象部位の透過パターン像を取得できる。
【００４７】
図９（ｃ）に示すように、第３の厚さｔ３の観察ステージ７２Ｃと固浸レンズ７３を組み合わせると、観察ステージ７２Ｃの上面から検査対象までの距離がｈ３となる半導体チップ８５Ｃの観察が可能になる。第３の厚さｔ３と距離ｈ３の合計値は、固浸レンズ７３の焦点距離の範囲内であり、固浸レンズ７３を用いて半導体チップ８５Ｃの検査対象部位の透過パターン像を取得できる。
【００４８】
図９（ｄ）に示すように、第４の厚さｔ４の観察ステージ７２Ｄと固浸レンズ７３を組み合わせると、観察ステージ７２Ｄの上面から検査対象までの距離がｈ４となる半導体チップ８５Ｄの観察が可能になる。第４の厚さｔ４と距離ｈ４の合計値は、固浸レンズ７３の焦点距離の範囲内であり、固浸レンズ７３を用いて半導体チップ８５Ｄの検査対象部位の透過パターン像を取得できる。
【００４９】
ここで、各観察ステージ７２Ａ〜７２Ｄの上面から検査対象部位までの距離ｈ１〜ｈ４は、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３＞ｈ４である。また、各観察ステージ７２Ａ〜７２Ｄの板厚は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４である。即ち、観察ステージ７２の上面から検査対象部位までの距離が短いときは厚い観察ステージ７２を使用し、観察ステージ７２の上面から検査対象部位までの距離が長いときは薄い観察ステージ７２を使用する。即ち、観察ステージ７２を固浸レンズ７３の焦点距離を調整するスペーサとして使用することで、１種類の固浸レンズ７３で異なる厚さの半導体チップ２の検査が可能になる。また、観察ステージ７２がフィルタとなって発光強度が大きすぎる光が撮像素子３５に入力することを防止する。
【００５０】
半導体チップ２の観察時には、適切な厚さの観察ステージ７２に交換した後、半導体チップ２を載置する。また、半導体チップ２を移動ステージ５３で持ち上げた状態で観察ステージ７２を交換しても良い。観察ステージ７２の厚さは、検査対象部位の位置に併せて研削しても良い。観察ステージ７２をＳｉで製造した場合には、研削作業によって簡単に板厚調整できる。ここで、検査対象は、半導体チップ２や、半導体装置が形成されたウェハ、ウェハ片であっても良い。
【００５１】
以上、説明したように、この実施の形態では、１つの固浸レンズ７３と複数の観察ステージ７２Ａ〜７２Ｄを組み合わせることで、半導体チップ２の高精度な裏面観察が可能になる。その他の作用及び効果は第１、第２の実施の形態と同様である。
【００５２】
ここで、この実施の形態の変形例について説明する。
まず、図１０に示す観察ステージ９１は、裏面を中心側が凸となる階段形状にし、各段
階に１つずつ固浸レンズ７３を配置している。例えば、最も厚い中央部分の観察ステージ９１Ａの板厚はｔ４とし、その外側の２番目の厚い部分の観察ステージ９１Ｂの板厚はｔ３とする。さらに外側の３番目の厚い部分の観察ステージ９１Ｃの板厚はｔ２とする。最も外側で、最も薄い部分の観察ステージ９２Ｄの板厚はｔ１とする。各固浸レンズ７３のレンズ部８２は、例えば、焦点距離が長い第４の半径ｒ４とする。
【００５３】
この観察ステージ９１を有する検査装置では、１つの観察ステージ９１の異なる板厚の領域のそれぞれに、１種類の固浸レンズ７３が取り付けているので、検査対象部位の位置に応じて最適な板厚の領域を選択することで高精度の裏面観察が可能になる。半導体チップ２の移動には、図５に示すような移動ステージ５３を使用できる。
【００５４】
また、図１１に別の変形例を示すように、観察ステージ１０１では、裏面の全体に固浸レンズ１０２を形成しても良い。
【００５５】
ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。
【００５６】
以下に、前記の実施の形態の特徴を付記する。
（付記１）基板上に半導体回路が形成された半導体装置を下方から支持し、前記基板と同じ材料を用いた観察ステージと、前記観察ステージの下方に配置され、前記半導体装置で発生した光を撮像する撮像装置と、前記観察ステージに取り付けられ、前記半導体装置を加熱する加熱装置と、を含むことを特徴とする半導体装置の検査装置。
（付記２）  前記観察ステージがシリコンを含むことを特徴とする付記１に記載の半導体装置の検査装置。
（付記３）  基板上に半導体回路が形成された半導体装置を下方から支持し、シリコンで製造された観察ステージと、前記観察ステージの下方に配置され、前記半導体装置で発生した光を撮像する撮像装置と、前記観察ステージに取り付けられ、前記半導体装置を加熱する加熱装置と、を含むことを特徴とする半導体装置の検査装置。
（付記４）  前記観察ステージの上方に配置され、前記半導体装置の回路に電気的に接続されるプローブカードを有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか一項に記載の半導体装置の検査装置。
（付記５）  前記観察ステージの裏面に固浸レンズが一体に形成されていることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか一項に記載の半導体装置の検査装置。
（付記６）  焦点距離が異なる複数の固浸レンズが前記観察ステージの裏面に形成され、いずれかの前記固浸レンズの上方に前記半導体装置を移動させる移動ステージを有することを特徴とする付記１又は付記２に記載の半導体装置の検査装置。
（付記７）  厚さの異なる複数の前記観察ステージと、前記半導体装置を支持する前記観察ステージの裏面に取り付け可能な１種類の固浸レンズと、を含むことを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか一項に記載の半導体装置の検査装置。
（付記８）  半導体装置の基板上の検査対象部位の位置に応じて観察ステージの厚さを変更する工程と、前記観察ステージの下面に固浸レンズを取り付ける工程と、前記観察ステージの上に前記半導体装置を載置する工程と、前記検査対象部位で発生した光を前記観察ステージ及び前記固浸レンズを通して取得する工程と、を含み、前記観察ステージは、前記基板と同じ材料から製造されており、前記観察ステージの厚さは、前記観察ステージから前記検査対象部位までの距離と、前記観察ステージの厚さの合計が前記固浸レンズの焦点距離内に収まるように変更することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【符号の説明】
【００５７】
１，５１，７１  検査装置
２  半導体チップ（半導体装置）
１６，１６Ａ，７２，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ  観察ステージ
１９  プローブカード
２１  撮像装置
２５  ヒータ（加熱装置）
５３  移動ステージ
６１，６２，６３，６４，７３  固浸レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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