特開 2023-136910 冷却ユニット、対物レンズモジュール及び半導体検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023136910

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】冷却ユニット、対物レンズモジュール及び半導体検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/28 20060101AFI20230922BHJP

   G01R 31/26 20200101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

G01R31/28 L

G01R31/26 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022042841

(22)【出願日】2022-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100177910

【弁理士】

【氏名又は名称】木津 正晴

(72)【発明者】

【氏名】中村 明裕

【テーマコード（参考）】

2G003

2G132

【Ｆターム（参考）】

2G003AA07

2G003AD03

2G003AH08

2G132AA01

2G132AF11

2G132AF14

2G132AL12

2G132AL22

(57)【要約】

【課題】冷却流体を流しながら冷却ユニットを精度良く移動させることが可能な冷却ユニット、対物レンズモジュール及び半導体検査装置を提供する。
【解決手段】冷却ユニット２１は、半導体デバイス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は、中央部３２と、外側部３３とを有する。中央部３２には、固浸レンズを配置するための開口が形成されている。中央部３２は、半導体デバイスとの間に空間Ｓ１を画定する空間画定面３２ａを有する。ジャケット３１には、空間Ｓ１に供給される冷却流体が流れる供給流路が形成されている。外側部３３は、半導体デバイスが配置されるステージに接触して空間Ｓ１の外縁部を画定する接触部３９を構成している。ジャケット３１には、空間Ｓ１とジャケット３１の外部との間での空気の流通が可能となるように空間Ｓ１をジャケット３１の外部に接続する通気経路６５が形成されている。
【選択図】図８

【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、
前記ジャケットは、中央部と、前記中央部の周囲に位置する外側部と、を有し、
前記中央部には、前記半導体デバイスからの光が通過する開口が形成されており、
前記外側部は、前記半導体デバイスが配置されるステージに接触する接触部を有し、
前記ジャケットには、前記半導体デバイスを冷却するための冷却流体が流れる供給流路が形成されており、
前記ジャケットには、前記外側部の内側と前記ジャケットの外部との間での空気の流通を可能とする通気経路が形成されている、冷却ユニット。

【請求項2】

前記ジャケットにおける前記中央部と前記外側部との間には、溝部が形成されており、
前記通気経路は、前記溝部に接続されている、請求項１に記載の冷却ユニット。

【請求項3】

前記通気経路は、前記溝部に配置された通気部材を介して前記溝部に接続されている、請求項２に記載の冷却ユニット。

【請求項4】

前記通気部材は、前記通気経路に接続された内部空間を有し、
前記内部空間は、前記通気部材の側面において開口して前記溝部に接続されている、請求項３に記載の冷却ユニット。

【請求項5】

前記通気部材は、前記側面を含む本体部と、カバーと、を有し、
前記カバーは、前記側面に対して突出するように前記本体部上に配置されている、請求項４に記載の冷却ユニット。

【請求項6】

前記溝部は、前記中央部の上面から前記冷却流体が流れ落ちるように構成されており、
前記溝部には、外部に排出される前記冷却流体が流れる排出流路が接続されている、請求項２～５のいずれか一項に記載の冷却ユニット。

【請求項7】

前記通気経路は、常に開放されている、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】

請求項１～７のいずれか一項に記載の冷却ユニットと、
前記開口に配置されるイマージョンレンズと、
前記イマージョンレンズと向かい合う対物レンズと、を備える対物レンズモジュール。

【請求項9】

前記対物レンズに取り付けられ、前記イマージョンレンズを保持するホルダと、
前記ホルダに設けられ、前記イマージョンレンズを前記対物レンズとは反対側に付勢する第１付勢部材と、
前記ジャケットに設けられ、前記イマージョンレンズに付勢力を作用させることなく前記ジャケットを前記ステージに向けて付勢する第２付勢部材と、を更に備える、請求項８に記載の対物レンズモジュール。

【請求項10】

請求項１～７のいずれか一項に記載の冷却ユニットと、
前記開口に配置されるイマージョンレンズと、
前記半導体デバイスが配置されるステージと、
前記イマージョンレンズ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イマージョンレンズ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。

【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及び半導体検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～４には、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が記載されている。これらの冷却ユニットは、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１～３に記載された冷却ユニットでは、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。特許文献４に記載された冷却ユニットでは、冷却ユニットと半導体デバイスとの間に空間が形成されるように冷却ユニットを配置し、冷却ユニットに設けられた供給流路から当該空間に冷却流体を流すことにより、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】米国特許第６６２１２７５号公報

【特許文献2】特表２００６－５１９３５９号公報

【特許文献3】米国特許公開２００９－００９５０９７号公報

【特許文献4】特開２０２０－１０６３６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献４に記載されたような冷却ユニットの使用時には、冷却ユニットと半導体デバイスとの間の空間から冷却流体が排出されることで、当該空間内の圧力が負圧となっている場合がある。このような状態において例えば検査位置の変更のために冷却ユニットを半導体デバイスが配置されるステージに沿って側方に移動させようとすると、負圧によって冷却ユニットがステージに張り付いてしまい、冷却ユニットを移動させることができなかったり、移動精度が低下してしまったりするおそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、冷却流体を流しながら冷却ユニットを精度良く移動させることが可能な冷却ユニット、対物レンズモジュール及び半導体検査装置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】

【0006】

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、ジャケットは、中央部と、中央部の周囲に位置する外側部と、を有し、中央部には、半導体デバイスからの光が通過する開口が形成されており、外側部は、半導体デバイスが配置されるステージに接触する接触部を有し、ジャケットには、半導体デバイスを冷却するための冷却流体が流れる供給流路が形成されており、ジャケットには、外側部の内側とジャケットの外部との間での空気の流通を可能とする通気経路が形成されている。

【0007】

この冷却ユニットでは、ジャケットに、外側部の内側とジャケットの外部との間での空気の流通を可能とする通気経路が形成されている。これにより、外側部の接触部がステージに接触することで形成される空間とジャケットの外部との間での空気の流通が可能となり、当該空間内の圧力が負圧になることを抑制することができる。その結果、冷却流体を流しながら冷却ユニットをステージに沿って移動させる際に、負圧によって冷却ユニットがステージに張り付いてしまう事態の発生を抑制することができる。よって、この冷却ユニットによれば、冷却流体を流しながら冷却ユニットを精度良く移動させることが可能となる。

【0008】

ジャケットにおける中央部と外側部との間には、溝部が形成されており、通気経路は、溝部に接続されていてもよい。この場合、溝部は冷却流体で満たされにくいことから、通気経路を介した上記空間とジャケットの外部との間での空気の流通を確実化することができる。

【0009】

通気経路は、溝部に配置された通気部材を介して溝部に接続されていてもよい。この場合、通気経路に冷却流体が浸入することを抑制することができる。

【0010】

通気部材は、通気経路に接続された内部空間を有し、内部空間は、通気部材の側面において開口して溝部に接続されていてもよい。この場合、通気経路（内部空間）に冷却流体が浸入することを効果的に抑制することができる。

【0011】

通気部材は、側面を含む本体部と、カバーと、を有し、カバーは、側面に対して突出するように本体部上に配置されていてもよい。この場合、通気経路（内部空間）に冷却流体が浸入することを一層効果的に抑制することができる。

【0012】

溝部は、中央部の上面から冷却流体が流れ落ちるように構成されており、溝部には、外部に排出される冷却流体が流れる排出流路が接続されていてもよい。この場合、外側部の接触部がステージに接触することで形成される空間に冷却流体を流す際に、冷却流体が当該空間の外縁部に至ることを抑制することができる。その結果、当該空間の外縁部から冷却流体が漏れることを抑制することができ、防水性能を向上することができる。

【0013】

通気経路は、常に開放されていてもよい。この場合、外側部の接触部がステージに接触することで形成される空間の圧力が負圧になることを確実に抑制することができる。

【0014】

本発明の対物レンズモジュールは、上記冷却ユニットと、開口に配置されるイマージョンレンズと、イマージョンレンズと向かい合う対物レンズと、を備える。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、冷却流体を流しながら冷却ユニットを精度良く移動させることが可能となる。

【0015】

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、イマージョンレンズを保持するホルダと、ホルダに設けられ、イマージョンレンズを対物レンズとは反対側に付勢する第１付勢部材と、ジャケットに設けられ、イマージョンレンズに付勢力を作用させることなくジャケットをステージに向けて付勢する第２付勢部材と、を更に備えてもよい。この場合、冷却流体を流しながらの冷却ユニットのステージに沿っての移動を良好に実現することができる。

【0016】

本発明の半導体検査装置は、冷却ユニットと、開口に配置されるイマージョンレンズと、半導体デバイスが配置されるステージと、イマージョンレンズと向かい合う対物レンズと、半導体デバイスからの光をイマージョンレンズ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、冷却流体を流しながら冷却ユニットを精度良く移動させることが可能となる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、冷却流体を流しながら冷却ユニットを精度良く移動させることが可能となる冷却ユニット、対物レンズモジュール及び半導体検査装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【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り、図２の部分拡大図である。

【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】図５の部分拡大図である。

【図7】図３のVII－VII線に沿っての冷却ユニットの断面図である。

【図8】図７の部分拡大図である。

【図9】対物レンズモジュールの斜視図である。

【図10】通気部材の分解斜視図である。

【図11】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る対物レンズモジュールの動作を説明するための図である。

【図12】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る対物レンズモジュールの動作を説明するための図である。

【図13】（ａ）及び（ｂ）は、第１変形例に係る対物レンズモジュールの動作を説明するための図である。

【図14】（ａ）及び（ｂ）は、第１変形例に係る対物レンズモジュールの動作を説明するための図である。

【図15】第２変形例に係る対物レンズモジュールの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。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］

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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方向とすると、Ｚ方向、並びに、Ｚ方向に直交するＸ方向及びＹ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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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］

【0029】

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、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７０を構成している。
［冷却ユニット］

【0030】

図２～図１０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に冷却流体５を流すことにより、半導体デバイス２が冷却される。冷却流体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。

【0031】

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に接触するように配置される（ステージ３に取り付けられる）。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。この例では、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。一例として、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。

【0032】

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。保持部３ｂには、半導体デバイス２が配置される開口３ｃが設けられている。保持部３ｂは、半導体デバイス２が開口３ｃから脱落しないように半導体デバイス２のパッケージの周縁部に接触して半導体デバイス２に係止される係止部３ｄを有している。

【0033】

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、金属材料により有底の略円筒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。このジャケット３１内に上述した対物レンズ１６が配置されている。

【0034】

以下、対物レンズ１６の光軸Ｌに平行な方向を方向Ｄ１として説明する。方向Ｄ１は上述したＺ方向に平行な方向である。また、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。冷却ユニット２１は、半導体デバイス２が対物レンズ１６に対して鉛直方向における上側に位置する状態で用いられる。

【0035】

ジャケット３１は、方向Ｄ１から見た場合に、中央部３２と、外側部３３と、中間部３４とを有している。以下、方向Ｄ１から見た場合における各部の配置及び形状等について説明する。中央部３２は、ジャケット３１の中心を含む部分であり、この例では円形状の部分である。外側部３３は、中央部３２の周囲に位置する部分であり、中央部３２を囲んでいる。外側部３３は、この例ではジャケット３１の外縁部（外周部）を構成する円環状の部分である。中間部３４は、中央部３２と外側部３３との間に位置する部分である。中間部３４は、外側部３３の内側に配置されており、中央部３２を囲んでいる。中間部３４は、この例では円環状の部分である。以下、外側部３３に対して中央部３２が位置する側を内側（径方向の内側）とし、中央部３２に対して外側部３３が位置する側を外側（径方向の外側）として説明する。

【0036】

ジャケット３１は、上述したとおり有底の略円筒状に形成されており、概略的には、上側の底部を含む部分を構成する第１部材Ｍ１と、筒状部を構成する第２部材Ｍ２と、下側の底部を含む部分を構成する第３部材Ｍ３と、を含んで構成されている。第１部材Ｍ１と第２部材Ｍ２とが互いに接続されると共に第２部材Ｍ２と第３部材Ｍ３とが互いに接続されることにより、ジャケット３１が構成されている。中央部３２は第１部材Ｍ１により構成されており、外側部３３及び中間部３４の各々は第１部材Ｍ１及び第２部材Ｍ２により構成されている。中央部３２は、略円板状に形成されており、外側部３３及び中間部３４は、中央部３２よりも厚さが厚い略円環板状（円筒状）に形成されている。

【0037】

中央部３２には、方向Ｄ１に沿って中央部３２を貫通する開口３５が形成されている。開口３５は、方向Ｄ１から見た場合に例えば略円形状を呈している。開口３５は、光軸Ｌ上に位置しており、半導体デバイス２からの光が開口３５を通過する。開口３５には、半導体デバイス２からの光が入射する固浸レンズ（イマージョンレンズ）７２が配置される。固浸レンズ７２の詳細については後述する。

【0038】

図３及び図４に示されるように、開口３５には、可撓性部材４５及び固定部材３７，３８が更に配置されている。可撓性部材４５は、例えばシリコーン等の樹脂（例えば、シリコーンゴム）により形成されており、面状の部材が部分的に蛇腹状に曲げられた形状を有している。可撓性部材４５は、その中央部に開口を有しており、当該開口に固浸レンズ７２が配置されている。可撓性部材４５は、当該開口の縁部において固浸レンズ７２の周縁部に接触しており、これにより固浸レンズ７２と可撓性部材４５の間が水密に封止されている。可撓性部材４５は、固定部材３７，３８により中央部３２に固定されている。固定部材３７は、円環板状に形成されており、例えばボルト等の締結部材３７ａにより可撓性部材４５に固定されている。固定部材３８は、円環板状に形成されており、固定部材３７を囲むように配置されている。固定部材３８は、例えばボルト等の締結部材３８ａにより中央部３２に固定されており、開口３５の縁部に形成された突出部３５ａとの間で可撓性部材４５の外縁部を挟持している。これにより、可撓性部材４５と中央部３２との間が水密に封止されている。

【0039】

中央部３２は、冷却ユニット２１がステージ３に取り付けられた状態（開口３５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３２ａを有している。空間画定面３２ａは、中央部３２の上面である。この例では、空間画定面３２ａは、方向Ｄ１と垂直な平面に沿って延在する円環状の平坦面であり、半導体デバイス２及び保持部３ｂと向かい合っている。空間画定面３２ａは、方向Ｄ１から見た場合に、上述した開口３５と隣り合っており、開口３５を囲んでいる。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と空間画定面３２ａとの間の距離）は、例えば０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下程度である。

【0040】

外側部３３は、ステージ３に接触して空間Ｓ１の外縁部を画定する接触部３９を有している。つまり、外側部３３の接触部３９がステージ３に接触することで空間Ｓ１が形成される。外側部３３の上面３３ａには、弾性部材４１，４２がそれぞれ配置される一対の配置溝３３ｂが形成されている（図４）。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の外縁部を封止するための部材であり、例えばＯリングである。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。この例では、外側部３３及び弾性部材４１，４２により、ステージ３に接触して空間Ｓ１の外縁部を画定する接触部３９が構成されている。

【0041】

図３、図５及び図６に示されるように、中間部３４には、空間画定面３２ａから冷却流体５が流れ落ちるように構成された溝部５１が形成されている。溝部５１は、第１部分５２と、方向Ｄ１において第１部分５２に対して下側（空間画定面３２ａとは反対側）に位置する第２部分５３と、を有している。第１部分５２は、方向Ｄ１から見た場合に周方向に沿って延在するように略リング状に形成されているが、複数（この例では８つ）のブリッジ部３６により複数の部分５２ａに仕切られている。すなわち、第１部分５２は、隣り合うブリッジ部３６により隔てられた複数の部分５２ａ（ポケット部）を有している。各部分５２ａは、方向Ｄ１から見た場合に略環状扇形を呈している。各ブリッジ部３６は、中央部３２と外側部３３とを互いに接続している。複数のブリッジ部３６は、周方向において一定の間隔を空けて並んでいる。各ブリッジ部３６は、径方向に沿って延在する壁部によって構成されている。

【0042】

図４に示されるように、ブリッジ部３６の上面３６ａは、空間画定面３２ａよりも低い位置に位置する部分３６ｂを有している。上面３６ａは、ブリッジ部３６における空間画定面３２ａに接続された表面である。この例では、上面３６ａに凹部が形成されることにより部分３６ｂが形成されている。部分３６ｂは、空間画定面３２ａの外縁に接続された傾斜面３６ｂ１と、傾斜面３６ｂ１の外縁に接続された平坦面３６ｂ２と、平坦面３６ｂ２の外縁に接続された傾斜面３６ｂ３と、傾斜面３６ｂ３の外縁に接続された平坦面３６ｂ４と、を有している。傾斜面３６ｂ１，３６ｂ３は、下側に向かうほど外側に向かうように傾斜している。空間画定面３２ａに平行な平面に対する傾斜面３６ｂ３の傾斜角度は、当該平面に対する傾斜面３６ｂ１の傾斜角度よりも大きい。平坦面３６ｂ４は、凹部の底面を構成しており、平坦面３６ｂ２よりも下側に位置している。平坦面３６ｂ４は、方向Ｄ１から見た場合に外側部３３と隣り合っている。平坦面３６ｂ４は、外側部３３の上面３３ａよりも低い位置に位置しており、これによりブリッジ部３６と外側部３３との間には段差部が形成されている。

【0043】

図６に示されるように、第２部分５３は、第１部分５２の下端に接続されている。第２部分５３は、方向Ｄ１から見た場合に周方向に沿って延在するリング状に形成されており、空間画定面３２ａを囲んでいる。すなわち、第２部分５３は、第１部分５２とは異なり、全周にわたって連続するように形成されている。第２部分５３は、第１部分５２よりも狭く形成されている。すなわち、溝部５１は、第２部分５３における第１部分５２との境界部において狭くなっている。この例では、径方向における第２部分５３の幅が径方向における第１部分５２の幅よりも狭くなっていることにより、第２部分５３が第１部分５２よりも狭く形成されている。

【0044】

第２部分５３の内面５３ａは、下側に向かうほど内側に向かうように傾斜した傾斜面５３ｂを含んでいる。内面５３ａは、第２部分５３における径方向の外側の内面であり、溝部５１における径方向の外側の内面の一部を構成している。傾斜面５３ｂは、内面５３ａにおける第１部分５２との境界部に形成されており、上端において第１部分５２に接続されている。周方向においては、傾斜面５３ｂは全周にわたって形成されている。

【0045】

溝部５１内の空間は、空間画定面３２ａと半導体デバイス２との間に画定される空間Ｓ１に接続されている。或いは、溝部５１内の空間は、空間Ｓ１の一部を構成しているとみなすこともできる。溝部５１は、空間画定面３２ａから下側に延在している。そのため、空間Ｓ１を流れる冷却流体５は、空間画定面３２ａから溝部５１に流れ落ちる。すなわち、冷却流体５は、重力により落下して空間画定面３２ａ上から溝部５１内に移動する。溝部５１に流れ落ちた冷却流体５は、例えば第１部分５２から傾斜面５３ｂを伝って第２部分５３に移動し、第２部分５３に貯留される。第２部分５３に貯留された冷却流体５は、後述する排出流路６２から排出される。

【0046】

ジャケット３１には、空間Ｓ１に供給される冷却流体５が流れる４つの供給流路６１、及び、空間Ｓ１から外部に排出される冷却流体５が流れる４つの排出流路６２が形成されている。図２及び図４に示されるように、供給流路６１は、ジャケット３１の側方においてジャケット３１の外部に開口すると共に、中央部３２の空間画定面３２ａに開口している。ジャケット３１の側方における開口には、貯留タンク２２から供給される冷却流体５が流れる配管Ｐ１が接続されている。

【0047】

図４に示されるように、供給流路６１は、第１部分６１ａと、第２部分６１ｂとを有している。第１部分６１ａは、外側部３３を通るように形成されており、ジャケット３１の外部に開口している。第２部分６１ｂは、第１部分６１ａに接続されてブリッジ部３６を通るように形成されており、空間画定面３２ａに開口した供給口６１ｃを有している（図３，図４）。冷却流体５は供給口６１ｃから空間画定面３２ａ（空間Ｓ１）に供給される。第２部分６１ｂは、径方向に沿って延在しており、内側に向かうほど上側に向かうように傾斜して延在している。４つの供給流路６１は、周方向において一定の間隔を空けて並ぶように配置されている。この例では、８つのブリッジ部３６のうちの４つに対応する位置に供給流路６１が形成されている。供給流路６１から空間Ｓ１に供給された冷却流体５は、空間Ｓ１内を固浸レンズ７２（開口３５）に向けて流れる。図４には、冷却流体５が供給流路６１を通って供給される経路の例が破線の矢印で示されている。

【0048】

図５及び図６に示されるように、排出流路６２は、外側部３３を通るように形成されており、ジャケット３１の側方においてジャケット３１の外部に開口すると共に、溝部５１の第２部分５３に開口している。ジャケット３１の側方における開口には、ドレーンタンク２４に排出される冷却流体５が流れる配管Ｐ２が接続されている。排出流路６２は、第２部分５３の底部に開口した排出口６２ａを有しており、排出口６２ａにおいて第２部分５３に接続されている。冷却流体５は第２部分５３から排出口６２ａを通って排出される。４つの排出流路６２は、任意の位置に配置されてよい。この例では、各排出流路６２は、周方向において隣り合う２つのブリッジ部３６の間に位置するように配置されている。図６には、冷却流体５が溝部５１及び排出流路６２を通って排出される経路の例が破線の矢印で示されている。

【0049】

更に、ジャケット３１には、空間Ｓ１（外側部３３の内側）とジャケット３１の外部との間での空気の流通が可能となるように空間Ｓ１をジャケット３１の外部に接続する通気経路６５が形成されている（大気開放構造）。図８～図１０に示されるように、通気経路６５は、ジャケット３１の側方においてジャケット３１の外部に開口すると共に、通気部材６６を介して溝部５１に開口している。ジャケット３１の側方における開口は開放されている（塞がれていない）。

【0050】

通気部材６６は、溝部５１の第１部分５２に配置されている。通気部材６６は、本体部６７と、カバー６８とを有している。本体部６７は、略直方体状に形成されており、互いに対向する一対の側面６７ａを有している。本体部６７の表面６７ｂには、溝部６７ｃが形成されている。表面６７ｂは、カバー６８によって覆われる表面である。溝部６７ｃは、一方の側面６７ａから他方の側面６７ａに至るように延在している。この例では、溝部６７ｃは、側面６７ａから延在する一対の直線状部分６７ｃ１と、一対の直線状部分６７ｃ１から直線状部分６７ｃ１と垂直にそれぞれ延在する一対の直線状部分６７ｃ２と、一対の直線状部分６７ｃ２を互いに接続するように直線状部分６７ｃ１と平行に延在する直線状部分６７ｃ３とを有している。

【0051】

溝部６７ｃの上部がカバー６８によって覆われることにより、溝部６７ｃに対応した形状の内部空間Ｓ２が画定される。溝部６７ｃの直線状部分６７ｃ３には本体部６７を貫通する貫通孔６７ｄが形成されている。内部空間Ｓ２（溝部６７ｃ）は、貫通孔６７ｄを介して通気経路６５に接続されている。また、溝部６７ｃが各側面６７ａに至っていることにより、内部空間Ｓ２は、各側面６７ａにおいて開口して溝部５１の第１部分５２に接続されている。この例では、カバー６８は、各側面６７ａに対して突出するように本体部６７上に配置されている。すなわち、側面６７ａに垂直な方向におけるカバー６８の長さは当該方向における本体部６７の長さ（一対の側面６７ａ同士の間の距離）よりも長くなっており、当該方向においてカバー６８は各側面６７ａから突出している。これにより、空間画定面３２ａから溝部５１に流れ落ちる冷却流体５が内部空間Ｓ２に浸入することが抑制されている。カバー６８は、本体部６７に対して鉛直上側に位置している。

【0052】

カバー６８は、例えばボルト等の締結部材６８ａにより本体部６７に固定されている。通気部材６６は、例えばボルト等の締結部材６６ａによりジャケット３１に固定されている。この例では、ジャケット３１は、外側部３３から溝部５１の第１部分５２に突出するように形成された固定部３１１を有しており、通気部材６６は固定部３１１に固定されている。通気経路６５は、固定部３１１内を通るように形成されている。図８には、空気が通気経路６５及び通気部材６６を通って空間Ｓ１とジャケット３１の外部との間を流れる経路の例が破線の矢印で示されている。上述したとおり、ジャケット３１の側方における通気経路６５の開口は開放されており、通気経路６５は常に開放されている。すなわち、冷却ユニット２１では、空間Ｓ１とジャケット３１の外部との間での空気の流通が常に可能となっている（空間Ｓ１が密閉されていない）。

【0053】

再び図１を参照して、冷却流体５が流れる経路を説明する。冷却流体５は、貯留タンク２２に貯留されている。貯留タンク２２内の冷却流体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６１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６１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６１を流れる流体の圧力を変化させる。これにより、空間Ｓ１を流れる冷却流体５の圧力が調整される。ドレーンタンク２４には、排出流路６２から排出された冷却流体５が貯留される。チラー２５は、所定の設定温度となるように冷却流体５を冷却する。チラー２５には、排出流路６２から排出された冷却流体５が流入する。チラー２５は、流入した冷却流体５を冷却する。チラー２５により冷却された冷却流体５は、貯留タンク２２に戻され、再び供給流路６１に供給される。ジャケット３１は、ジャケット３１内に形成された冷媒流路内に冷媒を流すことにより冷却されてもよい。この場合、冷媒は例えば水であってもよいし空気であってもよい。すなわち、ジャケット３１は液冷又は空冷により冷却されてもよい。
［対物レンズモジュール］

【0054】

図２及び図４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７０を構成している。対物レンズモジュール７０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（イマージョンレンズユニット）７１を備えている。固浸レンズユニット７１は、固浸レンズ７２と、ホルダ７３とを備えている。対物レンズ１６は、ジャケット３１の開口３５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７２は、ホルダ７３によって開口３５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。

【0055】

固浸レンズ７２は、当接面７２ａと、球面７２ｂと、テーパ面７２ｃとを有している。当接面７２ａ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７２ｂ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７２ｃは、下側に向かって広がる円錐台形状の面であり、当接面７２ａの外縁から下側に延びて球面７２ｂの外縁に接続されている。テーパ面７２ｃを含む仮想円錐の頂点は、固浸レンズ７２の球心（球面７２ｂの曲率中心）に一致しており、当接面７２ａ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。固浸レンズ７２の球心は、固浸レンズ７２の焦点に一致する。固浸レンズ７２は、球面７２ｂとテーパ面７２ｃとの間に配置された円柱形状の面を更に有していてもよい。なお、固浸レンズ以外にも、液浸レンズ或いは油浸レンズなどの他のイマージョンレンズを用いてもよい。

【0056】

固浸レンズ７２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７２は、観察光を透過させる。固浸レンズ７２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７２の一部として利用することができる。固浸レンズ７２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７２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。

【0057】

ホルダ７３は、対物レンズ１６に取り付けられており、上述した可撓性部材４５と共に固浸レンズ７２を保持している。ホルダ７３は、側壁部７４と、蓋部７５とを有している。ホルダ７３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７４は、略筒状に形成されている。蓋部７５は、側壁部７４の上側の開口を塞ぐように構成されている。

【0058】

蓋部７５には、固浸レンズ７２が配置される開口７５ａが形成されている。蓋部７５は、開口７５ａの内面から開口７５ａの中心側に向かって延びる複数（例えば３つ）の突出部７６を有している。突出部７６は、先細り形状を呈しており、半導体デバイス２の側の面が、開口７５ａ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７６は、例えば、周方向に一定の間隔を空けて配置されている。

【0059】

固浸レンズ７２は、当接面７２ａ及びテーパ面７２ｃが蓋部７５の開口７５ａから上側に突出し、且つ球面７２ｂが蓋部７５の開口７５ａから下側に突出するように、開口７５ａに配置されている。球面７２ｂは、各突出部７６の先端部に接触しており、当接面７２ａ及びテーパ面７２ｃは、可撓性部材４５に接触しており、可撓性部材４５から上側に突出している。固浸レンズ７２は、当接面７２ａが半導体デバイス２に当接する前の状態において、揺動可能となっている。例えば、固浸レンズ７２が揺動すると、球面７２ｂが突出部７６の先端部に対して滑ると共に、可撓性部材４５が固浸レンズ７２の揺動に追従して変形する。固浸レンズ７２が揺動可能となっていることで、当接面７２ａを半導体デバイス２に当接させる際に、固浸レンズ７２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７２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。

【0060】

ホルダ７３における側壁部７４と蓋部７５との間には、蓋部７５を上側に向けて押圧することにより固浸レンズ７２を上側（対物レンズ１６とは反対側）に付勢する複数（この例では２つ）の第１付勢部材８１が設けられている。第１付勢部材８１は、例えば側壁部７４内に保持されたバネにより構成されている。

【0061】

ジャケット３１における第２部材Ｍ２と第３部材Ｍ３との間には、第２部材Ｍ２を上側に向けて押圧することによりジャケット３１をステージ３に向けて（上側に向けて）付勢する複数（この例では４つ）の第２付勢部材８２が設けられている。第２付勢部材８２は、例えばガイド部Ｍ３ａにより保持されたバネにより構成されている。ガイド部Ｍ３ａは、第３部材Ｍ３に設けられた方向Ｄ１に沿って延在する円柱状の部分である。第２付勢部材８２は第１付勢部材８１から分離／独立して設けられており、第２付勢部材８２の付勢力は固浸レンズ７２（対物レンズ１６及び固浸レンズユニット７１）には作用しない。対物レンズ１６の下側部分は、第３部材Ｍ３によって保持されている。
［半導体検査方法］

【0062】

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３５が半導体デバイス２と向かい合い、且つ、空間画定面３２ａ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モジュール７０を移動させ、開口３５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と半導体デバイス２及びステージ３との間に空間Ｓ１が形成される。第２ステップでは、外側部３３及び弾性部材４１，４２からなる接触部３９がステージ３に接触して空間Ｓ１の外縁部が画定される。

【0063】

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７２を半導体デバイス２に近づくように移動させ、固浸レンズ７２の当接面７２ａを半導体デバイス２に当接させる（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に冷却流体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３５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、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。

【0064】

図１１及び図１２を参照しつつ、半導体検査装置１を用いた半導体検査方法について更に説明する。図１１及び図１２では、各構成が模式的に示されている。上述したとおり、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、図１１（ａ））。続いて、ＸＹＺステージを上昇させて対物レンズモジュール７０を上側に移動させ、外側部３３及び弾性部材４１，４２からなる接触部３９をステージ３に接触させる。これにより、冷却ユニット２１と半導体デバイス２及びステージ３との間に空間Ｓ１が形成される（第２ステップ、図１１（ｂ））。この接触部３９とステージ３との間の接触は、例えばジャケット３１に設けられた第１センサ（図示省略）によって検出される。第２ステップでは、制御部１５は、第１センサの検出結果に基づいてＸＹＺステージを制御する。第１センサは、例えば、光を遮ることによりオンオフされるフォトセンサにより構成され得る。

【0065】

続いて、ＸＹＺステージを更に上昇させる。このとき、冷却ユニット２１は接触部３９においてステージ３に接触しているため移動せず、ジャケット３１における第２部材Ｍ２と第３部材Ｍ３との間に設けられた第２付勢部材８２が収縮する。一方、対物レンズ１６及び固浸レンズ７２はＸＹＺステージの移動に伴って上昇し、固浸レンズ７２が半導体デバイス２に接触する（第３ステップ、図１２（ａ））。この固浸レンズ７２と半導体デバイス２との間の接触は、例えばホルダ７３に設けられた第２センサ（図示省略）によって検出される。第３ステップでは、制御部１５は、第２センサの検出結果に基づいてＸＹＺステージを制御する。第２センサは、例えば、光を遮ることによりオンオフされるフォトセンサにより構成され得る。このフォトセンサの配置は特に限定されない。例えば、フォトセンサが側壁部７４に設けられ、フォトセンサの光を遮るドッグ部材が蓋部７５に設けられてもよい。或いは、フォトセンサが蓋部７５に設けられ、ドッグ部材が側壁部７４に設けられてもよい。この点は後述する第３センサをフォトセンサにより構成する場合についても同様である。

【0066】

第３ステップの後、半導体デバイス２を駆動させる第４ステップの前に、ＸＹＺステージを更に上昇させることにより焦点位置を調整する調整ステップが実施されてもよい（図１２（ｂ））。調整ステップにおいてＸＹＺステージを上昇させる場合にも、冷却ユニット２１は接触部３９においてステージ３に接触しているため移動せず、第２付勢部材８２が収縮する。また、固浸レンズ７２は半導体デバイス２に接触しているため移動せず、対物レンズ１６がＸＹＺステージの移動に伴って上昇する。このとき、ホルダ７３における側壁部７４と蓋部７５との間に設けられた第１付勢部材８１が収縮する。ホルダ７３には、ＸＹＺステージ（対物レンズ１６）のオーバーランを防止するための第３センサ（図示省略）が設けられている。第３センサは、例えば所定位置までＸＹＺステージが上昇したことを検出する。所定位置は、ＸＹＺステージの上昇により装置に破損が生じる位置に対応する位置である。調整ステップでは、制御部１５は、第３センサの検出結果に基づいてＸＹＺステージを制御する。これにより、ＸＹＺステージが過度に上昇して装置に破損が生じてしまうことを抑制することができる。第３センサは、例えば、光を遮ることによりオンオフされるフォトセンサにより構成され得る。

【0067】

その後、上述したとおり、信号入力装置１１によって半導体デバイス２を駆動させ（第４ステップ）、空間Ｓ１に冷却流体５を流しながら駆動中の半導体デバイス２からの光を光検出器１４により検出する（第５ステップ）。これにより、半導体デバイス２の検査を行うことができる。

【0068】

次に、半導体デバイス２上において観察エリア（検査位置）を変更する工程の例について説明する。実施形態に係る半導体検査装置１では、空間Ｓ１に冷却流体５を流したままで観察エリアを変更することができる。すなわち、半導体デバイス２を駆動させたままで、冷却性能を保ちつつ、観察エリアを変更することができる。観察エリアを変更する際には、まず、例えば図１２（ａ）又は図１２（ｂ）に示される状態からＸＹＺステージを下降させ、固浸レンズ７２を半導体デバイス２から離間させる（図１１（ｂ））。固浸レンズ７２が半導体デバイス２に密着したままで対物レンズモジュール７０をＸ方向及び／又はＹ方向に移動させると固浸レンズ７２又は半導体デバイス２に傷がつくおそれがあるためである。例えば、制御部１５は、第２センサがオフとなる位置までＸＹＺステージを下降させることで、固浸レンズ７２を半導体デバイス２から離間させる。このとき、冷却ユニット２１の接触部３９はステージ３に接触したままであり、冷却ユニット２１と半導体デバイス２及びステージ３との間に空間Ｓ１が形成されたままである。また、空間Ｓ１への冷却流体５の供給は継続されている。続いて、ＸＹＺステージによって対物レンズモジュール７０をステージ３に対してＸ方向及び／又はＹ方向に移動させ、固浸レンズ７２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ステージを上昇させて対物レンズ１６及び固浸レンズ７２を上昇させ、固浸レンズ７２を半導体デバイスに接触させる。以上の工程により、空間Ｓ１に冷却流体５を流したままで観察エリアを変更することができる。
［作用及び効果］

【0069】

冷却ユニット２１では、ジャケット３１に、外側部３３の内側とジャケット３１の外部との間での空気の流通を可能とする通気経路６５が形成されている。これにより、外側部３３の接触部３９がステージ３に接触することで形成される空間Ｓ１とジャケット３１の外部との間での空気の流通が可能となり、空間Ｓ１内の圧力が負圧になることを抑制することができる。その結果、冷却流体５を流しながら冷却ユニット２１をステージ３に沿って移動させる際に、負圧によって冷却ユニット２１がステージ３に張り付いてしまう事態の発生を回避することができる。よって、冷却ユニット２１によれば、冷却流体５を流しながら冷却ユニット２１を精度良く移動させることが可能となる。

【0070】

また、冷却ユニット２１では、ジャケット３１に、空間画定面３２ａと半導体デバイス２との間に画定される空間Ｓ１をジャケット３１の外部に接続する通気経路６５が形成されており、空間Ｓ１とジャケット３１の外部との間での空気の流通が可能となっている。これにより、空間Ｓ１内の圧力が負圧になることを抑制することができる。その結果、冷却流体５を流しながら冷却ユニット２１をステージ３に沿って移動させる際に、負圧によって冷却ユニット２１がステージ３に張り付いてしまう事態の発生を回避することができる。よって、冷却ユニット２１によれば、冷却流体５を流しながら冷却ユニット２１を精度良く移動させることが可能となる。

【0071】

ジャケット３１における中央部３２と外側部３３との間（中間部３４）に、溝部５１が形成されており、通気経路６５が、溝部５１に接続されている。これにより、溝部５１は冷却流体５で満たされにくいことから、通気経路６５を介した空間Ｓ１とジャケット３１の外部との間での空気の流通を確実化することができる。

【0072】

通気経路６５が、溝部５１に配置された通気部材６６を介して溝部５１に接続されている。これにより合、通気経路６５に冷却流体５が浸入することを抑制することができる。

【0073】

通気部材６６が、通気経路６５に接続された内部空間Ｓ２を有し、内部空間Ｓ２が、通気部材６６の側面６７ａにおいて開口して溝部５１に接続されている。これにより、通気経路６５（内部空間Ｓ２）に冷却流体５が浸入することを効果的に抑制することができる。

【0074】

通気部材６６が、側面６７ａを含む本体部６７と、カバー６８とを有し、カバー６８が、側面６７ａに対して突出するように本体部６７上に配置されている。これにより、通気経路６５（内部空間Ｓ２）に冷却流体５が浸入することを一層効果的に抑制することができる。

【0075】

溝部５１が、空間画定面３２ａ（中央部３２の上面）から冷却流体５が流れ落ちるように構成されており、溝部５１には、外部に排出される冷却流体５が流れる排出流路６２が接続されている。これにより、空間画定面３２ａと半導体デバイス２との間の空間Ｓ１に冷却流体５を流す際に、冷却流体５が空間Ｓ１の外縁部に至ることを抑制することができる。その結果、空間Ｓ１の外縁部から冷却流体５が漏れることを抑制することができ、防水性能を向上することができる。

【0076】

通気経路６５が、常に開放されている。これにより、空間画定面３２ａと半導体デバイス２との間の空間Ｓ１の圧力が負圧になることを確実に抑制することができる。

【0077】

対物レンズモジュール７０が、ホルダ７３に設けられて固浸レンズ７２を対物レンズ１６とは反対側に付勢する第１付勢部材８１と、ジャケット３１に設けられて固浸レンズ７２に付勢力を作用させることなくジャケット３１をステージ３に向けて付勢する第２付勢部材８２と、を備えている。これにより、冷却流体５を流しながらの冷却ユニット２１のステージ３に沿っての移動を良好に実現することができる。

【0078】

ジャケット３１における中央部３２と外側部３３との間（中間部３４）に、中央部３２と外側部３３とを互いに接続するブリッジ部３６が形成されており、供給流路６１が、ブリッジ部３６を通るように形成されている。これにより、供給流路６１を好適に形成することができる。例えば、供給流路６１がブリッジ部３６を通らずに溝部５１を回り込むように形成される場合と比べて、供給流路６１の構成を簡易化することができる。

【0079】

ブリッジ部３６の上面３６ａ（空間画定面３２ａに接続された表面）が、空間画定面３２ａよりも低い位置に位置する部分３６ｂを有している。これにより、冷却流体５が空間画定面３２ａから上面３６ａを伝って空間Ｓ１の外縁部に至ることを抑制することができる。

【0080】

溝部５１が、第１部分５２と、方向Ｄ１（空間画定面３２ａに垂直な方向）において第１部分５２に対して空間画定面３２ａとは反対側に位置する第２部分５３と、を有し、第２部分５３が、第１部分５２よりも狭く形成されており、排出流路６２が、第２部分５３に接続されている。これにより、空間画定面３２ａの側に位置する第１部分５２を広く形成して溝部５１の開口面積を大きくすることができ、溝部５１に冷却流体５が流れ込み易くなる。また、空間画定面３２ａとは反対側に位置する第２部分５３を狭く形成することで、第２部分５３に冷却流体５が貯留され易くなり、その結果、第２部分５３に接続された排出流路６２から冷却流体５を効率的に排出することができる。

【0081】

溝部５１における外側の内面５３ａが、下側に向かうほど内側に向かうように傾斜した傾斜面５３ｂを含んでいる。これにより、溝部５１の体積を大きくすることができると共に、溝部５１に流れ込んだ冷却流体５を好適に下側に流すことができる。

【0082】

溝部５１が、方向Ｄ１から見た場合に空間画定面３２ａを囲むリング状の第２部分５３を有している。これにより、溝部５１に冷却流体５を効率的に貯留することができ、貯留された冷却流体５を効率的に外部に排出することができる。
［変形例］

【0083】

図１３及び図１４に示される第１変形例の冷却ユニット２１では、第２付勢部材８２に代えて、ジャケット３１とホルダ７３との間に、ジャケット３１をステージ３に向けて（上側に向けて）付勢する付勢部材８３が設けられている。上記実施形態の第２付勢部材８２が第１付勢部材８１から分離／独立して（第１付勢部材８１とは並列に）設けられていたのに対し、第１変形例の付勢部材８３は第１付勢部材８１と直列に設けられており、第１変形例では付勢部材８３の付勢力が固浸レンズ７２に作用する。付勢部材８３のバネ定数は、第１付勢部材８１のバネ定数よりも小さくなっている。なお、付勢部材８３のバネ定数は、第１付勢部材８１のバネ定数よりも大きくしてもよい。

【0084】

第１変形例に係る半導体検査装置１を用いた半導体検査方法の例について説明する。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、図１３（ａ））。続いて、ＸＹＺステージを上昇させて対物レンズモジュール７０を上側に移動させ、外側部３３及び弾性部材４１，４２からなる接触部３９をステージ３に接触させる。これにより、冷却ユニット２１と半導体デバイス２及びステージ３との間に空間Ｓ１が形成される（第２ステップ、図１３（ｂ））。

【0085】

続いて、ＸＹＺステージを更に上昇させる。このとき、冷却ユニット２１は接触部３９においてステージ３に接触しているため移動せず、ジャケット３１とホルダ７３との間に設けられた付勢部材８３が収縮する。一方、対物レンズ１６及び固浸レンズ７２はＸＹＺステージの移動に伴って上昇し、固浸レンズ７２が半導体デバイス２に接触する（第３ステップ、図１４（ａ））。続いて、ＸＹＺステージを更に上昇させることにより焦点位置を調整する調整ステップが実施され得る（図１４（ｂ））。調整ステップにおいてＸＹＺステージを上昇させた場合にも、冷却ユニット２１は接触部３９においてステージ３に接触しているため移動しない。また、固浸レンズ７２も半導体デバイス２に接触しているため移動せず、対物レンズ１６がＸＹＺステージの移動に伴って上昇する。このとき、付勢部材８３は収縮せず、ホルダ７３における側壁部７４と蓋部７５との間に設けられた第１付勢部材８１が収縮する。その後、信号入力装置１１によって半導体デバイス２を駆動させ（第４ステップ）、空間Ｓ１に冷却流体５を流しながら駆動中の半導体デバイス２からの光を光検出器１４により検出する（第５ステップ）。

【0086】

第１変形例に係る半導体検査装置１においても、空間Ｓ１に冷却流体５を流したままで観察エリアを変更することができる。観察エリアを変更する際の工程は上記実施形態の場合と同様である。このような第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、防水性能を向上することができる。

【0087】

図１５に示される第２変形例では、ジャケット３１にブリッジ部３６が形成されておらず、溝部５１の第１部分５２（すなわち溝部５１の全体）が、方向Ｄ１から見た場合に周方向に沿って延在するリング状に形成されている。このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、防水性能を向上することができる。

【0088】

他の変形例として、半導体デバイス２上における観察位置に応じて、冷却流体５が供給される供給流路６１が切替可能となっていてもよい。例えば、８つの供給流路６１が周方向において一定の間隔を空けて並ぶように配置され、第１状態においては８つの供給流路６１のうちの４つの供給流路６１から冷却流体５が供給され、第２状態においては８つの供給流路６１のうちの残りの４つの供給流路６１から冷却流体５が供給されてもよい。例えば、第１状態においては、固浸レンズ７２に対して、Ｘ方向の両側及びＹ方向の両側の４つの方向から冷却流体５が流れるように４つの供給流路６１に冷却流体５が供給され、第２状態においては、固浸レンズ７２に対して、第１状態における４つの方向から４５度ずつずれた４つの方向から冷却流体５が流れるように残りの４つの供給流路６１に冷却流体５が供給されてもよい。半導体デバイス２上における観察位置に応じて発熱箇所は変化し得るため、このような構成を採用することにより、半導体デバイス２上における観察位置に応じた効果的な冷却が可能となる。冷却流体５の数や切替のパターンは適宜設定されてよい。

【0089】

本発明は、上記実施形態及び変形例に限られない。例えば、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。供給流路６１及び／又は排出流路６２は、１つだけ設けられていてもよい。弾性部材４１，４２は、省略されてもよいし、可撓性部材に置き換えられてもよい。

【0090】

ブリッジ部３６の上面３６ａは、空間画定面３２ａよりも低い位置する部分を有していなくてもよく、例えば空間画定面３２ａと面一となっていてもよい。溝部５１の第２部分５３は、第１部分５２よりも狭く形成されていなくてもよく、例えば第１部分５２と同程度の幅を有していてもよい。溝部５１における外側の内面５３ａは、傾斜面５３ｂを含んでいなくてもよい。溝部５１は、方向Ｄ１から見た場合に空間画定面３２ａを囲むリング状の部分を有していなくてもよい。溝部５１は、空間画定面３２ａから冷却流体５が流れ落ちるように構成されていればよく、任意の形状及び配置を有していてよい。通気経路６５は形成されていなくてもよく、空間Ｓ１とジャケット３１の外部との間での空気の流通が可能となっていなくてもよい。

【0091】

通気経路６５は、空間Ｓ１とジャケット３１の外部との間での空気の流通が可能となるように空間Ｓ１をジャケット３１の外部に接続していればよく、溝部５１に接続されていなくてもよい。通気部材６６は省略されてもよく、通気経路６５は通気部材６６を介することなく溝部５１に接続されてもよい。

【0092】

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。

【符号の説明】

【0093】

１…半導体検査装置、２…半導体デバイス、３…ステージ、５…冷却流体、１４…光検出器、１６…対物レンズ、２１…冷却ユニット、３１…ジャケット、３２…中央部、３２ａ…空間画定面、３３…外側部、３５…開口、３６…ブリッジ部、３６ａ…上面、３６ｂ…部分、５３ｂ…傾斜面、３９…接触部、５１…溝部、５２…第１部分、５３…第２部分、５３ａ…内面、５３ｂ…傾斜面、６１…供給流路、６２…排出流路、６５…通気経路、６６…通気部材、６７…本体部、６７ａ…側面、６８…カバー、７０…対物レンズモジュール、７２…固浸レンズ（イマージョンレンズ）、Ｓ１…空間、Ｓ２…内部空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】