JP2000304802A - 観察装置および該観察装置を備えた検査装置 - Google Patents

観察装置および該観察装置を備えた検査装置

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JP2000304802A
JP2000304802A JP11115645A JP11564599A JP2000304802A JP 2000304802 A JP2000304802 A JP 2000304802A JP 11115645 A JP11115645 A JP 11115645A JP 11564599 A JP11564599 A JP 11564599A JP 2000304802 A JP2000304802 A JP 2000304802A
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wafer
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洋 千葉
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温状態の被検物体を長時間に亘って観察す
る際に、被検物体からの放射赤外光に起因して対物光学
系の光学性能が実質的に変化することなく、良好な観察
を行うことのできる観察装置。 【解決手段】 対物光学系(8)を介して被検物体
(1)を観察する観察装置である。この観察装置は、被
検物体(1)から放射される赤外波長域の光が対物光学
系(8)に入射するのを実質的に遮断するための遮断手
段(21)を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、観察装置および該
観察装置を備えた検査装置に関し、特に回路パターンが
形成された半導体チップやウェハの導通検査をするため
の検査装置(プローバ)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プローバとは、ウェハ上に焼き付けられ
た半導体回路の良否判定を行うために、回路上に設けら
れた検査用電極部にプローブと呼ばれる検査用ピンを接
触させて各種の電気的試験を行う検査装置である。この
種の検査装置では、ウェハに対して検査用ピンを正確に
押接させるために、ウェハ内のピン接触パッド部(すな
わち検査用電極部)のXY座標(ウェハ面に沿った二次
元的な位置)およびZ座標(高さ方向の位置)を予め把
握しておく必要がある。
【0003】このため、プローバは、アライメント機能
やAF(オートフォーカス)機能を有する観察系を備え
ている。プローバは、この観察系の対物光学系を介し
て、被検ウェハ上に多数分布している導通検査用パッド
(すなわち検査用電極部)の位置情報を逐一取得する。
このように導通検査用パッドの位置情報を取得する作業
をマッピングと呼ぶ。このマッピング作業により、ウェ
ハにうねりが存在しても、導通検査用パッドに対してプ
ローブピンを正確に且つ所望の圧力で接触させることが
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体チッ
プやウェハの導通検査では、高温状態においても製品が
正しく動作することを確認するために、被検物体(すな
わち半導体チップやウェハ)を100°C〜150°C
程度に加熱した状態で検査する。したがって、導通検査
に先立って行われるマッピング作業においても、導通検
査と同じ高温状態に保持された被検物体を対物光学系を
介して観察する必要がある。
【0005】しかしながら、マッピング作業では、ウェ
ハ内の多数ポイントの位置情報を取り込むために、比較
的長い時間を費やして被検物体面を観察することにな
る。この場合、長時間に亘るマッピング作業中におい
て、高温に加熱された被検物体からの放射熱(特に放射
赤外光)が対物光学系に伝わると、対物光学系の温度が
上昇する。その結果、各レンズの屈折力が変化し、ひい
ては対物光学系のフォーカスが変動する。
【0006】特に、可視光領域の広い波長帯域の光を用
いて観察を行う場合、色収差を良好に補正するために異
常分散ガラスを用いてレンズを形成することが多い。こ
の場合、放射赤外光の吸収による硝材の屈折率変化にと
もなう変動成分が、上記フォーカス変動において最も支
配的なファクタとなる。被検物体からの放射赤外光に起
因して対物光学系のフォーカスが変動すると、正確なマ
ッピング作業が困難となり、プローブピンに対して被検
物体上の検査用電極部を正確に押接させることができな
くなる。その結果、従来の検査装置では、信頼性の高い
導通検査を行うことができないという不都合があった。
【0007】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、高温状態の被検物体を長時間に亘って観察す
る際に、被検物体からの放射赤外光に起因して対物光学
系の光学性能が実質的に変化することなく、良好な観察
を行うことのできる観察装置および観察方法を提供する
ことを目的とする。また、本発明は、高温状態の被検物
体に形成された検査用電極部の位置情報を正確に検出す
ることができ、プローブピンに対して被検物体上の検査
用電極部を正確に押接させることのできる検査装置を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、対物光学系を介して被検物体を観察す
る観察装置において、前記被検物体から放射される赤外
波長域の光が前記対物光学系に入射するのを実質的に遮
断するための遮断手段を備えていることを特徴とする観
察装置を提供する。
【0009】本発明の好ましい態様によれば、前記遮断
手段は、前記対物光学系の物体側の面に形成されて前記
赤外波長域の光を選択的に反射するための波長選択コー
トを有する。あるいは、前記遮断手段は、前記被検物体
と前記対物光学系との間の光路中に配置された光透過性
の光学部材を有し、該光学部材の物体側の面には前記赤
外波長域の光を選択的に反射するための波長選択コート
が形成されている。これらの場合、前記波長選択コート
は、2μm以上の波長を有する光を選択的に反射するよ
うな分光特性を有することが好ましい。
【0010】また、本発明の別の局面によれば、上述し
た本発明の観察装置と、前記観察装置を介して前記被検
物体上に形成された検査用電極部の位置情報を検出する
ための位置情報検出手段と、前記位置情報検出手段で検
出した前記検査用電極の位置情報に基づいて、前記検査
用電極にプローブを押接させながら導通検査を行うため
の導通検査手段とを備えていることを特徴とする検査装
置を提供する。
【0011】さらに、本発明の別の局面によれば、対物
光学系を介して被検物体を観察する観察方法において、
前記被検物体から放射される赤外波長域の光が前記対物
光学系に入射するのを実質的に遮断しつつ前記対物光学
系を介して前記被検物体を観察することを特徴とする観
察方法を提供する。さらにまた、本発明の別の局面によ
れば、半導体デバイスの製造方法において、例えば、請
求項1乃至4のいずれか1項に記載の観察装置または検
査装置を用いて前記被検物体としてのウェハを検査する
検査工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造
方法を提供する。また、本発明の別の局面によれば、半
導体デバイスの製造方法において、所定のパターンが形
成されたウェハを対物光学系を介して検査する検査工程
と、前記検査工程において前記対物光学系に入射する前
記ウェハからの不要な光を除去する不要光除去工程とを
含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供
する。このとき、前記検査工程は前記ウェハを前記対物
光学系を介して検査することが好ましく、さらにまた、
前記ウェハからの不要な光は、赤外光であることが好ま
しい。また、前記検査工程は、前記ウェハを所定の温度
に加熱する加熱工程と、前記ウェハのパターンに形成さ
れた電極の導通検査をする導通検査工程とを含むことが
好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】上述したように、対物光学系を介
して高温の被検物体を長時間に亘って観察する場合、観
察系の対物光学系の温度が上昇する。対物光学系の温度
上昇を発生させる熱の流入形態は、次の3つの形態に大
別される。 高温の被検物体自体から熱が構造物を通して対物光学
系に伝わる場合(熱伝導) 高温被検物体の周辺の空気が暖められ、この暖められ
た空気から対物光学系が熱を受け取る場合(熱伝達) 高温被検物体からプランクの法則に従って放射される
赤外光が対物光学系に照射されることによって熱を受け
取る場合(熱放射=赤外放射)
【0013】構造物を介して伝わる熱伝導については、
検査装置の場合、被検物体を保持しつつ加熱するホルダ
ー部(ホットチャック)と観察系が設置される構造体
(ブリッジ)とを熱的に隔絶(アイソレート)すれば良
い。通常の検査装置では、ブリッジがホットチャックを
跨ぐように別体で構成されており、熱伝導により対物光
学系に直接熱が流入することはほとんどない。
【0014】高温被検物体の周辺の空気が暖められるこ
とにより生じる熱伝達に対する対策としては、ホットチ
ャックとブリッジとの間に室温の空気を流して加熱され
た雰囲気を追い出す方法が考えられる。しかしながら、
この方法では、流入空気により所定の設定温度に加熱さ
れた被検物体を冷やしてしまう恐れがある。他の対策と
しては、高温の空気が直接ブリッジに触れないように、
ホットチャックに面したブリッジ部分に断熱カバー等を
設ける方法が挙げられる。
【0015】ホットチャックにより加熱された被検物体
からの赤外放射による対物光学系への熱の流入を避ける
には、空気による熱伝達を抑える方法と同様に、ホット
チャックに面したブリッジ部分を断熱カバー等で覆う方
法が良策である。しかしながら、被検物体を観察するた
めの対物光学系の光入射面だけは、当然の事ながら覆う
ことはできない。被検物体からの赤外光が対物光学系に
入射すると、対物光学系の温度が上昇し、フォーカスが
変動してしまう。
【0016】そこで、本発明では、たとえば対物光学系
の物体側の面に、高温の被検物体から放射される赤外光
を選択的に反射する波長選択コートを形成している。し
たがって、この波長選択コートの作用により、被検物体
から放射された赤外光が対物光学系に入射するのを実質
的に遮断することができる。その結果、本発明の観察装
置および観察方法では、高温状態の被検物体を長時間に
亘って観察する際に、被検物体からの放射赤外光に起因
して対物光学系の光学性能が実質的に変化することな
く、良好な観察を行うことができる。
【0017】また、本発明の観察装置を組み込んだ検査
装置では、長時間に亘ってマッピング作業を行っても高
温被検物体からの放射赤外光に起因して対物光学系のフ
ォーカスが変動することがほとんどない。したがって、
高温状態の被検物体に形成された検査用電極部の位置情
報を正確に検出することができ、プローブピンに対して
被検物体上の検査用電極部を正確に押接させることがで
きる。その結果、本発明の検査装置では、信頼性の高い
導通検査を行うことができる。
【0018】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の実施例にかかる検査装置の全
体構成を概略的に示す図である。本実施例では、回路パ
ターンの形成されたウェハの導通検査をするための検査
装置(プローバ)に対して本発明を適用している。図1
では、ウェハ面の法線方向に沿ってZ軸を、ウェハ面上
において図1の紙面に平行な方向に沿ってX軸を、ウェ
ハ面上において図1の紙面に垂直な方向に沿ってY軸を
それぞれ設定している。
【0019】本実施例の検査装置は、被検物体としての
ウェハ1を保持して移動するステージ2を備えている。
ステージ2は、ステージ制御部3からの指令に基づくス
テージ駆動部4の作用により、XY平面に沿って二次元
的に移動するとともにZ方向にも移動するように構成さ
れている。なお、ステージ制御部3は、検査制御部5か
らの指令に基づいて動作するように構成されている。被
検ウェハ1は、ホットチャック6を介して、ステージ2
上に支持されている。ここで、ホットチャック6は、ウ
ェハ1を吸着作用により保持するためのウェハホルダと
ウェハ1を所定の温度に加熱するための加熱装置とを兼
ねている。
【0020】また、本実施例の検査装置は、被検ウェハ
1を観察するための観察系7を備えている。観察系7
は、対物光学系8とリレー光学系9と受光部10とを有
する。そして、対物光学系8とリレー光学系9とは、ウ
ェハ1からの光に基づいて、受光部10の受光面にウェ
ハ1の像を形成する。観察系7はその出力情報(アライ
メント情報およびオートフォーカス情報)をマッピング
処理部11へ供給し、マッピング処理部11はその出力
情報(マッピング情報)を検査制御部5に供給する。
【0021】さらに、本実施例の検査装置は、一対のプ
ローブピン12を有する検査信号送受信部13を備えて
いる。この検査信号送受信部13は、検査制御部5から
の指令に基づいて動作するように構成されている。検査
信号送受信部13の出力信号は、検査結果処理部14に
供給される。以下、上述の構成を有する本実施例の検査
装置のマッピング動作および導通検査動作について説明
する。
【0022】まず、マッピング動作において、検査制御
部5は、予め登録されている導通検査個所の情報に基づ
いて、ウェハ1上の回路パターン内に設けられた複数の
検査用電極部の1つが観察系7の観察視野内に入るよう
にステージ2を駆動制御する。すなわち、検査制御部5
はステージ制御部3に対して制御信号を供給し、ステー
ジ制御部3はこの制御信号に基づいてステージ駆動部4
に駆動信号を供給し、ステージ駆動部4はこの駆動信号
に基づいてステージ2を駆動する。
【0023】次いで、観察対象である検査用電極部を観
察視野内の所定位置(たとえば観察視野の中心)におい
て良好なフォーカス状態で観察することができるよう
に、観察系7のアライメント機能およびオートフォーカ
ス機能によりステージ2を微動させる。こうして、特定
の検査用電極部を観察視野内の所定位置において良好な
フォーカス状態で捕捉したことを示すアライメント情報
およびオートフォーカス情報が、観察系7からマッピン
グ処理部11へ供給される。また、このときのステージ
2の位置情報が、たとえばステージ制御部3からマッピ
ング処理部11へ供給される。
【0024】個別の検査用電極部に対する上述のマッピ
ング動作は、被検ウェハ1上に設けられた各検査用電極
部に対して順次繰り返される。マッピング処理部11で
は、観察系7から順次供給されるアライメント情報およ
びオートフォーカス情報と、ステージ制御部3から順次
供給されるステージ2の位置情報とに基づいて、各検査
用電極部の位置情報(XY座標およびZ座標)すなわち
マッピング情報を検出する。マッピング処理部11で検
出されたマッピング情報は、検査制御部5に供給され
る。こうして、複数の検査用電極部に対するマッピング
動作が終了すると、検査制御部5は、ステージ制御部3
に指令を出して、ステージ2を検査信号送受信部13の
下方まで移動させる。
【0025】次に、導通検査動作において、検査制御部
5はマッピング処理部11から供給されたマッピング情
報に基づいてステージ2を駆動し、被検ウェハ1上の所
定の検査用電極部とプローブピン12とを所定の圧力で
正確に接触させる。すなわち、検査制御部5はステージ
制御部3へ適当な制御信号を供給し、ステージ制御部3
はこの制御信号に基づいてステージ駆動部4の作用によ
りステージ2を駆動する。こうして、プローブピン12
に所定の検査用電極部が正確に押接された状態で、検査
制御部5は検査信号の送受信命令を検査信号送受信部1
3に供給する。
【0026】検査信号送受信部13は、この検査信号の
送受信命令に基づいて、一対のプローブピン12の一方
を介して被検ウェハ1上の回路に検査信号を送り、一対
のプローブピン12の他方を介して回路から検査信号を
受け取る。検査信号送受信部13で受けた検査信号は、
受信信号として検査結果処理部14へ供給される。以上
の導通検査動作は、被検ウェハ1上の各検査用電極部に
対して順次繰り返される。こうして、検査結果処理部1
4は、検査信号送受信部13から順次供給される受信信
号に基づいて、回路パターンの導通状態の良否判定を行
い、必要に応じてその検査結果を出力する。
【0027】図2は、本実施例にかかる検査装置の対物
光学系の構成を詳細に示す部分拡大図である。前述した
ように、たとえば100°C〜150°C程度の高温に
加熱された被検ウェハ1から放射される赤外光が対物光
学系8に入射すると、対物光学系8の温度が上昇し、そ
のフォーカスが変動する。その結果、検査用電極部の位
置情報を正確に検出することができず、プローブピンに
対して検査用電極部を正確に押接させることができなく
なる。
【0028】そこで、本実施例では、高温被検物体であ
るウェハ1から放射される赤外光が対物光学系8に入射
するのを実質的に遮断するために、対物光学系8の物体
側の面にホットミラー膜(反射型コールドフィルタ膜)
21を形成している。このホットミラー膜21は、被検
ウェハ1からの可視光を透過させ且つ赤外光を反射する
分光特性を有する波長選択コートを構成している。本実
施例の構成では、被検ウェハ1からの光のうち観察に必
要な可視光はホットミラー膜21を透過して対物光学系
8による像形成に寄与するが、有害な赤外光の大部分は
対物光学系8に入射することなくホットミラー膜21で
反射される。
【0029】一般に、高温に加熱された被検物体から放
射される赤外光(黒体放射)はプランクの放射則に従っ
ており、その分光放射発散度(W/m3)は黒体を仮定
すると次の式(1)で表される。
【数1】 Me,λ=2πc1/λ5(ec2/λT−1) (1) ここで、λは光の波長(m)であり、Tは絶対温度
(K)である。また、c1およびc2はともに定数であり、
その値はc1=5.95522×10-17(W/m2)およびc2=1.43
877×10-2(m・K)である。
【0030】図3は、式(1)に基づいて波長および温
度の変化に対する分光放射発散度の変化を示す図であ
る。図3において、縦軸は分光放射発散度(W/m3
を、横軸は光の波長(μm)をそれぞれ示している。ま
た、図4は、本実施例において対物光学系の物体側の面
に形成されたホットミラー膜の分光特性を示す図であ
る。図4において、縦軸は反射率を、横軸は光の波長
(μm)をそれぞれ示している。
【0031】前述したように、回路パターンの形成され
たウェハの導通検査では、被検物体を100°C〜15
0°C程度の温度に加熱した状態で検査を行う。したが
って、図3では、100°Cにほぼ対応する絶対温度T
=373Kおよび150°Cにほぼ対応する絶対温度T
=423Kに対する分光放射発散度曲線を実線で示して
いる。図3中実線で示す分光放射発散度曲線に着目する
と、その分光放射特性は波長7.8μm〜6.8μmに
ピークを有することがわかる。また、被検物体の観察に
は、可視光領域〜近赤外光領域までの波長帯域の光が観
察光として使用されるのが通常である。
【0032】そこで、本実施例では、図3の分光放射特
性から判断して、図4に示すような分光特性をホットミ
ラー膜21に付与している。すなわち、ホットミラー膜
21は、2μm以上の波長を有する赤外光を約90%程
度反射するとともに、少なくとも0.5〜0.7μmの
波長帯域の可視光を観察光として約90%程度透過させ
るような分光特性を有する。この場合、たとえば一例と
して、2μm〜12μmの波長を有する赤外光を50%
以上反射するとともに、0.5〜0.7μmの波長帯域
の可視光を50%以上透過させるような分光特性をホッ
トミラー膜21に付与することもできる。
【0033】こうして、本実施例では、対物光学系8の
物体側の面に形成されたホットミラー膜21の作用によ
り、高温の被検ウェハ1から放射された赤外光が対物光
学系8に入射するのを実質的に遮断することができる、
その結果、本実施例では、高温状態の被検ウェハ1を長
時間に亘って観察する際に、被検ウェハ1からの放射赤
外光に起因して対物光学系8の光学性能が実質的に変化
することなく、良好な観察を行うことができる。
【0034】すなわち、本実施例では、長時間に亘って
マッピング作業を行っても高温の被検ウェハ1からの放
射赤外光に起因して対物光学系8のフォーカスが変動す
ることがほとんどない。したがって、高温状態の被検ウ
ェハ1に形成された検査用電極部の位置情報を正確に検
出することができ、プローブピンに対して被検物体上の
検査用電極部を正確に押接させることができる。その結
果、本実施例の検査装置では、信頼性の高い導通検査
を、ひいてはウェハ上に焼き付けられた半導体回路につ
いて信頼性の高い良否判定を行うことができる。
【0035】図5は、本実施例の変形例の要部構成を概
略的に示す部分拡大図であって、対物光学系と被検物体
との間の光路中に配置された光学部材を示している。図
5に示すように、本実施例の変形例では、対物光学系8
と被検ウェハ1との間の光路中に光透過性の光学部材で
ある平行平面板51が配置され、平行平面板51の物体
側の面にはホットミラー膜52が形成されている。そし
て、このホットミラー膜52には、上述の実施例におけ
るホットミラー膜21と同じ分光特性が付与されてい
る。したがって、図5の変形例においても、長時間に亘
るマッピング作業中に高温被検ウェハ1からの放射赤外
光に起因して対物光学系8のフォーカスが変動すること
がほとんどなく、上述の実施例と同様の効果を発揮する
ことができる。
【0036】この変形例の構成は、対物光学系8の作動
長(対物光学系8と被検物体1との距離:作動距離)に
ある程度余裕がある場合に可能である。なお、被検ウェ
ハ1と対物光学系8との間の光路中に平行平面板51を
介在させることにより、平行平面板51と対物光学系8
とリレー光学系9とからなる合成光学系には、フォーカ
スの位置ずれや球面収差をはじめとする各種の収差が発
生する。したがって、この変形例では、平行平面板51
の挿入に起因して発生する各種収差を、対物光学系8お
よびリレー光学系9において良好に補正する必要があ
る。
【0037】なお、上述の実施例では、回路パターンの
形成されたウェハを観察する装置および方法に本発明を
適用しているが、ウェハ以外の一般の高温被検物体の観
察にも本発明を適用することができる。また、上述の実
施例では、回路パターンの形成されたウェハの導通検査
を行う装置および方法に本発明を適用しているが、ウェ
ハ以外の一般の高温被検物体に対する導通検査にも本発
明を適用することができる。また、以上の各実施例に示
した装置および方法を用いて半導体基板としてのウェハ
などを検査(導通検査等)すれば、ウェハの良否を正確
にしかも迅速に行うことができるため、良好なる半導体
デバイスを製造することができる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の観察装置
および観察方法では、高温の被検物体から放射された赤
外光が対物光学系に入射するのを実質的に遮断すること
ができる。その結果、高温状態の被検物体を長時間に亘
って観察する際に、被検物体からの放射赤外光に起因し
て対物光学系の光学性能が実質的に変化することなく、
良好な観察を行うことができる。
【0039】また、本発明の観察装置を組み込んだ検査
装置では、長時間に亘ってマッピング作業を行っても高
温被検物体からの放射赤外光に起因して対物光学系のフ
ォーカスが変動することがほとんどない。したがって、
高温状態の被検物体に形成された検査用電極部の位置情
報を正確に検出することができ、プローブピンに対して
被検物体上の検査用電極部を正確に押接させることがで
きる。その結果、本発明の検査装置では、信頼性の高い
導通検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる検査装置の全体構成を
概略的に示す図である。
【図2】本実施例にかかる検査装置の対物光学系の構成
を詳細に示す部分拡大図である。
【図3】式(1)に基づいて波長および温度の変化に対
する分光放射発散度の変化を示す図である。
【図4】本実施例において対物光学系の物体側の面に形
成されたホットミラー膜の分光特性を示す図である。
【図5】本実施例の変形例の要部構成を概略的に示す部
分拡大図であって、対物光学系と被検物体との間の光路
中に配置された光学部材を示している。
【符号の説明】
1 被検ウェハ 2 ステージ 3 ステージ制御部 4 ステージ駆動部 5 検査制御部 6 ホットチャック 7 観察系 8 対物光学系 9 リレー光学系 10 受光部 11 マッピング処理部 12 プローブピン 13 検査信号送受信部 14 検査結果処理部 21、52 ホットミラー膜 51 平行平面板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対物光学系を介して被検物体を観察する
    観察装置において、 前記被検物体から放射される赤外波長域の光が前記対物
    光学系に入射するのを実質的に遮断するための遮断手段
    を備えていることを特徴とする観察装置。
  2. 【請求項2】 前記遮断手段は、前記対物光学系の物体
    側の面に形成されて前記赤外波長域の光を選択的に反射
    するための波長選択コートを有することを特徴とする請
    求項1に記載の観察装置。
  3. 【請求項3】 前記遮断手段は、前記被検物体と前記対
    物光学系との間の光路中に配置された光透過性の光学部
    材を有し、該光学部材の物体側の面には前記赤外波長域
    の光を選択的に反射するための波長選択コートが形成さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の観察装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
    観察装置と、 前記観察装置を介して前記被検物体上に形成された検査
    用電極部の位置情報を検出するための位置情報検出手段
    と、 前記位置情報検出手段で検出した前記検査用電極の位置
    情報に基づいて、前記検査用電極にプローブを押接させ
    ながら導通検査を行うための導通検査手段とを備えてい
    ることを特徴とする検査装置。
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