(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の導通検査にて形成されたプローブの接触痕の深さを測定するプローブ痕深さ測定装置であって、
前記半導体装置における前記接触痕を含む領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって取得された画像のうちの接触痕領域についての画像情報に基づいて前記接触痕の深さを検出する接触痕深さ検出部と、
を備え、
前記接触痕深さ検出部は、前記接触痕領域についての濃度情報に基づいて前記接触痕の深さを検出することを特徴とするプローブ痕深さ測定装置。
【請求項２】
請求項１記載のプローブ痕深さ測定装置において、
前記接触痕深さ検出部は、前記接触痕領域のうちの前記接触痕の凹部に相当する凹部領域の最大濃度値に基づいて前記接触痕の深さを検出することを特徴とするプローブ痕深さ測定装置。
【請求項３】
請求項２記載のプローブ痕深さ測定装置において、
前記接触痕領域内の縞模様を検知し、その縞模様が検知された領域を前記凹部領域とする接触痕形状検出部をさらに備えることを特徴とするプローブ痕深さ測定装置。
【請求項４】
請求項１記載のプローブ痕深さ測定装置において、
前記接触痕深さ検出部は、前記接触痕領域のうちの前記接触痕の凸部に相当する凸部領域の平均濃度値に基づいて前記接触痕の深さを検出することを特徴とするプローブ痕深さ測定装置。
【請求項５】
請求項４記載のプローブ痕深さ測定装置において、
前記接触痕領域内の縞模様を検知し、前記接触痕領域のうちの当該縞模様が検知された領域以外を前記凸部領域とする接触痕形状検出部をさらに備えることを特徴とするプローブ痕深さ測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のプローブ痕深さ測定装置において、
前記撮像手段は、開口数０．１５以下の対物レンズを備えることを特徴とするプローブ痕深さ測定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のプローブ痕深さ測定装置において、
前記撮像手段は、その入射瞳の位置付近にアパーチャーを有する対物レンズを備え、
前記アパーチャーは、その光軸部および周辺部に光の通過可能な透過部を有するとともに、前記光軸部の透過部の径はその開口数に相当する値が０．１５以下となるように設定されていることを特徴とするプローブ痕深さ測定装置。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のプローブ痕深さ測定装置において、
前記撮像手段は、その入射瞳の位置付近にアパーチャーを有する対物レンズを備え、
前記アパーチャーは、光の通過可能な透過部を有し、
前記透過部の透過率は、前記アパーチャーの光軸から周辺に向けて連続的または段階的に変化するとともに、前記透過率が５０％となる位置での前記透過部の径はその開口数に相当する値が０．１５以下となるように設定されていることを特徴とするプローブ痕深さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の導通検査にてその電極に形成されたプローブの接触痕の深さを測定するプローブ痕深さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、半導体装置はウェハ上に所定の回路パターンを形成して製作される。そして、通常の半導体装置の製作工程においては、回路パターン形成後にその電気的特性を調べるための導通検査が実行される。導通検査は、半導体装置の電極に針状の検査用プローブを接触させることによって行う。
【０００３】
一般に、半導体装置の電極の材質はアルミニウムであり、容易に酸化されて電極表面には絶縁性の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の被膜が形成される。適切な導通検査を行うためには、検査時にプローブが酸化アルミニウム膜を突き破って電極の金属部分に接触する必要がある。
【０００４】
このため、従来より、導通検査にて不良と判定された半導体装置については、その原因解析の一つとしてプローブの電極への接触状態を調査している。また、導通検査を行った全ての半導体装置についてプローブの電極への接触状態をルーチン的に調査する場合もある。
【０００５】
プローブの電極への接触状態の良否を判定する際には、導通検査にて形成されたプローブの接触痕の深さを測定する手法が有効である。すなわち、プローブの接触痕の深さが所定値以上であるときには、プローブが酸化アルミニウム膜を突き破って良好に電極に接触していたと判定することができ、逆に所定値未満であるときには接触不良であったと判定することができる。
【０００６】
このようなプローブの接触痕深さを測定する装置として、従来はレーザ顕微鏡や干渉を用いた微小粗さ測定装置が存在していた。これらの装置は、観測試料（半導体装置）の高さ位置を移動させることが可能であり、異なる複数の高さ位置にて得られる光学情報に基づいてプローブの接触痕深さを測定するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の各装置は、高額であるのみならず、一回の接触痕深さ測定につき試料の高さ位置を複数回変更する必要があるため、その測定に著しい長時間を要するという問題があった。特に、プローブの電極への接触状態をルーチン的に調査する場合には、一回の接触痕深さ測定が短時間であるほど望ましい。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、プローブの接触痕の深さを簡易かつ短時間に測定することができるプローブ痕深さ測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、半導体装置の導通検査にて形成されたプローブの接触痕の深さを測定するプローブ痕深さ測定装置であって、前記半導体装置における前記接触痕を含む領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって取得された画像のうちの接触痕領域についての画像情報に基づいて前記接触痕の深さを検出する接触痕深さ検出部と、を備え、前記接触痕深さ検出部に、前記接触痕領域についての濃度情報に基づいて前記接触痕の深さを検出させている。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係るプローブ痕深さ測定装置において、前記接触痕深さ検出部に、前記接触痕領域のうちの前記接触痕の凹部に相当する凹部領域の最大濃度値に基づいて前記接触痕の深さを検出させている。
【００１４】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係るプローブ痕深さ測定装置において、前記接触痕領域内の縞模様を検知し、その縞模様が検知された領域を前記凹部領域とする接触痕形状検出部をさらに備えている。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係るプローブ痕深さ測定装置において、前記接触痕深さ検出部に、前記接触痕領域のうちの前記接触痕の凸部に相当する凸部領域の平均濃度値に基づいて前記接触痕の深さを検出させている。
【００１６】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係るプローブ痕深さ測定装置において、前記接触痕領域内の縞模様を検知し、前記接触痕領域のうちの当該縞模様が検知された領域以外を前記凸部領域とする接触痕形状検出部をさらに備えている。
【００１７】
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係るプローブ痕深さ測定装置において、前記撮像手段に、開口数０．１５以下の対物レンズを備えている。
【００１８】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係るプローブ痕深さ測定装置において、前記撮像手段に、その入射瞳の位置付近にアパーチャーを有する対物レンズを備え、前記アパーチャーにその光軸部および周辺部に光の通過可能な透過部を備えるとともに、前記光軸部の透過部の径をその開口数に相当する値が０．１５以下となるように設定している。
【００１９】
また、請求項８の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係るプローブ痕深さ測定装置において、前記撮像手段に、その入射瞳の位置付近にアパーチャーを有する対物レンズを備え、前記アパーチャーに光の通過可能な透過部を備え、前記透過部の透過率を前記アパーチャーの光軸から周辺に向けて連続的または段階的に変化させているとともに、前記透過率が５０％となる位置での前記透過部の径をその開口数に相当する値が０．１５以下となるように設定している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
＜１．プローブ痕深さ測定装置の構成＞
図１は、本発明に係るプローブ痕深さ測定装置の全体構成を示す図である。このプローブ痕深さ測定装置は、導通検査後のプローブ接触痕の深さを測定することによってプローブの電極への接触状態を調査する装置であり、大別して半導体装置におけるプローブ接触痕を含む領域を撮像する撮像部１０と、撮像部１０によって撮像された画像から接触痕の深さを計測する画像処理部３０とを備えている。
【００２２】
撮像部１０は、半導体装置における接触痕を含む領域を光学的に撮像すべく、照明機構、結像機構およびＣＣＤカメラ１５を備えている。照明機構としては、光源２１、照明レンズ系２２、ハーフミラー２３および対物レンズ２０が設けられている。一方、結像機構としては、対物レンズ２０、ハーフミラー２３および結像レンズ２５が設けられている。ハーフミラー２３および対物レンズ２０は、照明機構と結像機構との双方に共用されるものである。
【００２３】
光源２１はハロゲンランプであり、それから出射された光は複数のレンズからなる照明レンズ系２２によって集光された後、ハーフミラー２３によって光路変更され、対物レンズ２０に入射される。対物レンズ２０から出射された光は半導体ウェハＷに形成された半導体装置１の表面に照射される。
【００２４】
半導体装置１に照射された光はその表面において反射され、反射光が対物レンズ２０、ハーフミラー２３を経て結像レンズ２５によってＣＣＤカメラ１５に結像される。ＣＣＤカメラ１５は、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）の配列を備えており、受光した光を電気信号に変換して画像データを取得する。
【００２５】
このようにして導通検査後の半導体装置１におけるプローブ接触痕を含む領域が撮像部１０によって撮像され、当該領域が画像として取得される。ここで上記の対物レンズ２０の開口数ＮＡを０．１５以下とし、比較的小さな値としておく。対物レンズ２０の開口数ＮＡを小さくしておくのは、半導体装置１の表面に照射される光を平行光に近づけることによって、接触痕についての像を取得しやすくするためである。すなわち、対物レンズ２０の開口数ＮＡが大きいと開口角が大きくなり、半導体装置１の表面の接触痕が浅い場合にはそのコントラストが高い像が得られ難くなるためである。接触痕が浅い場合であってもコントラストが高い像を得るためには、対物レンズ２０の開口数ＮＡを０．１５以下とする必要があり、望ましくは０．１以下である。
【００２６】
画像処理部３０はＣＣＤカメラ１５と電気的に接続されており、撮像部１０によって取得された画像のデータはＣＣＤカメラ１５から画像処理部３０に伝達される。図２は、画像処理部３０の構成を説明するためのブロック図である。画像処理部３０は、切り出し部３１と、照度分布補正部３２と、接触痕領域抽出部３３と、接触痕形状検出部３４と、接触痕深さ検出部３５とを備えている。画像処理部３０はメモリやＣＰＵ等を備えたコンピュータを用いて構成されており、切り出し部３１等の各処理部は処理用ソフトウェアに基づいて画像処理部３０のＣＰＵが実現する処理部である。
【００２７】
撮像部１０によって取得された接触痕を含む領域の画像は画像処理部３０の切り出し部３１から順に照度分布補正部３２、接触痕領域抽出部３３、接触痕形状検出部３４、接触痕深さ検出部３５へと伝達され、各処理部において画像に所定の処理が行われる。これら各処理部における処理内容については以下に説明する測定手順とともに詳述する。
【００２８】
＜２．プローブ痕深さの測定手順＞
図３は、図１の装置を用いてプローブ痕深さを測定する手順を示すフローチャートである。まず、導通検査後の半導体装置１の電極部分について、撮像部１０がプローブの接触痕を含む領域を撮像し、その画像を取得する（ステップＳ１）。上述のように、撮像は開口数ＮＡが０．１５以下の対物レンズ２０を用いつつ、ＣＣＤカメラ１５によって行われ、取得された画像は画像処理部３０に送信される。
【００２９】
次に、切り出し部３１によって接触痕領域の切り出しが行われる（ステップＳ２）。図４は、接触痕領域の切り出しを説明する図である。撮像部１０によって撮像された全体画像４１の中にプローブ接触痕の画像である接触痕領域４０が含まれている。切り出し部３１は、全体画像４１から接触痕領域４０を含む適切な大きさのトリミング領域４２を切り出す。この切り出し処理は、後続の各処理の便宜のために行われるものであり、接触痕領域４０の２〜３倍程度の大きさの矩形領域をトリミング領域４２として切り出す。具体的な手法としては、全体画像４１に含まれる領域（所定数の画素を含むエリア）のうちの濃淡差が認められる部分が接触痕領域４０であるため、そのような濃淡差が生じている部分の周辺を切り出し部３１が切り出す。また、装置のオペレータが目視によってトリミング領域４２を切り出すようにしても良い。なお、トリミング領域４２は半導体装置１の電極金属上のみの領域とされているのが望ましく、さらには傷領域等はマスク等によって除外されている方が好ましい。
【００３０】
接触痕領域の切り出しが終了すると、図３のステップＳ３に進み、照度分布補正部３２によって照度分布の補正が行われる。この照度分布の補正は、接触痕深さを算定するための重要なパラメータである濃度情報を定量的に精度良く得るために基準照度分布を求める処理である。具体的には、トリミング領域４２に含まれる全画素の照度値のヒストグラムを作成し、最も明るい区分に属する画素と最も暗い区分に属する画素とを除外した画素の照度分布を１次近似によって補正したものを基準照度分布とする。ここで、最も明るい区分に属する画素と最も暗い区分に属する画素とを除外するのは、半導体装置１の電極表面におけるプローブ接触痕以外の凹凸による影響を除くためである。
【００３１】
照度分布の補正について図５を用いつつさらに説明する。図５中実線にて示すのは、トリミング領域４２に含まれる画素配列のうちのある主走査方向（ｘ方向）の１列分の画素列の照度分布である。なお、当該画素列において、最も明るい区分に属する画素と最も暗い区分に属する画素とは除去済みである。この実線にて示す照度分布を１次近似によって補正（回帰分析）したものが図５中点線にて示す基準照度分布である。この１次近似による基準照度分布は、当該画素列における画素の座標をｘで表すと、「ａｘ＋ｃ」として示される（ａ，ｃは定数であり、図５の場合はａ＜０）。そして、本実施形態では、当該画素列における各画素ごとに基準照度分布で示される照度値から実際の照度値を減じた値（図５の点線からの実線の差分）を画素の濃度値として定義している。
【００３２】
図５においては照度分布補正についての理解を容易にするため、ある主走査方向の１列分の画素列を例として説明したが、実際にトリミング領域４２に含まれる画素配列は平面的な配列であるため、照度分布補正部３２は平面的な照度分布について上述と同様の１次近似を行う。よって、基準照度分布は、トリミング領域４２の画素配列における画素の座標を（ｘ、ｙ）で表すと、「ａｘ＋ｂｙ＋ｃ」として示される（ａ，ｂ，ｃは定数）。そして、照度分布補正部３２は、トリミング領域４２の画素配列における各画素ごとに基準照度分布で示される照度値から実際の照度値を減じた値を画素の濃度値とする。なお、基準照度分布につき、１次近似によって十分な精度が得られない場合は、より高次の近似を行っても良い。
【００３３】
基準照度分布は照度分布の全体的な傾向を示すものであるため、濃度値の高い画素領域（基準照度分布よりも照度の低い画素領域）は周辺よりも暗い、例えば凹凸の影の如き領域である。逆に、濃度値の低い画素領域（基準照度分布よりも照度の低い画素領域）は周辺よりも明るい、例えば良好な反射条件の得られる電極の平滑面の如き領域である。すなわち、１次近似による基準照度分布に基づいて画素の濃度を算出することにより、周辺との相対的な凹凸差を濃度情報として的確に抽出することができる。
【００３４】
なお、接触痕深さを算定するためパラメータである濃度としては、周辺との相対的な凹凸差を把握できるものであれば対数であっても良いし、輝度比例であっても良く、いわゆるγ補正が行われたものであっても良い。また、照度分布の無視できる局所的な領域のみに着目して接触痕深さの測定処理を行う場合には、ステップＳ３の照度分布補正処理は不要である。
【００３５】
また、照度分布補正部３２は、上記の照度分布補正処理を行うに先立ってトリミング領域４２の平滑化処理（いわゆるぼかし処理）を行うようにしても良い。このような平滑化処理を行うのは、プローブ接触痕以外の微小な凹凸が濃度情報として抽出されるのを防ぐためである。さらに、画像処理部３０が平滑化処理を行うのに代えて、接触痕を含む領域の撮像時に撮像部１０が光学的にぼかし処理を行うようにしても良い。
【００３６】
以上のようにして照度分布補正処理が行われ、基準照度分布に基づいてトリミング領域４２の各画素の濃度値が算定されると、図３のステップＳ４に進み、接触痕領域抽出部３３によって接触痕領域の抽出処理が行われる。ここで、導通検査時に半導体装置１の電極に形成されるプローブ接触痕の形状について説明しておく。
【００３７】
針状のプローブが半導体装置１の電極に接触すると、そのプローブによって電極表面に形成された酸化アルミニウム被膜が突き破られるとともに、電極の金属部分も掘り下げられる。このときに、電極表面にてプローブが若干滑動するため、典型的なプローブ接触痕の形状は略楕円形状となる。そして、プローブによって削られ、掘り下げられた部分は接触痕における凹部となる。プローブの先端は微視的には必ずしも平坦ではないため、プローブの滑動によって通常は当該凹部に細い溝部（傷）が形成される。この傷は、プローブの滑動方向、すなわち楕円形状の長径方向に沿って形成される。また、プローブによって押しのけられた分は楕円形状の長径端部に盛り上がり、その盛り上げられた部分が接触痕における凸部となる。
【００３８】
このように、プローブ接触痕の形状は長径方向に溝が形成された凹部と長径端部に盛り上がった凸部とからなる略楕円形状を呈することが多く、ステップＳ４ではその楕円の輪郭部分を抽出する。図６は、接触痕領域の抽出処理を説明するための図である。トリミング領域４２にプローブ接触痕の画像である楕円形の接触痕領域４０が含まれており、接触痕領域抽出部３３は接触痕領域４０の輪郭部４６を抽出する。つまり、接触痕領域抽出部３３は接触痕領域４０の楕円形外郭部分を抽出するのである。具体的には、接触痕領域４０の輪郭部４６はその周辺に比較して濃度値が高くなっているため、周辺の領域よりも所定の閾値以上に濃度値が高い画素を抽出して、それらを繋ぎ合わせる。
【００３９】
ところで、接触痕領域４０の中には輪郭部４６の他にも周辺に比較して濃度値が高くなっている部分があり、プローブの滑動によって生じた傷の画像である溝部４７が主としてそれに該当する（以降、輪郭部４６や溝部４７のように周辺に比較して濃度値が高くなっている部分をエッジと称する）。接触痕領域抽出部３３は溝部４７もエッジとしては認識するが、溝部４７は略楕円形状に閉領域を形成するものではないため、ステップＳ４においては無視する。すなわち、接触痕領域４０の形状が略楕円形状となることは既知であり、接触痕領域抽出部３３は略楕円形状に閉領域となるようなエッジを接触痕領域４０の輪郭部４６として判定・抽出する。
【００４０】
プローブ接触痕が深く、エッジが明瞭な閉領域の楕円形状を示す場合には、それをそのまま輪郭部４６とする。一方、プローブ接触痕が浅く、エッジが明瞭な閉領域の楕円形状を示さない場合であっても、当該接触痕を楕円形状としたときの長径両端近傍には比較的明瞭なエッジが存在する場合が多く、これらを補間結合して輪郭部４６とすれば良い。また、縞模様のエッジとなる溝部４７を囲む閉領域を輪郭部４６とするようにしても良い。
【００４１】
また、トリミング領域４２内に複数の接触痕領域４０が存在する場合もあるが、かかる場合にはそれらが分離していたり、相互に隣接していても分離可能であるときには、分離したそれぞれを１つの領域として取り扱う。一方、複数の接触痕領域４０が相互に密接に隣接していて分離不可能であるときには、隣接している一群を１つの領域として取り扱う。
【００４２】
また、エッジが見つからない場合、すなわち周辺の領域よりも所定の閾値以上に濃度値が高い部分を抽出できないときには、閾値を低くしてエッジの候補を探索し、それでもなおエッジが見つからない場合には接触痕領域の抽出が不可能であるとして処理を終了する。このような場合は、少なくともプローブ接触痕が相当に浅いものと判断することができる。
【００４３】
また、プローブ接触痕自体が半導体装置１の電極の端部に存在していて完全な略楕円形状を呈しない場合もある。このような場合は、後述する接触痕領域４０の長径や面積に基づいて接触痕深さを算定する処理は意味を持たない。但し、かかる場合であっても、接触痕領域４０の凸部領域４８が完全に認識できるようなときは、後述するように、凸部領域の平均濃度値に基づいて接触痕深さを算定することができる。
【００４４】
接触痕領域の抽出処理が終了すると、図３のステップＳ５に進み、接触痕形状検出部３４が接触痕領域４０の面積および寸法を算出する。接触痕領域４０の面積は、図６において接触痕領域４０に含まれる画素数から算出することができる。また、接触痕領域４０の寸法は、略楕円形状の輪郭部４６の長径および短径として算出する。なお、接触痕領域４０の寸法は、輪郭部４６の外接長方形の長辺および短辺として算出するようにしても良い。
【００４５】
次に、図３のステップＳ６に進み、接触痕形状検出部３４が接触痕領域４０の凹部領域４５および凸部領域４８を検出する。凹部領域４５および凸部領域４８は、それぞれプローブ接触痕の凹部および凸部の画像である。本実施形態の全体画像４１は撮像部１０によって平面的に取得されたものであるため、以下のようにして凹部領域４５および凸部領域４８の区別を行っている。既述したように、プローブ接触痕の凹部にはプローブの滑動によって細い傷が形成されるため、凹部領域４５には傷の画像である複数の溝部４７からなる縞模様が認められる。そして、複数の溝部４７は接触痕領域４０の楕円形状の長径方向と平行（プローブの滑動方向）に形成される。従って、接触痕領域４０内においてその楕円形状の長径とほぼ平行な複数の溝部４７からなる縞模様を検出し、その縞模様が検知された領域を凹部領域４５と判定するとともに、凹部領域４５以外を凸部領域４８と判定する（図６参照）。
【００４６】
次に、図３のステップＳ７に進み、接触痕深さ検出部３５が接触痕領域４０についての画像情報に基づいてプローブ接触痕の深さを検出する。「接触痕領域４０についての画像情報」とは、接触痕領域４０の画像から得られるパラメータのことであり、上述した接触痕領域４０の面積、寸法、濃度情報等が含まれる。接触痕領域４０の濃度情報についてはその濃度分布が一様でないため、さらにいかなる領域のどの部分についてどのような属性の濃度情報に着目するかの組み合わせが存在する。
【００４７】
例えば、着目すべき領域としては、接触痕領域４０のａ）全体、ｂ）凸部、ｃ）凹部全体、ｄ）凹部中央部、ｅ）凹部端部等が候補として挙げられる。これらはそれぞれ、接触痕領域４０の長径方向に沿って凸部側終端（図６の接触痕領域４０の上端）を位置０とし、凹部側終端（図６の接触痕領域４０の下端）を位置１００とすると、ａ）全体（位置０〜位置１００）、ｂ）凸部（位置０〜位置２０）、ｃ）凹部全体（位置３０〜位置１００）、ｄ）凹部中央部（位置３０〜位置６０）、ｅ）凹部端部（位置７０〜位置１００）の各比率にて着目すれば良い。
【００４８】
また、上記の各着目領域における着目すべき部分としては、ａ）領域の全体、ｂ）エッジ部、ｃ）非エッジ部等が考えられる。なお、既述したように、エッジとは周辺に比較して濃度値が高くなっている部分を示す。
【００４９】
さらに、どのような属性の濃度情報に着目するかについては、ａ）正負の濃度を含む平均濃度値、ｂ）正の濃度のみの平均濃度値、ｃ）正負の濃度を含む積算濃度値、ｄ）正の濃度のみの積算濃度値、ｅ）最大濃度値等が候補として挙げられる。濃度値の定義については既述した通りであり、周辺よりも暗い画素は正の濃度値を有し、周辺よりも明るい画素は負の濃度値を有している。平均濃度値は着目すべき領域内の局所的な変動が少ない場合に接触痕深さとの相関が高い。一方、最大濃度値は着目すべき領域内の局所的な変動が多い場合に接触痕深さとの相関が高い。また、積算濃度値は、濃度値とその面積との積である。
【００５０】
本発明者等は、鋭意調査の結果、特に以下のようなパラメータが接触痕深さとの相関が高いことを見いだした。
【００５１】
＜２−１．長径に基づいた検出＞
図７は、接触痕領域４０を示す図である。針状のプローブが半導体装置１の電極に接触したときに、そのプローブが滑動しつつ電極を掘り下げる。従って、プローブがより長く滑動したときには、より深くまで電極を掘り下げることとなり、略楕円形状の接触痕領域４０の長径（輪郭部４６の長径）の長さｌｄとプローブ接触痕の深さとの間には相関の高い比例関係が存在する。
【００５２】
よって、接触痕深さ検出部３５は、接触痕形状検出部３４が算出した接触痕領域４０の長径の長さｌｄに基づいて接触痕の深さを推定することができる。具体的には、予め幾つかの実験によって接触痕領域４０の長径の長さｌｄと接触痕の実際の深さとの比例係数を求めておき、被測定試料について接触痕形状検出部３４が算出した接触痕領域４０の長径の長さｌｄにその比例計数を乗じて接触痕の深さを検出すれば良い。
【００５３】
＜２−２．面積に基づいた検出＞
針状のプローブの先端は細長い円錐形であることが多く、プローブが深く電極に入るほど、略楕円形状の接触痕領域４０の面積が大きくなる。すなわち、接触痕領域４０の面積とプローブ接触痕の深さとの間には高い相関関係が存在する。
【００５４】
従って、接触痕深さ検出部３５は、接触痕形状検出部３４が算出した接触痕領域４０の面積に基づいて接触痕の深さを推定することができる。具体的には、上記と同様に予め幾つかの実験によって接触痕領域４０の面積と接触痕の実際の深さとの相関関係を求めておき、被測定試料について接触痕形状検出部３４が算出した接触痕領域４０の面積と上記相関関係とから接触痕の深さを検出すれば良い。
【００５５】
＜２−３．凹部中央部の最大濃度値に基づいた検出＞
接触痕領域４０のうちの凸部であるか凹部であるかは複数の溝部４７からなる縞模様の有無によって接触痕形状検出部３４が判断する。そして、接触痕領域４０の長径方向に沿って凸部領域４８と判定された側の終端を位置０とし、凹部領域４５と判定された側の終端を位置１００としたときの、位置３０〜位置６０を凹部中央部とすることは既述した通りである。
【００５６】
接触痕深さ検出部３５は、上記の凹部中央部において図７の矢印Ａ６にて示すように、接触痕領域４０の短径方向に沿って画素の濃度値を調査し、最大濃度値を検知する。このときには通常、エッジである溝部４７の濃度値が最大濃度値として検知される。溝部４７はプローブの滑動によって生じた傷の画像であり、プローブ接触痕の最深部に相当する。従って、凹部中央部の最大濃度値が大きいときは、溝部４７の濃度値が大きく、プローブ接触痕の凹部の傷が深いと考えられ、凹部中央部の最大濃度値とプローブ接触痕の深さとの間には高い相関関係が存在する。なお、接触痕領域４０の短径方向に沿って画素の濃度値を調査するのは、溝部４７が接触痕領域４０の長径方向に沿って形成されるものであり、調査方向と溝部４７とが交差しやすいようにするためである。
【００５７】
以上より、接触痕深さ検出部３５は、接触痕領域４０の凹部中央部の最大濃度値に基づいて接触痕の深さを推定することができる。具体的には、上記と同様に予め幾つかの実験によって接触痕領域４０の凹部中央部の最大濃度値と接触痕の実際の深さとの相関関係を求めておき、被測定試料についての接触痕領域４０の凹部中央部の最大濃度値と上記相関関係とから接触痕の深さを検出すれば良い。凹部中央部の最大濃度値は、特にプローブ接触痕の最大深さと相関が高く、その値を検出したい場合に有効なパラメータである。
【００５８】
＜２−４．凸部の平均濃度値に基づいた検出＞
接触痕深さ検出部３５は、凸部領域４８において図７の矢印Ａ７にて示すように、接触痕領域４０の短径方向に沿って画素の濃度値を調査し、その平均濃度値を算出する。プローブ接触痕の凸部は、接触時にプローブによって押しのけられて盛り上がった部分であり、凹部の体積とほぼ同じ体積を有する。従って、接触痕領域４０の凸部の平均濃度値はプローブ接触痕の深さと相関が高く、当該平均濃度値が大きいほどプローブ接触痕が深いと考えられる。
【００５９】
よって、接触痕深さ検出部３５は、接触痕領域４０の凸部の平均濃度値に基づいて接触痕の深さを推定することができる。具体的には、上記と同様に予め幾つかの実験によって接触痕領域４０の凸部の平均濃度値と接触痕の実際の深さとの相関関係を求めておき、被測定試料についての接触痕領域４０の凸部の平均濃度値と上記相関関係とから接触痕の深さを検出すれば良い。
【００６０】
図８は、接触痕領域４０の凸部の平均濃度値とプローブ接触痕の深さと相関関係を示す図である。図中、＋印にてプロットしているのが実測結果であり、点線にて示しているのが実測の回帰分析結果である。同図に示すように、接触痕領域４０の凸部の平均濃度値とプローブ接触痕の実測深さとの間に相関関係が認められ、接触痕深さ検出部３５は、その相関関係を表現する点線の回帰モデルに基づいて被測定試料の凸部平均濃度値から接触痕の深さを検出する。
【００６１】
以上のように、本実施形態においてはいずれのパラメータを用いたとしても、簡易な光学撮像系（撮像部１０）にて試料高さ位置を変更することなく１回の撮像によって得られた画像のうちの接触痕領域４０についての画像情報に基づいて画像処理部３０がプローブ接触痕の深さを検出しているため、プローブの接触痕の深さを簡易かつ短時間に測定することができ、その測定に必要なコストも低廉なものとすることができる。本実施形態のプローブ痕深さ測定装置は、一回当たりの接触痕深さ測定時間が短時間であるため、特にプローブの電極への接触状態をルーチン的に調査する場合に有用である。
【００６２】
＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、複数の溝部４７からなる縞模様の有無によって接触痕領域４０のうちの凸部であるか凹部であるかを判別していたが、凹部凸部の判別手法はこれに限定されるものではなく、例えば同一のプローブを使用し続ける限り凹部凸部のそれぞれの形成領域もほぼ同一であり予め予測することができるため、その予測に基づいて決定するようにしても良い。より具体的には、例えばトリミング領域４２中の接触痕領域４０の上側端部が凸部であると設定するようにしておけば良い。
【００６３】
また、プローブ接触痕の深さを検出するための濃度情報に関するパラメータは、上記に例示したものに限定されず、いかなる領域のどの部分についてどのような属性の濃度情報に着目するかの種々の組み合わせを適用することができる。もっとも、上記に例示したパラメータは、プローブ接触痕の深さと相関が比較的高いものである。
【００６４】
また、上記実施形態においては、撮像部１０の対物レンズ２０の開口数ＮＡを０．１５以下としていたが、これに代えて対物レンズ２０に図９に示す如きアパーチャー２９を備えるようにしても良い。アパーチャー２９は対物レンズ２０内の入射瞳位置に設けられており、アパーチャー２９の光軸部および周辺部のそれぞれに光の通過可能な透過部２９ａ、２９ｂが形成されている。透過部２９ａは円形の孔であり、透過部２９ｂはそれと同心円環状の孔である。なお、アパーチャー２９の透過部２９ａ、２９ｂの間の領域は、透過部２９ｂの外側の領域と橋渡し部材（図示省略）によって連結されている。
【００６５】
ここで、アパーチャー２９の周辺部の透過部２９ｂの位置は、被検査物たる半導体装置１の傾斜角度の最大値から決定するのが望ましい。すなわち、図１１に示すように、プローブ接触痕内の傾斜面が水平方向からθだけ傾斜したとすると、光軸部の透過部２９ａを通過した光の反射光の向きは２θ回転する。この光軸部の透過部２９ａを通過した光の反射光が周辺部の透過部２９ｂを通過すると、本来接触痕の凹凸の影となるべき部分（反射光が得られない部分）からの反射光が撮像に影響することとなり不都合である。このため、プローブ接触痕内の傾斜面の傾斜角度が最大のときであっても光軸部の透過部２９ａを通過した光の反射光が周辺部の透過部２９ｂを通過することがない位置に透過部２９ｂを形成するのが望ましい。また、光軸部の透過部２９ａの径はその開口数ＮＡに相当する値が０．１５以下となるようにしておく。
【００６６】
このようにすれば、アパーチャー２９の光軸部のみならず、周辺部からも透過部２９ｂを介して光量が得られるため、コントラストが高い像を得ることと、十分な光量、解像力を確保することとを両立することができる。
【００６７】
なお、図９に示すアパーチャー２９において、周辺部の透過部２９ｂは１重の同心円環孔に限定されるものではなく、２重以上の同心円環孔としても良い。２重以上の同心円環孔とすればさらに十分な光量、解像力を得ることができる。また、図１０に示すように、周辺部の透過部２９ｂを円環孔ではなく、同心円上に配列された複数の円形孔としても良い。円形孔であれば、ドリル等で簡単に形成することができるため、アパーチャー２９の製作が容易になる。
【００６８】
また、アパーチャー２９に複数の透過部を設けるのに代えて、光の通過可能な１つの透過部を設け、その透過部の透過率をアパーチャー２９の光軸から周辺に向けて連続的または段階的に変化させるようにしても良い。具体的には、アパーチャー２９に孔を形成し、その孔に連続的または段階的に透過率が変化する平板ガラス等を嵌合する。図１２は、透過部における透過率の変化を示す図である。
【００６９】
アパーチャー２９の光軸近傍においては、１００％に近い高い透過率であり、周辺に向かうにつれて透過率が連続的に低下している。そして、透過率が５０％となる位置での透過部の径はその開口数ＮＡに相当する値が０．１５以下となるように設定する。なお、周辺に向かうにつれて透過率が段階的に低下するようにしても良い。
【００７０】
このようにすれば、単純に開口数ＮＡを小さくする場合に比較して多くの光量を得ることができるため、高いコントラストを維持しつつも十分な光量、解像力を確保することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明によれば、半導体装置における接触痕を含む領域を撮像する撮像手段と、その撮像手段によって取得された画像のうちの接触痕領域についての画像情報に基づいて接触痕の深さを検出する接触痕深さ検出部と、を備え、接触痕領域についての濃度情報に基づいて接触痕の深さを検出するため、濃度情報に基づいた画像処理によって接触痕の深さを検出することができ、プローブの接触痕の深さを簡易かつ短時間に測定することができる。
【００７５】
また、請求項２の発明によれば、接触痕領域のうちの接触痕の凹部に相当する凹部領域の最大濃度値に基づいて接触痕の深さを検出するため、プローブの接触痕の深さを簡易かつ短時間に測定することができるとともに、特に接触痕の最大深さを正確に測定することができる。
【００７６】
また、請求項３の発明によれば、接触痕領域内の縞模様を検知し、その縞模様が検知された領域を凹部領域としているため、平面的に取得された画像であっても容易に凹部領域を特定することができる。
【００７７】
また、請求項４の発明によれば、接触痕領域のうちの接触痕の凸部に相当する凸部領域の平均濃度値に基づいて接触痕の深さを検出するため、プローブの接触痕の深さを簡易かつ短時間に測定することができる。
【００７８】
また、請求項５の発明によれば、接触痕領域内の縞模様を検知し、接触痕領域のうちの縞模様が検知された領域以外を凸部領域としているため、平面的に取得された画像であっても容易に凸部領域を特定することができる。
【００７９】
また、請求項６の発明によれば、撮像手段が開口数０．１５以下の対物レンズを備えるため、プローブの接触痕が浅い場合であってもコントラストが高い画像を得ることができる。
【００８０】
また、請求項７の発明によれば、対物レンズのアパーチャーの光軸部および周辺部に光の通過可能な透過部を備えているため、周辺部の透過部からも光量が得られ、コントラストが高い画像を得つつも十分な光量、解像力を確保することができる。
【００８１】
また、請求項８の発明によれば、対物レンズのアパーチャーの透過部の透過率を、当該アパーチャーの光軸から周辺に向けて連続的または段階的に変化させているため、アパーチャーの周辺からも光量が得られ、コントラストが高い画像を得つつも十分な光量、解像力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプローブ痕深さ測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の画像処理部の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図１の装置を用いてプローブ痕深さを測定する手順を示すフローチャートである。
【図４】接触痕領域の切り出しを説明する図である。
【図５】照度分布の補正を説明するための図である。
【図６】接触痕領域の抽出処理を説明するための図である。
【図７】接触痕領域を示す図である。
【図８】接触痕領域の凸部の平均濃度値とプローブ接触痕の深さと相関関係を示す図である。
【図９】対物レンズのアパーチャーの一例を示す図である。
【図１０】対物レンズのアパーチャーの他の例を示す図である。
【図１１】周辺部の透過部の位置決定を説明する図である。
【図１２】アパーチャーの透過部における透過率の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０  撮像部
１５  ＣＣＤカメラ
２０  対物レンズ
２９  アパーチャー
２９ａ、２９ｂ  透過部
３０  画像処理部
３１  切り出し部
３２  照度分布補正部
３３  接触痕領域抽出部
３４  接触痕形状検出部
３５  接触痕深さ検出部
４０  接触痕領域
４５  凹部領域
４８  凸部領域
【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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【図１２】
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