(57)【要約】【課題】ノッチ部を精度良く検査できる周部検査装置を提供する。【解決手段】本発明に係る周部検査装置は、周部にノッチ部１４が形成されたウェハ１０を保持する保持部と、ウェハ１０の周部を撮像可能な撮像部９０とを備え、撮像部９０により撮像されたウェハ１０の周部の画像を用いてウェハ１０の表面検査を行うように構成され、保持部に保持されたウェハ１０と撮像部９０とを撮像部９０の光軸方向に沿って相対移動させる駆動部と、撮像部９０の光軸上にノッチ部１４を位置させた状態で、駆動部により相対移動させながら撮像部９０により撮像したノッチ部１４を含んだ複数の画像について、それぞれの画像の画素毎に信号強度を求めるとともに複数の画像における同じ画素同士の信号強度を比較して、信号強度が最大となる画素を抽出し、抽出された複数の画素の画像を対応する画素位置に並べて合成しノッチ部１４の検査用画像を生成する画像処理部とを有する。【選択図】図１７
2010133841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周部に回転基準部が形成された被検基板を保持する保持部と、前記被検基板の周部を撮像可能な撮像部とを備え、前記撮像部により撮像された前記被検基板の周部の画像を用いて前記被検基板の表面検査を行う周部検査装置であって、
前記保持部に保持された前記被検基板と前記撮像部とを前記撮像部の光軸方向に沿って相対移動させる駆動部と、
前記撮像部の光軸上に前記回転基準部を位置させた状態で、前記駆動部により相対移動させながら前記撮像部により撮像した前記回転基準部を含んだ複数の前記画像を用いて前記回転基準部の検査用画像を生成する画像処理部とを有することを特徴とする周部検査装置。
【請求項２】
前記撮像部が、照明光を出射する照明光学系と、前記照明光学系から出射された照明光を絞る開口絞りと、前記開口絞りを通過した照明光を入射して前記被検基板に向けて照射する対物レンズ系とを備え、
前記開口絞りの絞り量を調整することで、前記照明光学系の開口数を前記対物レンズ系の開口数で除することで求まる空間的コヒーレンスを調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の周部検査装置。
【請求項３】
前記保持部が、前記被検基板を保持した状態で前記撮像部の光軸に対して斜めに傾斜させるチルト機構を備えており、
前記チルト機構により前記被検基板を傾斜させ且つ前記撮像部の光軸上に前記回転基準部を位置させた状態で、前記駆動部により前記撮像部の光軸方向に沿って相対移動をさせながら前記撮像部により前記回転基準部像を含んだ前記画像を撮像することを特徴とする請求項１または２に記載の周部検査装置。
【請求項４】
前記撮像部が、照明光を分割して前記被検基板に照射する照明光照射部と、前記照明光照射部により照射されて前記被検基板において反射した前記分割された照明光を重ね合わせて干渉させた微分干渉画像を検出する微分干渉画像検出部とを備え、
前記画像処理部が、前記微分干渉画像検出部により検出された複数の前記微分干渉画像について、それぞれの前記微分干渉画像の部分毎に相対信号強度を求めて前記回転基準部の検査用画像を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の周部検査装置。
【請求項５】
前記被検基板の表面には薄膜部材が設けられており、
前記撮像部が、
前記被検基板において反射した照明光を入射して結像させる第１結像レンズ系と前記第１結像レンズ系により結像された照明光を撮像する第１受光部とからなる第１結像部、および、
前記被検基板において反射した照明光を入射して結像させる第２結像レンズ系と前記第２結像レンズ系により結像された照明光を撮像する第２受光部とからなる第２結像部を備えて構成されており、
前記第１結像レンズ系の倍率よりも前記第２結像レンズ系の倍率の方が高くなるように構成されており、
前記駆動部による相対移動を停止させた状態で、前記第１結像部により前記被検基板の周部における前記被検基板と前記薄膜部材との境界近傍の境界画像を撮像し、前記第１受光部で得られた前記境界画像を前記被検基板と前記薄膜部材との境界検査用画像とし、
前記駆動部により相対移動させながら、前記第２結像部により前記回転基準部を含んだ複数の前記画像を撮像し、前記画像処理部により前記第２受光部で得られたそれぞれの前記画像の部分毎に相対信号強度を求めて前記回転基準部の検査用画像を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の周部検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検基板を検査する周部検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記半導体ウェハ（以下、単にウェハと称する）は一般的に、薄膜が塗布された平らな表裏両面の周部が、端面に向かって傾斜した上ベベル部および下ベベル部が形成されるとともに、上ベベル部と下ベベル部とに繋がるウェハ端面がアペックス部となっている。従来、ウェハの表面検査は、主に表裏両面における傷、ゴミ、クラック、膜ムラ等の欠陥の有無を中心に行われていた。近年、ウェハに形成される回路素子パターンの集積度が高くなるとともに、半導体製造工程でウェハの表面処理に用いられる薄膜の種類が増加するにつれて、特にウェハの周部の欠陥が歩留まりに大きく影響することが認識され始め、ウェハの周部における欠陥の有無を検査する要求が高まりつつある。ウェハの周部における欠陥としては、例えば欠け、割れ、傷、クラック等が挙げられ、このような欠陥が存在するとウェハが割れてウェハ上のチップ全てが不良となるばかりでなく、半導体製造装置にも多大な損害を与えてしまうことがある。
【０００３】
そのため最近では、周部検査装置の観察光学系にＣＣＤカメラを用いて２次元画像を取得したり、または、フォトダイオード、ラインセンサー等を用いて信号強度を取得することで、ウェハの周部の検査が行われている（例えば、特許文献１を参照）。従来の表面検査においては、ウェハの周部全体を比較的広視野で撮像して検査することを主な目的としていたため、観察光学系の対物レンズとして例えば開口数ＮＡが０．３以下で且つ倍率が１０倍程度のものが選択されていた。このようにして、ウェハの周部を検査して検出された欠陥を詳しく解析すると、ウェハの周部に形成された回転基準部（ノッチ部）で比較的多くの欠陥が検出されることが次第に判明してきた。そのため、ウェハの周部でも特にノッチ部をより高分解能で検査することが望まれている。
【特許文献１】特開２００７−３０３８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ノッチ部を高分解能で検査するためには、ウェハの厚みおよびノッチ部の溝深さを考慮した上で、観察光学系が十分な焦点深度を備えている必要がある。しかしながら、開口数と焦点深度とは反比例の関係にあるため、十分な焦点深度を確保しようとしてそれに応じた開口数に設定すると必要とされる高い分解能が得られず、ノッチ部を精度良く検査することが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ノッチ部を精度良く検査できる周部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】
このような目的達成のため、本発明に係る周部検査装置は、周部に回転基準部が形成された被検基板を保持する保持部と、前記被検基板の周部を撮像可能な撮像部とを備え、前記撮像部により撮像された前記被検基板の周部の画像を用いて前記被検基板の表面検査を行う周部検査装置であって、前記保持部に保持された前記被検基板と前記撮像部とを前記撮像部の光軸方向に沿って相対移動させる駆動部と、前記撮像部の光軸上に前記回転基準部を位置させた状態で、前記駆動部により相対移動させながら前記撮像部により撮像した前記回転基準部を含んだ複数の前記画像を用いて前記回転基準部の検査用画像を生成する画像処理部とを有して構成される。
【０００７】
なお、上述の周部検査装置において、前記撮像部が、照明光を出射する照明光学系と、前記照明光学系から出射された照明光を絞る開口絞りと、前記開口絞りを通過した照明光を入射して前記被検基板に向けて照射する対物レンズ系とを備え、前記開口絞りの絞り量を調整することで、前記照明光学系の開口数を前記対物レンズ系の開口数で除することで求まる空間的コヒーレンスを調整可能であることが好ましい。
【０００８】
また、上述の周部検査装置において、前記保持部が、前記被検基板を保持した状態で前記撮像部の光軸に対して斜めに傾斜させるチルト機構を備えており、前記チルト機構により前記被検基板を傾斜させ且つ前記撮像部の光軸上に前記回転基準部を位置させた状態で、前記駆動部により前記撮像部の光軸方向に沿って相対移動をさせながら前記撮像部により前記回転基準部像を含んだ前記画像を撮像することが好ましい。
【０００９】
また、上述の周部検査装置において、前記撮像部が、照明光を分割して前記被検基板に照射する照明光照射部と、前記照明光照射部により照射されて前記被検基板において反射した前記分割された照明光を重ね合わせて干渉させた微分干渉画像を検出する微分干渉画像検出部とを備え、前記画像処理部が、前記微分干渉画像検出部により検出された複数の前記微分干渉画像について、それぞれの前記微分干渉画像の部分毎に相対信号強度を求めて前記回転基準部の検査用画像を生成することが好ましい。
【００１０】
さらに、上述の周部検査装置において、前記被検基板の表面には薄膜部材が設けられており、前記撮像部が、前記被検基板において反射した照明光を入射して結像させる第１結像レンズ系と前記第１結像レンズ系により結像された照明光を撮像する第１受光部とからなる第１結像部、および、前記被検基板において反射した照明光を入射して結像させる第２結像レンズ系と前記第２結像レンズ系により結像された照明光を撮像する第２受光部とからなる第２結像部を備えて構成されており、前記第１結像レンズ系の倍率よりも前記第２結像レンズ系の倍率の方が高くなるように構成されており、前記駆動部による相対移動を停止させた状態で、前記第１結像部により前記被検基板の周部における前記被検基板と前記薄膜部材との境界近傍の境界画像を撮像し、前記第１受光部で得られた前記境界画像を前記被検基板と前記薄膜部材との境界検査用画像とし、前記駆動部により相対移動させながら、前記第２結像部により前記回転基準部を含んだ複数の前記画像を撮像し、前記画像処理部により前記第２受光部で得られたそれぞれの前記画像の部分毎に相対信号強度を求めて前記回転基準部の検査用画像を生成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ノッチ部を精度良く検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について実施例１〜４を挙げて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１および２を参照しながら、実施例１に係る周部検査装置１の構成を説明する。図１は、本発明に係る周部検査装置の一例を示しており、この周部検査装置１は、ウェハ１０の外周端部近傍に形成されたノッチ部１４における欠陥（例えば、欠け、割れ、傷および異物付着等）の有無を、オペレータの目視により検査するためのものである。図２は、周部検査装置１における撮像部３０の構成を、より詳しく示したものである。
【００１４】
被検物であるウェハ１０は、図１に示すように薄い円盤状に形成されており、その表面には、ウェハ１０から取り出される複数の半導体チップ（チップ領域）に対応した回路パターン（図示せず）を形成するための薄膜（図示せず）が多層に重なっている。図２に示すように、ウェハ１０の表面（上面）における外周端部内側には、上ベベル部１１がリング状に形成され、この上ベベル部１１の内側に回路パターンが形成されることになる。また、ウェハ１０の裏面（下面）における外周端部内側には、下ベベル部１２がウェハ１０を基準に上ベベル部１１と表裏対称に形成される。そして、上ベベル部１１と下ベベル部１２とに繋がるウェハ端面が、アペックス部１３となる。ウェハ１０は、後述するウェハホルダ２４上に吸着保持された状態で回転駆動され、このときの回転角度位置は、ウェハ１０の外周端部に形成されたノッチ部１４を基準として、このノッチ部１４からの回転角度によって特定することができるようになっている。
【００１５】
周部検査装置１は、図１に示すように、ウェハ１０を支持して回転させるウェハ保持部２０と、ウェハ１０の外周端部近傍（ノッチ部１４）を撮像する撮像部３０と、ウェハ保持部２０に支持されたウェハ１０の端面（アペックス部１３）側方に配設されたサイド照明４０と、撮像部３０で撮像された画像データが入力されて所定の画像処理を行う画像処理部５０と、ウェハ保持部２０、撮像部３０およびサイド照明４０と電気的に接続されて、これらの駆動制御を行う駆動制御部６０とを主体に構成される。画像処理部５０において処理されて得られた画像は、例えば画像処理部５０と電気的に接続された画像表示装置７０に出力されて、オペレータが目視で検査できるようになっている。なお、上記サイド照明４０を省略して周部検査装置１を構成することも可能であり、以下の説明では、サイド照明４０を用いた構成を例示している。
【００１６】
ウェハ保持部２０は、平板状に形成された基台ベース２１と、この基台ベース２１に対して移動可能に配設された基台２２と、基台２２から上方へ垂直に延びて設けられた回転軸２３と、回転軸２３の上端部に略水平に取り付けられて上面側でウェハ１０を支持するウェハホルダ２４とを有して構成される。ウェハホルダ２４の内部には真空吸着機構（図示せず）が設けられており、真空吸着機構による真空吸着を利用してウェハホルダ２４上のウェハ１０が吸着保持される。なお、ウェハホルダ２４はウェハ１０より径が小さく略円盤状に形成されており、ウェハホルダ２４上にウェハ１０が吸着保持された状態で、上ベベル部１１、下ベベル部１２、およびアペックス部１３を含むウェハ１０の外周端部近傍がウェハホルダ２４からはみ出るようになっている。
【００１７】
上記基台ベース２１の内部には、基台ベース２１に対して基台２２を上下移動させる上下移動機構（図示せず）が設けられており、この上下移動機構により、基台２２、回転軸２３、ウェハホルダ２４、およびウェハホルダ２４により保持されたウェハ１０が一体となって上下移動される。基台２２の内部には、回転軸２３を回転駆動させる回転駆動機構（図示せず）が設けられており、回転駆動機構により回転軸２３を回転させることで、回転軸２３に取り付けられたウェハホルダ２４とともに、ウェハホルダ２４上に吸着保持されたウェハ１０がウェハ１０の中心（回転対称軸Ｏ）を回転軸として回転駆動される。これら上下移動機構および回転駆動機構の駆動は、駆動制御部６０からの作動信号に基づいて制御されるようになっている。
【００１８】
撮像部３０は、図２に示すように、例えば白色ＬＥＤやハロゲンランプ等の光源（図示せず）を備えた照明光学系３１、開口絞り３１ａ、入射光の一部を透過し一部を反射するハーフミラー３２、対物レンズ３３、およびイメージセンサ（図示せず）が内蔵されたカメラ本体３５を主体に構成される。対物レンズ３３の開口数ＮＡは、例えば０．１５に設定されており、また、開口絞り３１ａにおける絞り量の調整については後述する。なお、図２には、照明光学系３１と開口絞り３１ａとが、別々となった構成を例示しているが、照明光学系３１の内部に開口絞り３１ａが組み込まれた構成でも良い。
【００１９】
この撮像部３０は、ウェハ１０の上ベベル部１１（ノッチ部１４）と対向するように配置された状態で、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と平行な鉛直上方から、ウェハ１０の外周端部近傍を撮像するようになっている。具体的には、照明光学系３１から出射されて開口絞り３１ａで絞られた照明光の一部が、ハーフミラー３２において反射されて対物レンズ３３を介してウェハ１０に照射され、ウェハ１０からの反射光が、対物レンズ３３を介してハーフミラー３２を透過した後にイメージセンサに導かれることで、ウェハ１０（ノッチ部１４）の像が撮像される。そして、撮像部３０で撮像された画像データは、画像処理部５０へ出力される。なお、対物レンズ３３を囲むように構成された輪状のリング照明３４を併せて用いて、ウェハ１０の外周端部近傍を補助照明するようにしても良く、後述する実施例２〜４においても同様である。
【００２０】
サイド照明４０は、内部に多数のＬＥＤ等（図示せず）の光源を有して構成され、この光源からの照明光がアクリル板（図示せず）を透過して得られる散乱光により、ウェハ１０の外周端部が照明されるようになっている。このサイド照明４０は、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と直交する方向からウェハ１０の外周端部を補助照明する。
【００２１】
画像処理部５０は、回路基板（図示せず）等から構成されており、撮像部３０（カメラ本体３５）において得られた複数の画像データが入力されて、入力されたそれぞれの画像データにおける画素毎の信号強度を算出し、同じ画素同士の信号強度を比較して最も信号強度が高い、つまり最もコントラストが高く焦点の合った画素の画像データを抽出して、対応する画素位置に並べるようにして合成し、ウェハ１０の外周端部近傍（ノッチ部１４）の画像を生成するようになっている。
【００２２】
駆動制御部６０は、各種制御を行う制御基板（図示せず）等から構成され、この駆動制御部６０からの制御信号により、ウェハ保持部２０、撮像部３０、およびサイド照明４０の作動が制御されるようになっている。
【００２３】
以上ここまでは、周部検査装置１の構成について説明したが、以下に、開口絞り３１ａにおける絞り量の調整について図３〜図１１を参照して説明する。ここで、上記絞り量を調整することにより照明光学系３１の開口数ＮＡｉが調整できるとともに、照明光学系３１の開口数ＮＡｉおよび対物レンズ３３の開口数ＮＡｏを用いて次式（１）のように定義される空間的コヒーレンスσを調整できるようになっている。
【００２４】
σ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ  …（１）
【００２５】
この空間的コヒーレンスσは、ウェハ１０の傷やくぼみ等の欠陥の見え方（検出感度）に影響を与えるものであり、上記周部検査装置１においては、最適な空間的コヒーレンスσとなるように検査前に開口絞り３１ａが調整されている。この開口絞り３１ａの調整は、結像シミュレーションの結果に基づいて行われるようになっており、以下において、上記シミュレーションの一例として、凹位相物体および凸位相物体をモデルとした結像シミュレーションについて説明する。なお、後述する実施例２〜４においても同様に、検査前に開口絞り３１ａの調整が行われる。
【００２６】
まず、ウェハ１０の傷やくぼみを凹位相物体で近似した結像シミュレーションについて説明する。ここでのシミュレーションは、図３に示すように、ウェハ１０と対物レンズ３３とを対向させた状態を想定しており、なお図３には、後述するフォーカス位置の方向を併せて示している。このウェハ１０の表面に、図４に示すようなくぼみ幅２μｍ、表面からのくぼみ量０．１λ（λ＝５４６ｎｍ）の凹位相物体を近似したモデルを仮定し、ウェハの表面およびくぼみ部分の反射率を１とする。対物レンズ３３のＮＡを０．１５、照明波長λを５４６ｎｍとし、空間的コヒーレンスσ＝１、０．８、０．５、０．３の４種類それぞれについて、フォーカス位置を＋１０μｍ、０μｍ、−１０μｍと変えて空間像強度分布（画像信号の信号強度分布）を計算した。その計算結果を、図５〜図８に示す。図５は、σ＝１における空間像強度分布を示しており、空間像強度分布の中心部に僅かにくぼみ（強度低下）が見られるが、フォーカス位置を変化させても、空間像強度分布はほとんど変化しないことが分かる。
【００２７】
図６はσ＝０．８、図７はσ＝０．５、図８はσ＝０．３の場合をそれぞれ示しており、これら図６〜８においては，フォーカス位置０μｍでは、空間像強度分布の中心部のくぼみは小さいが、フォーカス位置を変えると空間像強度分布が急激に変化することが分かる。例えばフォーカス位置を＋１０μｍに設定すると、空間像強度分布の中心部のくぼみが大きくなり、逆に、フォーカスを−１０μｍに設定すると、空間像強度分布の中心部が盛り上がって強度が増加する。このことから、この中心部における強度は、σ＝０．８よりもσ＝０．５、σ＝０．５よりもσ＝０．３の場合の方が大きく変化し、また、凹位相物体の凹部分が空間像強度分布に反映されたものとなっていることが分かる。
【００２８】
次に、上記凹位相物体に代えて、図９に示すような出っ張り幅２μｍ、表面からの出っ張り量０．１λの凸位相物体を近似したモデルを仮定し、ウェハの表面および出っ張り部分の反射率を１とする。この凸位相物体について、上述と同様にシミュレーションを行い、図１０にσ＝０．３の場合の結果を示す。図１０から分かるように、フォーカス位置０μｍでは、空間像強度分布の中心部の両脇に小さいくぼみがみられるが、フォーカス位置を変えると空間像強度分布が急激に変化する。例えばフォーカス位置を＋１０μｍにすると、空間像強度分布の中心部が盛り上がり、逆に、フォーカス位置を−１０μｍにすると、空間像強度分布の中心部がくぼむことが分かる。
【００２９】
以上のシミュレーション結果から、ウェハ面に位相物体が存在する場合、σ＝０．５またはσ＝０．３に設定し、フォーカス位置を変えながら観察すると、空間像強度分布に激しい強度変化が現れるため、位相物体を認識しやすいことが分かる。さらに、σ＝０．５またはσ＝０．３に設定して、フォーカス位置の変化方向および空間像強度分布における強度変化の方向を検出することで、凹位相物体であるかまたは凸位相物体であるかの識別も可能となる。
【００３０】
次に、くぼみ幅２μｍ、表面からのくぼみ量０．１λの凹位相物体のモデルを仮定し、ウェハの表面およびくぼみ部分の反射率を１とする。この条件の下で、対物レンズ３３のＮＡを０．１５、照明波長λを５４６ｎｍとした場合の、最適なσ値（照明条件）を求めるためのシミュレーション結果を図１１に示す。図１１は、σ値ごとにフォーカス位置を０μｍ、±５μｍ、±１０μｍと変えて空間像強度分布を計算し、縦軸にフォーカス位置０μｍにおける凹部中心部の空間像強度に対する強度比率を、横軸にσ値をとったものを示している。
【００３１】
図１１では、縦軸の強度比率が１から離れるほど、位相物体の識別感度が高くなることを表しており、この強度比率の差が１０％以上（強度比率が１．１以上または０．９以下）であることを最適条件と仮定すると、フォーカス位置±１０μｍではσ値０．７以下が最適条件となり、フォーカス位置±５μｍではσ値０．３以下が最適条件となる。後述するように、周部検査装置１では例えば焦点深度が±３０μｍの状態で撮像が行われるようになっており、図１１にはフォーカス位置±３０μｍのグラフを示していないが、この焦点深度における最適なσ値は０．８以下であるとする。
【００３２】
よって、周部検査装置１により表面検査を行う前に、検出したい位相物体の大きさや位相量（欠陥の幅や表面からの凹凸量）、および撮像部３０の焦点深度に応じたσ値となるように、上記シミュレーション結果を参照して開口絞り３１ａにおける絞り量の調整を行っておくことで、位相物体（欠陥）の検出感度を最適化することができる。
【００３３】
以上ここまでは、開口絞り３１ａの調整について説明したが、以下に、周部検査装置１を用いてノッチ部１４の欠陥の有無を検査する方法について説明する。
【００３４】
まず、図１に示すように、被検物であるウェハ１０をウェハホルダ２４上に載置し、真空吸着機構によりウェハホルダ２４に吸着保持させる。このとき、ウェハ１０の中心とウェハホルダ２４の回転中心とを完全に一致させた状態で載置することは困難であり、一般的に、この偏芯した状態でウェハ１０を回転させながら外周端部近傍を撮像して、各回転位置における偏芯量を算出する。
【００３５】
次に、ウェハホルダ２４を回転させて、回転基準であるノッチ部１４を撮像部３０の光軸上（撮像部３０の直下）に位置させる。この状態で、照明光学系３１から照明光を出射するとともに、上下移動機構により、基台２２、回転軸２３、ウェハホルダ２４、およびウェハホルダ２４により保持されたウェハ１０を一体として、基台ベース２１に対して上下移動させる。そして、上下移動させた各上下位置において、撮像部３０におけるカメラ本体３５でノッチ部１４の像を撮像する。具体的に説明すると、例えばウェハ１０の厚みが０．６ｍｍ、撮像部３０の焦点深度が±３０μｍである場合、焦点深度分（約６０μｍ）ずつ約１０回にわたってウェハ１０を上方または下方に移動させるとともに、各上下位置においてノッチ部１４の像を撮像する。このとき、上述のようにして焦点深度（±３０μｍ）に応じた最適なσ値（０．８以下）となるように、開口絞り３１ａが調整されているので、ノッチ部１４の画像を精度良く信号強度に反映させて検出可能である。
【００３６】
このとき、カメラ本体３５で撮像されたノッチ部１４の複数の画像データが、画像処理部５０に出力される。画像処理部５０は、それぞれの画像データにおける画素毎の信号強度を算出し、同じ画素同士の信号強度を比較して最も信号強度が高い画素の画像データを抽出して、対応する画素位置に並べるようにして合成することで、コントラストが高く焦点の合ったノッチ部１４の画像を生成する。このようにすることで、ウェハ１０の厚みに達しない焦点深度の撮像部３０を用いた場合でも、厚み方向（上下方向）全体にわたって焦点の合ったノッチ部１４の画像を生成することができる。
【００３７】
続いて、画像処理部５０において得られた上記ノッチ部１４全体の画像が、画像表示装置７０に出力されて表示されることにより、オペレータは、ノッチ部１４における例えば３μｍ程度の傷や異物等の有無を、簡易且つ確実に目視で検査可能となる。
【００３８】
以上ここまでは、周部検査装置１を用いてノッチ部１４の欠陥の有無を検査する方法について説明した。ところで、図２に示すように照明光学系３１に加えて、リング照明３４およびサイド照明４０を併用して撮像されるノッチ部１４の像は、各照明から出射された照明光により得られる像を合算したものとなる。そのために、シミュレーション結果に基づいて、最適な空間的コヒーレンスσとなるように開口絞り３１ａを調整しても、この調整の効果が低減されてしまう。そこで例えば、照明光学系３１と、リング照明３４およびサイド照明４０とを、駆動制御部６０により交互に点灯させることで、最適な空間的コヒーレンスσに設定した効果を維持した状態で撮像を行うことが可能となる。
【００３９】
また、照明光学系３１、リング照明３４およびサイド照明４０から出射される照明光の波長をそれぞれ変え、例えば撮像側にダイクロイックミラー等を用いて光路を分岐させて波長毎（照明毎）の像を撮像するようにしても、最適な空間的コヒーレンスσに設定した効果を維持した撮像が可能となる。さらに、例えばウェハ１０の凹凸を識別したい場合には、リング照明３４およびサイド照明４０を用いることなく、照明光学系３１のみを用いて対応することも可能である。
【００４０】
上述の周部検査装置１のサイド照明４０に代えて、例えば図１２に示す周部検査装置１′のように、指向性を有したＬＥＤ等の光源を内部に備えた上斜め照明４１ａ、側方照明４１ｂおよび下斜め照明４１ｃからなるサイド照明４１を用いて構成しても良い。このサイド照明４１を用いて構成することで、上ベベル部１１、下ベベル部１２およびアペックス部１３（ノッチ部１４の端面）のそれぞれを確実に照明することができるので、カメラ本体３５において鮮明なノッチ部１４の像が撮像可能となる。よって、検査において、より細かな欠陥を発見することができるようになり、検査精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００４１】
以下に、図１３を参照しながら、実施例２に係る周部検査装置２の構成について説明する。この周部検査装置２は、上述の周部検査装置１と比較して、撮像部８０の構成が一部異なる点を除いて大部分が共通の構成となっている。具体的には、撮像部８０においてノッチ部１４の微分干渉像を撮像し、その画像データを基にノッチ部１４全体の画像を求めて、欠陥の有無を検査するようになっている。そのため、周部検査装置１と共通部分には同一の番号を付してその説明を省略し、構成の異なる撮像部８０を中心に説明する。
【００４２】
周部検査装置２の撮像部８０は、実施例１の撮像部３０の構成（照明光学系３１、開口絞り３１ａ、ハーフミラー３２、対物レンズ３３およびカメラ本体３５）に対して、微分干渉用部材である偏光子３６、ウォラストンプリズム３７および検光子３８を組み込んで構成される。偏光子３６は、自然光や円偏光から直線偏光を作り出すもので、開口絞り３１ａとハーフミラー３２との間に配設される。ウォラストンプリズム３７は、入射した光を２方向に分割するもので、対物レンズ３３の入射瞳位置に配設される。検光子３８は、２つの照明光を干渉させることで、その微分干渉像を結像面（カメラ本体３５のイメージセンサ上）に形成するようになっており、ウォラストンプリズム３７とカメラ本体３５との間に配設される。
【００４３】
この構成から、照明光学系３１からの光は、偏光子３６を通過することで直線偏光が取り出され、この直線偏光がハーフミラー３２で反射されて、ウォラストンプリズム３７に入射して２つの直線偏光に分離される。これら分離された２つ直線偏光は、対物レンズ３３に入射するとともに、互いに平行となってウェハ１０の外周端部（ノッチ部１４）に照射される。ウェハ１０の外周端部で反射された２つ直線偏光は、対物レンズ３３の後側焦点面で交わるとともに、ここに配置されたウォラストンプリズム３７により、ハーフミラー３２に向けて同一光路上を進行する。そして、この２つの直線偏光は、ハーフミラー３２を透過して検光子３８に入射して重ねられ、その微分干渉像をカメラ本体３５のイメージセンサ上に形成する。
【００４４】
周部検査装置１（撮像部３０）において、偏光子３６、ウォラストンプリズム３７および検光子３８を、各光軸位置に対して挿抜可能に配設することで、周部検査装置２（撮像部８０）を構成することも可能である。例えば、実施例１におけるノッチ部１４の像を撮像して検査する場合には、偏光子３６、ウォラストンプリズム３７および検光子３８を各光軸位置から外すとともにサイド照明４０を点灯させ、一方で微分干渉像を基に検査する場合には、偏光子３６、ウォラストンプリズム３７および検光子３８を各光軸位置に挿入するとともにサイド照明４０を消灯させる。なお、サイド照明４０に代えて、例えば図１４に示す周部検査装置２′のように、上斜め照明４１ａ、側方照明４１ｂおよび下斜め照明４１ｃからなるサイド照明４１を用いても良い。
【００４５】
以上のように構成される周部検査装置２を用いて、ノッチ部１４の欠陥の有無を検査する方法については、上述の実施例１に係る周部検査装置１と同様であるので、ここではその説明を省略する。この周部検査装置２は、得られた微分干渉像の画像データを用いて、最も信号強度が高い画素の画像データを抽出し、対応する画素位置に並べて合成することにより、微分干渉像の特徴点である明瞭且つ解像度の高いノッチ部１４の画像を生成することができる。よって、ノッチ部１４における例えば１μｍ程度の傷や異物等の有無を、精度良く検査可能となる。
【実施例３】
【００４６】
以下に、図１５を参照しながら、実施例３に係る周部検査装置３の構成について説明する。この周部検査装置３は、上述の周部検査装置１と比較して、撮像部８５の構成が一部異なる点を除いて大部分が共通の構成となっている。具体的には、撮像部８５は、主としてノッチ部１４の像を撮像するノッチ観察部８６と、ＥＢＲ（Ｅｄｇｅ  Ｂｅｖｅｌ  Ｒｅｍｏｖａｌ）により除去された薄膜（図示せず）の外周端部を撮像するＥＢＲ観察部８７とが備えられており、検査対象（ノッチ部１４および薄膜の外周端部）に応じて、ノッチ観察部８６とＥＢＲ観察部８７とを使い分けて検査できる構成となっている。周部検査装置１と共通部分には同一の番号を付してその説明を省略し、構成の異なる撮像部８５を中心に説明する。
【００４７】
周部検査装置３の撮像部８５は、照明光学系３１、開口絞り３１ａ、第１ハーフミラー３２ａ、第１対物レンズ３３ａ、第２対物レンズ３３ｂ、第２ハーフミラー３２ｂ、ノッチ観察部８６およびＥＢＲ観察部８７を主体に構成される。ノッチ観察部８６は、結像レンズ３９ａおよびカメラ本体３５ａから構成される。第２ハーフミラー３２ｂを透過した照明光が、結像レンズ３９ａに入射して結像されることで、カメラ本体３５ａにおいて例えば１０〜２０倍の拡大像が得られるようになっている。ＥＢＲ観察部８７は、結像レンズ３９ｂおよびカメラ本体３５ｂから構成される。第２ハーフミラー３２ｂで反射された照明光が、結像レンズ３９ｂに入射して結像されることで、カメラ本体３５ｂにおいて例えば等倍または等倍以下の像が得られるようになっている。なお、周部検査装置３は、サイド照明４０を備えた構成でも良く、この構成の場合には、ノッチ観察部８６によりノッチ部１４の像を撮像する場合にのみ点灯させる。
【００４８】
以上のように構成される周部検査装置３を用いて、薄膜（ウェハ１０）の外周端部およびノッチ部１４の欠陥の有無を検査する方法について、以下に説明する。以下においては、薄膜の外周端部を検査した後に、ノッチ部１４の検査を行う場合を例示しているが、この検査順序は逆であっても良い。
【００４９】
まず、ウェハ１０をウェハホルダ２４に吸着保持させて、撮像部８５の光軸がウェハ１０の外周端部に向くように配置し、照明光学系３１から照明光を出射させた状態でウェハ１０を回転させながら、ＥＢＲ観察部８７のカメラ本体３５ｂにより薄膜の外周端部の像を約等倍で連続して撮像する。この撮像された複数の像の画像データが画像処理部５０に出力され、画像処理部５０は、例えば複数の画像データを撮像順に左右に並べるようにして合成することで、端部１周分を１つの画像にして、画像表示装置７０に出力される。オペレータは、画像表示装置７０に表示された端部１周分の画像を確認することで、薄膜の外周端部における欠陥の有無を簡易且つ確実に検査できる。このように、比較的低倍率で薄膜の外周端部を撮像することで、スループットを向上させて端部１周分を短時間のうちに検査することが可能となる。なお、画像処理部５０は、カメラ本体３５ｂから入力された画像データを合成することなく、そのまま画像表示装置７０に出力するように構成されても良い。
【００５０】
次に、ウェハホルダ２４を回転させて、図１５に示すようにノッチ部１４を撮像部８５の光軸上に位置させる。この状態で、実施例１で述べたようにして、上下移動機構を駆動させながらカメラ本体３５ａでノッチ部１４の約１０〜２０倍の拡大像が撮像され、この拡大像の画像データが画像処理部５０に出力されて合成された後、画像表示装置７０に出力されて表示される。このとき、画像表示装置７０に表示される画像は、約１０〜２０倍の拡大像を基に合成されてノッチ部１４の細部まで高解像度で表示されているので、オペレータは、ノッチ部１４における欠陥の有無を精度良く目視で検査できる。
【００５１】
以上説明したように、周部検査装置３は、照明光学系３１、開口絞り３１ａ、第１対物レンズ３３ａ、第２対物レンズ３３ｂ等を共用とした２つの観察部（ノッチ観察部８６およびＥＢＲ観察部８７）を備えている。そのため、観察対象に応じて上記２つの観察部を使い分けて撮像することで、例えば薄膜の外周端部全体を広範囲にわたって検査する際には、ＥＢＲ観察部８７により比較的低倍率で撮像することで、高スループットで短時間のうちに検査を完了させることが可能となる。一方、例えばノッチ部１４を重点的に検査する際には、ノッチ観察部８６により比較的高倍率で撮像することで、細部まで高精度に検査を行うことが可能となる。また、周部検査装置３を１台用いることにより、目的の異なる２種類の検査が行えるので、例えば検査目的に応じてそれぞれの周部検査装置を用意する必要がなく、検査のためのコストを低減することができる。
【実施例４】
【００５２】
以下に、図１６および図１７を参照しながら、実施例４に係る周部検査装置４の構成について説明する。図１６は周部検査装置４の全体概略図を、図１７は周部検査装置４における撮像部９０の構成の詳細をそれぞれ示したものである。この周部検査装置４は、上述の周部検査装置１と比較して、撮像部９０およびウェハ保持部２０′の構成が一部異なる点を除いて大部分が共通の構成となっている。周部検査装置１と共通部分には同一の番号を付してその説明を省略し、構成の異なる撮像部９０およびウェハ保持部２０′の構成を中心に説明する。
【００５３】
撮像部９０は、図１７に示すように、照明光学系３１、開口絞り３１ａ、ハーフミラー３２、対物レンズ３３、およびカメラ本体３５を主体に構成ており、上述の実施例１における撮像部３０と同一部材からなる。この撮像部９０には、ウェハ保持部２０′（ウェハ１０）に対して撮像部９０を上下移動させる撮像部移動機構（図示せず）が組み込まれており、この撮像部移動機構は、駆動制御部６０からの制御信号により制御されるようになっている。なお、図１７に示す撮像部９０に代えて、図１３に示す微分干渉像を撮像する撮像部８０を用いて構成することも可能である。
【００５４】
ウェハ保持部２０′は、図１６に示すように、基台２２′、回転軸２３、ウェハホルダ２４およびチルト機構２５を主体に構成される。基台２２′の内部には、回転軸２３を回転駆動させる回転駆動機構が設けられており、この回転駆動機構により回転軸２３を回転させることで、ウェハホルダ２４上に吸着保持されたウェハ１０が、回転対称軸Ｏを軸として回転駆動される。チルト機構２５は、回転軸２３とウェハホルダ２４との間に配設されており、ウェハホルダ２４およびウェハホルダ２４上に吸着保持されたウェハ１０を、回転軸２３に対して一体として傾斜させることができるように構成されている。なお、ウェハ保持部２０′に、ウェハ保持部２０′全体を平面移動させる２次元移動機構（図示せず）を組み込んでも良い。こうすると、撮像部９０とウェハ１０との位置合わせを、高精度に行うことができる。さらに、撮像部９０に組み込まれた撮像部移動機構に代えて、ウェハ保持部２０′に上下移動機構を組み込んでも良い。
【００５５】
以上のように構成される周部検査装置４を用いて、ノッチ部１４の欠陥の有無を検査する方法について、以下に説明する。
【００５６】
まず、ウェハホルダ２４を回転させて、図１６に示すように、ノッチ部１４を撮像部９０の光軸上に位置させるとともに、図１７に示すように、ノッチ部１４の端面が撮像部９０により撮像できるように、チルト機構２５によりウェハ１０を傾斜させる。この傾斜させた状態で、照明光学系３１から照明光を出射するとともに、撮像部移動機構により、撮像部９０をウェハ１０に対して上下移動させる。そして、実施例１と同様に、上下移動させた各上下位置において、撮像部９０におけるカメラ本体３５でノッチ部１４を斜め上方から見た像を撮像し、この像の画像データが画像処理部５０に出力されて合成された後、画像表示装置７０に出力されて表示される。こうすることで、ノッチ部１４を斜め上方から見た焦点の合った画像を、画像表示装置７０に表示させることができるので、ウェハ１０に対して直交する方向からは撮像しにくいノッチ部１４の端面における欠陥の有無を高精度に検査することが可能となる。
【００５７】
上述の実施形態において、ウェハ１０の外周端部、特にノッチ部１４を中心に検査する周部検査装置について説明したが、検査対象はウェハ１０に限定されない。例えば、ガラス基板等を検査する場合に本実施形態を適用すると有効である。
【００５８】
また、上述の実施形態において、イメージセンサとしてＣＣＤやＣＭＯＳ等といった増幅型固体撮像素子を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例１に係る周部検査装置の概略構成図である。
【図２】上記周部検査装置の撮像部近傍を示す側面図である。
【図３】シミュレーション時の設定を示す側面図である。
【図４】上記シミュレーションにおいて設定した凹位相物体のモデルである。
【図５】σ＝１における空間像強度を示すグラフである。
【図６】σ＝０．８における空間像強度を示すグラフである。
【図７】σ＝０．５における空間像強度を示すグラフである。
【図８】σ＝０．３における空間像強度を示すグラフである。
【図９】上記シミュレーションにおいて設定した凸位相物体のモデルである。
【図１０】σ＝０．３における空間像強度を示すグラフである。
【図１１】強度比率とσとの関係を示したグラフである。
【図１２】上記実施例１に係る周部検査装置の変形例を示す側面図である。
【図１３】実施例２に係る周部検査装置の撮像部近傍を示す側面図である。
【図１４】上記実施例２に係る周部検査装置の変形例を示す側面図である。
【図１５】実施例３に係る周部検査装置の撮像部近傍を示す側面図である。
【図１６】実施例４に係る周部検査装置の概略構成図である。
【図１７】上記実施例４に係る周部検査装置の撮像部近傍を示す側面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  周部検査装置                            １０  ウェハ（被検基板）
１４  ノッチ部（回転基準部）                ２０  ウェハ保持部（保持部）
２５  チルト機構                            ３０  撮像部
３１  照明光学系                            ３１ａ  開口絞り
３３  対物レンズ（対物レンズ系）
３５ａ  カメラ本体（第２受光部）
３５ｂ  カメラ本体（第１受光部）
３９ａ  結像レンズ（第２結像レンズ系）
３９ｂ  結像レンズ（第１結像レンズ系）
５０  画像処理部
８６  ノッチ観察部（第２結像部）
８７  ＥＢＲ観察部（第１結像部）
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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