(57)【要約】【課題】ウェハの表面に形成される膜の縁部を高精度に検出することが可能な観察装置を提供する。【解決手段】ウェハ１０の端部近傍の観察を行う観察装置１において、ウェハ１０を保持するウェハ保持機構２０と、ウェハ保持機構２０に保持されたウェハ１０の端部近傍を、ウェハ１０の延在する方向から撮像する撮像部１４０と、を備え、撮像部１４０は、ウェハ１０の端部近傍において、ウェハ１０の延在する方向に沿って物体側の焦点位置がそれぞれ異なる第１観察光学系１４２と第２観察光学系１５２と、第１観察光学系１４２で結像されたウェハ１０の端部近傍における第１の像と、第２観察光学系１５２で結像されたウェハ１０の端部近傍における第２の像とを撮像する撮像素子１４６，１５６と、を含んでいる。【選択図】図１０
2014029336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の端部近傍を観察する観察装置において、
前記基板を保持する保持機構と、
前記保持機構に保持された前記基板の端部近傍を、前記基板の延在する方向から撮像する撮像部と、を備え、
前記撮像部は、
前記基板の端部近傍において、前記基板の延在する方向に沿って物体側の焦点位置がそれぞれ異なる第１の観察光学系と第２の観察光学系と、
前記第１の観察光学系で結像された前記基板の端部近傍における第１の像と、前記第２の観察光学系で結像された前記基板の端部近傍における第２の像とを撮像する撮像素子と、を含むことを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記端部近傍は、前記基板の端部側に面して傾斜する傾斜部と、前記基板において該傾斜部に繋がる端面と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記第１の像と前記第２の像とは前記端部近傍における同じ領域の像であることを特徴とする請求項１または２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記撮像素子は、前記第１の像を撮像する第１の撮像素子と、前記第２の像を撮像する第２の撮像素子とを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項５】
前記撮像素子は、前記第１の観察光学系と前記第２の観察光学系のそれぞれで結像される前記第１の像と前記第２の像とが重なった像を撮像することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記撮像素子で撮像された前記第１の像と前記第２の像とを合成した画像データを生成する画像処理部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項７】
前記基板の表面に形成された膜の縁部が、前記基板の端部側に面して傾斜する傾斜部に位置し、
前記画像処理部は、前記画像データに基づいて、前記膜の縁部を検出する膜検出部を含むことを特徴とする請求項６に記載の観察装置。
【請求項８】
前記膜検出部は、前記画像データに基づいて、前記基板の厚さ方向において、前記傾斜部から前記基板の中心側に形成されて略平坦な前記基板の平坦部と、前記膜の縁部との間の距離を求めることを特徴とする請求項７に記載の観察装置。
【請求項９】
前記保持機構は、略円板状に形成された前記基板の回転対称軸を回転軸として、前記基板を回転可能に保持し、
前記撮像部は、前記保持機構により回転駆動される前記基板の端部近傍を前記基板の全周にわたって連続的に撮像することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項１０】
前記第１の観察光学系と前記第２の観察光学系との少なくとも一方の光学系は、前記端部近傍における該光学系の物体側の焦点位置を変更する焦点変更部を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記観察光学系に含まれる対物レンズを介して前記基板の端部近傍を照明する落射照明と、前記基板の表面と対向するように配設され、拡散光を用いて前記基板の端部近傍を照明する拡散照明とを含む照明部を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項１２】
基板の端部近傍を観察する観察方法であって、
前記基板を保持することと、
物体側の焦点位置が前記基板の延在する方向に沿ってそれぞれ異なる第１の観察光学系と第２の観察光学系とを介して、該第１の観察光学系で結像された前記基板の端部近傍の第１の像と、該第２の観察光学系で結像された前記基板の端部近傍の第２の像とを撮像することと、
を含むことを特徴とする観察方法。
【請求項１３】
前記端部近傍は、前記基板の端部側に面して傾斜する傾斜部と、前記基板において該傾斜部に繋がる端面と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の観察方法。
【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基板を観察するための観察装置および観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体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している。これに伴い、薄膜の縁部（境界部分）が露出するウェハの端部付近の欠陥検査が重要となってきている。ウェハの端部付近に異物等の欠陥があると、後の工程で異物等がウェハの表面側に回り込んで悪影響を及ぼし、ウェハから作り出される回路素子の歩留まりに影響する。
【０００３】
そこで、半導体ウェハ等の円盤状に形成された基板の端部周辺（例えば、アペックスや上下のベベル）を複数の方向から観察して、異物や膜の剥離、膜内の気泡、膜の回り込み等といった欠陥の有無を検査する検査装置が考案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような検査装置を用いて膜の縁部（境界部分）の位置を検出するには、例えば、焦点深度の深い光学系を用いて、基板の平坦部と略平行な方向（基板の側方）からアペックス近傍を一度に観察する方法や、基板の平坦部に対し斜め方向を向く光学系を用いて、膜の縁部が現れる上側のベベルを観察する方法等が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２５３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、焦点深度の深い光学系を用いてアペックス近傍を一度に観察する場合、光学系の開口数を小さくする必要があるため、膜の縁部（境界部分）が不鮮明な画像を用いて当該膜の縁部を検出することになり、膜の縁部の位置を検出する際に誤差が生じるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板の表面に形成される膜の縁部を高精度に検出することが可能な観察装置および観察方法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】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る観察装置は、基板の端部近傍を観察する観察装置において、前記基板を保持する保持機構と、前記保持機構に保持された前記基板の端部近傍を、前記基板の延在する方向から撮像する撮像部と、を備え、前記撮像部は、前記基板の端部近傍において、前記基板の延在する方向に沿って物体側の焦点位置がそれぞれ異なる第１の観察光学系と第２の観察光学系と、前記第１の観察光学系で結像された前記基板の端部近傍における第１の像と、前記第２の観察光学系で結像された前記基板の端部近傍における第２の像とを撮像する撮像素子と、を含んでいる。
【０００８】
また、本発明に係る観察方法は、基板の端部近傍を観察する観察方法であって、前記基板を保持することと、物体側の焦点位置が前記基板の延在する方向に沿ってそれぞれ異なる第１の観察光学系と第２の観察光学系とを介して、該第１の観察光学系で結像された前記基板の端部近傍の第１の像と、該第２の観察光学系で結像された前記基板の端部近傍の第２の像とを撮像することと、を含んでいる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板の表面に形成される膜の縁部を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る観察装置の概略構成図である。
【図２】ウェハの外周端部近傍を示す側面図である。
【図３】画像処理部を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明に係る観察方法を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は観察光学系の焦点位置を保護膜の縁部に合わせた状態を示す模式図であり、（ｂ）は観察光学系の焦点位置を上ベベル部と平坦部との境界部に合わせた状態を示す模式図である。
【図６】（ａ）は観察光学系の焦点位置を保護膜の縁部に合わせたアペックス部近傍の画像を示す模式図であり、（ｂ）は観察光学系の焦点位置を上ベベル部と平坦部との境界部に合わせたアペックス部近傍の画像である。
【図７】平坦部のぼけた像と実際の平坦部との関係を示す模式図である。
【図８】（ａ）はアペックス部の連結画像を示す模式図であり、（ｂ）は平坦部のぼけた像に実際の平坦部を重ねたアペックス部の連結画像を示す模式図である。
【図９】観察方法の変形例を示す模式図である。
【図１０】第１の変形例に係る観察装置を示す概略構成図である。
【図１１】第２の変形例に係る観察装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る観察装置の一例を図１に示しており、この観察装置１は、半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）の端部および端部近傍における異常の有無を、観察者の目視により検査するためのものである。
【００１２】
基板の一つであるウェハ１０は薄い円板状に形成されており、その表面には、図２に示すように、薄い保護膜１５が形成されている。ウェハ１０の表面（上面）における外周端部内側には、ウェハ１０の外周端部側に面して傾斜する上ベベル部１１がリング状に形成され、この上ベベル部１１の内側に略平坦な平坦部１４が形成されている。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。
【００１３】
ところで、観察装置１は、ウェハ１０を回転可能に保持するウェハ保持機構２０と、ウェハ保持機構２０に保持されたウェハ１０の外周端部近傍を照明する照明部３０と、ウェハ保持機構２０に保持されたウェハ１０の外周端部近傍を撮像する撮像部４０と、撮像部４０で撮像されたウェハ１０の画像に対して所定の画像処理を行う画像処理部５０と、ウェハ保持機構２０や、照明部３０、撮像部４０等の駆動制御を行う制御部６０とを主体に構成される。
【００１４】
ウェハ保持機構２０は、基台２１と、基台２１から上方へ垂直に延びて設けられた回転軸２２と、回転軸２２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２３とを有して構成される。ウェハホルダ２３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２３上のウェハ１０が吸着保持される。なお、ウェハホルダ２３はウェハ１０より径の小さい略円盤状に形成されており、ウェハホルダ２３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２３からはみ出るようになっている。
【００１５】
基台２１の内部には、回転軸２２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２２を回転させることで、回転軸２２に取り付けられたウェハホルダ２３とともに、ウェハホルダ２３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Ａ１）を回転軸として回転駆動される。なお、ウェハ１０の中心と回転軸２２の中心とは不図示のアライメント機構で略一致させている。また、基台２１は、図示しないＸＹテーブルを用いて水平面内で平行移動可能に構成されており、ウェハ１０の回転に伴うウェハ１０の中心（回転対称軸Ａ１）のズレを補正するために、ウェハホルダ２３上に吸着保持されたウェハ１０が水平面内で平行移動できるようになっている。なお、ウェハ１０の中心のズレは不図示のセンサにより検出している。このように、ウェハ保持機構２０は、ウェハ１０を水平面内で回転可能にかつ平行移動可能に保持する。
【００１６】
照明部３０は、ウェハ１０の表面（上面）に対向して設けられた第１拡散照明３１と、ウェハ１０の裏面（下面）に対向して設けられた第２拡散照明３６と、撮像部４０に設けられた落射照明４８とを有して構成される。第１拡散照明３１は、ウェハ１０の径方向に延びる第１の板状部材３２と、第１の板状部材３２に複数取り付けられた第１のＬＥＤ照明３３と、ウェハ１０の表面と対向する第１の板状部材３２の表面（下面）側を覆う第１の拡散板３４とを有して構成され、第１のＬＥＤ照明３３から第１の拡散板３４を透過して得られる拡散光によりウェハ１０の外周端部近傍を照明するようになっている。なお、第１の拡散板３４は、乳白色または表面を粗くしたアクリル板等を用いて板状に形成される。
【００１７】
第２拡散照明３６は、第１拡散照明３１と同様の構成であり、第２の板状部材３７と、第２のＬＥＤ照明３８と、第２の拡散板３９とを有して構成され、第２のＬＥＤ照明３８から第２の拡散板３９を透過して得られる拡散光によりウェハ１０の外周端部近傍を照明するようになっている。なお、第２拡散照明３６は、ウェハ１０の裏面（下面）側に設けられており、ウェハ保持機構２０と干渉しないように第１拡散照明３１よりも小型に形成されている。なお、落射照明４８については後述する。
【００１８】
撮像部４０は、ウェハ１０の外周端部近傍の像を結像させる観察光学系４１と、観察光学系４１により結像されたウェハ１０の外周端部近傍の像を撮像するＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子４６と、これらが収容される筐体部４７とを有して構成される。また、撮像部４０には、落射照明４８やレンズ駆動部４９が設けられており、これらも筐体部４７に収容されている。
【００１９】
観察光学系４１は、ウェハ１０のアペックス部１３と対向し光軸をウェハ１０の厚さ方向の中心と略一致させた対物レンズ４２と、対物レンズ４２からの光を撮像素子４６の撮像面上に結像させる結像レンズ４３と、対物レンズ４２と結像レンズ４３との間に配設されたハーフミラーである落射ミラー４４とを有して構成される。そして、落射照明４８からの照明光が落射ミラー４４で反射し、対物レンズ４２を介してウェハ１０の外周端部近傍を照明するとともに、ウェハ１０からの反射光が対物レンズ４２、落射ミラー４４、および結像レンズ４３を介して撮像素子４６に導かれ、撮像素子４６の撮像面上で結像したウェハ１０の外周端部近傍（アペックス部１３近傍）の像を撮像素子４６が撮像する。
【００２０】
また、撮像部４０は、ウェハ１０のアペックス部１３と対向するように配置され、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ａ１）と直交する方向（すなわち、ウェハ１０の延在方向であり、アペックス部１３と対向する方向）からアペックス部１３を部分的に撮像するようになっている。これにより、ウェハ保持機構２０に保持されたウェハ１０を回転させると、撮像部４０の撮像領域に対して、ウェハ１０の外周端部、すなわちアペックス部１３がウェハ１０の周方向へ相対回転するため、アペックス部１３と対向するように配置された撮像部４０は、アペックス部１３を周方向（すなわち相対回転方向）へ連続的に複数撮像することができ、ウェハ１０の全周にわたってアペックス部１３を撮像することが可能になる。なお、撮像部４０の撮像素子４６により撮像された画像データは、画像処理部５０へ出力される。また、レンズ駆動部４９は、結像レンズ４３を観察光学系４１の光軸Ａ２に沿って移動させることにより、観察光学系４１の（前側）焦点位置を変えることができるようになっている。
【００２１】
制御部６０は、各種制御を行う制御基板等から構成され、制御部６０からの制御信号によりウェハ保持機構２０、照明部３０、撮像部４０、および画像処理部５０等の作動制御を行う。また、制御部６０には、画像表示部および画像上のカーソル操作等を行うための操作部を備えたインターフェース部６１や、画像データやウェハ１０の厚さ情報等を記憶する記憶部（図示せず）等が電気的に接続されている。
【００２２】
画像処理部５０は、図示しない回路基板等から構成され、図３に示すように、入力部５１と、内部メモリ５２と、画像生成部５３と、膜検出部５４と、相関測定部５５と、出力部５６とを有している。入力部５１には、撮像部４０からの画像データが入力され、さらには、インターフェース部６１で入力された各種設定パラメータ等が制御部６０を介して入力される。入力部５１に入力されたウェハ１０（アペックス部１３）の画像データは、内部メモリ５２へ送られる。画像生成部５３は、内部メモリ５２と電気的に接続されており、内部メモリ５２に記憶された複数の画像データに基づいて所定の画像処理を行い、アペックス部１３の部分画像を周方向に連結したアペックス部１３の連結画像Ｃ（図８（ａ）を参照）を生成して出力部５６に出力する。
【００２３】
膜検出部５４は、内部メモリ５２と電気的に接続されており、内部メモリ５２から画像データが入力されると、当該画像データに基づいて後述の膜検出処理を行う。相関測定部５５は、内部メモリ５２と電気的に接続されており、内部メモリ５２から画像データが入力されると、当該画像データに基づいて後述の相関測定処理を行う。
【００２４】
次に、以上のように構成される観察装置１を用いたウェハ１０の観察方法について、図４に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。まず、ステップＳ１０１において、ウェハ１０の外周端部近傍（アペックス部１３近傍）を照明する照明処理を行う。この照明処理では、制御部６０からの制御信号を受けて、落射照明４８が観察光学系４１の落射ミラー４４および対物レンズ４２を介してウェハ１０の外周端部近傍を照明するとともに、照明部３０の第１拡散照明３１および第２拡散照明３６が拡散光を用いてウェハ１０の外周端部近傍を照明する。
【００２５】
次に、ステップＳ１０２において、ウェハ１０のアペックス部１３近傍を撮像する第１撮像処理を行う。この第１撮像処理では、制御部６０からの制御信号を受けて、ウェハ保持機構２０がウェハ１０を所定の回転角度位置に停止させた状態で、撮像部４０がアペックス部１３を撮像する。このとき、撮像部４０は、レンズ駆動部４９を用いて結像レンズ４３を観察光学系４１の光軸Ａ２に沿って移動させることにより、図５（ａ）に示すように観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ１）を保護膜１５の縁部１６に合わせた状態および、図５（ｂ）に示すように観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ２）を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせた状態でそれぞれ、撮像素子４６によりウェハ１０のアペックス部１３近傍の像を撮像する。なお、撮像部４０の撮像素子４６により撮像された画像データは、画像処理部５０へ出力される。また、撮像部４０から出力された画像データはそれぞれ、画像処理部５０の入力部５１に入力されて内部メモリ５２へ送られる。
【００２６】
本実施形態における撮像部４０（観察光学系４１）は、ウェハ１０のアペックス部１３を鮮明に撮像するのに十分な開口数を有しており、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、観察光学系４１の焦点深度（Ｄ１，Ｄ２）は非常に小さくなっている。そのため、図５（ａ）に示すように観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ１）を保護膜１５の縁部１６に合わせた状態で、撮像素子４６によりウェハ１０のアペックス部１３近傍の像を撮像すると、その画像は、図６（ａ）に示すように、焦点位置に合ったアペックス部１３や保護膜１５の縁部１６が鮮明であるのに対し、焦点位置から外れた平坦部１４では焦点ぼけが生じ、平坦部のぼけた像１４ａが映し出される。一方、図５（ｂ）に示すように観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ２）を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせた状態で、アペックス部１３近傍の像を撮像すると、その画像は、図６（ｂ）に示すように、焦点位置に合った平坦部１４（境界部Ｂ）が鮮明であるのに対し、焦点位置から外れたアペックス部１３や保護膜１５の縁部１６では焦点ぼけが生じ、保護膜１５の縁部のぼけた像１６ａや、アペックス部１３と各べベル部１１，１２との境界部のぼけた像が映し出される。
【００２７】
そこで、次のステップＳ１０３において、相関測定処理を行う。この相関測定処理では、相関測定部５５が、内部メモリ５２に記憶された、観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ１）を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像データおよび、観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ２）を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の画像データを利用して、観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ１）を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像における、平坦部のぼけた像１４ａの位置と実際の平坦部１４ｂの位置との相関を求める（図７も参照）。
【００２８】
なお、実際の平坦部１４ｂの位置は、第１撮像処理で撮像される２種類の画像について、観察光学系４１の焦点位置は変わるが、撮像領域自体は変わらないので、観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ２）を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の画像データから求めることができる。また、平坦部のぼけた像１４ａの位置は、観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ１）を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像データから求めることができる。そのため、相関測定部５５は、上述のようにして求めた平坦部のぼけた像１４ａの位置データおよび実際の平坦部１４ｂの位置データから、平坦部のぼけた像１４ａの位置と実際の平坦部１４ｂの位置との相関を求めることができ、求めた相関データを膜検出部５４へ出力する。
【００２９】
相関測定部５５により平坦部のぼけた像１４ａの位置と実際の平坦部１４ｂの位置との相関を求めると、次のステップＳ１０４において、ウェハ１０のアペックス部１３をウェハ１０の全周にわたって撮像する第２撮像処理を行う。この第２撮像処理では、制御部６０からの制御信号を受けて、ウェハ保持機構２０がウェハ１０を回転させるとともに、撮像部４０がウェハ１０の周方向へ相対回転するアペックス部１３を（周方向へ）連続的に複数撮像し、アペックス部１３をウェハ１０の全周にわたって撮像する。
【００３０】
撮像部４０がアペックス部１３を連続的に撮像するとき、ウェハ１０の回転により相対移動して得られる撮像部４０の撮像領域毎にアペックス部１３の複数の部分画像が取得され、当該部分画像の画像データは画像処理部５０へ出力される。またこのとき、撮像部４０は、レンズ駆動部４９を用いて結像レンズ４３を観察光学系４１の光軸Ａ２に沿って移動させることにより、図５（ａ）に示すように観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ１）を保護膜１５の縁部１６に合わせた状態で、撮像素子４６によりウェハ１０のアペックス部１３近傍の像を撮像する。撮像部４０から出力された部分画像の画像データはそれぞれ、画像処理部５０の入力部５１に入力されて内部メモリ５２へ送られる。
【００３１】
撮像部４０によりウェハ１０の全周にわたるアペックス部１３の部分画像が撮像されると、次のステップＳ１０５において、膜検出処理を行う。この膜検出処理では、膜検出部５４が、内部メモリ５２に記憶された、観察光学系４１の焦点位置（焦点深度の範囲Ｄ１）を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像データに基づいて、保護膜１５の縁部１６の位置を検出するとともに、相関測定部５５により求めた相関データを利用して平坦部１４の位置（すなわち、観察光学系４１の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像における実際の平坦部１４ｂの位置）を検出し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４（実際の平坦部１４ｂ）と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求める（図８（ｂ）を参照）。なお、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌは、所定の間隔（画素）毎にウェハ１０の全周にわたって求められ、ウェハ１０の全周にわたって求められた距離Ｌのデータは、出力部５６へ出力されるとともに制御部６０を介して記憶部５２に送られ、記憶部５２で記憶される。
【００３２】
膜検出部５４によりウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求めると、次のステップＳ１０６において、表示処理を行う。この表示処理では、画像生成部５３が、内部メモリ５２に記憶された複数の部分画像の画像データに基づいて所定の画像処理を行い、アペックス部１３の部分画像を周方向に連結したアペックス部１３の連結画像Ｃ（図８（ａ）を参照）を生成して出力部５６に出力する。出力部５６へ出力された連結画像Ｃの画像データは、制御部６０を介して記憶部５２に送られ、記憶部５２で記憶される。そして、制御部６０は、記憶部５２に記憶された、アペックス部１３の連結画像Ｃおよび、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌをインターフェース部６１の画像表示部で表示させる。なお、画像生成部５３は、相関測定部５５により求めた相関データを利用して、平坦部のぼけた像１４ａに実際の平坦部１４ｂを重ねた連結画像Ｃ′（図８（ｂ）を参照）を生成することも可能である。
【００３３】
この結果、本実施形態に係る観察装置１および観察方法によれば、撮像部４０に設けられた落射照明４８により観察光学系４１を介してウェハ１０の外周端部近傍を照明するとともに、第１および第２拡散照明３１，３２からの拡散光を用いてウェハ１０の外周端部近傍を照明するため、ウェハ１０の外周端部近傍をほぼ均等に照明することができ、ウェハ１０の表面に形成される保護膜１５の縁部１６を高精度に検出することができる。
【００３４】
またこのとき、観察光学系４１の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像データおよび、観察光学系４１の焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の画像データを利用して、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求めるようにすれば、検出したい位置でそれぞれ焦点位置の合った鮮明な画像を得ることが可能となり、焦点深度の小さい光学系であっても、保護膜１５の縁部１６を高精度に検出することができる。
【００３５】
またこのとき、観察光学系４１の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像データに基づいて、保護膜１５の縁部１６の位置を検出するとともに、平坦部のぼけた像１４ａの位置と実際の平坦部１４ｂの位置との相関を利用して平坦部１４の位置を検出し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求めるようにすれば、観察光学系４１の焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせた撮像動作を最小限に抑えることができ、保護膜１５の縁部１６を高速で高精度に検出することができる。なお、撮像部４０によりウェハ１０のアペックス部１３近傍をウェハ１０の全周にわたって連続的に撮像し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌをウェハ１０の全周にわたって求める場合に、特に効果的である。
【００３６】
また、前述したように、レンズ駆動部４９を用いて結像レンズ４３を観察光学系４１の光軸Ａ２に沿って移動させることにより、観察光学系４１の焦点位置を変更するようにすれば、最小限の構成で観察光学系４１の焦点位置を変更することができる。なお、ウェハ１０に対する観察光学系４１の焦点位置を変更するには、結像レンズ４３に限らず、図示しない駆動装置を用いで、対物レンズ４２を（観察光学系４１の光軸Ａ２に沿って）移動させるようにしてもよく、撮像部４０（観察光学系４１）全体を（観察光学系４１の光軸Ａ２に沿って）移動させるようにしてもよい。
【００３７】
また、ウェハ１０に対する観察光学系４１の焦点位置を変更するには、撮像部４０（観察光学系４１）におけるいずれかの光学素子を移動させるのではなく、ウェハ保持機構２０を利用してウェハ１０を観察光学系４１の光軸に沿って平行移動させるようにしてもよい。このようにしても、撮像部４０（観察光学系４１）におけるいずれかの光学素子を移動させる場合と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、上述の実施形態において、第２撮像処理においてウェハ１０の全周にわたってアペックス部１３を撮像しているが、これに限られるものではなく、制御部６０の作動制御により、アペックス部１３における所望の角度位置範囲についてのみ撮像するようにしてもよい。これにより、アペックス部１３における所望の角度位置範囲についてのみ異常の有無を検査することができる。
【００３９】
また、上述の実施形態において、ウェハ１０の中心（回転対称軸Ａ１）を基準とした撮像部４０と反対側の方向から、レーザー装置７０（図１の二点鎖線を参照）により所定の色を有したレーザー光を照射するようにしてもよい。このようにすれば、ウェハ１０の平坦部１４と略平行に進む指向性の高いレーザー光が撮像部４０の撮像素子４６に到達するため、観察光学系４１の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像において、平坦部のぼけた像１４ａが映し出されるとしても、ウェハ１０とレーザー光との境界部分が平坦部として映し出されることから、第１撮像処理および相関測定処理を省略して相関測定部５５による相関データを用いずに、観察光学系４１の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像データから、平坦部１４の位置を検出し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求めることが可能になる。
【００４０】
また、上述の実施形態において、膜検出部５４は、観察光学系４１の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像データに基づいて、保護膜１５の縁部１６の位置を検出するとともに、図９に示すように、ウェハ１０の厚さ方向の中心位置１０ａおよび記憶部（図示せず）に記憶されたウェハ１０の厚さｔ（図５（ａ）も参照）から平坦部１４の位置を検出し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求めるようにしてもよい。このようにしても、第１撮像処理および相関測定処理を省略して相関測定部５５による相関データを用いずに、観察光学系４１の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像データから、平坦部１４の位置を検出し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求めることが可能になる。なお、ウェハ１０の厚さ方向の中心位置１０ａは、例えば、アペックス部１３と各べベル部１１，１２との境界部の位置を検出することにより、各境界部同士の中間位置として求めることができる。
【００４１】
また、上述の実施形態において、例えば図１０に示すように、観察光学系の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像および、観察光学系の焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の画像をそれぞれ同時に撮像し、観察光学系の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像から、保護膜１５の縁部１６の位置を検出するとともに、観察光学系の焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の画像から、平坦部１４の位置を検出し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求めるようにしてもよい。このようにしても、相関測定部５５による相関データを用いずに、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求めることができる。
【００４２】
図１０に示す第１の変形例に係る観察装置１００において、撮像部１４０は、ウェハ１０の外周端部近傍（アペックス部１３近傍）の像を結像させる（対物レンズ１４１およびハーフミラー１４４を含む）第１観察光学系１４２と、第１観察光学系１４２により結像されたウェハ１０の外周端部近傍の像を撮像するＣＣＤやＣＭＯＳ等の第１撮像素子１４６と、ウェハ１０の外周端部近傍の像を結像させる（対物レンズ１４１およびハーフミラー１４４を含む）第２観察光学系１５２と、第２観察光学系１５２により結像されたウェハ１０の外周端部近傍の像を撮像するＣＣＤやＣＭＯＳ等の第２撮像素子１５６と、これらが収容される筐体部１５８とを有して構成される。また、撮像部１４０には、落射照明４８や第１および第２レンズ駆動部１４７，１５７が設けられており、これらも筐体部１５８に収容されている。
【００４３】
落射照明４８からの照明光は、落射ミラー１４５で反射し、ハーフミラー１４４および対物レンズ１４１を介してウェハ１０の外周端部近傍を照明する。ウェハ１０からの反射光の半分は、対物レンズ１４１およびハーフミラー１４４を透過し、第１観察光学系１４２を構成する落射ミラー１４５および第１結像レンズ１４３を介して第１撮像素子１４６に導かれ、第１撮像素子１４６の撮像面上で結像したウェハ１０の外周端部近傍（アペックス部１３近傍）の像を第１撮像素子１４６が撮像する。一方、ウェハ１０からの反射光の残りの半分は、対物レンズ１４１を透過してハーフミラー１４４で反射し、第２観察光学系１５２を構成する反射ミラー１５３および第２結像レンズ１５４を介して第２撮像素子１５６に導かれ、第２撮像素子１５６の撮像面上で結像したウェハ１０の外周端部近傍（アペックス部１３近傍）の像を第２撮像素子１５６が撮像する。
【００４４】
第１レンズ駆動部１４７は、第１結像レンズ１４３を第１観察光学系１４２の光軸Ａ３に沿って移動させることにより、第１観察光学系１４２の（前側）焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせることができる。また、第２レンズ駆動部１５７は、第２結像レンズ１５４を第２観察光学系１５２の光軸Ａ４に沿って移動させることにより、第２観察光学系１５２の（前側）焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせることができる。これにより、観察光学系の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像および、観察光学系の焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の画像をそれぞれ同時に撮像することが可能になる。
【００４５】
なお、第１撮像素子１４６および第２撮像素子１５６により撮像された画像データは、それぞれ画像処理部１６０へ出力される。そして、画像処理部１６０の膜検出部（図示せず）は、観察光学系の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の画像から、保護膜１５の縁部１６の位置を検出するとともに、観察光学系の焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の画像から、平坦部１４の位置を検出し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求める。なお、第１観察光学系１４２および第２観察光学系１５２の焦点位置の関係は、逆であってもよい。
【００４６】
また、図１１に示すような構成としても、図１０に示した場合と同様の効果を得ることができる。図１１に示す第２の変形例に係る観察装置２００において、撮像部２４０は、ウェハ１０の外周端部近傍（アペックス部１３近傍）の像を結像させる観察光学系２４１と、観察光学系２４１により結像されたウェハ１０の外周端部近傍の像を撮像するＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子２５１と、これらが収容される筐体部２５２とを有して構成される。また、撮像部２４０には、落射照明４８や第１および第２レンズ駆動部２５３，２５４が設けられており、これらも筐体部２５２に収容されている。
【００４７】
落射照明４８からの照明光は、落射ミラー２４５で反射し、第１ハーフミラー２４４および対物レンズ２４２を介してウェハ１０の外周端部近傍を照明する。ウェハ１０からの反射光の半分は、観察光学系２４１の対物レンズ２４２および第１ハーフミラー２４４を透過し、さらに、落射ミラー２４５、第１結像レンズ２４３、および第２ハーフミラー２４６を介して撮像素子２５１に導かれる。一方、ウェハ１０からの反射光の残りの半分は、対物レンズ２４２を透過して第１ハーフミラー２４４で反射し、さらに、第１反射ミラー２４７、第２反射ミラー２４８、第２結像レンズ２４９、および第２ハーフミラー２４６を介して撮像素子２５１に導かれる。
【００４８】
第１レンズ駆動部２５３は、第１結像レンズ２４３を落射ミラー２４５と第２ハーフミラー２４６との間の光軸Ａ５に沿って移動させることにより、第１結像レンズ２４３を含む光学系の（前側）焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせることができる。また、第２レンズ駆動部２５４は、第２結像レンズ２４９を第２反射ミラー２４８と第２ハーフミラー２４６との間の光軸Ａ６に沿って移動させることにより、第２結像レンズ２４９を含む光学系の（前側）焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせることができる。これにより、光学系の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の像および、光学系の焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の像を、それぞれ同時に重ねて撮像素子２５１により撮像することが可能になる。
【００４９】
なお、撮像素子２５１により撮像された画像データは、それぞれ画像処理部２６０へ出力される。そして、画像処理部２６０の膜検出部（図示せず）は、光学系の焦点位置を保護膜１５の縁部１６に合わせたアペックス部１３近傍の像および、光学系の焦点位置を上ベベル部１１と平坦部１４との境界部Ｂに合わせたアペックス部１３近傍の像が重なった画像から、焦点が合った保護膜１５の縁部１６の位置および、焦点が合った平坦部１４の位置をそれぞれ検出し、ウェハ１０の厚さ方向における平坦部１４と保護膜１５の縁部１６との間の距離Ｌを求める。なお、第１結像レンズ２４３を含む光学系および第２結像レンズ２４９を含む光学系の焦点位置の関係は、逆であってもよい。
【００５０】
なお、変形例を含む上述の実施形態では、撮像素子として、２次元イメージセンサに限らず、ラインセンサタイプのＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  観察装置
１０  ウェハ（基板）
１１  上べベル部（傾斜部）              １２  下べベル部
１３  アペックス部                      １４  平坦部
１４ａ  平坦部のぼけた像                １４ｂ  実際の平坦部
１４ｃ  実際の平坦部（変形例）
１５  保護膜
１６  縁部（１６ａ  縁部のぼけた像）
２０  ウェハ保持機構
３０  照明部
３１  第１拡散照明                      ３６  第２拡散照明
４０  撮像部
４１  観察光学系                        ４６  撮像素子
４８  落射照明                          ４９  レンズ駆動部（焦点変更部）
５０  画像処理部
５４  膜検出部                          ５５  相関測定部
６０  制御部                            ６１  インターフェース部
７０  レーザー装置（反対側照明部）
１００  観察装置（第１の変形例）
１４０  撮像部
１４２  第１観察光学系                  １４６  第１撮像素子
１５２  第２観察光学系                  １５６  第２撮像素子
１４７  第１レンズ駆動部                １５７  第２レンズ駆動部
１６０  画像処理部（膜検出部）
２００  観察装置（第２の変形例）
２４０  撮像部
２４１  観察光学系                      ２５１  撮像素子
２５３  第１レンズ駆動部                ２５４  第２レンズ駆動部
２６０  画像処理部（膜検出部）
【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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