(57)【要約】【課題】ウェハの外周端部を全周にわたって短時間のうちに形状検出できる形状検出装置を提供する。【解決手段】形状検出装置1は、ウェハ保持部２０に支持されたウェハ１０の外周端部形状を検出する装置であって、ウェハ１０の外周端部に対して径方向外側の所定位置に配置されて外周端部を照明する拡散照明部３５と、ウェハ１０の表面に直交する方向に配置されて外周端部に対向し、拡散照明部３５から照射されて外周端部において反射した反射光の径方向に沿った輝度情報を検出する撮像部３０と、撮像部３０において検出された輝度情報を基にして外周端部形状を算出する演算制御部４０とを備えて構成される。【選択図】図１
2011145171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部に支持された円盤状の被検物の外周端部形状を検出する形状検出装置であって、
前記外周端部に対して径方向外側の所定位置に配置されて前記外周端部を照明する照明部と、
前記被検物に対して前記被検物の表面に直交する方向に配置されて前記外周端部に対向し、前記照明部から照射されて前記外周端部において反射した反射光の前記径方向に沿った輝度情報を検出する検出部と、
前記検出部において検出された前記輝度情報を基にして前記外周端部形状を算出する演算部とを備えて構成されることを特徴とする形状検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記径方向に沿って並んだ複数の撮像素子を備えて構成され、
前記撮像画素の各々は、前記撮像画素に対応する対応外周端部において反射した反射光の前記輝度情報を検出するように構成されており、
前記演算部は、前記撮像画素の各々において検出された前記輝度情報を基にして、前記被検物の表面に対する前記対応外周端部の傾きを算出して前記外周端部形状を算出することを特徴とする請求項１に記載の形状検出装置。
【請求項３】
前記支持部が、前記被検物の表面に直交する方向に延びた回転軸を中心に前記被検物を回転可能に構成されており、
前記支持部により前記被検物を回転させながら、前記検出部において前記外周端部全周分の前記輝度情報を検出することにより、前記演算部において前記外周端部全周の形状を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の形状検出装置。
【請求項４】
前記検出部が、前記被検物に対して前記被検物の表面に直交する方向の一方側に配置されて、前記外周端部のうちの前記一方側の前記輝度情報を検出するように構成され、
前記被検物に対して他方側に、前記検出部とは別に前記外周端部のうちの前記他方側の前記輝度情報を検出する他方側検出部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の形状検出装置。
【請求項５】
前記被検物が、半導体ウェハであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の形状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの端部の形状を検出する形状検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ（以下、単にウェハと称する）は、例えば厚みが１ｍｍ未満の薄い円盤状に形成されているため、加工工程の途中において外周端部に欠け、割れ等の欠陥が発生することがある。このような欠陥の発生を低減するために、切り出されたウェハの外周端部の全周にわたって面取りが施されている。この面取りが全周にわたって均一に形成されていることが望ましいが、場合によっては部分的に不均一に形成されることがある。このように、面取りが部分的に不均一に形成されて外周端部の形状にばらつきがあると、ウェハに回路を焼き付ける液浸露光プロセスにおいて種々の不具合の原因となり得る。そこで、ウェハの外周端部に対してウェハと平行な照明光を照射し、外周端部の影を撮像することで形状を検出する投影法や、ウェハの上方から外周端部を撮像して形状を検出する方法（例えば特許文献１参照）により検査することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６４６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来の検査方法は、外周端部の局所的な形状検出を主な目的としているため原理上高いスループットを得にくい構成となっており、外周端部を全周にわたって形状検出するには時間がかかるという課題があった。
【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、ウェハの外周端部を全周にわたって短時間のうちに形状検出できる形状検出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、本発明に係る形状検出装置は、支持部に支持された円盤状の被検物の外周端部形状を検出する形状検出装置であって、前記外周端部に対して径方向外側の所定位置に配置されて前記外周端部を照明する照明部と、前記被検物に対して前記被検物の表面に直交する方向に配置されて前記外周端部に対向し、前記照明部から照射されて前記外周端部において反射した反射光の前記径方向に沿った輝度情報を検出する検出部と、前記検出部において検出された前記輝度情報を基にして前記外周端部形状を算出する演算部とを備えて構成される。
【０００７】
なお、上述の形状検出装置において、前記検出部は、前記径方向に沿って並んだ複数の撮像素子を備えて構成され、前記撮像画素の各々は、前記撮像画素に対応する対応外周端部において反射した反射光の前記輝度情報を検出するように構成されており、前記演算部は、前記撮像画素の各々において検出された前記輝度情報を基にして、前記被検物の表面に対する前記対応外周端部の傾きを算出して前記外周端部形状を算出することが好ましい。
【０００８】
また、上述の形状検出装置において、前記支持部が、前記被検物の表面に直交する方向に延びた回転軸を中心に前記被検物を回転可能に構成されており、前記支持部により前記被検物を回転させながら、前記検出部において前記外周端部全周分の前記輝度情報を検出することにより、前記演算部において前記外周端部全周の形状を算出することが好ましい。
【０００９】
さらに、上述の形状検出装置において、前記検出部が、前記被検物に対して前記被検物の表面に直交する方向の一方側に配置されて、前記外周端部のうちの前記一方側の前記輝度情報を検出するように構成され、前記被検物に対して他方側に、前記検出部とは別に前記外周端部のうちの前記他方側の前記輝度情報を検出する他方側検出部を備えたことが好ましい。
【００１０】
なお、上述の形状検出装置において、前記被検物が、半導体ウェハであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ウェハの外周端部を全周にわたって短時間のうちに形状検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る形状検出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】ウェハと撮像素子との位置関係を示した斜視図である。
【図４】上ベベル部１１に拡散光が照射された状態を示す図であって、（ａ）は傾斜角θが０＜θ＜４５°の状態を、（ｂ）は傾斜角θが４５°＜θ＜９０°の状態をそれぞれ示す。
【図５】撮像素子と高さ変化との関係を示した概略図である。
【図６】（ａ）は光量と傾斜角との関係を、（ｂ）は高さ変化と傾斜角との関係をそれぞれ示したグラフである。
【図７】（ａ）は光量と径方向位置との関係を、（ｂ）は高さ変化と径方向位置との関係を、（ｃ）はウェハ表面からの高さ位置と径方向位置との関係をそれぞれ示したグラフである。
【図８】検出結果の表示例である。
【図９】（ａ）は偏芯補正を行わず上ベベル部を撮像した結果を、（ｂ）は偏芯補正を行いながら上ベベル部を撮像した結果をそれぞれ示す。
【図１０】（ａ）は偏芯補正を行わず端部形状を検出した場合の検出結果を、（ｂ）は偏芯補正を行いながら端部形状を検出した場合の検出結果をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１には、本発明に係る形状検出装置の一例を示している。図１に示す形状検出装置１は、ウェハ１０の外周端部の形状を検出するためのものである。まず、形状検出装置１の概略構成について、図１〜３を参照しながら説明する。
【００１４】
形状検出装置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の外周端部を撮像する撮像部３０と、ウェハ１０の外周端部近傍を照明する拡散照明部３５と、撮像部３０で撮像された画像データが入力される演算制御部４０と、各種データを記憶する記憶部４１とを備えて構成される。
【００１５】
検査対象であるウェハ１０は薄い円盤状に形成されており、図２に示すように、上側表面１０ａ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（図示せず）が形成されることになる。また、下側表面１０ｂにおける外周端部内側には、上ベベル部１１に対して表裏対称となった下ベベル部１２が形成される。そして、上ベベル部１１と下ベベル部１２とに滑らかに繋がるウェハ１０の径方向端部に、略平面となったアペックス部１３が形成される。なお、本実施形態においては、主として、上側表面１０ａに膜がコーティングされる前のウェハ１０、すなわち、外周端部（上ベベル部１１、下ベベル部１２およびアペックス部１３）を含めた表面全体の反射率が均一に略１となったベアウェハを検査対象としている。
【００１６】
ウェハ保持部２０は、図１に示すように、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。
【００１７】
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が回転軸２２（回転対称軸Ｏ）を中心として回転駆動される。また、基台２１は、内部に水平移動機構（図示せず）が設けられたベース部材（図示せず）に取り付けられており、水平移動機構によりベース部材対して水平方向に移動自在となっている。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。
【００１８】
撮像部３０は、図１に示すように、落射照明３２を備えた顕微鏡部３１と、一次元センサ（例えばラインＣＣＤ）である撮像素子３４が複数内蔵されたカメラ本体３３とを備えて構成される。また、図１から分かるように、撮像素子３４は、ウェハ１０に対して回転対称軸Ｏ（上側表面１０ａに対する法線方向）と略平行な光軸を有する撮像光学系を備え鉛直上方に配置され、撮像素子３４の撮像面がウェハ１０の上ベベル部１１と対向した状態で、ウェハ１０の径方向に沿って直線状に並んでいる。そして、外側端部の撮像素子３４はアペックス部１３よりも径方向外側に位置するとともに、内側端部の撮像素子３４は上側表面１０ａと対向している。この撮像素子３４は、撮像面に対して直交する方向からの光のみを検出可能となっている。
【００１９】
拡散照明部３５は、図１に示すように、ウェハホルダ２３（ウェハ１０）の径方向外側に配置されて、回転対称軸Ｏと直交する方向からウェハ１０の外周端部近傍を拡散照明するようになっている。この拡散照明部３５は、ウェハ１０の厚みに対して回転対称軸Ｏの方向に十分に長く延びて形成された板状部材３６と、当該板状部材３６に取り付けられた多数のＬＥＤ照明３７等を有して構成される。そのため、ＬＥＤ照明３７からアクリル板（図示せず）を透過して得られる拡散光により、ウェハ１０の外周端部近傍を均一に拡散照明できるようになっている。なお、拡散照明部３５は、ウェハ１０の外周端部に対してウェハ１０の径方向外側の所定位置、例えば外周端部から距離Ｄの位置に設けられている（図２参照）。
【００２０】
このような構成により、ウェハ保持部２０に支持されたウェハ１０を回転させると、撮像部３０の撮像領域に対して、ウェハ１０の外周端部近傍、すなわち上ベベル部１１がウェハ１０の周方向へ相対回転する。そのため、上ベベル部１１と対向するように配置された撮像部３０は、上ベベル部１１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の全周にわたって上ベベル部１１を撮像することが可能になる。なお、撮像部３０は、上側表面１０ａからアペックス部１３に至るまでの焦点深度を有している必要があるため、テレセントリック光学系を用いた構成が好ましい。
【００２１】
演算制御部４０は、ウェハ保持部２０、撮像部３０、拡散照明部３５、および演算制御部４０のそれぞれと電気接続されている。そして、ウェハ保持部２０および拡散照明部３５に対して駆動信号を出力することにより、これらの駆動を制御できるようになっている。また、演算制御部４０は、撮像部３０で撮像された画像データが入力されるとともに、記憶部４１との間で各種データを入出力可能となっている。なお、演算制御部４０は、例えば出力画面を備えたインターフェース部４２と電気接続されており、演算制御部４０において得られた処理結果がインターフェース部４２に出力されるようになっている。
【００２２】
以上ここまでは、形状検出装置１の概略構成について説明した。以下において、このように構成される形状検出装置１を用いて、ウェハ１０の外周端部のうち上ベベル部１１の形状を検出する検出方法について、図４〜８を追加参照しながら説明する。
【００２３】
上記検出を行う際には、ウェハホルダ２３に吸着保持されたウェハ１０を所定の回転速度で回転させるとともに、ＬＥＤ照明３７を点灯させてウェハ１０の外周端部を径方向外側から照明しながら、撮像部３０によりウェハ１０の外周端部を連続して撮像することで、ウェハ１０の外周端部を全周にわたって撮像する。そして、演算制御部４０において、撮像部３０で得られた画像データ（輝度データ）を基にして上ベベル部１１の形状を検出するようになっている。この形状検出装置１は、撮像部３０における撮像方法および演算制御部４０におけるデータ処理に特徴を有している。そこで、まず形状検出装置１の特徴の１つである撮像部３０における撮像方法について、以下に詳しく説明する。
【００２４】
図２に示すように、ウェハ１０の外周端部（上ベベル部１１）に対して、径方向外側から拡散光を照射した場合、上述のようにウェハ１０は反射率が均一に略１とし、上ベベル部１１における拡散反射の影響は無視できるものとする。このとき、図４（ａ）に示すように、上側表面１０ａに対して傾斜角θ（０＜θ＜４５°）となった上ベベル部１１について考えてみる。この上ベベル部１１と対向した（真上に位置した）撮像素子３４では、上ベベル部１１において鏡面反射した反射光のうち、回転対称軸Ｏと平行な方向に鏡面反射した反射光Ｉａの光量（輝度）が検出される。この反射光Ｉａは、上ベベル部１１の法線ｎに対して角度θだけ傾斜していることから分かるように、発光点３５ａから上ベベル部１１に向けて、拡散照明部３５の表面に対して角度２θをなして照射された拡散光Ｉｂが鏡面反射されたものである。このように、上ベベル部１１（観察点）の傾斜角θに基づいて、入射光の方向および発光点が決定される。なお、上ベベル部１１の径方向寸法に対して、ウェハ１０の外周端部と拡散照明部３５との間の距離Ｄは十分に長いため、上ベベル部１１上の観察点が異なったとしても、観察点と拡散照明部３５との間の距離Ｄは一定とみなすことができる。
【００２５】
一般的に、拡散光の光量は、距離の２乗に比例して減衰することが知られている。そのため、図４（ａ）の場合、発光点３５ａにおける光量をIorg、上ベベル部１１上の観察点と対向した撮像素子３４に入射する反射光Ｉａの光量をＩとしたとき、次式（１）の関係が成立する。
【００２６】
I＝Iorg／r2  …  （１）
【００２７】
例えば上ベベル部１１上の傾斜角４５°となった観察点においては、拡散照明部３５の表面に対して角度９０°をなして照射された拡散光が鏡面反射されて、この観察点に対向する撮像素子３４において反射光の光量が検出される。この傾斜角θ＝４５°の場合に、上ベベル部１１上の観察点と発光点との距離が最も短く（距離Ｄに）なり、式（１）から分かるように、検出される反射光の光量が最大となる。ここで、傾斜角θ＝４５°の場合に検出される反射光の光量をImaxと設定すると、次式（２）の関係が成立し、この式（２）を変形することで、検出された光量Ｉを基にして傾斜角θを算出するための次式（３）が求まる。なお、光量Imaxについては、上ベベル部１１の形状検出を開始する前に、予め測定して記憶部４１に記憶しておいても良い。
【００２８】
I／Imax＝ D2／r2  ＝ [sin2θ] 2  （0＜θ＜45°）  …  （２）
θ＝0.5 sin-1 [(I／Imax) 1/2]   （0＜θ＜45°）  …  （３）
【００２９】
次に、図４（ｂ）に示すように、上側表面１０ａに対して傾斜角θ（４５°＜θ＜９０°）となった上ベベル部１１について考えてみる。この上ベベル部１１上の観察点に対向した撮像素子３４では、図４（ａ）の場合と同様に、観察点において鏡面反射した反射光のうち、回転対称軸Ｏと平行な方向に鏡面反射した反射光Ｉｃの光量が検出される。この反射光Ｉｃは、上ベベル部１１の法線ｎに対して角度θだけ傾斜していることから分かるように、発光点３５ｂから観察点に向けて、拡散照明部３５の表面に対して角度（１８０°−２θ）をなして照射された拡散光Ｉｄが鏡面反射されたものである。
【００３０】
この図４（ｂ）の場合も式（１）が成立し、傾斜角θ＝４５°の場合に検出される反射光の光量をImaxと設定することにより、次式（４）の関係が成立する。さらに、式（４）を変形することで、検出された光量Ｉを基にして傾斜角θを算出するための次式（５）が求まる。
【００３１】
I／Imax＝ [sin(180°−2θ)] 2  （45°＜θ＜90°）  …  （４）
θ＝90°−0.5 sin-1 [(I／Imax) 1/2]   （45°＜θ＜90°）  …  （５）
【００３２】
図６（ａ）には、縦軸にI／Imax、横軸に傾斜角をとったグラフを示している。このグラフから分かるように、傾斜角が０°および９０°近傍の場合には検出される光量がほぼ零で、傾斜角が４５°近傍の場合には最大の光量が検出される。このように、傾斜角θと検出される光量とが対応しているので、検出された光量に基づいて傾斜角を正確に算出できる。
【００３３】
以上、撮像部３０における撮像方法について説明した。次に、形状検出装置１の特徴の１つである演算制御部４０におけるデータ処理について、以下に詳しく説明する。
【００３４】
演算制御部４０には、上述のようにして各撮像素子３４において検出された反射光の光量が、輝度データとして入力される。上記の式（３）および式（５）は演算制御部４０内に設定されており、演算制御部４０は、入力された輝度データを式（３）または式（５）に当てはめて、各撮像素子３４における傾斜角θを算出する。
【００３５】
次に、図５に示すように、光量（輝度）を検出する最小単位である撮像素子３４の径方向寸法をｄとしたときの、撮像素子３４内における高さ変化Δｈ、すなわちウェハ１０の厚み方向への変化量を、上記のようにして算出された傾斜角θを用いて、次式（６）により求める。
【００３６】
Δｈ＝ｄ×tanθ  …  （６）
【００３７】
上記式（６）を、各撮像素子３４に適用することにより、各撮像素子３４に対応したベベルにおける高さ変化Δｈを求めることができる。
【００３８】
図６（ｂ）には、径方向寸法ｄが例えば３.２５μｍの撮像素子３４を用いたときの、高さ変化Δｈと傾斜角θとの関係の一例を示している。この図６の例では、傾斜角θが約０〜７５°の範囲においては、傾斜角θの増加に伴って緩やかに高さ変化Δｈが増加し、傾斜角θが約７５°を越えた付近から急激に高さ変化Δｈが増加していることが分かる。
【００３９】
このようにして、各撮像素子３４に対応した光量Ｉ（I／Imaxとして最大値を１としたもの）、傾斜角θ、および高さ変化Δｈが算出される。これら算出された値を基にして、図７（ｂ）に示すように、縦軸に高さ変化Δｈ、横軸に上側表面１０ａと上ベベル部１１との境界部を零とした径方向位置をそれぞれとり、各撮像画素３４の径方向位置と各撮像画素３４内における高さ変化Δｈとの関係を求める。なお、図７（ｂ）の関係を求める際に、図７（ａ）に示す各撮像画素３４の径方向位置と各撮像画素３４において検出された光量との関係を併せて求め、図７（ａ）と図７（ｂ）とを対比させることにより、誤検出の有無等を確認できるようになっている。
【００４０】
そして、図７（ｂ）に示された各撮像画素３４での高さ変化Δｈを、径方向に積算することにより、上ベベル部１１の断面形状が算出できる（図７（ｃ）参照）。この図７（ｃ）は、縦軸にウェハ表面からの高さ位置、横軸に上側表面１０ａと上ベベル部１１との境界部を零とした径方向位置をそれぞれとっている。以上ここまで、演算制御部４０におけるデータ処理について説明した。上述した内容は、撮像部３０において撮像された１組（１セット）の画像に対する演算制御部４０のデータ処理である。よって、ウェハ１０を回転させながら、撮像部３０により連続的に外周端部を撮像し、得られた各画像を演算制御部４０においてデータ処理を施すことにより、ウェハ１０全周分の上ベベル部１１の断面形状を算出できる。
【００４１】
例えば半導体メーカーにおいては、従来、背景技術で述べた投影法を用いて端部形状を検査していた。この投影法は、形状検出に比較的時間がかかるために、全ベアウェハの全周を検査するのではなく一部のベアウェハを抜き取って検査を行っていた。そのため、検査したベアウェハに異常がない場合であっても、残りの検査されていないベアウェハの中に異常のあるものが存在している可能性が皆無ではなく、後の液浸露光プロセスにおいて種々の不具合の原因ともなり得る。これに対して、形状検出装置１においては、上述のようにして撮像部３０で撮像するとともに演算制御部４０でデータ処理を行うことにより、ウェハ１０を回転させながら外周端部を単に撮像する場合と同等の処理速度で、短時間のうちに全周分の上ベベル部１１の断面形状を検出可能となる。そのため、例えば従来と同等の検査時間でありながら、一部のベアウェハのみではなく全てのベアウェハを検査することが可能となる。よって、異常のあるベアウェハを見逃すことなく確実に検出でき、従来の抜き取り検査と比較して検査精度を向上させることができる。
【００４２】
図８には、以上のようにして検出された検出結果の表示例を示している。第１表示部５０には、縦軸に径方向位置、横軸に角度位置をそれぞれとり、各ウェハ１０の各回転位置において撮像された実際の画像を帯状に並べたものが表示されている。第１表示部５０においては、反射光が検出されない（極弱い反射光しか検出されない）上側表面１０ａやアペックス部１３よりも径方向外側は暗く表示され、一方、傾斜角θに応じた反射光が検出される上ベベル部１１は明るく表示されている。そのため、明るい表示と暗い表示との境界線を確認することにより、上側表面１０ａと上ベベル部１１との境界部分の異常、及びベベル幅の変動を検査できる。なお、拡散照明部３５は有限の大きさであるため厳密には上ベベル部１１の境界部際の反射光を観察できない場合がある。しかし、このような場合も、明るい表示と暗い表示との境界線を上側表面１０ａと上ベベル部１１との境界部分と見なすことができる。
【００４３】
第３表示部７０には、上ベベル部１１（ウェハ１０）を上方から見た等高線表示がなされている。例えば、上側表面１０ａからの高さ位置を表示色の濃淡に反映させた表示を行うことにより、ウェハ１０における位置と上側表面１０ａからの高さ位置とを直感的に把握することができる。第４表示部８０には、観察者が第１表示部５０または第３表示部７０で任意の角度位置を選択することにより、その選択された角度位置における上ベベル部１１の断面図が表示される。そのため、観察者は、第１表示部５０および第３表示部７０を観察して、より詳細に観察したい部分がある場合には、その部分を選択することで第４表示部８０に詳細に表示させることができる。
【００４４】
以上ここまでは、形状検出装置１について説明した。以下においては、上述の形状検出装置１に対して、いくつかの部材が追加されて構成された形状検出装置１'について説明する。この形状検出装置１'は、上ベベル部１１の断面形状が検出できることに加えて、下ベベル部１２の断面形状も検出できる構成となっている。
【００４５】
図１には、形状検出装置１'の概略構成図を示しており、この図１を参照しながら形状検出装置１'の概略構成について説明する。形状検出装置１'は、形状検出装置１に対して、撮像部３０と同一構成となって下ベベル部１２（撮像部３０）と対向した下側撮像部１１０と、アペックス部１３（図２参照）と対向した側端撮像部（不図示の照明部を備えている）１２０と、ウェハ１０の下側に配置された照明部１３０と、ウェハ１０を挟んで照明部１３０と対向して配置されたラインセンサ１４０とを追加して構成される。
【００４６】
このように構成される形状検出装置１'を用いて、ウェハ１０の外周端部の形状を検出する方法について、以下に説明する。形状検出を開始する前に、照明部１３０から上方に向けて照明光を照射させた状態でウェハ１０を１回転させ、ウェハ１０の外周端部をラインセンサ１４０で撮像する。そうすることにより、外周端部に形成されたノッチ部（図示せず）を基準にして、各回転位置におけるウェハ１０の側端部形状を記憶部４１に記憶させる（プリ・アライメント）。
【００４７】
続いて、ウェハ１０を回転させながら、撮像部３０により上ベベル部１１を、下側撮像部１１０により下ベベル部１２を、側端撮像部１２０によりアペックス部１３をそれぞれ撮像する。そして、演算制御部４０は、撮像部３０および下側撮像部１１０において検出された輝度データを基に、上述と同様にして上ベベル部１１および下ベベル部１２のそれぞれの断面形状を算出する。そうすることにより、ウェハ１０の端部全体（上ベベル部１１、下ベベル部１２およびアペックス部１３）の形状を検出できる。
【００４８】
側端撮像部１２０において撮像された実際の画像は、例えば図８における第２表示部６０のように、帯状に並べて表示される。第２表示部６０のように表示することにより、側端撮像部１２０と対向したアペックス部１３は比較的強い反射光が入射するので明るく表示され、上下にずれるほど入射する反射光が弱くなり暗く表示される。そのため、明るい表示と暗い表示との境界部分を確認することにより、上ベベル部１１とアペックス部１３との境界部分、および下ベベル部１２とアペックス部１３との境界部分に異常がないかを検査できる。また、第１表示部５０に対して横軸（角度位置）を揃えて表示することにより、第１表示部５０と第２表示部６０との対比が容易となり、相互の算出結果の検証用としても使用できる。
【００４９】
上記のようにしてウェハ１０を回転させる際、演算制御部４０は、記憶部４１に記憶されたウェハ１０の側端部形状を基にして、ウェハ１０の側端部が撮像部３０（下側撮像部１１０）の所定撮像画素と対向するように水平移動機構を駆動させる。すなわち、ウェハ１０とウェハホルダ２３との中心位置のずれを補正（偏芯補正）しながら、撮像部３０、下側撮像部１１０および側端撮像部１２０により撮像を行う。なお、上記偏芯補正は、側端撮像部１２０に焦点深度の浅い光学系を用いた場合に、特に有効である。
【００５０】
図９（ｂ）には、撮像部３０の落射照明３２をオフにして、偏芯補正を行いながら上ベベル部１１を撮像したときの画像を示している。この図９（ｂ）から分かるように、偏芯補正を行うことにより、ウェハ１０の側端部が近似ライン７１に揃えられた画像を取得できる。そのため、この図９（ｂ）を観察することにより、上ベベル部１１の径方向寸法の異常を容易に検査可能となる。なお、落射照明３２をオンにした状態で撮像部３０により撮像したとき、上側表面１０ａも明るく撮像されるが、この場合、ＥＢＲ(Edge Bead Removal)検出で使用する境界検出アルゴリズム等を利用することで、上側表面１０ａと上ベベル部１１との境界は容易に検出できる。
【００５１】
また、図１０（ｂ）に、偏芯補正を行いながら撮像された上ベベル部１１の画像を基に作成された上ベベル部１１（ウェハ１０）の等高線表示を示している。この図１０（ｂ）は、図９（ｂ）と同様に、ウェハ１０の側端部が近似ライン７１に揃えられているので、上ベベル部１１の径方向寸法の異常を容易に検査できる。なお、偏芯補正を行った場合にも、各角度位置での偏芯補正量を用いて撮像された画像を偏心補正量分だけ逆にずらすことにより、実質的に、後述する偏芯補正を行わない場合と同様の画像を得ることができる。
【００５２】
ところで、上述のようにウェハ１０を回転させながら偏芯補正を行う方法以外に、水平移動機構を駆動させず偏芯補正を行うことなく撮像部３０、下側撮像部１１０および側端撮像部１２０により撮像を行う方法もある。このように、偏芯補正を行うことなく上ベベル部１１を撮像したときの画像を図９（ａ）に示している。この図９（ａ）から、ウェハ１０の側端部と近似ライン７1との間隔（ずれ量）を観察することにより、側端部における径方向の相対的な凹凸を容易に把握できる。また、図１０（ａ）に、偏芯補正を行うことなく撮像された上ベベル部１１の画像を基に作成された上ベベル部１１（ウェハ１０）の等高線表示を示している。この図１０（ａ）からも、側端部の径方向の凹凸を容易に把握可能である。
【００５３】
なお、形状検出装置１'において、撮像部３０（下側撮像部１１０）における撮像素子３４の径方向位置と、ウェハホルダ２３の回転中心（回転対称軸Ｏ）の位置との絶対値補正を行うことにより、上記近似ライン７１（の直径）が一意的に決定される。そのため、近似ライン７１の中心からウェハ１０の側端部までの絶対値、すなわちウェハ１０の外周形状を求めることが可能となる。
【００５４】
上述の形状検出装置１（１'）は、従来のウェハエッジ欠陥検査装置に対して、大部分の構成を流用しつつ、検査対象の全ウェハ１０について全周にわたって検査可能である。また、形状検出装置１（１'）においては、欠陥検出用に取得した画像をそのまま流用することにより、演算制御部４０において端部形状を検出することも可能である。
【００５５】
上述の実施形態において、検査対象であるウェハ１０の外周端部にゴミ等が付着している場合には、その部分に対応した撮像素子３４において検出される反射光の光量が低下して、誤った傾斜角θが算出される虞がある。このことを防止するために、例えば、隣接する撮像素子３４における輝度データと比較して極端に異なっている異常値データを除去する、または隣接する撮像素子３４同士の輝度データを平均化する等、種々の方法を採用することが好ましい。あるいは、上記欠陥検出結果を利用して、異常値となる画像データの使用をマスクすることも可能である。なお、図７に示す例では、隣接する（周方向の）角度位置３°分に相当する輝度データを平均化して使用している。
【００５６】
上述の実施形態において、撮像時に複数の輝度データ（例えば角度位置３°分）を平均化して一組の輝度データとして取得するとともに、演算制御部４０において処理することも可能である。このようにすると、形状検出の精度を確保しつつ演算処理負担を軽減することができるので、装置全体としてのスループットを向上させることが可能となる。ウェハ端面形状は、SEMI（Semiconductor Equipment and Materials International）-M1-0298に基づいたテンプレートに適合するように、ウエハメーカとデバイスメーカの間で取り決めが行われる場合もある。そのような場合、従来は処理速度の制約から取り決めと適合しているかを検査できなかった。本実施形態では処理速度が向上しているため、ウェハ端面形状が取り決めと適合しているかを全数検査できるようになった。
【００５７】
上述の実施形態において、回転対称軸Ｏの方向に延びて形成された板状部材３６に対してＬＥＤ照明３７が取り付けられた構成の拡散照明部３５を用いた構成を例示したが、この拡散照明部３５に代えて、ウェハ１０の外周端部を覆うように湾曲して形成された板状部材にＬＥＤ照明が取り付けられて構成された拡散照明部を用いる構成でも良い。また、回転対称軸Ｏの方向に延びて形成された拡散照明部３５に代えて、回転対称軸Ｏの方向にコンパクトに形成した上でミラー等を追加した構成の拡散照明部を用いても良い。この構成の場合、ミラー等を用いて拡散光を反射させることにより、例えば上側表面１０ａと上ベベル部１１との境界近傍に照射可能となり、拡散照明部３５を用いた場合と同様の効果が達成できる。さらに、拡散光を得るためのアクリル板を備えた拡散照明部３５に代えて、アクリル板を用いることなく複数のＬＥＤ照明３７を回転対称軸Ｏの方向に沿って配置した構成でも良い。この構成の場合も、ウェハ１０の外周端部近傍に拡散光を照射できる。
【００５８】
また、上述の実施形態において、一次元センサとしての撮像素子３４を備えた撮像部３０を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、一次元センサとしての撮像素子３４に代えて、二次元センサとしての撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳ等）を用いた構成でも良い。この構成の場合、画像処理部４０において行われるデータ処理は、一次元センサを用いた場合と比較して一定の幅（角度分）を１つのデータとして扱うこととなる点を除いては、同様である。また、異常な輝度を検出した場合に、傷などの異常がある表示を行うこともできる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｏ  回転対称軸（回転軸）
１  形状検出装置
１０  ウェハ（被検物）
２０  ウェハ保持部（支持部）
３０  撮像部（検出部）
３４  撮像素子
３５  拡散照明部（照明部）
４０  演算制御部（演算部）
１１０  下側撮像部（他方側検出部）
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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