(57)【要約】【課題】一式の光学系により、端部の表面、裏面、側面の撮像が可能な端部検査装置を提供する。【解決手段】円盤状の被検物体１の端部上面１ａ、端部下面１ｂ及び端部側面１ｃを撮像して、被検物体１の端部のキズや異物、膜の異常を検出する端部検査装置であって、被検物体１の端部上面１ａ及び下面１ｂ、側面１ｃを撮像する光学系は、共通の対物レンズ７を有し、かつ、物体側にテレセントリックであり、前記被検物体端部側面を撮像する光学系は前記テレセントリックな光学系にアフォーカルな拡大光学系５、６を含んでいて、前記被検物体端部上面１ａ、下面１ｂ、及び端面１ｃの像が同一平面上１１に結像することを特徴とする端部検査装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平な被検物体の端部上面、端部下面及び端部側面を撮像するための３つの光路と、前記３つの光路に共通な対物レンズを有し、前記端部側面を撮像する光路は、前記対物レンズの物体側に拡大光学系を有し、前記被検物体の端部上面、端部下面、及び端部端面の像が同一平面上に結像するように配置されたことを特徴とする端部検査装置。
【請求項２】
前記拡大光学系はアフォーカル光学系であり、前記３つの光路は物体側にテレセントリックであることを特徴とする請求項１に記載の端部検査装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の端部検査装置であって、端部上面及び下面を観察する光束が、前記被検物体の中心軸を含む面内で折り曲げられ、前記被検物の端部上面、端部下面、及び端部側面の像が、一直線上に結像することを特徴とする端部検査装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の端部検査装置であって、前記アフォーカル光学系のレンズ群の有効径をφ、拡大倍率をβ、前記対物レンズの開口数をＮＡ、前記被検物体の側面から前記アフォーカル光学系のうち物体側のレンズ群の主平面までの距離をｅ３、前記被検物体上面及び下面を撮像する光束が、被検物体の端面に垂直な平面と交わる位置から、前記被検物体上面及び下面に至る距離をＤ、前記被検物体のエッジの厚さをｔとするとき、
【数１】
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であることを特徴とする端部検査装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の端部検査装置が組み込まれていることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの円盤状の被検物体の端部上面，端部下面及び端部側面を撮像して、前記被検物体の端部のキズや異物、膜の異常を検出する端部検査装置、及びそれを組み込んだ露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高密度化に伴い、露光装置に要求される分解能が益々高まってきており、その対策として、液浸式露光装置が開発され、実用化されている。一方、半導体ウェハでは半導体素子の収率を上げるために半導体ウェハ周辺まで露光を行うことが望ましく、このような半導体ウェハを使用するときには、液浸式露光装置の場合、半導体ウェハの周辺部まで浸液状態にする必要がある。このときに、半導体ウェハ端部に異物や膜の異常があると、浸液により異物や膜の一部が浮き上がり、焼き付けパターンの上に張り付くような問題が発生しやすくなる。よって、半導体ウェハの端部検査を行うことがより重要になってきている。
【０００３】
従来、半導体ウェハの端部の表面検査を行う場合には、特開２００６−６４９７５号公報（特許文献１）に開示されているように、表面、裏面、側面の三方向用の光学系を別々に用意して、それぞれ独立に画像を取り込み、画像処理を行って、異物や膜の剥離，膜内の気泡、膜の回り込みなどが無いか検査していた。半導体ウェハの場合、端部検査で発見される欠陥は偶発的に発生するものなので、すべての半導体ウェハに対し検査を行う必要がある。
【特許文献１】特開２００６−６４９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、三方向に光学系を設けることは検査装置を複雑にし、かつ、三つの方向からの画像処理を行う必要があり、検査時間が長くなってしまうという問題点がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、一式の光学系により、端部の表面、裏面、側面の撮像が可能な端部検査装置、及びこれを組み込んだ露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、扁平な被検物体の端部上面、端部下面及び端部側面を撮像するための３つの光路と、前記３つの光路に共通な対物レンズを有し、前記端部側面を撮像する光路は、前記対物レンズの物体側に拡大光学系を有し、前記被検物体の端部上面、端部下面、及び端部端面の像が同一平面上に結像するように配置されたことを特徴とする端部検査装置である。
【０００７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記拡大光学系はアフォーカル光学系であり、前記３つの光路は物体側にテレセントリックであることを特徴とするものである。
【０００８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、端部上面及び下面を観察する光束が、前記被検物体の中心軸を含む面内で折り曲げられ、前記被検物の端部上面、端部下面、及び端部側面の像が、一直線上に結像することを特徴とするものである。
【０００９】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記アフォーカル光学系のレンズ群の有効径をφ、拡大倍率をβ、前記対物レンズの開口数をＮＡ、焦点距離をｆ１、前記被検物体の側面から前記アフォーカル光学系のうち物体側のレンズ群５の主平面までの距離をｅ３、前記被検物体上面及び下面を撮像する光束が、被検物体の端面に垂直な平面と交わる位置から、前記被検物体上面及び下面に至る距離をＤ、前記被検物体のエッジの厚さをｔとするとき、
【数１】
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であることを特徴とするものである。
【００１０】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかである端部検査装置が組み込まれていることを特徴とする露光装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一式の光学系により、端部の表面、裏面、側面の撮像が可能な端部検査装置、及びこれを組み込んだ露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である端面検査装置の概要を示す図である。被検物体である半導体ウェハ１は水平面内で回転可能なウェハホルダ２に吸着されている。ウェハホルダ２には半導体ウェハ１を回転させるための不図示の駆動機構が取り付けられていて、制御系からの信号に基づき回転動作が行われる。
【００１３】
半導体ウェハ１の端部の近傍には、半導体ウェハ１の表面の一部を観察するためのミラー３と半導体ウェハ１の裏面の一部を観察するためのミラー４と半導体ウェハ１の側面を観察するためのアフォーカル光学系５、６が半導体ウェハ１の回転軸を含む面内に配置されている。半導体ウェハ１の表面上の一点１ａから発した光線はミラー３で反射され、半導体ウェハ１の面とほぼ平行な方向に向きを変えて受光光学系の対物レンズ７に入射する。同様に、半導体ウェハ１の裏面上の一点１ｂから発した光線はミラー４で反射され、半導体ウェハ１の面とほぼ平行な方向に向きを変えて受光光学系の対物レンズ７に入射する。
【００１４】
半導体ウェハ１の側面から発した光は、アフォーカル光学系５、６を透過して所定の倍率βに拡大された後、受光光学系の対物レンズ７に入射する。
【００１５】
受光光学系では対物レンズ７が集光した光を開口絞り８を介して結像光学系１０により一次元ラインセンサ１１上に結像させる。このとき、対物レンズ７は物体側にテレセントリックな配置をされているので、対物レンズ７の主平面と開口絞り８との間隔は対物レンズ７の焦点距離ｆ１に等しい。又、対物レンズ７の焦点面が半導体ウェハ表面の点１ａ及び半導体ウェハ裏面の点１ｂとに一致するように、つまり、対物レンズ７の主点面と半導体ウェハ１の表面及び裏面の間隔がミラー３又は４を介して対物レンズ７の焦点距離焦点深度の範囲内で一致するように配置している。
【００１６】
以下、半導体ウェハ１の側面を観察する光学系の構成について詳しく説明する。上述のように、対物レンズ７はテレセントリックなので、半導体ウェハ１の側面１ｃを同じ像面で観察するためにはアフォーカル光学系５、６を入れて、観察主光線の平行を保証する必要がある。
【００１７】
図２に光学的なパラメータを書き込んだ半導体ウェハ１の端面付近を示す。アフォーカル光学系の物体側のレンズ群５の焦点距離をｆ３、アフォーカル光学系の像側のレンズ群６の焦点距離をｆ２、半導体ウェハ１の側面１ｃからアフォーカル光学系のうち物体側のレンズ群５の主平面までの距離をｅ３、アフォーカル光学系の二つのレンズ群５、６の主平面間隔をｅ２、アフォーカル光学系の像側のレンズ群６の主平面から対物レンズ７の主平面までの距離をｅ１とする。
【００１８】
ここで、対物レンズ７の主平面から半導体ウェハ１上の表面の観察点１ａ又は裏面の観察点１ｂまでの距離と対物レンズ７の主平面から半導体ウェハ１の側面１ｃまでの距離との差、つまり図２に示すＡＢとＢＣの和をＤとしたときに、次のような関係があると、半導体ウェハ１の表面の観察点１ａと半導体ウェハ１の裏面の観察点１ｂと半導体ウェハ１の側面１ｃの像が一つの平面内に形成される。
【数２】
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【００１９】
ただし、βはアフォーカル光学系による拡大率である。より厳密にいうと、アフォーカル光学系それぞれのレンズ群５及び６では入射側の主平面と出射側の主平面が完全に一致していないことがあり、この各レンズ群５、６の主平面間隔を上式のＤから引いておく必要がある。
【００２０】
数値を代入した結果のニ例を以下に示す。この数値例以外にも、前述の式を満たす解があるのは言うまでもない。
【表１】
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【００２１】
図１に示すこの実施の形態では、対物レンズ７を介して試料面を照明する反射照明系を加えてある。光源１５からの照明光をコレクタレンズ１４で集光して、視野絞り１３、照明リレーレンズ１２を介して、ハーフミラー９で反射させて、対物レンズ７やアフォーカル光学系５、６を介して半導体ウェハ１の各検査面１ａ、１ｂ、１ｃを照明する。この照明系は、光源１５の像が対物レンズ７の開口絞り８上に形成されるケーラ照明となっている。又、対物レンズ７やをアフォーカル光学系５、６を介さずに照明する暗視野照明を用いたり、反射照明と暗視野照明を併用したりしてもよい。
【００２２】
一次元ラインセンサ１１上には、半導体ウェハ１の表面１ａと半導体ウェハ１の裏面１ｂと半導体ウェハ１の側面１ｃの像が一直線上にピントが合った状態で並ぶため、一つのラインセンサで半導体ウェハの中心軸を含む半導体ウェハの断面のうち上記の三つの部分の画像を取り込むことができる。半導体ウェハ１を回転させることにより半導体ウェハの外周を検査することができる。これを不図示の画像処理系に入力して、異物や膜の異常を検出する。２次元イメージセンサを使用する場合は、これらの３つの像が一直線上に並ぶ必要が無く、同一平面上に形成されるようにすればよいので、ミラー３、ミラー４の取り付け位置調整が容易となる。
【００２３】
側面検査用のアフォーカル光学系５、６は少なくとも半導体ウェハ１のエッジの厚さｔの範囲を観察することができる必要があるので、拡大系で大きくなるレンズ群６の有効径は拡大された像の大きさと結像光束径との和よりも大きい必要がある。アフォーカル光学系で拡大される視野の大きさは、エッジの厚さｔとアフォーカル光学系５、６の倍率βとの積βｔになる。又、対物レンズ７の開口数をＮＡとするときアフォーカル光学系のレンズ群６での光束の直径は、比例計算によりＮＡ（ｆ１−ｅ１）で表せる。これに上記の数値を代入して、レンズ群６の有効径φの式を得る。
【数３】
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【００２４】
半導体ウェハ１の上面又は下面を観察する光学系では、図３に示すように、中心に近い部分の像を形成する光束が、側面を観察するアフォーカル光学系の近くを通ることになる。このため、図３に示すように、半導体ウェハ１の上面又は下面を観察する光学系で観察できる範囲を半導体ウェハエッジからの距離ｗは、すべての結像光束がけられないための条件より次のように制限される。
【数４】
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【００２５】
実際には、アフォーカル光学系にはレンズを保持するための金物や収差補正のためにレンズの構成上より大きな径が必要になるので、上式のβｔは視野直径にアフォーカル光学系の倍率をかけた値よりかなり大きくなり、さらにエッジの観察できる範囲ｗが小さくなるので、この分を見込んで視野の大きさを決める必要がある。
【００２６】
以上のように、この実施の形態によれば、複数の受光素子を用いることなく一つの一次元ラインセンサを使って、半導体ウェハの端面の上面、下面、側面を同時に検査することができ、検査の高速化と装置の小型化が可能となる。このため、この端部検査装置を半導体露光装置や、半導体露光装置とレジスト膜塗布装置や現像装置を組み合わせたクリーントラックに組み込むことができ、露光ステージに半導体ウェハを載せる前に、端部検査装置で検査して、異物や膜に異常のある半導体ウェハを露光ステージに載せないようにして、露光ステージ上に異物や膜等の異常物が付着することにより露光時に欠陥が発生するのを防ぎ、半導体素子の収率を向上させることができる。
【００２７】
特に、液浸露光装置では半導体ウェハ端部の異物や膜が浸液によって浮遊しパターン投影に影響を与えることがあり、以上の実施の形態による端部検査装置で異物や膜の異常のある半導体ウェハを選別して露光ステージに載せないようにする。これにより露光ステージ上に異物や膜が異常付着したり落下したりするのを防止し、パターン投影時に欠陥を作らないようにすることができ、半導体素子の欠陥の発生を大幅に抑制することができる。
【００２８】
又照明の透過光と半導体ウェハの反射光の強度差から半導体ウェハのエッジ位置が検出でき、半導体ウェハを回転させて数箇所のエッジ位置から半導体ウェハの中心位置を検出する半導体ウェハ中心位置検出装置と兼用して、半導体ウェハの中心位置検出と同時にエッジ検査を行うことができる。
【００２９】
なお、本発明が、半導体ウェハのみでなく、他のウェハの端部検査にも使用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態である端部検査装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における光学系の構成の概要を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態における光学系の有効径を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…半導体ウェハ、２…ウェハホルダ、３…ミラー、４…ミラー、５…アフォーカル光学系物体側レンズ群、６…アフォーカル光学系像側レンズ群、７…対物レンズ、８…開口絞り、９…ハーフミラー、１０…結像レンズ、１１…一次元撮像素子、１２…照明リレーレンズ、１３…視野絞り、１４…コレクタレンズ、１５…光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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