(57)【要約】【課題】簡便な構成で明視野観察および暗視野検出を行うことが可能な観察装置を提供する。【解決手段】ウェハ１０の表面を観察するための顕微鏡３０と、ウェハ１０の表面に対し顕微鏡３０を合焦させるオートフォーカス装置４０とを備えた観察装置１において、オートフォーカス装置４０の斜光照明部４１により斜光Ｌ１が照明されたウェハ１０の表面において生じる散乱光Ｒ１２を検出することでウェハ１０の表面における異常を検出する散乱光検出部４５を備え、オートフォーカス装置４０を用いてウェハ１０の表面に対し顕微鏡３０を合焦させて顕微鏡３０によりウェハ１０の表面を観察するときに、散乱光検出部４５によりウェハ１０の表面における異常を検出するようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面を観察するための顕微鏡と、
前記基板の表面に斜光を照明する斜光照明部および、前記斜光が照明された前記基板の表面からの正反射光を検出可能な斜光検出部を有し、前記斜光検出部の検出状態を利用して前記基板の表面に対し前記顕微鏡を合焦させるオートフォーカス装置とを備えた観察装置において、
前記斜光が照明された前記基板の表面において生じる散乱光を検出することで前記基板の表面における異常を検出する異常検出部を備えたことを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記異常検出部は、前記顕微鏡の光軸方向と異なる方向から前記散乱光を検出可能な散乱光検出部を有することを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記顕微鏡により結像される前記基板の表面の像を撮像する撮像素子を備え、
前記異常検出部は、前記撮像素子により前記顕微鏡を介して前記散乱光を検出することを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項４】
略円盤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する回転保持部を備え、
前記回転保持部により前記基板を回転させつつ前記顕微鏡を用いて前記基板の端部近傍を観察するときに、前記異常検出部により前記基板の端部近傍における異常を検出することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の観察装置。
【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基板を観察するための観察装置に関する。
【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のに伴い、ウェハの端部近傍の検査が重要となってきている。ウェハの端部近傍に異物等の異常があると、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、半導体ウェハ等の基板の端部周辺（例えば、アペックスや上下のベベル）を所定の方向から観察して、異物や傷等といった異常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には、イメージセンサ等を有する明視野撮像系によりウェハを回転させながら基板の端部近傍の画像を連続的に撮像して異物等を検出する構成のものや、フォトダイオード等を有する暗視野検出系によりレーザ光等の照射によって生じる散乱光を検出して異物等を検出する構成のものがある。
【特許文献１】特開２００４−３２５３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような観察装置においては、専用の明視野撮像系および暗視野検出系をともにウェハの外側に配置して装置を構成する場合、スペースの制約から複雑な装置構成をとらざるを得ないのが現状であり、高価な装置となってしまう。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、簡便な構成で明視野観察および暗視野検出を行うことが可能な観察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、本発明に係る観察装置は、基板の表面を観察するための顕微鏡と、前記基板の表面に斜光を照明する斜光照明部および、前記斜光が照明された前記基板の表面からの正反射光を検出可能な斜光検出部を有し、前記斜光検出部の検出状態を利用して前記基板の表面に対し前記顕微鏡を合焦させるオートフォーカス装置とを備えた観察装置において、前記斜光が照明された前記基板の表面において生じる散乱光を検出することで前記基板の表面における異常を検出する異常検出部を備えている。
【０００７】
なお、上述の発明において、前記異常検出部は、前記顕微鏡の光軸方向と異なる方向から前記散乱光を検出可能な散乱光検出部を有することが好ましい。
【０００８】
また、上述の発明において、前記顕微鏡により結像される前記基板の表面の像を撮像する撮像素子を備える場合には、前記異常検出部は、前記撮像素子により前記顕微鏡を介して前記散乱光を検出するようにしてもよい。
【０００９】
また、上述の発明において、略円盤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する回転保持部を備え、前記回転保持部により前記基板を回転させつつ前記顕微鏡を用いて前記基板の端部近傍を観察するときに、前記異常検出部により前記基板の端部近傍における異常を検出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、専用の暗視野検出用光源を設置する必要がないため、簡便な構成で明視野観察および暗視野検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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、円盤状に形成された半導体ウェハ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（傷や異物の付着等）の有無を、観察者による明視野観察または暗視野検出により検査するためのものである。そして、観察装置１は、ウェハ１０を保持して回転させるウェハ保持部２０と、ウェハ１０の外周端部近傍を表面観察するための顕微鏡３０と、ウェハ１０の表面に対し顕微鏡３０を合焦させるオートフォーカス装置４０と、演算処理部５０およびモニター５１とを主体に構成される。
【００１２】
ウェハ保持部２０は、回転軸２１と、この回転軸２１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２２とを有して構成される。ウェハホルダ２２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２２上のウェハ１０が吸着保持される。回転軸２１は、図示しないステージに回転可能に支持されており、ステージからの回転駆動力を受けて回転軸２１とともにウェハホルダ２２が回転することで、ウェハホルダ２２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する。
【００１３】
また、回転軸２１は、ステージ（図示せず）に水平方向（前後左右方向）および鉛直方向（上下方向）へ移動可能に支持されており、ステージからの駆動力を受けて回転軸２１とともにウェハホルダ２２が水平方向および鉛直方向へ移動することで、ウェハホルダ２２上に吸着保持されたウェハ１０が水平方向および鉛直方向へ移動する。なお、ウェハホルダ２２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２２上にウェハ１０が吸着保持された状態で、ウェハ１０の外周端部近傍がウェハホルダ２２からはみ出るようになっている。
【００１４】
顕微鏡３０は、ウェハ１０の外周端部近傍と対向するように配置され、落射照明用光源３１と、ハーフミラー３２と、対物レンズ３３と、撮像素子３４とを有して構成される。落射照明用光源３１から射出された照明光は、ハーフミラー３２で対物レンズ３３の方へ反射し、対物レンズ３３を介してウェハ１０の外周端部近傍を照射する。落射照明による照明光が照射されたウェハ１０の外周端部近傍からの正反射光は、対物レンズ３３およびハーフミラー３２を透過して撮像素子３４に達し、撮像面上にウェハ１０の外周端部近傍の像が結像される。撮像素子３４は、撮像面上に結像されたウェハ１０の外周端部近傍の像を撮像し、画像信号を演算処理部５０へ出力する。
【００１５】
演算処理部５０は、撮像素子３４から入力された画像信号に基づいてウェハ１０（外周端部近傍）のデジタル画像を生成し、その画像データをモニター５１へ出力する。そして、モニター５１は、演算処理部５０から入力されたウェハ１０の外周端部近傍の画像を表示し、モニター５１を介して観察者によりウェハ１０の外周端部近傍が（明視野）観察されることになる。
【００１６】
オートフォーカス装置４０は、図示しない駆動装置を用いて顕微鏡３０を光軸方向に移動させることで、ウェハ１０の表面に対し顕微鏡３０を合焦させるための装置であり、顕微鏡３０の焦点位置を検出するため、斜光照明部４１と、斜光検出部４２とを有している。斜光照明部４１は、顕微鏡３０の対物レンズ３３近傍に取り付けられており、ウェハ保持部２０に保持されたウェハ１０の表面に浅い（小さい）入射角でレーザ光等による斜光Ｌ１を照明する。
【００１７】
斜光検出部４２は、シリコンフォトダイオード（ＳＰＤ）等から構成され、顕微鏡３０の対物レンズ３３近傍に取り付けられている。また、斜光検出部４２は、顕微鏡３０の光軸を基準として斜光照明部４１と対称な位置に配置されており、ウェハ１０の表面に対して顕微鏡３０が合焦しているときに、斜光照明部４１により斜光Ｌ１が照明されたウェハ１０の外周端部近傍（平面）からの正反射光Ｒ１１が斜光検出部４２に達するようになっている。そして、斜光検出部４２がウェハ１０の外周端部近傍からの正反射光Ｒ１１を検出することで、ウェハ１０の表面に対して顕微鏡３０が合焦している状態を認識することができる。
【００１８】
散乱光検出部４５は、シリコンフォトダイオード（ＳＰＤ）等から構成され、顕微鏡３０の対物レンズ３３近傍に取り付けられている。また、斜光照明部４１により斜光Ｌ１が照明されたウェハ１０の外周端部近傍からの正反射光Ｒ１１（および回折光）が到達しない位置に配置され、暗視野照明を利用してウェハ１０の外周端部近傍で生じた散乱光Ｒ１２の一部を検出するとともに、その検出信号を演算処理部５０へ出力する。なお、演算処理部５０は、散乱光検出部４５から散乱光Ｒ１２の検出信号が入力されると、その旨をモニター５１に表示させる。
【００１９】
このように構成される観察装置１を用いて、ウェハ１０の外周端部近傍を観察しつつ、暗視野照明を利用してウェハ１０の外周端部近傍における異常（傷や異物の付着等）を検出するには、まず、図示しない搬送装置により観察対象となるウェハ１０をウェハ保持部２０のウェハホルダ２２上に載置し、ウェハホルダ２２が真空吸着を利用してウェハ１０を吸着保持する。このとき、ウェハ１０の中心（回転対称軸Ｏ）がウェハホルダ２２（回転軸２１）の回転中心と一致するようにアライメントを行う。
【００２０】
ウェハホルダ２２がウェハ１０を吸着保持すると、オートフォーカス装置４０は、図示しない駆動装置を用いて顕微鏡３０を光軸方向に移動させることで、ウェハ１０の表面に対し顕微鏡３０を合焦させる。ウェハ１０の表面に対して顕微鏡３０が合焦するとき、斜光照明部４１により斜光Ｌ１が照明されたウェハ１０の外周端部近傍からの正反射光Ｒ１１が斜光検出部４２に達するようになっている。
【００２１】
ウェハ１０の表面に対し顕微鏡３０を合焦させると、顕微鏡３０の落射照明による照明光が照射されたウェハ１０の外周端部近傍からの正反射光は、対物レンズ３３およびハーフミラー３２を透過して撮像素子３４に達し、撮像面上にウェハ１０の外周端部近傍の像が結像される。このとき、撮像素子３４は、撮像面上に結像されたウェハ１０の外周端部近傍の像を撮像し、画像信号を演算処理部５０へ出力する。そして、演算処理部５０は、撮像素子３４から入力された画像信号に基づいてウェハ１０（外周端部近傍）のデジタル画像を生成し、モニター５１において外周端部近傍の画像を表示される。これにより、モニター５１を介してウェハ１０の外周端部近傍が（明視野）観察される。
【００２２】
このようなウェハ１０の外周端部近傍の観察は、ウェハ保持部２０がウェハ１０を少しずつ回転させることにより、ウェハ１０の全周にわたって行われる。このとき、ウェハ１０の外周端部近傍に傷や異物（ゴミやほこり等）の付着がなく正常なウェハ１０であれば、ウェハ１０の外周端部近傍からの正反射光Ｒ１１は斜光検出部４２に入射し、散乱光検出部４５には入射しないため、散乱光検出部４５はウェハ１０からの光を検出していない状態となる。
【００２３】
しかしながら、ウェハ１０の外周端部近傍に傷や異物等が存在した場合には、傷や異物等が存在する部分に照明された斜光Ｌ１がここで乱反射され、その乱反射光である散乱光Ｒ１２の一部が散乱光検出部４５にも入射する。このため、散乱光検出部４５から散乱光Ｒ１２の検出信号が演算処理部５０に入力され、これによりウェハ１０の外周端部近傍における異常（傷や異物等）を（暗視野）検出することができる。なお、散乱光検出部４５から演算処理部５０に検出信号が入力されると、演算処理部５０は、ウェハ１０の外周端部近傍において異常を検出した旨および、そのときのウェハ１０の回転角度（すなわち、異常の存在位置）をモニター５１に表示させる。
【００２４】
この結果、本実施形態に係る観察装置１によれば、顕微鏡３０によりウェハ１０の表面を観察するときに、散乱光検出部４５は、オートフォーカス装置４０の斜光照明部４１により斜光Ｌ１が照明されたウェハ１０の表面において生じる散乱光Ｒ１２を検出することで、ウェハ１０の表面における異常を検出するため、専用の暗視野検出用光源を設置する必要がなくなり、簡便な構成で明視野観察および暗視野検出を行うことができる。
【００２５】
また、本実施形態において、散乱光検出部４５は、顕微鏡３０の光軸方向と異なる方向から散乱光Ｒ１２を検出するようになっており、このようにすれば、顕微鏡３０に散乱光検出部４５が映り込まないため、顕微鏡３０によるウェハ１０の観察に悪影響を及ぼすことなく、散乱光Ｒ１２を検出することができる。
【００２６】
また、本実施形態において、ウェハ保持部２０によりウェハ１０を回転させつつ顕微鏡３０を用いてウェハ１０の端部近傍を観察するときに、散乱光検出部４５によりウェハ１０の端部近傍における異常を検出するようになっており、このようにすれば、ウェハ１０の全周にわたる明視野観察および暗視野検出を効率的に行うことができる。
【００２７】
なお、上述の実施形態において、散乱光検出部４５が散乱光Ｒ１２を検出しているが、これに限られるものではなく、撮像素子３４により顕微鏡３０を介して散乱光を検出するようにしてもよい。このようにすれば、散乱光検出部を別途設ける必要がなく、より簡便な構成で明視野観察および暗視野検出を行うことができる。
【００２８】
また、上述の実施形態において、ウェハ１０の全周にわたって観察を行っているが、これに限られるものではなく、ウェハ１０の端部近傍における所望の回転角度位置範囲についてのみ観察を行うようにしてもよい。
【００２９】
また、観察装置の構成は、上述の実施形態に限られるものではない。例えば、図２に示すように、ウェハ１０表面全体の暗視野観察を行う観察装置１０１に、上述の実施形態のようなウェハ１０の端部近傍の明視野観察を行うための顕微鏡３０′やオートフォーカス装置等を設けた場合にも、本発明を適用可能である。なお、この変形例に係る観察装置１０１においては、ホルダ１０５に保持されたウェハ１０の表面に照明装置１２１から照明光Ｌ２が照射されており、ウェハ１０から正反射光Ｒ２１および回折光Ｒ２２をいずれも受光しない位置に撮像装置１２２を配設し、暗視野照明を利用してウェハ１０の表面を撮像するように構成している。
【００３０】
このようにして撮像装置１２２によりウェハ１０の表面を撮像した場合、撮像装置１２２には正反射光Ｒ２１も回折光Ｒ２２も入射しないため、ウェハ１０の表面に傷や異物（ゴミやほこり等）の付着がなく正常なウェハ１０であれば、撮像装置１２２からの画像信号を画像処理装置１２５により処理してディスプレイ装置１２６に表示される画像としては、真っ黒な画像が得られるだけである。
【００３１】
しかしながら、ウェハ１０の表面に例えば傷（もしくは異物）Ｄが存在した場合には、この傷Ｄに照射された照明光Ｌ２がここで乱反射され、その乱反射光である散乱光Ｒ２３の一部が撮像装置１２２にも入射する。このため、撮像装置１２２からの画像信号を画像処理装置１２５により処理してディスプレイ装置１２６に表示される画像には、傷Ｄの位置を示す輝点（所定輝度よりも明るい輝度を有する部分）が現れ、これによりウェハ１０における傷や異物等の存在を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る観察装置の概略構成図である。
【図２】観察装置の変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  観察装置
２０  ウェハ保持部
３０  顕微鏡                            ３４  撮像素子
４０  オートフォーカス装置
４１  斜光照明部                        ４２  斜光検出部
４５  散乱光検出部（異常検出部）
１０１  観察装置（変形例）
Ｌ１１  斜光                            Ｒ１２  散乱光
【図１】
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【図２】
2009300159.tif 000004