JP2009025003A - 表面状態検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平板状の被検査部材の異なる被検査領域を同時に検査可能で、かつ、連続した検査領域として検査可能な表面状態検査装置を提供する。
【解決手段】ウェハ１の表面検査領域Ｓ１、端面検査領域ＳＥび裏面検査領域Ｓ２を連続する被検査領域として検査する表面状態検査装置を、被検査領域に照明光を照射する光学ファイバー１６，１７，１８及び集光レンズ１９，２０，２１と、被検査領域からの反射光若しくは散乱光を集光する対物レンズ５，６，７と、この対物レンズ５，６，７によって集光された反射光若しくは散乱光による像を検出するラインセンサ１３，１４，１５と、被検査領域からの反射光若しくは散乱光による像の向きを整えて連続した１つの検査領域の像とする信号合成部２２とから構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平板状の被検査部材、例えば、半導体製造工程に用いられるウェハ等の表面状態を検査する表面状態検査装置に関する。

ＩＣの微細化と収益性向上に伴い、最近のＩＣ製造装置で用いられる半導体ウェハの直径は３００ｍｍまでに大きくなり、露光装置をはじめＩＣの製造に求められる工程管理は、ますます厳しくなってきている。とくに最近は、ウェハ外周部の欠陥や表面異常が問題視されるようになってきた。その理由は、大きく分けて２つある。一つは、外周部にクラック（傷、ひび）や欠け（チップ）があると、プロセスチャンバー内での高温環境や、機械的なストレスにより、最悪、ウェハ全体の破損を引き起こし、製造ラインの停止や、散乱したウェハにより、クリーン度の著しい低下を引き起こすという問題がある。二つ目は、外周部に付着した異物の飛散や、レジスト残渣の剥離による装置汚染と、さらに、汚染された装置による良品ウェハへの汚染拡大という問題である。

これらの欠陥を早期に検出し、欠陥を含んだ不良ウェハを排除して、破損や汚染事故を未然に防がなければならない。これらの欠陥の付着状態は非常に多様であるため、いろいろな方向から観察しないと欠陥の本当の状態がわからない。例えば、外周が完全に欠け落ちているチップ欠陥は、真横（端面側）から見ると、荒れた表面に見えても、ウェハ上面や裏面から見れば、本来円弧を形成する外周が完全に途切れ、さらにチップ部分から表面中心に向かってクラックが入っていることもあり、真横観察と、上面や裏面からの観察を併用して、はじめて深刻な欠陥であることがわかる。クラックは、ウェハの表面では１ｍｍ以下の長さであっても、裏面では数ｍｍの長さに及んでいることがある。あるいは、端面では、点のような小さな傷が、裏面から見ると、数ｍｍの長さに及んでいることがある。ウェハ端面に付着した異物は、上面から見ると小さくとも、真横から見ると大きく、実は、上面からは異物の一部分だけが見えているということがある。エッジ端面に付着したように見えたレジスト残渣は、裏面からの観察によって、実はウェハの裏面にも大きく回りこんでいることあるなど、多くの例がある。

上記例のように、ウェハ外周部の欠陥は、表面、端面、裏面にまたがっていることが多いので、これらの面をひとつながりの表面とし、その表面に存在する欠陥であるとしなければ、本来の欠陥の大きさや、種類を正しく判断できないし、不良発生原因の解析もできない。このため、近年になって、ウェハの外周部の表面状態を、ウェハ全数に対し、高速かつ自動で検査できる装置の開発が望まれており、特に、ウェハ表面の外周、表面ベベル部、エッジ端面、裏面ベベル部、ウェハ裏面の外周という、いわゆる、ウェハ外周部分とエッジ部分のすべて（合計５面）の表面上の異物・クラック・チップ・レジスト残渣等の欠陥を検出することが求められており、自動検査技術としての検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１３３５０２号公報

しかしながら、従来の検査装置では、ウェハ外周の異なる表面を同時に観察可能ではあるが、これらの３つの面をひとつながりの面として検査することができないという課題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、平板状の被検査部材の異なる被検査領域を同時に検査可能で、かつ、連続した検査領域として検査可能な表面状態検査装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、平板状の被検査部材（例えば、実施形態におけるウェハ１）の表面外周部、外周端面部及び裏面外周部を連続する被検査領域として検査する第１の本発明に係る表面状態検査装置は、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部に照明光を照射する照明手段と、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部からの反射光若しくは散乱光を集光する集光手段と、この集光手段によって集光された反射光若しくは散乱光による像を検出する検出手段と、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部からの反射光若しくは散乱光による像の向きを整えて連続した１つの検査領域の像とする検査領域連続化手段（例えば、実施形態における信号合成部２２）とを有して構成される。

このような第１の本発明に係る表面状態検査装置において、集光手段は、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部の各々から発生する反射光若しくは散乱光を独立して集光する３つの集光手段（例えば、実施形態における対物レンズ５，６，７）からなり、検出手段は、３つの集光手段の各々で集光された反射光若しくは散乱光を検出する３つの検出手段（例えば、実施形態におけるラインセンサ１３，１４，１５）からなり、検査領域連続化手段は、３つの検出手段の各々で検出された反射光若しくは散乱光による像を、被検査部材における表面外周部、外周端面部及び裏面外周部の接続状態を維持して連続した１つの検査領域の像として抽出合成するように構成されることが好ましい。

このとき、３つの集光手段は、表面外周部及び外周端面部の境界が面取りされた表面ベベル部と、裏面外周部及び外周端面部の境界が面取りされた裏面ベベル部とから発生する反射光若しくは散乱光を集光するように構成されることが好ましい。

あるいは、第１の本発明に係る表面状態検査装置において、集光手段は、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部の各々から発生する反射光若しくは散乱光を一括して集光する１つの集光手段からなり、検出手段は、１つの集光手段で集光された反射光若しくは散乱光を検出する１つの検出手段からなり、検査領域連続化手段は、１つの検出手段で検出された反射光若しくは散乱光による像を、被検査部材における表面外周部、外周端面部及び裏面外周部の接続状態を維持して連続した１つの検査領域の像として抽出合成するように構成されることが好ましい。なお、このとき集光手段が、ドーププリズムを有することが好ましい。

また、このような第１の本発明に係る表面状態検査装置において、集光手段は、受光した光を電気信号に変換する受光部が１列に並んだラインセンサで構成され、被検査部材の外周部を所定の間隔で走査して、検査領域連続化手段の出力を２次元画像として表示する表示手段を備えることが好ましい。

さらに、第１の本発明に係る表面状態検査装置は、照明手段が、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部の各々に対して略垂直に照射する第１の照明手段（例えば、実施形態における光学ファイバー１６，１７，１８と集光レンズ１９，２０，２１）と、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部に対して斜めに照射する第２の照明手段（例えば、実施形態における光学ファイバー１００，１０１と集光レンズ１０２，１０３）とからなり、第１の照明手段による照明光と、第２の照明手段による照明光とを切り替えて検査するように構成されることが好ましい。このとき、照明手段は、複数の波長を有する光源で構成され、検出手段は、カラー撮像素子で構成されることが好ましい。

また、第２の本発明に係る表面状態検査装置は、平板状の被検査部材の表面外周部、外周端面部及び裏面外周部を連続する被検査領域として検査するものであって、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部に照明光を照射する照明手段と、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部からの反射光若しくは散乱光を一括して集光する１つの集光手段と、この集光手段によって集光された反射光若しくは散乱光の像を結像する結像手段とから構成され、表面外周部、外周端面部及び裏面外周部からの反射光若しくは散乱光の像を、被検査部材における表面外周部、外周端面部及び裏面外周部の接続状態を維持して連続した１つの検査領域の像として観察するように構成される。なお、この第２の本発明に係る表面状態検査装置においても、集光手段が、ドーププリズムを有することが好ましい。

本発明に係る表面状態検査装置を以上のように構成すると、平板状の被検査部材の異なる被検査領域を同時に検査可能で、かつ、連続した検査領域として検査を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、ウェハの外周エッジの状態、並びに、検査すべき領域について図３を用いて説明する。図３は、ウェハの外周部における半径方向の断面図であり、上方がウェハ表面（露光側）、下方がウェハ裏面、紙面がウェハの半径方向の断面を示している。このウェハ表面には、レジストＰＲ（図３ではレジストの厚さを強調して図示している）が塗布されたのちに、端面Ｅから約３ｍｍの幅でウェハ外周のレジスト除去が行われる（この処理はＥＢＲ（Edge Bead Removal）と呼ばれる）。このとき、レジストＰＲのパターン領域Ｐの境界面にささくれＰＲａが発生するため、ささくれＰＲａの状態と位置を検査しなければならない。また、表面ベベルＢ１との境界部でも、表面の曲率が変化するため、ささくれＰＲｂが発生し、状態の検査が必要である。ささくれＰＲａとささくれＰＲｂで挟まれた領域を、以下では、領域ＰＲａｂと称する。

以上より、ウェハの上面側では、パターン領域Ｐの外周側の一部及び領域ＰＲａｂからなる表面外周ｓ１と、表面ベベルＢ１とが検査領域となる。レジストはウェハ裏面にも回りこむことがあるので、裏面ベベルＢ２と、表面外周ｓ１と略同一範囲である裏面外周ｓ２も検査しなければならない。もちろん、端面Ｅも検査対象領域である。したがって、これまで、表面外周部と外周端面部と裏面外周部と説明してきた被検査面は、ベベル部を含めて正確に言えば、表面外周ｓ１、表面ベベルＢ１、端面Ｅ、裏面ベベルＢ２、裏面外周ｓ２の異なる５つの面である。

今、これらの面の法線をそれぞれ、Ｌs1、ＬB1、ＬE、ＬB2、Ｌs2としたとき、通常の光学顕微鏡で観察する場合には、これら５つの法線Ｌs1、ＬB1、ＬE、ＬB2、Ｌs2を光軸とした光学系で観察しなければならない。しかし、自動検査装置では、これらの５つの面を別々の光学系で検査する構成とすると、装置が複雑となり、また、データ処理にも時間を要する。そこで、本実施例においては、後述する対物レンズのＮＡ（開口数）を小さくすることにより、これら５つの面を、３つの光軸、Ｌs1、ＬE、Ｌs2で検査するようにした。具体的には、表面外周ｓ１と表面ベベルＢ１を含む表面検査領域Ｓ１を光軸Ｌs1で、裏面外周ｓ２と裏面ベベルＢ２を含む裏面検査領域Ｓ２を光軸Ｌs2で、端面検査領域ＳＥ（端面Ｅを主たる被検査面として、さらに部分的に表面ベベルＢ１と部分的に裏面ベベルＢ２を含む）を光軸ＬEで検査する。そのため、対物レンズのＮＡとしては、０．０３程度が好ましい。この根拠を以下に示す。

ウェハの外形は規格で規定されており、本実施例で例をしてあげる直径３００ｍｍウェハの場合、直径は３００±０．２ｍｍ、厚さＴは０．７７５±０．０２５ｍｍである。ベベルＢ１、Ｂ２は、ウェハ面に対し、約２０度の角度で面取りされたのち、研磨される。ベベルＢ１、Ｂ２の段差Ｔ１、Ｔ２は、端面Ｅ側でウェハ面から約０．１５ｍｍであるので、端面Ｅの高さ方向の厚さＴＥは約０．５ｍｍとなる。また、ベベルＢ１、Ｂ２の幅ｂ１、ｂ２は端面Ｅから約０．３ｍｍである。但し、ウェハ表面及び裏面とベベルの境界部分、ベベルと端面の境界部分は研磨により丸みを帯びているので、ベベルや端面の寸法を明確に規定することには限界がある。

光軸Ｌs1と光軸Ｌs2で検査する領域の焦点深度は、ベベル段差Ｔ１、Ｔ２、ウェハ表面の厚さ交差、後述するウェハ回転手段による高さ方向のブレ等を考慮して、０．４ｍｍ程度が求められる。また、光軸ＬEから検査するには、ウェハの直径交差±０．２ｍｍが、要求される焦点深度のうちで支配的であるので、０．４ｍｍの焦点深度が必要である。ここで、焦点深度ＤＯＦは、開口数ＮＡ、波長λ、係数ｋ１（通常ｋ１＝０．７程度）としたとき、次式（１）で与えられる。

ＤＯＦ ＝ ｋ１×λ／ＮＡ2 （１）

例えば、この条件式（１）において、可視光波長及びＮＡ＝０．０３とすると、焦点深度は０．４ｍｍ程度であるから、ＮＡ＝０．０３程度とすれば、ピント調整が不要となり、高速で３方向から５面の同時検査が可能となる。

それでは、以上のように、ウェハの外周部を、上述の３つの光軸Ｌs1、ＬE、Ｌs2で検査する表面状態検査装置の構成について説明する。

図１は、表面状態検査装置の第１実施例である。ウェハ１は、回転ステージ２上にウェハ表面（露光面）１１を上にして載置され、ウェハ中心を回転中心として、モータ３により回転可能となっている。回転角θは、モータ３または回転ステージ２に接続されたロータリーエンコーダ４により計測可能である。ウェハ表面１１の法線Ｌs1を光軸として対物レンズ５が設けられ、上述したように表面ベベルＢ１を含む表面検査領域Ｓ１を視野とする。同様に、ウェハ裏面１２の法線Ｌs2を光軸として対物レンズ６が設けられ、裏面ベベルＢ２を含む裏面検査領域Ｓ２を視野とし、ウェハ端面の法線ＬEを光軸として対物レンズ７が設けられ、端面検査領域ＳＥを視野とする。なお、これらの対物レンズ５，６，７のＮＡは、上述のように約０．０３である。光軸Ｌs1、Ｌs2、ＬE上には、対物レンズ５、６、７の後に、それぞれ、ハーフミラー８，９，１０、及び、１次元ラインセンサ１３，１４，１５が設けられている。不図示の光源（たとえば、ハロゲンランプ）から発せられた光は、光学ファイバー１６，１７，１８に分岐したのち、集光レンズ１９，２０，２１を介してハーフミラー８，９，１０で反射され、検査領域Ｓ１、Ｓ２、ＳＥをそれぞれ落射照明する。なお、集光レンズ１９，２０，２１や、ハーフミラー８，９，１０は、ウェハ外周の斜め部分（すなわち、表面ベベルＢ１や裏面ベベルＢ２）からの反射光も集光できるように配置されている。そして、ウェハからの反射光は、ハーフミラー８，９，１０を透過したのち、ラインセンサ１３，１４，１５上に結像する。

ラインセンサ１３，１４，１５の出力信号は、表面検査領域Ｓ１、端面検査領域ＳＥ及び裏面検査領域Ｓ２で連続的になるように、設置と信号読み出しが行われる。すなわち、図１のウェハ外周部分の拡大図である図２において、対物レンズ５の視野である表面検査領域Ｓ１のウェハ内側を点ａ、表面ベベルＢ１と端面Ｅの境界を点ｂとし、対物レンズ７の視野である端面検査領域ＳＥの端面Ｅと表面ベベルＢ１の境界を点ｃ、端面Ｅと裏面ベベルＢ２の境界を点ｄとし、対物レンズ６の視野である裏面検査領域Ｓ２の裏面ベベルＢ２と端面Ｅの境界を点ｅ、ウェハ内側を点ｆとしたとき、点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、異なる法線を有する連続する面上の点である。異なる３つのラインセンサ１３，１４，１５で撮像しても、ラインセンサ１３，１４，１５の撮像出力信号を合成したときに、点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆが連続するようにすることによって、たとえば２つの異なる面にまたがった一つの欠陥Ｄｂｃであっても、分離した２個の欠陥として認識されることのないようにする。

そのためには、ラインセンサ１３，１４，１５の向き（光軸垂直面内で０度ないし１８０度）を調整する。対物レンズによって、物体像は、ラインセンサ１３，１４，１５上に倒立像として結像する。すなわち、図２に示す点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、ラインセンサ１３，１４，１５上で、図１に示すように、結像点ａ′，ｂ′，ｃ′，ｄ′，ｅ′，ｆ′の位置に結像する。したがって、ラインセンサ１３，１４，１５の信号読み出し開始位置１３ｓ，１５ｓ，１４ｓが、結像点ａ′，ｃ′，ｅ′に一致するように配置する。ラインセンサ１３，１４，１５の出力信号は、信号合成部２２により、結像点ａ′，ｂ′，ｃ′，ｄ′，ｅ′，ｆ′の順につなぎ合わせて合成される。ラインセンサ１３，１４は、端面Ｅの外側までも視野とし、またラインセンサ１５は、表面ベベルＢ１のさらに上方、裏面ベベルＢ２のさらに下方も視野としているため、単純につなぎ合わせると、ウェハ外の撮像信号を含んでしまうため、信号合成部２２では、ウェハ外の撮像部分を削除し、かつ、同一箇所である点ｂとｃ、点ｄとｅが一致するようにつなぎ合わされる。これにより、信号合成部２２から出力される信号２３は、点ａからｆにわたった連続した信号となる。

信号２３は、１次元の信号である。そこで、ウェハ１を回転ステージ２により回転させたときの回転角θごとの、信号２３を記憶手段２４に記憶させた後に、液晶モニター等の表示手段２５に表示させる。その原理を、図４を用いて説明する。まず、回転角θiのときに、表面検査領域Ｓ１、端面検査領域ＳＥ、裏面検査領域Ｓ２の反射光、散乱光を、ラインセンサ１３，１４，１５で受光する。ウェハ円周方向での受光範囲Wは、約０．０２５ｍｍであるので、ウェハ円周上約０．０２５ｍｍに相当する回転角だけずらした位置で（このときの回転角をθi+1とする）、再度ラインセンサ１３，１４，１５で受光する。こうして、それぞれの回転角θi、θi+1、θi+2、・・・における信号２３を、記憶手段２４に記憶させた後（たとえば、ウェハ全周の検査を完了したのち）、記憶手段２４のデータを読み出して、表示手段２５に表示させる。

以上のようにしてウェハ全周を検査したときの表示例を図５に示す。図５の縦方向（縦方向は、ウェハの半径方向の位置を示す。ここではこの座標をウェハ外周からの距離ｒとして示す）の位置が特定の回転角θiにおけるラインセンサの出力信号で、横方向（横方向はウェハ外周上の位置を示す）が回転角θi、θi+1、θi+2、・・・ごとに信号を順次展開したものである。受光範囲Ｗが０．０２５ｍｍの場合、直径３００ｍｍのウェハでは、約３８，０００個のラインセンサのデータ（すなわちｉ＝１からｉ＝３８０００）でウェハ全周を検査表示可能である。また、上段、中断、下段がそれぞれ、表面検査領域Ｓ１、端面検査領域ＳＥ、裏面検査領域Ｓ２を示し、境界ｂｃ、境界ｄｅが、それぞれの検査領域の境界（図２の境界点ｂないしｃ、境界点ｄないしｅに対応する）を示す。以下では、図５の画像を、外周２次元画像と呼ぶ。

図６は、上述の外周２次元画像の欠陥検出表示例であり、あわせて、欠陥の自動判定を説明する。表面検査領域Ｓ１内には、ささくれＰＲａが検出表示される。検出位置座標ｒPRａが、たとえば、仕様値として、ウェハ外周から２ｍｍであるにもかかわらず、３ｍｍとして検出された場合は、レジスト除去（ＥＢＲ）の幅が大きすぎたとして異常判定を行う。あるいは、検出位置座標ｒPRａが、ウェハ１周で破線ＰＲａ′のように、波打っている場合は、レジスト除去がウェハ外周に対し偏心しているとして異常判定を行う。

クラックＤ１は、表面検査領域Ｓ１では短いが、裏面検査領域Ｓ２では長いことから、ウェハ裏面の長さから相応の深刻な欠陥であると判定できる。したがって、クラックＤ１の大きさから、欠陥の大小を自動判定する場合は、表面または裏面のいずれか長い方のクラック長に基づいて判定する。異物Ｄ２は、端面検査領域ＳＥでは、大きな異物でありながら、表面検査領域Ｓ１では、小さな異物として検出されているのは、実は同一の異物の一部分のみを検出していたからである。しかも、裏面検査領域にも、異物の集合があり、同一の発生源から、異物がウェハ端面から裏面に付着したものと推定され、大きさのみならず、近傍の異物数も表示すれば、欠陥判定する上で有効である。レジスト残渣Ｄ３はウェハ表面から端面をまたぎ、さらに裏面にまで及んでいる。別々に発生したレジスト残渣とするよりも、表面から裏面にまで回りこんだレジスト残渣と判定するのが好ましい。チップ欠陥Ｄ４は、欠けているのは、ウェハ表面外周と端面であるが、裏面近傍に小さな傷がある。クラックに発展する可能性のある潜在的な重大欠陥として扱うように判定するのが好ましい。また、チップ欠陥Ｄ５は、表面から裏面にかけて完全に欠落している。さらにクラックも発生している。さらに、異物Ｄ６は、ウェハ表面の異物で、しかも小さい。除去しなくともよいサイズであるなら放置してもよい。

次に、欠陥種別の判定のより有効な技術として、図７を用いて、表面状態検査装置の第２実施例について説明する。なお、この第２実施例においては、図１に示した第１実施例と同一部材には、同一番号を付し、詳細な説明は省略する。不図示の光源（たとえば、ハロゲンランプ）から発せられた光は、光学ファイバー１００，１０１に分岐したのち、集光レンズ１０２，１０３を介して、ウェハ外周を上方と下方から斜光照明する。したがって、対物レンズ５，６，７を介して集光される光は、正反射光ではなく、欠陥からの散乱光である。クラックやチップ、異物のような、厚さ方向に構造をもった欠陥からは多方向に散乱する散乱光が多く発生する。また、レジスト残渣のような平面的な欠陥からは、散乱光より反射光が多く発生する。この第２実施例に係る表面状態検査装置のように、ウェハ外周の表面及び裏面に対して斜めに照明することにより、これらの散乱光若しくは反射光の特徴の違いを用いて、レジスト残渣と、クラックやチップや異物等の欠陥との弁別が可能となる。具体的には、図１の第１実施例の構成に、図７に示す斜光照明系（光学ファイバー１００，１０１と、集光レンズ１０２，１０３）を付加し、交互に切り替えるようにする。

なお、この第２実施例において、光源として複数の波長を有する光源（たとえばハロゲンランプのような白色光源）を用い、ラインセンサとしてカラーラインセンサ（カラー撮像素子）を用いる。レジスト残渣のような、平面的な欠陥では、厚さ方向にムラがあった場合、反射光が色づいて観測される。したがって、レジスト残渣の弁別検出が容易に行われる。

上記の欠陥の検出と判定においては、外周２次元画像の画像データを画像処理することによって実行される。画像処理においては、欠陥の種類、大きさ、分布状態（孤立しているか、グループ化しているか）、付着している面（表面外周か、端面か、裏面外周か、またこれらの面にまたがっているか）が、欠陥判定に用いられる。たとえば、上記の欠陥例では、異物Ｄ２や、レジスト残渣Ｄ３は、個々の異物やレジスト残渣の大きさよりも、グループとしてどれだけの面積を占めているかの情報の方が、欠陥の重大さや、さらには、発生源の特定等の解析に有効である。したがって、検出した欠陥を自動判定し、欠陥種別分類や大きさ判定を数値化して出力するだけではなく、画像として記録しておくことが有効である。

しかし、ウェハ外周すべての画像データを、すべてのウェハに対し保存しておくことはデータ量が増える。さらに、ラインセンサの１次元検査のデータを、ウェハを回転させながら取得する際にも、データ処理に時間がかかることが問題視される場合には、画像処理時間の短縮とメモリー容量の低減のために、次のような方法をとることができる。

基本的には、欠陥を含まないデータは、不必要に処理・保存しないようにする。そのために、ウェハ回転角に応じた円周方向のデータの単位として、ウェハ全周（直径３００ｍｍのウェハでは約９４０ｍｍ）を、４５度ごとの８分割したグループ、１度ごとの３６０分割したユニット、データ処理の最小単位であるエレメントの３種類設ける。１エレメントは、円周方向で０．０２５ｍｍとする。したがって、ウェハ全周＝８グループ＝３６０ユニット＝３６０００エレメントである。ウェハ外周検査はたとえば、ノッチ（ウェハの方位を定める切る欠き）から開始し、ウェハを回転させながら、エレメント単位でデータを採取し、次のようにデータの処理・保存を行う。

まず、エレメント毎に、すぐ前の回転角でのエレメントの撮像データと今のエレメントの撮像データを比較し、欠陥の有無を検査する。欠陥があった場合は、欠陥付近のエレメントのみのエレメントデータ（ラインセンサデータ）を保存する。すなわち、任意のエレメントに対応する回転角をθk、前のエレメントに対応する回転角をθk-1としたとき、回転角θkで欠陥検出した場合は、回転角θk-1やそれ以前の所定範囲の回転角でのエレメントデータを保存する。これにより、ユニット内（円周方向で２．６ｍｍ内）の局所的欠陥（たとえば、微小異物や微小クラック、微小なレジスト残渣）を検出する。さらに、検出エレメント前後のデータも欠陥周辺のデータとして余裕をもって保存する。欠陥がなかった場合は、順次回転角を変えていき、１００エレメント＝１ユニット内に欠陥がなかった場合は、１００エレメントの平均データを第１ユニットデータとして保存することにより、データ容量を圧縮する。

次に、第２ユニットに対しても、上述の第１ユニットと同様の処理を行う。欠陥がなかった場合は、第２ユニットの平均データを第２ユニットデータとして保存する。第２ユニットデータとすでに保存してある第１ユニットデータを比較したとき、変化があった場合は、欠陥とする。これにより、上記第１ユニットで見逃した、中規模の欠陥（たとえば、円周方向の数ｍｍにおよぶクラックやレジスト残渣、また、レジスト厚さムラ）を検出する。

また、上述の第１及び第２ユニット、並びに、引き続く各ユニットデータに対して、良品データとして保存してある良品ユニットデータと随時比較し、差がある場合は、欠陥として検出する。これにより、たとえば、ＥＢＲ位置不良（ささくれＰＲａの位置不良）を検出する。ＥＢＲ位置不良は、円周方向のｍｍオーダで位置不良が発生することはなく、ウェハ全周にわたって位置がずれているか、あるいは偏心しているかのいずれかである。したがって、ＥＢＲ位置不良のユニットデータは、偏心量を計算できるならば、代表的な場所のみを保存すればよく、ウェハ全周の３６０ユニットを保存する必要はない。これにより、ＥＢＲ位置不良データの容量を少なくする。

ウェハを順次回転し、４５ユニット＝１グループにわたって、不良がない場合は、４５ユニットの平均データを、グループデータとして最終保存する。グループごとに比較して、変化があった場合は、欠陥として検出する。あるいは、保存してある良品ウェハのグループデータと比較して、差がある場合は欠陥として検出する。これにより、広範囲にまたがった欠陥（たとえば、表面ベベルＢ１と端面Ｅとの境界である面取りの位置異常）を検出する。

以上の処理により、欠陥がなかった場合に最終的に保存されるデータは、グループ単位になるため、データ量を圧縮することができ、また、欠陥があった場合は、その欠陥付近のみの詳細データを、大きさに応じてエレメント単位、ないしは、ユニット単位で保存する。また、エレメント比較、ユニット比較、グループ比較により、さらに良品との比較により、欠陥の大きさ、種類にかかわらず、検出の見逃しを少なくすることができる。このようにして保存されたデータを外周２次元画像として表示するときは、欠陥がまったくなかった場合は、４５度ごとの８分割したグループが表示される（平均した値として表示される）。欠陥があった場合は、その周辺のみ、エレメントデータが表示されるので、あたかも、回転角θに対して高精細な欠陥画像表示が可能となる。

なお、上記では欠陥の有無に応じて、回転角方向のデータの保存と表示を切り替えるという実施例の別の形態としては、ラインセンサの出力（ウェハの半径方向）に対しても適用可能であり、結果的に外周２次元画像において、欠陥周辺のみを高分解能で表示することにより、検出性能を低下させることなく、保存データの圧縮と高速検査を達成することができる。

上記第１及び第２実施例では、３つの対物レンズ５，６，７と、３つのラインセンサ１３，１４，１５、及び、信号合成部２２を必要としたが、次に述べる第３実施例では、これを、集約した形態を示す。図８は、第３実施例に係る表面状態検査装置の構成図を示している。なお、図８においては、回転ステージ等は省略している。ウェハ１に対して、不図示の光源（たとえば、ハロゲンランプ）から発せられた光は、光学ファイバー２００，２０１，２０２に分岐したのち、集光レンズ２０３，２０４，２０５を介してハーフミラー２０６，２０７，２０８に照射される。ハーフミラー２０６，２０７に照射された光はこのハーフミラー２０６，２０７を透過し、ハーフミラー２０８に照射された光はこのハーフミラー２０８で反射され、検査領域Ｓ１、Ｓ２、ＳＥをそれぞれ落射照明する。受光系はすべて、端面Ｅの法線ＬEを光軸として構成されており、表面検査領域Ｓ１、裏面検査領域Ｓ２で発せられた反射光ないし散乱光は、それぞれ、ハーフミラー２０６，２０７で反射されてドーブプリズム２０９，２１０に入射する。そして、これらのドーブプリズム２０９，２１０から射出された光束と、端面検査領域ＳＥから発せられ、ハーフミラー２０８を透過した反射光ないし散乱光は、対物レンズ２１１により集光され、開口絞り２１２、レンズ２１３を透過後、ラインセンサ２１４上に結像する。

ここで、ドーブプリズム２０９，２１０は、入射像と射出像の上下が反転するプリズムであり、図２に示すウェハ上の点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、ラインセンサ２１４上で、結像点ａ"，ｂ"，ｃ"，ｄ"，ｅ"，ｆ"の位置に結像する。したがって、一つのラインセンサで、異なる検査領域Ｓ１、ＳＥ、Ｓ２を撮像することができるのみならず、物体面上の順序ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを変えることなく、結像できる。ただし、実際には、ウェハ１上で点ｂとｃ、点ｄとｅは同一でありながら、ラインセンサ２１４上では、ｂ"とｃ"は離れ、ｄ"とｅ"は離れている。そこで、信号合成部２１６では、ウェハ外の撮像部分を削除し、かつ、同一箇所である点ｂとｃ及び点ｄとｅが一致するようにつなぎ合わす処理が行われる。これにより、信号合成部２１６において、ラインセンサ２１４の出力信号２１５のうち、ｂ"とｃ"の間と、ｄ"とｅ"の間の信号を除外することにより、ａ"からｆ"の間で信号の重複も欠落もない連続した信号２１７が得られるようにする。この結果、ウェハ外周の異なる検査領域を一つの受光光学系で、ひとつながりの検査面として検査することが可能となる。連続した信号２１７の処理に関しては、第１実施例で説明した方法に従って実行されることは言うまでもない。

上記、第３実施例における光学的特徴と効果を以下に述べる。結像光学系の光路中に、ドーブプリズムのような厚みを有するガラス部材を入れた場合、収差の影響と、光路長差の発生を考慮しなくてはならない。収差としては球面収差が発生し、軸上付近では近似的に、収差量は、光路中のガラス厚に比例し、受光レンズのＦナンバー（焦点距離を入射瞳径で除した値）の二乗に反比例する。一方、光路長差は、ガラス厚に比例する。ここで、図８に示す第３実施例において、ドーブプリズム２０９，２１０がない場合、端面検査領域ＳＥと対物レンズ２１１の前面までの距離と、ハーフミラー２０６，２０７を介して、表面検査領域Ｓ１（ないし裏面検査領域Ｓ２）から対物レンズ２１１までの距離を比較すると、後者は前者に比べて、最低でも５〜６ｍｍ程度光路が長くなることは、装置構成上やむを得ない。しかし、表面検査領域Ｓ１（ないし裏面検査領域Ｓ２）の結像光路中にドーブプリズム２０９，２１０のようなガラス部材を入れることにより、この光路長差をゼロに近くすることが可能である。このとき、ドーブプリズム２０９，２１０の厚さとしては、約２０ｍｍ程度となる。一方、球面収差は、その分悪化するため、とくにＦナンバーは大きくすることができない。Ｆナンバーとしては１０程度が使用上の妥協値であり、本発明では、対物レンズ２１１の開口数は、ＮＡ＝０．０２５程度となる。実際には、開口数は装置で調整できることが好ましく、そのために、この第３実施例では、開口絞り２１２を設けて、さらに、この絞り径を調整できるようにしている。このように本第３実施例においては、収差と光路長差を両立するようにしたので、異なる検査領域、すなわち表面（裏面）と端面とをピント調整不要で、同時観察することができる。

このような第３実施例に係る表面状態検査装置は、ラインセンサ２１４の代わりに結像レンズ等の結像手段を設けることにより、ウェハ１の表面検査領域Ｓ１、端面検査領域ＳＥ及び裏面検査領域Ｓ２を一つながりの検査領域として目視で観察及び検査を行うことができる。

なお本発明は、これまで述べてきた第１〜第３実施例に限定されるものではなく、次のような形態も含む。まず、対物レンズの開口数ＮＡは、ウェハの厚さや直径が公差範囲内でばらついても、対物レンズの焦点深度内に収まるようにするために、ＮＡ＝０．０３程度としたが、これにより解像力が不足する場合がある。そこで、対物レンズのＮＡをもっと大きくして解像力を高めると同時に、ウェハごとに検査開始前にピント調整を行うようにする。

また、ラインセンサで結像し、外周２次元画像を表示するかわりに、ラインセンサの位置にスリット（紙面と平行に開口したスリット）を設け、スリット透過光を、接眼レンズを介して、目視観察できるようにしてもよい。ウェハ外周方向のわずかな幅しか目視観察できないが、ウェハを回転させながら観察することにより、ウェハ円周方向の情報を得ることができる。

なお、この表面状態検査装置を、他の半導体プロセス装置（たとえばウェハ表面の欠陥検査装置）に実装してもよい。実装する場合は、プリアライメント部を設けると省スペース化と高速化が達成できる。これらの装置では、ウェハを、装置内にロボット等で自動搬送した直後に、プリアライメント部でウェハの位置出し（偏心調整と方位角調整）が行われる。プリアライメント部にはウェハ回転機構があるので、この部分に本発明の光学系を設置することにより、既存の回転機構を利用しながら、ウェハ外周の検査が可能となる。

なお、照明光に拡散光を用いることができる。拡散光で照明することでベベル部の検査精度を上げることができる。また、ハロゲンランプ等の光源のかわりに、レーザを用いることができる。また複数波長のレーザを併用することができる。半導体レーザ等を用いれば、省スペース化ができる。また、レーザビームを偏向手段により、スキャンしてもよい。

第２実施例で示した図７では、斜光照明は紙面内に配置したが、紙面に対し斜めから照射してもよい。クラック欠陥などから発生する散乱光は指向性があるので、多方向から照射すると検出しやすい。

また、以上で説明した表面状態検査装置は、半導体ウェハだけではなく、記録媒体である光ディスクやハードディスクにおいても、外周の異なる面を連続して検査し良品か不良品かの判定をすることが求められるので、これら円形の平面基板に対しても適用できることは言うまでもない。さらに、円形基板に限るものではなく、たとえば、半導体露光工程に使われる回路パターンの原版であるマスクやレチクルは、正方形のガラス製平面基板であるが、端面も含めた外周の検査が求められる。正方形であることから、回転させて、外周前面を検査することはできないので、本発明の構成部分を、マスクやレチクルの外周に沿って、一定の距離を保持しながら並進移動させることにより、検査が実行される。

本発明の第１実施例に係る表面状態検査装置の構成を示す説明図である。 被検査部材の検査対象領域（ウェハの外周部）の状態を示す説明図である。 被検査部材の外周方向の断面図である。 被検査部材全周の検査方法を説明するための説明図である。 被検査部材全周を検査したときの表示例を示す説明図である。 上記被検査部材を検査したときの欠陥検出表示例を示す説明図である。 本発明の第２実施例に係る表面状態検査装置の構成を示す説明図である。 本発明の第３実施例に係る表面状態検査装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ ウェハ（被検査部材） ５，６，７ 対物レンズ（集光手段）
１３，１４，１５ ラインセンサ（検出手段）
１６，１７，１８ 光学ファイバー（第１の照明手段）
１９，２０，２１ 集光レンズ（第１の照明手段）
２２ 信号合成部（検査領域連続化手段） ２５ 表示手段
１００，１０１ 光学ファイバー（第２の照明手段）
１０２，１０３ 集光レンズ（第２の照明手段）
２００，２０１，２０２ 光学ファイバー（照明手段）
２０３，２０４，２０５ 集光レンズ（照明手段）
２０９，２１０ ドーププリズム ２１１ 対物レンズ（集光手段）
２１４ ラインセンサ（検出手段） ２１６ 信号合成部（検査領域連続化手段）

Claims (10)

1. 平板状の被検査部材の表面外周部、外周端面部及び裏面外周部を連続する被検査領域として検査する表面状態検査装置であって、
   前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部に照明光を照射する照明手段と、
   前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部からの反射光若しくは散乱光を集光する集光手段と、
   前記集光手段によって集光された前記反射光若しくは散乱光による像を検出する検出手段と、
   前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部からの反射光若しくは散乱光による前記像の向きを整えて連続した１つの検査領域の像とする検査領域連続化手段とを有する表面状態検査装置。
2. 前記集光手段は、前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部の各々から発生する前記反射光若しくは散乱光を独立して集光する３つの集光手段からなり、
   前記検出手段は、前記３つの集光手段の各々で集光された前記反射光若しくは散乱光を検出する３つの検出手段からなり、
   前記検査領域連続化手段は、前記３つの検出手段の各々で検出された前記反射光若しくは散乱光による像を、前記被検査部材における前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部の接続状態を維持して連続した１つの検査領域の像として抽出合成するように構成された請求項１に記載の表面状態検査装置。
3. 前記３つの集光手段は、前記表面外周部及び前記外周端面部の境界が面取りされた表面ベベル部と、前記裏面外周部及び前記外周端面部の境界が面取りされた裏面ベベル部とから発生する前記反射光若しくは散乱光を集光するように構成された請求項２に記載の表面状態検査装置。
4. 前記集光手段は、前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部の各々から発生する反射光若しくは散乱光を一括して集光する１つの集光手段からなり、
   前記検出手段は、前記１つの集光手段で集光された前記反射光若しくは散乱光を検出する１つの検出手段からなり、
   前記検査領域連続化手段は、前記１つの検出手段で検出された前記反射光若しくは散乱光による像を、前記被検査部材における前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部の接続状態を維持して連続した１つの検査領域の像として抽出合成するように構成された請求項１に記載の表面状態検査装置。
5. 前記１つの集光手段は、ドーププリズムを有する請求項４に記載の表面状態検査装置。
6. 前記検出手段は、受光した光を電気信号に変換する受光部が１列に並んだラインセンサで構成され、
   前記被検査部材の外周部を所定の間隔で走査して、前記検査領域連続化手段の出力を２次元画像として表示する表示手段を備えた請求項１〜５いずれか一項に記載の表面状態検査装置。
7. 前記照明手段は、
   前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部の各々に対して略垂直に照射する第１の照明手段と、
   前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部に対して斜めに照射する第２の照明手段とからなり、
   前記第１の照明手段による照明光と、前記第２の照明手段による照明光とを切り替えて検査するように構成された請求項１〜６いずれか一項に記載の表面状態検査装置。
8. 前記照明手段は、複数の波長を有する光源で構成され、
   前記検出手段は、カラー撮像素子で構成される請求項７に記載の表面状態検査装置。
9. 平板状の被検査部材の表面外周部、外周端面部及び裏面外周部を連続する被検査領域として検査する表面状態検査装置であって、
   前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部に照明光を照射する照明手段と、
   前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部からの反射光若しくは散乱光を一括して集光する１つの集光手段と、
   前記集光手段によって集光された前記反射光若しくは散乱光の像を結像する結像手段と、から構成され、
   前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部からの反射光若しくは散乱光の前記像を、前記被検査部材における前記表面外周部、前記外周端面部及び前記裏面外周部の接続状態を維持して連続した１つの検査領域の像として観察する表面状態検査装置。
10. 前記１つの集光手段は、ドーププリズムを有する請求項９に記載の表面状態検査装置。

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