JP2010181317A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハの端縁に存在する欠陥を検出できると共に検出した欠陥を観察することができる欠陥検査装置を実現する。
【解決手段】半導体ウェハ１の端縁を異なる複数の角度方向から照明する欠陥検査用の第１の照明光学系１０ａ〜１０ｂと、半導体ウェハの端縁に向けて観察用の照明光を投射する第２の照明光学系１６ａ〜１６ｂと、欠陥検査時において半導体ウェハの端縁から出射した散乱光を集光し、観察時において半導体ウェハの端縁から出射した正反射光を集光する対物レンズ１２とを具える。対物レンズにより集光された散乱光は光検出手段１５により受光され、対物レンズにより集光された正反射光は撮像装置１９により受光する。光検出手段からの出力信号及び撮像装置からの出力信号は信号処理装置５に供給して欠陥検出信号を発生すると共に半導体ウェハの端縁の２次元画像信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハの端縁に存在する欠陥を検出する欠陥検査装置、特に欠陥検出と共に検出された欠陥の画像を撮像して検出された欠陥の大きさや形状等を認識することができる欠陥検査装置に関するものである。

従来の半導体ウェハの検査は、素子形成面についての検査が主流であった。しかし、デバイスの集積度が高まるにつれてウェハの端縁に存在する傷やクラック等の欠陥が製造の歩留りに影響を与えていることが判明し、ウェハの端縁に存在する欠陥を高精度に検出できる欠陥検査装置の開発が強く要請されている。

半導体ウェハの端縁の欠陥を検出する検査装置として、楕円型の反射鏡を用い、端縁から出射した回折光を検出する検査装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この既知の検査装置では、楕円型の反射鏡の中心部に開口を設け、開口を介して検査すべき半導体ウェハのエッジを楕円の第１焦点に位置させ、ウェハのエッジに向けてレーザ光を投射している。ウェハのエッジに欠陥が存在する場合、エッジから回折光が発生し、発生した回折光は楕円鏡で反射し、楕円型反射鏡の第２焦点に配置した検出器により受光されている。
特開２００３−２８７４１２号公報

上述した既知の検査装置は、楕円形の反射鏡を用いて回折光を集光しているため、単一の光源と単一の光検出器とで欠陥を検出することができる。しかしながら、この既知の検査装置は、単に回折光を検出しているだけであり、検出した欠陥を観察できない欠点がある。すなわち、欠陥検査装置は、単に欠陥を検出するだけでは不十分であり、検出した欠陥を観察して欠陥の発生要因等について解析できることも重要である。この場合、検査装置と顕微鏡とを別体構造とし、検出した欠陥を別の顕微鏡等により観察することも可能である。しかし、ステージからウェハを取り外して別の顕微鏡に装着して観察する場合、位置誤差が発生することが回避できず、検出された欠陥を顕微鏡の視野内に位置させることが困難であり、作業性に難点がある。

さらに、上述した検査装置では、単一のレーザ光源から出射したレーザ光をウェハのエッジに向けて投射し、ウェハのエッジで発生した回折光を楕円形の反射鏡を介して単一の光検出器で検出する構成としているため、反射鏡の形状に僅かな誤差や変位があると、回折光が光検出器に入射せず、欠陥の検出精度が低下する欠点がある。さらに、レーザ光は、ウェハのエッジに対して一方向から投射されるだけであるため、方向性を有する欠陥の場合、欠陥の方向によっては欠陥から回折光が発生せず、比較的大きな欠陥が検出されない事態が生じてしまう。

本発明の目的は、半導体ウェハの端縁に存在する欠陥を検出できると共に検出した欠陥を観察することができる欠陥検査装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、方向性を有する欠陥であっても欠陥を正確に検出できる欠陥検査装置を提供することにある。

本発明による欠陥検査装置は、半導体ウェハの端縁に存在する欠陥を検出すると共に検出した欠陥の画像を撮像する欠陥検査装置であって、
半導体ウェハの端縁を異なる複数の角度方向から照明する欠陥検査用の第１の照明光学系と、
半導体ウェハの端縁に向けて観察用の照明光を投射する第２の照明光学系と、
欠陥検査時において半導体ウェハの端縁から出射した散乱光を集光し、観察時において半導体ウェハの端縁から出射した正反射光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズにより集光された散乱光を受光する光検出手段と、
前記対物レンズにより集光された正反射光を受光する撮像装置と、
前記光検出手段からの出力信号を受け取って欠陥検出信号を発生すると共に前記撮像装置からの出力信号を受け取って半導体ウェハの端縁の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具えることを特徴とする。

本発明では、欠陥検出用の照明光学系と観察用の照明光学系との２つの照明光学系及び単一の対物レンズを用い、欠陥検出時には半導体ウェハの端縁から発生した散乱光を対物レンズにより集光し、観察時には端縁から発生した正反射光を同一の対物レンズにより集光する。このように構成すれば、単一の欠陥検査装置を用いて欠陥検出と欠陥の観察とを同一の検査装置において行うことが可能になる。しかも、欠陥検出時に、半導体ウェハの端縁を種々の角度方向から照明すると共に正反射光が対物レンズに入射しないように照明しているので、方向性を有する欠陥であっても高精度に検出することができる。

本発明による欠陥検査装置の好適実施例は、撮像光学系及び第２の照明光学系は、コンフォーカル光学系として構成され、前記信号処理装置は、半導体ウェハの端縁の２次元共焦点画像信号及び３次元画像信号を出力することを特徴とする。コンフォーカル光学系は高解像度の２次元画像を撮像できるので、検出された欠陥の形状や大きさ等の特性を観察する上で極めて有益である。しかも、検出された欠陥の３次元立体画像も撮像されるので、検出された欠陥の形状や大きさ等をほぼリアルタイムで認識することができ、欠陥解析を行う上で極めて有益である。

本発明による欠陥検査装置の別の好適実施例は、前記第１の照明光学系は半導体ウェハの端縁に向けて検査用の第１の波長の照明光を照射し、前記第２の照明光学系は観察用の第１の波長とは異なる第２の波長の照明光を照射し、前記第１のラインセンサは第２の波長の光を選択的に受光し、前記散乱光を受光する光検出手段は、前記第１のラインセンサと平行に配置され、第１の波長の光を選択的に受光する第２のラインセンサにより構成され、前記第１及び第２のラインセンサは、これら２本のラインセンサを含む単一の光センサとして構成されていることを特徴とする。検査光の波長と観察光の波長とを相違させることにより、検査用の光検出手段及び観察用の光検出手段を、Ｒ，Ｇ，Ｂの３本のラインセンサが一体的に構成されている単一の光センサを用いることが可能になる。

本発明による欠陥検査装置の別の好適実施例は、対物レンズ装置は、交換可能に装着された欠陥検出用の第１の対物レンズと観察用の第２の対物レンズとを有し、第２の対物レンズは、第１の対物レンズよりも倍率が高く、且つ、焦点深度が深いレンズ系により構成されていることを特徴とする。観察用の対物レンズとして、焦点深度の深いレンズ系を用いることにより、ウェハ端縁のより広い範囲にわたって鮮明な２次元画像を撮像することが可能になる。特に、コンフォーカル光学系を用いて欠陥像を撮像する場合、コンフォーカル領域が一層拡大する効果が達成される。

本発明では、欠陥検出用の照明光学系と観察用の照明光学系を用いると共に、単一の対物レンズを用いて欠陥検出時には半導体ウェハの端縁から発生した散乱光を集光し、観察時には端縁から発生した正反射光を集光しているので、単一の検査装置において欠陥検出及び欠陥観察の両方を行うことが可能になる。さらに、本発明では、異なる複数の角度方向から半導体ウェハの端縁を照明しているので、方向性を有する欠陥や特有の形状の欠陥から散乱光を発生させることができ、欠陥の検出精度が向上する。

本発明による欠陥検査装置の一例を示す線図である。 検査光源の配置例を示す図である。 半導体ウェハの端縁画像を撮像する撮像装置を説明するための図である。 観察用光源の配置例を示す図である。 本発明による欠陥検査装置の変形例を示す図である。 本発明による欠陥検査装置の別の変形例を示す図である。

図１は本発明による欠陥検査装置の一例を示す線図である。検査すべき半導体ウェハ１は、ステージ２上に載置する。ステージ２は、真空吸着装置を有し、真空吸着により半導体ウェハ１を保持する。ステージ２は、モータ３が連結され、モータの回転駆動により回転する。モータ３には、駆動回路４が接続され、信号処理装置５からの制御信号に基づいて駆動制御される。さらに、モータ３にはロータリーエンコーダ６が連結され、ステージ２の回転位置が検出される。ロータリーエンコーダ６により検出された回転位置情報（角度情報）は信号処理装置５に出力され、半導体ウェハ１のアドレス情報として利用する。さらに、ステージ２にはチルト機構（図示せず）を設け、後述する対物レンズの光軸に対して半導体ウェハを所定の角度範囲にわたって傾斜させることができる。このチルト機構は、検出した欠陥の２次元画像を撮像する際に用い、欠陥が存在する表面に対する対物レンズの光軸の角度を調整することができる。

検査に際し、半導体ウェハを所定の速度で回転させながら、ウェハの端縁に向けて検査用の照明光を投射する。本発明では、半導体ウェハの端縁に向けて複数の角度方向から検査光を投射するものとし、４個の検査光源１０ａ〜１０ｄを配置する。図面を明瞭にするため、図面上では２個の検査光源１０ａ及び１０ｂだけを図示する。尚、検査光源の配置及び照明方法については、図２を参照して後述する。検査光源として、例えば赤の波長域の照明光を発生するレーザ光源を用いる。検査光源１０ａ及び１０ｂから出射した検査光は、集光レンズ１１ａ及び１１ｂにより集光され、半導体ウェハの端縁を照明する。ウェハ１の端縁上に傷、割れ、クラック、異物付着等の欠陥が存在する場合、欠陥から散乱光ないし回折光が発生し、対物レンズ１２により集光される。対物レンズ１２は、その光軸が半導体ウェハの端縁に対して垂直となるように、すなわち、光軸が半導体ウェハの主表面と平行になると共に端縁の法線方向に延在するように配置する。

対物レンズ１２により集光された散乱光は、ダイクロイックミラー１３に入射する。ダイクロイックミラー１３は、赤の波長光を反射し、それ以外の波長光は透過する。従って、対物レンズにより集光された散乱光は、ダイクロイックミラー１３で反射し、結像レンズ１４を経て光検出手段１５に入射する。光検出手段として、例えば単一の受光面を有する光検出器、複数の受光素子がライン状に配列されたラインセンサ、複数のラインセンサが互いに平行に配置された光センサ、或いは２次元ＣＣＤ等の各種光検出手段を用いることができる。光検出手段１５に発生した電荷は所定の周波数で順次読み出され、信号処理装置５に供給する。信号処理装置は、光検出手段１５からの出力信号レベルを閾値と比較し、閾値を超える場合、欠陥が存在するものと判定し、欠陥検出信号を発生すると共に、その時点におけるロータリーエンコーダ６からの角度情報を欠陥のアドレス情報としてメモリに記憶する。

次に、検出された欠陥の観察について説明する。検出された欠陥を観察する場合、信号処理装置５は、検出された欠陥のアドレス情報に基づいて駆動信号を生成してモータ３を駆動し、ステージ２を回転させて欠陥が存在する部位を対物レンズ１２の光軸上に位置させる。ステージを静止状態に維持し、観察用の４個の照明光源１６ａ〜１６ｄから欠陥に向けて観察用の照明光を投射する。図面を明瞭にするため、２個の照明光源１６ａ及び１６ｂだけを図示する。尚、観察用の照明光源の配置及び照明方法については、図３を参照して後述する。

観察用の光源として、本例では、欠陥検出のための波長光とは異なる波長域の波長光、例えば緑の波長光を放射するLEDを用いる。観察用光源１６ａ及び１６ｂから出射した照明光は、それぞれ集光レンズ１７ａ及び１７ｂにより集光され、欠陥及びその付近に入射する。欠陥及びその付近からの正反射光は、対物レンズ１２により集光され、ダイクロイックミラー１３を透過し、結像レンズ１８を介して２次元撮像装置１９に入射する。２次元撮像装置として、種々の撮像装置を用いることができ、本例では２次元ＣＣＤカメラを用いる。２次元撮像装置１９からの出力信号は、信号処理装置５に供給され、欠陥及びその近傍の２次元画像信号が出力される。よって、信号処理装置５から２次元画像信号をモニタ（図示せず）に供給することにより、欠陥及びその近傍の画像がモニタ上に表示される。従って、オペレータは、検査が終了した半導体ウェハを検査装置から取り外すことなく、モニタ上に表示される欠陥画像を観察し、検出された欠陥の大きさや形状等を把握することが可能である。

次に、欠陥検出の照明方法について説明する。図２は、検査光源の配置例を示す図であり、図２ａは線図的斜視図、図２ｂは対物レンズ１２の光軸方向から半導体ウェハを見た側面図であり、図２ｃは半導体ウェハの上側から見た平面図であり、図２ｄは対物レンズ１２の光軸と直交する側から見た側面図である。本例では、４個の検査光源１０ａ〜１０ｄを用い、異なる４つの角度方向から半導体ウェハの端縁を照明する。これら４個の検査光源は、半導体ウェハの端縁からの散乱光（回折光）だけが対物レンズ１２に入射し、正反射光は対物レンズに入射しないように配置する。

第１の検査光源１０ａは、半導体ウェハ１の上方に配置され、上方から下方に向けて斜めに検査用のレーザ光を投射する。また、検査光源の光軸は、対物レンズの光軸に対して、例えば３０〜８０°の角度をなすように設定する。第２の検査光源１０ｂは、半導体ウェハの下方に配置され、半導体ウェハの端縁に対して検査光を下方から上方に向けて斜めに投射する。第３及び第４の検査光源１０ｃ及び１０ｄは、対物レンズ１２の光軸をはさんで反対側に配置され、第３の検査光源１０ｃは検査光を上方から下方に向けて斜めに投射し、第４の検査光源１０ｄは下方から上方に向けて斜めに投射する。従って、半導体ウェハの端縁は、ウェハの回転方向の進行方向及び後退方向並びにウェハの上下方向から照明されることになる。このように、複数の異なる角度方向から検査用の照明光を投射することにより、欠陥が方向性を有する傷のような場合であっても、欠陥から回折光を発生させ対物レンズにより集光することが可能である。

検査光が照射される半導体ウェハの端縁と光検出手段１５とは、対物レンズに対して共役関係を満たすように配置する。すなわち、図３に示すように、半導体ウェハの端縁から出射した回折光が対物レンズ１２を介して光検出手段１５上に集束するように配置する。このように配置することにより、半導体ウェハの端縁で発生し対物レンズの視野内に入射した回折光は、対物レンズ１２により集光され、光検出手段１５上に集束する。

次に、検出した欠陥を撮像する観察用光源の配置について説明する。図４は、観察光源の配置例を示す図である。本例では、４個の観察光源１６ａ〜１６ｄを用いる。４個の観察光源は、対物レンズ１２の光軸を含むと共に半導体ウェハ１の主表面と直交する面内に配置し、４方向から欠陥を照明する。第１の観察光源１６ａは半導体ウェハの上方から端縁を照明し、第２の観察光源１６ｂはウェハの下方から端縁を照明する。また、第３の観察光源１６ｃは上方から照明し、第４の観察光源１６ｄは下方から照明する。第１〜第４の観察光源１６ａ〜１６ｄから出射した照明ビームは集束レンズ１７ａ〜１７ｄにより集束されウェハの端縁を照明する。この際、第１及び第２の観察光源１６ａ及び１６ｂは端縁のベベル部を含むように照明し、第３及び第４の観察光源１６ｃ及び１６ｄはアペックス部を含むように照明することが好ましい。ウェハの端縁のベベル部及びアペックス部で反射した正反射光は、対物レンズ１２により集光され、ダイクロイックミラー１３及び結像レンズ１８を介して２次元ＣＣＤカメラ１９に入射し、検出された欠陥の画像が撮像される。そして、欠陥像は、明視野中に暗い画像として検出される。

次に、対物レンズ装置について説明する。本例では、ターレット方式により交換可能に装着した第１及び第２の対物レンズを含む対物レンズ装置を用いる。第１の対物レンズは欠陥検査用に用い、第２の対物レンズは欠陥観察用に用いる。第２の対物レンズとして、第１の対物レンズよりも倍率が高く、且つ焦点深度の深いレンズ系を用いる。そして、欠陥検査時には第１の対物レンズを光路中に配置して欠陥検出を行い、欠陥観察時には高倍率で焦点深度の深い第２の対物レンズを光路中に挿入して欠陥観察を行う。このように、焦点深度の異なる２種類の対物レンズを用いれば、ウェハ端縁のより広い範囲にわたって鮮明な２次元画像を撮像することが可能になる。特に、コンフォーカル光学系を用いて欠陥像を撮像する場合、コンフォーカル領域が一層拡大する効果が達成される。

図５は、本発明による別の欠陥検査装置を示す。本例では、コンフォーカル光学系を用いて欠陥像を撮像し、検出された欠陥の２次元共焦点画像情報及び３次元画像情報を出力する。尚、検査すべき半導体ウェハ１を支持するステージ２及び関連する構成要素は、図１と同様であるため、その説明は省略する。コンフォーカル光学系は、試料の２次元画像だけでなく３次元画像も撮像でき、欠陥の立体画像を表示することができる。従って、検出された欠陥が凸状欠陥又は凹状欠陥であるか、研磨の痕跡或いは研磨により発生した異物付着であるか等について把握でき、欠陥の発生要因等を解析する上で有益である。

初めに、欠陥像を撮像する撮像光学系について説明する。本例では、観察用の照明光源として、水銀ランプ又はキセノンランプ２０を用い、ランプ２０から放射された照明光を光ファイバ２１を用いて所定の位置に導く。光ファイバ２１の出射端から出射した照明光は、第１のシリンドリカルレンズ２２により一方向に集束したビームに変換され、スリット２３を介してライン状ビームに変換する。図面上、スリット２３は紙面内に延在する開口が形成されているように図示したが、スリット２３の開口は紙面と直交する方向に延在し、半導体ウェハ１の主表面と直交する方向に延在するライン状ビームに変換する。スリット２３から出射したビームは、第２のシリンドリカルレンズ２４により平行なライン状ビームに変換され、フィルタ２５を透過する。本例では、フィルタ２５は緑の波長光を透過するフィルタを用いる。フィルタ２５から出射した緑の波長域のライン状ビームは、ビームスプリッタ２６で反射し、振動ミラー２７に入射する。振動ミラー２７は、欠陥検査時には固定ミラーとして動作し、欠陥観察時には入射した照明ビームを周期的に偏向するビーム偏向装置として動作する。欠陥観察時において、振動ミラー２７は、駆動回路２８から供給される駆動信号により駆動され、信号処理装置５の制御のもとで入射したライン状照明ビームを周期的に偏向する。

振動ミラー２７で反射したライン状ビームは、リレーレンズ２９及び３０を経て対物レンズ装置１２に入射する。対物レンズ装置１２に入射したライン状照明ビームは、集束したライン状照明ビームに変換する。よって、半導体ウェハの端縁には、半導体ウェハの主表面と直交する方向に延在する集束したライン状光ビームが入射する。従って、振動ミラー２７を所定の駆動周波数で回転させることにより、半導体ウェハの端縁は、集束したライン状の照明ビームにより周期的に走査されることになる。

対物レンズ１２にモータ３１を連結する。モータ３１は、駆動回路３２からの駆動信号により駆動制御され、その回転量はエンコーダ３３により検出され、信号処理装置５に供給される。モータ３１の駆動により、対物レンズ１２はその光軸方向に沿って変位し、対物レンズの変位に伴って集束したライン状照明ビームの集束点は、半導体ウェハの端縁から中心に向けて変位する。従って、信号処理装置５の制御によりモータ３１と振動ミラー２７とを連動させ、対物レンズ装置１２光軸方向に沿って変位させながら、振動ミラー２７により照明ビームを周期的に偏向することにより、半導体ウェハの端縁は、集束点が半導体ウェハの外側から内側に向けて連続的に変位するライン状照明ビームにより２次元的に走査されることになる。

対物レンズ装置１２は、交換可能に装着された焦点深度の異なる２個の対物レンズを有し、欠陥検査時には、焦点深度の浅い対物レンズを用いて欠陥検出を行い、欠陥観察時には焦点深度の深い対物レンズを用いて欠陥像を撮像する。

半導体ウェハの端縁で反射した正反射光、すなわちライン状の反射ビームは、対物レンズ装置１２により集光され、リレーレンズ３０及び２９を介して振動ミラー２７に入射する。そして、振動ミラーで反射し、ビームスプリッタ２６を透過し、結像レンズ３４を経て光センサ３５に入射する。本例では、光センサ３５は、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長光を選択的に受光する３本のラインセンサが平行に配置された光センサを用いる。そして、緑の波長光を選択的に受光する第１のラインセンサにライン状の反射ビームを入射させる。ラインセンサの受光素子の配列方向は、ライン状反射ビームの延在方向と対応する方向（図面上、紙面と直交する方向）に設定する。従って、ウェハの端縁で反射した反射ビームは、緑の波長光を選択的に受光する第１のラインセンサの受光素子列上に結像する。本例では、半導体ウェハの端縁が集束したライン状照明ビームにより照明され、端縁からの反射光はラインセンサにより受光されるので、コンフォーカル光学系が構成される。ラインセンサに発生した電荷は、信号処理装置５の制御のもとで順次読み出され、信号処理装置に供給される。信号処理装置は、入力したラインセンサ出力について種々の処理を行い、半導体ウェハの端縁の２次元画像信号及び３次元画像信号を生成する。尚、光センサとして、３本のラインセンサが一体化された光センサを用いたが、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長光を選択的に受光する受光素子がライン上に順次配列された光センサを用いることも可能である。

次に、欠陥検出について説明する。欠陥検査用の照明光学系は、図２に記載の照明光学系を用い、異なる４方向から半導体ウェハの端縁を照明する。尚、図面上２個の検査光源１０ａ及び１０ｃだけを示す。欠陥検出に際し、焦点深度の浅い低倍率の対物レンズに交換し、ステージ２を回転させながら、赤の波長光を発生する４個のレーザ光源から半導体ウェハの端縁に向けて検査光を投射する。そして、半導体ウェハ１の全周を検査光により走査する。

半導体ウェハ１の端縁に存在する欠陥により発生した回折光は、対物レンズ装置１２により集光され、リレーレンズ３０及び２９を介して振動ミラー２７に入射する。そして、固定ミラーとして動作する振動ミラーで反射し、ビームスプリッタ２６を透過し、結像レンズ３４を経て光センサ３５の赤の波長光を選択的に受光する第２のラインセンサに入射する。第２のラインセンサに発生した電荷は、信号処理装置５の制御のもとで順次読み出され、信号処理装置に供給される。信号処理装置５では、読み出された出力信号を閾値と比較し、閾値を超える出力信号が検出された場合欠陥検出信号を発生する。そして、その時点のステージ２の位置を示す角度情報がロータリーエンコーダ６から読み出され、信号処理装置において、読み出された角度情報を欠陥のアドレス情報としてメモリに記憶する。

尚、光路調整手段を用い、欠陥検出時には、半導体ウェハからの反射光が赤の光を受光する第２のラインセンサに入射するように光路調整すると共に、欠陥観察時には半導体ウェハからの反射光が緑の波長光を受光する第１のラインセンサに入射するように設定することも可能である。

次に、欠陥観察の動作について説明する。本発明による欠陥検査装置では、欠陥検査が終了した後、検出された欠陥をモニタ上に表示して欠陥観察が行われる。欠陥画像の撮像に当たり、検出された欠陥のアドレス情報を用いてステージ２を回転させ、検出された欠陥の位置を対物レンズの光軸上に合わせる。続いて、信号処理装置５の制御のもとで、対物レンズ装置１２を光軸方向に変位させながら振動ミラー２７を周期的に回転させ、半導体ウェハの端縁を集束したライン状の照明ビームで周期的に走査する。ウェハの端縁からの反射ビームは、振動ミラー２７によりデスキャンされるので、光センサ３５上に静止した反射ビームが入射する。そして、光センサ３５に蓄積された電荷を順次読出し信号処理装置５に出力する。

信号処理装置５は、振動ミラーが１回転する毎にリニァイメージセンサからの出力信号を用いて２次元画像信号を形成する。そして、対物レンズの変位による照明ビームの集束点の光軸方向の変位に応じて、各画素に生ずる最大輝度値を検出して画像メモリに記憶する。同時に、最大輝度値を発生する光軸方向の位置アドレスを各画素毎に求め、３次元画像信号としてメモリに記憶する。コンフォーカル光学系の特性として、対物レンズを光軸方向に変位させながら、すなわち、照明ビームの集束点を光軸方向に変位させながら照明ビームで試料表面を走査して２次元画像を撮像すると、照明ビームの集束点が試料表面上に位置すると、最大輝度値が観測される。従って、各画素の最大輝度値で構成される２次元画像は、全ての画素について焦点が合った高解像度画像となり、高解像度の２次元画像信号が得られる。また、最大輝度値が発生する光軸方向の位置は試料の表面の位置を示すので、最大輝度値を発生する光軸方向の位置を各画素ごとに求めることにより、試料表面の高さ情報が得られ、半導体ウェハの端縁の３次元画像信号が得られ、立体画像を表示することができる。従って、オペレータは、検出された欠陥のアドレス情報を用いて、欠陥付近の２次元画像をモニタ上に表示して欠陥観察することができ、或いは、欠陥の立体画像をモニタ上に表示して欠陥観察することができる。

図６は、図５に示す欠陥検査装置の変形例を示す図である。図５で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。本例では、対物レンズ装置１２と振動ミラー２７との間の光路中に赤の波長光を反射し、残りの波長光を透過するダイクロイックミラー１３を配置する。半導体ウェハの端縁で発生した回折光は、対物レンズ装置１２により集光され、ダイクロイックミラー１３で反射し、集光レンズ１４を介して光検出手段１５に入射する。光検出手段１５は、例えばフォトマルのような単一の光検出器で構成する。光検出手段１５からの出力信号は、信号処理装置５に供給され、欠陥判定が行われる。また、撮像装置として、リニァイメージセンサ４０を用いて、半導体ウェハからのライン状の反射光をリニァイメージセンサ４０により受光し、リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を順次読出して信号処理装置５に供給する。

本例において、観察用の照明系として、ライン状の照明ビームと共に図１に示す観察用の照明光源１６ａ及び１６ｂからの照明光も同時に用いることが可能である。これら２個の照明光源は、主としてベベル面を照明するため、ベベル面からの反射光も対物レンズにより集光される。従って、これらの照明光源１６ａ及び１６ｂを併用することにより、半導体ウェハの端縁の中心側の画像も同時に撮像できる利点が達成される。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、欠陥検出が終了した後、振動ミラーを固定ミラーとして用い、半導体ウェハを回転させながら、光源装置から半導体ウェハの端縁に向けてライン状の照明ビームを投射して、半導体ウェハの全周にわってライン状照明ビームで走査する。そして、半導体ウェハの全周にわたる２次元画像を撮像し、検出された欠陥のアドレスを用いて欠陥付近の２次元画像をメモリに記憶することも可能である。この場合、欠陥検出が終了後、半導体ウェハを１回転させるだけ欠陥の２次元画像を撮像してモニタ上に表示することが可能になる。

さらに、上述した実施例では、半導体ウェハの検査に１個の欠陥検査装置を用いて欠陥検査及び観察を行う例について説明したが、例えば、半導体ウェハの上側及び下側にそれぞれ欠陥検査装置を配置して、複数の角度方向から欠陥検査及び観察を行うことも可能である。

１ 半導体ウェハ
２ ステージ
３ モータ
４ 駆動回路
５ 信号処理装置
６ ロータリーエンコーダ
１０ａ〜１０ｄ 検査光源
１１ａ〜１１ｄ 集光レンズ
１２ 対物レンズ装置
１３ ダイクロイックミラー
１４，１８ 結像レンズ
１５ 光検出手段
１６ａ〜１６ｄ 観察光源
１７ａ〜１７ｄ 集光レンズ
１９ ２次元ＣＣＤカメラ

Claims (9)

1. 半導体ウェハの端縁に存在する欠陥を検出すると共に検出した欠陥の画像を撮像する欠陥検査装置であって、
   半導体ウェハの端縁を異なる複数の角度方向から照明する欠陥検査用の第１の照明光学系と、
   半導体ウェハの端縁に向けて観察用の照明光を投射する第２の照明光学系と、
   欠陥検査時において半導体ウェハの端縁から出射した散乱光を集光し、観察時において半導体ウェハの端縁から出射した正反射光を集光する対物レンズ装置と、
   前記対物レンズ装置により集光された散乱光を受光する光検出手段と、
   前記対物レンズ装置により集光された正反射光を受光する撮像光学系と、
   前記光検出手段からの出力信号を受け取って欠陥検出信号を発生すると共に前記撮像装置からの出力信号を受け取って半導体ウェハの端縁の２次元画像信号を出力する信号処理装置とを具えることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記撮像光学系と第２の照明光学系はコンフォーカル光学系として構成され、前記信号処理装置は、半導体ウェハの端縁の２次元共焦点画像信号及び３次元画像信号を出力することを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項２に記載の欠陥検査装置において、前記第２の照明光学系はライン状の照明ビームを発生する光源装置と、ライン状照明ビームを偏向する振動ミラーとを有し、前記撮像光学系は、前記ライン状の照明ビームの延在方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有する第１のラインセンサを有し、
   前記第２の照明光学系から出射したライン状照明ビームを対物レンズを介して集束したライン状照明ビームとして半導体ウェハの端縁に向けて投射し、半導体ウェハの端縁を集束したライン状照明ビームにより走査することを特徴とする欠陥検査装置。
4. 請求項２又は３に記載の欠陥検査装置において、前記第１の照明光学系は半導体ウェハの端縁に向けて検査用の第１の波長の照明光を照射し、前記第２の照明光学系は観察用の第１の波長とは異なる第２の波長の照明光を照射し、
   前記第１のラインセンサは第２の波長の光を選択的に受光し、
   前記散乱光を受光する光検出手段は、前記第１のラインセンサと平行に配置され、第１の波長の光を選択的に受光する第２のラインセンサにより構成され、
   前記第１及び第２のラインセンサは、これら２本のラインセンサを含む単一の光センサとして構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の欠陥検査装置において、前記対物レンズ装置は、交換可能に装着された欠陥検出用の第１の対物レンズと欠陥観察用の第２の対物レンズとを有し、第２の対物レンズは、第１の対物レンズよりも倍率が高く、且つ、焦点深度が深いレンズ系により構成されていることを特徴とする欠陥検査装置。
6. 請求項１、２又は３に記載の欠陥検査装置において、前記第１の照明光学系は、半導体ウェハの端縁に向けて第１の波長の照明光を照射し、前記第２の照明光学系は第１の波長とは異なる第２の波長の照明光を投射し、前記対物レンズと光検出手段及び撮像装置との間の光路中に第１の波長の光と第２の波長の光とを分離する光分離手段が配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の欠陥検査装置において、前記対物レンズの光軸は、検査すべき半導体ウェハの主表面に平行であって、半導体ウェハの端縁に対して法線方向に延在することを特徴とする欠陥検査装置。
8. 請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記第１の照明光学系は、半導体ウェハの端縁に向けて互いに異なる角度方向から照明光を投射する複数の検査光源を有し、前記第２の照明光学系は、対物レンズ装置の光軸を含むと共に半導体ウェハの主表面と直交する面内に配置した複数の照明光源を含み、前記撮像光学系は２次元ＣＣＤカメラを含むことを特徴とする欠陥検査装置。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の欠陥検査装置において、さらに、半導体ウェハを支持するステージと、ステージを回転軸線の周りで回転させる駆動機構と、ステージの位置を検出する位置検出手段とを具え、
   欠陥検査時において、半導体ウェハを回転させながら複数の角度方向から検査光を投射し、
   前記信号処理装置は、検出された欠陥と共に欠陥のアドレス情報も出力することを特徴とする欠陥検査装置。