JP4890039B2

JP4890039B2 - 共焦点型撮像装置

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Publication number: JP4890039B2
Application number: JP2006026020A
Authority: JP
Inventors: 安功波田
Original assignee: 大倉インダストリー株式会社
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP2007206441A

Description

本発明は、半導体ウェハの端縁をその全周にわたって共焦点画像として撮像する共焦点型撮像装置に関するものである。

半導体ウェハの端縁の状態は、デバイスの製造の歩留りに強い影響を与えるため、高精度に研磨されている必要がある。また、半導体デバイスの製造工程において、前段階で形成された各種の皮膜や酸化膜等を除去しクリーンな状態に維持する必要がある。このため、１つの処理工程が終了した後ウェハの端縁について研磨処理を行い、前工程で形成された皮膜が除去されている。一方、ウェハの端縁の研磨が不十分であったり前工程で形成された皮膜等が端縁に残存すると、デバイスの製造歩留りが著しく低下してしまう。従って、半導体ウェハの端縁の高解像度画像を撮像する撮像装置の開発が強く要請されている。

半導体ウェハの端縁を検査する装置として、回転テーブル上に配置された半導体ウェハの端縁に向けてレーザ光を投射し、端縁からの散乱光を受光して欠陥検出を行う装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この既知の検査装置では、端縁からの高次の散乱光を光検出器により受光し、光検出器からの出力信号の振幅変化に基づいて欠陥検出が行われている。

特開２００３−２８７４１２号公報

上述した既知の検査装置では、端縁からの散乱光の強度変化に基づいて欠陥検査が行われているため、比較的サイズの大きなキズ等を検出することができる。しかしながら、端縁の2次元画像を撮像する撮像装置ではないため、ウェハ端縁の状態、例えば研磨ムラが残存しているか否か或いは酸化膜等の皮膜が残存しているか否か等の端縁の性状に関する情報を得ることができない欠点がある。さらに、半導体ウェハの端縁の画像をＣＣＤカメラを用いて撮像する場合、得られる2次元画像の解像度が低いため、微細な欠陥や研磨ムラ等を検出できない欠点がある。

本発明の目的は、半導体ウェハの端縁をその全周にわたって共焦点画像として、すなわち高解像度画像として撮像する共焦点型装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、半導体ウェハの端縁をその全周にわたって検査するのに好適な共焦点型撮像装置を提供することにある。

本発明による共焦点型撮像装置は、半導体ウェハの端縁の全周を観察する全周観察モードと、半導体ウェハの特定の領域を観察する部分観察モードとを有する共焦点型撮像装置であって、
ライン状光ビームを発生するライン状光ビーム発生装置と、前記ライン状光ビームを半導体ウェハの端縁に向けて投射する対物レンズ系と、前記ライン状光ビーム発生装置と対物レンズ系との間の光路中に配置した振動ミラーと、複数の受光素子を有し、半導体ウェハの端縁からの反射光を前記対物レンズ系を介して受光するリニァイメージセンサとを有する撮像光学系、
前記リニァイメージセンサからの出力信号に基づいて２次元画像信号を発生する信号処理装置、及び
回転軸線を有し、半導体ウェハを支持する回転テーブルと、回転テーブルを回転させる回転駆動機構とを有するウェハステージを具え、
前記撮像光学系の対物レンズ系の光軸は前記ウェハテーブルの回転軸線を含む面内に延在し、対物レンズ系から出射するライン状光ビームは前記回転軸線と対物レンズ系の光軸を含む面内に延在し、
前記振動ミラーは、前記全周観察モードにおいて固定ミラーとして用いられ、前記部分観察モードにおいてライン状光ビームをその延在面と直交する方向に周期的に偏向する振動ミラーとして用いられ、
前記全周観察モードにおいて、前記ウェハテーブルを回転させることにより半導体ウェハの端縁はその全周にわたってライン状光ビームにより走査される
ることを特徴とする。

本発明では、回転する半導体ウェハに向けて撮像光学系から集束したライン状光ビームを投射し、端縁で反射したライン状の反射光をリニァイメージセンサにより受光する。リニァイメージセンサの各受光素子は、保持枠により光入射面が個別に規定され、保持枠はピンホールとして作用するから、コンフォーカル光学系が構成されることになる。これにより、グレァ等の迷光がリニァイメージセンサの各受光素子に入射するのが防止され、半導体ウェハの端縁の全周にわたる2次元画像を高解像度の画像として撮像することができる。この結果、端縁に形成された研磨傷や凹状欠陥や凸状欠陥はコントラスト画像として検出されるので、微細な欠陥や傷を検出することが可能になる。特に、半導体ウェハの全周にわたる画像を共焦点画像として撮像されるので、端縁の研磨不良や研磨のうねり等の検出に極めて好適である。

本発明による共焦点型撮像装置は、半導体ウェハの端縁の全周を観察する全周観察モードと、半導体ウェハの特定の領域を観察する部分観察モードとを有する共焦点型撮像装置であって、
レーザビームを非コヒーレントなライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、前記ライン状光ビームを半導体ウェハの端縁に向けて投射する対物レンズ系と、前記ライン状光ビーム発生装置と対物レンズ系との間の光路中に配置した振動ミラーと、複数の受光素子を有し、半導体ウェハの端縁からの反射光を前記対物レンズ系を介して受光するリニァイメージセンサとを有する撮像光学系、
前記リニァイメージセンサからの出力信号に基づいて２次元画像信号を発生する信号処理装置、及び
回転軸線を有し、半導体ウェハを支持する回転テーブルと、回転テーブルを回転させる回転駆動機構とを有するウェハステージを具え、
前記撮像光学系の対物レンズ系の光軸は前記ウェハテーブルの回転軸線を含む面内に延在し、対物レンズ系から出射するライン状光ビームは前記回転軸線と対物レンズ系の光軸を含む面内に延在し、
前記振動ミラーは、前記全周観察モードにおいて固定ミラーとして用いられ、前記部分観察モードにおいてライン状光ビームをその延在面と直交する方向に周期的に偏向する振動ミラーとして用いられ、
前記全周観察モードにおいて、前記ウェハテーブルを回転させることにより半導体ウェハの端縁はその全周にわたってライン状光ビームにより走査される
ることを特徴とする。

ライン状光ビーム発生装置として、水銀ランプやキセノンランプを用いることができる。しかし、これらの光源は大型であるため、撮像装置が大型化してしまう。一方、マイクロミラー装置は、半導体デバイスであるから、レーザ光源と同一の光学基板上に配置することができるので、小型で且つ安価なライン状光ビーム発生装置が実現される。

本発明による共焦点型撮像装置の好適実施例は、前記ライン状光ビーム発生装置は、レーザビームを発生するレーザ光源と、前記レーザビームを非コヒーレントな光ビームに変換するマイクロミラー装置と、前記レーザ光源とマイクロミラー装置との間に配置され、レーザ光源からマイクロミラー装置に向かうレーザビームとマイクロミラー装置から出射する光ビームとを分離するビームスプリッタとを有することを特徴とする。

本発明による共焦点型撮像装置の別の好適実施例は、前記ウェハステージは、さらに、並進駆動機構を有し、前記回転軸線及び対物レンズ系の光軸を含む面内において回転テーブルを並進移動させることを特徴とする。

本発明による共焦点型撮像装置の好適実施例は、信号処理装置は、前記リニァイメージセンサからの出力信号に基づいて焦点誤差信号を発生する手段を有し、当該焦点誤差信号に基づいて前記ウェハステージの並進駆動機構を制御することを特徴とする。半導体ウェハは数μｍ程度の真円度誤差を有し、半導体ウェハを回転テーブル上に装着する場合も数μｍの誤差が生じる。このような誤差が存在しても、ウェハを支持する回転テーブルをＸ軸方向に並進移動させる機構を設けることにより、ライン状光ビームを端縁の表面に追従させることが可能である。

本発明による共焦点型撮像装置の別の好適実施例は、さらに、前記撮像光学系を支持する光学系支持テーブルと、当該光学系支持テーブル回動させる回転駆動装置とを有し、光学系支持テーブルを前記回転軸線と対物レンズ系の光軸を含む面内で回動させることにより半導体ウェハの中心面に対するライン状光ビームの入射角を調整することを特徴とする。光学系支持テーブルを回動させることにより、ウェハの端縁を種々の方向から撮像することができる利点が達成される。

本発明による共焦点型撮像装置の別の好適実施例は、前記ライン状光ビーム発生装置と対物レンズ系との間の光路中に振動ミラーを配置し、半導体ウェハの端縁の全周を観察する場合振動ミラーを固定ミラーとして用い、半導体ウェハの特定の領域を観察する場合ライン状光ビームをその延在方向と直交する方向に周期的に偏向する振動ミラーとして用いることを特徴とする。振動ミラーは、固定ミラーとして機能すると共にビーム偏向装置としても機能する。従って、半導体ウェハの全周の画像を撮像する場合固定ミラーとして用い、半導体ウェハの部分的な画像を撮像する場合ビーム偏向装置として利用することにより、１台の撮像装置で局所的な観察及び全周観察の両方を行うことができる。

本発明では、半導体ウェハを回転テーブル上に支持し、回転する半導体ウェハの端縁に向けて撮像光学系からライン状光ビームを投射しているので、半導体ウェハの端縁の全周にわたる共焦点画像を撮像することが可能になる。共焦点画像は高い解像度を有するので、ウェハの端縁に存在する微細な欠陥や傷をコントラスト画像として撮像でき、ウェハの欠陥検査に極めて有益である。

図１は本発明による共焦点型撮像装置の一例を示す線図である。観察すべき半導体ウェハ１は、ウェハステージ２上に配置する。ウェハステージ２は、半導体ウェハ１が載置される回転テーブル３を有し、半導体ウェハ１は真空チャクにより裏面側から回転テーブル３に支持する。回転テーブル３には回転駆動機構４が連結され、回転軸線Ｌの周りで回転することができる。回転テーブル３はＸステージ（並進移動機構）５上に並進移動自在に支持され、Ｘ軸方向に移動することができる。本発明では、後述する撮像光学系から出射するライン状光ビームＢは、回転テーブル３の回転軸を含む面に延在する。そして、回転テーブル３の回転軸Ｌ及び撮像光学系の対物レンズ系の光軸Ｏを含む面をＸＹ平面とし、ライン状光ビームはＸＹ平面内に延在する。尚、ＸＹ平面は図１の紙面に相当する。

半導体ウェハ１の端縁の2次元画像を撮像する撮像光学系６からライン状光ビームＢを半導体ウェハの端縁に向けて投射する。撮像光学系６は、光学系支持テーブル７に装着され、光学系支持テーブル７は回転機構（図示せず）に連結されて、ＸＹ平面内において自在に回動することができる。従って、ライン状光ビームＢの半導体ウェハの中心面Ｓに対する入射角を自在に設定することができる。この結果、光学系支持テーブルの設定角度を調整することにより、半導体ウェハのベベル面の2次元画像を撮像することができ、或いは２つのベベル面間に位置する端面の2次元画像を撮像することも可能である。

図２は撮像光学系の一例を示す線図である。光源としてレーザ光源１０を用いる。レーザ光源１０から出射したレーザビームは、エキスパンダ光学系１１により拡大平行光束に変換する。エキスパンダ光学系から出射したレーザビームは、第１のシリンドリカルレンズ１２により一方向に集束した偏平なビームに変換されて第１の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。第１のシリンドリカルレンズ１２は、入射したレーザビームを第２の方向（図１に示すライン状光ビームＢの延在方向である第１の方向と直交する方向）にだけレーザビームを集束させるレンズ作用を有する。レーザビームは、第１の偏光ビームスプリッタ１３を透過し、１／４波長板１４を経てマイクロミラー装置１５の光入射面に集束した状態で垂直に入射する。

本発明では、マイクロミラー装置の各マイクロミラー素子を個別に駆動パルスを供給して画像表示装置として使用するのではなく、全てのマイクロミラー素子に同一の駆動パルスを供給し、全てのミラー面全体としての高速回動により入射したレーザビームを発散性の非コヒーレントな光ビームに変換する。マイクロミラー装置１５は、光入射面に2次元マトリックス状に配置された複数のマイクロミラー素子を有し、各マイクロミラー素子は、例えば１４μｍ×１４μｍの矩形のアルミニウムのミラー面を有する。各マイクロミラー素子に同一の駆動パルスを供給すると、各ミラー面は、駆動回路から供給される駆動パルスにより高速で往復回動し、入射したレーザビームを高速偏向させる。すなわち、各ミラー面は、供給される駆動パルスに応じて、支持柱を中心にして周期的に高速回動するため、各ミラー面に入射したビーム部分がそれぞれ高速で偏向されることになる。この結果、マイクロミラー装置から発散性のライン状光ビームが出射する。尚、入射ビームに対するマイクロミラー装置による偏向方向を第1の方向とし、この第１の方向は後述するライン状光ビームの延在方向に対応する。また、第1の方向はシリンドリカルレンズ１２の集束方向と直交する方向に対応する。

一方、マイクロミラー装置の各マイクロミラー素子は、同一の駆動パルスが入力しても、各ミラー面は、微視的に見た場合、それらの質量等の差に起因してそれぞれランダムな状態で回動ないし変位する。このため、入力したレーザビームの各ミラー面に入射したビーム部分は、それぞれランダムな状態で反射する。この結果、マイクロミラー装置から出射するライン状光ビームは、ビーム全体として見た場合、位相関係がそれぞれランダムな状態になり、もはやコヒーレント性が維持されず、発散性の非コヒーレントな光ビームに変換される。この結果、グレァ等が発生しない鮮明な高解像度画像を撮像することができる。尚、マイクロミラー装置によりレーザビームが非コヒーレントな光ビームに変換されることは、実験により確認されている。

マイクロミラー装置１５から出射した非コヒーレントな発散性光ビームは、１／４波長板１４を透過し、第１の偏光ビームスプリッタ１３の偏光面で反射し、集束性の球面レンズ１６に入射し、当該集束性球面レンズにより第１の方向に拡大された平行な光ビームに変換される。このライン状の平行光ビームは、第２のシリンドリカルレンズ１７により第２の方向に集束され、リレーレンズ１８を経て第２の偏光ビームスプリッタ１９に入射する。

第２の偏光ビームスプリッタ１９に入射したライン状光ビームは、偏光面で反射し、１／４波長板２０及び結像レンズ２１を経て対物レンズ２２に入射する。

対物レンズ２２は、入射したライン状光ビームを集束性のライン状光ビームとして半導体ウェハ１の端縁に向けて投射する。従って、半導体ウェハを回転させることにより、ウェハの端縁は集束したライン状光ビームにより帯状に2次元走査されることになる。ウェハの端縁からライン状の反射光が発生し、この反射ビームは、対物レンズ２２により集光され、結像レンズ２１及び１／４波長板２０を経て第２の偏光ビームスプリッタ１９に入射する。入射した反射ビームは１／４波長板２０を２回透過しているから、ビームスプリッタ１９の偏光面を透過し、レーザ光源から半導体ウェハに向かう照明ビームと分離され、リニァイメージセンサ２３上に結像される。リニァイメージセンサ２３は、ライン状の走査ビームの延在方向である第１の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。従って、半導体ウェハの端縁から出射したライン状の反射光がリニァイメージセンサ上に結像される。リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷は、コントローラ（図示せず）に接続された駆動回路（図示せず）から供給される駆動信号により所定の周波数で周期的に読み出され、増幅器２４により増幅されて信号処理装置２５に供給される。信号処理装置は、リニァイメージセンサから所定の周波数で順次出力される出力信号を受け取って、半導体ウェハの全周にわたる2次元画像信号を形成する。

リニァイメージセンサの各受光素子の受光面は、保持枠により規制されており、保持枠はピンホールと同等な作用を発揮し、グレァ等の迷光が入射するが阻止される。また、半導体ウェハの表面は集束性ライン状光ビームによって走査され、受光側はピンホールにより規制されるから、コンフォーカル光学系が構成される。この結果、ＣＣＤカメラで撮像された2次元画像よりもはるかに高解像度の2次元画像が半導体ウェハの端縁の全周にわたって撮像される。高解像度の2次元画像が撮像されることにより、ウェハの端縁の微細な研磨の痕跡や微細な傷、或いは凹状欠陥や凸状欠陥が濃淡のコントラスト画像として撮像される。撮像されたコントラスト画像の大きさ、特徴、輝度変化の状態等を基準画像情報と比較することにより、端縁に存在する欠陥として検出することができる。

図３は、半導体ウェハ１の端縁にライン状光ビームが入射する状態を示す。半導体ウェハ１は、素子形成面１ａ、第１のベベル面１ｂ、端面１ｃ、第２のベベル面１ｄ及び裏面１ｅを有する。図３（ａ）に示す例の場合、第１のベベル面１ｂの2次元画像を撮像する例を示し、この場合対物レンズ系の光軸は、第１のベベル面１ｂに対して垂直となるように光学系支持ステージ７を回動調整する。対物レンズ系から出射するライン状光ビームは、ウェハテーブルの回転軸と対物レンズ系の光軸を含む面内に延在する。２０倍程度の倍率の対物レンズ系を用いて撮像する場合、当該対物レンズ系は数１０μｍの焦点深度を有するから、焦点深度の半分の距離の位置に焦点を合わせると、数１００μｍ程度のライン長の部分からの反射光が対物レンズ系により集光される。従って、ウェハテーブルを回転させながらベベル面にライン状光ビームを投射することにより、数１００μｍの幅でベベル面が帯状に走査され、ベベル面全周にわたる2次元画像が撮像される。このようにして撮像されたベベル面の2次元画像は、高解像度画像であるから、微細な研磨の痕跡や傷、さらには凹状欠陥や凸状欠陥を濃淡のコントラスト画像として撮像することができる。得られた帯状の2次元画像に含まれるコントラスト画像に基づいて欠陥検査を行うことも可能である。尚、図３（ｂ）に示すように、半導体ウェハの端面１ｃの全周にわたる帯状の2次元画像を撮像して端面の欠陥検査を行う場合、光学系支持ステージ７を回動させ、対物レンズ系の光軸が端面１ｃに対して垂直となるように調整することにより端面についても欠陥検査することができる。

次に、オートフォーカス機構について説明する。半導体ウェハは、数μｍ程度の真円度の誤差を有し、半導体ウェハをウェハテーブルに装着する際にも数μｍ程度の装着誤差が生ずる。このため、ライン状光ビームを半導体ウェハの端縁に追従させるためのフォーカス機構及び駆動制御機構が必要である。そこで、本例では、リニァイメージセンサの各画素（各受光素子）について、最大輝度値を発生する画素の位置情報（画素番号情報）からフォーカス誤差信号を発生させ、フォーカス誤差信号に基づいてウェハステージ２の並進移動機構５を制御する。すなわち、半導体ウェハの真円度誤差や装着誤差に応じて半導体ウェハをＸ軸方向に変位させて焦点誤差制御を行う。

図４はウェハの端縁の表面に対するライン状光ビームの焦点位置とリニァイメージセンサから出力される輝度信号との関係を示すグラフである。図４において、横軸はリニァイメージセンサの画素の配列方向（画素番号）を示し、縦軸は各画素の輝度値を示す。図４（ｃ）は、フォーカスが正常な状態を示す。半導体ウェハのベベル面及び端面は、緩やかな湾曲面であるから、対物レンズ系の焦点深度を考慮してライン状光ビームの正常な焦点位置を図４（ｃ）のように設定する。一方、半導体ウェハの真円度等の誤差により半導体ウェハの端縁がライン状光ビームの焦点位置から離れるように変位すると、いわゆる前ピン状態となり、リニァイメージセンサの各画素からの出力信号は図４（ｃ）から徐々に（ｄ）及び（ｅ）のように変化する。一方、半導体ウェハの端縁が焦点位置に近づくように変位すると、いわゆる後ピン状態となり、リニァイメージセンサの各画素からの出力信号は、図４（ｃ）から変位量に応じて（ｂ）及び（ａ）の状態に変化する。すなわち、最大輝度値を発生する画素位置ないし画素番号及び最小輝度値を発生する画素位置に応じて前ピン状態か後ピン状態かを判定することが可能である。

図５は、リニァイメージセンサの出力からフォーカス誤差信号を形成するフォーカス誤差信号形成回路の一例を示す図である。リニァイメージセンサ２３からの出力信号は増幅器２４により増幅されて信号処理装置２５のローパスフィルタ３１に入力し、高周波数成分が除去されてからピーク検出手段３２に入力する。ピーク検出手段３２は、１ライン分の各画素の輝度値からピークの輝度値を検出する。ピーク画素位置検出手段３３は、ピークの輝度値を発生する画素番号ないし画素位置を検出する。検出された画素番号は第１及び第２の比較器３４及び３５にそれぞれ供給する。第１の比較器では、入力した画素番号と予め設定した最大輝度値を発生する画素番号とを比較する。第２の比較器３５は入力した画素番号と予め設定した最小輝度値を発生する画素番号とを比較する。これらの比較結果を焦点状態判定手段３６に供給して前ピン状態にあるか後ピン状態にあるかを判定し、その結果をコントローラ３７に供給する。コントローラ３７は、焦点状態に応じてウェハステージ２のＸステージ５を駆動する制御信号を発生し、半導体ウェハの端縁が最適な焦点位置に維持されるように制御する。この結果、半導体ウェハが真円度誤差を有していたり装着誤差が生じても半導体ウェハの端縁の2次元画像を撮像することができる。

図６は撮像光学系の変形例を示す図である。尚、図２で用いた部材と同一の部材には同一符号を付して説明は省略する。本例では、図２に示す撮像光学系を基本にして、第２のビームスプリッタ１９と対物レンズ系２２との間の光路中に振動ミラー４１を配置し、第２のビームスプリッタ１９と振動ミラー４１との間に光路中に結像レンズ４２を配置する。第２のビームスプリッタは、レーザ光源１０から試料に向けて進行する光ビームを透過し試料からの反射光は反射するように設定する。本例では、半導体ウェハの全周を観察する全周観察モードと部分的な領域を観察する部分観察モードとの間で切り換えることができる。すなわち、全周観察モードの場合振動ミラー４１は固定ミラーとして機能し、部分観察モードの場合入射したライン状光ビームの所定の周波数で周期的に偏向する本来の振動ミラーとして機能する。また、対物レンズ系２２にはサーボモータ４３を連結し、部分観察モードの場合対物レンズ系を光軸方向に移動自在に設定する。

ユーザが半導体ウェハの全周の2次元画像を撮像することを希望する場合、振動ミラー４１は固定ミラーに設定されると共にウェハテーブルは回転モードに設定される。この場合、半導体ウェハの所望の端縁がその全周にわたって2次元走査され、端縁の全周にわたる2次元画像が撮像される。また、全周観察モードで見つけた研磨傷等が存在する領域について詳細な2次元画像を撮像することを希望する場合、部分観察モードに切り換える。部分観察モードにおいて、ウェハテーブルは固定した状態に維持され、振動ミラーはビーム偏向装置として動作し、当該領域の2次元画像を撮像する。この場合、対物レンズ系２２をその光軸方向に移動させながら複数枚の2次元画像を撮像し、各画素について最大輝度値を抽出することにより、2次元画像の全ての画素について合焦した全焦点画像を撮像することができる。このように、モード切換機能を持たせることにより、半導体ウェハの端縁に関して種々の情報を得ることが可能になる。

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、上述した実施例では、撮像装置として説明したが、勿論欠陥検査装置として利用することも可能である。本発明の共焦点型撮像装置は、凹状欠陥及び凸状欠陥並びに研磨傷等はコントラスト画像として撮像されるため、信号処理装置において、基準画像情報を記憶したメモリを設け、撮像された2次元画像と基準画像とを比較することにより、欠陥検査を行うことができる。この際、基準画像情報と撮像された2次元画像との間の輝度値の変化量や輝度値が変化する領域の面積等の特徴量に基づいて欠陥判定を行うことができる。

さらに、上述した実施例では、半導体ウェハを回転させながらライン状光ビームを投射して半導体ウェハの端縁を2次元走査する構成としたが、ライン状光ビームの代りにレーザビームを音響光学素子により高速振動させることにより2次元走査することも可能である。

さらに、上述した実施例ではライン状光ビーム発生装置として、レーザ光源とマイクロミラー装置との組み合わせを用いたが、水銀ランプやキセノンランプ等を用いることも可能である。

さらに、上述した実施例では、半導体ウェハの支持手段として真空チャックを用いたが、回転テーブルに設けた複数の爪により支持することも可能である。

本発明による共焦点撮像装置の一例を示す線図である。本発明による撮像光学系の一例を示す線図である。ライン状光ビームの半導体ウェハの端縁への入射状態を示す図である。各種焦点状態におけるリニァイメージセンサの各画素の出力信号を示す図である。フォーカス制御回路の一例を示す図である。撮像光学系の変形例を示す図である。

符号の説明

１半導体ウェハ
２ウェハステージ
３回転テーブル
４回転駆動機構
５Ｘ軸ステージ
６撮像光学系
７光学系支持ステージ
１０レーザ光源
１１エキスパンダ光学系
１２，１７シリンドリカルレンズ
１３，１９ビームスプリッタ
１４，２０１／４波長板
１５マイクロミラー装置
１６球面レンズ
１８リレーレンズ
２１結像レンズ
２２対物レンズ系
２３リニァイメージセンサ
２４増幅器
２５信号処理装置

Claims

半導体ウェハの端縁の全周を観察する全周観察モードと、半導体ウェハの特定の領域を観察する部分観察モードとを有する共焦点型撮像装置であって、
ライン状光ビームを発生するライン状光ビーム発生装置と、前記ライン状光ビームを半導体ウェハの端縁に向けて投射する対物レンズ系と、前記ライン状光ビーム発生装置と対物レンズ系との間の光路中に配置した振動ミラーと、複数の受光素子を有し、半導体ウェハの端縁からの反射光を前記対物レンズ系を介して受光するリニァイメージセンサとを有する撮像光学系、
前記リニァイメージセンサからの出力信号に基づいて２次元画像信号を発生する信号処理装置、及び
回転軸線を有し、半導体ウェハを支持する回転テーブルと、回転テーブルを回転させる回転駆動機構とを有するウェハステージを具え、
前記撮像光学系の対物レンズ系の光軸は前記ウェハテーブルの回転軸線を含む面内に延在し、対物レンズ系から出射するライン状光ビームは前記回転軸線と対物レンズ系の光軸を含む面内に延在し、
前記振動ミラーは、前記全周観察モードにおいて固定ミラーとして用いられ、前記部分観察モードにおいてライン状光ビームをその延在面と直交する方向に周期的に偏向する振動ミラーとして用いられ、
前記全周観察モードにおいて、前記ウェハテーブルを回転させることにより半導体ウェハの端縁はその全周にわたってライン状光ビームにより走査される
ることを特徴とする共焦点型撮像装置。
半導体ウェハの端縁の全周を観察する全周観察モードと、半導体ウェハの特定の領域を観察する部分観察モードとを有する共焦点型撮像装置であって、
レーザビームを非コヒーレントなライン状光ビームに変換するライン状光ビーム発生装置と、前記ライン状光ビームを半導体ウェハの端縁に向けて投射する対物レンズ系と、前記ライン状光ビーム発生装置と対物レンズ系との間の光路中に配置した振動ミラーと、複数の受光素子を有し、半導体ウェハの端縁からの反射光を前記対物レンズ系を介して受光するリニァイメージセンサとを有する撮像光学系、
前記リニァイメージセンサからの出力信号に基づいて２次元画像信号を発生する信号処理装置、及び
回転軸線を有し、半導体ウェハを支持する回転テーブルと、回転テーブルを回転させる回転駆動機構とを有するウェハステージを具え、
前記撮像光学系の対物レンズ系の光軸は前記ウェハテーブルの回転軸線を含む面内に延在し、対物レンズ系から出射するライン状光ビームは前記回転軸線と対物レンズ系の光軸を含む面内に延在し、
前記振動ミラーは、前記全周観察モードにおいて固定ミラーとして用いられ、前記部分観察モードにおいてライン状光ビームをその延在面と直交する方向に周期的に偏向する振動ミラーとして用いられ、
前記全周観察モードにおいて、前記ウェハテーブルを回転させることにより半導体ウェハの端縁はその全周にわたってライン状光ビームにより走査される
ることを特徴とする共焦点型撮像装置。
請求項２に記載の共焦点型撮像装置において、前記ライン状光ビーム発生装置は、レーザビームを発生するレーザ光源と、前記レーザビームを非コヒーレントな光ビームに変換するマイクロミラー装置と、前記レーザ光源とマイクロミラー装置との間に配置され、レーザ光源からマイクロミラー装置に向かうレーザビームとマイクロミラー装置から出射する光ビームとを分離するビームスプリッタとを有することを特徴とする共焦点型撮像装置。
請求項１から３までのいずれか１項に記載の共焦点型撮像装置において、前記ウェハステージは、さらに、並進駆動機構を有し、前記回転軸線及び対物レンズ系の光軸を含む面内において前記回転テーブルを並進移動させることを特徴とする共焦点型撮像装置。
請求項４に記載の共焦点型撮像装置において、前記信号処理装置は、前記リニアイメージセンサからの出力信号に基づいて焦点誤差信号を形成し、形成された焦点誤差信号に基づいて前記ウェハステージの並進駆動機構を制御することを特徴とする共焦点型撮像装置。
請求項５に記載の共焦点型撮像装置において、前記信号処理装置は、前記リニアイメージセンサの各受光素子から出力される出力信号に基づいてピーク輝度値を発生する受光素子を検出する手段と、検出された受光素子の番号と予め設定したピーク輝度値を発生する受光素子の番号とを比較する比較手段と、比較手段による比較結果に基づいて前記対物レンズの焦点状態を判別する手段とを有し、判別された焦点状態に応じて前記並進駆動機構を制御することを特徴とする共焦点型撮像装置。
請求項１から６までのいずれか１項に記載の共焦点型撮像装置において、さらに、前記撮像光学系を支持する光学系支持テーブルと、当該光学系支持テーブル回動させる回転駆動装置とを有し、光学系支持テーブルを前記回転軸線と対物レンズ系の光軸を含む面内で回動させることにより半導体ウェハの中心面に対するライン状光ビームの入射角を調整することを特徴とする共焦点型撮像装置。