表面検査装置
【課題】通常は高速な検査を行いながら、必要に応じて高倍率の画像に基づく高精度な検査を行うことが可能な表面検査装置を提供する。
【解決手段】表面検査装置１において、制御部４０は、第１の撮像装置３５にウェハＷの表面全体の像を撮像させ、画像処理部４５で第１の撮像装置３５により撮像されたウェハＷの表面全体の画像において異常を検出した場合に、第１の撮像装置３５よりも高い倍率で撮像可能な第２の撮像装置３６に切り替えてウェハＷの表面における異常が検出された部分の像を撮像させる制御を行う。
【解決手段】表面検査装置１において、制御部４０は、第１の撮像装置３５にウェハＷの表面全体の像を撮像させ、画像処理部４５で第１の撮像装置３５により撮像されたウェハＷの表面全体の画像において異常を検出した場合に、第１の撮像装置３５よりも高い倍率で撮像可能な第２の撮像装置３６に切り替えてウェハＷの表面における異常が検出された部分の像を撮像させる制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程において半導体ウェハ等の基板表面を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のような表面検査装置として、半導体ウェハの表面に照明光を照射して当該ウェハの表面に形成された繰返しパターンからの回折光による像を撮像し、撮像面内における輝度変化からパターンの良否判断を行う表面検査装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。近年、例えば携帯電話のカメラ等に用いられるイメージセンサの微細化が進んで、１チップあたりの面積が小さくなり、ウェハの表面検査においてより高い撮像倍率が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述のような表面検査装置では、ウェハの表面を一括撮像するため、撮像倍率が不足してしまう。これに対し、撮像素子の画素数を高めて分解能を高くすることが考えられるが、現状では、上述のような１チップあたりの面積が小さいウェハに対応できる高画素数の撮像素子（特に、ＤＵＶ対応の撮像素子）は存在しない。また、照明系および撮像系の倍率を高くして、ステージによりウェハの表面を相対移動させてスキャンしながら撮像する方法も考えられるが、ウェハの移動に要する時間が長くなり、スループットが低下してしまう。
【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、通常は高速な検査を行いながら、必要に応じて高倍率の画像に基づく高精度な検査を行うことが可能な表面検査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、本発明に係る表面検査装置は、基板を支持するステージ部と、前記ステージ部に支持された前記基板の表面に照明光を照射する照射部と、前記照明光が照射された前記基板の表面全体の像を撮像する第１の撮像部と、前記照明光が照射された前記基板の表面の像を前記第１の撮像部よりも高い倍率で部分的に撮像する第２の撮像部と、前記第１の撮像部または前記第２の撮像部により撮像された前記基板の画像に基づいて前記基板の表面における異常の有無を検出する検出部と、前記第１の撮像部に前記基板の表面全体の像を撮像させ、前記検出部が前記第１の撮像部により撮像された前記基板の表面全体の画像において異常を検出した場合に、前記第２の撮像部に切り替えて前記基板の表面における前記異常が検出された部分の像を撮像させる制御を行う制御部とを備えて構成される。
【０００７】
なお、上述の表面検査装置において、前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部に対して光軸が傾いた状態で、前記第１の撮像部と並ぶように配設され、前記ステージ部が傾動可能に構成されており、前記ステージ部の傾動に応じて、前記照明光が照射された前記基板の表面からの光を前記第１の撮像部もしくは前記第２の撮像部のいずれか一方に向けて反射および集光させる受光側凹面鏡が設けられていることが好ましい。
【０００８】
また、上述の表面検査装置において、前記検出部は、前記基板の表面において所定の範囲で区切られた複数のショット領域ごとに、前記異常の有無を検出するように構成されており、前記制御部は、前記検出部が前記基板の表面全体の画像において異常を検出した場合に、前記第２の撮像部に切り替えて、前記異常が検出された第１のショット領域および、前記異常が検出されなかったショット領域のうち前記第１のショット領域に近い第２のショット領域の像を撮像させる制御を行い、前記検出部は、前記第２の撮像部によりそれぞれ撮像された前記第１のショット領域の画像と前記第２のショット領域の画像とを比較することにより、前記第１のショット領域における異常の有無を再び検出することが好ましい。
【０００９】
また、上述の表面検査装置において、前記照射部は、光源部と、前記光源部からの光を反射させて前記基板の表面に前記照明光として照射する照明側凹面鏡とを有し、前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部に対して光軸が傾いた状態で、前記第１の撮像部と並ぶように配設され、前記ステージ部が傾動可能に構成されており、前記ステージ部の傾動に応じて、前記照明光が照射された前記基板の表面からの光を前記第１の撮像部もしくは前記第２の撮像部のいずれか一方に向けて反射および集光させるように前記照明側凹面鏡よりも大きい受光側凹面鏡が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通常は高速な検査を行いながら、必要に応じて高倍率の画像に基づく高精度な検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図２】第１実施形態の表面検査装置において撮像装置を切り替えた状態を示す図である。
【図３】（ａ）は半導体ウェハの概略図であり、（ｂ）はウェハの表面に形成されたショット領域の拡大図である。
【図４】第２実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図５】第２実施形態の表面検査装置において撮像装置を切り替えた状態を示す図である。
【図６】第３実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図７】第３実施形態の表面検査装置において撮像装置を切り替えた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。第１実施形態の表面検査装置を図１に示しており、この装置により被検基板である半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称する）の表面を検査する。第１実施形態の表面検査装置１は、略円盤形に形成されたウェハＷを支持するステージ１０を備え、不図示の搬送装置によって搬送されてくるウェハＷは、ステージ１０の上に載置されるとともに真空吸着によって固定保持される。ステージ１０は、ウェハＷの回転対称軸（ステージ１０の中心軸）を回転軸として、ウェハＷを回転（ウェハＷの表面内での回転）可能に支持する。また、ステージ１０は、ウェハＷの表面を通る軸を中心に、ウェハＷをチルト（傾動）させることが可能であり、照明光の入射角を調整できるようになっている。
【００１３】
表面検査装置１はさらに、ステージ１０に支持されたウェハＷの表面に照明光を平行光として照射する照明系２０と、照明光の照射を受けたときのウェハＷからの回折光を集光する受光系３０と、受光系３０により集光された光を受けてウェハＷの表面の像を撮像する第１および第２の撮像装置３５，３６と、制御部４０および画像処理部４５とを備えて構成される。照明系２０は、照明光を射出する照明ユニット２１と、照明ユニット２１から射出された照明光をウェハＷの表面に向けて反射させる照明側凹面鏡２５とを有して構成される。照明ユニット２１は、メタルハライドランプや水銀ランプ等の光源部２２と、光源部２２からの光のうち所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する調光部２３と、調光部２３からの光を照明光として照明側凹面鏡２５へ導く導光ファイバ２４とを有して構成される。
【００１４】
そして、光源部２２からの光は調光部２３を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する照明光が導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出され、導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出された照明光は、導光ファイバ２４の射出部が照明側凹面鏡２５の焦点面に配置されているため、照明側凹面鏡２５により平行光束となってステージ１０に保持されたウェハＷの表面に照射される。なお、ウェハＷに対する照明光の入射角と出射角との関係は、ステージ１０をチルト（傾動）させてウェハＷの載置角度を変化させることにより調整可能である。
【００１５】
ウェハＷの表面からの出射光（回折光）は受光系３０により集光される。受光系３０は、ステージ１０に対向して配設された受光側凹面鏡３１を主体に構成され、受光側凹面鏡３１により集光された出射光（回折光）は、第１の撮像装置３５または第２の撮像装置３６の撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。なおこのとき、ステージ１０をチルト（傾動）させて回折光の進む角度を変化させることにより、ウェハＷの表面からの出射光（回折光）が受光側凹面鏡３１で第１の撮像装置３５もしくは第２の撮像装置３６のいずれか一方に反射して集光されるようになっている。そのため、受光側凹面鏡３１は、回折光の進む角度（方向）が変化してもウェハＷの表面からの回折光を捉えられるように、照明側凹面鏡２５よりも大きく形成される。
【００１６】
第１の撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。第２の撮像装置３６は、第１の撮像装置３５に対して光軸が傾いた（例えば、５°程度傾いた）状態で、第１の撮像装置３５と並ぶように配設され、撮像面上に形成されたウェハＷの表面の一部の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。なお、第２の撮像装置３６は、第１の撮像装置３５よりも撮像倍率が高くなるように（例えば、第１の撮像装置３５の撮像倍率の６倍程度となるように）設定され、撮像面上にウェハＷの一部の像が拡大結像されて、ウェハＷの像を部分的に撮像することになる。なお、撮像倍率の設定は撮像光学系の焦点距離によって設定することができる。つまり、撮像倍率を高くしたい場合には、撮像光学系の焦点距離の長い撮像光学系を用いることによって高い撮像倍率を得ることができる。
【００１７】
そこで、第２の撮像装置３６は、例えば小型のチルトステージを用いたカメラ支持機構（図示せず）によって（受光系３０の光軸に対して直交する２軸を回動中心として）傾動可能に支持されている。これにより、第２の撮像装置３６を傾動させると、撮像面上に結像されるウェハＷの範囲、すなわち撮像範囲を変えることができるため、第２の撮像装置３６を傾動させて撮像範囲を変えながら、ウェハＷの全体にわたってウェハＷの像を部分的に撮像することができる。
【００１８】
制御部４０は、第１の撮像装置３５および第２の撮像装置３６や、ステージ１０等の作動を制御する。画像処理部４５は、第１の撮像装置３５または第２の撮像装置３６から入力されたウェハＷの画像信号に基づいて、ウェハＷのデジタル画像を生成する。画像処理部４５の内部メモリ（図示せず）には、良品ウェハの画像データが予め記憶されており、画像処理部４５は、ウェハＷの画像（デジタル画像）を生成すると、ウェハＷの画像データと良品ウェハの画像データとを比較して、ウェハＷの表面における異常の有無を検査する。そして、画像処理部４５による検査結果およびそのときのウェハＷの画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００１９】
ところで、ウェハＷは、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置からステージ１０上に搬送される。なおこのとき、ウェハＷは、ウェハＷのパターンもしくは外縁部（ノッチやオリエンテーションフラット等）を基準としてアライメントが行われた状態で、ステージ１０上に搬送される。なお、ウェハＷの表面には、図３（ａ）に示すように、複数のショット領域（チップ領域）Ａが縦横に配列され、各ショット領域の中には、ラインパターンまたはホールパターン等の繰り返しパターンが形成されている。
【００２０】
以上のように構成される表面検査装置１を用いて、ウェハＷの表面検査を行うには、まず、不図示の搬送装置により、ウェハＷをステージ１０上に搬送する。なお、搬送の途中で不図示のアライメント機構によりウェハＷの表面に形成されているパターンの位置情報を取得しており、ウェハＷをステージ１０上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。
【００２１】
次に、制御部４０の作動制御によって、ウェハＷの表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するようにステージ１０を回転させるとともに、パターンのピッチをＰとし、ウェハＷの表面に照射する照明光の波長をλとし、照明光の入射角をθ１とし、ｎ次回折光の出射角をθ２としたとき、ホイヘンスの原理より、次の（１）式を満足するように設定を行う（ステージ１０をチルトさせる）。
【００２２】
Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（θ２）｝ …（１）
【００２３】
次に、制御部４０の作動制御によって、照明光をウェハＷの表面に照射する。このような条件で照明光をウェハＷの表面に照射する際、照明ユニット２１における光源部２２からの光は調光部２３を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する照明光が導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出され、照明側凹面鏡２５で反射した照明光が平行光束となってウェハＷの表面に照射される。
【００２４】
ところで、本実施形態では、制御部４０の作動制御によって、通常は、図１に示すように、ウェハＷの表面からの光が受光側凹面鏡３１で第１の撮像装置３５に向けて反射するように設定され、第１の撮像装置３５がウェハＷの表面全体の像を撮像するようになっている。そのため、ウェハＷの表面から出射された回折光は、受光側凹面鏡３１により集光されて第１の撮像装置３５の撮像面上に達し、ウェハＷの表面全体の像（回折像）が結像される。
【００２５】
そこで、第１の撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。画像処理部４５は、第１の撮像装置３５から入力された画像信号に基づいて、ウェハＷの表面全体の画像（デジタル画像）を生成する。また、画像処理部４５は、ウェハＷの表面全体の画像（デジタル画像）を生成すると、ウェハＷの画像データと良品ウェハの画像データ（予め取得され記憶されている）とを比較して、ウェハＷの表面における異常の有無を検査（検出）する。そして、画像処理部４５による検査結果およびそのときのウェハＷの表面全体の画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００２６】
このとき、ウェハＷの表面検査はショット領域Ａごとに行われ、異常が検出されない場合には、そのまま、他の（未検査の）ウェハＷについて表面検査が行われる。一方、ウェハＷのいずれかのショット領域Ａにおいて異常が検出された場合には、制御部４０の作動制御によって、図２に示すように、ウェハＷの表面からの光が受光側凹面鏡３１で第２の撮像装置３６に向けて反射するようにステージ１０が傾動し、第１の撮像装置３５から切り替わった第２の撮像装置３６がウェハＷの表面の像を部分的に撮像する。ここで、第２の撮像装置３６の撮像倍率が高いため部分的な拡大像を撮像している。
【００２７】
このとき、制御部４０の制御によって、カメラ支持機構（図示せず）が第２の撮像装置３６を傾動させて撮像範囲を変えることにより、図３（ｂ）に示すように、異常が検出された欠陥候補のショット領域Ａ１および、異常が検出されなかったショット領域のうち欠陥候補のショット領域Ａ１に一番近い良品ショット領域Ａ２の像をそれぞれ光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。
【００２８】
画像処理部４５は、第２の撮像装置３６から入力された画像信号に基づいて、欠陥候補のショット領域Ａ１の画像および良品ショット領域Ａ２の画像（デジタル画像）をそれぞれ生成する。そして、画像処理部４５は、欠陥候補のショット領域Ａ１の画像および良品ショット領域Ａ２の画像（デジタル画像）をそれぞれ生成すると、欠陥候補のショット領域Ａ１の画像データと良品ショット領域Ａ２の画像データとを比較することにより、欠陥候補のショット領域Ａ１における異常（傷や異物等の欠陥Ｂ）の有無を再び検査（検出）する。その後、画像処理部４５による検査結果およびそのときのウェハＷの全体画像や拡大した欠陥候補のショット領域Ａ１の画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。なお、ウェハＷの表面における全てのショット領域Ａで異常が検出された場合、良品ショット領域の撮像を行うことができないので、画像処理部４５は、予め別のウェハＷで撮像取得しておいた良品ショット領域の画像データと欠陥候補のショット領域の画像データとを比較することにより、欠陥候補のショット領域における異常の有無を再び検査（検出）する。
【００２９】
このように、第１実施形態の表面検査装置１によれば、第１の撮像装置３５により撮像されたウェハＷの表面全体の画像に基づいて異常の有無を検出し、ウェハＷの表面全体の画像において異常が検出された場合には、第１の撮像装置３５から第２の撮像装置３６に切り替えてウェハＷの表面の像を部分的に撮像して、高倍率の画像に基づき異常の有無を検出することができる。そのため、通常は、第１の撮像装置３５により撮像されたウェハＷの表面全体の画像に基づく高速な検査ができることから、通常は高速な検査を行いながら、必要に応じて高倍率の画像に基づく高精度な検査を行うことが可能になる。
【００３０】
また、第２の撮像装置３６が第１の撮像装置３５に対して光軸が傾いた状態で並ぶように配設され、ステージ１０を傾動させることにより、ウェハＷの表面からの回折光を第１の撮像装置３５もしくは第２の撮像装置３６のいずれか一方に向けて集光することで、検査装置の構成を最小限に抑えることができる。なおこの場合、ステージ１０を傾動させるため、第１の撮像装置３５および第２の撮像装置３６の両方で回折光を検出できるように予め、調整用の回折格子を用いて第２の撮像装置３６の光軸の傾きを調整しておくことが好ましい。また、前述したように、受光側凹面鏡３１は、回折光の進む角度が変化してもウェハＷの表面からの回折光を捉えられるように、照明側凹面鏡２５よりも大きいことが好ましい。
【００３１】
また、ウェハＷの表面全体の画像において異常が検出された場合、異常が検出された欠陥候補のショット領域Ａ１（またはチップ領域）および、異常が検出されなかったショット領域のうち欠陥候補のショット領域Ａ１に一番近い良品ショット領域Ａ２（またはチップ領域）の像をそれぞれ撮像し、欠陥候補のショット領域Ａ１の画像データと良品ショット領域Ａ２の画像データとを比較することにより、欠陥候補のショット領域Ａ１における異常の有無を再び検査（検出）している。このようにすれば、欠陥候補のショット領域Ａ１に一番近い良品ショット領域Ａ２の像を撮像するため、撮像範囲の移動量を最小限に抑えることができることから、高倍率の画像（欠陥候補のショット領域Ａ１の画像）に基づく高精度な検査に要する時間を短くすることができる。なお、チップ領域を比較する場合は、欠陥のあるチップ領域と異常が検出されなかったショット領域のうち欠陥候補のチップ領域に一番近い良品ショット領域内から最も良品と推定されるチップ領域を選ぶことができる。
【００３２】
次に、表面検査装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態の表面検査装置は、第１の撮像装置３５および第２の撮像装置３６の構成を除いて、第１実施形態の表面検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第２実施形態の表面検査装置５１は、図４に示すように、照明系２０と、受光系３０と、第１の撮像装置５５および第２の撮像装置５６と、スライド保持機構５７と、制御部４０および画像処理部４５とを備えて構成される。
【００３３】
第１の撮像装置５５は、第１実施形態の場合と同様に、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。第２の撮像装置５６は、第１の撮像装置５５と光軸が略平行に並ぶように配設され、撮像面上に形成されたウェハＷの表面の一部の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。なお、第２の撮像装置５６は、第１実施形態の場合と同様に、第１の撮像装置５５よりも撮像倍率が高くなるように設定され、撮像面上にウェハＷの一部の像が拡大結像されて、ウェハＷの像を部分的に撮像することになる。
【００３４】
第２実施形態において、第１の撮像装置５５および第２の撮像装置５６は、スライド保持機構５７を用いて光軸と垂直な方向へ一体的にスライド移動可能に保持され、第１の撮像装置５５もしくは第２の撮像装置５６のいずれか一方を受光側凹面鏡３１からの光路上に配置できるようになっている。なおこれにより、受光側凹面鏡３１は、第１実施形態のように照明側凹面鏡２５よりも大きくする必要はない。さらに、第２の撮像装置５６は、スライド保持機構５７上に設けられたカメラ支持機構（図示せず）によって（受光系３０の光軸に対して直交する２軸を回動中心として）傾動可能に構成されており、第２の撮像装置５６を傾動させると、撮像面上に結像されるウェハＷの範囲、すなわち撮像範囲を変えることができるため、第２の撮像装置５６を傾動させて撮像範囲を変えながら、ウェハＷの全体にわたってウェハＷの像を部分的に撮像することができる。
【００３５】
以上のように構成される表面検査装置５１を用いて、ウェハＷの表面検査を行うには、まず、第１実施形態の場合と同様にして、ウェハＷをステージ１０上に搬送する。次に、ウェハＷの表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するようにステージ１０を回転させるとともに、前述の（１）式を満足するように設定を行う。このとき、通常は、制御部４０の作動制御によって、図４に示すように、スライド保持機構５７の作動により第１の撮像装置５５が受光側凹面鏡３１からの光路上に配置される。
【００３６】
次に、第１実施形態の場合と同様にして、照明光をウェハＷの表面に照射する。そうすると、ウェハＷの表面から出射された回折光は、受光側凹面鏡３１により集光されて第１の撮像装置５５の撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。そこで、第１の撮像装置５５は、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。画像処理部４５は、第１実施形態の場合と同様に、第１の撮像装置５５から入力された画像信号に基づいて、ウェハＷの表面全体の画像（デジタル画像）を生成し、ウェハＷの表面における異常の有無を検査（検出）する。
【００３７】
このとき、ウェハＷのいずれかのショット領域Ａにおいて異常が検出された場合には、制御部４０の作動制御によって、図５に示すように、スライド保持機構５７の作動により第２の撮像装置５６が受光側凹面鏡３１からの光路上に配置され、第１実施形態の場合と同様にして、第１の撮像装置５５から切り替わった第２の撮像装置５６がウェハＷの表面の像を部分的に撮像する。そして、画像処理部４５は、第１実施形態の場合と同様にして、欠陥候補のショット領域Ａ１における異常（傷や異物等の欠陥Ｂ）の有無を再び検査（検出）する。
【００３８】
このように、第２実施形態の表面検査装置５１によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、スライド保持機構５７を用いて、第１の撮像装置５５もしくは第２の撮像装置５６のいずれか一方を受光側凹面鏡３１からの光路上に配置できるようになっているため、回折条件が変わらずに安定した検査を行うことができる。なお、撮像倍率の切替を、いわゆるフロントコンバージョンレンズ（テレコン）の挿抜によって行うようにしてもよい。この場合においても、撮像装置を傾動可能な構成とする。
【００３９】
続いて、表面検査装置の第３実施形態について説明する。第３実施形態の表面検査装置は、第１の撮像装置３５および第２の撮像装置３６の構成を除いて、第１実施形態の表面検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第３実施形態の表面検査装置６１は、図６に示すように、照明系２０と、受光系３０と、第１の撮像装置６５および第２の撮像装置６６と、ミラー６７と、制御部４０および画像処理部４５とを備えて構成される。
【００４０】
第１の撮像装置６５は、第１実施形態の場合と同様に、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。第２の撮像装置６６は、第１の撮像装置６５と光軸が直交するように配設され、撮像面上に形成されたウェハＷの表面の一部の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。なお、第２の撮像装置６６は、第１実施形態の場合と同様に、第１の撮像装置６５よりも撮像倍率が高くなるように設定され、撮像面上にウェハＷの一部の像が拡大結像されて、ウェハＷの像を部分的に撮像することになる。
【００４１】
第１の撮像装置６５と受光側凹面鏡３１との間の光路上には、ミラー６７が図示しないスライド機構により挿抜可能に配設される。そして、図６に示すようにミラー６７が当該光路上から抜去されたときには、受光側凹面鏡３１からの光が第１の撮像装置６５に達し、図７に示すようにミラー６７が当該光路上に挿入されたときには、受光側凹面鏡３１からの光がミラー６７で反射して第２の撮像装置６６に達するようになっている。なおこれにより、受光側凹面鏡３１は、第１実施形態のように照明側凹面鏡２５よりも大きくする必要はない。さらに、第２の撮像装置６６は、例えば小型のチルトステージを用いたカメラ支持機構（図示せず）によって（受光系３０の光軸に対して）傾動可能に構成されており、第２の撮像装置６６を傾動させると、撮像面上に結像されるウェハＷの範囲、すなわち撮像範囲を変えることができるため、第２の撮像装置６６を傾動させて撮像範囲を変えながら、ウェハＷの全体にわたってウェハＷの像を部分的に撮像することができる。
【００４２】
以上のように構成される表面検査装置６１を用いて、ウェハＷの表面検査を行うには、まず、第１実施形態の場合と同様にして、ウェハＷをステージ１０上に搬送する。次に、ウェハＷの表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するようにステージ１０を回転させるとともに、前述の（１）式を満足するように設定を行う。このとき、通常は、制御部４０の作動制御によって、図６に示すように、スライド機構（図示せず）の作動によりミラー６７が第１の撮像装置６５と受光側凹面鏡３１との間の光路上から抜去される。
【００４３】
次に、第１実施形態の場合と同様にして、照明光をウェハＷの表面に照射する。そうすると、ウェハＷの表面から出射された回折光は、受光側凹面鏡３１により集光されて第１の撮像装置６５の撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。そこで、第１の撮像装置６５は、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。画像処理部４５は、第１実施形態の場合と同様に、第１の撮像装置６５から入力された画像信号に基づいて、ウェハＷの表面全体の画像（デジタル画像）を生成し、ウェハＷの表面における異常の有無を検査（検出）する。
【００４４】
このとき、ウェハＷのいずれかのショット領域Ａにおいて異常が検出された場合には、制御部４０の作動制御によって、図７に示すように、スライド機構（図示せず）の作動によりミラー６７が第１の撮像装置６５と受光側凹面鏡３１との間の光路上に挿入される。そうすると、受光側凹面鏡３１により集光された回折光がミラー６７で反射して第２の撮像装置６６の撮像面上に達し、第１実施形態の場合と同様にして、第１の撮像装置６５から切り替わった第２の撮像装置６６がウェハＷの表面の像を部分的に撮像する。そして、画像処理部４５は、第１実施形態の場合と同様にして、欠陥候補のショット領域Ａ１における異常（傷や異物等の欠陥Ｂ）の有無を再び検査（検出）する。
【００４５】
このように、第３実施形態の表面検査装置６１によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、ミラー６７を用いて、第１の撮像装置６５もしくは第２の撮像装置６６のいずれか一方に受光側凹面鏡３１からの光を導くようになっているため、回折条件が変わらずに安定した検査を行うことができる。
【００４６】
なお、上述の各実施形態において、撮像装置の撮像倍率で倍率の切替を行ったが、極めて高解像度（画素数の極めて大きい）の撮像素子を用いる場合は、電子ズームで倍率の切替を行ってもよい。この場合、全体を撮像する場合には得られた高解像度の画像を敢えて画素処理により解像度を落として検査することにより処理速度を向上させ、異常が見つかった場合には、高解像度画像から異常を含む領域を切り出すことにより見かけ上の倍率を切り替えることができる。また、上述の各実施形態において、ウェハＷの表面で生じた回折光を利用してウェハＷの表面を検査しているが、これに限られるものではなく、ウェハＷの表面の正反射像、もしくは、ウェハＷの表面で生じた散乱光や偏光の状態変化を利用してウェハＷの表面を検査する表面検査装置においても、本発明を適用可能である。
【００４７】
また、上述の各実施形態において、ウェハＷの表面を検査しているが、これに限られるものではなく、例えば、ガラス基板の表面を検査することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｗ ウェハ（基板） Ａ ショット領域
Ａ１ 欠陥候補のショット領域 Ａ２ 良品ショット領域
１ 表面検査装置（第１実施形態）
１０ ステージ
２０ 照明系（照射部） ２１ 照明ユニット
２２ 光源部 ２５ 照明側凹面鏡
３０ 受光系 ３１ 受光側凹面鏡
３５ 第１の撮像装置 ３６ 第２の撮像装置
４０ 制御部 ４５ 画像処理部（検出部）
５１ 表面検査装置（第２実施形態）
５５ 第１の撮像装置 ５６ 第２の撮像装置
５７ スライド保持機構
６１ 表面検査装置（第３実施形態）
６５ 第１の撮像装置 ６６ 第２の撮像装置
６７ ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程において半導体ウェハ等の基板表面を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のような表面検査装置として、半導体ウェハの表面に照明光を照射して当該ウェハの表面に形成された繰返しパターンからの回折光による像を撮像し、撮像面内における輝度変化からパターンの良否判断を行う表面検査装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。近年、例えば携帯電話のカメラ等に用いられるイメージセンサの微細化が進んで、１チップあたりの面積が小さくなり、ウェハの表面検査においてより高い撮像倍率が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述のような表面検査装置では、ウェハの表面を一括撮像するため、撮像倍率が不足してしまう。これに対し、撮像素子の画素数を高めて分解能を高くすることが考えられるが、現状では、上述のような１チップあたりの面積が小さいウェハに対応できる高画素数の撮像素子（特に、ＤＵＶ対応の撮像素子）は存在しない。また、照明系および撮像系の倍率を高くして、ステージによりウェハの表面を相対移動させてスキャンしながら撮像する方法も考えられるが、ウェハの移動に要する時間が長くなり、スループットが低下してしまう。
【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、通常は高速な検査を行いながら、必要に応じて高倍率の画像に基づく高精度な検査を行うことが可能な表面検査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、本発明に係る表面検査装置は、基板を支持するステージ部と、前記ステージ部に支持された前記基板の表面に照明光を照射する照射部と、前記照明光が照射された前記基板の表面全体の像を撮像する第１の撮像部と、前記照明光が照射された前記基板の表面の像を前記第１の撮像部よりも高い倍率で部分的に撮像する第２の撮像部と、前記第１の撮像部または前記第２の撮像部により撮像された前記基板の画像に基づいて前記基板の表面における異常の有無を検出する検出部と、前記第１の撮像部に前記基板の表面全体の像を撮像させ、前記検出部が前記第１の撮像部により撮像された前記基板の表面全体の画像において異常を検出した場合に、前記第２の撮像部に切り替えて前記基板の表面における前記異常が検出された部分の像を撮像させる制御を行う制御部とを備えて構成される。
【０００７】
なお、上述の表面検査装置において、前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部に対して光軸が傾いた状態で、前記第１の撮像部と並ぶように配設され、前記ステージ部が傾動可能に構成されており、前記ステージ部の傾動に応じて、前記照明光が照射された前記基板の表面からの光を前記第１の撮像部もしくは前記第２の撮像部のいずれか一方に向けて反射および集光させる受光側凹面鏡が設けられていることが好ましい。
【０００８】
また、上述の表面検査装置において、前記検出部は、前記基板の表面において所定の範囲で区切られた複数のショット領域ごとに、前記異常の有無を検出するように構成されており、前記制御部は、前記検出部が前記基板の表面全体の画像において異常を検出した場合に、前記第２の撮像部に切り替えて、前記異常が検出された第１のショット領域および、前記異常が検出されなかったショット領域のうち前記第１のショット領域に近い第２のショット領域の像を撮像させる制御を行い、前記検出部は、前記第２の撮像部によりそれぞれ撮像された前記第１のショット領域の画像と前記第２のショット領域の画像とを比較することにより、前記第１のショット領域における異常の有無を再び検出することが好ましい。
【０００９】
また、上述の表面検査装置において、前記照射部は、光源部と、前記光源部からの光を反射させて前記基板の表面に前記照明光として照射する照明側凹面鏡とを有し、前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部に対して光軸が傾いた状態で、前記第１の撮像部と並ぶように配設され、前記ステージ部が傾動可能に構成されており、前記ステージ部の傾動に応じて、前記照明光が照射された前記基板の表面からの光を前記第１の撮像部もしくは前記第２の撮像部のいずれか一方に向けて反射および集光させるように前記照明側凹面鏡よりも大きい受光側凹面鏡が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通常は高速な検査を行いながら、必要に応じて高倍率の画像に基づく高精度な検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図２】第１実施形態の表面検査装置において撮像装置を切り替えた状態を示す図である。
【図３】（ａ）は半導体ウェハの概略図であり、（ｂ）はウェハの表面に形成されたショット領域の拡大図である。
【図４】第２実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図５】第２実施形態の表面検査装置において撮像装置を切り替えた状態を示す図である。
【図６】第３実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図７】第３実施形態の表面検査装置において撮像装置を切り替えた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。第１実施形態の表面検査装置を図１に示しており、この装置により被検基板である半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称する）の表面を検査する。第１実施形態の表面検査装置１は、略円盤形に形成されたウェハＷを支持するステージ１０を備え、不図示の搬送装置によって搬送されてくるウェハＷは、ステージ１０の上に載置されるとともに真空吸着によって固定保持される。ステージ１０は、ウェハＷの回転対称軸（ステージ１０の中心軸）を回転軸として、ウェハＷを回転（ウェハＷの表面内での回転）可能に支持する。また、ステージ１０は、ウェハＷの表面を通る軸を中心に、ウェハＷをチルト（傾動）させることが可能であり、照明光の入射角を調整できるようになっている。
【００１３】
表面検査装置１はさらに、ステージ１０に支持されたウェハＷの表面に照明光を平行光として照射する照明系２０と、照明光の照射を受けたときのウェハＷからの回折光を集光する受光系３０と、受光系３０により集光された光を受けてウェハＷの表面の像を撮像する第１および第２の撮像装置３５，３６と、制御部４０および画像処理部４５とを備えて構成される。照明系２０は、照明光を射出する照明ユニット２１と、照明ユニット２１から射出された照明光をウェハＷの表面に向けて反射させる照明側凹面鏡２５とを有して構成される。照明ユニット２１は、メタルハライドランプや水銀ランプ等の光源部２２と、光源部２２からの光のうち所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する調光部２３と、調光部２３からの光を照明光として照明側凹面鏡２５へ導く導光ファイバ２４とを有して構成される。
【００１４】
そして、光源部２２からの光は調光部２３を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する照明光が導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出され、導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出された照明光は、導光ファイバ２４の射出部が照明側凹面鏡２５の焦点面に配置されているため、照明側凹面鏡２５により平行光束となってステージ１０に保持されたウェハＷの表面に照射される。なお、ウェハＷに対する照明光の入射角と出射角との関係は、ステージ１０をチルト（傾動）させてウェハＷの載置角度を変化させることにより調整可能である。
【００１５】
ウェハＷの表面からの出射光（回折光）は受光系３０により集光される。受光系３０は、ステージ１０に対向して配設された受光側凹面鏡３１を主体に構成され、受光側凹面鏡３１により集光された出射光（回折光）は、第１の撮像装置３５または第２の撮像装置３６の撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。なおこのとき、ステージ１０をチルト（傾動）させて回折光の進む角度を変化させることにより、ウェハＷの表面からの出射光（回折光）が受光側凹面鏡３１で第１の撮像装置３５もしくは第２の撮像装置３６のいずれか一方に反射して集光されるようになっている。そのため、受光側凹面鏡３１は、回折光の進む角度（方向）が変化してもウェハＷの表面からの回折光を捉えられるように、照明側凹面鏡２５よりも大きく形成される。
【００１６】
第１の撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。第２の撮像装置３６は、第１の撮像装置３５に対して光軸が傾いた（例えば、５°程度傾いた）状態で、第１の撮像装置３５と並ぶように配設され、撮像面上に形成されたウェハＷの表面の一部の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。なお、第２の撮像装置３６は、第１の撮像装置３５よりも撮像倍率が高くなるように（例えば、第１の撮像装置３５の撮像倍率の６倍程度となるように）設定され、撮像面上にウェハＷの一部の像が拡大結像されて、ウェハＷの像を部分的に撮像することになる。なお、撮像倍率の設定は撮像光学系の焦点距離によって設定することができる。つまり、撮像倍率を高くしたい場合には、撮像光学系の焦点距離の長い撮像光学系を用いることによって高い撮像倍率を得ることができる。
【００１７】
そこで、第２の撮像装置３６は、例えば小型のチルトステージを用いたカメラ支持機構（図示せず）によって（受光系３０の光軸に対して直交する２軸を回動中心として）傾動可能に支持されている。これにより、第２の撮像装置３６を傾動させると、撮像面上に結像されるウェハＷの範囲、すなわち撮像範囲を変えることができるため、第２の撮像装置３６を傾動させて撮像範囲を変えながら、ウェハＷの全体にわたってウェハＷの像を部分的に撮像することができる。
【００１８】
制御部４０は、第１の撮像装置３５および第２の撮像装置３６や、ステージ１０等の作動を制御する。画像処理部４５は、第１の撮像装置３５または第２の撮像装置３６から入力されたウェハＷの画像信号に基づいて、ウェハＷのデジタル画像を生成する。画像処理部４５の内部メモリ（図示せず）には、良品ウェハの画像データが予め記憶されており、画像処理部４５は、ウェハＷの画像（デジタル画像）を生成すると、ウェハＷの画像データと良品ウェハの画像データとを比較して、ウェハＷの表面における異常の有無を検査する。そして、画像処理部４５による検査結果およびそのときのウェハＷの画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００１９】
ところで、ウェハＷは、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置からステージ１０上に搬送される。なおこのとき、ウェハＷは、ウェハＷのパターンもしくは外縁部（ノッチやオリエンテーションフラット等）を基準としてアライメントが行われた状態で、ステージ１０上に搬送される。なお、ウェハＷの表面には、図３（ａ）に示すように、複数のショット領域（チップ領域）Ａが縦横に配列され、各ショット領域の中には、ラインパターンまたはホールパターン等の繰り返しパターンが形成されている。
【００２０】
以上のように構成される表面検査装置１を用いて、ウェハＷの表面検査を行うには、まず、不図示の搬送装置により、ウェハＷをステージ１０上に搬送する。なお、搬送の途中で不図示のアライメント機構によりウェハＷの表面に形成されているパターンの位置情報を取得しており、ウェハＷをステージ１０上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。
【００２１】
次に、制御部４０の作動制御によって、ウェハＷの表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するようにステージ１０を回転させるとともに、パターンのピッチをＰとし、ウェハＷの表面に照射する照明光の波長をλとし、照明光の入射角をθ１とし、ｎ次回折光の出射角をθ２としたとき、ホイヘンスの原理より、次の（１）式を満足するように設定を行う（ステージ１０をチルトさせる）。
【００２２】
Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（θ２）｝ …（１）
【００２３】
次に、制御部４０の作動制御によって、照明光をウェハＷの表面に照射する。このような条件で照明光をウェハＷの表面に照射する際、照明ユニット２１における光源部２２からの光は調光部２３を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する照明光が導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出され、照明側凹面鏡２５で反射した照明光が平行光束となってウェハＷの表面に照射される。
【００２４】
ところで、本実施形態では、制御部４０の作動制御によって、通常は、図１に示すように、ウェハＷの表面からの光が受光側凹面鏡３１で第１の撮像装置３５に向けて反射するように設定され、第１の撮像装置３５がウェハＷの表面全体の像を撮像するようになっている。そのため、ウェハＷの表面から出射された回折光は、受光側凹面鏡３１により集光されて第１の撮像装置３５の撮像面上に達し、ウェハＷの表面全体の像（回折像）が結像される。
【００２５】
そこで、第１の撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。画像処理部４５は、第１の撮像装置３５から入力された画像信号に基づいて、ウェハＷの表面全体の画像（デジタル画像）を生成する。また、画像処理部４５は、ウェハＷの表面全体の画像（デジタル画像）を生成すると、ウェハＷの画像データと良品ウェハの画像データ（予め取得され記憶されている）とを比較して、ウェハＷの表面における異常の有無を検査（検出）する。そして、画像処理部４５による検査結果およびそのときのウェハＷの表面全体の画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００２６】
このとき、ウェハＷの表面検査はショット領域Ａごとに行われ、異常が検出されない場合には、そのまま、他の（未検査の）ウェハＷについて表面検査が行われる。一方、ウェハＷのいずれかのショット領域Ａにおいて異常が検出された場合には、制御部４０の作動制御によって、図２に示すように、ウェハＷの表面からの光が受光側凹面鏡３１で第２の撮像装置３６に向けて反射するようにステージ１０が傾動し、第１の撮像装置３５から切り替わった第２の撮像装置３６がウェハＷの表面の像を部分的に撮像する。ここで、第２の撮像装置３６の撮像倍率が高いため部分的な拡大像を撮像している。
【００２７】
このとき、制御部４０の制御によって、カメラ支持機構（図示せず）が第２の撮像装置３６を傾動させて撮像範囲を変えることにより、図３（ｂ）に示すように、異常が検出された欠陥候補のショット領域Ａ１および、異常が検出されなかったショット領域のうち欠陥候補のショット領域Ａ１に一番近い良品ショット領域Ａ２の像をそれぞれ光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。
【００２８】
画像処理部４５は、第２の撮像装置３６から入力された画像信号に基づいて、欠陥候補のショット領域Ａ１の画像および良品ショット領域Ａ２の画像（デジタル画像）をそれぞれ生成する。そして、画像処理部４５は、欠陥候補のショット領域Ａ１の画像および良品ショット領域Ａ２の画像（デジタル画像）をそれぞれ生成すると、欠陥候補のショット領域Ａ１の画像データと良品ショット領域Ａ２の画像データとを比較することにより、欠陥候補のショット領域Ａ１における異常（傷や異物等の欠陥Ｂ）の有無を再び検査（検出）する。その後、画像処理部４５による検査結果およびそのときのウェハＷの全体画像や拡大した欠陥候補のショット領域Ａ１の画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。なお、ウェハＷの表面における全てのショット領域Ａで異常が検出された場合、良品ショット領域の撮像を行うことができないので、画像処理部４５は、予め別のウェハＷで撮像取得しておいた良品ショット領域の画像データと欠陥候補のショット領域の画像データとを比較することにより、欠陥候補のショット領域における異常の有無を再び検査（検出）する。
【００２９】
このように、第１実施形態の表面検査装置１によれば、第１の撮像装置３５により撮像されたウェハＷの表面全体の画像に基づいて異常の有無を検出し、ウェハＷの表面全体の画像において異常が検出された場合には、第１の撮像装置３５から第２の撮像装置３６に切り替えてウェハＷの表面の像を部分的に撮像して、高倍率の画像に基づき異常の有無を検出することができる。そのため、通常は、第１の撮像装置３５により撮像されたウェハＷの表面全体の画像に基づく高速な検査ができることから、通常は高速な検査を行いながら、必要に応じて高倍率の画像に基づく高精度な検査を行うことが可能になる。
【００３０】
また、第２の撮像装置３６が第１の撮像装置３５に対して光軸が傾いた状態で並ぶように配設され、ステージ１０を傾動させることにより、ウェハＷの表面からの回折光を第１の撮像装置３５もしくは第２の撮像装置３６のいずれか一方に向けて集光することで、検査装置の構成を最小限に抑えることができる。なおこの場合、ステージ１０を傾動させるため、第１の撮像装置３５および第２の撮像装置３６の両方で回折光を検出できるように予め、調整用の回折格子を用いて第２の撮像装置３６の光軸の傾きを調整しておくことが好ましい。また、前述したように、受光側凹面鏡３１は、回折光の進む角度が変化してもウェハＷの表面からの回折光を捉えられるように、照明側凹面鏡２５よりも大きいことが好ましい。
【００３１】
また、ウェハＷの表面全体の画像において異常が検出された場合、異常が検出された欠陥候補のショット領域Ａ１（またはチップ領域）および、異常が検出されなかったショット領域のうち欠陥候補のショット領域Ａ１に一番近い良品ショット領域Ａ２（またはチップ領域）の像をそれぞれ撮像し、欠陥候補のショット領域Ａ１の画像データと良品ショット領域Ａ２の画像データとを比較することにより、欠陥候補のショット領域Ａ１における異常の有無を再び検査（検出）している。このようにすれば、欠陥候補のショット領域Ａ１に一番近い良品ショット領域Ａ２の像を撮像するため、撮像範囲の移動量を最小限に抑えることができることから、高倍率の画像（欠陥候補のショット領域Ａ１の画像）に基づく高精度な検査に要する時間を短くすることができる。なお、チップ領域を比較する場合は、欠陥のあるチップ領域と異常が検出されなかったショット領域のうち欠陥候補のチップ領域に一番近い良品ショット領域内から最も良品と推定されるチップ領域を選ぶことができる。
【００３２】
次に、表面検査装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態の表面検査装置は、第１の撮像装置３５および第２の撮像装置３６の構成を除いて、第１実施形態の表面検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第２実施形態の表面検査装置５１は、図４に示すように、照明系２０と、受光系３０と、第１の撮像装置５５および第２の撮像装置５６と、スライド保持機構５７と、制御部４０および画像処理部４５とを備えて構成される。
【００３３】
第１の撮像装置５５は、第１実施形態の場合と同様に、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。第２の撮像装置５６は、第１の撮像装置５５と光軸が略平行に並ぶように配設され、撮像面上に形成されたウェハＷの表面の一部の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。なお、第２の撮像装置５６は、第１実施形態の場合と同様に、第１の撮像装置５５よりも撮像倍率が高くなるように設定され、撮像面上にウェハＷの一部の像が拡大結像されて、ウェハＷの像を部分的に撮像することになる。
【００３４】
第２実施形態において、第１の撮像装置５５および第２の撮像装置５６は、スライド保持機構５７を用いて光軸と垂直な方向へ一体的にスライド移動可能に保持され、第１の撮像装置５５もしくは第２の撮像装置５６のいずれか一方を受光側凹面鏡３１からの光路上に配置できるようになっている。なおこれにより、受光側凹面鏡３１は、第１実施形態のように照明側凹面鏡２５よりも大きくする必要はない。さらに、第２の撮像装置５６は、スライド保持機構５７上に設けられたカメラ支持機構（図示せず）によって（受光系３０の光軸に対して直交する２軸を回動中心として）傾動可能に構成されており、第２の撮像装置５６を傾動させると、撮像面上に結像されるウェハＷの範囲、すなわち撮像範囲を変えることができるため、第２の撮像装置５６を傾動させて撮像範囲を変えながら、ウェハＷの全体にわたってウェハＷの像を部分的に撮像することができる。
【００３５】
以上のように構成される表面検査装置５１を用いて、ウェハＷの表面検査を行うには、まず、第１実施形態の場合と同様にして、ウェハＷをステージ１０上に搬送する。次に、ウェハＷの表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するようにステージ１０を回転させるとともに、前述の（１）式を満足するように設定を行う。このとき、通常は、制御部４０の作動制御によって、図４に示すように、スライド保持機構５７の作動により第１の撮像装置５５が受光側凹面鏡３１からの光路上に配置される。
【００３６】
次に、第１実施形態の場合と同様にして、照明光をウェハＷの表面に照射する。そうすると、ウェハＷの表面から出射された回折光は、受光側凹面鏡３１により集光されて第１の撮像装置５５の撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。そこで、第１の撮像装置５５は、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。画像処理部４５は、第１実施形態の場合と同様に、第１の撮像装置５５から入力された画像信号に基づいて、ウェハＷの表面全体の画像（デジタル画像）を生成し、ウェハＷの表面における異常の有無を検査（検出）する。
【００３７】
このとき、ウェハＷのいずれかのショット領域Ａにおいて異常が検出された場合には、制御部４０の作動制御によって、図５に示すように、スライド保持機構５７の作動により第２の撮像装置５６が受光側凹面鏡３１からの光路上に配置され、第１実施形態の場合と同様にして、第１の撮像装置５５から切り替わった第２の撮像装置５６がウェハＷの表面の像を部分的に撮像する。そして、画像処理部４５は、第１実施形態の場合と同様にして、欠陥候補のショット領域Ａ１における異常（傷や異物等の欠陥Ｂ）の有無を再び検査（検出）する。
【００３８】
このように、第２実施形態の表面検査装置５１によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、スライド保持機構５７を用いて、第１の撮像装置５５もしくは第２の撮像装置５６のいずれか一方を受光側凹面鏡３１からの光路上に配置できるようになっているため、回折条件が変わらずに安定した検査を行うことができる。なお、撮像倍率の切替を、いわゆるフロントコンバージョンレンズ（テレコン）の挿抜によって行うようにしてもよい。この場合においても、撮像装置を傾動可能な構成とする。
【００３９】
続いて、表面検査装置の第３実施形態について説明する。第３実施形態の表面検査装置は、第１の撮像装置３５および第２の撮像装置３６の構成を除いて、第１実施形態の表面検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第３実施形態の表面検査装置６１は、図６に示すように、照明系２０と、受光系３０と、第１の撮像装置６５および第２の撮像装置６６と、ミラー６７と、制御部４０および画像処理部４５とを備えて構成される。
【００４０】
第１の撮像装置６５は、第１実施形態の場合と同様に、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。第２の撮像装置６６は、第１の撮像装置６５と光軸が直交するように配設され、撮像面上に形成されたウェハＷの表面の一部の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。なお、第２の撮像装置６６は、第１実施形態の場合と同様に、第１の撮像装置６５よりも撮像倍率が高くなるように設定され、撮像面上にウェハＷの一部の像が拡大結像されて、ウェハＷの像を部分的に撮像することになる。
【００４１】
第１の撮像装置６５と受光側凹面鏡３１との間の光路上には、ミラー６７が図示しないスライド機構により挿抜可能に配設される。そして、図６に示すようにミラー６７が当該光路上から抜去されたときには、受光側凹面鏡３１からの光が第１の撮像装置６５に達し、図７に示すようにミラー６７が当該光路上に挿入されたときには、受光側凹面鏡３１からの光がミラー６７で反射して第２の撮像装置６６に達するようになっている。なおこれにより、受光側凹面鏡３１は、第１実施形態のように照明側凹面鏡２５よりも大きくする必要はない。さらに、第２の撮像装置６６は、例えば小型のチルトステージを用いたカメラ支持機構（図示せず）によって（受光系３０の光軸に対して）傾動可能に構成されており、第２の撮像装置６６を傾動させると、撮像面上に結像されるウェハＷの範囲、すなわち撮像範囲を変えることができるため、第２の撮像装置６６を傾動させて撮像範囲を変えながら、ウェハＷの全体にわたってウェハＷの像を部分的に撮像することができる。
【００４２】
以上のように構成される表面検査装置６１を用いて、ウェハＷの表面検査を行うには、まず、第１実施形態の場合と同様にして、ウェハＷをステージ１０上に搬送する。次に、ウェハＷの表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するようにステージ１０を回転させるとともに、前述の（１）式を満足するように設定を行う。このとき、通常は、制御部４０の作動制御によって、図６に示すように、スライド機構（図示せず）の作動によりミラー６７が第１の撮像装置６５と受光側凹面鏡３１との間の光路上から抜去される。
【００４３】
次に、第１実施形態の場合と同様にして、照明光をウェハＷの表面に照射する。そうすると、ウェハＷの表面から出射された回折光は、受光側凹面鏡３１により集光されて第１の撮像装置６５の撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。そこで、第１の撮像装置６５は、撮像面上に形成されたウェハＷの表面全体の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４５に出力する。画像処理部４５は、第１実施形態の場合と同様に、第１の撮像装置６５から入力された画像信号に基づいて、ウェハＷの表面全体の画像（デジタル画像）を生成し、ウェハＷの表面における異常の有無を検査（検出）する。
【００４４】
このとき、ウェハＷのいずれかのショット領域Ａにおいて異常が検出された場合には、制御部４０の作動制御によって、図７に示すように、スライド機構（図示せず）の作動によりミラー６７が第１の撮像装置６５と受光側凹面鏡３１との間の光路上に挿入される。そうすると、受光側凹面鏡３１により集光された回折光がミラー６７で反射して第２の撮像装置６６の撮像面上に達し、第１実施形態の場合と同様にして、第１の撮像装置６５から切り替わった第２の撮像装置６６がウェハＷの表面の像を部分的に撮像する。そして、画像処理部４５は、第１実施形態の場合と同様にして、欠陥候補のショット領域Ａ１における異常（傷や異物等の欠陥Ｂ）の有無を再び検査（検出）する。
【００４５】
このように、第３実施形態の表面検査装置６１によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、ミラー６７を用いて、第１の撮像装置６５もしくは第２の撮像装置６６のいずれか一方に受光側凹面鏡３１からの光を導くようになっているため、回折条件が変わらずに安定した検査を行うことができる。
【００４６】
なお、上述の各実施形態において、撮像装置の撮像倍率で倍率の切替を行ったが、極めて高解像度（画素数の極めて大きい）の撮像素子を用いる場合は、電子ズームで倍率の切替を行ってもよい。この場合、全体を撮像する場合には得られた高解像度の画像を敢えて画素処理により解像度を落として検査することにより処理速度を向上させ、異常が見つかった場合には、高解像度画像から異常を含む領域を切り出すことにより見かけ上の倍率を切り替えることができる。また、上述の各実施形態において、ウェハＷの表面で生じた回折光を利用してウェハＷの表面を検査しているが、これに限られるものではなく、ウェハＷの表面の正反射像、もしくは、ウェハＷの表面で生じた散乱光や偏光の状態変化を利用してウェハＷの表面を検査する表面検査装置においても、本発明を適用可能である。
【００４７】
また、上述の各実施形態において、ウェハＷの表面を検査しているが、これに限られるものではなく、例えば、ガラス基板の表面を検査することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｗ ウェハ（基板） Ａ ショット領域
Ａ１ 欠陥候補のショット領域 Ａ２ 良品ショット領域
１ 表面検査装置（第１実施形態）
１０ ステージ
２０ 照明系（照射部） ２１ 照明ユニット
２２ 光源部 ２５ 照明側凹面鏡
３０ 受光系 ３１ 受光側凹面鏡
３５ 第１の撮像装置 ３６ 第２の撮像装置
４０ 制御部 ４５ 画像処理部（検出部）
５１ 表面検査装置（第２実施形態）
５５ 第１の撮像装置 ５６ 第２の撮像装置
５７ スライド保持機構
６１ 表面検査装置（第３実施形態）
６５ 第１の撮像装置 ６６ 第２の撮像装置
６７ ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を支持するステージ部と、
前記ステージ部に支持された前記基板の表面に照明光を照射する照射部と、
前記照明光が照射された前記基板の表面全体の像を撮像する第１の撮像部と、
前記照明光が照射された前記基板の表面の像を前記第１の撮像部よりも高い倍率で部分的に撮像する第２の撮像部と、
前記第１の撮像部または前記第２の撮像部により撮像された前記基板の画像に基づいて前記基板の表面における異常の有無を検出する検出部と、
前記第１の撮像部に前記基板の表面全体の像を撮像させ、前記検出部が前記第１の撮像部により撮像された前記基板の表面全体の画像において異常を検出した場合に、前記第２の撮像部に切り替えて前記基板の表面における前記異常が検出された部分の像を撮像させる制御を行う制御部とを備えて構成されることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部に対して光軸が傾いた状態で、前記第１の撮像部と並ぶように配設され、
前記ステージ部が傾動可能に構成されており、
前記ステージ部の傾動に応じて、前記照明光が照射された前記基板の表面からの光を前記第１の撮像部もしくは前記第２の撮像部のいずれか一方に向けて反射および集光させる受光側凹面鏡が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記基板の表面において所定の範囲で区切られた複数のショット領域ごとに、前記異常の有無を検出するように構成されており、
前記制御部は、前記検出部が前記基板の表面全体の画像において異常を検出した場合に、前記第２の撮像部に切り替えて、前記異常が検出された第１のショット領域および、前記異常が検出されなかったショット領域のうち前記第１のショット領域に近い第２のショット領域の像を撮像させる制御を行い、
前記検出部は、前記第２の撮像部によりそれぞれ撮像された前記第１のショット領域の画像と前記第２のショット領域の画像とを比較することにより、前記第１のショット領域における異常の有無を再び検出することを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記照射部は、光源部と、前記光源部からの光を反射させて前記基板の表面に前記照明光として照射する照明側凹面鏡とを有し、
前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部に対して光軸が傾いた状態で、前記第１の撮像部と並ぶように配設され、
前記ステージ部が傾動可能に構成されており、
前記ステージ部の傾動に応じて、前記照明光が照射された前記基板の表面からの光を前記第１の撮像部もしくは前記第２の撮像部のいずれか一方に向けて反射および集光させるように前記照明側凹面鏡よりも大きい受光側凹面鏡が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項１】
基板を支持するステージ部と、
前記ステージ部に支持された前記基板の表面に照明光を照射する照射部と、
前記照明光が照射された前記基板の表面全体の像を撮像する第１の撮像部と、
前記照明光が照射された前記基板の表面の像を前記第１の撮像部よりも高い倍率で部分的に撮像する第２の撮像部と、
前記第１の撮像部または前記第２の撮像部により撮像された前記基板の画像に基づいて前記基板の表面における異常の有無を検出する検出部と、
前記第１の撮像部に前記基板の表面全体の像を撮像させ、前記検出部が前記第１の撮像部により撮像された前記基板の表面全体の画像において異常を検出した場合に、前記第２の撮像部に切り替えて前記基板の表面における前記異常が検出された部分の像を撮像させる制御を行う制御部とを備えて構成されることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部に対して光軸が傾いた状態で、前記第１の撮像部と並ぶように配設され、
前記ステージ部が傾動可能に構成されており、
前記ステージ部の傾動に応じて、前記照明光が照射された前記基板の表面からの光を前記第１の撮像部もしくは前記第２の撮像部のいずれか一方に向けて反射および集光させる受光側凹面鏡が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記基板の表面において所定の範囲で区切られた複数のショット領域ごとに、前記異常の有無を検出するように構成されており、
前記制御部は、前記検出部が前記基板の表面全体の画像において異常を検出した場合に、前記第２の撮像部に切り替えて、前記異常が検出された第１のショット領域および、前記異常が検出されなかったショット領域のうち前記第１のショット領域に近い第２のショット領域の像を撮像させる制御を行い、
前記検出部は、前記第２の撮像部によりそれぞれ撮像された前記第１のショット領域の画像と前記第２のショット領域の画像とを比較することにより、前記第１のショット領域における異常の有無を再び検出することを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記照射部は、光源部と、前記光源部からの光を反射させて前記基板の表面に前記照明光として照射する照明側凹面鏡とを有し、
前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部に対して光軸が傾いた状態で、前記第１の撮像部と並ぶように配設され、
前記ステージ部が傾動可能に構成されており、
前記ステージ部の傾動に応じて、前記照明光が照射された前記基板の表面からの光を前記第１の撮像部もしくは前記第２の撮像部のいずれか一方に向けて反射および集光させるように前記照明側凹面鏡よりも大きい受光側凹面鏡が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４１１３５（Ｐ２０１１−１４１１３５Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６７５（Ｐ２０１０−６７５）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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