表面検査装置
【課題】不感領域の影響を小さくして検査精度を向上させた表面検査装置を提供する。
【解決手段】表面検査装置１は、ステージ１０と、照明系２０と、受光系３０と、複数の受光部および受光部の周囲に設けられて受光しない不感部を有した撮像素子５０と、撮像素子５０を相対移動させる画素補完駆動部３５と、撮像素子５０が複数の受光部同士の間隔よりも小さい相対移動量で相対移動しながら複数の像を撮像するように画素補完駆動部３５および撮像素子５０の作動を制御する制御部４０と、撮像素子５０により撮像された複数の画像における各画素を画素補完駆動部３５による相対移動に応じた順に並べて合成した合成画像を生成する画像処理部４５とを備え、撮像素子５０の撮像面５０ａ上に、受光部の一部を遮蔽する遮蔽部材が設けられている。
【解決手段】表面検査装置１は、ステージ１０と、照明系２０と、受光系３０と、複数の受光部および受光部の周囲に設けられて受光しない不感部を有した撮像素子５０と、撮像素子５０を相対移動させる画素補完駆動部３５と、撮像素子５０が複数の受光部同士の間隔よりも小さい相対移動量で相対移動しながら複数の像を撮像するように画素補完駆動部３５および撮像素子５０の作動を制御する制御部４０と、撮像素子５０により撮像された複数の画像における各画素を画素補完駆動部３５による相対移動に応じた順に並べて合成した合成画像を生成する画像処理部４５とを備え、撮像素子５０の撮像面５０ａ上に、受光部の一部を遮蔽する遮蔽部材が設けられている。
【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、シリコンウェハの表面に照明光を照射して当該シリコン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）。このような表面検査装置では、繰返しパターンのピッチが微細化するのに伴って、回折光を発生させるために照明光の波長が紫外線の領域まで短波長化している。そのため、回折光を撮像するカメラに搭載された撮像素子は、開口率が小さく、受光効率が低い。
【０００３】
受光効率を上げるためには、撮像素子の受光部の開口をなるべく大きくすることが望ましいが、ノイズを減らすことや情報を転送すること等の機能を実現する周辺回路を配置する必要があるため、受光に寄与しない領域である不感領域を撮像素子の画素内に設けなければならない。すなわち、図１２に示すように、撮像素子Ｃにおいて、受光のための有効領域（開口部）Ａと不感領域Ｂとを合わせた部分が１画素の占める領域となる。そして、図１３（ａ）に示すように、有効領域Ａに結像した像（ウェハＷの像）の情報は画像情報（輝度データ）として取得できるが、図１３（ｂ）に示すように、不感領域Ｂに結像した像の情報は画像情報（輝度データ）として取得することはできない。そのため、像を再生した画像には不感領域の情報は含まれない。
【０００４】
そこで、より多くの光を撮像素子の開口部（有効領域）に導くため、多くの撮像素子の撮像面には、マイクロレンズやインナーレンズといった集光部が配設され、これによって開口率を向上させ、不感領域を低減している。しかしながら、短波長の光を撮像する撮像素子の場合、前述のマイクロレンズやインナーレンズは一般にＰＭＭＡ等といった可視域での透明性の高い材料で作られるので紫外線等の短波長の光が吸収されるため、これらが使えない。そのため、短波長対応の撮像素子は開口率が小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
短波長の光を使用するために開口率の小さい撮像素子を用いざるを得ない表面検査装置では、撮像素子の開口率が小さいため不感領域が広く、撮像面で結像した像の情報の欠落領域が大きくなり、像の再現性が低下して検査精度が低下する一因となっていた。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、不感領域の影響を小さくして検査精度を向上させた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】
【０００８】
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、基板の表面を検査するための表面検査装置であって、前記基板を支持するステージと、前記ステージに支持された前記基板の表面に紫外光を照射する照射部と、前記紫外光が照射された前記基板の表面からの光を所定の撮像面上に結像させる受光光学系と、前記受光光学系により前記撮像面上に結像した像を受光し光電変換する複数の受光部および前記受光部の周囲に設けられて光電変換しない不感部を有した撮像素子と、前記撮像素子と前記像とを前記撮像面上で相対移動させる相対移動部と、前記相対移動部が前記複数の受光部同士の間隔よりも小さい相対移動量で前記相対移動させながら、前記撮像素子が複数の前記像を撮像するように前記相対移動部および前記撮像素子の作動を制御する制御部と、前記撮像素子により撮像された前記複数の画像における各画素を前記相対移動に応じた順に並べて合成した合成画像を生成する画像処理部とを備え、前記撮像素子に到達する光の一部を入射させる入射部および前記入射部から入射する光以外を遮光する遮光部を有して前記相対移動部により前記撮像素子と一体に前記相対移動する遮蔽部材が設けられている。
【０００９】
なお、上述の表面検査装置において、前記相対移動部は、前記相対移動の前に前記遮光部があった位置に前記入射部が位置するように、前記遮蔽部材と一体に前記撮像素子を移動させることが好ましい。
【００１０】
また、上述の表面検査装置において、前記相対移動部がピエゾ素子を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、検査精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ）ともに、撮像素子の詳細を示す模式図である。
【図３】遮蔽部材および撮像素子の模式図である。
【図４】（ａ），（ｂ）ともに、遮蔽部材によって受光領域の一部が遮蔽された状態を示す模式図である。
【図５】画素補完を行いながらウェハの表面の像を撮像する手順を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は１／２画素をずらして画素補完を行う順番の例を示す模式図であり、（ｂ）は１／３画素をずらして画素補完を行う順番の例を示す模式図である。
【図７】１／３画素をずらした画素補完の画像合成の様子を示す模式図である。
【図８】画素補完を行わない画像と画素補完を行った画像とを比較した図である。
【図９】１／２画素をずらして微小欠陥を検出する様子を示す模式図である。
【図１０】１／３画素をずらして微小欠陥を検出する様子を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図１２】撮像素子の斜視図である。
【図１３】ウェハの像が結像する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、略円盤形のウェハ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の表面に沿った軸を中心に、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。
【００１４】
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（紫外光）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ＤＵＶカメラ３２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からの光を紫外領域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。
【００１５】
そして、光源部２２からの光は調光部２３を通過し、紫外領域の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する紫外光が照明光として導光ファイバ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。
【００１６】
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、ＤＵＶカメラ３２の対物レンズ３３を経てカメラ部３４に形成された撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。
【００１７】
ＤＵＶカメラ３２は、前述の対物レンズ３３およびカメラ部３４と、画素補完駆動部３５とを有して構成される。対物レンズ３３は、前述の受光側凹面鏡３１と協働して、ウェハＷの表面からの出射光（回折光）をカメラ部３４の撮像面上に集光し、当該撮像面上にウェハＷの表面の像（回折像）を結像させる。カメラ部３４は、撮像素子５０を有して構成されており、当該撮像素子５０の表面に撮像面５０ａが形成される。そして、撮像素子５０は、撮像面５０ａ上に形成されたウェハＷの表面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。
【００１８】
撮像素子５０は、図２（ａ）に示すように、複数の画素領域５１を有して構成され、各画素領域５１が集まって撮像素子５０の受光面（撮像面）を形成している。図２（ｂ）に示すように、画素領域５１には受光領域（有効領域）５１ａと不感領域５１ｂ〜５１ｄが設けられており、本実施形態においては、便宜的に画素領域５１における右下の領域を受光領域５１ａとする。
【００１９】
また、このような撮像素子５０の撮像面５０ａ上には、図３に示すように、受光領域５１ａの一部を遮蔽するための遮蔽部材６０が設けられている。遮蔽部材６０は、例えばガラス材料を用いて、撮像素子５０の形状に合わせた矩形の薄板状に形成され、撮像素子５０と重なるように取り付けられる。遮蔽部材６０において受光領域５１ａと重なる箇所には、受光領域５１ａよりも小さな開口部（入射部）６１がそれぞれ受光領域５１ａと同様の形状に形成されている。また、遮蔽部材６０の表面には、対物レンズ３３からの光を遮光（マスキング）する遮光部がクロムメッキ等により設けられている。そのため、遮蔽部材６０を撮像素子５０に対して重ねるように取り付けると、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、撮像素子５０の受光領域５１ａにおいて開口部６１と重なる部分（露出部分）を除いた箇所が遮蔽部材６０によって遮蔽され、受光領域５１ａによって受光可能な領域の大きさをそれよりも小さい開口部６１（露出部分）の大きさに縮小することができる。なお、遮蔽部材６０の薄さは、撮像面５０ａ上での結像に悪影響を及ぼさない程度まで、極めて薄くなっている。
【００２０】
画素補完駆動部３５は、ピエゾ素子（圧電素子）を用いて構成され、撮像素子５０および遮蔽部材６０を有したカメラ部３４を撮像面５０ａと平行で直交する方向（２軸方向）に移動させることができるようになっている。これにより、撮像素子５０を遮蔽部材６０と一体的に受光系３０の光軸と交差する方向に移動させることができるため、撮像面５０ａ上に結像したウェハＷの像を撮像素子５０および遮蔽部材６０に対し当該撮像面５０ａ上で相対移動させることが可能になり、ピエゾ駆動装置を備えた画素補完駆動部３５により、撮像素子５０を構成する画素の間隔よりも小さい移動量で撮像素子５０および遮蔽部材６０を移動させるようにすれば、画素補完によりウェハＷの像を撮像することが可能となる。
【００２１】
制御部４０は、ＤＵＶカメラ３２の画素補完駆動部３５や撮像素子５０、ステージ１０等の作動を制御する。画像処理部４５は、ＤＵＶカメラ３２の撮像素子５０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の表面における欠陥（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。
【００２２】
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、詳細な図示を省略するが、ウェハＷの表面には、複数のチップ領域（ショット）が縦横に配列され、各チップ領域の中には、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。
【００２３】
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、制御部４０の制御によって、撮像素子５０を構成する画素の間隔（すなわち、受光領域５１ａ同士の間隔）よりも小さい移動量で画素補完駆動部３５が撮像素子５０（カメラ部３４）を受光系３０の撮像面５０ａと平行な方向に移動させながら、すなわち、画素補完を行いながら、撮像素子５０がウェハＷの表面の像を複数撮像する。そこで、画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像する手順について、図５に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【００２４】
まず、ｎ＝１とする（ステップＳ１０１）。次に、ｎがステップ数Ｓよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、ステップ数Ｓは、画素分割数をｊとするとｊ×ｊとなるので、１／２画素をずらした画素補完の場合はＳ＝４、１／３画素をずらした画素補完の場合はＳ＝９となる。また、ｎは、画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像する順番（番号）である。画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像する順番の例を図６に示す。なお、図６（ａ）は１／２画素をずらす場合であり、この場合、撮像素子５０を構成する画素の１／２ずつの移動量で画素補完駆動部３５が撮像素子５０を移動させることになる。また、図６（ｂ）は１／３画素をずらす場合であり、この場合、撮像素子５０を構成する画素の１／３ずつの移動量で画素補完駆動部３５が撮像素子５０を移動させることになる。このような順番でウェハＷの表面の像を撮像するようにすれば、一筆書きのようにして撮像素子５０が移動するため、ヒステリシスやバックラッシュの影響を受け難く位置制御性を向上でき、また効率よく撮像素子５０を移動させて撮像に要する時間を短縮することができる。なお、画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像する順番は、図６に示すような順番でなくてもよい。
【００２５】
ステップＳ１０２において、判定がＹｅｓの場合、ステップＳ１０３へ進み、画素補完駆動部３５によりｎ番目の画素補完位置に対応する座標へ撮像素子５０を移動させる。そして、ｎ番目の画素補完位置において撮像素子５０がウェハＷの表面の像を撮像し（ステップＳ１０４）、ｎ＝ｎ＋１とした後（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０２へ戻る。なおこのとき、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）。
【００２６】
Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（θ２）｝ …（１）
【００２７】
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、紫外領域の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する紫外光が照明光として導光ファイバ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。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ＤＵＶカメラ３２の対物レンズ３３を経て撮像素子５０の撮像面５０ａ上に達し、回折光によるウェハＷの表面の像が結像される。そして、撮像面５０ａ上に形成されたウェハＷの像を撮像素子５０が撮像する。このとき、撮像素子５０は、撮像面５０ａ上に形成されたウェハＷ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に入力された画像信号は、撮像順番ｎと関連付けられて不図示の記憶部に記憶される。
【００２８】
一方、ステップＳ１０２において、判定がＮｏの場合、すなわち、全ての画素補完位置において撮像素子５０がウェハＷの表面の像を撮像した場合、ステップＳ１０６へ進み、ｎ＝１とした後、次のステップＳ１０７において、画素補完駆動部３５によりｎ番目（１番目）の画素補完位置に対応する座標へ撮像素子５０を移動させる。
【００２９】
そして、次のステップＳ１０８において、全ての画素補完位置において撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像に基づいて、画像処理部４５がウェハＷの合成画像を生成し、処理を終了する。このとき、画像処理部４５は、全ての画素補完位置において撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像における各画素を、画素補完を行いながら撮像した順に並べて合成することで、ウェハＷの合成画像を生成する。例えば、１／３画素をずらした画素補完の場合、図７に示すように、ｎ番目（ｎ＝１〜９）のステップで取得したＫ×Ｌ画素の画像における任意の画素の座標を（ｋ，ｌ，ｎ）とすると、画素を９つずつ（撮像の順番に）並べて合成することで、図８に示すように、撮像素子５０の不感領域（撮像面）に結像していた像の輝度データが画像上に再現される。なお、図７に示した１／３画素をずらした画素補完の場合、合成画像の画素数は３Ｋ×３Ｌ（撮像時の画素数の９倍）となる。
【００３０】
上述のように画素補完を行いながら撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像に基づいて、画像処理部４５がウェハＷの合成画像を生成すると、画像処理部４５は、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の表面における欠陥（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（合成画像）が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００３１】
ところで、前述したように、短波長の光を使用するために開口率の小さい撮像素子を用いざるを得ない表面検査装置では、撮像素子の開口率が小さいため不感領域が広く、撮像面で結像した像の情報の欠落領域が大きくなり、像の再現性が低下して検査精度の低下を招いていた。また、撮像素子の受光部に到達する光が少ないために受光感度が低くなるのに加え、半導体のパターンピッチの微細化によってパターンから発生する回折光の光量が小さくなってきているため、検査信号の感度低下を二重に招いていた。これに対し、検査に使用できる程度の検査画像を取得するために撮像部の露光時間を長くすると、ノイズによる感度の低下とスループットの低下という悪影響が発生してしまう。また、受光感度を上げた撮像素子を製造しようとすると、莫大な開発、製造コストが避けられない。
【００３２】
これに対し、第１実施形態の表面検査装置１によれば、画素補完を行いながら撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像に基づいて、画像処理部４５がウェハＷの合成画像を生成するため、撮像素子５０の不感領域（撮像面）に結像していた像の輝度データを画像上に再現させることができることから、不感領域の影響を小さくして検査精度を向上させることが可能になる。
【００３３】
なお、本実施形態のように画素領域５１における右下の１／４の領域に受光領域５１ａが位置する場合、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように１／２画素をずらすと、不感領域（５１ｄ）に結像していた微小な欠陥Ｂを図９（ｂ）の位置で検出することができる。しかしながら、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように１／３画素をずらすと、不感領域（５１ｄ）に結像していた微小な欠陥Ｂが二重に（例えば、図１０（ｂ）および（ｃ）の位置で）検出される場合がある。そうすると、欠陥Ｂは画素をずらした画素領域５１毎に検出されることになるため、微小な欠陥Ｂが実際よりも大きく検出されて像がぼやける原因となる。
【００３４】
これに対し、本実施形態の表面検査装置１においては、受光領域５１ａの一部が遮蔽部材６０によって遮蔽され、受光領域５１ａによって受光可能な領域（露出部分）の大きさが画素領域５１の１／４よりも縮小されている。このように、画素をずらす量に応じて、遮蔽部材６０により受光領域５１ａにおける露出部分の大きさを縮小するようにすれば、前述のように微小な欠陥Ｂの像がぼやけてしまうのを防止することができ、微小欠陥Ｂ等の検出精度を向上させることができる。例えば、１／３画素をずらす場合、受光領域５１ａによって受光可能な領域（露出部分）の大きさを画素領域５１の１／９まで縮小するようにすればよい。なおこのとき、画素をずらす前に撮像素子５０の不感領域５１ｂ〜５１ｄもしくは受光領域５１ａで遮蔽された部分であった位置に受光領域５１ａによって受光可能な領域（露出部分）が位置するように、遮蔽部材６０と一体に撮像素子５０が相対移動することになる。またこのとき、受光領域５１ａによって受光可能な領域（露出部分）の大きさが縮小されるので、遮蔽部材６０を用いない場合よりも露光時間を延ばすことが好ましい。
【００３５】
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１０１は、図１１に示すように、ウェハＷを支持するステージ部１１０と、ステージ部１１０に支持されたウェハＷの表面に照明光（紫外光）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１３０と、受光系１３０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ＤＵＶカメラ１３２と、制御部１４０および画像処理部１４５とを備えて構成される。
【００３６】
ステージ部１１０は、θステージ１１１と、Ｘステージ１１２と、Ｙステージ１１３とを有して構成され、不図示の搬送装置によって搬送されてくるウェハＷは、θステージ１１１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。θステージ１１１は、ウェハＷの回転対称軸（θステージ１１１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、θステージ１１１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。Ｘステージ１１２は、θステージ１１１を図１１における左右方向へ移動可能に支持する。Ｙステージ１１３は、θステージ１１１およびＸステージ１１２を図１１における前後方向へ移動可能に支持する。すなわち、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３により、θステージ１１１に支持されたウェハＷを略水平面内で前後左右方向に移動させることが可能になる。
【００３７】
照明系２０は、第１実施形態の照明系２０と同様の構成であり、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。受光系１３０は、ステージ部１１０（θステージ１１１）に対向して配設された受光側凹面鏡１３１を主体に構成され、受光側凹面鏡１３１により集光された出射光（回折光）は、ＤＵＶカメラ１３２の対物レンズ１３３を経てカメラ部１３４の撮像面５０ａ上に達し、ウェハＷの像が結像される。このように、受光側凹面鏡１３１がステージ部１１０（θステージ１１１）に対向して配設されるため、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３により、θステージ１１１に支持されたウェハＷを受光系１３０の光軸に対して直角な方向（２軸方向）に移動させることができ、撮像面５０ａ上で結像したウェハＷの像を撮像素子５０に対し当該撮像面５０ａ上で相対移動させることが可能になることから、撮像素子５０を構成する画素の間隔よりも小さい移動量でウェハＷの像を相対移動させるようにすれば、画素補完によりウェハＷの像を撮像することが可能となる。
【００３８】
ＤＵＶカメラ１３２は、前述の対物レンズ１３３およびカメラ部１３４を有して構成される。対物レンズ１３３は、前述の受光側凹面鏡１３１と協働して、ウェハＷの表面からの出射光（回折光）をカメラ部１３４の撮像面５０ａ上に集光し、当該撮像面５０ａ上にウェハＷの表面の像を結像させる。カメラ部１３４は、撮像素子５０を有して構成されており、当該撮像素子５０の表面に撮像面５０ａが形成される。なお、撮像素子５０は、第１実施形態の撮像素子５０と同様の構成であり、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、撮像素子５０の撮像面５０ａ上には、第１実施形態と同様に遮蔽部材６０（図１１では不図示）が設けられる。そして、撮像素子５０は、撮像面５０ａ上に形成されたウェハＷの表面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１４５に出力する。
【００３９】
制御部１４０は、ＤＵＶカメラ１３２の撮像素子５０やステージ部１１０等の作動を制御する。画像処理部１４５は、ＤＵＶカメラ１３２の撮像素子５０から入力されたウェハＷの画像信号に基づいて、第１実施形態の場合と同様にしてウェハＷの合成画像を生成するとともに、生成したウェハＷの合成画像に基づいて、第１実施形態の場合と同様にしてウェハＷの表面における欠陥（異常）の有無を検査する。
【００４０】
以上のように構成される第２実施形態の表面検査装置１０１において、第１実施形態における画素補完駆動部３５の代わりに、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３を用いて、θステージ１１１に支持されたウェハＷを受光系１３０の撮像面５０ａと共役な面と平行な方向（２軸方向）に移動させるようにすれば、撮像面５０ａ上で結像したウェハＷの像を撮像素子５０に対して当該撮像面５０ａ上で相対移動させることが可能になる。そこで、制御部１４０の制御によって、θステージ１１１に支持されたウェハＷを受光系１３０の撮像面５０ａと共役な面と平行な方向（２軸方向）に移動させながら、すなわち、画素補完を行いながら、第１実施形態の場合と同様にして、撮像素子５０がウェハＷの表面の像を複数撮像する。そして、画像処理部１４５は、第１実施形態の場合と同様に、画素補完を行いながら撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像に基づいて、ウェハＷの合成画像を生成するとともに、生成したウェハＷの合成画像に基づいて、ウェハＷの表面における欠陥（異常）の有無を検査する。そして、画像処理部１４５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。
【００４１】
このように、第２実施形態の表面検査装置１０１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。なお、物体面であるウェハＷの表面に対して撮像面５０ａ上で結像されるウェハＷの表面の像は受光系１３０によって変倍されるため、制御部１４０は、撮像素子５０に対するウェハＷの像の相対移動量（画素補完量）から受光系１３０の結像倍率に応じて換算したθステージ１１１の移動量が得られるように、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３の作動を制御する。具体的には、受光系１３０の結像倍率をβとし、撮像素子５０を構成する画素の大きさをＬとし、画素分割数をｊとすると、β×Ｌ／ｊずつの移動量でθステージ１１１を移動させる。このように、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３を用いて、θステージ１１１に支持されたウェハＷを受光系１３０の光軸に対して直角な方向に移動させるようにすれば、比較的簡便な構成でウェハＷの像を撮像素子５０に対して相対移動させることができる。
【００４２】
なお、上述の各実施形態において、遮光部材６０に入射部として開口部６１を設けたが、これに限られるものではなく、例えば、石英ガラスのように高い紫外線透過率特性を有する板材にクロムメッキ等で遮光部を形成することもできる。また例えば、遮光部材６０を液晶等で作製することもできる。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の表面で生じた散乱光を利用してウェハ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。
【００４３】
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】
【００４４】
Ｗ ウェハ
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）
３０ 受光系（受光光学系） ３２ ＤＵＶカメラ
３３ 対物レンズ ３４ カメラ部
３５ 画素補完駆動部（相対移動部）
４０ 制御部 ４５ 画像処理部
５０ 撮像素子（５０ａ 撮像面）
５１ａ 受光領域（受光部） ５１ｂ 不感領域（不感部）
５１ｃ 不感領域（不感部） ５１ｄ 不感領域（不感部）
６０ 遮蔽部材 ６１ 開口部（入射部）
１０１ 表面検査装置（第２実施形態）
１１０ ステージ部 １１１ θステージ
１１２ Ｘステージ（相対移動部） １１３ Ｙステージ（相対移動部）
１３０ 受光系（受光光学系） １３２ ＤＵＶカメラ
１３３ 対物レンズ １３４ カメラ部
１４０ 制御部 １４５ 画像処理部
【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、シリコンウェハの表面に照明光を照射して当該シリコン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）。このような表面検査装置では、繰返しパターンのピッチが微細化するのに伴って、回折光を発生させるために照明光の波長が紫外線の領域まで短波長化している。そのため、回折光を撮像するカメラに搭載された撮像素子は、開口率が小さく、受光効率が低い。
【０００３】
受光効率を上げるためには、撮像素子の受光部の開口をなるべく大きくすることが望ましいが、ノイズを減らすことや情報を転送すること等の機能を実現する周辺回路を配置する必要があるため、受光に寄与しない領域である不感領域を撮像素子の画素内に設けなければならない。すなわち、図１２に示すように、撮像素子Ｃにおいて、受光のための有効領域（開口部）Ａと不感領域Ｂとを合わせた部分が１画素の占める領域となる。そして、図１３（ａ）に示すように、有効領域Ａに結像した像（ウェハＷの像）の情報は画像情報（輝度データ）として取得できるが、図１３（ｂ）に示すように、不感領域Ｂに結像した像の情報は画像情報（輝度データ）として取得することはできない。そのため、像を再生した画像には不感領域の情報は含まれない。
【０００４】
そこで、より多くの光を撮像素子の開口部（有効領域）に導くため、多くの撮像素子の撮像面には、マイクロレンズやインナーレンズといった集光部が配設され、これによって開口率を向上させ、不感領域を低減している。しかしながら、短波長の光を撮像する撮像素子の場合、前述のマイクロレンズやインナーレンズは一般にＰＭＭＡ等といった可視域での透明性の高い材料で作られるので紫外線等の短波長の光が吸収されるため、これらが使えない。そのため、短波長対応の撮像素子は開口率が小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
短波長の光を使用するために開口率の小さい撮像素子を用いざるを得ない表面検査装置では、撮像素子の開口率が小さいため不感領域が広く、撮像面で結像した像の情報の欠落領域が大きくなり、像の再現性が低下して検査精度が低下する一因となっていた。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、不感領域の影響を小さくして検査精度を向上させた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】
【０００８】
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、基板の表面を検査するための表面検査装置であって、前記基板を支持するステージと、前記ステージに支持された前記基板の表面に紫外光を照射する照射部と、前記紫外光が照射された前記基板の表面からの光を所定の撮像面上に結像させる受光光学系と、前記受光光学系により前記撮像面上に結像した像を受光し光電変換する複数の受光部および前記受光部の周囲に設けられて光電変換しない不感部を有した撮像素子と、前記撮像素子と前記像とを前記撮像面上で相対移動させる相対移動部と、前記相対移動部が前記複数の受光部同士の間隔よりも小さい相対移動量で前記相対移動させながら、前記撮像素子が複数の前記像を撮像するように前記相対移動部および前記撮像素子の作動を制御する制御部と、前記撮像素子により撮像された前記複数の画像における各画素を前記相対移動に応じた順に並べて合成した合成画像を生成する画像処理部とを備え、前記撮像素子に到達する光の一部を入射させる入射部および前記入射部から入射する光以外を遮光する遮光部を有して前記相対移動部により前記撮像素子と一体に前記相対移動する遮蔽部材が設けられている。
【０００９】
なお、上述の表面検査装置において、前記相対移動部は、前記相対移動の前に前記遮光部があった位置に前記入射部が位置するように、前記遮蔽部材と一体に前記撮像素子を移動させることが好ましい。
【００１０】
また、上述の表面検査装置において、前記相対移動部がピエゾ素子を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、検査精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ）ともに、撮像素子の詳細を示す模式図である。
【図３】遮蔽部材および撮像素子の模式図である。
【図４】（ａ），（ｂ）ともに、遮蔽部材によって受光領域の一部が遮蔽された状態を示す模式図である。
【図５】画素補完を行いながらウェハの表面の像を撮像する手順を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は１／２画素をずらして画素補完を行う順番の例を示す模式図であり、（ｂ）は１／３画素をずらして画素補完を行う順番の例を示す模式図である。
【図７】１／３画素をずらした画素補完の画像合成の様子を示す模式図である。
【図８】画素補完を行わない画像と画素補完を行った画像とを比較した図である。
【図９】１／２画素をずらして微小欠陥を検出する様子を示す模式図である。
【図１０】１／３画素をずらして微小欠陥を検出する様子を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態の表面検査装置を示す図である。
【図１２】撮像素子の斜視図である。
【図１３】ウェハの像が結像する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、略円盤形のウェハ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の表面に沿った軸を中心に、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。
【００１４】
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（紫外光）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ＤＵＶカメラ３２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からの光を紫外領域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。
【００１５】
そして、光源部２２からの光は調光部２３を通過し、紫外領域の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する紫外光が照明光として導光ファイバ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。
【００１６】
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、ＤＵＶカメラ３２の対物レンズ３３を経てカメラ部３４に形成された撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。
【００１７】
ＤＵＶカメラ３２は、前述の対物レンズ３３およびカメラ部３４と、画素補完駆動部３５とを有して構成される。対物レンズ３３は、前述の受光側凹面鏡３１と協働して、ウェハＷの表面からの出射光（回折光）をカメラ部３４の撮像面上に集光し、当該撮像面上にウェハＷの表面の像（回折像）を結像させる。カメラ部３４は、撮像素子５０を有して構成されており、当該撮像素子５０の表面に撮像面５０ａが形成される。そして、撮像素子５０は、撮像面５０ａ上に形成されたウェハＷの表面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。
【００１８】
撮像素子５０は、図２（ａ）に示すように、複数の画素領域５１を有して構成され、各画素領域５１が集まって撮像素子５０の受光面（撮像面）を形成している。図２（ｂ）に示すように、画素領域５１には受光領域（有効領域）５１ａと不感領域５１ｂ〜５１ｄが設けられており、本実施形態においては、便宜的に画素領域５１における右下の領域を受光領域５１ａとする。
【００１９】
また、このような撮像素子５０の撮像面５０ａ上には、図３に示すように、受光領域５１ａの一部を遮蔽するための遮蔽部材６０が設けられている。遮蔽部材６０は、例えばガラス材料を用いて、撮像素子５０の形状に合わせた矩形の薄板状に形成され、撮像素子５０と重なるように取り付けられる。遮蔽部材６０において受光領域５１ａと重なる箇所には、受光領域５１ａよりも小さな開口部（入射部）６１がそれぞれ受光領域５１ａと同様の形状に形成されている。また、遮蔽部材６０の表面には、対物レンズ３３からの光を遮光（マスキング）する遮光部がクロムメッキ等により設けられている。そのため、遮蔽部材６０を撮像素子５０に対して重ねるように取り付けると、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、撮像素子５０の受光領域５１ａにおいて開口部６１と重なる部分（露出部分）を除いた箇所が遮蔽部材６０によって遮蔽され、受光領域５１ａによって受光可能な領域の大きさをそれよりも小さい開口部６１（露出部分）の大きさに縮小することができる。なお、遮蔽部材６０の薄さは、撮像面５０ａ上での結像に悪影響を及ぼさない程度まで、極めて薄くなっている。
【００２０】
画素補完駆動部３５は、ピエゾ素子（圧電素子）を用いて構成され、撮像素子５０および遮蔽部材６０を有したカメラ部３４を撮像面５０ａと平行で直交する方向（２軸方向）に移動させることができるようになっている。これにより、撮像素子５０を遮蔽部材６０と一体的に受光系３０の光軸と交差する方向に移動させることができるため、撮像面５０ａ上に結像したウェハＷの像を撮像素子５０および遮蔽部材６０に対し当該撮像面５０ａ上で相対移動させることが可能になり、ピエゾ駆動装置を備えた画素補完駆動部３５により、撮像素子５０を構成する画素の間隔よりも小さい移動量で撮像素子５０および遮蔽部材６０を移動させるようにすれば、画素補完によりウェハＷの像を撮像することが可能となる。
【００２１】
制御部４０は、ＤＵＶカメラ３２の画素補完駆動部３５や撮像素子５０、ステージ１０等の作動を制御する。画像処理部４５は、ＤＵＶカメラ３２の撮像素子５０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の表面における欠陥（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。
【００２２】
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、詳細な図示を省略するが、ウェハＷの表面には、複数のチップ領域（ショット）が縦横に配列され、各チップ領域の中には、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。
【００２３】
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、制御部４０の制御によって、撮像素子５０を構成する画素の間隔（すなわち、受光領域５１ａ同士の間隔）よりも小さい移動量で画素補完駆動部３５が撮像素子５０（カメラ部３４）を受光系３０の撮像面５０ａと平行な方向に移動させながら、すなわち、画素補完を行いながら、撮像素子５０がウェハＷの表面の像を複数撮像する。そこで、画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像する手順について、図５に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【００２４】
まず、ｎ＝１とする（ステップＳ１０１）。次に、ｎがステップ数Ｓよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、ステップ数Ｓは、画素分割数をｊとするとｊ×ｊとなるので、１／２画素をずらした画素補完の場合はＳ＝４、１／３画素をずらした画素補完の場合はＳ＝９となる。また、ｎは、画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像する順番（番号）である。画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像する順番の例を図６に示す。なお、図６（ａ）は１／２画素をずらす場合であり、この場合、撮像素子５０を構成する画素の１／２ずつの移動量で画素補完駆動部３５が撮像素子５０を移動させることになる。また、図６（ｂ）は１／３画素をずらす場合であり、この場合、撮像素子５０を構成する画素の１／３ずつの移動量で画素補完駆動部３５が撮像素子５０を移動させることになる。このような順番でウェハＷの表面の像を撮像するようにすれば、一筆書きのようにして撮像素子５０が移動するため、ヒステリシスやバックラッシュの影響を受け難く位置制御性を向上でき、また効率よく撮像素子５０を移動させて撮像に要する時間を短縮することができる。なお、画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像する順番は、図６に示すような順番でなくてもよい。
【００２５】
ステップＳ１０２において、判定がＹｅｓの場合、ステップＳ１０３へ進み、画素補完駆動部３５によりｎ番目の画素補完位置に対応する座標へ撮像素子５０を移動させる。そして、ｎ番目の画素補完位置において撮像素子５０がウェハＷの表面の像を撮像し（ステップＳ１０４）、ｎ＝ｎ＋１とした後（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０２へ戻る。なおこのとき、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）。
【００２６】
Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（θ２）｝ …（１）
【００２７】
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、紫外領域の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する紫外光が照明光として導光ファイバ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。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ＤＵＶカメラ３２の対物レンズ３３を経て撮像素子５０の撮像面５０ａ上に達し、回折光によるウェハＷの表面の像が結像される。そして、撮像面５０ａ上に形成されたウェハＷの像を撮像素子５０が撮像する。このとき、撮像素子５０は、撮像面５０ａ上に形成されたウェハＷ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に入力された画像信号は、撮像順番ｎと関連付けられて不図示の記憶部に記憶される。
【００２８】
一方、ステップＳ１０２において、判定がＮｏの場合、すなわち、全ての画素補完位置において撮像素子５０がウェハＷの表面の像を撮像した場合、ステップＳ１０６へ進み、ｎ＝１とした後、次のステップＳ１０７において、画素補完駆動部３５によりｎ番目（１番目）の画素補完位置に対応する座標へ撮像素子５０を移動させる。
【００２９】
そして、次のステップＳ１０８において、全ての画素補完位置において撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像に基づいて、画像処理部４５がウェハＷの合成画像を生成し、処理を終了する。このとき、画像処理部４５は、全ての画素補完位置において撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像における各画素を、画素補完を行いながら撮像した順に並べて合成することで、ウェハＷの合成画像を生成する。例えば、１／３画素をずらした画素補完の場合、図７に示すように、ｎ番目（ｎ＝１〜９）のステップで取得したＫ×Ｌ画素の画像における任意の画素の座標を（ｋ，ｌ，ｎ）とすると、画素を９つずつ（撮像の順番に）並べて合成することで、図８に示すように、撮像素子５０の不感領域（撮像面）に結像していた像の輝度データが画像上に再現される。なお、図７に示した１／３画素をずらした画素補完の場合、合成画像の画素数は３Ｋ×３Ｌ（撮像時の画素数の９倍）となる。
【００３０】
上述のように画素補完を行いながら撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像に基づいて、画像処理部４５がウェハＷの合成画像を生成すると、画像処理部４５は、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の表面における欠陥（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（合成画像）が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００３１】
ところで、前述したように、短波長の光を使用するために開口率の小さい撮像素子を用いざるを得ない表面検査装置では、撮像素子の開口率が小さいため不感領域が広く、撮像面で結像した像の情報の欠落領域が大きくなり、像の再現性が低下して検査精度の低下を招いていた。また、撮像素子の受光部に到達する光が少ないために受光感度が低くなるのに加え、半導体のパターンピッチの微細化によってパターンから発生する回折光の光量が小さくなってきているため、検査信号の感度低下を二重に招いていた。これに対し、検査に使用できる程度の検査画像を取得するために撮像部の露光時間を長くすると、ノイズによる感度の低下とスループットの低下という悪影響が発生してしまう。また、受光感度を上げた撮像素子を製造しようとすると、莫大な開発、製造コストが避けられない。
【００３２】
これに対し、第１実施形態の表面検査装置１によれば、画素補完を行いながら撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像に基づいて、画像処理部４５がウェハＷの合成画像を生成するため、撮像素子５０の不感領域（撮像面）に結像していた像の輝度データを画像上に再現させることができることから、不感領域の影響を小さくして検査精度を向上させることが可能になる。
【００３３】
なお、本実施形態のように画素領域５１における右下の１／４の領域に受光領域５１ａが位置する場合、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように１／２画素をずらすと、不感領域（５１ｄ）に結像していた微小な欠陥Ｂを図９（ｂ）の位置で検出することができる。しかしながら、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように１／３画素をずらすと、不感領域（５１ｄ）に結像していた微小な欠陥Ｂが二重に（例えば、図１０（ｂ）および（ｃ）の位置で）検出される場合がある。そうすると、欠陥Ｂは画素をずらした画素領域５１毎に検出されることになるため、微小な欠陥Ｂが実際よりも大きく検出されて像がぼやける原因となる。
【００３４】
これに対し、本実施形態の表面検査装置１においては、受光領域５１ａの一部が遮蔽部材６０によって遮蔽され、受光領域５１ａによって受光可能な領域（露出部分）の大きさが画素領域５１の１／４よりも縮小されている。このように、画素をずらす量に応じて、遮蔽部材６０により受光領域５１ａにおける露出部分の大きさを縮小するようにすれば、前述のように微小な欠陥Ｂの像がぼやけてしまうのを防止することができ、微小欠陥Ｂ等の検出精度を向上させることができる。例えば、１／３画素をずらす場合、受光領域５１ａによって受光可能な領域（露出部分）の大きさを画素領域５１の１／９まで縮小するようにすればよい。なおこのとき、画素をずらす前に撮像素子５０の不感領域５１ｂ〜５１ｄもしくは受光領域５１ａで遮蔽された部分であった位置に受光領域５１ａによって受光可能な領域（露出部分）が位置するように、遮蔽部材６０と一体に撮像素子５０が相対移動することになる。またこのとき、受光領域５１ａによって受光可能な領域（露出部分）の大きさが縮小されるので、遮蔽部材６０を用いない場合よりも露光時間を延ばすことが好ましい。
【００３５】
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１０１は、図１１に示すように、ウェハＷを支持するステージ部１１０と、ステージ部１１０に支持されたウェハＷの表面に照明光（紫外光）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１３０と、受光系１３０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ＤＵＶカメラ１３２と、制御部１４０および画像処理部１４５とを備えて構成される。
【００３６】
ステージ部１１０は、θステージ１１１と、Ｘステージ１１２と、Ｙステージ１１３とを有して構成され、不図示の搬送装置によって搬送されてくるウェハＷは、θステージ１１１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。θステージ１１１は、ウェハＷの回転対称軸（θステージ１１１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、θステージ１１１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。Ｘステージ１１２は、θステージ１１１を図１１における左右方向へ移動可能に支持する。Ｙステージ１１３は、θステージ１１１およびＸステージ１１２を図１１における前後方向へ移動可能に支持する。すなわち、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３により、θステージ１１１に支持されたウェハＷを略水平面内で前後左右方向に移動させることが可能になる。
【００３７】
照明系２０は、第１実施形態の照明系２０と同様の構成であり、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。受光系１３０は、ステージ部１１０（θステージ１１１）に対向して配設された受光側凹面鏡１３１を主体に構成され、受光側凹面鏡１３１により集光された出射光（回折光）は、ＤＵＶカメラ１３２の対物レンズ１３３を経てカメラ部１３４の撮像面５０ａ上に達し、ウェハＷの像が結像される。このように、受光側凹面鏡１３１がステージ部１１０（θステージ１１１）に対向して配設されるため、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３により、θステージ１１１に支持されたウェハＷを受光系１３０の光軸に対して直角な方向（２軸方向）に移動させることができ、撮像面５０ａ上で結像したウェハＷの像を撮像素子５０に対し当該撮像面５０ａ上で相対移動させることが可能になることから、撮像素子５０を構成する画素の間隔よりも小さい移動量でウェハＷの像を相対移動させるようにすれば、画素補完によりウェハＷの像を撮像することが可能となる。
【００３８】
ＤＵＶカメラ１３２は、前述の対物レンズ１３３およびカメラ部１３４を有して構成される。対物レンズ１３３は、前述の受光側凹面鏡１３１と協働して、ウェハＷの表面からの出射光（回折光）をカメラ部１３４の撮像面５０ａ上に集光し、当該撮像面５０ａ上にウェハＷの表面の像を結像させる。カメラ部１３４は、撮像素子５０を有して構成されており、当該撮像素子５０の表面に撮像面５０ａが形成される。なお、撮像素子５０は、第１実施形態の撮像素子５０と同様の構成であり、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、撮像素子５０の撮像面５０ａ上には、第１実施形態と同様に遮蔽部材６０（図１１では不図示）が設けられる。そして、撮像素子５０は、撮像面５０ａ上に形成されたウェハＷの表面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１４５に出力する。
【００３９】
制御部１４０は、ＤＵＶカメラ１３２の撮像素子５０やステージ部１１０等の作動を制御する。画像処理部１４５は、ＤＵＶカメラ１３２の撮像素子５０から入力されたウェハＷの画像信号に基づいて、第１実施形態の場合と同様にしてウェハＷの合成画像を生成するとともに、生成したウェハＷの合成画像に基づいて、第１実施形態の場合と同様にしてウェハＷの表面における欠陥（異常）の有無を検査する。
【００４０】
以上のように構成される第２実施形態の表面検査装置１０１において、第１実施形態における画素補完駆動部３５の代わりに、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３を用いて、θステージ１１１に支持されたウェハＷを受光系１３０の撮像面５０ａと共役な面と平行な方向（２軸方向）に移動させるようにすれば、撮像面５０ａ上で結像したウェハＷの像を撮像素子５０に対して当該撮像面５０ａ上で相対移動させることが可能になる。そこで、制御部１４０の制御によって、θステージ１１１に支持されたウェハＷを受光系１３０の撮像面５０ａと共役な面と平行な方向（２軸方向）に移動させながら、すなわち、画素補完を行いながら、第１実施形態の場合と同様にして、撮像素子５０がウェハＷの表面の像を複数撮像する。そして、画像処理部１４５は、第１実施形態の場合と同様に、画素補完を行いながら撮像素子５０が撮像した複数のウェハＷの画像に基づいて、ウェハＷの合成画像を生成するとともに、生成したウェハＷの合成画像に基づいて、ウェハＷの表面における欠陥（異常）の有無を検査する。そして、画像処理部１４５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。
【００４１】
このように、第２実施形態の表面検査装置１０１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。なお、物体面であるウェハＷの表面に対して撮像面５０ａ上で結像されるウェハＷの表面の像は受光系１３０によって変倍されるため、制御部１４０は、撮像素子５０に対するウェハＷの像の相対移動量（画素補完量）から受光系１３０の結像倍率に応じて換算したθステージ１１１の移動量が得られるように、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３の作動を制御する。具体的には、受光系１３０の結像倍率をβとし、撮像素子５０を構成する画素の大きさをＬとし、画素分割数をｊとすると、β×Ｌ／ｊずつの移動量でθステージ１１１を移動させる。このように、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３を用いて、θステージ１１１に支持されたウェハＷを受光系１３０の光軸に対して直角な方向に移動させるようにすれば、比較的簡便な構成でウェハＷの像を撮像素子５０に対して相対移動させることができる。
【００４２】
なお、上述の各実施形態において、遮光部材６０に入射部として開口部６１を設けたが、これに限られるものではなく、例えば、石英ガラスのように高い紫外線透過率特性を有する板材にクロムメッキ等で遮光部を形成することもできる。また例えば、遮光部材６０を液晶等で作製することもできる。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の表面で生じた散乱光を利用してウェハ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。
【００４３】
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】
【００４４】
Ｗ ウェハ
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）
３０ 受光系（受光光学系） ３２ ＤＵＶカメラ
３３ 対物レンズ ３４ カメラ部
３５ 画素補完駆動部（相対移動部）
４０ 制御部 ４５ 画像処理部
５０ 撮像素子（５０ａ 撮像面）
５１ａ 受光領域（受光部） ５１ｂ 不感領域（不感部）
５１ｃ 不感領域（不感部） ５１ｄ 不感領域（不感部）
６０ 遮蔽部材 ６１ 開口部（入射部）
１０１ 表面検査装置（第２実施形態）
１１０ ステージ部 １１１ θステージ
１１２ Ｘステージ（相対移動部） １１３ Ｙステージ（相対移動部）
１３０ 受光系（受光光学系） １３２ ＤＵＶカメラ
１３３ 対物レンズ １３４ カメラ部
１４０ 制御部 １４５ 画像処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面を検査するための表面検査装置であって、
前記基板を支持するステージと、
前記ステージに支持された前記基板の表面に紫外光を照射する照射部と、
前記紫外光が照射された前記基板の表面からの光を所定の撮像面上に結像させる受光光学系と、
前記受光光学系により前記撮像面上に結像した像を受光し光電変換する複数の受光部および前記受光部の周囲に設けられて光電変換しない不感部を有した撮像素子と、
前記撮像素子と前記像とを前記撮像面上で相対移動させる相対移動部と、
前記相対移動部が前記複数の受光部同士の間隔よりも小さい相対移動量で前記相対移動させながら、前記撮像素子が複数の前記像を撮像するように前記相対移動部および前記撮像素子の作動を制御する制御部と、
前記撮像素子により撮像された前記複数の画像における各画素を前記相対移動に応じた順に並べて合成した合成画像を生成する画像処理部とを備え、
前記撮像素子に到達する光の一部を入射させる入射部および前記入射部から入射する光以外を遮光する遮光部を有して前記相対移動部により前記撮像素子と一体に前記相対移動する遮蔽部材が設けられていることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記相対移動部は、前記相対移動の前に前記遮光部があった位置に前記入射部が位置するように、前記遮蔽部材と一体に前記撮像素子を移動させ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】
前記相対移動部がピエゾ素子を備え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１】
基板の表面を検査するための表面検査装置であって、
前記基板を支持するステージと、
前記ステージに支持された前記基板の表面に紫外光を照射する照射部と、
前記紫外光が照射された前記基板の表面からの光を所定の撮像面上に結像させる受光光学系と、
前記受光光学系により前記撮像面上に結像した像を受光し光電変換する複数の受光部および前記受光部の周囲に設けられて光電変換しない不感部を有した撮像素子と、
前記撮像素子と前記像とを前記撮像面上で相対移動させる相対移動部と、
前記相対移動部が前記複数の受光部同士の間隔よりも小さい相対移動量で前記相対移動させながら、前記撮像素子が複数の前記像を撮像するように前記相対移動部および前記撮像素子の作動を制御する制御部と、
前記撮像素子により撮像された前記複数の画像における各画素を前記相対移動に応じた順に並べて合成した合成画像を生成する画像処理部とを備え、
前記撮像素子に到達する光の一部を入射させる入射部および前記入射部から入射する光以外を遮光する遮光部を有して前記相対移動部により前記撮像素子と一体に前記相対移動する遮蔽部材が設けられていることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記相対移動部は、前記相対移動の前に前記遮光部があった位置に前記入射部が位置するように、前記遮蔽部材と一体に前記撮像素子を移動させ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】
前記相対移動部がピエゾ素子を備え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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１４１１３８（Ｐ２０１１−１４１１３８Ａ）
【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２０１０−６７８（Ｐ２０１０−６７８）
【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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