JP2009124018A - 画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ端面部の画像取得において、複数の場所の像の向きがそろう光学系の装置の提供。
【解決手段】結像光学系は、集光レンズ２、視野絞り４、リレーレンズ５、ロンボイドプリズム６Ａ、および落射照明ユニット１０から構成され、ウエハ１の端面部である、上側周辺部＋上ベベル部、下側周辺部＋下ベベル部の像の偏向後の光が１つに合成されるように複数配置される。このとき、複数の結像光学系のそれぞれにおける光を偏向する回数は、偶数回または奇数回でそろっており、撮像素子７は、複数の結像光学系のそれぞれによる、偏向後の端部の各部位の像を同一の面で撮像する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像取得装置に関し、特に、半導体ウエハの端面部における傷やゴミ等の欠陥が検出された画像を取得できるようにした画像取得装置に関する。

従来、ウエハの検査は表、裏面の傷やゴミ、クラックの有無、膜ムラ等を検出することが主流であり、端面部は比較的軽視されがちであった。しかし近年、端面部の欠陥が歩留まりに大きく影響することが認識され始め、ウエハ端面を検査する要求が高まっている。

具体的にはウエハ端面に欠陥がある場合、チップの製造プロセス中に最悪ウエハが割れる恐れがある。この場合、そのウエハ上の全チップが不良となるだけでなく、製造装置、検査装置の汚染をも引き起こすことになり、製造プロセスそのものに大きな影響を与えることになる。

端面部の欠陥としては、カケ、割れ、傷、クラック等のスクラッチ系の欠陥から、レジストダレ、洗い残し、汚れ、ウォーターマーク等の異物系の欠陥まで様々なものが存在する。

端面部検査装置はこれらの欠陥を検出することを目的としている。

ウエハ端面部は側面に向かって傾斜したベベル部、側面のアペックス部からなり、通常は上側のウエハ周辺部、上側ベベル部、アペックス部、下側ベベル部、下側のウエハ周辺部の５箇所を検査対象としている。

これらの領域はそれぞれ面の角度が異なっており、すべての領域を１つの光学系で高速に検査することは困難である。そのため複数の光学系を配置する方法を採用することとなる。この場合には、センサも複数用意することになり、同時にセンサを制御するパソコンも複数台必要となる。このことはコストアップにつながり、さらにはより広い装置スペースが必要になるという問題があった。

この問題を解決する方法として、特許文献１に開示されている装置が提案されている。この装置は、複数の光学系に加えて、ミラーや像合成プリズムを配置することで、それぞれの結像光学系からの像を１つのセンサ上に合成することができる。
特開２００６−６４９７５号公報

上記の特許文献１においては、ウエハの上側周辺部＋上ベベル部、アペックス部、下側周辺部＋下ベベル部の３箇所に別々の光学系を配置して、それらの像を像合成プリズムにより１つのセンサ上に結像させる構成となっている。

しかしながら、特許文献１では、上下ベベルの像は反射によるミラー回転像になるため、１つに合成した像のなかで上下ベベルの像とアペックスの像の向きがちぐはぐになってしまうという問題がある。これでは各部の像を１つに合成しても、欠陥の対応が非常に見にくいものとなってしまう。

そこで本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、複数の場所の像を合成することで、センサの数を減らしながら、合成した像の向きがそろう光学系を提供するものである。

本発明の一側面の画像取得装置は、
回転可能なホルダに吸着されたウエハ（例えば、図１のウエハ１）の端部に関する画像を取得する画像取得装置（例えば、図１のウエハ端面検査装置）において、
前記端部を照明するための照明光学系（例えば、図１の落射照明１０）、前記端部の部位からの光を集光するための集光光学系（例えば、図１の集光レンズ２）、および前記集光光学系で集光した光を反射で偏向するための第１の偏向光学系（例えば、図１のロンボイドプリズム６Ａ）から構成される複数の結像光学系（例えば、図１の上下の結像光学系）と、
前記複数の結像光学系のそれぞれによって結像された、前記端部における複数の部位のうちの少なくとも２箇所の部位の像を同一の面で撮像する第１の撮像手段（例えば、図１の撮像素子７）と
を備え、
前記複数の結像光学系のそれぞれにおける光を偏向する回数は、偶数回または奇数回のどちらか一方でそろっている（例えば、図１の上下の結像光学系においては、結像回数が２回、反射回数が２回となり、そろっている）。

撮像対象となる端部の部位は、アペックス部および上下ベベル部であり、
前記アペックス部を撮像するときの前記ウエハの回転角度位置（例えば、図７の「アペックスの検査領域」に対応するウエハ１の回転角度位置）と、前記上下ベベル部を撮像するときの前記ウエハの回転角度位置（例えば、図７の「上下ベベルの検査領域」に対応するウエハ１の回転角度位置）とが異なっている。

前記アペックス部を撮像した画像（例えば、図９のアペックス像３６）のうち撮像時の前記ウエハの回転角度位置と、前記上下ベベル部を撮像した画像（例えば、図９の上ベベル像３２と下ベベル像３４）のうち撮像時の前記ウエハの回転角度位置とが、同じ回転角度位置の画像を合成する画像合成手段（例えば、画像処理部（図示せず））をさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。

前記アペックス部と正対して配置され、前記ウエハを拡散照明する拡散照明光学系（例えば、図１の照明ユニット８）をさらに備え、
複数の前記照明光学系は、前記結像光学系を通して照明する落射照明光学系（例えば、図１の集光レンズ２を通じて照明する落射照明１０）であり、
前記拡散照明光学系と前記落射照明光学系の２種類の照明は、同時に使用される。

前記結像光学系は、中間結像位置に前記結像光学系の視野を制御する視野絞り（例えば、図１の視野絞り４）を備える２回結像光学系であり、
中間像を形成する前記集光光学系（例えば、図１の集光レンズ２）は、物体、像側が両テレセントリックになっており、さらに、前記結像光学系は、前記中間像をリレーするリレー光学系（例えば、図１のリレーレンズ５）を備え、
前記リレー光学系は少なくとも中間像側がテレセントリックになっている。

前記第１の撮像手段は、TDI（Time Delay Integration）カメラ（例えば、図６のTDIカメラ１３）である。

前記第１の撮像手段により撮像された端部画像を解析して、前記端部の各部位のうちの欠陥部位に関する欠陥データを生成する欠陥データ生成手段（例えば、画像解析部（図示せず））と、
生成された欠陥データに基づき選択された角度位置の前記ウエハの端部における像を撮像する第２の撮像手段（例えば、図６のカラーCCD１２）と
をさらに備える。

前記第１の偏向光学系は偏向方向が可変であり、前記端部の各部位の像が、前記第１の撮像素子または前記第２の撮像素子のいずれかに受光されるように光を偏向する（例えば、図１のロンボイドプリズム６Ａの回転後となる、図６のロンボイドプリズム６Ｂ）。

前記第１の偏向光学系からの光を偏向し、偏向後の光を前記第２の撮像素子に受光させる第２の偏向光学系（例えば、図６のペンタプリズム１１）をさらに備える。

撮像対象となる端部の部位は、上下ベベル部である。

前記ウエハを間に挟んで対向するように前記集光光学系が配置された前記複数の結像光学系のそれぞれに、クロスニコル状態となるように配置される一対の偏光板（例えば、図１の上下の偏光板２１）をさらに備え、
前記偏光板の透過軸の方向は、前記ウエハの円周方向に対して45度をなす方向である（例えば、図２において、上側の偏光板２１の透過軸が矢印２２の方向であれば、下側の偏光板２１の透過軸の方向は、矢印２３の方向となる）。

前記集光光学系により結像された像を転送するためのファイバ（例えば、図１のイメージガイドファイバ３）をさらに備える。

本発明の一側面によれば、ウエハ端面部における複数の場所の像を１つの画像で表示した際、像の向きがそろうことが可能となる。

また、複数場所の像を１つの撮像素子で撮像できるので、センサの数を減らすことができ、さらにはセンサを制御するコンピュータの数も減らすことになるため、装置のコストダウンおよび装置スペースの縮小に効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるウエハ端部検査装置の構成を模式的に示す図である。ウエハ端部検査装置は、請求項記載の画像取得装置の一実施の形態である。

この第１の実施の形態では、上側周辺部＋上ベベル部と、下側周辺部＋下ベベル部の２箇所の像を１つの撮像面に結像する例を示している。

図１においては、図示しない回転可能なホルダにウエハ１が吸着保持されており、ホルダを回転させることでウエハの検査位置を任意に変える事が可能である。ウエハ１の端面部の上下にはそれぞれ結像光学系が備えられている。結像光学系は集光レンズ２、イメージガイドファイバ３、視野絞り４、リレーレンズ５、ロンボイドプリズム６Ａからなる。集光レンズ２は、周辺部＋ベベル部の像をイメージガイドファイバ３の端面に結像する。

イメージガイドファイバ３は、像を転送するためのファイバ束であり、入射端と出射端とで各ファイバの位置関係が合同になるようにファイバ繊維が編まれている。イメージガイドファイバ３の出力端には、視野絞り４が配置されており、図中の矢印方向に図示しているように、視野を長方形型の開口部９に絞る役割を果たしている。

視野絞り４から出射した光は、リレーレンズ５によりリレーされ、途中ロンボイドプリズム６Ａにより上下の結像光学系の光軸を寄せるように調整されて、CCD（Charge Coupled Device）等の同一の撮像素子７に像を結像する。

照明光学系は、集光レンズ２を通じて照明する落射照明１０と、ベベル専用の照明ユニット８を備えており、後者は複数のLED（Light Emitting Diode）を並べたものに拡散板を取り付けた面拡散照明となっている。ベベル部は、水平面から30度ほど傾斜しているため、落射照明ではうまく照明することができず、この専用の照明ユニットを用いることで、効率よく照明することができる。ベベル専用の照明ユニット８の詳細は、図５を参照して後述する。

落射照明１０はウエハ周辺部を照明するために用いる。上下の結像光学系から落射照明１０でウエハ１を照明すると、上側の落射照明１０の照明光が下側の結像光学系の像に対して悪影響が生じる。また、反対に下側の落射照明１０の照明光も上側の結像光学系の像に対して悪影響が生じる。この照明による悪影響を防止するために上下の結像光学系には偏光板２１が配置されている。すなわち、上下の結像光学系において、偏光板２１がクロスニコルの状態になるように配置されることで、互いの落射照明光が迷光として結像光学系の像に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。

偏光板２１の透過軸方向は、図２に示すような、ウエハ１の円周方向に対して45度をなす方向にするのが望ましい。例えば、図２において、上側の偏光板２１の透過軸が矢印２２の方向であれば、下側の偏光板２１の透過軸の方向は、矢印２３の方向にする。

このように配置することで、上下の結像光学系でウエハ１の円周方向および放射方向に延びる欠陥に対する検出感度を落とすことなく、落射照明光による悪影響の発生を防ぐことができる。

なお、第１の実施の形態では、上側周辺部と上側ベベル部は上側の結像光学系で、下側周辺部と下側ベベル部は下側の結像光学系で形成している。一方、アペックス部については、例えば、図示しない顕微鏡等の既知の光学系をウエハ１の異なる位置の側面に配置することで、上下ベベル部とは異なる部位を検査する。これにより、周辺部とベベル部の像の他に、アペックス部の像についても取得することが可能となる。

以上のようにして、ウエハ端部検査装置は構成される。

かかるウエハ端部検査装置は、上述したように、上側周辺部＋上ベベル部と、下側周辺部＋下ベベル部の２箇所の像を１つの撮像素子７の撮像面に結像する機能を有しているが、次に、その機能を実現するための特徴的な構成の詳細について説明する。

まず集光レンズ２について説明する。ベベル部は、図１に示した通り傾斜しており、鉛直方向からベベル全面を見るためには深い焦点深度が必要である。焦点深度は幅で200μm程度あることが望ましい。これを達成するには物体側NAは0.05程度となり、集光レンズ２としては低倍率の物体側のテレセントリック対物レンズがふさわしい。また、低倍率の対物レンズを使用することで一度に検査できる領域が広くなるというメリットもある。

倍率は集光レンズ２とリレーレンズ５をあわせて５倍程度であることが望ましい。さらにイメージガイドファイバ３で像をリレーする効率を高めるため、中間像側は集光レンズ２、リレーレンズ５ともテレセントリックになっていることが望ましい。

図１に示すように、像は２回結像されるために正立像となり、さらに２回反射するためミラー反転していない。つまり、撮像素子７には上下とも正立像が結像することとなり、画像上の方向が一致する。そのため、上下の結像光学系でウエハ円周方向の視野位置を調整しておくことにより、画像上で上ベベルと下ベベルのウエハ円周方向の位置対応がとれるようになる。

視野絞り４は、上下の像を同一面上に結像した際に、各像の境界部が重ならないようにする機能を持っている。図１では、開口部９を画像サイズに対応した長方形型としたが、光線を制限する必要があるのは上下で重なる方向のみである。そのため、例えば、図３に示すような開口部にすることも可能である。図３の例では、上側が像合成で重なる方向を示しており、その方向だけに視野絞り４を配置して、イメージガイドファイバ３からの光を制限している。

このようにして取得した像を示すと、例えば、図４のようになる。図４の例では、視野絞り４により光を制限した部分が遮光像３１となり暗くなっており、その上側に、上ベベル部と、上側周辺部の像からなる上ベベル像３２、上側周辺像３３が結像され、その下側に、下ベベル部と、下側周辺部の像からなる下ベベル像３４、下側周辺像３５が結像された画像が得られる。

このように、ウエハ端面部における周辺部とベベル部の像を同一撮像素子７の撮像面に形成する際に、上下の結像光学系において光を偏向する回数が偶数回または奇数回のどちらか一方でそろっているので、それぞれの像の向きがそろい、かつ、視野絞り４を配置して光を制限した結果、取得した画像には図４の遮光像３１が配置されるので、それらの像の境界のコントラストが落ちないこととなる。その結果、ウエハ端面部の欠陥を確実に見つけることが可能となる。

ベベル専用の照明ユニット８は、例えば、図５に示す構造をしており、複数のLED１９が並べられたものに拡散板２０を取り付けた面拡散照明として、ベベル部を照明する。照明ユニット８は、ウエハ厚み方向に長い構造をしており、様々な角度でウエハ１のベベル部を拡散照明することができる。これにより、ベベル部を効率よく照明できる。

撮像素子７としては様々なセンサを用いることができるが、本実施の形態では複数の像を同一撮像面上で撮像するため、できるだけ大きな有効面積を有する撮像素子を選択することが望ましい。例えば、カラーCCDカメラとして、いわゆるAPS-Cサイズのものを選択した場合、画面の鉛直方向のサイズは16.7mmであり、結像倍率が５倍では上下ベベルを1.3mmほどの幅で撮像できることになる。

一方、高速に画像を取得するためには撮像素子としてTDIカメラを用いることができる。以下、TDIカメラを用いる場合について説明する。

TDIカメラは、TDI（Time Delay Integration）と呼ばれる方式を採用しており、ライン上に並んだ画素が横方向にも数段に渡って並べられている。被検物を移動させながら撮像することで画像信号を数段分蓄積することができ、これらの加算として画像を生成するため高感度な撮像が可能となる。そのためウエハ端面部の画像をTDIカメラで取得するには、TDIカメラのデータ取得のタイミングと、回転ステージの回転速度とを同期させることが重要である。本実施の形態において、TDIカメラを用いることのメリットとしては、複数箇所の合成画像を高速に取得できることが挙げられる。

またセンサのラインの長さが25mm程度とかなり大きなものもあり、複数箇所を同時に結像しても広い領域の画像を取得することができるメリットもある。TDIカメラには、RGB用に３つの素子を備えたカラー版と、モノクロ版があり、どちらも用いることができる。すなわち、モノクロ版を用いる場合には、カメラの直前に、R，G，Bそれぞれのカラーフィルタが入ったフィルタホイールを配置し、ウエハ１が１回転するごとにフィルタを切り替えてデータを取得することで、３回転後には、R，G，Bそれぞれのデータが取得できることになる。

また、TDIカメラとしてモノクロ版を用いて、高速にウエハ１の１周分のモノクロデータを取得し、このデータを画像処理することで、欠陥部位のみを高速に検出するという使い方もできる。この使い方をする場合は別途レビュー用のカラーCCDを設けることが望ましい。その構成について、図６を参照して説明する。

図６は、図１のウエハ端部検査装置に対して、レビュー用カメラを設けた場合の光学系の模式図である。

なお、図６において、上述した図１と対応するブロックには同一の符号が付してあり、その説明は繰り返しになるので省略する。

図６では、図１のロンボイドプリズム６Ａ（図６では破線で表わしている）の代わりに、ロンボイドプリズム６Ｂが配置されている。すなわち、図６の構成では、図１の構成から、ロンボイドプリズム６Ａをリレーレンズ５の光軸を中心に回転、あるいは図中の紙面に垂直方向に並べて切り替える等の手法を用いて、ロンボイドプリズム６Ｂによる光線の伝播方向の移動がが、図１とは逆向きとなるように配置されていることが特徴的である。

このロンボイドプリズム６Ｂに後置して配置されるペンタプリズム１１によって、光軸の方向が90度曲げられ、カラーCCD１２上に上下それぞれの像を結像する構成となっている。またこのとき、反射の回数は上下ともに偶数回であるため、カラーCCD１２上には正立像が結像する。

次に、このような構成を有するウエハ端部検査装置で行われる測定の手順について説明する。

まず、ロンボイドプリズム６Ｂを、ロンボイドプリズム６Ａの配置（図６の破線で示す図１の配置）に切り替えて、モノクロ版のTDIカメラ１３で上下ベベル両方の画像を取得する。上述したように、TDIカメラ１３は、高速に画像取得ができるため、ウエハ１を高速に回転させて、上下ベベルの全周データが取得できる。次に、例えば図示せぬ画像解析部によって、取得したデータに対して所定の画像解析処理が施されることにより、欠陥部位が検出される。欠陥部位は例えば、ウエハ１のノッチからの角度情報として検出され、それによって、角度と欠陥の大まかな分類を記録した欠陥データが生成され、図示せぬ記録部に記録される。

次に、ロンボイドプリズム６Ａを、ロンボイドプリズム６Ｂの配置（図６の実線で示す配置）に切り替えて、先に記録した欠陥データの角度位置にウエハ１を回転させ、カラーCCD１２によって、欠陥のカラー画像を取得する。このように、静止状態で画像を撮ることで、TDIカメラ１３の画像よりも高精細で、かつ、カラーの画像が取得できるため、取得した画像を図示せぬ表示部に表示させることで、膜ムラ等のモノクロ画像では識別しにくい欠陥まで検出することができ、より詳細な欠陥分類が可能となる。

つまり、第１の実施の形態では、まずTDIカメラ１３で高速におおまか欠陥分類と欠陥場所の特定を行い、次に、レビューカメラであるカラーCCD１２でより詳細な欠陥分類を行う構成となっている。

なお、第１の実施の形態では、レビューする領域を広く取りたいために、上下ベベルに対して別々のカラーCCD１２を設ける構成について説明したが、検査領域がある程度狭くても良い場合は、図１の構成で、例えば撮像素子７をターレット上に複数配置しておき、そのターレットを回転させることで、TDIカメラとカラーCCDとを切り替えることもできる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

第２の実施例では、上下ベベル部とアペックス部の３箇所を合成する例について説明する。

図７および図８は、本発明の第２の実施の形態によるウエハ端部検査装置の構成を模式的に示す図であり、図７が上面図、図８が側面図を表わしている。

図７および図８において、上下ベベルの検査領域には、ベベル専用の照明ユニット８を配置する必要があるため、アペックス部は上下ベベルとは異なった部位を同時に観察することになる。なお、図７および図８において、上述した図１と対応するブロックには同一の符号が付してあり、特に、上下ベベル部の光学系については、上述した図１と同様であるため、その説明は繰り返しになるので省略し、以下、アペックス部の光学系について説明する。アペックス部の像を形成する結像光学系は、集光レンズ１４、リレーレンズ１６、およびロンボイドプリズム１７からなる。

アペックス部は、集光レンズ１４を通して落射照明１８により照明される。アペックス部は上下ベベル部に比べて比較的平らであり、さらに検査領域が狭いといった特徴がある。そのためアペックス部の像を形成する結像光学系としては、物体側のNA、および総合倍率を上下ベベル部とは異なるものに設定して、解像力を高めてもかまわない。例えば、物体側NAを0.3、総合倍率を10倍に設定すると、NA0.05に対して解像力が６倍向上する。この場合、集光レンズ１４としては、中倍率の顕微鏡対物レンズで、物体側がテレセントリックになっていることが望ましい。さらに、像をリレーする際に光量のケラレを防止するため、中間像側は集光レンズ１４、リレーレンズ１６ともテレセントリックになっていることが望ましい。

集光レンズ１４の結像位置には、視野絞り１５が配置され、視野が制限される。視野絞り１５は、図７の矢印方向に図示しているように、長方形型の開口部を有している。視野絞り１５の役割は、像を合成する際に境界部が混ざってコントラストを落とさないようにすることである。なお、アペックス部は、上下の位置がベベル部との境界となるため、上下のみ遮光する構成の絞りであってもかまわない。

視野絞り１５から出射する光は、リレーレンズ１６によってリレーされ、ロンボイドプリズム１７により上下ベベル光学系のそれぞれの光軸の間の位置までシフトされる。

これにより、上下ベベル部とアペックス部の像が同一面上に結像され、撮像素子７で受光される。このとき、上下ベベル部、アペックス部はともに２回結像、反射回数２回であるため、すべて正立像となって合成した画像上の方向がそろう。このようにして取得した画像を図９に示す。

図９の例では、中央部にアペックス部の像を撮像することで得られたアペックス像３６が位置し、その両側は視野絞りによって遮られる領域である遮光像３１が存在する。また、その上側には上ベベル像３２と、上側周辺像３３が結像され、その下側に、下ベベル像３４と、下側周辺像３５が結像された像からなる画像が取得される。

この像では、合成された３箇所の方向がそろっているため、位置の対応が取りやすくなる。また、遮光像３１が配置されるので、それらの像の境界のコントラストが落ちないこととなる。その結果、ウエハ端面部の欠陥を確実に見つけることが可能となる。

但し、図７および図８に示すように、上下ベベル部とアペックス部とではウエハ上の検査位置が異なっていることには注意が必要である。この問題を解決するためには、例えば、あらかじめウエハ１の端面全周の画像を、ウエハ１の回転角度との対応を付けながら取得し、図示せぬ画像処理部によって、遮光像３１についてのギャップ位置を検出して、この位置で撮像素子７から得られる画像を３分割する。そして、同じ角度位置の上下ベベル部の画像とアペックス部の画像を並べて再度１枚に画像を合成する処理を行うといった方法がある。すなわち、画像処理には他にも様々な方法があり、第２の実施の形態のように、取得した画像の段階で上下ベベルとアペックス部との位置がずれていることは問題とならない。

撮像素子７は、第１の実施の形態と同様に、カラーCCDやTDIカメラ等、種々のセンサを用いることが可能であり、さらにモノクロの高速TDIカメラと、レビュー用のカラーCCDカメラをともに備える構成にすることも可能である。

但し、アペックス部の総合倍率を上下ベベル部の総合倍率に対して変えた構成で、TDIカメラを用いると、上下ベベル部とアペックス部のどちらか一方が流れた画像になる可能性がある。これは、上下ベベル部とアペックス部との倍率が異なるために、TDIカメラとステージ回転速度との同期がうまくとれなくなっていることに起因する。この現象が気になるレベルである場合には、上下ベベル用とアペックス用に同期速度を変えて、２度画像を取得することが望ましい。取得した２種類の画像から先に述べた画像処理を用いて、同期の取れた画像同士を合成することも可能である。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。

上述したように、第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、上下ベベル部の像をリレーするのに、イメージガイドファイバ３を用いている。その理由は、イメージガイドファイバ３を用いることで、光学系の配置に自由度を持たせることが可能であり、既知の調整をフレキシブルに行えるからである。しかし、このような配置上の大きな利点を持つ反面、イメージガイドファイバ３を用いることで分解能がイメージガイドファイバ３で決まってしまうという欠点がある。これは、イメージガイドファイバ３の画素に起因するもので、中間像の分解能が少なくともイメージガイドファイバ３の画素サイズに制限されてしまうことが原因である。

この欠点を改善するのが第３の実施の形態である。第３の実施の形態では、イメージガイドファイバ３を用いずに、上下ベベル部、アペックス部の３箇所を同時に結像する光学系を提供する。

図１０および図１１は、本発明の第３の実施の形態によるウエハ端部検査装置の構成を模式的に示す図であり、図１０が上面図、図１１が側面図を表わしている。

第３の実施の形態において、上下ベベルの検査領域には、ベベル専用の照明ユニット８を配置する必要があるため、アペックス部は上下ベベル部と異なった部位を観察することになる。なお、図１０および図１１において、上述した図７および図８と対応するブロックには同一の符号が付してあり、その説明は繰り返しになるので省略する。

第３の実施の形態では、上下ベベル部の像の撮像方法に特徴がある。すなわち、落射照明１０から照明された光は集光レンズ２を通り、プリズム２５およびプリズム２４を通して、ウエハ１の端面部を照射する。落射照明１０は、ウエハ１の周辺部を観察するために用いられ、ベベル部は、ベベル専用の照射ユニット８による拡散照明によって照らされる。

ウエハ１からの反射光は、プリズム２４およびプリズム２５によって偏向され、集光レンズ２により視野絞り４の位置に中間像を形成する。視野絞り４以降の光学系の構成は、図７および図８と同様である。

この構成では、上下ベベル部は２回結像し、反射が４回であるため正立像となる。また、上述したように、アペックス部は、２回結像し、反射が２回であるため同様に正立像となる。よって、上下ベベル部とアペックス部で像の方向が一致するため、位置の対応が取りやすい。

撮像素子７で取得される画像は、先に示した図９のようになる。つまり、第３の実施の形態においては、イメージガイドファイバ３を用いた場合と同様に、上下ベベル部、アペックス部の３箇所を同一撮像素子７に結像して、かつ、それぞれの像の方向がそろっており、さらに、遮光像３１が境界に配置される。その結果、ウエハ端面部の欠陥を確実に見つけることが可能となる。

但し、図１０および図１１に示すように、上下ベベル部とアペックス部で観察位置がずれていることには注意が必要となる。これを解決する手段としては、第２の実施の形態で説明した画像処理を採用するのが有効である。また、撮像素子７には様々な種類のものを使用できることも先に説明した実施の形態と同様である。すなわち、撮像素子７として白黒のTDIカメラを使用して、図６に示したレビュー用のカラーCCD１２を別途備えることも可能である。また、第３の実施の形態では、３箇所の画像を合成する構成を示したが、上下ベベルの２箇所だけを合成するような構成を採用することも可能である。

なお、全ての実施の形態において、光を偏向する素子としてプリズムを用いたが、プリズムの代わりに、ミラーで構成できることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、反射の回数を全て偶数回でそろえる例を説明したが、全ての光学系での反射回数を奇数回にそろえた条件でも、合成した各部の像がミラー反転するものの像の方向をそろえることは可能である。

さらに、上述した、画像解析部および画像処理部（共に図示せず）の機能は、例えば、ウエハ端部検査装置が有する、図示せぬCPU（Central Processing Unit）によって、所定のプログラムが実行されることで実現される。

また、結像光学系を構成する集光レンズやリレーレンズは、単一のレンズだけで構成されたものに限られず、複数のレンズからなる集光光学系やリレー光学系であってもよい。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

第１の実施の形態によるウエハ端部検査装置の構成を示す模式図である。 偏光板の配置を示す模式図である。 視野絞りの構成を示す模式図である。 第１の実施の形態を用いて取得した撮像画像を示す図である。 上下ベベル部を照明する照明光学系の模式図である。 レビューカメラを持つ場合の光学系の模式図である。 第２の実施の形態によるウエハ端部検査装置の構成を示す模式図（上面図）である。 第２の実施の形態によるウエハ端部検査装置の構成を示す模式図（側面図）である。 第２の実施の形態を用いて取得した撮像画像を示す図である。 第３の実施の形態によるウエハ端部検査装置の構成を示す模式図（上面図）である。 第３の実施の形態によるウエハ端部検査装置の構成を示す模式図（側面図）である。

符号の説明

１ ウエハ， ２および１４ 集光レンズ， ３ イメージガイドファイバ， ４および１５ 視野絞り， ５および１６ リレーレンズ， ６および１７ ロンボイドプリズム， ７ 撮像素子， ８ 照明ユニット， ９ 開口部， １０および１８ 落射照明ユニット， １１ ペンタプリズム， １２ カラーCCD， １３ TDIカメラ， １９ LED， ２０ 拡散板， ２１ 偏光板， ２２および２３ 偏光板の透過軸， ３１ 遮光像， ３２ 上ベベル像， ３３ 上側周辺像， ３４ 下ベベル像， ３５ 下側周辺像， ３６ アペックス像

Claims (12)

1. 回転可能なホルダに吸着されたウエハの端部に関する画像を取得する画像取得装置において、
   前記端部を照明するための照明光学系、前記端部の部位からの光を集光するための集光光学系、および前記集光光学系で集光した光を反射で偏向するための第１の偏向光学系から構成される複数の結像光学系と、
   前記複数の結像光学系のそれぞれによって結像された、前記端部における複数の部位のうちの少なくとも２箇所の部位の像を同一の面で撮像する第１の撮像手段と
   を備え、
   前記複数の結像光学系のそれぞれにおける光を偏向する回数は、偶数回または奇数回のどちらか一方でそろっている
   ことを特徴とする画像取得装置。
2. 撮像対象となる端部の部位は、アペックス部および上下ベベル部であり、
   前記アペックス部を撮像するときの前記ウエハの回転角度位置と、前記上下ベベル部を撮像するときの前記ウエハの回転角度位置とが異なっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記アペックス部を撮像した画像のうち撮像時の前記ウエハの回転角度位置と、前記上下ベベル部を撮像した画像のうち撮像時の前記ウエハの回転角度位置とが、同じ回転角度位置の画像を合成する画像合成手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
4. 前記アペックス部と正対して配置され、前記ウエハを拡散照明する拡散照明光学系をさらに備え、
   複数の前記照明光学系は、前記結像光学系を通して照明する落射照明光学系であり、
   前記拡散照明光学系と前記落射照明光学系の２種類の照明は、同時に使用される
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
5. 前記結像光学系は、中間結像位置に前記結像光学系の視野を制御する視野絞りを備える２回結像光学系であり、
   中間像を形成する前記集光光学系は、物体、像側が両テレセントリックになっており、さらに、前記結像光学系は、前記中間像をリレーするリレー光学系を備え、
   前記リレー光学系は少なくとも中間像側がテレセントリックになっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
6. 前記第１の撮像手段は、TDI（Time Delay Integration）カメラである
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
7. 前記第１の撮像手段により撮像された端部画像を解析して、前記端部の各部位のうちの欠陥部位に関する欠陥データを生成する欠陥データ生成手段と、
   生成された欠陥データに基づき選択された角度位置の前記ウエハの端部における像を撮像する第２の撮像手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
8. 前記第１の偏向光学系は偏向方向が可変であり、前記端部の各部位の像が、前記第１の撮像素子または前記第２の撮像素子のいずれかに受光されるように光を偏向する
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像取得装置。
9. 前記第１の偏向光学系からの光を偏向し、偏向後の光を前記第２の撮像素子に受光させる第２の偏向光学系をさらに備える
   ことを特徴とする請求項８に記載の画像取得装置。
10. 撮像対象となる端部の部位は、上下ベベル部である
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
11. 前記ウエハを間に挟んで対向するように前記集光光学系が配置された前記複数の結像光学系のそれぞれに、クロスニコル状態となるように配置される一対の偏光板をさらに備え、
    前記偏光板の透過軸の方向は、前記ウエハの円周方向に対して45度をなす方向である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の画像取得装置。
12. 前記集光光学系により結像された像を転送するためのファイバをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。

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