JP2010286457A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【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】被検物を支持するステージ１０と、ステージ１０に支持されたウェハＷの表面に照明光を照射する照明部２０と、照明光が照射されて被検物の表面から反射されて出射される光を所定の撮像面上に結像させるとともに光軸をずらす撮像光学系３０と、撮像光学系３０により撮像面上に結像された像を受光する画素及び画素の周囲に設けられて像を受光しない不感部を備え像を撮像する撮像部材と、撮像部材により撮像された像に基づいて被検物の表面の画像を生成する画像処理部４５とを備え、撮像光学系３０が撮像部材６０の撮像面上に結像される像の位置が所定長さだけずれるようにウェハＷの表面からの光軸をずらしながら撮像部材６０が複数回撮像し、画像処理部４５が撮像された複数の像における各画素を合成して合成画像を生成する。
【選択図】図１

Description

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。

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からの表面からの正反射光または回折光を撮像し、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部材は、開口率が小さく、受光効率が低い。

受光効率を上げるためには、撮像部材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部材の画素内に設けなければならない。すなわち、図９に示すように、撮像部材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１０（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１０（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。

そこで、より多くの光を撮像部材の開口部（有効領域）に導くため、多くの撮像部材の撮像面には、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部材の場合、前述のマイクロレンズやインナーレンズは一般にＰＭＭＡなど成形性に優れ可視域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、短波長対応の撮像部材は開口率が小さい。

特開２００８−１５１６６３号公報

短波長の光を使用するために開口率の小さい撮像部材を用いざるを得ない表面検査装置では、撮像部材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。

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。

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、被検物を支持するステージと、前記ステージに支持された前記被検物の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記照明光が照射された前記被検物の表面から反射されて出射される光を結像させる撮像光学系と、前記撮像光学系による結像位置に撮像面が位置するように配置されて、前記結像された像を撮像する撮像部材と、前記撮像部材により撮像された像に基づいて、前記被検物の表面の画像を生成する画像処理部とを備え、前記撮像部材の前記撮像面が、前記結像された像を受光する受光部と前記受光部の周囲に設けられて前記像を受光しない不感部とにより構成される画素を有する表面検査装置において、前記撮像光学系は、前記像を光軸と直交する方向にずらして結像させるように前記被検物の表面から出射された光の光路を変更させる光路変更部を備え、前記画像処理部は、前記光路変更部による前記光路の変更と前記撮像部材による撮像とを複数回繰り返した後、前記複数回繰り返された撮像により得られた複数の像を合成して合成画像を生成する。

なお、上述の表面検査装置において、前記撮像光学系は、前記像を前記撮像面に対して、隣り合う前記画素の間隔の１／ｎだけずらすことが好ましい。但し、ｎは１より大きい整数である。

また、上述の表面検査装置において、前記撮像部材は、前記結像された像から画像信号を出力して撮像を行い、前記画像処理部は、前記複数回繰り返された撮像により得られた複数の像の画像信号を前記画素のデータ同士が互いに重ならないように合成して前記合成画像を生成することが好ましい。

また、上述の表面検査装置において、前記光路変更部は、前記被検物から出射された光に対して傾動可能に支持され、前記光に凹状の反射面を向け前記反射面により前記光を反射させる凹面鏡であり、前記凹面鏡を傾動させることにより前記光路を変更させることが好ましい。

さらに、上述の表面検査装置において、前記光路変更部は、前記被検物から出射された光の進行方向に対して垂直な面に対して平行な方向に延びる軸を中心に傾動自在に支持され、前記光を透過させる透過面を有する平行平面板であり、前記平行平面板を前記軸を中心に傾動させることにより前記光路を変更させるようにしてもよい。

また、上述の表面検査装置において、前記光路変更部は、前記被検物から出射された光の進行方向に対して平行な方向に延びる軸を中心に回転自在に支持され、前記光を透過させる透過面を有し前記透過面が前記光軸に対して垂直な面に対して傾斜して設けられている偏角プリズムであり、前記偏角プリズムを前記軸を中心に回転させることにより前記光路を変更させるようにしてもよい。

また、上述の表面検査装置において、前記光路変更部は、前記被検物から出射された光の進行方向に対して垂直な面に対して平行な方向に延びる軸を中心に傾動自在に支持され、前記光を透過させて前記撮像部材の撮像面に集光させる対物レンズであり、前記対物レンズを前記軸を中心に傾動させることにより前記光路を変更させるようにしてもよい。

本発明によれば、検査精度を向上させることができる。

第１実施形態の表面検査装置を示す図である。 第１実施形態（第４実施形態）における撮像装置を示す図である。 撮像部材の詳細を示す模式図である。 欠陥像が撮像部材に結像した例を示す模式図である。 欠陥像を移動させながら撮像を行った際における欠陥像と撮像部材との位置関係を示す模式図である。 画像処理部が、４回撮像した結果（第１〜第４撮像を行った結果）に基づいて行った画像処理を示す図である。 第２実施形態における撮像装置を示す図である。 第３実施形態における撮像装置を示す図である。 従来の撮像部材の斜視図である。 ウェハの像が結像する様子を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本実施形態における表面検査装置１を図１に示しており、この装置により半導体基板である半導体ウェハ（以下、ウェハＷと称する）の表面を検査する。本実施形態における表面検査装置１において、ウェハＷは、不図示の搬送装置により搬送されステージ１０の上に載置されるとともにステージ１０により真空吸着で固定保持されその表面の欠陥（異常）を検査することが可能になっている。第１実施形態における表面検査装置１は、上述したステージ１０と、ウェハＷの表面に照明光を照射する照明光学系２０と、照明光の照射を受けてウェハＷの表面から反射された正反射光によりウェハＷの表面の像を光電変換してその画像信号を生成する撮像光学系３０と、撮像光学系３０により生成された画像信号によりウェハＷの表面の画像を生成する画像処理部４５とにより構成されている。なお、以下の説明では、光の進行方向をＺ軸正方向とし、それに垂直な方向をＸ軸方向、Ｚ軸及びＸ軸に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

照明光学系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ている。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からの光から特定領域の波長の光を抽出しその強度を調節可能な調光部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。光源部２２から射出された光は、調光部２３により特定波長（例えば、２４８ｎｍ）を有する照明光として導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出される。導光ファイバ２４は、射出された照明光が照明側凹面鏡２５の焦点面に位置するように配置されており、当該照明光は照明側凹面鏡２５により平行光束になりステージ１０に保持されたウェハＷの表面に照射される。

撮像光学系３０は、ステージ１０に対向して配設された受光側凹面鏡３１とウェハＷの像を撮像する撮像装置５０とにより構成されている。上記照明光学系２０のウェハＷへの照明光の照射により出射光（正反射光）を得て、当該出射光（正反射光）は、受光側凹面鏡３１により集光及び反射されて撮像装置５０に入射される。撮像装置５０は、図２に示すように、入射された正反射光を後述する撮像部材６０に集光させる対物レンズ等により構成される撮像レンズ群５１と、撮像面を形成する撮像部材６０とを有して構成されている。受光側凹面鏡３１により反射されたウェハＷの表面からの正反射光は、撮像装置５０に入射すると、撮像レンズ群５１を透過した後に集光されて撮像部材６０の撮像面に結像するようになっている。撮像部材６０は、その撮像面に結像されたウェハＷの像を光電変換して画像信号を生成し、当該画像信号を画像処理部４５に出力する（後に詳述）。

画像処理部４５は、撮像部材６０から入力された画像信号に基づいて、ウェハＷの画像を生成する。また、画像処理部４５は内部メモリ（不図示）を有しており、内部メモリには予め良品ウェハの画像データが保存されている。画像処理部４５は、ウェハＷの画像を生成した後、当該画像データと良品ウェハの画像データを比較してウェハ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による検査結果及びそのときのウェハＷの画像（合成画像）は、不図示の画像表示装置に出力表示されるようになっている。

撮像部材６０は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳといった固体撮像素子で構成されており、撮像部材６０の撮像面は、図３に示す画素領域６１が集まって形成されている。画素領域６１は、結像された像を受光する受光領域６１ａ（開口部または有効領域とも称する）と、当該像を受光しない不感領域６１ｂ〜６１ｄとで構成されている。以下で、撮像部材６０の撮像面に結像するウェハＷの像と撮像部材６０の位置関係について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は、撮像部材６０を模式的に表す図を示しており、図３（ｂ）は、撮像部材６０の各画素領域６１において受光領域６１ａと不感領域６１ｂ，６１ｃ,６１ｄを示している。また、隣り合う画素領域６１における画素中心間の間隔を画素間隔と称する。なお、以下では、説明の便宜上図３に示すように画素領域６１の右下の領域が受光領域６１ａとなっており、左下の領域、左上の領域、及び右上の領域がそれぞれ不感領域６１ｂ，６１ｃ，６１ｄとなっている場合について説明する。

まず、ウェハＷにおける欠陥像が撮像部材６０の撮像面に結像した例について、図４を用いて説明する。図４は、ウェハＷの欠陥像７０が、撮像部材６０の撮像面における左から７番面上から２番目の画素領域６１から左から２番目上から３番目の画素領域６１に跨って結像した状態を示す図である。図４（ａ）に示す例の場合、欠陥像７０が左から６番目上から２番目の受光領域６１ａと左から２番目上から３番目の受光領域６１ａに入っているため当該画素領域６１は欠陥像７０の画像信号を生成するが、他の部分は受光領域６１ａに入っていないため画像信号を生成しない。よって、画像信号は欠陥像７０の両端部分（図４（ｂ）に示す黒塗りの画素領域６１）のみ、すなわち、左から２番目上から３番目、左から６番目上から２番目の、２個の画素領域６１のみから画像信号が出力され、画像処理部４５は当該画像信号を受信して、最終的な像として、図４（ｃ）の黒塗りの部分のような、欠陥像７０の形とは異なる形状の画像を生成する。

そこで、本発明においては、ウェハＷの像を画素間隔の１／２だけずらした位置に結像させるように撮像部材６０の撮像面上に当たる光の位置をＸＹ方向（光の進行方向に対して垂直な方向）にずらしながら複数の像を撮像し、撮像した像の合成画像を生成することにより検査精度を向上させることを可能にしている。以下で、当該光の位置をずらす４つの実施形態について説明する。まず、第１実施形態では、図１に示すように受光側凹面鏡３１を、その中心を通るＸ軸及びＹ軸を中心に傾動させることが可能なミラー傾動装置８０を設け、当該ミラー傾動装置８０により受光側凹面鏡３１を傾けて撮像面に当たる光の位置を画素間隔の１／２だけずらしながらウェハＷの像を複数枚撮像する。

また、図５（ａ）は、撮像部材６０の撮像面に結像させた欠陥像７０と画素領域６１の位置関係、図５（ｂ）は、ミラー傾動装置８０により受光側凹面鏡３１を傾動させ画素間隔の１／２だけ右方向にずらして結像させた欠陥像７０と画素領域６１の位置関係、図５（ｃ）は、画素間隔の１／２だけ右及び下方向にずらした欠陥像７０と画素領域６１の位置関係、図５（ｄ）は、画素間隔の１／２だけ下方向にずらした欠陥像７０と画素領域６１の位置関係を示している。図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、ミラー傾動装置８０により受光側凹面鏡３１を傾動させウェハＷの像を画素間隔の１／２だけずらしながら結像させた状態で複数回撮像し、画像処理部４５がそれらの合成画像を生成することにより、撮像部材６０の不感領域６１ｂ〜６１ｄが互いに補完されるようになっている（後に詳述）。

なお、以下の説明では、図５（ａ）のように結像させた像の撮像を第１撮像、画素間隔の１／２だけ右方向にずらして図５（ｂ）のように結像させた像の撮像を第２撮像、画素間隔の１／２だけ右及び下方向にずらして図５（ｃ）のように結像させた像の撮像を第３撮像、画素間隔の１／２だけ下方向にずらして図５（ｄ）のように結像させた像の撮像を第４撮像とする。

上述したように、ウェハＷの像をずらしながら撮像し画像処理部４５により合成画像を生成する方法について、以下で図５及び図６を参照しながら説明する。まず、第１撮像を行うと、図５（ａ）の黒塗りの部分の画像信号が画像処理部４５に出力される。すなわち、図５（ａ）に示す画素領域６１の場合、左から２番目上から３番目の画素領域６１における画像信号（画像信号ａとする）と、左から６番目上から２番目の画素領域６１における画像信号（画像信号ｂとする）のみが画像処理部４５に出力される。

また、図５（ｂ）に示すように、ミラー傾動装置８０により受光側凹面鏡３１を傾動させて画素間隔の１／２だけ右方向に移動させて第２撮像を行うと、左から２番目上から３番目、左から３番目上から３番目、左から６番目上から２番目、左から７番目上から２番目の画素領域６１における画像信号（それぞれ画像信号ｃ，ｄ，ｅ，ｆとする）が画像処理部４５に出力される。そして、図５（ｃ）に示すように、ミラー傾動装置８０により受光側凹面鏡３１を傾動させて図５（ｂ）に示す状態から画素間隔の１／２だけ下方向に移動させて第３撮像を行うと、左から３番目上から３番目、左から４番目上から３番目、左から５番目上から３番目、左から６番目上から３番目の画素領域６１における画像信号（それぞれ画像信号ｇ，ｈ，ｉ，ｊとする）が画像処理部４５に出力される。さらに、図５（ｄ）に示すように、ミラー傾動装置８０により受光側凹面鏡３１を傾動させて図５（ｃ）に示す状態から画素間隔の１／２だけ左方向に移動させて第４撮像を行うと、左から２番目上から３番目、左から３番目上から３番目、左から４番目上から３番目、左から５番目上から３番目、左から６番目上から３番目の画素領域６１における画像信号（それぞれ画像信号ｋ，ｌ，ｍ，ｎ，ｏとする）が画像処理部４５に出力される。

画像処理部４５は、上記４回の撮像により出力された画像信号ａ〜ｏを領域ａ〜ｏに対応させて合成画像を生成する。以下で合成画像を生成する方法について図６を参照しながら説明する。図６は第１〜第４撮像を行った結果出力された画像信号を合成したイメージを示している。まず、画像処理部４５が生成する合成画像の画素数は撮像時の画素数の４倍となり、当該合成画像において、４つの画素を１ブロックと定義すると、第１撮像で得られた画像信号はブロックの右下、像を画素間隔の１／２だけ右にずらした第２撮像で得られた画像信号はブロックの左下、第２撮像を行った後像を画素間隔の１／２だけ下にずらした第３撮像で得られた画像信号はブロックの左上、第３撮像を行った後像を画素間隔の１／２だけ左にずらした第４撮像で得られた画像信号をブロックの右上に対応させている。

具体的には、第１撮像の左から２番目上から３番目の画素領域６１における画像信号ａと、左から６番目上から２番目の画素領域６１における画像信号ｂを、左から２番目上から３番目及び左から６番目上から２番目のブロックの右下の領域ａ及びｂに並べる（図６（ａ）参照）。このように、第２撮像で出力された画像信号ｃ〜ｆは対応するブロックの左下、第３撮像で出力された画像信号ｇ〜ｊは対応するブロックの左上、第４撮像で出力された画像信号ｋ〜ｏは対応するブロックの右上にそれぞれ並べる。そして、結果として図６（ａ）の領域ａ〜ｏに欠陥像７０画像信号が出力され、画像処理部４５は、図６（ｂ）の微小点の集合で示すような合成画像を生成する。なお、上記では画素間隔の１／２だけずらしながら撮像し、画像処理部４５が撮像時の画素数の４倍の合成画像を生成している例について説明したが、画像処理部４５は、画素間隔の１／ｎだけずらしながら撮像した場合、画素数のｎ×ｎ倍の合成画像を生成する。なお、ｎは１より大きい整数である。

このように、第１実施形態の表面検査装置１によれば、ミラー傾動装置８０により受光側凹面鏡３１を傾動させ、撮像部材６０の撮像面に当たる光をずらしながら複数回撮像を行い画像処理部４５がウェハＷの合成画像を生成してウェハＷの表面検査を行うため、不感領域６１ｂ〜６１ｄに結像し取得できなかった像の画像信号を得ることが可能になり、それを画像処理部４５に合成画像として再現させることにより、当該不感領域の影響を小さくし検査精度を向上させることができる。

次に、表面検査装置の第２実施形態について、図７を参照しながら説明する。第２実施形態の表面検査装置は、第１実施形態の表面検査装置１と比較して、撮像装置の構成のみが異なり、他の構成は同一であるため、同一の部材には同一の番号を付して詳細な説明を省略する。第２実施形態における撮像装置９０は、図７に示すように、撮像レンズ群５１と、平行平面板９１と、平面板傾動装置９２とを有して構成されている。ウェハＷの表面から出射され受光側凹面鏡３１により集光された正反射光は、撮像レンズ群５１を透過して集光された後、平行平面板９１に入射されるようになっている。

平行平面板９１は、図７に示すように、平面板傾動装置９２により、平行平面板９１の中心を通り光の進行方向（光軸方向）に対して垂直な方向に延びるＸ軸、光の進行方向（光軸方向）及びＸ軸に対して垂直なＹ軸の２つの軸を中心に傾動自在に構成されており、撮像レンズ群５１により集光された正反射光は、平行平面板９１の傾きが平面板傾動装置９２で調節されることにより、撮像部材６０の撮像面に結像される像の位置を変えることができるようになっている。具体的には、平行平面板９１をＹ軸を中心に傾動させたときは光軸がＸ軸方向にずれ、Ｘ軸を中心に傾動させたときはＹ軸方向にずれるようになっている。なお、上記のような平行平面板９１としては、例えば、直径が１５ｍｍ程度、厚さが１ｍｍ程度の円板状のものを使用することが出来、この平行平面板９１を１度傾動させると結像させる像の位置を約５μｍずらすことができる。

以上のような第２実施形態の表面検査装置を用いて、撮像部材６０の撮像面上に形成されたウェハＷの像を撮像し、画像処理部４５に合成画像を生成させる手順について説明する。まず、平行平面板９１を傾動させない状態で第１撮像を行う。また、平面板傾動装置９２によりウェハＷの像が画素間隔の１／２だけＸ軸正方向（右方向）にずれるように平行平面板９１をＹ軸を中心に傾動させて第２撮像を行う。そして、画素間隔の１／２だけウェハの像がＹ軸負方向（下方向）にずれるように平行平面板９１をＸ軸を中心に傾動させて第３撮像を行う。さらに、画素間隔の１／２だけウェハＷの像がＸ軸負方向（左方向）にずれるように平行平面板９１をＹ軸を中心に傾動させて第４撮像を行う。その後、第１実施形態と同じように、画像処理部４５は、合成画像の生成、及びウェハＷの表面における欠陥（異常）の有無の検査を行い、その検査結果及びウェハＷの画像（合成画像）が画像表示装置（図示せず）に出力表示される。

このように、第２実施形態における表面検査装置では、平面板傾動装置９２により撮像レンズ群５１と撮像部材６０の間に設けられた平行平面板９１を傾動させて、撮像部材６０の撮像面に当たる光をずらしながら複数回撮像を行い画像処理部４５がウェハＷの合成画像を生成してウェハＷの表面検査を行うため、第１実施形態と同様、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できる。なお、第２実施形態では、１枚の平行平面板９１を平面板傾動装置９２によりＸ軸及びＹ軸を中心に傾動させる例について説明したが、この構成に限定されることなく、例えば、Ｘ軸を中心に傾動させる平行平面板とＹ軸を中心に傾動させる平行平面板を２枚設けてそれぞれの平行平面板を傾動させるようにしてもよい。

次に、表面検査装置の第３実施形態について、図８を参照しながら説明する。第３実施形態の表面検査装置は、第２実施形態の表面検査装置と比較して、撮像装置の構成のみが異なり、他の構成は同様であるため、同一の部材には同一の番号を付して、詳細な説明を省略する。第３実施形態における撮像装置１００は、図８（ａ）に示すように、撮像レンズ群５１と、偏角プリズム１０１と、プリズム回転装置１０５とを備えて構成されている。ウェハＷの表面から出射され受光側凹面鏡３１により集光された正反射光は、撮像レンズ群５１を通過した後、偏角プリズム１０１に入射されるようになっている。

偏角プリズム１０１は、図８に示すように、第１プリズム片１０２と第２プリズム片１０３とにより構成され、第１プリズム片１０２は、第２プリズム片１０３に支持された状態でプリズム回転装置１０５により第１プリズム片１０２の中心を通り光の進行方向に対して平行なＺ軸を中心に回転自在に設けられている。撮像レンズ群５１により集光された光は、第１プリズム片１０２を回転させるその回転角度を調節することにより、撮像部材６０の撮像面に結像される像の位置を変えることができるようになっている。具体的には、第１プリズム片１０２を回転させて、第１プリズム片１０２の頂角１０２ａがＺ軸よりＸ軸負方向側に位置しているときは、図８（ａ）の実線矢印のように、当該光軸がＸ軸負方向にずれ、頂角１０２ａがＺ軸よりＸ軸正方向側に位置しているときは、図８（ａ）の点線矢印のように、Ｘ軸正方向にずれるようになっている。これと同様に頂角１０２ａがＺ軸よりＹ軸正方向側に位置しているときはＹ軸正方向、Ｙ軸負方向側に位置しているときはＹ軸負方向に正反射光の光軸の位置をずらすことが可能になっている。なお、上記のような偏角プリズム１０１としては、例えば、直径が２５ｍｍ程度、厚さが２ｍｍ程度のものを使用することができる。

以上のように構成される第３実施形態の表面検査装置を用いて、画像処理部４５に合成画像を生成させる手順について以下で説明する。まず第１撮像を行い、プリズム回転装置１０５により第１プリズム片１０２を撮像部材６０の撮像面において時計回りの方向に９０度回転させて第２撮像を行う。そして、再度上記時計回りの方向に９０度回転させて第３撮像、さらに、上記時計回りの方向に９０度回転させて第４撮像を行う。その後は、第１及び第２実施形態と同じように、画像処理部４５が合成画像を生成、及びウェハＷの欠陥検査を行い、その結果は画像表示装置（図示せず）に表示される。

以上、第３実施形態における表面検査装置によれば、撮像部材６０の撮像面に結像される像が画素間隔の１／２ずつずれるように、第１プリズム片１０２を回転させながら複数回ウェハＷの撮像を行い、画像処理部４５がその合成画像を生成することにより、第１及び第２実施形態と同様、検査精度を向上させることが可能になる。また、第２実施形態のように、平行平面板９１をＸ軸及びＹ軸の２軸を中心に傾動させるわけではなく、偏角プリズム１０１をＺ軸を中心に回転させるだけでよいため、表面検査装置の機構を簡素化することができる。なお、上記では第１プリズム片１０２を第２プリズム片に対して回転させる例について説明したが、第１及び第２プリズム片１０２，１０３を共に回転させるようにしても同様の効果を得ることができる。

また、表面検査装置の第４実施形態について説明する。第４実施形態における撮像装置１２０は、図２に示すように、第１実施形態の撮像装置５０と同様に構成されているが、撮像レンズ群１２１の対物レンズ（不図示）がその中心を通り且つ光の進行方向に対して垂直な方向に延びるＸ軸、光の進行方向及びＸ軸に対して垂直なＹ軸を中心に傾動自在に支持されている点が第１〜第３実施形態と異なる。第４実施形態における対物レンズは、第２実施形態における平行平面板９１と同様に、レンズ傾動装置（不図示）によりＸ軸及びＹ軸を中心として傾動することが可能になっており、当該傾動によりその撮像部材６０の撮像面に当たる光の光軸の位置をずらすことが可能になっている。

以上のような第４実施形態の表面検査装置を用いて、画像処理部４５に合成画像を生成させる手順について以下で説明する。まず、対物レンズを傾動させない状態で第１撮像を行う。また、レンズ傾動装置によりウェハＷの像が画素間隔の１／２だけＸ軸正方向（右方向）にずれて結像されるように対物レンズを傾動させて第２撮像を行う。そして、画素間隔の１／２だけＹ軸負方向（下方向）にずれるように対物レンズを傾動させて第３撮像を行い、さらに、画素間隔の１／２だけＸ軸負方向（左方向）にずれるように対物レンズを傾動させて第４撮像を行う。その後、第１〜第３実施形態と同様に画像処理部４５が合成画像を生成、及びウェハＷの欠陥検査を行い、その結果を画像表示装置（不図示）に表示させる。

このように、第４実施形態における表面検査装置によれば、対物レンズを傾動させて、撮像部材６０の撮像面に当たる光の光軸の位置をずらしながら複数回撮像を行い、画像処理部４５がその合成画像を生成することにより、第１ないし第３実施形態と同様、検査精度を向上させることができる。

以上、上述した各実施形態においては、ウェハＷの像が撮像部材６０の画素間隔の１／２だけずれて結像するように、光軸の位置をずらしながら複数枚の画像を撮像する例について説明したが、光軸をずらす長さは画素間隔の１／２に限定されることなく、例えば、画素領域６１の１／ｎにしてもよい。ただし、ｎは１より大きい整数である。

また、上述した各実施形態においては、ウェハＷからの正反射光を利用した例について説明したが、これに限られることなく、例えば、ウェハを不図示の傾動機構により傾動させ特定次数の回折光を利用したり、ウェハＷの表面で生じた散乱光を利用したりする場合においても、本発明を適用可能である。

そして、上述の各実施形態ではウェハＷの表面を検査する表面検査装置について示しているが、これに限られることなく、例えば、ガラス基板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させることができる。

Ｗ ウェハ １ 表面検査装置（第１実施形態）
１０ ステージ ２０ 照明光学系
３０ 撮像光学系 ３１ 受光側凹面鏡（凹面鏡）
４５ 画像処理部 ６０ 撮像部材
６１ 画素領域 ６１ａ 受光領域（受光部）
６１ｂ 不感領域（不感部） ６１ｃ 不感領域（不感部）
６１ｄ 不感領域（不感部） ９１ 平行平面板
１０１ 偏角プリズム

Claims (7)

1. 被検物を支持するステージと、
   前記ステージに支持された前記被検物の表面に照明光を照射する照明光学系と、
   前記照明光が照射された前記被検物の表面から反射されて出射される光を結像させる撮像光学系と、
   前記撮像光学系による結像位置に撮像面が位置するように配置されて、前記結像された像を撮像する撮像部材と、
   前記撮像部材により撮像された像に基づいて、前記被検物の表面の画像を生成する画像処理部とを備え、
   前記撮像部材の前記撮像面が、前記結像された像を受光する受光部と前記受光部の周囲に設けられて前記像を受光しない不感部とにより構成される画素を有する表面検査装置において、
   前記撮像光学系は、前記像を光軸と直交する方向にずらして結像させるように前記被検物の表面から出射された光の光路を変更させる光路変更部を備え、
   前記画像処理部は、前記光路変更部による前記光路の変更と前記撮像部材による撮像とを複数回繰り返した後、前記複数回繰り返された撮像により得られた複数の像を合成して合成画像を生成することを特徴とする表面検査装置。
2. 前記撮像光学系は、前記像を前記撮像面に対して、隣り合う前記画素の間隔の１／ｎだけずらすことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
   但し、ｎは１より大きい整数である。
3. 前記撮像部材は、前記結像された像から画像信号を出力して撮像を行い、
   前記画像処理部は、前記複数回繰り返された撮像により得られた複数の像の画像信号を前記画素のデータ同士が互いに重ならないように合成して前記合成画像を生成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。
4. 前記光路変更部は、前記被検物から出射された光に対して傾動可能に支持され、前記光に凹状の反射面を向け前記反射面により前記光を反射させる凹面鏡であり、
   前記凹面鏡を傾動させることにより前記光路を変更させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面検査装置。
5. 前記光路変更部は、前記被検物から出射された光の進行方向に対して垂直な面に対して平行な方向に延びる軸を中心に傾動自在に支持され、前記光を透過させる透過面を有する平行平面板であり、
   前記平行平面板を前記軸を中心に傾動させることにより前記光路を変更させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面検査装置。
6. 前記光路変更部は、前記被検物から出射された光の進行方向に対して平行な方向に延びる軸を中心に回転自在に支持され、前記光を透過させる透過面を有し前記透過面が前記軸に対して垂直な面に対して傾斜して設けられている偏角プリズムであり、
   前記偏角プリズムを前記軸を中心に回転させることにより前記光路を変更させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面検査装置。
7. 前記光路変更部は、前記被検物から出射された光の進行方向に対して垂直な面に対して平行な方向に延びる軸を中心に傾動自在に支持され、前記光を透過させて前記撮像部材の撮像面上に集光させる対物レンズであり、
   前記対物レンズを前記軸を中心に傾動させることにより前記光路を変更させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面検査装置。

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