WO2010052891A1

WO2010052891A1 - 表面検査装置

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Publication number: WO2010052891A1
Application number: PCT/JP2009/005833
Authority: WO
Inventors: 深澤和彦; 湊和春; 藤澤晴彦
Original assignee: 株式会社ニコン
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2010-05-14
Also published as: TW201027650A; CN102203590A; JPWO2010052891A1; KR20110086721A; US20110254946A1

Abstract

　表面検査装置（１）は、ウェハ（Ｗ）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）の表面に紫外光を照射する照明系（２０）と、ウェハ（Ｗ）の表面からの光を所定の撮像面上に結像させる受光系（３０）と、受光系（３０）により撮像面上に結像したウェハ（Ｗ）の像を撮像するカメラ部（３４）と、画素補完を行うための画素補完駆動部（３５）と、画素補完駆動部（３５）により画素補完を行いながら、カメラ部（３４）が複数のウェハ（Ｗ）の像を撮像するように画素補完駆動部（３５）およびカメラ部（３４）の作動を制御する制御部（４０）と、カメラ部（３４）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に応じた順に並べて合成したウェハ（Ｗ）の合成画像を生成する画像処理部（４５）とを備えて構成される。

Description

表面検査装置

　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。

　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１７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１８（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１８（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において（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、短波長対応の撮像素子は開口率が小さい。

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。

　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、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明部と、前記紫外光が照射された前記基板の表面からの光を受けて前記基板の表面の像を結像させる受光光学系と、前記受光光学系により結像された前記像を撮像する位置に撮像面を有し、前記撮像面に前記像からの光を受光して検出する受光部および前記受光部の周囲に設けられて光を検出しない不感部を有して構成された画素を複数備えてなる撮像素子と、前記撮像面に結像した前記像に対する前記撮像素子の相対位置を設定する設定部とを有し、前記設定部が、前記画素同士の間隔よりも小さい相対移動量だけずらした複数の相対位置において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位置を設定し、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複数の相対位置に応じて並べて合成した合成画像を生成する画像処理部を備えて構成される。

　なお、上述の表面検査装置において、前記設定部は、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からなり、前記相対移動部が前記画素同士の間隔よりも小さい前記相対移動量で前記相対移動を行いながら、前記複数の相対位置において前記撮像素子が前記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を備え、前記画像処理部は、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、前記相対移動部は、前記相対移動の前に前記不感部があった位置に前記受光部が位置するように、前記相対移動を行うことが好ましい。

　また、上述の表面検査装置において、前記相対移動部は、前記ステージを直交する２方向に移動させるステージ駆動部を有し、前記制御部は、前記相対移動量から前記受光光学系の結像倍率に応じて換算した前記ステージの移動量が得られるように、前記ステージ駆動部の作動を制御することが好ましい。

　また、上述の表面検査装置において、前記撮像素子により撮像された前記複数の画像に基づいて、実際の前記相対移動具合を測定する測定部と、前記測定部により測定された実際の前記相対移動具合と目標とする前記相対移動具合との差が無くなるように、前記制御部による前記相対移動部の制御量を補正する補正部とを備えることが好ましい。

　また、上述の表面検査装置において、前記測定部は、前記複数の画像を画像処理することによって、前記画素同士の間隔よりも小さい精度で前記相対移動具合を測定することが好ましい。

　また、上述の表面検査装置において、前記測定部は、前記画像において複数の参照領域を設定し、前記複数の画像における前記複数の参照領域の位置をそれぞれ求めることにより、実際の前記相対移動具合を測定することが好ましい。

　なお、上述の表面検査装置において、前記撮像素子が複数備えられ、前記受光光学系が前記複数の撮像素子の撮像面にそれぞれ前記像を結像させるように構成されており、前記複数の撮像素子は、前記設定部により前記撮像の際に前記不感部を互いに補完するようにそれぞれ前記複数の相対位置に対応して配置され、前記対応する相対位置においてそれぞれ前記像を撮像し、前記画像処理部は、前記複数の撮像素子によりそれぞれ撮像された前記複数の画像から前記合成画像を生成するようにしてもよい。

　また、上述の表面検査装置において、前記複数の撮像素子のうち一の撮像素子における前記受光部は、他の撮像素子において前記不感部に達した前記像からの光を受光して検出することが好ましい。

　また、上述の表面検査装置において、前記受光光学系は、前記紫外光が照射された前記基板の表面からの光を複数の光束に分岐させる分岐部と、前記複数の光束をそれぞれ前記複数の撮像素子の撮像面に導いて前記複数の前記像を結像させる結像部とを有していることが好ましい。

　また、上述の表面検査装置において、前記複数の撮像素子が４つの撮像素子であることが好ましい

　また、上述の表面検査装置において、前記画像処理部により生成された前記合成画像に基づいて前記基板の表面の検査を行う検査部を備えて構成されることが好ましい。

　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。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。（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。１／２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。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。ウェハの画像における参照領域の一例を示す図である。画素補完量がずれた場合の画像と画素補完量を補正した場合の画像とを比較した図である。第２実施形態の表面検査装置を示す図である。第３実施形態の表面検査装置を示す図である。第３実施形態におけるＤＵＶ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。微細な欠陥像が撮像部材に結像した例を示す模式図である。微細な欠陥像と４つの撮像部材との位置関係を示す模式図である。画像処理部における画像処理を示す図である。第４実施形態におけるＤＵＶ撮像装置を示す図である。第５実施形態におけるＤＵＶ撮像装置を示す図である。撮像素子の斜視図である。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。

　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。

　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。

　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。

　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、図１７に示すような撮像素子Ｃを有して構成されており、当該撮像素子Ｃの表面に撮像面が形成される。そして、撮像素子Ｃは、撮像面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。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Ｃを有したカメラ部３４を撮像面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Ｃを受光系３０の光軸に対して移動させることができるため、撮像面上で結像したウェハＷの像を撮像素子Ｃに対し当該撮像面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Ｃを構成する画素の間隔よりも小さい移動量で撮像素子Ｃ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。

　制御部４０は、ＤＵＶカメラ３２の画素補完駆動部３５や撮像素子Ｃ、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Ｃ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。

　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６に示すように、複数のチップ領域ＷＡ（ショット）が縦横に配列され、各チップ領域ＷＡ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（図示せず）が形成されている。

　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Ｃを構成する画素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Ｃ（カメラ部３４）を受光系３０の撮像面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Ｃ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２に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。

　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３に示す。なお、図３（ａ）は１／２画素をずらす場合であり、この場合、撮像素子Ｃ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Ｃを移動させることになる。また、図３（ｂ）は１／３画素をずらす場合であり、この場合、撮像素子Ｃ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Ｃ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Ｃ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Ｃ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３に示すような順番でなくてもよい。

　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Ｃ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Ｃ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）。

　Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）－ｓｉｎ（θ２）｝　…（１）

　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Ｃの撮像面上に達し、回折光によるウェハＷの表面の像が結像される。そして、撮像面上に形成されたウェハＷの像を撮像素子Ｃが撮像する。このとき、撮像素子Ｃは、撮像面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。

　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Ｃ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Ｃを移動させる。

　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Ｃ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Ｃ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、１／２画素をずらした画素補完の場合、図４に示すように、ｎ番目（ｎ＝１～４）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、図４に示すように画素を４つずつ（撮像の順番に）並べて合成することで、図５（ｂ）に示すように、撮像素子Ｃ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４に示した１／２画素をずらした画素補完の場合、合成画像の画素数は２Ｋ×２Ｌ（撮像時の画素数の４倍）となる。

　このようにしてウェハＷの像を撮像するとき、画素補完駆動部３５による撮像素子Ｃの移動量（画素補完量）が適正でなければ、撮像素子Ｃの不感領域に結像した像の情報を取得できないおそれがある。また、画像にチップ領域のエッジ部が含まれる場合、画素補完量が適正でないとエッジ部の画像に現れるグラデーションにムラができてしまう（ダイシングストリートの部分の輝度情報が紛れ込んできてしまう）ため、図７（ａ）に示すようにエッジ部が不自然に崩れる等といった合成画像の画質の低下を招いてしまう。これを回避するために、ウェハＷの検査の前に予め、前述のように画素補完を行いながらウェハＷの表面の像を撮像して、画素補完駆動部３５による実際の画素補完量（撮像素子Ｃの移動量）の測定を行い、目標とする理想の画素補完量（撮像素子Ｃの移動量）と実際の画素補完量（撮像素子Ｃの移動量）との差を求め、この差を無くすように制御部４０による画素補完駆動部３５の制御量（駆動信号）を補正して、適正な画素補完駆動を実現する。

　具体的には、まず、１番目（ｎ＝１）のステップで取得した画像を基準画像とし、図６における一点鎖線の枠で囲んだ３つの領域（ウェハＷの中心部および左右外周部近傍の領域）を参照領域ＷＳとする。得られる画像においてパターンのエッジ部は、受光系３０の光学性能やパターン形成時の形成条件によってグラデーションを持った像として得られる。つまりエッジの延在方向と直交する方向に並ぶ画素が、パターンのある部分からパターンのない部分にかけて数画素にわたって輝度変化を持つことになる。本実施形態では画像処理により輝度変化からサブピクセル単位でエッジの位置を求めている。次に、基準画像での参照領域ＷＳに対する、２番目以降の各ステップで取得した画像での参照領域ＷＳの変位（すなわち、画素補完量）を画像処理により測定する。このとき、ウェハＷのチップ領域とダイシングストリートとの間の輝度差を利用して、参照領域ＷＳにおけるチップ領域のエッジ部の位置を画像処理によりサブピクセル単位で検出し、前述の基準画像と同様に、各ステップでのエッジ部の変位量から参照領域ＷＳの画像変位を求める。

　そして、各ステップでの画像変位（画素補完量）と理想的な画像変位（画素補完量）との差を算出し、この差を無くすように制御部４０による画素補完駆動部３５の制御量（２軸方向への駆動信号）を補正する。また、３つの参照領域ＷＳについてそれぞれ画像変位量を求め、３つの参照領域ＷＳで満足するように補正することにより画素補完の精度を高めることができる。なお、これらの補正はＸ・Ｙの両方の駆動軸方向について行う。これにより、撮像素子Ｃにおける画素の配列方向を画素補完駆動部３５による駆動方向と平行にすることができるため、ウェハＷの表面における撮像感度を均一にすることができ、図７（ｂ）に示すようなエッジ部の崩れがなく誤差の少ない合成画像を得ることができる。なお、画素補完量の測定精度を上げるため、少なくともウェハＷの左右外周部近傍の２箇所で参照領域ＷＳを設定する必要がある。また、ウェハＷの中心部および当該中心部を基準とした上下および左右対称の領域（５つの領域）に参照領域ＷＳを設定するとさらに良い。

　上述のように画素補完を行いながら撮像素子Ｃ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。

　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。

　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Ｃ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Ｃ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。

　なお、画素補完駆動部３５により撮像素子Ｃを受光系３０の撮像面と平行な方向に移動させることで、撮像面上で結像したウェハＷの像を撮像素子Ｃに対して精度よく相対移動させる（精度よく画素補完を行う）ことが可能になる。

　また、画像処理部４５が、実際の画素補完量（相対移動量）と目標とする理想的な画素補完量（相対移動量）との差が無くなるように、制御部４０による画素補完駆動部３５の制御量を補正するようにすることで、撮像素子Ｃにおける画素の配列方向を画素補完駆動部３５による駆動方向と平行にすることができるため、誤差の少ない合成画像を得ることができる。

　またこのとき、ウェハＷの画像において複数の参照領域ＷＳを設定し、画素補完を行いながら撮像した複数のウェハＷの画像における参照領域ＷＳの位置をそれぞれ求めることにより、実際の画素補完量（相対移動量）を測定するようにすれば、実際の画素補完量を精度よく測定することができる。

　なお、上述の第１実施形態において、適正な画素補完駆動を実現するために、画素補完駆動部３５の駆動量を補正しているが、これに限られるものではなく、画素補完駆動部３５に加えて、ステージ１０の回転駆動量を補正するようにしてもよい。

　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８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。

　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８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８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。

　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に形成された撮像面上に達し、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、撮像面上で結像したウェハＷの像を撮像素子Ｃに対し当該撮像面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Ｃ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。

　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の撮像面上に集光し、当該撮像面上にウェハＷの表面の像を結像させる。カメラ部１３４は、図１７に示すような撮像素子Ｃを有して構成されており、当該撮像素子Ｃの表面に撮像面が形成される。そして、撮像素子Ｃは、撮像面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。

　制御部１４０は、ＤＵＶカメラ１３２の撮像素子Ｃ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Ｃ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。

　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、撮像面上で結像したウェハＷの像を撮像素子Ｃに対して当該撮像面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Ｃ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Ｃ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。

　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Ｃ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Ｃ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Ｃに対して相対移動させることができる。

　また、第２実施形態においては、適正な画素補完駆動を実現するために、第１実施形態における画素補完駆動部３５の代わりに、制御部１４０によるＸステージ１１２およびＹステージ１１３の制御量を補正するようにすればよい。さらに、Ｘステージ１１２およびＹステージ１１３の補正に加え、θステージ１１１の回転駆動量を補正するようにしてもよい。

　なお、上述の第１～第２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、適用可能である。

　また、上述の第１～第２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。

　次に、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を図９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Ｗ（以下、ウェハＷと称する）の表面を検査する。第３実施形態の表面検査装置２０１は、略円盤形のウェハＷを支持するステージ２１０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２１０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２１０は、ウェハＷの回転対称軸（ステージ２１０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２１０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。

　表面検査装置２０１はさらに、ステージ２１０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２２０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２３０と、受光系２３０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撮像装置２５０と、画像処理部２４５とを備えて構成される。照明系２２０は、照明光を射出する照明ユニット２２１と、照明ユニット２２１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２２５とを有して構成される。照明ユニット２２１は、メタルハライドランプや水銀ランプ等の光源部２２２と、光源部２２２からの光より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２２３と、調光部２２３からの光を照明光として照明側凹面鏡２２５へ導く導光ファイバ２２４とを有して構成される。

　そして、光源部２２２からの光は調光部２２３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２２４から照明側凹面鏡２２５へ射出され、導光ファイバ２２４から照明側凹面鏡２２５へ射出された照明光は、導光ファイバ２２４の射出部が照明側凹面鏡２２５の焦点面に配置されているため、照明側凹面鏡２２５により平行光束となってステージ２１０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２１０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。

　ウェハＷの表面からの出射光（回折光）は受光系２３０により集光される。受光系２３０は、ステージ２１０に対向して配設された受光側凹面鏡２３１を主体に構成され、受光側凹面鏡２３１により集光された出射光（回折光）は、ＤＵＶ撮像装置２５０の撮像面上に達し、ウェハＷの像（回折像）が結像される。

　ＤＵＶ撮像装置２５０は、図１０に示すように、レンズ群２５１と、３つのビームスプリッタ２５２～２５４およびミラー２５５と、４つの結像レンズ２５８ａ～２５８ｄと、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄとを有して構成される。受光側凹面鏡２３１で反射したウェハＷの表面からの出射光（回折光）は、ＤＵＶ撮像装置２５０に入射すると、レンズ群２５１を透過して平行光となる。レンズ群２５１を透過して得られる平行光（回折光）は、第１のビームスプリッタ２５２に入射する。このとき、入射した平行光の１／４は第１のビームスプリッタ２５２で反射し、第１の結像レンズ２５８ａにより集光されて第１の撮像部材２６０ａの撮像面上に結像する。一方、入射した平行光の３／４は第１のビームスプリッタ２５２を透過し、第２のビームスプリッタ２５３に入射する。このとき、入射した平行光の１／３は第２のビームスプリッタ２５３で反射し、第２の結像レンズ２５８ｂにより集光されて第２の撮像部材２６０ｂの撮像面上に結像する。

　一方、第２のビームスプリッタ２５３に入射した平行光の２／３は第２のビームスプリッタ２５３を透過し、第３のビームスプリッタ２５４に入射する。このとき、入射した平行光の１／２は第３のビームスプリッタ２５４で反射し、第３の結像レンズ２５８ｃにより集光されて第３の撮像部材２６０ｃの撮像面上に結像する。一方、第３のビームスプリッタ２５４に入射した平行光の１／２は第３のビームスプリッタ２５４を透過して、ミラー２５５でほぼ１００％反射し、第４の結像レンズ２５８ｄにより集光されて第４の撮像部材２６０ｄの撮像面上に結像する。なお、第１～第３のビームスプリッタ２５２～２５４として、例えば、平行なガラス基板等に金属膜や誘電体膜を蒸着して所望の特性となるように作製したハーフミラーを用いることができる。また、ミラー２５５として、例えば、ガラス基板等に金属膜等を蒸着して作製したミラーを用いることができる。

　４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄの表面にはそれぞれ、撮像面が形成される。そして、各撮像部材２６０ａ～２６０ｄは、撮像面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２４５に出力する。次に、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄ（以下、適宜まとめて撮像部材２６０と称する）の撮像面上にそれぞれ結像するウェハＷの像と撮像部材２６０との位置関係について説明する。図１１（ａ）は、撮像部材２６０を模式的に示す図であり、図１１（ｂ）は、撮像部材２６０の各画素領域２６１において実際に受光する受光領域２６１ａと不感領域２６１ｂ～２６１ｄを示す図である。すなわち、図１１（ｂ）で示す画素領域２６１が集まって、図１１（ａ）に示す撮像部材２６０の受光面（撮像面）を形成している。なお、図１１～図１３においては、便宜的に画素領域２６１における右下の領域が受光領域２６１ａとなっている。

　次に、微細な欠陥像が撮像部材２６０の撮像面上に結像した例について図１２を用いて説明する。図１２は、撮像部材２６０の撮像面上に欠陥２７０の像が結像した状態を示す図である。図１２（ａ）から分かるように、欠陥２７０の両端は受光領域２６１ａに入っているため欠陥２７０の画像信号を生成できるが、他の部分は受光領域２６１ａに入っていないため画像信号を生成できない。実際の撮影像にする場合には、受光領域２６１ａから画像信号が発生したときにその画素領域２６１に像があると判断するため、画像信号は図１２（ｂ）のように（黒塗りの画素領域２６１から）発生したとみなされ、画像処理部２４５では最終的な像として図１２（ｃ）のような画像を生成する。そのため、結果として欠陥２７０の形とはまるで違う形状に（黒塗りの部分のように）なってしまう。

　そこで、本実施形態では、ウェハＷの像に対して４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄをそれぞれ、ウェハＷの像が画素間隔の１／２だけずれて結像するように配置している。なお、画素間隔とは、隣り合う画素領域２６１における画素中心間の間隔である。ここで、各撮像部材２６０ａ～２６０ｄの配置について、図１３および図１４を用いて詳細に説明する。図１３（ａ）は、欠陥２７０と第１の撮像部材２６０ａの画素との位置関係を示している。同様に、図１３（ｂ）は、欠陥２７０と第２の撮像部材２６０ｂの画素との位置関係を示し、図１３（ｃ）は、欠陥２７０と第３の撮像部材２６０ｃの画素との位置関係を示し、図１３（ｄ）は、欠陥２７０と第４の撮像部材２６０ｄの画素との位置関係を示している。また、図１３（ａ′）～（ｄ′）はそれぞれ、図１３（ａ）～（ｄ）において楕円で囲んだ部分を切り出して示している。これらの図から分かるように、ウェハＷの像に対して４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄがそれぞれ画素間隔の１／２だけずれるように配置されているため、各撮像部材２６０ａ～２６０ｄの不感領域２６１ｂ～２６１ｄが互いに補完されている。

　なお、第１～第４の撮像部材２６０ａ～２６０ｄはそれぞれ、図１０に示すように、第１～第４の保持機構２６５ａ～２６５ｄにより（光軸と垂直な方向へ）位置調整可能に保持されており、各保持機構２６５ａ～２６５ｄによってそれぞれ画素間隔の１／２だけずれるように（各撮像部材２６０ａ～２６０ｄの不感領域２６１ｂ～２６１ｄを互いに補完するように）配置が設定調整される。また、これに限らず、第１～第４の撮像部材２６０ａ～２６０ｄはそれぞれ、予め保持部材（図示せず）に画素間隔の１／２だけずれるように固定保持されていてもよい。

　図１４は、画像処理部２４５における画像処理を示した図である。図１４（ａ）は、図１３（ａ）～（ｄ）で示す各画素領域２６１を合成したイメージである。図１４（ａ）では、図１４（ａ）において左上から右下に延びる斜線の領域２６６ａが第１の撮像部材２６０ａの受光領域２６１ａに相当し、図１４（ａ）における縦線の領域２６６ｂが第２の撮像部材２６０ｂの受光領域２６１ａに相当し、図１４（ａ）において右上から左下に延びる斜線の領域２６６ｃが第３の撮像部材２６０ｃの受光領域２６１ａに相当し、図１４（ａ）における横線の領域２６６ｄが第４の撮像部材２６０ｄの受光領域２６１ａに相当する。画像処理部２４５は、図１４（ａ）に示すような位置関係（すなわち、画素間隔の１／２だけ縦横にずれた位置関係）で各撮像部材２６０ａ～２６０ｄにより得られた像を合成するので、各撮像部材２６０ａ～２６０ｄの不感領域２６１ｂ～２６１ｄが互いに補完され、図１４（ｂ）に示すような合成画像を生成することができる。図１４（ｂ）から欠陥２７０の形状が（黒塗りの部分のように）ほぼ再現されていることが分かる。

　なお、第１～第３のビームスプリッタ２５２～２５４として、例えば、平行なガラス基板等に金属膜や誘電体膜を蒸着して所望の特性となるように作製したハーフミラーを用いる場合、１つの波長について所望の性能（反射率や透過率等）となるように設計・製作することは比較的容易にできる。しかしながら、複数の波長に対して同様に所望の性能となるように設計・製作することは高度な技術を要し、コスト増につながる場合がある。そのような場合、最も使用頻度の高い波長（例えば３６５ｎｍ）で所望の性能がでるように設計・製作し、他の波長については予め反射率や透過率を求めて画像処理部２４５に記憶し、画像を合成するときに各画像のゲインを調整することで良好な合成画像を得ることができる。

　画像処理部２４５は、ＤＵＶ撮像装置２５０の４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄから入力された画像信号に基づいて、上述のようにして画素補完を行ったウェハＷの合成画像を生成する。画像処理部２４５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２４５は、ウェハＷの合成画像を生成すると、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２４５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。

　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、不図示の搬送装置により、不図示のウェハカセットまたは現像装置からステージ２１０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２１０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。

　以上のように構成される表面検査装置２０１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２１０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２１０上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。

　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２１０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、前述の（１）式を満足するように設定を行う（ステージ２１０をチルトさせる）。なおここで、前述の（１）式を再掲しておく。

　Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）－ｓｉｎ（θ２）｝　…（１）

　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２２１における光源部２２２からの光は調光部２２３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２２４から照明側凹面鏡２２５へ射出され、照明側凹面鏡２２５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２３１により集光されてＤＵＶ撮像装置２５０に入射し、レンズ群２５１を透過して平行光となる。レンズ群２５１を透過して得られる平行光（回折光）は、第１～第３のビームスプリッタ２５２～２５４およびミラー２５５により４つの平行光束に分岐する。分岐した４つの平行光束はそれぞれ、第１～第４の結像レンズ２５８ａ～２５８ｄにより集光されて第１～第４の撮像部材２６０ａ～２６０ｄの撮像面上に達し、ウェハＷの像が結像される。

　第１～第４の撮像部材２６０ａ～２６０ｄは、撮像面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２４５に出力する。画像処理部２４５は、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄから入力された画像信号に基づいて、上述のようにして画素補完を行ったウェハＷの合成画像を生成する。また、画像処理部２４５は、ウェハＷの合成画像を生成すると、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２４５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。

　このように、第３実施形態の表面検査装置２０１によれば、撮像の際に不感領域２６１ｂ～２６１ｄを互いに補完するように配置された複数の撮像部材２６０ａ～２６０ｄがそれぞれ撮像したウェハＷの画像に基づいて、画像処理部２４５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、撮像部材の不感領域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。

　なお、各撮像部材２６０ａ～２６０ｄ等を駆動することなく、画像処理部２４５が画素補完を行ったウェハＷの合成画像を生成しているので、信頼度の高い画素補完が可能になる。

　また、複数の撮像部材２６０ａ～２６０ｄのうち一の撮像部材における受光領域２６１ａが、他の撮像部材において不感領域２６１ｂ～２６１ｄに達したウェハＷの表面からの光による像を受光することにより、効率のよい画素補完が可能になる。

　また、第１～第３のビームスプリッタ２５２～２５４によりウェハＷの表面からの光を複数の光束に分岐して、第１～第４の結像レンズ２５８ａ～２５８ｄにより各撮像部材２６０ａ～２６０ｄの撮像面上にそれぞれ集光して結像させることにより、画素補完を行うための複数の画像を一度に撮像することができる。

　また、本実施形態のように、ウェハＷの像に対して撮像部材を画素間隔の１／２だけずれるように配置する場合には、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄを用いることが好ましい。

　次に、表面検査装置の第４実施形態について図１５を参照しながら説明する。第４実施形態の表面検査装置は、第３実施形態の表面検査装置２０１と比較して、ＤＵＶ撮像装置２５０の構成のみが異なり、他の構成は同様であるため、同一の部材に対し同一の番号を付して、詳細な説明を省略する。第４実施形態におけるＤＵＶ撮像装置２８０は、図１５（ａ）に示すように、レンズ群２５１と、分岐光学素子２８２と、４つの結像レンズ２８３ａ～２８３ｄと、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄとを有して構成される。なお、４つの結像レンズ２８３ａ～２８３ｄのうち、第２の結像レンズ２８３ｂおよび第４の結像レンズ２８３ｄは、図１５（ａ）において図示を省略している。また、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄのうち、第２の撮像部材２６０ｂおよび第４の撮像部材２６０ｄは、図１５（ａ）において図示を省略している。

　第４実施形態においては、第３実施形態の場合と同様に、ウェハＷの表面から出射された回折光は、受光側凹面鏡２３１により集光されてＤＵＶ撮像装置２８０に入射し、レンズ群２５１を透過して平行光となる。レンズ群２５１を透過して得られる平行光（回折光）は、分岐光学素子２８２に入射する。分岐光学素子２８２は、図１５（ｂ）に示すように、四角柱の一面（頂部）に正四角錐を組み合わせた形状を有する、無色透明で低分散の一体の光学素子である。このような分岐光学素子２８２は、四角柱部２８２ａの延在方向（四角錐底面と連なる稜線）が平行光の進行方向と一致するとともに、四角錐部２８２ｂの頂点が平行光の中心と一致するように配置される。そのため、四角柱部２８２ａの底面から分岐光学素子２８２の内部に入射した平行光は、四角錐部２８２ｂの頂点に連なる４つの側面から均等に所定の角度で分岐して出射する。分岐光学素子２８２から分岐して出射した４つの平行光束はそれぞれ、第１～第４の結像レンズ２８３ａ～２８３ｄにより集光されて、第１～第４の撮像部材２６０ａ～２６０ｄの撮像面上に結像する。

　第１～第４の撮像部材２６０ａ～２６０ｄはそれぞれ、第３実施形態の場合と同様に、前述の保持機構２６５ａ～２６５ｄ等によりウェハＷの像に対して互いに画素間隔の１／２だけずれるように（すなわち、撮像の際に互いに不感領域を補完するように）配置されており、撮像面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２４５に出力する。そして、画像処理部２４５は、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄから入力された画像信号に基づいて、第３実施形態の場合と同様に画素補完を行ったウェハＷの合成画像を生成し、生成したウェハＷの合成画像を用いてウェハＷの表面における欠陥（異常）の有無を検査する。

　このように、第４実施形態によれば、第３実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、第４実施形態では、分岐光学素子２８２を用いているため、レンズ群２５１を透過してから分岐光学素子２８２で分岐して各撮像部材２６０ａ～２６０ｄに達するまでの光学条件が同一となっている。そのため、各撮像部材２６０ａ～２６０ｄで得られる画像は同じ明るさであり、収差が発生しても同様に発生するため、合成された画像も良好な画像となる。また、作製が煩雑なハーフミラーを用いていないため、作製コストを抑えることができる。

　なお、分岐光学素子２８２は低分散の光学素子（例えば、蛍石や石英ガラス、ＥＤガラス等）であるが、光の波長によって出射する角度が僅かに異なる場合がある。その影響をなるべく受けないために、四角錐部２８２ｂの頂角を大きくして、分岐光学素子２８２から出射する光と分岐光学素子２８２に入射する平行光の延長線とのなす角度を小さくすることが好ましい。

　次に、表面検査装置の第５実施形態について図１６を参照しながら説明する。第５実施形態の表面検査装置は、第３実施形態の表面検査装置２０１と比較して、ＤＵＶ撮像装置２５０の構成のみが異なり、他の構成は同様であるため、同一の部材に対し同一の番号を付して、詳細な説明を省略する。第５実施形態におけるＤＵＶ撮像装置２９０は、図１６（ａ）に示すように、レンズ群２５１と、分岐ミラー素子２９２と、４つの結像レンズ２９３ａ～２９３ｄと、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄとを有して構成される。なお、４つの結像レンズ２９３ａ～２９３ｄのうち、第２の結像レンズ２９３ｂおよび第４の結像レンズ２９３ｄは、図１６（ａ）において図示を省略している。また、４つの撮像部材２６０ａ～２６０ｄのうち、第２の撮像部材２６０ｂおよび第４の撮像部材２６０ｄは、図１６（ａ）において図示を省略している。

　第５実施形態においては、第３実施形態の場合と同様に、ウェハＷの表面から出射された回折光は、受光側凹面鏡２３１により集光されてＤＵＶ撮像装置２９０に入射し、レンズ群２５１を透過して平行光となる。レンズ群２５１を透過して得られる平行光（回折光）は、分岐ミラー素子２９２に入射する。分岐ミラー素子２９２は、図１６（ｂ）に示すように、側面と底面とのなす角度が４５度である正四角錐形の基体の側面に、銀等の反***度の高い物質を蒸着等の手法で付着させた光学素子である。また、分岐ミラー素子２９２の側面は、非常に平面度が高く形成されており、反射面の平面度が高くなって、分岐ミラー素子２９２に入射した光を乱すことなく反射させることができる。このような分岐ミラー素子２９２は、底面が分岐ミラー素子２９２に入射する平行光に対して垂直になるとともに、頂点が平行光の中心と一致するように配置される。そのため、分岐ミラー素子２９２に入射した平行光は、頂点に連なる４つの側面で均等に分岐して入射方向と垂直な方向に反射する。分岐ミラー素子２９２で分岐して反射した４つの平行光束はそれぞれ、第１～第４の結像レンズ２９３ａ～２９３ｄにより集光されて、第１～第４の撮像部材２６０ａ～２６０ｄの撮像面上に結像する。

　このように、第５実施形態によれば、第３実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、第５実施形態では、分岐ミラー素子２９２を用いているため、レンズ群２５１を透過してから分岐ミラー素子２９２で分岐して各撮像部材２６０ａ～２６０ｄに達するまでの光学条件が同一となっている。そのため、各撮像部材２６０ａ～２６０ｄで得られる画像は同じ明るさであり、収差が発生しても同様に発生するため、合成された画像も良好な画像となる。また、第５実施形態では、ミラーを用いているため、光の波長による影響を受けることなく、レンズ群２５１を透過してから分岐ミラー素子２９２で分岐して各撮像部材２６０ａ～２６０ｄに達するまでの光学条件を同一にすることができる。

　なお、撮像部材としてＣＣＤやＣＭＯＳといった固体撮像素子を用いることができる。上述の第３～第５実施形態では固体撮像素子の不感部分を補うために複数の固体撮像素子を用いている。この固体撮像素子としてはマイクロレンズアレイなどの光学部材を有していても、不感部分を有する撮像部材に適用することができる。また、上述の第３～第５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、適用可能である。

　また、上述の第３～第５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。

　　Ｗ　ウェハ　　　　　　　　　　　　　　　Ｃ　撮像素子
　　１　表面検査装置（第１実施形態）
　１０　ステージ　　　　　　　　　　　　　２０　照明系（照明部）
　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（測定部および補正部）
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（ステージ駆動部）　　
１１３　Ｙステージ（ステージ駆動部）
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（測定部および補正部）
２０１　表面検査装置（第３実施形態）
２１０　ステージ　　　　　　　　　　　　２２０　照明系（照明部）
２３０　受光系（受光光学系）
２４５　画像処理部（検査部）
２５０　ＤＵＶ撮像装置
２５２　第１のビームスプリッタ（分岐部）
２５３　第２のビームスプリッタ（分岐部）
２５４　第３のビームスプリッタ（分岐部）
２５８ａ　第１の結像レンズ（結像部）　　
２５８ｂ　第２の結像レンズ（結像部）
２５８ｃ　第３の結像レンズ（結像部）　　
２５８ｄ　第４の結像レンズ（結像部）
２６０ａ　第１の撮像部材　　　　　　　　２６０ｂ　第２の撮像部材
２６０ｃ　第３の撮像部材　　　　　　　　２６０ｄ　第４の撮像部材
２６１　画素領域
２６１ａ　受光領域（受光部）　　　　　　２６１ｂ　不感領域（不感部）
２６１ｃ　不感領域（不感部）　　　　　　２６１ｄ　不感領域（不感部）
２６５ａ　第１の保持機構（設定部）　　　
２６５ｂ　第２の保持機構（設定部）
２６５ｃ　第３の保持機構（設定部）　　　
２６５ｄ　第４の保持機構（設定部）
２８０　ＤＵＶ撮像装置（第４実施形態）
２８２　分岐光学素子（分岐部）
２８３ａ　第１の結像レンズ（結像部）　　
２８３ｂ　第２の結像レンズ（結像部）
２８３ｃ　第３の結像レンズ（結像部）　　
２８３ｄ　第４の結像レンズ（結像部）
２９０　ＤＵＶ撮像装置（第５実施形態）
２９２　分岐ミラー素子（分岐部）
２９３ａ　第１の結像レンズ（結像部）　　
２９３ｂ　第２の結像レンズ（結像部）
２９３ｃ　第３の結像レンズ（結像部）　　
２９３ｄ　第４の結像レンズ（結像部）

Claims

　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明部と、
　前記紫外光が照射された前記基板の表面からの光を受けて前記基板の表面の像を結像させる受光光学系と、
　前記受光光学系により結像された前記像を撮像する位置に撮像面を有し、前記撮像面に前記像からの光を受光して検出する受光部および前記受光部の周囲に設けられて光を検出しない不感部を有して構成された画素を複数備えてなる撮像素子と、
　前記撮像面に結像した前記像に対する前記撮像素子の相対位置を設定する設定部とを有し、
　前記設定部が、前記画素同士の間隔よりも小さい相対移動量だけずらした複数の相対位置において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位置を設定し、
　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複数の相対位置に応じて並べて合成した合成画像を生成する画像処理部を備えて構成されることを特徴とする表面検査装置。
　前記設定部は、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からなり、
　前記相対移動部が前記画素同士の間隔よりも小さい前記相対移動量で前記相対移動を行いながら、前記複数の相対位置において前記撮像素子が前記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を備え、
　前記画像処理部は、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て前記合成画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
　前記相対移動部は、前記相対移動の前に前記不感部があった位置に前記受光部が位置するように、前記相対移動を行うことを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
　前記相対移動部は、前記ステージを直交する２方向に移動させるステージ駆動部を有し、
　前記制御部は、前記相対移動量から前記受光光学系の結像倍率に応じて換算した前記ステージの移動量が得られるように、前記ステージ駆動部の作動を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の表面検査装置。
　前記撮像素子により撮像された前記複数の画像に基づいて、実際の前記相対移動具合を測定する測定部と、
　前記測定部により測定された実際の前記相対移動具合と目標とする前記相対移動具合との差が無くなるように、前記制御部による前記相対移動部の制御量を補正する補正部とを備えることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の表面検査装置。
　前記測定部は、前記複数の画像を画像処理することによって、前記画素同士の間隔よりも小さい精度で前記相対移動具合を測定することを特徴とする請求項５に記載の表面検査装置。
　前記測定部は、前記画像において複数の参照領域を設定し、前記複数の画像における前記複数の参照領域の位置をそれぞれ求めることにより、実際の前記相対移動具合を測定することを特徴とする請求項５または６に記載の表面検査装置。
　前記撮像素子が複数備えられ、
　前記受光光学系が前記複数の撮像素子の撮像面にそれぞれ前記像を結像させるように構成されており、
　前記複数の撮像素子は、前記設定部により前記撮像の際に前記不感部を互いに補完するようにそれぞれ前記複数の相対位置に対応して配置され、前記対応する相対位置においてそれぞれ前記像を撮像し、
　前記画像処理部は、前記複数の撮像素子によりそれぞれ撮像された前記複数の画像から前記合成画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
　前記複数の撮像素子のうち一の撮像素子における前記受光部は、他の撮像素子において前記不感部に達した前記像からの光を受光して検出することを特徴とする請求項８に記載の表面検査装置。
　前記受光光学系は、前記紫外光が照射された前記基板の表面からの光を複数の光束に分岐させる分岐部と、前記複数の光束をそれぞれ前記複数の撮像素子の撮像面に導いて前記複数の前記像を結像させる結像部とを有していることを特徴とする請求項８または９に記載の表面検査装置。
　前記複数の撮像素子が４つの撮像素子であることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の表面検査装置。
　前記画像処理部により生成された前記合成画像に基づいて前記基板の表面の検査を行う検査部を備えて構成されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の表面検査装置。