特開 2024-170790 観察装置、観察方法および基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024170790

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】観察装置、観察方法および基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20241204BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20241204BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

G01N21/956 A

H01L21/304 601B

H01L21/66 P

H01L21/304 648G

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087513

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100105935

【弁理士】

【氏名又は名称】振角 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100136836

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 一正

(72)【発明者】

【氏名】菱谷 大輔

【テーマコード（参考）】

2G051

4M106

5F057

5F157

【Ｆターム（参考）】

2G051AA51

2G051AB02

2G051BA01

2G051BA08

2G051BB07

2G051BB11

2G051BB17

2G051BC01

2G051CA04

2G051CB01

2G051CB05

2G051CC11

2G051DA03

2G051DA08

2G051EA17

4M106AA01

4M106DB04

4M106DB07

4M106DB12

4M106DB13

4M106DB19

5F057AA19

5F057BA11

5F057CA09

5F057CA27

5F057FA46

5F057GA13

5F057GB02

5F057GB12

5F157AA14

5F157AB02

5F157AB16

5F157AB33

5F157AB49

5F157AB90

5F157BB22

5F157BB45

5F157CF32

5F157CF90

5F157DC01

(57)【要約】

【課題】半導体ウエハの周縁部などの被観察部を良好に撮像することができる観察装置、観察方法、ならびに当該観察装置を装備する基板処理装置を提供する。
【解決手段】この発明は、一次照明光を前記被観察部の近傍に照射する照明光学系と、前記被観察部の近傍で前記一次照明光を拡散させる拡散面を有し、前記拡散面で発生する拡散光を二次照明光として前記被観察部を照射して照明するヘッド部と、前記二次照明光により照明された前記被観察部で反射された反射光を受光して前記被観察部を観察する観察光学系と、を備え、前記照明光学系は前記一次照明光の色を被観察部の観察に適した色に調整される。そして、当該一次照明光で観察が行われる。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被観察物の被観察部を観察する観察装置であって、
一次照明光を前記被観察部の近傍に照射する照明光学系と、
前記被観察部の近傍で前記一次照明光を拡散させる拡散面を有し、前記拡散面で発生する拡散光を二次照明光として前記被観察部を照射して照明するヘッド部と、
前記二次照明光により照明された前記被観察部で反射された反射光を受光して前記被観察部を観察する観察光学系と、を備え、
前記照明光学系は前記一次照明光の色を変更可能となっていることを特徴とする観察装置。

【請求項2】

請求項１に記載の観察装置であって、
前記照明光学系は、
入射端および出射端を有するビームホモジナイザと、
前記一次照明光を構成する光ビームを前記ビームホモジナイザの前記入射端に入射する光源部と、
前記ビームホモジナイザの前記出射端を前記拡散面に投影する投影光学部と、
を有し、
前記光源部は、互いに異なる波長特性を有する光ビームを出射する複数の発光素子を有し、前記複数の発光素子の全部または一部から光ビームを出射する、観察装置。

【請求項3】

請求項１に記載の観察装置であって、
前記照明光学系は、
入射端および出射端を有するビームホモジナイザと、
前記一次照明光を構成する光ビームを前記ビームホモジナイザの前記入射端に入射する光源部と、
前記ビームホモジナイザの前記出射端を前記拡散面に投影する投影光学部と、
前記ビームホモジナイザを固定する発光側筐体と、
を有し、
前記発光側筐体は、互いに異なる色の前記一次照明光を出射する複数の前記光源部を選択的に、前記ビームホモジナイザに対向するように、着脱自在可能に構成されている、観察装置。

【請求項4】

請求項１に記載の観察装置であって、
前記照明光学系は、
互いに波長が異なる複数の色成分光を含む光を発生する光源部と、
前記光源部から出射された光が前記拡散面に進む経路に対して出退自在に設けられた光学フィルタと、を有し、
前記経路に対する前記光学フィルタの出退あるいは透過させる波長特性が異なる前記光学フィルタの交換によって、前記一次照明光の色を変更させる、観察装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか一項に記載の観察装置であって、
前記観察光学系は、前記反射光を受光して前記被観察部の像を取得するモノクロカメラである、観察装置。

【請求項6】

被観察物の被観察部を観察する観察装置であって、
互いに波長が異なる複数の色成分光を含む一次照明光を前記被観察部の近傍に照射する照明光学系と、
前記被観察部の近傍で前記一次照明光を拡散させる拡散面を有し、前記拡散面で発生する拡散光を二次照明光として前記被観察部を照射して照明するヘッド部と、
前記二次照明光により照明された前記被観察部で反射された反射光に含まれる前記複数の色成分光をそれぞれ複数の受光素子で受光するカラーカメラを有する観察光学系と、を備え、
前記観察光学系は、前記複数の受光素子の全てまたは一部を用いることで、互いに異なる色で前記被観察部を観察可能となっていることを特徴とする観察装置。

【請求項7】

請求項６に記載の観察装置であって、
前記カラーカメラは、３ＣＣＤカメラである、観察装置。

【請求項8】

被観察物の被観察部を観察する観察方法であって、
前記被観察部の近傍に位置決めされたヘッド部の拡散面に一次照明光を照射することで、前記拡散面で発生する拡散光を二次照明光として前記被観察部を照射して照明する照明工程と、
前記二次照明光により照明された前記被観察部で反射された反射光を受光して前記被観察部を観察する観察工程と、を備え、
前記照明工程は、前記一次照明光の色を変更することで、前記観察工程により観察される前記被観察部の像のコントラストを調整する工程を含むことを特徴とする観察方法。

【請求項9】

被観察物の被観察部を観察する観察方法であって、
前記被観察部の近傍に位置決めされたヘッド部の拡散面に一次照明光を照射することで、前記拡散面で発生する拡散光を二次照明光として前記被観察部を照射して照明する照明工程と、
前記二次照明光により照明された前記被観察部で反射された反射光を受光して前記被観察部を観察する観察工程と、を備え、
前記一次照明光は互いに波長が異なる複数の色成分光を含んでおり、
前記観察工程は、
前記反射光に含まれる前記複数の色成分光をそれぞれ複数の受光素子で受光する工程と、
前記複数の受光素子の全てまたは一部を用いることで、観察される像のコントラストを調整する工程と、を含むことを特徴とする観察方法。

【請求項10】

基板を保持して回転させる回転機構と、
前記回転機構により回転される前記基板の周縁部に処理液を供給して前記基板の周縁部を処理する処理機構と、
前記周縁部を処理する前または処理した後に前記周縁部を観察する観察装置と、を備え、
前記観察装置は、
一次照明光を前記周縁部の近傍に照射する照明光学系と、
前記周縁部の近傍で前記一次照明光を拡散させる拡散面を有し、前記拡散面で発生する拡散光を二次照明光として前記周縁部を照射して照明するヘッド部と、
前記二次照明光により照明された前記周縁部で反射された反射光を受光して前記周縁部を観察する観察光学系と、を備え、
前記照明光学系は、
一次照明光を前記周縁部の近傍に照射する照明光学系と、
前記周縁部の近傍で前記一次照明光を拡散させる拡散面を有し、前記拡散面で発生する拡散光を二次照明光として前記周縁部を照射して照明するヘッド部と、
前記二次照明光により照明された前記周縁部で反射された反射光を受光して前記周縁部を観察する観察光学系と、を備え、
前記照明光学系は前記一次照明光の色を変更可能となっている
ことを特徴とする基板処理装置。

【請求項11】

基板を保持して回転させる回転機構と、
前記回転機構により回転される前記基板の周縁部に処理液を供給して前記基板の周縁部を処理する処理機構と、
前記周縁部を処理する前または処理した後に前記周縁部を観察する観察装置と、を備え、
前記観察装置は、
互いに波長が異なる複数の色成分光を含む一次照明光を前記周縁部の近傍に照射する照明光学系と、
前記周縁部の近傍で前記一次照明光を拡散させる拡散面を有し、前記拡散面で発生する拡散光を二次照明光として前記周縁部を照射して照明するヘッド部と、
前記二次照明光により照明された前記周縁部で反射された反射光に含まれる前記複数の色成分光をそれぞれ複数の受光素子で受光するカラーカメラを有する観察光学系と、を備え、
前記カラーカメラは、前記複数の受光素子の全てまたは一部を用いることで、互いに異なる色で前記周縁部を観察することを特徴とする基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、半導体ウエハなどの被観察物を観察する観察技術、特に半導体ウエハの周縁部などの被観察部の観察に適した観察技術、ならびに当該観察技術を利用する基板処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハなどの被観察物の周縁部に対して種々の処理を施す処理システムが知られている。例えば特許文献１では、基板に塗布材が塗り広げられた後で、基板のベベル部が洗浄される。また、ベベル洗浄工程後に、ベベル部の表面状態を観察してベベル部における塗布材の有無を判定する検査工程が実行される。この検査工程は、ベベル洗浄工程を実行する装置とは異なる装置で実行される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１３９４９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載のシステムでは、ベベル洗浄工程を実行する基板処理装置と、検査工程を実行する検査装置とが相互に分離されている。このため、基板処理装置での不良発生時と検査装置での不良発見に時間差が生じる。これが、歩留まり低下の要因となることがあった。

【0005】

そこで、上記問題を解消するために、基板処理装置に観察装置を組み込むことが考えられる。しかしながら、観察装置は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラを基板の周縁部に配置し、当該カメラにより基板の周縁部を観察する。また、ベベル部の表面状態を検査する場合、様々な方向からベベル部を観察するためのカメラと、カメラに対応して様々な方向からベベル部を照明するための光源が必要となる。つまり、従来の観察装置では、基板の周縁部近傍に配置する構成要素は比較的大きく、基板処理装置への観察装置の組込は困難であった。

【0006】

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体ウエハの周縁部などの被観察部を良好に観察することができる観察装置、観察方法、ならびに当該観察装置を装備する基板処理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】

【0007】

この発明の第１の態様は、被観察物の被観察部を観察する観察装置であって、一次照明光を被観察部の近傍に照射する照明光学系と、被観察部の近傍で一次照明光を拡散させる拡散面を有し、拡散面で発生する拡散光を二次照明光として被観察部を照射して照明するヘッド部と、二次照明光により照明された被観察部で反射された反射光を受光して被観察部を観察する観察光学系と、を備え、照明光学系は一次照明光の色を変更可能となっていることを特徴としている。

【0008】

この発明の第２の態様は、被観察物の被観察部を観察する観察装置であって、互いに波長が異なる複数の色成分光を含む一次照明光を被観察部の近傍に照射する照明光学系と、被観察部の近傍で一次照明光を拡散させる拡散面を有し、拡散面で発生する拡散光を二次照明光として被観察部を照射して照明するヘッド部と、二次照明光により照明された被観察部で反射された反射光に含まれる複数の色成分光をそれぞれ複数の受光素子で受光するカラーカメラを有する観察光学系と、を備え、観察光学系は、複数の受光素子の全てまたは一部を用いることで、互いに異なる色で被観察部を観察可能となっていることを特徴としている。

【0009】

この発明の第３の態様は、被観察物の被観察部を観察する観察方法であって、被観察部の近傍に位置決めされたヘッド部の拡散面に一次照明光を照射することで、拡散面で発生する拡散光を二次照明光として被観察部を照射して照明する照明工程と、二次照明光により照明された被観察部で反射された反射光を受光して被観察部を観察する観察工程と、を備え、照明工程は、一次照明光の色を変更することで、観察工程により観察される被観察部の像のコントラストを調整する工程を含むことを特徴としている。

【0010】

この発明の第４の態様は、被観察物の被観察部を観察する観察方法であって、被観察部の近傍に位置決めされたヘッド部の拡散面に一次照明光を照射することで、拡散面で発生する拡散光を二次照明光として被観察部を照射して照明する照明工程と、二次照明光により照明された被観察部で反射された反射光を受光して被観察部を観察する観察工程と、を備え、一次照明光は互いに波長が異なる複数の色成分光を含んでおり、観察工程は、反射光に含まれる複数の色成分光をそれぞれ複数の受光素子で受光する工程と、複数の受光素子の全てまたは一部を用いることで、観察される像のコントラストを調整する工程と、を含むことを特徴としている。

【0011】

この発明の第５の態様は、基板処理装置であって、基板を保持して回転させる回転機構と、回転機構により回転される基板の周縁部に処理液を供給して基板の周縁部を処理する処理機構と、周縁部を処理する前または処理した後に周縁部を観察する観察装置と、を備え、観察装置は、一次照明光を周縁部の近傍に照射する照明光学系と、周縁部の近傍で一次照明光を拡散させる拡散面を有し、拡散面で発生する拡散光を二次照明光として周縁部を照射して照明するヘッド部と、二次照明光により照明された周縁部で反射された反射光を受光して周縁部を観察する観察光学系と、を備え、照明光学系は、一次照明光を周縁部の近傍に照射する照明光学系と、周縁部の近傍で一次照明光を拡散させる拡散面を有し、拡散面で発生する拡散光を二次照明光として周縁部を照射して照明するヘッド部と、二次照明光により照明された周縁部で反射された反射光を受光して周縁部を観察する観察光学系と、を備え、照明光学系は一次照明光の色を変更可能となっていることを特徴としている。

【0012】

この発明の第６の態様は、基板処理装置であって、基板を保持して回転させる回転機構と、回転機構により回転される基板の周縁部に処理液を供給して基板の周縁部を処理する処理機構と、周縁部を処理する前または処理した後に周縁部を観察する観察装置と、を備え、観察装置は、互いに波長が異なる複数の色成分光を含む一次照明光を周縁部の近傍に照射する照明光学系と、周縁部の近傍で一次照明光を拡散させる拡散面を有し、拡散面で発生する拡散光を二次照明光として周縁部を照射して照明するヘッド部と、二次照明光により照明された周縁部で反射された反射光に含まれる複数の色成分光をそれぞれ複数の受光素子で受光するカラーカメラを有する観察光学系と、を備え、カラーカメラは、複数の受光素子の全てまたは一部を用いることで、互いに異なる色で周縁部を観察することを特徴としている。

【0013】

このように構成された発明では、ヘッド部が被観察部の近傍に位置決めされる。そして、ヘッド部の拡散面に一次照明光が照射されることで、拡散面で発生した拡散光が二次照明光として被観察部を照射される。こうして拡散光で照明された被観察部では、拡散光の一部が反射される。そして、反射光が観察光学系に入射され、被観察部が観察される。

【0014】

ここで、被観察部を良好に観察するための要件のひとつがＳＮ比である。例えば被観察部に２種類の膜が含まれる場合、観察時に得られる被観察部の像が十分なコントラストを有しないと、膜の境界を特定することが困難となる。また、被観察部に欠陥が含まれる場合、欠陥とその周囲との区別が難しく、欠陥を見落とす可能性がある。したがって、観察に適したコントラスを得るための技術が要望される。

【発明の効果】

【0015】

この発明によれば、被観察物の被観察部を良好に観察することができる観察装置が得られる。また、この観察装置を用いることで、基板処理装置への組み込みも容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る基板処理装置の一実施形態を装備する基板処理システムを示す図である。

【図2】基板処理装置の構成を概略的に示す図である。

【図3】基板処理装置の一部を上方から見た平面図である。

【図4】撮像対象となる基板の周縁部の形状を例示する図である。

【図5】図２および図３に示す基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図6】撮像機構のヘッド部を示す斜視図である。

【図7】上面撮像に寄与する光の進み方を模式的に示す図である。

【図8】側面撮像に寄与する光の進み方を模式的に示す図である。

【図9】撮像部により撮像される基板の周縁部の画像を模式的に示す図である。

【図10】本発明に係る基板処理装置に装備された照明光学系の一例を示す図である。

【図11】発光素子の駆動回路の一例を示す図である。

【図12】発光素子の発光パターンならびに各発光パターンで観察される画像および明るさを示す画素数の分布を模式的に示す図である。

【図13】発光素子の駆動回路の他の例を示す図である。

【図14】３種類の色成分を組み合わせた観察パターンならびに各発光パターンで観察される画像および明るさを示す画素数の分布を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は本発明に係る基板処理装置の一実施形態を装備する基板処理システムを示す図である。基板処理システム２００は、基板Ｓに対して処理を施す基板処理部２１０と、この基板処理部２１０に結合されたインデクサ部２２０とを備えている。インデクサ部２２０は、基板Ｓを収容するための容器Ｃ（複数の基板Ｓを密閉した状態で収容するＦＯＵＰ（Front Opening UnifiedPod）、ＳＭＩＦ（Standard
Mechanical Interface）ポッド、ＯＣ（Open Cassette）など）を複数個保持することができる容器保持部２２１と、この容器保持部２２１に保持された容器Ｃにアクセスして、未処理の基板Ｓを容器Ｃから取り出したり、処理済みの基板Ｓを容器Ｃに収納したりするためのインデクサロボット２２２を備えている。各容器Ｃには、複数枚の基板Ｓがほぼ水平な姿勢で収容されている。

【0018】

本明細書では、基板Ｓの両主面のうちパターンが形成されているパターン形成面（一方主面）を「表面」と称し、その反対側のパターンが形成されていない他方主面を「裏面」と称する。また、下方に向けられた面を「下面」と称し、上方に向けられた面を「上面」と称する。また、本明細書において「パターン形成面」とは、基板において、任意の領域に凹凸パターンが形成されている面を意味する。

【0019】

インデクサロボット２２２は、装置筐体に固定されたベース部２２２ａと、ベース部２２２ａに対し鉛直軸まわりに回動可能に設けられた多関節アーム２２２ｂと、多関節アーム２２２ｂの先端に取り付けられたハンド２２２ｃとを備える。ハンド２２２ｃはその上面に基板Ｓを載置して保持することができる構造となっている。このような多関節アームおよび基板保持用のハンドを有するインデクサロボットは公知であるので詳しい説明を省略する。

【0020】

基板処理部２１０は、平面視においてほぼ中央に配置された基板搬送ロボット２１１と、この基板搬送ロボット２１１を取り囲むように配置された複数の処理ユニット１とを備えている。具体的には、基板搬送ロボット２１１が配置された空間に面して複数の処理ユニット１が配置されている。処理ユニット１の主要構成は処理チャンバ１００の内部に設置されている。これらの処理ユニット１に対して基板搬送ロボット２１１は適時アクセスして基板Ｓを受け渡す。一方、各処理ユニット１は基板Ｓに対して所定の処理を実行する。本実施形態では、これらの処理ユニット１の一つが本発明に係る基板処理装置に相当している。

【0021】

図２は基板処理装置の構成を概略的に示す図である。図３は基板処理装置の一部を上方から見た平面図である。図４は撮像対象となる基板の周縁部の形状を例示する図である。図５は図２および図３に示す基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。図２、図３および以下に参照する各図では、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、各図には方向関係を明確にするため、Ｚ軸を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とする座標系を適宜付している。

【0022】

基板処理装置（処理ユニット）１は、回転機構２、飛散防止機構３、処理機構４、周縁加熱機構５および撮像機構６を備えている。これら各部２～６は、処理チャンバ１００の内部空間１０１に収容された状態で、装置全体を制御する制御ユニット９と電気的に接続されている。そして、各部２～６は、制御ユニット９からの指示に応じて動作する。

【0023】

制御ユニット９としては、例えば、一般的なコンピュータと同様のものを採用できる。すなわち、制御ユニット９においては、プログラムに記述された手順に従って演算処理部９１としてのＣＰＵが演算処理を行うことにより、基板処理装置１の各部を制御する。これによって、基板処理装置１は、処理チャンバ内で基板Ｓの上面の周縁部に処理液を供給してベベルエッチング処理を実行する。なお、制御ユニット９の詳しい構成および動作については、後で詳述する。また、本実施形態では、各基板処理装置１に対して制御ユニット９を設けているが、１台の制御ユニットにより複数の基板処理装置１を制御するように構成してもよい。また、基板処理システム２００全体を制御する制御ユニット（図示省略）により基板処理装置１を制御するように構成してもよい。

【0024】

回転機構２は、基板Ｓを、その表面を上方に向けた状態で、略水平姿勢に保持しつつ回転方向ＡＲ１（図３）に回転させる。回転機構２は、基板Ｓの主面中心を通る鉛直な回転軸ＡＸまわりに回転させる。回転機構２は、基板Ｓより小さい円板状の部材であるスピンチャック２１を備えている。スピンチャック２１は、その上面が略水平となり、その中心軸が回転軸ＡＸに一致するように設けられている。スピンチャック２１の下面には、回転軸部２２が連結されている。回転軸部２２は、その軸線を回転軸ＡＸと一致させた状態で、鉛直方向に延設されている。また、回転軸部２２には、回転駆動部（例えば、モータ）２３が接続されている。回転駆動部２３は、制御ユニット９からの回転指令に応じて回転軸部２２をその軸線周りに回転駆動する。したがって、スピンチャック２１は、回転軸部２２とともに回転軸ＡＸまわりに回転可能である。回転駆動部２３と回転軸部２２とは、スピンチャック２１を回転軸ＡＸ中心に回転させる機能を担っている。

【0025】

スピンチャック２１の中央部には、図示省略の貫通孔が設けられており、回転軸部２２の内部空間と連通している。内部空間には、バルブ（図示省略）が介装された配管を介してポンプ２４（図５）が接続されている。ポンプ２４およびバルブは、制御ユニット９に電気的に接続されており、制御ユニット９からの指令に応じて動作する。これによって、負圧と正圧とが選択的にスピンチャック２１に付与される。例えば基板Ｓがスピンチャック２１の上面に略水平姿勢で置かれた状態でポンプ２４が負圧をスピンチャック２１に付与すると、スピンチャック２１は基板Ｓを下方から吸着保持する。一方、ポンプ２４が正圧をスピンチャック２１に付与すると、基板Ｓはスピンチャック２１の上面から取り外し可能となる。また、ポンプ２４の吸引を停止すると、スピンチャック２１の上面上で基板Ｓは水平移動可能となる。

【0026】

飛散防止機構３は、図２と図３に示すように、スピンチャック２１に保持された基板Ｓの外周を囲むように設けられた概略筒状のカップ３１と、カップ３１の外周部の下方に設けられた液受け部３２とを有している。制御ユニット９からの制御指令に応じてガード駆動部３３（図５）が作動することで、カップ３１が昇降する。カップ３１が下方位置に位置決めされると、図２に示すように、カップ３１の上端部はスピンチャック２１に保持された基板Ｓの周縁部Ｓｓよりも下方に位置する。逆に、カップ３１が上方位置に位置決めされると、カップ３１の上端部は基板Ｓの周縁部Ｓｓよりも上方に位置する。

【0027】

カップ３１が下方位置にあるときには、図２に示すように、スピンチャック２１に保持される基板Ｓがカップ３１外に露出した状態になっている。このため、例えばスピンチャック２１への基板Ｓの搬入および搬出時にカップ３１が障害となることが防止される。

【0028】

一方、カップ３１が上方位置にあるときには、カップ３１の内周面はスピンチャック２１に保持される基板Ｓの外周を取り囲む。これにより、後述するベベルエッチング処理時に基板Ｓの周縁部Ｓｓから振り切られる処理液の液滴が処理チャンバ１００内に飛散するのを防止することができる。また、処理液を確実に回収することが可能となる。すなわち、基板Ｓが回転することで基板Ｓの周縁部Ｓｓから振り切られる処理液の液滴はカップ３１の内周面に付着して下方へ流下し、カップ３１の下方に配置された液受け部３２により集められて回収される。

【0029】

処理機構４は、ベース４１と、回動支軸４２と、アーム４３と、処理液ノズル４４とを有している。ベース４１は処理チャンバ１００に固定されている。このベース４１に対し、回動支軸４２が回動自在に設けられている。回動支軸４２からアーム４３が水平に伸びており、その先端に処理液ノズル４４が取り付けられている。回動支軸４２が制御ユニット９からの制御指令に応じて回動することによりアーム４３が揺動し、アーム４３先端の処理液ノズル４４が、基板Ｓの上方から側方へ退避した退避位置と、基板Ｓの周縁部上方の処理位置との間を移動する。図３において２点鎖線により示されるノズル４４は退避位置にある状態を、実線により示されるノズル４４は処理位置にある状態を、それぞれ示している。

【0030】

処理液ノズル４４は処理液供給部４５（図５）に接続されている。そして、制御ユニット９からの供給指令に応じて処理液供給部４５が処理液を処理液ノズル４４に向けて供給すると、処理液ノズル４４から処理開始位置Ｐｓに向けて処理液が吐出される。この処理開始位置Ｐｓは、基板Ｓの周縁部Ｓｓが移動する経路上の１点である。したがって、処理液ノズル４４が処理液を吐出しつつスピンチャック２１が回転することで、基板Ｓの周縁部Ｓｓの各部は処理開始位置Ｐｓを通過する間に処理液の供給を受ける。その結果、基板Ｓの周縁部Ｓｓ全体に対し、処理液によるベベルエッチング処理が実行される。

【0031】

周縁加熱機構５は環状のヒーター５１を備えている。ヒーター５１は、基板Ｓの下面周縁部に沿って基板Ｓの周方向に延在された発熱体を内蔵している。このヒーター５１に対して制御ユニット９から加熱指令が与えられると、発熱体から放出される熱によって基板Ｓの周縁部Ｓｓが下方から加熱される。それによって、周縁部Ｓｓの温度がベベルエッチング処理に適した値に昇温される。

【0032】

撮像機構６は、ベース６Ａと、回動支軸６Ｂと、アーム６Ｃと、ヘッド駆動部６Ｄと、照明光学系６Ｅと、観察光学系６Ｆと、ヘッド部６Ｇと、を有している。ベース６Ａは処理チャンバ１００に固定されている。このベース６Ａに対し、回動支軸６Ｂが回動自在に設けられている。回動支軸６Ｂからアーム６Ｃが水平に伸びており、その先端にヘッド部６Ｇが取り付けられている。そして、アーム６Ｃを駆動するヘッド駆動部６Ｄ（図５）に対して制御ユニット９から制御指令が与えられると、当該指令に応じてヘッド駆動部６Ｄは図３中の１点鎖線で示すようにアーム６Ｃを揺動する。これによって、アーム６Ｃ先端に取り付けられたヘッド部６Ｇが、基板Ｓの上方から側方へ退避した退避位置Ｐ１と、基板Ｓの周縁部Ｓｓを撮像する撮像位置Ｐ２との間で往復移動する。図３において実線により示されるヘッド部６Ｇは退避位置にある状態を、一点鎖線により示されるヘッド部６Ｇは撮像位置にある状態を、それぞれ示している。撮像位置Ｐ２では、ヘッド部６Ｇは基板Ｓの（－Ｙ）側端部に近接して配置される。

【0033】

図３に示すように、撮像位置Ｐ２からＸ方向に離間した離間位置Ｐ３に照明光学系６Ｅおよび観察光学系６Ｆが設けられている。この離間位置Ｐ３は、基板Ｓやカップ３１などのベベルエッチング処理を行う各部（回転機構２、飛散防止機構３、処理機構４、周縁加熱機構５）から離間している。照明光学系６Ｅは、カップ３１の外側から撮像位置Ｐ２に向けて照明光Ｌ１を照射する。このとき、カップ３１は下方位置に位置決めされるとともに、ヘッド部６Ｇが撮像位置Ｐ２に位置決めされており、照明光Ｌ１がヘッド部６Ｇに入射する。この照明光Ｌ１はヘッド部６Ｇで拡散反射される。こうして発生する拡散光で基板Ｓの周縁部Ｓｓは照明される。そして、基板Ｓの周縁部Ｓｓで反射された反射光Ｌ２がさらにヘッド部６Ｇで反射される。反射光Ｌ２はヘッド部６Ｇから離間位置Ｐ３に向けて導光され、観察光学系６Ｆに入射される。これによって、観察光学系６Ｆは基板Ｓの周縁部Ｓｓの像を取得し、その画像データを制御ユニット９に送る。

【0034】

ここで、本実施形態において撮像対象となる基板Ｓの周縁部Ｓｓについて、図４を参照して説明する。図４に示すように、半導体ウエハなどの基板Ｓでは、その周縁部に傾斜面を有するベベル部が形成されたものがある。ここでいう「ベベル部」とは、基板Ｓの周縁部Ｓｓのうち、基板Ｓが水平姿勢にあるときに表面が水平面に対し傾いた状態にある領域の全体を指すものとする。

【0035】

ベベル部の断面形状および寸法については、図に点線で示す最大寸法Ｄｍａｘと破線で示す最小寸法Ｄｍｉｎとが標準規格として規定され、これらの間に収まっている限りにおいては比較的高い自由度が与えられているのが一般的である。ベベル部の断面は、図４に示すように傾きの異なる複数の面で構成されるケースが多いが、湾曲面で構成されるケースもある。

【0036】

以下において必要な場合には、基板Ｓの周縁部Ｓｓのうち基板Ｓの上面と同一平面である部分を「Ａ面」と称して符号Ｓａを付し、基板Ｓの端面を「Ｃ面」と称して符号Ｓｃを付す。そして、Ａ面ＳａとＣ面Ｓｃとを接続する傾斜面を「Ｂ面」と称し符号Ｓｂを付す。また、基板Ｓの下面と同一平面である部分を「Ｅ面」と称して符号Ｓｅを付し、Ｃ面ＳｃとＥ面Ｓｅとを接続する傾斜面を「Ｄ面」と称し符号Ｓｄを付す。本明細書における「周縁部Ｓｓ」は、これらの各面を包括的に含む概念である。

【0037】

上記したように、ヘッド部６Ｇは、照明光学系６Ｅからの照明光Ｌ１を受けて拡散光を発生させ、当該拡散光により基板Ｓの周縁部Ｓｓを照明する拡散照明機能と、周縁部Ｓｓで反射された反射光Ｌ２を観察光学系６Ｆに導くガイド機能とを兼ね備えている。以下、ヘッド部６Ｇの構成および動作を図６ないし図９を参照しつつ説明する。その後で、照明光学系６Ｅの構成および動作について詳述する。

【0038】

図６は撮像機構のヘッド部を示す斜視図である。より具体的には、図６（ａ）はヘッド部６Ｇが撮像位置Ｐ２に配置された状態を表す図であり、これから基板Ｓを取り除いた状態を表すのが図６（ｂ）である。ヘッド部６Ｇは、拡散面６１０を有する拡散照明部６１と、それぞれ拡散面６１１で囲まれた３枚のミラー部材６２ａ～６２ｃで構成されるガイド部６２と、拡散照明部６１を保持する保持部６３とを有している。図６では、拡散照明部６１との区別のために、保持部６３に該当する領域にドットを付している。

【0039】

拡散照明部６１は、白色の樹脂、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：polytetrafluoroethylene）で構成されている。拡散照明部６１は、ＹＺ平面に略平行なプレート形状を有しており、（＋Ｙ）方向側の端部に切欠部６１１が形成されている。この切欠部６１１は、（＋Ｘ）方向側から見てＵ字を時計方向に９０゜回転させた形状を有している。

【0040】

拡散照明部６１では、切欠部６１１に沿って傾斜面６１０が設けられている。傾斜面６１０は、上下方向および（－Ｙ）方向から切欠部６１１を取り囲むように設けられ、切欠部６１１に近づくにしたがって（－Ｘ）方向に傾斜するように仕上げられたテーパー面である。その表面は入射光を拡散反射させるように仕上げられており、後述するように、照明光を拡散反射させて基板Ｓの周縁部Ｓｓに入射させる拡散面６１０として機能する。

【0041】

拡散面６１０に取り囲まれるように、ミラー部材６２ａ～６２ｃが取り付けられている。より具体的には、拡散面６１０のうち、切欠部６１１の鉛直上方に当たる位置には第１のミラー部材６２ａが、切欠部６１１の（－Ｙ）側には第２のミラー部材６２ｂが、切欠部６１１の鉛直下方に当たる位置には第３のミラー部材６２ｃが、それぞれ取り付けられている。なお、本実施形態では、耐薬性や耐熱性などを考慮して、ミラー部材６２ａ～６２ｃはＳｉ（シリコン）で構成されている。

【0042】

一方、保持部６３は、薬液および熱に対する耐性の高い樹脂、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン：polyetheretherketone）で構成され、外形が概ね拡散照明部６１と同等に形成されたプレート状部材である。保持部６３は、拡散照明部６１の背面、つまり（－Ｘ）側主面に結合されてバックアップ部材として機能する。また、保持部６３はアーム６Ｃに結合されている。したがって、アーム６Ｃの揺動により、拡散照明部６１と保持部６３とが一体的に、退避位置Ｐ１と撮像位置Ｐ２との間を移動する。

【0043】

図６（ａ）に示すように、ヘッド部６Ｇが撮像位置Ｐ２にあり、かつ基板Ｓがスピンチャック２１により保持されているとき、基板Ｓの周縁部Ｓｓが切欠部６１１の間に入り込む位置関係となる。切欠部６１１を（＋Ｘ）側から（－Ｘ）方向に見たとき、第１のミラー部材６２ａには、基板周縁部Ｓｓのうち上方から見たときに見える部分、つまりＡ面ＳａおよびＢ面Ｓｂの像が映り込む。同様に、第２のミラー部材６２ｂには、基板周縁部Ｓｓのうち側方から見たときに見える部分、つまりＢ面Ｓｂ、Ｃ面ＳｃおよびＤ面Ｓｄの像が映り込む。また、第３のミラー部材６２ｃには、基板周縁部Ｓｓのうち下方から見たときに見える部分、つまりＤ面ＳｄおよびＥ面Ｓｅの像が映り込む。

【0044】

詳しくは後述するが、観察光学系６Ｆは、（＋Ｘ）側から３つのミラー部材６２ａ～６２ｃの全てを見込むように設定された撮像視野で撮像を行う。これにより、ミラー部材６２ａ～６２ｃのそれぞれに映り込んだ基板Ｓの像が１つの画像内に取り込まれる。すなわち、観察光学系６Ｆは、基板ＳｓのＡ面Ｓａ、Ｂ面Ｓｂ、Ｃ面Ｓｃ、Ｄ面Ｓｄ、Ｅ面Ｓｅの全てを１つの画像に一括して撮像することができる。基板Ｓの回転に伴い複数回撮像を行うことで、周縁部Ｓｓのうち周方向に沿って互いに位置の異なる複数の領域の画像を取得することができる。

【0045】

以下の説明では、第１のミラー部材６２ａに映り込んだ基板ＳのＡ面ＳａおよびＢ面Ｓｂの像を撮像することを「上面撮像」と称する。また、第２のミラー部材６２ｂに映り込んだ基板ＳのＢ面Ｓｂ、Ｃ面ＳｃおよびＤ面Ｓｄの像を撮像することを「側面撮像」と称する。また、第３のミラー部材６２ｃに映り込んだ基板ＳのＤ面ＳｄおよびＥ面Ｓｅの像を撮像することを「下面撮像」と称する。

【0046】

図７は上面撮像に寄与する光の進み方を模式的に示す図である。より具体的には、図７（ａ）はヘッド部６Ｇに入射し反射される光の進路を示す斜視図であり、図７（ｂ）はその垂直切断面における断面図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に実線矢印で示すように、基板Ｓの上面側に沿って（－Ｘ）方向に進む照明光Ｌ１ａは、ヘッド部６Ｇの拡散面６１０に入射する。拡散面６１０のうち特に切欠部６１１の上方に位置する上方拡散面６１ａに入射し拡散反射された光が種々の方向から基板Ｓの上面に入射することで、基板周縁部Ｓｓが照明される。

【0047】

点線矢印で示すように、基板Ｓで反射された反射光は種々の方向へ進み得るが、このうちミラー部材６２ａに入射し、かつミラー部材６２ａで反射されて（＋Ｘ）方向に進む光Ｌ２ａが、その光路上に配置された観察光学系６Ｆに入射する。この光を受光することで、基板Ｓの上面側から見た周縁部Ｓｓを撮像する「上面撮像」が実現される。

【0048】

図７（ｂ）に示すように、基板Ｓの下面側でも上面側と同様の現象が生じる。すなわち、ヘッド部６Ｇは上下対称な構造を有しており、基板Ｓの下面側に沿って（－Ｘ）方向に進む照明光Ｌ１ｃは、拡散面６１０のうち特に切欠部６１１の下方に位置する下方拡散面６１ｃに入射し拡散反射されて、基板Ｓの下面を照明する。このとき基板Ｓおよびミラー部材６２ｃで反射され（＋Ｘ）方向へ向かう反射光Ｌ２ｃを受光することで、基板Ｓの下面側から見た周縁部Ｓｓを撮像する「下面撮像」が実現される。

【0049】

図８は側面撮像に寄与する光の進み方を模式的に示す図である。より具体的には、図８（ａ）はヘッド部６Ｇに入射し反射される光の進路を示す斜視図であり、図８（ｂ）はその水平切断面における断面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に実線矢印で示すように、基板Ｓの側方を（－Ｘ）方向に進む照明光Ｌ１ｂは、ヘッド部６Ｇの拡散面６１０に入射し、そのうち特に切欠部６１１の側方に位置する側方拡散面６１ｂで拡散反射される。この光が種々の方向から基板Ｓの側面に入射することで、基板周縁部Ｓｓが照明される。

【0050】

そして、点線矢印で示される基板Ｓからの反射光のうち、ミラー部材６２ｂで反射されて（＋Ｘ）方向に進む光Ｌ２ｂが、その光路上に配置された観察光学系６Ｆに入射する。これにより、基板Ｓの側方から見た周縁部Ｓｓを撮像する「側面撮像」が実現される。

【0051】

観察光学系６Ｆは、物体側テレセントリックレンズで構成される観察レンズ系と、ＣＭＯＳカメラとを有している。したがって、上記反射光のうち観察レンズ系の光軸に平行な反射光Ｌ２（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ）のみがＣＭＯＳカメラのセンサ面に入射され、基板Ｓの周縁部Ｓｓおよび隣接領域の像がセンサ面上に結像される。こうして観察光学系６Ｆは基板Ｓの周縁部Ｓｓおよび隣接領域を撮像し、例えば図９に示す、上面画像領域Ｍａ、側面画像領域Ｍｂおよび下面画像領域Ｍｃを含む画像Ｉｍを取得する。そして、その画像を示す画像データを観察光学系６Ｆは制御ユニット９に送信する。

【0052】

図９は撮像部により撮像される基板の周縁部の画像を模式的に示す図である。図９（ａ）はヘッド部６Ｇおよび基板Ｓを（＋Ｘ）側から（－Ｘ）方向に見た模式図であり、破線で囲まれた領域ＦＶが観察光学系６Ｆの撮像視野を表している。このように、観察光学系６Ｆの撮像視野ＦＶは、ヘッド部６Ｇのうちミラー部材６２ａ～６２ｃを含むように設定されている。

【0053】

図９（ｂ）は撮像視野ＦＶ内の各ミラー部材６２ａ～６２ｃに映る基板Ｓの像を模式的に示している。図９（ｂ）に示すように、第１のミラー部材６２ａには、基板Ｓの周縁部ＳｓのうちＡ面ＳａとＢ面Ｓｂとの像が映る。また、第２のミラー部材６２ｂには、基板Ｓの周縁部ＳｓのうちＢ面Ｓｂ、Ｃ面ＳｃおよびＤ面Ｓｄの像が映る。また、第３のミラー部材６２ｃには、基板Ｓの周縁部ＳｓのうちＤ面ＳｄとＥ面Ｓｅとの像が映る。観察光学系６Ｆはこれらの像を一括して撮像し１つの画像を取得する。

【0054】

図９（ｃ）は撮像により実際に得られる画像を模式化したものである。上記した構成の撮像機構６では、照明光学系６Ｅからの照明光を拡散面６１０で拡散させることで基板Ｓを照明し、基板Ｓからの反射光の一部を受光することで撮像を行っている。このため、照明光量および受光光量はいずれも十分とは言えない。このような状況で良好に撮像を行うためにカメラの感度を高くする必要があり、その結果、ヘッド部６Ｇの詳細な構造は、いわゆる白飛びによって画像にはほとんど反映されなくなる。

【0055】

そのため、図９（ｃ）に示すように、実際に得られる画像Ｉｍは、切欠部６１１に相当しその内部に非合焦状態で映る基板Ｓの側面の像を含む暗い領域Ｍｄと、上方から見た基板Ｓの周縁部Ｓｓの像に対応する上面画像領域Ｍａと、側方から見た基板Ｓの周縁部Ｓｓの像に対応する側面画像領域Ｍｂと、下方から見た基板Ｓの周縁部Ｓｓの像に対応する下面画像領域Ｍｃとを含んだものとなる。

【0056】

これらの各領域を含む画像Ｉｍを解析することで、周方向における基板Ｓの周縁部の形状やエッチング状況などを示す情報を取得することができる。そして、これらの情報から、スピンチャック２１に載置された基板Ｓの回転軸ＡＸに対する偏心量、基板Ｓの反り量やベベルエッチング結果（エッチング幅）などを検査することができる。

【0057】

そこで、上記のように構成された撮像機構６を装備する基板処理装置１では、制御ユニット９が、装置各部を制御し、（Ａ）ベベルエッチング処理前の基板検査、（Ｂ）アライメント処理、（Ｃ）アライメント処理後のベベルエッチング処理および（Ｄ）ベベルエッチング処理後の基板検査を実行する。この制御ユニット９は、図５に示すように、各種演算処理を行う演算処理部９１、基本プログラムや画像データを記憶する記憶部９２および各種情報を表示するとともに操作者からの入力を受け付ける入力表示部９３を有している。

【0058】

そして、制御ユニット９においては、プログラムに記述された手順にしたがって主制御部としての演算処理部（ＣＰＵ）９１が演算処理を行うことにより、基板処理装置１の各部を以下のように制御する。すなわち、演算処理部９１は、図５に示すように、ヘッド部６Ｇの位置決めを行う位置決め制御部９１１、全周縁画像を取得する全周縁画像取得部９１２、ベベルエッチング処理前の全周縁画像から基板Ｓの偏心量を導出する偏心量導出部９１３、ベベルエッチング処理前の全周縁画像から基板Ｓの反り量を導出する反り量導出部９１４、ベベルエッチング処理後の全周縁画像からエッチング幅を導出するエッチング幅導出部９１５、および全周縁画像を画像処理して得られる残渣強調画像から残渣を分析する残渣分析部９１６として機能する。

【0059】

なお、図５中の符号７は上記偏心量だけ基板Ｓを移動させて回転軸ＡＸに対する基板Ｓの偏心を補正する偏心補正機構である。偏心補正機構については、従来周知のものを使用することができるため、ここでは偏心補正機構７の詳しい構成については説明を省略する。

【0060】

ところで、上記撮像機構６の照明光学系６Ｅは、照明光Ｌ１を一次照明光として拡散面６１０を含む領域ＦＶ（図９（ａ）参照）に照射することで、拡散面６１０で拡散反射された拡散光を二次照明光として発生させている。そして、当該拡散光により基板Ｓは照明される（照明工程）。また、上記撮像機構６の観察光学系６Ｆは、基板Ｓからの反射光の一部を受光することで、基板Ｓの周縁部Ｓｓを撮像する。このように、観察光学系６Ｆにより周縁部Ｓｓが観察される（観察工程）。このように撮像機構６を用いて基板Ｓの周縁部Ｓｓを観察しており、基板Ｓおよび周縁部Ｓｓがそれぞれ本発明の「被観察物」および「被観察部」の一例に相当するとともに、撮像機構６が本発明の「観察装置」として機能する。

【0061】

撮像機構６により周縁部Ｓｓの画像を良好に取得するためには、観察光学系６Ｆに対して次のような点が要望される。つまり、周縁部Ｓｓでは、基板Ｓの基材上に１または複数種類の膜が積層して形成されていることがある。そして、ベベルエッチング処理により周縁部Ｓｓに基材表面およびレジスト膜などが含まれることがある。ここで、特定色（白色も含む）の光を照明光Ｌ１として用いるとともに、観察光学系６Ｆとしてモノクロカメラを用いると、次のような問題が発生することがあった。すなわち、膜の色味によっては、観察される明るさが当該膜の周囲のそれと同じになってしまい、当該膜の境界を観察することが難しくなることがあった。また、ＳＮ比の悪化に伴って膜に存在する欠陥を観察することが難しくなり、欠陥検出精度の低下を招く可能性がある。

【0062】

そこで、基板処理装置１には、図１０に示す構成の照明光学系６Ｅと、モノクロカメラを有する観察光学系６Ｆと、上記したヘッド部６Ｇとを有する撮像機構６が用いられており、この撮像機構６が本発明に係る観察装置の第１実施形態に相当している。

【0063】

図１０は本発明に係る基板処理装置に装備された照明光学系の一例を示す図である。同図（ａ）には照明光学系の全体構成が図示され、同図（ｂ）には照明光学系６Ｅのうち投影光学部を除く構成の断面図が図示されている。照明光学系６Ｅは、光源部６４と、光学ロッド６５と、マスク部６６と、投影光学部６７とを有している。光源部６４、光学ロッド６５およびマスク部６６は発光側筐体６８により位置決め保持されている。そして、発光側筐体６８と投影光学部６７とが相互に連結されている。

【0064】

発光側筐体６８には貫通孔６８１が延設されている。貫通孔６８１の延設方向Ｄ１（図１０の紙面における左右方向）における発光側筐体６８の両端部には、光源部６４およびマスク部６６がそれぞれ取り付けられている。また、貫通孔６８１の内部では、上記延設方向Ｄ１と平行に光学ロッド６５が配置されるとともに、図示を省略するロッド保持部によって固定されている。光学ロッド６５は、光源部６４から出射される光ビームに対して透過性を有するガラスまたは樹脂材料で構成されており、その形状は延設方向Ｄ１と平行な方向に延びる柱形状となっている。

【0065】

光源部６４は、図１０（ｃ）に示すように、互いに異なる波長特性を有する光ビームを出射する複数の発光素子を有している。より具体的には、赤色光を発光する発光素子６４１Ｒ、緑色光を発光する発光素子６４１Ｇ、青色光を発光する発光素子６４１Ｂおよび白色光を発光する発光素子６４１Ｗの合計４種類の発光素子６４１が光源基板６４２に実装されている。本実施形態では、４個の発光素子６４１Ｒ、６４１Ｇ、６４１Ｂ、６４１Ｗはマトリックス状に設けられている。

【0066】

図１１は発光素子の駆動回路の一例を示す図である。また、図１２は発光素子の発光パターンならびに各発光パターンで観察される画像および明るさを示す画素数の分布を模式的に示す図である。４個の発光素子６４１Ｒ、６４１Ｇ、６４１Ｂ、６４１Ｗは、同図に示すように、直流電源に対して直列接続されている。また、発光素子６４１毎に半導体リレー６４３が設けられ、制御ユニット９からの信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ４を受ける。これらの信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ４は、それぞれ発光素子６４１Ｒ、６４１Ｇ、６４１Ｂ、６４１Ｗを制御する制御信号である。したがって、信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ４によって発光素子６４１Ｒ、６４１Ｇ、６４１Ｂ、６４１Ｗの点灯／消灯が制御されることで、図１２に示すように、１５種類の発光パターンで光源部６４から互いに異なる色の光ビームが出射される。これによって、後で詳述するように、観察光学系６Ｆのモノクロカメラにより観察される像のコントラストが調整される。

【0067】

図１０に戻って説明を続ける。発光素子６４１を点灯した際に発生する熱を効率的に放熱するために、同図（ａ）および（ｂ）に示すように、光源基板６４２の反発光素子側（同図の左手側）にアルミニウム製の放熱部材６４４が取り付けられている。また、本実施形態では、発光素子６４１、光源基板６４２および放熱部材６４４が一体化されることで、発光構造体６９が構成されている。しかも当該発光構造体６９が発光側筐体６８に対して着脱自在となっている。例えば発光素子６４１の寿命に応じて新しい発光構造体６９に交換してもよい。

【0068】

図１０（ｃ）に示すように、光源基板６４２の発光素子側では、保護カバー６４５が発光素子６４１を覆うように設けられている。保護カバー６４５は、発光素子６４１から発光される光ビームに対して透過性を有するガラスまたは樹脂材料で構成されており、光学ロッド側の端面６４５ａは平坦面に仕上げられている。この端面６４５ａは光学ロッド６５の端面６５１と対向しながら密着している。したがって、発光素子６４１が点灯して光ビームを発光すると、図１０（ｅ）に示すように、発光素子６４１から一定の広がりをもって出射された光ビームは保護カバー６４５を介して光学ロッド６５に入射する。

【0069】

光学ロッド６５の断面は円形形状または多角形形状を有しており、光源部側の端面６５１が入射端に相当する一方、投影光学部側の端面６５２が出射端に相当する。つまり、光学ロッド６５では、光源部６４から出射された光ビームが端面６５１から入射すると、一部の光ビーム（図１０（ｅ）において点線で示した光ビーム）を除き、多くの光ビームが光学ロッド６５の内部で全反射されながら延設方向Ｄ１に伝播される。そして、図１０（ｆ）に示すように、端面６５２の各部からほぼ同一特性の光ビームが上記一次照明光Ｌ１として出射する。このため、端面６５２における光ビームの光量分布はトップハット形状を有する。つまり、光学ロッド６５はビームホモジナイザ機能を発揮し、その結果、均一な光量分布を有する一次照明光Ｌ１が得られる。

【0070】

ここで、投影光学部６７が光学ロッド６５の出射端（端面６５２）を適当な倍率で拡大して拡散面６１０に投影するように構成することで、拡散面６１０を均一な光量分布で一次照明することができる。また、上記したように制御ユニット９からの信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ４（図１１）により全発光素子６４１を点灯させることで、比較的高い光量を有する一次照明光Ｌ１を拡散面６１０に照射することができる。それによって、拡散光（二次照明光）の光量を増大し、基板Ｓの周縁部Ｓｓを良好に観察することができる。

【0071】

また、制御ユニット９からの信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ４（図１１）により一部の発光素子６４１を消灯させることで発光パターンを切り替え、一次照明光Ｌ１の色を発光パターンに応じた色に変更することができる。これによって、周縁部Ｓｓの観察に適した色で基板Ｓの周縁部Ｓｓを照明することができ、次のような作用効果が得られる。すなわち、図１２の右欄に示すように、一次照明光Ｌ１の色が異なることで、観察光学系６Ｆにより観察される周縁部Ｓｓの像（同図では、上面画像領域Ｍａのみが図示されている）のコントラストが大きく変化する。この変化態様は基板Ｓの種類、より具体的には周縁部Ｓｓに形成される膜種によって異なる。つまり、基板Ｓの種類毎の変化態様を取得し、そのなかで周縁部Ｓｓの観察に最適な発光パターンを決定することができる。そこで、例えば基板Ｓの種類と発光パターンとを対応付けたルックアップテーブルや基板Ｓ毎のレシピなどに基づき、演算処理部９１が発光パターンを決定して観察を行うように構成してもよい。これによって、基板処理装置１では、周縁部Ｓｓの観察に適した色の一次照明光Ｌ１で観察が行われる。その結果、周縁部Ｓｓにおける膜の境界を明確に特定することができ、また欠陥の見落としを確実に防止することができる。

【0072】

さらに、本実施形態では、マスク部６６を有しているため、次のような作用効果も得られる。例えばパターン付き基板Ｓを観察する場合には、次のような問題が発生することがある。上記したように光学ロッド６５の出射端（端面６５２）をそのまま投影光学部６７によりヘッド部６Ｇに投影すると、光学ロッド６５から出射される全光ビームが一次照明光Ｌ１として拡散面６１０のみならず、ミラー部材６２ａ～６２ｃにも照射される。ミラー部材６２ａ～６２ｃで鏡面反射された光は高強度で基板Ｓに入射され、さらに基板Ｓで鏡面反射されて拡散面６１０に入射することがある。これにより、新たな拡散光が生じ、基板Ｓのパターンで光の回折現象が生じることがある。また、上記のように高強度で基板Ｓに入射した光がミラー部材６２ａ～６２ｃに戻り、観察光学系６Ｆに入射することもある。これらの要因によって、本来存在しない明部が観察され、観察品質の低下を招くことがある。

【0073】

そこで、本実施形態では、図１０（ｂ）および（ｄ）に図示されたマスク部６６が光学ロッド６５と投影光学部６７との間に介挿されている。このマスク部６６は、一次照明光Ｌ１に対して透過性を有するガラスまたは樹脂材料で構成された平板プレート６６１を有している。この平板プレート６６１の両主面のうち光学ロッド６５と対向する主面６６２に３つのマスク６６３が設けられている。これらのマスク６６３はそれぞれミラー部材６２ａ～６２ｃと光学的に共役な関係を有しており、ミラー部材６２ａ～６２ｃに対する遮光マスクとして機能する。すなわち、各マスク６６３は、光学ロッド６５の端面６５２から入射してくる光ビームを遮光し、ミラー部材６２ａ～６２ｃへの一次照明光Ｌ１の照射を規制する。その結果、上記問題が解消される。その一方で、拡散面６１０には、マスク部６６の非マスク領域を透過して一次照明光Ｌ１が照射される。その結果、上記問題を解消しつつ、優れた品質で基板Ｓの周縁部Ｓｓを観察することができる。

【0074】

上記したように、第１実施形態では、光学ロッド６５が本発明の「ビームホモジナイザ」の一例に相当している。また、直列接続された発光素子６４１Ｒ、６４１Ｇ、６４１Ｂ、６４１Ｗが、本発明の「互いに異なる波長特性を有する光ビームを出射する複数の発光素子」の一例に相当している。ここで、発光素子の種類については、これに限定されるものではなく、また接続方法もこれに限定されるものではなく、図１３に示すように並列接続を採用してもよい。４個の発光素子６４１を並列接続し、制御ユニット９からの信号ＯＵＴ１～ＯＵＴ４により半導体リレー６４３を個別に開閉を切り替えることで、発光素子６４１を点灯制御するように構成してもよく、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。しかも、並列接続構造を採用すると、例えば発光素子６４１の一つが故障したとしても、残りの発光素子６４１が点灯し続け、観察処理を継続して実行することができる。また、上記故障が発生した場合、残りの発光素子６４１に故障前よりも多くの電流が流れ、光量低下も抑制することができる。このように、並列接続構造はロバスト性に優れている。また、４個の発光素子６４１の点灯制御は、半導体リレー６４３を個別に開閉する方式に限定されるものではない。４個の発光素子６４１をそれぞれ電源に接続し、制御ユニット９からの信号により電源出力を制御することで、４個の発光素子６４１をそれぞれ点灯制御するように構成してもよい。

【0075】

ところで、上記第１実施形態では、４種類の発光素子６４１の発光パターンを切り替ることで一次照明光Ｌ１の色を変更しているが、光源部６４の着脱により色変更を行うように構成してもよい（第２実施形態）。すなわち、互いに異なる色の一次照明光Ｌ１を出射する複数の光源部６４を準備してもよい。各光源部６４は、特定色の光を発光する１または複数の発光素子６４１を光源基板６４２に実装したものを用いることができる。そして、それらの光源部６４のうち基板Ｓの種類に対応する色の一次照明光Ｌ１を出射する光源部６４を選択し、発光側筐体６８に装着することができる。これにより、第２実施形態においても、周縁部Ｓｓの観察に適した色の一次照明光Ｌ１で観察が行われる。その結果、周縁部Ｓｓにおける膜の境界を明確に特定することができ、また欠陥の見落としを確実に防止することができる。

【0076】

また、光源部６４が常に互いに波長が異なる複数の色成分光を含む光、例えば白色光を発生するように構成するとともに、光学フィルタの有無や交換によって一次照明光Ｌ１の色を変更するように構成してもよい（第３実施形態）。この第３実施形態では、光源部６４から出射した光は、光学ロッド６５、マスク部６６および投影光学部６７を通過する経路に沿って進み、拡散面６１０に照射される。このとき、当該経路に対して光学フィルタが出退自在に構成されてもよい。そして、光学フィルタが経路から後退して経路上に位置しないとき、白色の一次照明光Ｌ１が拡散面６１０に照射される。一方、当該経路に光学フィルタを配置すると、光学フィルタの透過特性に応じた色の一次照明光Ｌ１が拡散面６１０に照射される。さらに一次照明光Ｌ１の色を３種類以上に変化させたい場合には、透過させる波長特性が互いに異なる複数の光学フィルタを用いることができる。つまり、上記経路上に位置する光学フィルタを切り替えることで、一次照明光Ｌ１の色を多様に変化させることができる。これにより、第３実施形態においても、周縁部Ｓｓの観察に適した色の一次照明光Ｌ１で観察が行われる。その結果、周縁部Ｓｓにおける膜の境界を明確に特定することができ、また欠陥の見落としを確実に防止することができる。なお、このような光学フィルタの切替位置としては、発光側筐体６８の出射側近傍、投影光学部６７の内部あるいは出射側近傍などがある。

【0077】

また、上記実施形態では、観察像のコントラスト最適化を図るため、一次照明光Ｌ１の色を変更している。つまり、照明光学系６Ｅでの調整によってコントラストが最適化されている。ここで、観察光学系６Ｆでコントラストの最適化を図ってもよい（第４実施形態）。より具体的には、光源部６４が常に互いに波長が異なる複数の色成分光を含む光、例えば白色光を発生するように構成するとともに、観察光学系６Ｆをカラーカメラで構成してもよい。具体的には、通常のモノクロエリアＣＣＤ（Charge Coupled Device）の各画素の上にＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの色成分のみを通す光学フィルタをベイヤ配列した、いわゆる単板式のカラーカメラを観察光学系６Ｆとして用いても良く、いわゆる３ＣＣＤカメラを用いても良い。この３ＣＣＤカメラは、ダイクロイックプリズムなどで反射光Ｌ２をＲ、Ｇ、Ｂに分光して、各色用のエリアセンサ（受光素子）で撮影するものである。

【0078】

図１４は３種類の色成分を組み合わせた観察パターンならびに各発光パターンで観察される画像および明るさを示す画素数の分布を模式的に示す図である。この第４実施形態では、３種類の色成分光（Ｒ出力、Ｇ出力、Ｂ出力）の全てで構成される観察像（観察パターン００１）、２種類の色成分光で構成される観察像（観察パターン００２～００４）および１種類の色成分光で構成される観察像（観察パターン００５～００７）を取得可能となっている。つまり、複数種類の色で周縁部Ｓｓを観察することができるように構成されている。したがって、第４実施形態においても、周縁部Ｓｓにおける膜の境界を明確に特定することができ、また欠陥の見落としを確実に防止することができる。

【0079】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば第１実施形態では発光パターンの数、第２実施形態では光源部６４の数、第３実施形態では光学フィルタの数、第４実施形態では観察パターンの数の色で、それぞれ周縁部Ｓｓを観察することができるが、色の数についてはこれらに限定されるものではなく、「２」以上であればよい。

【0080】

また、第１実施形態では、複数の発光素子６４１を直列接続または並列接続しているが、直接接続と並列接続とを併用してもよい。例えば第１実施形態において、４個の発光素子６４１で光源部６４を構成するに際し、２個の発光素子６４１を直列接続した発光素子列を２組形成し、これらの発光素子列を並列接続してもよい。

【0081】

また、上記実施形態では、パターン付き基板Ｓを観察することを考慮してマスク部６６が設けられているが、上記考慮が不要な基板処理装置１においては、マスク部６６を設ける必要がない。

【0082】

また、上記実施形態では、光源部６４からの光ビームの光量均一化を図るための「ビームホモジナイザ」として光学ロッド６５を用いているが、その他のビームホモジナイザを用いてもよい。

【0083】

また、実施形態では、基板Ｓのベベルエッチング幅に対応し、Ｙ方向における上方拡散面６１ａ、下方拡散面６１ｃ、ミラー部材６２ａ、６２ｃの長さを設定しているが、撮像機構６により観察すべき範囲に応じて各部の長さを変更してもよい。また、このように拡散面およびミラー部材のＹ方向長さが互いに異なるヘッド部６Ｇを用意しておき、撮像対象範囲に応じてヘッド部６Ｇを選択使用するように構成してもよい。また、拡散面のＹ方向長さが互いに異なるヘッド部６Ｇを用意する場合には、ヘッド部６Ｇの拡散面は連続的な曲面から構成されていてもよい。また、拡散面のＹ方向長さが互いに異なるヘッド部６Ｇを用意する場合には、ヘッド部６Ｇの拡散面は一部が平面から構成されていてもよい。

【0084】

また、上記実施形態では、観察光学系６Ｆの観察レンズ系は、物体側テレセントリックレンズで構成しているが、観察光学系６Ｆの観察レンズ系の構成はこれに限られるものではない。観察光学系６Ｆの観察レンズ系は、他のレンズで構成されてもよい。

【0085】

また、上記実施形態では、基板Ｓの周縁部Ｓｓで反射された反射光Ｌ２が上記ミラー部材６２ａ～６２ｃを経由して観察光学系６Ｆに受光されるように構成されているが、反射光Ｌ２が観察光学系６Ｆに受光されるように構成してもよい。

【0086】

また、上記実施形態では、拡散照明部６１および保持部６３は、ベベルエッチング処理を行う処理液の環境下およびヒーター５１による加熱環境下にあるため、耐薬性および耐熱性を有する材料から構成されることとしている。拡散照明部６１および保持部６３をそれぞれＰＴＦＥおよびＰＥＥＫで構成しているが、構成材料はこれらに限定されるものではない。拡散照明部６１は、ＰＴＦＥ以外の耐薬性および耐熱性を有する材料から構成されてもよい。保持部６３は、ＰＥＥＫ以外の耐薬性および耐熱性を有する材料から構成されてもよい。拡散照明部６１および保持部６３は、例えば、金属材料、樹脂材料、またはセラミック材料等の表面にＰＦＡ等のフッ素樹脂材料がコーティングされる構成でもよい。また、拡散照明部６１および保持部６３を互いに異なる材料で構成しているが、同一材料で構成してもよい。また、拡散照明部６１および保持部６３は、耐薬性および耐熱性が要求されない環境下で使用される場合、構成材料は限定されない。拡散照明部６１および保持部６３は、耐薬性および耐熱性を有しない材料から構成されてもよい。

【0087】

また、拡散照明部６１の拡散面６１ａ～６１ｃおよび保持部６３の構成は限定されない。例えば、拡散照明部６１または保持部６３の少なくとも一部が金属材料から構成される場合、拡散面６１ａ～６１ｃは、金属材料の表面にショットブラスト加工が施されたものでもよい。

【0088】

また、ミラー部材６２ａ～６２ｃについても、Ｓｉ（シリコン）に限定されるものではない。すなわち、処理液に対する耐薬性および処理温度に対する耐熱性を有する材料であれば、他の材料を用いてもよい。ミラー部材６２ａ～６２ｃは、例えば、耐薬性および耐熱性を有する材料の表面に金属材料が蒸着される構成でもよい。また、ミラー部材６２ａ～６２ｃは、耐薬性および耐熱性が要求されない環境下で使用される場合、構成材料は限定されない。ミラー部材６２ａ～６２ｃは、耐薬性および耐熱性を有しない材料から構成されてもよい。ミラー部材６２ａ～６２ｃは、例えば、耐薬性および耐熱性を有しない材料の表面に金属材料が蒸着される構成でもよい。

【0089】

また、上記実施形態では、撮像機構６を固定配置するのに対し、被観察物である基板Ｓを移動させることで周縁部を撮像しているが、基板Ｓを固定しつつ撮像機構６を移動させるように構成してもよい。また、基板Ｓおよび撮像機構６の両者を移動させてもよい。すなわち、観察装置（撮像機構６）に対し、被観察物（基板Ｓ）を相対移動させながら観察装置により被観察物の周縁部を撮像するように構成してもよい。

【0090】

さらに、上記実施形態では、基板Ｓの周縁部Ｓｓをベベルエッチングする基板処理装置１に本発明に係る観察装置に相当する撮像機構６を組み込んでいるが、観察装置（撮像機構６）の適用対象はこれに限定されるものではない。被観察物の被観察部を撮像する観察装置などについても、本発明を適用可能である。また、本発明に係る観察装置に相当する撮像機構６は、例えば、塗布膜が形成された基板Ｓの周縁部に塗布膜の除去液を供給して、基板Ｓの周縁部の塗布膜を除去する基板処理装置にも適用可能である。また、露光処理を行う前に基板の表面を観察する観察装置にも適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0091】

この発明は、半導体ウエハなどの被観察物を観察する観察技術ならびに当該観察技術を利用する基板処理装置全般に適用することができる。

【符号の説明】

【0092】

１…基板処理装置
６…撮像機構（観察装置）
６Ｅ…照明光学系
６Ｆ…観察光学系
６Ｇ…ヘッド部
６１０…拡散面
６４…光源部
６５…光学ロッド（ビームホモジナイザ）
６７…投影光学部
６８…発光側筐体
６１０…拡散面
６４１、６４１Ｒ，６４１Ｇ、６４１Ｂ…発光素子
６５１…（光学ロッドの）入射端
６５２…（光学ロッドの）出射端
Ｌ１…一次照明光
Ｌ２…反射光
Ｓ…基板（被観察物）
Ｓｓ…周縁部（被観察部）

【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14】