JP2012015464A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の波長よりも小さい、ナノインプリントモールドのナノオーダーのパターンの欠陥を検出する。
【解決手段】欠陥検査装置１０は、ナノサイズの予め定めたパターンが形成された透光性を有するナノインプリントモールド１２に、前記ナノサイズより大きい波長の照明光を照射する光源１４と、照射光が照射されるナノインプリントモールド１２を透過する光を二つの光に分割するハーフミラー１８と、分割された二つの光が、予め定めた方向に横ずれするように前記二つの光を各々偏向させる偏向器２０Ａ、２０Ｂと、偏向された二つの光の位相差φがπ−Δ（−９０°＜Δ＜９０°）となるように、二つの光の少なくとも一方の光の位相をシフトさせる位相シフタ２８と、位相シフトされた二つの光を合波するハーフミラー３０と、合波された光を結像させる結像レンズ３２と、結像された光学像を撮像する撮像素子３４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥検査装置に係り、特に、ナノインプリントモールドの欠陥検査装置に関する。

半導体リソグラフィのロードマップ（例えばＳＥＭＡＴＥＣＨ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｆｏｒｕｍ ２００８）によると、次々世代２０１６年の回路線幅ＨＰは１６−２２ｎｍと想定されている。その世代の露光装置・方式は、従来の延長である縮小投影露光方式と、新規にナノインプリント（ＮＩＬ：Ｎａｎｏ−Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方式が検討されている。

前者の光学方式においては、現行使用されている波長１９３ｎｍを発振するＡｒＦレーザを光源とした露光では分解能が不足であるため、液浸法のダブルパターニングや波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光源が必要で、これらの研究・開発が急ピッチで進められている。液浸ダブルパターニング法は、２回露光によるスループット低下とコストアップが課題である。ＥＵＶ光源は、ＡｒＦレーザより一桁以上も波長が短く、その光源と光学系の実用化研究は、困難度が極めて高い。

それに対し、近年、ナノスケールの凹凸パターンが形成されたナノインプリントモールド（金型）を樹脂薄膜が塗布された基板に押し当てて、樹脂薄膜に凹凸パターンを転写する成形加工技術であるナノインプリント技術を半導体デバイスの製造技術に利用することが検討されている。

この方法は、フォトリソグラフィ技術等と比較して、簡便且つ低コストでナノスケールの加工が可能である。

従来の露光マスクとナノインプリントモールドとの間には、光学的に、以下に示す２つの大きな相違点がある。

（１）欠陥サイズの微細化（等倍光学系の影響）

従来の半導体露光は４倍の縮小光学系を組んでいるのに対し、ナノインプリントにおいては等倍のモールドを用いる。従って、露光マスクの欠陥サイズが、半導体製品の欠陥サイズの４倍で数１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのに対し、ナノインプリントモールドの欠陥サイズは、半導体の欠陥サイズと等しい１０ｎｍ程度に抑える必要がある。この欠陥サイズは、光の波長（ＤＵＶ光／遠紫外線のＡｒＦレーザで、１９３ｎｍ）に対して１桁以上も小さい。

（２）測定サンプルの光学物性

露光マスクは、透明な石英基板上に金属（主にＣｒ）にてパターンを作製している。Ｃｒは不透明かつ金属光沢を持つため、サンプルに照射された光は反射・散乱と吸収とを受け、透過光・反射光とも光量が大きく変化する。従って、欠陥の有無を、直接、光の明暗として検出することができる。一方、ナノインプリントモールドは石英基板自身の凹凸によりパターンを作成しているため、欠陥は、透明体の微小な凹凸の差に過ぎない。このため、ナノインプリントモールドにおいては、欠陥が存在しても微小な位相ずれが生じるだけで、欠陥の有無に拘わらず透過する光の強度は同等となる（以下このような物体を「位相物体」と呼ぶ）。

これらいずれの相違点も、ナノインプリントモールドの欠陥検査を難しくしている。

透明材料（位相物体）の凹凸を検出する方法としては、例えば特許文献１に記載されたような干渉顕微鏡による方法が考えられる。

特許文献１には、干渉顕微鏡により、パターンの無欠陥部分を光学的に消去して欠陥部分を光学的に抽出することにより検出する装置が開示されている。

また、非特許文献１には、散乱光成分と照明光をπ−Δの位相差で干渉させ、散乱光強度を強める技術が開示されている。

特開平８−３２７５５７号公報

"第７・光の鉛筆"、２５節、鶴田匡夫

しかしながら、特許文献１には、段落「００２６」〜「００２９」、図１０〜図１２に示されているように、回路パターンに応じた「光学像」及びその振幅（光の強度）パターン、即ち光の波長で形状を分解できる周期パターンの実像のパターンが記されている。

特許文献１記載の技術では、ウェハ上の２つの物点（周期パターン）からの光学像および周期パターンを干渉させることにより欠陥を検出するが、その際の周期パターンの影響を消すために両者間の位相差をπとしている。このような測定では、光学像を得られない光波長以下の欠陥からの信号を抽出するのは難しい。さらに、レーリー散乱の式から判るように、物体からの散乱光量は、（欠陥）サイズの６乗に比例して著しく低下する。例えば、光学像が得られる最小のサイズは、数百ｎｍ程度であるが、ナノインプリントモールドにおいて必要とされる欠陥のサイズは１０ｎｍと、１．５桁小さい。これは、物体からの散乱光量が１０桁近く減衰することを意味している。これにより、光の波長以下の欠陥部分からの信号（散乱光になる）が小さく、バックグラウンドノイズや散乱光のレベルに埋もれてしまい、欠陥を検出することが困難である。

なお、特許文献１では、図２に示されているように、収束光路中に、シフト量及びシフト方向を調整するシフト調整手段（横ズラシ部材）４６、５６があるので、球面収差が発生し、信号光量の低下やノイズ（バックグラウンド）が上昇するなど干渉信号が劣化する。これによってもｎｍサイズの欠陥に対するＳ／Ｎが著しく低下し、欠陥検出をさらに困難にする問題もある。

また、非特許文献１には、散乱光成分と照明光をπ−Δの位相差で干渉させ、散乱光強度を強めることが記載されている。しかしながら、ｐｐ．４２１の図３及び本文にあるように、単純な従来の位相差顕微鏡への言及に留まっている。サンプルとレファレンスとの比較、及びそれによるパターンの消去と欠陥抽出に関する記載はない。そのため、適当なレファレンス（例えば隣接する周期パターン）との間で横ずらし・距離を調整することに関する言及もなく、この技術をナノインプリントモールドの欠陥検出に用いるのは困難である。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、照明光の波長より小さい、ナノインプリントモールドのナノオーダーのパターンの欠陥を検出することが可能な欠陥検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ナノサイズの予め定めたパターンが形成された透光性を有するナノインプリントモールドに、前記ナノサイズより大きい波長の照明光を照射する光照射手段と、前記照明光が照射される前記ナノインプリントモールドを透過する光を二つの光に分割する光分割手段と、分割された二つの光が、予め定めた方向に横ずれするように前記二つの光を各々偏向させる偏向手段と、前記偏向手段により偏向された前記二つの光の位相差がπ−Δ（−９０°＜Δ＜９０°、Δ；バイアス位相）となるように、前記二つの光の少なくとも一方の光の位相をシフトさせる位相シフト手段と、前記位相シフト手段により位相シフトされた前記二つの光を合波する合波手段と、前記合波手段により合波された光を結像させる結像レンズと、前記結像レンズにより結像された光学像を撮像する撮像手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、偏向手段により予め定めた方向に横ずれするように偏向された二つの光の位相差がπ−Δ（−９０°＜Δ＜９０°）となるように位相シフトさせるので、照明光の波長よりも小さい、ナノインプリントモールドのナノオーダーのパターンの欠陥を検出することが可能になる。

なお、請求項２に記載したように、前記パターンは、複数の同一パターンを含み、前記偏向手段は、前記二つの光による像が、二つの同一パターンの像となるように、前記二つの光を各々偏向させるようにしてもよい。

また、請求項３に記載したように、前記撮像手段により撮像された画像と、予め定めた形状の欠陥像を含む比較画像と、の相関画像を生成する相関画像生成手段と、生成された前記相関画像を二値化した二値化画像を生成する二値化画像生成手段と、を備えた構成としてもよい。

また、請求項４に記載したように、前記ナノインプリントモールドの前記パターンが形成された面と反対側の面を純水に浸す液浸手段を備えた構成としてもよい。

また、請求項５に記載したように、前記パターンに対応したフーリエ変換パターンの光学像が形成されるフーリエ変換面に、前記フーリエ変換パターンの光学像をカットするマスク手段が設けられた構成としてもよい。

本発明によれば、照明光の波長よりも小さい、ナノインプリントモールドのナノオーダーのパターンの欠陥を検出することが可能になる、という効果を有する。

また、本発明によれば、面内方向の寸法違い（すなわち欠陥。例えば、隣接する配線間との短絡や線の細り・欠落等）ばかりでなく、深さ方向の違いも検出可能になる。それは、本発明が基本的に位相変化を検出するため、凹凸の面内方向の寸法差の違いのみならず、凹凸の深さ方向の違いも同様に位相変化を与え、それを位相差信号として検出できるからである。これにより、高さ方向の欠けや、凹凸高さの変化（例えば、経時による磨耗）も検査できる。

第１実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。 第１実施形態に係る欠陥検査装置の制御系のブロック図である。 孤立欠陥の検出について説明するための図である。 孤立欠陥を撮像した画像を示す図である。 模擬欠陥のコントラスト、バックグラウンド光のコントラストの測定結果を示すグラフである。 孤立欠陥を撮像した画像を示す図である。 隣接するセルの画像を干渉させてセルの欠陥を検出する場合について説明するための図である。 隣接するダイの画像を干渉させてダイの欠陥を検出する場合について説明するための図である。 第３実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。 高さの異なる孤立欠陥を撮像した画像について説明するための図である。 （Ａ）は取得画像の一例を示す図、（Ｂ）は比較画像の一例を示す図である。 （Ａ）は相関画像の一例を示す図、（Ｂ）は相関画像を二値化した画像の一例を示す図、（Ｃ）は二値化画像から欠陥部の重心位置を算出した結果を示す図である。 第５実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。 （Ａ）はナノインプリントモールドの凹凸パターンが形成された面を純水に浸した場合の散乱光量について説明するための図、（Ｂ）はナノインプリントモールドの凹凸パターンが形成された面と反対側の面を純水に浸した場合の散乱光量について説明するための図である。 第６実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）

図１には、本実施形態に係る欠陥検査装置１０を示した。欠陥検査装置１０は、ナノサイズの予め定めたパターンが形成されたナノインプリントモールド１２の欠陥を検査するための装置である。

ナノインプリントモールド１２は、例えば石英等の透光性を有する材料を用いて所謂ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）によって作製され、一方の面１２Ａにパターン幅やパターンピッチが数ｎｍ〜数十ｎｍの予め定めたパターンが形成される。

図１に示すように、欠陥検査装置１０は、視野分割する干渉顕微鏡であり、ナノインプリントモールド１２へ平行光の照明光を照射する光源１４と、ナノインプリントモールド１２を透過した光を平行光にするコリメートレンズ１６と、コリメートレンズ１６からの平行光を２方向に分離するハーフミラー１８と、ハーフミラー１８を透過した光を偏向する偏向器２０Ａと、偏向器２０Ａにより偏向された光を所定方向へ反射させるミラー２２と、位相を補償するための位相補償板２４と、ハーフミラー１８を反射した光を偏向する偏向器２０Ｂと、偏向器２０Ｂにより偏向された光を所定方向へ反射するミラー２６と、ミラー２６からの光の位相をシフトさせる位相シフタ２８と、位相シフタ２８からの光を透過させると共に、位相補償板２４からの光を反射させることにより両者を合波するハーフミラー３０と、ハーフミラー３０からの光を結像させる結像レンズ３２と、結像レンズ３２により結像された光を撮像する撮像素子３４と、を含んで構成されている。

ナノインプリントモールド１２を透過した光束Ｌは、コリメートレンズ１６で平行光とされ、ハーフミラー１８に入射する。ハーフミラー１８に入射した光束Ｌは、ハーフミラー１８を透過する光束Ｌ１とハーフミラー１８により反射する光束Ｌ２に分離される。

ハーフミラー１８を透過した光束Ｌ１は、偏向器２０Ａを透過し、ミラー２２によって位相補償板２４の方向に反射される。

位相補償板２４は、光束Ｌ１と光束Ｌ２との相対的な位相差を調整する機能、すなわち光束Ｌ１の光路長と光束Ｌ２の光路長が同一となるように調整する機能を有する。位相補償板２４を透過した光束Ｌ１は、ハーフミラー３０に入射する。

一方、ハーフミラー１８を反射した光束Ｌ２は、偏向器２０Ｂを透過し、ミラー２６によって位相シフタ２８の方向に反射される。

位相シフタ２８は、くさび状のプリズム２８Ａ、２８Ｂとで構成され、プリズム２８Ａを図中矢印Ｐ方向にシフトさせることにより、そのシフト量に応じて光束Ｌ１と光束Ｌ２の光路差、すなわち位相シフト量を調整することができる。

位相シフタ２８からの光と位相補償板２４からの光とは、ハーフミラー３０によって合波される。合波された光は、結像レンズ３２によって撮像素子３４上に結像される。

このような構成の欠陥検査装置１０は、視野分割機能を有しているので、撮像素子３４上の一つの像点と共役な物点を２つ形成できる。具体的には、偏向器２０Ａ、２０Ｂを光軸に対して所定角度θ分各々逆方向に傾けると、光束Ｌ１、Ｌ２を撮像素子３４の結像面と平行な方向（矢印Ｐ方向）に遠ざけるように平行シフトさせることができる。従って、偏向器２０Ａ、２０Ｂを所定角度θ分傾けることにより、ナノインプリントモールド１２上の矢印Ｐ方向に距離Ｄだけ離間した２つの物点Ｐ１、Ｐ２のうち物点Ｐ１からの光である光束Ｌ１による視野像と物点Ｐ２からの光である光束Ｌ２による視野像とを干渉させた干渉画像を、撮像素子３４上に結像させることができる。

このように、距離Ｄに応じた所定角度θだけ偏向器２０Ａ、２０Ｂを傾けることにより、ナノインプリントモールド１２上の離間した２物点からの光を干渉させて撮像素子３４上に結像させることができる。

図２には、欠陥検査装置１０の制御系のブロック図を示した。同図に示すように、欠陥検査装置１０は、制御部４０を備えている。制御部４０には、偏向器２０Ａを駆動する駆動部４２Ａ、偏向器２０Ｂを駆動する駆動部４２Ｂ、位相シフタ２８のプリズム２８Ａを駆動する駆動部４４、撮像素子３４、及びメモリ４６が接続されている。

次に、欠陥検査装置１０における孤立欠陥の検出について電磁場光学シミュレーションによってシミュレーションした結果について説明する。

本シミュレーションでは、図３に示すように、一例としてナノインプリントモールド１２の平面領域５０上に存在する縦横３００ｎｍ、高さ２００ｎｍの直方体形状の孤立欠陥としての突起部５２を検出する場合についてシミュレーションした。

ここでは、物点Ｐ１が突起部５２、物点Ｐ２が突起部５２から距離Ｄ離間した平面領域５０上であり、偏向器２０Ａ、２０Ｂを距離Ｄに対応した角度θだけ逆方向に傾けることにより、突起部５２からの光束Ｌ１における画像と、平面領域５０からの光束Ｌ２における画像と、を干渉させた干渉画像がどのようになるかを、位相シフタ２８によって光束Ｌ１と光束Ｌ２との位相差φ＝π−Δを変えてシミュレーションした場合について説明する。なお、Δは位相シフト量（バイアス位相）である。また、照明光の波長は一例として６３８ｎｍである。

図４には、バックグラウンド光無しの場合及びバックグラウンド光有りの場合の各々について、位相差φ＝０°（Δ＝π、Δ；バイアス位相）、φ＝π−６０°（Δ＝６０°）、φ＝π−３０°（Δ＝３０°）、φ＝π（Δ＝０°）とした場合における干渉画像のシミュレーション結果を示した。なお、バックグラウンド光は、光学部材の欠陥や汚れ・傷・ゴミ等に起因する散乱光、鏡筒およびホルダ等からの迷光や暗電流、ノイズ等によって発生する光である。

バックグラウンド光無しの場合とは、ナノインプリントモールド１２や他の光学部材の欠陥や汚れ等によるバックグラウンド光がない理想下における場合である。

また、バックグラウンド光有りの場合は、その光量を０．０５とした。この値は、位相差φ＝０°の場合、すなわち光束Ｌ１と光束Ｌ２とを干渉させない明視野画像の光量を１とした場合における値である。

そして、位相差φ＝０°の明視野画像の場合、バックグラウンド光無しの場合も有りの場合も、突起部５２を検出することはできない。そして、位相差φ＝πの場合は、バックグラウンド光無しの理想状態の場合には、位相がπずれた状態で光束Ｌ１、Ｌ２の画像が干渉されるので、両画像の同じ部分の画像が打ち消され、両画像の異なる部分、すなわち突起部５２の部分のみが明るくなる。このため、コントラストは１となり極めて高くなるが、光量はサイズの６乗に比例するため、信号光量は非常に小さくなる。

しかしながら、実際には、光学部材の欠陥や汚れ・傷・ゴミ等に起因するバックグラウンド光が存在するのが通常である。このため、図４に示すように、バックグラウンド光有りの場合におけるφ＝πの場合は、バックグラウンド光の影響によって、コントラストは０．０６５と低くなり、突起部５２を検出するのは困難である。

これに対し、図４に示すように、バックグラウンド光有りの場合でも、φ＝π−３０°、π−６０°の場合は、φ＝０°、πの場合と比較してコントラストが向上し、突起部５２を検出可能となる。このように、光束Ｌ１、Ｌ２の位相差φを、π−Δとすることにより、突起５２からの信号光量を増幅することができる。従って、バックグラウンド光の存在する実際の測定系においても、位相差φを制御することによって、照明光の波長より小さいナノサイズの欠陥でも精度良く検出することが可能となる。

また、図５には、図６に示すような模擬欠陥５４を欠陥検査装置１０によって撮像した場合の測定画像における模擬欠陥５４のコントラスト、バックグラウンド光のコントラストを測定した結果を示した。なお、模擬欠陥５４のサイズは縦横５００ｎｍ、高さが２００ｎｍ、欠陥検査装置１０の光学系の開口度ＮＡは０．４５である。また、図６の線５６は、模擬欠陥５４を含むライン上の輝度を示している。図５の横軸はバイアス位相、すなわちΔを、縦軸はコントラストを示している。同図に示すように、Δ＝０°の場合、すなわちφ＝πの暗視野画像の場合は、模擬欠陥コントラストとバックグラウンド光のコントラストが略同一となるので、欠陥を検出するのは困難であり、Δ＝πの場合、すなわちφ＝２π（０°）の明視野画像の場合も、模擬欠陥コントラストが低く、欠陥を検出するのは困難である。また、コントラストが最大となるのは、Δ＝−３０°付近である。

このように、照明光の波長以下のサイズの欠陥であっても、光束Ｌ１と光束Ｌ２との位相差をπにするのではなく、π−Δとすることで欠陥を検出することができる。なお、Δは、バックグラウンド光の光量に応じて決定され、例えばバックグラウンド光の光量が大きくなるに従って大きくなるように設定される。そして、欠陥部分とバックグラウンド光とのコントラストが、欠陥部分を検出可能な程度のコントラスト以上となるように決定される。

欠陥検査装置１０では、制御部４０が、駆動部４４に対して、光束Ｌ１と光束Ｌ２との位相差φが、φ＝π−Δとなるようにプリズム２８Ａを駆動するように指示し、ナノインプリントモールド１２を撮像素子３４により撮像させる。これにより、欠陥部分が強調された干渉画像を得ることができ、照明光の波長より小さいサイズの孤立欠陥を精度良く検出することができる。

（第２実施形態）

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態では、ナノインプリントモールド１２が、例えば半導体回路基板の製造に用いられるものであり、ナノインプリントモールド１２に形成された周期的な回路パターンの欠陥を検出する場合について説明する。

図７に示すように、半導体ウエハ６０上に、同一の回路パターンのセル６２を複数含むダイ６４を複数形成する際に用いられるナノインプリントモールド１２の欠陥を検出する場合、近くの、望ましくは隣接するセル６２からの参照光を測定光に干渉させることにより、回路パターンを消去し欠陥を検出することができる。すなわち、距離Ｄを参照用のセルとの間隔に設定し、この距離Ｄに対応した角度θ分偏向器２０Ａ、２０Ｂを傾けると共に、光束Ｌ１と光束Ｌ２との位相差がφ＝π−Δとなるように位相シフタ２８のプリズム２８Ａを駆動することにより、参照するセルからの光束Ｌ１及び光束Ｌ２が干渉された干渉画像が撮像素子３４により撮像される。なお、Δは、前述したように、バックグラウンド光の光量に応じて決定される。

そして、例えばセル６２Ｃに欠陥６６が存在し、参照するセル６２Ｂには欠陥が存在しない正常なセルであった場合、両者の干渉画像６８Ｂは、図７に示すように、両者の相違部分、すなわち欠陥６６のみが強調され（図中白丸部分）、その他の部分は打ち消された画像となる。他の参照用セル６８Ｄとの干渉画像も同様である。これにより、周期的構造の回路パターンのセルの欠陥を検出できる。

なお、同一パターンのダイ６４が複数隣接する場合も同様に、近くの、好ましくは隣接するダイ６４からの参照光を測定光に干渉させた干渉画像を撮像することにより欠陥を検出できる。例えば図８に示すように、ダイ６４Ｂに欠陥６６Ａ、６６Ｂが存在する場合、正常なダイ６４Ａとの干渉画像６８Ａは図８のようになり、欠陥部分６６Ａ、６６Ｂが強調された画像となる。ダイ６４Ｃとの干渉画像も同様である。

（第３実施形態）

次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、欠陥検査装置１０と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図９には、本実施形態に係る欠陥検査装置７０の構成を示した。同図に示すように、欠陥検査装置７０は、光源１４、レンズ７２、７４、λ／２板７６、複屈折性偏光分離器７８、位相シフト器８０、レンズ８２、８４、複屈折性偏光合波器８６、検光子８８、結像レンズ９０、及び撮像素子３４を含んで構成されている。

このような構成の欠陥検査装置７０では、検査対象のナノインプリントモールド１２をレンズ８２、８４の間にセットする。

光源１４から射出された照明光は、レンズ７２、７４、λ／２板７６を透過して複屈折性偏光分離器７８に入射される。複屈折性偏光分離器７８に入射された光は、偏光成分の直交する２つの直線偏光の光束Ｌ１、Ｌ２に分離される。

光束Ｌ１、Ｌ２は、位相シフト器８０によって位相差φ＝π−Δとなるように位相調整されてレンズ８２を透過し、ナノインプリントモールド１２に入射する。ナノインプリントモールド１２を透過した光束Ｌ１、Ｌ２は、レンズ８４を透過して複屈折性偏光合波器８６に入射する。複屈折性偏光合波器８６は、入射した光束Ｌ１、Ｌ２を合波する。合波された光は、検光子８８、レンズ９０を透過して撮像素子３４に結像される。なお、位相シフト器８０としては、ＥＯ素子や、バビネソレイユ等を用いることができる。また、位相シフト器８０は、ナノインプリントモールド１２の前ではなく、後ろ（透過後）に置かれてもよい。

この場合も、ナノインプリントモールド１２上の隣接するセル６２間の距離Ｄに応じて複屈折性偏光分離器７８による光束Ｌ１、Ｌ２の図９における矢印Ｐ方向の横ずれ量を調整すると共に、光束Ｌ１、Ｌ２の位相シフト差φがπ−Δとなるように位相シフト器８０による位相シフト量を調整することにより、近くの、望ましくは隣接するセル６２からの参照光を測定光に干渉させることができる。これにより、隣接するセル６２の何れかに欠陥がある場合には、その欠陥を強調した干渉画像を得ることができ、欠陥を検出することができる。もちろん、第２実施形態同様、セル同士の比較ではなく、近くの、好ましくは隣接するダイ同士の干渉画像を撮像することにより欠陥を検出することも可能である。

なお、参照・比較する２点間の距離を調整する場合には、複屈折性偏光分離器７８と複屈折性偏光合波器８６を機械的に動かせばよい。また、好ましくは、偏光分離器７８、偏光合波器８６に電気光学効果を持つ素子、具体的にはＬｉＮｂＯ_３などの複屈折性結晶や、液晶などのフォトクロミック材料を用いると、外部からの電気信号によって２点間の距離を調整できるので、装置も簡略化することができる。

（第４実施形態）

次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、欠陥検査装置１０、７０の制御部４０が実行する画像信号処理について説明する。

欠陥のサイズが照明光の波長未満の場合、欠陥の縦横のサイズは、撮像素子３４に結像された像の縦横の大きさではなく、コントラストに関係する。コントラストＣは、欠陥サイズをａ、照明光の波長をλとすると、（ａ／λ）^２に比例し、照明光の波長よりも欠陥のサイズが小さくなるほど、コントラストは大きく低下する。

例えば図１０に示すように、波長未満の欠陥９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃを干渉顕微鏡９４（構成は省略して記載）により撮像素子３４で撮像すると、撮像画像９６のようになる。欠陥９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、縦横のサイズは同一であるが、高さが異なる欠陥であり、高さが高いほど信号強度が強くなり明るくなる。従って、欠陥の縦横のサイズが同一であっても、高さによって検出のしやすさが異なる。

像のサイズは、光の回折限界で決まるＰＳＦ（点像分布関数）で決まる。例えば照明光の波長が１９３ｎｍ、干渉顕微鏡９４の開口度ＮＡが０．９の場合、回折限界サイズは２６０ｎｍであり、例えば目標の欠陥サイズを１０ｎｍとすると、欠陥の位置を検出するのが困難になる。

そこで、本実施形態では、撮像した画像の強度パターン画像を取得し、画像処理及び閾値処理によって欠陥位置を特定する。

例えば、撮像素子３４で取得された取得画像が図１１（Ａ）に示すような取得画像９８の場合、突起した欠陥１００Ａ〜１００Ｃは明るくなり、欠損した欠陥１０２Ａ、１０２Ｂは暗くなるため、単に信号強度の大小で欠陥を判断すると、全ての欠陥を検出できなくなってしまう。

そこで、制御部４０では、撮像素子３４で撮像した取得画像９８と図１１（Ｂ）に示すような予め定めた比較画像１０４との相関画像を生成し、生成した相関画像を予め定めた閾値に基づいて二値化した二値化画像を生成する。この二値化画像が、欠陥が反映された画像となる。

ここで、取得画像９８の座標（ｍ、ｎ）の画素値（輝度値）をｉ（ｍ、ｎ）、比較画像の画素値をｊ（ｍ、ｎ）とする。比較画像１０４の画素値ｊ（ｍ、ｎ）は例えばベッセル関数Ｊ_１（ｒ）を用いて次式で定義する。

ｊ（ｍ、ｎ）＝Ｊ_１（ｒ）／ｒ

ｒ＝ｃ・ｓｑｒｔ（ｍ^２＋ｎ^２）

ここで、Ｊ_１（）は１次のベッセル関数である。また、ｃは光学系の欠陥検査装置の光学系のＮＡ、倍率、撮像素子３４の画素サイズ等により予め定められた比例定数である。また、比較画像１０４のサイズを（２Ｎ＋１）として、（−Ｎ／２≦ｍ、ｎ≦Ｎ／２）であり（原点は画像の中心）、比較画像１０４のサイズは、取得画像９８のサイズより小さく、回折限界スポットの第一暗環に対応するサイズより大きいサイズとする。

そして、取得画像９８上に比較画像１０４を重ね合わせて移動させながら次式によって取得画像９８の画素値ｉ（ｍ、ｎ）と比較画像１０４の画素値ｊ（ｍ、ｎ）との相関画像の画素値ｒ（ｍ、ｎ）を算出することにより、相関画像を得る。

上記式により得られるｒ（ｍ、ｎ）は、空間的な形状の類似度を表わし、−１から１の範囲に規格化された値となる。この場合、‘１’又は‘−１’に近いほど相関が高いことを表わす。すなわち、図１１（Ａ）に示す欠陥のうち輝度が高い欠陥１００Ａ〜１００Ｃの領域のｒ（ｍ、ｎ）は‘１’に近い値となり、輝度が低い欠陥１０２Ａ、１０２Ｂの領域のｒ（ｍ、ｎ）は‘−１’に近い値となる。

そして、次の閾値処理により、相関画像の画素値ｒ（ｍ、ｎ）を二値化した画素値ｒ’（ｍ、ｎ）を得る。

ｒ’（ｍ、ｎ）＝１（｜ｒ（ｍ、ｎ）｜≧ｘ）

ｒ’（ｍ、ｎ）＝０（｜ｒ（ｍ、ｎ）｜＜ｘ）

ここで、ｘは予め定めた設定値であり、例えばｘ＝０．７とする。

このようにして二値化した画像は図１２（Ｂ）に示すような画像１０８となる。そして、欠陥部分であるｒ’（ｍ，ｎ）＝１となっている画素の集合（図中白くなっている部分）の重心位置を算出し、図１２（Ｃ）に示すように欠陥の重心位置１０８及びその重心位置の信号強度を示す情報を含む欠陥情報１１０を生成する。

このように、取得画像９８と比較画像１０４との相関画像を生成し、これを閾値で二値化することにより、照明光の波長より小さいサイズの欠陥であっても、精度良く欠陥位置を検出することができる。

（第５実施形態）

次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態では、液浸光学系を用いた欠陥検査装置について説明する。

図１３には、本実施形態に係る欠陥検査装置１２０の構成を示した。図１３に示す欠陥検査装置１２０は、純水１２２が満たされた液浸部１２４を有している。液浸部１２４の底部にはコリメートレンズ１６が設けられ、液浸部１２４の上部には、ナノインプリントモールド１２が、ナノインプリントモールド１２の凹凸パターンが形成された面と反対側の面が純水１２２に浸されるようにセットされる。なお、その他の構成については欠陥検査装置１０と同一であるので、説明は省略する。

このように、ナノインプリントモールド１２の凹凸パターンが形成された面と反対側の面を純水に浸した液浸光学系を採用することにより、照明光の波長が同一であっても、非液浸光学系を採用した場合よりも分解能を高くすることができる。分解能Ｒは次式で表わされる。

Ｒ＝ｋ_１・λ／ＮＡ

ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ

ここで、ｋ１は比例定数、λは真空における照明光の波長、ｎは屈折率である。

そして、空気はｎ＝１、純水はｎ＝１．４７５であるので、液浸光学系の場合は、非液浸光学系の場合と比較して分解能が１．４７５倍となる。

ここで、図１４（Ａ）に示すように、ナノインプリントモールド１２の凹凸パターンが形成された面を純水１２２に浸すように配置すると、石英で構成されたナノインプリントモールド１２の屈折率と純水の屈折率との差が小さく、散乱光量が少なくなるため、Ｓ／Ｎ比を高くできない。例えば、照明光の波長が１９３ｎｍの場合、純水の屈折率が１．４７５、石英の屈折率が１．５５４であり、屈折率差が小さくＳ／Ｎ比を高くすることができない。

これに対し、図１４（Ｂ）に示すように、ナノインプリントモールド１２の凹凸パターンが形成された面と反対側の面を純水１２２に浸すように配置した場合、石英と空気との屈折率差が大きいので、散乱光量を多くすることができ、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる。このため、ナノインプリントモールド１２の凹凸パターンが形成された面と反対側の面を純水１２２に浸すように配置することが好ましい。

（第６実施形態）

次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態では、ナノインプリントモールド１２に形成された周期パターンによる回折光をカットするための周期パターンカットマスクを用いた欠陥検査装置について説明する。

例えばＳＲＡＭ等のメモリ素子においては、１つのチップ内に規則正しい周期的な回路パターンを持つのが一般的である。この場合、その回路パターンを形成するためのナノインプリントモールド１２は、波長より周期の大きい繰返しパターンを持つことがある。この場合、この繰返しパターンは光に対して回折格子として作用するため、特定の方角に回折光を発する。従って、数ｎｍから数十ｎｍの欠陥からの信号光量に対して、周期的な回路パターンの回折光の方が明るくなる場合、欠陥の検出能力が低下する場合がある。

そこで、図１５に示すように、本実施形態に係る欠陥検査装置１３０は、ナノインプリントモールド１２に形成された周期パターンに対応したフーリエ変換パターンの光学像が形成されるフーリエ変換面に、このフーリエ変換パターンが形成された周期パターンカットマスク１３２を備えている。

周期パターンカットマスク１３２は、例えばＥＯ素子や液晶等で構成される。この場合、制御部４０により、ナノインプリントモールド１２に形成された周期パターンに対応したフーリエ変換パターンが形成（表示）されるように、周期パターンカットマスク１３２を制御する。

このような周期パターンカットマスク１３２がフーリエ変換面に配置されることにより、周期的な回路パターンによる回折光をカットすることができるため、欠陥部分を高精度で検出することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想を逸脱しない範囲で各種の変更や修正が可能であることはもちろんである。例えば、本発明に係る欠陥検出装置の干渉像を得る方法として、本実施形態では、マッハ・ツェンダー法（図１参照）と、偏光分離・結合法（図９参照）を例示したが、他のジャマン法、マイケルソン法、フィゾー法、トワイマン・グリーン法などを適宜用いても構わない。

１０、７０、１２０、１３０ 欠陥検査装置
１２ ナノインプリントモールド
１４ 光源
１６ コリメートレンズ
１８ ハーフミラー
２０Ａ、２０Ｂ 偏向器
２２、２６ ミラー
２４ 位相補償板
２８ 位相シフタ
２８Ａ、２８Ｂ プリズム
３０ ハーフミラー
３２ 結像レンズ
３４ 撮像素子
４０ 制御部
４２Ａ、４２Ｂ 駆動部
４４ 駆動部
４６ メモリ
７２、８２、８４、９０ レンズ
７６ λ／２板
７８ 偏光分離器
８０ 位相シフト器
８６ 偏光合波器
８８ 検光子
９０ 結像レンズ
１２２ 純水
１２４ 液浸部
１３２ 周期パターンカットマスク

Claims (5)

1. ナノサイズの予め定めたパターンが形成された透光性を有するナノインプリントモールドに、前記ナノサイズより大きい波長の照明光を照射する光照射手段と、
   前記照明光が照射される前記ナノインプリントモールドを透過する光を二つの光に分割する光分割手段と、
   分割された二つの光が、予め定めた方向に横ずれするように前記二つの光を各々偏向させる偏向手段と、
   前記偏向手段により偏向された前記二つの光の位相差がπ−Δ（−９０°＜Δ＜９０°）となるように、前記二つの光の少なくとも一方の光の位相をシフトさせる位相シフト手段と、
   前記位相シフト手段により位相シフトされた前記二つの光を合波する合波手段と、
   前記合波手段により合波された光を結像させる結像レンズと、
   前記結像レンズにより結像された光学像を撮像する撮像手段と、
   を備えた欠陥検査装置。
2. 前記パターンは、複数の同一パターンを含み、
   前記偏向手段は、前記二つの光による像が、二つの同一パターンの像となるように、前記二つの光を各々偏向させる
   請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 前記撮像手段により撮像された画像と、予め定めた形状の欠陥像を含む比較画像と、の相関画像を生成する相関画像生成手段
   を備えた請求項１又は請求項２記載の欠陥検査装置。
4. 前記ナノインプリントモールドの前記パターンが形成された面と反対側の面を純水に浸す液浸手段
   を備えた請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の欠陥検査装置。
5. 前記パターンに対応したフーリエ変換パターンの光学像が形成されるフーリエ変換面に、前記フーリエ変換パターンの光学像をカットするマスク手段が設けられた
   請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の欠陥検査装置。