(57)【要約】【課題】光の解像限界以下のパターンを含む基板を高速に検査することが可能な基板表面のパターン検査装置を提供する。【解決手段】基板表面のパターン検査装置において、微細な繰り返しパターンを有する近接場光ヘッド１０１と、近接場光ヘッド１０１と被検査基板９００とを相対的に走査させるθ駆動部３１１と、近接場光ヘッド１０１と被検査基板９００との間隙を一定に保つ間隙保持機構と、近接場光ヘッド１０１に光を照射する光源１１０と、近接場光ヘッド１０１上の微細な繰り返しパターンと被検査基板９００の表面の微細パターンとの相互作用によって生じた散乱光強度を検出する検出系２０１と、検出系２０１の出力に基づいて、被検査基板９００上の微細パターンを検査する信号処理部３２１とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象基板上の微細パターンを検査する基板表面のパターン検査装置であって、
微細な繰り返しパターンを有するヘッドと、
前記ヘッドと前記検査対象基板とを相対的に走査させる駆動機構と、
前記ヘッドと前記検査対象基板との間隙を一定に保つ間隙保持機構と、
前記ヘッドに光を照射する照射機構と、
前記ヘッド上の前記微細な繰り返しパターンと前記検査対象基板の表面の微細パターンとの相互作用によって生じた散乱光強度を検出する検出系と、
前記検出系の出力に基づいて、前記検査対象基板上の微細パターンを検査する第１の信号処理部とを備えたことを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記ヘッドは、少なくとも２つの位相の異なるパターン領域を有し、
前記検出系は、前記位相の異なるパターン領域のそれぞれに対応した散乱光を個別に検出することを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記ヘッド上のパターンは、前記検査対象基板上の検査対象パターンと僅かに角度が異なるように形成され、前記ヘッド上のパターンの少なくとも２つの領域において、前記検査対象基板上の検査対象パターンとの位相が異なり、
前記検出系は、前記位相の異なるパターン領域のそれぞれに対応した散乱光を個別に検出することを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記照射機構は、全反射の条件を満たすように前記光を照射することを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記ヘッド上のパターンが前記検査対象基板上の検査したいパターンと略等しいピッチのパターンであることを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記ヘッド上のパターンが前記検査対象基板上の検査したいパターンの略整数倍のピッチを有するパターンであることを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記ヘッド上のパターンが縞状のパターンであることを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記ヘッド上のパターンが光近接場増強素子を１次元あるいは２次元に配置したパターンであることを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板表面のパターン検査装置において、
レーザを前記検査対象基板に照射し、前記検査対象基板の表面からの散乱光を検出する光学系と、
前記光学系の出力に基づいて、前記検査対象基板上の異物を検出する第２の信号処理部とを備えたことを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項１０】
請求項９項記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記第２の信号処理部による異物の検出結果に基づいて、前記検査対象基板上の異物検出箇所の前記駆動機構による走査の停止、または前記間隙保持機構による異物の回避を行うことを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記照射機構で照射される光は、シリコン基板を透過する１．２μｍから８μｍの帯域の光であることを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の基板表面のパターン検査装置において、
前記照射機構で照射される光は、クオーツ基板を透過する１７０ｎｍから３．７μｍの帯域の光であることを特徴とする基板表面のパターン検査装置。
【請求項１３】
検査対象基板上の微細パターンを検査する基板表面のパターン検査装置のパターン検査方法であって、
前記パターン検査装置全体を制御する全体制御装置により、微細な繰り返しパターンを有するヘッドと前記検査対象基板とを相対的に走査させ、前記ヘッドと前記検査対象基板との間隙を一定に保ち、前記ヘッドに光を照射し、前記ヘッド上の前記微細な繰り返しパターンと前記検査対象基板の表面の微細パターンとの相互作用によって生じた散乱光強度を検出し、その検出結果に基づいて、前記検査対象基板上の微細パターンを検査することを特徴とするパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，基板表面に形成された、光の波長以下のサイズのパターンを含む微細なパターンの検査装置に関し、特に、光の解像限界以下の微細なパターンの検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板表面の微細形状の検査技術として、レーザを照射して散乱光を検出する方式が知られているが、この方式ではある程度大きさのある異物やパターン欠けなどの異常しか検出できなかった。
【０００３】
また、高分解能の光学顕微鏡を高速で走査させる方式も知られているが、この方式では、光の波長で定まる解像度（０．６１λ／ＮＡ、λ：光の波長、ＮＡ：対物レンズの開口数（＜１））以下の欠陥は検出するのが難しく、可視光の波長の半分である２００ｎｍを切るような微細な欠陥にたいしては、高価な深紫外光学系を用いるなどして対応されてきたが、１００ｎｍを切る様なパターンに対しては対応が非常に難しくなっている。
【０００４】
特に、パターンの位置ずれのような欠陥はパターンの欠落や余分なパターンや異物の付着などの欠陥に比べて、画像の明暗として現れにくく、検出が非常に困難であるものであった。
【０００５】
そこで、従来では、解像度の高い電子線で基板を走査して検査を行う方法もあるが、この方法は、走査速度が桁違いに遅く、現実的な時間で基板全面の検査を行うことが困難であるという課題と、電子線を用いるために特に水晶基板のような導電性の無い基板では基板がチャージしてしまい正常な電子顕微鏡像を得ることができないという課題があった。
【０００６】
また、特開２００８−８２９９９号公報（特許文献１）では、プラズモン増強ヘッドを用いて光による解像度を下回る微小な近接場光を発生させた状態で、ヘッドを基板に接近させて走査したときに、基板上のパターンから散乱された光を検出し、これによって、光の解像度に縛られずに微細な分解能で検査を行うという方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８２９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法では、微細な凹凸欠陥を散乱光によって検査するのが目的で、微細パターンのずれのような欠陥を検査することは難しいという課題があった。
【０００９】
また、近接場光を発生する素子を複数並べて高速化するというアイディアも開示されているが、高速化のためには多数の素子による散乱光を独立に検出する必要があり、装置が複雑になり現実的では無いと言う課題があった。
【００１０】
このような、従来技術では光の解像限界以下の微細なパターンの検査を実用的な速度で行う方法が無かった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、光の解像限界以下のパターンを含む基板を高速に検査することが可能な基板表面のパターン検査装置およびパターン検査方法を提供することである。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００１４】
すなわち、代表的なものの概要は、微細な繰り返しパターンを有するヘッドまたはヘッドに対向する検査対象基板の基板面に光を照射する照射機構と、ヘッド上の微細な繰り返しパターンと検査対象基板の表面の微細パターンとの相互作用によって生じた散乱光強度を検出する検出器と、検出器の出力に基づいて、検査対象基板上の微細パターンを検査する第１の信号処理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１６】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、光の解像限界以下のパターンを含む基板を高速に検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の構成を示す構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドと被検査基板の間の間隙を保つ方法を説明するための説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の被検査基板上のパターンと近接場光ヘッドの関係および光による解像度以下の微小な欠陥を検出する方法を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドの配置を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の被検査基板を検査する手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の検査結果の一例を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドの構成を示す構成図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドの金属膜の構成を示す構成図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態３に係る基板表面のパターン検査装置のパターンの欠けおよびパターン幅異常を検出する検査方法を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る基板表面のパターン検査装置のディスクリートトラックメディア基板のサーボパターン部を含めて検査を行う検査方法を説明するための説明図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態３に係る基板表面のパターン検査装置のディスクリートトラックメディア基板のサーボパターン部を含めて検査を行う検査方法を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る基板表面のパターン検査装置のディスクリートトラックメディア基板のサーボパターン部を含めて検査を行う検査方法を説明するための説明図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態３に係る基板表面のパターン検査装置のビットパターンドメディア基板のサーボパターン部を含めて検査を行う検査方法を説明するための説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る基板表面のパターン検査装置の検出系の配置例を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係る基板表面のパターン検査装置の検出系の配置例を説明するための説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る基板表面のパターン検査装置の検出系の配置例を説明するための説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態５に係る基板表面のパターン検査装置のＲステージを用いた構成を示す構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態５に係る基板表面のパターン検査装置のＸＹステージを用いた構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１により、本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の構成を示す構成図である。
【００２０】
図１において、基板表面のパターン検査装置は、微細な繰り返しパターンを有する近接場光ヘッド１０１、光源１１０、近接場光ヘッド移動部１９０、検出系２０１、アレイ検出器２０２、検出系移動部２１０、散乱光検査光源（レーザ）３０１、散乱光検出器３０２、散乱光検査ヘッド移動部３０３、スピンドル３１０、θ駆動部３１１、アンプ３２０、信号処理部３２１、アンプ３３０、信号処理部３３１、全体制御装置３４０、ユーザインターフェース３４１、試料搬送機構３５０から構成されている。
【００２１】
近接場光ヘッド１０１は、照射機構である光源１１０からの光線によって照明される。近接場光ヘッド１０１と照明光の波長以下の間隙をもって対向する検査対象基板である被検査基板９００によって散乱した光を、検出系２０１によってアレイ検出器２０２に略結像させる。
【００２２】
間隙保持機構により近接場光ヘッド１０１と被検査基板９００が間隙を保ちながら、駆動機構により間隙と水平方向に相対的に移動させることで、被検査基板９００上のパターンの検査を実現する。
【００２３】
駆動機構による相対移動のひとつの実現方法としては、被検査基板９００を被検査基板９００を搭載するスピンドル３１０の回転によって回転させ、近接場光ヘッド１０１を近接場光ヘッド移動部１９０によって、スピンドル３１０の略半径方向に移動させ、検出系２０１を検出系移動部２１０によって近接場光ヘッド１０１の移動と同期させて移動させればよい。
【００２４】
このとき、検出系移動部２１０と近接場光ヘッド移動部１９０は同一のアクチュエータによって一体的に駆動させられてもよい。スピンドル３１０はθ駆動部３１１を介して全体制御装置３４０によって駆動される。また、近接場光ヘッド移動部１９０と検出系移動部２１０も全体制御装置３４０によって制御される。これによって、近接場光ヘッド１０１と被検査基板９００の相対移動を実現する。
【００２５】
アレイ検出器２０２によって検出された、散乱光の強度信号はアンプ３２０で増強された後、信号処理部３２１で処理されて欠陥情報を得るが、これはこの後詳しく述べる。
【００２６】
このほかに、被検査基板９００にレーザ３０１のような高輝度光源からの光を照射して、これによる散乱光を散乱光検出器３０２で検出することで、被検査基板９００上の異物、傷などの欠陥を検出する光学系を有する。
【００２７】
この光学系は散乱光検査ヘッド移動部３０３によって、全体制御装置３４０によって移動させながら、被検査基板９００上を走査し、このとき得られた散乱光検出器３０２からの信号をアンプ３３０で増幅し、これを信号処理部３３１で処理することによって、被検査基板９００上の比較的大きな異物、傷などの欠陥の検出を実現する。
【００２８】
これにより、近接場光ヘッド１０１による狭ギャップの検査では、被検査基板９００上の傷や異物が近接場光ヘッド１０１に衝突して、被検査基板９００あるいは近接場光ヘッド１０１に損傷を与える恐れがあるが、このような傷や欠陥をあらかじめ検出して、上記損傷を防止することができる。
【００２９】
また、全体制御装置３４０は、試料搬送機構３５０を制御して、被検査基板９００を試料カセット（図示せず）から取り出して搬送し、スピンドル３１０に自動的に搭載し、検査終了後は被検査基板９００をスピンドル３１０から取り外して試料カセット（図示せず）に格納する機能を実現する。また、ユーザインターフェース３４１を介して、全体制御装置３４０は検査の条件を入力したり、検査結果を表示する機能を実現する。
【００３０】
ここで、図２により、本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドと被検査基板の間の間隙を保つ方法について説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドと被検査基板の間の間隙を保つ方法を説明するための説明図である。
【００３１】
図２（ａ）はハードディスクのヘッドの浮上に通常用いられている動圧浮上方式を応用したものである。近接場光ヘッド移動部１９０の可動部から弾性支持体１１６が出ており、この先端に近接場光ヘッド１０１が取り付けられている。近接場光ヘッド移動部のみでは被検査基板９００の半径方向の位置精度が足りない場合は、弾性支持体１１６と近接場光ヘッド１０１の間にトラッキング用アクチュエータ１５０が挿入される。
【００３２】
これは、圧電素子などで構成されて被検査基板９００の半径方向へ近接場光ヘッドを微小駆動できるものである。被検査基板９００が回転すると近接場光ヘッド１０１の下面に形成された浮上面１１４と被検査基板９００の間に空気の層９１０ができて上方向の力が働き、これが弾性支持体１１６の押し付け力とつりあったところで安定に光の波長以下の微小な間隙を保って浮上する。
【００３３】
さらに、近接場光ヘッド移動部１９０の可動部から別の梁１１５が出ており、この先にコイル１１３が取り付けられている。弾性支持体１１５の先端部には磁性体板１１２が取り付けられており、コイル１１３への電流の印加により、近接場光ヘッド１０１が引き上げられる。これを用いて、散乱光検出器３０２によって大きい異物・傷などの欠陥を検出した位置では一時的に近接場光ヘッド１０１を持ち上げて、近接場光ヘッド１０１および被検査基板９００の保護を行う。
【００３４】
また、検査の前後で被検査基板９００を試料搬送機構３５０によってロード・アンロードする場合の近接場光ヘッド１０１の退避にも、このコイル１１３が用いられる。
【００３５】
図２（ｂ）では、別の例として、被検査基板９００の移動を用いた動圧浮上ではなく、浮上面１１４に浮上用エアー９１１を吹き込んで静圧浮上を実現している。
【００３６】
このようにすることで、被検査基板９００を回転させる速度が遅い場合、あるいは、後述する図１８に示す被検査基板９００をＸＹステージ３１３で前後左右に駆動するときのように被検査基板９００と近接場光ヘッド１０１の相対速度が変動する場合にも安定した間隙を保つことが可能となる。図示していないが、この場合にもアクチュエータ１５０を弾性支持体１１６と近接場光ヘッド１０１の間に挿入してもよいことはいうまでも無い。
【００３７】
図２（ｃ）では、さらに別の例として、間隙を能動的にコントロールする方法を示す。近接場光ヘッド移動部１９０の可動部に近接場光ヘッド上下機構１９１が固定されている。ここから梁１１５が出ており、梁１１５の先端にトラッキング用アクチュエータ１５０と間隙制御用アクチュエータ１５１を介して近接場光ヘッド１０１が取り付けられている。
【００３８】
トラッキング用アクチュエータ１５０は、圧電素子などで構成されて被検査基板９００の半径方向への近接場光ヘッドを微小駆動できるものである。間隙制御用アクチュエータ１５１は近接場光ヘッド１９１を上下に駆動させる。間隙をコントロールするために、間隙測定器１８０が近接場光ヘッド１０１に埋め込まれている。
【００３９】
間隙測定器１８０によって測定された近接場光ヘッド１０１と被検査基板９００の間の間隙を間隙制御用アクチュエータ１５１にフィードバックして間隙を一定に保つ。近接場光ヘッド上下機構１９１は散乱光検出器３０２によって大きい異物・傷などの欠陥を検出した位置では一時的に近接場光ヘッド１０１を持ち上げて、近接場光ヘッド１０１および被検査基板９００の保護を行う。
【００４０】
また、検査の前後で被検査基板９００を試料搬送機構３５０によってロード・アンロードする場合の退避にも、このコイル１１３が用いられる。あるいは、異物・傷などの欠陥を検出した位置で一時的に近接場光ヘッド１０１を持ち上げる場合は、より応答の速い間隙制御用アクチュエータ１５１を用いてもよい。
【００４１】
次に、図３により、本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の被検査基板上のパターンと近接場光ヘッドの関係および光による解像度以下の微小な欠陥を検出する方法について説明する。図３は本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の被検査基板上のパターンと近接場光ヘッドの関係および光による解像度以下の微小な欠陥を検出する方法を説明するための説明図である。
【００４２】
図３（ａ）は、基板上パターン９０１と近接場光ヘッド１０１の断面図である。近接場光ヘッド１０１は照明光１１１の波長を透過する材質で構成されており、近接場光ヘッド１０１上には微細な周期近接場光発生パターン１０２が構成されている。
【００４３】
これに照明光１１１を低角度で照射すると、照明光は近接場光ヘッド１０１の表面で全反射し、被検査基板９００側には伝播光としての光は透過しないが、周期近接場光発生パターン１０２の周りに周期的な近接場光１２０が発生する。
【００４４】
近接場光ヘッド１０１の上下面が並行な場合は、どのような角度で照明光１１１を入れても全反射の条件を満たさないが、図３（ａ）に示したように近接場光ヘッド１０１の背面の照明光１１１の入射部分を傾けることによって、近接場光ヘッド１０１の下面で照明光１１１が全反射する条件を作り出すことができる。
【００４５】
近接場光１２０はこのままでは伝播しないが、被検査基板９００上の基板上パターン９０１が接近すると、このパターンによって近接場光１２０が散乱を起し、散乱光が伝播する。周期近接場光発生パターン１０２を、基板上パターン９０１と同一周期となるように構成すると、図３（ａ）に示すように両者の位相が一致したときに散乱光が大きくなる。
【００４６】
一般に近接場光は微弱だが、このような複数のパターンからの散乱光を同時に検出することによって、検出光量を大きくできるという効果がある。
【００４７】
また、点状の近接場によって検査を行う方法では、近接場光の大きさ、すなわち、検出解像度に反比例して、被検査基板９００全体の検査を行うのに必要な走査距離、すなわち、検査時間は増大してしまうという課題があったが、本実施の形態のように、広い面積に亘る周期状近接場パターンを用いることにより、検出解像度を保ちつつ、被検査基板９００全体の検査を行うのに必要な走査距離、すなわち、検査時間を短縮することができる。
【００４８】
図３（ｂ）は、この近接場光ヘッドを上方から見た図である。検査対象の被検査基板９００上の基板上パターン９０１は、周期状にパターンが並んだものを想定している。例えば、次世代のハードディスクの記憶媒体として開発が進んでいる、ディスクリートトラックメディアは円周状に磁性体パターンが並んでおり、情報の記録はこの各パターン（トラックと呼ばれる）上を記録・読取ヘッドが走ることで実現される。
【００４９】
このような、周期近接場光発生パターン１０２を複数もち、それぞれの位相を９０度ずつずらして４種類の領域を近接場光ヘッド１０１上に設けておく。散乱光を検出系２０１の光学系でアレイ検出器２０２に略結像して、それぞれの領域からの散乱光の強度情報Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を独立して検出する。
【００５０】
アレイ検出器２０２は微弱な光を検出できる光検出器をアレイ状に並べたものが望ましい。例えば、アバランシェフォトダイオードアレイ、ホトマル（光電子増倍管）アレイ、マイクロチャネルプレートとホトダイオードアレイの組み合わせなどが望ましい。
【００５１】
このような構成しておくと、トラックの位置ずれと幅の大小が、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４から計算できる。
【００５２】
近接場光ヘッド１０１と基板上パターン９０１の間の位相と散乱強度の関係が正弦波状になる場合は、Ｓ１−Ｓ３とＳ２−Ｓ４の比から（トラックピッチ／２π）ａｒｃｔａｎ（Ｓ１−Ｓ３）／（Ｓ２−Ｓ４）によってトラックずれを検出することができる。
【００５３】
また、トラックのデューティー比はＳ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４から推定できる。位相と散乱強度との関係は実際には、正確な正弦波とは外れるが、あらかじめ、位相ずれを生じさせたときの、位相とＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、あるいは、（Ｓ１−Ｓ３）／（Ｓ２−Ｓ４）との関係を実験あるいは光学シミュレーションで求めておけば、この関係を用いてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４より位相を求めることができる。
【００５４】
また、トラックのデューティー比と、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、あるいは、Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４との関係を同様に、実験あるいは光学シミュレーションで求めておけば、この関係を用いてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４よりトラックのデューティー比を求めることができる。これらの計算を信号処理部３２１で行う。
【００５５】
なお、本実施の形態では、４領域に位置ずれ量を分けて散乱光を検出しているが、ピッチの定まった正弦波信号は振幅と位相とオフセットの３パラメータで表されるので、３種類の位置ずれ量の信号を少なくとも検出すればいい。また、特に信号形状が正弦波からずれているいるときの精度を上げるために、例えば、６０度ずつ位相のずれた６種類の信号を検出してもよいし、４５度ずつ位相のずれた８種類の信号を検出してもよい。
【００５６】
また、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の領域は前後しているので、信号に時間的なずれがある、ずれ時間は各領域の間隔を走査速度で割ったものである。このため、上記の計算を行う前に信号処理部３２１でずれ時間の補正を行い、時間を合わせてから計算を行う。
【００５７】
被検査基板９００をスピンドル３１０で回転駆動する場合の走査速度は回転角速度と半径をかけたものとなるので、上記ずれ時間は走査を行う半径上の位置によって異なることとなる。
【００５８】
なお、図３（ｃ）に示すように、周期近接場光発生パターン１０２のピッチは、基板上パターン９０１と等しいピッチでなくても、基板上パターン９０１のピッチの整数倍としてもよい。図３（ｃ）は、周期近接場光発生パターン１０２のピッチが基板上パターン９０１のピッチの３倍である場合の例である。この場合でも、周期近接場光発生パターン１０２の個々のパターンのサイズ（幅）が基板上パターン９０１のサイズと同様の大きさであれば、基板上パターン９０１のピッチを基準にした位相に対して、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は正弦波状の応答を示すので、図３（ａ）に示した場合と同様の処理により、同様の結果を得ることができる。
【００５９】
また、近接場光ヘッドの配置は図４に示すようにすることもできる。図４は本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドの配置を説明するための説明図である。
【００６０】
図４に示すように、基板上パターン９０１に対して周期近接場光発生パターン１０２を傾けて対向するように配置する。すると、周期近接場光発生パターン１０２上の、図４における上下方向の位置に応じて、基板上パターン９０１に対する周期近接場光発生パターン１０２の位相が変化する。
【００６１】
周期近接場光発生パターン１０２の像を、検出系２０１でアレイ検出器２０２の３つ以上の複数の領域、例えば、４領域に結像し、散乱強度を領域に毎に検出する。このとき、各領域の平均的な位相ずれを９０°ずつずれるように周期近接場光発生パターン１０２の傾け量を設定すれば、これによって、図３（ｂ）と同様の結果を得ることができる。
【００６２】
なお、図４では近接場光ヘッド１０１に対して、周期近接場光発生パターン１０２を傾けているが、近接場光ヘッド１０１と周期近接場光発生パターン１０２は平行に形成し、近接場光ヘッド１０１を検査対象の被検査基板９００に対して保持するときに傾けるように構成してもよいことはいうまでも無い。
【００６３】
次に、図５および図６により、本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の被検査基板を検査する手順および検査結果について説明する。図５は本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の被検査基板を検査する手順を示すフローチャート、図６は本発明の実施の形態１に係る基板表面のパターン検査装置の検査結果の一例を示す図である。
【００６４】
まず、全体制御装置３４０は試料搬送機構３５０を制御してカセットから試料をロードする（Ｓ１００）。次に、散乱光検出器３０２による異物の検出を行い（Ｓ１０１）、Ｓ１０１での散乱光検出器３０２による異物の検出結果により、大異物があるか否かを判断する（Ｓ１０２）。
【００６５】
Ｓ１０２で大異物があると判断された場合には、近接場光ヘッド１０１による検査をスキップし被検査基板９００をアンロードする（Ｓ１０４）。
【００６６】
Ｓ１０２で大異物が無いと判断された場合には、近接場光ヘッド１０１による検査を行い（Ｓ１０３）、被検査基板９００をアンロードし（Ｓ１０４）、検査結果を表示する（Ｓ１０５）。
【００６７】
この検査結果の表示は例えば、図６に示すように被検査基板９００上の位置ずれ量や線幅の分布が濃淡で示されている。また、欠陥検出箇所を、マップ上の点で示すことや、さらに、位置ずれ分布と欠陥分布を同時に同じマップ上に示すことも可能である。
【００６８】
なお、Ｓ１０２で大異物があった場合に、近接場光ヘッド１０１による検査をスキップするのではなく、大異物があった場所あるいは大異物があった場所を含む円周のみ検査をスキップしてもよい。
【００６９】
また、散乱光検出器３０２による検査と近接場光ヘッド１０１による検査を順番に行うのではなく、検査速度を上げるために、両者を並行しつつ、散乱光検出器による検査を若干先行させて行ってもよい。
【００７０】
この場合、図１に示したように、散乱光検査ヘッド移動部３０３を近接場光ヘッド移動部１９０および検出系移動部２１０と別にもっていて、散乱光による検査部位を近接場光による検査部位に対して独立して制御することにより、この動作を行うことができる。
【００７１】
あるいは、後述する図１７に示すように、散乱光検査ヘッド移動部３０３をＲステージ３１２と別にもっていて、散乱光による検査部位を近接場光による検査部位に対して独立して制御することにより、この動作を行うことができる。
【００７２】
またあるいは、後述する図１８に示すように、散乱光検査ヘッド移動部３０３をＸＹステージ３１３と別にもっていて、散乱光による検査部位を近接場光による検査部位に対して独立して制御することにより、この動作を行うことができる。
【００７３】
逆にいえば、散乱光検出器３０２による検査と近接場光ヘッド１０１による検査を順番に行う場合には、後述する図１７あるいは図１８に示すような散乱光検査ヘッド移動部３０３は必ずしも必要が無い。
【００７４】
以上のように、本実施の形態では、近接場光パターンを発生させる近接場光ヘッド１０１を被検査基板９００に近接して高速に走査し、近接場光ヘッド１０１によって発生した近接場光パターンと被検査基板９００上のパターンとの相互作用によって散乱した光を検出することで、光の解像度限界以下の被検査基板９００上のパターンを検出することが可能である。
【００７５】
さらに、近接場光パターンのピッチを被検査基板９００の被検査パターンのピッチと等しいかまたは整数倍として、このパターンを複数設けて相互に位相をずらし、これらの強度を比較することで微細パターンの位置ずれを検査でき、全体の強度の増減によりパターンの欠落やサイズ異常などの欠陥を検査することが可能である。
【００７６】
また、複数のパターンからの散乱光を合わせて検出することにより、高速検出に伴うＳ／Ｎの低下の課題にも対応が可能である。
【００７７】
さらに、レーザ３０１から集光したレーザ光を被検査基板９００に照射してその散乱光を検出することにより、比較的大きい異物を検出するとともに、狭ギャップを保つ必要がある近接場光ヘッド１０１と被検査基板９００の間に異物が入って近接場光ヘッド１０１あるいは被検査基板９００にダメージを与えないように、検査を中止するかまたは、異物検出箇所を飛び越して検査を行うことが可能である。
【００７８】
（実施の形態２）
実施の形態２は実施の形態１において、近接場光ヘッド１０１をプラズモン現象を用いたヘッドとしたものである。
【００７９】
本実施の形態の基板表面のパターン検査装置としての構成や、その動作は実施の形態１と同様である。
【００８０】
図７および図８により、本発明の実施の形態２に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドの構成について説明する。図７は本発明の実施の形態２に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドの構成を示す構成図、図８は本発明の実施の形態２に係る基板表面のパターン検査装置の近接場光ヘッドの金属膜の構成を示す構成図である。
【００８１】
図７（ａ）に示すように、近接場光ヘッド１０１表面の金属膜１２１上に金属粒子１２２が整列して配置されている。
【００８２】
金属粒子１２２は検査対象の被検査基板９００の基板上パターン９０１の１倍あるいは整数倍のピッチで整列されている。これに照明光１１１を照射すると、金属粒子１２２に局在して、金属粒子中の自由電子の集団的な振動状態であるプラズモンが励起される。
【００８３】
プラズモンを励起した状態の金属粒子１２２に基板上パターン９０１が近接すると、基板上パターン９０１で散乱光が発生するので、実施の形態１の図３に示す例と同様に近接場光ヘッド１０１が周期的近接場光発生ヘッドとして機能する。
【００８４】
プラズモンによる共鳴励起を用いているので、より強度の強い検出光が得られるという利点がある。
【００８５】
図７（ｂ）はプラズモンを用いたさらに別の近接場光ヘッド１０１の構成例である。図７（ｂ）に示すように、金属膜１２１中にナノギャップを構成し、ここに照明光１１１を照射することでプラズモンを発生する。
【００８６】
これを金属膜に垂直な方向から見ると図８に示すようになっている。図８に示すように、金属膜中に白抜きで示すようなパターンのギャップを設ける。ギャップは尖った金属膜部分が対向するように形成されており、これに対して図８に示すような向きの偏光をもった光を照射すると、金属膜対向ギャップ部分に、強度の高いプラズモンが生成される。
【００８７】
この金属膜ナノギャップの左右方向ピッチを基板上パターン９０１のピッチの１倍又は整数倍にすることで、実施の形態１と同様な散乱光を発生させることができる。
【００８８】
また、縦方向には基板上パターン９０１のピッチの１／４周期ずつ位置をずらしたものを配置し、それぞれの領域からの散乱光をアレイ検出器の各エレメントＳ１〜Ｓ４で検出する。
【００８９】
図８（ａ）は偏光が図の上下方向、図８（ｂ）は偏光が図の左右方向の場合である。なお、本実施の形態で基本的なのは、プラズモン増強パターンの配置であり、１つ１つのプラズモン増強パターンの形状は同様のプラズモン増強効果をもつ形状であればこの派生型の形状であってもよいことはいうまでも無い。
【００９０】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１において、位置ずれ以外の欠陥を検出するようにしたものである。
【００９１】
本実施の形態の基板表面のパターン検査装置としての構成や、その動作は実施の形態１と同様である。
【００９２】
図９〜図１３により、本発明の実施の形態３に係る基板表面のパターン検査装置の検査方法について説明する。図９〜図１３は本発明の実施の形態３に係る基板表面のパターン検査装置の検査方法を説明するための説明図であり、図９はパターンの欠けおよびパターン幅異常を検出する方法、図１０〜図１２はディスクリートトラックメディア基板のサーボパターン部を含めて検査を行う方法、図１３はビットパターンドメディア基板のサーボパターン部を含めて検査を行う方法を示している。
【００９３】
まず、パターンの欠けおよびパターン幅異常の検出では、図９（ａ）に示すように基板上パターン９０１に欠けのある場合は、欠けの部分では散乱光が弱くなるので、この分だけ全体の散乱光量が減少する。
【００９４】
また、図９（ｂ）に示すように基板上パターン９０１の幅が広い（デューティー比が高い）場合は近接場光１２０と基板上パターン９０１の結合効率が変わるために、全体の散乱光量が変化する。この現象を用いて、パターンの欠けや幅の変化を検出することが可能となる。
【００９５】
なお、図７に示したようなプラズモン増強効果を用いた場合にも同様に検出可能である。
【００９６】
ここで、図９（ａ）と図９（ｂ）の区別をしたい場合には、信号の時間変化を用いればよい。すなわち、欠けは通常突発的に生じるので、信号の変化も突発的に信号が減少して、欠けの部分を通り過ぎると信号が元に戻ることになる。
【００９７】
一方、幅の変化は通常ゆっくりと起こるか、あるいは露光フィールドの継ぎ目に同期して起こるので、このような信号の変化であれば、幅の変化であると推定できる。このような判断を信号処理部３２１で行って、欠陥種類を推定して出力するようにすればよい。
【００９８】
また、ディスクリートトラックメディア基板のサーボパターン部９０２を含めて検査を行う場合は、図１０に示すように、ディスクリートトラックメディア基板に限らず、ハードディスク基板では、同心円状のトラックが切られており、各トラックは放射状のサーボパターンによってセクターに分けられている。
【００９９】
このサーボパターン部には、例えば、図１０に示すように、バーストパターンと呼ばれる図１０中で横方向（回転方向に対して垂直方向）のパターンがあり、磁気信号読取の基準クロックの位相調整のために用いられる。
【０１００】
このようなパターンが円周方向のところどころに存在する。このバーストパターンに対して、近接場光ヘッド１０１に図１０の中で横方向の近接場光発生パターン領域を形成し、この領域からの散乱光をアレイ検出器２０２上の別のエリアＳ０で検出する。
【０１０１】
すると、通常の光学的な解像度以下のパターンとしてバーストパターンが切られていても、近接場効果によってバーストパターンに応じた信号を光学的に読み取ることが可能であり、これによって、サーボパターンに欠けなどの欠陥がある場合や、位相がずれている場合を検出することができる。
【０１０２】
また、図１１（ａ）に示すように、通常の円周方向に平行なパターンが切られた記録領域（Ａ）と異なる、サーボパターン上にはバーストパターン部（Ｂ）のほかにも様々なパターンが形成されている。
【０１０３】
例えば、細かいドットが並んだトラッキングパターン部（Ｄ）、トラック番号およびセクター番号を示す２進数の符号が記されたアドレス部（Ｃ）などがある。
【０１０４】
これに対して、図１１（ａ）のＳ０に対応するパターンのような横方向のパターンや、Ｓ１〜Ｓ４に対応する縦方向のパターンのかかり方（重なっている部分の面積）に応じて、検出信号Ｓ０〜Ｓ４が変化する。
【０１０５】
なお、図１０と違って図１１（ａ）では、領域Ｓ０に対応する近接場光発生パターン１０２’は、周期パターンではなく、一本の長い線状のパターンである、周期パターンとなっていなくても、パターンの長さが取れれば、必要な検出光量変化が確保できるので、このような一本の長い線状のパターンとしてもよいが、図１０の領域Ｓ０と同様に、周期的パターンにしてもよい。
【０１０６】
一本のパターンとすることの利点は、サーボターンのような複雑でかつ円周方向のパターンのピッチも場合によって異なる場合には、得られる信号Ｓ０が予測しやすいことである。
【０１０７】
この信号変化はサーボパターンの配置がわかっていれば予測できる。例えば、図１１（ａ）の基板上パターン９０１に対する信号Ｓ０は図１１（ｂ）のようになるはずである。
【０１０８】
信号変化パターンが予測値と異なっていれば、欠陥として出力する。すなわち、実際の信号と予測信号との差の絶対値が閾値を超えていれば欠陥として出力する。あるいは、別の方法として、あらかじめ正常な被検査基板９００から得た信号を記憶しておいて、これと検査対象の被検査基板９００を走査して得た信号が閾値以上異なっている場合に、欠陥として出力する。
【０１０９】
さらに別の方法として、円周上にサーボパターンは繰り返し出現するので、直前のサーボパターンからの信号との比較によって欠陥を検出してもよい。ただし、セクター番号に対するサーボパターンは、セクター毎に異なるのでこの部分は検査を行わないか又は、上記説明した予測信号あるいは正常基板から得た信号との比較を行う。
【０１１０】
あるいは、前の周の対応する円周上の位置とセクター番号が同じなので、この部分だけ、前の周のセクター番号部の信号との比較を行う。
【０１１１】
以上のような処理により、サーボパターン部も含めたパターンの異常検出を行うことが可能である。
【０１１２】
また、検査速度は遅くする代わりに、より細かく基板上パターン９０１の検査を行いたい場合は、図１２に示すように、周期近接場光発生パターン１０２として繰り返しパターンではなく、単一のライン状パターンを用いればよい。
【０１１３】
次に、検査対象の基板上パターン９０１がディスクリートパターンメディアではなく、各ビットをパターンの１ドットに対応させたビットパターンドメディアであった場合、図１０〜１２に示す周期近接場光発生パターン１０２でも各トラックの半径方向の位置ずれを検出することは可能であるが、さらに記録ビットの円周方向の位置ずれを検出するためには、図１３（ａ）に示したような周期近接場光発生パターン１０２を用いればよい。
【０１１４】
このような構成することで、各ビットに対応して信号Ｓ１〜Ｓ４は強弱を繰り返すことになる。この強弱の位相を検出することで記録ビットの円周方向の位置ずれを検出することができる。
【０１１５】
また、この各ビットに対応する信号の強弱を取り除くためには、この周波数に対応したノッチフィルタを入れてやればよい。一番簡単なノッチフィルタとしては、この周波数に対応した、一周期の時間に相当する移動平均フィルタをかければよい。
【０１１６】
このフィルタ後の信号を用いれば、図１０〜１２に示した例と同様にトラックの半径方向の位置ずれ検出を行うことができる。
【０１１７】
なお、ビットパターンドメディアの円周方向のドットピッチは、半径方向の位置に応じて変わるので、Ｓ１〜Ｓ４に対応する各領域内の円周方向のドットは少なめの方がよい。
【０１１８】
例えば、図１３（ｂ）に示す例では、３列である。この場合は、ドットピッチが例えば１０％変わった場合には、真ん中の列に対して、両端の列の位相は３６０°×１０％＝３６°程度ずれるが許容範囲である。これ以上ピッチが変わる場合は、ピッチの大きさに応じて何段階かに分けて、周期近接場光発生パターン１０２をそれぞれのピッチに対して切り替えて使えばよい。
【０１１９】
あるいは、周期近接場光発生パターン１０２の各領域Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの構成ドットパターンを図１３（ｃ）に示すように一列のみとすれば、円周方向のドットピッチが大きく変わっても一種類の周期近接場光発生パターン１０２でよいこととなる。
【０１２０】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１において、被検査基板９００に対して近接場光ヘッド１０１と同じ側に検出系２０１を置いて、基板上パターン９０１からの散乱光を検出するようにしたものである。
【０１２１】
本実施の形態の基板表面のパターン検査装置としての検出系２０１以外の構成や、その動作は実施の形態１と同様である。
【０１２２】
図１４〜図１６により、本発明の実施の形態４に係る基板表面のパターン検査装置の検出系の配置例について説明する。図１４〜図１６は本発明の実施の形態４に係る基板表面のパターン検査装置の検出系の配置例を説明するための説明図である。
【０１２３】
図１に示す実施の形態１では近接場光ヘッド１０１と反対側に検出系２０１を配置して、基板上パターン９０１からの散乱光を被検査基板９００を通して透過させて検出していた。
【０１２４】
検査対象の被検査基板９００がクオーツでできている場合は、光源１１０にはこれを透過する１７０ｎｍから３．７μｍの帯域の光を用いて検出を行えばよい。例えば、記録媒体検査に関して検査したい対象としては、原版となるマスター基板と、これを転写したスタンパー基板、さらにこれを転写した記録媒体の３種類があるが、特に、スタンパー基板とマスター基板にはクオーツを用いることが多いため、上記構成が有効である。
【０１２５】
マスター基板としてはシリコンが用いられることもあるが、この場合はシリコンを透過する１．２μｍから８μｍの帯域の光を用いれば、図１に示す構成で同様に検査が可能である。近接場光を用いているため、照明波長による検査できるパターンのサイズの制限が無いため、このような長波長を用いても問題が無いという効果がある。
【０１２６】
これに対して、基板を透過しない光で検査を行いたいときは、図１４〜図１６に示す構成が有効である。
【０１２７】
図１４では、近接場光１２０と被検査基板９００上の基板上パターン９０１の相互作用によって近接場光ヘッド１０１側に散乱した光を、上方の検出系２０１で検出する。照明光１１１は図１に示す例と同様に斜方から照射している。
【０１２８】
図１５では検出系２０１中に組み込んだミラー１１９に光源１１０からの照明光１１１を反射させて、検出系２０１と同軸で照明光１１１を近接場光ヘッド１０１に照射する。図１４に示す例と同じく、近接場光１２０と被検査基板９００上の基板上パターン９０１の相互作用によって近接場光ヘッド１０１側に散乱した光を、上方の検出系２０１で検出する。
【０１２９】
図１６では照明光１１１を近接場光ヘッド１０１に対して斜め右上から照射して、その正反射光を斜め左上に置いた検出系２０１によって検出する。近接場光１２０と被検査基板９００上の基板上パターン９０１の相互作用によって照明光の吸収状態が変わるため、これによっても、同様の検査を実現することが可能となる。
【０１３０】
特にプラズモンは共鳴によって特定の波長帯域で強い吸光を示すことが知られているが、この波長帯で近接場光ヘッドの照明を行えば、感度よく周期近接場光パターン１０２と基板上パターン９０１の接近状態の検出を行うことが可能となる。
【０１３１】
（実施の形態５）
実施の形態５は、実施の形態１において、近接場光ヘッド１０１と被検査基板９００の相対移動を別の構成で行うようにしたものである。
【０１３２】
本実施の形態の基板表面のパターン検査装置としての近接場光ヘッド１０１と被検査基板９００の相対移動の構成以外の構成や、その動作は実施の形態１と同様である。
【０１３３】
図１７および図１８により、本発明の実施の形態５に係る基板表面のパターン検査装置の構成について説明する。図１７および図１８は本発明の実施の形態５に係る基板表面のパターン検査装置の構成を示す構成図であり、図１７はＲステージを用いた構成、図１８はＸＹステージを用いた構成である。
【０１３４】
図１７に示す例では、スピンドル３１０をＲステージ３１２に搭載することで、Ｒ−θステージを実現している。
【０１３５】
また、図１８に示す例では、被検査基板９００をＸＹステージ３１３に搭載して、これによって相対移動を実現している。
【０１３６】
また、ＸＹステージ３１３のＸ軸、Ｙ軸の一方あるいは、両方を、被検査基板９００側ではなく、近接場光ヘッド１０１と検出系２０２を駆動するように構成しても、目的の相対的な移動を実現できるのはいうまでも無い。
【０１３７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は，基板表面に形成された、光の波長以下のサイズのパターンを含む微細なパターンの検査装置に関し、パターンドメディアディスク・集積半導体・フォトニッククリスタルといった、光の波長以下の微細パターンを含むパターンの検査を高速に行い、製造条件にフィードバックする装置やシステムなどに適用可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０１…近接場光ヘッド、１０２…周期近接場光発生パターン、１１０…光源，１１１…照明光、１１２…磁性体板、１１３…コイル、１１４…浮上面、１１５…梁、１１６…弾性支持体、１１９…ミラー、１２０…近接場光、１２１…金属膜、１２２…金属粒子、１２３…金属ギャップ、１５０…トラッキング用アクチュエータ、１５１…間隙制御用アクチュエータ、１８０…間隙測定器、１９０…近接場光ヘッド移動部、１９１…近接場光ヘッド上下機構、２０１…検出系、２０２…アレイ検出器、２１０…検出系移動部、３０１…散乱光検査光源（レーザ）、３０２…散乱光検出器、３０３…散乱光検査ヘッド移動部、３１０…スピンドル、３１１…θ駆動部、３１２…Ｒステージ、３１３…ＸＹステージ、３２０…アンプ、３２１…信号処理部、３３０…アンプ、３３１…信号処理部、３４０…全体制御装置、３４１…ユーザインターフェース、３５０…試料搬送機構、９００…被検査基板、９０１…基板上パターン、９０２…サーボパターン部、９１１…浮上用エアー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図６】
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