(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から得られた２つの光束を試料の測定面上で干渉させて試料を定在波照明を行い、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明をシフトさせるための照明部と、
位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有し、試料からの散乱光を含む測定光の受光量Ｘｉを測定する受光部と、
前記照明部及び前記受光部により、試料の光散乱情報を含む画像を取得し、解像処理を実行する処理部と、
を備え、
前記処理部は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊ、及び、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得て、
前記処理部は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定し、
前記処理部は、前記照明部を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして、少なくとも前記ｎ個の受光量Ｘｉを測定することを繰り返し、
前記処理部は、受光量Ｘｉ及び照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の次式に示す方程式に基づき、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求め、
【数１】
0004724833.tif 000012
前記処理部は、求めた散乱効率αｊを記憶部に記憶又は出力部に出力する
高解像検出装置。
【請求項２】
試料は、屈折率の異なる界面上に配置され、
前記照明部は、高屈折率媒質側から界面に向けて２つの光束を入射して、前記界面上で２つの光束を干渉させて定在エバネッセント光を発生させ、界面近傍の試料を定在波照明することを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項３】
前記照明部は、ビームスプリッタを介して試料の測定面上で２つの光波を干渉させて、定在波照明を行い、
前記受光部は、試料から反射された散乱光を前記ビームスプリッタを介して受光することを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項４】
試料から発生する散乱光を前記受光部へ結像するための検出光学部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項５】
前記照明部は、
光源と、
前記光源からの入射光を反射する反射鏡と、
前記反射鏡を駆動して定在波照明をシフトさせるための駆動部と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項６】
前記処理部は、照明光量Ｉｊを、入射角度から算出した値、又は、ナノ標準粒子若しくは微細傷に対して定在スキャンした測定データに基づく波形データ、に基づき求めることを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項７】
前記処理部は、回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を、光学系仕様からベッセル関数を用いて算出した値、又は、ナノ標準粒子に一様照明したときの散乱光の波形データ、に基づき求めることを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項８】
前記処理部は、回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）及び照明光量Ｉｊのいずれか又は両方を、予め記憶部に記憶して処理に応じて前記記憶部から読み出すこと、又は、処理の際に計算して求めることを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項９】
前記処理部は、求めた散乱効率αｊに基づき、検出された対象物の位置に対する反射強度又は散乱強度を示す図を、出力部に表示することを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項１０】
前記処理部は、代数的逐次近似法（ＡＲＴ）によって散乱効率αｊを求めることを特徴とする請求項１に記載の高解像検出装置。
【請求項１１】
処理部は、照明部により、光源から得られた２つの光束を試料の測定面上で干渉させて試料の定在波照明を行うステップと、
処理部は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊ、及び、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得るステップと、
処理部は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップと、
処理部は、前記照明部を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして、少なくとも前記ｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップを繰り返すステップと、
処理部は、受光量Ｘｉ及び照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の次式に示す方程式に基づき、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求めるステップと、
【数２】
0004724833.tif 000013
処理部は、求めた散乱効率αｊを記憶部に記憶又は出力部に出力するステップと
を含む高解像検出方法。
【請求項１２】
処理部は、高屈折率媒質と低屈折率媒質との界面上に配置された試料に対し、照明部により、高屈折率媒質側から界面に向けてひとつの光源から得られた２つの光束を入射して、前記界面上で２つの光束を干渉させて定在エバネッセント光を発生させ、界面近傍の試料の定在波照明を行うステップと、
処理部は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊ、及び、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得るステップと、
処理部は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップと、
処理部は、前記照明部を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして、少なくとも前記ｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップを繰り返すステップと、
処理部は、受光量Ｘｉ及び照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の次式に示す方程式に基づき、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求めるステップと、
【数３】
0004724833.tif 000014
処理部は、求めた散乱効率αｊを記憶部に記憶又は出力部に出力するステップと
を含む高解像検出方法。
【請求項１３】
処理部は、照明部により、光源から得られた２つの光束をビームスプリッタを介して試料の測定面上で干渉させて、試料の定在波照明を行うステップと、
処理部は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊ、及び、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得るステップと、
処理部は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料の測定面からの反射光を前記ビームスプリッタを介して受光し、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップと、
処理部は、前記照明部を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして、少なくとも前記ｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップを繰り返すステップと、
処理部は、受光量Ｘｉ及び照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の次式に示す方程式に基づき、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求めるステップと、
【数４】
0004724833.tif 000015
処理部は、求めた散乱効率αｊを記憶部に記憶又は出力部に出力するステップと
を含む高解像検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高解像検出装置及び方法に係り、特に、定在波エバネッセント光による超解像顕微法、又は、定在波シフトによる半導体ウエハ表面の超解像光学式欠陥検査等を実現するための高解像検出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体分野やバイオテクノロジー分野では測定対象の微小化が急速に進んでおり、ナノテクノロジーを支える基盤技術としてナノ計測技術にはより高分解能でアプリケーションに富んだ新しい手法の開発が期待されている。
【０００３】
主な高分解能計測手法を分類すると、ＳＴＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの走査型プローブ顕微鏡、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの電子顕微鏡、そして光学顕微鏡がある。光学顕微鏡は非破壊・非接触計測であるためスループットや物性計測の点で非常に優れている。
【０００４】
また、今日の半導体製造業界では微細化・高集積化による歩留りの低下を防ぐため、またウエハの大径化に対応するために、高解像力を持ち且つ高スループットな欠陥検査技術の開発が急務である。従来の半導体欠陥検査は主として光学式と電子ビーム式に大別される。
【非特許文献１】西岡宏晃、高橋哲、高増潔、定在エバネッセント光による超解像顕微法の提案、２００５年度精密工学会秋季大会
【非特許文献２】大津元一、近接場光技術とその展開、精密工学会誌、２０００年
【非特許文献３】羽根一博、近接場科学のエンジニアリングへの展開を期待して、精密工学会誌、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の高分解能計測手法によると、回折限界による横分解能の限界が数百ｎｍ程度であるという課題を抱えている。一方で、回折限界を突破する分解能（超解像）の必要性が高まるなかで共焦点顕微鏡やエバネッセント蛍光顕微鏡などが開発されてきた（上述の非特許文献２、３参照）。
【０００６】
また、半導体欠陥検査に関して、従来の光学式検査は、回折によるレイリー限界によって１００ｎｍ以下の欠陥検出が難しく、また高解像力を持つ電子ビーム式検査は測定スピードが遅いため大径ウエハの検査には適していない。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、全反射面において発生した定在エバネッセント光を照明光に用いることで界面近傍における横分解能を（例えば：数百ｎｍから数十ｎｍまで）向上させることを目的のひとつとする。また、本発明は、（必ずしもエバネッセント光を用いずに、）定在照明光により、光学式のスループットを持ち合わせたまま従来の光学式よりも高い解像力を有する超解像光学式検査のための方法及び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】
【０００８】
本発明は、特に、ＰＺＴ等の圧電素子を用いて干渉縞による照明パターンをシフトさせ、ナノオーダの光散乱情報を含む画像を取得し、計算機による後処理を加えることで、レイリー限界を超えた解像を行うというものである。理論解析と計算機シミュレーションを行い、サブ波長以下の欠陥検査に適用し、欠陥検出特性を検証した。また、その妥当性をコンピューターシミュレーションによって示す。
【０００９】
本発明の第１の解決手段によると、
光源から得られた２つの光束を試料の測定面上で干渉させて試料を定在波照明を行い、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明をシフトさせるための照明部と、
位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有し、試料からの散乱光を含む測定光の受光量Ｘｉを測定する受光部と、
前記照明部及び前記受光部により、試料の光散乱情報を含む画像を取得し、解像処理を実行する処理部と、
を備え、
前記処理部は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊ、及び、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得て、
前記処理部は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定し、
前記処理部は、前記照明部を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして、少なくとも前記ｎ個の受光量Ｘｉを測定することを繰り返し、
前記処理部は、受光量Ｘｉ及び照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の次式に示す方程式に基づき、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求め、
【数１】
0004724833.tif 000002
前記処理部は、求めた散乱効率αｊを記憶部に記憶又は出力部に出力する
高解像検出装置が提供される。
【００１０】
本発明の第２の解決手段によると、
処理部は、照明部により、光源から得られた２つの光束を試料の測定面上で干渉させて試料の定在波照明を行うステップと、
処理部は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊ、及び、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得るステップと、
処理部は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップと、
処理部は、前記照明部を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして、少なくとも前記ｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップを繰り返すステップと、
処理部は、受光量Ｘｉ及び照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の次式に示す方程式に基づき、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求めるステップと、
【数２】
0004724833.tif 000003
処理部は、求めた散乱効率αｊを記憶部に記憶又は出力部に出力するステップと
を含む高解像検出方法が提供される。
【００１１】
本発明の第３の解決手段によると、
処理部は、高屈折率媒質と低屈折率媒質との界面上に配置された試料に対し、照明部により、高屈折率媒質側から界面に向けてひとつの光源から得られた２つの光束を入射して、前記界面上で２つの光束を干渉させて定在エバネッセント光を発生させ、界面近傍の試料の定在波照明を行うステップと、
処理部は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊ、及び、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得るステップと、
処理部は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップと、
処理部は、前記照明部を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして、少なくとも前記ｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップを繰り返すステップと、
処理部は、受光量Ｘｉ及び照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の次式に示す方程式に基づき、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求めるステップと、
【数３】
0004724833.tif 000004
処理部は、求めた散乱効率αｊを記憶部に記憶又は出力部に出力するステップと
を含む高解像検出方法が提供される。
【００１２】
本発明の第４の解決手段によると、
処理部は、照明部により、光源から得られた２つの光束をビームスプリッタを介して試料の測定面上で干渉させて、試料の定在波照明を行うステップと、
処理部は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊ、及び、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得るステップと、
処理部は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料の測定面からの反射光を前記ビームスプリッタを介して受光し、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップと、
処理部は、前記照明部を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして、少なくとも前記ｎ個の受光量Ｘｉを測定するステップを繰り返すステップと、
処理部は、受光量Ｘｉ及び照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の次式に示す方程式に基づき、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求めるステップと、
【数４】
0004724833.tif 000005
処理部は、求めた散乱効率αｊを記憶部に記憶又は出力部に出力するステップと
を含む高解像検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、全反射面において発生した定在エバネッセント光を照明光に用いることで界面近傍における横分解能を（例えば：数百ｎｍから数十ｎｍまで）向上させることが可能となる。また、本発明によると、（必ずしもエバネッセント光を用いずに、）定在照明光により、光学式のスループットを持ち合わせたまま従来の光学式よりも高い解像力を有する超解像光学式検査のための方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
１．第１の実施の形態（定在エバネッセント光による超解像顕微法）
１．１  概要
図１は、定在エバネッセント光による超解像顕微法の概念図である。
図示のように屈折率の異なる界面に定在エバネッセント光を発生させて界面近傍の試料を照明する。そして、試料から発生する散乱光を検出光学系で拡大・結像しＣＣＤで観察する。試料を理想的な点状の散乱体と考えたとき結像はエアリーディスクとなって広がる。このとき、界面の高周波成分の情報は失われ結像面での分解能は回折限界に支配される。回折限界は結像系のレンズの開口数と光の波長で決まる。
【００１５】
本実施の形態では光の半波長程度の高周波で変調されたエバネッセント光の定在波を照明光に用いることで超解像を実現する。具体的には、反射鏡の位置をピエゾアクチュエータによりシフトすることで、全反射面における定在エバネッセント光の位置をシフトさせる。このとき、試料から発生する散乱光が変化するが、この散乱光の変化は照明光が持っている高周波成分の情報を含んでおり回折限界を決める結像系とは独立である。従って、適切なアルゴリズムを適用することによって、散乱光の結像の変化から界面上の試料の分布を回折限界以上の分解能で復元できることが期待される。
【００１６】
１．２  装置
図２に、高解像検出装置の第１の実施の形態の構成図を示す。
本装置は、特に、定在エバネッセント光による検出を行う。
本装置は、照明部１、受光部２、コンピュータ３、検出光学部４を備える。照明部１は、光源１１、反射鏡１２、駆動部１３、定在波を形成するための他の光学素子（レンズ、ビームスプリッタ、プリズム等）を有する（投光光学系）。光源１１としては、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（波長：λ＝６３２．８ｎｍ、出力：５ｍＷ等）が用いることができる。受光部２は、ＣＣＤ等で構成される。検出光学部４は、対物レンズ、他のレンズ、アパーチャ等を有する（観察光学系）。試料は、高屈折率媒質と低屈折率媒質との界面近傍に置かれる。高屈折媒質としては、例えば、ガラス、シリコンがある。低屈折媒質としては、例えば、空気、水、油等がある。この例では、高屈折媒質としてプリズム、液浸油及びカバーガラスを含む構成であり、低屈折媒質として空気を用いている。
【００１７】
図３に、光解像検出装置のブロック図を示す。  コンピュータ３は、処理部３１と、記憶部３２と、出力部３３と、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３４〜３７とを備える。処理部３１は、Ｉ／Ｆ３４〜３６を介して、駆動部１３、光源１１、テーブル制御部５等を制御し、Ｉ／Ｆ３７を介して受光部２であるＣＣＤ等のデバイスから受光量を入力する。記憶部３２は、受光部２により測定された受光量、予め求められた照明光量、回折寄与率等を必要に応じて適宜記憶する。出力部３３は、計算処理中又は、処理後の結果（散乱効率等）を、図、表、データ、グラフィック、動画等として表示する、又は、他装置へ出力する。駆動部１３は、ピエゾ素子（圧電素子）等で反射鏡をシフトして定在波照明をシフトさせる。テーブル制御部５は、試料をスキャン等によって動かすものである。
【００１８】
１．３  アルゴリズム
図４に、超解像のための基本方程式の導出の説明図を示す。
以下、超解像のためのアルゴリズムについて説明する。ここでは散乱効率を試料の物性値としてモデル化する。超解像は回折限界よりも小さな領域で設定された散乱効率を求めることに帰着される。
【００１９】
図示のように、受光部の一例であるＣＣＤの１ピクセルがカバーする領域を左から順にＡｊと呼ぶ。まず、試料の位置Ａｊにおける散乱効率をαｊで仮定する。本発明及び本実施の形態で未知数とする散乱効率αjは、いわゆる散乱現象だけでなく蛍光現象等の試料から発するあらゆる光情報を含んだものに関して適用が可能である。次に、定在波で試料を照明したときの位置Ａｊにおける照明光の強度をＩｊとする。このとき線形性を仮定すれば、発生する散乱光の強度をｓｊは、
【数５】
0004724833.tif 000006
となる。
【００２０】
次に、ＣＣＤのｉ番目のピクセルにおける受光量Ｘｉに関して方程式を立てる。位置Ａｊからの散乱光ｓｊがＣＣＤピクセルｉで受光される光量は、散乱光ｓｊと回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を乗算した光量ｓｊ×Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）となる。回折寄与率は、エアリーディスクの強度分布から理論的に求めることができる。散乱光のインコヒーレンスを仮定すれば、Ｘｉは試料全体からの受光量の総和であるから、
【数６】
0004724833.tif 000007
（２）式に（１）式を代入すると、
【数７】
0004724833.tif 000008
が成り立つ。（３）式で散乱効率αｊが試料分布を表す未知数であり、照明光量Ｉｊと回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）と受光量Ｘｉは既知としてよい（詳細は後述）。
【００２１】
同様に他のｎ個のＣＣＤの受光量に関して方程式を立て、さらに照明光の位置をｍ通りシフトさせた場合もそれぞれ同様に方程式を立てれば、次式のように、（３）式より合計ｎ×ｍ個の方程式を得る。これらのｎ×ｍ個の連立方程式を超解像のための基本方程式と呼ぶこととする。
【００２２】
なお、連立方程式は冗長に定められるので、ロバストであり、例えば、以下の点を行うこともできる。
・境界領域の問題の回避が可能
例えば、ＣＣＤの端のピクセルｎ番は、厳密には、試料面番号ｎよりはずれた、ｎ＋１等の散乱光情報の広がりもはいるので、その分、予め未知数を増やすことも可能である。
・ＣＣＤ１ピクセルサポート領域の細分割が可能
ＣＣＤ１ピクセルサポート領域をさらに分割して、解像することも可能である。
【００２３】
次式に、一例として、試料の位置Ａｊをｊ＝１〜ｎとした場合、ｎ個のＣＣＤについての方程式を示す。
【数８】
0004724833.tif 000009
さらに、ｍ通りシフトすることで、次式のようにｎ×ｍの方程式が作られる。
【数９】
0004724833.tif 000010
なお、この例では、ｊ＝１〜ｎとしたがこれに限らず適宜、ｊ＝１〜３ｎ、ｊ＝１〜ｎ’等とすることができる。
【００２４】
基本方程式を解いて散乱効率αｊを求めるには幾つか方法があるが、一例として、代数的逐次近似法（ＡＲＴ）によってαｊを求めることができる。つまりαｊに初期値として一定値を与え、そのとき（３）式の右辺から計算して得られる値と左辺の実際のＸｉの値との誤差をαｊにフィードバックしてαｊを補正する。この計算を繰り返し行うことでαｊ分布を求める。レイリー限界以下の領域に定めたαｊを求めることで超解像を行う。
【００２５】
照明光量Ｉｊの設定として、例えば、次の手法がある。
（１）設定値による方法
図５に、干渉による定在波（エバネッセント以外のもの）又は定在エバネッセント波のピッチ幅についての説明図を示す。
【００２６】
この方法では、コンピュータが入射角度から次式のように算出する。即ち、ピッチ幅ｄは、入射光波長λ、高屈折率媒質の屈折率ｎ１、両ビームが互いになす角度２θのとき、次式となる。
ｄ＝λ／２ｎ１ｓｉｎθ
よって、照明光量Ｉｊは次式で表される。
Ｉｊ＝（ｓｉｎ（（π／ｄ）Δｘ・ｊ））２
（ここで、Δｘは、位置ｊと位置ｊ＋１との間隔）
【００２７】
この手法では、角度によって柔軟な変化が可能である。また、入射角６０°以上において、最小１５０ｎｍ程度のピッチ幅の創製が期待される。また、設定値による方法を採用するときは、コンピュータは、予め計算をして記憶部に記憶しておき、必要なときそれを読み出して用いてもよいし、または、処理に必要なときに計算して用いてもよい。
【００２８】
（２）実験値による校正
この方法では、装置がカバーガラス上のナノ標準粒子や微細傷に対して、定在スキヤンを行い、ピーク間隔を実際に計測し、その波形データを求める。微細傷は、ＦＩＢやディップペンリソグラフィ等、何でもよい。コンピュータは、求めた波形データを記憶部に記憶しておき、必要なときにそれを読み出して用いることができる。
【００２９】
回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）の設定としては、例えば、次の手法がある。
（１）設定値による方法
この方法では、コンピュータが、光学系仕様から次式のように算出する。即ち、ここで、ｆをレンズ焦点距離、ａをレンズ開口径、Ｊ１をベッセル関数、ｋを波数とすると、回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）は、次のように求められる。
【数１０】
0004724833.tif 000011
また、設定値による方法を採用するときは、コンピュータは、予め計算をして記憶部に記憶しておき、必要なときそれを読み出して用いてもよいし、または、処理に必要なときに計算して用いてもよい。
【００３０】
（２）実験値による校正
この方法では、装置は、ナノ標準粒子に一様に照明し、それからの散乱光を取得し、その広がりの波形形状データをそのまま用いる。
コンピュータは、求めた波形データを記憶部に記憶しておき、必要なときにそれを読み出して用いることができる。
【００３１】
図６に、光解像検出装置のフローチャートを示す。
このフローチャートは、以上説明したアルゴリズムを実現するためのものである。
処理部３１は、照明部１により、光源から得られた２つの光束を試料の測定面上で干渉させて試料の定在波照明を行う（Ｓ１０１）。なお、第１の実施の形態では、例えば、処理部３１は、高屈折率媒質と低屈折率媒質との界面上に配置された試料に対し、照明部１により、高屈折率媒質側（図１の例では下側）から界面に向けてひとつの光源から得られた２つの光束を入射して、界面上で２つの光束を干渉させて定在エバネッセント光を発生させ、界面近傍の試料の定在波照明を行う。つぎに、処理部３１は、測定面上の位置ｊと受光素子の位置ｉとの関係に応じた回折の程度を示す回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）を得る（Ｓ１０２）。処理部３１は、測定面上の位置ｊにおける照明光の強度を示す照明光量Ｉｊを得る（Ｓ１０３）。なお、照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）等の情報については、処理部３１は、予め計算をして記憶部３２に記憶しておき、必要なときそれを読み出して用いてもよいし、または、処理に必要なときに計算して用いてもよい。処理部３１は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定し（Ｓ１０５）、記憶する（Ｓ１０７）。
【００３２】
処理部３１は、照明部１を制御して、２つの光束のうち一方の光路を変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明の位置をｍ通りシフトして（Ｓ１１１）、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０７を繰り返す。なお、ステップＳ１０２及び／又はステップＳ１０３は、省略し、ステップＳ１１３でそれらの値の一方又は両方を設定してもよい。
【００３３】
予め定められたｍ通り定在波シフトして測定した後（Ｓ１０９）、処理部３１は、ステップＳ１０７で記憶された受光量Ｘｉを記憶部３２から読み出し、ステップＳ１０２及びＳ１０３により得られた照明光量Ｉｊ及び回折寄与率Ｄ（｜ｉ−ｊ｜）により、試料の位置ｊにおける試料分布を表す散乱効率αｊを未知数としたｎ個の上述の（３）式に示す方程式を定め、さらに、ｍ通りの定在波照明により得られたｎ×ｍ個の連立方程式を定めて、この連立方程式を解くことにより、散乱効率αｊを求める（Ｓ１１３）。
【００３４】
処理部３１は、求めた散乱効率αｊを記憶部３２に記憶し（Ｓ１１５）、出力部３３に出力する（Ｓ１１７）。このとき、処理部３１は、例えば後述するシミュレーション結果のように、求めた散乱効率αｊに基づき、検出された対象物の位置に対する反射強度又は散乱強度を示す図を、出力部３３に表示することができる。
【００３５】
２．第２の実施の形態（定在波シフトによる解像度向上法）
２．１  概要
図７に、定在波照明シフトと散乱光検出の概念図を示す。
この実施の形態では、試料面上で２光束を干渉させ定在波照明を行う。２光束のうち一方の光路をＰＺＴ等の圧電素子により変化させ位相差を持たせることにより、定在波照明はナノオーダでシフト（変位）する。定在波照明がシフトするとＣＣＤで得られる散乱光の像は微小に変化する。コンピュータによりナノオーダの光散乱変化を後処理することによりレイリー限界を超えた解像を行う。
【００３６】
２．２  装置
図８に、高解像検出装置の第２の実施の形態の構成図を示す。
本装置は、必ずしも定在エバネッセント光を用いずに、試料面上で２つの光波を干渉させて定在波照明をして、反射された散乱光を検出する。
【００３７】
本装置は、照明部１、受光部２、コンピュータ３、検出光学部４、テーブル制御部５を備える。照明部１は、光源１１、反射鏡１２、駆動部１３、ビームスプリッタ１４、定在波を形成するための他の光学素子（レンズ、ビームスプリッタ、プリズム等）を有する。なお、ビームスプリッタ１４は、検出光学部４でも併用される。光源１１としては、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（波長：λ＝６３２．８ｎｍ、出力：５ｍＷ等）が用いることができる。受光部２は、ＣＣＤ等で構成される。検出光学部４は、対物レンズ、他のレンズ、アパーチャ等を有する。この例では、試料１００は半導体ウェハであり、テーブル制御部５上に配置される。
また、「光解像検出装置のブロック図」については、第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
２．３  アルゴリズム
「アルゴリズム」についても、第１の実施の形態で記載した「１．３  アルゴリズム」と同様である。なお、第２の実施の形態では、例えば、処理部３１は、照明部１により、光源１１から得られた２つの光束をビームスプリッタ１４を介して試料の測定面上で干渉させて、試料の定在波照明を行い（ステップ１０１）、また、処理部３１は、位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）における複数の受光素子を有する受光部により、試料の測定面からの反射光をビームスプリッタ１４を介して受光し、試料からの散乱光を含む測定光のｎ個の受光量Ｘｉを測定する（ステップ１０５）。
【００３９】
３．計算機シミュレーション
３．１  第１の実施の形態についてのシミュレーション
以下に、前述したアルゴリズムにより超解像が実現可能であることをコンピューターシミュレーションによって示した。
図９は、本実施の形態のアルゴリズムによる超解像シミュレーションの説明図である。
図１０は、シミュレーション条件の詳細を示す図である。
【００４０】
回折限界３２１ｎｍに対して点とみなせる２個の試料を、２８６ｎｍ（ａ−１）、１５７ｎｍ（ｂ−１）、４８ｎｍ（ｃ−１）離して配置した。ａ−１、ｂ−１、ｃ−１の試料をそれぞれ比較のために一様な照明光で照明したときの通常の結像を求めた（ａ−２、ｂ−２、ｃ−２）。２個の試料から発生する散乱光は回折限界に支配されるため、ａ−２ではゆるやかな２つのピークが見られるがｂ−２とｃ−２ではピークは１つだけとなり、いずれも分解することは不可能である。しかし、定在エバネッセント光によってこれらの試料を照明した場合、定在エバネッセント光のシフト位置によって結像が変化することが確認された。
【００４１】
図１１は、図９ｂ−１の試料を定在エバネッセント光で照明したとき、照明光のピーク位置によって結像のピーク位置が変化する様子の説明図である。
図９ａ−１、ｂ−１、ｃ−１の試料を等間隔に９通りシフトした定在エバネッセント光によってそれぞれ照明して散乱光の結像を求めた。これらの結像データを超解像のための基本方程式（式（３））に代入してＡＲＴによる逆近似計算で試料の散乱効率分布を計算した。その結果が図９ａ−３、ｂ−３、ｃ−３である。図９ａ−３およびｂ−３では、それぞれ２８６ｎｍ、１５７ｎｍ離れた２つのピークが現れ、２個の試料を完全に分離・再現することができた。また図９ｃ−３では４８ｎｍ離れた２つのピークが現れ、これはレイリーの分解能評価基準を満たしていることが確認された。
【００４２】
以上より、図９ａ−１、ｂ−１、ｃ−１で設定された２個の試料は、通常は図９ａ−２、ｂ−２、ｃ−２のように回折限界に支配され分解不可能であるが、いずれも定在エバネッセント光シフトと提案アルゴリズムを用いることによって図９ａ−３、ｂ−３、ｃ−３のように分解可能であることが示された。
【００４３】
本実施の形態では、定在エバネッセント光シフトを用いた超解像顕微法を提供し、その理論的な妥当性をコンピューターシミュレーションで検討した。具体的には、回折限界３２１ｎｍに対して、２８６ｎｍ、１５７ｎｍおよび４８ｎｍ（回折限界の約７分の１）離れた２個の試料を分解できることを示した。
【００４４】
３．２  第２の実施の形態についてのシミュレーション
３．２．１  二点散乱体の解像
図１２に、シミュレーションのモデルと条件の説明図を示す。
図１３は、二点散乱体解像のシミュレーション結果を示す図である。
本実施の形態の解像性能を検証するため、近接する２つの散乱体（二点散乱体）のギャップ（間隔）を変化させシミュレーションを行った。本実施の形態は、照明に液浸の対物レンズを仮定し、定在波周期を２２５ｎｍとした。また、二点散乱体のギャップを２８０ｎｍ、２４１ｎｍ（この条件におけるレイリー限界）、２００ｎｍ、２４ｎｍとした。
【００４５】
（ａ−１）〜（ｄ−１）にはＣＣＤにおける通常の結像を、（ａ−２）〜（ｄ−２）には照明光をシフトさせ計算機による後処理を行った超解像像を示す。レイリー限界以下のギャップをもつ二点散乱体は通常の結像では解像不可能であるのに対して、２４ｎｍのギャップまで本実施の形態により解像出来ていることが確認された。
【００４６】
３．２．２  配線欠陥の検出
図１４に、配線欠陥シミュレーションのモデルと条件の説明図を示す。
本実施の形態の半導体配線欠陥検査への応用を考え、配線間に欠陥が詰まっている場合（ラインショート）の欠陥検出シミュレーションを行った。９０ｎｍテクノロジーノードを想定し、配線間隔は８５ｎｍとした。
【００４７】
図１５は、配線欠陥検出のシミュレーション結果を示す図である。
欠陥無しの結果に比べ、欠陥が存在する位置の強度が高いことが確認できる。また、図１５の右側に欠陥無しの結果と欠陥有りの結果の比をとってプロットしたものを示す。この処理により欠陥位置がより明確になった。
【００４８】
３．２．３  まとめ
定在波シフトによる超解像光学式欠陥検査法を提案した。理論解析と計算機シミュレーションを行い、欠陥検出特性を検討した。その結果、以下のことが分かった。
（１）本実施の形態により５０ｎｍ以下ギャップを持つ二点散乱体を解像することが可能であるということを示した。
（２）１００ｎｍ以下のラインとスペースの配線においてラインショートに相当する欠陥を検出し、位置を特定することが可能であることを示した。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、超解像顕微鏡、欠陥検査及び他の高解像・超解像の画像取得、又は、微細物質や傷等の検出等に幅広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】定在エバネッセント光による超解像顕微法の概念図。
【図２】高解像検出装置の第１の実施の形態の構成図。
【図３】光解像検出装置のブロック図。
【図４】超解像のための基本方程式の導出の説明図。
【図５】干渉による定在波（エバネッセント以外のもの）又は定在エバネッセント波のピッチ幅についての説明図。
【図６】光解像検出装置のフローチャート。
【図７】定在波照明と散乱光検出の概念図。
【図８】高解像検出装置の第２の実施の形態の構成図。
【図９】本実施の形態のアルゴリズムによる超解像シミュレーションの説明図。
【図１０】シミュレーション条件の詳細を示す図。
【図１１】図９ｂ−１の試料を定在エバネッセント光で照明したとき、照明光のピーク位置によって結像のピーク位置が変化する様子の説明図。
【図１２】二点散乱体シミュレーションのモデルと条件の説明図。
【図１３】二点散乱体解像のシミュレーション結果を示す図。
【図１４】配線欠陥シミュレーションのモデルと条件の説明図。
【図１５】配線欠陥検出のシミュレーション結果を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１  照明部
２  受光部
３  コンピュータ
４  検出光学部
５  テーブル制御部
１１  光源
１２  反射鏡
１３  駆動部
１４  ビームスプリッタ
３１  処理部
３２  記憶部
３３  出力部
３４〜３７  インタフェース（Ｉ／Ｆ）
１００  試料
【図１】
0004724833.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図２】
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【図５】
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【図８】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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