(57)【要約】【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（ＮＩＭ）のナノオーダーのパターンの欠陥を高精度で検出する。【解決手段】欠陥検査装置１０は、ナノサイズのパターンが形成されたＮＩＭ１２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、前記パターンのフーリエ変換面に設けられ、ＮＩＭ１２を透過した光のうちパターンによって散乱した散乱光のみを変調するシャッター１６、ＮＩＭ１２を透過した光を二つの光に分割するハーフミラー１８、分割された二つの光が所定方向に横ずれするように二つの光を偏向させる偏向器２０Ａ、２０Ｂ、偏向された２つの光の位相差がπ−Δ（−９０°＜Δ＜９０°）となるように位相をシフトさせる位相シフタ２８、位相シフトされた２つの光を合波するハーフミラー３０、合波された光を結像させる結像レンズ３２、結像された光学像を撮像する撮像素子３４、を備える。【選択図】図１
2012026977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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設けられ、前記照明光が照射された前記ナノインプリントモールドを透過した光のうち、前記パターンによって散乱した散乱光のみを変調する変調手段と、
前記照明光が照射された前記ナノインプリントモールドを透過した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。
【請求項２】
前記変調手段により前記散乱光のみを変調させて前記撮像手段により撮像した第１の画像と、前記変調手段により前記散乱光を変調させないで前記撮像手段により撮像した第２の画像と、の差分画像を生成する生成手段
を備えた請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記変調手段は、前記ナノインプリントモールドと前記光分割手段との間の光路上に設けられ、前記第１の画像を撮像する場合には前記散乱光をカットし、前記第２の撮像手段により前記第２の画像を撮像する場合には、前記散乱光を変調せずに前記散乱光及び前記照明光を透過させるシャッター手段である
請求項２記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記変調手段は、前記光分割手段と前記位相シフト手段との間の光路上に設けられ、前記第１の画像を撮像する場合には前記散乱光の位相を−Δ分変調して前記位相シフト手段の方向に反射させ、前記第２の撮像手段により前記第２の画像を撮像する場合には、前記散乱光を変調せずに前記散乱光及び前記照明光を前記位相シフト手段の方向に反射させる位相変調手段である
を備えた請求項２記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記変調手段は、前記ナノインプリントモールドと前記光分割手段との間の光路上に設けられ、前記散乱光の周波数の光を強度変調する強度変調手段であり、
前記撮像手段により撮像された画像を前記周波数でフィルタリングするフィルタ
を備えた請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記変調手段は、前記光分割手段と前記位相シフト手段との間の光路上に設けられ、前記散乱光の周波数の光を位相変調する位相変調手段であり、
前記撮像手段により撮像された画像を前記周波数でフィルタリングするフィルタ
を備えた請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記ナノインプリントモールドと前記光分割手段との間の光路上にリレーレンズを設けた
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
前記フーリエ変換面に、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７の何れか１項に記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
（１）欠陥サイズの微細化（等倍光学系の影響）
【０００８】
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。
【０００９】
（２）測定サンプルの光学物性
【００１０】
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）。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平８−３２７５５７号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】“第７・光の鉛筆”、２５節、鶴田匡夫
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。また、π−Δの位相差で干渉させると、コントラストが低下し、照明光の波長より小さいナノオーダーのパターンの欠陥を検出するのが困難になる。
【００２１】
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高精度で検出することができる欠陥検査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】
【００２２】
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設けられ、前記照明光が照射された前記ナノインプリントモールドを透過した光のうち、前記パターンによって散乱した散乱光のみを変調する変調手段と、前記照明光が照射された前記ナノインプリントモールドを透過した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。
【００２３】
この発明によれば、ナノインプリントモールドに形成された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、照明光が照射されたナノインプリントモールドを透過した光のうち、パターンによって散乱した散乱光のみを変調する変調手段を設けた構成としている。このため、２つの光をπ−Δ（−９０°＜Δ＜９０°）の位相差で干渉させた場合でもコントラストが低下するのを防ぐことができ、照明光の波長より小さいナノオーダーのパターンの欠陥を高精度で検出することができる。
【００２４】
なお、請求項２に記載したように、前記変調手段により前記散乱光のみを変調させて前記撮像手段により撮像した第１の画像と、前記変調手段により前記散乱光を変調させないで前記撮像手段により撮像した第２の画像と、の差分画像を生成する生成手段を備えた構成としてもよい。
【００２５】
また、請求項３に記載したように、前記変調手段は、前記ナノインプリントモールドと前記光分割手段との間の光路上に設けられ、前記第１の画像を撮像する場合には前記散乱光をカットし、前記第２の撮像手段により前記第２の画像を撮像する場合には、前記散乱光を変調せずに前記散乱光及び前記照明光を透過させるシャッター手段である構成としてもよい。
【００２６】
また、請求項４に記載したように、前記変調手段は、前記光分割手段と前記位相シフト手段との間の光路上に設けられ、前記第１の画像を撮像する場合には前記散乱光の位相を−Δ分変調して前記位相シフト手段の方向に反射させ、前記第２の撮像手段により前記第２の画像を撮像する場合には、前記散乱光を変調せずに前記散乱光及び前記照明光を前記位相シフト手段の方向に反射させる位相変調手段である構成としてもよい。
【００２７】
また、請求項５に記載したように、前記変調手段は、前記ナノインプリントモールドと前記光分割手段との間の光路上に設けられ、前記散乱光の周波数の光を強度変調する強度変調手段であり、前記撮像手段により撮像された画像を前記周波数でフィルタリングするフィルタを備えた構成としてもよい。
【００２８】
また、請求項６に記載したように、前記変調手段は、前記光分割手段と前記位相シフト手段との間の光路上に設けられ、前記散乱光の周波数の光を位相変調する位相変調手段であり、前記撮像手段により撮像された画像を前記周波数でフィルタリングするフィルタを備えた構成としてもよい。
【００２９】
また、請求項７に記載したように、前記ナノインプリントモールドと前記光分割手段との間の光路上にリレーレンズを設けた構成としてもよい。
【００３０】
また、請求項８に記載したように、前記フーリエ変換面に、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。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、２つの光をπ−Δ（−９０°＜Δ＜９０°）の位相差で干渉させた場合でもコントラストが低下するのを防ぐことができ、照明光の波長より小さいナノオーダーのパターンの欠陥を高精度で検出することができる、という効果を有する。
【００３２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。
【図２】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。
【図３】孤立欠陥の検出について説明するための図である。
【図４】孤立欠陥を撮像した画像を示す図である。
【図５】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。
【図６】孤立欠陥を撮像した画像を示す図である。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】第１実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。
【図１０】欠陥が反映された差分画像の算出について説明するための図である。
【図１１】第２実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。
【図１２】第３実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。
【図１３】第４実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。
【図１４】散乱光を強度変調することにより欠陥を検出する場合について説明するための図である。
【図１５】第５実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。
【図１６】第６実施形態に係る欠陥検査装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
（第１実施形態）
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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又は結像する対物レンズ１５と、ナノインプリントモールド１２を透過した光のうち、ナノインプリントモールド１２に形成されたパターンによって散乱した散乱光Ｌ１及び光源１４から照射された照明光Ｌ２の両方を含む光と、照明光Ｌ２のみの光と、の何れかの光を選択的に透過させるためのシャッター１６と、シャッター１６を透過した光を結像させる結像レンズ１７と、結像レンズ１７を透過した散乱光Ｌ１を散乱光Ｌ１１、Ｌ１２に、照明光Ｌ２を光Ｌ２１、Ｌ２２に各々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からの光を撮像する撮像素子３４と、を含んで構成されている。
【００３９】
なお、シャッター１６は、ナノインプリントモールド１２に形成された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配置される。シャッター１６の詳細については後述するが、図１ではシャッター１６がオフの状態を示しており、散乱光Ｌ１及び照明光Ｌ２の両方を透過する状態を表わしている。
【００４０】
ナノインプリントモールド１２を透過した光のうち、散乱光Ｌ１は、対物レンズ１５により平行光とされ、照明光Ｌ２はシャッター１６の中心部付近に集光されてシャッター１６に入射する。シャッター１６は、例えば液晶やＰＬＺＴ（透過圧電セラミックス）板、ＬｉＮｂＯ３等のＥＯ素子等によって構成され、図１に示すように、円盤状である。そして、シャッター１６をオンさせた状態では、シャッター１６の中心部１６Ａのみ光を透過し、その他の領域（ハッチングされた領域）は光を通さない。すなわち、シャッター１６がオンの状態では、散乱光Ｌ１はシャッター１６を透過せず、照明光Ｌ２のみがシャッター１６を透過する。一方、シャッター１６がオフされた状態では、シャッター１６に入射した光はそのまま透過される。
【００４１】
なお、シャッター１６を真ん中にピンホールが設けられた板とし、シャッター１６をオンさせる場合には、シャッター１６を光路上にセットし、オフさせる場合には、シャッター１６を光路上から退避させるように構成してもよい。
【００４２】
本実施形態では、シャッター１６をオンさせた状態で撮像素子３４により撮像した画像と、シャッター１６をオフさせた状態で撮像素子３４により撮像した画像とに基づいて、欠陥画像を生成するが、これについては後述する。
【００４３】
シャッター１６を透過した光は、結像レンズ１７を透過してハーフミラー１８に入射する。ハーフミラー１８に入射した光のうち、散乱光Ｌ１は、ハーフミラー１８を透過する散乱光Ｌ１１とハーフミラー１８により反射する散乱光Ｌ１２に分離され、照明光Ｌ２は、ハーフミラー１８を透過する照明光Ｌ２１とハーフミラー１８により反射する照明光Ｌ２２に分離される。
【００４４】
ハーフミラー１８を透過した散乱光Ｌ１１、照明光Ｌ２１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。
【００４５】
位相補償板２４は、散乱光Ｌ１１と散乱光Ｌ１２、照明光Ｌ２１と照明光Ｌ２２の相対的な位相差を調整する機能、すなわち散乱光Ｌ１１と散乱光Ｌ１２の光路長、照明光Ｌ２１と照明光Ｌ２２の光路長が各々同一となるように調整する機能を有する。位相補償板２４を透過した散乱光Ｌ１１、照明光Ｌ２１は、ハーフミラー３０に入射する。
【００４６】
一方、ハーフミラー１８を反射した散乱光Ｌ１２、照明光Ｌ２２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。
【００４７】
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散乱光Ｌ１１と散乱光Ｌ１２の光路差、照明光Ｌ２１と照明光Ｌ２２の光路差、すなわち位相シフト量を各々調整することができる。
【００４８】
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、撮像素子３４上に結像される。
【００４９】
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、分離した二つの光を撮像素子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からの光のによる視野像と物点Ｐ２からの光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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、シャッター１６を駆動する駆動部４１、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。
【００５２】
次に、欠陥検査装置１０でシャッター１６をオフした状態での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。
【００５３】
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。
【００５４】
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からの光における画像と、平面領域５０からの光における画像と、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によって分離した二つの光の位相差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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、すなわち分離した二つの光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。
【００５８】
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ずれた状態で分離した二つの光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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、分離した二つの光の位相差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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、分離した二つの光の位相差を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。
【００６３】
欠陥検査装置１０では、制御部４０が、駆動部４４に対して、分離した二つの光の位相差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。
【００６４】
次に、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。
【００６５】
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、隣接するセルからの二つの光の位相差が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２つの光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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
このように、欠陥検査装置１０では、シャッター１６をオフさせた状態でナノインプリントモールド１２上の２つの物点からの光の位相差がπ−Δとなるように位相シフトし、これらの光を干渉させることで欠陥を検出することができるが、位相差をπ−Δとすることでバックグラウンド光も強くなるため、コントラストが低下する場合がある。
【００６９】
そこで、本実施形態では、シャッター１６をオフした状態で撮像した画像と、シャッター１６をオンさせた状態で撮像した画像と、の差分画像を算出することにより、欠陥画像を生成する。以下では、孤立欠陥の検出を例に説明する。
【００７０】
すなわち、図１に示すように、まずシャッター１６をオフさせた状態で撮像する。この場合、シャッター１６がオフしているので、散乱光Ｌ１、照明光Ｌ２はシャッター１６を透過し、撮像素子３４により撮像された画像は、散乱光Ｌ１及び照明光Ｌ２の両方を含んだ画像となり、例えば画像７０Ａのようになる。なお、ここでは散乱光Ｌ１が孤立欠陥に相当する。
【００７１】
次に、シャッター１６をオンさせた状態で撮像する。この場合、図９に示すように、シャッター１６がオンしているので、照明光Ｌ２のみ、すなわちバックグラウンド光のみがシャッター１６を透過し、撮像素子３４により撮像された画像は、シャッター１６を透過したバックグラウンド光のみの画像となり、例えば画像７０Ｂのようになる。
【００７２】
そして、図１０に示すように、シャッター１６をオフさせた状態で撮像した画像７０Ａとシャッター１６をオンさせた状態で撮像した画像７０Ｂとの差分画像を算出することにより、欠陥部分のみが反映された欠陥画像７０Ｃを算出する。
【００７３】
このように、ナノインプリントモールド１２に形成された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シャッター１６を配置し、シャッター１６がオフの状態で撮像した画像と、シャッター１６がオンの状態で撮像した画像との差分画像を算出することにより、欠陥部分を精度良く検出することができる。
【００７４】
（第２実施形態）
【００７５】
次に、本発明の第２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。
【００７６】
図１１には、本実施形態に係る欠陥検出装置１０Ａを示した。同図に示すように、欠陥検出装置１０Ａは、シャッター１６とハーフミラー１８との間の光路上にリレーレンズ７２Ａ、７２Ｂを備えている。また、結像レンズ１７がハーフミラー３０と撮像素子３４との間に設けられている。さらに、ミラー２２Ａが、偏向器を兼用すると共に、ミラー２６Ａが位相シフタを兼用している。その他の構成は、欠陥検出装置１０と同様である。
【００７７】
ミラー２２Ａは、第１実施形態で説明した偏向器２０Ａ、２０Ｂと同等の機能を有し、偏向の中心点Ｃを中心にして回転させることにより、分離した二つの光を図中矢印Ｐ方向に横ずれさせることができる。
【００７８】
また、ミラー２６Ａは、第１実施形態で説明した位相シフタ２８と同等の機能を有し、ミラー２６Ａを図中矢印Ｐ方向と直交する方向へ移動させることにより、分離した二つの光の位相差を調整することができる。
【００７９】
この欠陥検出装置１０Ａにおいても、第１実施形態と同様に、シャッター１６をオンさせた状態で撮像した画像７０Ａとシャッター１６をオフさせた状態で撮像した画像７０Ｂとの差分画像を算出することにより、欠陥部分のみが反映された欠陥画像７０Ｃを算出する。
【００８０】
このように、ナノインプリントモールド１２に形成された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シャッター１６を配置し、シャッター１６がオフの状態で撮像した画像と、シャッター１６がオンの状態で撮像した画像との差分画像を算出することにより、欠陥部分を精度良く検出することができる。
【００８１】
また、リレーレンズ７２Ａ、７２Ｂを設けた構成とすることにより、ハーフミラー１８からハーフミラー３０までの干渉計の位置の自由度が向上させることができる。これにより、ミラー２２Ａによる偏向制御やミラー２６Ａによる位相シフト制御の高精度化が容易になると共に、装置の製造も容易となる。
【００８２】
（第３実施形態）
【００８３】
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、１０Ａ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。
【００８４】
図１２には、本実施形態に係る欠陥検出装置１０Ｂを示した。同図に示すように、欠陥検出装置１０Ｂが第２実施形態で説明した欠陥検出装置１０Ａと異なる点は、対物レンズ１５とリレーレンズ７２Ａとの間にシャッター１６を設けるのではなく、欠陥検出装置１０Ａのミラー２６Ａに相当する位置であって、ナノインプリントモールド１２に形成された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、位相変調機能を有する位相変調器７４が設けられている点、欠陥検出装置１０と同様に位相補償板２４、位相シフタ２８を備えている点である。
【００８５】
位相変調器７４は、第１実施形態で説明したシャッター１６と同様に、液晶やＰＬＺＴ板、ＬｉＮｂＯ３等のＥＯ素子等で構成される。
【００８６】
そして、位相変調器７４は、変調オンの場合は、中心部７４Ａ以外の領域（ハッチングされた領域）に入射した光の位相を−Δ分シフトさせて反射させ、変調オフの場合は、入射した光の位相は変調せずに反射させる機能を有する。位相変調器７４は、制御部４０により制御される。
【００８７】
このような構成の欠陥検出装置１０Ｂでは、まず、位相変調器７４が変調オフ状態、すなわち散乱光Ｌ１２及び照明光Ｌ２２の両方の光を位相シフタ２８の方向に反射させると共に、分離した二つの光の位相差がπ−Δとなるように位相シフタ２８を制御し、かつ、分離した二つの光を横ずれするようにミラー２２Ａを回転させた状態で撮像する。これにより、第１実施形態で説明したのと同様に、図１０に示すような画像７０Ａが取得される。
【００８８】
次に、位相変調器７４が変調オン状態、すなわち、散乱光Ｌ１２の位相が−Δ分位相シフトされると共に、照明光Ｌ２２の位相は変調されず、照明光Ｌ２２のみを位相シフタ２８の方向に反射させると共に、分離した二つの光の位相差がπ−Δとなるように位相シフタ２８を制御し、かつ、分離した二つの光を横ずれするようにミラー２２Ａを回転させた状態で撮像する。これにより、第１実施形態で説明したのと同様に、図１０に示すようなバックグラウンド光のみの画像７０Ｂが取得される。
【００８９】
そして、両画像の差分画像を算出することにより、欠陥部分のみが反映された欠陥画像７０Ｃを算出する。
【００９０】
このように、ナノインプリントモールド１２に形成された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であって、ハーフミラー１８とハーフミラー３０との光路上に位相変調器７４を配置し、位相変調器７４が変調オフの状態で撮像した画像と、位相変調器７４が変調オンの状態で撮像した画像との差分画像を算出することにより、欠陥部分を精度良く検出することができる。
【００９１】
（第４実施形態）
【００９２】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００９３】
本実施形態では、第１実施形態で説明した欠陥検出装置１０のシャッター１６に代えて、強度変調器を設けた構成の欠陥検査装置について説明する。
【００９４】
図１３には、本実施形態に係る欠陥検査装置１０Ｂの構成を示した。同図に示すように、欠陥検査装置１０Ｂが欠陥検査装置１０と異なるのは、シャッター１６に代えて強度変調器８０を設けた点である。
【００９５】
強度変調器８０は、中心部８０Ａ以外の領域に入射した予め定めた周波数の光を強度変調する機能を有する。ここで、強度変調する周波数は、散乱光Ｌ１の周波数とする。これにより、図１４（Ａ）に示すような散乱光Ｌ１が強度変調器８０によって強度変調される。そして、制御部４０は、撮像素子３４により撮像された画像を前記周波数でフィルタリングする。これにより、同図（Ｂ）に示すような、散乱光Ｌ１が増幅された画像を得ることができる。このため、欠陥を高精度で検出することができる。
【００９６】
（第５実施形態）
【００９７】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
【００９８】
本実施形態では、第３実施形態で説明した欠陥検出装置１０Ｂの位相変調器７４に代えて、特定の周波数の位相を変調する位相変調器を設けた構成の欠陥検査装置について説明する。
【００９９】
図１５には、本実施形態に係る欠陥検査装置１０Ｃの構成を示した。同図に示すように、欠陥検査装置１０Ｃが欠陥検査装置１０Ｂと異なるのは、位相変調器７４に代えて特定の周波数の位相を変調する位相変調器８２を設けた点である。
【０１００】
位相変調器８２は、入射した光を予め定めた周波数の光を位相変調する機能を有する。ここで、位相変調する周波数は、散乱光Ｌ１の周波数とする。これにより、図１４（Ａ）に示すような散乱光Ｌ１が位相変調器８２によって位相変調される。そして、制御部４０は、撮像素子３４により撮像された画像を前記周波数でフィルタリングする。これにより、同図（Ｂ）に示すような、散乱光Ｌ１が増幅された画像を得ることができる。このため、欠陥を高精度で検出することができる。
【０１０１】
（第６実施形態）
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
そこで、図１６に示すように、本実施形態に係る欠陥検査装置１０Ｄ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９０を備えている。
【０１０５】
周期パターンカットマスク９０は、例えば複屈折性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９０を制御する。
【０１０６】
このような周期パターンカットマスク９０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。
【０１０７】
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）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。
【符号の説明】
【０１０８】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ      欠陥検査装置
１２   ナノインプリントモールド
１４   光源
１５   対物レンズ
１６   シャッター
１７   結像レンズ
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
４１、４２Ａ、４２Ｂ、４４  駆動部
４６   メモリ
７２Ａ、７２Ｂ       リレーレンズ
７４   位相変調器
８０   強度変調器
８２   位相変調器
９０   周期パターンカットマスク
【図１】
2012026977.tif 000003
【図２】
2012026977.tif 000004
【図３】
2012026977.tif 000005
【図５】
2012026977.tif 000006
【図７】
2012026977.tif 000007
【図８】
2012026977.tif 000008
【図９】
2012026977.tif 000009
【図１０】
2012026977.tif 000010
【図１１】
2012026977.tif 000011
【図１２】
2012026977.tif 000012
【図１３】
2012026977.tif 000013
【図１４】
2012026977.tif 000014
【図１５】
2012026977.tif 000015
【図１６】
2012026977.tif 000016
【図４】
2012026977.tif 000017
【図６】
2012026977.tif 000018