パターン形状検査装置及びその方法
【課題】被検査対象であるパターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体又はそのスタンパ等のパターン形状を高速で、且つ高感度に検査できるようにしたパターン形状検査装置及びその方法を提供することにある。
【解決手段】被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動機構と、該移動機構により回転させながら半径方向に移動する前記被検査対象に対して遠紫外光を含む広帯域の照明光を前記被検査対象に適する偏光状態で斜め方向から照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された被検査対象から発生する０次反射光を検出する検出光学系と、前記検出された０次反射光を分光して得られる分光反射率波形を基に前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査手段とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動機構と、該移動機構により回転させながら半径方向に移動する前記被検査対象に対して遠紫外光を含む広帯域の照明光を前記被検査対象に適する偏光状態で斜め方向から照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された被検査対象から発生する０次反射光を検出する検出光学系と、前記検出された０次反射光を分光して得られる分光反射率波形を基に前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査対象であるパターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体又はそのスタンパ又は該スタンパの型であるマスタのパターン形状を高速で、且つ高感度に検査できるパターン形状検査装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＣ、サーバに加え、モバイル機器、デジタルＡＶ機器等の普及が加速し、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の需要が高まって、ＨＤＤが扱う情報量が飛躍的に増大している。一方、ＨＤＤは小形化が要求され、ＨＤＤの磁気記録媒体の記録密度は増大している。ＨＤＤの記録密度の増大に伴い、垂直磁気記録方式の開発が行われたが、垂直磁気記録方式でも、記録密度の増加に伴い、隣接トラック相互の磁気的干渉による影響が大きくなるため、限界に達する。そこで、対象のトラックのみ記録再生する方式として、トラックを物理的に加工し磁気的に分離するディスクリートトラックメディア（Discrete Track Media）の開発が行われている。さらに、記録密度を増加するために、１磁性粒子に１ビットを記録するビットパターンドメディア（Bit Patterned Media）の開発も進められている。
【０００３】
ディスクリートトラックメディアやビットパターンドメディアは従来の磁気記録媒体と異なり、トラックやビットのパターンを形成する必要がある。トラックやビットパターンの大きさは数１０ｎｍと微細であり、微細なパターンを低コストで製造する方法として、光ナノインプリントが用いられる。
【０００４】
ところで、光ナノインプリント技術で形成されたパターンに対し、パターンの大きさや形状のばらつき、欠損やショートがある場合には、磁気記録媒体は正常に動作せず、不良となる場合がある。そのため、パターン形状が適切に形成されているか検査することが必要となる。また、パターンの型であるスタンパに欠陥がある場合には、欠陥が複製されるため、より高精度な検査が必要となる。微細なパターンの欠陥を検査する方式としてＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）やＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）があるが、スループットの観点でインラインでの検査に適用することができない。
一方、微小な欠陥や、パターン形状欠陥を高スループットで検出する装置として、光学式の表面検査装置やＯＣＤ（Optical Critical Dimension ）計測装置がある。
【０００５】
従来の表面検査装置やＯＣＤ計測装置としては、特許文献１（特開２００７−３０４０６２号公報）、特許文献２（特表２００７−５２６４４４号公報）、特許文献３（特開２００３−１４９１５９号公報）及び非特許文献１（“Line-profile and critical dimension correlation between a normal incidence optical CD metrology system and SEM”, Proc. SPIE Vol. 4689, 2002, pp966-976）において知られている。
【０００６】
特許文献１には、半導体ウェハ上周期性段差パターンに偏光を斜め照射し、反射時、直交方向の偏光を検出し、検出光の強度から段差パターンの直線性を検出し、例えば、レジストパターン露光時のフォーカスの良否および露光量を判定することが記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、検体を照明するように構成された照明システムと、前記検体から散乱された光を集光するように構成された集光器と、前記光の異なる部分に関する方位と極角情報が保存されるように、前記光の異なる部分を個別に検出するとともに、前記光の異なる部分を表す信号を生成するように構成されたセグメント化された検出器と、信号から前記検体上の欠陥を検出するように構成されたプロセッサとを備えた検査システムが記載されている。
【０００８】
また、特許文献３には、第１の光ビームを斜めの入射角度で試料の表面に向け、第２の光ビームを実質的に垂直な角度で試料の表面に向けるように構成される照明システムと、試料の表面から戻る第１及び第２の光ビームの少なくとも一部を収集するように構成される収集システムと、第１及び第２の光ビームの収集された部分を処理するように構成される検出システムとを備え、半導体ウェハなどの試料の表面を検査するシステムが記載されている。
【０００９】
また、非特許文献１には、垂直入射及び垂直検出の光学系を有するスキャットロメトリを適用してＳｉ基板におけるポリＳｉ上レジスト膜の凹凸パターンのＣＤ（Critical Dimension）を計測することについて記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３０４０６２号公報
【特許文献２】特表２００７−５２６４４４号公報
【特許文献３】特開２００３−１４９１５９号公報
【非特許文献１】Line-profile and critical dimension correlation between a normal incidence optical CD metrology system and SEM, Proc. SPIE Vol. 4689, 2002, pp966-976
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１は直線性検出、特許文献２、３は散乱光検出による欠陥検出に関するものであって、パターン形状を検査する点について考慮されていなかった。
【００１２】
また、非特許文献１は、垂直入射及び垂直検出の光学系を有するスキャットロメトリを適用してＳｉ基板におけるポリＳｉ上レジスト膜の凹凸パターンのＣＤ（Critical Dimension）を計測する技術に関するものであって、パターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体の凹凸パターンや該磁気記録媒体の凹凸パターンをナノインプリントで形成する際のスタンパの凹凸パターン等についてのパターン形状を高速で、且つ高感度に検査する点について考慮されていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、被検査対象であるパターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体又はそのスタンパ又は該スタンパの型であるマスタのパターン形状を高速で、且つ高感度に検査できるようにしたパターン形状検査装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、パターンが形成された被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動機構と、該移動機構により回転させながら半径方向に移動する前記被検査対象に対して遠紫外光を含む広帯域の照明光を前記被検査対象に適する偏光状態で斜め方向から照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された被検査対象から発生する０次反射光を検出する検出光学系と、前記検出された０次反射光を分光して得られる分光反射率波形を基に前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査手段とを備えたことを特徴とするパターン形状検査装置及びその方法である。
【００１５】
また、本発明は、さらに、前記照射光学系で照射された前記被検査対象から発生する散乱光を検出して得られる散乱光強度信号に基づいて前記被検査対象上に存在する異物、スクラッチ等の欠陥を検出する欠陥検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記照射光学系には、前記広帯域の照明光を射出する広帯域光源と、該照明光を集光する集光レンズと、前記被検査対象上の検出視野を決める視野絞りと、前記被検査対象に適するように前記照明光の偏光方向を制御する偏光光学要素と、該偏光光学要素で偏光方向が制御された照明光を斜め方向から前記被検査対象上に結像させる照明レンズとを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記検出光学系には、前記被検査対象から発生する０次反射光を結像する対物レンズと、迷光を遮蔽する絞りとを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記形状検査手段には、標準の被検査対象から得られる基準の分光反射率波形と前記被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差を算出して前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査処理部を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記被検査対象がディスクリートトラックメディア又はビットパターンドメディアであることを特徴とする。また、本発明は、前記被検査対象がディスクリートトラックメディア若しくはビットパターンドメディアの型であるスタンパ又は該スタンパの型であるマスタであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記被検査対象が石英製のスタンパである場合には、前記照射光学系において、前記照明光の偏光状態をｓ偏光で構成し、前記斜め方向の入射角を７０°以上で構成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記被検査対象が前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアである場合において、前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアは磁性膜のパターンを埋め込んで平坦化し、該平坦化された磁性膜のパターンの上に保護膜が形成されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ディスクリートトラックメディア若しくはビットパターンドメディアからなる磁気記録媒体又はそのスタンパ又は該スタンパの型であるマスタに対し、被検査対象の材質によらず、パターン形状を高速、高感度に検出して高スループットに検査を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係るパターン形状検査装置及びその方法の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】
［第１の実施の形態］
本発明に係るパターン形状検査方法及びその装置の第１の実施の形態について図１乃至図６を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明に係るパターン形状検査装置の第１の実施の形態を示す構成図である。本発明に係るパターン形状検査装置は、磁気記憶媒体のパターンドメディアや、該パターンドメディアをナノインプリントで形成する際のスタンパや、該スタンパの型であるマスタを被検査対象とし、磁気記録媒体上の磁性膜における凹凸パターンや、スタンパにおける凹凸パターンや、該スタンパの型であるマスタにおける凹凸パターンのパターン形状の検査を行う。図２には、ディスクリートトラックメディアの石英製スタンパ１０１の被検査対象を示す。
【００２６】
本発明に係るパターン形状検査装置は、被検査対象の例えばスタンパ１０１である試料１を搭載し回転するθステージ２と該θステージ２を１方向に移動するＸステージ３とで構成され、前記被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動機構と、遠紫外（ＤＵＶ）光を含む広帯域の照明光を射出する広帯域光源４と該照明光を集光する集光レンズ５と試料上の検出視野を決める視野絞り６と被検査対象である試料に適するように照明光を特定方向に偏光させる偏光プリズム（偏光光学要素）７と特定方向に偏光された照明光を斜め方向から試料１上に結像させる照明レンズ８と前記偏光プリズム７の回転制御を行う偏光制御部２１とで構成される照射光学系と、被検査対象である試料１からの０次反射光を結像する対物レンズ９と迷光等を遮蔽する絞り１０で構成される検出系と、検出光（０次反射光）を分光する回折格子４１及び該回折格子４１で分光された分光波形を検出するリニア光検出器４２で構成される分光器１１と該分光器１１で検出された分光波形を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル化された分光反射率波形を得る分光波形処理部２２と該分光波形処理部２２で得られた分光反射率波形を基に検査対象のパターン形状を検査する形状検査処理部２３とで構成される形状検査手段と、全体のシーケンスを制御する全体制御部３１と、該全体制御部３１に接続された入出力端末３２及びデータベース３３とを備えて構成される。磁気記録媒体上の磁性膜における凹凸パターンや、スタンパにおける凹凸パターンのパターン形状の検査を行うためには、パターン形状変化による反射光の分光反射率の変化量が大きく、形状変化検出感度が大きいことが必要である。そのため、偏光方向が被検査対象に適するように制御（調節）された照明光を試料１に対して斜方から入射し、試料１からの０次反射光（正反射光）を斜方方向から検出するように構成した。また、被検査対象がＤＵＶ光を含むＵＶ光を透過する石英製のスタンパであっても、照明光を斜方入射させることによって反射率を大きくし、検出光量を大きくしてパターン形状について高感度の検査が可能となる。
【００２７】
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の動作について説明する。試料１はθステージ２上に保持され、回転するとともに、Ｘステージ３で一方向に移動され、θステージ２の回転位置及びＸステージ３の移動位置は全体制御部３１に入力される。広帯域光源４は遠紫外（ＤＵＶ）光を含む広帯域（多波長）の照明光（波長は、例えば２００〜８００ｎｍ）を射出するもので、例えば、Ｘｅランプ、ハロゲンランプ、重水素ランプ、またはそれらを組み合わせて構成される。照明は斜め入射で入射角αとし、照明光は試料１の半径方向、即ち、ディスクリートトラックのパターン方向に対して略直角に入射される。広帯域光源４からの照明光は集光レンズ５により視野絞り６上に集光される。そして、視野絞り６の像は反射型照明レンズ８により試料上に結像され、検出視野が形成される。そのとき、被検査対象の種類に適するように偏光制御部２１からの偏光プリズム７への回転制御により照明光の偏光方向（ｐ偏光４７、ｓ偏光４８）が選択されて設定される。後述するように試料１のパターン形状の計測を高感度に行う条件から照明光の偏光方向を予め求めてデータベース３３に格納しておくことにより、被検査対象の種類に適するように照明光の偏光方向が選択設定されることになる。ところで、視野絞り６を縦、横、同一の寸法の方形とすると、斜め入射のため、試料１上において検出視野の大きさは光軸方向に1／ｃｏｓα倍だけ長い矩形となる。そこで、視野絞り６の形状はそれを考慮して決定される。
【００２８】
そして、試料１のパターンからの０次反射光（正反射光）は対物レンズ９により集光されて絞り１０上に結像される。ここで、照明レンズ８及び対物レンズ９は、照明光の遠紫外光（ＤＵＶ）領域において、レンズの吸収損失が小さく、色収差を低減できる反射型レンズを使用している。絞り１０は、大きさを試料１上の検出視野の大きさに対応させているため迷光や絞り１０上に結像しない光を遮蔽する。例えば、試料１への入射光の内一部は試料１の表面を透過して試料１の裏面で反射して再度試料１の表面に到達し、試料１の表面から０次反射光と平行方向に射出される。
【００２９】
図２に示すように試料１の厚さ１０２をｔとし、入射角αを７０°とした場合には、試料１の表面からの射出位置は入射位置から１．６８ｔの距離にあり、検出視野の半径方向の大きさ（最大１００μｍ程度）に対して大きくなるため、試料１の裏面からの反射光を絞り１０によって遮蔽することが可能となる。そして、検出視野からの０次反射光（正反射光）は絞り１０を透過し、分光器１１に到達する。分光器１１においては、絞り１０を透過した検出光（０次反射光）を回折格子４１で分光し、該分光波形をリニア光検出器４２で検出する。そして、リニア光検出器４２で検出された分光波形は分光波形処理部２２に入力され、分光波形処理部２２においてＡ／Ｄ変換され、デジタル化された分光反射率波形が得られる。次に、形状検査処理部２３は、分光波形処理部２２で得られた分光反射率波形から被検査対象の凹凸パターンの形状を検査する。
【００３０】
凹凸パターンの形状検査には、いくつかの方法がある。第１の方法は、図３に示すように、基準の分光反射率波形５１を、予め正常の凹凸パターンを有する標準試料（パターン形状が既知の標準試料）から検出するか、またはＲＣＷＡ（Rigorous Coupled-Wave Analysis）等の電磁波解析手法を用いて算出してデータベース３３に格納しておくことにより、形状検査処理部２３が実際の被検査対象の試料１から検出した被検査対象の分光反射率波形５２と上記基準の分光反射率波形５１との間の波長に関する平均誤差（例えば波長に関する二乗平均誤差等）を算出し、その値がある閾値以上の場合、実際の被検査対象の凹凸パターン形状に異常がある（規定寸法（設計寸法）通りに形成されていない）と判定して検査を行う方法である。第２の方法は、予め、正常の凹凸パターンを有する標準試料から検出された基準の分光反射率波形５１からＲＣＷＡ等の電磁波解析手法を用いて各種凹凸パターン形状が変化した場合の各種基準の分光反射率波形を求めてデータベース３３にライブラリ化しておき、形状検査処理部２３が実際の被検査対象の試料１から検出した被検査対象の分光反射率波形５２を上記ライブラリ化された各種基準の分光反射率波形と比較して一致する基準の分光反射率波形から実際の被検査対象の凹凸パターン形状を計測し、該計測された凹凸パターン形状が異常であるか否かを判定して検査を行う方法である。第３の方法は、形状検査処理部２３が実際の被検査対象の試料１から検出した分光反射率波形５２に対して凹凸パターンの形状を変化させた場合の各種基準の分光反射率波形をＲＣＷＡ等の電磁波解析手法を用いて実時間で算出し、該算出した各種基準の分光反射率波形を実際の被検査対象の試料１から検出した被検査対象の分光反射率波形５２にフィッティングさせることによって、実際の被検査対象の凹凸パターン形状自体を計測し、該計測された凹凸パターン形状が異常であるか否かを判定して検査を行う方法である。
【００３１】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る照明光の偏光方向とパターン形状の検出感度との関係について説明する。図４に示すように、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光６３を、基板６１上の凹凸パターン６２に対してパターン方向に対して直角方向から入射角α並びに偏光方向（ｐ偏光６５及びｓ偏光６６）を変化させて照射し、反射光６７の分光波形を検出するシミュレーションを行い、標準凹凸パターンの基準の分光反射率波形と該標準凹凸パターンから凹凸パターンの幅、高さ、側壁角等の形状が変化した場合の被検査対象の分光反射率波形とを求めた。図５には試料１が石英（即ち、基板６１及びパターン６２が石英）の場合の標準パターンにおける反射光６７の入射角αに対する反射率依存性を示す。基板６１に凹凸パターンが無い場合には波長λ１、λ２（λ２＜０．４μｍ＜λ１）に依らずほぼ同一の入射角αに対する反射率依存性を示すが、凹凸パターン６２がある場合には、波長λ１のｐ偏光による入射角αに対する反射率依存性７２と、波長λ２のｐ偏光による入射角αに対する反射率依存性７４、波長λ１のｓ偏光による入射角αに対する反射率依存性７１と、波長λ２のｓ偏光による入射角αに対する反射率依存性７３は、それぞれ異なる。また、ｐ偏光ではブリュースター角に相当する角度で反射率が０にならない。しかし、ｐ偏光及びｓ偏光ともに、入射角α＝０°(垂直入射)では反射率が小さく、ｓ偏光では入射角αが大きくなるに従って反射率が大きくなる等は凹凸パターンが無い場合と傾向が類似している。従って、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光を試料に入射する入射角αを大きくすることによって分光器１１で検出する検出光量を大きくすることができる。
【００３２】
次に、本発明に係る被検査対象の凹凸パターンの形状が標準の凹凸パターンから変化したときの分光反射率波形の変化について図６（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）（ｂ）は、凹凸パターンにおいて例えば幅、高さ、側壁角等のうち、幅が変化した場合を示す。他の高さ、側壁角の場合も、同様の傾向を示す。分光反射率波形の変化は、図３に示すように正常な標準凹凸パターンから検出される基準の分光反射率波形５１と標準凹凸パターンからパターン幅等を変化させた場合に検出される被検査対象の分光反射率波形５２との間の波長に関する平均誤差（例えば二乗平均誤差）によって算出され、これを分光反射率変化量と定義する。そして、図６（ａ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｐ偏光での各入射角における分光反射率変化量８３を示し、図６（ｂ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｓ偏光での各入射角における分光反射率変化量８４を示す。図６（ａ）から分かるようにｐ偏光の場合には分光反射率変化量８３は入射角５０°付近で減少し、入射角が増加するに従って再度増加する。図６（ｂ）から分かるようにｓ偏光の場合には分光反射率変化量８４は入射角の増加に対して一様に増加する。そして、図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較したとき、分光反射率変化量は入射角７０°付近においてｓ偏光の方がｐ偏光より大きくなる。ところで、図１に示す分光器１１のリニア光検出器４２のＳ／Ｎを考慮すると、検出可能な分光波形反射率変化量の閾値８５は図６（ａ）（ｂ）に示すようになる。閾値８５のレベルは、リニア光検出器４２のノイズ低減、高感度化により下がる可能性が高いが、入射角７０°付近においてｓ偏光照明により分光反射率波形の変化として高感度で凹凸パターン形状の変化を検出できる可能性が高い。そこで、被検査対象が石英スタンパ１０１の場合には、図１に示すパターン形状検査装置において入射角αは７０°以上、偏光方向はｓ偏光４８であることが望ましい。
【００３３】
形状検査処理部２３は、分光反射率変化量が閾値８５以上の場合、形状異常（形状欠陥）と判定し、その形状異常位置をデータベース３３に記録し、入出力端末３２に表示する。
【００３４】
以上説明したように、被検査対象が石英スタンパ１０１の場合には、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光として斜方入射（入射角αが７０°以上）でｓ偏光を選択し、検出波形として０次反射光（正反射光）による分光反射率波形を検出することによって、高感度に凹凸パターン形状変化を検出することが可能となる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の第２の実施の形態について図１、図４、図７、図８を用いて説明する。本第２の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、試料１として図２に示すスタンパの代わりに、図７に示すディスクリートトラックメディア１１０を検査対象とする点にある。ディスクリートトラックメディア１１０は、図７に示すように、基板１１１、軟磁性下地層１１２、中間層１１３及び記録層１１４から構成されており、記録層１１４の部分にはトラック溝１１５が形成されている。実際の製品では、この後トラック溝１１５を非磁性材料で埋め込み、平坦化後保護膜（図示せず）を形成し、その上に潤滑膜（図示せず）を形成する。このようにパターンの凹凸を埋め込んだメディアを用いることにより、磁気ヘッドの浮上量を安定させることが可能となる。
【００３６】
また、本第２の実施の形態では、被検査対象がディスクリートトラックメディア１１０であるため、スタンパに比較して検査の高スループット化が必要となる。そのため、分光器１１のリニア光検出器４２をアレイ素子から、フォトマル素子を複数並列化して配置することにより高速化を図ることもできる。本第２の実施の形態における各構成要素の動作は、偏光プリズム８の偏光方向をｐ偏光する以外、第１の実施の形態と同一である。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る照明光の偏光方向とパターン形状の形状検出感度との関係について、第１の実施の形態と同様、分光波形の検出シミュレーションに基づいて説明する。本第２の実施の形態では、被検査対象がディスクリートトラックメディア１１０であるため、図４に示す基板６１の代わりに、図７に示す基板１１１、軟磁性下地層１１２及び中間層１１３の多層構造とし、図４に示すパターン６２の代わりに、図７に示す記録層１１４とした製造工程の途中のものである。そして、第１の実施の形態と同様に、図４に示すように、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光６３を、基板６１上の凹凸パターン６２に対してパターン方向に対して直角方向から入射角α並びに偏光方向（ｐ偏光６５及びｓ偏光６６）を変化させて照射し、反射光６７の分光波形を検出するシミュレーションを行い、標準凹凸パターンの基準の分光反射率波形と該標準凹凸パターンから凹凸パターンの幅、高さ、側壁角等の形状が変化した場合の被検査対象の分光反射率波形とを求め、該求められた基準の分光反射率波形と被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差（例えば二乗平均誤差）を算出することによって被検査対象のパターン形状が変化した場合の分光反射率波形変化量を求めた。
【００３８】
そのシミュレーション結果を図８（ａ）（ｂ）に示す。図８（ａ）（ｂ）は例えば記録層１１４の幅が変化した場合を示す。図８（ａ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｐ偏光での各入射角における分光反射率変化量１３３を示し、図８（ｂ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｓ偏光での各入射角における分光反射率変化量１３４を示す。図８（ａ）から分かるようにｐ偏光の場合には分光反射率変化量１３３は入射角４０°付近で若干減少し、入射角が増加するに従って再度増加する。図８（ｂ）から分かるようにｓ偏光の場合には分光反射率変化量１３４は入射角の増加に対して一様に減少する。そして、図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較したとき、分光反射率変化量はｓ偏光の場合の方が小さく、入射角とともに減少している。この理由は、磁性膜が金属の場合において、偏光方向がパターンのライン方向と一致するｓ偏光のとき、分光反射率は波長に依らず一定の反射率となるためである。従って、入射角が７０°以上の場合、ｓ偏光よりｐ偏光の方が分光反射率変化量は大きく、パターン形状の変化に対する感度が高いことが分かる。但し、被検査対象がディスクリートトラックメディアである本第２の実施の形態では、分光波形反射率変化量は、図８（ａ）に示すｐ偏光の場合も、図８（ｂ）に示すｓ偏光の場合もともに、分光器１１のリニア光検出器４２における検出可能な分光波形反射率変化量の閾値１３５に対して殆どの入射角度で大きくなっており、被検査対象が石英スタンパの場合に比較して検出感度が高いことが分かる。なお、被検査対象がディスクリートトラックメディアの場合でも、検出感度は該被検査対象のパターン６２及び基板６１の材質によって変化し、例えば記録層１１４がグラニュラー材料の場合には検出感度はｓ偏光の方がｐ偏光より大きく、しかもｓ偏光の場合には入射角が大きくなるに従い、検出感度が大きくなる場合もありうる。いずれの場合でも、予め被検査対象の材質による検出感度を求めておき、材質によって偏光方向を選択することにより、高感度に凹凸パターン形状の異常な変化を検出することができる。
【００３９】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の第３の実施の形態について図１、図９乃至図１２を用いて説明する。本第３の実施の形態において、第２の実施の形態と相違する点は、試料１として、図７に示すディスクリートトラックメディア１１０の代わりに、図９に示すようにトラック溝１１５を非磁性層１２１で埋め込み、保護膜１２２をコートした埋め込み後のディスクリートトラックメディア１２０を被検査対象とする点にある。
【００４０】
図１０にはディスクリートトラックメディア１２０のパターン形成工程を示す。ディスクリートトラックメディアにトラック溝の凹凸を形成する方法として、基板に磁性膜成膜後、凹凸を形成する方法について説明する。まず、基板１１１に対し、軟磁性下地層１１２、中間層１１３、記録層１１４の順に成膜する（Ｓ１７１）。次に、記録層１１４上に光硬化樹脂膜を形成し、ナノインプリントにより光硬化樹脂膜にトラック溝のパターンを転写する（Ｓ１７２）。パターン転写後、エッチングにより光硬化樹脂層凹部と記録層１１４を加工し、記録層１１４にトラック溝１１５を形成する（Ｓ１７３）。次に、トラック溝１１５を非磁性層１２１で埋め込み（Ｓ１７４）、平坦化後（Ｓ１７５）、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等で保護膜１２２を形成する（Ｓ１７６）。その後、本第３の実施の形態によるパターン形状検査装置でパターンの形状検査を行う（S１７７）。
【００４１】
なお、上記第２の実施の形態における溝埋め込み前のディスクリートトラックメディア１１０のパターン形状検査は、エッチング（Ｓ１７３）後に行うものである。
【００４２】
本第３の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、分光波形の検出シミュレーションを行った。本第３の実施の形態では、図１１に示すように、基板１１１、軟磁性下地層１１２、中間層１１３の積層構造に凸部のパターン６２の記録層１１４、溝埋め込みの非磁性層１２１、保護膜１２２から構成される多層構造に対して、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光６３を入射角α並びに偏光方向（ｐ偏光６５及びｓ偏光６６）を変化させて照射し、反射光６７の分光波形を検出するシミュレーションを行った。そして、標準パターンの基準の分光反射率波形と該標準パターンからパターンの幅、高さ、側壁角等の形状が変化した場合の被検査対象の分光反射率波形とを求め、該求められた基準の分光反射率波形と被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差（例えば二乗平均誤差）を算出することによって被検査対象のパターン形状が変化した場合の分光反射率波形変化量を求めた。
【００４３】
そのシミュレーション結果を図１２（ａ）（ｂ）に示す。図１２（ａ）（ｂ）は例えば記録層１１４の幅が変化した場合を示す。図１２（ａ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｐ偏光での各入射角における分光反射率変化量１５３を示し、図１２（ｂ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｓ偏光での各入射角における分光反射率変化量１５４を示す。図１２（ａ）から分かるようにｐ偏光の場合には分光反射率変化量１５３は入射角５０°付近で減少し、入射角が増加するに従って再度増加する。図１２（ｂ）から分かるようにｓ偏光の場合には分光反射率変化量１５４は入射角の増加に対して一様に減少する。以上、図１２（ａ）に示すｐ偏光の場合の分光反射率変化量１５３を、図８（ａ）に示すｐ偏光の場合のトラック溝埋め込み前の分光反射率変化量１３３と比較するとほぼ同程度であり、図１２（ｂ）に示すｓ偏光の場合の分光反射率変化量１５４を、図８（ｂ）に示すｓ偏光の場合のトラック溝埋め込み前の分光反射率変化量１３４と比較すると該分光反射率変化量１３４に対して増加しており、非磁性層１２１のトラック溝１１５への埋め込み、保護膜コート１２２によっても、パターン形状の検出感度は減少しないことが分かる。これは、トラック溝１１５の埋め込みにより、パターン境界部分の屈折率差を大きくでき、検出感度が減少しないためである。
【００４４】
以上説明したように、被検査対象がディスクリートトラックメディア１２０である第３の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、トラック溝埋め込み、保護膜コートの試料１に対しても、偏光方向を選択することにより、パターン形状の異常な変化を高感度に検出することができる。従って、被検査対象が製品メディアの場合には、トラック溝の埋め込みにより検出感度が減少しないことから、トラック溝に非磁性層を埋め込み、平坦化し、保護膜形成後の第３の実施の形態１２０においてパターン形状の検査を行う方が第２の実施の形態１１０後のパターン形状の異常を検査できるので好ましい。
【００４５】
なお、実際の製品メディアは保護膜コート後潤滑層を形成するが、潤滑層形成後でも、同様にパターン形状の異常な変化を検査することも可能である。
【００４６】
［第４の実施の形態］
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の第４の実施の形態について図１３を用いて説明する。本第４の実施の形態において、第１乃至第３の実施の形態との相違点は、さらに、パターンドメディア上の異物等の欠陥を検出できる欠陥検出系（欠陥検出手段）を備え、パターンドメディアにおけるパターン形状の異常検出と欠陥検出を同時に行うものである。本第４の実施の形態の構成は、第１乃至第３の実施の形態における光学系に欠陥検出系（欠陥検出手段）１６１〜１６４が加わったもので、欠陥検出系以外の他の構成部分は、第１乃至第３の実施の形態と同一である。欠陥検出系（欠陥検出手段）は、図１３に示すように、異物等の欠陥からの上方散乱光を集光する集光レンズ１６１、迷光等を遮蔽する絞り１６２及び上方散乱光を検出する光検出器１６３から構成された散乱光検出光学系と、光検出器１６３の出力信号から異物等の欠陥を検出する欠陥検出処理部１６４とを備えて構成される。
【００４７】
次に、第４の実施の形態の動作について説明する。被検査対象（試料１）としては、例えば第１の実施の形態と同様に図２に示すディスクリートトラックメディア用のスタンパ１０１とする。試料１はθステージ２に保持され、回転するとともに、Ｘステージ３で一方向に移動する。広帯域光源４から遠紫外（ＤＵＶ）光を含む広帯域（多波長）の照明光を射出し、該射出された照明光を集光レンズ５により視野絞り６上に集光する。視野絞り６の像を照明レンズ８により入射角αで試料上に結像し、検出視野を形成する。そのとき、偏光プリズム７により、照明光の偏光方向（ｐ偏光４７、ｓ偏光４８）を決める。なお、照明光の偏光方向は、被検査対象のパターン形状の異常検出を高感度に行う条件から予め求めてデータベース３３に格納しておく。従って、全体制御部３１はデータベース３３に格納された被検査対象に適する照明光の偏光方向の指令を偏光制御部２１に提供することにより偏光制御部２１は偏光プリズム７を回転制御して被検査対象に適するように照明光の偏光方向の選択を行う。そして、被検査対象（試料１）の検出視野から得られる０次反射光（正反射光）は対物レンズ９により集光され、絞り１０上に結像される。さらに試料１の裏面からの反射光は絞り１０によって遮蔽され、絞り１０を透過した検出光（０次反射光）は分光器１１に到達して分光波形が得られ、以後、第１の実施の形態で説明した方法で検査対象の凹凸パターンの形状を計測して検査される。
【００４８】
次に、第４の実施の形態における欠陥検出系について説明する。ところで、入射光による０次光以外の高次反射回折光は、ディスクリートトラックメディアのパターンピッチが数１０ｎｍ程度と微細なため、現れない。また、パターンが精度良く作成されていれば、入射光に対する検出面上方への散乱光は少ない。一方、スタンパ１０１上に異物やスクラッチ等の欠陥が存在する場合には、該異物等の欠陥から上方散乱光が発生する。そこで異物等の欠陥から生じる上方散乱光を集光レンズ１６１で集光して光検出器１６３で検出する。集光レンズ１６１はＮＡ（Numerical Aperture）が大きい程、異物等の欠陥の検出感度は大きくなるため、例えば０．４以上の高ＮＡのレンズを用いる。集光レンズ１６１で集光された上方散乱光の内検出箇所以外からの散乱光は絞り１６２により遮蔽され、絞り１６２を透過した上方散乱光は光検出器１６３によって検出される。光検出器１６３としては、例えば高感度を有する光電子増倍管を用いる。光検出器１６３よって検出された散乱光強度は電気信号に変換され、欠陥検出処理部１６４において異物等の欠陥が検出される。光検出器１６３で検出される散乱光強度信号は例えば図１４に示すようになる。図１４は、試料１のθ回転による時間の経過に伴う各検出位置における散乱光強度信号１７２を示す。異物等の欠陥がある場合、散乱光強度が増加するため、欠陥検出処理部１６４において予め閾値１７３を設定しておくことにより、異物等の欠陥の存在１７４を検出することができる。従って、全体制御部３１は、欠陥検出処理部１６４において異物等の欠陥を検出したとき、その検出位置をデータベース３３に記録し、入出力端末３２に表示する。なお、散乱光を上方検出する場合、一般に、照明光の偏光方向によって異物等の欠陥の検出感度が異なり、異物等の欠陥の大きさが大きいときはｓ偏光、小さいときはｐ偏光が検出感度が高い。そこで、予め、各偏光方向について、検出感度を測定して例えばデータベース３３に格納しておく。従って、欠陥検出処理部１６４は、全体制御部３１から得られる偏光制御部２１に指令する偏光方向によって、閾値１７３を変化することにより、散乱光検出強度から異物等の欠陥の大きさを知ることができる。
【００４９】
以上説明したように第４の実施の形態によれば、ディスクリートトラックメディア用のスタンパ１０１に対して、パターン形状の異常検出と欠陥検出を同時に行うことができる。なお、被検査対象（試料１）としては、第１の実施の形態であるスタンパ１０１以外に、第２及び第３の実施の形態であるディスクリートトラックメディア１１０、１２０に対しても同様に適用可能である。
【００５０】
［第５の実施形態］
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の第５の実施の形態について図１５を用いて説明する。本第５実施の形態において、第１乃至第４の実施の形態と相違する点は、反射型の照明レンズ８を屈折型のレンズ１８１、照明レンズ１８２に、反射型の対物レンズ９を屈折型の対物レンズ１８３、結像レンズ１８４に代えた以外、他の構成部分は図１に示す第１の実施の形態及び図１３に示す第４の実施の形態と同様である。反射型レンズは遠紫外領域での色収差を低減できるが、その構造上、光軸上にミラーがあるため、照明時、光軸方向の光線成分はなく、検出時も光軸方向の光線は検出できない。
【００５１】
一方、分光波形は、その入射角αによって大きく変化する。反射型レンズを用いた場合、照明系、検出系が試料に対し垂直の場合、入射角の影響は光軸に対し、対称であるが、第１乃至第５の実施の形態のように、照明系が斜め入射、検出系が斜め検出の場合、入射角αの影響は光軸に対し、非対称となり、分光波形による形状変化検出で誤差が大きくなる可能性がある。そこで、第５の実施の形態では、反射型レンズの代わりに、屈折型レンズを用いる。屈折型レンズの場合、波長に対し広い範囲で収差を補正することは難しいため、比較的狭い波長範囲で色収差を補正した屈折型レンズを用いる。但し、パターンの大きさが小さい場合、短波長側で検出感度が高いため、紫外、遠紫外で収差が小さいレンズを用いる。
【００５２】
本第５の実施の形態による動作は、第１乃至第４の実施の形態と同様に、照明光を屈折型のレンズ１８１及び照明レンズ１８２を介して試料１に対して照射し、試料１からの０次反射光を屈折型の対物レンズ１８３及び結像レンズ１８４を介して検出し、分光器１１で分光波形を得、形状検査処理部２３で得られた分光反射率波形からパターン形状を計測して異常な変化を検査する。
【００５３】
このとき、屈折型の対物レンズ１８３、結像レンズ１８４は光軸方向の光線を検出できるため、光軸に対する入射角の非対称の影響が小さくなり、分光波形による形状変化検出の誤差を小さくできる。また、屈折型の対物レンズ１８３、結像レンズ１８４の色収差をある程度小さくできれば、分光器１１の回折格子４１によるリニア光検出器１１での波長によるぼけの発生が小さくなり、高精度な分光波形が得られる。
【００５４】
以上説明したように、第１乃至第５の実施の形態によれば、被検査対象であるパターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体のパターンや該磁気記録媒体のパターンをナノインプリントで形成する際のスタンパの凹凸パターンや該スタンパの型であるマスタの凹凸パターン等が円周方向に形成されているため、円周（θ）方向、半径（ｒ）方向に移動しながら検査を行うことにより被検査対象の大面積あるいは全面を高速に検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るパターン形状検査装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る被検査対象が石英スタンパである場合の局所の構造を拡大して示す斜視図である。
【図３】本発明に係る実際の被検査対象から得られる被検査対象の分光反射率波形と正常パターン（標準パターン）から得られる基準の分光反射率波形との関係を説明するための図である。
【図４】本発明に係る被検査対象が石英スタンパの場合におけるシミュレーションするための局所の光学モデルを拡大して示す図である。
【図５】本発明に係る被検査対象が石英スタンパの場合におけるシミュレーションにより得られた入射角αに対する反射率依存性を示す図である。
【図６】本発明に係る第１の実施の形態である被検査対象が石英スタンパの場合における偏光方向に応じてシミュレーションにより得られた入射角αに対する分光反射率変化量を示す図である。
【図７】本発明に係る被検査対象がディスクリートトラックメディアである場合の局所の構造を拡大して示す斜視図である。
【図８】本発明に係る第２の実施の形態である被検査対象がディスクリートトラックメディアの場合における偏光方向に応じたシミュレーションにより得られた入射角αに対する分光反射率変化量を示す図である。
【図９】本発明に係る被検査対象が溝埋め込み後ディスクリートトラックメディアである場合の局所の構造を拡大して示す斜視図である。
【図１０】本発明に係るディスクリートトラックメディアのパターン形成工程を示す図である。
【図１１】本発明に係る被検査対象が溝埋め込み後ディスクリートトラックメディアである場合におけるシミュレーションするための局所の光学モデルを拡大して示す図である。
【図１２】本発明に係る第３の実施の形態である被検査対象が溝埋め込み後ディスクリートトラックメディアの場合における偏光方向に応じたシミュレーションにより得られた入射角αに対する分光反射率変化量を示す図である。
【図１３】本発明に係るパターン形状検査装置の第４の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１４】図１３に示す欠陥検出系（欠陥検出手段）で検出される散乱光強度信号を示す図である。
【図１５】本発明に係るパターン形状検査装置の第５の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…試料（被検査対象）、２…θステージ、３…Ｘステージ、４…広帯域光源、５…集光レンズ、６…視野絞り、７…偏光プリズム（偏光光学要素）、８…反射型照明レンズ、９…反射型対物レンズ、１０…絞り、１１…分光器、２１…偏光制御部、２２…分光波形処理部、２３…形状検査処理部、３１…全体制御部、３２…入出力端末、３３…データベース、４１…回折格子、４２…リニア光検出器、４７、６５…ｐ偏光、４８、６６…ｓ偏光、６１…基板、６２…パターン、６３…照明光、６７…反射光、１０１…スタンパ、１１０…ディスクリートトラックメディア、１１１…基板、１１２…軟磁性下地層、１１３…中間層、１１４…記録層、１１５…トラック溝、１２０…埋め込み後ディスクリートトラックメディア、１２１…非磁性層、１２２…保護膜、１６１…集光レンズ、１６２…絞り、１６３…光検出器、１８１…屈折型レンズ、１８２…屈折型照明レンズ、１８３…屈折型対物レンズ、１８４…屈折型結像レンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査対象であるパターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体又はそのスタンパ又は該スタンパの型であるマスタのパターン形状を高速で、且つ高感度に検査できるパターン形状検査装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＣ、サーバに加え、モバイル機器、デジタルＡＶ機器等の普及が加速し、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の需要が高まって、ＨＤＤが扱う情報量が飛躍的に増大している。一方、ＨＤＤは小形化が要求され、ＨＤＤの磁気記録媒体の記録密度は増大している。ＨＤＤの記録密度の増大に伴い、垂直磁気記録方式の開発が行われたが、垂直磁気記録方式でも、記録密度の増加に伴い、隣接トラック相互の磁気的干渉による影響が大きくなるため、限界に達する。そこで、対象のトラックのみ記録再生する方式として、トラックを物理的に加工し磁気的に分離するディスクリートトラックメディア（Discrete Track Media）の開発が行われている。さらに、記録密度を増加するために、１磁性粒子に１ビットを記録するビットパターンドメディア（Bit Patterned Media）の開発も進められている。
【０００３】
ディスクリートトラックメディアやビットパターンドメディアは従来の磁気記録媒体と異なり、トラックやビットのパターンを形成する必要がある。トラックやビットパターンの大きさは数１０ｎｍと微細であり、微細なパターンを低コストで製造する方法として、光ナノインプリントが用いられる。
【０００４】
ところで、光ナノインプリント技術で形成されたパターンに対し、パターンの大きさや形状のばらつき、欠損やショートがある場合には、磁気記録媒体は正常に動作せず、不良となる場合がある。そのため、パターン形状が適切に形成されているか検査することが必要となる。また、パターンの型であるスタンパに欠陥がある場合には、欠陥が複製されるため、より高精度な検査が必要となる。微細なパターンの欠陥を検査する方式としてＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）やＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）があるが、スループットの観点でインラインでの検査に適用することができない。
一方、微小な欠陥や、パターン形状欠陥を高スループットで検出する装置として、光学式の表面検査装置やＯＣＤ（Optical Critical Dimension ）計測装置がある。
【０００５】
従来の表面検査装置やＯＣＤ計測装置としては、特許文献１（特開２００７−３０４０６２号公報）、特許文献２（特表２００７−５２６４４４号公報）、特許文献３（特開２００３−１４９１５９号公報）及び非特許文献１（“Line-profile and critical dimension correlation between a normal incidence optical CD metrology system and SEM”, Proc. SPIE Vol. 4689, 2002, pp966-976）において知られている。
【０００６】
特許文献１には、半導体ウェハ上周期性段差パターンに偏光を斜め照射し、反射時、直交方向の偏光を検出し、検出光の強度から段差パターンの直線性を検出し、例えば、レジストパターン露光時のフォーカスの良否および露光量を判定することが記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、検体を照明するように構成された照明システムと、前記検体から散乱された光を集光するように構成された集光器と、前記光の異なる部分に関する方位と極角情報が保存されるように、前記光の異なる部分を個別に検出するとともに、前記光の異なる部分を表す信号を生成するように構成されたセグメント化された検出器と、信号から前記検体上の欠陥を検出するように構成されたプロセッサとを備えた検査システムが記載されている。
【０００８】
また、特許文献３には、第１の光ビームを斜めの入射角度で試料の表面に向け、第２の光ビームを実質的に垂直な角度で試料の表面に向けるように構成される照明システムと、試料の表面から戻る第１及び第２の光ビームの少なくとも一部を収集するように構成される収集システムと、第１及び第２の光ビームの収集された部分を処理するように構成される検出システムとを備え、半導体ウェハなどの試料の表面を検査するシステムが記載されている。
【０００９】
また、非特許文献１には、垂直入射及び垂直検出の光学系を有するスキャットロメトリを適用してＳｉ基板におけるポリＳｉ上レジスト膜の凹凸パターンのＣＤ（Critical Dimension）を計測することについて記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３０４０６２号公報
【特許文献２】特表２００７−５２６４４４号公報
【特許文献３】特開２００３−１４９１５９号公報
【非特許文献１】Line-profile and critical dimension correlation between a normal incidence optical CD metrology system and SEM, Proc. SPIE Vol. 4689, 2002, pp966-976
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１は直線性検出、特許文献２、３は散乱光検出による欠陥検出に関するものであって、パターン形状を検査する点について考慮されていなかった。
【００１２】
また、非特許文献１は、垂直入射及び垂直検出の光学系を有するスキャットロメトリを適用してＳｉ基板におけるポリＳｉ上レジスト膜の凹凸パターンのＣＤ（Critical Dimension）を計測する技術に関するものであって、パターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体の凹凸パターンや該磁気記録媒体の凹凸パターンをナノインプリントで形成する際のスタンパの凹凸パターン等についてのパターン形状を高速で、且つ高感度に検査する点について考慮されていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、被検査対象であるパターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体又はそのスタンパ又は該スタンパの型であるマスタのパターン形状を高速で、且つ高感度に検査できるようにしたパターン形状検査装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、パターンが形成された被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動機構と、該移動機構により回転させながら半径方向に移動する前記被検査対象に対して遠紫外光を含む広帯域の照明光を前記被検査対象に適する偏光状態で斜め方向から照射する照射光学系と、該照射光学系で照射された被検査対象から発生する０次反射光を検出する検出光学系と、前記検出された０次反射光を分光して得られる分光反射率波形を基に前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査手段とを備えたことを特徴とするパターン形状検査装置及びその方法である。
【００１５】
また、本発明は、さらに、前記照射光学系で照射された前記被検査対象から発生する散乱光を検出して得られる散乱光強度信号に基づいて前記被検査対象上に存在する異物、スクラッチ等の欠陥を検出する欠陥検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記照射光学系には、前記広帯域の照明光を射出する広帯域光源と、該照明光を集光する集光レンズと、前記被検査対象上の検出視野を決める視野絞りと、前記被検査対象に適するように前記照明光の偏光方向を制御する偏光光学要素と、該偏光光学要素で偏光方向が制御された照明光を斜め方向から前記被検査対象上に結像させる照明レンズとを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記検出光学系には、前記被検査対象から発生する０次反射光を結像する対物レンズと、迷光を遮蔽する絞りとを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記形状検査手段には、標準の被検査対象から得られる基準の分光反射率波形と前記被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差を算出して前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査処理部を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記被検査対象がディスクリートトラックメディア又はビットパターンドメディアであることを特徴とする。また、本発明は、前記被検査対象がディスクリートトラックメディア若しくはビットパターンドメディアの型であるスタンパ又は該スタンパの型であるマスタであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記被検査対象が石英製のスタンパである場合には、前記照射光学系において、前記照明光の偏光状態をｓ偏光で構成し、前記斜め方向の入射角を７０°以上で構成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記被検査対象が前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアである場合において、前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアは磁性膜のパターンを埋め込んで平坦化し、該平坦化された磁性膜のパターンの上に保護膜が形成されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ディスクリートトラックメディア若しくはビットパターンドメディアからなる磁気記録媒体又はそのスタンパ又は該スタンパの型であるマスタに対し、被検査対象の材質によらず、パターン形状を高速、高感度に検出して高スループットに検査を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係るパターン形状検査装置及びその方法の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】
［第１の実施の形態］
本発明に係るパターン形状検査方法及びその装置の第１の実施の形態について図１乃至図６を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明に係るパターン形状検査装置の第１の実施の形態を示す構成図である。本発明に係るパターン形状検査装置は、磁気記憶媒体のパターンドメディアや、該パターンドメディアをナノインプリントで形成する際のスタンパや、該スタンパの型であるマスタを被検査対象とし、磁気記録媒体上の磁性膜における凹凸パターンや、スタンパにおける凹凸パターンや、該スタンパの型であるマスタにおける凹凸パターンのパターン形状の検査を行う。図２には、ディスクリートトラックメディアの石英製スタンパ１０１の被検査対象を示す。
【００２６】
本発明に係るパターン形状検査装置は、被検査対象の例えばスタンパ１０１である試料１を搭載し回転するθステージ２と該θステージ２を１方向に移動するＸステージ３とで構成され、前記被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動機構と、遠紫外（ＤＵＶ）光を含む広帯域の照明光を射出する広帯域光源４と該照明光を集光する集光レンズ５と試料上の検出視野を決める視野絞り６と被検査対象である試料に適するように照明光を特定方向に偏光させる偏光プリズム（偏光光学要素）７と特定方向に偏光された照明光を斜め方向から試料１上に結像させる照明レンズ８と前記偏光プリズム７の回転制御を行う偏光制御部２１とで構成される照射光学系と、被検査対象である試料１からの０次反射光を結像する対物レンズ９と迷光等を遮蔽する絞り１０で構成される検出系と、検出光（０次反射光）を分光する回折格子４１及び該回折格子４１で分光された分光波形を検出するリニア光検出器４２で構成される分光器１１と該分光器１１で検出された分光波形を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル化された分光反射率波形を得る分光波形処理部２２と該分光波形処理部２２で得られた分光反射率波形を基に検査対象のパターン形状を検査する形状検査処理部２３とで構成される形状検査手段と、全体のシーケンスを制御する全体制御部３１と、該全体制御部３１に接続された入出力端末３２及びデータベース３３とを備えて構成される。磁気記録媒体上の磁性膜における凹凸パターンや、スタンパにおける凹凸パターンのパターン形状の検査を行うためには、パターン形状変化による反射光の分光反射率の変化量が大きく、形状変化検出感度が大きいことが必要である。そのため、偏光方向が被検査対象に適するように制御（調節）された照明光を試料１に対して斜方から入射し、試料１からの０次反射光（正反射光）を斜方方向から検出するように構成した。また、被検査対象がＤＵＶ光を含むＵＶ光を透過する石英製のスタンパであっても、照明光を斜方入射させることによって反射率を大きくし、検出光量を大きくしてパターン形状について高感度の検査が可能となる。
【００２７】
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の動作について説明する。試料１はθステージ２上に保持され、回転するとともに、Ｘステージ３で一方向に移動され、θステージ２の回転位置及びＸステージ３の移動位置は全体制御部３１に入力される。広帯域光源４は遠紫外（ＤＵＶ）光を含む広帯域（多波長）の照明光（波長は、例えば２００〜８００ｎｍ）を射出するもので、例えば、Ｘｅランプ、ハロゲンランプ、重水素ランプ、またはそれらを組み合わせて構成される。照明は斜め入射で入射角αとし、照明光は試料１の半径方向、即ち、ディスクリートトラックのパターン方向に対して略直角に入射される。広帯域光源４からの照明光は集光レンズ５により視野絞り６上に集光される。そして、視野絞り６の像は反射型照明レンズ８により試料上に結像され、検出視野が形成される。そのとき、被検査対象の種類に適するように偏光制御部２１からの偏光プリズム７への回転制御により照明光の偏光方向（ｐ偏光４７、ｓ偏光４８）が選択されて設定される。後述するように試料１のパターン形状の計測を高感度に行う条件から照明光の偏光方向を予め求めてデータベース３３に格納しておくことにより、被検査対象の種類に適するように照明光の偏光方向が選択設定されることになる。ところで、視野絞り６を縦、横、同一の寸法の方形とすると、斜め入射のため、試料１上において検出視野の大きさは光軸方向に1／ｃｏｓα倍だけ長い矩形となる。そこで、視野絞り６の形状はそれを考慮して決定される。
【００２８】
そして、試料１のパターンからの０次反射光（正反射光）は対物レンズ９により集光されて絞り１０上に結像される。ここで、照明レンズ８及び対物レンズ９は、照明光の遠紫外光（ＤＵＶ）領域において、レンズの吸収損失が小さく、色収差を低減できる反射型レンズを使用している。絞り１０は、大きさを試料１上の検出視野の大きさに対応させているため迷光や絞り１０上に結像しない光を遮蔽する。例えば、試料１への入射光の内一部は試料１の表面を透過して試料１の裏面で反射して再度試料１の表面に到達し、試料１の表面から０次反射光と平行方向に射出される。
【００２９】
図２に示すように試料１の厚さ１０２をｔとし、入射角αを７０°とした場合には、試料１の表面からの射出位置は入射位置から１．６８ｔの距離にあり、検出視野の半径方向の大きさ（最大１００μｍ程度）に対して大きくなるため、試料１の裏面からの反射光を絞り１０によって遮蔽することが可能となる。そして、検出視野からの０次反射光（正反射光）は絞り１０を透過し、分光器１１に到達する。分光器１１においては、絞り１０を透過した検出光（０次反射光）を回折格子４１で分光し、該分光波形をリニア光検出器４２で検出する。そして、リニア光検出器４２で検出された分光波形は分光波形処理部２２に入力され、分光波形処理部２２においてＡ／Ｄ変換され、デジタル化された分光反射率波形が得られる。次に、形状検査処理部２３は、分光波形処理部２２で得られた分光反射率波形から被検査対象の凹凸パターンの形状を検査する。
【００３０】
凹凸パターンの形状検査には、いくつかの方法がある。第１の方法は、図３に示すように、基準の分光反射率波形５１を、予め正常の凹凸パターンを有する標準試料（パターン形状が既知の標準試料）から検出するか、またはＲＣＷＡ（Rigorous Coupled-Wave Analysis）等の電磁波解析手法を用いて算出してデータベース３３に格納しておくことにより、形状検査処理部２３が実際の被検査対象の試料１から検出した被検査対象の分光反射率波形５２と上記基準の分光反射率波形５１との間の波長に関する平均誤差（例えば波長に関する二乗平均誤差等）を算出し、その値がある閾値以上の場合、実際の被検査対象の凹凸パターン形状に異常がある（規定寸法（設計寸法）通りに形成されていない）と判定して検査を行う方法である。第２の方法は、予め、正常の凹凸パターンを有する標準試料から検出された基準の分光反射率波形５１からＲＣＷＡ等の電磁波解析手法を用いて各種凹凸パターン形状が変化した場合の各種基準の分光反射率波形を求めてデータベース３３にライブラリ化しておき、形状検査処理部２３が実際の被検査対象の試料１から検出した被検査対象の分光反射率波形５２を上記ライブラリ化された各種基準の分光反射率波形と比較して一致する基準の分光反射率波形から実際の被検査対象の凹凸パターン形状を計測し、該計測された凹凸パターン形状が異常であるか否かを判定して検査を行う方法である。第３の方法は、形状検査処理部２３が実際の被検査対象の試料１から検出した分光反射率波形５２に対して凹凸パターンの形状を変化させた場合の各種基準の分光反射率波形をＲＣＷＡ等の電磁波解析手法を用いて実時間で算出し、該算出した各種基準の分光反射率波形を実際の被検査対象の試料１から検出した被検査対象の分光反射率波形５２にフィッティングさせることによって、実際の被検査対象の凹凸パターン形状自体を計測し、該計測された凹凸パターン形状が異常であるか否かを判定して検査を行う方法である。
【００３１】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る照明光の偏光方向とパターン形状の検出感度との関係について説明する。図４に示すように、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光６３を、基板６１上の凹凸パターン６２に対してパターン方向に対して直角方向から入射角α並びに偏光方向（ｐ偏光６５及びｓ偏光６６）を変化させて照射し、反射光６７の分光波形を検出するシミュレーションを行い、標準凹凸パターンの基準の分光反射率波形と該標準凹凸パターンから凹凸パターンの幅、高さ、側壁角等の形状が変化した場合の被検査対象の分光反射率波形とを求めた。図５には試料１が石英（即ち、基板６１及びパターン６２が石英）の場合の標準パターンにおける反射光６７の入射角αに対する反射率依存性を示す。基板６１に凹凸パターンが無い場合には波長λ１、λ２（λ２＜０．４μｍ＜λ１）に依らずほぼ同一の入射角αに対する反射率依存性を示すが、凹凸パターン６２がある場合には、波長λ１のｐ偏光による入射角αに対する反射率依存性７２と、波長λ２のｐ偏光による入射角αに対する反射率依存性７４、波長λ１のｓ偏光による入射角αに対する反射率依存性７１と、波長λ２のｓ偏光による入射角αに対する反射率依存性７３は、それぞれ異なる。また、ｐ偏光ではブリュースター角に相当する角度で反射率が０にならない。しかし、ｐ偏光及びｓ偏光ともに、入射角α＝０°(垂直入射)では反射率が小さく、ｓ偏光では入射角αが大きくなるに従って反射率が大きくなる等は凹凸パターンが無い場合と傾向が類似している。従って、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光を試料に入射する入射角αを大きくすることによって分光器１１で検出する検出光量を大きくすることができる。
【００３２】
次に、本発明に係る被検査対象の凹凸パターンの形状が標準の凹凸パターンから変化したときの分光反射率波形の変化について図６（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）（ｂ）は、凹凸パターンにおいて例えば幅、高さ、側壁角等のうち、幅が変化した場合を示す。他の高さ、側壁角の場合も、同様の傾向を示す。分光反射率波形の変化は、図３に示すように正常な標準凹凸パターンから検出される基準の分光反射率波形５１と標準凹凸パターンからパターン幅等を変化させた場合に検出される被検査対象の分光反射率波形５２との間の波長に関する平均誤差（例えば二乗平均誤差）によって算出され、これを分光反射率変化量と定義する。そして、図６（ａ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｐ偏光での各入射角における分光反射率変化量８３を示し、図６（ｂ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｓ偏光での各入射角における分光反射率変化量８４を示す。図６（ａ）から分かるようにｐ偏光の場合には分光反射率変化量８３は入射角５０°付近で減少し、入射角が増加するに従って再度増加する。図６（ｂ）から分かるようにｓ偏光の場合には分光反射率変化量８４は入射角の増加に対して一様に増加する。そして、図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較したとき、分光反射率変化量は入射角７０°付近においてｓ偏光の方がｐ偏光より大きくなる。ところで、図１に示す分光器１１のリニア光検出器４２のＳ／Ｎを考慮すると、検出可能な分光波形反射率変化量の閾値８５は図６（ａ）（ｂ）に示すようになる。閾値８５のレベルは、リニア光検出器４２のノイズ低減、高感度化により下がる可能性が高いが、入射角７０°付近においてｓ偏光照明により分光反射率波形の変化として高感度で凹凸パターン形状の変化を検出できる可能性が高い。そこで、被検査対象が石英スタンパ１０１の場合には、図１に示すパターン形状検査装置において入射角αは７０°以上、偏光方向はｓ偏光４８であることが望ましい。
【００３３】
形状検査処理部２３は、分光反射率変化量が閾値８５以上の場合、形状異常（形状欠陥）と判定し、その形状異常位置をデータベース３３に記録し、入出力端末３２に表示する。
【００３４】
以上説明したように、被検査対象が石英スタンパ１０１の場合には、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光として斜方入射（入射角αが７０°以上）でｓ偏光を選択し、検出波形として０次反射光（正反射光）による分光反射率波形を検出することによって、高感度に凹凸パターン形状変化を検出することが可能となる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の第２の実施の形態について図１、図４、図７、図８を用いて説明する。本第２の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、試料１として図２に示すスタンパの代わりに、図７に示すディスクリートトラックメディア１１０を検査対象とする点にある。ディスクリートトラックメディア１１０は、図７に示すように、基板１１１、軟磁性下地層１１２、中間層１１３及び記録層１１４から構成されており、記録層１１４の部分にはトラック溝１１５が形成されている。実際の製品では、この後トラック溝１１５を非磁性材料で埋め込み、平坦化後保護膜（図示せず）を形成し、その上に潤滑膜（図示せず）を形成する。このようにパターンの凹凸を埋め込んだメディアを用いることにより、磁気ヘッドの浮上量を安定させることが可能となる。
【００３６】
また、本第２の実施の形態では、被検査対象がディスクリートトラックメディア１１０であるため、スタンパに比較して検査の高スループット化が必要となる。そのため、分光器１１のリニア光検出器４２をアレイ素子から、フォトマル素子を複数並列化して配置することにより高速化を図ることもできる。本第２の実施の形態における各構成要素の動作は、偏光プリズム８の偏光方向をｐ偏光する以外、第１の実施の形態と同一である。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る照明光の偏光方向とパターン形状の形状検出感度との関係について、第１の実施の形態と同様、分光波形の検出シミュレーションに基づいて説明する。本第２の実施の形態では、被検査対象がディスクリートトラックメディア１１０であるため、図４に示す基板６１の代わりに、図７に示す基板１１１、軟磁性下地層１１２及び中間層１１３の多層構造とし、図４に示すパターン６２の代わりに、図７に示す記録層１１４とした製造工程の途中のものである。そして、第１の実施の形態と同様に、図４に示すように、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光６３を、基板６１上の凹凸パターン６２に対してパターン方向に対して直角方向から入射角α並びに偏光方向（ｐ偏光６５及びｓ偏光６６）を変化させて照射し、反射光６７の分光波形を検出するシミュレーションを行い、標準凹凸パターンの基準の分光反射率波形と該標準凹凸パターンから凹凸パターンの幅、高さ、側壁角等の形状が変化した場合の被検査対象の分光反射率波形とを求め、該求められた基準の分光反射率波形と被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差（例えば二乗平均誤差）を算出することによって被検査対象のパターン形状が変化した場合の分光反射率波形変化量を求めた。
【００３８】
そのシミュレーション結果を図８（ａ）（ｂ）に示す。図８（ａ）（ｂ）は例えば記録層１１４の幅が変化した場合を示す。図８（ａ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｐ偏光での各入射角における分光反射率変化量１３３を示し、図８（ｂ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｓ偏光での各入射角における分光反射率変化量１３４を示す。図８（ａ）から分かるようにｐ偏光の場合には分光反射率変化量１３３は入射角４０°付近で若干減少し、入射角が増加するに従って再度増加する。図８（ｂ）から分かるようにｓ偏光の場合には分光反射率変化量１３４は入射角の増加に対して一様に減少する。そして、図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較したとき、分光反射率変化量はｓ偏光の場合の方が小さく、入射角とともに減少している。この理由は、磁性膜が金属の場合において、偏光方向がパターンのライン方向と一致するｓ偏光のとき、分光反射率は波長に依らず一定の反射率となるためである。従って、入射角が７０°以上の場合、ｓ偏光よりｐ偏光の方が分光反射率変化量は大きく、パターン形状の変化に対する感度が高いことが分かる。但し、被検査対象がディスクリートトラックメディアである本第２の実施の形態では、分光波形反射率変化量は、図８（ａ）に示すｐ偏光の場合も、図８（ｂ）に示すｓ偏光の場合もともに、分光器１１のリニア光検出器４２における検出可能な分光波形反射率変化量の閾値１３５に対して殆どの入射角度で大きくなっており、被検査対象が石英スタンパの場合に比較して検出感度が高いことが分かる。なお、被検査対象がディスクリートトラックメディアの場合でも、検出感度は該被検査対象のパターン６２及び基板６１の材質によって変化し、例えば記録層１１４がグラニュラー材料の場合には検出感度はｓ偏光の方がｐ偏光より大きく、しかもｓ偏光の場合には入射角が大きくなるに従い、検出感度が大きくなる場合もありうる。いずれの場合でも、予め被検査対象の材質による検出感度を求めておき、材質によって偏光方向を選択することにより、高感度に凹凸パターン形状の異常な変化を検出することができる。
【００３９】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の第３の実施の形態について図１、図９乃至図１２を用いて説明する。本第３の実施の形態において、第２の実施の形態と相違する点は、試料１として、図７に示すディスクリートトラックメディア１１０の代わりに、図９に示すようにトラック溝１１５を非磁性層１２１で埋め込み、保護膜１２２をコートした埋め込み後のディスクリートトラックメディア１２０を被検査対象とする点にある。
【００４０】
図１０にはディスクリートトラックメディア１２０のパターン形成工程を示す。ディスクリートトラックメディアにトラック溝の凹凸を形成する方法として、基板に磁性膜成膜後、凹凸を形成する方法について説明する。まず、基板１１１に対し、軟磁性下地層１１２、中間層１１３、記録層１１４の順に成膜する（Ｓ１７１）。次に、記録層１１４上に光硬化樹脂膜を形成し、ナノインプリントにより光硬化樹脂膜にトラック溝のパターンを転写する（Ｓ１７２）。パターン転写後、エッチングにより光硬化樹脂層凹部と記録層１１４を加工し、記録層１１４にトラック溝１１５を形成する（Ｓ１７３）。次に、トラック溝１１５を非磁性層１２１で埋め込み（Ｓ１７４）、平坦化後（Ｓ１７５）、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等で保護膜１２２を形成する（Ｓ１７６）。その後、本第３の実施の形態によるパターン形状検査装置でパターンの形状検査を行う（S１７７）。
【００４１】
なお、上記第２の実施の形態における溝埋め込み前のディスクリートトラックメディア１１０のパターン形状検査は、エッチング（Ｓ１７３）後に行うものである。
【００４２】
本第３の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、分光波形の検出シミュレーションを行った。本第３の実施の形態では、図１１に示すように、基板１１１、軟磁性下地層１１２、中間層１１３の積層構造に凸部のパターン６２の記録層１１４、溝埋め込みの非磁性層１２１、保護膜１２２から構成される多層構造に対して、ＤＵＶ光を含む広帯域の照明光６３を入射角α並びに偏光方向（ｐ偏光６５及びｓ偏光６６）を変化させて照射し、反射光６７の分光波形を検出するシミュレーションを行った。そして、標準パターンの基準の分光反射率波形と該標準パターンからパターンの幅、高さ、側壁角等の形状が変化した場合の被検査対象の分光反射率波形とを求め、該求められた基準の分光反射率波形と被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差（例えば二乗平均誤差）を算出することによって被検査対象のパターン形状が変化した場合の分光反射率波形変化量を求めた。
【００４３】
そのシミュレーション結果を図１２（ａ）（ｂ）に示す。図１２（ａ）（ｂ）は例えば記録層１１４の幅が変化した場合を示す。図１２（ａ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｐ偏光での各入射角における分光反射率変化量１５３を示し、図１２（ｂ）には入射角α［deg］を変化させた場合においてｓ偏光での各入射角における分光反射率変化量１５４を示す。図１２（ａ）から分かるようにｐ偏光の場合には分光反射率変化量１５３は入射角５０°付近で減少し、入射角が増加するに従って再度増加する。図１２（ｂ）から分かるようにｓ偏光の場合には分光反射率変化量１５４は入射角の増加に対して一様に減少する。以上、図１２（ａ）に示すｐ偏光の場合の分光反射率変化量１５３を、図８（ａ）に示すｐ偏光の場合のトラック溝埋め込み前の分光反射率変化量１３３と比較するとほぼ同程度であり、図１２（ｂ）に示すｓ偏光の場合の分光反射率変化量１５４を、図８（ｂ）に示すｓ偏光の場合のトラック溝埋め込み前の分光反射率変化量１３４と比較すると該分光反射率変化量１３４に対して増加しており、非磁性層１２１のトラック溝１１５への埋め込み、保護膜コート１２２によっても、パターン形状の検出感度は減少しないことが分かる。これは、トラック溝１１５の埋め込みにより、パターン境界部分の屈折率差を大きくでき、検出感度が減少しないためである。
【００４４】
以上説明したように、被検査対象がディスクリートトラックメディア１２０である第３の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、トラック溝埋め込み、保護膜コートの試料１に対しても、偏光方向を選択することにより、パターン形状の異常な変化を高感度に検出することができる。従って、被検査対象が製品メディアの場合には、トラック溝の埋め込みにより検出感度が減少しないことから、トラック溝に非磁性層を埋め込み、平坦化し、保護膜形成後の第３の実施の形態１２０においてパターン形状の検査を行う方が第２の実施の形態１１０後のパターン形状の異常を検査できるので好ましい。
【００４５】
なお、実際の製品メディアは保護膜コート後潤滑層を形成するが、潤滑層形成後でも、同様にパターン形状の異常な変化を検査することも可能である。
【００４６】
［第４の実施の形態］
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の第４の実施の形態について図１３を用いて説明する。本第４の実施の形態において、第１乃至第３の実施の形態との相違点は、さらに、パターンドメディア上の異物等の欠陥を検出できる欠陥検出系（欠陥検出手段）を備え、パターンドメディアにおけるパターン形状の異常検出と欠陥検出を同時に行うものである。本第４の実施の形態の構成は、第１乃至第３の実施の形態における光学系に欠陥検出系（欠陥検出手段）１６１〜１６４が加わったもので、欠陥検出系以外の他の構成部分は、第１乃至第３の実施の形態と同一である。欠陥検出系（欠陥検出手段）は、図１３に示すように、異物等の欠陥からの上方散乱光を集光する集光レンズ１６１、迷光等を遮蔽する絞り１６２及び上方散乱光を検出する光検出器１６３から構成された散乱光検出光学系と、光検出器１６３の出力信号から異物等の欠陥を検出する欠陥検出処理部１６４とを備えて構成される。
【００４７】
次に、第４の実施の形態の動作について説明する。被検査対象（試料１）としては、例えば第１の実施の形態と同様に図２に示すディスクリートトラックメディア用のスタンパ１０１とする。試料１はθステージ２に保持され、回転するとともに、Ｘステージ３で一方向に移動する。広帯域光源４から遠紫外（ＤＵＶ）光を含む広帯域（多波長）の照明光を射出し、該射出された照明光を集光レンズ５により視野絞り６上に集光する。視野絞り６の像を照明レンズ８により入射角αで試料上に結像し、検出視野を形成する。そのとき、偏光プリズム７により、照明光の偏光方向（ｐ偏光４７、ｓ偏光４８）を決める。なお、照明光の偏光方向は、被検査対象のパターン形状の異常検出を高感度に行う条件から予め求めてデータベース３３に格納しておく。従って、全体制御部３１はデータベース３３に格納された被検査対象に適する照明光の偏光方向の指令を偏光制御部２１に提供することにより偏光制御部２１は偏光プリズム７を回転制御して被検査対象に適するように照明光の偏光方向の選択を行う。そして、被検査対象（試料１）の検出視野から得られる０次反射光（正反射光）は対物レンズ９により集光され、絞り１０上に結像される。さらに試料１の裏面からの反射光は絞り１０によって遮蔽され、絞り１０を透過した検出光（０次反射光）は分光器１１に到達して分光波形が得られ、以後、第１の実施の形態で説明した方法で検査対象の凹凸パターンの形状を計測して検査される。
【００４８】
次に、第４の実施の形態における欠陥検出系について説明する。ところで、入射光による０次光以外の高次反射回折光は、ディスクリートトラックメディアのパターンピッチが数１０ｎｍ程度と微細なため、現れない。また、パターンが精度良く作成されていれば、入射光に対する検出面上方への散乱光は少ない。一方、スタンパ１０１上に異物やスクラッチ等の欠陥が存在する場合には、該異物等の欠陥から上方散乱光が発生する。そこで異物等の欠陥から生じる上方散乱光を集光レンズ１６１で集光して光検出器１６３で検出する。集光レンズ１６１はＮＡ（Numerical Aperture）が大きい程、異物等の欠陥の検出感度は大きくなるため、例えば０．４以上の高ＮＡのレンズを用いる。集光レンズ１６１で集光された上方散乱光の内検出箇所以外からの散乱光は絞り１６２により遮蔽され、絞り１６２を透過した上方散乱光は光検出器１６３によって検出される。光検出器１６３としては、例えば高感度を有する光電子増倍管を用いる。光検出器１６３よって検出された散乱光強度は電気信号に変換され、欠陥検出処理部１６４において異物等の欠陥が検出される。光検出器１６３で検出される散乱光強度信号は例えば図１４に示すようになる。図１４は、試料１のθ回転による時間の経過に伴う各検出位置における散乱光強度信号１７２を示す。異物等の欠陥がある場合、散乱光強度が増加するため、欠陥検出処理部１６４において予め閾値１７３を設定しておくことにより、異物等の欠陥の存在１７４を検出することができる。従って、全体制御部３１は、欠陥検出処理部１６４において異物等の欠陥を検出したとき、その検出位置をデータベース３３に記録し、入出力端末３２に表示する。なお、散乱光を上方検出する場合、一般に、照明光の偏光方向によって異物等の欠陥の検出感度が異なり、異物等の欠陥の大きさが大きいときはｓ偏光、小さいときはｐ偏光が検出感度が高い。そこで、予め、各偏光方向について、検出感度を測定して例えばデータベース３３に格納しておく。従って、欠陥検出処理部１６４は、全体制御部３１から得られる偏光制御部２１に指令する偏光方向によって、閾値１７３を変化することにより、散乱光検出強度から異物等の欠陥の大きさを知ることができる。
【００４９】
以上説明したように第４の実施の形態によれば、ディスクリートトラックメディア用のスタンパ１０１に対して、パターン形状の異常検出と欠陥検出を同時に行うことができる。なお、被検査対象（試料１）としては、第１の実施の形態であるスタンパ１０１以外に、第２及び第３の実施の形態であるディスクリートトラックメディア１１０、１２０に対しても同様に適用可能である。
【００５０】
［第５の実施形態］
次に、本発明に係るパターン形状検査装置の第５の実施の形態について図１５を用いて説明する。本第５実施の形態において、第１乃至第４の実施の形態と相違する点は、反射型の照明レンズ８を屈折型のレンズ１８１、照明レンズ１８２に、反射型の対物レンズ９を屈折型の対物レンズ１８３、結像レンズ１８４に代えた以外、他の構成部分は図１に示す第１の実施の形態及び図１３に示す第４の実施の形態と同様である。反射型レンズは遠紫外領域での色収差を低減できるが、その構造上、光軸上にミラーがあるため、照明時、光軸方向の光線成分はなく、検出時も光軸方向の光線は検出できない。
【００５１】
一方、分光波形は、その入射角αによって大きく変化する。反射型レンズを用いた場合、照明系、検出系が試料に対し垂直の場合、入射角の影響は光軸に対し、対称であるが、第１乃至第５の実施の形態のように、照明系が斜め入射、検出系が斜め検出の場合、入射角αの影響は光軸に対し、非対称となり、分光波形による形状変化検出で誤差が大きくなる可能性がある。そこで、第５の実施の形態では、反射型レンズの代わりに、屈折型レンズを用いる。屈折型レンズの場合、波長に対し広い範囲で収差を補正することは難しいため、比較的狭い波長範囲で色収差を補正した屈折型レンズを用いる。但し、パターンの大きさが小さい場合、短波長側で検出感度が高いため、紫外、遠紫外で収差が小さいレンズを用いる。
【００５２】
本第５の実施の形態による動作は、第１乃至第４の実施の形態と同様に、照明光を屈折型のレンズ１８１及び照明レンズ１８２を介して試料１に対して照射し、試料１からの０次反射光を屈折型の対物レンズ１８３及び結像レンズ１８４を介して検出し、分光器１１で分光波形を得、形状検査処理部２３で得られた分光反射率波形からパターン形状を計測して異常な変化を検査する。
【００５３】
このとき、屈折型の対物レンズ１８３、結像レンズ１８４は光軸方向の光線を検出できるため、光軸に対する入射角の非対称の影響が小さくなり、分光波形による形状変化検出の誤差を小さくできる。また、屈折型の対物レンズ１８３、結像レンズ１８４の色収差をある程度小さくできれば、分光器１１の回折格子４１によるリニア光検出器１１での波長によるぼけの発生が小さくなり、高精度な分光波形が得られる。
【００５４】
以上説明したように、第１乃至第５の実施の形態によれば、被検査対象であるパターンドメディアやビットパターンドメディア等からなる磁気記録媒体のパターンや該磁気記録媒体のパターンをナノインプリントで形成する際のスタンパの凹凸パターンや該スタンパの型であるマスタの凹凸パターン等が円周方向に形成されているため、円周（θ）方向、半径（ｒ）方向に移動しながら検査を行うことにより被検査対象の大面積あるいは全面を高速に検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るパターン形状検査装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る被検査対象が石英スタンパである場合の局所の構造を拡大して示す斜視図である。
【図３】本発明に係る実際の被検査対象から得られる被検査対象の分光反射率波形と正常パターン（標準パターン）から得られる基準の分光反射率波形との関係を説明するための図である。
【図４】本発明に係る被検査対象が石英スタンパの場合におけるシミュレーションするための局所の光学モデルを拡大して示す図である。
【図５】本発明に係る被検査対象が石英スタンパの場合におけるシミュレーションにより得られた入射角αに対する反射率依存性を示す図である。
【図６】本発明に係る第１の実施の形態である被検査対象が石英スタンパの場合における偏光方向に応じてシミュレーションにより得られた入射角αに対する分光反射率変化量を示す図である。
【図７】本発明に係る被検査対象がディスクリートトラックメディアである場合の局所の構造を拡大して示す斜視図である。
【図８】本発明に係る第２の実施の形態である被検査対象がディスクリートトラックメディアの場合における偏光方向に応じたシミュレーションにより得られた入射角αに対する分光反射率変化量を示す図である。
【図９】本発明に係る被検査対象が溝埋め込み後ディスクリートトラックメディアである場合の局所の構造を拡大して示す斜視図である。
【図１０】本発明に係るディスクリートトラックメディアのパターン形成工程を示す図である。
【図１１】本発明に係る被検査対象が溝埋め込み後ディスクリートトラックメディアである場合におけるシミュレーションするための局所の光学モデルを拡大して示す図である。
【図１２】本発明に係る第３の実施の形態である被検査対象が溝埋め込み後ディスクリートトラックメディアの場合における偏光方向に応じたシミュレーションにより得られた入射角αに対する分光反射率変化量を示す図である。
【図１３】本発明に係るパターン形状検査装置の第４の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１４】図１３に示す欠陥検出系（欠陥検出手段）で検出される散乱光強度信号を示す図である。
【図１５】本発明に係るパターン形状検査装置の第５の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…試料（被検査対象）、２…θステージ、３…Ｘステージ、４…広帯域光源、５…集光レンズ、６…視野絞り、７…偏光プリズム（偏光光学要素）、８…反射型照明レンズ、９…反射型対物レンズ、１０…絞り、１１…分光器、２１…偏光制御部、２２…分光波形処理部、２３…形状検査処理部、３１…全体制御部、３２…入出力端末、３３…データベース、４１…回折格子、４２…リニア光検出器、４７、６５…ｐ偏光、４８、６６…ｓ偏光、６１…基板、６２…パターン、６３…照明光、６７…反射光、１０１…スタンパ、１１０…ディスクリートトラックメディア、１１１…基板、１１２…軟磁性下地層、１１３…中間層、１１４…記録層、１１５…トラック溝、１２０…埋め込み後ディスクリートトラックメディア、１２１…非磁性層、１２２…保護膜、１６１…集光レンズ、１６２…絞り、１６３…光検出器、１８１…屈折型レンズ、１８２…屈折型照明レンズ、１８３…屈折型対物レンズ、１８４…屈折型結像レンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動機構と、
該移動機構により回転させながら半径方向に移動する前記被検査対象に対して遠紫外光を含む広帯域の照明光を前記被検査対象に適する偏光状態で斜め方向から照射する照射光学系と、
該照射光学系で照射された被検査対象から発生する０次反射光を検出する検出光学系と、前記検出された０次反射光を分光して得られる分光反射率波形を基に前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査手段とを備えたことを特徴とするパターン形状検査装置。
【請求項２】
さらに、前記照射光学系で照射された前記被検査対象から発生する散乱光を検出して得られる散乱光強度信号に基づいて前記被検査対象上に存在する欠陥を検出する欠陥検出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパターン形状検査装置。
【請求項３】
前記照射光学系には、前記広帯域の照明光を射出する広帯域光源と、該照明光を集光する集光レンズと、前記被検査対象上の検出視野を決める視野絞りと、前記被検査対象に適するように前記照明光の偏光方向を制御する偏光光学要素と、該偏光光学要素で偏光方向が制御された照明光を斜め方向から前記被検査対象上に結像させる照明レンズとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項４】
前記検出光学系には、前記被検査対象から発生する０次反射光を結像する対物レンズと、迷光を遮蔽する絞りとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項５】
前記形状検査手段には、標準の被検査対象から得られる基準の分光反射率波形と前記被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差を算出して前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査処理部を有することを特徴とする請求項１に記載のパターン形状検査装置。
【請求項６】
前記被検査対象がディスクリートトラックメディア又はビットパターンドメディアであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項７】
前記被検査対象がディスクリートトラックメディア若しくはビットパターンドメディアの型であるスタンパ又は該スタンパの型であるマスタであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項８】
前記被検査対象が石英製のスタンパである場合には、前記照射光学系において、前記照明光の偏光状態をｓ偏光で構成し、前記斜め方向の入射角を７０°以上で構成することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項９】
前記被検査対象が前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアである場合において、前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアは磁性膜のパターンを埋め込んで平坦化し、該平坦化された磁性膜のパターンの上に保護膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項１０】
パターンが形成された被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動ステップと、
該移動ステップにより回転させながら半径方向に移動する前記被検査対象に対して遠紫外光を含む広帯域の照明光を前記被検査対象に適する偏光状態で斜め上方から入射角で照射する照射ステップと、
該照射ステップで照射された被検査対象から発生する０次反射光を検出する検出ステップと、前記検出された０次反射光を分光して得られる被検査対象の分光反射率波形を基に前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する検査ステップとを有することを特徴とするパターン形状検査方法。
【請求項１１】
さらに、前記照射ステップで照射された前記被検査対象から発生する散乱光を検出して得られる散乱光強度信号に基づいて前記被検査対象上に存在する欠陥を検出する欠陥検出ステップを有することを特徴とする請求項１０に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１２】
前記被検査対象がディスクリートトラックメディア又はビットパターンドメディアであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１３】
前記被検査対象がディスクリートトラックメディア若しくはビットパターンドメディアの型であるスタンパ又は該スタンパの型であるマスタであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１４】
前記被検査対象が石英製のスタンパである場合には、前記照明光の偏光状態をｓ偏光とし、前記斜め上方からの入射角を７０°以上とすることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１５】
前記被検査対象が前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアである場合において、前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアは磁性膜のパターンを埋め込んで平坦化し、該平坦化された磁性膜のパターンの上に保護膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１２に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１６】
前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアは、前記保護膜上に潤滑膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１５に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１７】
前記検査ステップにおいて、標準の被検査対象から得られる基準の分光反射率波形と前記被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差を算出して前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査することを特徴とする請求項１０に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１】
パターンが形成された被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動機構と、
該移動機構により回転させながら半径方向に移動する前記被検査対象に対して遠紫外光を含む広帯域の照明光を前記被検査対象に適する偏光状態で斜め方向から照射する照射光学系と、
該照射光学系で照射された被検査対象から発生する０次反射光を検出する検出光学系と、前記検出された０次反射光を分光して得られる分光反射率波形を基に前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査手段とを備えたことを特徴とするパターン形状検査装置。
【請求項２】
さらに、前記照射光学系で照射された前記被検査対象から発生する散乱光を検出して得られる散乱光強度信号に基づいて前記被検査対象上に存在する欠陥を検出する欠陥検出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパターン形状検査装置。
【請求項３】
前記照射光学系には、前記広帯域の照明光を射出する広帯域光源と、該照明光を集光する集光レンズと、前記被検査対象上の検出視野を決める視野絞りと、前記被検査対象に適するように前記照明光の偏光方向を制御する偏光光学要素と、該偏光光学要素で偏光方向が制御された照明光を斜め方向から前記被検査対象上に結像させる照明レンズとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項４】
前記検出光学系には、前記被検査対象から発生する０次反射光を結像する対物レンズと、迷光を遮蔽する絞りとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項５】
前記形状検査手段には、標準の被検査対象から得られる基準の分光反射率波形と前記被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差を算出して前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する形状検査処理部を有することを特徴とする請求項１に記載のパターン形状検査装置。
【請求項６】
前記被検査対象がディスクリートトラックメディア又はビットパターンドメディアであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項７】
前記被検査対象がディスクリートトラックメディア若しくはビットパターンドメディアの型であるスタンパ又は該スタンパの型であるマスタであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項８】
前記被検査対象が石英製のスタンパである場合には、前記照射光学系において、前記照明光の偏光状態をｓ偏光で構成し、前記斜め方向の入射角を７０°以上で構成することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項９】
前記被検査対象が前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアである場合において、前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアは磁性膜のパターンを埋め込んで平坦化し、該平坦化された磁性膜のパターンの上に保護膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形状検査装置。
【請求項１０】
パターンが形成された被検査対象を載置して回転させながら半径方向に移動させる移動ステップと、
該移動ステップにより回転させながら半径方向に移動する前記被検査対象に対して遠紫外光を含む広帯域の照明光を前記被検査対象に適する偏光状態で斜め上方から入射角で照射する照射ステップと、
該照射ステップで照射された被検査対象から発生する０次反射光を検出する検出ステップと、前記検出された０次反射光を分光して得られる被検査対象の分光反射率波形を基に前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査する検査ステップとを有することを特徴とするパターン形状検査方法。
【請求項１１】
さらに、前記照射ステップで照射された前記被検査対象から発生する散乱光を検出して得られる散乱光強度信号に基づいて前記被検査対象上に存在する欠陥を検出する欠陥検出ステップを有することを特徴とする請求項１０に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１２】
前記被検査対象がディスクリートトラックメディア又はビットパターンドメディアであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１３】
前記被検査対象がディスクリートトラックメディア若しくはビットパターンドメディアの型であるスタンパ又は該スタンパの型であるマスタであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１４】
前記被検査対象が石英製のスタンパである場合には、前記照明光の偏光状態をｓ偏光とし、前記斜め上方からの入射角を７０°以上とすることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１５】
前記被検査対象が前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアである場合において、前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアは磁性膜のパターンを埋め込んで平坦化し、該平坦化された磁性膜のパターンの上に保護膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１２に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１６】
前記ディスクリートトラックメディア又は前記ビットパターンドメディアは、前記保護膜上に潤滑膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１５に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１７】
前記検査ステップにおいて、標準の被検査対象から得られる基準の分光反射率波形と前記被検査対象の分光反射率波形との間の波長に関する平均誤差を算出して前記被検査対象に形成されたパターン形状を検査することを特徴とする請求項１０に記載のパターン形状検査方法。
【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】
【図１５】
【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】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２５７９９３（Ｐ２００９−２５７９９３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０８８７５（Ｐ２００８−１０８８７５）
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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