基板の検査方法及び基板の検査装置
【課題】基板と屈折率が同等もしくは近い異物を高感度に検出できる基板の検査方法及び基板の検査装置を提供する。
【解決手段】プリズム１６の表面１６ａに形成された金属膜１５に対して基板２０に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、プリズム１６の表面１６ａと金属膜１５との界面側から金属膜１５に光を照射して光の反射特性を取得する工程を複数の基板２０について行い、複数の基板２０間で反射特性を比較する。
【解決手段】プリズム１６の表面１６ａに形成された金属膜１５に対して基板２０に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、プリズム１６の表面１６ａと金属膜１５との界面側から金属膜１５に光を照射して光の反射特性を取得する工程を複数の基板２０について行い、複数の基板２０間で反射特性を比較する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸パターンを有する基板の検査方法及び基板の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイス、記録メディアなどに対する微細パターン形成技術の１つとしてインプリント技術や近接場露光技術などが提案されている。インプリント技術は、凹凸パターンが刻まれた基板（テンプレート）を、パターニング対象物上に塗布された例えば光硬化性樹脂などのインプリント材に押し当てた状態で光を当ててインプリント材を硬化させ、インプリント材にパターンを転写する技術である。
【０００３】
インプリント技術においては、インプリント材へのパターン転写後、テンプレートをインプリント材から離型するが、そのときインプリント材の一部がテンプレートに付着して残ってしまうことが起こり得る。
【０００４】
例えば石英製のテンプレートと、インプリント材である光硬化性樹脂との屈折率差は非常に小さいため、微小な凹部に付着した極少量の樹脂を、光学顕微鏡などの光学的手法でで検出することは困難である。
【０００５】
なお、例えば特許文献１には、表面プラズモン共鳴分光法を利用した汚染検出システムが開示されているが、これは金属層上に付着する汚染物質の検出が開示されているに過ぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７３７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、基板と屈折率が同等もしくは近い異物を高感度に検出できる基板の検査方法及び基板の検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、プリズムの表面に形成された金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムの表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に光を照射して前記光の反射特性を取得する工程を複数の前記基板について行い、複数の前記基板間で前記反射特性を比較することを特徴とする基板の検査方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、金属膜が形成された表面を有するプリズムと、前記金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムと前記基板とを前記金属膜の面方向に相対移動可能に前記プリズムと前記基板とを保持する保持装置と、前記プリズムの前記表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に対して光を照射する光源と、前記金属膜に照射された前記光の反射特性を取得する測定装置と、を備えたことを特徴とする基板の検査装置が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、金属膜が形成された表面を有するプリズムと、前記プリズムの前記表面に形成された金属膜と、前記金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムと前記基板とを保持する保持装置と、前記プリズムの前記表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に対して光を照射する光源と、前記金属膜に照射された前記光の反射特性を取得する測定装置と、を備え、前記プリズムは、前記プリズムに入射した前記光を、前記金属膜における異なる箇所で複数回反射させつつ前記金属膜の面方向に導波可能であることを特徴とする基板の検査装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板と屈折率が同等もしくは近い異物を高感度に検出できる基板の検査方法及び基板の検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る基板検査装置の構成を例示する模式図。
【図２】インプリント法におけるテンプレートを用いたパターン形成方法を示す模式断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る基板検査方法を示すフローチャート。
【図４】図１の装置で取得される反射特性を例示するグラフ。
【図５】表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射角と、金属膜上物質の屈折率との関係の一例を示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態に係る基板検査方法の他の具体例を示すフローチャート。
【図７】本発明の実施形態に係る基板検査装置の他の具体例を示す模式図。
【図８】本発明の実施形態に係る基板検査装置のさらに他の具体例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基板検査装置の構成を例示する模式図である。
【００１２】
本実施形態に係る基板検査装置は、金属膜１５が形成された表面１６ａを有するプリズム１６と、プリズム１６及び検査対象である基板２０を保持する保持装置３０と、レーザー出力装置などの光源３１と、レンズなどの光学系３２と、反射光を検出する検出装置３３と、反射光の検出結果に基づいて反射特性を導出する測定装置３４と、複数の基板２０間で反射特性を比較する比較装置３５と、反射特性がデータとして格納・保持される記憶装置３６とを有する。
【００１３】
プリズム１６は例えば半球形状に形成され、その平坦な表面１６ａに金属膜１５が形成されている。基板２０には複数の凹部２２及び凸部２１を有する凹凸パターンが形成され、その凹凸パターンを金属膜１５に対して近接させた状態で、光源３１から検査光が金属膜１５に照射され、金属膜１５での反射光が検出装置３３に検出される。
【００１４】
プリズム１６及び基板２０は保持装置３０に保持される。図１は、保持装置３０に保持されたプリズム１６及び基板２０を保持装置３０の上方から見た状態を模式的に示す。また、保持装置３０は、基板２０の凹凸パターンを金属膜１５に近接させた状態で、プリズム１６と基板２０とを金属膜１５の面方向（矢印Ａ方向）に相対移動可能にそれら両者を保持する。
【００１５】
光源３１から出力された検査光は、光学系３２を介してプリズム１６内に入射し、金属膜１５とその金属膜１５が形成されたプリズム１６の表面１６ａとの界面側から金属膜１５に対して照射される。
【００１６】
金属膜１５に照射されて反射した光は検出装置３３に検出され、その検出結果から反射特性が取得される。反射特性は、後述するように、金属膜１５表面で表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射光の反射角、反射率、反射強度などである。
【００１７】
薄い金属膜１５にプリズム１６を介して光を照射すると、全反射角領域のある角度において特有の光の吸収（反射光の減衰）が見られる。このとき、金属膜１５表面では光（エバネッセント光）とカップリングを起こす電子波のモードが生じ、表面プラズモン共鳴が励起されている。
【００１８】
エバネッセント光の浸透距離内で金属膜１５表面に近接して存在する物質の屈折率をｎ１、金属膜１５の複素誘電率をεｍ、照射光の速さをｃ、角振動数をωとすると、表面プラズモン共鳴を満たす波数ｋｓｐは、下記式１で表される。
【００１９】
【数１】
【００２０】
表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射角θは、プリズム１６の屈折率ｎｐを用いると下記式２で与えられる。
【００２１】
【数２】
【００２２】
したがって、式２より、金属膜１５表面上の物質の屈折率ｎ１が変化すると、表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射角θが変化することになる。また、金属膜１５表面上の物質が異なると、その物質の光吸収特性に応じて、表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射率（または反射強度）が変化することもある。
【００２３】
本実施形態では、検査対象の基板２０として、インプリント用のテンプレートを一例に挙げて説明する。その基板（テンプレート）２０には、凸部２１と凹部２２とを有する凹凸パターンが形成されている。
【００２４】
その基板（テンプレート）２０を用いたパターン形成方法について、図２を参照して説明する。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、被処理層１０上にインプリント材１１を供給する。被処理層１０は、例えば、半導体基板、あるいは半導体基板上に形成された絶縁層、半導体層、導電層などである。液状のインプリント材１１が、例えばスピンコート法で被処理層１０上に塗布される。インプリント材１１は、例えば紫外線硬化性の樹脂である。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板（テンプレート）２０の凹凸パターンを液状のインプリント材１１に接触させる。基板（テンプレート）２０の凹凸パターンがインプリント材１１に対して押し付けられ、インプリント材１１は凹部２２内に充填される。その状態で、インプリント材１１に、例えば紫外線を照射して、インプリント材１１を硬化させる。
【００２７】
基板（テンプレート）２０は、紫外線に対する透過性を有する材料（例えば石英）からなる。したがって、基板（テンプレート）２０の上方から紫外線が照射され、その紫外線は基板（テンプレート）２０を透過してインプリント材１１に到達する。これにより、インプリント材１１が硬化する。
【００２８】
基板（テンプレート）２０の凸部２１はインプリント材１１を押しのけるようにしてインプリント材１１中に入り込み、凹部２２にはインプリント材１１が充填された状態で、インプリント材１１は硬化される。したがって、その硬化後、インプリント材１１には、基板（テンプレート）２０の凹凸パターンと凹凸が反転したパターンが転写される。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板（テンプレート）２０をインプリント材１１から引き上げて、基板（テンプレート）２０に対してインプリント材１１を離型する。
【００３０】
その後、凹凸パターンが転写されたインプリント材１１をマスクにして、被処理層１０に対してエッチング、不純物導入などの各種処理が行われる。
【００３１】
次に、図１に例示した基板検査装置を利用した基板（テンプレート）２０の検査について説明する。そのフローを図３に示す。
【００３２】
まず、インプリントに使用するする前、すなわち、インプリント材１１に接触させる前の基板（テンプレート）２０の反射特性を、図１の装置を用いて取得する（ステップＳ１）。
【００３３】
すなわち、プリズム１６の表面１６ａに形成された金属膜１５に対して、使用前（インプリント材１１に未接触）の基板２０に形成された凹凸パターンを近接させる。ここで、金属膜１５の表面と、凹凸パターンにおける凸部２１の先端との間の距離を、光源３１からの照射光の波長よりも短くする。
【００３４】
その状態で、プリズム１６の表面１６ａと金属膜１５との界面側から金属膜１５に対して検査光を照射して、検出装置３３で反射光を検出する。なお、表面プラズモン共鳴は、ＴＭ偏光（ｐ偏光）照射時にのみ励起されるので、照射光の偏光をＴＭ偏光（ｐ偏光）に制御する。
【００３５】
そして、測定装置３４は、例えば図４に例示されるような、反射光の反射角θと反射率との関係を導出する。使用前の基板２０に対する上記検査時の特性を実線で表す。すなわち、反射角θ１のときに、光エネルギーが表面プラズモンのエネルギーに変換されて表面プラズモン共鳴が励起され、反射率（または反射強度）が大きく低下している。この結果は、記憶装置３６に基準データもしくは参照データとして格納される。
【００３６】
次に、インプリントに使用され、インプリント材１１と接触済みの基板（テンプレート）２０について、使用前基板と同様に検査を行う（ステップＳ２）。すなわち、プリズム１６の表面１６ａに形成された金属膜１５に対して、使用済み基板２０に形成された凹凸パターンを近接させ、プリズム１６の表面１６ａと金属膜１５との界面側から金属膜１５に対して検査光を照射して、検出装置３３で反射光を検出する。
【００３７】
ここで、使用済み基板（テンプレート）２０において、凹部２２内にインプリント材１１が付着して残っている場合には、金属膜１５表面に近接する部分の屈折率（上記式２におけるｎ１）が変化するため、表面プラズモン励起角（共鳴角）に相当する反射角θが変化する。
【００３８】
この使用済み基板２０の検査時に取得された反射特性を、例えば図４において破線で表す。使用済みの基板２０では、反射角θ２のときに、光エネルギーが表面プラズモンのエネルギーに変換されて表面プラズモン共鳴が励起され、反射率（または反射強度）が大きく低下している。
【００３９】
例えば、屈折率ｎ１が１．５１の石英製の基板（テンプレート）２０を用い、インプリント材１１の屈折率ｎ１を１．４６とし、屈折率ｎｐが１．７のプリズム１６の表面１６ａ上に金属膜１５としてＡｕ膜を形成し、検査光として波長６３２ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射した場合について、上記式２の関係を図５に示す。
図５のグラフにおいて、横軸は表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射角θであり、縦軸は式２における右辺である。
【００４０】
インプリント前、すなわち、凹凸パターンにインプリント材１１が付着していない状態では、ｎ１は１．５１であり、インプリント後、凹凸パターンにインプリント材１１が付着した状態では、ｎ１は１．４６となる。
【００４１】
図５のグラフより、ｎ１が１．５１のときと、ｎ１が１．４６のときとでは、反射角（表面プラズモン励起角）θが約５°異なる。したがって、使用前基板２０についての表面プラズモン励起角（図４におけるθ１）に対して、使用済み基板２０についての表面プラズモン励起角（図４におけるθ２）を比較することで、凹凸パターンにインプリント材１１等の異物が付着しているかどうかが判定できる。
【００４２】
石英製の基板（屈折率１．５１）と、紫外線硬化性樹脂（屈折率１．４６）との屈折率差は３％程であり、例えば光学顕微鏡等でそれら両者の屈折率変化を検出することは難しい。しかし、表面プラズモン共鳴は、金属膜表面上の屈折率変化に敏感であり、表面プラズモン励起角（共鳴角）をモニターすることで、基板２０との屈折率の差が小さなインプリント材１１等の異物を高感度に検出できる。
【００４３】
例えば、比較装置３５は、記憶装置３６に格納された使用前基板２０についての表面プラズモン励起角θ１を参照し、使用済み基板２０についての表面プラズモン励起角θ２と比較する（図３におけるステップＳ３）。
【００４４】
例えば、θ１とθ２との差Δθが予め設定された閾値θｔｈ以上の場合には、凹凸パターンに付着しているインプリント材１１の量が許容できず、次のインプリント時にその基板（テンプレート）２０を使用すると、転写パターンに欠陥が生じ得ると判定し、その基板（テンプレート）２０を洗浄工程に供給する（ステップＳ４ａ）。
【００４５】
θ１とθ２との差Δθが閾値θｔｈより小さい場合には、そのまま基板（テンプレート）２０を次のインプリントにも継続して使用する（ステップＳ４ｂ）。
【００４６】
以上説明した本実施形態によれば、インプリントに使用した基板（テンプレート）２０を使用後に毎回洗浄する必要がなくなり、コスト削減と生産性の向上を図れる。さらに、基板（テンプレート）２０の欠陥を事前に確実に取り除くことができ、インプリント法によってパターニングされる半導体デバイスや記録メディアなどの欠陥の低減や、歩留まり向上による低コスト化を図れる。
【００４７】
検査光は１つの凹部２２ごとに照射して、各凹部２２にインプリント材１１等の異物が付着しているかどうかを逐次判定してもよいし、複数の凹部２２を含む比較的広い範囲に照射して、その照射領域の反射特性を評価してもよい。いずれにしても、検査光の照射領域にインプリント材１１等の異物がある場合には、その異物がない場合に比べて、表面プラズモン共鳴が励起される反射角の違いが生じ、凹凸パターンに付着した異物有無を判定することができる。
【００４８】
また、基板２０における凹凸パターンが形成された被検査領域が、プリズム１６の表面１６ａ、すなわち金属膜１５表面の平面サイズよりも大きい場合には、基板２０とプリズム１６とを金属膜１５の面方向に相対移動させて、基板２０の被検査領域全体をカバーする。例えば、静止したプリズム１６及び金属膜１５に対して、基板２０を図１において矢印Ａ方向に直線移動させ、基板２０におけるすべての被検査領域の検査を行う。
【００４９】
また、保持装置３０ごと基板２０及びプリズム１６を、θ方向に回転させることで、検査光の入射角を変え、表面プラズモン共鳴が励起される反射角を検出することができる。
【００５０】
前述したように、金属膜１５表面に近接する物質の屈折率ｎ１によって、表面プラズモン励起角θは変化する。さらに、その物質の吸収特性によっては、表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射率（または反射強度）も変化することがある。
【００５１】
したがって、基板２０の凹凸パターンにインプリント材１１等の異物の付着があるかどうかは、表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射率（反射強度）の変化によっても判定することが可能である。反射角（表面プラズモン励起角）とそのときの反射率（反射強度）の両方を評価することで、異物有無判定の確実性（信頼性）は高まる。
【００５２】
例えば、異物の有無で反射率（反射強度）が異なることを利用して、反射光の画像データを異物有無を判定するための反射特性として利用することもできる。その場合、反射光を検出する検出装置３３として例えば撮像装置が用いられる。
【００５３】
比較的広い範囲に検査光を照射し、その照射領域に異物が無い場合の表面プラズモン励起角付近では、反射光はほとんど観測されない。すなわち、取得される画像データは暗い。そして、検査光の入射角は変えずに、異物の付着がある基板２０を金属膜１５に近接させて検査光を照射すると、その入射角では表面プラズモン共鳴は励起されず、反射率（反射強度）の極端な低下は起こらず、取得される画像データは明るい。すなわち、異物の付いたパターン部分が明るくなり、欠陥の有無を高速で確認することができる。
【００５４】
前述した実施形態では、インプリント使用前であってインプリント材１１と未接触の基板２０と、インプリント使用後のインプリント材１１と接触済みの基板２０との間で、反射特性を比較した。しかし、使用前後の基板２０間での比較に限らず、使用前の複数の基板２０間で反射特性を比較することで、使用前に予め欠陥を含む基板を特定することができる。そのフローを図６に示す。
【００５５】
まず、使用前の複数の基板２０に対して、前述した実施形態と同様に、図１の装置を用いて、検査光の照射及び反射特性の取得を行う（ステップＳ１１）。
【００５６】
次に、ステップＳ１２にて、複数の基板２０間で反射特性を比較する。
例えば、複数の基板２０間の反射特性の平均値を算出し、その平均値に対して、予め設定された閾値以上異なるものがあれば、何らかの異物の付着があると判定し、洗浄工程にまわす（ステップＳ１３ａ）。反射特性が平均値に対して閾値より小さい基板については、インプリント工程に使用する（ステップＳ１３ｂ）。これにより、インプリント工程におけるパターン転写欠陥を確実に防ぐことができる。
【００５７】
異物有無の検査精度を高めるには、金属膜１５表面と基板２０とを密着させることが望ましい。両者の密着性を向上させるために、図７に示すように、それら両者間に例えばオイル系液体あるいは樹脂膜のような媒質１８を密着層として介在させることが有効である。その媒質１８は検査光に対する透過性を有する。これにより、金属膜１５と基板２０とは媒質１８を介して密着し、高い検査精度が得られる。このとき、反射特性を比較する基板２０間で、検査時に用いる媒質１８は同じにする、または屈折率が同じ媒質１８を用いる。
【００５８】
また、プリズムの形状は、半球状に限らず、錐形、錐台形状などであってもよい。例えば、図８には、円錐台または角錐台形状のプリズム４０を用いた例を示す。
【００５９】
例えば、上底側の表面４０ａに金属膜１５が形成され、その金属膜１５の表面に対して凹凸パターンを近接させて基板２０が配置される。このようなプリズム４０を使った場合、プリズム４０に入射した検査光を、金属膜１５における異なる箇所で複数回反射させつつ、金属膜１５の面方向に導波可能である。
【００６０】
図８において矢印で模式的に表されるように、プリズム４０に入射した光は、金属膜１５が形成された上底側と、下底側とで複数回全反射しつつ、金属膜１５の面方向に導波される。これにより、基板２０の凹凸パターンにおける比較的広範囲の領域を一度に検査可能である。場合によっては、基板２０とプリズム４０とを相対移動させることなく、基板２０の凹凸パターンの全領域にわたっての検査が可能になる。
【００６１】
この場合でも、検査光の照射領域に異物がある場合と、無い場合とで、表面プラズモン共鳴が励起された状態での反射特性に違いが生じ、その違いから異物の有無を判定できる。
【００６２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６３】
前述した実施形態では、検査対象の基板としてインプリント用のテンプレートを例示したが、これに限らず、パターン露光に一般的に用いられるフォトマスク、あるいは、近接場露光に用いられる密着型のマスクなどの検査にも本発明は適用可能である。また、それら基板を使ったパターニング対象は、半導体デバイス、記録メディアなどが挙げられる。
【００６４】
検出可能な異物はインプリント材のような樹脂に限らない。本発明は、基板と屈折率が同等もしくは近い異物を高感度に検出可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１１…インプリント材、１５…金属膜、１６，４０…プリズム、１８…媒質、２０…基板、３０…保持装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸パターンを有する基板の検査方法及び基板の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイス、記録メディアなどに対する微細パターン形成技術の１つとしてインプリント技術や近接場露光技術などが提案されている。インプリント技術は、凹凸パターンが刻まれた基板（テンプレート）を、パターニング対象物上に塗布された例えば光硬化性樹脂などのインプリント材に押し当てた状態で光を当ててインプリント材を硬化させ、インプリント材にパターンを転写する技術である。
【０００３】
インプリント技術においては、インプリント材へのパターン転写後、テンプレートをインプリント材から離型するが、そのときインプリント材の一部がテンプレートに付着して残ってしまうことが起こり得る。
【０００４】
例えば石英製のテンプレートと、インプリント材である光硬化性樹脂との屈折率差は非常に小さいため、微小な凹部に付着した極少量の樹脂を、光学顕微鏡などの光学的手法でで検出することは困難である。
【０００５】
なお、例えば特許文献１には、表面プラズモン共鳴分光法を利用した汚染検出システムが開示されているが、これは金属層上に付着する汚染物質の検出が開示されているに過ぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７３７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、基板と屈折率が同等もしくは近い異物を高感度に検出できる基板の検査方法及び基板の検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、プリズムの表面に形成された金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムの表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に光を照射して前記光の反射特性を取得する工程を複数の前記基板について行い、複数の前記基板間で前記反射特性を比較することを特徴とする基板の検査方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、金属膜が形成された表面を有するプリズムと、前記金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムと前記基板とを前記金属膜の面方向に相対移動可能に前記プリズムと前記基板とを保持する保持装置と、前記プリズムの前記表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に対して光を照射する光源と、前記金属膜に照射された前記光の反射特性を取得する測定装置と、を備えたことを特徴とする基板の検査装置が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、金属膜が形成された表面を有するプリズムと、前記プリズムの前記表面に形成された金属膜と、前記金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムと前記基板とを保持する保持装置と、前記プリズムの前記表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に対して光を照射する光源と、前記金属膜に照射された前記光の反射特性を取得する測定装置と、を備え、前記プリズムは、前記プリズムに入射した前記光を、前記金属膜における異なる箇所で複数回反射させつつ前記金属膜の面方向に導波可能であることを特徴とする基板の検査装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板と屈折率が同等もしくは近い異物を高感度に検出できる基板の検査方法及び基板の検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る基板検査装置の構成を例示する模式図。
【図２】インプリント法におけるテンプレートを用いたパターン形成方法を示す模式断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る基板検査方法を示すフローチャート。
【図４】図１の装置で取得される反射特性を例示するグラフ。
【図５】表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射角と、金属膜上物質の屈折率との関係の一例を示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態に係る基板検査方法の他の具体例を示すフローチャート。
【図７】本発明の実施形態に係る基板検査装置の他の具体例を示す模式図。
【図８】本発明の実施形態に係る基板検査装置のさらに他の具体例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基板検査装置の構成を例示する模式図である。
【００１２】
本実施形態に係る基板検査装置は、金属膜１５が形成された表面１６ａを有するプリズム１６と、プリズム１６及び検査対象である基板２０を保持する保持装置３０と、レーザー出力装置などの光源３１と、レンズなどの光学系３２と、反射光を検出する検出装置３３と、反射光の検出結果に基づいて反射特性を導出する測定装置３４と、複数の基板２０間で反射特性を比較する比較装置３５と、反射特性がデータとして格納・保持される記憶装置３６とを有する。
【００１３】
プリズム１６は例えば半球形状に形成され、その平坦な表面１６ａに金属膜１５が形成されている。基板２０には複数の凹部２２及び凸部２１を有する凹凸パターンが形成され、その凹凸パターンを金属膜１５に対して近接させた状態で、光源３１から検査光が金属膜１５に照射され、金属膜１５での反射光が検出装置３３に検出される。
【００１４】
プリズム１６及び基板２０は保持装置３０に保持される。図１は、保持装置３０に保持されたプリズム１６及び基板２０を保持装置３０の上方から見た状態を模式的に示す。また、保持装置３０は、基板２０の凹凸パターンを金属膜１５に近接させた状態で、プリズム１６と基板２０とを金属膜１５の面方向（矢印Ａ方向）に相対移動可能にそれら両者を保持する。
【００１５】
光源３１から出力された検査光は、光学系３２を介してプリズム１６内に入射し、金属膜１５とその金属膜１５が形成されたプリズム１６の表面１６ａとの界面側から金属膜１５に対して照射される。
【００１６】
金属膜１５に照射されて反射した光は検出装置３３に検出され、その検出結果から反射特性が取得される。反射特性は、後述するように、金属膜１５表面で表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射光の反射角、反射率、反射強度などである。
【００１７】
薄い金属膜１５にプリズム１６を介して光を照射すると、全反射角領域のある角度において特有の光の吸収（反射光の減衰）が見られる。このとき、金属膜１５表面では光（エバネッセント光）とカップリングを起こす電子波のモードが生じ、表面プラズモン共鳴が励起されている。
【００１８】
エバネッセント光の浸透距離内で金属膜１５表面に近接して存在する物質の屈折率をｎ１、金属膜１５の複素誘電率をεｍ、照射光の速さをｃ、角振動数をωとすると、表面プラズモン共鳴を満たす波数ｋｓｐは、下記式１で表される。
【００１９】
【数１】
【００２０】
表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射角θは、プリズム１６の屈折率ｎｐを用いると下記式２で与えられる。
【００２１】
【数２】
【００２２】
したがって、式２より、金属膜１５表面上の物質の屈折率ｎ１が変化すると、表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射角θが変化することになる。また、金属膜１５表面上の物質が異なると、その物質の光吸収特性に応じて、表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射率（または反射強度）が変化することもある。
【００２３】
本実施形態では、検査対象の基板２０として、インプリント用のテンプレートを一例に挙げて説明する。その基板（テンプレート）２０には、凸部２１と凹部２２とを有する凹凸パターンが形成されている。
【００２４】
その基板（テンプレート）２０を用いたパターン形成方法について、図２を参照して説明する。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、被処理層１０上にインプリント材１１を供給する。被処理層１０は、例えば、半導体基板、あるいは半導体基板上に形成された絶縁層、半導体層、導電層などである。液状のインプリント材１１が、例えばスピンコート法で被処理層１０上に塗布される。インプリント材１１は、例えば紫外線硬化性の樹脂である。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板（テンプレート）２０の凹凸パターンを液状のインプリント材１１に接触させる。基板（テンプレート）２０の凹凸パターンがインプリント材１１に対して押し付けられ、インプリント材１１は凹部２２内に充填される。その状態で、インプリント材１１に、例えば紫外線を照射して、インプリント材１１を硬化させる。
【００２７】
基板（テンプレート）２０は、紫外線に対する透過性を有する材料（例えば石英）からなる。したがって、基板（テンプレート）２０の上方から紫外線が照射され、その紫外線は基板（テンプレート）２０を透過してインプリント材１１に到達する。これにより、インプリント材１１が硬化する。
【００２８】
基板（テンプレート）２０の凸部２１はインプリント材１１を押しのけるようにしてインプリント材１１中に入り込み、凹部２２にはインプリント材１１が充填された状態で、インプリント材１１は硬化される。したがって、その硬化後、インプリント材１１には、基板（テンプレート）２０の凹凸パターンと凹凸が反転したパターンが転写される。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板（テンプレート）２０をインプリント材１１から引き上げて、基板（テンプレート）２０に対してインプリント材１１を離型する。
【００３０】
その後、凹凸パターンが転写されたインプリント材１１をマスクにして、被処理層１０に対してエッチング、不純物導入などの各種処理が行われる。
【００３１】
次に、図１に例示した基板検査装置を利用した基板（テンプレート）２０の検査について説明する。そのフローを図３に示す。
【００３２】
まず、インプリントに使用するする前、すなわち、インプリント材１１に接触させる前の基板（テンプレート）２０の反射特性を、図１の装置を用いて取得する（ステップＳ１）。
【００３３】
すなわち、プリズム１６の表面１６ａに形成された金属膜１５に対して、使用前（インプリント材１１に未接触）の基板２０に形成された凹凸パターンを近接させる。ここで、金属膜１５の表面と、凹凸パターンにおける凸部２１の先端との間の距離を、光源３１からの照射光の波長よりも短くする。
【００３４】
その状態で、プリズム１６の表面１６ａと金属膜１５との界面側から金属膜１５に対して検査光を照射して、検出装置３３で反射光を検出する。なお、表面プラズモン共鳴は、ＴＭ偏光（ｐ偏光）照射時にのみ励起されるので、照射光の偏光をＴＭ偏光（ｐ偏光）に制御する。
【００３５】
そして、測定装置３４は、例えば図４に例示されるような、反射光の反射角θと反射率との関係を導出する。使用前の基板２０に対する上記検査時の特性を実線で表す。すなわち、反射角θ１のときに、光エネルギーが表面プラズモンのエネルギーに変換されて表面プラズモン共鳴が励起され、反射率（または反射強度）が大きく低下している。この結果は、記憶装置３６に基準データもしくは参照データとして格納される。
【００３６】
次に、インプリントに使用され、インプリント材１１と接触済みの基板（テンプレート）２０について、使用前基板と同様に検査を行う（ステップＳ２）。すなわち、プリズム１６の表面１６ａに形成された金属膜１５に対して、使用済み基板２０に形成された凹凸パターンを近接させ、プリズム１６の表面１６ａと金属膜１５との界面側から金属膜１５に対して検査光を照射して、検出装置３３で反射光を検出する。
【００３７】
ここで、使用済み基板（テンプレート）２０において、凹部２２内にインプリント材１１が付着して残っている場合には、金属膜１５表面に近接する部分の屈折率（上記式２におけるｎ１）が変化するため、表面プラズモン励起角（共鳴角）に相当する反射角θが変化する。
【００３８】
この使用済み基板２０の検査時に取得された反射特性を、例えば図４において破線で表す。使用済みの基板２０では、反射角θ２のときに、光エネルギーが表面プラズモンのエネルギーに変換されて表面プラズモン共鳴が励起され、反射率（または反射強度）が大きく低下している。
【００３９】
例えば、屈折率ｎ１が１．５１の石英製の基板（テンプレート）２０を用い、インプリント材１１の屈折率ｎ１を１．４６とし、屈折率ｎｐが１．７のプリズム１６の表面１６ａ上に金属膜１５としてＡｕ膜を形成し、検査光として波長６３２ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを照射した場合について、上記式２の関係を図５に示す。
図５のグラフにおいて、横軸は表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射角θであり、縦軸は式２における右辺である。
【００４０】
インプリント前、すなわち、凹凸パターンにインプリント材１１が付着していない状態では、ｎ１は１．５１であり、インプリント後、凹凸パターンにインプリント材１１が付着した状態では、ｎ１は１．４６となる。
【００４１】
図５のグラフより、ｎ１が１．５１のときと、ｎ１が１．４６のときとでは、反射角（表面プラズモン励起角）θが約５°異なる。したがって、使用前基板２０についての表面プラズモン励起角（図４におけるθ１）に対して、使用済み基板２０についての表面プラズモン励起角（図４におけるθ２）を比較することで、凹凸パターンにインプリント材１１等の異物が付着しているかどうかが判定できる。
【００４２】
石英製の基板（屈折率１．５１）と、紫外線硬化性樹脂（屈折率１．４６）との屈折率差は３％程であり、例えば光学顕微鏡等でそれら両者の屈折率変化を検出することは難しい。しかし、表面プラズモン共鳴は、金属膜表面上の屈折率変化に敏感であり、表面プラズモン励起角（共鳴角）をモニターすることで、基板２０との屈折率の差が小さなインプリント材１１等の異物を高感度に検出できる。
【００４３】
例えば、比較装置３５は、記憶装置３６に格納された使用前基板２０についての表面プラズモン励起角θ１を参照し、使用済み基板２０についての表面プラズモン励起角θ２と比較する（図３におけるステップＳ３）。
【００４４】
例えば、θ１とθ２との差Δθが予め設定された閾値θｔｈ以上の場合には、凹凸パターンに付着しているインプリント材１１の量が許容できず、次のインプリント時にその基板（テンプレート）２０を使用すると、転写パターンに欠陥が生じ得ると判定し、その基板（テンプレート）２０を洗浄工程に供給する（ステップＳ４ａ）。
【００４５】
θ１とθ２との差Δθが閾値θｔｈより小さい場合には、そのまま基板（テンプレート）２０を次のインプリントにも継続して使用する（ステップＳ４ｂ）。
【００４６】
以上説明した本実施形態によれば、インプリントに使用した基板（テンプレート）２０を使用後に毎回洗浄する必要がなくなり、コスト削減と生産性の向上を図れる。さらに、基板（テンプレート）２０の欠陥を事前に確実に取り除くことができ、インプリント法によってパターニングされる半導体デバイスや記録メディアなどの欠陥の低減や、歩留まり向上による低コスト化を図れる。
【００４７】
検査光は１つの凹部２２ごとに照射して、各凹部２２にインプリント材１１等の異物が付着しているかどうかを逐次判定してもよいし、複数の凹部２２を含む比較的広い範囲に照射して、その照射領域の反射特性を評価してもよい。いずれにしても、検査光の照射領域にインプリント材１１等の異物がある場合には、その異物がない場合に比べて、表面プラズモン共鳴が励起される反射角の違いが生じ、凹凸パターンに付着した異物有無を判定することができる。
【００４８】
また、基板２０における凹凸パターンが形成された被検査領域が、プリズム１６の表面１６ａ、すなわち金属膜１５表面の平面サイズよりも大きい場合には、基板２０とプリズム１６とを金属膜１５の面方向に相対移動させて、基板２０の被検査領域全体をカバーする。例えば、静止したプリズム１６及び金属膜１５に対して、基板２０を図１において矢印Ａ方向に直線移動させ、基板２０におけるすべての被検査領域の検査を行う。
【００４９】
また、保持装置３０ごと基板２０及びプリズム１６を、θ方向に回転させることで、検査光の入射角を変え、表面プラズモン共鳴が励起される反射角を検出することができる。
【００５０】
前述したように、金属膜１５表面に近接する物質の屈折率ｎ１によって、表面プラズモン励起角θは変化する。さらに、その物質の吸収特性によっては、表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射率（または反射強度）も変化することがある。
【００５１】
したがって、基板２０の凹凸パターンにインプリント材１１等の異物の付着があるかどうかは、表面プラズモン共鳴が励起された状態の反射率（反射強度）の変化によっても判定することが可能である。反射角（表面プラズモン励起角）とそのときの反射率（反射強度）の両方を評価することで、異物有無判定の確実性（信頼性）は高まる。
【００５２】
例えば、異物の有無で反射率（反射強度）が異なることを利用して、反射光の画像データを異物有無を判定するための反射特性として利用することもできる。その場合、反射光を検出する検出装置３３として例えば撮像装置が用いられる。
【００５３】
比較的広い範囲に検査光を照射し、その照射領域に異物が無い場合の表面プラズモン励起角付近では、反射光はほとんど観測されない。すなわち、取得される画像データは暗い。そして、検査光の入射角は変えずに、異物の付着がある基板２０を金属膜１５に近接させて検査光を照射すると、その入射角では表面プラズモン共鳴は励起されず、反射率（反射強度）の極端な低下は起こらず、取得される画像データは明るい。すなわち、異物の付いたパターン部分が明るくなり、欠陥の有無を高速で確認することができる。
【００５４】
前述した実施形態では、インプリント使用前であってインプリント材１１と未接触の基板２０と、インプリント使用後のインプリント材１１と接触済みの基板２０との間で、反射特性を比較した。しかし、使用前後の基板２０間での比較に限らず、使用前の複数の基板２０間で反射特性を比較することで、使用前に予め欠陥を含む基板を特定することができる。そのフローを図６に示す。
【００５５】
まず、使用前の複数の基板２０に対して、前述した実施形態と同様に、図１の装置を用いて、検査光の照射及び反射特性の取得を行う（ステップＳ１１）。
【００５６】
次に、ステップＳ１２にて、複数の基板２０間で反射特性を比較する。
例えば、複数の基板２０間の反射特性の平均値を算出し、その平均値に対して、予め設定された閾値以上異なるものがあれば、何らかの異物の付着があると判定し、洗浄工程にまわす（ステップＳ１３ａ）。反射特性が平均値に対して閾値より小さい基板については、インプリント工程に使用する（ステップＳ１３ｂ）。これにより、インプリント工程におけるパターン転写欠陥を確実に防ぐことができる。
【００５７】
異物有無の検査精度を高めるには、金属膜１５表面と基板２０とを密着させることが望ましい。両者の密着性を向上させるために、図７に示すように、それら両者間に例えばオイル系液体あるいは樹脂膜のような媒質１８を密着層として介在させることが有効である。その媒質１８は検査光に対する透過性を有する。これにより、金属膜１５と基板２０とは媒質１８を介して密着し、高い検査精度が得られる。このとき、反射特性を比較する基板２０間で、検査時に用いる媒質１８は同じにする、または屈折率が同じ媒質１８を用いる。
【００５８】
また、プリズムの形状は、半球状に限らず、錐形、錐台形状などであってもよい。例えば、図８には、円錐台または角錐台形状のプリズム４０を用いた例を示す。
【００５９】
例えば、上底側の表面４０ａに金属膜１５が形成され、その金属膜１５の表面に対して凹凸パターンを近接させて基板２０が配置される。このようなプリズム４０を使った場合、プリズム４０に入射した検査光を、金属膜１５における異なる箇所で複数回反射させつつ、金属膜１５の面方向に導波可能である。
【００６０】
図８において矢印で模式的に表されるように、プリズム４０に入射した光は、金属膜１５が形成された上底側と、下底側とで複数回全反射しつつ、金属膜１５の面方向に導波される。これにより、基板２０の凹凸パターンにおける比較的広範囲の領域を一度に検査可能である。場合によっては、基板２０とプリズム４０とを相対移動させることなく、基板２０の凹凸パターンの全領域にわたっての検査が可能になる。
【００６１】
この場合でも、検査光の照射領域に異物がある場合と、無い場合とで、表面プラズモン共鳴が励起された状態での反射特性に違いが生じ、その違いから異物の有無を判定できる。
【００６２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６３】
前述した実施形態では、検査対象の基板としてインプリント用のテンプレートを例示したが、これに限らず、パターン露光に一般的に用いられるフォトマスク、あるいは、近接場露光に用いられる密着型のマスクなどの検査にも本発明は適用可能である。また、それら基板を使ったパターニング対象は、半導体デバイス、記録メディアなどが挙げられる。
【００６４】
検出可能な異物はインプリント材のような樹脂に限らない。本発明は、基板と屈折率が同等もしくは近い異物を高感度に検出可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１１…インプリント材、１５…金属膜、１６，４０…プリズム、１８…媒質、２０…基板、３０…保持装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリズムの表面に形成された金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムの表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に光を照射して前記光の反射特性を取得する工程を複数の前記基板について行い、複数の前記基板間で前記反射特性を比較することを特徴とする基板の検査方法。
【請求項２】
前記基板は、樹脂に前記凹凸パターンを接触させて前記凹凸パターンの反転パターンを前記樹脂に転写するインプリント用のテンプレートであり、
前記凹凸パターンが前記樹脂に未接触のテンプレートについての前記反射特性と、前記凹凸パターンを前記樹脂に接触済みのテンプレートについての前記反射特性との比較から、前記樹脂に接触済みのテンプレートを評価することを特徴とする請求項１記載の基板の検査方法。
【請求項３】
前記金属膜と前記凹凸パターンとの間を前記光を透過させる媒質で満たし、前記媒質を介して前記金属膜と前記凹凸パターンとを密着させた状態で、前記光を照射して前記反射特性を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の基板の検査方法。
【請求項４】
前記反射特性は、前記金属膜の表面で表面プラズモン共鳴が励起された状態の前記光の反射角及び反射率の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の基板の検査方法。
【請求項５】
前記金属膜の表面と、前記凹凸パターンにおける凸部の先端との間の距離を、前記光の波長よりも短くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板の検査方法。
【請求項６】
金属膜が形成された表面を有するプリズムと、
前記金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムと前記基板とを前記金属膜の面方向に相対移動可能に前記プリズムと前記基板とを保持する保持装置と、
前記プリズムの前記表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に対して光を照射する光源と、
前記金属膜に照射された前記光の反射特性を取得する測定装置と、
を備えたことを特徴とする基板の検査装置。
【請求項７】
金属膜が形成された表面を有するプリズムと、
前記プリズムの前記表面に形成された金属膜と、
前記金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムと前記基板とを保持する保持装置と、
前記プリズムの前記表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に対して光を照射する光源と、
前記金属膜に照射された前記光の反射特性を取得する測定装置と、
を備え、
前記プリズムは、前記プリズムに入射した前記光を、前記金属膜における異なる箇所で複数回反射させつつ前記金属膜の面方向に導波可能であることを特徴とする基板の検査装置。
【請求項１】
プリズムの表面に形成された金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムの表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に光を照射して前記光の反射特性を取得する工程を複数の前記基板について行い、複数の前記基板間で前記反射特性を比較することを特徴とする基板の検査方法。
【請求項２】
前記基板は、樹脂に前記凹凸パターンを接触させて前記凹凸パターンの反転パターンを前記樹脂に転写するインプリント用のテンプレートであり、
前記凹凸パターンが前記樹脂に未接触のテンプレートについての前記反射特性と、前記凹凸パターンを前記樹脂に接触済みのテンプレートについての前記反射特性との比較から、前記樹脂に接触済みのテンプレートを評価することを特徴とする請求項１記載の基板の検査方法。
【請求項３】
前記金属膜と前記凹凸パターンとの間を前記光を透過させる媒質で満たし、前記媒質を介して前記金属膜と前記凹凸パターンとを密着させた状態で、前記光を照射して前記反射特性を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の基板の検査方法。
【請求項４】
前記反射特性は、前記金属膜の表面で表面プラズモン共鳴が励起された状態の前記光の反射角及び反射率の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の基板の検査方法。
【請求項５】
前記金属膜の表面と、前記凹凸パターンにおける凸部の先端との間の距離を、前記光の波長よりも短くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板の検査方法。
【請求項６】
金属膜が形成された表面を有するプリズムと、
前記金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムと前記基板とを前記金属膜の面方向に相対移動可能に前記プリズムと前記基板とを保持する保持装置と、
前記プリズムの前記表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に対して光を照射する光源と、
前記金属膜に照射された前記光の反射特性を取得する測定装置と、
を備えたことを特徴とする基板の検査装置。
【請求項７】
金属膜が形成された表面を有するプリズムと、
前記プリズムの前記表面に形成された金属膜と、
前記金属膜に対して基板に形成された凹凸パターンを近接させた状態で、前記プリズムと前記基板とを保持する保持装置と、
前記プリズムの前記表面と前記金属膜との界面側から前記金属膜に対して光を照射する光源と、
前記金属膜に照射された前記光の反射特性を取得する測定装置と、
を備え、
前記プリズムは、前記プリズムに入射した前記光を、前記金属膜における異なる箇所で複数回反射させつつ前記金属膜の面方向に導波可能であることを特徴とする基板の検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６３８３９（Ｐ２０１１−１６３８３９Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５０５２（Ｐ２０１０−２５０５２）
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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