JP2008116272A - パターン検査方法およびパターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速で、高分解能によって、パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をすることができるパターン検査方法等を提供する。
【解決手段】本発明のパターン検査方法は、パターン２０８を有する基板２０７における該パターンの欠陥検査をするパターン検査方法であって、
前記基板に対して前記基板のパターンに対して反転したパターン２１１を有する参照板２１２を配置する第１の工程と、
前記基板のパターン面と前記参照板との間の距離を計測する第２の工程と、
前記第２の工程における前記距離の計測結果に基づいて、前記基板のパターンの欠陥を検出する第３の工程と、を有する構成とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をするパターン検査方法およびパターン検査装置に関する。

近年において、例えば非特許文献１に紹介されているように、モールド上の微細な構造を半導体、ガラス、樹脂や金属等のワークに加圧転写する微細加工技術が開発され、注目を集めている。
この技術は数ナノメートルオーダーの分解能を持つためナノインプリントあるいはナノエンボッシングなどと呼ばれている。
この技術は半導体製造に加え、立体構造をウェハレベルで一括加工可能なため、フォトニッククリスタル等の光学素子、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、バイオチップの製造技術、
等として幅広い分野への応用が期待されている。

このようなナノインプリント技術の一例として、光インプリント方式を半導体製造技術に用いる場合について説明する。まず、基板（例えば半導体ウエハ）上に光硬化樹脂からなる層を形成する。
次に、この樹脂層に所望の凹凸構造が形成されたモールドを押し当て、加圧する。
そして、紫外線を照射することで光硬化樹脂を硬化させる。
これにより樹脂層に上記構造が転写される。この樹脂層をマスクとしてエッチング等を行い、基板へ構造が転写される。

以上のようなインプリントにおいては、モールドの欠陥検査が重要となる。
すなわち、インプリントではモールドを繰り返し使用し、基板にモールドのパターンを転写する。
モールドのパターンに異物の付着や欠損がある場合は、それらがそのまま転写される。
特に、インプリントでは硬化した樹脂が基板から剥がれてしまい異物となる場合や、硬化した樹脂にモールドが引きちぎられ欠損となる場合がある。

従来において、モールドの欠陥を検査する方法として、次のような方法が知られている。
すなわち、基板に導電層を付与し、ＳＥＭによって検査する方法、あるいは深紫外光やレーザーを用いて光学顕微鏡によって検査する方法［非特許文献２、特許文献１］、等が知られている。
Ｓｔｅｐｈａｎ Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，６７，３１１４，１９９５ Ｈａｒａｌｄ Ｆ．Ｈｅｓｓ ｅｔ．ａｌ．， Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２２，３３００，２００４ 米国特許出願公開第２００３／０２０５６５８号明細書

しかしながら、上記した従来例におけるモールドの欠陥を検査する方法は、いずれもつぎのような課題を有している。
例えば、上記ＳＥＭによって検査する方法においては、検査のために不必要な導電層を付与することが必要となり、また細い電子ビームを持って検査領域を走査するため、時間がかかることとなる。
さらに、観察データと設計データを比較することにより欠陥を検査する場合には、膨大なデータを必要とする。

また、上記光学顕微鏡によって検査する方法では、欠陥が小さくなるほど検査に用いる波長が短くなり、現行の欠陥検査では１００ｎｍ程度であることから、高分解能の欠陥検査が困難である。
特に、縮小露光系である光露光装置と比べ、インプリントの場合は等倍露光のため、特に高分解能の欠陥検査が必要であり、上記光学顕微鏡による検査方法では、これらに対応することが困難である。

本発明は、上記課題に鑑み、高速で、高分解能によって、パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をすることができるパターン検査方法およびパターン検査装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、以下のように構成したパターン検査方法およびパターン検査装置を提供するものである。
本発明のパターン検査方法は、パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をするパターン検査方法であって、
前記基板に対して参照板を配置する第１の工程と、
前記基板のパターン面と前記参照板との間の距離を計測する第２の工程と、
前記第２の工程における前記距離の計測結果に基づいて、前記基板のパターンの欠陥を検出する第３の工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のパターン検査方法は、前記第１の工程における参照板は、前記基板のパターンに対して反転したパターンを有することを特徴とする。
また、本発明のパターン検査方法は、前記基板のパターンに対して反転したパターンを有する参照板が、
光硬化樹脂を塗布した第２の基板に、前記パターンを有する基板を加圧しながら露光することによって前記光硬化樹脂を硬化させ、該パターンを前記第２の基板に転写することにより形成されることを特徴とする。
また、本発明のパターン検査方法は、前記第１の工程における前記基板に対する前記参照板の配置が、前記基板と前記参照板との相対位置合わせによって行われることを特徴とする。
また、本発明のパターン検査方法は、前記第２の工程における前記基板のパターン面と前記参照板との間の距離の計測が、前記基板のパターン面と平行な面内を走査しながら行われることを特徴とする。
また、本発明のパターン検査方法は、前記第３の工程における前記基板のパターンの欠陥の検出が、前記基板と前記参照板との間の距離の変化を検出することによって行われることを特徴とする。
また、本発明のパターン検査装置は、パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をするパターン検査装置であって、
前記基板に対して参照板を配置する手段と、
前記基板のパターン面と前記参照板との間の距離を計測する距離計測手段と、
前記距離計測手段を前記基板のパターン面と平行な面内で走査する手段と、
前記距離計測手段による計測結果を解析する手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のパターン検査装置は、前記基板と前記参照板とに設けられた相対位置を合わせるためのマークを用い、該基板と該参照板との相対位置を計測する手段を有することを特徴とする。
また、本発明のパターン検査装置は、
前記計測する手段が、
計測用光源と、
前記計測用光源からの光を前記基板、前記参照板に導く光学系と、
前記光学系の開口数を調整する機構と、
前記基板および前記参照板から反射した光を検出する検出器と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のパターン検査装置は、前記計測する手段におけるコヒーレンス長が、基板の厚さより短く、前記基板と参照板の距離より長くされていることを特徴とする。

本発明によれば、高速で、高分解能によって、パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をすることができるパターン検査方法およびパターン検査装置を実現することができる。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態においては、パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をするパターン検査において、
前記基板に対して参照板を配置し、前記基板のパターン面と前記参照板との間の距離を計測し、前記第２の工程における前記距離の計測結果に基づいて、前記基板のパターンの欠陥を検出するように構成することができる。
その際、参照板は、前記基板のパターンと反転したパターンを有する構成とすることで、モールドと参照板が位置合わせされている場合、モールド表面と参照板表面の距離は一定とすることができる。
そのため、欠陥があればその位置で距離が変化することから、一定の距離であるか否かの判定によって、パターンの欠陥検査をすることが可能となる。
このような構成によれば、設計データと比較する必要がなく、距離を計測することによって高精度かつ高速な欠陥検出を行うことができる。
さらに、インプリント装置に組み込むことで、Ｉｎ−ｓｉｔｕの基板検査が可能となる。
なお、以上の技術は、半導体製造技術、フォトニッククリスタル等の光学素子やμ−ＴＡＳ等のバイオチップの製造技術等として利用することが可能である。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した一例として、基板に凹凸パターンを有するモールドの欠陥検査をする方法について説明する。
図１に、本実施例のモールドの欠陥検査をする方法を説明するためのフローチャートを示す。
まず、Ｓ１−１において、モールドに対してモールドのパターンに対応する参照板を配置する。
参照板のパターンの凹凸はモールドのパターンの凹凸に対し反転しており、それらの位置が合うようにする。
モールドと参照板のパターンは反転しているため、モールドと参照板のギャップはパターン領域で一定となる。
次に、Ｓ１−２において、計測器をモールドのパターン領域に配置する。
次に、Ｓ１−３において、ギャップを計測する。
ここでは、ギャップ計測法としてモールド表面と基板表面の間で起こる干渉光を検出する。
次に、Ｓ１−４において、欠陥を検出する。
モールドのパターンと参照板のパターンのギャップは欠陥が無ければ一定となる。
そのため、ギャップが変化した場合に、欠陥があったと判定する。
Ｓ１−５において、条件を満たすかどうか判定する。
この時の条件としては、全てのパターン領域を計測しているか否か、等をその条件とすることができる。
全てのパターン領域の計測が終了していない場合にはＳ１−２において、計測器を別の場所に移動する。Ｓ１−６において、条件を満たす場合に終了する。
なお、Ｓ１−２からＳ１−５は計測器をスキャニングしながらギャップ計測および欠陥検出を連続的に行っても良い。

ところで、参照板に欠陥がある場合も考えられる。これを回避するためには参照板を複数用意し、欠陥のあった位置においてギャップを計測する。
複数の参照板で同じ位置に欠陥がある場合は、モールドに欠陥があると判断する。
また、参照板は予めＳＥＭ等によって欠陥検出を行ってもよい。

つぎに、本実施例におけるモールドの検査装置について説明する。
図２に、本実施例におけるモールドの検査装置の構成例を示す。
図２（ａ）において、モールド２０７と参照板２１２を対向して配置してある。モールドにはモールドのマーク２０９、参照板のマーク２１０があり、位置合わせ用の光学系（不図示）によって互いの位置合わせが可能となる。
参照板のパターン２１１は、モールドのパターン２０８の凹凸に対し反転している。
そのため、モールドと基板が所望の位置に配置されると、モールドと基板のギャップは一定になる。
ギャップの計測器はモールドのパターンと反対側にある。

まず、計測用光源２０２から出た光がビームスプリッター２０３、計測用光学系２０５、スリット２０６を介してモールドおよび参照板に到達する。
モールドおよび参照板で反射した光はスリット、光学系、ビームスプリッターを介し、検出器２０１に到達する。
スリットは光学系の開口数を調節し、反射光の０次成分を抽出する。これにより、パターンによる回折・散乱を無視することができる。
計測系のコヒーレンス長は、計測用光源、検出器、フィルタを適切なものを選択し、計測時のギャップを制御することによって、モールドの厚みより短く、ギャップより長くすることができる。
そのため、モールド裏面とモールド表面の間で反射した光の干渉は起こらない。
駆動機構２０４によって、パターン面と平行な面内を走査することにより、モールド全面の検査が可能となる。
なお、計測用光源としては白色光やフォトダイオード、レーザーなどがある。検出器は分光器やフォトダイオードである。
また、分光器を用いることによってより詳細にギャップの計測を行うことができる。図２（ｂ）は光路として光ファイバー２１４、方向性結合器２１３を利用している。

つぎに、図３を用いて本実施例におけるモールドの欠陥検出をする原理を簡単に説明する。
図３において、図３（ａ）は正常な場合、図３（ｂ）は異物がある場合、図３（ｃ）は欠損がある場合、について説明するための図である。
モールド３０１と参照板３０４はモールドのマーク３０２および参照板３０４のマーク３０５を用いて位置合わせをされている状態である。
その結果、パターン部においてモールドのパターン３０３と参照板パターン３０６のギャップは一定である。
この時、計測光３０７を面内と平行にスキャニングしながらギャップ計測をする。
図３（ａ）のような正常な場合には、モールドと参照板のギャップが一定であり、変化はない。
図３（ｂ）のように異物３０８が付着しているような場合においては、異物のある位置でギャップに変化がある。
図３（ｃ）のように欠損３０９がある場合においても、欠損のある位置でギャップに変化がある。

なお、計測光があたる領域で、正常な領域と欠陥がある領域が混在するような場合は、その面積の割合に応じて検出器の値が変化する。
例えば、計測される領域の直径が１０００ｎｍ、欠損部の直径が１００ｎｍとする。今、検出器として１６ビット（６５５３６）の階調があるとする。
直径１０００ｎｍの領域が正常である時に検出器の値が６５５３５、欠損部の時に検出器の値が３２７６８である場合を考える。
欠損部が直径１００ｎｍの検出器の値は、６５５３５より３２６低くなる。
欠損部が２０ｎｍであれば、６５５３５より１３低くなる。
なお、適切な計測光、検出器、信号処理系を選択することによって、直径２０ｎｍ以下の計測をすることも可能である。

つぎに、モールドおよび参照板の作製方法について説明する。
図４に、モールドおよび参照板の作製方法の概略を示す。
まず、モールドの作製方法について説明する。
ここでは、モールドのパターンと位置合わせマークに段差がある場合である。
モールドはＵＶ光及び可視光に対して透過性の基板からなり、合成石英やサファイアである。
（ａ−１）において、基板４０２に第１のレジスト４０１を塗布し、ステッパー等を用いて露光し、現像する。４０３が転写するパターン領域で４０４がマーク領域である。
（ａ−２）において、第１のレジストをマスクにエッチングする。
（ａ−３）において、パターン領域を保護するために第２のレジスト４０５を付与する。
（ａ−４）において、エッチングによりパターン領域とマーク領域に所望の段差をつける。
（ａ−５）において、第１および第２のレジストを剥離することによってモールドが完成する。

次に参照板の作製方法について説明する。
参照板はインプリントによって複製する方法が望ましい。基板は合成石英などの計測光が透過する基板であっても良いが、Ｓｉ、ＧａＡｓ、樹脂、金属板等の不透過な材質でも良い。
（ｂ−１）において、位置合わせマークのある基板を用意する。
（ｂ−２）において、光硬化樹脂４０９を塗布する。このときの塗布方法はスピンコートやディスペンサを用いる。
（ｂ−３）において、モールドと基板をマークによって位置合わせする。モールドおよび基板を合わせて樹脂を充填し、光照射により光硬化樹脂を硬化させる。
（ｂ−４）において、光硬化樹脂をマスクにエッチングを行う。
（ｂ−５）において、光硬化樹脂を剥離することによって参照板が完成する。なお、マークとパターンの間に段差があるモールドによりモールド側のマークが基板側に転写されない。
そのため、インプリント時と欠陥検出時に同じマークを使って位置合わせすることができる。

［実施例２］
実施例２においては、本発明を適用した検査装置をインプリント装置に搭載した場合におけるモールドの欠陥検査をする方法について説明する。
図５に、本実施例におけるインプリントの工程でのモールドと基板の間に泡などが混入したかどうかをＩｎ−ｓｉｔｕで検出する工程を含めたモールドの欠陥検査をする方法を説明するためのフローチャートを示す。
まず、Ｓ２−１において、基板の所望の位置にインプリントできるように基板を配置する。
次に、Ｓ２−２において、インプリントを行う。この工程においては、基板に光硬化樹脂を塗布し、モールドと基板を合わせて樹脂を充填する。
さらに、光硬化樹脂を硬化させ、モールドを剥離する。
その際、モールドの凹凸パターンと反転した凹凸パターンが転写された樹脂表面の凹凸のギャップが一定であるようにする。
次に、Ｓ２−３において、上記モールドの凹凸パターンと反転した凹凸パターンが転写された樹脂表面を有する上記基板を参照板として用い、この参照板をモールド裏面に、計測器として配置する。
次に、Ｓ２−４において、パターン領域において計測器をスキャニングしながらギャップを計測する。
次に、Ｓ２−５において、検出器のデータの面内分布から欠陥を検出する。
この際の欠陥は、主に樹脂に巻き込まれた泡等である。欠陥がある場合は座標位置を記憶する等の処置を行う。
次に、Ｓ２−６において、条件を満たすかどうかを判定する。
この時の条件は、基板のインプリントを行う最後の位置であるか否か、等をその条件とすることができる。
最後の位置でない場合にはＳ２−１にて、基板の次の場所にインプリントできるように移動する。
Ｓ２−７において、条件を満たす場合に終了をする。
なお、欠陥がある時で、修復できる場合には再度インプリントを行う。修復のできないような場合にはダイシング後に捨てるためにマーキングなどを行う。
ところで、光硬化樹脂表面と基板表面による干渉が発生する時がある。
このような場合には光硬化樹脂で計測光を吸収するような物を選択しても良いし、基板と同じ屈折率の媒質を選択しても良い。

つぎに、本実施例におけるインプリント装置について説明する。
図６に、本実施例のインプリント装置の概略を示す。
本実施例のインプリント装置は、露光光源６０１、鏡筒６０２、モールド保持部６０３、基板保持部６０４、基板昇降機構６０５、面内移動機構６０６、解析装置６１４、インプリント制御機構６１５、計測器等により構成される。
計測器は図２にて説明した計測用光学系６１０、計測用光源６１２、検出器６１３などからなり、計測器導入機構６１１により鏡筒内部に導入することができる。そのため、インプリントの露光の際には鏡筒内から退避させることができる。モールド保持部は、真空チャック方式等によってモールド６０７のチャッキングを行う。
基板６０８はモールドに対向する位置に置かれ、基板には光硬化樹脂６０９が塗布されている。
基板は面内移動機構により所望の位置に移動することができ、基板昇降機構により高さの調整、加圧、減圧を行うことができる。
なお、基板昇降機構はエンコーダーによって高さ方向の位置をモニターすることができる。
また、ギャップ計測機構によってモールドと基板のギャップを計測しながら昇降しても良い。
計測器の位置移動、基板の位置移動、加圧、減圧、露光等の制御はインプリント制御機構によって行う。
また、ここでは省略されているが、面内の位置合わせを行うための検出系なども備えている。
なお、ここでの塗布方法はスピンコート法である。

本発明の実施例１におけるモールドの欠陥検査をする方法を説明するためのフローチャート。 本発明の実施例１におけるモールドの検査装置の構成例を説明するための図。 本発明の実施例１におけるモールドの欠陥検出をする原理を説明するための図であり、（ａ）は正常な場合、（ｂ）は異物がある場合、（ｃ）は欠損がある場合、について説明するための図。 本発明の実施例１におけるモールドおよび参照板の作製方法を説明するための図。 本発明の実施例２におけるモールドの欠陥検査をする方法を説明するためのフローチャート。 本発明の実施例２におけるインプリント装置の構成を説明するための図。

符号の説明

２０１：検出器
２０２：計測用光源
２０３：ビームスプリッター
２０４：駆動機構
２０５：計測用光学系
２０６：スリット
２０７：モールド
２０８：モールドのパターン
２０９：モールドのマーク
２１０：参照板のマーク
２１１：参照板のパターン
２１２：参照板
２１３：方向性結合機
２１４：光ファイバー
３０１：モールド
３０２：モールドのマーク
３０３：モールドのパターン
３０４：参照板
３０５：参照板のマーク
３０６：参照板のパターン
３０７：計測光
３０８：異物
３０９：欠損
４０１：第１のレジスト
４０２：基板
４０３：モールドのパターン領域
４０４：モールドのマーク領域
４０５：第２のレジスト
４０６：基板のパターン領域
４０７：基板のマーク領域
４０８：マークを有する基板
４０９：光硬化樹脂
４１０：モールド
６０１：露光用光源
６０２：鏡筒
６０３：モールド保持部
６０４：基板保持部
６０５：基板昇降機構
６０６：面内移動機構
６０７：モールド
６０８：基板
６０９：光硬化樹脂
６１０：計測用光学系
６１１：計測用光学系導入機構
６１２：計測用光源
６１３：検出器
６１４：解析装置
６１５：インプリント制御装置

Claims (10)

1. パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をするパターン検査方法であって、
   前記基板に対して参照板を配置する第１の工程と、
   前記基板のパターン面と前記参照板との間の距離を計測する第２の工程と、
   前記第２の工程における前記距離の計測結果に基づいて、前記基板のパターンの欠陥を検出する第３の工程と、
   を有することを特徴とするパターン検査方法。
2. 前記第１の工程における参照板は、前記基板のパターンに対して反転したパターンを有することを特徴とする請求項１に記載のパターン検査方法。
3. 前記基板のパターンに対して反転したパターンを有する参照板が、光硬化樹脂を塗布した第２の基板に、前記パターンを有する基板を加圧しながら露光することによって前記光硬化樹脂を硬化させ、該パターンを前記第２の基板に転写することにより形成されることを特徴とする請求項２に記載のパターン検査方法。
4. 前記第１の工程における前記基板に対する前記参照板の配置が、前記基板と前記参照板との相対位置合わせによって行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン検査方法。
5. 前記第２の工程における前記基板のパターン面と前記参照板との間の距離の計測が、前記基板のパターン面と平行な面内を走査しながら行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパターン検査方法。
6. 前記第３の工程における前記基板のパターンの欠陥の検出が、前記基板と前記参照板との間の距離の変化を検出することによって行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のパターン検査方法。
7. パターンを有する基板における該パターンの欠陥検査をするパターン検査装置であって、
   前記基板に対して参照板を配置する手段と、
   前記基板のパターン面と前記参照板との間の距離を計測する距離計測手段と、
   前記距離計測手段を前記基板のパターン面と平行な面内で走査する手段と、
   前記距離計測手段による計測結果を解析する手段と、
   を有することを特徴とするパターン検査装置。
8. 前記基板と前記参照板とに設けられた相対位置を合わせるためのマークを用い、該基板と該参照板との相対位置を計測する手段を有することを特徴とする請求項７に記載のパターン検査装置。
9. 前記計測する手段が、
   計測用光源と、
   前記計測用光源からの光を前記基板、前記参照板に導く光学系と、
   前記光学系の開口数を調整する機構と、
   前記基板および前記参照板から反射した光を検出する検出器と、
   を有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のパターン検査装置。
10. 前記計測する手段におけるコヒーレンス長が、基板の厚さより短く、前記基板と参照板の距離より長くされていることを特徴とする請求項９に記載のパターン検査装置。

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