JP2008194838A - ナノインプリントリソグラフィーのモールド検査方法及び樹脂残渣除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ナノインプリントリソグラフィーのモールドの熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出し除去する。
【解決手段】 モールド作製時のAFMで測定した3次元形状1またはモールドの3次元CAD設計データとAFMで測定した転写後の3次元形状2を比較することによりモールド3に付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣4を検出する。径が細く、アスペクトが高い探針で高忠実観察を行ったり、探針形状の補正を行ったりして残渣検出精度を向上させる。抽出された残渣をAFM探針による物理的な除去または電子ビームガスアシストエッチングまたは集束イオンビームガスアシストエッチングで除去してモールドを再利用可能にする。
【選択図】 図１

Description

本発明はナノインプリントリソグラフィーのモールドの検査方法と樹脂残渣除去方法に関するものである。

シリコン半導体パターンの微細化が進むにつれて、従来技術の延長にある光リソグラフィー用の装置の価格が高騰してきており、安価でかつ微細化に対応できる新しいリソグラフィー技術が求められている。1995年Chouらにより開発されたナノインプリントリソグラフィーは安価でかつ32nm以下の微細化にも対応できる新しいリソグラフィー技術として期待されている(非特許文献１)。ナノインプリントリソグラフィーはモールドの微細な3次元形状(鋳型)を接触により等倍で転写するもので、モールドは従来のフォトマスク同様高価な電子線描画装置を用いて長時間かけて描画するが、転写は高価な縮小投影露光装置を使用しないため安価に製造することができる。モールドに欠陥があると転写されるもの全てに欠陥を作り込んでしまうので、モールドは無欠陥である必要がある(特許文献1)。ナノインプリントリソグラフィーには転写パターンの鋳型となるモールドを、加熱した状態の熱硬化性樹脂に押し付けて熱硬化樹脂を変形させた後温度を下げて固めることで転写する熱硬化型と、石英のような光が透過できるモールドの中に光硬化樹脂を流し込んでUV光で固める光硬化型がある。いずれも転写後モールドを引き剥がすことで転写が完了する。リソグラフィー用途にはアライメントの容易さから光硬化型が用いられることが多い。熱硬化型はナノインプリントのもう一つの用途であるマイクロ部品の射出成型用の精密金型として用いられることが多い。

上記モールドを剥がす工程において、樹脂がモールドに付着しないようにモールド表面に剥離材を塗布してあっても、モールドに熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣が残ることがあり(特に光硬化型)、同じモールドをナノインプリントで次のウェハーを転写するときに残渣により正確な転写ができないことが起こる。それを避けるためにはナノインプリントで次のウェハーを転写する前にモールドの形状を検査し、残渣を除去する必要がある。モールドは高価であり、作製にも時間がかかるため、再利用できることが望ましい。

モールドは熱硬化型ではシリコンでできたものやニッケル等を電鋳したものが用いられ、光硬化型では石英等が用いられている。いずれもフォトマスクの欠陥検査で従来使用されている光学的方法で樹脂残渣を検出することは難しい。走査型電子顕微鏡(SEM)ではシリコンやニッケルのモールドは観察可能であるが、石英は絶縁体であるため観察が難しい。シリコンやニッケルのモールドでも材質による二次電子コントラスト差が少ないときにはSEM観察で樹脂残渣の検出が難しい。ナノインプリントは3次元形状を転写するものにあるにも関わらず、SEM観察では3次元的な情報が得られないので、見つかった残渣がどのくらい悪影響を及ぼすかは不明である。上記の欠点を補うモールドの樹脂残渣の検出方法が求められている。またモールドに付着した樹脂の残渣は除去しないと次の転写で正しい形状が転写されなかったり、樹脂残渣表面には剥離材がないため剥離時に更に大きな残渣が生じてしまったりするので、このままだとモールドが再利用できない。そのためモールドに付着した樹脂残渣を除去する方法も求められている。
特開2005-044843 特開2005-69851 谷口淳著 はじめてのナノインプリント技術 工業調査会(2005) Jpn. J. Appl. Phys. 45 1970-1973(2006) J. Vac. Sci. Technol. B23 2297-2303(2005)、Proc. of SPIE 6349 63493Z-1-10

本発明は、上記問題点を解決し、ナノインプリントリソグラフィーのモールドの熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣形状を正しく検出し除去することを目的とする。

モールド作製時の原子間力顕微鏡(AFM)で測定した3次元形状と転写後のAFMで測定した3次元形状を比較することによりモールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出する。

またはモールドの3次元CAD設計データとAFMで測定した転写後の3次元情報を比較することによりモールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出する。転写後のモールドのAFMで観察した３次元形状は実際には測定に使用した探針先端形状のコンボリューション込みの形状であるため、3次元CAD設計データとは厳密に一致しないので、不一致度があるレベルを超えたもののみを樹脂の残渣とみなす。

狭いところや垂直断面を持つモールドに対しても高忠実観察できるように、垂直に立てられた径の細い(直径20nm以下)カーボンナノチューブと、その形状を活かせるような小振幅振動とサーチを併用した走査モード、すなわち、10nm以下の小振幅をかけながら各走査点で、別機構で探針を上下させて高さデータを取得する走査モードを用いてモールドの3次元情報を取得する。この走査モードを用いると、大振幅のタッピングモードやダイナミックフォースモードよりも深い形状を正確にトレースすることができる（例えば、特許文献２参照）。

得られたAFMの3次元情報に対して探針の形状補正(デコンボリューション)（例えば非特許文献３参照）をかけたものと3次元CAD設計データと比較してより細かい差異まで抽出する。

上記方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を残渣の材質よりも硬いAFM探針で物理的に除去する。

上記方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を、環境制御型の走査型電子顕微鏡、すなわち100〜1000Paの低真空でも観察可能な走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、電子ビームのガスアシストエッチングで除去する。環境制御型の走査型電子顕微鏡においては、反射検出器等低真空でも使える検出器に加え、ガス導入系を備え、試料に応じて導入するガス(環境)と圧を変えて観察できる。環境型走査型電子顕微鏡を用いると、生物とか見るときには100〜1000Paの水蒸気を入れてできるだけありのままに近い状態で観察でき、またセラミックなどのようにチャージアップしやすいものに対してはチャージアップを緩和するために水蒸気や窒素を必要な圧で入れて観察することができる。上記環境制御型走査型電子顕微鏡を用いたガスアシストエッチングを用いた残渣除去は、残渣が有機系のときには水雰囲気下で除去を行い、シラン系のときは窒素とフッ化キセノン混合ガス雰囲気下で除去を行う。

あるいは、上記方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を集束イオンビームのガスアシストエッチングで除去する。残渣が有機系のときにはアシストエッチングガスとして水を使用し、シラン系のときはアシストエッチングガスとしてフッ化キセノンを使用する。

転写後のモールドを、AFMにて観察することにより、モールドの材質によらず正しく形状を把握でき、また、モールド作製時の3次元形状もしくはモールドの3次元CAD設計データと、AFMにて観察した転写後のモールドの3次元情報を比較し差異を抽出することでモールドの側壁やパターンの下隅や下部に薄く残った熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を従来に比べより正確に検出できる。

カーボンナノチューブのような径が細く、アスペクトが高い探針で高忠実観察を行ったり探針形状の補正を行ったりすることで残渣検出精度を向上させることができる。

モールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を除去することでモールドを再利用することができる。石英モールドに対しても、AFMや電子ビームを用いて除去すれば、イオンビームを用いた場合におけるようなガリウムの注入がないので、樹脂硬化に用いるUV光の透過率の局所的低下は起こらない。但し、イオンビームでもアシストガスの最適化でガリウム注入量を低いレベルに抑えることが可能である。

以下に本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、モールド作製時の3次元形状と転写後の3次元形状を比較することによりモールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出する場合を説明する図である。

転写後のモールドをAFM装置に導入し、モールドの3次元形状を測定する。適当な視野の観察とスキャナーまたはステージ移動を組み合わしてモールドの転写範囲全ての3次元情報を取得する。

モールドを作製したときに予めAFMで上記と同様の方法でモールドの転写範囲全てを測定しておいた図1(a)のような3次元形状1と、転写後のAFMで測定した図1(b)のような3次元形状2を比較し、その差異からモールド3に付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣4を検出する(図1(c))。

図２は、他の実施例として、モールドの3次元CAD設計データとAFMで測定した転写後の3次元情報を比較することによりモールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出する場合を説明する図である。

モールドを作製したときのAFM測定データの代わりに、図2(a)のようなモールドの3次元CAD設計データ5とAFMで測定した図2(b)のような転写後の3次元情報2を比較することでもモールド3に付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣4を検出することができる(図2(c))。この場合転写後のAFM３次元形状は実際には測定に使用した探針先端形状のコンボリューション込みの形状であるため、3次元CAD設計データとは厳密に一致しないので不一致度があるレベルを超えたもののみ、すなわち図２(c)において符号４で示される部分を樹脂の残渣とみなす。

図３は、高忠実観察により残渣検出感度を向上させる場合を説明する図である。

狭いところや垂直断面を持つモールドに対しても高忠実観察できるように直径20nm以下の垂直に立てられた細いカーボンナノチューブとその形状を活かせるような小振幅振動とサーチを併用した走査モードを用いて図3(b)のようなモールドの3次元情報6を正確に取得し、図3(a)のような3次元CAD設計データ5と比較して側壁に残った残渣4まで抽出してモールド3に付着した樹脂残渣検出精度を向上させる(図3(c))。

図４は、探針の形状補正をかけて残渣検出感度を向上させる場合を説明する図である。

得られた転写後のAFMの3次元情報7に対して図4(b)のような探針の形状を考慮してデコンボリューションをかけたもの8と図4(a)のような3次元CAD設計データ5とを比較してより細かい差異まで抽出してモールド3に付着した樹脂残渣4の検出精度を向上させる(図4(c))。

図５は、抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を残渣の材質よりも硬いAFM探針で物理的に除去する場合を説明する概略断面図である。

上記の方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣をAFMで除去するときには、図5に示すように刃先が垂直に近くアスペクト比の高い残渣の材質よりも硬い材質(例えばダイヤモンド)でできた加工探針9に交換し、樹脂残渣4を間欠的接触モードで認識後、残渣4のみ高加重をかけて物理的に除去する。AFM探針9による除去加工で発生した加工屑は洗浄により除去する。残渣除去後必要なら剥離材の再塗布を行う。

図６は、抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を環境制御型の走査電子顕微鏡を用いて電子ビームアシストエッチングで除去する場合を説明する概略断面図である。

上記の方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣4を環境制御型の走査電子顕微鏡を用いて、電子ビームアシストエッチングで除去することもできる。樹脂の残渣4が見つかったモールド3を環境制御型の走査電子顕微鏡に導入し、樹脂残渣4の見つかった位置が視野中心にくるように移動する。図6に示すように電子ビーム10で樹脂残渣4を含むイメージを取得し、AFM像と電子ビームで得られた像を重ね合わせ残渣部分4のみ電子ビーム10の選択照射を行うことにより残渣4を除去する。残渣(樹脂)4が有機系のときにはガス導入系11から水を導入し水雰囲気下で除去を行い、残渣(樹脂)4がシラン系のときはガス導入系11から窒素とフッ化キセノン混合ガスを導入し窒素の電離で電荷中和しながらフッ化キセノンのガスアシストエッチング効果で除去を行う。残渣除去後必要なら剥離材の再塗布を行う。

図７は、抽出された熱硬化樹脂残渣を集束イオンビームのガスアシストエッチングで除去する場合を説明する概略断面図である。

上記の方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣4を集束イオンビームのガスアシストエッチングで除去することもできる。被対象モールドが石英のような絶縁物でチャージアップする場合には電子ビーム13の照射による電荷中和でイオンビーム12のチャージアップを抑えた状態で行う。樹脂の残渣4が見つかったモールド3を集束イオンビーム装置に導入し、樹脂残渣の見つかった位置が視野中心にくるように移動する。図7に示すようにイオンビーム12でイメージを取得し、AFM像と集束イオンビームで得られた像を重ね合わせ残渣部分4のみイオンビーム12の選択照射を行うことにより残渣4を除去する。残渣(樹脂)4が有機系のときにはガス導入系11から水を導入し水のガスアシストエッチング効果で除去を行う。残渣(樹脂)4がシラン系のときはガス導入系11からフッ化キセノンを導入しフッ化キセノンのガスアシストエッチング効果で除去を行う。残渣除去後必要なら剥離材の再塗布を行う。

モールド作製時の3次元形状と転写後の3次元形状を比較することによりモールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出する場合を説明する図である。 モールドの3次元CAD設計データとAFMで測定した転写後の3次元情報を比較することによりモールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出する場合を説明する図である。 高忠実観察により残渣検出感度を向上させる場合を説明する図である。 探針の形状補正をかけて残渣検出感度を向上させる場合を説明する図である。 抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を残渣の材質よりも硬いAFM探針で物理的に除去する場合を説明する概略断面図である。 抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を環境制御型の走査電子顕微鏡を用いて電子ビームアシストエッチングで除去する場合を説明する概略断面図である。 抽出された熱硬化樹脂残渣を集束イオンビームのガスアシストエッチングで除去する場合を説明する概略断面図である。

符号の説明

１ モールド作製時の3次元形状
２ 転写後のモールドの3次元形状
３ モールド
４ 熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣
５ 3次元CADデータ
６ カーボンナノチューブ探針で得られた転写後のモールドの3次元形状
７ デコンボリューション前の転写後のモールドの3次元形状
８ 探針形状デコンボリューション後の3次元形状
９ AFM加工探針
１０ 電子ビーム
１１ ガス導入系
１２ イオンビーム
１３ 電荷中和用電子ビーム

Claims (6)

1. 作製時のモールドと転写後のモールドの3次元形状をそれぞれAFMにて測定し、該測定した3次元形状を比較することにより、モールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出するナノインプリントリソグラフィーのモールド検査方法。
2. モールドの3次元CAD設計データとAFMで測定した転写後の3次元形状を比較することによりモールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出するナノインプリントリソグラフィーのモールド検査方法。
3. 請求項1又は２においてAFM探針の形状補正した3次元情報と3次元CAD設計データと比較することによりモールドに付着した熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を検出するナノインプリントリソグラフィーのモールド検査方法。
4. 請求項1から３のモールド検査方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を残渣の材質よりも硬いAFM探針で物理的に除去することを特徴とするナノインプリントリソグラフィーのモールドの樹脂残渣除去方法。
5. 請求項1から３のモールド検査方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を環境制御型の走査電子顕微鏡を用いて電子ビームアシストエッチングで除去するナノインプリントリソグラフィーのモールドの樹脂残渣除去方法。
6. 請求項1から３のモールド検査方法で抽出された熱硬化樹脂または光硬化樹脂残渣を集束イオンビームのガスアシストエッチングで除去することを特徴とするナノインプリントリソグラフィーのモールドの樹脂残渣除去方法。

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