JP2012017994A

JP2012017994A - パターン形成部材の検査方法及び装置、並びにパターン形成部材

Info

Publication number: JP2012017994A
Application number: JP2010153767A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kashiwagi; 宏之柏木; Takashi Sato; 隆佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-26

Abstract

【課題】単一ビームや単針を走査する方法と比べて短時間にパターンを検査することができるパターン形成部材の検査方法及び装置、並びにパターン形成部材を提供する。
【解決手段】被転写材料に転写すべきパターン３とプラズモン共鳴構造体４とを有するパターン形成部材１を準備し、プラズモン共鳴構造体４に光を照射してプラズモン共鳴構造体４のプラズモン共鳴の吸収特性を計測し、吸収特性に基づいてパターン３を検査する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、パターン形成部材の検査方法及び装置、並びにパターン形成部材に関する。

半導体デバイスや記録メディアでは、微細化は進んでおり、将来の微細パターン形成方法としてＥＵＶ（extreme ultraviolet）露光技術やナノインプリント技術等がある。

ＥＵＶ露光技術では、所望のパターンを形成するためにフォトマスク（レチクルともいう。）が用いられる。ナノインプリントでは、基板に凹凸が掘り込まれたテンプレートが用いられる。これらの技術を用いてデバイスを作製する場合、レチクルやテンプレートの寸法誤差、汚染等の欠陥検査を行って管理する必要がある。

従来のレチクルの検査方法として、レチクルの中央に形成されたチップパターンとレチクルの周辺に形成された検査用パターンとを比較し、両者間で形状が一致すれば、良品と判定し、一致しなければ、不良品と判定することにより、チップパターンを検査する方法が提案されている。

また、作製したレチクルやテンプレートを検査するため、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のように短針を走査する方法、あるいは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の単一ビームを走査する方法が公知技術として存在している。

しかし、このような公知技術は、点（単一ビーム、短針）による検査方法であるため、パターンの全面を一括で検査することはできず大幅に時間がかかる。また、ＡＦＭの短針を複数する設置しアレイ状にして時間を短縮する方法も考えられるが、多数回の計測のうちに短針が壊れてしまうなどの難点がある。

特開平５−２６５１９０号公報

本発明の課題は、単一ビームや単針を走査する方法と比べて短時間にパターンを検査することができるパターン形成部材の検査方法及び装置、並びにパターン形成部材を提供することである。

実施の形態のパターン形成部材の検査方法は、被転写材料に転写すべきパターンとプラズモン共鳴構造体とを有するパターン形成部材を準備し、前記プラズモン共鳴構造体に光を照射して前記プラズモン共鳴構造体のプラズモン共鳴の吸収特性を計測し、前記吸収特性に基づいて前記パターンを検査する。

実施の形態のパターン形成部材の検査装置は、被転写材料に転写すべきパターンとプラズモン共鳴構造体とを有するパターン形成部材の前記プラズモン共鳴構造体に光を照射する光源と、前記光の照射を受けて前記プラズモン共鳴構造体から発生するプラズモン共鳴の吸収特性を計測する計測部と、前記吸収特性に基づいて前記パターンを検査する検査部とを備える。

図１は、第１の実施の形態に係るパターン形成部材の概略の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ部拡大図である。図２（ａ）、（ｂ）は、プラズモン共鳴の吸収特性を説明するための図である。図３は、第１の実施の形態に係る検査装置の概略の構成を示す図である。図４は、第１の実施の形態に係るパターン形成部材の検査方法の一例を示すフローチャートである。図５は、プラズモン共鳴吸収スペクトルの一例を示す図である。図６は、第２の実施の形態に係る検査装置の概略の構成を示す図である。図７は、第２の実施の形態に係るパターン形成部材の検査方法の一例を示すフローチャートである。図８は、プラズモン共鳴構造体の変形例を示す図である。

［第１の実施の形態］
（パターン形成部材の構成）
図１は、第１の実施の形態に係るパターン形成部材の概略の構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ部拡大図である。

このパターン形成部材１は、基板２の一方の面に、レジスト等の被転写材料に転写すべき複数のパターン３、及びパターン３の寸法誤差や汚染等の検査のためのプラズモン共鳴構造体４Ａを凹凸形状により形成したものである。パターン形成部材１は、例えば、レチクルやテンプレートとして用いられる。

基板２は、例えば、石英ガラス等の光透過性を有する材料から形成されている。

パターン３は、例えば、複数のラインパターン３０を幅方向にスペースを介して配置したラインアンドスペースパターンを含む。また、パターン３は、例えば、ＭｏＳｉ_２、Ｃｒ等の金属から形成される。パターン３は、用途に応じた厚さを有し、例えば、レチクルとして用いる場合は、２〜１０ｎｍ、テンプレートとして用いる場合は、１０〜１００ｎｍである。

プラズモン共鳴構造体４Ａは、プラズモン共鳴吸収を生じる金属、例えば、ＭｏＳｉ_２、Ｃｒ等から形成され、厚さは２〜１００ｎｍである。プラズモン共鳴構造体４Ａは、入射光の波長（例えば３０ｎｍ）以下のギャップ（間隔）を有し、例えば千鳥状に配列された複数のプラズモン共鳴体４０から構成されている。図１（ｃ）に示すように、例えば、プラズモン共鳴体４０は、一辺が１００ｎｍの正方形を有し、プラズモン共鳴体４０間のギャップＧは２ｎｍである。

パターン３及びプラズモン共鳴構造体４Ａは、同一の装置、例えば、ＥＢ（Electron Beam）描画装置や露光装置によって形成される。これにより、プラズモン共鳴構造体４Ａの寸法誤差を検査することで、パターン３の寸法誤差を推定することが可能になる。パターン３及びプラズモン共鳴構造体４Ａは、生産性の観点からプラズモン共鳴構造体４Ａと同一の材料、同一の厚さであることが好ましいが、材料及び厚さは異なってもよい。

（パターン形成部材の製造方法）
パターン形成部材１は、例えば、次のように製造される。まず、基板２の一方の面に、ＭｏＳｉ_２、Ｃｒ等の金属膜を形成する。次に、金属膜上に電子線用のレジストを塗布し、レジストをＥＢ描画装置により描画して露光し、露光後のレジストを現像してレジストパターンを形成する。次に、レジストパターンをマスクとして金属膜をエッチングすることにより、パターン３及びプラズモン共鳴構造体４Ａが形成されたパターン形成部材１が製造される。

（プラズモン共鳴の吸収特性）
図２（ａ）、（ｂ）は、プラズモン共鳴の吸収特性を説明するための図である。なお、図２の縦軸は、入射光の強度に対する吸収した光の強度の割合（吸収率）で表している。プラズモン共鳴体４０間のギャップＧが入射光の波長以下の場合、プラズモン共鳴体４０中の電子と光が共鳴し、入射光に対して高光出力（例えば１０^２〜１０^５倍）が得られるとともに、特定の波長域に「プラズモン共鳴吸収（Plasmon Resonance Absorption）」という光学応答が発生する。プラズモン共鳴吸収波長は、プラズモン共鳴体４０の材質、サイズ、ギャップ等に応じて異なる。

例えば、図２（ａ）に示すように、プラズモン共鳴体４０のサイズを変えずに、ギャップをＧ_１からＧ_２へと広くすると、プラズモン共鳴吸収波長はλ_１からλ_２へと短波長側にシフトする。また、図２（ｂ）に示すように、プラズモン共鳴体４０間のギャップＧ_１を変えずに、プラズモン共鳴体４０の一辺の長さをＬ_１からＬ_２へと長くすると、プラズモン共鳴吸収波長はλ_１からλ_３へと長波長側にシフトする。

（検査装置の構成）
図３は、第１の実施の形態に係る検査装置の概略の構成例を示す図である。この検査装置１０は、パターン形成部材１のプラズモン共鳴構造体４Ａに光を照射する光源１１と、光源１１による光の照射によりプラズモン共鳴構造体４Ａから発生する光を検出する光検出器１２と、ＣＰＵ等から構成されたコンピュータ１３と、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶部１４と、検査結果を表示する液晶ディスプレイ等の表示部１５とを備える。

光源１１は、プラズモン共鳴が起きる波長域の光を含むものであれば良く、例えば、ＣＯ_２レーザ等の波長可変型光源を用いることができる。

光検出器１２は、プラズモン共鳴構造体４Ａから発生する光を検出し、検出した光の強度に応じた信号を出力する。

記憶部１４には、後述する図４に示すような検査プログラム１４０Ａ等の各種のプログラムと、Δλ−ΔＣＤテーブル１４１等の各種のデータが格納されている。Δλ−ΔＣＤテーブル１４１は、シフト量Δλと寸法誤差ΔＣＤとの関係情報を含む。

コンピュータ１３のＣＰＵは、検査プログラム１４０Ａに従って動作することにより、光源制御部１３０、吸収ピーク波長抽出部１３１、シフト量算出部１３２、寸法誤差算出部（検査部）１３３、表示制御部１３４等として機能する。なお、光検出器１２、吸収ピーク波長抽出部１３１及びシフト量算出部１３２は、プラズモン共鳴構造体４Ａについてプラズモン共鳴の吸収特性を計測する計測部を構成する。

光源制御部１３０は、光源１１に波長制御信号を出力し、光源１１の発光波長を短波長側から長波長側へとスキャンする。

吸収ピーク波長抽出部１３１は、光源制御部１３０からの波長制御信号と光検出器１２によって検出された光の強度に応じた信号に基づいて、プラズモン共鳴吸収スペクトルを取得し、プラズモン共鳴吸収スペクトルから吸収ピーク波長を抽出する。

シフト量算出部１３２は、基準となる吸収ピーク波長と吸収ピーク波長抽出部１３１によって算出された吸収ピーク波長との差（シフト量）Δλを算出する。基準となる吸収ピーク波長は、例えばギャップＧが既知のプラズモン共鳴構造体４Ａについて予め測定した吸収ピーク波長を用いる。

寸法誤差算出部１３３は、シフト量算出部１３２によって算出されたシフト量Δλを基にΔλ−ΔＣＤテーブル１４１を参照して寸法誤差ΔＣＤを算出するとともに、寸法誤差ΔＣＤが許容範囲内であるか否か判定する。

表示制御部１３４は、寸法誤差算出部１３３によって判定された結果と寸法誤差ΔＣＤを表示部１５に表示する。

（パターン形成部材の検査方法）
次に、パターン形成部材１の検査方法の一例を図４のフローチャートに従って説明する。

光源１１は、光源制御部１３０からの波長制御信号に基づいて波長が制御された光をパターン形成部材１のプラズモン共鳴構造体４Ａに照射する。光の照射によりプラズモン共鳴構造体４Ａにプラズモン共鳴吸収が発生する。光検出器１２は、プラズモン共鳴構造体４Ａから発生した光を検出し、検出した光の強度に応じた信号を出力する（Ｓ１）。

吸収ピーク波長抽出部１３１は、光源制御部１３０からの波長制御信号と光検出器１２によって検出された光の強度に応じた信号に基づいて、プラズモン共鳴吸収スペクトルを取得し、プラズモン共鳴吸収スペクトルから吸収ピーク波長を抽出する（Ｓ２）。

図５は、プラズモン共鳴吸収スペクトルの一例を示す図である。λｒは基準となる吸収ピーク波長、λｄは吸収ピーク波長抽出部１３１によって算出された吸収ピーク波長である。シフト量算出部１３２は、図５に示すように、基準となる吸収ピーク波長λｒと吸収ピーク波長抽出部１３１によって算出された吸収ピーク波長λｄとの差（シフト量）Δλを算出する（Ｓ３）。

寸法誤差算出部１３３は、シフト量算出部１３２によって算出されたシフト量Δλを基にΔλ−ΔＣＤテーブル１４１を参照して寸法誤差ΔＣＤを算出する（Ｓ４）。

寸法誤差算出部１３３は、寸法誤差ΔＣＤが許容範囲内であるか否か判定する（Ｓ５）。

表示制御部１３４は、寸法誤差算出部１３３によって判定された結果と寸法誤差ΔＣＤを表示部１５に表示する（Ｓ６）。使用者は、寸法誤差ΔＣＤが許容範囲内と判定されたパターン形成部材１をパターンの形成に使用する。

（半導体装置の製造方法）
寸法誤差ΔＣＤが許容範囲内と判定されたパターン形成部材１をレチクルとして用いる場合、半導体製造装置により半導体装置が次のように製造される。まず、基板、半導体膜、絶縁膜等の被加工部材上にレジスト（被転写材料）を塗布する。次に、パターン形成部材１を介してレジストを露光し、露光後のレジストを現像してレジストパターン（被転写材料パターン）を形成する。次に、レジストパターンをマスクとして被加工部材をエッチングし、例えば、ラインアンドスペースパターンの配線を含む半導体装置が製造される。

寸法誤差ΔＣＤが許容範囲内と判定されたパターン形成部材１をテンプレートとして用いる場合、半導体製造装置により半導体装置が次のように製造される。まず、基板、半導体膜、絶縁膜等の被加工部材上に光硬化性のレジスト（被転写材料）を塗布する。次に、レジストにパターン３の部分を接触させ、基板２の背面側からレジストに紫外線を照射してレジストを硬化させる。次に、テンプレートをレジストから離型してレジストパターン（被転写材料パターン）を形成する。次に、レジストパターンをマスクとして用いて被加工部材をエッチングし、例えば、ラインアンドスペースパターンの配線を含む半導体装置が製造される。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、プラズモン共鳴構造体４Ａを検査してパターン３の寸法誤差を推定しているので、単一ビームや単針を走査する方法と比べて短時間にパターン形成部材の検査を行うことができる。また、ＳＥＭ検査では難しい数ｎｍの寸法誤差を検出することができる。

［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態に係る検査装置の概略の構成例を示す図である。

この検査装置１０は、第１の実施の形態と同様に、光源１１、光検出器１２、コンピュータ１３、記憶部１４及び表示部１５を備える。第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

記憶部１４には、検査プログラム１４０Ｂ等の各種のプログラムと、Δλ−汚染量テーブル１４２等の各種のデータが格納されている。Δλ−汚染量テーブル１４２は、シフト量Δλと汚染量（例えば汚染粒子の数、大きさ等）との関係情報を含む。

コンピュータ１３のＣＰＵは、後述する図７に示すような検査プログラム１４０Ｂに従って動作することにより、光源制御部１３０、吸収ピーク波長抽出部１３１、シフト量算出部１３２、汚染量算出部（検査部）１３５、表示制御部１３４等として機能する。

汚染量算出部１３５は、シフト量算出部１３２によって算出されたシフト量Δλを基にΔλ−汚染量テーブル１４２を参照し汚染量を算出するとともに、汚染量が許容範囲内であるか否か判定する。

プラズモン共鳴体４０のピッチをｐ、プラズモン共鳴体４０の誘電率をεm、周囲の誘電率をεoとすると、プラズモン共鳴の吸収波長λは次の式で表すことができる。

通常、周囲の誘電率εoは、空気であるため１．０であるが、汚染物質が付着すると、εoは１．０を超える値となり、λは汚染量に応じて長波長側にシフトする。従って、吸収波長のシフト量と汚染量との関係情報をΔλ−汚染量テーブルとして保持しておくことにより、シフト量から汚染量を把握することができる。

表示制御部１３４は、汚染量算出部１３５によって判定された結果と汚染量を表示部１５に表示する。

（パターン形成部材の検査方法）
次に、パターン形成部材１の検査方法の一例を図７のフローチャートに従って説明する。

光源１１は、光源制御部１３０からの波長制御信号に基づいて波長が制御された光をパターン形成部材１のプラズモン共鳴構造体４Ａに照射する。光の照射によりプラズモン共鳴構造体４Ａにプラズモン共鳴吸収が発生する。光検出器１２は、プラズモン共鳴構造体４Ａから発生した光を検出し、検出した光の強度に応じた信号を出力する（Ｓ１１）。

吸収ピーク波長抽出部１３１は、光源制御部１３０からの波長制御信号と光検出器１２によって検出された光の強度に応じた信号に基づいて、プラズモン共鳴吸収スペクトルを取得し、プラズモン共鳴吸収スペクトルから吸収ピーク波長を抽出する(Ｓ１２)。

シフト量算出部１３２は、基準となる吸収ピーク波長と吸収ピーク波長抽出部１３１によって算出された吸収ピーク波長との差（シフト量）Δλを算出する(Ｓ１３)。

汚染量算出部１３５は、シフト量算出部１３２によって算出されたシフト量Δλを基にΔλ−汚染量テーブル１４２を参照し汚染量を算出する(Ｓ１４)。

汚染量算出部１３５は、汚染量が許容範囲内であるか否か判定する(Ｓ１５)。

表示制御部１３４は、汚染量算出部１３５によって判定された結果と汚染量を表示部１５に表示する(Ｓ１６)。使用者は、汚染量が許容範囲内と判定されたパターン形成部材１をパターンの形成に使用し、許容範囲外と判定されたパターン形成部材１は、洗浄処理し、再び汚染の有無を検査し、汚染量が許容範囲内と判定されたとき、パターンの形成に使用する。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、プラズモン共鳴構造体４Ａを検査してパターン３の汚染量を推定しているので、単一ビームや単針を走査する方法と比べて短時間に検査を行うことができる。また、ＳＥＭ検査では難しい数ｎｍのサイズの異物を検出することができる。

また、上記各実施の形態によれば、単一ビームや単針を走査する方法と比べて短時間にパターンを検査することができる。

（変形例）
図８は、プラズモン共鳴構造体の変形例を示す図である。同図は、斜線を施した部分が金属部分又は凸部であり、斜線を施していない部分が空間部又は凹部である。

図８（ａ）に示すプラズモン共鳴構造体４Ｂは、長方形のプラズモン共鳴体４０を千鳥状に配置したものである。図８（ｂ）に示すプラズモン共鳴構造体４Ｃは、円形のプラズモン共鳴体４０を千鳥状に配置したものである。図８（ｃ）に示すプラズモン共鳴構造体４Ｄは、千鳥状に配置された複数の開口４１を有するものである。図８（ｄ）に示すプラズモン共鳴構造体４Ｅは、複数のプラズモン共鳴体４０を一列に配置したものである。なお、プラズモン共鳴構造体は、これらに限定されない。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。

例えば、光源制御部１３０、吸収ピーク波長抽出部１３１、シフト量算出部１３２、寸法誤差算出部１３３、表示制御部１３４、汚染量算出部１３５の一部又は全部をＡＳＩＣ（Application Specific IC）等のハードウエアによって実現してもよい。

また、検査プログラム１４０Ａ、１４０Ｂは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から記憶部１４内に取り込んでもよく、サーバ装置等からネットワークを介して記憶部１４内に取り込んでもよい。

また、プラズモン共鳴構造体は、被転写材料に対するパターン形成部材を位置決めする際の位置決めマークを兼ねてもよい。

また、パターン形成部材に、複数種類のプラズモン共鳴構造体を設けてもよい。これにより、複数のプラズモン共鳴構造体からそれぞれシフト量を算出し、各シフト量の平均値に基づいてパターン形成部材を検査することができる。

また、上記各実施の形態では、プラズモン共鳴構造体を透過した光を検出したが、プラズモン共鳴構造体側から光を照射し、その透過光又は反射光を検出してもよい。

１…パターン形成部材、２…基板、３…パターン、４Ａ〜４Ｅ…プラズモン共鳴構造体、１０…検査装置、１１…光源、１２…光検出器、１３…コンピュータ、１４…記憶部、１５…表示部、３０…ラインパターン、４０…プラズモン共鳴体、４１…開口、１３０…光源制御部、１３１…吸収ピーク波長抽出部、１３２…シフト量算出部、１３３…寸法誤差算出部、１３４…表示制御部、１３５…汚染量算出部、１４０Ａ…検査プログラム、１４０Ｂ…検査プログラム、１４１…Δλ−ΔＣＤテーブル、１４２…Δλ−汚染量テーブル

Claims

被転写材料に転写すべきパターンとプラズモン共鳴構造体とを有するパターン形成部材を準備し、
前記プラズモン共鳴構造体に光を照射して前記プラズモン共鳴構造体のプラズモン共鳴の吸収特性を計測し、
前記吸収特性に基づいて前記パターンを検査するパターン形成部材の検査方法。
前記パターンの検査は、寸法誤差又は汚染量を検査する請求項１に記載のパターン形成部材の検査方法。
前記プラズモン共鳴構造体は、照射される光の波長以下の間隔を有して配置された複数のプラズモン共鳴体を有する請求項１に記載のターン形成部材の検査方法。
被転写材料に転写すべきパターンとプラズモン共鳴構造体とを有するパターン形成部材の前記プラズモン共鳴構造体に光を照射する光源と、
前記光の照射を受けて前記プラズモン共鳴構造体から発生するプラズモン共鳴の吸収特性を計測する計測部と、
前記吸収特性に基づいて前記パターンを検査する検査部とを備えたパターン形成部材の検査装置。
被転写材料に転写すべきパターンとプラズモン共鳴構造体とを有するパターン形成部材。