JP2015021804A - レプリカ採取装置および採取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体表面の形状を良好に転写可能とするレプリカ採取装置及びレプリカ採取方法を提供する。【解決手段】レプリカ剤１０１が保持又は塗布されるレプリカパッド１０２を、レプリカ剤１０１が被検査体１０６表面と対向するよう保持するレプリカ処理部１０３と、被検査体１０６を載置し、レプリカ処理部１０３と相対的に移動可能な被検体位置決め部１０５と、レプリカ剤１０１を被検査体表面と接触させ、被検査体表面の形状を転写するようレプリカ処理部１０３及び被検査体位置決め部１０５を制御する制御部３０３を有し、レプリカパッド１０２の表面にレプリカ剤１０１と親和性を有する親レプリカ剤領域を形成した。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程における被検査体等の立体形状の非破壊検査技術および評価・解析に関し、被検査体の形状レプリカを採取する装置、および、レプリカ採取方法に関する。

半導体デバイスは性能向上のため、デバイス構造の高集積化、複雑化が進んでおり、デバイスの歩留り向上のため、製造工程におけるパターンの出来栄え評価が重要になっている。出来栄え評価技術は種々あり、たとえば、一次元，二次元の形状評価にはCD−SEMが主に用いられている。また、パターンの断面形状評価には基板（ウエハ）を割って断面を観察する破壊検査が行われている。しかし、一方では半導体デバイスのコスト低減のため、ウエハの大口径化が進んでおり、ウエハを破壊検査に供することはコストの面で好ましくない。これに対し、ウエハを割らずに非破壊で評価する手法として、Narender Rena,”Bridging CD metrology gap of advanced patterning with assistance of nanomolding”, Proc. Of SPIE, 832483241-M（非特許文献１）がある。この非特許文献１は、パターンが形成された試料の表面を離形処理し、光硬化性樹脂をパターン上に滴下し、スペーサ及び接着層が塗布されたガラスプレートを光硬化性樹脂が塗布されたパターン面に押し付け、紫外線照射により樹脂を硬化させる。その後ガラスプレートを引きはがすことにより上記パターンが転写されたレプリカを採取し、レプリカの凹凸パターンをＣＤ−ＡＦＭプローブにて観察するものである。

Narender Rena,Dario Goldfarb,"Bridging CD metrology gap of advanced patterning with assistance of nanomolding", Proc. Of SPIE, 8324, 83241-M,2012.

上記非特許文献１では、レプリカを採取するため光硬化性樹脂をパターン面に滴下する方式であるため、レプリカ作成の度に光硬化性樹脂を滴下する必要がある。そのため滴下位置の高精度な位置決めが必要となるものの、位置決め機構についての開示は無い。

本発明は、被検査体表面の形状を良好に転写可能とするレプリカ採取装置及びレプリカ採取方法を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、レプリカ剤が保持又は塗布されるレプリカパッドを、前記レプリカ剤が被検査体表面と対向するよう保持するレプリカ処理部と、前記被検査体を載置し、前記レプリカ処理部と相対的に移動可能な被検体位置決め部と、前記レプリカ剤を前記被検査体表面と接触させ、前記被検査体表面の形状を転写するよう前記レプリカ処理部及び前記被検査体位置決め部を制御する制御部を有し、前記レプリカパッドの表面に前記レプリカ剤と親和性を有する親レプリカ剤領域を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、被検査体表面の形状を高精度に転写可能とし、採取後のレプリカ検査工程に供するに好適なレプリカ採取装置を提供できる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例に係るレプリカ採取装置の全体構成図である。 図１のレプリカ採取装置のチャンバ扉が開かれた状態を示す図である。 レプリカ採取の工程を説明する図である。 レプリカ処理部の構造を説明する図である。 レプリカ処理部の構造を説明する図である。 被検査体がＦＩＮ型トランジスタの場合の表面形状を示す図である。 図６に示す被検査体に対応するレプリカパターンを示す図である。 本発明の実施例に係るレプリカ採取装置の要部構成図である。 本発明の実施例に係るレプリカ採取装置の要部構成図である。 レプリカパッドへレプリカ剤を供給する状態の説明図である。 レプリカパッドの構成図である。 レプリカパッドの他の構成図である。 本発明の実施例に係るレプリカ採取装置を備えたレプリカ検査装置の概略構成図である。 本発明の実施例に係るレプリカ採取装置を備えたレプリカ検査装置の他の概略構成図である。 採取後のレプリカへの処理を説明する図である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係るレプリカ採取装置の全体構成図である。本発明のレプリカ採取装置１００は、被検査体１０６を位置決めする被検査体位置決め部１０５、レプリカ剤１０１が保持又は塗布された台座としてのレプリカパッド１０２、レプリカ剤１０１が被検査体１０６に対向するようレプリカパッド１０２を保持するレプリカ処理部１０３、レプリカ処理部１０３を搬送するレプリカ搬送部１０４をチャンバ４０１内に収容し、これらを制御する制御部３０３から構成されている。レプリカ搬送部１０４は、被検査体１０６の表面に形成された凹凸形状を転写するためのレプリカ剤１０１を、被検査体１０６の面方向に略平行に移動可能とする平行移動部３０１と、被検査体１０６の表面の傾きに追従するようレプリカ剤１０１の向きを変更可能な角度追従部３０２を有している。角度追従部３０２は、例えば、球状のジョイントを介してその上下に位置する平行移動部３０１とレプリカ処理部１０３との間の角度を調整可能となっている。仮に、被検査体１０６の表面が水平方向から傾いた状態の場合、レプリカ剤１０１が被検査体１０６の表面に接触し更に押圧力が作用すると角度追従部３０２により、レプリカ剤１０１の表面が被検査体１０６の表面と当接するよう傾きを整合する。なお、レプリカ剤１０１の表面が被検査体１０６に接触後、更に押圧力を付与する機構は、レプリカ処理部１０３を被検査体１０６表面へ向かい移動させる図示しない機構にて実現される。角度追従部３０２を有することで、レプリカ剤１０１の一方の端部のみが被検査体１０６に接触する片当りを防止でき、レプリカ剤１０１の全面に均一に被検査体１０６の表面に形成された凹凸形状を転写することが可能となる。なお、ここでは角度追従部３０２が、押圧力により傾きを自動整合する例を説明したが、これに限られず、被検査体１０６及びレプリカ剤１０１の平行度を測定し、得られた平行度の差分に基づき制御部３０３がレプリカ搬送部１０４の傾きを制御するよう構成しても良い。

被検査体位置決め部１０５は、被検査体１０６を載置するステージ３０４、ステージ３０４に被検査体１０６を挟むよう保持する被検査体保持部３０５、移動用ガイドレール３０８に沿ってステージ３０４を所望の位置に移動用シャフト３０７を介して移動させるステージ駆動部３０６から構成される。制御部３０３は、レプリカ剤１０１が被検査体１０６の所望の領域と対向するようレプリカ搬送部１０４及びステージ駆動部３０６を制御すする。これにより、レプリカ剤１０１と被検査体１０６は相対的に水平方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動可能となっている。なお、レプリカ剤１０１と被検査体１０６とが相対的に水平方向に移動可能であれば良く、例えば、レプリカ搬送部１０４は水平方向にその位置が固定され、被検査体位置決め部１０５のみが水平方向に移動する構成であっても良い。

図２は、図１のレプリカ採取装置のチャンバ扉が開かれた状態を示す図である。レプリカ採取後に被検査体１０６を交換する場合を説明する。制御部３０３は、ステージ駆動部３０６を制御し、移動用シャフト３０７を介して移動用ガイドレール３０８に沿って、被検査体１０６が保持されたステージ３０４をチャンバ扉４０２の位置まで移動させる。チャンバ扉４０２の位置に到達後、被検査体保持部３０５を解除しチャンバ扉４０２を開け被検査体１０６の交換作業が行われる。本実施例においては、被検査体１０６を被検査体保持部３０５により機械的にステージ３０４に固定する例を説明したが、これに代えて、真空吸着するための真空チャックをステージ３０４に設けても良い。

本実施例において、チャンバ４０１内は真空状態または大気圧に維持される。
チャンバ４０１が大気圧に維持されている場合、レプリカ剤１０１を被検査体１０６の表面に接触させ押し当てると、被検査体１０６表面の凹凸パターンとレプリカ剤１０１との間に空気を巻き込む可能性が生じる。これは、被検査体１０６表面の凹凸パターンが深さ方向に対して高アスペクト比である場合に生じ易い。このような状態では、被検査体１０６表面の凹凸パターンの凹み内部に残留した空気によって、レプリカ剤１０１が凹み内部に流入することが阻害されることになり、被検査体１０６表面の凹凸パターンをレプリカ剤１０１に精度よく転写することが困難となる。よって、チャンバ４０１は真空チャンバとすることが望ましい。

なお、本実施例における被検査体１０６として、レプリカ剤１０１及びレプリカパッド１０２と比べて大きな円盤状ウエハを想定した構成を示したが、これに限らず、被検査体１０６はレプリカパッドと同程度の大きさであっても良い。また、被検査体１０６の形状も例えば矩形等他の形状であっても良い。

また、本実施例ではレプリカ剤１０１と被検査体１０６の水平方向（Ｘ−Ｙ方向）の相対位置を制御部３０３によりレプリカ搬送部１０４及びステージ駆動部３０６を制御する構成を説明した。しかし、上述のように被検査体１０６とレプリカパッド１０２が同程度の大きさである場合には、例えば、被検査体１０６及びレプリカパット１０２の外周端に接するガイド部材を配置し、両者をこのガイド部材に沿わせることで水平方向の位置決めを行うよう構成しても良い。ガイド部材は、柱状のピンを複数配置したり、枠状の部材で被検査体１０６及びレプリカパッド１０２の外周を取り囲むよう配置すれば良い。

次に、レプリカ採取の工程について説明する。図３は、レプリカ採取の工程を説明する図である。レプリカ剤１０１は、レプリカパッド１０２に保持又は塗布されている（図３（ａ））。次に、図３（ｂ）に示すように、レプリカ剤１０１が被検査体１０６表面に形成された凹凸形状に対向するように移動する。次に図３（ｃ）に示すように、レプリカ剤１０１を被検査体１０６に接触させて、レプリカ剤１０１が被検査体１０６表面の凹凸形状に追従して変形するよう互いに押圧する。その後、図３（ｄ）に示すように、レプリカ剤１０１を被検査体１０６から引き剥がすことで、被検査体１０６表面の凹凸形状と凹凸反転した形状が形成されたレプリカ剤１０１が得られる。

ここで、レプリカ剤１０１が熱可塑性樹脂である場合のレプリカ処理部１０３の構造について説明する。図４は、レプリカ処理部の構造を説明する図である。図４に示すように、レプリカ処理部１０３は加熱用ヒータ１０７を内蔵し、レプリカ剤１０１を被検査体１０６に押し当てる前の図３（ｂ）の段階で加熱用ヒータ１０７を作動させてレプリカ剤１０１がガラス転移温度Ｔｇ以上になるよう加熱して軟化させる。その後被検査体１０６に押し当てることで、レプリカ剤１０１を被検査体１０６の凹凸形状に追従させることができる。また、レプリカ剤１０１と被検査体１０６を剥離する際に、レプリカ剤１０１がガラス転移温度Ｔｇ以上の温度のままだと、剥離時にレプリカ剤１０１が変形してしまい、被検査体１０６からレプリカ剤１０１に転写した凹凸形状が変形してしまう。そのため、レプリカ剤１０１と被検査体１０６を剥離する際には、加熱用ヒータ１０７を停止してレプリカ材料１０１がガラス転移温度Ｔｇより低温になるまで冷却した後、被検査体１０６から剥離することが望ましい。

次に、レプリカ剤１０１が光硬化性樹脂である場合、図５に示すように、レプリカ処理部１０３は導光用光ファイバを内蔵し、外部に設けられた光照射ランプ１０８からの光をレプリカ剤１０１へ導光用ファイバ１０９を介して照射するよう構成されている。レプリカ剤１０１を被検査体１０６に押し当てて、レプリカ剤１０１を被検査体１０６の凹凸形状に追従するように変形させた後、導光用ファイバ１０９を介してレプリカ剤１０１へ照射し、レプリカ剤１０１を硬化させる。レプリカ剤１０１が硬化した後、被検査体１０６からレプリカ剤１０１を剥離することでレプリカの作製が完了する。ここで、レプリカ剤１０１に光を当てて硬化させるため、レプリカパッド１０２は、光照射ランプ１０８から照射される光のうち少なくともレプリカ剤１０１を硬化させる波長の光を透過させる材質で形成しておく。なお、ここでレプリカ剤１０１への照射光は、例えば紫外線であり、導光用ファイバ１０９の端部とレプリカパッド１０２との間に集光レンズを設けても良い。また、図５は光照射ランプ１０８をレプリカ処理部１０３の外部に設ける構成としたが、光照射ランプ１０９をレプリカ処理部１０３に内蔵する構成としても良い。

図６は被検査体がＦＩＮ型トランジスタの場合の表面形状を示す図であり、図７は図６に示す被検査体に対応するレプリカパターンを示す図である。図６に示すように、被検査体としてのＦＩＮ型トランジスタは、ソース電極１０００、ゲート電極１００１、ドレイン電極１００２から成る。このＦＩＮ型トランジスタの検査、すなわち、上記電極形状の評価のため、例えば領域１００３の形状をＳＥＭ等で観察しようとした場合、凹形状の底にあるため観察が困難となる。しかし、図６で示した素子の凹凸形状をレプリカ剤１００４に転写すると、図６のように凹形状の底にあって観察が困難だった領域１００３の形状が、図７に示すように、転写領域１００５として凸形状の頂部付近に現れるため、ＳＥＭ等で容易に観察することができるようになる。レプリカ剤１００４の形状は被検査体である図６のＦＩＮ型トランジスタと凹凸反転した形状であるため、レプリカ剤１００４の転写領域１００５の観察を行うことで、これと対応した位置の被検査体であるＦＩＮ型トランジスタの領域１００３の観察を行ったのと同じ効果を得ることができる。このとき、被検査体の直接測定が困難な領域についてはレプリカの形状を計測し、被検査体を直接計測したデータと組み合わせて処理することで、被検査体がどのような３次元形状を有しているか把握できる。また、本実施例ではレプリカ剤１００４を表面から観察して形状評価する例を示したが、レプリカ剤１００４を所定の位置で破断することで、断面形状の観察を行うことができる。この場合、被検査体には何のダメージを加えることも無く、被検査体の断面形状をより高精度に測定することができる。すなわち、転写後のレプリカ剤１００４を断面観察することで、被検査体の形状を非破壊で計測することが可能となる。なお、レプリカ剤の種類によっては硬化時に収縮を伴うものがあり、被検査体の形状寸法とレプリカの形状寸法との間で乖離が生じる。このような場合、使用するレプリカ剤の収縮率、収縮方向とパターン形状の相関など予め調べておき、これをレプリカの測定結果に対する補正に用いることで対応可能となる。

次に、図４又は図５に示すレプリカパッド１０２のレプリカ処理部１０３への固定について説明する。図８は、本発明の実施例に係るレプリカ採取装置の要部構成図である。図８において、レプリカ剤１０１はレプリカパッド１０２に予め保持又は塗布されている。そしてレプリカパッド１０２はレプリカ処理部１０３にパッド固定爪１１１により固定されている。このとき、レプリカパッド１０２をレプリカ処理部１０３と着脱可能にしておけば、パッド固定爪１１１を外すことでレプリカパッド１０２を取り外すことができ、すなわち、レプリカ剤１０１を容易に回収できる。図９は、本発明の実施例に係るレプリカ採取装置の要部構成図である。レプリカ剤１０１に光硬化性樹脂を用いる場合、図９のように、レプリカ処理部３のレプリカパッド１０２側の面に、レプリカ処理部１０３に内蔵した光照射ランプ１０８からの光をレプリカパッド１０２へ通過できるように開口部を設けている。レプリカパッド１０２は光を透過する材料で構成されており、上記開口部を介して光照射ランプ１０８からの光がレプリカ剤１０１へ照射される。また、レプリカ剤１０１を熱可塑性樹脂とし、光照射ランプ１０８に代えて加熱用ヒータ１０７を設ける構成としても良い。

本実施例においては、レプリカ剤１０１を保持又は塗布されたレプリカパッド１０２をレプリカ処理部１０３に固定する構成を説明したがこれに限られず、レプリカ剤１０１をレプリカ処理部１０３の被検査体１０６と対向する面に直接保持又は塗布する構成としても良い。レプリカ剤１０１が光硬化性樹脂の場合、レプリカ剤１０１を保持又は塗布するレプリカ処理部１０３の面は光を透過する材料で構成する。但し、レプリカ剤１０１をレプリカ処理部１０３に直接保持又は塗布する構成の場合、被検査体１０６の表面に形成された凹凸形状をレプリカ剤１０１に転写後、検査に供する際、レプリカ処理部１０３を検査工程に搬送する必要がある。よって採取後のレプリカの検査が完了するまでの間までの間、レプリカ処理部１０３が検査工程に供されることになるため、レプリカ採取と採取後のレプリカの検査を並行して行うことは困難となる。また、仮に採取後のレプリカをレプリカ処理部１０３から剥離し検査工程へ搬送する場合、転写後のレプリカ剤１０１に無理な力が加わって変形し、転写した凹凸形状を損なう恐れがある。従って、レプリカ剤１０１をレプリカパッド１０２に保持又は塗布し、レプリカ処理部１０３に固定する構成が望ましい。レプリカパッド１０２をレプリカ処理部１０３に固定する構成とすることで、被検査体１０６の凹凸形状をレプリカ剤１０１へ転写した後、レプリカ処理部１０３より取り外し、レプリカパッド１０２を検査工程に搬送することが可能となり、レプリカ採取と採取後のレプリカの検査を並行して行うことができ、検査のスループットが向上する効果が得られる。

以下に、レプリカパッド１０２へのレプリカ剤１０１の供給を説明する。図１０は、レプリカパッドへレプリカ剤を供給する状態の説明図である。被検査体１０６が半導体デバイスである場合、検査対象となる凹凸形状は数百ナノメートル以下の非常に微細な構造である。このような微小凹凸形状にレプリカ剤１０１を追従して変形させるためにはレプリカ剤１０１の粘度を低減することが望ましく、例えば室温下で液状の様相を示す光硬化性樹脂を用い、被検査体１０６に接触して凹凸形状に追従させた後、光照射して硬化させれば、より忠実に凹凸形状を転写したレプリカを得ることができる。図１０は、液状のレプリカ剤１０１を、レプリカ処理部１０３にパッド固定爪１１１により固定されたレプリカパッド１０２上に、レプリカ剤供給用ノズル１１２により供給、塗布した状態を示している。このような構成にすれば、液状のレプリカ剤１０１を用いたレプリカ採取が可能になる。

ところで、液状のレプリカ剤１０１を用いる場合、凹凸形状を被検査体１０６から転写するために押し当てた際に、液状のレプリカ剤１０１は容易に流動するため、レプリカパッド１０２と被検査体１０６との間で平面方向に拡がる。このときレプリカ剤１０１を押し当て過ぎると検査対象領域よりも広範囲にレプリカ剤１０１が拡がり、検査と無関係な領域に付着してしまう恐れがある。そのため例えば図１においてレプリカ剤１０１と被検査体１０６との間隔を精密に調整するための機構を、レプリカ搬送部１０４又は被検査体位置決め部１０５に設けることが望ましい。この場合、レプリカ剤１０１と被検査体１０６との接触圧力を測定する圧力計又はレプリカパッド１０２と被検査体１０６との間隔（距離）を測定するセンサを用いることで実現できる。但しこの場合においても、レプリカ剤１０１と被検査体１０６との間隔を調整しても、被検査体１０６の表面がレプリカ剤１０１と親和性を示す場合には、レプリカ剤１０１が濡れ拡がってしまう可能性がある。液状のレプリカ剤１０１と固体であるレプリカパッド１０２との間での濡れ性に依存し上記濡れ広がりが発生する。レプリカ剤１０１の縁部における接触角が大きければ濡れ性は低く、接触角が小さければ濡れ性は高い。

レプリカ剤１０１の濡れ拡がりを防止するためのレプリカパッド１０２の構成について以下説明する。図１１は、レプリカパッドの構成図である。図１１（ａ）は、図１０に示すレプリカ供給ノズル１１２により、レプリカ処理部１０３に保持されたレプリカパッド１０２の表面にレプリカ剤１０１が供給された後、レプリカ剤１０１が被検査体１０６の表面に対向するよう配置された状態を示している。レプリカパッド１０２のレプリカ剤１０１が保持又は塗布される表面には、図１１（ｂ）に示すように、レプリカ剤１０１と親和性を有する親レプリカ剤領域１１３と、親レプリカ剤領域１１３の外側に疎レプリカ剤領域１１４を形成している。親レプリカ剤領域１１３にはレプリカ剤１０１に対する濡れ性が高い膜、疎レプリカ剤領域１１４にはレプリカ剤１０１に対する濡れ性が低い膜を予め膜処理により形成している。これにより、レプリカ剤１０１が親レプリカ剤領域１１３に留まり易くなり、周辺部への濡れ拡がりを疎レプリカ剤領域１１４により抑制することができる。仮に、レプリカ剤１０１が押し広げられ疎レプリカ剤領域１１４に達したとしても、レプリカ剤を弾く性質を示す、すなわち、レプリカ剤に対する濡れ性が低い疎レプリカ剤領域１１４により、親レプリカ剤領域１１３と疎レプリカ剤領域１１４との境界部でのレプリカ剤１０１の接触角は大きくなり、それ以上濡れ拡がることを防止できる。また、図１１(ｃ)は、親レプリカ材料領域１１３の外側に疎レプリカ剤領域１１４を形成することに代えて、レプリカパッド１０２を除去して切欠き領域１１５を設けた構成を示す。切欠き領域１１５の形成は、レプリカパッド１０２の表面を削り出しにより行われる。なお、レプリカパッド１０２を金型により切欠き領域１１５に対応する位置に段差部を有するよう形成しても良い。レプリカ剤１０１が押し広げられて切欠き領域１１５又は段差部に達すると、レプリカパッド１０２と被検査体１０６の間隔が急激に拡がるため、レプリカ剤１０１がそれ以上拡がることが無くなる。なお、仮に、切欠き領域１１５の表面とレプリカ剤１０１との親和性が強い場合、レプリカ剤１０１が切欠き領域１１５に吸い出されるように移動してしまい、レプリカを採取する領域の周縁部でレプリカ剤１０１が不足する可能性がある。そこで図１１（ｄ）に示されるように、切欠き領域１１５の表面に疎レプリカ剤領域１１４を設ければ、レプリカ剤の拡がりすぎと、周縁部へのレプリカ剤の吸い出しを防ぐことができる。なお、ここではレプリカパッド１０２をレプリカ処理部１０３に保持した状態で液状のレプリカ剤１０１を塗布する場合について説明したが、レプリカパッド１０２に予めレプリカ剤１０１を塗布しておき、これをレプリカ処理部１０３に装着してレプリカを採取するよう構成しても良い。

本実施例によれば、被検査体の表面に形成された凹凸形状をレプリカ剤に凹凸反転して転写し、採取後のレプリカを断面加工観察することができ、被検査体を非破壊で検査することが可能となる。

また、レプリカ剤を保持又は塗布されたレプリカパッド１０２の表面に、レプリカ剤との親和性を有する親レプリカ剤領域１１３と、親レプリカ領域１１３の外側に疎レプリカ剤領域１１４を形成することで、レプリカパッド上でのレプリカ剤の濡れ拡がりを防止でき、被検査体１０６のレプリカ採取領域以外へのレプリカ剤の付着も防止できる。

また、レプリカ剤を保持又は塗布されたレプリカパッド１０２の表面に、レプリカ剤との親和性を有する親レプリカ剤領域と、親レプリカ領域１１３の外側に切欠き領域１１５又は段差部を有する構成とすることにより、濡れ性以外に物理的形状によりレプリカ剤の濡れ拡がりを防止できる。

また、親レプリカ領域１１３の外側に切欠き領域１１５又は段差部を設け、さらにこの切欠き領域１１５又は段差部を疎レプリカ剤領域１１４とすることで、濡れ性及び物理的形状によりレプリカ剤の濡れ拡がりを防止でき、より効果的にレプリカ採取領域以外へのレプリカ剤の付着を抑制できる。

図１２は、レプリカパッドの構成図である。実施例１と同一の構成要素には同一の符号を付している。実施例1とは、レプリカパッド１０２の被検査体１０６と対向する面とは反対側の面よりレプリカ剤を供給する構成とした点が異なる。

実施例１では、予めレプリカ剤１０１をレプリカパッド１０２に保持又は塗布する構成としたが、レプリカ剤１０１の種類によっては周囲の雰囲気の影響で変質してしまうため、レプリカ採取の直前までレプリカ剤１０１を保管しておくことが望ましい場合がある。図１２（ａ）は、レプリカパッド１０２に、被検査体１０６と対向する面（以下、表面）とその反対側の面（以下、裏面）とを貫通する複数の貫通孔１１６を設けると共に、レプリカ処理部１０３内にレプリカパッド１０２の裏面の上部にレプリカ剤供給用ノズル１１２を配置する構成を示している。レプリカ剤供給用ノズル１１２より供給されるレプリカ剤１０１は、貫通孔１１６を通過しレプリカパッド１０２の裏面から表面へ移動し、レプリカパッド１０２の表面に保持される。図１２（ａ）に示す構成とすることで、レプリカパッド１０２と被検査体１０６とをレプリカ搬送部１０４又は被検査体位置決め部１０５により水平方向に相対的に位置決めした後、レプリカ剤１０１を供給し、レプリカ剤１０１をレプリカパッド１０２の表面に保持する。その後、レプリカ処理部１０３を被検査体１０６表面へ向かい移動させ、レプリカ剤１０１と被検査体１０６とを接触させることで凹凸形状の転写を行う。ここで、レプリカパッド１０２と被検査体１０６とを予め近接させた後でレプリカ剤１０１を供給すれば、貫通孔１１６を通過したレプリカ剤１０１がレプリカパッド１０２と被検査体１０６との隙間に充填することもできる。この場合、隙間に充填したレプリカ剤１０１の拡がりをCCDカメラ等で監視し、所定の範囲に拡がった時点でレプリカ剤１０１の供給を停止する、というような制御を行うことも可能となる。

図１２（ｂ）は、図１２(ａ)に示すレプリカパッド１０２に設けた複数の貫通孔１１６の壁面と、レプリカ剤１０１が被検査体１０６と対向する側のレプリカパッド１０２の表面に、レプリカ剤１０１と親和性を有する親レプリカ剤領域１１３を設けた構成を示す。この構成とすることで、レプリカパッド１０２の裏面側から供給されたレプリカ剤１０１が貫通孔１１６を通過しレプリカパッド１０２の表面側に移動し易くなる。なお、レプリカ剤１０１の濡れ拡がりを防ぐため、レプリカパッド１０２の表面の周縁部には疎レプリカ剤領域１１４を設けている。すなわち、レプリカパッド１０２の表面の親レプリカ剤領域１１３の外側に疎レプリカ剤領域１１４を形成することで、レプリカ剤１０１が親レプリカ領域１１３と疎レプリカ領域１１４との境界部に達すると、レプリカ剤１０１の接触角は大きくなり、それ以上濡れ拡がることを防止できる。

図１２（ｃ）は、レプリカ剤１０１が被検査体１０６と対向する側のレプリカパッド１０２の表面に親レプリカ剤領域１１３を設け、複数の貫通孔１１６の壁面、レプリカパッド１０２の裏面及びレプリカパッド１０２の表面の周縁部に疎レプリカ材料領域１１４を設けた構成を示す。図１２（ｂ）に示す構成と比較し、レプリカパッド１０２の裏面側に供給されたレプリカ剤１０１が貫通孔１１６を通り難くなるものの、レプリカパッド１０２の裏面側にレプリカ剤１０１が残留することを防止できる。レプリカ採取後の検査工程において、レプリカパッド１０２の裏面に残留したレプリカ剤が、採取されたレプリカに対する検査内容又は検査条件によっては悪影響を与えることも考えられるため、レプリカパッド１０２の裏面へのレプリカ剤１０１の残留を防止することが望ましい。

ところで、レプリカ剤自体にフッ素系材料等を予め含有するなどして被検査体にレプリカ剤が付着してしまうのを防ぐ場合がある。このような場合、レプリカ剤は被検査体だけでなく、レプリカパッドとも付着し難い状態になるため、被検査体の凹凸形状を転写した後の剥離時にレプリカパッドからレプリカ剤が脱落してしまう恐れがある。このようなレプリカ剤を用いる場合、図１２（ｄ）に示すようにレプリカ剤１０１が貫通孔１１６を通してレプリカパッド１０２の表裏両面に存在した状態でレプリカを形成する。この場合、レプリカ剤１０１とレプリカパッド１０２の密着性が悪い場合であっても、レプリカパッド１０２とレプリカ剤１０１とが物理的に複合化した状態になっているので、レプリ剤１０１が脱落することを防止できる。すなわち、レプリカパッド１０２の裏面側に存在するレプリカ剤１０１が、貫通孔１１６及びレプリカパッド１０２表面に存在するレプリカ剤１０１と結合することによりアンカー効果が図られる。また図１２（ｄ）では、レプリカパッド１０２の周縁部に疎レプリカ剤領域１１４を形成し、レプリカ剤１０１の濡れ拡がりを防止できる。

なお、図１２（ｂ）に示すレプリカパッド１０２の構成において、レプリカパッド１０２の周縁部に形成された疎レプリカ剤領域１１４に代えて、この疎レプリカ剤領域１１４の位置に、図１１（ｃ）に示される切欠き領域１１５又は段差部を設ける構成としても良い。レプリカ剤１０１が押し広げられて切り欠き領域１１５又は段差部に達すると、レプリカパッド１０２と被検査体１０６の間隔が急激に拡がるため、レプリカ剤１０１がそれ以上拡がることを防止できる。また、更に、この切欠き領域１１５又は段差部に疎レプリカ剤領域１１４を形成しても良い。

図１３は、本発明の実施例に係るレプリカ採取装置を備えたレプリカ検査装置の概略構成図である。図１と同様の構成要素には同一の符号を付している。図１３に示すように、レプリカ検査装置２００は、レプリカ剤１０１、レプリカ剤１０１が保持又は塗布されたレプリカパッド１０２、レプリカパッド１０２を搬送するレプリカ搬送部１０４、被検査体１０６を所望の位置に位置決めする被検査体位置決め部１０５、レプリカ情報読み取機構２２０及びレプリカ計測機構２３０から構成されている。なお、レプリカ検査装置２００は、図１３に示されないレプリカ処理部１０３も備え、レプリカ処理部１０３はレプリカ剤１０１が被検査体１０６に対向するよう保持する。レプリカ搬送部１０４及び被検査体位置決め部１０５は、被検査体１０６とレプリカ剤１０１との相対位置を調整し、レプリカ剤１０１が被検査体１０６表面の凹凸形状に追従して変形させるための、図示しない押圧機構を備えている。なお、被検査体１０６とレプリカ材剤１０１とが相対的に水平方向に移動可能であれば良く、例えは、レプリカ搬送部１０４は水平方向にその位置が固定され、被検査体位置決め部１０５のみが水平方向に移動する構成であっても良い。被検査体１０６の凹凸形状を転写したレプリカ剤１０１はレプリカパッド１０２とともに検査装置内に設けたレプリカ計測機構２３０に搬送され、レプリカ剤１０１に形成された凹凸形状を所定の手法で計測する。例えば、ＣＤ−ＳＥＭ等により電子線を照射し、レプリカ剤１０１に形成された凹凸形状から得られる２次電子により形状を計測する。あるいは、レプリカ剤１０１に形成された凹凸形状に光を照射し、凹凸形状から得られる反射光及び回折光により立体形状を測定する等がある。このとき、被検査体１０６のレプリカを採取した際の位置情報等はレプリカ情報読取機構２２０によって記録し、レプリカ計測機構２３０での計測情報と紐付けすることにより、被検査体の製造過程での品質履歴を管理することが可能になるため、製造工程を最適化して歩留まり向上につなげることができる。

本実施例によれば、被検査体表面の凹凸形状が反転し転写されたレプリカ剤を採取し、その形状を計測することで、被検査体を非破壊で検査できると共に、製造工程を最適化し歩留まり向上を図ることができる。

図１４は、本発明の実施例に係るレプリカ採取装置を備えたレプリカ検査装置の他の概略構成図である。図１４において、図１又は図１３と同様の構成要素には同一の符号を付付している。図１４において、レプリカ検査システム３００は、レプリカ採取装置１００、レプリカ検査装置２００、レプリカ採取装置１００により採取されたレプリカを回収するためのレプリカ回収機構２１０及びレプリカ情報読取機構２２０から構成される。レプリカ情報読取機構２２０は、レプリカ採取時の位置情報等とレプリカ検査装置２００による計測情報とを紐付けして管理する。実施例３ではレプリカ採取装置１００とレプリカ検査装置２００が一体になった構成を示したが、採取されたレプリカの検査又は計測の手法によっては多様な加工を施す必要があり、単独装置では対応が難しい場合がある。例えば、被検査体１０６の表面に形成された凹凸形状を反転し転写されたレプリカ剤１０１の形状を測定する際、ＦＩＢ（集束イオンビーム装置）によりレプリカ剤１０１を断面加工し、加工された断面を観察することで立体形状を計測する場合等がある。そのため、採取されたレプリカをレプリカ回収機構２１０で回収した後、例えば、ＦＩＢ加工により計測に適する形態に加工してレプリカ検査装置２００に導入して検査を行う構成としている。また、このときレプリカ採取装置１００、レプリカ回収機構２１０、レプリカ検査装置２００での、位置情報、加工情報、検査情報を互いに紐付けして管理するためのレプリカ情報読み取り機構２２０を設けることで、被検査体の製造過程での品質履歴を管理することが可能になるため、製造工程を最適化して歩留まり向上につなげることができる。

ここで、例えばＳＥＭ等による観察時に明瞭な画像が得られるよう、採取後のレプリカへの処理について説明する。図１５は、採取後のレプリカへの処理を説明する図である。図１５（ａ）に示すように、被検査体１０６の表面形状が転写されたレプリカ剤１０１をより好適に観察可能とするため、レプリカ剤１０１の表面を高コントラスト被覆材料１３０で被覆する。この高コントラスト被覆材料１３０には、例えばレプリカ剤１０１にオスミウムやルテニウム等の元素を含有させたものでもよいし、金属薄膜を形成してもよい。このような被覆の形成には、レプリカ形状を変化させないよう、例えば、原子レベルで一層毎に製膜可能なAtomic Layer Deposition法等を用いることが好ましい。このように高コントラスト被覆材料１３０で被覆された採取後のレプリカ剤１０１をレプリカ検査装置２００に供することで、ＳＥＭ等による高コントラスト像を得ることが可能となる。また、図１５（ｂ）に示すように、採取後のレプリカ剤１０１を高コントラスト被覆材料１３０に埋設しても構わない。この場合においても、高コントラスト被覆材料１３０に埋設された採取後のレプリカ剤１０１をレプリカ検査装置２００に供することで、図１５（ａ）と同様に、高コントラスト像を得ることができる。さらに、図１５（ｃ）のようにレプリカ剤自体が所定の計測手法に対して高コントラストを示すレプリカ剤１３１を用いてもよいことは明らかである。また、被検査体１０６が半導体デバイスである場合、その製造工程において、レプリカ剤１３１に含まれる金属元素が汚染を引き起こしてデバイス性能を低下させる可能性があるため、レプリカ剤１３１材料はメタル汚染を生じない材料組成であることが望ましい。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０１ レプリカ剤
１０２ レプリカパッド
１０３ レプリカ処理部
１０４ レプリカ搬送部
１０５ 被検査体位置決め部
１０６ 被検査体
１０７ 加熱用ヒータ
１０８ 光照射ランプ
１０９ 導光用ファイバ
１１２ レプリカ剤供給用ノズル
１１３ 親レプリカ剤領域
１１４ 疎レプリカ剤領域
１１５ 切欠き領域
１１６ 貫通孔

Claims (14)

1. レプリカ剤が保持又は塗布されるレプリカパッドを、前記レプリカ剤が被検査体表面と対向するよう保持するレプリカ処理部と、
   前記被検査体を載置し、前記レプリカ処理部と相対的に移動可能な被検査体位置決め部と、
   前記レプリカ剤を前記被検査体表面と接触させ、前記被検査体表面の形状を転写するよう前記レプリカ処理部及び前記被検査体位置決め部を制御する制御部を有し、
   前記レプリカパッドの表面に前記レプリカ剤と親和性を有する親レプリカ剤領域を形成したことを特徴とするレプリカ採取装置。
2. 請求項１に記載のレプリカ採取装置において、
   前記レプリカパッドは、前記レプリカパッドの周縁部に、前記親レプリカ剤領域に隣接して形成された疎レプリカ剤領域を有することを特徴とするレプリカ採取装置。
3. 請求項１に記載のレプリカ採取装置において、
   前記レプリカパッドは、前記レプリカパッドの周縁部に切欠き領域又は段差部を有し、
   前記切欠き領域又は段差部と前記被検査体との距離が、前記親レプリカ剤領域と前記被検査体との距離よりも大となることを特徴とするレプリカ採取装置。
4. 請求項３に記載のレプリカ採取装置において、
   前記切欠き領域又は段差部の表面に疎レプリカ剤領域を形成したことを特徴とするレプリカ採取装置。
5. レプリカ剤が保持又は塗布されるレプリカパッドを、前記レプリカ剤が被検査体表面と対向するよう保持するレプリカ処理部と、
   前記被検査体を載置し、前記レプリカ処理部と相対的に移動可能な被検査体位置決め部と、
   前記レプリカ剤を前記被検査体表面と接触させ、前記被検査体表面の形状を転写するよう前記レプリカ処理部及び前記被検査体位置決め部を制御する制御部を有し、
   前記レプリカパッドは貫通孔を備え、前記貫通孔を介して前記レプリカ剤を前記レプリカパッドの前記被検査体表面と対向する面へ導入するレプリカ供給部を前記レプリカ処理部に設けたことを特徴とするレプリカ採取装置。
6. 請求項５に記載のレプリカ採取装置において、
   前記レプリカパッドの前記被検査体表面と対向する面及び前記貫通孔の壁面に、前記レプリカ剤と親和性を有する親レプリカ剤領域を形成し、
   前記レプリカパッドの前記被検査体と対向する面の周縁部に、前記親レプリカ剤領域に隣接して疎レプリカ剤領域を形成したことを特徴とするレプリカ採取装置。
7. 請求項５に記載のレプリカ採取装置において、
   前記レプリカパッドの前記被検査体表面と対向する面に、前記レプリカ剤と親和性を有する親レプリカ剤領域を形成し、
   前記レプリカパッドの前記被検査体と反対側の面、前記貫通孔の壁面及び前記レプリカパッドの前記被検査体表面と対向する面の周縁部に疎レプリカ剤領域を形成したことを特徴とするレプリカ採取装置。
8. 請求項５に記載のレプリカ採取装置において、
   前記レプリカパッドの前記被検査体表面と対向する面及び前記貫通孔の壁面に、前記レプリカ剤と親和性を有する親レプリカ剤採取領域を形成し、
   前記レプリカパッドの前記被検査体表面と対向する面の周縁部に切欠き領域又は段差部を設け、
   前記切欠き領域又は段差部と前記被検査体との距離が、前記親レプリカ剤領域と前記被検査体との距離よりも大となることを特徴とするレプリカ採取装置。
9. 請求項８に記載のレプリカ採取装置において、
   前記切欠き領域又は段差部の表面に疎レプリカ剤領域を形成したことを特徴とするレプリカ採取装置。
10. 請求項１又は請求項５に記載のレプリカ採取装置において、
    前記レプリカ剤は光硬化性の樹脂であり、
    前記レプリカ処理部は、前記レプリカパッドを透過し前記レプリカ剤へ紫外線を照射する導光用ファイバを備えたことを特徴とするレプリカ採取装置。
11. 請求項１又は請求項５に記載のレプリカ採取装置において、
    前記レプリカ剤は熱可塑性の樹脂であり、
    前記レプリカ処理部は、前記レプリカパッドを介して前記レプリカ剤に熱を供給する加熱用ヒータを備え、前記レプリカ剤をガラス転移温度以上に加熱した後、前記被検査体表面と接触させることを特徴とするレプリカ採取装置。
12. レプリカ剤を保持するためのレプリカパッドの表面に、前記レプリカ剤と親和性を有する親レプリカ剤領域を形成する工程、
    前記親レプリカ剤領域に前記レプリカ剤を塗布する工程、
    前記レプリカ剤が塗布されたレプリカパッドと被検査体とを位置決めする工程、
    前記レプリカ剤が前記被検体表面と対向する状態で、前記レプリカ剤と被検査体とを接触させる工程、
    前記レプリカ剤と被検査体とを押圧し、前記レプリカ剤を硬化する工程、
    前記硬化後のレプリカ剤を前記被検査体表面より剥離する工程、
    を有するレプリカ採取方法。
13. 請求項１２に記載のレプリカ採取方法において、
    前記レプリカ剤を硬化する工程は、前記レプリカ剤である光硬化性樹脂に紫外線を照射ることを特徴とするレプリカ採取方法。
14. 請求項１２に記載のレプリカ採取方法において、
    剥離後のレプリカ剤の表面に、高コントラスト被覆材料の薄膜を形成する工程を更に有することを特徴とするレプリカ採取方法。

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