JP5806692B2

JP5806692B2 - リソグラフィ原版検査方法

Info

Publication number: JP5806692B2
Application number: JP2013032304A
Authority: JP
Inventors: 川綾司吉; 村大輔河; 田成二森; 木達彦東; 野隆平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: JP2014165203A; US20140232032A1

Description

本発明の実施形態は、リソグラフィ原版検査装置、リソグラフィ原版検査方法、及びパターンデータ作成方法に関する。

微細パターンを低コストに形成するための技術として、光ナノインプリント法が知られている。これは、基板上に形成したいパターンに対応する凹凸を有するテンプレートを、基板表面に塗布された光硬化性有機材料層に押しつけ、これに光照射を行って有機材料層を硬化させ、テンプレートを有機材料層から離型することで、パターンを転写する方法である。テンプレート表面に欠陥が存在する場合、この欠陥も基板表面に転写される。そのため、テンプレートの欠陥検査が行われている。

従来のテンプレートの欠陥検査においては、光源を短波長レーザー（例えば波長１９３ｎｍの固体ＳＨＧレーザー）、高開口数対物レンズ、および微小欠陥を検出するための偏光素子光学系を備える光学式欠陥検査装置を用いてテンプレートのパターン面をスキャンし、欠陥を検出していた。しかし、光学解像限界により、検出できる欠陥サイズは２０ｎｍ程度が限界となり、それより小さい欠陥を検出できなかった。

特開２０１２−２４３７９９号公報

本発明は、微細な欠陥を検出することができるリソグラフィ原版検査装置、リソグラフィ原版検査方法、及びパターンデータ作成方法を提供することを目的とする。

本実施形態によれば、リソグラフィ原版検査方法は、第１凹凸パターンを有する第１リソグラフィ原版に樹脂を塗布し、前記樹脂を硬化し、硬化した前記樹脂を前記第１リソグラフィ原版から剥離して前記第１凹凸パターンに対応する第２凹凸パターンを有する第２リソグラフィ原版を作製し、前記第２リソグラフィ原版を拡大させる。拡大した前記第２リソグラフィ原版における欠陥を検出し、検出した欠陥の位置から、前記第１リソグラフィ原版における欠陥の位置を算出する。

検査対象のリソグラフィ原版のレイアウト例を示す図。第１の実施形態によるテンプレート作製方法を説明する工程断面図。図２に続く工程断面図。図３に続く工程断面図。コピーテンプレートの拡大処理を示す図。拡大欠陥の例を示す図。第１の実施形態による検査装置のブロック図。第１の実施形態による検査方法を説明するフローチャート。拡大コピーテンプレートの一例を示す図。第２の実施形態による検査装置のブロック図。変形ルールの例を示す図。座標変換ルールの例を示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）図１に、検査対象のリソグラフィ原版（第１リソグラフィ原版）のレイアウトの一例を示す。リソグラフィ原版１００は、メインパターン１０１と、メイン複数のアライメントマーク１０２とを備えている。アライメントマーク１０２は、専用に配置されたパターンでもよいし、メインパターン１０１に含まれるデバイスパターンでもよい。例えば、アライメントマーク１０２はリソグラフィ原版１００の四隅に配置される。

リソグラフィ原版１００は、例えばインプリント処理に用いられるテンプレートや、リソグラフィ処理に用いられるフォトマスクなどである。本実施形態では、検査対象のリソグラフィ原版１００がインプリント処理で用いられるテンプレート（以下、マスタテンプレートと呼ぶ）であるものとして説明を行う。

まず、図２に示すように、微細な凹凸パターンを有するマスタテンプレート１００を準備する。マスタテンプレート１００は、例えば、全透明な石英基板の一方の面にプラズマエッチングで凹凸パターン（メインパターン１０１及びアライメントマーク１０２）を形成したものである。

続いて、このマスタテンプレート１００のパターン面に、液状樹脂１１０を塗布する。液状樹脂１１０は、毛細管現象により、マスタテンプレート１００の凹凸パターンに充填される。ここで用いられる液状樹脂１１０は、パターン転写成分、パターン保持成分、及び延伸成分を含有している。各成分については後述する。

次に、図３に示すように、液状樹脂１１０がマスタテンプレート１００の凹凸パターンに充填された後、液状樹脂１１０に対して光照射又は加熱を行う。これにより、液状樹脂１１０が硬化する。光照射の場合は例えば紫外線を照射する。

次に、図４に示すように、硬化した液状樹脂１１０をマスタテンプレート１００から離型する。これにより、硬化した液状樹脂１１０からなるコピーテンプレート（第２リソグラフィ原版）１２０が得られる。液状樹脂１１０には、パターン転写成分が含まれているため、マスタテンプレート１００の微細な凹凸パターンがコピーテンプレート１２０に転写される。パターン転写成分は、例えば液状シリコン樹脂であり、シリコンポリマーやシルセスキオキサン等を用いることができる。

次に、図５に示すように、コピーテンプレート１２０を加熱して引き延ばす。コピーテンプレート１２０が軟らかくなり、かつコピーテンプレート１２０の凹凸パターンの形状が崩れない程度に加熱する。図５では凹凸パターンの図示を省略している。

コピーテンプレート１２０の材料（液状樹脂１１０）には延伸成分が含まれているため、延伸により伸びて拡大する。これにより、拡大コピーテンプレート１３０が得られる。また、コピーテンプレート１２０の材料（液状樹脂１１０）にはパターン保持成分が含まれているため、コピーテンプレート１２０を加熱・延伸しても凹凸パターンの形状は崩れずに保持されたままとなる。例えば、コピーテンプレート１２０を１．５倍以上に拡大して拡大コピーテンプレート１３０を得る。

延伸成分は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。

パターン保持成分は、例えばＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン）、ＡＢＳ（アクリルニトリルブタジエンスチレン）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。

コピーテンプレート１２０を一方向に引き延ばしてもよいし、直交する２方向に引き延ばしてもよいし（図５参照）、３以上の方向に引き延ばしてもよい。複数方向に引き延ばす場合は、同時に複数方向に引き延ばしてもよいし、一方向ずつ順に引き延ばしてもよい。また、コピーテンプレート１２０を加熱した状態で回転させることで、全方向に引き延ばしてもよい。

マスタテンプレート１００の凹凸パターンに図６（ａ）に示すような欠陥１４１が存在する場合を考える。ここで、欠陥１４１は、ライン部が形成されていないことで所望のラインアンドスペースパターンになっていないという欠陥である。この欠陥１４１は、図６（ｂ）に示すように、コピーテンプレート１２０の凹凸パターンに欠陥１４２として転写される。そして、コピーテンプレート１２０を引き延ばして拡大することで、拡大コピーテンプレート１３０の凹凸パターンに拡大欠陥１４３として現れる。

次に、図７に示す検査装置を用いて、マスタテンプレート１００における欠陥の有無を検出する。

検査装置は、光源１１、集光レンズ１２、拡大コピーテンプレート１３０が載置されるＸＹステージ１３、対物レンズ１４、及び画像センサ１５を有する撮像部と、センサ回路１６と、Ａ／Ｄ変換器１７と、ステージ制御回路１８と、計算機１９と、パターン展開回路２０と、参照画像生成回路２１と、欠陥検出回路２２とを備える。撮像部は、拡大コピーテンプレート１３０のパターンを撮像して撮像画像を生成する。

光源１１は、水銀ランプやアルゴンレーザ等である。

ＸＹステージ１３は、拡大コピーテンプレート１３０を水平２軸方向（ＸＹ方向）に移動可能に構成されている。ＸＹステージ１３の動作は、ステージ制御回路１８により制御される。

画像センサ１５は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を１次元又は２次元に配列したＣＣＤセンサである。画像センサ１５には、拡大コピーテンプレート１３０のパターン像が、集光レンズ１２、対物レンズ１４等の光学系により、例えば数百倍に拡大されて結像される。

画像センサ１５の受光面積が小さい場合でも、拡大コピーテンプレート１３０を画像センサ１５に対してＸ方向及びＹ方向に相対的に移動させることにより、拡大コピーテンプレート１３０全体のパターン像を撮像することができる。画像センサ１５は、拡大コピーテンプレート１３０のパターン像をセンサ回路１６へ出力する。

なお、図７は透過光を用いた例を示しているが、拡大コピーテンプレート１３０の特性に応じて、反射光を用いてもよいし、透過光と反射光を混合したものを用いてもよい。

センサ回路１６は、画像センサ１５から出力されたパターン像に応じた光学像（センサ画像）を出力する。センサ画像の画素サイズは、例えば５０ｎｍ×５０ｎｍである。

Ａ／Ｄ変換器１７は、センサ画像をアナログデジタル変換し、欠陥検出回路２２へ出力する。

パターン展開回路２０は、計算機１９からマスタテンプレート１００の設計データを受け取り、設計データを、画像センサと同程度の分解能を有する画素単位の多値の階調データに展開する。例えば、センサ画像が２値の場合、パターン展開回路２０は、設計データを２値の階調データに展開する。

参照画像生成回路２１は、パターン展開回路２０により展開された階調データに対してフィルタ処理等を施し、センサ画像と比較するための参照画像を生成する。このフィルタ処理は、光学的な特性や、マスタテンプレートに凹凸パターンを形成するエッチングプロセス等によって生じる形状変化を考慮したものである。参照画像の画素サイズは，センサ画像の画素サイズと同じである。

なお、本実施形態では、パターン展開回路２０から出力された階調データを用いて参照画像を生成するが、設計データに応じた参照画像を予め記憶部（図示せず）に記憶させておき、記憶部から読み出すようにしてもよいし、入力部（図示せず）から入力してもよい。

欠陥検出回路２２は、Ａ／Ｄ変換器１７から出力されるセンサ画像と、参照画像生成回路２１で生成された参照画像との間の差画像（不一致部分の画像）を生成し、この差画像に基づいてパターン欠陥の有無を判定する。また、欠陥検出回路２２は、マスタテンプレート１００における欠陥座標を算出して出力する。

次に、この検査装置を用いた検査方法を図８に示すフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１０１）計算機１９が、マスタテンプレート１００の設計データからアライメントマーク１０２の座標を抽出する。

（ステップＳ１０２）拡大コピーテンプレート１３０をＸＹステージ１３に載置し、拡大コピーテンプレート１３０におけるアライメントマークの座標を計測する。

（ステップＳ１０３）マスタテンプレート１００におけるアライメントマーク１０２の座標と、拡大コピーテンプレート１３０におけるアライメントマークの座標とを用いて、拡大コピーテンプレート１３０の拡大率を求める。拡大率だけでなく、回転角などを求めてもよい。

（ステップＳ１０４）拡大コピーテンプレート１３０を撮像し、センサ画像を生成する。

（ステップＳ１０５）マスタテンプレート１００の設計データから参照画像を生成する。

（ステップＳ１０６）センサ画像と参照画像との差画像を生成し、この差画像から欠陥を検出する。

（ステップＳ１０７）ステップＳ１０７で検出された欠陥の画像及び座標を出力する。ここで欠陥座標は、拡大コピーテンプレート１３０における拡大欠陥の座標、及びマスタテンプレート１００における欠陥の予測座標を含む。マスタテンプレート１００における欠陥の予測座標は、拡大コピーテンプレート１３０における拡大欠陥の座標と、ステップＳ１０３で求めた拡大率等とから算出することができる。

このように、マスタテンプレート１００上の欠陥座標を出力することで、ＳＥＭによる欠陥レビューを行ったり、電子ビーム修正装置を用いてマスタテンプレート１００の欠陥を修正したりすることができる。

なお、マスタテンプレート１００における欠陥の予測座標は、欠陥検出回路２２でなく、外部装置が算出してもよい。

例えば、マスタテンプレート１００の凹凸パターンにおける欠陥のサイズが２０ｎｍ以下の微細な欠陥であった場合、この欠陥を撮像することは極めて困難である。しかし、コピーテンプレート１２０を拡大することで現れる拡大欠陥は、撮像してセンサ画像に表すことができるため、参照画像と比較することで検出することが可能となる。

このように、本実施形態によれば、マスタテンプレートの凹凸パターンを複製したコピーテンプレートを拡大し、拡大コピーテンプレートを検査することで、マスタテンプレート上の欠陥の有無、及び欠陥の位置を検出することができる。

上記実施形態では、アライメントマーク１０２をリソグラフィ原版１００の四隅に配置していたが、アライメントマーク１０２の配置箇所はこれに限定されない。例えば、リソグラフィ原版１００の四隅及び中心部の５ヶ所にアライメントマーク１０２を配置してもよい。

上記実施形態では、拡大コピーテンプレート１３０を撮像したセンサ画像と、マスタテンプレート１００の設計データを展開して得られた参照画像とを比較し、その不一致箇所を欠陥として検出するデータ比較型欠陥検査について説明したが、検査領域内に同一ダイが複数配置されている場合、ダイ同士を比較し、不一致箇所を欠陥として検出するダイ比較型欠陥検査を行ってもよい。

上記実施形態では、加熱・延伸によりコピーテンプレート１２０を拡大させていたが、コピーテンプレート１２０を有機溶媒に浸し、有機溶媒を吸収させ、膨張させることで、コピーテンプレート１２０を拡大してもよい。あるいはまた、液状樹脂１１０にアゾ化合物等の発泡成分を含有させ、コピーテンプレート１２０中において発泡を起こすことで膨張させて拡大させてもよい。

（第２の実施形態）上記第１の実施形態において、コピーテンプレート１２０の拡大処理に伴う変形量が不均一になり得る。例えば、図９に示すように、矩形のテンプレートを引き延ばした場合、四隅の変形量がその他の領域の変形量よりも大きくなり、形状歪みが生じ得る。そのため、このような形状歪みの影響を考慮して、センサ画像と比較される参照画像を作成する必要がある。

図１０に本実施形態による検査装置の概略構成を示す。本実施形態は、図７に示す第１の実施形態と比較して、変形ルール及び座標変換ルールを記憶する記憶部２３が設けられている点が異なる。図１０において、図７に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

例えば、変形ルールは、図１１（ａ）又は図１１（ｂ）に示すように、テンプレートの拡大に伴う形状歪みに応じた領域毎の拡大率を規定する。例えば、テンプレートの周縁部の拡大率を、テンプレートの中心部の拡大率よりも大きくなるように規定する。

変形ルールは、テンプレートの拡大処理の方法により異なる。例えば、膨張によりテンプレートを拡大する場合は図１１（ａ）に示すような変形ルールを使用する。また、例えば、ＸＹ方向に引き延ばしてテンプレートを拡大する場合は、図１１（ｂ）に示すような変形ルールを使用する。

参照画像生成回路２１は、このような変形ルールを用いて参照画像内のパターンデータを補正する。これにより、形状歪みの生じた拡大コピーテンプレート１３０を撮像したセンサ画像との比較に適したパターンデータを含む参照画像を生成することができる。

座標変換ルールは、図１２に示すように、形状歪みの生じた拡大コピーテンプレート１３０の欠陥座標からマスタテンプレート１００における欠陥座標を算出する際に用いられる。座標変換ルールを用いた位置補正は、変形ルールを用いた位置補正の逆変換に相当する。欠陥検出回路２２は、センサ画像と参照画像との不一致箇所を欠陥として検出し、この欠陥の座標と座標変換ルールとから、マスタテンプレート１００における予測欠陥座標を算出する。

このように、変形ルールを用いて参照画像を生成することで、コピーテンプレート１２０の拡大処理に伴い形状歪みが生じた場合でも、拡大コピーテンプレート１３０上の欠陥を正確に検出できる。また、座標変換ルールを用いることで、マスタテンプレート１００における欠陥の位置を正確に求めることができる。

上記第２の実施形態において、変形ルールは、テンプレートに設けられたパターンの密度や、パターンの種類（ラインパターン、ホールパターン等）を考慮することが好ましい。例えば、パターン密度の大小により、拡大率を調整する。また、このような変形ルールを関数として記述してもよい。

変形ルールは、シミュレーションにより予め作成しておいてもよいし、作製された拡大コピーテンプレート１３０の形状から作成してもよい。

上記実施形態では、マスタテンプレートの凹凸パターンを複製したコピーテンプレートを拡大し、拡大コピーテンプレートを検査していたが、コピーテンプレートはマスタテンプレートの凹凸パターンに対応した凹凸パターンでなく、マスタテンプレートの凹凸パターンに対応した模様を有していてもよい。

例えば、コピーテンプレートの材料として、光照射により色が変化し、かつ延伸成分を含む樹脂を準備する。そして、マスタテンプレートの表面（凹凸パターン面）を樹脂表面の近傍に配置し、マスタテンプレートの裏面（凹凸パターンが形成されていない面）から偏光子を介して光を照射する。これにより、マスタテンプレートの凸部に近接場光が生じる。この近接場光を用いて樹脂を変色させ、模様のついたコピーテンプレートを得る。この模様は、マスタテンプレートの凹凸パターンに対応したものとなる。その後、コピーテンプレートを引き延ばして、拡大した模様を検査する。このような方法によっても、マスタテンプレート上の欠陥の有無、及び欠陥の位置を検出することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００マスタテンプレート
１２０コピーテンプレート
１３０拡大コピーテンプレート
１１光源
１２集光レンズ
１３ＸＹステージ
１４対物レンズ
１５画像センサ
１６センサ回路
１７Ａ／Ｄ変換器
１８ステージ制御回路
１９計算機
２０パターン展開回路
２１参照画像生成回路
２２欠陥検出回路

Claims

第１アライメントマークを含む第１凹凸パターンを有する第１リソグラフィ原版に樹脂を塗布し、
前記樹脂を硬化し、
硬化した前記樹脂を前記第１リソグラフィ原版から剥離して前記第１凹凸パターンに対応する第２凹凸パターンを有する第２リソグラフィ原版を作製し、
前記第２リソグラフィ原版を拡大させ、
前記第１リソグラフィ原版の設計データから参照画像を生成し、前記第２リソグラフィ原版の拡大に伴う形状変化、前記第１凹凸パターンのパターン密度及びパターン種に基づいて前記参照画像を補正し、
拡大した前記第２リソグラフィ原版を撮像した画像と、補正された前記参照画像とを比較し、不一致箇所を欠陥として検出し、
前記第１アライメントマークの座標、及び拡大した前記第２リソグラフィ原版における前記第１アライメントマークに対応する第２アライメントマークの座標から前記第２リソグラフィ原版の拡大率を求め、
検出した欠陥の位置及び前記拡大率に基づいて、前記第１リソグラフィ原版における欠陥の位置を算出するリソグラフィ原版検査方法。
第１凹凸パターンを有する第１リソグラフィ原版に樹脂を塗布し、
前記樹脂を硬化し、
硬化した前記樹脂を前記第１リソグラフィ原版から剥離して前記第１凹凸パターンに対応する第２凹凸パターンを有する第２リソグラフィ原版を作製し、
前記第２リソグラフィ原版を拡大させ、
拡大した前記第２リソグラフィ原版における欠陥を検出し、
検出した欠陥の位置から、前記第１リソグラフィ原版における欠陥の位置を算出するリソグラフィ原版検査方法。
前記第１凹凸パターンには第１アライメントマークが含まれ、
前記第２凹凸パターンには、前記第１アライメントマークに対応する第２アライメントマークが含まれ、
前記第１アライメントマークの座標、及び拡大した前記第２リソグラフィ原版における前記第２アライメントマークの座標から前記第２リソグラフィ原版の拡大率を求め、
前記拡大率を用いて、前記第１リソグラフィ原版における欠陥の位置を算出することを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ原版検査方法。
拡大した前記第２リソグラフィ原版を撮像した画像と、前記第１リソグラフィ原版の設計データから生成される参照画像とを比較し、不一致箇所を欠陥として検出することを特徴とする請求項２又は３に記載のリソグラフィ原版検査方法。
前記第２リソグラフィ原版の拡大に伴う形状変化に基づいて、前記参照画像を補正することを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ原版検査方法。
前記第１凹凸パターンのパターン密度又はパターン種に基づいて、前記参照画像を補正することを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ原版検査方法。