电子束装置及图像获取方法与流程

电子束装置及图像获取方法
相关申请本技术以由2020年9月11日提交的在先的第2020-152972号日本发明专利申请所产生的优先权之利益为基础，且请求其利益，其内容的整体通过援引而包含于本技术。
技术领域
1.本发明的实施方式涉及电子束装置及图像获取方法。


背景技术：

2.作为半导体制造工序的一环，压印光刻工序是已知的。在压印光刻工序中，通过将模板按压在形成于被蚀刻层之上的抗蚀膜，抗蚀膜被加工为蚀刻掩模。用于压印光刻的模板具有与形成于半导体器件的图案等倍的图案。随着半导体器件的微小化，模板的图案也不断微小化。为了将这样的模板使用于半导体器件的制造，首先，需要检查测量模板上的图案，而模板的微小化使检查测量等也变得困难。发明的主要内容
3.一个实施方式提供能够提高微小图案的检查测量精度的电子束装置及图像获取方法。
4.根据一个实施方式，提供电子束装置。该电子束装置具备：支承部，其支承试样；电极，其配置在被所述支承部支承的所述试样的下方，能够对所述试样施加电压，所述电极包括能够独立地设定电压的多个柱状电极；以及控制部，其能够基于表示所述试样的结构的结构信息，生成用于校正所述试样产生的电场分布的校正数据，基于该校正数据控制所述多个柱状电极。
5.根据上述的构成，能够提供一种能够提高微小图案的检查测量精度的电子束装置及图像获取方法。附图简要说明
6.图1是示出本实施方式所涉及的电子束装置的概要构成的框图的一例。图2的(a)是示意性地示出减速电极的俯视图，图2的(b)是示意性地示出减速电极的柱状电极的上端部的局部立体图。图3是用于说明实施方式所涉及的图像获取方法的流程图。图4的(a)是示出基于台面(mesa)结构信息而制作的模板的结构的示意图，图4的(b)是示出使用台面结构信息计算出的电场校正图的图。图5的(a)是示意性地示出实施方式的变形例所涉及的电子束装置的减速电极的俯视图，图5的(b)是沿图5的(a)中的l-l线的局部剖视图。图6是用于说明使用实施方式的变形例所涉及的电子束装置而得以实施的图像获取方法的流程图。
具体实施方式
7.以下，结合附图对本发明的非限定性的示例的实施方式进行说明。在全部附图中，对于相同或相应的构件或部件赋予相同或相应的参照标号，省略重复的说明。此外，附图的目的不在于示出构件或部件之间、或者各种层的厚度之间的相对比例，因此，具体的厚度及尺寸应当参照以下的非限定性的实施方式，由本领域技术人员决定。
8.图1是示出实施方式所涉及的电子束装置的概要构成的框图的一例。如图1所示，电子束装置1具备电子显微镜2、控制计算机3、结构信息存储装置4以及电场校正图存储装置5。
9.电子显微镜2可以是扫描型电子显微镜(sem)。如图所示，电子显微镜2具有镜筒21、试样室22、电子枪控制部23、透镜控制部24、偏转器控制部25、透镜控制部26、电极控制部27、台控制部28、信号处理部29以及图像生成部30。
10.镜筒21上设有：电子枪21g、聚光透镜21l、偏转器21d、物镜21o、检测器21e。另外，试样室22内设有：至少能够在xyz方向上移动的台22s、配置在台22s上而支承作为检查测量对象的试样s的支承销22p、与被支承销22p支承的试样s隔开间隔地配置在台22s上的减速电极22e、以及对台22s进行驱动的驱动机构22d。
11.此外，试样s例如为压印光刻所使用的模板。如图1所示，模板具有台面部m和其周围的基台部b，在将模板按压在抗蚀膜上时，所述台面部m与抗蚀膜接触。台面部m从基台部b隆起，因此，台面部m与基台部b之间在z方向上产生例如大约10～40μm的阶差。
12.控制计算机3与电子显微镜2的电子枪控制部23、透镜控制部24和26、偏转器控制部25、电极控制部27、台控制部28、信号处理部29以及图像生成部30连接。另外，结构信息存储装置4及电场校正图存储装置5与控制计算机3连接。
13.进一步地，也可以是存储装置6、显示装置7以及输入装置8与控制计算机3连接。存储装置6可以由硬盘驱动器(hdd)、半导体存储器等实现。存储装置6自控制计算机3输入而存储通过输入装置8输入的电子束条件、被检查测量图案的种类、检查测量区域的坐标位置、用于检查及测量的各种阈值等。另外，存储装置6还能够通过控制计算机3输入而存储由电子显微镜2的图像生成部30生成的图像信号。
14.显示装置7例如可以是液晶显示器、有机el显示器，其能够基于来自控制计算机3的图像信号，显示试样s的表面图像。输入装置8例如可以是键盘、计算机鼠标等，可以进一步包含将控制计算机3连接至互联网或局域网的接口设备。通过输入装置8，电子束条件、被检查测量图案的种类、检查测量区域的坐标位置、用于检查和测量的各种阈值等信息能够被输入至控制计算机3。
15.此外，控制计算机3可以作为包含cpu、rom、ram等的计算机而实现。此外，控制计算机3也可以通过以专用集成电路(asic)、可编程门阵列(pga)、现场可编程门阵列(fpga)为代表的硬件来实现。控制计算器3基于控制程序及各种数据综合性地控制电子束装置。具体而言，控制计算机3基于控制程序及各种数据生成各种控制信号，将所生成的控制信号发送给电子显微镜2的电子枪控制部23、透镜控制部24和26、偏转器控制部25、电极控制部27、台控制部28、信号处理部29以及图像生成部30等。程序及各种数据例如可以有线或无线的方式从硬盘驱动器(hdd)、半导体存储器、服务器等非临时性的计算机可读存储介质下载。
16.电子枪控制部23与镜筒21内的电子枪21g连接。电子枪控制部23基于来自控制计
算机3的控制信号，控制电子枪21g。具体而言，电子枪控制部23能够使电子枪21g在规定期间释放电子束eb(一次电子束)，以及调整电子束eb的强度。
17.透镜控制部24与聚光透镜21l连接。透镜控制部24基于来自控制计算机3的控制信号，控制聚光透镜21l。例如，透镜控制部24能够通过聚光透镜21l使从电子枪21g释放的电子束eb汇聚。
18.偏转器控制部25与偏转器21d连接。偏转器控制部25基于来自控制计算机3的控制信号，控制偏转器21d。偏转器控制器25使偏转器21d生成偏转电场或偏转磁场，使电子束eb在x方向及y方向上偏转。由此，电子束eb对试样s的表面进行扫描。
19.透镜控制部26与物镜21o连接。透镜控制部26基于来自控制计算机3的控制信号，控制物镜21o。具体而言，其调整电子束eb的焦点位置，使电子束eb的焦点对准表面。
20.电极控制部27与减速电极22e连接。电极控制部27基于来自控制计算机3的控制信号，控制减速电极22e。减速电极22e上施加所谓的减速电压。减速电压是为了使入射到试样s的电子减速而施加于台22s的电压。使电子减速，能够降低试样s的表面的带电，能够使图像鲜明。减速电极22e的结构以及由电极控制部27进行的减速电极22e的控制将在后面描述。
21.台控制部28与台22s的驱动机构22d连接。台控制部28基于来自控制计算机3的控制信号，使台22s在x方向及y方向上移动。
22.信号处理部29与检测器21e连接，接收来自检测器21e的输出信号。电子束eb照射于试样s后，从试样s的表面释放出二次电子se。当该二次电子se入射到检测器21e时，检测器21e就生成与二次电子se的入射数量相应的像素信号。该像素信号作为输出信号被信号处理部29接收。信号处理部29对接收到的信号进行例如以降噪处理、放大等为代表的信号处理，对进行了处理的信号进行a/d转换，将数字信号发送给控制计算机3。此外，信号处理部29还能够基于来自控制计算机3的控制信号控制检测器21e。具体而言，通过基于来自控制计算机3的控制信号的信号处理部29的控制，控制检测器21e的开/关、灵敏度等。
23.图像生成部30与信号处理部29连接，接收来自信号处理部29的数字信号。图像生成部30对接收到的数字信号进行规定的图像处理，生成图像信号。图像信号通过控制计算机3发送给显示装置7，试样s的表面的二次电子图像显示于显示装置7。此外，图像信号也可以通过控制计算机3发送给存储装置6并存储于此。
24.结构信息存储装置4可以以硬盘驱动器(hdd)、半导体存储器等实现。结构信息存储装置4经由控制计算机3而输入并保存从输入装置8输入的试样s的结构信息。结构信息例如可以是作为试样s的模板的台面结构信息。台面结构信息包含模板的平面形状及高度的信息。即，台面结构信息包含台面部m的平面形状及高度的信息。台面结构信息例如可以包含对作为成为检查测量对象的试样s的模板的表面(被按压在抗蚀膜的那一侧的表面)进行划分的多个网格的编号，以及与该编号关联的、在该网格处的高度。另外，台面结构信息也可以包含模板的表面上的坐标位置，以及与该坐标位置关联的、在该位置处的表面高度。
25.此外，台面结构信息也可以是设计模板的台面结构时所用的cad数据，也可以是测量数据。还可以是需要用模板来形成的器件图案的设计数据。在该情况下，设计数据也可以包含与芯片的外周(例如切口区域)的形状相关的数据。在从输入装置输入了包含这样的数据的设计数据的情况下，可以显示于显示装置7，且能够基于该显示，加工为台面结构信息。
台面结构信息可以从输入装置8输入，保存于结构信息存储装置4。
26.电场校正图存储装置5存储基于台面结构信息而由控制计算机3计算出的电场校正图(后述)。
27.下面结合图2的(a)及图2的(b)，说明减速电极22e。图2的(a)是示意性地示出减速电极22e的俯视图，图2的(b)是示意性地示出减速电极22e中包括的柱状电极的局部立体图。
28.如图2的(a)所示，在本实施方式中，减速电极22e具有平板电极部fe1、柱状电极部pe以及平板电极部fe2。详细地说，平板电极部fe1在俯视时具有矩形形状，柱状电极部pe以包围平板电极部fe1的方式配置。进一步地，平板电极部fe2以包围柱状电极部pe的方式配置。平板电极部fe1、fe2例如由铜等金属形成，具有平坦的上表面。另外，平板电极部fe1、fe2与电极控制部27电连接，被电极控制部27施加电压。此外，平板电极部fe1、fe2在电极控制部27的控制下，可以被施加相同的电压，也可以被施加不同的电压。
29.柱状电极部pe具有与作为检查测量对象的试样s(具体而言是模板)的尺寸相当的尺寸。具体而言，柱状电极部pe以与模板的台面部m的端部所处的范围对应的方式，具有比模板的台面部m的外周大的外周、以及比其小的内周。此外，台面部m的外侧面不限于平坦状，某些情况下会具有向外侧凸出的部分、向内侧凹陷的部分。此种情况下，理想的是凸出的部分、凹陷的部分也落在柱状电极部pe的范围内。
30.此外，柱状电极部pe具有多个柱状电极p。图2的(b)为示意性地示出柱状电极p的上端部(面对试样s的端部)的局部立体图。如图2的(b)所示，柱状电极p具备具有圆柱形状的圆柱体pp、以及覆盖圆柱体pp的外周面的绝缘膜pi。圆柱体pp例如可以以铜等金属形成。圆柱体pp在其下端连接有未图示的导线，通过该导线，柱状电极p与电极控制部27实现电连接。由此，电压从电极控制部27分别单独地施加于柱状电极p。此外，绝缘膜pi是为防止相邻的两个柱状电极p之间的电气短路而设的。绝缘膜pi例如可以以树脂材料形成。在图示的例子中，圆柱体pp的外周面的上端侧的一部分裸露，但也可以是绝缘膜pi覆盖圆柱体pp的整个外周面。
31.此外，柱状电极p的直径理想地例如为小于1mm。另外，作为柱状电极p，例如也可以使用倒装芯片工艺中所用的铜柱状电极等，所述倒装芯片工艺为将半导体芯片收纳于封装件时将半导体芯片与封装件的电极电连接的方法之一。由此，能够使柱状电极p的直径为50μm以下、高度为100μm以上。柱状电极p的直径越小，越能进行精细的电场校正。
32.此外，在图1中，减速电极22e配置在台22s上，但其也可以与台22s为一体。不过，减速电极22e的尺寸(尤其是柱状电极部pe的大小、形状)会根据试样s的形状而变化，因此理想的是与台22s分体形成，以便容易更换。
33.接下来，就实施方式所涉及的图像获取方法进行说明。该图像获取方法能够用上述的电子束装置1实施。图3是用于说明本图像获取方法的流程图。假设成为本方法的对象的试样s(模板)被承载于电子束装置1内的台22s上，电子显微镜2已准备就绪。
34.首先，在步骤s1，保存在结构信息存储装置4中的模板的台面结构信息被控制计算机3读入。如上所述，台面结构信息包含台面部的平面形状和高度的信息。接着，在步骤s2，使用所读入的台面结构信息生成电场校正数据。以下，就电场校正数据的生成的一个例子进行说明。
35.图4的(a)是示出由台面结构信息所规定的、作为试样s的模板tp的结构的示意图，图4的(b)是将使用台面结构信息计算出的电场校正数据示出为电场校正图的图。另外，图4的(a)中，省略了基台部b(参考图1)的图示。另外，根据本实施方式中的台面结构信息，台面部m与基台部之间的高低差为30μm，但并不限于此。此外，模板tp例如以石英玻璃等介电材料形成。
36.假设这样的模板tp以其背面接触在金属制的平板的上表面的方式被承载，电压被施加于该平板，则在模板tp的表面将感应出具有与所施加的电压相反的极性的电荷。此时，感应出的电荷容易集中于台面部m的边际(或者边缘、角部)。这是由于在边际处电荷不容易排斥，即使排斥也无法进一步远离边际等原因。即，如模板tp那样存在由于台面部m而形成的阶差等，则感应出的电荷的分布会发生不均。若发生这种不均，则减速电压无法均匀地施加，入射到模板tp的电子的均匀的减速将受到阻碍。
37.图4的(b)所示的电场校正图是为了校正这种电荷分布而制作的。即，基于台面结构信息，例如通过求出台面部m的边际的位置、高度而推定电荷分布，基于推定结果，能够求出可以使电荷分布均匀化的施加电压的分布。图4的(b)中，应施加的电压的分布以等高线c1至c3表示。图示的例子表示应按照等高线c1的内侧的区域、等高线c1与等高线c2之间的区域、等高线c2与c3之间的区域的顺序降低施加电压。即，可以认为模板tp的台面部m的边际位于等高线c2与c3之间的区域，通过使施加于该区域的电压比其他区域的低，能够减少在台面部m的边际附近感应出的电荷，从而，能够使模板tp的表面的电荷的分布变得均匀。
38.此外，电场校正图例如可以通过三维有限元法制作。有限元法(fem)是在某种边界条件下求解微分方程的数值计算方法之一，用被称为“单元”的小的多边形的集合表示结构物，因此对于复杂形状的结构物也能够适用，能够在给定的边界条件下以数值方式求出微分方程的定解。此外，也可以通过规定的仿真器等求出电场校正图。
39.再次回到图3，在步骤s3中，控制计算机3基于电场校正图选择减速电极22e的柱状电极p，求出应施加于所选择的柱状电极p的电压。控制计算机3把包括所选择的柱状电极p以及其施加电压在内的控制信号发送给电极控制部27。另外，该控制信号例如可以包括施加于平板电极部fe1、fe2和未选择的柱状电极p的基准减速电压、以及应施加于所选择的柱状电极p的电压与基准减速电压之差。
40.接下来，在步骤s4，电极控制部27将减速电压施加于减速电极22e。此时，柱状电极部pe内的所选择的柱状电极p被施加的是针对该柱状电极p所确定的规定的电压。由此，模板tp上被施加局部地有所差异的电压。因此，例如可以抵消台面部m的例如边际处的电荷的集中，在模板tp的表面生成均匀的电场。
41.接着，在步骤s5中，电子枪控制部23基于来自控制计算机3的控制信号，使电子束eb从电子枪21g释放。另外，在偏转器控制部25的作用下，电子束eb在模板tp上进行扫描，因从模板tp的表面释放的二次电子而形成的图像(sem像)通过检测器21e被获取。由上，结束一系列的处理流程。
42.如以上说明的那样，根据实施方式所涉及的电子束装置及图像获取方法，按照基于台面结构信息而生成的电场校正图，选择减速电极的规定的柱状电极，对所选择的柱状电极施加规定的电压，因而能够使模板表面的电场分布变均匀。从而，电子束能够均匀地入射模板表面，能够获取正确反映模板表面的形状的图像。
43.另外，上面结合图3说明了图像获取方法，图3所示的一系列的处理流程可以作为测量方法、检查方法的一部分而实施。例如，对所获取的图像中的特定部分测量尺寸的情况下，通过反复获取该部分的图像，减少噪声，能够提高测量精度。即，在步骤s5之后，可以增加反复获取特定部分的图像的步骤、基于反复获取的图像减少噪声的步骤、基于减少了噪声的图像测量尺寸的步骤等。此外，例如，在进行模板tp的缺陷检查等的情况下，则没有必要多次反复进行图像获取。不过，可以设置基于图像求出台面部m的形状等(边际的位置等)并与台面结构信息进行比对的步骤等。即使是在作为测量方法、检查方法而实施上述的方法的情况下，由于能够获取正确反映模板表面的形状的图像，所以能够高精度地进行测量、检查。
44.(变形例)接下来就本实施方式的变形例所涉及的电子束装置进行说明。变形例所涉及的电子束装置与实施方式所涉及的电子束装置1的区别点在于，其具有不同于减速电极22e的减速电极，其他的构成则与实施方式所涉及的电子束装置1相同。以下以不同点为中心，说明变形例所涉及的电子束装置。
45.图5的(a)是示意性地示出变形例所涉及的电子束装置的减速电极的俯视图，图5的(b)是沿图5的(a)的l1-l1线的局部剖视图。如图5的(a)所示，减速电极220e在俯视观察时与减速电极22e相同。但是，如图5的(b)所示，减速电极220e的柱状电极p0在驱动机构(未图示)的作用下，能够分别单独地上下移动。因此，能够针对每个柱状电极po分别调整各柱状电极p0与试样s之间的间隔。另外，各柱状电极p0向上方移动时，也可以与由支承销22p支承的试样s(模板)的背面接触。
46.此外，与柱状电极p同样地，各柱状电极p0例如具有金属制的圆柱体pp及其周围的绝缘膜pi。在圆柱体pp的下端也连接有未图示的导线，通过该导线，与电极控制部27电连接。从而，柱状电极p0也可以由电极控制部27分别单独地施加电压。
47.如上所述，能够调整试样s的背面与柱状电极p0之间的距离，因而能够更高精度地调整模板tp的表面的电场分布。
48.然后，就使用变形例所涉及的电子束装置实施的图像获取方法(检查方法、测量方法)进行说明。图6是用于说明使用实施方式的变形例所涉及的电子束装置而得以实施的图像获取方法的流程图。
49.步骤s21及s22分别与图3的流程图中的步骤s1及s2相同。即，在步骤21读入台面结构信息，在步骤s22生成电场校正图。然后，在步骤s23，控制计算机3基于电场校正图，例如选择减速电极220e的柱状电极p0，求出应施加于所选择的柱状电极p0的电压、以及所选择的柱状电极p0的移动距离。包含这样的信息的控制信号从控制计算机3发送给电极控制部27。
50.然后，在步骤s24，将所确定的电压施加于所选择的柱状电极p0，在步骤s25以所确定的移动距离移动所选择的柱状电极p0。另外，步骤s24和步骤s25的顺序也可以对调，也可以是同时的。
51.接着，在步骤s26，电子枪控制部23基于来自控制计算机3的控制信号，使电子束eb从电子枪21g释放。此外，在偏转器控制器25的作用下，电子束eb在模板tp上扫描，因从模板tp的表面释放的二次电子se而形成的图像(sem像)被获取。由上，结束一系列的处理流程。
52.如以上所说明的，根据使用变形例所涉及的电子束装置实施的图像获取方法(检查方法、测量方法)，在按照基于台面结构信息制作的电场校正图对减速电极220e施加电压时，能够调整柱状电极部pe的柱状电极p0与模板tp的背面之间的距离，因此能够更高精度地调整模板tp的表面的电场分布。
53.此外，例如，也可以对平板电极部fe1、fe2和柱状电极部pe的整体施加相等的电压，同时通过柱状电极p0的上下移动而调整电场分布。换言之，在步骤s23，也可以将应施加于所选择的柱状电压p0的电压确定为与施加于减速电极220e的其他部分的电压相等。
54.以上对本发明的若干实施方式进行了说明，这些实施方式是作为示例而呈现的，其意不在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨内，且包含在专利权利要求书所记载的发明和其等同的范围内。
55.例如，在上述的减速电极22e、220e中，柱状电极部pe的内侧设有平板电极部fe1，但也可以不设置平板电极部fe1而设置柱状电极p、p0。由此，在例如具有三维结构的模板中，不仅在台面部m的边际，在比边际靠内侧处的因阶差等引起的电场分布的不均也能够减少。
56.此外，柱状电极p、p0不限于具有圆柱体pp，也可以具有四边形、六边形等的棱柱体。在该情况下，棱柱体的周围设有绝缘膜pi。