KR100981988B1 - 타원해석기 및 타원해석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타원해석기 및 타원해석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시편에 보호커버가 덮여있는 상태에서도 시편의 표면 특성을 측정할 수 있는 타원해석기 및 타원해석방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 타원해석기는 보호커버를 포함하는 시편을 향하여 편광된 광을 조사하는 편광조사부와, 편광조사부에서 조사된 후 시편의 표면에서 반사된 광이 입사되며, 반사된 광을 분석하는 편광분석부와, 광의 진행경로 상에 배치되며, 광이 보호커버를 투과하는 과정 중 발생되는 광의 편광상태의 변화가 보상되도록 상기 광을 편광시키는 편광보상부를 포함한다.

타원해석, 편광, 편광보상

Description

타원해석기 및 타원해석방법{Apparatus and method for ellipsometry}

본 발명은 타원해석기 및 타원해석방법에 관한 것으로, 마스크 상에 발생되는 오염물질인 헤이즈를 측정하기 위한 타원해석기 및 타원해석방법에 관한 것이다.

현대 반도체 공정은 소자의 집적도가 높아짐에 따라 패턴의 해상도를 향상시키기 위해 노광원의 파장이 더욱더 짧아지는 추세이며, 이로 인해 기존의 파장대에서 발생하지 않았던 헤이즈라는 현상이 나타나게 되었다. 이러한 헤이즈는 반도체 소자의 특성에 민감한 영향을 끼치는 바, 헤이즈의 발생 여부를 측정 및 제어할 필요성이 있다.

도 1에는 마스크 상에 발생되는 헤이즈를 측정하기 위한 종래의 타원해석기가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 타원해석기(9)는 편광발생부(1)와 편광분석부(2)를 가진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 편광발생부(1)에서 편광된 광을 마스크(m)로 조사하면, 조사된 광은 마스크(m)의 표면에서 반사된 후 편광분석부(2)로 입사된다. 이때, 광이 마스크(m) 표면에서 반사되는 과정에서 마스크 표면의 특성에 따라 광의 편광상태가 변화하게 된다. 편광분석부(2)는 입사된 광을 검출하고 광의 편광상태를 분석하며, 이로부터 마스크(m) 표면 상에 헤이즈의 발생여부 및 발생된 정도를 판단한다.

상술한 바와 같이, 타원해석기(9)는 광이 마스크의 표면에 반사되면서 발생되는 광의 편광상태의 변화를 측정하고, 이로부터 마스크의 표면 특성을 분석하는 장치이다. 따라서, 편광발생부(1) 및 편광분석부(2) 사이의 광 경로에 있어 마스크 이외에는 광의 편광상태를 변화시키는 요인이 없어야 한다.

그러나, 일반적으로 마스크의 표면에는 펠리클(c)이 덮여 있다. 펠리클은 마스크 표면에 먼지 등의 이물질이 부착되고, 이 이물질에 의해 노광 공정시 마스크 표면의 상이 왜곡되는 것을 방지하기 위한 것으로, 마스크의 표면에서 다소(약 5mm) 이격되어 있다. 이와 같이, 펠리클(c)이 덮여진 상태에서 마스크 표면의 특성을 분석하는 경우, 펠리클에 의해 광의 편광상태가 왜곡되게 되므로 측정 결과가 부정확하게 된다. 따라서, 종래의 경우에는 마스크 표면에 덮여 있는 펠리클(c)을 제거한 후, 마스크 표면의 특성을 조사하였다.

하지만, 이와 같이 펠리클을 제거한 후 마스크 표면의 특성을 조사하는 경우에는, 펠리클을 제거하는데 불필요한 시간이 소요되게 되므로 공정 속도가 느려지게 되며, 또한 펠리클이 제거된 마스크의 표면에 먼지 등의 이물질이 결합되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 펠리클을 제거하지 않고도 마스크의 표면 특성을 정확하게 측정할 수 있는 타원해석기 및 타원해석방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 타원해석기는 보호커버를 포함하는 시편을 향하여 편광된 광을 조사하는 편광조사부와, 상기 편광조사부에서 조사된 후 상기 시편의 표면에서 반사된 광이 입사되며, 상기 반사된 광을 분석하는 편광분석부와, 상기 광의 진행경로 상에 배치되며, 상기 광이 상기 보호커버를 투과하는 과정 중 발생되는 광의 편광상태의 변화가 보상되도록 상기 광을 편광시키는 편광보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 타원해석방법은 보호커버를 포함하는 시편을 향하여 편광된 광을 조사하는 단계와, 상기 시편으로 입사되는 광이 상기 보호커버를 투과하는 과정 중 발생되는 제1편광상태의 변화가 보상되도록, 상기 시편으로 입사되는 광을 상기 제1편광상태 변화방향의 반대 방향으로 상기 제1편광상태의 변화량만큼 편광시키는 제1편광단계와, 상기 시편에서 반사된 후 상기 편광분석부로 입사되는 광이 상기 보호커버를 투과하는 과정 중 발생되는 제2편광상태의 변화가 보상되도록, 상기 보호커버를 투과한 광을 상기 제2편광상태 변화방향의 반대 방향으로 상기 제2편광상태의 변화량만큼 편광시키는 제2편광단계와, 상기 제2편광단계를 거친 광을 검출하고 이를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 마스크의 표면을 덮고 있는 펠리클을 제거하지 않고도 마스크의 표면 특성을 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 공정 속도가 향상될 뿐 아니라, 마스크의 표면에 먼지 등의 이물질이 부착되는 것이 방지된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타원해석기의 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 타원해석기(100)는 시편의 표면 특성을 측정하기 위한 것으로, 특히 본 실시예의 경우 마스크(m)의 표면에 발생되는 헤이즈 막을 측정하기 위한 것이다. 종래 기술에서 언급한 바와 같이, 마스크(m)의 표면에는 보호커버, 즉 마스크 표면에 먼지 등이 부착되는 것을 방지하기 위한 펠리클(c)이 부착되어 있다.

본 실시예에 따른 타원해석기(100)는 편광조사부(10)와, 편광분석부(20)와, 편광보상부를 포함한다.

편광조사부(10)는 마스크를 향하여 편광된 광을 조사하는 것으로, 광원(11)과 편광기(12)를 가진다. 광원(11)은 마스크(m)의 상측에 배치되며, 마스크를 향하여 광을 조사한다. 편광기(12)는 도 2에 도시된 바와 같이 광원(11)에서 조사되어 마스크로 진행하는 광의 입사경로 상에 배치되며, 광원(11)에서 조사된 광을 편광시킨다.

편광분석부(20)는 마스크 표면에서 반사된 광을 분석하기 위한 것으로, 편광기(21)와 광검출기(22)를 가진다. 편광기(21)는 편광조사부(10)에서 조사된 후 마스크(m) 표면에서 반사된 광이 진행되는 반사경로 상에 배치된다. 편광기(21)는 마스크 표면에서 반사된 광을 수용하며, 이 반사광 중 특정 방향으로의 방향성을 가지는 광 성분만을 통과시킨다. 광검출기(22)는 입사되는 광의 세기를 측정하는 것으로, CCD(charge coupled device)나 포토 다이오드(photodiode) 등 다양한 종류의 것이 채용될 수 있다. 광검출기(22)는 편광기(21)를 통과하여 광검출기(22)로 입사되는 광의 세기를 측정하고, 이에 대응되는 신호를 제어부(미도시)로 출력한다. 그리고, 제어부는 광검출기(22)에서 출력된 신호를 수신하고 이를 이용하여 헤이즈의 발생 여부나 발생된 정도를 산출한다.

편광보상부는 편광조사부(10)에서 조사된 광이 편광분석부(20)로 입사되는 과정 중 펠리클(c)을 통과하는 과정에서 발생되는 광의 편광상태의 변화를 보상하기 위한 것으로, 제1보상부재(31) 및 제2보상부재(32)를 포함한다.

제1보상부재(31)는 편광조사부(10)에서 조사된 광의 입사경로 상에 배치된다. 제1보상부재(31)는 보호커버와 동일한 소재, 보다 상세하게는 보호커버와 동일한 광축을 가지는 소재로 이루어진다. 본 실시예의 경우, 제1보상부재로 마스크 표면에 덮여 있는 펠리클(c)과 동일한 것으로 이루어진다. 제1보상부재(31)는 그 광축 방향이 마스크 표면에 덮여 있는 펠리클(c)의 광축 방향과 직교하도록 배치된다. 제1보상부재(31)는 마스크 표면으로 입사되는 광을 편광시키는데, 후술하는 바와 같이 마스크로 광이 입사될 때 마스크 표면에 덮여 있는 펠리클(c)에 의해 발 생되는 편광상태의 변화, 즉 제1편광상태의 변화의 변화방향과 반대방향으로 제1편광상태의 변화량만큼 편광시킨다.

제2보상부재(32)는 반사경로, 즉 마스크 표면에서 반사된 후 편광분석부(20)로 입사되는 광의 경로 상에 배치된다. 제2보상부재(32)는 보호커버와 동일한 소재, 보다 상세하게는 보호커버와 동일한 광특성을 가지는 소재로 이루어진다. 본 실시예의 경우, 제2보상부재로 마스크 표면에 덮여 있는 펠리클(c)과 동일한 것으로 이루어진다. 제2보상부재(32)는 그 광축 방향이 마스크 표면에 덮여 있는 펠리클의 광축 방향과 직교하도록 배치된다. 제2보상부재는 편광분석부(20)로 입사되는 광을 편광시키는데, 후술하는 바와 같이 마스크의 표면에서 광이 반사된 후 편광분석부로 광이 입사될 때 마스크 표면에 덮여 있는 펠리클에 의해 발생되는 편광상태의 변화, 즉 제2편광상태의 변화의 변화방향과 반대방향으로 제2편광상태의 변화량만큼 편광시킨다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 타원해석기(100)를 이용하여 마스크 상의 헤이즈를 측정하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

편광조사부(10)에서 특정 방향으로 편광된 광을 조사하면, 이 광은 제1보상부재(31)를 지나게 되며, 이 과정 동안 광의 편광상태가 변화하게 된다. 이후, 제1보상부재(31)를 통과한 광은 마스크(m)로 입사되는데, 마스크를 덮고 있는 펠리클(c)을 지나는 과정 동안 다시 편광되게 된다. 이때, 제1보상부재(31) 및 펠리클(c)의 광축 방향이 서로 직교하게 배치되어 있으므로, 펠리클(c)을 통과하는 동안 광은 제1보상부재(31)에서 편광된 방향과 반대 방향으로 편광되며, 이에 따라 광의 편광상태가 편광조사부(10)에서 조사되었을 때의 편광상태로 회복된다.

펠리클(c)을 통과한 광은 마스크(m)의 표면에 반사되며, 이때 마스크 표면의 상태, 즉 헤이즈의 발생상태에 따라 광의 편광상태가 변하게 된다. 반사된 광은 다시 펠리클(c) 및 제2보상부재(32)를 통과하게 되는데, 펠리클을 통과하는 과정에서 반사된 광의 편광상태가 변화된 후, 제2보상부재(32)를 통과하면서 광의 편광상태가 마스크 표면에 반사되었을 때의 편광상태로 다시 회복된다. 그리고, 제2보상부재(32)를 통과한 광은 편광분석부(20)로 입사된다. 편광분석부(20)에서는 입사된 광을 검출하고, 검출된 광의 편광상태 즉 마스크 표면에서 반사되었을 때의 편광상태와 편광조사부에서 조사되었을 때의 편광상태를 비교분석하여, 마스크 상의 헤이즈 발생상태를 측정한다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 마스크를 덮고 있는 펠리클을 제거하지 않고도 정확하게 마스크의 표면상태, 즉 마스크 상에 헤이즈가 발생되었는지 여부를 측정할 수 있다. 따라서, 펠리클을 제거하는데 불필요한 시간이 소요되는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 공정 속도가 향상되게 된다.

또한, 펠리클을 제거하지 않아도 되므로, 마스크 표면 상에 먼지 등의 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경 은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래 타원해석기의 개념도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타원해석기의 개념도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...편광조사부 11...광원

12...편광기 20...편광분석부

21...편광기 22...광검출기

31...제1보상부재 32...제2보상부재

100...타원해석기

Claims (4)

1. 보호커버를 포함하는 시편을 향하여 편광된 광을 조사하는 편광조사부;

   상기 편광조사부에서 조사된 후 상기 시편의 표면에서 반사된 광이 입사되며, 상기 반사된 광을 분석하는 편광분석부; 및

   상기 광의 진행경로 상에 배치되며, 상기 광이 상기 보호커버를 투과하는 과정 중 발생되는 광의 편광상태의 변화가 보상되도록 상기 광을 편광시키는 편광보상부;를 포함하며,

   상기 편광보상부는,

   상기 광의 입사경로 상에 배치되며, 상기 시편으로 입사되는 광이 상기 보호커버를 투과하는 과정 중 발생되는 제1편광상태의 변화가 보상되도록, 상기 입사되는 광을 상기 제1편광상태 변화방향의 반대 방향으로 상기 제1편광상태의 변화량만큼 편광시키는 제1보상부재와,

   상기 광의 반사경로 상에 배치되며, 상기 시편에서 반사된 후 상기 편광분석부로 입사되는 광이 상기 보호커버를 투과하는 과정 중 발생되는 제2편광상태의 변화가 보상되도록, 상기 보호커버를 투과한 광을 상기 제2편광상태 변화방향의 반대 방향으로 상기 제2편광상태의 변화량만큼 편광시키는 제2보상부재를 포함하며,

   상기 제1보상부재 및 상기 제2보상부재는 상기 보호커버와 동일한 소재로 이루어지며,

   상기 제1보상부재 및 상기 제2보상부재는 각각의 광축 방향이 상기 보호커버의 광축 방향과 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 타원해석기.
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