KR101090624B1 - 마스크의 ｃｄ 측정 에러 개선 방법 및 이를 수행하기 위한 측정 장치 - Google Patents

마스크의 ｃｄ 측정 에러 개선 방법 및 이를 수행하기 위한 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법 및 이를 수행하기 위한 측정 장치에 관한 것으로, 상부를 향하도록 배치되는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 상부에 이격 배치되며, 상기 렌즈부의 초점 위치에 라이트 포커싱 되는 조명부와, 상기 렌즈부와 상기 조명부 사이에 배치되되, 상기 렌즈부의 초점 위치에 배치되는 마스크 지지용 스페이서를 포함하여, 마스크의 두께에 관계없이, 상기 렌즈부 및 상기 조명부의 초점 위치에 상기 마스크의 패턴층이 위치되도록 하여, 라이트 포커싱 포지션 에러가 방지될 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

마스크의 ＣＤ 측정 에러 개선 방법 및 이를 수행하기 위한 측정 장치 {METHOD FOR IMPROVING CD MEASUREMENT ERROR DUE TO MASK AND MEASURING APPARATUS FOR ACCOMPLISHING THE SAME}
본 발명은 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법 및 이를 수행하기 위한 측정 장치에 관한 것으로, 마스크를 이루는 쿼츠 기판에 형성된 크롬 패턴층의 CD(Critical Dimension)을 측정하는데 사용되는 라이트의 포커싱 포지션 에러(The focusing position error of the light used in meansurement, 이하 라이트 포커싱 포지션 에러)를 방지할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 마스크의 CD(Critical Dimension)를 측정하기 위한 장치는 상단 렌즈부 및 하단 조명부를 갖는 구조를 취한다.
이는 상단에서 대상물을 관측하는 현미경과 같은 원리에서 렌즈부를 상단에 위치시킨 형태이다. 이와 같은 현미경의 경우 렌즈의 배율이 슬라이드 글라스의 표면에 일치되도록 고정되어 있어서 라이트 포커싱 포지션 에러가 발생할 위험이 적다.
그러나, 종래의 CD 측정 장치는 각각 두께가 상이한 마스크의 표면에 형성된 크롬 패턴층의 CD를 측정하기 위해서는 렌즈부의 초점을 마스크의 표면에 일치하도록 미세하게 조절하여야 한다. 또한, 렌즈부의 초점 위치에 맞추어 하단에 형성되는 조명부의 초점 위치도 정확하게 매치시켜야 하는 어려움이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 CD 측정 장치의 문제를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, (a), (b) 및 (c) 각 경우 마다 두께가 상이한 샘플 마스크들이 구비된다.
먼저, (c) 경우의 측정 대상이 되는 제 3 샘플 마스크(70c)의 경우 제 3 샘플 마스크의 쿼츠층(30c) 두께가 스페이서(40)에 올려 졌을 때, 조명부(10)의 초점 위치에 매치되는 두께가 된다. 이 경우 렌즈부(20)와 조명부(10)의 초점위치가 동일한 위치가 된다. 따라서, 제 3 샘플 마스크의 크롬 패턴층(35c)의 CD 측정 에러(Error)는 최소가 된다.
그러나, (a) 및 (b)의 경우에는 샘플 마스크의 두께가 조명부(10)의 초점 위치에 매치되지 못하므로, 렌즈부(20)의 초점 위치가 마스크의 표면에 정확하게 매치되지 못하여 CD 측정 에거라 발생하게 된다. 이와 같은 현상을 라이트 포커싱 포지션 에러라 한다.
이와 같은, 라이트 포커싱 포지션 에러는 샘플 마스크의 두께에 대해서 렌즈부의 초점위치를 맞추는 렌즈 포커싱(Lens Focusing)은 가능하나, 조명부의 초점위치를 맞추는 라이트 포커싱(Light Focusing)이 어려워 발생하며, 그로 인해 CD 측정 에러는 샘플 마스크의 두께에 따라서 상이하게 발생하게 된다.
이때, 렌즈부(20)의 초점 위치를 각 제 1 오류 샘플 마스크(70a)의 크롬 패턴층(35a) 및 제 2 오류 샘플 마스크(70b)의 크롬 패턴층(35b)에 맞추어 가며 CD 측정을 수행할 수는 있으나, 일일이 초점 위치를 변경한다는 것은 대량의 마스크를 조사하는데 있어서는 비효율적인 문제가 있고, 조명부(10)의 초점 위치 변경이 어려우므로 정확한 CD 측정이 불가능하게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 마스크를 지지하는 마스크 에지 스페이서(40)에 보조적으로 높이 보정 스페이서를 삽입하는 방식이 대두 되었다.
도 2는 종래 기술에 따른 CD 측정 장치의 문제를 해결하기 위한 방법을 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, (a) 및 (b)의 경우 각각 높이가 상이한 제 1 오류 샘플 마스크 높이 보정 스페이서(50)와 제 2 오류 샘플 마스크 높이 보정 스페이서(60)를 사용하여, 오류가 없는 제 3 샘플 마스크(70c)의 두께와 동일해 지도록 하는 방법을 사용하고 있다.
이와 같은 경우, 라이트 포커싱 포지션 에러가 발생할 위험이 감소될 수는 있으나, 초점 위치를 일일이 조절하는 것과 마찬가지로 보정 스페이서를 각 오류 샘플 마스크마다 제작을 해야 하고, 스페이서 상부에 삽입하여야 하는 불편함이 있다.
또한, 마스크이 정렬 높이가 불안정해 짐에 따라서 CD 측정 오차가 발생할 위험도 높아지고 있다.
본 발명은 상술한 CD 측정 장치의 문제를 해결하기 위하여, 마스크의 두께와 무관하게 마스크를 스페이서에 정렬할 경우 항상 렌즈부와 조명부의 초점 위치에 크롬 패턴층이 위치할 수 있도록 하는 CD 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 이를 위하여, 렌즈부를 하단에 배치시킨 후 렌즈부의 초점 위치에 스페이서를 배치시키고, 스페이서 높이에 조명이 포커싱되도록, 조명부를 상단에 배치시킨 형태의 CD 측정 장치를 제공하고, 이를 이용하여 CD를 측정함으로써, 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 장치는 초점 위치가 상부를 향하도록 배치되는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 상부에 이격 배치되며, 상기 렌즈부의 초점 위치에 라이트 포커싱 되는 조명부와, 상기 렌즈부와 상기 조명부 사이에 배치되되, 상기 렌즈부의 초점 위치에 배치되는 마스크 지지용 스페이서를 포함하여, 마스크의 두께에 관계없이, 상기 렌즈부 및 상기 조명부의 초점 위치에 상기 마스크의 패턴층이 위치되도록 하여, 라이트 포커싱 포지션 에러를 방지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 마스크의 두께는 5 ~ 20mm 인 것을 특징으로 하고, 상기 마스크의 패턴층은 상기 스페이서와 마주보는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하고, 상기 렌즈부는 50 ~ 100배의 CD 측정 배율을 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 렌즈부는 하부에서 측정된 이미지 및 측정 결과를 나타낼 수 있는 디스플레이부와 연결되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법은 마스크 지지를 위한 스페이서를 렌즈부의 초첨 위치에 배치시키되, 상기 스페이서의 하부에 상기 렌즈부를 배치시키고, 상기 스페이서의 상부에 상기 렌즈부의 초점 위치에 라이트 포커싱 되는 조명부를 배치시키고, 상기 마스크의 패턴층이 상기 스페이서와 마주 보는 방향으로 상기 마스크를 정렬시킨 상태에서 CD(Critical Dimension)를 측정함으로써, 상기 마스크의 두께와 무관하게 상기 렌즈부 및 상기 조명부의 초점 위치에 상기 패턴층이 정확하게 매치될 수 있도록 하여, 라이트 포커싱 포지션 에러를 방지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 CD 측정은 50배 배율에서 측정한 결과와 100배 배율에서 측정한 결과의 평균 값으로 정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법은 렌즈부 및 조명부의 위치를 변경함으로써, 별도의 부가 장비가 없어도 용이하게 마스크 정렬이 렌즈부의 초점 위치에 되도록 하는 효과를 제공한다.
아울러, 상기와 같은 구조의 본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 장치는 오류 보정 스페이서와 같은 추가적인 장치가 필요 없고, 조명부 및 렌즈부의 초점 위치를 변경해야 할 이유도 없으므로, 설비 비용을 감소시킬 수 있고, CD 측정 공정을 신속하고 정확하게 할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 생산 효율을 증가시키면서도, CD 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 CD 측정 장치의 문제를 도시한 개략도.
도 2는 종래 기술에 따른 CD 측정 장치의 문제를 해결하기 위한 방법을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법 및 이를 수행하기 위한 측정 장치를 도시한 개략도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 CD 측정 방법을 나타낸 사진들.
이하에서는, 본 발명의 상술한 목적에 근거하여 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법 및 이를 수행하기 위한 측정 장치에 대하여 상세히 설명하는 것으로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 3은 본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법 및 이를 수행하기 위한 측정 장치를 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하여, 먼저 본 발명에 따른 CD 측정 장치에 대하여 간략히 설명하면, 하단 렌즈부(120) 및 상단 조명부(100)의 구조를 가지고, 그 중심부에 마스크 지지를 위한 스페이서(140)가 구비된다.
이하에서는 상기 장치를 이용하여 마스크의 CD를 측정하는 방법과 에러가 개선되는 방법에 대하여 더 상세히 설명하는 것으로 한다.
(a) ~ (c) 경우 각각 두께가 상이한 제 4 샘플 마스크(170a), 제 5 샘플 마스크(170b) 및 제 6 샘플 마스크(170c) 들이 구비된다. 이때, 형성되는 각 마스크의 표면에 크롬 패턴층(135a, 135b, 135c)이 구비되는데, 여기서 마스크에 형성된 패턴층을 크롬 패턴층으로 기재하였으나, 항상 이에 제한되는 것은 아니며, 위상 반전 패턴 등을 비롯하여 마스크 패턴을 형성하는 차광 또는 반차광 패턴 종류라면 제한 없이 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 CD 측정 에러 개선 방법은 상기와 같이 형성된 각 마스크의 CD(Critical Dimension)를 측정하는데 있어서, 각 마스크들의 지지를 위한 스페이서(140)를 렌즈부(120)의 초첨 위치와 조명부(100)의 초점 위치가 만나는 높이에 배치시키되, 스페이서(140)의 하부에 렌즈부(120)를 배치시키고, 스페이서(140)의 상부에 조명부(100)를 배치시키는 방법을 사용한다.
이와 같은 하단 렌즈부(120) 구조를 갖게 되는 경우 마스크를 스페이서에 정렬할 때 마스크의 크롬 패턴층은 항상 렌즈부(120)의 초점 위치에 맞추어 질 수 있다.
여기서, 도시되지는 않았으나 스페이서(140) 고정을 위한 마스크 로딩 플레이트는 렌즈부(120)의 초첨 위치와 조명부(100)의 초점 위치가 만나는 높이에 스페이서(140)의 상부면이 정확하게 일치할 수 있도록 하는 미세한 높이 조절 장치를 더 포함하여 구비될 수 있다.
아울러, 렌즈부(120)에 의해서 투영되는 플레이트의 부분에는 이미지를 보다 뚜렷하게 보이게 하기 위한 보조 렌즈 또는 필터들이 더 구비될 수 있다.
이와 같은 부가 장치들은 종래에는 구현이 어려웠다. 종래에는 마스크와 상단의 렌즈부 사이에 부양된 상태로 위치시켜야 했으므로 이미지 보정 수단을 구비시키기 위해서는 복잡한 프레임 장치 등이 더 필요했다.
반면에 본 발명에서는 스페이서(140) 고정을 위한 플레이트 부분에 이러한 이미지 보정 수단을 위치시킴으로써, CD 측정 장치의 구조를 더 간략하게 제작할 수 있게 되었다.
이상에서 설명한 바와 같이 스페이서(140)의 위치가 고정이 되면, 도시된 바와 같이 스페이서(140)와 마주 보는 방향으로 제 4 내지 도 6 샘플 마스크들(170a, 170b, 170c)가 정렬된다. 이때, 정확한 CD 측정을 위해서는 당연히 크롬 패턴층(135a, 135b, 135c)이 렌즈부(120)를 향하도록 정렬이 되어야 한다. 만약에 렌즈부(120)와 반대되는 방향에 크롬 패턴층(135a, 135b, 135c)이 위치하게 되는 경우 각 샘플 마스크들의 쿼츠층(130a, 130b, 130c) 두께에 따라서 측정 결과가 상이하게 나타날 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 마스크의 정렬은 크롬 패턴층(135a, 135b, 135c)이 렌즈부(120)를 향하도록 한 정렬 상태를 정의하는 것으로 한다.
이와 같이 각 샘플 마스크들(170a, 170b, 170c)이 본 발명에 따른 CD 측정장치의 스페이서(140)에 정렬되는 경우, 각 마스크의 두께와 무관하게 렌즈부(120) 및 상기 조명부(100)의 초점 위치에 크롬 패턴층(135a, 135b, 135c)이 동일하게 매치되므로, 라이트 포커싱 포지션 에러가 발생되지 않고, 정확한 CD 측정이 가능해 진다.
상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 CD 측정 장치를 이용하면 용이하게 CD 측정 에러를 감소시킬 수 있으며, 그 구체적인 실험 결과는 다음과 같다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 CD 측정 방법을 나타낸 사진들이다.
실험에 사용된 마스크는 상기 제 5 샘플 마스크(170b)와 같은 6T(6mm) 두께의 샘플 마스크를 사용하였으며, 크롬 패턴층 중 2 지점을 선정하여 CD를 측정하였다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 CD 측정 장치를 이용하되 렌즈부의 배율을 100배로 하여 촬영한 사진이다.
아울러, 상기 실시예에 대한 비교예로서는 도 2에서 (b)의 경우와 같이 높이 보정 스페이서(60)를 사용하되, 스페이서의 높이는 4.2mm 인 것을 사용하였다.
또한, CD 측정의 신뢰성을 높이기 위하여 도 4 및 도 5에 나타난 포인트에 대하여 50배의 배율로 1회씩 더 측정하였다.
하기 표 1은 도 4에 나타나는 부분을 본 발명의 실시예1에 따른 CD 측정 장치 및 오류 보정 방법을 이용하여 측정한 결과이고, 표 2는 종래 기술에 따른 높이 보정 스페이서를 사용한 비교예1의 측정 결과를 나타내었다. 그리고, 종래의 방법에 따른 경우 높이 보정 스페이서를 사용하지 않은 경우(6T)와 사용한 경우(10.2T)로 구분하여 그 결과 값을 나타내었다.
이때, 본 발명에 따른 실시예1에서는 높이 보정 스페이서가 필요가 없으므로, 실험에 사용된 6T 두께의 마스크와 동일한 패턴을 10.2T 두께가 되는 쿼츠층에 형성하여 실험을 진행하였다.
실시예1
6T 10.2T 오차(Diff.)
100X 7.052 7.051 0.001
50X 7.054 7.052 0.002
오차(Diff.) -0.002 -0.001 -0.001
비교예1
6T 10.2T 오차(Diff.)
100X 7.109 7.081 0.028
50X 7.176 7.100 0.076
오차(Diff.) -0.067 -0.019 -0.048
다음으로, 도 5의 나타나는 부분도 상술한 방법과 동일한 방식을 이용하여 실시예2 및 비교예2의 실험을 진행하였으며, 각 측정 결과값을 표 3 및 표 4에 나타내었다.
실시예2
6T 10.2T 오차(Diff.)
100X 13.502 13.501 0.001
50X 13.504 13.502 0.002
오차(Diff.) -0.002 -0.001 -0.001
비교예2
6T 10.2T 오차(Diff.)
100X 13.859 13.851 0.008
50X 13.917 13.859 0.058
오차(Diff.) -0.058 -0.008 -0.050
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CD 측정 장치를 이용한 실시예1 및 실시예2의 경우에는 오차 범위가 -0.001 로 나타나는데 반하여, 종래에 의한 방법은 오차 범위가 -0.048 ~ -0.050로 비교적 큰 수치로 나타나고 있음을 알 수 있다.
이와 같은 오차는 상기 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 마스크가 렌즈부 및 상기 조명부의 초점 위치에 정확하게 정렬되지 못해서 발생하는 라이트 포커싱 포지션 에러에 의한 것이며, 높이 보정 스페이서를 사용한 각 10.2T의 경우에도 에러가 쉽게 해결되지 않는 것을 볼 수 있다.
반면에 본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법의 경우 마스크의 두께와 무관하게 항상 일정한 측정결과를 얻을 수 있었으며, 라이트 포커싱 포지션 에러에 의한 영향을 거의 받지 않는 것을 알 수 있었다.
따라서, 마스크의 두께에는 제한이 없으나, 일반 반도체 공정등에 사용되는 마스크 두께를 고려할 때, 본 발명에 따른 CD 측정장치는 5 ~ 20mm 의 두께를 가지는 마스크를 측정 대상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 렌즈부는 50 ~ 100배의 CD 측정 배율을 가지는 것을 사용하여 다양한 비교로 정확성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명에 따른 CD 측정 장치는 상기와 같은 정확한 이미지 및 CD 측정 결과를 스페이서 높이나 조명부의 위치에서 용이하게 관측할 수 있도록 하는 디스플레이부를 더 포함하여 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법은 렌즈부 및 조명부의 위치를 변경함으로써, 별도의 부가 장비가 없어도 용이하게 마스크 정렬이 렌즈부의 초점 위치에 되도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 마스크의 CD 측정 장치는 오류 보정 스페이서와 같은 추가적인 장치가 필요 없고, 조명부 및 렌즈부의 초점 위치를 변경해야 할 이유도 없으므로, 설비 비용을 감소시킬 수 있고, 대량의 CD 측정 공정을 신속하고 정확하게 수행할 수 있도록 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 100 : 조명부
20, 120 : 렌즈부
30a : 제 1 오류 샘플 마스크의 쿼츠층
30b : 제 2 오류 샘플 마스크의 쿼츠층
30c : 제 3 샘플 마스크의 쿼츠층
35a, 35b, 35c, 135a, 135b, 135c : 크롬 패턴층
40, 140 : 스페이서
50 : 제 1 오류 샘플 마스크 높이 보정 스페이서
60 : 제 2 오류 샘플 마스크 높이 보정 스페이서
130a : 제 4 샘플 마스크의 쿼츠층
130b : 제 5 샘플 마스크의 쿼츠층
130c : 제 6 샘플 마스크의 쿼츠층
70a : 제 1 오류 샘플 마스크
70b : 제 2 오류 샘플 마스크
70c : 제 3 샘플 마스크
170a : 제 4 샘플 마스크
170b : 제 5 샘플 마스크
170c : 제 6 샘플 마스크

Claims (7)

  1. 초점 위치가 상부를 향하도록 배치되는 렌즈부;
    상기 렌즈부의 상부에 이격 배치되며, 상기 렌즈부의 초점 위치에 마스크의 패턴층이 위치하도록 배치된 마스크 지지용 스페이서; 및
    상기 스페이서의 상부에 이격 배치되며, 상기 렌즈부의 초점 위치에 라이트 포커싱되는 조명부를 포함하되,
    상기 마스크의 패턴층은 상기 스페이서와 마주보는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 마스크의 CD 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크의 두께는 5 ~ 20mm 인 것을 특징으로 하는 마스크의 CD 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 50 ~ 100배의 CD 측정 배율을 가지는 것을 특징으로 하는 마스크의 CD 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 하부에서 측정된 이미지 및 측정 결과를 나타낼 수 있는 디스플레이부와 연결되는 것을 특징으로 하는 마스크의 CD 측정 장치.
  6. 마스크 지지를 위한 스페이서를 렌즈부의 초첨 위치에 배치시키되, 상기 스페이서의 하부에 상기 렌즈부를 배치시키고, 상기 스페이서의 상부에 상기 렌즈부의 초점 위치에 라이트 포커싱 되는 조명부를 배치시키고,
    상기 마스크의 패턴층이 상기 스페이서와 마주 보는 방향으로 상기 마스크를 정렬시킨 상태에서 CD(Critical Dimension)를 측정함으로써, 상기 마스크의 두께와 무관하게 상기 렌즈부 및 상기 조명부의 초점 위치에 상기 패턴층이 정확하게 매치될 수 있도록 하여, 라이트 포커싱 포지션 에러를 방지하는 것을 특징으로 하는 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 CD 측정은 50배 배율에서 측정한 결과와 100배 배율에서 측정한 결과의 평균 값으로 정하는 것을 특징으로 하는 마스크의 CD 측정 에러 개선 방법.
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