KR101834684B1 - 결맞음 회절 영상화 방법을 이용하고, 마이크로 핀홀 애퍼처 시스템을 이용하는, 반사 모드 영상화 시스템 - Google Patents

결맞음 회절 영상화 방법을 이용하고, 마이크로 핀홀 애퍼처 시스템을 이용하는, 반사 모드 영상화 시스템 Download PDF

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Abstract

반사성 샘플, 특히, 패턴화된 블랭크 DUV, EUV 마스크를 영상화하기 위한 장치 및 방법은, 광학 시스템을 만드는 단계; 마스크를 노광하여 단색성 화상을 포함한 공중 화상을 얻는 단계; 및 주사 결맞음성 회절법을 이용하여 마이크로 핀홀 시스템에 따라 공중 화상과 연관된 광학 시스템의 광학 파라미터를 개발하는 단계를 포함한다. 상기 장치는 a) 광 빔(22)을 방출하기 위해 비교적 낮은 시간적 또는 공간적 결맞음성을 가질 수 있는, EUV 공급원, DUV 공급원, BEUV 공급원 또는 X선 공급원과 같은 광원(10); b) 방출된 빔을 필요한 정도로 집속하기 위한, 프레넬 판 또는 도넛형 미러와 같은 제1 집속 요소(12); c) 집속된 빔을 분석하고자 하는 샘플(6)을 향해 반사하는 미러(16)로서, 빔은 샘플(6)의 표면의 법선 벡터에 대하여 샘플(6)을 향해 2°내지 25°의 각도로, 바람직하게는 약 6°의 각도로 입사되는, 미러(16); d) 그 제1 애퍼처(a1)가 빔 직경을 필요한 정도로 집속 및 차단할 수 있도록 함으로써, 광원(10)으로부터 초기에 방출된 광 빔(22)과 비교하여 더 단색성이 되도록 빔을 형성하는, 핀홀 애퍼처 판(18); e) 예컨대, 전술한 바람직한 예를 참조하여, 6°와 같은 입사광과 동일한 각도로, 샘플(6)의 상류에 배치된 핀홀 애퍼처 판(18)의 제1 애퍼처(a1)를 통과한 광 빔을 반사하는 샘플(6)을 분석할 수 있도록 하기 위해, 샘플 표면의 법선 벡터에 대해 수직한 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 샘플(6)을 변위시키는 기구(17); f) 상기 핀홀 애퍼처 판(18)은 투명창으로서의 제2 애퍼처(a2)를 갖고, 그 제2 애퍼처는 제1 애퍼처(a1)에 인접하여 배치되어 샘플(6)에 의해 반사된 빔의 직경을 제한함으로써 광 빔의 직경을 조정하는, 상기 핀홀 애퍼처 판(18); 및 g) 제2 애퍼처(a2)를 통과한 반사 빔을 분석하기 위한 화소 검출기(20)를 포함한다.

Description

결맞음 회절 영상화 방법을 이용하고, 마이크로 핀홀 애퍼처 시스템을 이용하는, 반사 모드 영상화 시스템{AN IMAGING SYSTEM IN REFLECTION MODE USING COHERENT DIFFRACTION IMAGING METHODS AND USING MICRO-PINHOLE AND APERTURE SYSTEM}
본 발명은 주사 결맞음 회절 영상화 방법을 이용하고, 마이크로 핀홀 애퍼처 시스템을 이용하는, 반사 모드 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 산업에서 EUV 범위의 구조를 인쇄하는데 사용되는 마스크의 마스크 패턴에서 결함을 검출하기 위해 EUV 범위의 반도체 제조사를 지원하는 유효 범위를 갖는다.
반도체 칩의 제조에 마스크를 사용하기에 앞서 이 반도체 마스크 상의 결함을 검출하기 위한 공지된 현재의 방법은 여전히 매우 고가이며 처리량이 다소 낮다.
따라서, 본 발명의 목적은 상당히 간단하고 마스크 검사의 처리량이 우수한, EUV 범위의 반도체 칩 제조에 사용되는 마스크의 결함을 검출하기 위한 시스템(장치) 및 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 본 발명에 따라, 샘플, 즉, DUV, EUV, BEUV 및 X-선 리소그래피를 위한 포토 마스크를 포함하여, 광을 반사하거나 브래그 회절시키는 평면 물체의 공중 화상을 측정하기 위해 주사 결맞음 회절 영상화 시스템을 이용하는 반사 모드 장치에 의해 달성되며, 상기 장치는,
a) 광 빔을 방출하기 위해 비교적 낮은 시간적 또는 공간적 결맞음성을 가질 수 있는, EUV 공급원, DUV 공급원, BEUV 공급원 또는 X선 공급원과 같은 광원;
b) 방출된 빔을 필요한 정도로 집속하기 위한, 프레넬 판 또는 도넛형 미러와 같은 제1 집속 요소;
c) 집속된 빔을 분석하고자 하는 샘플을 향해 반사하는 미러로서, 빔은 샘플의 표면의 법선 벡터에 대하여 샘플을 향해 2°내지 25°의 각도로, 바람직하게는 약 6°의 각도로 입사되는, 미러;
d) 그 제1 애퍼처가 빔 직경을 필요한 정도로 집속 및 차단할 수 있도록 함으로써, 광원으로부터 초기에 방출된 빔과 비교하여 더 단색성이 되도록 빔을 형성하는, 핀홀 애퍼처 판;
e) 예컨대, 전술한 바람직한 예를 참조하여, 6°와 같은 입사광과 동일한 각도로, 샘플의 상류에 배치된 핀홀 애퍼처 판의 제1 애퍼처를 통과한 광 빔을 반사하는 샘플을 분석할 수 있도록 하기 위해, 샘플 표면의 법선 벡터에 대해 수직한 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 샘플을 변위시키는 기구;
f) 상기 핀홀 애퍼처 판은 제2 애퍼처를 갖고, 그 제2 애퍼처는 제1 애퍼처에 인접하여 배치되어 샘플에 의해 반사된 빔의 직경을 제한함으로써 광 빔의 직경을 조정하는, 상기 핀홀 애퍼처 판; 및
g) 제2 애퍼처를 통과한 반사 빔을 분석하기 위한 화소 검출기를 포함한다.
이 구조는 주사 결맞음성 회절법을 이용하여 샘플(마스크) 상의 패턴의 정확성을 분석할 수 있다. 즉, 샘플의 표면의 법선 벡터에 대하여 수직한 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 샘플(마스크)을 변위시킴으로써, 검출된 화상의 차분 경로를 분석할 수 있으며, 이에 따라, 실제 패턴의 패턴과 비교하여 원하는 패턴의 편차를 검출한다. 실제 패턴이 그 패턴 내에 결함을 포함할 때마다, 반사 빔의 차분 화상은 예상된 거동으로부터 벗어날 것이다. 따라서, 이러한 편차는 샘플(마스크)의 패턴 내의 결함으로 인해 발생된 "화상 오류"를 반영한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 장치는, 바람직하게, 반사 모드에서의 빔의 3차원 단층 화상 관련 투과 효과를 포함하여, 샘플의 공중 화상을 재구성하도록 구성된 컴퓨팅 유닛을 추가로 포함한다.
광 빔의 결맞음성을 향상시키기 위해, 장치는 박막 리소그래피 기술을 이용하여 결맞음성 광을 제공하는 합성 투명 대역 판, 반사 다층 미러, 핀홀 애퍼처 판 및 그 애퍼처를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 장치가 광학 시스템, 차수 분류 애퍼처 및 핀홀 애퍼처 판의 조합으로 단색 결맞음성 빔을 조절할 수 있으며, 제1 애퍼처와 투명창으로서의 제2 애퍼처가 나노미터 두께의 막으로 제조되는 경우, 결맞음성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 제2 애퍼처(투명창)는 1차 회절 빔을 화소 검출기로 전달하도록 구성된다.
반사 다층 미러가 핀홀 애퍼처 판의 상류 또는 하류에 배치된 복합 평면 미러 또는 곡면 미러일 때, 다른 바람직한 실시예가 달성될 수 있다.
광 빔의 결맞음성을 향상시키기 위한 다른 방안은, 집속 요소, 투명창 및 핀홀 애퍼처 판의 조합으로 광 빔의 배율과 결맞음성 요소를 모두 제어하는 장치를 제공한다.
제로 차수 광 빔은 샘플에 의해 반사된 광 빔의 평가 품질을 교란시키는 영향을 미칠 수 있으며, 마이크로 핀홀 판의 제2 애퍼처는 반사 빔의 제로 차수를 미리 정해진 정도로 감쇠시키기 위해 감쇠 요소를 포함한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 샘플의 패턴에서 결함을 검출하기 위해 샘플에 의해 반사되고 있는 빔을 분석하기 위한 장치의 광학 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치의 광학 구조에서 사용되는 바와 같은 핀홀 애퍼처 판을 보다 상세하게 도시한 개략도이다.
도 3은 광학 구조의 입사 빔과 반사 빔의 경로를 보다 상세하게 도시한 개략도이다.
도 4는 입사 빔과 반사 빔의 경로를 보다 상세하게 도시한 개략도이며, 반사 빔을 위한 핀홀 애퍼처 판의 애퍼처는 반사 빔의 제로 차수를 감쇠시키기 위한 감쇠 요소를 포함한다.
도 1은 샘플(6)의 패턴(8)에서 결함을 검출하기 위해 샘플(6)에 의해 반사되고 있는 광 빔(4)을 분석하기 위한 장치(2)의 광학 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 장치(2)는,
a) EUV 공급원, BUV 공급원, BEUV 공급원 또는 X선 공급원과 같은 광원(10);
b) 격자가 위에 형성되거나 형성되지 않은 도넛형 미러 또는 프레넬 대역 판과 같은 회절성 집속 요소(12);
c) 차수 분류 애퍼처(14)(선택적 요소);
d) (평면 또는 곡면) 반사 미러(16);
e) 예컨대, 분석하고자 하는 패턴을 가진 마스크일 수 있는 샘플(6)로서, 샘플(6)의 표면의 법선 벡터에 대해 수직한 방향으로 샘플을 단계적으로 또는 연속적으로 이동시킬 수 있는 기구(17)에 의해 지지되는 샘플(6);
f) 핀홀 애퍼처 유닛(18); 및
g) 화소 검출기(20)를 포함한다.
도 2는 직경(d1)을 가진 제1 애퍼처(a1)와 직경(d2)을 가진 제2 애퍼처(a2)를 포함하는 투명 기판 또는 박막 상의 핀홀 애퍼처 유닛(18)을 보다 상세하게 도시하고 있다.
본 발명은 분석하고자 하는 샘플(6)의 공중 화상을 측정하기 위한 도 1에 도시된 바와 같은 장치(2)를 포함하며, 샘플은, 예컨대, 광을 반사하거나 브래그 회절시키는 표면 패턴(8)을 포함하는 마스크와 같은 평면 물체이다. 이 구조에서 전형적인 샘플은 DUV, EUV, BEUV 및 X-선 리소그래피를 위한 포토 마스크이다. 장치(2)는 도 2에 상세하게 도시된 바와 같은 핀홀 애퍼처 판(18)을 사용한다.
마스크 패턴을 영상화하여 마스크 패턴의 결함을 분석하기 위한 장치(2) 및 방법은 화살표로 표시된 바와 같은 방향으로 기구(17)로 샘플(6)을 이동시킴으로써 샘플(6)을 주사하는 단계와, 샘플(6)의 패턴(8)에 의해 반사된 화상을 분석하는 단계를 포함한다. 광원(10), 예컨대, EUV 공급원은 샘플(6) 상의 주사 위치에서 다른 각도로는 적어도 부분적으로 결맞음되는 집속 빔인 광 빔(22)을 발생시킨다. 입사 빔은, 본 구체예에서, 샘플(6)의 표면의 법선 벡터에 대하여 약 6°이하의 각도로 입사된다. 이에 따라, 반사 빔도 역시 약 6°이하의 각도로 샘플(6)로부터 출사된다. 따라서, 입사 빔과 반사 빔 사이의 각도는 약 12°이다. 일반적으로, 입사 빔의 각도는 6°에 한정되지 않는다. 각도는, 오히려, 구조 및/또는 선택된 파장에 의존한다. 따라서, 다른 실시예에서, 각도는 5°또는 8°또는 15°일 수 있다. 일반적으로, 2°내지 35°범위의 각도가 상황에 따라 합리적인 것으로 보인다.
도 1에 도시된 바와 같은 장치는, 화소 검출기(20)와 연관됨과 아울러, 반사 모드에서의 빔의 3차원 단층 화상 관련 투과 효과를 포함하여, 샘플의 공중 화상을 재구성하도록 구성된 컴퓨팅 유닛(24)을 추가로 포함한다.
장치(2)는 광 빔(22)을 노광하기 위한 광원(10)을 포함한다. 광에 의한 샘플(마스크)의 노광은 샘플의 공중 화상을 얻기 위해 실시되며, 광학 시스템은 조정 가능한 입사 빔 특성을 이용하여 반사된 샘플을 주사하기에 적절한 (시간적 및 공간적) 결맞음성을 만든다. 이 적절한 결맞음성은, 특히, 광원(10)에 의해 발생된 초기 빔(22)에 비해 더 단색성인 빔을 그 제1 애퍼처(a1)로 형성하는 핀홀 애퍼처 판(18)에 의해 상당한 정도로 형성된다. 따라서, 직경(d1)을 가진 제1 애퍼처(a1)와 직경(d2)을 가진 제2 애퍼처(a2)는 샘플(6)(마스크)의 패턴(8)의 주사가 화학선 조건 하에서 실시되도록 보장한다.
바람직하게, 장치(2)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레넬 대역 판 또는 도넛형 미러와 같은 집속 투명 대역 판(12), 반사 다층 미러(16), 마이크로 핀홀 애퍼처 판(18)을 포함하며; 모든 구성 요소들은 샘플(6)의 표면에 결맞음성 광 빔(26)을 제공하기 위해 박막 리소그래피 기술을 이용하고 있다.
바람직하게, 장치(2)는, 광학 시스템을 적절하게 조합하여, 필요한 상황 하에서 핀홀(제1 애퍼처(a1))과 투명창(제2 애퍼처(d2))을 포함하는 마이크로 핀홀 판(18) 및 차수 분류 애퍼처를 선택함으로써, 단색 결맞음성 빔(26)을 제공하도록 조절될 수 있다. 예컨대, 마스크 상의 스팟에 조사되는 입사광 빔(26)의 직경은 약 1 내지 10㎛이며, 마스크와 핀홀 판 사이의 거리는 0.1 내지 10㎜의 범위일 수 있다. 차수 분류 애퍼처와 마이크로 핀홀 판은 모두 나노미터 두께의 막으로 제조될 수 있다.
부가적으로, 투명창(제2 애퍼처(a2))은 1차 회절 빔을 화소 검출기(20)로 전달할 수 있도록 구성될 수 있으며, 마이크로 핀홀 판(18)은 입사 빔과 반사 빔의 결맞음성과 투과성을 모두 보장한다.
선택적으로, 반사 다층 미러(16)는 평면 미러 또는 곡면 미러로 구성된다. 미러 자체가 핀홀 애퍼처 판(18)의 (도 1에 도시된 바와 같이) 상류 또는 하류에 배치될 수 있다.
또한, 마이크로 핀홀 판(18)은, 집속 구성 요소, 차수 분류 애퍼처 및 여기서는 제1 애퍼처(a1)인 핀홀과 함께 장치의 이 광학 부품의 조합에 따라, 광 빔(26)의 결맞음성과 배율을 모두 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4는 핀홀 애퍼처 판(18)에 대한 입사 빔과 반사 빔의 경로를 보다 상세하게 도시하고 있다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 애퍼처(a1)는 핀홀 판(18)에서 하향하여 샘플(6)의 표면 구조(패턴(8))에 의해 반사되는 광 빔의 직경을 제한한다. 이러한 공간적 제한에 의해, (결과적으로, 어느 정도는 광대역 공급원일 수 있는) 광원(10)에 의해 방출되는 초기 빔(22)의 비교적 큰 파장 분포로 인해 각각 회절됨으로써 다른 배향을 갖게 된 빔의 성분들을 제1 애퍼처(a1)가 차단하기 때문에, 샘플(6)에 의해 반사될 입사 빔(26)의 시간적 결맞음성이 상당히 증대된다. 그리고, 제2 애퍼처의 폭은 화소 검출기(20)의 감광 영역의 크기와 일치하지 않는 반사 빔의 부분를 차단하도록 선택될 수 있다.
도 4는 입사 빔과 반사 빔의 경로를 보다 상세하게 도시한 개략도이며, 반사 빔을 위해 제공된 핀홀 애퍼처 판(e)의 제2 애퍼처(a2)는 반사 빔의 제로 차수를 감쇠시키기 위한 감쇠 요소(28)를 포함한다. 이러한 감쇠는 반사 빔의 1차 이상의 차수의 검출을 위해 화소 검출기(20)를 더 민감하게 만드는데 도움이 된다. 이는 감쇠되지 않은 파면과 비교하여 검출기(20)의 표면 상에 더 작은 파면(30)으로 도시되어 있다.

Claims (8)

  1. 샘플(6)의 공중 화상을 측정하기 위해 주사 결맞음 회절 영상화 시스템을 이용하는 반사 모드 장치(2)로서,
    상기 장치(2)는,
    a) 광 빔(22)을 방출하기 위해 낮은 시간적 또는 공간적 결맞음성을 가질 수 있는, 광원(10);
    b) 방출된 빔을 집속하기 위한, 제1 집속 요소(12);
    c) 집속된 빔을 분석하고자 하는 샘플(6)을 향해 반사하는 미러(16)로서, 빔은 샘플(6)의 표면의 법선 벡터에 대하여 샘플(6)을 향해 2°내지 25°의 각도로 입사되는, 미러(16);
    d) 제1 애퍼처(a1)가 빔 직경을 집속 및 차단할 수 있도록 함으로써, 광원(10)으로부터 초기에 방출된 광 빔(22)과 비교하여 더 단색성이 되도록 빔을 형성하는, 핀홀 애퍼처 판(18);
    e) 입사광과 동일한 각도로, 샘플(6)의 상류에 배치된 핀홀 애퍼처 판(18)의 제1 애퍼처(a1)를 통과한 광 빔을 반사하는 샘플(6)을 분석할 수 있도록 하기 위해, 샘플 표면의 법선 벡터에 대해 수직한 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 샘플(6)을 변위시키는 기구(17)를 포함하고,
    f) 상기 핀홀 애퍼처 판(18)은 투명창으로서의 제2 애퍼처(a2)를 갖고, 제2 애퍼처는 제1 애퍼처(a1)에 인접하여 배치되어 샘플(6)에 의해 반사된 빔의 직경을 제한함으로써 광 빔의 직경을 조정하며,
    g) 상기 장치는 제2 애퍼처(a2)를 통과한 반사 빔을 분석하기 위한 화소 검출기(20)를 더 포함하는, 장치(2).
  2. 제1항에 있어서,
    샘플(6)의 공중 화상을 재구성하도록 구성된 컴퓨팅 유닛(24)을 추가로 포함하는, 장치(2).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 박막 리소그래피 기술을 이용하여 결맞음성 광을 제공하는 합성 투명 대역 판, 반사 다층 미러, 핀홀 애퍼처 판 및 그 애퍼처를 추가로 포함하는, 장치(2).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광학 시스템, 차수 분류 애퍼처 및 핀홀 애퍼처 판의 조합으로 단색 결맞음성 빔을 추가로 조절하며, 제1 애퍼처(a1)와 투명창으로서의 제2 애퍼처(a2)는 나노미터 두께의 막으로 제조되는, 장치(2).
  5. 제4항에 있어서, 투명창(a2)은 1차 회절 빔을 화소 검출기(20)로 전달하도록 구성된, 장치(2).
  6. 제3항에 있어서, 반사 다층 미러(16)는 핀홀 애퍼처 판(18)의 상류 또는 하류에 배치된 복합 평면 미러 또는 곡면 미러인, 장치(2).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 집속 요소(12), 투명창(a2) 및 핀홀 애퍼처 판(18)의 조합으로 광 빔의 배율과 결맞음성 요소를 모두 제어하도록 추가로 구성된, 장치(2).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로 핀홀 판(18)의 제2 애퍼처(a2)는 반사 빔의 제로 차수를 미리 정해진 정도로 감쇠시키기 위해 감쇠 요소(28)를 포함하는, 장치(2).
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