KR102207666B1

KR102207666B1 - 스캐닝 타입 euv 마스크의 패턴 이미지 측정장치

Info

Publication number: KR102207666B1
Application number: KR1020190044228A
Authority: KR
Inventors: 이동근
Original assignee: 주식회사 이솔
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2021-01-26
Also published as: KR20200121545A

Abstract

본 발명은 EUV 마스크 측정장치에 관한 것으로, 고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시키기 위한 평면미러와 구면미러를 포함하는 고출력 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출력된 광으로부터 Coherent EUV 광원 생선을 위한 가스셀을 포함한 Coherent EUV 광원 생성부, 상기 EUV 생성 광에서 고출력 레이저 빔을 제거하기 위한 핀홀과 그라핀필터와 Zr 필터, 상부에 반사형 EUV(extreme ultra-violet) 마스크가 위치되고, 상기 반사형 EUV 마스크를 X축 혹은 y축의 방향으로 이동시키는 이동부, 간섭 EUV 광을 존플레이트 렌즈에 집속시켜 광효을 개선시키는 X-ray 구면미러, 상기 이동부와 상기 X-ray 구면미러의 사이에 위치하고, 반사된 상기 간섭 EUV 광을 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 집속시키는 존플레이트(Zoneplate Lens) 렌즈, 상기 존플레이트 렌즈와 X-ray 구면미러 사이에 위치하고, X-ray 구면미러에 의해 집속되는 빔을 상기 존플레이트 렌즈로 유도하기 위해 반사시키는 X-ray 평면미러, 상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 1차 회절광만 투과시키는 오더쇼팅 어퍼쳐(Order sorting aperture ; OSA) 및 상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 투과된 1차 회절광이 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 의하여 반사되는 경우 반사된 상기 간섭 EUV 광의 에너지를 감지하는 검출부를 포함하여 구성된다.

Description

스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치{Scanning Type EUV mask pattern image measuring device}

본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 사용되는 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자 제조 공정 중에 EUV 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성에 사용되는 EUV 마스크 스캐닝 현미경 장치에 관한 것이다.

최근 파장 13.5nm의 EUV 광을 사용하는 반도체 소자 제작용 EUV 노광기가 반도체 제조 공정에 본격 도입되고 있다. EUV 노광기는 기존 193nm 파장의 ArF 노광기 대비 짧은 파장 사용으로 소자의 미세화에 유리한 노광기이다.

기존 대비 짧은 파장을 사용하는 EUV 노광기는 미세 패턴 형성을 위해서 원판 마스크로 EUV 마스크를 사용한다. EUV 마스크는 기존 ArF 노광기와 다른 구조를 가지고 있다. 그 중 가장 큰 차이는 투과구조에서 반사 구조로 변경되었고, 뿐만 아니라 13.5nm 파장의 EUV 광에 최적화된 반사도를 가진고 있다.

EUV 마스크의 제조 공정 중 마스크 원판 패턴의 결함 검사 및 결함 수정 공정은 웨이퍼 수율에 직접적으로 영향을 주는 주요한 공정이다. 원판 마스크의 결함은 모두 웨이퍼에 반복적으로 전사되기 때문이다. 마스크 검사를 통해 검출된 결함 패턴은 수정 공정으로 수정이 되는데 수정 성공 여부는 웨이퍼 노광기로 직접 웨이퍼에 노광 후 SEM 리뷰를 통해 수정 성공 여부를 확인하는 방법을 적용할 수 있으나, 비용과 검증 기간이 많이 소요되므로 현 마스크 제조 공정에서는 웨이퍼 노광기 광학계를 묘사할 수 있는 현미경 구조의 마스크 공간 영상(aerial image) 측정장치를 활용하여 패턴이 웨이퍼에 미치는 영향을 미리 저비용으로 검증하는데 적용하고 있다.

따라서, 이러한 기존의 산업현장의 애로사항을 해소하기 위하여 마스크 제조공정에서 비용과 시간을 줄이고 복잡한 조명 광학계 없이 동일 공간 영상 측정과 단 한번 측정으로 다양한 조명계 조건에 대한 공간 영상을 재구성 할 수 있는 마스크 측정장치가 필요한 실정이다.

KR 10-1811306호 KR 10-0875569호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 고성능 EUV 마스크용 공간 영상 측정장치를 제공하는 것에 목적이 있다.

또한, 본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, EUV 마스크용 공간 영상 측정장치에 고성능 EUV 광학계 구조 기술을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 스캐닝 현미경 구조에서 광검출부에 센스 어레이 기술을 적용하여 노광기의 사입사 조명계(s)를 완벽하게 묘사(emulation)할 수 있는 EUV 마스크용 공간 영상 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시키기 위한 평면미러와 구면미러를 포함하는 고출력 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출력된 광으로부터 Coherent EUV 광원 생선을 위한 가스셀을 포함한 Coherent EUV 광원 생성부, 상기 EUV 생성 광에서 고출력 레이저 빔을 제거하기 위한 핀홀과 그라핀필터와 Zr 필터, 상부에 반사형 EUV(extreme ultra-violet) 마스크가 위치되고, 상기 반사형 EUV 마스크를 X축 혹은 y축의 방향으로 이동시키는 이동부, 간섭 EUV 광을 존플레이트 렌즈에 집속시켜 광효을 개선시키는 X-ray 구면미러, 상기 이동부와 상기 X-ray 구면미러의 사이에 위치하고, 반사된 상기 간섭 EUV 광을 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 집속시키는 존플레이트(Zoneplate Lens) 렌즈, 상기 존플레이트 렌즈와 X-ray 구면미러 사이에 위치하고, X-ray 구면미러에 의해 집속되는 빔을 상기 존플레이트 렌즈로 유도하기 위해 반사시키는 X-ray 평면미러, 상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 1차 회절광만 투과시키는 오더쇼팅 어퍼쳐(Order sorting aperture ; OSA) 및 상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 투과된 1차 회절광이 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 의하여 반사되는 경우 반사된 상기 간섭 EUV 광의 간섭 EUV 광을 존플레이트 렌즈에 집속시켜 광효을 개선시키는 X-ray 구면미러, 상기 이동부와 상기 X-ray 구면미러의 사이에 위치하고, 반사된 상기 간섭 EUV 광을 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 집속시키는 존플레이트(Zoneplate Lens) 렌즈; 상기 존플레이트 렌즈와 X-ray 구면미러 사이에 위치하고, X-ray 구면미러에 의해 집속되는 빔을 상기 존플레이트 렌즈로 유도하기 위해 반사시키는 X-ray 평면미러; 상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 1차 회절광만 투과시키는 오더쇼팅 어퍼쳐(Order sorting aperture ; OSA); 및 상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 투과된 1차 회절광이 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 의하여 반사되는 경우 반사된 상기 간섭 EUV 광의 각도별 에너지 분포를 감지하는 센스 어레이로 구성된 검출부;를 포함하여 구성되는 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치.를 포함하여 구성된다.

또한, 펨토초 레이저 빔과 X-ray 광중에 X-ray 광만을 걸러내기 위해서 핀홀과 그라핀필터와 Zr 필터를 두 광학계 사이에 동시 적용한다.

또한, 상기 핀홀은, 펨토초 레이저와 X-ray 광의 발산각 차이를 이용한 필터이며, 지르코늄(Zr) 필터는 레이저 광과 X-ray 광과의 선택비가 높은 이점을 이용하는 것이고, 그라핀 필터는 높은 열적 내구성을 이점을 이용하여 이후 필터의 열손상을 줄이는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 존플레이트 렌즈와 오더쇼팅 어퍼쳐와 반사형 EUV 마스크는, 모두 서로 수평 구조로 배치되며, 상기 오더쇼팅 어퍼쳐는 핀홀로서 상기 존플에이트 렌즈와 EUV 마스크 사이에 위치하면서 상기 존플레이트 렌즈를 통해 EUV 마스크에 집속하는 광중 1차회절광만 투과시킨다.

이때 필요에 따라 상기 오더쇼팅 어퍼쳐는 EUV 마스크와 검출부 사이에는 오더쇼팅 어퍼쳐가 구비되거나 그렇지 않을 수도 있다.

상기 오더쇼팅 어퍼쳐와 반사형 EUV 마스크와의 거리가 상기 존플레이트 렌즈와 반사형 EUV 마스크와의 거리의 1/8 이하로 집속 성분외 노이즈 성분을 4% 미만으로 줄일 수 있도록 구성된다.

또한, X-ray 광을 마스크의 패턴 영역에 집속시키는 상기 존플레이트 렌즈는 몰리브덴층(Mo) 및 실리콘층(Si)의 교번하여 적층된 구조로 가지며, 상기 존플레이트 렌즈를 구성하는 회절격자 구조가 타원형(elliptic)으로 입사 빔 방향으로 기울이지 않고 수평 배치로 입사 방향으로 집속 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구면미러를 기준으로 우측에서 좌측으로 집속되는 구조를 가지며, X-ray 출력광은 X-ray 구면미러를 기준으로 좌측에서 우측으로 집속되는 구조를 가진다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 공간 영상 측정장치는, 종래 공간 영상 측정장치에 비하여 광의 수차품질 및 광학계 효율을 개선시킴으로써 공간 영상 측정장치의 성능을 개선시킬 수 있고, 어레이 검출 방식을 적용해 노광기의 조명계 묘사(emulation)를 위한 복잡한 조명 광학계 없이도 기술적으로 동일 공간 영상 측정이 가능함과 동시에 단 한번 측정으로 다양한 조명계 조건에 대한 공간 영상을 재구성 할 수 있도록 한다.

따라서, EUV 마스크의 결함이 웨이퍼 노광기에서 전사되는 여부를 고성능 공간 영상 측정을 통해서 사전 검증함으로써, 웨이퍼에서 마스크 결함 패턴에 의한 대량의 품질 불량을 막을 수 있게 할 수 있고, 결국 웨이퍼 수율 향상을 도모할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치의 광전달 구조를 나타낸 상세도,
도 3은 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치에서 측정 타겟부의 상세도,
도 4는 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치에서 어레이 검출부의 상세도,
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로 X-ray 구면미러와 X-ray 평면미러의 입사 순서가 변경된 도면,
도 6은 본 발명에 따른 어레이 검출부를 통해 검출되는 영상 이미지의 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 어레이 검출부를 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치는, 고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시키기 위한 평면미러와 구면미러를 포함하는 고출력 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출력된 광으로부터 Coherent EUV 광원 생선을 위한 가스셀을 포함한 Coherent EUV 광원 생성부, 상기 EUV 생성 광에서 고출력 레이저 빔을 제거하기 위한 핀홀과 그라핀필터와 Zr 필터, 상부에 반사형 EUV(extreme ultra-violet) 마스크가 위치되고, 상기 반사형 EUV 마스크를 X축 혹은 y축의 방향으로 이동시키는 이동부, 간섭 EUV 광을 존플레이트 렌즈에 집속시켜 광효을 개선시키는 X-ray 구면미러, 상기 이동부와 상기 X-ray 구면미러의 사이에 위치하고, 반사된 상기 간섭 EUV 광을 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 집속시키는 존플레이트(Zoneplate Lens) 렌즈, 상기 존플레이트 렌즈와 X-ray 구면미러 사이에 위치하고, X-ray 구면미러에 의해 집속되는 빔을 상기 존플레이트 렌즈로 유도하기 위해 반사시키는 X-ray 평면미러, 상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 1차 회절광만 투과시키는 오더쇼팅 어퍼쳐(Order sorting aperture ; OSA) 및 상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 투과된 1차 회절광이 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 의하여 반사되는 경우 반사된 상기 간섭 EUV 광의 에너지를 감지하는 검출부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 공간 영상 장치는 크게 4가지 부분으로 구성되며, 각각은 고효율 EUV 광을 생성하는 적외선 광원(1)을 포함하는 광생성부와 생성된 X-ray 광을 높은 효율과 품질(광학 성능)로 존플레이트 렌즈(12)에 전송하는 X-ray 광학계 부분(평면미러, 구면미러)과 EUV 마스크(15)에서 측정 하는 위치를 코어스 스테이지로(Coarse Stage) 찾아가고 이미지 형성을 위해 스캔을 수행하는 파인 스테이지(fine stage)가 결합된 하이브리드 스테이지(hybrid stage) 부분과 노광기 사입사 조명계를 완벽하게 묘사(emulation)할 수 있는 센스 어레이가 적용된 광검출부(센서 어레이 ; 17)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 EUV 마스크 측정장치는 광 발생 및 광학계 효율을 개선시켜 공간 영상 측정장치의 성능을 개선시킬 수 있고, 어레이 검출 방식을 적용해 노광기의 조명계 묘사(emulation)를 위한 복잡한 조명 광학계 없이도 측정 성능을 구현할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치의 전체 구성도이다. EUV 광 생성부에서는 펨토초 레이저를 기체에 집속하여 고차 조화파를 발생 방식을 통해 X-ray 광을 발생 시키는 방식을 적용하였으며, 펨토초 레이저가 물질을 통과할 때 펄스폭이 늘어나는 방향으로 열화되는 현상인 처핑(chirp)을 방지하기 위해 물질을 통과하는 렌즈 대신 구면 거울을 이용하여 펨토초 레이저를 기체에 집속하는 기술을 적용하였다.

가스 공급라인(5)을 포함하는 가스셀(4) 출구에서 나오는 X-ray 광 이외의 광을 제거하기 위해서 가스셀(4) 이후에 핀홀(6)을 설치하여 빔의 발산각이 작은 X-ray를 통과시키고, 이보다 발산각이 큰 펨토초 레이저 광은 일부 중앙 부분만 투과되게 하고, 상기 핀홀(6)은 투과한 펨토초 레이저 광은 직접적으로 지르코늄(Zr) 필터(8)에 도달하면 필터가 열적으로 손상을 입을 수 있기 때문에 열적 내성이 강한 그라핀(탄소만 결합된 구조) 막질을 이용하여 펨토초 레이저 광을 대부분 흡수하고 x-ray 광을 투과 시키게 하고, 그라핀 필터를 투과한 약한 펨토초 레이저 광은 고감도 검출 센스에 노이즈로 영향을 줄 수 있으므로 지르코늄 필터를 이용하여 완전히 제거함과 동시에 X-ray 광을 높은 투과도를 가지고 투과 시키게 한다.

도 2는 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치의 광전달 구조를 나타낸 상세도이다.

EUV 광학계 부분에서는 노이즈가 제거된 X-ray 광(9)을 평면(flat) X-ray 거울(11)을 이용하여 구면 집속 거울(spherical condenser mirror ; 10)로 반사시키고 구면 집속 거울에 도달한 입사각 3도 미만의 광을 존플레이트 렌즈(Zoneplate lens ; 12) 영역에 집속시킨다. 여기서 집속된 빔 사이즈의 크기는 상기 X-ray 구면거울(10)의 반지름을 조정하여 존플레이트 렌즈(12) 지름과 집속빔의 지름이 유사하게 조정하여 상기 존플레이트 렌즈(12)가 사용하는 빔의 광효율을 개선 시켜 X-ray의 양을 최적화한다.

펨토초 레이저를 상기 가스셀(4)에 집속하는 상기 구면미러(3)과 존플레이트 렌즈(12)에 X-ray 광을 집속하는 X-ray용 구면미러(10)의 광 입사각을 모두 3도 미만으로 최소화하여 존플레이트 렌즈(12)에 집속된 X-ray광의 광 효율을 개선시킨다

또한, 본 발명에 따른 고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시키기 위한 평명미러와 구면미러의 위치를 서로 바꿔 배치 구성될 수 있으며, 마찬가지로 간섭 EUV 광을 집속하고 EUV 빔을 존플레이트 렌즈에 전송하는 엑스선 구면미러와 평면미러의 위치도 서로 바뀔 수 있는 것이다.

또한, 광포집 효율 향상을 위해 앞서 설명한 바와 같이 상기 구면미러(3)와 X-ray 구면미러(10)의 입사각을 3도 미만으로 배치한다.

도 3은 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치에서 측정 타겟부의 상세도이다.

상기 존플레이트 렌즈(12)는 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 적층 구조로 회절격자 패턴을 형성하여 기존 Au나 Ni를 사용한 존플레이트 렌즈 대비 1차광 회절 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

기존 원형 패턴 모양의 존플레이트렌즈는 입사각 방향으로 기울이면 집속거리로 인해 기구적으로 설치함에 어려움이 있기 있었다. 하지만, 본 발명에 따른 상기 존플레이트 렌즈(12)의 패턴 모양은 일립틱(elliptic)으로 하여 마스크 면과 수평하게 존플레이트 렌즈를 설치할 수 있게 하였고, X-ray 광을 마스크 패턴에 집속시키는 1차 회절광 이외의 노이즈 성분을 제거하기 위한 오더쇼팅 어퍼쳐(Order sorting aperture ; 13)는 존플레이트 렌즈의 포컬길이(focal length)의 1/8 이하의 거리 간격으로 마스크 위에 마스크와 수평으로 설치하여 플레어(flare)에 의한 노이즈(noise) 양을 신호대비 4% 이하로 유지 시킬 수 있게 설계할 수 있다.

EUV 마스크(15)는 파인 스테이지(fine stage) 구동을 통해 x와 y 방향으로 스캐닝(scanning)이 가능하고 스캐닝하는 동안에 검출된 신호를 신호처리부에 전달되어 공간 영상 장치에서 영상을 재구성할 수 있게 설계할 수 있고, 이를 통해 공간 영상을 측정할 수 있게 설계할 수 있고, 코어서 스테이지(coarse stage)는 파인스테이지 아래에 설치되어 마스크 상에서 획득하고자 하는 이미지가 있는 위치로 마스크를 이동 수 킬 수 있게 설계 가능하다. 본 발명에 따른 이동부(16)는 파인 스테이지와 코어서 스테이지로 구성하여 구동 정밀성을 향상시켰다.

도 4는 본 발명에 따른 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치에서 어레이 검출부의 상세도이다.

X-ray 광을 검출하는 검출부(17)는 검출소자 어레이(detector array)로 구성되며, 노광기의 조명계 구조 묘사를 최적으로 수행하기 위해 검출부의 센서 어레이 배치는 방사형 구조 혹은 바둑판 모양의 배치를 가 질 수 있게 설계 가능하다.

검출 소자 어레이를 구성하는 각 소자 중 임의의 위치에 위치한 소자의 광 측정을 통해 재구성되는 공간 영상 이미지는 각 화소의 게임값을 조절하여 최적의 이미지를 획득할 수 있도록 제어하는데 이는 아래 도 8에서 상세히 설명하기로 한다. 또한, 경사광학계의 조명특성 시그마(σ)=(θ/NA) 로 나타낼 수 있다. 여기서, θ는 입사각도이고, NA 는 개구수(NA : Numerical Aperture)이다. 따라서, 검사장비의 조명특성과 노광기의 조명특성인 시그마(σ)를 동일하게 구성하여 상기 검사장비에서 검사된 결과를 노광기에 그대로 사용할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로 X-ray 구면미러와 X-ray 평면미러의 입사 순서가 변경된 도면이다. 도시된 바와 같이 상기 X-ray 구면미러와 X-ray 평면미러의 위치가 변경되도록 변경 배치하여도 동일한 성능을 구현하는 스캐닝 장치를 구성할 수 있다. 뿐만 아니라, 도면에 나타나지는 않았지만, 평면미러(2)와 구면미러(3)의 순서도 바꿔 구성될 수 있으며 동일한 성능을 구현하게 된다. 이러한 미러의 순서 변경은 본 발명을 실시하기 위한 실시예에 포함되기 때문에 본 발명의 범위에 속한다.

도 6에 나타낸 바와 같이 어레이 셀 구조의 검출부를 통해서 모든 셀의 신호를 이미지 재구성에 사용할 수 있는데, 특히 다이폴 모양의 셀만 활용하여 이미지 재구성에 사용할 경우 해당 신호값의 대비가 향상되는 EUV 마스크 패턴이 있다. 이 경우 다이폴 셀만을 구성할 경우 LWR(line-width roughness)의 정밀도를 높일 수 있게 된다. 즉 패턴 형태에 따라 최적화된 조명계로 묘사할 수 있다."

이때에는 다이폴 모양의 외부에 존재하는 셀의 게인값을 0로 조절하면 다이폴(DIPOLE) 모양의 셀만 활용하여 이미지 재구성에 사용할 수 있는데 이에 대해 좀더 설명하면 아래와 같다.

도 7은 본 발명에 따른 어레이 검출부를 설명하기 위한 도면이다. 노광기에는 마스크(샘플)로 입사되는 빔의 입사각도에 대한 빛의 세기를 변화시킴에 따라 상기 마스크에서 반사되는 빔을 통해 얻은 이미지의 선명도를 조절할 수 있다. 고가의 노광기는 웨이퍼에 입사되는 이미지의 선명도를 위해 하드웨어적으로 마스크(샘플)로 입사되는 빔의 세기를 입사각도에 따라 변화시킬 수 있도록 제작할 수 있으나, 마스크 검사장치는 실제로 마스크(샘플)로 입사되는 빔의 세기를 입사각도에 따라 변화시킬 수 있게 제작하기란 쉬운 일이 아니다. 따라서, 검사장비에서는 마스크에 입사되는 빔의 입사각도에 대한 빛의 세기를 변화시키는 효과를 얻기 위해 마스크로부터 반사된 빔의 형태를 측정하는 어레이 각 회소의 게인값을 제어하여 획득할 수 있다. 이렇게 어레이 각 회소의 게인값을 제어하면 하드웨어적으로 마스크에 입사되는 빔의 입사각도에 대한 빛의 세기를 변화시키는 효과를 같기 때문에 검사장치에서도 선명한 화면을 얻을 수 있는 장점이 있다.

즉 검출 소자 어레이에서 계산되어 획득되는 획득 광강도I_s(i, j)는 아래와 수식 1을 만족하도록 설정하고 이 획득 광강도를 활용하여 실제 웨이퍼 노광기의 조명계를 설계할 때 적용하는 것을 특징으로 한다.

I_s(i, j) = α(i, j) * I_o(i, j) [수식 1]

여기서, i는 x 방향의 인덱스로서 1, 2, p-1, p, p+1, ..., m 이며, j 는 y 방향의 인덱스로서 1, 2, q-1, q, q+1, ..., n 이다. 또한, I_o(p, q)는 (p, q) 좌표에서의 측정된 빛의 강도이고, α(p, q)는 (p, q)좌표의 화소 게인값이며, 획득 광강도 I_s(p, q)는 (p, q) 좌표에서 측정된 I_o(p,q)에 게인값 α(p, q)를 곱한 값이다. 또한, 각 화소의 게인값은 동일하거나 각각 다르거나 일부는 동일하고 일부는 다르거나 다양한 형태로 값을 제어함에 따라 어레이로부터 얻은 실제값을 원하는 형태로 제어할 수 있다. 이렇게 어레이 각 회소의 게인값을 조절함으로써 검사장치에서도 선명한 화면을 얻을 수 있으며 상기 결과를 실제 노광기에도 적용할 수 있어 효과적으로 검사를 진행할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 EUV 마스크의 결함이 웨이퍼 노광기에서 전사되는 여부를 고성능 공간 영상 측정을 통해서 사전 검증함으로써, 웨이퍼에서 마스크 결함 패턴에 의한 대량의 품질 불량을 막을 수 있게 할 수 있고, 결국 웨이퍼 수율 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

1 : 적외선 광원: IR Source 2 : 평면미러: IR Flat Mirror
3 : 구면미러: IR Spherical Mirror 4 : 가스셀: Gas Cell
5 : 가스 공급라인: Gas supply line(pipe)
6 : 핀홀: Pinhole 7 : 그래핀필터: Graphene Filter
8 : 지르코늄 필터: Zr Filter
9 : X-ray 광원: X-ray Source
10 : X-ray 구면미러: X-ray Spherical Mirror
11 : X-ray 평면미러: X-ray Flat Mirror
12 : 존플레이트 렌즈: Zoneplate Lens
13 : 오더 쇼팅 어퍼쳐: Order Sorting Aperture(OSA)
14 : 패턴: Pattern(Mask Pattern)
15 : 마스크: Mask(EUV Mask) 16 : 이동부: Stage
17 : 센서 어레이: Sensor Array

Claims

고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시키기 위한 평면미러와 구면미러를 포함하는 고출력 레이저 출력부;
상기 레이저 출력부에서 출력된 광으로부터 Coherent EUV 광원 생선을 위한 가스셀을 포함한 Coherent EUV 광원 생성부;
상기 EUV 생성 광에서 고출력 레이저 빔을 제거하기 위한 핀홀과 그라핀필터와 Zr 필터;
상부에 반사형 EUV(extreme ultra-violet) 마스크가 위치되고, 상기 반사형 EUV 마스크를 X축 혹은 y축의 방향으로 이동시키는 이동부;
간섭 EUV 광을 존플레이트 렌즈에 집속시켜 광효을 개선시키는 X-ray 구면미러;
상기 이동부와 상기 X-ray 구면미러의 사이에 위치하고, 반사된 상기 간섭 EUV 광을 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 집속시키는 존플레이트(Zoneplate Lens) 렌즈;
상기 존플레이트 렌즈와 X-ray 구면미러 사이에 위치하고, X-ray 구면미러에 의해 집속되는 빔을 상기 존플레이트 렌즈로 유도하기 위해 반사시키는 X-ray 평면미러;
상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 1차 회절광만 투과시키는 오더쇼팅 어퍼쳐(Order sorting aperture ; OSA); 및
상기 이동부의 상부에 위치하고, 집속된 상기 간섭 EUV 광중 투과된 1차 회절광이 상기 반사형 EUV 마스크의 일부 영역에 의하여 반사되는 경우 반사된 상기 간섭 EUV 광의 각도별 에너지 분포를 감지하는 센스 어레이로 구성된 검출부;를 포함하며
상기 존플레이트 렌즈와 상기 오더쇼팅 어퍼쳐와 상기 반사형 EUV 마스크는,
모두 서로 수평 구조로 배치되며, 상기 오더쇼팅 어퍼쳐는 핀홀로서 상기 존플레이트 렌즈와 EUV 마스크 사이에 위치하면서 상기 존플레이트 렌즈를 통해 EUV 마스크에 집속하는 광중 1차회절광만 투과시키고,
상기 오더쇼팅 어퍼쳐와 반사형 EUV 마스크와의 거리가 상기 존플레이트 렌즈와 반사형 EUV 마스크와의 거리의 1/8 이하로 집속 성분외 노이즈 성분을 4% 미만으로 줄일 수 있도록 구성되는 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 검출부는,
검출 소자 어레이(detector array)로 구성되며, 검출 소자 어레이에서 계산되어 획득되는 획득 광강도I_s(i, j)는 아래와 수식을 만족하도록 설정하고 이 획득 광강도를 활용하여 실제 웨이퍼 노광기의 조명계를 설계할 때 적용하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치.
I_s(i, j) = α(i, j) * I_o(i, j)
(여기서, i는 x 방향의 인덱스로서 1, 2, p-1, p, p+1, ..., m 이며, j 는 y 방향의 인덱스로서 1, 2, q-1, q, q+1, ..., n 임. 또한, I_o(p, q)는 (p, q) 좌표에서의 측정된 빛의 강도이고, α(p, q)는 (p, q)좌표의 화소 게인값이며, 어레이를 통해 획득되는 획득 광강도I_s(p, q)는 (p, q) 좌표에서 측정된 I_o(p,q)에 게인값 α(p, q)를 곱한 값임.)
제 1항에 있어서,
펨토초 레이저 빔과 X-ray 광중에 X-ray 광만을 걸러내기 위해서 핀홀과 그라핀필터와 Zr 필터를 두 광학계 사이에 동시 적용하는 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치.
제 3항에 있어서, 상기 핀홀은,
펨토초 레이저와 X-ray 광의 발산각 차이를 이용한 필터이며, 지르코늄(Zr) 필터는 레이저 광과 X-ray 광과의 선택비가 높은 이점을 이용하는 것이고, 그라핀 필터는 높은 열적 내구성을 이점을 이용하여 이후 필터의 열손상을 줄이는 것을 특징으로 하는 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치.
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