KR102418325B1 - 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치 - Google Patents

블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분광 타원계를 이용하여 블랭크 위상변위 마스크의 위상변위값을 산출하되, 분광 투과계를 통해 측정된 투과율과 분광 타원계를 통해 측정된 타원 파라미터를 만족하는 두께값 및 복소 굴절률을 이용하여 위상변위값을 산출함으로써, 보다 정확한 위상변위값을 산출할 수 있는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치는, 쿼츠 기반의 표면에 위상변위막이 형성된 시료와, 광원에서 출력되는 측정광을 편광자를 통해 선편광 형태로 상기 시료측으로 투사하고, 시료의 위상변위막 표면에서 반사되는 빛과 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 빛이 중첩되어 형성되는 편광을 검광자를 통해 검출한 후 분광기를 통해 분광하여 그 간섭 특성에 대응되는 제1 측정광을 획득하는 분광 타원계, 상기 시료의 상측에서 시료측으로 광을 투사하고, 시료의 하측에서 시료를 투과한 투과광에 대응되는 제2 측정광을 획득하는 분광 투과계 및, 상기 분광 타원계에서 획득한 제1 측정광의 푸리에 변환상 해석을 통해 타원 파라미터를 획득하고, 이 타원 파라미터를 통해 위상변위막의 두께값과 복소 굴절률을 산출하며, 위상변위막에 대한 두께값과 복소 굴절률값을 이용하여 위상변위값을 산출하되, 상기 제2 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 제1 측정광을 이용하여 산출된 두께값이 일치하지 않으면, 두께값을 변수로 하는 분석 모델을 통해 제2 측정광의 투과율과 제1 측정광의 타원 파라미터를 만족하는 두께값과 복소 굴절률값을 해당 위상변위막의 두께값 및 복소 굴절률값으로 결정하는 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치{An Apparatus For Measuring Phase Shift For Blank Phase Shift Mask}
본 발명은 분광 타원계를 이용하여 블랭크 위상변위 마스크의 위상변위값을 산출하되, 분광 투과계를 통해 측정된 투과율과 분광 타원계를 통해 측정된 타원 파라미터를 만족하는 두께값과 복소 굴절률을 이용하여 위상변위값을 산출함으로써, 보다 정확한 위상변위값을 산출할 수 있는 기술에 관한 것이다.
반도체 디바이스는 회로 패턴이 그려진 패턴 전사용 마스크에 노광광을 조사하여, 마스크에 형성되어 있는 회로 패턴을 축소 광학계를 거쳐서 반도체 기판(반도체 웨이퍼) 상에 전사하는 포토리소그래피 기술을 반복 이용하는 것에 의해 제조된다.
반도체 디바이스의 회로 패턴의 계속적인 미세화에 따라, 노광광의 파장은 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저광을 이용한 193 ㎚가 주류로 되고 있으며, 노광 프로세스나 가공 프로세스를 복수회 조합하는 멀티 패터닝이라고 하는 프로세스를 채용하는 것에 의해, 최종적으로는 노광 파장과 비교하여 충분히 작은 치수의 패턴을 형성할 수 있다.
패턴 전사용 마스크는 광학막이 형성된 기판(블랭크 마스크)에 회로 패턴을 형성하여 제조된다.
반도체 제조공정에서 회로 선폭이 감소함에 따라 EUV 등 매우 짧은 파장을 가진 광원을 이용하게 되는데, 해상도의 한계를 넘어서는 미세 패턴을 그리려 한다면, 빛의 회절(diffraction)과 이로 인한 산란(scattering)으로 간섭이 일어나 원래의 마스크 패턴과는 다른 왜곡된 상이 웨이퍼에 맺히는 문제가 발생하게 된다.
이를 해결하기 위해 쿼츠 기판에 위상변위막을 형성하여 노광하는 빛의 위상을 180°반전시킴으로써, 인접하는 투과광과 소멸간섭을 발생시켜 노광부와 비노광부의 경계면의 빛의 세기 대조(Contrast)를 명확하게 하는 것을 통해 패턴 해상도를 높인 기술이 적용되고 있다.
위상변위 마스크를 이용하여 미세 패턴을 노광하려면, 위상 변위가 정확하게 설계 데이터와 일치하고 있는 것이 중요하다. 이에 최근에는 위상변위 마스크 등의 빛의 간섭 효과를 이용한 포토마스크에 있어서의 결함 검출 기술이 중요한 기술로 대두되고 있다.
위상변위 마스크의 결합 검출 기술은 빛의 간섭을 이용한 기술, 균일하게 조사된 위상변위 패턴의 푸리에 변환상의 해석을 이용한 방법, 경사방향으로 조사된 위상변위 패턴으로부터의 산란, 회절광 만을 푸리에 변환면에서 공간 필터를 통해 검출하는 방법 등의 빛의 회절, 산란을 이용한 방법, 주사형 현미경 방식 등의 다양한 방법이 존재하며, 이 중 빛의 간섭을 이용한 기술이 가장 많이 사용되고 있다.
빛의 간섭을 이용한 위상변위 마스크를 검사하는 선행문헌으로는 일본등록특허 3247736, 일본공개특허 1998-254124 등 여러 문헌들이 존재한다.
그러나, 이들 선행문헌들은 대부분 마스크에 노광 패턴이 형성된 상태에서 검사하는 기술로서, 마스크를 투과한 빛과 참조광 간 또는 위상변위 형성부와 위상변위 미형성부의 투과광 간의 간섭을 측정하는 방법으로 이루어져 있다.
즉, 블랭크 마스크 단계에서 효과적으로 위상변위막의 불량을 검사하는 기술은 거의 전무한 상태이다.
한편, 최근에는 반도체, 디스플레이, 광학박막 등의 분야에서 비 파괴적 측정 방법으로, 제어된 편광상태를 갖고 있는 빛을 시료에 입사시킨 후 반사광의 변화된 편광특성을 측정, 분석하여 편광을 변화시킨 요인인 시료의 조밀도 변화, 광학적 두께, 복소 굴절률 등을 구하는 타원법(Ellipsometry)이 사용되고 있으며, 이러한 타원법을 위한 장치를 타원계라고 칭한다. 이 중 빛의 파장에 따라 측정 및 분석을 하는 타원계를 분광 타원계라고 한다.
이러한 분광 타원계는 반사율 정밀도가 분광 반사계에 비해 10 배 이상 높은 장점이 있으며, 특히 다층 초박막 구조 정밀 분석이 용이한 장점이 있다.
이에, 분광 타원계를 이용하여 박막 구조의 블랭크 위상변위 마스크의 굴절률이나 두께 등의 시료 특성값을 산출함으로써, 위상변위값을 측정할 수 있다.
그러나, 일반적으로 위상변조막 시료는 광을 흡수하는 특성을 갖기 때문에, 분광 타원계의 경우 측정광이 시료에 입사되면서 한번 흡수되고, 시료의 밑면에서 반사될 때 또 한번 흡수되면서 반사광으로 출력되는 바, 이로 인해 시료의 두께가 두꺼워질수록 시료로부터 출력되는 반사광량이 현저하게 낮아지는 문제가 있다.
분광 타원계에서 반사광량이 일정 이하로 낮아지게 되면, 두께 측정값에 일정 이상의 오차가 발생될 수 있고, 이는 결국 두께 측정값과 굴절률을 이용하여 산출되는 위상변위값에도 영향을 미치게 된다.
1. 일본등록특허 제3247736호 (명칭 : 위상 이동 포토마스크(photomask)의 검사 방법) 2. 일본공개특허 제1998-254124호 (명칭 : 위상 시프트 마스크의 검사 방법 및 그 장치)
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 분광 타원계와 분광 투과계를 이용하여 블랭크 위상변위 마스크의 분광 타원 파라미터와 분광 투과율을 각각 측정하고, 분광 투과계의 투과율과 분광 타원계의 타원 파라미터를 모두 만족하는 모델링을 찾고 그에 해당하는 두께값과 복소 굴절률을 결정함으로써, 블랭크 위상천이 마스크의 위상변위값을 정확하게 산출할 수 있도록 해 주는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치를 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 쿼츠 기반의 표면에 위상변위막이 형성된 시료와, 광원에서 출력되는 측정광을 편광자를 통해 선편광 형태로 상기 시료측으로 투사하고, 시료의 위상변위막 표면에서 반사되는 빛과 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 빛이 중첩되어 형성되는 편광을 검광자를 통해 검출한 후 분광기를 통해 분광하여 그 간섭 특성에 대응되는 제1 측정광을 획득하는 분광 타원계, 상기 시료의 상측에서 시료측으로 광을 투사하고, 시료의 하측에서 시료를 투과한 투과광에 대응되는 제2 측정광을 획득하는 분광 투과계 및, 상기 분광 타원계에서 획득한 제1 측정광의 푸리에 변환상 해석을 통해 타원 파라미터를 획득하고, 이 타원 파라미터를 통해 위상변위막의 두께값과 복소 굴절률을 산출하며, 위상변위막에 대한 두께값과 굴절률을 이용하여 위상변위값을 산출하되, 상기 제2 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 제1 측정광을 이용하여 산출된 두께값이 일치하지 않으면, 두께값과 복소 굴절률값을 변수로 하는 분석 모델을 통해 제2 측정광의 투과율과 제1 측정광의 타원 파라미터를 만족하는 두께값 및 복소 굴절률값을 해당 위상변위막의 두께값 및 복소 굴절률값으로 결정하는 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치가 제공된다.
또한, 상기 산출부는 하나 또는 다층 박막으로 이루어진 위상변위막의 위상변위값을 하기 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치가 제공된다.
Figure 112020103760238-pat00001
여기서, "PS"는 위상변위값, "λ"는 진공에서의 빛의 파장, "n"은 복소 굴절률의 실수부분인 굴절률, "d"는 두께값, "m"은 위상변위막의 층수로서 1 이상의 자연수임.
또한, 상기 산출부는 시료의 두께가 기 설정된 기준 두께 이하인 경우에는 위상변위값,분석 모델에 적용되는 초기 두께값을 분광 타원계에서 산출된 제1 두께값으로 설정하고, 시료의 두께가 기 설정된 기준 두께를 초과하는 경우에는 분석 모델에 적용되는 초기 두께값을 분광 투과계에서 산출된 제2 두께값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치가 제공된다.
또한, 상기 분광 투과계의 광원과 시료간의 광 경로상에 배치되어 광원에서 출사된 광을 상기 시료측으로 전달함과 더불어, 상기 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 광과 상기 위상 변위막 표면에서 반사되는 광의 경로를 변경하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터를 통해 인가되는 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 반사광과 상기 위상 변위막 표면에서 반사되는 반사광에 대응되는 제3 측정광을 획득하여 산출부로 출력하는 반사 분광기를 포함하여 구성되는 분광 반사계를 추가로 구비하여 구성되고, 상기 산출부는 상기 제3 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 제2 측정광을 이용하여 산출된 두께값이 제1 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 일치하지 않으면, 두께값 및 복소 굴절률값을 변수로 하는 분석 모델을 통해 제3 측정광의 반사율과 제2 측정광의 투과율 및, 제1 측정광의 타원 파라미터를 만족하는 두께값 및 복소 굴절률값을 해당 위상변위막의 두께값 및 복소 굴절률값으로 결정하는 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 분광 투과계를 통해 측정된 투과율과 분광 타원계를 통해 측정된 타원 파라미터를 만족하는 두께값 및 복소 굴절률값을 이용하여 위상변위값을 산출함으로써, 보다 정확하게 위상변위막의 위상변위값을 산출할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치의 구성을 도시한 도면.
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치의 구성을 도시한 도면.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치는, 시료(10)와, 분광 타원계(100), 분광 투과계(200) 및, 산출부(300)를 포함한다.
시료(10)는 쿼츠 기판(Quartz, 12)과 쿼츠 기판(12)의 표면에 형성되는 위상변위막(14)을 포함한다. 이때, 위상변위막(14)은 단층막 또는 다층막으로 이루어질 수 있다.
분광 타원계(100)는 타원해석 기술을 이용하여 빛의 편광상태를 제어하고 측정 및 분석하는 장치이다. 제어된 편광상태를 갖고 있는 빛을 시료(10)에 입사시킨 후 반사광의 변화된 편광특성을 측정, 분석하여 편광을 변화시킨 요인인 시료(10)의 조밀도 변화, 광학적 두께, 복소 굴절률 등을 구하는 타원법(Ellipsometry)이 사용되고 있으며, 이러한 타원법을 위한 장치를 타원계라고 칭한다. 이 중 빛의 파장에 따라 측정 및 분석을 하는 타원계를 분광 타원계라고 한다. 이러한 분광 타원계는 반사율 정밀도가 분광 반사계에 비해 10 배 이상 높은 장점이 있으며, 특히 다층 초박막 구조의 정밀 분석이 용이하다.
분광 타원계(100)는 상기 시료(10)를 기준으로 양측에 상호 대칭적으로 광학계가 배치되어, 시료(10)의 일측에서 발생된 편광을 시료(10)측으로 투사하고, 시료(10)의 타측에서 시료(10)의 위상변위막(14) 표면에서 반사되는 빛과 쿼츠 기판(12) 표면에서 반사되는 빛의 중첩에 따른 간섭 특성에 대응되는 제1 측정광을 획득한다.
이러한 분광 타원계(100)는 광원(110)과 편광자(120) 및 제1 집속렌즈(130)가 시료(10)의 상측 제1 측면상에 배치되고, 제2 집속렌즈(140)와 검광자(150), 분광기(160)가 제1 측면에 대향되는 시료(10)의 상측 제2 측면상에 배치된다.
상기 광원(110)은 시료(10)에 조사되는 광 발생장치로서, 원자외선(Deep Ultra Violet; DUV)에서부터 근적외선에 걸친 다양한 파장대역의 광, 즉 백색광을 발생한다.
편광자(120)는 광원(110)에서 발생한 광을 편광상태로 편광시킨다. 광원(110)에서 발생한 광은 일반적으로 특정 편광상태로 나타낼 수 없는 무 편광으로 나타나는데, 편광자(120)는 회전부(미도시)에 의해 일정 각도(편광 각도)단위로 회전함으로써, 편광자(120)를 통과하는 직선편광의 방위각을 변화시킨다.
제1 집속렌즈(130)는 상기 편광자(120)에 의해 편광된 측정광을 시료(10)에 집속시킨다.
한편, 시료(10)의 표면에 입사된 측정광은 시료(10)의 복소 굴절률, 두께와 같은 광학적, 구조적 특징에 따라 변형된 형태로 반사되어 제2 집속렌즈(140)로 입사된다. 이때, 시료(10)측으로 입사된 측정광 즉, 직선편광은 시료(10)의 위상변위막(14) 표면과 쿼츠 기판(12) 표면에서 반사되어 출력되며, 위상변위막(14)이 다층구조인 경우, 각 층의 표면에서 서로 다른 반사광이 출력된다.
제2 집속렌즈(140)는 시료(10)로부터 반사되는 반사광을 검광자(150)에 집속시킨다.
검광자(150)는 편광자(112)에 의해 변조된 편광 특성에 대응하여 시료(10)로부터 인가되는 반사광 중 특정 편광만을 통과시킨다.
분광기(160)는 검광자(150)를 통과하여 인가되는 반사광을 분광하여 서로 다른 막 표면으로부터 반사되는 편광의 간섭 파형 즉, 제1 측정광을 획득하고, 이를 산출부(300)로 출력한다.
한편, 분광 투과계(200)는 시료(10)를 기준으로 그 상측과 하측에 광학계를 형성하는 것으로, 시료(10)를 투과한 투과광에 대응되는 제2 측정광을 획득하고, 이를 산출부(300)로 출력한다.
이러한 분광 투과계(200)는 시료(10)의 상측에 배치되는 광원(210)과 시료(10)의 하측에 배치되는 투과 분광기(220)를 포함한다.
광원(210)은 시료(10)에 수직 방향의 광을 조사하기 위한 것으로, 예컨대, 13.5 nm 파장대의 EUV(Extreme Ultraviolet)광, 아르곤 플로라이드(ArF) 플라즈마 등을 이용한 약 193 nm 파장대인 DUV광, 또는 크립톤 플로라이드(KrF) 플라즈마 등을 이용한 248 nm, 365 nm 파장대인 자외선 광을 조사할 수 있다.
시료(10)의 표면에 입사된 측정광은 시료(10)의 복소 굴절률, 두께와 같은 광학적, 구조적 특징에 따라 변형된 형태로 투과되어 투과 분광기(220)로 입사된다.
투과 분광기(220)는 시료(10)를 통과하여 인가되는 투과광을 분광하여 제2 측정광으로써 산출부(300)로 출력한다.
또한 본 발명에서, 광원(210)과 시료(10) 사이의 광 경로상에는 제1 빔 스플리터(231)와 제1 광원(232), 제1 미러(233) 및, 제1 CCD(234)를 포함하는 위치확인용 광학계(230)와 제2 빔 스플리터(241)와 제2 광원(242), 제3 미러(243) 및, 제 제2 CCD(244)를 포함하는 틸트 확인용 광학계(240)가 추가 구비될 수 있다.
여기서, 제1 빔 스플리터(231)는 개폐식으로 작동하는 제1 미러(233)와 함께 제1 광원(232)에서 출사되어 시료(10)에 입사한 뒤 시료(10)로부터 반사되는 광의 경로를 제1 CCD(234) 측으로 변경시키며, 제1 CCD(234)는 시료면에서 반사한 제1 광의 이미지 특성을 근거로 시료(10)의 비젼 및 z축 위치값을 획득한다.
또한, 제2 빔 스플리터(241)와 제3 빔 스플리터(243)는 집속된 점 광원인 제2 광원(242)에서 출사되어 시료(10)에 입사한 뒤 시료(1)로부터 반사되는 광의 경로를 제2 CCD(244) 측으로 변경시키며, 제2 CCD(234)는 시료(10)에서 반사된 제2 광원의 위치 특성을 근거로 시료(10)의 틸트값을 획득한다.
즉, 본 발명에서는 위치확인용 광학계(230)와 틸트 확인용 광학계(240)로부터 획득된 위치값과 틸트값을 이용하여 시료(10)의 블랭크 위상변위 마스크의 위상변위 측정을 위한 광학 구조를 검사 환경에 최적화되게 설정할 수 있다.
산출부(300)는 분광 타원계(100)에서 획득한 제1 측정광을 푸리에 변환상으로 해석하여 진폭과 위상을 포함하는 타원 파라미터를 획득하고, 이 타원 파라미터를 통해 위상변위막의 두께값과 복소 굴절률을 산출하여 블랭크 위상변위 마스크의 위상변위값을 산출한다.
또한, 산출부(300)는 분광 투과계(200)에서 획득한 제2 측정광을 이용하여 투과율을 산출하고, 투과율에 대응되는 시료(10)의 두께값을 산출한다.
산출부(300)는 제1 측정값에 의해 산출된 제1 두께값과 제2 측정값에 의해 산출된 제2 두께값을 비교하여 제1 두께값과 제2 두께값이 일치하지 않으면, 어느 하나의 두께값 및 복소 굴절률값에 오차가 발생한 것으로 판단하여 제1 측정값에 의해 산출된 위상과 진폭을 포함하는 타원 파라미터값과 제2 측정값에 의해 산출된 투과율을 모두 만족하는 두께값 및 복소 굴절률값으로 해당 블랭크 위상변위 마스크의 두께값 및 복소 굴절률값을 재산출한다.
즉, 산출부(300)는 두께값을 변수로 하는 분석 모델에 두께값 및 복소 굴절률값을 변경 설정함으로써, 제2 측정광의 투과율과 제1 측정광의 타원 파라미터를 만족하는 두께값 및 복소 굴절률값을 해당 위상변위막의 두께값 및 복소 굴절률값으로 결정한다. 이때, 분석 모델은 투과율과 진폭 및 위상에 따라 서로 다른 두께값 및 복소 굴절률값이 결정되는 다양한 형태의 수학적 알고리즘으로 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에서 분석 모델에 적용되는 초기 두께값은 시료의 두께가 기 설정된 기준 두께 이하인 경우에는 분광 타원계에서 산출된 제1 두께값으로 설정하고, 시료의 두께가 기 설정된 기준 두께를 초과하는 경우에는 분광 투과계에서 산출된 제2 두께값으로 설정할 수 있다. 이는 분광 타원계(100)가 시료의 두께가 두꺼워질수록 두께값에 대한 정확도가 낮아지는 반면, 분광 투과게(200)는 시료의 두께가 일정 두께 이상인 때에 두께값의 정확도가 높아지는 것을 고려함이다.
한편, 산출부(300)는 하기 수학식1에 위상변위막에 대한 두께값과 굴절률을 적용하여 해당 블랭크 위상변위 마스크의 위상변위값(PS)을 산출한다. 여기서, 제1 측정광에 의해 산출된 두께값과 제2 측정광에 의해 산출된 두께값이 일치하는 경우에는 해당 두께값 및 굴절률값을 수학식1에 적용하고, 일치하지 않는 경우 분석 모델에 의해 새롭게 결정된 두께값 및 굴절률값을 수학식1에 적용한다.
이때, 블랭크 위상변위 마스크는 하나 또는 다층 박막으로 이루어질 수 있는 바, 수학식 1에 의하면, 다층 박막인 경우 각 층별 위상변위값을 합 연산하여 해당 블랭크 위상변위 마스크의 위상변위값(PS)이 산출됨을 알 수 있다.
Figure 112020103760238-pat00002
여기서, "PS"는 위상변위값, "λ"는 진공에서의 빛의 파장, "n" 은 복소 굴절률의 실수부분인 굴절률, "d" 는 두께값이고, "m" 은 위상변위막의 층수로서 1 이상의 자연수이다.
표1은 다층 박막으로 이루어진 CrPSMT9325-1 시료의 365 nm 파장에서의 위상변위값 측정결과를 나타낸 것이다.
박막 층 굴절률(n) 두께값 (d, in nm) 위상변위값(PS, in degree)
Layer5 2.9404 76.50 14.6
Layer4 2.0634 91.33 9.6
Layer3 2.5026 272.16 40.3
Layer2 2.5587 288.10 44.3
Layer1 2.6904 425.61 71.0
전체 위상변위값 179.8
즉, 표1에 의하면 위상변위값(PS)는 총 두께값에 따라 단조 증가하지 않고 각 층의 굴절률과 두께가 기여하는 정도가 혼조되어 있음을 알 수 있는 바, 블랭크 위상변위 마스크의 총 굴절률과 총 두께값을 이용하여 위상변위값을 산출하는 경우, 위상변위값에 오차가 발생될 수 있다.
이에, 본 발명에서는 수학식 1과 같이 각 층별 위상변위값(PS)을 합산하여 해당 블랭크 위상변위 마스크의 위상변위값을 산출한 것이다.
한편, 도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면으로, 도1의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도2를 참조하면, 본 발명에 따른 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치는, 상기 분광 투과계(200)의 광원(210)과 시료(10) 사이의 광 경로상에 배치되어 광원(210)에서 출사된 광을 상기 시료(10)측으로 전달함과 더불어, 상기 쿼츠 기판(12) 표면에서 반사되는 광과 상기 위상 변위막(14) 표면에서 반사되는 광의 경로를 변경하는 빔 스플리터(410)와, 상기 빔 스플리터(410)를 통해 인가되는 쿼츠 기판(12) 표면에서 반사되는 반사광과 상기 위상 변위막(14) 표면에서 반사되는 반사광에 대응되는 제3 측정광을 획득하는 반사 분광기(420)를 포함하는 분광 반사계(400)를 추가로 구비하여 구성될 수 있다.
이때, 산출부(300)는 분광 반사계(400)로부터 수신된 제3 측정광을 이용하여 반사율을 산출하고, 반사율에 대응되는 두께값과 복소 굴절률을 산출한다.
그리고, 산출부(300)는 제3 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 제2 측정광을 이용하여 산출된 두께값이 제1 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 일치하지 않으면, 두께값 및 복소 굴절률값을 변수로 하는 분석 모델을 통해 제3 측정광의 반사율과 제2 측정광의 투과율 및, 제1 측정광의 진폭 및 위상을 포함하는 타원 파라미터를 만족하는 두께값 및 복소 굴절률값을 해당 위상변위막의 두께값 및 복소 굴절률값으로 결정한다. 이어, 산출부(300)는 수학식1에 분석 모델을 통해 결정된 두께값 및 굴절률을 적용하여 해당 위상변위막의 위상변위값을 산출한다.
10 : 시료, 12 : 쿼츠 기판,
14 : 위상변위막, 100 : 분광 타원계,
110, 210 : 광원, 120 : 편광자,
130, 140 : 집속렌즈 , 150 : 검광자,
160 : 분광기, 200 : 분광 투과계,
220 : 투과 분광기, 230 : 위치확인용 광학계,
240 : 틸트확인용 광학계, 400 : 분광 반사계.

Claims (4)

  1. 쿼츠 기반의 표면에 위상변위막이 형성된 시료와,
    광원에서 출력되는 측정광을 편광자를 통해 선편광 형태로 상기 시료측으로 투사하고, 시료의 위상변위막 표면에서 반사되는 빛과 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 빛이 중첩되어 형성되는 편광을 검광자를 통해 검출한 후 분광기를 통해 분광하여 그 간섭 특성에 대응되는 제1 측정광을 획득하는 분광 타원계,
    상기 시료의 상측에서 시료측으로 광을 투사하고, 시료의 하측에서 시료를 투과한 투과광에 대응되는 제2 측정광을 획득하는 분광 투과계 및,
    상기 분광 타원계에서 획득한 제1 측정광의 푸리에 변환상 해석을 통해 타원 파라미터를 획득하고, 이 타원 파라미터를 통해 위상변위막의 두께값과 복소 굴절률을 산출하며, 위상변위막에 대한 두께값과 굴절률을 이용하여 위상변위값을 산출하되, 상기 제2 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 제1 측정광을 이용하여 산출된 두께값이 일치하지 않으면, 두께값과 복소 굴절률값을 변수로 하는 분석 모델을 통해 제2 측정광의 투과율과 제1 측정광의 타원 파라미터를 만족하는 두께값을 해당 위상변위막의 두께값 및 복소 굴절률값으로 결정하는 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는 하나 또는 다층 박막으로 이루어진 위상변위막의 위상변위값을 하기 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치.
    Figure 112020103760238-pat00003

    여기서, "PS"는 위상변위값, "λ"는 진공에서의 빛의 파장, "n" 은 복소 굴절률의 실수부분인 굴절률, "d" 는 두께값, "m" 은 위상변위막의 층수로서 1 이상의 자연수임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는 시료의 두께가 기 설정된 기준 두께 이하인 경우에는 분석 모델에 적용되는 초기 두께값을 분광 타원계에서 산출된 제1 두께값으로 설정하고, 시료의 두께가 기 설정된 기준 두께를 초과하는 경우에는 분석 모델에 적용되는 초기 두께값을 분광 투과계에서 산출된 제2 두께값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분광 투과계의 광원과 시료간의 광 경로상에 배치되어 광원에서 출사된 광을 상기 시료측으로 전달함과 더불어, 상기 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 광과 상기 위상 변위막 표면에서 반사되는 광의 경로를 변경하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터를 통해 인가되는 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 반사광과 상기 위상 변위막 표면에서 반사되는 반사광에 대응되는 제3 측정광을 획득하여 산출부로 출력하는 반사 분광기를 포함하여 구성되는 분광 반사계를 추가로 구비하여 구성되고,
    상기 산출부는 상기 제3 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 제2 측정광을 이용하여 산출된 두께값이 제1 측정광을 이용하여 산출된 두께값과 일치하지 않으면, 두께값을 변수로 하는 분석 모델을 통해 제3 측정광의 반사율과 제2 측정광의 투과율 및, 제1 측정광의 타원 파라미터를 만족하는 두께값과 복소 굴절률값을 해당 위상변위막의 두께값 및 복소 굴절률값으로 결정하는 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치.
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