KR102591666B1 - 고성능 euv 마스크 패턴 스캐닝 장치 - Google Patents

고성능 euv 마스크 패턴 스캐닝 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102591666B1
KR102591666B1 KR1020210030164A KR20210030164A KR102591666B1 KR 102591666 B1 KR102591666 B1 KR 102591666B1 KR 1020210030164 A KR1020210030164 A KR 1020210030164A KR 20210030164 A KR20210030164 A KR 20210030164A KR 102591666 B1 KR102591666 B1 KR 102591666B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
euv
light
optical system
mirror
moving part
Prior art date
Application number
KR1020210030164A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220126054A (ko
Inventor
이동근
Original Assignee
주식회사 이솔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 이솔 filed Critical 주식회사 이솔
Priority to KR1020210030164A priority Critical patent/KR102591666B1/ko
Publication of KR20220126054A publication Critical patent/KR20220126054A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102591666B1 publication Critical patent/KR102591666B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
    • G03F1/82—Auxiliary processes, e.g. cleaning or inspecting
    • G03F1/84—Inspecting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/22—Masks or mask blanks for imaging by radiation of 100nm or shorter wavelength, e.g. X-ray masks, extreme ultraviolet [EUV] masks; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N2021/95676—Masks, reticles, shadow masks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

본 발명은 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치에 관한 것으로, 고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시켜 EUV(extreme ultra-violet) 광을 출력하는 EUV 광원부, 상기 EUV 광원부에서 출력된 확대하기 위하여 제 1 EUV 구면거울과 EUV 평면거울을 포함하여 구성되는 제 1광학계, 상기 제 1광학계에서 반사된 광을 입사받아 EUV 마스크 측정을 위한 집속광으로 변환하는 구면거울과 비구면거울로 구성되는 제 2광학계, 상기 제 2광학계로부터 입사된 측정광을 측정 대상 EUV 마스크에 조사하여 마스크 패턴의 측정하기 위해 상기 EUV 마스크를 X축 혹은 y축의 방향으로 이동시키는 이동부 및 상기 EUV 마스크에 조사된 측정광이 반사된 반사광을 입사받아 광 에너지 측정세기를 검출하는 광검출부를 포함하여 구성된다.

Description

고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치{Scanning Type EUV mask pattern image measuring device}
본 발명은 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반도체 소자 제조 공정 중에 EUV 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성에 사용되는 원판 EUV 마스크의 패턴 오차를 측정하는 고성능 EUV 마스크 측정 방법에 관한 것이다.
최근 AI와 5G등의 반도체 수요가 증가함에 따라 고성능 및 저전력 반도체 개발이 더욱 요구 되고 있다. 이러한 반도체를 개발하기 위해서는 반도체내 회로의 선폭을 더욱 미세하게 만들어 회로의 집적도를 높이고 소비 전력을 낮추는 기술 개발이 필요하다. 이전 미세화 패턴 형성의 기술은 193nm 파장을 이용한 리소그라피 기술이었다면, 최근에는 노광 파장을 13.5nm로 더욱 줄인 EUV 노광기가 본격 적용되고 있다.
기존 대비 짧은 파장을 사용하는 EUV 노광기는 미세 패턴 형성을 위해서 원판 마스크를 EUV 마스크를 사용한다. EUV 마스크는 기존 193nm 노광기와 다른 구조를 가지고 있다. 그 중 가장 큰 차이는 투과구조에서 반사 구조로 변경되었고, 뿐만 아니라 13.5nm 파장의 EUV 광에 최적화된 반사도를 가지고 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.
이에 따라 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-2207666호 발명의 명칭 스캐닝 타입 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치를 출원한 바 있으며, 도 1에서 나타내고 있다. 구체적으로, 고효율 EUV 광을 생성하는 적외선 광원(1)을 포함하는 광생성부와 생성된 X-ray 광을 높은 효율과 품질(광학 성능과 낮은 광수차)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 이미지 측정장치를 구성하고 있다.
이러한 장치를 Actinic review system이라고 하고 기본적인 원리는 EUV 현미경 원리와 동일하다. EUV 현미경의 구성 요소에는 크게 EUV 광과 EUV 광학계와 검출기가 있다. 이중 EUV 광학계는 파장이 짧고 요구되는 광학계 품질이 높아 개발 기간이 길고 고 비용을 필요로 한다. 이러한 광학계 개발 기간과 비용을 줄이기 위해서 선행 연구에서는 EUV 이미징 거울 대신 존플레이트(zoneplate) 렌즈 회절 소자를 이용한 스캐닝(scanning) 현미경을 구성하여 개발 비용을 단축시킨 경우도 있다. 스캐닝 현미경의 경우 기존 풀필드(full-field) 이미징 현미경(imaging microscope)에 비해 광학계 요구 스펙이 완화되고 존플레이트의 경우 그 제작 단가가 EUV 이미징 광학계에 대비 1/100도 되지 않을 정도로 저렴하다.
그러나 존플레이트 렌즈(Zoneplate Lens)의 경우 회절 간섭으로 빔을 집속함으로 회절 효율이 높지 않아 전체 시스템의 속도를 느리게 하는게 주요 요인이었다.
KR 10-1811306호 KR 10-0875569호 KR 10-2207666호 KR 10-1484937호 KR 10-2011-0110578호 KR 10-2008-0041671호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기존의 패턴 측정장치에서 존플레이트의 저 효율 문제를 해결하기 위해 존플레이트를 대신할 EUV 미러 광학계 기술을 제안하고자 하며, 기존 스케닝 이미징 기술이 EUV 광학계의 스펙을 완화할 수 있게 하기 때문에 이 장점을 활용하기 위해 스펙이 완화된 EUV 미러 광학계로 스케닝 현미경을 구성하고자 하는데 목적이 있다. 따라서, 본 발명 기술은 스케닝 기술의 장점을 가지며, 존플레이트 적용 기술의 단점을 극복한 새로운 발명을 제안하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, EUV 마스크용 공간 영상 측정 장치에 고효율 EUV 광학계 구조 기술을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 스캐닝 현미경 구조에서 4개의 EUV 미러를 가진 광학계를 적용하여 노광기에서의 공간영상(aerial image)을 완벽하게 묘사(emulation)할 수 있는 고성능 EUV 마스크용 공간 영상 장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시켜 EUV(extreme ultra-violet) 광을 출력하는 EUV 광원부, 상기 EUV 광원부에서 출력된 확대하기 위하여 제 1 EUV 구면거울과 EUV 평면거울을 포함하여 구성되는 제 1광학계, 상기 제 1광학계에서 반사된 광을 입사받아 EUV 마스크 측정을 위한 집속광으로 변환하는 구면거울과 비구면거울로 구성되는 제 2광학계, 상기 제 2광학계로부터 입사된 측정광을 측정 대상 EUV 마스크에 조사하여 마스크 패턴의 측정하기 위해 상기 EUV 마스크를 X축 혹은 y축의 방향으로 이동시키는 이동부 및 상기 EUV 마스크에 조사된 측정광이 반사된 반사광을 입사받아 광 에너지 측정세기를 검출하는 광검출부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 EUV 광원부는, 13nm 내지 14nm 파장값을 가지는 EUV 광원이 사용된다.
또한, 상기 제 1광학계는, 상기 제 1 EUV 구면거울을 오목거울 또는 볼록거울 중 어느 하나로 구성된다.
또한, 상기 제 2광학계는, 상기 제 1광학계의 상기 EUV 평면거울에서 반사된 광을 1차 집속하는 제 2 EUV 구면거울과, 상기 제 2 EUV 구면거울에서 반사된 광을 집속하여 측정 대상 EUV 마스크에 조사하는 EUV 비구면거울로 구성된다.
또한, 상기 제 2광학계는, 상기 제 2 EUV 구면거울의 곡률 지름값이 35mm 내지 38mm값을 가지며, 상기 EUV 비구면거울은 곡률 지름값이 150mm 내지 152mm값을 가지고 구성되고, 상기 제 1광학계를 구성하는 상기 EUV 평면거울은 광경로를 구성하기 위해 상기 EUV 비구면거울의 중앙에 배치되고, 상기 제 2 EUV 구면거울에서 반사되는 광은 상기 EUV 비구면거울의 일측 영역으로 입사된 후 EUV 마스크로 집속되는 광경로 구조를 갖는다.
또한, 상기 이동부는, 코어스 이동부(Coarse stage)와 파인 이동부(Fine stage)로 각각 구성된다.
또한, 상기 이동부는, 상기 코어스 이동부를 구동시키는 리니어 모터와, 파인 이동부를 구동시키는 피에조 엑추에이터로 구성된다.
또한, 상기 광검출부는, 주변 노이즈광을 제거하기 위하여 Zr, Nb, Ru 중 어느 하나가 코팅된 노이즈필터를 더 포함한다.
또한, 상기 이동부는, 상기 코어스 이동부 상부측에 파인 이동부가 설치되고, 상기 코어스 이동부와 파인 이동부를 개별적으로 제어하며, 상기 파인 이동부를 X축과 Y축으로 구동하면서 상기 EUV마스크를 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2광학계는, 상기 EUV 마스크에 입사되는 측정광의 입사각이 5 내지 7도의 각도를 갖도록 상기 제 2 EUV 구면거울과 EUV 비구면거울이 배치되어 상기 EUV 마스크에 입사되도록 구성된다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 EUV 마스크 패턴 스캐닝을 위한 공간 영상 측정장치는 종래 공간 영상 측정 장치에 비하여 최대 4.7배 이상 광학계 효율을 개선시킴으로써, 공간 영상 측정 장치의 성능을 개선시킬 수 있고 노광기와 동일한 파장과 입사각와 NA를 가지게 함으로써, 기술적으로 EUV 노광기와 동일한 공간 영상을 측정할 수 있는 효과가 있다.
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 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치의 광검출부의 상세도,
도 4는 본 발명에 따른 광검출부를 통해 검출되는 영상 이미지의 예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치의 광검출부를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치와 종래기술의 성능 대비표.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치는, 고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시켜 EUV(extreme ultra-violet) 광을 출력하는 EUV 광원부, 상기 EUV 광원부에서 출력된 확대하기 위하여 제 1 EUV 구면거울과 EUV 평면거울을 포함하여 구성되는 제 1광학계, 상기 제 1광학계에서 반사된 광을 입사받아 EUV 마스크 측정을 위한 집속광으로 변환하는 구면거울과 비구면거울로 구성되는 제 2광학계, 상기 제 2광학계로부터 입사된 측정광을 측정 대상 EUV 마스크에 조사하여 마스크 패턴의 측정하기 위해 상기 EUV 마스크를 X축 혹은 y축의 방향으로 이동시키는 이동부 및 상기 EUV 마스크에 조사된 측정광이 반사된 반사광을 입사받아 광 에너지 측정세기를 검출하는 광검출부를 포함하여 구성된다.
본 발명은, 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치는, 구조가 간소화된 광학계 구조를 이용하고, 기존의 사용되던 광학 부품을 적용하지 않고도 고효율의 EUV 마스크 스캐닝이 가능하여 결과적으로 웨이퍼 수율을 직접적으로 크게 향상시킬 수 있는 반도체 공정 장비로 적용할 수 있는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 EUV 마스크 스캐닝 장치는 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 2는 본 발명에 따른 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치의 구성도이다.
본 발명은 크게 4가지 부분으로 구성되며, 각각은 간섭 EUV 광원과 (100) 1차 집속광학계 및 2차 집속광학계로 구성된 EUV 광학계와 EUV 마스크(700)에서 측정 는 위치를 코어스 스테이지로(Coarse Stage) 찾아가고 이미지 형성을 위해 스캐닝을 수행하는 파인 스테이지(fine stage)가 결합된 하이브리드 스테이지(hybrid stage)에 해당하는 이동부(800) 그리고 상기 EUV 마스크(700)에서 반사된 EUV 광량을 검출하는 광검출부이다.
본 발명에서는 EUV 광원 소스(100)는 펨토초 레이저를 기체에 집속하여 광을 발생시키는 고차조화파 방식의 EUV 광이나, 싱크로트론 장치 내 언듈에이트(undulator)에서 발생하는 EUV 광, 엑스선 레이저 발생 장치에서 발생시키는 광, 자유전자 레이저(free electron laser) 방식으로 발생된 광을 적용하여 상기 EUV 소스(100)를 구성한다.
상기 레이저 소스에서 출력되는 광은 단색광이어야 하며 공간적 간섭성이 우수한 코히런트 EUV 광을 사용하는 것이 바람직하다. 실험적 경험과 문헌에 의하면 상기 각 장치에서 발생된 광들은 모두 적용 가능하나 산업계에 적합한 광원은 고차조화파 방식의 EUV 광원이다.
상기 고차조화파 방식의 광은 수십에서 수백 펨토초(femtosecond) 펄스폭을 가지는 고출력 IR(적외선) 레이저를 진공장치 내 국소 영역에 형성된 불활성 기체에 조사함으로써 발생시킬 수 있으며, 적용 기체는 Ne(Neon)과 He(Helium)이 EUV 광을 생성시키기에 적합한 것으로 알려져 있고, 본 발명에서도 이 두 기체가 실용적으로 적용될 수 있다. 발생된 고차조화파 방식의 EUV 광과 고출력 IR 레이저를 분리하기 위해서 Zr 성분이 주로 포함된 X-선용 필터가 적용된다. 적용 필터의 두께는 고차조화파 발생 효율과 EUV 광학계 성능에 따라 달라지는데 주로 50 nm에서 500 nm 사이의 두께를 가진 필터가 적용된다. 상기 필터가 적용되면 EUV 광은 고효율로 필터를 투과하는 반면 IR 레이저는 흡수 및 반사되어 투과하지 못하게 된다. 상기 EUV 소스에서 출력되는 광은 광학계를 통해 측정대상인 마스크에 조사하여 측정광을 획득하게 된다.
간섭 EUV 광은 펨토초 레이저를 기체에 집속하여 고차조화파를 발생 방식을 통해 X-ray 광을 발생 시키는 방식 혹은 싱크로트론(synchrotron) 장치의 언듈레이트(undulator)에서 발생된 X-선 광을 적용하였으며, 간섭 EUV 광원이 1차 확대 광학계인 EUV 구면거울(200)에 의해서 빔의 발산각이 기존 대비 커지게 되고, 발산각이 커진 빔은 EUV 평면거울(300)에 의해서 2차 집속 광학계로 보내어 지며, 2차 집속 광학계는 1개의 EUV 볼록 구면거울(400)과 1개의 EUV 오목 비구면거울(500)로 구성되며, 1차 빔의 발산각이 확대되어 2차 집속 광학계의 EUV 볼록 구면 거울에 도착하게 되면, 상기 볼록 거울은 1차 대비 더욱 발산각을 커지게 하여 2차 집속 광학계의 EUV 오목 비구면거울에 원하는 크기의 빔이 형성되게 한다.
본 발명에 따른 광학계의 구성으로는 제 1광학계와 제 2광학계로 구성되어 EUV 마스크에 광을 집속시키며, 여기서 반사된 광은 광검출부(600)에서 획득한다.
상기 제 1광학계는 제 1 EUV 구면거울(200)과 EUV 평면거울(300)로 구성되어 광원부에서 출력되는 광을 확대시키며, 상기 제 1광학계에서 반사된 광을 EUV 마스크에 조사하기 위하여 제 2 EUV 구면거울(400)과 EUV 비구면거울(500)로 구성된 제 2광학계를 통해 집속된다.
본 발명에서는 광학계의 구성을 구면거울과 비구면거울의 조합을 통해 광의 효율성을 증대시키고 광학계 구조를 간소화시키며, 기존의 존플레이트 렌즈 사용에 따른 노이즈광 발생의 문제와 고품질 광생성을 크게 만족시킬 수 있게 된다.
상기 EUV 비구면거울(500)에 확대되어서 도달된 빔은 상기 거울에 의해서 EUV 마스크에 집속되게 되는데, 이때 거울과 EUV 마스크와의 거리를 d라고 하고, EUV 오목 비구면거울에 도달한 빔의 반지름을 r이라고 하면, 집속 되는 빔의 개구수(NA, numerical aperture)는 r/d가 되며, EUV 마스크에 형성된 집속 점의 크기는 13.5nm/(2*NA)가 되게 광학계의 정렬과 품질을 유지하게 한다.
또한, 본 발명에서는 NA는 노광기의 NA인 0.33 혹은 0.55를 모방하게 하기 위해서 NA를 각각 0.33/4혹은 0.55/8이 되게 빔의 반지름 r과 거리 d를 정해서 광학계 설계에 반영한다.
상기 EUV 비구면거울(500)에 도달하는 빔의 반지름 r은 EUV 광원의 발산각과 제 1광학계에 의해서 결정되고, 상기 거리 d는 EUV 오목 비구면거울의 반지름에 의해서 결정된다.
본 발명에서는 광원의 발산각이 0.25 mrad이고 원하는 NA가 0.33/4일 때, 1차 확대 광학계 거울의 곡률 지름은 약 78.6 mm인 볼록 거울이며, 상기 2차 집속 광학계의 곡률 지름이 약 36.4 mm인 구면 볼록 거울과 곡률 지름인 약 151 mm인 비구면 오목 거울 적용이 필요하다.
상기 EUV 광학계에 의해 마스크에 형성된 집속 점의 크기는 13.5nm/(2*NA)이 되고 이 집속 점에서 EUV 마스크의 위치(x,y)에서 반사된 EUV 광은 광검출기에서 I(x,y)로 광 에너지가 측정되어 진다.
상기 광검출부(600)는 EUV 광 에너지를 측정하는 Si소재의 검출기 이며, 주변광에 의한 노이즈를 제거하기 위해 Zr, Nb, Ru이 코팅된 필터나 Zr, Ru이 코팅된 Nb 필터가 상기 광검출부(600) 앞에 설치된다.
상기 EUV 마스크(700)는 파인 스테이지(fine stage) 구동을 통해 x와 y 방향으로 스캐닝(scanning)이 가능하고 이를 통해 공간 영상을 측정할 수 있게 설계할 수 있고, 파인 스테이지(fine stage)는 코어스 스테이지(coarse stage)위에 설치되어 마스크 상에서 획득하고자 하는 이미지가 있는 위치로 마스크를 이동 수 킬 수 있게 설계 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치에서 광검출부에 해당하는 어레이 검출부의 상세도이다. X-ray 광을 검출하는 검출부(600)는 검출소자 어레이(detector array)로 구성되며, 노광기의 조명계 구조 묘사를 최적으로 수행하기 위해 상기 광검출부의 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 4에 나타낸 바와 같이 어레이 셀 구조의 검출부를 통해서 모든 셀의 신호를 이미지 재구성에 사용할 수 있는데, 특히 다이폴(DIPOLE) 모양의 셀만 활용하여 이미지 재구성에 사용할 경우 해당 신호값의 대비가 향상될 수 있다. 다이폴 구조의 셀만을 구성할 경우에는 LWR(line-width roughness)의 정밀도를 높일 수 있게 된다.
이때에는 다이폴 모양의 외부에 존재하는 셀의 게인값을 0로 조절하면 다이폴(DIPOLE) 모양의 셀만 활용하여 이미지 재구성에 사용할 수 있는데 이에 대해 좀 더 설명하면 아래와 같다.
도 5는 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.
이때, 어레이의 수식을 다음을 만족한다.
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 인덱스로써, 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, 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.
도 6은 본 발명에 따른 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치와 종래기술의 성능 대비표이다. 도 6은 본 출원인이 출원한 존플레이트 렌즈를 사용한 EUV 마스크의 패턴 이미지 측정장치와 본 발명의 스캐닝 장치의 효율을 비교한 결과값으로써, 토탈 광학계 효율은 4.7배 이상 개선시킬 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.
100 : EUV 광원부
200 : 제 1 EUV 구면거울
300 : EUV 평면거울
400 : 제 2 EUV 구면거울
500 : EUV 비구면거울
600 : 광검출부
700 : EUV 마스크
800 : 이동부

Claims (6)

  1. EUV 광원을 이용한 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치에 있어서,
    고출력 펨토세컨드 레이저를 가스셀에 집속시켜 EUV(extreme ultra-violet) 광을 출력하는 EUV 광원부;
    상기 EUV 광원부에서 출력된 광을 확대하기 위하여 제 1 EUV 구면거울과 EUV 평면거울을 포함하여 구성되는 제 1광학계;
    상기 제 1광학계에서 반사된 광을 입사받아 EUV 마스크 측정을 위한 집속광으로 변환하는 제2 EUV 구면거울과 EUV 비구면거울로 구성되는 제 2광학계;
    상기 제 2광학계로부터 입사된 측정광을 측정 대상 EUV 마스크에 조사하여 마스크 패턴의 측정하기 위해 상기 EUV 마스크를 X축 혹은 y축의 방향으로 이동시키는 이동부; 및
    상기 EUV 마스크에 조사된 측정광이 반사된 반사광을 입사받아 광 에너지 측정세기를 검출하는 광검출부;를 포함하되
    상기 제 2광학계는,
    상기 제 1광학계의 상기 EUV 평면거울에서 반사된 광을 1차 집속하는 제 2 EUV 구면거울과, 상기 제 2 EUV 구면거울에서 반사된 광을 집속하여 측정 대상 EUV 마스크에 조사하는 EUV 비구면거울로 구성되고
    상기 제 2 EUV 구면거울의 곡률 지름값이 35mm 내지 38mm값을 갖는 것으로 구성되며,
    상기 제 1광학계를 구성하는 상기 EUV 평면거울은 광경로를 구성하기 위해 상기 EUV 비구면거울의 중앙에 배치되고, 상기 제 2 EUV 구면거울에서 반사되는 광은 상기 EUV 비구면거울의 일측 영역으로 입사된 후 EUV 마스크로 집속되는 광경로 구조를 갖으며,
    상기 이동부는, 코어스 이동부(Coarse stage)와 파인 이동부(Fine stage)로 각각 구성되고,
    상기 이동부는, 상기 코어스 이동부를 구동시키는 리니어 모터와, 파인 이동부를 구동시키는 피에조 엑추에이터로 구성되되, 상기 코어스 이동부 상부측에 파인 이동부가 설치되고, 상기 코어스 이동부와 파인 이동부를 개별적으로 제어하며, 상기 파인 이동부를 X축과 Y축으로 구동하면서 상기 EUV마스크를 스캐닝하며
    상기 광검출부는, 주변 노이즈광을 제거하기 위하여 Zr, Nb, Ru 중 어느 하나가 코팅된 노이즈필터를 더 포함하고,
    상기 제 2광학계는, 상기 EUV 마스크에 입사되는 측정광의 입사각이 5 내지 7도의 각도를 갖도록 상기 제 2 EUV 구면거울과 EUV 비구면거울이 배치되어 상기 EUV 마스크에 입사되도록 구성되는 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 EUV 광원부는,
    13nm 내지 14nm 파장값을 가지는 EUV 광원이 사용되는 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1광학계는,
    상기 제 1 EUV 구면거울을 오목거울 또는 볼록거울 중 어느 하나로 구성되는 고성능 EUV 마스크 패턴 스캐닝 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020210030164A 2021-03-08 2021-03-08 고성능 euv 마스크 패턴 스캐닝 장치 KR102591666B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210030164A KR102591666B1 (ko) 2021-03-08 2021-03-08 고성능 euv 마스크 패턴 스캐닝 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210030164A KR102591666B1 (ko) 2021-03-08 2021-03-08 고성능 euv 마스크 패턴 스캐닝 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220126054A KR20220126054A (ko) 2022-09-15
KR102591666B1 true KR102591666B1 (ko) 2023-10-19

Family

ID=83281543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210030164A KR102591666B1 (ko) 2021-03-08 2021-03-08 고성능 euv 마스크 패턴 스캐닝 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102591666B1 (ko)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4120502B2 (ja) * 2003-07-14 2008-07-16 株式会社ニコン 集光光学系、光源ユニット、照明光学装置および露光装置
DE102005041203A1 (de) 2005-08-31 2007-03-01 Carl Zeiss Sms Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur interferometrischen Messung von Phasenmasken
JP4738114B2 (ja) 2005-09-16 2011-08-03 株式会社東芝 マスク欠陥検査方法
KR101484937B1 (ko) 2008-07-02 2015-01-21 삼성전자주식회사 위상반전 마스크의 위상 측정 방법 및 이를 수행하기 위한장치
KR20110110578A (ko) 2010-04-01 2011-10-07 삼성전자주식회사 극자외선 마스크의 위상 거칠기 측정 방법 및 이에 이용되는 장치
WO2012131015A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Next Scan Technology Bv Flat field telecentric scanner with diffraction limited performance
KR101811306B1 (ko) 2011-04-25 2017-12-26 삼성전자주식회사 반도체 장치의 불량 검사 방법, 포토 마스크 및 이를 이용하여 형성된 반도체 장치
DE102012219936A1 (de) * 2012-10-31 2014-04-30 Carl Zeiss Smt Gmbh EUV-Lichtquelle zur Erzeugung eines Nutz-Ausgabestrahls für eine Projektionsbelichtungsanlage
KR102207666B1 (ko) * 2019-04-16 2021-01-26 주식회사 이솔 스캐닝 타입 euv 마스크의 패턴 이미지 측정장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220126054A (ko) 2022-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102207666B1 (ko) 스캐닝 타입 euv 마스크의 패턴 이미지 측정장치
US10120176B2 (en) Catadioptric projection objective comprising deflection mirrors and projection exposure method
JP5026788B2 (ja) マイクロリソグラフィの照明システム
US8335039B2 (en) Method of measuring aerial image of EUV mask
KR102469060B1 (ko) Euv 마이크로리소그라피를 위한 투영 렌즈, 투영 노광 장치 및 투영 노광 방법
JP2007150295A (ja) ラスタ要素を有する光学装置、及びこの光学装置を有する照射システム
KR20130007541A (ko) 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법
KR20060044471A (ko) 리소그래피 장치, 디바이스 제조방법 및 가변 감쇠기
CN110987965B (zh) 基于非相干光源和波带片成像的掩模缺陷检测方法及系统
US11657492B2 (en) Reticle backside inspection method
KR102239730B1 (ko) 스캐닝 타입 반사형 극자외선 마스크의 패턴 결함 검사 장치.
KR102591666B1 (ko) 고성능 euv 마스크 패턴 스캐닝 장치
US9158205B2 (en) Optical arrangement for three-dimensionally patterning a material layer
US11914282B2 (en) System of measuring image of pattern in scanning type EUV mask
US11898970B2 (en) EUV mask inspection device using multilayer reflection zone plate
JP3958261B2 (ja) 光学系の調整方法
KR102268459B1 (ko) 고차조화파 광원을 이용한 고성능 간섭 패터닝 장치
Di Lazzaro et al. Excimer-laser-driven EUV plasma source for single-shot projection lithography
US11619876B1 (en) System of inspecting pattern defect in scanning-type reflective extreme ultraviolet mask
US20020135833A1 (en) Method and apparatus for increasing the effective efficiency of holograms
Weerdenburg et al. Reflection Ptychography via Auto Differentiation on a High Harmonic EUV beamline
JP2024059661A (ja) 計測光に関する物体の反射率を計測するための方法およびその方法を実行するための計量システム
KR20230037817A (ko) 다층막 반사형 존플레이트를 이용한 euv용 조명 장치 및 그 제조방법
CN117891127A (zh) 一种掩模缺陷检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant