KR20060051434A - 광학 검사 장치 및 광학 검사 방법 - Google Patents

Abstract

검사 대상 표면을 조사(照射)하는 것에 의해 검사 대상 표면을 검사하는 광학 검사 장치로서, 상기 광학 검사 장치는, 광원으로부터의 광을 검사 대상 표면상에 미세 스폿 형상(minute spot shape)으로 집중하고, 집중된 미세-스폿-형상의 광을 검사 대상 표면에 주사하기 위한 집중 및 주사 광학계; 및 집중 및 주사 광학계에 의해 주사된 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 검사 대상 표면의 영역에서 광학 위상 변화 정보를 검출하기 위한 위상 변화 정보 검출 장치를 포함한다.

광학 검사 장치, 위상 변화, 공간 필터, 푸리에 변환, 위상 결함, 광 세기

Description

광학 검사 장치 및 광학 검사 방법{OPTICAL INSPECTION APPARATUS AND OPTICAL INSPECTION METHOD}

도 1은 본 발명에 따른 광학 검사 장치의 예시적인 제1 실시예를 도시하는 도면.

도 2a는 포토마스크 상의 집중 스폿(condensed spot)의 이상적인 공간 분포들의 예들을 도시하는 도면.

도 2b는 이상적인 레이저빔 웨이스트(waist)를 갖는 집중 스폿이 패턴이 없는 포토마스크 상에 조사되는 경우의 푸리에 변환 이미지의 계산 결과들의 예들을 도시하는 도면.

도 3a는 광-차폐 패턴(light-shielding pattern)을 갖는 포토마스크가 이상적인 공간 분포를 갖는 집중 스폿으로 주사되는 경우의 포토마스크의 단면의 예들이 시계열(時系列) 방식으로 배열되는 것을 도시하는 도면.

도 3b는 광-차폐 패턴 직후에 조사된 집중 스폿의 광의 진폭, 위상 및 세기 공간 분포들의 예들이 시계열 방식으로 배열되는 것을 도시하는 도면.

도 3c는 도 3b에 대응하는 푸리에 변환 이미지의 계산 결과들의 예들을 도시하는 도면.

도 4는 (공간 필터가 없는 광-차폐 패턴의 경우에) 광 세기 신호와 집중 스 폿 주사 위치 사이의 관계예를 나타내는 도면.

도 5a는, 위상 결함을 갖는 포토마스크가 이상적인 공간 분포를 갖는 집중 스폿으로 주사되는 경우의 포토마스크의 단면의 예들이 시계열 방식으로 배열되는 것을 나타내는 도면.

도 5b는 위상 결함 직후에 조사된 집중 스폿의 광의 진폭 절대값, 위상, 및 세기 공간 분포들의 예들이 시계열 방식으로 배열되는 것을 도시하는 도면.

도 5c는 도 5b에 대응하는 푸리에 변환 이미지의 계산 결과들의 예들을 나타내는 도면.

도 6a는 위상 결함을 갖는 포토마스크가 이상적인 공간 분포를 갖는 집중 스폿으로 주사되는 경우의 포토마스크의 단면의 다른 예들이 시계열 방식으로 배열되는 것을 나타내는 도면.

도 6b는 위상 결함 직후에 조사된 집중 스폿의 광의 진폭 절대값, 위상, 및 세기 공간 분포들의 다른 예들이 시계열 방식으로 배열되는 것을 도시하는 도면.

도 6c는 도 6b에 대응하는 푸리에 변환 이미지의 계산 결과들의 예들을 나타내는 도면.

도 7은 (공간 필터를 갖지 않는 위상 결함의 경우에) 광 세기 신호와 집중 스폿 주사 위치 사이의 관계예를 나타내는 도면.

도 8a는 위상 결함의 에지부가 집중 스폿의 중심에 위치하는 경우(위상 시프트 양이 180°인 경우)의 푸리에 변환 이미지의 세기 분포의 예를 도시하는 도면.

도 8b는 위상 결함의 에지부가 집중 스폿의 중심에 위치하는 경우(위상 시프 트 양이 90°인 경우)의 푸리에 변환 이미지의 세기 분포의 예를 도시하는 도면.

도 9는 중심부에서 광을 투과하고 주변부에서 광을 차폐하는 공간 필터의 예를 도시하는 도면.

도 10은 (공간 필터를 갖는 위상 결함의 경우에) 광 세기 신호와 집중 스폿 주사 위치 사이의 관계예를 도시하는 도면.

도 11은 (공간 필터를 갖는 위상 결함의 경우에) 광 세기 신호와 집중 스폿 주사 위치 사이의 다른 관계예를 도시하는 도면.

도 12는 위상 시프트 양이 60°인 경우에 공간 필터의 개구 직경(aperture diameter)에 대한 검출 신호 피크값의 관계예를 도시하는 도면.

도 13a는 기판상에 광-차폐 패턴이 형성된 구성을 갖는 포토마스크의 단면의 예를 도시하는 도면.

도 13b는 공간 필터가 제공되지 않은 포토마스크 결함 검출 장치에 도 13a에도시된 포토마스크가 적용되는 경우의 이미지 프로세싱 시스템의 출력 결과예를 도시하는 도면.

도 14a는 도 13a에 도시된 포토마스크에 위상 결함이 추가되는 구성을 갖는 포토마스크의 단면의 예를 도시하는 도면.

도 14b는 공간 필터가 제공되지 않은 포토마스크 결함 검출 장치에 도 14a에 도시된 포토마스크가 적용되는 경우의 이미지 프로세싱 시스템의 출력 결과의 예를 도시하는 도면.

도 15a는 도 13a에 도시된 포토마스크에 위상 결함이 추가되는 구성을 갖는 포토마스크의 단면의 예를 도시하는 도면.

도 15b는 공간 필터가 제공된 포토마스크 결함 검출 장치에 도 15a에 도시된 포토마스크가 적용되는 경우의 이미지 프로세싱 시스템의 출력 결과의 예를 도시하는 도면.

도 16은 반투명부 및 광-차폐부들이 링 존(ring zone) 방식으로 제공되는 구성을 갖는 공간 필터의 예를 도시하는 도면.

도 17은 (위상 결함이 존재하는 경우에) 도 1에 도시된 광학 검사 장치의 구성에 도 16에 도시된 공간 필터가 제공되는 경우의 계산 결과들의 예들을 도시하는 도면.

도 18은 본 발명에 따른 광학 검사 장치의 예시적인 제2 실시예를 도시하는 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 광원 2: 주사 광학계

3: 대물 렌즈 4: 포토마스크

5, 7: 집광 렌즈 6: 공간 필터

8: 광전 변환기 9: 이미지 프로세싱 시스템

10: 구동 스테이지 11, 12: 광빔

13: 미세 집중 스폿 14: 퓨필 위치

15: 후방 초점 위치 16: 집중 및 주사 광학계

17: 위상 변화 정보 검출 장치 18: 위상 변화 정보 추출 장치

참고문헌 1: JP 06-331321 A(1994)

참고문헌 2: JP 2002-287327 A

참고문헌 3: JP 04-229864 A(1992)

참고문헌 4: JP 2002-519667 A

본 발명은 광학 검사 장치 및 광학 검사 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예를 들어, 반도체 집적 회로 등의 회로 패턴의 전사시에 사용되는 포토마스크(레티클) 결함 검사 장치에 적용되는 광학 검사 장치 및 광학 검사 방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로의 집적도가 증가함에 따라 미세 패턴을 형성할 수 있는 리소그래피 기술들이 요구되고 있다. 이러한 배경에 대하여, 반도체 상에 반도체 집적 회로 패턴들을 전사하기 위해 사용되는 포토마스크(photomask)들의 패턴 형상들의 결함들을 검출하기 위한 다양한 방법들이 제안 및 실현되고 있다. 포토마스크들로서, 2진 마스크(binary mask)들 및 하프톤 마스크(halftone mask)들이 존재한다. 2진 마스크들은 각각 유리 기판상에 금속막 등으로 이루어진 광-차폐 패턴(light-shielding pattern)을 형성함으로써 얻어지는 마스크이다. 하프톤 마스크들은 각각 유리 기판상에 노광 파장에 대하여 반투명한 재료로 이루어진 패턴을 형 성함으로써 얻어지는 마스크이다.

미세 패턴의 형성을 가능하게 하는 리소그래피 기술들로서, 위상 시프트 마스크(phase-shift mask)들을 사용하는 방법들이 제안되고 있다. 위상 시프트 마스크들은, 각각 노출 광의 위상을 시프트하는 재료(위상 시프터(phase shifter))를 유리 기판 상에(또는 안에) 추가(또는 매립)함으로써 얻어지는 포토마스크이다. 위상 시프트 마스크들을 사용하면, 위상 시프터가 추가된 부분을 통과하는 광과 위상 시프터가 추가되지 않은 부분을 통과하는 광 사이의 간섭을 통해 고해상도 노광이 가능해지게 된다. 공지된 위상 시프트 마스크들의 예들은, 하프톤 마스크들(Att-PSMs: Attenuated Phase Shift Masks) 및 Levenson 마스크들(Alt-PSMs: Alternating Phase Shift Masks)을 포함한다.

이러한 위상 시프트 마스크 등을 사용하여 미세 패턴을 노광시키기 위하여, 위상 시프트 마스크 상의 위상 시프터가 설계 데이터와 일치하는 것이 중요하다. 이에 따라, 최근, 위상 시프트 마스크들과 같은 포토마스크들을 위한 결함 검출 기술들이 절실하게 필요로 되고 있으며 각종 장치들이 제안되고 있다.

예를 들어, 광 간섭을 이용하는 포토마스크를 위한 결함 검출 기술로서, 광학 헤테로다인 간섭 방법(optical heterodyne interference method)을 사용하는 위상 시프트 양 측정 방법이 참고문헌 1에 개시되어 있다. 또한, 차동 간섭 마이크로스코프(differenctial interference microscope)를 사용하는 위상 시프트 마스크 결함 검사 방법이 참고문헌 2에 개시되어 있다.

또한, 광의 회절/산란을 이용하는 방법으로서, 균일하게 조명된 위상 시프트 패턴의 푸리에 변환 이미지 분석을 사용하는 포토마스크 검사 방법이 참고문헌 3에 개시되어 있다.

또한, 경사진 방향으로부터 조명된 위상 시프트 패턴으로부터 산란/회절된 광만이 푸리에 변환 표면에 의해 공간 필터를 통과하게 함으로써 레티클 또는 집적 회로의 웨이퍼 표면의 결함을 검출하는 방법이 참고문헌 4에 개시되어 있다.

한편, 광-차폐 패턴이 형성되는 2진 마스크, 반투명 패턴이 형성되는 하프톤 마스크 등의 패턴 형상 결함을 검출하는 방법으로서, 주사형 마이크로스코프 시스템(scanning-type microscope system)이 존재한다. 이 시스템은 포토마스크의 패턴 형성 표면이 집중된 광(condensed light)으로 주사되어, 투과광/반사광의 세기가 검출되는 시스템이다.

그러나, 위상 시프트 마스크와 같은 포토마스크를 위한 종래의 결함 검사 방법은 다음과 같은 문제점 (1) 내지 (3)을 갖는다.

(1) 광학 헤테로다인 간섭 방법을 사용하는 방법 및 전술한 차동 간섭 마이크로스코프를 사용하는 방법에 의하면, 위치들이 서로 약간 어긋난 2개의 광빔들이 측정 대상에 조사된다. 그 후, 2개의 광빔들 사이의 간섭의 세기가 측정된다. 따라서, 2개의 광빔들 사이의 변위(displacement) 방향과 동일한 방향으로 연장하는 패턴들의 검출이 어려운 것과 같은 패턴 방향 의존성(pattern direction dependence)이 존재한다. 또한, 2개의 빔들 사이의 변위량에 의존하는 패턴 선폭의 검출 한계와 같은 문제점들이 존재한다.

(2) 또한, 균일하게 조명된 위상 시프트 패턴의 푸리에 변환 이미지 분석을 사용하는 전술한 방법은 위상 시프트 양(위상차, 막 두께)만이 기본적으로 측정되는 방법이다. 따라서, 이 방법은 미세한 위상 결함들을 검출하는 것에 목표를 두지 않는다. 또한, 이 방법은 프로젝션 노광 장치(projection exposure apparatus)의 경우에 균일한 조명 등을 사용하는 일반적인 촬상 시스템에서 푸리에 변환 이미지 분석에 기초하여 고안된다. 따라서, 위상 시프터가 추가된 영역 및 위상 시프터가 추가되지 않은 영역인 2개의 영역들을 균일하게 조명할 필요가 있다는 문제점이 있다.

(3) 또한, 위상 시프트 패턴으로부터의 산란/회절광만이 푸리에 변환 표면에 의해 검출되는, 상기한 참고문헌 4에 개시된 방법은 반도체 웨이퍼 등의 결함들의 검출에 일반적으로 사용하는 하나의 방법이다. 즉, 이 방법은, 램프 또는 레이저 등의 광원에 의해 암시야/명시야 조명된(dark-field/bright-field-illuminated) 영역으로부터의 산란/회절광을 측정 및 분석함으로써 결함들을 검출하는 장치에 의해 구현된다. 다양한 형태들이 고안되어 있으며, 대부분의 경우, 미세한 결함들로부터 약한(weak) 산란/회절광의 S/N을 향상시키는 것을 목적으로 한다. S/N 향상 및 결함 형태 판정을 위해, 참고문헌 4는 원방계(far-field) 영역의 회절광에 대해 공간 필터링을 수행함으로써 검출이 행해지는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 각종 산란/회절광은 검출 대상의 패턴 형상 및 검출 형상에 의존하여 발생한다. 가능한 많은 광을 포획하기 위해서는, 조사광의 각도, 수광 시스템의 배열(또는 공간 필터의 종류) 등의 몇가지 고려 사항이 필요하다. 따라서, 각종 결함에 대처할 수 있는 복합적인 시스템을 구성할 필요가 있다는 문제점이 있다.

전술한 문제점들은 포토마스크들(레티클들)에만 한정되지 않고, 또한 패턴들이 형성되는 전자 컴포넌트 기판(electronic component substrate)들의 검사에 동일하게 적용된다.

상기 및 다른 예시적인 문제점들, 결점들 및 단점들의 관점에서, 본 발명의 예시적인 광학 검사 장치는, 검사 대상 표면을 광으로 조사하는 것에 의해 검사 대상 표면을 검사하며, 광원으로부터의 광을 검사 대상 표면상에 미세 스폿 형상(minute spot shape)으로 집중하고, 집중된 미세-스폿-형상의 광을 검사 대상 표면에 주사하기 위한 집중 및 주사 광학계(condensing and scanning optical system); 및 집중 및 주사 광학계에 의해 주사된 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 검사 대상 표면의 영역에서 광학 위상 변화 정보를 검출하기 위한 위상 변화 정보 검출 장치를 포함한다.

본 발명의 예시적인 광학 검사 방법은, 검사 대상 표면을 광으로 조사하는 것에 의해 검사 대상 표면을 검사하며, 광원으로부터의 광을 검사 대상 표면상에 미세 스폿 형상으로 집중하는 단계; 집중된 미세-스폿-형상의 광을 검사 대상 표면에 주사하는 단계; 및 주사된 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 검사 대상 표면의 영역에서 광학 위상 변화 정보를 검출하는 단계를 포함한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 집중 및 조사 광학계는 광원으로부터의 광을 검사 대상 표면에 미세 스폿 형상으로 집중시키고 검사 대상 표면상에 주사한다. 그 후, 위상 변화 정보 검출 장치는 주사된 미세-스폿-형상의 광으로 조 사된 검사 대상 표면의 영역에 광학 위상 변화 정보를 검출한다.

따라서, 검출된 위상 변화 정보와 기준 데이터를 비교함으로써 검사 대상 표면 상의 위상 결함을 식별할 수 있다. 패턴의 방향 및 형상에 의해 영향을 받지 않고 위상 변화 정보의 검출 및 위상 결함의 식별을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 예시적인 광학 검사 장치는 패턴 방향 및 패턴 형상에 거의 의존하지 않는 간단한 구성을 갖는 장치이다.

본 발명의 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 고려되는 경우 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

이제, 본 발명의 예시적인 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 광학 검사 장치의 예시적인 제1 실시예를 도시한다.

이하, 광학 검사 장치의 예로서 포토마스크 결함 검출 장치를 사용하여 설명될 것이다.

포토마스크 결함 검출 장치는 광원(1), 집중 및 주사 광학계(16), 포토마스크(4), 위상 변화 정보 검출 장치(17), 및 구동 스테이지(10)를 포함한다.

집중 및 주사 광학계(16)는 주사 광학계(2) 및 대물 렌즈(3)를 포함한다.

위상 변화 정보 검출 장치(17)는 집광 렌즈(5), 공간 필터(6), 및 위상 변화 정보 추출 장치(18)를 포함한다.

위상 변화 정보 추출 장치(18)는 집광 렌즈(7), 광전 변환기(photoelectric transducer)(8), 및 이미지 프로세싱 시스템(9)을 포함한다.

포토마스크 결함 검출 장치는 주사형 마이크로스코프 시스템을 사용하여 검사 대상 표면(본 실시예에 있어서 포토마스크의 패턴 표면)을 검사한다.

주사형 마이크로스코프 시스템을 사용하는 검사는, 광원으로부터의 광을 검사 대상 표면에 집중 및 주사시킴으로써 검사 대상 표면을 검사하는 시스템을 의미한다. 주사형 마이크로스코프 시스템을 사용한 검사에서는, 해상도를 증가시키기 위해 검사 대상 표면상에 집중된 스폿의 직경을 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 단파장을 갖는 광원이 요구된다. 또한, S/N을 향상시키기 위해 고휘도의 광원이 요구된다. 따라서, 예를 들어 266nm의 파장을 갖는 원 적외선 레이저가 광원(1)으로서 사용된다.

광원(1)으로부터 방사된 광빔(11)은 주사 광학계(2)에 입사한다. 주사 광학계(2)는 광빔(11)을 원하는 직경을 갖는 빔으로 변환하고, 변환된 빔을 고속으로 편향시켜서, 편향된 빔을 광빔(12)으로서 방사한다. 주사 광학계(2)의 편향 장치로서, 1차원 광학 편향기가 사용되고, 그 예로는 음향 광학 편향기, 폴리곤 미러(polygon mirror), 및 갈바노미러(galvanomirror)가 있다.

고속으로 편향된 광빔(12)은 대물 렌즈(3)에 입사한다. 대물 렌즈(3)는 0.85 등의 큰 NA(numerical aperture)를 갖고, 포토마스크(4)의 패턴을 갖는 표면상에 직경이 대략 0.3 내지 0.4 ㎛인 미세 집중 스폿(minute condensed spot)(13)을 형성한다. 또한, 대물 렌즈(3)는 광빔(12)의 편향 시작점이 렌즈(3)의 전방 초점 위치에 위치하도록 배열된다. 광빔(12)의 편향 시작점은 편향을 통해 진동하는 광빔(12)이 광축 상에서 중첩되는 퓨필(pupil) 위치(14)이다. 따라서, 집중 스폿(13)은 포토마스크(4) 상에 텔레센트릭하게(telecentrically) 주사된다. 여기서, "포토마스크(4) 상의 텔레센트릭 주사"는, "광축이 포토마스크(4)에 수직인 상태에서의 주사"를 의미한다.

구동 스테이지(drive stage)(10)는 포토마스크(4)를 홀드(hold)하고 도 1의 지면에 수직인 방향으로 이동시킨다. 주사 광학계(2)는 지면을 따르는 방향으로 포토마스크(4) 상에 집중 스폿(13)을 주사한다. 따라서, 집중 스폿(13)은 포토마스크(4)의 2차원 영역에 주사된다. 또한, 1차원 광 편향기 대신에 2차원 광 편향기를 사용함으로써, 2차원 광 편향기만을 사용하여 2차원 영역에 집중 스폿(13)을 주사하는 것이 가능해진다. 또한, 집중 스폿(13)은 광 편향기를 사용하지 않고 기계적으로 포토마스크(4)를 2차원으로 이동시켜 2차원 영역에 주사될 수 있다.

포토마스크(4)를 투과한 광빔(12)은 집광 렌즈(5)에 입사된다. 집광 렌즈(5)는 포토마스크(4)의 패턴을 갖는 표면이 전방 초점 위치가 되도록 배열된다. 따라서, 집광 렌즈(5)를 투과한 광빔(12)은 평행 광속(parallel light flux)으로 변환된다. 집광 렌즈(5)는 대물 렌즈(3)보다 크거나 같은 NA를 가지는 것이 바람직한데, 그 이유는 포토마스크(4) 상의 패턴에 의해 회절광을 포함한 광을 집중시킬 필요가 있기 때문이다.

평행 광속으로 변환된 광빔(12)은 집광 렌즈(5)의 후방 초점 위치(15)에 푸리에 변환 이미지를 형성한다. 즉, 포토마스크(4)의 패턴 표면의 푸리에 변환 표면은 후방 초점 위치(15)에 나타난다. 여기서, 푸리에 변환 이미지는 광학계의 프 라운호퍼(Fraunhofer) 회절 영역(원방계)에서의 광학 이미지이고, 렌즈의 전방 초점에 물체가 위치하는 경우에 렌즈의 후방 초점에 형성된 이미지(광의 분포)이다. 또한, 포토마스크(4) 상에 주사된 광빔(12)의 중심축 (또는 집중 스폿(13))은 후방 초점 위치(15)의 한 점에서 광축과 텔레센트릭하게 교차한다. 즉, 후방 초점 위치(15)에 퓨필이 형성된다.

공간 필터(6)는 퓨필 위치에 설치되고, 그 위치에 형성된 포토마스크(4)의 패턴 표면의 푸리에 변환 이미지에 관한 공간 필터링을 수행한다.

공간 필터(6)는 퓨필 위치에 설치되므로, 포토마스크(4) 상의 모든 빔 주사 위치에 대해 동일한 공간 필터링이 수행된다.

공간 필터(6)를 투과한 광빔(12)은 집광 렌즈(7)에 의해 광전 변환기(8)의 수광부에 집중된다. 여기서, 광전 변환기(8)는 포토다이오드(photodiode), 포토멀티플라이어(photomultiplier) 등을 사용한다. 광전 변환기(8)는 집광 렌즈(7)에 의해 집중된 광의 세기를 전기 신호로 변환하고 그 전기 신호를 이미지 프로세싱 시스템(9)으로 보낸다.

이미지 프로세싱 시스템(9)은 광전 변환기(8)로부터 전기 신호를 수신하고, 그 전기 신호를 집중 스폿의 주사에 대응시킨다. 그 후, 이미지 프로세싱 시스템(9)은 2차원 주사 위치들과 그 위치들에 대응하는 전기 신호값들에 의해 포토마스크 상의 2차원 패턴의 형상을 이미지로서 생성한다.

포토마스크(4) 상의 위상 결함을 검출하지 않고 광-차폐/반투명 패턴 형상 결함을 검출하는 경우에는, 도 1에 도시된 구성으로부터 공간 필터(6)를 제거한다. 즉, 집광 렌즈(5)를 투과하고 평행 광속으로 변환된 광빔(12)은 공간적으로 필터링되지 않고 집광 렌즈(7)로 보내진다. 다른 점들은 포토마스크(4) 상의 위상 결함을 검출하는 경우와 동일하다.

다음으로, 아래에 주어진 A부터 E까지의 순서대로 도 2a 내지 도 17을 참조하여 본 실시예에서의 광학 검사 장치(포토마스크 결함 검출 장치)의 동작에 대하여 설명하기로 한다.

A. 우선, 포토마스크(4) 상의 집중 스폿(13)이 설명될 것이다.

B. 다음으로, 포토마스크(4) 상의 광-차폐/반투명 패턴 형상의 검출이 설명될 것이다.

C. 다음으로, 포토마스크(4) 상의 위상 결함의 검출이 이론적인 계산을 이용하여 설명될 것이다.

D. 다음으로, 실험 결과들을 사용한 포토 마스크(4) 상의 위상 결함의 검출 및 위상 결함의 식별이 설명될 것이다.

E. 마지막으로, 다른 공간 필터가 사용되는 경우가 설명될 것이다.

여기서, 위상 결함은 검사광(집중 스폿(13)의 광)에 대하여 투과율의 차이를 일으키지 않고 광의 위상만을 변화시키는 결함을 의미한다.

A. 우선, 포토마스크(4) 상의 집중 스폿(13)이 설명될 것이다.

도 2a는 포토마스크(4) 상의 집중 스폿(13)의 이상적인 공간 분포들의 예들을 도시하며, 이상적인 레이저빔 웨이스트를 갖는 집중 스폿(13)의 진폭, 위상, 및 광 세기 공간 분포들을 도시한다. 이상적인 레이저빔 웨이스트를 갖는 집중 스폿 은 완전한(Gaussian) 가우스 진폭 분포 및 평면 위상 분포를 갖는 집중 스폿을 의미한다. 본 실시예에서는, 완전한 가우스 진폭 분포 및 평면 위상 분포를 갖는 빔이 포토마스크(4) 상에 집중된다고 가정한다.

도 2b는 패턴이 없는 포토마스크(4) 상에 이상적인 레이저빔 웨이스트를 갖는 집중 스폿(13)이 조사되는 경우의 푸리에 변환 이미지의 계산 결과들의 예를 도시한다. 푸리에 변환 이미지의 진폭, 위상, 및 광 세기는 위에서부터 이 순서로 도시된다. 포토마스크(4)는 패턴이 없는 투명한 유리 등이다. 푸리에 변환 이미지는 패턴이 없는 포토마스크(4)의 표면의 푸리에 변환 이미지이고, 집광 렌즈(5)의 후방 초점 위치(15)에 발생된 이미지이다.

도 2a에 도시된 집중 스폿(13)의 실제 사이즈는 포토마스크(4) 상에서 ㎛ 정도이다. 도 2b에 도시된 푸리에 변환 이미지의 실제 사이즈는 후방 초점 위치(15)에서 mm 정도이다. 사이즈는 서로 크게 다르지만, 도면에서는 공간 비율(수평축)을 임의로 설정하여 예시된다.

B. 다음으로, 포토마스크(4) 상의 광-차폐/반투명 패턴 형상의 검출이 도 3a 내지 도 4를 참조하여 설명될 것이다.

도 3a는 도 2a에 도시된 공간 분포들을 갖는 집중 스폿(13)으로 2진 마스크 등의 광-차폐 패턴(4b)이 주사되는 경우의 포토마스크(4)의 단면의 예들을 도시한다. 상기 도면에서, 집중 스폿(13)의 주사에 따라 광-차폐 패턴(4b)이 상대적으로 이동하는 상태들은, (T1)에서 (T7)의 순서로 시계열 방식으로 수평 방향으로 배열된다.

도 3b는 광-차폐 패턴(4b) 직후(포토마스크(4)의 광-차폐 패턴(4b) 표면 직후)에 조사된 집중 스폿(13)의 광의 진폭, 위상, 및 세기 공간 분포들의 예들을 도시한다. 상기 도면에서, 집중 스폿(13)의 주사에 따라 진폭, 위상, 및 세기 공간 분포들이 변하는 상태들은, (T1)에서 (T7)의 순서로 시계열 방식으로 수평 방향으로 배열된다.

도 3c는 도 3b에 대응하는 푸리에 변환 이미지의 계산 결과들의 예들을 도시한다. 도 3c의 푸리에 변환 이미지 세기(광 세기)에 대한 도면들에서, 광-차폐 패턴(4b)이 존재하지 않는 경우의 분포(도 2b)가 점선으로 중첩되어 표시됨을 주의해야 한다. 상기 도면에서, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 집중 스폿(13)의 주사에 따라 푸리에 변환 이미지가 변하는 상태들은, (T1)에서 (T7)의 순서로 시계열 방식으로 배열된다.

광전 변환기(8)는, 광전 변환기(8)의 수광면(light reception surface)을 이용하여 도 3c의 (T1)에서 (T7)까지의 시계열 방식으로 변하는 각각의 광 분포를 각각 수신한다. 그 후, 광전 변환기(8)는 각각의 수신된 광 분포를 각각 적분하여 각각의 적분 결과를 광 세기 신호로 각각 변환한다.

광-차폐/반투명 패턴 형상의 검출의 경우에는, 도 1에 도시된 공간 필터(6)가 제공되지 않음을 주의해야 한다. 또한, 도 3c의 푸리에 변환 이미지의 광이 집광 렌즈(7)를 통해 광전 변환기(8)에 의해 그대로 수신되어 전기 신호로 변환된다고 가정한다.

도 4는 광-차폐 패턴 형상이 공간 필터(6)의 제공 없이 검출되는 경우에 집 중 스폿(13)의 주사 위치와 광 세기 신호 사이의 관계예를 도시한다.

이미지 프로세싱 시스템(9)은 광전 변환기(8)로부터의 광 세기 신호를 수신하고, 광 세기 신호를 집중 스폿(13)의 주사 위치에 대응시키고, 도 4에 도시된 이미지를 생성하고, 그 데이터를 저장한다. 도 4는 수평축이 위치(시간)를 나타내는 경우, 도 3c에 도시된 광 세기의 변화를 도시한다. 심볼 (T1), (T4), 및 (T7)은 도 3a 내지 도 3c에서 시계열(時系列)을 나타내는 심볼 (T1), (T4), 및 (T7)에 대응하는 수평축의 부분들로 주어진다. 광-차폐 패턴의 에지 위치는 광 세기가 1/2로 되는 위치로서 얻어진다.

다음으로, 집중 스폿(13)을 포토 마스크의 패턴 표면에 2차원적으로 주사함으로써, 2진 마스크와 같은 포토마스크 상의 패턴 형상이 검출된다. 즉, 이미지 프로세싱 시스템(9)은 2차원 주사시 집중 스폿(13)의 주사 위치와 광전 변환기(8)로부터의 광 세기 신호를 서로 대응시킨다. 그 후, 이미지 프로세싱 시스템(9)은 2차원 주사 위치들과 그 위치들에 대응하는 광 세기 신호들에 기초하여 포토마스크 상의 2차원 패턴 형상을 이미지로서 생성한다.

C. 다음으로, 이론적인 계산을 이용한 포토마스크(4) 상의 위상 결함 검출에 대하여 도 5a 내지 도 12를 참조하면서 설명할 것이다.

도 5a 및 도 6a는 각각 위상 시프트 마스크와 같은 포토 마스크 상의 위상 결함(4a)이 도 2a에 도시된 공간 분포를 갖는 집중 스폿(13)으로 주사되는 경우에 포토마스크(4)의 단면의 예들이 시계열 방식으로 배열되는 도면이다.

도 5a는 위상 결함(4a)이 λ/2(180°)의 위상 시프트를 유발시키는 경우에 관한 것임을 주의해야 한다. 여기서, λ는 검사광(집중 스폿(13))의 파장이다. 또한, 도 6a는 위상 결함(4a)이 λ/4(90°)의 위상 시프트를 유발시키는 경우에 관한 것이다.

도 5a 및 도 6a는 집중 스폿(13)의 주사에 따라 위상 결함(4a)이 상대적으로 이동하는 상태들이 (T1)에서 (T7)의 순서로 시계열 방식으로 수평 방향으로 배열되는 것을 각각 도시한다.

도 5b 및 도 6b는 위상 결함(4a) 직후에 조사된 집중 스폿(13)의 광에 대한 진폭 절대값, 위상, 및 세기 공간 분포들의 예들이 시계열 방식으로 배열되는 것을 각각 도시한다. 상기 도면들에서, 집중 스폿(13)의 주사에 따라 진폭, 위상, 및 세기 공간 분포들이 변하는 상태들은 (T1)에서 (T7)의 순서로 시계열 방식으로 수평 방향으로 배열된다.

도 5c 및 도 6c는 각각 도 5b 및 도 6b에 대응하는 푸리에 변환 이미지의 계산 결과들의 예들을 도시한다. 도 5c 및 도 6c의 푸리에 변환 이미지 광 세기에 관한 도면에서, 위상 결함(4a)이 존재하지 않는 경우의 분포(도 2b)가 점선으로 중첩되어 표시됨을 주의해야 한다. 도 5c 및 도 6c에서는, 도 5a 및 도 5b와 도 6a 및 도 6b와 마찬가지로, 각각, 집중 스폿(13)의 주사에 따라 푸리에 변환 이미지가 변하는 상태들이 (T1)에서 (T7)의 순서로 시계열 방식으로 배열된다.

도 7은 도 4에 대응하며, 도 5c 및 도 6c에 도시된 광 세기의 변화의 예를 도시한다. 수평축은 위치(시간)를 나타낸다. 심볼 (T1), (T4), 및 (T7)은 도 5a 내지 도 6c의 시계열을 나타내는 심볼 (T1), (T4), 및 (T7)에 대응하는 수평축의 부분들로 주어진다.

도 4의 경우와 마찬가지로, 도 1에 도시된 공간 필터(6)는 제공되지 않고 도 5c 및 도 6c의 푸리에 변환 이미지의 광이 집광 렌즈(7)를 통해 광전 변환기(8)에 의해 그대로 수신되고 전기 신호로 변환된다.

이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 집중 스폿(13)의 주사 위치에 대응하는 광 세기의 변화가 없다(광 투과율의 변화가 없다). 따라서, 위상 결함(4a)이 검출되지 않는다. 여기서, 광학계가 "광학 이클립스(optical eclipse)"가 발생하지 않는 무한대의 개구(aperture)를 갖는다고 가정함으로써 도 7의 계산 결과가 얻어진다. 그러나, 실제로는, 광학계의 개구는 제한적이고 위상 결함(4a)의 에지에 의해 발생된 모든 산란광을 포획할 수 없어, 미세한 광량 감소가 검출된다.

도 8a는 위상 결함(4a)의 에지 부분이 집중 스폿(13)의 중심에 위치하는 경우에 대응하는 도 5c의 광 세기 분포의 일부만을 도시한다. 따라서, 도 8a는 위상 시프트 양 ΔΦ가 λ/2인 경우의 도 5c의 푸리에 변환 이미지의 세기 분포를 도시하며, 시계열을 나타내는 심볼 (T4)이 주어진 도면에 대응한다. 상기 도면에는, 공간 필터(6)의 반투명 부분(6a)과 광-차폐 부분(6b)이 또한 도시된다.

도 8b는 위상 결함(4a)의 에지 부분이 집중 스폿(13)의 중심에 위치한 경우에 대응하는 도 6c의 광 세기 분포의 일부만을 도시한다. 따라서, 도 8b는 위상 시프트 양 ΔΦ가 λ/4인 경우의 도 6c의 푸리에 변환 이미지의 세기 분포를 도시하며, 시계열을 나타내는 심볼 (T4)이 주어진 도면에 대응한다. 상기 도면에는, 공간 필터(6)의 반투명 부분(6a)과 광-차폐 부분(6b)이 또한 도시된다.

위상 결함(4a)이 존재하지 않는 경우의 광 세기 분포(81)와 비교하여, 위상 결함(4a)이 존재하는 경우의 광 세기 분포(82)는 도 8a 및 도 8b에서 모두 현저하게 변한다. 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 위상 결함(4a)을 투과한 직후의 광 세기(도 5b 및 도 6b의 광 세기)가 변하지 않으므로, 광 세기에 기초한 위상 결함(4a)의 검출은 불가능하다. 그러나, 푸리에 변환 이미지에서는, 위상 결함(4a)의 정보가 광 세기 분포로서 나타난다(도 5c, 도 6c). 따라서, 푸리에 변환 이미지의 광 세기 분포에 기초한 위상 결함(4a)의 검출은 가능하다.

여기서, 푸리에 변환 이미지의 광 세기 분포로서 나타나는 위상 결함(4a)의 정보를 효과적으로 추출하기 위한 공간 필터(6)는 전술한 이론적인 계산 결과에 기초하여 결정된다.

공간 필터(6)는 푸리에 변환 이미지가 형성되는 후방 초점 위치(15)에 설치된다.

공간 필터(6)는, 위상 결함(4a)이 없는 푸리에 변환 이미지의 광 세기 분포(81)의 경우와 위상 결함이 있는 푸리에 변환 이미지의 광 세기 분포(82)의 경우에 필터를 이용하여 필터링한 결과로 생긴 광 세기들 사이의 차이를 효과적으로 생성하는 필터이다.

즉, 공간 필터(6)는, 위상 변화를 야기하는 특성을 갖는 영역(위상 결함(4a))의 에지에서의 푸리에 변환 이미지의 광 세기와, 이러한 특성을 갖지 않는 영역에서의 푸리에 변환 이미지의 광 세기 사이에 큰 차이를 추출할 수 있는 것이 좋다.

예를 들어, 도 9에 도시된 공간 필터(6)는 집광 렌즈(5)의 후방 초점 위치(15)에 존재하는 퓨필의 중심부에서 광을 투과하고 그 주변부에서 광을 차폐하는 것을 생각할 수 있다. 공간 필터(6)를 이용하면, 도 8a 및 도 8b의 반투명 부분(6a)에 대응하는 광이 투과된다. 반투명 부분(6a)에서는, 위상 결함(4a)이 없는 푸리에 변환 이미지의 광 세기 분포(81)와 위상 결함(4a)이 있는 푸리에 변환 이미지의 광 세기 분포(82) 사이의 차이가 크다. 따라서, 공간 필터(6)는 위상 결함(4a)이 존재하지 않는 경우와 위상 결함(4a)이 존재하는 경우의 푸리에 변환의 광 세기들 사이의 차이를 생성하는데 효과적이다.

집광 렌즈(5)의 후방 초점에 존재하는 퓨필 위치에 도 9에 도시된 공간 필터가 설치된 경우에 광전 변환기에 의해 얻어지는 신호의 시간 변화들의 계산 결과들이, 도 10 및 도 11에 도시되어 있다. 도 10 및 도 11은, 도 9에 도시된 공간 필터(6)가 이용되는 경우의 도 5c 및 도 6c에 도시된 광 세기의 변화를 도시하며, 수평축은 위치(시간)를 표시한다. 심볼들 (T1), (T4) 및 (T7)은 도 5a 내지 도 6c에서의 시계열을 나타내는 심볼들 (T1), (T4) 및 (T7)에 대응하는 수평 축의 부분들에 대하여 주어진다.

도 10 및 도 11은 둘다, 검사 광의 파장과 위상 시프터의 설계 파장이 ArF 레이저의 발진 파장에 대응하는 266nm 및 193nm로 각각 설정되는 계산 조건에 대한 계산 결과를 도시한다. 또한, 180°, 90° 및 60°의 3종류의 위상 시프트 양이 이용된다.

도 10은 위상 결함(4a)이 없는 가우스 분포(Gaussian distribution)의 "1/(e ×e) 빔 직경"(광량은 86.5%임)에 대응하는 개구 직경(aperture diameter)을 갖는 공간 필터(6)가 제공되어 있는 경우에 얻어진 계산 결과들을 도시한다. 여기서, 위상 결함(4a)이 존재하지 않는 경우의 가우스 분포는, 도 8a 및 도 8b 각각의 푸리에 변환 이미지의 광 세기 분포(81)에 대응한다. 도 10에서, 기준 심볼 (A)는 위상 시프트 양 ΔΦ이 180°인 경우의 계산 결과를 나타내고, 기준 심볼 (B)는 위상 시프트 양 ΔΦ이 90°인 경우의 계산 결과를 나타내고, 기준 심볼 (C)는 위상 시프트 양 ΔΦ이 60°인 경우의 계산 결과를 나타낸다.

도 11은, 개구 직경이 도 10에서 보다 작게 설정되는 경우의 계산 결과를 도시한다. 도 11에서, 기준 심볼 (A)는 위상 시프트 양 ΔΦ이 180°인 경우의 계산 결과를 나타내고, 기준 심볼 (B)는 위상 시프트 양 ΔΦ이 90°인 경우의 계산 결과를 나타내고, 기준 심볼 (C)는 위상 시프트 양 ΔΦ이 60°인 경우의 계산 결과를 나타낸다.

도 10 및 도 11의 계산 결과에 있어서, 광 세기는 위상 결함(4a)의 에지 부분에서 현저하게 저하된다. 한편, 공간 필터(6)가 존재하지 않는 경우의 계산 결과를 도시하는 도 7에서는, 위상 결함(4a)의 에지 부분에서도 변화가 존재하지 않고, 광 세기가 일정하게 유지된다. 따라서, 퓨필 위치에 공간 필터(6)를 설치하고 도 10 및 도 11에 도시된 광 세기의 저하를 검출함으로써, 위상 결함(4a)에 의해 광 세기의 변화로서 광빔(12)에 대해 주어지는 위상 변화를 검출하는 것이 가능해진다.

도 12는 위상 시프트 양 ΔΦ이 60°인 경우에 검출 신호 피크값 (A)(도면에 서 검출 민감도에 대응함)와 공간 필터(6)의 개구 직경 사이의 관계를 얻기 위한 계산의 결과를 도시한다. 검출 신호 피크값 (A)은 도 10 및 도 11의 광 세기 저하 피크값에 대응하는 값이다. 또한, 위상 결함 또는 위상 시프터와 같은 위상 패턴이 존재하지 않는 상태 하에서의 투과된 광의 양 (B)(도면에서 광 세기에 대응함)과, 공간 필터(6)의 개구 직경 사이의 관계가 도시되어 있다.

도 12는, 개구 직경이 감소함에 따라, 검출 민감도는 향상되지만 투과된 광의 양은 감소함을 나타낸다. 그러므로, 개구 직경이 감소함에 따라, S/N은 저하된다. 따라서, S/N에 대해 현저한 영향을 미치지 않는 범위에서 개구 직경의 최적값을 선택하는 것이 요구된다.

다음으로, 실험 결과를 이용한 포토마스크(4) 상의 위상 결함의 검출 및 위상 결함의 식별이 도 13a 내지 도 15b를 참조하여 설명될 것이다.

전술한 설명에서는, 본 발명에 따른 포토마스크 결함 검출 장치가 이론적인 계산에 기초하여 설명되었다. 다음으로, 실험 결과가 하기에 설명될 것이고, 본 발명에 따른 포토마스크 결함 검출 장치의 효율성이 도 13a 내지 도 15b를 이용하여 검증될 것이다.

먼저, 도 1에 도시된 포토마스크 결함 검출 장치에 공간 필터(6)가 제공되지 않은 경우의 실험 결과가 설명될 것이다.

도 13a 내지 도 14b는 각각, 도 1에 도시된 광학 검사 장치(포토마스크 결함 검출 장치)의 구성에 공간 필터(6)가 제공되지 않은 경우의 실험 결과의 예를 도시한다.

도 13a는 광을 투과하는, 유리 기판과 같은, 기판상에 광-차폐 패턴(4b)이 형성된 구성을 갖는 포토마스크의 단면의 예를 도시한다. 도 13b는, 공간 필터(6)가 제공되지 않은 포토마스크 결함 검출 장치에 도 13a에 도시된 포토마스크(4)가 적용된 경우의 이미지 프로세싱 시스템(9)의 출력 결과를 도시한다.

도 14a는 도 13a에 도시된 포토마스크에 위상 결함(4a)이 부가된 구성을 갖는 포토마스크(4)의 단면의 예를 도시한다. 도 14b는, 공간 필터(6)가 제공되지 않은 포토마스크 결함 검출 장치에 도 14a에 도시된 포토마스크(4)가 적용된 경우의 이미지 프로세싱 시스템(9)의 출력 결과를 도시한다.

도 13b 및 도 14b를 서로 비교하면, 도 14b의 위상 결함(4a) 근처에서 미세한 차이가 발견되지만, 출력 결과들 각각은 도 7에 도시된 계산 결과와 거의 일치한다(위상 결함(4a)의 에지 부분에서도 광 세기가 일정하다). 따라서, 공간 필터(6)가 제공되지 않은 경우에는, 광 세기에 기초하여 위상 결함(4a)을 검출하는 것이 불가능하다.

다음으로, 도 1에 도시된 포토마스크 결함 검출 장치에 공간 필터(6)가 제공된 경우의 실험 결과가 설명될 것이다.

도 15a 및 도 15b는 각각, 도 1에 도시된 광학 검사 장치(포토마스크 결함 검출 장치)의 구성에 공간 필터(6)가 제공된 경우의 실험 결과의 예를 도시한다.

도 15a는 도 14a와 동일하다. 도 15b는, 공간 필터(6)가 제공된 포토마스크 결함 검출 장치에 도 15a에 도시된 포토마스크(4)가 적용된 경우의 이미지 프로세싱 시스템(9)의 출력 결과를 도시한다. 도 15b에 도시된 이미지 프로세싱 시스템 의 검출 결과에 있어서, 광 세기는 위상 결함(4a)의 에지 부분에서 현저하게 저하된다(광 세기 저하 부분은 위상 변화 정보에 대응한다).

전술한 바와 같이, 공간 필터(6)가 퓨필 위치에 설치된 경우, 위상 결함(4a)의 에지에 대응하는 광 세기의 저하가, 이미지 프로세싱 시스템의 검출 결과인 이미지에서 나타난다.

따라서, 전술한 바와 같이 제공된 공간 필터(6)로 인해 나타나는 광 세기의 저하를 검출함으로써, 위상 결함(4a)에 의해 광 세기의 변화로서 광빔(12)에 대하여 주어지는 위상 변화를 검출하는 것이 가능해진다.

전술한 실험들을 통하여, 도 10 및 도 11의 계산 결과들에서 예상되는 바와 같이 위상 결함(4a)의 에지 부분에서 광 세기가 현저하게 저하된다는 것이 확인되었다. 이것은, 공간 필터(6)가 매우 두드러진 영향을 미치는 도 14b 및 도 15b에서의 실험 결과들 사이의 비교로부터 이해할 수 있다.

이미지 프로세싱 시스템의 출력 결과와 기준 데이터를 비교하는 것에 의해, 위상 결함이 식별된다. 기준 데이터는, 예를 들어, 포토마스크 상의 위상 시프터의 위치 및 시프트 양과 같은 위상 시프터 정보가 명백하게 되어 있는 데이터이다.

위상 변화 정보(광 세기 저하 부분)가 이미지 프로세싱 시스템의 출력 결과에 포함되어 있고, 위상 변화 정보가 출력 결과에 대응하는 기준 데이터의 일부분에 포함되어 있지 않은 경우, 위상 변화 정보는 위상 결함으로서 여겨지고, 그렇지 않은 경우, 위상 변화 정보는 설계에 따라 포함되는 위상 시프터로서 여겨진다.

이미지 프로세싱 시스템의 출력 결과와 기준 데이터 사이의 비교는, 예를 들 어 다음의 방식으로 수행된다. 즉, 이미지 프로세싱 시스템의 출력 결과는 포토마스크에서의 패턴과 동일한 패턴들을 포함하는 다른 다이들(dies)에 대한 결과들과 비교된다. 대안적으로, 전술한 이론적인 계산을 이용한 마스크 패턴 설계 데이터베이스로부터 기준 이미지가 생성되고, 생성된 이미지는 이미지 프로세싱 시스템의 출력 결과와 비교된다.

전술한 바와 같이, 포토마스크 상의 패턴의 방향 및 형상에 의해 영향을 받음이 없이 위상 변화 정보의 검출 및 위상 결함의 식별을 수행하는 것이 가능해진다.

E. 마지막으로, 다른 공간 필터가 이용되는 경우에 대하여 설명하기로 한다.

상기한 설명에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 공간 필터(6)는 메인 빔(0th-order 광: 중심부에서의 빔)을 투과하고, 회절된 광 성분(주변부에서의 빔)을 차폐한다. 그러나, 공간 필터는 반투명 부분(6a)과 광-차폐 부분들(6b)이 링 존 방식(ring zone manner)으로 제공된, 도 16에 도시된 바와 같은 구성을 가질 수 있다.

공간 필터(19)는 중심부에서 광을 차폐함으로써 메인 빔(0th-order 광)을 차단하고, 주변부에서 광을 차폐하지 않고 회절된 광 성분을 투과한다.

도 17은, 도 16에 도시된 공간 필터(19)가 집광 렌즈(5)의 후방 초점에 존재하는 퓨필 위치에 설치된 경우에 광전 변환기에 의해 출력된 광 세기 신호의 시간 변화에 대한 계산 결과들을 도시한다. 여기서, "시간 변화"에서의 "시간"이라는 용어는, "집중 스폿(13)의 주사 위치"에 대응하는 시간을 의미한다.

도 17은 도 9에 도시된 공간 필터(6)가 이용된 경우에 광전 변환기(8)에 의 해 얻어진 신호의 시간 변화에 대한 계산 결과들을 도시한 도 10에 대응한다.

도 16에 도시된 공간 필터(19)가 이용되는 경우, 위상 결함과 같은 위상 변화 정보를 검출하기 위한 광 세기는 도 17에 도시된 바와 같이 증가하는 방향으로 얻어진다. 이 방향은 도 10의 방향과 반대이다.

공간 필터의 형상은 반투명 부분(6a)과 광-차폐 부분(6b)이 서로 명백하게 분리되어 있는 도 9 및 도 16에 도시된 예들에서의 계단 형상(stepped shape)으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 외측을 향하여 방사 방향(radial direction)으로 점차적으로 투과율(transmittance)이 저하되는 어포디제이션(apodization) 필터가 또한 이용될 수 있다. 대안적으로, 외측을 향하여 방사 방향으로 점차적으로 투과율이 증가하는 초-고해상도(ultra-high-resolution) 필터가 또한 이용될 수 있다. 공간 필터의 패턴 형상 및 광 투과율을 이러한 방식으로 결정함으로써, 포토마스크의 다양한 결함들을 검출하는 것이 가능해진다. 다양한 결함들은, 결함 사이즈가 집중 빔(condensed beam)의 빔 웨이스트(beam waist)와 거의 동일한, 분리된 결함(solated defect)을 포함하며, 결함은 주기적인 패턴 형상 등을 갖는다. 공간 필터는, LCD, DMD(deformable mirror device) 등을 이용하고 가변 패턴을 갖는, 고밀도 및 고집적도 투과형 또는 반사형 공간 변조 소자를 이용하여 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따르면, 광원으로부터의 광은 검사 대상 표면상에 미세 스폿 형상으로 집중되고, 집중된 미세-스폿-형상의 광은 집중 및 주사 광학계(16)에 의해 검사 대상 표면에 주사된다. 그 다음, 주사된 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 검사 대상 표면의 영역에서의 광학 위상 변화 정보가 위상 변화 정보 검출 장치(17)에 의해 검출된다. 따라서, 검출된 위상 변화 정보와 기준 데이터를 비교함으로써 검사 대상 표면상의 위상 결함을 식별하는 것이 가능하다. 패턴의 방향 및 형상에 의해 영향을 받음이 없이 위상 변화 정보의 검출 및 위상 결함의 식별을 수행하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따르면, 패턴 방향 및 패턴 형상에 대해 약간의 의존성을 갖는 간단한 구성으로 된 광학 검사 장치를 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 위상 변화 정보 검출 장치(17)는, 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 검사 대상 표면의 영역으로부터의 광을 광학적으로 푸리에 변환하고, 푸리에 변환 이미지를 공간적으로 필터링한다. 위상 변화 정보 검출 장치(17)는 공간적으로 필터링된 광을 집중하고, 집중된 광의 세기를 검출하여 주사 위치에 대응시킨다. 그 다음, 위상 변화 정보 검출 장치(17)는 검출된 광 세기의 변화가 발견되는 일부분에 대응하는 주사 위치를, 위상 변화 정보로서 추출한다. 따라서, 위상 변화 정보 검출 장치(17)는 광 세기의 변화로서 위상 변화 정보를 검출할 수 있다.

결과적으로, 용이하게 고속으로 위상 변화 정보를 검출하는 것이 가능해짐으로써, 종래 기술에서 이용되는 복잡한 광학 수단 및 신호 (이미지) 분석 수단의 필요성을 없앨 수 있다.

또한, 본 발명의 예시적인 제1 실시예는 주사형 마이크로스코프 시스템을 이용함으로써, 주사형 마이크로스코프 시스템의 장점인 높은 S/N을 보장하는 것이 가능해지고, 결함 신호가 잡음에 묻히게 될 위험이 거의 없어지게 된다.

다음으로, 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 대하여 도면들을 참조하여 설명 하기로 한다.

도 18은 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 광학 검사 장치를 도시한다.

본 발명에 따른 광학 검사 장치의 제1 실시예에서와 마찬가지로, 다음의 설명은 광학 검사 장치의 예로서 포토마스크 결함 검출 장치를 이용하여 이루어질 것이다.

도 1에 도시된 제1 실시예에서의 구조적 성분과 동일한 각각의 구조적 성분에는 동일한 참조 기호가 주어지고, 그 설명은 생략하기로 한다. 제2 실시예는, 도 1에 도시된 위상 결함 검출을 위한 광학 구성에, 패턴 형상 결함 검출을 위한 광학계가 추가된 실시예이다.

포토마스크 결함 검출 장치는 도 1에 도시된 제1 실시예에서의 구조적 성분들에 추가하여 다음의 구조적 성분들을 포함한다. 즉, 포토마스크 결함 검출 장치는 릴레이 렌즈(relay lens)(181), 빔 스플리터(182), 빔 스플리터(183), 릴레이 렌즈(184) 및 집광 렌즈(185)를 포함한다. 또한, 포토마스크 결함 검출 장치는 광전 변환기(186), 집광 렌즈(187), 광전 변환기(188) 및 이미지 프로세싱 시스템(189)을 포함한다.

광원(1)으로부터 방사되는 광빔(11)이 주사 광학계(2)로 입사된다. 주사 광학계(2)로부터 방사되는 광빔(12)이 릴레이 렌즈(181)로 입사된다. 릴레이 렌즈(181)로부터 방사되는 광빔(12)은 빔 스플리터(182)를 투과하여 대물 렌즈(3)로 입사된다. 대물 렌즈(3)로부터 방사되는 광빔(12)은 포토마스크(4)의 패턴을 갖는 표면상에 집중 스폿(13)을 형성한다. 따라서, 광원(1)으로부터의 광빔(11)의 방사 로부터, 포토마스크(4)의 표면상의 집중 스폿(13)의 형성에 이르는 프로세스는 제1 실시예에서의 프로세스와 광학적으로 동일하다.

프토마스크(4)를 투과하여 집광 렌즈(5)에 의해 집중된 광빔(12)은 빔 스플리터(183)에 의해 2개의 광속(light flux)으로 분리된다. 빔 스플리터(183)로서, 편광 빔 스플리터와, 파장판(wave plate)이나 하프 미러(half mirror) 등의 조합이 이용된다. 제2 실시예의 구성에 있어서, 빔 스플리터(183)에 의해 반사되는 광학적 경로가 위상 결함 검출을 위해 이용된다. 그 다음, 집광 렌즈(5)의 후방 초점 위치(15)에 형성된 푸리에 변환 표면이 릴레이 렌즈(184)를 이용하여 릴레이 렌즈(184)의 후방에 동일-배율로 촬상(imaging)된다. 전술한 방식으로 촬상된 푸리에 변환 표면(151)에 공간 필터(6)를 제공함으로써 제1 실시예에서 설명된 방식으로 위상 결함이 검출된다.

또한, 빔 스플리터(183)를 투과한 광빔은, 공간 필터를 투과하지 않고 그대로 집광 렌즈(185)에 의해 광전 변환기(186)의 수광면에 집중된다. 광전 변환기(186)는 집중된 광의 세기에 따라 광 세기 신호를 출력한다.

이미지 프로세싱 시스템(189)은 집중 스폿(13)의 위치 및 광 세기 신호에 기초하여 포토마스크의 패턴 형상의 이미지를 형성하고 출력한다. 출력 결과와 정상 기준 데이터를 서로 비교함으로써 패턴 형상의 결함을 검출하는 것이 가능하다. 이것은 포토마스크를 투과한 광에 기초한 패턴 형상 결함 검출이다.

또한, 포토마스크(4)의 패턴 표면으로부터 반사된 광빔은 대물 렌즈(3)를 다시 통과하여 평행 광속이 된다. 평행 광속은 새로 설치된 빔 스플리터(182)에 의 해 반사된다. 이러한 방식으로, 패턴 표면으로부터 반사된 광빔이 분리된다.

이 실시예에 있어서, 패턴 표면으로부터의 분리된 반사광은 집광 렌즈(187)에 의해 그대로 광전 변환기(188)에 집중된다. 광전 변환기(188)는 집중된 광의 세기에 따라 광 세기 신호를 출력한다.

이미지 프로세싱 시스템(189)은 집중 스폿(13)의 위치 및 광 세기 신호에 기초하여 포토마스크의 패턴 형상의 이미지를 형성하고 출력한다. 출력 결과와 정상 기준 데이터를 서로 비교함으로써 패턴 형상의 결함을 검출하는 것이 가능하다. 이것은 포토마스크에 의해 반사된 광에 기초한 패턴 형상 결함 검출이다.

여기서, 포토마스크(4)의 패턴 표면의 반사광을 더 분리하고 분리된 광학적 경로에 공간 필터를 제공함으로써 반사광에 기초한 위상 결함 검출을 수행하는 것이 또한 가능하다. 이것은 포토마스크(4)의 패턴 표면의 투과광에 기초한 위상 결함 검출과 동일하다. 그러나, 반사광에 기초한 위상 결함 검출의 경우에는, 기판의 상부면 또는 하부면으로부터의 반사로 인한 왕복 위상차(round-trip phase difference)가 위상 결함의 부분에서 발생한다. 따라서, 소정 상황은 투과광에 기초한 위상 결함 검출의 경우와 상이하여, 일부 고려사항이 필요하다.

전술한 바와 같이, 제2 실시예에서 설명된 구성에 의하면, 위상 마스크 결함 검출에 추가하여 정상 패턴 형상 결함 검출을 동시에 수행하는 것이 가능해진다. 따라서, 광-차폐 패턴과 위상 시프터가 둘다 제공된 포토마스크에 대하여 각각의 결함들(패턴 형상 결함, 위상 결함)을 동시에 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 종래의 패턴 형상 결함 검사의 경우에서와 동일한 결함 신호가 얻어지 므로, 결함 검출을 위한 종래의 알고리즘으로 전환이 가능하다.

상기에서는, 위상-시프트 마스크(phase-shift mask)의 예로 Alt-PSM을 들어 설명하였지만, 위상 변화가 일어나는 박막 이외의 희석된 막(attenuated film) 또는 물질(substance)의 경우에도 동일한 효과가 얻어질 것으로 기대된다. 즉, 투과형 결함 검출의 경우에서의 Att-PSM에 관한 하프톤 막 결함 검출 및 반사형 결함 검출의 경우에서의 이물질 결함 검출과 같은 경우들에도 동일한 효과가 얻어질 것으로 기대된다.

전술한 본 발명의 실시예들은 포토마스크의 결함을 검출하는 기술에 관한 것이지만, 본 발명은 미세 패턴을 갖는 전자 장치 등의 표면 상태에 대한 결함의 검출에도 또한 적용가능하다.

본 발명은 소정의 바람직한 실시예들과 함께 설명되었지만, 본 발명에 의해 포함되는 기술 사상은 그 특정 실시예들로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 한편, 다음의 특허청구의 범위 및 기술 사상 내에 포함될 수 있는 모든 대안들, 변형들 및 등가물들을 포함하는 것이 의도된다.

또한, 발명자의 의도는, 특허청구범위가 수행(prosecution) 동안 보정되더라도 청구된 발명의 모든 등가물들을 유지하는 것이다.

본 발명에 따르면, 패턴의 방향 및 형상에 의해 영향을 받지 않고 위상 변화 정보의 검출 및 위상 결함의 식별을 수행할 수 있어, 패턴 방향 및 패턴 형상에 거의 의존하지 않는 간단한 구성을 갖는 장치를 제공할 수 있다.

Claims (26)

1. 검사 대상 표면을 조사(照射)하는 것에 의해 상기 검사 대상 표면을 검사하는 광학 검사 장치로서,

   광원으로부터의 광을 상기 검사 대상 표면상에 미세 스폿 형상(minute spot shape)으로 집중하고, 상기 집중된 미세-스폿-형상의 광을 상기 검사 대상 표면에 주사하기 위한 집중 및 주사 광학계(condensing and scanning optical system); 및

   상기 집중 및 주사 광학계에 의해 주사된 상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 영역에서 광학 위상 변화 정보를 검출하기 위한 위상 변화 정보 검출 장치

   를 포함하는 광학 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 위상 변화 정보 검출 장치는 광 세기의 변화로서 상기 위상 변화 정보를 검출하는 광학 검사 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 위상 변화 정보 검출 장치는, 상기 검사 대상 표면 상의 위상 시프터(phase shifter)에 관한 정보를 분류하는 기준 데이터와 상기 검출된 위상 변화 정보를 비교하는 것에 의해 위상 결함을 검출하는 광학 검사 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 위상 변화 정보 검출 장치는,

   상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역으로부터의 광을 광학적으로 푸리에 변환하기 위한 푸리에 변환 장치;

   상기 푸리에 변환 장치에 의한 상기 푸리에 변환의 결과로서 얻어진 푸리에 변환 이미지를 공간적으로 필터링하기 위한 공간 필터(spatial filter); 및

   상기 공간 필터에 의해 공간적으로 필터링된 광에 기초하여 상기 검사 대상 표면 상의 상기 위상 변화 정보를 추출하기 위한 위상 변화 정보 추출 장치를 포함하는 광학 검사 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 위상 변화 정보 추출 장치는 상기 공간적으로 필터링된 광을 집중하고, 상기 집중된 광의 세기를 검출하여 주사 위치에 대응시키고, 상기 검출된 광 세기의 변화가 발견된 일부분에 대응하는 주사 위치를 상기 위상 변화 정보로서 추출하는 광학 검사 장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 공간 필터의 패턴 형상이, (ⅰ) 광학 위상 변화가 발생하는 특성을 갖는 상기 검사 대상 표면의 영역과 상기 특성을 갖지 않는 상기 검사 대상 표면의 영역 사이의 경계에서의 상기 푸리에 변환 이미지와, (ⅱ) 상기 특성을 갖지 않는 상기 영역에서의 상기 푸리에 변환 이미지 사이의 차이에 기초하여 결정되는 광학 검사 장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역으로부터의 상기 광은 상기 영역을 투과한 광인 광학 검사 장치.
8. 제4항에 있어서,

   상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역으로부터의 상기 광은 상기 영역으로부터 반사된 광인 광학 검사 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 검사 대상 표면은 레티클(reticle)의 표면이고, 상기 위상 변화 정보는 상기 레티클 상에 형성된 광 투과 패턴의 에지 위치 정보인 광학 검사 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 검사 대상 표면은 전자 컴포넌트 기판의 표면이고, 상기 위상 변화 정보는 상기 전자 컴포넌트 기판상에 형성된 광 투과 패턴의 에지 위치 정보인 광학 검사 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 집중 및 주사 광학계에 의해 주사된 상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역에서 광학 진폭 정보를 검출하기 위한 진폭 정보 검출 장치를 더 포함하는 광학 검사 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 진폭 정보 검출 장치는 상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역으로부터의 광을 집중하고, 상기 영역에서의 상기 진폭 정보로서 상기 집중된 광의 세기를 설정하는 광학 검사 장치.
13. 제11항에 있어서,

    상기 검사 대상 표면은 레티클의 표면과 전자 컴포넌트 기판의 표면 중 하나인 광학 검사 장치.
14. 검사 대상 표면을 조사하는 것에 의해 상기 검사 대상 표면을 검사하는 광학 검사 방법으로서,

    광원으로부터의 광을 상기 검사 대상 표면상에 미세 스폿 형상으로 집중하는 단계;

    상기 집중된 미세-스폿-형상의 광을 상기 검사 대상 표면에 주사하는 단계; 및

    상기 주사된 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 영역에서 광학 위상 변화 정보를 검출하는 단계

    를 포함하는 광학 검사 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 위상 변화 정보는 광 세기 변화로서 검출되는 광학 검사 방법.
16. 제14항에 있어서,

    상기 검사 대상 표면 상의 위상 시프터에 관한 정보를 분류하는 기준 데이터와 상기 검출된 위상 변화 정보를 비교하는 것에 의해 위상 결함이 검출되는 광학 검사 방법.
17. 제14항에 있어서,

    상기 주사된 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 영역에서 상기 광학 위상 변화 정보를 검출하는 상기 단계는,

    상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역으로부터의 광을 광학적으로 푸리에 변환하는 단계;

    상기 푸리에 변환의 결과로서 얻어진 푸리에 변환 이미지를 공간적으로 필터링하는 단계; 및

    공간적으로 필터링된 광에 기초하여 상기 검사 대상 표면 상의 상기 위상 변화 정보를 추출하는 단계를 포함하는 광학 검사 방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 공간적으로 필터링된 광에 기초하여 상기 검사 대상 표면 상의 상기 위상 변화 정보를 추출하는 상기 단계는,

    상기 공간적으로 필터링된 광을 집중하는 단계;

    상기 집중된 광의 세기를 검출하여 주사 위치에 대응시키는 단계; 및

    상기 검출된 광 세기의 변화가 발견된 일부분에 대응하는 주사 위치를 상기 위상 변화 정보로서 추출하는 단계를 포함하는 광학 검사 방법.
19. 제17항에 있어서,

    상기 공간적으로 필터링을 행하는 공간 필터의 패턴 형상이, (ⅰ) 광학 위상 변화가 발생하는 특성을 갖는 상기 검사 대상 표면의 영역과 상기 특성을 갖지 않는 상기 검사 대상 표면의 영역 사이의 경계에서의 상기 푸리에 변환 이미지와, (ⅱ) 상기 특성을 갖지 않는 상기 영역에서의 상기 푸리에 변환 이미지 사이의 차이에 기초하여 결정되는 광학 검사 방법.
20. 제17항에 있어서,

    상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역으 로부터의 상기 광은 상기 영역을 투과한 광인 광학 검사 방법.
21. 제17항에 있어서,

    상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역으로부터의 상기 광은 상기 영역으로부터 반사된 광인 광학 검사 방법.
22. 제14항에 있어서,

    상기 검사 대상 표면은 레티클의 표면이고, 상기 위상 변화 정보는 상기 레티클 상에 형성된 광 투과 패턴의 에지 위치 정보인 광학 검사 방법.
23. 제14항에 있어서,

    상기 검사 대상 표면은 전자 컴포넌트 기판의 표면이고, 상기 위상 변화 정보는 상기 전자 컴포넌트 기판상에 형성된 광 투과 패턴의 에지 위치 정보인 광학 검사 방법.
24. 제14항에 있어서,

    상기 주사된 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역에서 광학 진폭 정보를 검출하는 단계를 더 포함하는 광학 검사 방법.
25. 제24항에 있어서,

    상기 미세-스폿-형상의 광으로 조사되는 상기 검사 대상 표면의 상기 영역으로부터의 광을 집중하는 단계; 및

    상기 영역에서의 상기 진폭 정보로서 상기 집중된 광의 세기를 설정하는 단계를 더 포함하는 광학 검사 방법.
26. 제24항에 있어서,

    상기 검사 대상 표면은 레티클의 표면과 전자 컴포넌트 기판의 표면 중 하나인 광학 검사 방법.

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