KR20090122691A - 노광 공정용 레티클 및 이를 이용한 임계치수의 확인 방법 - Google Patents

노광 공정용 레티클 및 이를 이용한 임계치수의 확인 방법 Download PDF

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KR20090122691A
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Abstract

본 발명은, 투명기판 상에 리얼 패턴 및 테스트 패턴을 형성하는 단계, 제1 임계치수를 측정하는 단계, 리얼 패턴 및 테스트 패턴을 포함하는 투명기판에 세정 공정을 실시하는 단계, 투명기판의 상부에 펠리클을 부착하는 단계, 제2 임계치수를 측정하는 단계, 제1 및 제2 임계치수의 결과를 비교하는 단계를 포함하는 레티클의 임계치수의 확인 방법으로 이루어진다.
레티클, 펠리클, 노광, 빛의 굴절, 회절, 테스트 패턴

Description

노광 공정용 레티클 및 이를 이용한 임계치수의 확인 방법{Reticle for exposing process and inspection method of critical dimension}
본 발명은 노광 공정용 레티클 및 이를 이용한 임계치수의 확인 방법에 관한 것으로, 특히 레티클의 패턴 변화에 대한 임계치수를 모니터링 할 수 있는 노광 공정용 레티클 및 이를 이용한 임계치수의 확인 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정은 크게 형성 공정(deposition)과 식각 공정(etch)으로 구분될 수 있다. 이 중에서, 식각 공정은 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 그 중요도가 점차 증가하고 있다.
특히, 식각 공정의 일종인 패터닝(patterning) 공정은 식각 대상이 되는 막(layer)의 상부에 포토레지스트 패턴(photo-resist patten)을 형성하고, 포토레지스트 패턴에 따라 식각 공정을 수행하여 실시할 수 있다. 이때, 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해서는 노광(exposure) 및 현상(develop) 공정을 수행한다. 구체적으로 설명하면, 원하는 패턴이 형성된 레티클(reticle)을 사용하여 노광 공정을 실시하면 포토레지스트막에 노광영역이 형성되며, 현상 공정을 수행하여 노광영역을 제거하면 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해서는 레티클을 사용한다. 레티클은 투명기판(예컨대, 석영기판) 상에 차광영역(예컨대, 크롬)을 형성한 후, 세정 공정을 실시하고 레티클에 이물질이 들어가지 않도록 펠리클(pelicle)을 부착하여 형성할 수 있다. 차광영역은 투명기판상에 형성된 크롬막에 전자빔(electron beam)을 조사하여 형성할 수 있으며, 세정 공정은 차광영역에 패턴을 형성한 후 발생하는 부산물들을 제거하기 위하여 실시한다.
차광영역의 패턴 크기는 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 측정할 수 있는데, 주사전자현미경(SEM)은 진공 상태에서 동작하므로 펠리클이 부착된 레티클은 측정 장비에 로딩(loading)할 수가 없다. 이에 따라, 차광영역의 패턴 크기는 일반적으로 세정 공정을 수행하기 이전에 측정한다.
한편, 세정 공정 시, 세정 공정의 횟수나 세정 공정에 사용되는 세정용액에 따라 차광영역 패턴의 임계치수(critical dimension)가 달라질 수 있지만, 펠리클을 부착한 상태에서는 임계치수에 대한 측정이 어려우므로 포토레지스트 패턴에 대한 신뢰도가 저하될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 레티클에 임계치수 측정용 패턴을 형성하여 레티클 제조 공정 시, 세정 공정을 수행하기 이전과 이후의 임계치수를 각각 측정하여 세정 공정에 의한 임계치수 변화량을 미리 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 노광 공정용 레티클은, 투명기판을 포함한다. 투명기판 상에 형성된 리얼 패턴을 포함한다. 투명기판 상에 형성되며, 리얼 패턴이 형성된 영역과 중첩하지 않는 영역에 형성된 테스트 패턴을 포함하는 노광 공정용 레티클로 이루어진다.
리얼 패턴 및 테스트 패턴은 크롬(chrome; Cr)으로 형성되며, 테스트 패턴은 스크라이브 래인(scribe lane)용 영역에 형성된다.
테스트 패턴은 Y-싱글 슬릿(Y-single slit), Y-멀티 슬릿(Y-multi slit), X-싱글 슬릿(X-single slit) 또는 X-멀티 슬릿(X-multi slit)용으로 형성된다. 구체적으로, Y-싱글 슬릿은 수직방향으로 된 하나의 개구부를 포함하며, Y-멀티 슬릿은 수직방향으로 된 서로 평행하게 배열된 다수개의 개구부를 포함하며, X-싱글 슬릿은 수평방향으로 된 하나의 개구부를 포함하며, X-멀티 슬릿은 수평방향으로 서로 평행하게 배열된 다수개의 개구부를 포함한다.
또한, 테스트 패턴은 정사각형 형태의 하나의 개구부를 포함하는 정사각 슬 릿 또는 직사각형 형태의 하나의 개구부를 포함하는 직사각 슬릿을 더 포함한다.
투명기판 상에 형성되며, 리얼 패턴 및 테스트 패턴을 덮는 펠리클(pelicle)을 더 포함한다.
본 발명에 따른 레티클의 임계치수의 확인 방법은, 투명기판 상에 리얼 패턴 및 테스트 패턴을 형성한다. 제1 임계치수를 측정한다. 리얼 패턴 및 테스트 패턴을 포함하는 투명기판에 세정 공정을 실시한다. 투명기판의 상부에 펠리클을 부착한다. 제2 임계치수를 측정한다. 제1 및 제2 임계치수의 결과를 비교하는 단계를 포함하는 레티클의 임계치수의 확인 방법으로 이루어진다.
제1 임계치수를 측정하는 단계는, 투명기판으로부터 일정 거리로 이격된 영역에 스크린(screen)을 설치한다. 테스트 패턴에 광원을 조사한다. 스크린에 나타난 회절패턴의 길이를 측정한다. 회절패턴의 길이로부터 테스트 패턴의 개구부 폭을 산출하는 단계를 포함한다.
제2 임계치수를 측정하는 단계는, 투명기판으로부터 일정 거리로 이격된 영역에 스크린(screen)을 설치한다. 테스트 패턴에 광원을 조사한다. 스크린에 나타난 회절패턴의 길이를 측정한다. 회절패턴의 길이로부터 테스트 패턴의 개구부 폭을 산출하는 단계를 포함한다.
광원을 조사하는 단계는 테스트 패턴에 수직한 방향으로 조사하며, 펠리클의 상부면과 테스트 패턴의 상부면은 서로 평행하다.
레티클(reticle)에 광원을 조사하여 나타나는 회절패턴의 길이를 비교하여, 세정공정을 수행하기 이전과 이후의 레티클의 패턴 변화를 측정하는 임계치수의 확 인 방법으로 이루어진다.
본 발명은, 레티클에 임계치수 측정용 패턴을 형성하여 레티클 제조 공정 시, 세정 공정을 수행하기 이전과 이후의 임계치수를 각각 측정하여 세정 공정에 의한 임계치수 변화량을 미리 산출할 수 있다. 이에 따라, 세정 공정의 변화량을 고려하여 레티클을 형성할 수 있으므로, 포토레지스트 패턴의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 레티클을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 테스트 패턴(104)이 형성된 레티클(reticle; RC)을 설명하면 다음과 같다. 레티클(RC)은 투명기판(100)의 상부에 리얼 패턴(102) 및 테스트 패턴(104)을 형성하고, 펠리클(106)을 덮어 형성할 수 있다. 구체적으로, 투명기판(100)은 석영기판으로 형성할 수 있고, 리얼 패턴(102) 및 테스트 패턴(104)은 크롬(chrome; Cr)으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 투명기판(100)의 상부에 크롬막을 형성한 후, 전자빔(electron beam)을 사용하여 크롬막을 패터닝 함으로써 리얼 패턴(102) 및 테스트 패턴(104)을 동시에 형성할 수 있다. 이때, 리얼 패턴(102) 및 테스트 패턴(104)은 물질의 종류에 따라 광원이 투과하지 못하거나 투과율이 매우 낮은 차광 영역이 된다. 특히, 테스트 패턴(104)은 리얼 패턴(102)이 형성되는 영역 외에 형성하는 것이 바람직하며, 예를 들면 스크라이브 래인(scribe lane; SL) 영역 내에 형성할 수 있다. 펠리클(106)은 리얼 패턴(102) 또는 테스트 패턴(104)에 이물질의 유입을 방지하기 위하여 형성하는 것이 바람직하며, 투명한 폴리머를 사용하여 박스(box) 형태로 형성할 수 있다. 또한, 펠리클(106)의 내부에는 공기(air)가 채워진다.
상술한 레티클(RC)의 구성 요소 중, 테스트 패턴(104)을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 레티클에 포함되는 테스트 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 테스트 패턴(104)은 개구부(104a)의 형태에 따라 다양하게 구현할 수 있다. 예를 들면, Y 방향에 대한 패턴 확인용으로는 Y-싱글 슬릿(Y-single slit; a) 또는 Y-멀티 슬릿(Y-multi slit; b)으로 형성할 수 있다. Y-싱글 슬릿(a)은 수직방향의 하나의 개구부(104a)를 포함하며, Y-멀티 슬릿(b)은 수직방향으로 서로 평행하게 배열된 다수개의 개구부(104a)를 포함하도록 형성하는 것이 바람직하다. X 방향에 대한 패턴 확인용으로는 X-싱글 슬릿(X-single slit; c) 또 는 X-멀티 슬릿(X-multi slit; d)으로 형성할 수 있다. X-싱글 슬릿(c)은 수평방향의 하나의 개구부(104a)를 포함하며, X-멀티 슬릿(d)은 수평방향으로 서로 평행하게 배열된 다수개의 개구부(104a)를 포함하도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 원형 콘택 홀의 임계치수 확인용으로 정사각 슬릿(e)을 형성할 수 있으며, 타원형 콘택 홀의 임계치수 확인용으로 직사각 슬릿(f)을 형성할 수 있다. 정사각 슬릿(e)은 정사각형 형태의 하나의 개구부(104a)를 포함하며, 직사각 슬릿(f)은 직사각형 형태의 하나의 개구부(104a)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 레티클을 이용한 임계치수의 확인 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하여 레티클(reticle)의 제조 순서 및 임계치수 측정 방법을 설명하면 다음과 같다. 투명기판(예컨대, 석영 기판)을 로딩(300)하고, 투명기판의 상부에 리얼패턴 및 테스트 패턴을 형성(301)한다. 이어서, 제1 임계치수(CD)를 측정(302)한 후에 세정 공정(303)을 실시하여 부산물을 제거한다. 리얼패턴 및 테스트 패턴이 덮이도록 투명기판의 상부에 펠리클(pelicle)을 부착(304)한다. 이어서, 제2 임계치수(CD)를 측정(305)하고, 측정된 제1 및 제2 임계치수를 비교(306)하여 세정 공정을 실시하기 이전과 이후의 임계치수 변화를 분석한다.
테스트 패턴을 사용한 레티클의 임계치수 측정 방법을 설명하면 다음과 같다. 레티클의 임계치수를 측정하기 위해서, 테스트 패턴에 광원을 조사하여 스크린(screen)에 나타나는 회절 패턴을 이용할 수 있다. 회절 패턴은 테스트 패턴의 개부부 형태에 따라 각각 다르게 나타난다.
도 4a 및 도 4b는 테스트 패턴에 따른 회절 패턴을 설명하기 위한 도면으로, 도 4a는 도 2의 Y-싱글 슬릿을 테스트 패턴(104)으로 사용한 경우이며, 도 4b는 도 2의 정사각 슬릿(e)을 테스트 패턴으로 사용한 경우를 예를 들어 설명한 도면이다.
도 4a를 참조하면, Y-싱글 슬릿의 테스트 패턴(104)을 통과한 광원은 회절 현상에 의하여 중앙(L1) 부분에서 최대 파동을 가지며, 회절 패턴 또한 가장 밝고 긴 직선(-) 형태의 패턴을 나타낸다. 이때, 회절 패턴의 중앙(L1)에서 외각으로 갈수록 파동이 감소하여 회절 패턴의 밝기 및 길이가 감소하는 패턴(L2, L3)을 갖는다.
도 4b를 참조하면, 정사각 슬릿의 테스트 패턴(104)을 통과한 광원은 회절 형상에 의하여 중앙 부분에서 최대 파동을 가지며, 회절 패턴 또한 가장 밝고 긴 십자(+) 형태의 패턴을 나타낸다. 그리고, 중앙에서 외각 방향으로 갈수록 밝기 및 크기가 감소하는 패턴을 갖는다.
상술한 바와 같이, 회절 패턴은 테스트 패턴을 통과한 입사 광원의 경로차에 의해 보강간섭 및 소멸간섭이 일어나고, 이러한 간섭현상에 의해 특정 패턴을 가지는 회절 패턴을 나타낼 수 있다.
이처럼, 회절 패턴이 테스트 패턴에 형성된 개구부의 형태 또는 크기(예컨대, 길이 또는 폭)에 따라 서로 다르게 나타나기 때문에, 스크린에 나타난 회절 패턴의 길이를 측정하여 테스트 패턴의 개부구 폭의 변화를 모니터링(monitering)할 수 있다. 스크린의 회절 패턴에 따른 테스트 패턴의 변화 폭을 산출하는 방법은 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 다음은 이에 대한 산출 방법의 예를 설명하기로 한 다.
도 5는 임계치수의 측정 및 분석 방법의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 Y-싱글 슬릿 형태의 테스트 패턴을 사용한 영(Young)의 실험으로부터 유도된 공식을 적용한 임계치수의 측정 방법은 다음과 같다.
광원을 투명기판에 수직(90°)한 입사각으로 조사한다. 제1 임계치수를 측정할 때에는, 테스트 패턴(104) 상에 수직한 방향으로 광원을 조사하며, 제2 임계치수를 측정할 때에는 펠리클(106)에 수직한 방향으로 광원을 조사한다. 이때, 펠리클(106)의 상부면과 테스트 패턴(106)의 상부면은 서로 평행하다. 이는 펠리클을 통과하는 광원에 굴절(또는, 회절) 현상이 발생하지 않게 하기 위함이다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 투명기판(도 4a의 100)은 생략하였다. 광원을 펠리클(106)에 조사하면, 테스트 패턴(104)으로부터 'R'의 거리에 있는 스크린(screen)에 회절패턴이 나타난다. 이때, 광원의 파장 및 파동에 의해 간섭 현상이 발생하며, 간섭현상에 의해 회절패턴은 밝고 어두운 부분이 반복되면서 나타난다. 구체적으로, 회절패턴의 밝은 부분은 광원의 보강간섭에 의해 나타나며, 어두운 부분은 광원의 상쇄간섭에 의해 나타난다. 이때, 수학식 1 내지 3에 의해 밝은 회절패턴의 길이를 산출하여 테스트 패턴(104)의 개구부의 폭(D)을 산출할 수 있다.
Figure 112008037266972-PAT00001
Figure 112008037266972-PAT00002
Figure 112008037266972-PAT00003
수학식 1 내지 3은 영의 실험에 의한 공식이다. 수학식 1은 광 경로 차(Δr)를 나타내며, 수학식 2는 N번째의 간섭을 나타내고, 수학식 3은 N번째 회절패턴의 길이(LN)를 나타낸다. 예를 들면, 테스트 패턴(104)과 스크린 간의 거리(R) 및 광원의 파장(λ)은 고정된 값이고, N이 1인 경우 회절패턴의 길이(LN)와 개구부의 폭(D) 간의 상관 관계를 알 수 있으며, 수학식 1 및 2를 사용하여 수학식 3의 회절패턴의 길이(LN)를 산출할 수 있다. 이때, 회절패턴의 길이(LN)는 테스트 패턴(104)의 개구부의 폭(D)에 반비례하기 때문에 회절패턴의 길이(LN)로부터 테스트 패턴(104)의 개구부의 폭(D) 변화를 알 수 있다. 즉, 제1 임계치수 측정 단계에서 산출한 회절패턴의 길이(LN)와 제2 임계치수 측정 단계에서 산출한 회절패턴의 길이(LN)를 비교하면, 세정 공정 전 후의 테스트 패턴(104)의 개구부의 폭(D) 변화를 알 수 있다.
상기에서는 영의 실험에 대한 공식을 사용하여 회절패턴의 길이(LN)와 이로부터 개구부의 폭(D)을 산출하였지만, 이 외에도 다른 측정 방법으로 프레 넬(Fresnel) 회절 또는 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절의 공식을 적용할 수도 있다.
이처럼, 레티클(RC)의 패턴 폭을 측정할 수 있으므로, 노광 공정 시 포토레지스트막에 형성된 패턴의 간격을 보다 정확히 가늠할 수 있다. 또는, 레티클(RC)의 제조 공정 시, 테스트 패턴(104)의 변화폭을 감안하여 테스트 패턴(104)의 개구부의 폭(D)을 형성할 수 있다. 이로써, 반도체 소자의 패터닝 공정 시 형성하고자 하는 패턴의 폭 및 간격 오차를 감소할 수 있으므로 반도체 소자의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 레티클을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 레티클에 포함되는 테스트 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 레티클을 이용한 임계치수의 확인 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 테스트 패턴에 따른 회절 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 임계치수의 측정 및 분석 방법의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 투명기판 102 : 리얼 패턴
104 : 테스트 패턴 106 : 펠리클
RC : 레티클

Claims (16)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판 상에 형성된 리얼 패턴; 및
    상기 투명기판 상에 형성되며, 상기 리얼 패턴이 형성된 영역과 중첩하지 않는 영역에 형성된 테스트 패턴을 포함하는 노광 공정용 레티클.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리얼 패턴 및 상기 테스트 패턴은 크롬(chrome; Cr)으로 형성된 노광 공정용 레티클.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴은 스크라이브 래인(scribe lane)용 영역에 형성된 노광 공정용 레티클.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴은 Y-싱글 슬릿(Y-single slit), Y-멀티 슬릿(Y-multi slit), X-싱글 슬릿(X-single slit) 또는 X-멀티 슬릿(X-multi slit)용으로 형성된 노광 공정용 레티클.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 Y-싱글 슬릿은 수직방향으로 된 하나의 개구부를 포함하는 노광 공정용 레티클.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 Y-멀티 슬릿은 수직방향으로 된 서로 평행하게 배열된 다수개의 개구부를 포함하는 노광 공정용 레티클.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 X-싱글 슬릿은 수평방향으로 된 하나의 개구부를 포함하는 노광 공정용 레티클.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 X-멀티 슬릿은 수평방향으로 서로 평행하게 배열된 다수개의 개구부를 포함하는 노광 공정용 레티클.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴은 정사각형 형태의 하나의 개구부를 포함하는 정사각 슬릿 또는 직사각형 형태의 하나의 개구부를 포함하는 직사각 슬릿을 더 포함하는 노광 공정용 레티클.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명기판 상에 형성되며, 상기 리얼 패턴 및 상기 테스트 패턴을 덮는 펠리클(pelicle)을 더 포함하는 노광 공정용 레티클.
  11. 투명기판 상에 리얼 패턴 및 테스트 패턴을 형성하는 단계;
    제1 임계치수를 측정하는 단계;
    상기 리얼 패턴 및 상기 테스트 패턴을 포함하는 상기 투명기판에 세정 공정을 실시하는 단계;
    상기 투명기판의 상부에 펠리클을 부착하는 단계;
    제2 임계치수를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 임계치수의 결과를 비교하는 단계를 포함하는 레티클의 임계치수의 확인 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 임계치수를 측정하는 단계는
    상기 투명기판으로부터 일정 거리로 이격된 영역에 스크린(screen)을 설치하는 단계;
    상기 테스트 패턴에 광원을 조사하는 단계;
    상기 스크린에 나타난 회절패턴의 길이를 측정하는 단계; 및
    상기 회절패턴의 길이로부터 상기 테스트 패턴의 개구부 폭을 산출하는 단계를 포함하는 레티클의 임계치수의 확인 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 임계치수를 측정하는 단계는
    상기 투명기판으로부터 일정 거리로 이격된 영역에 스크린(screen)을 설치하는 단계;
    상기 테스트 패턴에 광원을 조사하는 단계;
    상기 스크린에 나타난 회절패턴의 길이를 측정하는 단계; 및
    상기 회절패턴의 길이로부터 상기 테스트 패턴의 개구부 폭을 산출하는 단계를 포함하는 레티클의 임계치수의 확인 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 광원을 조사하는 단계는 상기 테스트 패턴에 수직한 방향으로 조사하는 레티클의 임계치수의 확인 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 펠리클의 상부면과 상기 테스트 패턴의 상부면은 서로 평행한 레티클의 임계치수의 확인 방법.
  16. 레티클(reticle)에 광원을 조사하여 나타나는 회절패턴의 길이를 비교함으로써, 세정공정을 수행하기 이전과 이후의 상기 레티클의 패턴 변화를 비교하는 레티클의 임계치수의 확인 방법.
KR1020080048629A 2008-05-26 2008-05-26 노광 공정용 레티클 및 이를 이용한 임계치수의 확인 방법 KR20090122691A (ko)

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KR1020080048629A KR20090122691A (ko) 2008-05-26 2008-05-26 노광 공정용 레티클 및 이를 이용한 임계치수의 확인 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200000818A (ko) * 2018-06-25 2020-01-03 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하 리소그래피 마스크의 구조를 검출하기 위한 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 장치

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