KR20100111126A - 위상 및 투과율 측정기 - Google Patents
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Abstract
브로드밴드(broadband)의 제1측정광을 제공하는 조명 램프(lamp), 제1측정광을 스펙트럼(spectrum)광으로 분해하는 분광부, 스펙트럼광으로부터 측정 파장대의 제2측정광을 분리하는 필터(filter), 제2측정광을 측정 대상 마스크로 입사시키는 미러(mirror), 마스크 표면으로부터 반사되는 반사광을 수집하는 반사광 디텍터(detector), 및 마스크를 투과한 투과광을 수집하는 투과광 디텍터(detector)를 포함하는 위상 및 투과율 측정기를 제시한다.
PSM, 투과율, 위상, 분광기
Description
본 발명은 포토리소그래피(photolithography) 기술에 관한 것으로, 특히, 위상전이마스크(PSM: Phase Shift Mask)의 위상 및 투과율을 측정하는 측정기에 관한 것이다.
반도체 소자의 회로 패턴들을 웨이퍼(wafer) 상에 노광 전사하기 위해서 포토마스크(photomask)를 이용한 포토리소그래피 과정이 수행된다. 보다 미세한 패턴을 웨이퍼 상으로 전사하기 위해서, 노광 해상도를 개선할 수 있는 위상전이마스크(PSM)가 이용되고 있다. 위상전이마스크를 마스크 제조 과정으로 제작한 후, 위상전이마스크의 투과율 및 위상을 측정하여 제작된 위상전이마스크의 신뢰성을 확보하고 있다.
이러한 투과율 및 위상 측정에 사용되는 측정기는, 할로겐(Halogen), 제논(Xenon) 또는 듀테륨(Deuterium) 등의 조명 램프(lamp)를 이용하여 마스크 상에 측정광을 입사하고, 마스크 표면에서 반사되는 반사광을 수집하고 또한 마스크를 투과한 투과광을 수집하고 있다. 수집된 반사광 및 투과광의 세기 및 위상을 측정하여, 이로부터 마스크의 위상 및 투과율을 측정하고 있다. 이러한 위상 및 투과율 의 측정 시 마스크에 입사되는 광은 브로드밴드(broadband)의 자외선(UV)이 이용되고 있고, 수집된 반사광 및 투과광을 분광기를 이용하여 스펙트럼(spectrum) 분해하여 특정 파장대에서의 반사율 및 투과율, 위상을 측정하고 있다.
마스크 상에 입사되는 측정광을 노광 과정에 이용될 수 있는 다양한 주파수대를 포함하는 브로드밴드의 광원을 이용함에 따라, 마스크 상에 이러한 측정광의 입사에 의한 손상 및 변형이 유발될 수 있어, 측정 시간에 따라 측정되는 투과율 및 위상값이 변동되는 측정 불량이 유발될 수 있다. 또한, 조명 램프의 사용 기간에 따라 측정광의 중심 파장대가 변화되는 장비 사용 노후화가 유발되어, 측정 정밀도가 저하되는 문제가 유발될 수 있다.
조명 램프의 사용 기간이 지속됨에 따라, 동일한 위상을 나타내는 마스크의 경우에도 측정되는 위상값이 저하되는 불량이 관측되고 있다. 예컨대, 위상값이 178.40° 로 측정되는 마스크의 경우에도 조명 램프를 사용하는 일수가 증가됨에 따라 178.00°로 저하되는 현상이 관측되고 있다. 또한, 조명 램프의 교환 후 동일한 마스크의 경우에도 불구하고 170.00°로 측정 위상값이 증가되는 현상이 관측되고 있다.
이러한 측정 정밀도 저하 문제는 브로드밴드의 측정광이 마스크에 입사됨에 따라 마스크에 미세한 손상 및 변형이 유발되고 이에 따라 측정 정밀도가 저하되는 것으로 파악된다. 또한 조명 램프의 교환 시 조명 램프에 따른 중심 파장의 변동에 의해서 측정값의 변동이 유발되는 것으로 파악되고 있다. 즉, 조명 램프마다 측정되는 반사율이나 투과율이 변동되는 현상이 관측되고 있다. 따라서, 측정 정밀도의 변동을 보상해주는 캘리브레이션(calibration) 과정을 주기적으로 해주어야하며 또한 조명 램프의 변경 시 마다 캘리브레이션 과정이 요구되고 있다. 이에 따라, 보다 정밀한 마스크의 위상 및 투과율을 측정하기 위해서, 위상 및 투과율 측정기의 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 위상전이마스크의 위상 및 투과율을 보다 정밀하고 신뢰성있게 측정할 수 있는 위상 및 투과율 측정기를 제시하고자 한다.
본 발명의 일 관점은, 브로드밴드(broadband)의 제1측정광을 제공하는 조명 램프(lamp); 상기 제1측정광을 스펙트럼(spectrum)광으로 분해하는 분광부; 상기 스펙트럼광으로부터 측정 파장대의 제2측정광을 분리하는 필터(filter); 상기 제2측정광을 측정 대상 마스크로 입사시키는 미러(mirror); 상기 마스크 표면으로부터 반사되는 반사광을 수집하는 반사광 디텍터(detector); 및 상기 마스크를 투과한 투과광을 수집하는 투과광 디텍터(detector)를 포함하는 위상 및 투과율 측정기를 제시한다.
상기 분광부는 입사되는 상기 제1측정광을 스펙트럼광으로 분해시키는 회절격자(grating)를 포함할 수 있다.
상기 회절격자의 위치를 조정하는 제어부; 및 상기 제2측정광을 수집하여 상기 제2측정광의 파장대를 측정하여 상기 제2측정광이 상기 측정 파장대를 가지며 상기 필터에 의해 분리되는 상기 회절격자의 위치 좌표를 상기 제어부로 제공하는 스펙트럼 디텍터(spectrum detector)를 더 포함하는 위상 및 투과율 측정기를 제시할 수 있다.
상기 필터(filter)는 상기 스펙트럼광 중 상기 측정 파장대의 광경로에 위치 하는 핀홀(pin hole)을 가지는 블레이드(blade)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2측정광은 193㎚, 248㎚ 또는 365㎚의 파장대의 단색광으로 상기 필터에 의해 분리될 수 있다.
본 발명의 실시예는 조명 램프의 노후화 및 교환에도 불구하고, 측정광의 파장대를 안정적으로 유지하여, 위상전이마스크의 위상 및 투과율을 보다 정밀하고 신뢰성있게 측정할 수 있는 위상 및 투과율 측정기를 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위상 및 투과율 측정기를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 위상 및 투과율 측정기는, 위상전이마스크(PSM)를 이루는 투명한 석영 기판 및 위상전이층 등의 매질에 대해 입사되는 광에 대한 위상 변화 및 투과율 변화를 측정하기 위한 부품들을 구비한다. 측정기는 위상 및 투과율 측정을 위한 측정광을 제공하는 조명 램프(lamp: 100)를 구비한다. 조명 램프(100)는 할로겐, 제논 또는 듀테륨 등을 이용하여 브로드밴드(broadband)의 자외선(UV)광을 제1측정광(201)으로 발생시키게 도입된다. 반도체 소자 제조를 위한 포토리소그래피 과정에서 노광 광원은 주로 193㎚ 파장대, 248㎚ 파장대 및 365㎚ 파장대의 광들이 각각 이용될 수 있으므로, 각각의 노광 과정에 사용될 마스크의 종류에 따라 각각의 노광 광의 파장대에서의 위상 변화 및 투과율을 측정하는 것이 가능하도록 제1측정광(201)은 이러한 파장대를 포함하는 브로드 밴드로 제공된다.
발생된 제1측정광(201)은 집속 렌즈(condensing lens: 300)에 의해 집속되고, 광이 지나는 경로를 제공하는 핀홀(pin hole)을 가진 슬릿(slit) 형태 또는 블레이드(blade) 형태의 제1필터(filter: 400)에 의해 제한된 크기로 분광부(501)로 입사된다. 분광부(501)는 입사된 제1측정광(201)을 스펙트럼(spectrum) 분광시켜 스펙트럼광(203)을 제공한다. 분광부(501)는 입사되는 제1측정광(201)을 스펙트럼광(203)으로 분해시키는 회절격자(grating)를 포함하여 구성될 수 있다.
회절격자에 의해 분광된 스펙트럼광(203)의 경로에 제2필터(530)가 도입된다. 제2필터(530)는 스펙트럼광(203)으로부터 측정하는 데 사용될 파장대, 즉, 노광 과정에 사용될 노광 광의 파장대에 해당되는 제2측정광(205)을 분리한다. 제2필터(530)는 광이 지나는 경로를 제공하는 핀홀(pin hole)을 가진 슬릿(slit) 형태 또는 블레이드(blade) 형태로 구성되며, 핀홀을 통해 분리된 제2측정광(205)이 노광 광의 파장대에 해당되는 위치에 위치하도록 제어부(570)를 이용하여 분광부(501)의 회절격자의 위치를 조절한다.
이를 위해서, 핀홀을 지나 분리된 제2측정광(205)으로부터 검출광(207)을 제1미러(mirror)를 포함하는 광분리부를 이용하여 분리하고, 분리된 검출광(207)을 스펙트럼 디텍터(spectrum detecter: 550)로 수집하여 검출광(207)의 파장대를 측정함으로써 제2측정광(205)의 파장대를 측정한다. 측정된 파장대의 데이터(data)를 근거로 분광부(501)의 회절격자의 좌표 위치 또는 각도를 조절하거나, 또는 제2필터(530)의 핀홀 위치를 제어부(570)가 조절하도록 하여, 제2측정광(205)이 노광에 사용될 노광 광에 해당되는 파장대로 분리되도록 한다. 따라서, 제2측정광(205)은 측정하고자하는 파장대, 예컨대, 193㎚ 파장대, 248㎚ 파장대 및 365㎚ 파장대의 광으로 분리된다. 이때, 회절격자를 포함하는 분광부(501)는 1㎚ 이하의 분해능을 가지는 초고분해능 분광기로 구성되어, 제2측정광(205)의 파장대를 매우 신뢰성있게 추출할 수 있다. 따라서, 위상 및 투과율 측정의 측정 오차 발생을 신뢰성있게 억제할 수 있다.
스펙트럼 분리된 제2측정광(205)은 제2미러(600)에 의해 측정하고자하는 위상전이마스크(700)로 입사되고, 위상전이마스크(700)의 기판 표면 또는 위상전이층 표면으로부터 반사되는 반사광(207)은 다른 제2미러(600)를 통해 반사광 디텍터(901)에 의해 수집되어 세기 및 위상, 흡수 계수(k) 및 굴절률(n), 반사율 등의 측정치로 측정된다. 또한, 위상전이마스크(700)의 기판 표면 또는 위상전이층을 투과한 투과광(209)은 다른 제2미러(600) 등에 의해 투과광 디텍터(930)에 의해 수집되어 세기 및 위상, 흡수 계수(k), 굴절률(n), 투과율 등의 측정치로 측정된다. 이때, 투과광(209)은 제1폴라라이저(polarizer: 801))에 편향되어 다른 제2미러(600)에 의해 투과광 디텍터(930)에 수집되고, 반사광(207)은 제2폴라라이저(803)를 지나 투과광 디텍터(930)에 수집된다.
본 발명의 실시예에 의한 위상 및 투과율 측정기는, 측정을 위한 제2측정광(205)이 브로드밴드가 아닌 측정하고자 하는 특정 파장대의 광만으로 구성되어 측정 대상인 위상전이마스크(700)로 입사된다. 따라서, 브로드밴드의 측정광을 이용하는 경우에 비해 위상전이마스크(700)로 입사되는 광의 세기를 상대적으로 낮게 유지할 수 있다. 따라서, 과다한 세기의 측정광이 마스크(700)에 직접 입사되는 것을 억제하여, 이러한 측정광에 의한 마스크(700) 표면에의 손상 및 변형을 억제할 수 있다. 따라서, 측정 시 마스크(700) 자체의 손상 변형에 따른 측정된 투과율 및 위상의 변화를 억제할 수 있어, 보다 정확하고 신뢰성있는 측정 결과를 얻을 수 있다.
또한, 브로드밴드의 제1측정광(201)으로부터 실제 마스크(700)에 입사될 제2측정광(203)을 스텍트럼 분광함으로써, 조명 램프(100)의 교체나 조명 램프(100)의 사용 노후화에도 불구하고 제2측정광(203)의 파장대를 측정하고자 하는 노광 광에 해당되는 파장대로 특정화시켜 유지시킬 수 있다. 따라서, 조명 램프(100)의 교체나 노후화에 따라 측정광의 파장대가 변동되는 것을 원천적으로 방지할 수 있어, 균일한 파장대의 제2측정광(203)이 마스크(700)의 위상 및 투과율 측정에 이용되도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 측정되는 투과율 및 위상 변화값의 노이즈(noise) 변동을 억제하여 보다 신뢰성있는 측정 결과를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위상 및 투과율 측정기를 보여주는 도면이다.
Claims (5)
- 브로드밴드(broadband)의 제1측정광을 제공하는 조명 램프(lamp);상기 제1측정광을 스펙트럼(spectrum)광으로 분해하는 분광부;상기 스펙트럼광으로부터 측정 파장대의 제2측정광을 분리하는 필터(filter);상기 제2측정광을 측정 대상 마스크로 입사시키는 미러(mirror);상기 마스크 표면으로부터 반사되는 반사광을 수집하는 반사광 디텍터(detector); 및상기 마스크를 투과한 투과광을 수집하는 투과광 디텍터(detector)를 포함하는 위상 및 투과율 측정기.
- 제1항에 있어서,상기 분광부는 입사되는 상기 제1측정광을 스펙트럼광으로 분해시키는 회절격자(grating)를 포함하는 위상 및 투과율 측정기.
- 제2항에 있어서,상기 회절격자의 위치를 조정하는 제어부; 및상기 제2측정광을 수집하여 상기 제2측정광의 파장대를 측정하여 상기 제2측정광이 상기 측정 파장대를 가지며 상기 필터에 의해 분리되는 상기 회절격자의 위 치 좌표를 상기 제어부로 제공하는 스펙트럼 디텍터(spectrum detector)를 포함하는 위상 및 투과율 측정기.
- 제1항에 있어서,상기 필터(filter)는상기 스펙트럼광 중 상기 측정 파장대의 광경로에 위치하는 핀홀(pin hole)을 가지는 블레이드(blade)를 포함하는 위상 및 투과율 측정기.
- 제1항에 있어서,상기 제2측정광은 193㎚, 248㎚ 또는 365㎚의 파장대의 단색광으로 상기 필터에 의해 분리되는 위상 및 투과율 측정기.
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| KR20220098921A (ko) * | 2021-01-05 | 2022-07-12 | 주식회사 이솔 | Euv 마스크와 euv 팰리클 반사도 및 투과도 측정 장치 |
| WO2023234636A1 (ko) * | 2022-05-30 | 2023-12-07 | 한양대학교 산학협력단 | Euv 마스크 소재의 굴절계수 및 흡광계수 측정 장치 및 방법 |
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |