KR20130039903A - 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법 - Google Patents

마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 제1 및 제2 극자외선을 방사하는 제1 및 제2 광원부와, 상기 제1 및 제2 광원부로부터 방사된 극자외선을 각각 반사하여 집광하는 제1 및 제2 오목거울과, 상기 제1 및 제2 오목거울에 의해 각각 집광된 극자외선을 측정대상 마스크를 향하여 각각 반사하는 제1 및 제2 반사거울과, 상기 측정대상 마스크의 Z축을 기준으로 서로 대향되게 일정한 제1 및 제2 각도로 기울어져 각각 반사된 제1 및 제2 회절 이미지를 획득하는 제1 및 제2 CCD 카메라와, 상기 측정대상 마스크를 안착시키는 스테이지와, 상기 스테이지의 일측에 구비되며, 상기 측정대상 마스크의 전체 이미지를 스캔할 수 있도록 상기 스테이지를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키기 위한 이동수단과, 상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지를 역 고속 퓨리에 변환(IFFT) 및 정합을 수행하여 상기 측정대상 마스크의 패턴 이미지를 복원함과 아울러 상기 이동수단의 동작을 제어하기 위한 구동제어신호를 출력하는 제어장치를 포함함으로써, 극자외선(EUV) 광원으로 만들어진 차세대 반도체 공정에서 사용되는 3차원 구조의 마스크 패턴에 존재하는 미세 결함(Defect) 등을 효과적으로 검사할 수 있다.

Description

마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법{3-DIMENSIONAL IMAGE ACQUISITION SYSTEM FOR MASK PATTERN INSPECTION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 광원으로 만들어진 차세대 반도체 공정에서 사용되는 3차원 구조의 마스크 패턴에 존재하는 미세 결함(Defect) 등을 효과적으로 검사할 수 있도록 한 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 회로 패턴(Circuit Pattern)을 형성하는 데, 리소그래피(lithography) 공정이 널리 이용되고 있다. 이러한 리소그래피 공정은 회로 패턴에 대응되도록 패턴이 형성되어 있는 마스크(Mask)를 이용하여, 노광 및 식각 처리 등을 거쳐 마스크의 패턴을 기판 상에 전사하여 패턴을 형성한다.
최근 반도체 회로 선폭의 미세화를 위해 보다 짧은 파장의 조명 광원이 요구되어, 노광 광원으로 파장이 약 50nm 이하인 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV)을 사용한 노광 공정이 활발히 연구되고 있다.
이와 같이 노광 공정의 난이도가 점점 증가함에 따라, 마스크 자체의 작은 에러는 웨이퍼 상의 회로 패턴에 심각한 오류를 발생시킨다. 따라서, 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 구현할 때, 마스크 상에 존재하는 각종 결함들(Defects)이 웨이퍼에 미치는 영향을 미리 검증하기 위하여, 마스크의 공간 영상(aerial image)이 측정되고 이들의 결함들이 검사된다.
기존에 극자외선(EUV) 마스크용 공간 영상 측정장치는 다수의 극자외선(EUV)용 거울(Mirror)들을 사용하여, 거울들의 설치 및 제작에 많은 기술이 필요하게 된다. 또한, 각 거울들의 반사율이 100％가 아니므로 다수의 거울들의 사용을 하여야 한다. 따라서, 매우 큰 소스 전력(Source Power)이 필요하다는 문제가 있다. 나아가 기존에 극자외선(EUV) 마스크용 공간 영상 측정장치는 고가의 제작비용을 요하고, 주문 후의 개발 기간이 수 년 이상이 걸리기 때문에, 이를 구매하기가 쉽지 않다.
한편, 극자외선(EUV)으로 제작된 마스크의 검사기준으로는 레지스트(Resist)의 임계치수(Critical Dimension, CD)와 웨이퍼의 임계치수 균일성(Critical Dimension Uniformity, CDU)으로 나눌 수 있는데, 종래에는 단순한 구조의 임계치수(CD)만 측정이 가능하나, 도 1에 도시된 바와 같이, 마스크에 존재하는 미세 결함들{(1): 패턴 결함(Pattern defect), (2): 깨끗하게 할 수 있는 미립자들과 탄화수소((Cleanable particulates & hydrocarbon(<1nm layer)), (3): 잔여 ML 결함(Residual ML defect)}은 측정이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 광원으로 만들어진 차세대 반도체 공정에서 사용되는 3차원 구조의 마스크 패턴에 존재하는 미세 결함(Defect) 등을 효과적으로 검사할 수 있도록 한 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 제1 및 제2 극자외선을 방사하는 제1 및 제2 광원부; 상기 제1 및 제2 광원부로부터 방사된 극자외선을 각각 반사하여 집광하는 제1 및 제2 오목거울; 상기 제1 및 제2 오목거울에 의해 각각 집광된 극자외선을 측정대상 마스크를 향하여 각각 반사하는 제1 및 제2 반사거울; 상기 측정대상 마스크의 Z축을 기준으로 서로 대향되게 일정한 제1 및 제2 각도로 기울어져 각각 반사된 제1 및 제2 회절 이미지를 획득하는 제1 및 제2 CCD 카메라; 상기 측정대상 마스크를 안착시키는 스테이지; 상기 스테이지의 일측에 구비되며, 상기 측정대상 마스크의 전체 이미지를 스캔할 수 있도록 상기 스테이지를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키기 위한 이동수단; 및 상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지를 역 고속 퓨리에 변환(IFFT) 및 정합을 수행하여 상기 측정대상 마스크의 패턴 이미지를 복원함과 아울러 상기 이동수단의 동작을 제어하기 위한 구동제어신호를 출력하는 제어장치를 포함하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 제1 및 제2 CCD 카메라의 입사 렌즈부에 각각 장착되며, 상기 측정대상 마스크로부터 반사된 제1 및 제2 회절 이미지의 0차 회절광을 차단하는 링 형태의 제1 및 제2 광 필터부가 더 구비됨이 바람직하다.
바람직하게, 상기 극자외선은 6nm 내지 14nm 범위의 파장대역으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제어장치는, 상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지에 따른 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드(Point Cloud)를 각각 연산한 후, 상기 연산된 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드와 상기 제1 및 제2 각도를 이용하여 상기 측정대상 마스크에 대한 3차원 높이 정보를 획득할 수 있다.
바람직하게, 상기 측정대상 마스크는 극자외선 노광 방법에 의해 미세한 마스크 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 제1 및 제2 광원부, 제1 및 제2 오목거울, 제1 및 제2 반사거울, X축 및 Y축 이동가능한 스테이지에 안착된 측정대상 마스크, 제1 및 제2 CCD 카메라 및 제어장치를 포함하는 마스크 패턴 검사용 시스템을 이용하여 3차원 영상을 획득하는 방법에 있어서, (a) 상기 제1 및 제2 광원부에 의해 제1 및 제2 극자외선을 방사한 후, 상기 방사된 제1 및 제2 극자외선을 상기 제1 및 제2 오목거울에 의해 각각 반사하여 집광하는 단계; (b) 상기 제1 및 제2 반사거울을 통해 상기 단계(a)에서 집광된 제1 및 제2 극자외선을 상기 측정대상 마스크를 향하여 각각 반사하는 단계; (c) 상기 제1 및 제2 CCD 카메라를 통하여 상기 측정대상 마스크의 Z축을 기준으로 서로 대향되게 일정한 제1 및 제2 각도로 기울어져 각각 반사된 제1 및 제2 회절 이미지를 획득하는 단계; (d) 상기 제어장치를 통하여 상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 획득된 제1 및 제2 회절 이미지를 역 고속 퓨리에 변환(IFFT) 및 정합을 수행하여 상기 측정대상 마스크의 패턴 이미지를 복원하는 단계; 및 (e) 상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지에 따른 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드(Point Cloud)를 각각 연산한 후, 상기 연산된 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드와 상기 제1 및 제2 각도를 이용하여 상기 측정대상 마스크에 대한 3차원 높이 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 방법을 제공하는 것이다.
바람직하게, 상기 단계(c)에서, 상기 제1 및 제2 CCD 카메라의 입사 렌즈부에 각각 장착된 제1 및 제2 광 필터부를 통해 상기 측정대상 마스크로부터 반사된 제1 및 제2 회절 이미지의 0차 회절광을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법에 따르면, 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 광원으로 만들어진 차세대 반도체 공정에서 사용되는 3차원 구조의 마스크 패턴에 존재하는 미세 결함(Defect) 등을 효과적으로 검사할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 스테이지와 회절 이미지의 기울어진 정도가 하드웨어적으로 고정되기 때문에, 결과 영상의 회전값이 상수로 고정되고, 두 영상을 합치기 위해 필요한 두 영상의 회전값이 상수로 고정되므로 좌우 영상을 일괄적으로 회전시킬 수 있으며, 대상 물체의 이동값은 스테이지의 이동값과 동일하므로, 쉽고 고정밀도로 영상의 이동값을 얻을 수 있으며, 이에 따라 회전, 이동, 정합 알고리즘이 단순, 고속화될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 마스크에 존재하는 미세 결함들의 종류를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 전체적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 광 필터부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템을 이용하여 미세한 패턴이 존재하는 측정대상 마스크에 대한 3차원 영상 정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
먼저, 본 발명은 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 광원으로 만들어진 차세대 반도체 공정에 사용하는 마스크를 검사하기 위한 시스템으로서, 극자외선(EUV)인 빛을 측정대상 마스크에 반사시켜 나온 회절된 이미지(Diffraction Image)를 CCD(Charged Coupled Device) 카메라로 획득한 후, 역 고속 퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 및 정합(Matching)을 수행하여 측정대상 마스크의 패턴 구조를 검사할 수 있다.
이때, 측정대상 마스크의 패턴구조를 더 세부적으로 검사하기 위해 측정대상 마스크의 Z축을 기준으로 서로 대향되게 일정한 제1 및 제2 각도로 기울어져 각각 반사된 제1 및 제2 회절 이미지를 획득하여 이 두 영상을 결합함으로써, 3차원 구조의 패턴 이미지를 얻을 수 있다. 이를 통하여 측정대상 마스크의 패턴에 존재하는 미세한 결함(Defect) 검사가 가능하다. 한편, 극자외선(EUV)을 사용하는 이유는 파장이 작을수록 측정대상 마스크의 패턴간의 간격을 더 미세하게(～nm 수준으로) 측정할 수 있기 때문이다.
즉, 본 발명은 전자현미경처럼 대물 렌즈(Objective Lens)를 통하여 직접 검사하는 방식이 아니라, 간섭성의 극자외선(Coherent EUV) 빔을 사용하여 측정대상 마스크에서 반사된 회절 빔의 정보를 CCD 카메라로 읽어, 제어장치를 통해 이미지로 복원하여 검사하는 방식이다.
이때, 극자외선(EUV) 빔이 패턴되어 있는 측정대상 마스크의 지역을 비추고, 반사되어 나온 회절된 빔의 정보(세기)들을 CCD 카메라가 기록한다. 즉, CCD 카메라는 측정대상 마스크의 회절 세기(=높이 정보)만을 기록한다. 위치에 대한 부분은 제어장치를 통해 하이브리드 입출력(Hybrid input-output, HIO) 방법을 이용하여 검색한다.
한편, 상기 하이브리드 입출력(HIO) 방법은 푸리에 변환(Fourier Transform, FT)과 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform, IFT) 연산을 반복적으로 계산하여 0차 차수(order)(가장 센 빛)를 기준으로 1차, 2차 및 3차 차수의 정보를 가지고 연산하여 이미지를 복원한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 전체적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템은, 크게 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b), 제1 및 제2 오목거울(Curve Mirror)(200a 및 200b), 제1 및 제2 반사거울(300a 및 300b), 스테이지(stage)(400), 이동장치(500), 제1 및 제2 CCD(Charged Coupled Device) 카메라(600a 및 600b) 및 제어장치(700) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b)는 예컨대, 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 노광 방법에 의해 측정대상 마스크(10)에 형성된 미세한 패턴의 이미지 정보를 전달하기 위한 광을 조사한다.
이때, 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b)는 수 나노미터 대의 노드로 이루어지는 미세한 패턴들까지도 검사가 가능할 수 있도록 극자외선(EUV)을 방사하도록 구성될 수 있다. 한편, 레이저 조사 플라즈마(Laser Produced Plasma)나 방전 여기 플라즈마(Discharge Produced Plasma) 등을 이용하여 광을 발생하는 것도 가능하다. 그리고, 타겟(Target) 물질로서는 예컨대, Sn 또는 Xe 등을 사용할 수 있다.
이로 인해, 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b)에서 발생되는 광파는 약 6nm 내지 14nm 범위의 파장대역으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 약 6.75nm 내지 13.65nm 범위의 파장대역을 갖는 극자외선(EUV)일 수 있다.
제1 및 제2 오목거울(200a 및 200b)은 표면이 움푹 파여 빛을 모아주는 거울로서, 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b)로부터 각각 방사된 극자외선(EUV)을 제1 및 제2 반사거울(300a 및 300b)을 향해 각각 반사하여 집광되도록 하는 기능을 수행한다.
제1 및 제2 반사거울(300a 및 300b)은 제1 및 제2 오목거울(200a 및 200b)에 의해 각각 집광된 극자외선(EUV)을 측정대상 마스크(10)를 향하여 반사하는 기능을 수행한다.
즉, 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b)에서 조사된 각각의 광은 조명광학계 즉, 제1 및 제2 오목거울(200a 및 200b), 제1 및 제2 반사거울(300a 및 300b)을 통하여 측정대상 마스크(10)가 안착된 스테이지(400) 방향으로 진행한다. 이러한 조명광학계인 제1 및 제2 오목거울(200a 및 200b), 제1 및 제2 반사거울(300a 및 300b)은 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b)에서 각각 조사된 광을 집광시켜 측정대상 마스크(10)의 패턴으로 입사시키는 것이 바람직하다.
이는 측정대상 마스크(10)에 입사되는 입사광이 집광되는 정도가 높을수록, 선명한 해상도의 패턴 이미지 정보를 획득할 수 있기 때문이다. 따라서, 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b)에서 조사된 각각의 입사광은 제1 및 제2 오목거울(200a 및 200b), 제1 및 제2 반사거울(300a 및 300b)을 통과하면서 집광이 이루어진 상태로 측정대상 마스크(10) 상에 조사될 수 있다.
스테이지(400)는 평판 형태를 가지며, 측정대상 마스크(10)를 안착하여 고정시키는 기능을 수행한다. 이러한 스테이지(400)는 측정대상 마스크(10)를 용이하게 지지하기 위해 측정대상 마스크(10)의 면적보다 더 넓은 면적을 가지는 것이 바람직하다.
즉, 스테이지(400)는 본 실시예의 피검사체인 측정대상 마스크(10)를 안착시키는 구성으로서, 측정대상 마스크(10)는 스테이지(400)에 안착된 상태로 고정된다. 따라서, 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b)에서 각각 조사된 입사광은 측정대상 마스크(10) 방향으로 입사되어 패턴이 형성된 측정대상 마스크(10)에 의해 반사되어, 반대 방향으로 진행된다.
이동장치(500)는 스테이지(400)의 적어도 어느 일측부(바람직하게는, 하부측)에 구비되어 있으며, 측정대상 마스크(10)의 전체 이미지를 스캔(scan)할 수 있도록 스테이지(400)를 X축, Y축 및/또는 Z축 방향으로 이동시키는 기능을 수행한다.
즉, 스테이지(400)는 안착된 측정대상 마스크(10)의 위치를 미세하게 조절할 수 있도록 별도의 구동부 즉, 이동장치(500)를 구비할 수 있다. 그리고, 스테이지(400)는 이동장치(500)에 의해 수평(X축 및 Y축) 및/또는 수직(Z축) 방향으로 이동가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 해당 구역의 마스크 패턴 검사가 완료되면 제1 및 제2 광원부(100a 및 100b), 기타 광학계의 위치를 조절하지 않고, 스테이지(400)의 위치를 조절하여 측정대상 마스크(10)의 다음 검사 구역의 패턴 검사를 수행할 수 있다.
이러한 이동장치(500)는 측정대상 마스크(10)가 안착된 스테이지(400)를 3차원 공간(X축, Y축 및 Z축)상에서 자유자재로 이동시키기 위한 장치로서, 반도체 공정(예컨대, 노광 공정 등)에서 통상적으로 사용되는 이동장치 등으로 용이하게 구현가능하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 및 제2 CCD 카메라(600a 및 600b)는 측정대상 마스크(10)의 Z축을 기준으로 서로 대향되게 일정한 제1 및 제2 각도(θ1 및 θ2)로 기울어져 각각 반사된 제1 및 제2 회절 이미지(Diffraction Image)를 획득하는 기능을 수행한다. 즉, 제1 및 제2 CCD 카메라(600a 및 600b)는 측정대상 마스크(10)에서 각각 반사된 회절 빔의 정보(즉, 세기)를 기록한다.
제어장치(700)는 제1 및 제2 CCD 카메라(600a 및 600b)로부터 획득된 제1 및 제2 회절 이미지를 역 고속 퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 및 정합(Matching)을 수행하여 측정대상 마스크(10)의 패턴 이미지를 복원함과 아울러 이동장치(500)의 동작을 제어하기 위한 구동제어신호를 출력하는 기능을 수행한다.
특히, 측정대상 마스크(10)의 3차원 이미지를 획득하고자 하는 위치가 존재할 경우, 제어장치(700)는 구동제어신호를 이동장치(500)에 출력하여 측정대상 마스크(10)를 3차원 이미지를 획득하고자 하는 위치로 이동시키고, 제1 및 제2 CCD 카메라(600a 및 600b)로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지에 따른 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드(Point Cloud)를 각각 연산한 후, 상기 연산된 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드와 기설정된 제1 및 제2 각도(θ1 및 θ2)를 이용하여 측정대상 마스크(10)에 대한 완전한 3차원 높이 정보를 획득할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 광원부(100a), 제1 오목거울(200a), 제1 반사거울(300a) 및 제1 CCD 카메라(600a)는 측정대상 마스크(10)의 Z축을 기준으로 제2 광원부(100b), 제2 오목거울(200b), 제2 반사거울(300b) 및 제2 CCD 카메라(600b)와 서로 대향되게 배치됨이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 광 필터부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 및 제2 CCD 카메라(600a 및 600b)의 입사 렌즈부에 각각 장착되어 있으며, 측정대상 마스크(10)로부터 반사된 제1 및 제2 회절 이미지(Diffraction Image)의 0차 회절광을 차단하는 링 형태의 제1 및 제2 광 필터부(예컨대, 빔 차단 링(Beam block ring))(800a 및 800b)가 더 구비됨으로써, 0차 차수(order)를 없애 이미지 복원 시 주변부도 선명하게 이미지를 얻을 수 있다(Ariel Paul PhD Thesis Metrology pp.109~114 참조).
이때, 측정대상 마스크(10)로부터 반사된 제1 및 제2 회절 이미지는 0차, 1차, 2차, 3차(차수가 높아질수록 빛의 세기가 약해진다) 등 여러 차수 모드(order mode)가 있는데, 빔 차단 링 등과 같은 제1 및 제2 광 필터부(800a 및 800b)는 상기 0차 차수를 막는 역할을 수행한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템을 이용하여 미세한 패턴이 존재하는 측정대상 마스크에 대한 3차원 영상 정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 측정대상 마스크에 대한 3차원 영상 정보를 획득하는 기본적인 원리를 설명하기 위한 것으로서, 도 4의 (a)는 측정대상 마스크에 극자외선이 조사되는 각도를 표현한 것이며, 현재의 기술로 좌측처럼 측정대상 마스크와 극자외선이 이루는 각도가 부드럽게 변화될 경우, 3차원 정보를 추출할 수 있다. 하지만, 우측의 경우처럼 급격한 단차를 이루게 될 경우, 즉, 이웃하는 픽셀의 위상차가 레이저파장 크기의 1/2 이상일 경우인 수직 단차가 존재하는 부분이 존재하는 경우에는 이 높이 정보를 추출할 수 없다.
이를 해결하기 위해 본 발명에서는 수직 단차가 존재하는 측정대상 마스크를 제1 및 제2 CCD 카메라(600a 및 600b)에 의해 좌우로 일정한 제1 및 제2 각도(θ1 및 θ2)로 기울어져 반사된 제1 및 제2 회절 이미지를 획득하여 얻어진 정보를 조합하는 방법을 사용한다(도 4의 (b) 내지 (d), 도 5 참조).
즉, 제어장치(700, 도 2 참조)는 구동제어신호를 이동장치(500)에 출력하여 측정대상 마스크를 3차원 이미지를 획득하고자 하는 위치로 이동시키고, 제1 및 제2 CCD 카메라(600a 및 600b)로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지에 따른 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드(Point Cloud)를 각각 연산한 후, 상기 연산된 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드와 기설정된 제1 및 제2 각도(θ1 및 θ2)를 이용하여 상기 측정대상 마스크에 대한 완전한 3차원 높이 정보를 획득할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 각도(θ1 및 θ2)를 모를 경우, 상기 연산된 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드의 공통 포인트를 통해 회전각도를 연산하여 측정대상 마스크(10)에 대한 3차원 높이 정보를 획득할 수 있다.
이때, 상기 공통 포인트를 찾아내는 과정에 있어, 전술한 측정대상 마스크의 3차원 정보에 2차원 실제 영상 텍스쳐를 입히는 과정을 응용한다.
즉, 일반적으로 3차원 포인트 클라우드에서 도 4의 (b)에 도시된 ①의 포인트 클라우드에서의 특정 포인트와 ②의 포인트 클라우드에서의 특정 포인트가 같은 포인트라는 것을 알아낼 방법은 없다.
그러나, 측정대상 마스크의 3차원 정보에 2차원 실제 영상 텍스쳐를 입히는 과정을 응용하여 3차원 데이터에 2차원 실제 영상 텍스쳐를 입히게 되면 2차원 영상 텍스쳐에서 텍스쳐의 특징(feature)을 추출해 낼 수 있게 되고, 추출한 영상 텍스쳐의 특징(feature)의 위치를 이용하여 일치하는 점들을 추출해 낼 수 있다.
이러한 속성을 이용해 3차원 모델에 매핑된 2차원 텍스쳐 상에서 6개 이상의 특징(feature)을 추출하면 각 포인트 클라우드의 회전축 x, y, z, 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll)을 알아 낼 수 있고, 이를 이용해 전체 클라우드 포인트의 회전 및 이동을 알 수 있게 된다.
이와 같이 회전각 및 이동량을 알아내게 되면 두 개의 포인트 클라우드를 같은 위치로 회전시킬 수 있고, 두 개의 포인트 클라우드에서 빠진 부분을 보충하여 완전한 3차원 오브젝트(Object)의 포인트 클라우드를 구할 수 있게 된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 제1 CCD 카메라(600a)를 통해 측정대상 마스크(10)의 Z축을 기준으로 일정한 제1 각도(θ1)로 기울어져 반사된 제1 회절 이미지(Diffraction Image)를 획득함으로써, 스테이지(400)를 우측으로 일정각도 회전한 효과와 동일하며, 우측 회전값이 상수로 고정된다.
또한, 제2 CCD 카메라(600b)를 통해 측정대상 마스크(10)의 Z축을 기준으로 일정한 제2 각도(θ2)로 기울어져 반사된 제2 회절 이미지를 획득함으로써, 스테이지(400)를 좌측으로 일정각도 회전한 효과와 동일하며, 좌측 회전값이 상수로 고정된다. 그리고, 측정대상 마스크(10)의 이동값은 스테이지(400)의 수평(X축 및/또는 Y축) 방향으로 이동한 이동값과 동일하게 적용된다.
따라서, 스테이지(400)와 제1 및 제2 회절 이미지의 기울어진 정도가 하드웨어적으로 고정되기 때문에, 결과 영상의 회전값이 상수로 고정되고, 두 영상을 합치기 위해 필요한 두 영상의 회전값이 상수로 고정되므로 좌우 영상을 일괄적으로 회전시킬 수 있으며, 대상 물체 즉, 측정대상 마스크(10)의 이동값은 스테이지(400)의 이동값과 동일하므로, 쉽고 고정밀도로 영상의 이동값을 얻을 수 있으며, 따라서 회전, 이동, 정합 알고리즘이 단순, 고속화될 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명에 따른 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100a 및 100b : 제1 및 제2 광원부,
200a 및 200b : 제1 및 제2 오목거울,
300a 및 300b : 제1 및 제2 반사거울,
400 : 스테이지,
500 : 이동장치,
600a 및 600b : 제1 및 제2 CCD 카메라,
700 : 제어장치,
800a 및 800b : 제1 및 제2 광 필터부

Claims (7)

  1. 제1 및 제2 극자외선을 방사하는 제1 및 제2 광원부;
    상기 제1 및 제2 광원부로부터 방사된 극자외선을 각각 반사하여 집광하는 제1 및 제2 오목거울;
    상기 제1 및 제2 오목거울에 의해 각각 집광된 극자외선을 측정대상 마스크를 향하여 각각 반사하는 제1 및 제2 반사거울;
    상기 측정대상 마스크의 Z축을 기준으로 서로 대향되게 일정한 제1 및 제2 각도로 기울어져 각각 반사된 제1 및 제2 회절 이미지를 획득하는 제1 및 제2 CCD 카메라;
    상기 측정대상 마스크를 안착시키는 스테이지;
    상기 스테이지의 일측에 구비되며, 상기 측정대상 마스크의 전체 이미지를 스캔할 수 있도록 상기 스테이지를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키기 위한 이동수단; 및
    상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지를 역 고속 퓨리에 변환(IFFT) 및 정합을 수행하여 상기 측정대상 마스크의 패턴 이미지를 복원함과 아울러 상기 이동수단의 동작을 제어하기 위한 구동제어신호를 출력하는 제어장치를 포함하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 CCD 카메라의 입사 렌즈부에 각각 장착되며, 상기 측정대상 마스크로부터 반사된 제1 및 제2 회절 이미지의 0차 회절광을 차단하는 링 형태의 제1 및 제2 광 필터부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 극자외선은 6nm 내지 14nm 범위의 파장대역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지에 따른 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드(Point Cloud)를 각각 연산한 후, 상기 연산된 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드와 상기 제1 및 제2 각도를 이용하여 상기 측정대상 마스크에 대한 3차원 높이 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 측정대상 마스크는 극자외선 노광 방법에 의해 미세한 마스크 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 시스템.
  6. 제1 및 제2 광원부, 제1 및 제2 오목거울, 제1 및 제2 반사거울, X축 및 Y축 이동가능한 스테이지에 안착된 측정대상 마스크, 제1 및 제2 CCD 카메라 및 제어장치를 포함하는 마스크 패턴 검사용 시스템을 이용하여 3차원 영상을 획득하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 제1 및 제2 광원부에 의해 제1 및 제2 극자외선을 방사한 후, 상기 방사된 제1 및 제2 극자외선을 상기 제1 및 제2 오목거울에 의해 각각 반사하여 집광하는 단계;
    (b) 상기 제1 및 제2 반사거울을 통해 상기 단계(a)에서 집광된 제1 및 제2 극자외선을 상기 측정대상 마스크를 향하여 각각 반사하는 단계;
    (c) 상기 제1 및 제2 CCD 카메라를 통하여 상기 측정대상 마스크의 Z축을 기준으로 서로 대향되게 일정한 제1 및 제2 각도로 기울어져 각각 반사된 제1 및 제2 회절 이미지를 획득하는 단계;
    (d) 상기 제어장치를 통하여 상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 획득된 제1 및 제2 회절 이미지를 역 고속 퓨리에 변환(IFFT) 및 정합을 수행하여 상기 측정대상 마스크의 패턴 이미지를 복원하는 단계; 및
    (e) 상기 제1 및 제2 CCD 카메라로부터 각각 획득된 제1 및 제2 회절 이미지에 따른 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드(Point Cloud)를 각각 연산한 후, 상기 연산된 제1 및 제2 삼차원 포인트 클라우드와 상기 제1 및 제2 각도를 이용하여 상기 측정대상 마스크에 대한 3차원 높이 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 단계(c)에서, 상기 제1 및 제2 CCD 카메라의 입사 렌즈부에 각각 장착된 제1 및 제2 광 필터부를 통해 상기 측정대상 마스크로부터 반사된 제1 및 제2 회절 이미지의 0차 회절광을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 패턴 검사용 3차원 영상 획득 방법.
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