KR20150111817A

KR20150111817A - 나노구조체의 임계 치수를 측정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20150111817A
Application number: KR1020140170820A
Authority: KR
Inventors: 알렌산더 비아체슬라보비치 슈체르바코프; 막심 블라디미로비치 리얍꼬; 알렉세이 드미트리비치 란초프
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-10-06
Also published as: KR102207926B1; RU2560245C1

Abstract

나노구조체의 임계치수를 측정하는 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 나노구조체의 임계치수 측정방법은, 광축(optical axis)을 따라 배치되는 기준 물체(reference object)의 다른 위치들에서 상기 기준 물체로부터 산란된 광의 기준 세기 분포들을 획득하는 단계, 상기 기준 세기 분포들을 이용하여 기준 세기 분포 어레이들의 라이브러리를 생성하는 단계, 광축을 따라 배치되는 조사 대상 물체의 다른 위치들에서 복수의 스펙트럼 영역에 대해 상기 조사대상 물체에 의해 산란된 광의 세기 분포들을 결정하는 단계, 상기 결정된 세기 분포들을 이용하여 세기 분포 어레이를 생성하는 단계 및 상기 세기 분포 어레이와 상기 기준 세기 분포 어레이들의 라이브러리를 비교하여 상기 조사대상 물체의 임계치수에 대한 정보를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

나노구조체의 임계 치수를 측정하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR MEASURING CRITICAL DIMENSION OF NANOSTRUCTURES}

나노구조체의 임계 치수를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근에는 반도체 칩을 생산함에 있어 상업용 구조물의 치수를 감소시키고자 하는 추세에 있다. 관심이 되고 있는 나노 구조체의 치수는 대략 수십 나노 미터 정도로 추정되며, 이를 나노구조체의 “임계치수”(CD; Critical Dimension)라고 부른다. 여기서, 나노구조체라 함은 나노구조를 가지는 물체를 의미한다, 현재 실현 가능한 임계 치수는 대략 20nm 정도이지만, 가까운 미래에 이러한 임계 치수 값이 대략 10nm 정도 까지 감소될 수 있다. 작은 임계 치수를 가지는 반도체 구조물을 대량 생산하기 위해서는 측정 공정의 속도 및 비용 뿐만 아니라 측정 장비의 정확도 및 신뢰성에 대한 요구가 높아진다.

다중 스펙트럼 영상을 이용해 나노구조체의 임계 치수(CD)를 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

일 측면에 있어서,

광축(optical axis)에 있는 테스트 물체의 서로 다른 위치 및 복수의 스펙트럼 영역들에 대해서, 광 강도분포의 참조데이터를 획득하는 단계;

상기 참조 데이터로부터 i*j*n*m 치수의 참조 행렬 라이브러리를 생성하는 단계;

(i는 센서의 수평 해상도, j는 센서의 수직 해상도, n은 사용되는 스펙트럼 밴드(spectral bands)의 숫자, m은 광축에 있는 샘플의 위치번호)

조사대상이 되는 샘플의 위치를 상기 광축을 따라 조절하는 단계;

상기 샘플에 넓은 주파수 스펙트럼을 가지는 광을 조사하는 단계;

상기 샘플에서 산란된 광을 수집한 후 스펙트럼 선택부를 거쳐 이미지 센서로 전달하는 단계;

상기 이미지 센서로에 의해 상기 광축에 있는 상기 샘플의 서로 다른 위치에 대해 상기 샘플에서 산란된 광의 강도분포를 복수의 스펙트럼 범위에 대하여 결정하는 단계;

상기 산란된 광의 강도분포에 대한 정보로부터 i*j*n*m 크기의 강도분포 행렬을 생성하는 단계; 및

(i는 센서의 수평 해상도, j는 센서의 수직 해상도, n은 사용되는 스펙트럼 밴드(spectral bands)의 숫자, m은 광축(optical axis)을 따라 바뀌는 샘플의 위치번호)

상기 강도분포 행렬과 상기 참조배열 라이브러리를 비교하여 상기 샘플의 임계치수를 결정하는 단계;를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정방법이 제공된다.

상기 광을 조사하는 단계는, 380nm 내지 740nm 내외의 파장을 가지는 광을 조사할 수 있다.

상기 참조데이터를 획득하는 단계는, 교정된 테스트 물체에 의해 산란된 광의 강도분포를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 교정된 테스트 물체는 진폭 및 위상 그레이팅들, 직사각형들의 3차원 배열, 단일 신장된 직사각형들, 및 전자 현미경에 의해 측정된 기하학적 파라미터들을 가진 복잡한 형상을 가진 비표준 대상물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 참조 배열 라이브러리를 생성하는 단계는, 소정의 기하학적 파라미터를 가지는 상기 테스트 물체에 의해 산란된 광의 강도분포를 수학적으로 모델링하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 수학적으로 모델링하는 단계는, 수치해석(numerical methods)을 이용한 맥스웰 방정식의 해를 이용할 수 있다.

상기 수치해석은 엄격하게 결합된 파동 분석법(Rigorous Coupled Wave Analysis: RCWA) 및 시간영역 유한 차분법(Finite Difference Time Domain method: FDTD) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 샘플에서 산란된 광을 수집한 후 스펙트럼 선택부를 거쳐 이미지 센서로 전달하는 단계는, 스펙트럼 선택부에서 상기 수집한 산란된 광으로부터 복수의 스펙트럼 밴드들을 식별하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 측면에 있어서,

넓은 스펙트럼의 광을 방사하는 광 방사원;

샘플의 위치를 광축을 따라 조절하는 샘플 위치 조절장치;

상기 광 방사원으로 방사된 광이 상기 샘플에 조사되도록 하는 광 조사계;

상기 샘플에서 산란된 광을 수집하는 광 수집계;

상기 광 수집계에서 수집된 광의 통과대역을 조절하는 스펙트럼 선택부;

상기 스펙트럼 선택부를 통과한 광의 신호를 캡쳐하는 이미지 센서;

상기 샘플이 참조물체인 경우 및 조사대상이 되는 샘플인 경우 각각에 대해, 상기 산란된 광의 강도분포에 대한 정보로부터 i*j*n*m 크기의 강도분포 행렬을 생성하는 제어부; 및

상기 참조물체에 대한 상기 강도분포 행렬과 상기 조사대상 샘플에 대한 상기 강도분포 행렬을 비교하여 상기 조사대상 샘플의 임계치수를 결정하는 계산부;를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정장치가 제공된다.

상기 광 방사원은 380nm 내지 740nm 내외의 파장을 갖는 광을 방사하는 나노구조체의 임계치수 측정할 수 있다.

상기 광 조사계는 마이크로 렌즈, 집광 렌즈, 편광판, 진폭 마스크, 빔 스플리터 및 상기 진폭 마스크의 이미지를 마이크로 렌즈의 초점면 뒤에 생성하기 위한 송신 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 이미지 센서는 고체 CCD(solid-state CCD) 또는 CMOS 배열에 기반한 단색 센서(monochrome sensor)를 포함할 수 있으며, 상기 스펙트럼 선택부는 상기 단색 센서 앞에 있는 모터 구동 프레임 안의 컬러 필터들의 세트를 포함할 수 있다.

상기 이미지 센서 및 상기 스펙트럼 선택부는 상기 샘플에서 산란되는 광의 강도분포를 각각의 스펙트럼 밴드에 대해 순차적으로 기록할 수 있는 이미징 분광계로 구성될 수 있다.

상기 이미지 센서 및 상기 스펙트럼 선택부는 고체 CCD 또는 CMOS 배열에 기초한 색 이미지 센서로 구성되며,

상기 색 이미지 센서는 상기 색 이미지 센서의 특성에 따라 결정되는 스펙트럼 밴드 각각에 대해 상기 샘플에서 산란되는 광의 강도분포를 동시에 기록할 수 있다.

실시예들에 따르면, 보다 효율적이고 정확하며 저비용으로 나노구조체의 임계치수를 결정할 수 있다. 그리고, 이러한 실시예들은 반도체 생산에서 포토 마스크의 기하학적 파라미터들과 집적회로 요소들을 확인하는데 이용될 수 있다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 나노구조체의 임계치수 측정방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 다른 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 실행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 다른 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 실행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 또 다른 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 실행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다. 아래 개시된 설명들은 본 발명의 이해를 위해 쓰여진 것에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 나노구조체의 임계치수 측정방법을 설명하는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 먼저, 기준 데이터(reference date)를 획득한다(S100). 추후에 이렇게 획득한 기준 데이터로부터 기준 어레이들(reference arrays)의 라이브러리를 생성할 수 있다. 여기서, ’기준 데이터’라 함은 넓은 주파수 스펙트럼을 갖는 광을 기준 물체(reference object) 또는 시험 물체(test object)에 조사하였을 때 얻어지는 산란된 광의 세기 분포 값을 의미한다. 이와 같이 획득된 기준 데이터는 i*j*n*m의 치수(dimension)를 가지는 기준 어레이들의 라이브러리로 나타내어 진다. 여기서, i는 센서의 수평 해상도이고, j는 센서의 수직 해상도이며, n은 사용된 스펙트럼 밴드(spectral bands)의 개수이며, m은 광축(optical axis)을 따른 샘플(예를 들어, 기준 물체 또는 시험 물체)의 위치들의 개수이다.

기준 데이터는 캘리브레인션된(calibrated) 기준 물체에 의해 산란된 광의 세기 분포를 측정함으로써 획득될 수 있다. 기준 물체는 표준화된 교정(calibration) 측정수단(예를 들어, 진폭 및 위상 격자들, 사각형들의 3차원 어레이, 길쭉한 사각형들, 및 전자 현미경에 의해 측정된 기하학적 파라미터들을 가진 복잡한 형상의 비표준적인 물체등이 될 수 있다. 더구나, 기준 데이터(구체적으로는 산란된 광의 세기 분포의 기준값들)는 고정된 기하학적 파라미터를 가진 물체에 의해 산란된 광의 세기 분포를 수학적으로 모델링함으로써 얻어질 수 있다. 여기서, 수학적 모델링은 예를 들면, Rigorous Coupled Wave Analysis (RCWA) 방법 또는 Finite Difference Time Domain method(FDTD) 방법 등과 같은 수치해석(numerical methods)을 이용한 맥스웰 방정식의 해를 기초로 할 수 있다.

다음으로, 샘플 위치를 조절할 수 있는 수단을 이용해 조사대상 샘플을 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 다중 스펙트럼 영상 방법을 구현하는 광학 시스템 내에 위치시킨다(S110). 여기서, 샘플 위치 조절 수단은, 광축을 따라 원하는 위치에 샘플을 위치시키기에 적합한 구조를 갖는 장치가 될 수 있다. 이를 위해, 위치 조절 장치는 선형 3-축 모터구동 변환기(translator,13)을 포함할 수 있다. 이 단계(S110)에서는, 샘플(1)이 광학 시스템 내의 소정 위치에 놓여지게 되고, 추후에 이 샘플(1)에 광학 시스템 내에서 넓은 주파수 스펙트럼을 갖는 광이 조사되게 된다.

이어서, 넓은 스펙트럼의 빛을 방사하는 광 방사원(optical radiation source)이 측정빔을 발생시킨다(S120). 여기서, 광 방사원은 샘플에 광을 조사하는 것으로, 광학 유닛을 포함하는 조명 광학 시스템이 될 수 있다.. 본 실시예에서, 광학 유닛은 광원(3), 한 세트의 렌즈들(4, 5, 7)의 셋트, 진폭 마스크(6), 빔 스플리터(8) 및 마이크로 렌즈(2)를 포함할 수 있다.

다음으로, 샘플을 광축을 따라 스캔한다(S130). 본 실시예에서, 스캐닝은 스캐닝 장치(12)와 같은 샘플 포지셔닝 장치에 의해 샘플이 움직이면서 이루어질 수 있다. 이를 위해 스캐닝 장치(12)는, 예를 들면 압전 나노 포지셔닝 시스템(14)으로 구성될 수 있는 single-coordinate linear translator를 포함할 수 있다.

이어서, 광 신호를 발생시킨다(S140). 이러한 광 신호는 조사 대상 물체에 한 세트의 렌즈들을 통해 측정빔을 조사하고 물체에서 산란된 빔을 포커싱하여 마이크로렌즈(2)의 후방 초점면(10)에 영상화시킴으로써 발생될 수 있다.

다음으로, 이전 단계(S140)에서 발생된 광 신호에서 복수의 스팩트럼 밴드를 식별한다(S150). 복수의 스펙트럼 밴드는 스펙트럼 선택부(spectrum selection unit)의 통과대역(passband)을 변화시킴으로써 식별될 수 있다. 이를 위해 수집 광학계(collecting optical system)는 샘플에 의해 산란된 광을 수집한 다음, 이 수집된 광을 스펙트럼 선택부에 전달하게 된다. . 여기서, 스펙트럼 선택부는 도 2에 도시된 모터 구동되는 프레임에 있는 한 세트의 컬러 필터들(19), 도 3에 도시된 모노크로메터(monochromator) 및 소정 광학계를 포함하는 이미징 분광계(20), 또는 도 4에 도시된 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary metal-oxide semiconductor) 어레이 컬러 이미지 센서(21)를 포함할 수 있다.

도 2는 다른 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 실행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것으로, 이 장치는 모터 구동되는 프레임 내에 장착된 한 세트의 컬러 필터의 사용한다. 그리고, 도 3은 다른 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 실행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것으로, 이 장치는 영상 분광계를 사용한다. 도 4는 또 다른 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 실행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것으로, 이 장치는 레이 컬러 이미지 센서를 사용한다. 이어서, 광축에 따른 복수의 위치들 및 다른 스펙트럼 밴드들에 대응하는 것으로, 수집광학계에 의해 수집되어 스펙트럼 선택부에 의해 처리된 광 신호를 수신한다(S160). 광 신호의 수신(캡쳐)는 이미지 센서, 예를 들면 CCD 또는 CMOS 어레이 센서(17)에 의해 수행될 수 있다. 다음으로, 이미지 센서에 의해 수신된 광 신호에 기초하여 계산부(computing unit)는 광축에 따른 서로 다른 위치들과 다른 스펙트럼 밴드들에 대해 산란된 광의 공간 분포(spatial distribution)의 어레이를 생성한다(S170). 이 때 치수 i*j*n*m 를 가지는 조사된 샘플에 대하여 세기 분포 어레이가 형성된다 여기서, i는 센서의 수평 해상도이고, j는 센서의 수직 해상도이며, n은 사용되는 스펙트럼 밴드(spectral bands)의 개수이며, m은 광축(optical axis)을 따른 샘플(예를 들어, 기준 물체 또는 시험 물체)의 위치들의 개수일 수 있다..

이어서, 계산부가 전 단계(S170)에서 생성된 산란된 광의 공간 분포 어레이 형태의 측정 데이터와 전 단계(S100)에서 생성된 기준 또는 시험 물체에 대한 기준 어레이들 형태의 기준 데이터를 비교한다(S180). 이러한 비교로부터 계산부는 조사 대상의 나노구조체(샘플)의 임계치수에 대한 정보를 얻을 수 있다.

나노구조체의 임계치수(CD)를 결정하는 것은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 임계치수는, 측정데이터와 및 기준데이터 각각에 대해 광축에 있는 샘플위 위치와 분석 파장범위 별 산란광 강도 사이의 상관관계를 얻어낸 다음, 측정데이터에 대한 상기 상관관계와 기준데이터에 대한 상기 상관관계를 비교함으로써 결정될 수 있다.

어떤 실시예들에서는, correlation coefficient, derivative difference module, Euclidean distance, distance module, squared difference 등과 같은 하나 이상의 식별 알고리즘이 임계치수를 결정하는데 사용될 수 있다. 식별 알고리즘은 조사 대상이 되는 구조체에서 산란됨으로써 결정되는 공간 세기 분포와 그 대응되는 기준 공간 세기 분포를 비교함으로써 결정될 수 있다.

서로 다른 조건에서다양한 시스템의 광학적 응답(optical response)은 다르기 때문에 어떤 실시예에서는, 임계치수를 측정하기 위한 장치가 하나 이상 물체의 임계치수를 결정하는데 사용되기 전에 미리 트레이닝될 수도 있다.

도 2는 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 시행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 실시예에서, 임계 치수 측정 장치는 bright field mode에서 작동하는 Koehler illumination method를 이용한 광학 현미경 방식을 사용할 수 있다. 다중 스펙트럼 영상 방법을 시행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치는 넓은 스펙트럼의 방사광을 방사하는 광 방사원; 샘플에 광을 조사하는 조명 광학계; 샘플에 의해 산란된 광을 수집하는 수집 광학계; 스펙트럼 선택부; 이미지 센서; 샘플 위치 조정 장치; 제어부; 및 계산부;를 포함할 수 있다.

광 방사원은 광원(3; 도 2, 3, 4 참조)을 포함할 수 있다. 샘플에 광을 조사하기 위한 조명 광학계는 마이크로 렌즈(2), 집광 렌즈(condenser lens, 4), 편광판(5), 진폭 마스크(6), 빔 스플리터(8) 및 진폭 마스크(6)의 이미지를 마이크로 렌즈(2)의 후방 초점면(10)에 생성하기 위한 전송 렌즈(transmitting lens; 7)를 포함하는 광학 어셈블리일 수 있다. 이러한 구성성분들은 모든 예시적인 실시예들에 공통적이다.

샘플에서 산란된 광을 수집하기 위한 수집 광학계는 후방 초점면(10)을 가지는 마이크로 렌즈(2) 및 튜브 렌즈(9)를 포함할 수 있다. 스펙트럼 선택부는, 실시예에 따라모터 구동되는 프레임에 있는 한 세트의 컬러 필터들(19), 노크로메터(monochromator) 및 적절한 광학계를 포함하는 이미징 분광계(20), 또는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary metal-oxide semiconductor) 어레이 컬러 이미지 센서(21)를 포함할 수 있다. 나노구조체의 임계치수 측정을 위한 장치의 이미지 센서는 CCD 또는 CMOS 어레이 센서(17)가 될 수 있다. 다른 실시예에서, 이미지 센서는 또한 이미징 분광계(20) 또는 컬러 이미지 센서(21) 내에 있는 CCD 또는 CMOS 어레이(18)가 될 수도 있다.

샘플 위치 조절 장치는 조사대상이 되는 샘플(1)을 물체 스테이지의 표면, 현미경 물체 테이블 또는 조사 대상이 되는 샘플을 위치시키기 위한 지지 표면 상에서 광축 상의 원하는 위치로로 움직이도록 채용된 선형 3-축 모터구동 변환기(13)를 포함할 수 있다. 광축을 따라 샘플 위치 조절 장치로 조사 대상 샘플(1)의 다른 위치들에서 산란된 광의 세기 분포들을 결정하기 위해서, 스캐닝 장치(12)가 사용될 수 있다. 스캐닝 장치(12)는, 압전 나노 포지셔닝 시스템(14)과 같은 형태의 single-coordinate 선형 변환기를 포함하거나 또는 조사 대상 샘플(1)의 서로 다른 위치들에서 산란된 광의 세기 분포를 결정하기 위해 적절한 스캐닝을 제공하는 일반적인 시스템을 포함할 수 있다.

, 스펙트럼 선택부는 튜브 렌즈(9)와 어레이 센서(17) 사이에 있는 모터 구동되는 프레임 내의 한 세터의 컬러 필터들(19)을 포함할 수 있다.

제어부는 스캐닝 장치(12), 샘플 위치 조정장치(예를 들어, 선형 3-축 모터구동 변환기(13)) 및 스펙트럼 선택부를 제어하기 위한 컨트롤러(14,15,18)를 포함할 수 있다. 후술하는 부분에서는, 컨트롤러(18)은 모터 구동되는 프레임 안의 한 세트의 컬러필터들(19)을 제어할 수 있다.

다중 스펙트럼 영상 방법을 시행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치의 광학계는 광원(3), 집광렌즈(4), 편광판(5), 진폭 마스크(6), 빔 스플리터(8), 전송 렌즈(7), 센서 면에 이미지를 생성하기 위해 사용되는 튜브 렌즈(9) 및 후방 초점면(10)과 광축(11)을 가지는 마이크로 렌즈(2)를 포함할 수 있다.

샘플(1)의 이미지를 생성하기 위해 광대역 광원(3)은 넓은 주파수 대역을 가진 조명을 제공한다. 광대역 광원(3)으로부터 방출된 광 빔은 집광 렌즈(4)를 통과하고, 편광판(5)를 통과할 수 있다. 편광판(5)은 다른 각도로 회전함으로써 원하는 광의 편광이 선택될 수 잇다.

이어서, 광은 진폭 마스크(6)를 통과할 수 있다. 진폭 마스크(6)는 빔의 단면적 크기를 조절하기 위해 소정의 모양과 크기를 갖는 어퍼쳐(aperture)를 포함할 수 있다. 진폭 마스크(6)는 광학 마이크로 렌즈(2)의 후방 초점면(10)과 광학적으로 대응되는 면에 배치될 수 있다.

다음으로, 광은 전송 렌즈(7)을 통과할 수 있다. 여기서, 전송 렌즈(7)은 진폭 마스크(6)과 빔 스플리터(8) 사이에 실장되어 있을 수 있다. 전송 렌즈(7)를 통과한 광은 빔 스플리터(8)에 입사될 수 있다. 여기서, 빔 스플리터(8)는 광원(3)으로부터 방출된 광이 위치 조절 장치(13)에 위치한 조사 대상 샘플(1)에 입사될 수 있도록 광을 분할한다. ㄱ리고, 조사대상이 되는 샘플(1)에 의해 반사 또는 산란된 광은 마이크로 렌즈(2), 튜브 렌즈(9) 및 스펙트럼 선택부를 통과해 이미지 센서로 진행할 수 있다. 상기 빔 스플리터(8)로 임의의 적절한 빔 스플리터가 채용될 수 있다. 예를 들어 빔 스플리터(8)는 편광 빔 스플리터일 수도 있다.

튜브 렌즈(9)는 상기 수집 광학계의 일부분이 될 수 있다. 따라서 튜브 렌즈(9)는 빔 스플리터(8)와 이미지 센서(17) 사이에 실장될 수 있다. 이미지 센서(17)는 스펙트럼 선택부에서 생성된 광 신호를 수신하고, 수신된 광 신호를 전기 신호로 전환할 수 있다. 이미지 센서(17)는 어레이 이미지 센서가 될 수 있다. 예를 들어 이미지 센서는 단색(monochromatic) CCD 또는 CMOS 어레이가 될 수 있다.

조사 대상의 샘플(1)은 스캐닝 장치(12)에 의해 광축(11)을 따라 움직일 수 있다. 계산부(16)는 계산 장치를 포함할 수 있다. 계산장치(16)은 생성된 이미지들의 저장 및 프로세싱 뿐만 아니라 이미지 센서(17)에 의한 이미지 캡쳐를 제어하고, 컨트롤러(14,15,18)을 관리하는 기능을 수행하는 적합한 일반적인 계산장치일 수 있다. 계산장치(16)는 일반적인 목적의 컴퓨터, PC, 처리장치 등일 수 있다. 계산장치(16)는 하나의 컴퓨터를 포함할 수도 네트워크를 통해 연결되어 데이터를 교환하고 수행기능을 서로 할당할 수 있는 복수의 컴퓨터들을 포함할 수도 있다. 계산장치(16)는 전술한 제어 기능과 이미지 저장 및 처리 기능들을 수행하기 위해 적절한 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이 소프트웨어는 나노구조체의 임계치수 측정방법을 실시하기에 적합하도록 구현될 수 있다. 또한 소프트웨어는 기준 데이터를 포함하는 기준 어레이 라이브러리와 획득된 데이터를 비교하기에 적합하도록 구현될 수 있다. 소프트웨어는 시스템을 작동시키기 위한 것으로, 펌웨어, 하나 또는 둘 이상의 상용화된 어플리케이션일 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 소프트웨어와 실시예에 따른 방법을 실시하기 위해 이용되는 다양한 타입의 데이터들은 컴퓨터로 판독가능한 미디어와 장치에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 미디어와 장치는 휘발성 또는 비휘발성 저장장치일 수 있으며, 예를 들어 분리 가능한 디스크 드라이브, 하드디스크, 컴팩트 디스크, 디지털 다목적 디스크(DVD), 램(RAM), 읽기전용 메모리(ROM) 등이 될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 미디어는 임의의 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 반도체 시스템 또는 장치, 반도체 또는 고체 상태의 메모리, 자기 테이프, 강자기 디스크 및 광 디스크, 컴팩트 디스크 CD-ROM 및 DVD 등일 수 있다.

도 3은 다른 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 실행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3에 도시된 장치는, 도 2에 도시된 장치와 중복되는 구성 성분들에 대한 설명은 생략하기로 한다. 도 2에서 나타낸 실시예와 달리 도 3에 도시된 장치는, 스펙트럼 선택부 및 이미지 센서로서 이미징 분광계(20)를 사용한다. 이미징 분광계(20)는 단색광 분광기와, 소정의 광학계 및 이미지 센서를 포함할 수 있다. 도 3에서 나타낸 장치는 도 2에서 나타낸 모터 구동되는 프레임 내의 한 세트의 컬러 필터들(19)은 튜브 렌즈(9)와 이미지 분광계(20) 사이에 마련되지 않는다. 도 3 에서 나타낸 이미징 분광계(20)는 샘플(1)에서 산란되는 광의 세기 분포를 각각의 스펙트럼 밴드에 대해 순차적으로 기록할 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다.

도 4은 또 다른 예시적인 실시예에 따라 다중 스펙트럼 영상 방법을 실행하여 나노구조체의 임계치수를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 것이다 도 4에 도시된 장치는 이전에 설명한 실시예에 따른 장치와 유사하지만, 스펙트럼 선택부 및 이미지 센서가 CCD 또는 CMOS 어레이 컬러 이미지 센서(21)를 포함한다는 점에서 차이가 있다. 도 4에서 나타낸 CCD 또는 CMOS 어레이 컬러 이미지 센서(21)는 컬러 이미지 센서의 특성에 따라 결정되는 스펙트럼 밴드 각각에 대해 샘플에서 산란되는 광의 세기분포를 동시에 기록할 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다.

전술한 실시예들에서 언급한 바와 같이 스펙트럼 선택 및 광 신호 수신을 위해 서로 다른 물질과 기술수단들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서는 모터 구동되는 프레임 에 있는 한 세트의 컬러 필터은 샘플(1)에서 반사 또는 산란되어 렌즈(2), 빔 스플리터(8) 및 튜브 렌즈(9)를 지나 배열 이미지 센서(17)에 도달하는 광을 분리하는 유닛으로 사용될 수도 있다. 다른 실시예에서는 스펙트럼 선택 및 광신호 수신 기능은 이미징 분광계(20)에서 이루어질 수 있다. 이미징 분광계(20)는 스펙트럼 선택 수단들(단색 분광기, 그 밖에 관심영역의 스펙트럼 영역을 나타내고 관심영역의 파장을 가지는 이미지를 얻기 위한 수단들) 및 이미지 센서를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 스펙트럼 선택 및 이미지 캡쳐 기능은 배열 색 이미지 센서(21)에 의해 이루어질 수 있다. 상기 배열 색 이미지 센서(21)는 CCD 또는 CMOS 배열을 포함할 수 있으며, 적절한 소프트웨어를 이용하여 색 이미지에서 관심 스펙트럼 영역을 선택하는 것이 가능하도록 할 수 있다.

이상의 실시예들에 따르면, 보다 효율적이고 정확하며 저비용으로 나노구조체의 임계치수를 결정할 수 있다. 그리고, 이러한 실시예들은 반도체 생산에서 포토 마스크의 기하학적 파라미터들과 집적회로 요소들을 확인하는데 이용될 수 있다.

앞서 개시된 기술수단과 물질들은 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 명시적으로 언급되지 않았지만, 실시예에 따른 장치 및 방법의 구성들이 수행하는 기능을 수행하기 적합한 다른 수단들 또한 개시된 실시예들에 포함되는 것으로 보아야 한다. 또한 본 기술분야의 통상의 기술자들이 개시된 실시예와 균등한 범위에서 변경, 수정할 수 있는 범위 또한 개시된 실시예들에 포함되는 것으로 보아야 한다. 이상의 설명에서 많은 사항들이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

3 : 광원
4, 5, 7 : 렌즈 셋트
6 : 진폭 마스크
8 : 빔 스플리터
2 : 마이크로 렌즈
17 : 이미지 센서
19 : 컬러 필터
16 : 계산부
20 : 이미징 분광계
21 : CMOS 어레이 컬러 이미지 센서

Claims

광축(optical axis)을 따라 배치되는 기준 물체(reference object)의 다른 위치들에서 상기 기준 물체로부터 산란된 광의 복수의 스펙트럼 영역들에 대한 기준 세기 분포들을 획득하는 단계;
상기 기준 세기 분포들을 이용하여 i*j*n*m 치수(dimension)를 가지는 기준 세기 분포 어레이들의 라이브러리를 생성하는 단계;
(여기서, i는 센서의 수평 해상도, j는 센서의 수직 해상도, n은 사용되는 스펙트럼 밴드(spectral bands)의 수, m은 광축에 있는 기준 물체 위치들의 수)
상기 광축을 따라 배치되는 조사대상 물체의 위치를 조절하는 단계;
넓은 주파수 스펙트럼을 가지는 광을 상기 조상 대상 물체에 조사하는 단계:
상기 조사 대상 물체에 의해 산란된 광을 수집한 후 상기 수집된 광을 스펙트럼 선택부를 거쳐 이미지 센서로 전송하는 단계;
상기 조사 대상 물체의 다른 위치들에서 상기 이미지 센서를 이용하여 복수의 스펙트럼 영역에 대해 상기 조사대상 물체에 의해 산란된 광의 세기 분포들을 결정하는 단계;
상기 결정된 세기 분포들을 이용하여 i*j*n*m 치수(dimension)를 가지는 세기 분포 어레이를 생성하는 단계; 및
(i는 센서의 수평 해상도, j는 센서의 수직 해상도, n은 사용되는 스펙트럼 밴드(spectral bands)의 수, m은 광축(optical axis)을 따라 배치되는 조사대상 물체의 위치들의 수)
상기 세기 분포 어레이와 상기 기준 세기 분포 어레이들의 라이브러리를 비교하여 상기 조사대상 물체의 임계치수에 대한 정보를 결정하는 단계;를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정방법.
제 1 항에 있어서,
상기 넓은 주파수 스펙트럼을 가지는 광은, 380nm 내지 740nm 의 파장 폭을 가지는 나노구조체의 임계치수 측정방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기준 세기 분포 어레이들의 라이브러리를 생성하는 단계는 교정된(calibrated) 기준 물체들에 의해 산란된 광의 기준 세기 분포들을 측정하는 단계를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기준 세기 분포 어레이들의 라이브러리를 생성하는 단계는, 특정된 기하학적 파라미터들을 가지는 기준 물체들에 의해 산란된 광의 기준 세기 분포들을 수학적으로 모델링하는 단계를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정방법.
제 4 항에 있어서,
상기 수학적으로 모델링하는 단계는, 수치해석(numerical methods)을 이용한 맥스웰 방정식의 해를 이용하는 단계를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정방법.
제 5 항에 있어서
상기 수치해석은 Rigorous Coupled Wave Analysis(RCWA) 및 Finite Difference Time Domain method( FDTD) 중 적어도 하나를 포함하는 나노구조 물체의 임계치수 측정방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수집된 광을 상기 스펙트럼 선택부를 거쳐 상기 이미지 센서로 전달하는 단계는, 상기 스펙트럼 선택부에 의해 상기 수집된 광으로부터 복수의 스펙트럼 밴드들을 식별하는 단계를 더 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정방법.
넓은 스펙트럼의 광을 방사하는 광 방사원;
상기 넓은 스펙트럼의 광을 샘플에 조사하는 조명 광학계;
상기 샘플에 의해서 산란된 광을 수집하는 수집 광학계;
상기 수집 광학계에서 수집된 광의 통과대역을 조절하는 스펙트럼 선택부;
상기 스펙트럼 선택부를 통과한 광의 신호를 수신하는 이미지 센서;
상기 산란된 광의 세기분포를 이용하여 i*j*n*m 치수(dimension)의 세기분포 어레이를 생성하는 제어부; 및
(i는 센서의 수평 해상도, j는 센서의 수직 해상도, n은 사용되는 스펙트럼 밴드(spectral bands)의 수, m은 광축(optical axis)을 따라 배치되는 샘플 위치들의 수)
상기 세기 분포 어레이로부터 상기 조사대상 샘플의 임계치수를 결정하는 계산부;를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정장치.
제 8 항에 있어서,
상기 샘플은 기준 물체와 조사 대상 물체를 포함하고,
상기 계산부는 상기 기준 물체에 대한 세기 분포 어레이와 상기 조사 대상 물체에 대한한 세기 분포 어레이를 비교하여 상기 조사대상 샘플의 임계치수를 결정하는 계산부;를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정장치.
제 8 항에 있어서,
상기 넓은 스펙트럼의 광 380nm 내지 740nm 의 파장 범위를 가지는 나노구조체의 임계치수 측정장치.
제 8 항에 있어서,
상기 조명 광학계는 마이크로 렌즈, 집광 렌즈, 편광판, 진폭 마스크, 빔 스플리터 및 상기 진폭 마스크의 이미지를 마이크로 렌즈의 후방 초점면 에 생성하기 위한 전송 렌즈를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정장치.
제 8 항에 있어서,
상기 스펙트럼 선택부는 모터 구동되는 프레임에 있는 한 세트의 컬러 필터들, 모노크로메터(monochromator) 및 소정 광학계를 포함하는 이미징 분광계, 또는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary metal-oxide semiconductor) 어레이 컬러 이미지 센서를 포함하는 나노구조체의 임계치수 측정장치.
제 8 항에 있어서,
상기 이미지 센서 및 상기 스펙트럼 선택부는 상기 스펙트럼 밴드들 각각에 대해 상기 샘플에서 산란되는 광의 세기분포를 순차적으로 기록할 수 있는 이미징 분광계로 구성되는 나노구조체의 임계치수 측정장치.
제 8 항에 있어서,
상기 이미지 센서 및 상기 스펙트럼 선택부는 고체 CCD 또는 CMOS 어레이에 기초한 컬러 이미지 센서로 구성되며, 상기 컬러 이미지 센서는 상기 스펙트럼 밴드들 각각에 대해 상기 샘플에서 산란되는 광의 강도분포를 동시에 기록하는 나노구조체의 임계치수 측정장치.