KR20180120864A - 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법, 및 이를 위한 양불 검사 장치 - Google Patents

위상 변위 마스크의 양불 검사 방법, 및 이를 위한 양불 검사 장치 Download PDF

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Abstract

다층 박막 거울, 및 상기 다층 박막 거울 상의 위상 변위 마스크(phase shift mask)를 포함하는 EUV 마스크를 준비하는 단계, 상기 EUV 마스크 상에 위상 변위 박막(phase shift thin film)을 배치하는 단계, 광원부가 상기 위상 변위 박막, 및 상기 EUV 마스크에 제1 EUV(Extreme Ultraviolet) 광을 조사하고, 검출부가 상기 EUV 마스크에서 반사된 제2 EUV 광을 수집하는 단계, 및 판단부가 상기 제1 EUV 광 및 상기 제2 EUV 광의 세기를 비교하여, 상기 위상 변위 마스크내 위상 결함(phase defect)을 판단하는 단계를 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법이 제공될 수 있다.

Description

위상 변위 마스크의 양불 검사 방법, 및 이를 위한 양불 검사 장치{Defect inspection method for phase shift mask and defect inspection apparatus for same}
본 발명은 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법 및 이를 위한 양불 검사 장치에 관련된 것으로, 상세하게는, EUV 마스크 상에 위상 변위 박막을 배치하거나, 위상 복원 알고리즘을 이용한 회절광의 위상 복원 방법을 통해 위상 변위 마스크 내 위상 결함을 우수한 정확도로 검출하는 방법과 관련된 것이다.
반도체 소자의 집적도 증가에 따라 요구되는 선폭의 감소를 위해 여러가지 차세대 리소그래피 기술이 연구되고 있다. 그 중 13.5nm의 매우 짧은 파장에 의한 해상력 향상과 함께 기존의 양산용 광노광 기술을 거의 그대로 쓸 수 있다는 점 때문에 극자외선(Extreme ultraviolet, EUV) 리소그래피에 대한 관심이 집중되고 있다. 하지만, 아직까지 광원의 부족한 출력으로 인해 양산 적용 시기가 늦추어 지고 있을 뿐만 아니라, 실제 공정 중에 발생할 수 있는 여러 결함들에 대한 대처 방안이 충분히 확보되지 못하고 있다.
특히, 노광 중에 발생하는 결함으로부터 마스크를 보호할 수 있어야 하고, 이를 위해 기존 리소그래피에 사용되고 있는 펠리클(Pellicle)을 극자외선 리소그래피(EUVL)에서도 사용할 수 있어야 한다. 따라서, 마스크에 이물질이 직접적으로 붙는 것을 방지하고, 이물질의 이미지를 탈 초점시킴으로써 패턴 변형을 막는 펠리클 관련 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 KR20150070727A (출원번호 KR20130157275A, 출원인: 삼성전자 주식회사)에는, EUV 투과도가 높으면서도 강한 인장강도를 가지며, 신규 펠리클 재료로서 대면적 프리-스탠딩이 가능한 흑연 함유 박막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 막흑연 함유 박막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 펠리클 막의 제조 기술이 개시되어 있다.
현재 극자외선 노광공정은 1 x nm node 이하 반도체 양산 공정에 적용가능한 유일한 차세대 반도체 노광 기술로, 그 양산 적용 시점이 계속해서 지연됨에 따라, 예상보다 더욱 작은 패턴 형성을 위한 해상도 연장 기술인 위상 변위 마스크 기술이 강광받고 있다. 이에 따라, 패턴 결함을 발생시킬 수 있는 물질로부터 마스크를 보호하거나, 펠리클 및/또는 마스크의 적당한 교체 시기 및 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
대한민국 특허 공개 공보 KR20150070727A
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 위상 변위 마스크의 결함 검출이 용이한 양불 검사 방법 및 이를 위한 양불 검사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 신뢰도가 높은 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법 및 이를 위한 양불 검사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 직접적인 위상 측정에 의해 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법 및 이를 위한 양불 검사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 측정 및 사용 방법이 용이한 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법 및 이를 위한 양불 검사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 위상 맵핑(mapping)이 가능한 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법 및 이를 위한 양불 검사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 공정이 간소화된 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법 및 이를 위한 양불 검사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 공정 비용 및 공정 시간이 감소된 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법 및 이를 위한 양불 검사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법은, 다층 박막 거울, 및 상기 다층 박막 거울 상의 위상 변위 마스크(phase shift mask)를 포함하는 EUV 마스크를 준비하는 단계, 상기 EUV 마스크 상에 위상 변위 박막(phase shift thin film)을 배치하는 단계, 광원부가 상기 위상 변위 박막, 및 상기 EUV 마스크에 제1 EUV(Extreme Ultraviolet) 광을 조사하고, 검출부가 상기 EUV 마스크에서 반사된 제2 EUV 광을 수집하는 단계, 및 판단부가 상기 제1 EUV 광 및 상기 제2 EUV 광의 세기를 비교하여, 상기 위상 변위 마스크내 위상 결함(phase defect)을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변위 박막은, 변위부 및 통과부를 포함하고, 상기 광원부에서 조사된 상기 제1 EUV 광은 상기 위상 변위 박막의 상기 변위부를 투과한 후, 상기 EUV 마스크에 도달하고, 상기 EUV 마스크에 의해 반사된 상기 제2 EUV 광은 상기 위상 변위 박막의 상기 통과부를 통과한 후, 상기 검출부에 수집되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변위 박막의 상기 통과부는, 개구부(opening portion)인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법은, 상기 위상 변위 박막에 의해, 상기 위상 변위 마스크의 상기 위상 결함에 의해 발생한 위상 변위값이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법은, 상기 위상 변위 박막에 의한 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)으로 인해, 상기 제2 EUV 광의 세기가, 상기 제1 EUV 광과 비교하여, 증가 또는 감소되는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치는, 다층 박막 거울 및, 상기 다층 박막 거울 상의 위상 변위 마스크(phase shift mask)를 포함하는 EUV 마스크, 상기 EUV 마스크에 제1 EUV 광을 조사하기 위한 광원부, 상기 EUV 마스크에서 반사된 제2 EUV 광을 수집하는 검출부, 상기 EUV 마스크 및 상기 검출부 사이에 배치되고, 상기 제1 EUV 광이 투과하는 변위부 및상기 제2 EUV 광이 통과하는 통과부를 포함하는 위상 변위 박막, 및 상기 광원부에서 조사되는 상기 제1 EUV 광 및 상기 검출부에서 수집된 상기 제2 EUV 광의 정보를 통해 상기 위상 변위 마스크 내 위상 결함을 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광원부에서 조사된 상기 제1 EUV 광은 상기 위상 변위 박막의 상기 변위부를 투과한 후, 상기 EUV 마스크에 도달하고, 상기 EUV 마스크에 의해 반사된 상기 제2 EUV 광은 상기 위상 변위 박막의 상기 통과부를 통과한 후, 상기 검출부에 수집되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변위 박막에 의한 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)으로 인해, 상기 제2 EUV광의 세기가, 상기 제1 EUV 광과 비교하여, 증가 또는 감소되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 다층 박막 거울, 및 상기 다층 박막 거울 상의 상기 위상 변위 마스크를 포함하는 상기 EUV 마스크를 준비하는 단계, 상기 EUV 마스크 상에 상기 위상 변위 박막을 배치하는 단계, 상기 광원부가 상기 위상 변위 박막, 및 상기 EUV 마스크에 상기 제1 EUV 광을 조사하고, 상기 검출부가 상기 EUV 마스크에서 반사된 상기 제2 EUV 광을 수집하는 단계, 및 상기 판단부가 상기 제1 EUV 광 및 상기 제2 EUV 광의 세기를 비교하여, 상기 위상 변위 마스크 내 위상 결함을 판단하는 단계를 통해, 측정 및 사용 방법이 용이한 높은 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법이 제공될 수 있다.
상기 위상 변위 박막에 의한 보강 간섭 또는 상쇄 간섭으로 인해, 상기 제2 EUV 광의 세기가, 상기 제1 EUV 광과 비교하여 증가 또는 감소될 수 있다. 상기 위상 변위 박막에 의한 상기 위상 변위 마스크의 상기 위상 결함에 대한 위상 변위값의 변화로 인해, 상기 위상 변위 마스크 내 상기 위상 결함의 존재 여부가 확인될 수 있다. 이에 따라, 상기 EUV 마스크 상에 상기 위상 변위 박막(30)을 배치하는 간단한 방법으로, 상기 위상 변위 마스크 내에 존재하는 상기 위상 결함의 존재 여부를 쉽고 간편한 방법으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, EUV 마스크 상에 위상 변위 박막이 배치되는 단계가 생략되고, 상기 검출부의 위상 복원 알고리즘(phase reconstruction algorithm)에 의해 위상 변위 마스크의 위상을 복원함으로써, 위상 변위 마스크 내 위상 결함의 존재 여부가 확인될 수 있다.
상기 위상 변위 마스크에 반사된 상지 제2 EUV 광의 세기값은, 푸리에 변환, 역푸리에 변환, 및 제약조건을 포함하는 상기 위상 복원 알고리즘에 의한 반복적인 수학적 계산을 통해 신뢰도 높은 위상값으로 복원될 수 있다. 또한, 복원된 상기 위상 변위 마스크의 위상값을 통해, 직접적인 위상 맵핑이 가능할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 검출부의 상기 위상 복원 알고리즘을 통해 상기 위상 변위 마스크의 위상을 복원하는 경우, 종래에 위상 변위 마스크의 위상을 복원하기 위해 수행되던 반사도 측정 및/또는 웨이퍼 패턴 검사 공정 등이 생략 가능하여 위상 변위 마스크의 양불 검사에 소요되는 시간 및 비용이 최소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 검출부의 위상 복원 알고리즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 검출부로부터 포집된 제2 EUV 광의 사진 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 검출부로부터 포집된 제2 EUV 광의 세기값을 나타내는 그림이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 검출부로부터 복원된 제2 EUV 광의 위상값을 나타내는 그림이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 검출부로부터 복원된 제2 EUV 광의 위상값에 대한 위상 분포를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 박막을 설명하기 위한 도면이다.
다층 박막 거울(5), 및 상기 다층 박막 거울(5) 상의 위상 변위 마스크(phase shift mask, 10)를 포함하는 EUV 마스크(extreme ultraviolet mask, 20)가 준비될 수 있다(S100). 상기 다층 박막 거울(5)에 의해, 광원부(40)에서 상기 EUV 마스크(20)에 조사되는 제1 EUV 광의 적어도 일부가 반사될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 다층 박막 거울(5)은, 몰리브덴(Mo)층 및 실리콘(Si)층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 상기 위상 변위 마스크(10)는, 상기 EUV 마스크(20)에 조사되는 상기 제1 EUV 광을 흡수 및 반사하는 흡수층 및 반사층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 흡수층은, 상기 제1 EUV 광의 위상을 제어하는 위상 변위층을 포함할 수 있다.
상기 EUV 마스크(10) 상에 위상 변위 박막(phase shift thin film, 30)이 배치될 수 있다(S200). 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 위상 변위 박막(30)은, 변위부(33) 및 통과부(35)를 포함할 수 있다. 상기 위상 변위 박막(30)의 상기 통과부(35)는, 개구부(opening portion)일 수 있다. 상기 개구부 형상의 종류에는 특별한 제한이 없을 수 있다. 예를 들어, 상기 개구부의 형상은, 원형 또는 슬릿(slit) 형태일 수 있다.
상기 광원부(40)에 의해 상기 위상 변위 박막(30), 및 상기 EUV 마스크(20)에 상기 제1 EUV 광이 조사되고, 상기 검출부(50)에 의해 상기 제1 EUV 광이 상기 EUV 마스크에서 반사된 제2 EUV 광이 수집될 수 있다(S300). 구체적으로, 상기 제1 EUV 광이 상기 위상 변위 박막(30)의 상기 변위부(33)를 통과한 후, 상기 EUV 마스크(20)의 상기 위상 변위 마스크(10)에 도달될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 다층 박막 거울(5)에 의해 상기 위상 변위 마스크(10)에 도달된 상기 제1 EUV 광의 적어도 일부가 반사될 수 있다. 상기 EUV 마스크(20)에서 반사된 상기 제2 EUV 광은 상기 위상 변위 박막(30)의 상기 통과부(35)를 통과한 후, 상기 검출부(50)에 포집될 수 있다.
구체적으로, 상기 광원부(40)에서 조사된 상기 제1 EUV 광은 상기 위상 변위 박막(30)의 상기 변위부(33)에 의해 위상 변위된 후, 상기 EUV 마스크(20)에 도달될 있다. 상기 위상 변위된 상기 제1 EUV 광이 상기 EUV 마스크(20)에 의해 반사된 상기 제2 EUV 광은 상기 위상 변위 박막(30)의 상기 통과부(35)를 통과한 후, 상기 검출부(50)에 수집될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변위된 상기 제1 EUV 광은, 상기 위상 변위 마스크(10)의 위상 결함(phase defect)에 의해, 보강 간섭(constructive interface) 또는 상쇄 간섭(destructive interface)되어, 상기 제2 EUV 광의 세기가, 상기 제1 EUV 광과 비교하여 증가 또는 감소될 수 있다. 상기 위상 변위 박막(30)에 의한 상기 위상 변위 마스크(10)의 상기 위상 결함에 대한 상기 위상 변위값의 변화로 인해, 상기 위상 변위 마스크(10) 내 상기 위상 결함의 존재 여부가 용이하게 확인될 수 있다.
판단부(60)가 상기 제1 EUV 광 및 상기 제2 EUV 광의 세기를 비교함으로써, 상기 위상 변위 마스크(10) 내 위상 결함(phase defect)이 검출될 수 있다(S400). 구체적으로, 상기 판단부(60)는, 상기 광원부(40)에서 상기 EUV 마스크(20)로 조사된 상기 제1 EUV 광의 세기와, 상기 검출부(50)에서 상기 제1 EUV 광이 상기 EUV 마스크(20)로부터 반사된 상기 제2 EUV 광의 세기를 비교할 수 있다. 상기 제1 EUV 광의 세기 및 상기 제2 EUV 광의 세기의 일치 여부를 통해 상기 EUV 마스크의 상기 위상 변위 마스크(10) 내 상기 위상 결함의 존재 여부를 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법이 설명된다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법은, 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법과 달리, EUV 마스크 상에 위상 변위 박막이 배치되는 단계(S200)가 생략되고, 상기 검출부의 위상 복원 알고리즘(phase reconstruction algorithm)에 의해 위상 변위 마스크의 위상을 복원함으로써, 위상 변위 마스크 내 위상 결함의 존재 여부가 확인될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 검출부의 위상 복원 알고리즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 다층 박막 거울(5), 및 상기 다층 박막 거울(5) 상의 위상 변위 마스크(10)를 포함하는 EUV 마스크(20)가 준비될 수 있다(S1000). 도 1 및 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 다층 박막 거울(5)에 의해, 광원부(40)에서 상기 EUV 마스크(20)에 조사되는 제1 EUV 광의 적어도 일부가 반사될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 다층 박막 거울(5)은, 몰리브덴(Mo)층 및 실리콘(Si)층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 상기 위상 변위 마스크(10)는, 상기 EUV 마스크(20)에 조사되는 상기 제1 EUV 광을 흡수 및 반사하는 흡수층 및 반사층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 흡수층은, 상기 제1 EUV 광의 위상을 제어하는 위상 변위층을 포함할 수 있다.
상기 광원부(40)에 의해 상기 EUV 마스크(20)에 상기 제1 EUV 광이 조사되고, 검출부(50)에 의해 상기 EUV 마스크(20)에서 반사된 제2 EUV 광이 수집될 수 있다(S2000). 구체적으로, 상기 광원부(40)에서 조사된 상기 제1 EUV 광은 상기 EUV 마스크(20)의 상기 위상 변위 마스크(10)에 도달될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 다층 박막 거울(5)에 의해 상기 위상 변위 마스크(10)에 도달된 상기 제1 EUV 광의 적어도 일부가 반사될 수 있다. 상기 EUV 마스크(20)에서 반사된 상기 제2 EUV 광은 상기 검출부(50)에 포집될 수 있다.
상기 검출부(50)에 의해 수집된 상기 제2 EUV 광의 위상이 복원될 수 있다(S3000). 상기 검출부(50)의 위상 복원 알고리즘에 의해, 상기 위상 변위 마스크(10)에 반사된 상지 제2 EUV 광의 세기값은 위상값으로 복원될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 위상 변위 마스크(10)에 반사된 상지 제2 EUV 광의 세기값은, 푸리에 변환(fourier transdorm), 역푸리에 변환(inversion fourier transform), 및 제약조건(constraints)을 포함하는 상기 위상 복원 알고리즘에 의한 반복적인 수학적 계산을 통해 위상값으로 복원될 수 있다.
구체적으로, 상기 검출부(50)에 수집된 상기 제2 EUV 광의 회절패턴은 푸리에 역변환되어, 주파수 영역이 아닌 실공간 영역의 이미지로 변환될 수 있다. 상술된 푸리에 역변환 과정에서 제약조건(support constraint)이 적용될 수 있다. 이에 따라, 실제 광원이 입사한 영역의 범위에서만 푸리에 연산이 적용되어, 상기 제2 EUV 광원의 복원 정밀도가 향상될 수 있다. 또한, 상기 실공간 영역의 이미지는 다시 상기 주파수 영역의 제약조건이 적용되어 푸리에 변환될 수 있다. 상술된 푸리에 변환 과정에서 상기 주파수 영역의 제약조건은 줄어든 상기 실공간 영역의 범위로 인해 상기 주파수 영역의 범위가 확장되는 동시에, 초기 사이즈로 조정될 수 있다.
또한, 상기 위상 복원 알고리즘은 연산을 적용하는 영역에 대한 상기 제약조건 외에 추가 제약조건을 포함할 수 있다. 이는, 상기 검출부(50)에 수집된 상기 제2 EUV 광의 초기 세기값에 푸리에 변환 및 푸리에 역변환이 1회 적용된 회절광 분포에 적용될 수 있다. 상기 위상 복원 알고리즘에 상기 추가 제약조건이 포함됨으로써, 상기 위상 복원 알고리즘에 의한 상기 위상 변위 마스크(10)의 정보값의 신뢰도는 대폭 향상될 수 있다.
또한, 복원된 상기 위상 변위 마스크(10)의 위상값을 통해, 직접적인 위상 맵핑(mapping)이 가능할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 위상 복원 알고리즘을 통해 상기 위상 변위 마스크(10)의 위상을 복원하는 경우, 종래에 위상 변위 마스크의 위상을 복원하기 위해 수행되던 반사도 측정 및/또는 웨이퍼 패턴 검사 공정 등이 생략 가능하여 위상 변위 마스크의 양불 검사에 소요되는 시간 및 비용이 최소화될 수 있다.
판단부(60)가 상기 검출부(50)에서 복원된 정보를 통해, 상기 위상 변위 마스크(10) 내 위상 결함의 존재 여부를 판단할 수 있다(S4000). 상기 판단부(60)는, 상기 검출부(50)에서 수집된 상기 EUV 마스크(20)로부터 반사된 상기 제2 EUV 광의 위상 복원값 및/또는 위상 맵핑 정보를 통해, 상기 위상 변위 마스크(10) 내 상기 위상 결함의 존재 여부를 확인할 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 종래에는 극자외선 반사계(EUV reflectometer), 노광기, 또는 반사광 가속기 등을 이용하여 위상 변위 마스크의 정보를 측정 및 분석하고 있다. 상기 극자외선 반사계를 이용한 정보 측정 방법은, 위상 변위층 및 반사층의 반사도를 측정한 후, 회절광 간의 비율을 수식적으로 계산하여 정보를 분석하는 방법이다. 회절광 비율을 통해 정보를 유추해내는 방식으로, 직접적인 위상 측정이 불가능하고, 검사 과정에서 필연적으로 발생하는 검사 광원 세기 변동으로 인한 오차가 발생한다. 이는, 수십 nm 두께의 위상 변위층의 정보 측정에 치명적인 오차 요인으로 작용할 수 있다.
또한, 상기 노광기, 또는 상기 반사광 가속기 등을 이용한 정보 측정 방법은, 상기 노광기 또는 상기 방사광 가속기를 통해 형성된 극자외선 광원이 감광제가 도포된 웨이퍼에 전사되어 형성된 패턴으로부터 위상 변위 마스크의 특성을 확인하는 방법으로, 상기 위상 변위 마스크의 직접적인 정보 측정에는 어려움이 있다. 이는, 최종 형성된 웨이퍼 패턴의 추가 검사를 통해 상기 위상 변위 마스크가 위상 변위 효과를 나타내는지 추측만 가능하므로, 추후 새로운 구조의 상기 위상 변위 마스크 개발에 사용하기에는 제한적이라는 단점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 다층 박막 거울(5), 및 상기 다층 박막 거울(5) 상의 상기 위상 변위 마스크(10)를 포함하는 상기 EUV 마스크(20)를 준비하는 단계, 상기 EUV 마스크(20) 상에 상기 위상 변위 박막(30)을 배치하는 단계, 상기 광원부(40)가 상기 위상 변위 박막(30), 및 상기 EUV 마스크(20)에 상기 제1 EUV 광을 조사하고, 상기 검출부(50)가 상기 EUV 마스크(20)에서 반사된 상기 제2 EUV 광을 수집하는 단계, 및 상기 판단부(60)가 상기 제1 EUV 광 및 상기 제2 EUV 광의 세기를 비교하여, 상기 위상 변위 마스크(20) 내 위상 결함을 판단하는 단계를 통해, 측정 및 사용 방법이 용이한 높은 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법이 제공될 수 있다.
상기 위상 변위 박막(30)에 의해 위상 변위된 상기 제1 EUV 광은, 상기 위상 변위 마스크(10)의 상기 위상 결함에 의한보강 간섭 또는 상쇄 간섭으로 인해, 상기 제2 EUV 광의 세기가, 상기 제1 EUV 광과 비교하여 증가 또는 감소될 수 있다. 상기 위상 변위 마스크(10)의 상기 위상 결함에 대한 위상 변위값의 변화로 인해, 상기 위상 변위 마스크(10) 내 상기 위상 결함의 존재 여부가 확인될 수 있다. 이에 따라, 상기 EUV 마스크(20) 상에 상기 위상 변위 박막(30)을 배치하는 간단한 방법으로, 상기 위상 변위 마스크(10) 내에 존재하는 상기 위상 결함의 존재 여부를 쉽고 간편한 방법으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 다층 박막 거울(5), 및 상기 다층 박막 거울(5) 상의 상기 위상 변위 마스크(10)를 포함하는 상기 EUV 마스크(20)를 준비하는 단계, 상기 광원부(40)가 상기 EUV 마스크(20)에 상기 제1 EUV 광을 조사하고, 상기 검출부(50)가 상기 EUV 마스크(20)에서 반사된 상기 제2 EUV 광을 수집하는 단계, 상기 검출부(50)가 수집된 상기 제2 EUV 광의 위상을 복원하는 단계, 및 상기 판단부(60)가 상기 검출부(50)에서 복원된 정보를 통해, 상기 위상 변위 마스크(10) 내 상기 위상 결함을 판단하는 단계를 통해, 정확도 및 신뢰도가 높은 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법이 제공될 수 있다.
상기 위상 변위 마스크(10)에 반사된 상지 제2 EUV 광의 세기값은, 푸리에 변환, 역푸리에 변환, 및 제약조건을 포함하는 상기 위상 복원 알고리즘에 의한 반복적인 수학적 계산을 통해 신뢰도 높은 위상값으로 복원될 수 있다. 또한, 복원된 상기 위상 변위 마스크(10)의 위상값을 통해, 직접적인 위상 맵핑이 가능할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 검출부(50)의 상기 위상 복원 알고리즘을 통해 상기 위상 변위 마스크(10)의 위상을 복원하는 경우, 종래에 위상 변위 마스크의 위상을 복원하기 위해 수행되던 반사도 측정 및/또는 웨이퍼 패턴 검사 공정 등이 생략 가능하여 위상 변위 마스크의 양불 검사에 소요되는 시간 및 비용이 최소화될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 대한 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법
극자외선 노광공정용 위상 변위 마스크의 정보를 측정하기 위해, 노광기와 유사한 형태로 제1 EUV 광을 조사할 수 있도록 구성된 광학부, 회절된 제2 EUV 광을 포집하고. 위상을 복원하기 위한 위상 복원 알고리즘을 포함하는 검출부, 및 복원된 정보로무터 위상 변위 마스크 내 위상 결함의 존재 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치를 준비하였다. 상기 광원부에서 조사되는 상기 제1 EUV 광의 파장은 13.5nm이고, 상기 EUV 마스크 내 다층 박막 거울은 구면 및 평면 거울을 포함하며, 일정한 양의 상기 제1 EUV 광이 조사되도록 조절하는 셔터(shutter)를 포함한다. 또한, 상기 검출부의 상기 위상 복원 알고리즘은 푸리에 변환, 역푸리에 변환, 및 제약조건을 포함하고, photo-diode를 이용한 photon 검출 장치를 포함한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 검출부로부터 포집된 제2 EUV 광의 사진 이미지이다.
도 7을 참조하면, 극자외선 파장의 상기 제1 EUV 광이 상기 위상 변위 마스크에 조사되는 경우, 상기 위상 변위 마스크의 위상 변위층을 포함한 흡수층 및 반사층에서 회절이 발생하여 회절된 형태의 상기 제2 EUV 광이 상기 검출부에 포집된 것을 확인하였다. 포집된 회절광 중 세기가 가장 큰 부분인 가운데 부분의 광원을 0차광, 양 옆의 회절광을 각각 -1, +1차광이라고 명시한다. 도 7에서 알 수 있듯이, 상기 검출부에 포집된 회절된 상기 제2 EUV 광은, 정보를 소실하고, 오직 세기 정보만을 가지고 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 검출부의 상기 위상 복원 알고리즘을 통해 상기 제2 EUV 광의 세기값은 위상값으로 복원되어, 상기 위상 마스크 고유 특성 분석이 가능할 것으로 판단된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 검출부로부터 포집된 제2 EUV 광의 세기값을 나타내는 그림이다.
도 8을 참조하면, 상기 검출부의 상기 위상 복원 알고리즘을 통해 회절된 상기 제2 EUV 광의 위상이 복원되기 전에는, 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 세기 정보만을 나타내는 것을 확인하였다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 검출부로부터 복원된 제2 EUV 광의 위상값을 나타내는 그림이다.
도 9를 참조하면, π의 값을 가지는 부분은 상기 위상 변위 마스크의 상기 위상 변위층을 포함한 흡수층의 위상이고, 상기 위상 변위 마스크의 상기 흡수층과 반사층에서의 위상 차이가 180°인 것을 확인하였다.
도 8 및 도 9의 결과로부터, 상기 위상 변위 마스크의 위상에 대한 직접적인 맵핑이 가능한 것을 확인하였다. 이에 따라, 향후 극자외선 노광공정용 위상 변위 마스크의 연구 개발에 유리한 기술로 이용가능할 것으로 판단된다. 또한, 상기 검출부에서 상기 제2 EUV 광에 대한 0차광, 1차광, 2차광의 회절 효율이 측정가능하므로, 상기 위상 변위 마스크의 고유 특성에 대한 분석이 가능한 것을 확인하였다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 검출부로부터 복원된 제2 EUV 광의 위상값에 대한 위상 분포를 나타내는 그래프이다.
실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따라 상기 검출부의 상기 위상 복원 알고리즘을 이용하여 회절된 상기 제2 EUV 광의 위상을 복원한 후, 명확한 분석을 위해, 도 9에 도시된 measurement line을 따라 위상 분포를 정리하였다.
도 10을 참조하면, 상기 위상 변위 마스크의 상기 흡수층과 상기 반사층에서는 180°의 위상 차이가 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 상기 흡수층의 위상이 x축 방향으로 증가하는 것은, 검사 광원 자체 위상의 변화 또는 상기 위상 변위 마스크 제작 시에 균일한 식각이 이루어지지 않아 나타난 결과로 판단된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 검출부의 상기 위상 복원 알고리즘을 통해 상기 위상 변위 마스크의 위상을 복원, 및 위상 맵핑하는 경우, 상기 위상 변위 마스크의 이미지 전사 특성에 대한 검사 및 개선된 위상 변위 마스크의 성능 평가뿐만 아니라, 개선 원인에 대한 분석이 가능한 것을 알 수 있었다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법에 따르면, 종래의 기술과 달리, 극자외선 노광 공정용 마스크 연구 개발 전반에 활용할 수 있는 기술이 제공될 것으로 판단된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
5: 다층 박막 거울
10: 위상 변위 마스크
20: EUV 마스크
30: 위상 변위 박막
40: 광원부
50: 검출부
60: 판단부
100: 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치

Claims (8)

  1. 다층 박막 거울, 및 상기 다층 박막 거울 상의 위상 변위 마스크(phase shift mask)를 포함하는 EUV 마스크를 준비하는 단계;
    상기 EUV 마스크 상에 위상 변위 박막(phase shift thin film)을 배치하는 단계;
    광원부가 상기 위상 변위 박막, 및 상기 EUV 마스크에 제1 EUV(Extreme Ultraviolet) 광을 조사하고, 검출부가 상기 EUV 마스크에서 반사된 제2 EUV 광을 수집하는 단계; 및
    판단부가 상기 제1 EUV 광 및 상기 제2 EUV 광의 세기를 비교하여, 상기 위상 변위 마스크내 위상 결함(phase defect)을 판단하는 단계를 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 위상 변위 박막은, 변위부 및 통과부를 포함하고,
    상기 광원부에서 조사된 상기 제1 EUV 광은 상기 위상 변위 박막의 상기 변위부를 투과한 후, 상기 EUV 마스크에 도달하고,
    상기 EUV 마스크에 의해 반사된 상기 제2 EUV 광은 상기 위상 변위 박막의 상기 통과부를 통과한 후, 상기 검출부에 수집되는 것을 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 위상 변위 박막의 상기 통과부는, 개구부(opening portion)인 것을 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 EUV 광은 상기 위상 변위 박막에 의해 위상 변위되고,
    상기 위상 변위된 상기 제1 EUV 광이 상기 EUV 마스크에서 반사되는 것을 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 위상 변위된 상기 제1 EUV 광은, 상기 위상 변위 마스크의 상기 위상 결함에 의해 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)되어, 상기 제2 EUV 광의 세기가, 상기 제1 EUV 광과 비교하여, 증가 또는 감소되는 것을 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 방법.
  6. 다층 박막 거울 및, 상기 다층 박막 거울 상의 위상 변위 마스크(phase shift mask)를 포함하는 EUV 마스크;
    상기 EUV 마스크에 제1 EUV 광을 조사하기 위한 광원부;
    상기 제1 EUV 광이 상기 EUV 마스크에서 반사된 제2 EUV 광을 수집하는 검출부;
    상기 EUV 마스크 및 상기 검출부 사이에 배치되고, 상기 제1 EUV 광이 투과하는 변위부 및상기 제2 EUV 광이 통과하는 통과부를 포함하는 위상 변위 박막; 및
    상기 광원부에서 조사되는 상기 제1 EUV 광 및 상기 검출부에서 수집된 상기 제2 EUV 광의 정보를 통해 상기 위상 변위 마스크 내 위상 결함을 판단하는 판단부를 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광원부에서 조사된 상기 제1 EUV 광은 상기 위상 변위 박막의 상기 변위부에 의해 위상 변위된 후, 상기 EUV 마스크에 도달하고,
    상기 위상 변위된 상기 제1 EUV 광이 상기 EUV 마스크에 의해 반사된 상기 제2 EUV 광은 상기 위상 변위 박막의 상기 통과부를 통과한 후, 상기 검출부에 수집되는 것을 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치.
  8. 제7 항에 있어서
    상기 위상 변위된 상기 제1 EUV 광은, 상기 위상 변위 마스크의 상기 위상 결함에 의해 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)되어, 상기 제2 EUV 광의 세기가, 상기 제1 EUV 광과 비교하여, 증가 또는 감소되는 것을 포함하는 위상 변위 마스크의 양불 검사 장치.
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