KR20190102888A - 동축 반사형 회절 검사 장치 및 방법 - Google Patents

동축 반사형 회절 검사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동축 반사형 회절광을 이용하여 마스크 등의 마스크 패턴의 회절 이미지 검사를 신뢰도 높게 수행할 수 있는 동축 반사형 회전검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 마스크 패턴에 설정된 각도로 빛을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 조사된 빛을 분배하는 스플리터; 상기 광원으로부터 조사되어 반사된 빛의 이미지를 상기 스플리터로 통해 촬상하는 이미지 센서; 상기 마스크 패턴에 조사되는 상기 광원의 각도를 조절하는 광원 각도 조절부; 및 상기 광원의 조사 각도를 조절하여 마스크 패턴에 조사되는 빛이 보강간섭을 일으키는 지점에서의 상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ)와 상기 광원에서 조사되는 빛의 파장 정보를 이용하여 상기 마스크 패턴의 피치값(P)을 연산하는 연산부;를 포함하여 구성되어 동축 반사형 회절광을 이용하여 마스크 등의 반도체 패턴의 회절 이미지 검사를 수행할 수 있도록 하여 이미지를 신뢰도 높게 검출할 수 있는 효과가 있다.

Description

동축 반사형 회절 검사 장치 및 방법{APPARTUS AND METHOD FOR INSFECTING DIFFRACTION OF COAXIAL REFLECTION TYPE}
본 발명은 동축 반사형 회전검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동축 반사형 회절광을 이용하여 마스크 등의 마스크 패턴의 회절 이미지 검사를 신뢰도 높게 수행할 수 있는 동축 반사형 회전검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
회절격자는 슬릿이 같은 간격으로 무수히 많이 배열되어 있는 일종의 다중슬릿이다. 이 슬릿들을 통과하는 빛들이 서로 일정한 위상 차이를 하고 있어 보강간섭이나 소멸간섭이 극단적으로 이루어진다.
이는 1785년 미국의 리텐하우스(D. Rittenhouse)에 의해 별의 스펙트럼을 분석하기 위하여 고안되었다. 그리고 얼마 후에 프라운호퍼(J. von Fraunhofer)에 의해 다시 발견되었으며 광학의 발전과 더불어 계속 발전하여 투과형뿐만 아니라 반사형도 널리 이용되고 있다.
현재는 빛의 파장을 분석하기 위한 장치로서의 회절 검사 장치는 적외선 영역까지 포함하고, 분광기(spectrometer)의 핵심적인 소자가 되어 있다.
회절 검사 장치에 있어서 검사는 브라이트 필드(bright field)와 다크필드(dark field)로 구분된다. 브라이트 필드의 경우에는 결상 이미지를 통해 마스크 패턴을 분석한다. 다크필드의 경우에는 한계 해상도 이상의 돌출 이물 검사를 진행한다. 그러나, 브라이트 필드의 경우에는 최대해상도를 찾기 위해서는 회절 검사 장치를 조정하여 최적조건을 구해야 하기 때문에 시간 소요가 많이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 다크필드(dark field)의 경우에는 돌출 또는 이물질을 찾아내기 위한 과정이므로 평면에 대한 검사만 가능하다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0018465호 "반도체 패키지 검사 장치 및 그 검사 방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 동축 반사형 회절광을 이용하여 마스크 등의 마스크 패턴의 회절 이미지 검사를 수행할 수 있도록 하여 이미지를 신뢰도 높게 검출할 수 있는 동축 반사형 회전검사 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 동축 반사형 회전검사 장치는, 마스크 패턴에 설정된 각도로 빛을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 조사된 빛을 분배하는 스플리터; 상기 광원으로부터 조사되어 반사된 빛의 이미지를 상기 스플리터로 통해 촬상하는 이미지 센서; 상기 마스크 패턴에 조사되는 상기 광원의 각도를 조절하는 광원 각도 조절부; 및 상기 광원의 조사 각도를 조절하여 마스크 패턴에 조사되는 빛이 보강간섭을 일으키는 지점에서의 상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ)와 상기 광원에서 조사되는 빛의 파장 정보를 이용하여 상기 마스크 패턴의 피치값을 연산하는 연산부;를 포함하여 구성된다.
상기 광원은, 방사되는 빛의 파장을 조절 가능한 파장을 가변시킬 수 있는 가변 파장 램프를 사용하여 구성될 수 있다.
상기 연산부는, 상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ)와 상기 광원에서 조사되는 빛의 파장 정보를 이용하여 다음의 수학식에 의해 상기 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 패턴의 피치값(P)을 측정하도록 구성될 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식에서 m은 자연수를 나타내며, P는 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 마스크 패턴의 피치값을 나타내고, θ는 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도를 나타내며, λ는 상기 광원에서 방사되는 빛의 파장을 나타냄
상술한 목적을 달성하기 위한 동축 반사형 회전검사 방법은, 광원의 각도 및 광원에 의해 방사되는 빛의 파장을 조정하여 마스크 패턴에 보강간섭을 발생시키는 단계; 이미지 센서는 최대의 보강간섭이 발생하는 지점을 추적하는 단계; 최대의 보강간섭이 발생하였는 지의 여부를 판단하는 단계; 최대의 보강간섭이 발생한 것으로 판단되면, 최대의 보강간섭이 발생한 지점에서의 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ) 및 광원에 의해 방사되는 빛의 파장(λ) 정보를 수신하는 단계; 및 상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 각도(θ)와 광원으로부터 광원의 파장(λ) 정보를 수신하여 상기 마스크 패턴의 피치(pitch)값(P)을 연산하는 단계;를 포함하여 구성된다.
상기 연산하는 단계는, 상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ)와 상기 광원에서 조사되는 빛의 파장 정보를 이용하여 다음의 수학식에 의해 상기 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 패턴의 피치값(P)을 측정하도록 구성되는 것인 동축 반사형 회절 검사 방법.
Figure pat00002
상기 수학식에서 m은 자연수를 나타내며, P는 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 패턴의 피치값을 나타내고, θ는 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도를 나타내며, λ는 상기 광원의 파장을 나타냄.
본 발명의 동축 반사형 회절 검사 장치 및 방법은 동축 반사형 회절광을 이용하여 마스크 등의 반도체 패턴의 회절 이미지 검사를 수행할 수 있도록 하여 이미지를 신뢰도 높게 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 마스크 패턴에 대하여 동축 반사형 회절검사하는 것을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 동축 반사형 회절검사하기 위한 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 동축 반사형 회절검사하는 과정을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴에 대하여 동축 반사형 회절검사하는 것을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 동축 반사형 회절검사하기 위한 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 동축 반사형 회전검사 장치는 광원(100), 스플리터(200), 이미지 센서(300) 및 광원 조절부(400)를 포함하여 구성된다.
광원(100)은 마스크의 패턴(110)에 일정하게 설정된 각도로 상기 방사되는 빛을 조사한다.
광원(100)은 빛의 파장을 가변시켜 조사시킬 수 있다. 광원(100)은 방사되는 빛의 파장을 조절 가능한 파장을 가변시킬 수 있는 가변 파장 램프를 사용할 수 있다. 광원(100)은 다수개의 광원이 밀집하여 형성된 형태로 구성하여 다수 종류의 파장의 빛을 방사시킬 수 있다.
스플리터(200)는 광원(100)으로부터 조사된 빛을 분배하고 상기 마스크 패턴에 결상된 이미지를 분배하여 이미지 센서(300)로 보낸다.
스플리터(200)에서 분배된 빛은 마스크 패턴(110)에 반사되면서 동시에 회절이 발생한다.
이미지 센서(300)는 광원(100)으로부터 조사되어 마스크 패턴(110)에 의해 반사된 이미지를 상기 스플리터(200)로부터 받아 촬상한다. 이미지 센서(300)는 광원(100)과 스플리터(200)에 동기되어 함께 움직이면서 마스크 패턴(110)에 생선된 회절에 의해 발생한 이미지를 촬상한다.
광원 각도 조절부(400)는 광원(100)이 상기 마스크 패턴에 조사되는 각도를 조절한다. 전술한 바와 같이 스플리터(200)와 이미지 센서(300)는 광원 각도 조절부(400)와 동기되어 움직인다.
연산부(500)는 광원 각도 조절부에 의해 조절되는 광원(100)의 조사 각도에 대한 정보, 특히, 상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 각도(θ)를 상기 광원 각도 조절부(400)로부터 수신하고, 상기 광원(100)으로부터 광원의 파장에 대한 정보를 수신하여 상기 마스크 패턴의 피치(pitch)값(P)을 연산한다.
연산부(500)는 보강간섭을 발생되는 경우의 인접광과의 거리를 구하는 다음의 수학식 1을 이용하여 구한다. 수힉식 1은 다음과 같다.
Figure pat00003
상기 수학식에서 m은 자연수를 나타내며, P는 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 마스크 패턴의 피치값(pitch, 간격)을 나타내고, θ는 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도를 나타내며, λ는 상기 광원의 파장을 나타낸다.
상기 수학식 1에서 마스크 패턴의 피치값(P)으로 정리하면 다음의 수학식 2를 얻을 수 있다. 수학식 2는 다음과 같다.
Figure pat00004
연산부(500)는 마스크 패턴의 피치값(P)을 수학식 2를 이용하여 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 동축 반사형 회절검사하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, S202단계에서 광원(100)의 각도 또는 광원(100)에 의해 방사되는 빛의 파장을 조정하여 마스크 패턴(110)에 보강간섭을 발생시킨다.
S204단계에서 이미지 센서(300)는 최대의 보강간섭이 발생하는 파장 및 광원(100)의 입사각도를 추적한다.
S206단계에서 최대의 보강간섭이 발생하였는 지의 여부를 판단한다.
S206단계에서 최대의 보강간섭이 발생한 것으로 판단되면, 최대의 보강간섭이 발생한 지점에서의 광원(100)의 각도 정보 및 광원(100)에 의해 방사되는 빛의 파장 정보를 수신한다(S208단계).
S210단계에서 수신된 상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 각도(θ)와 광원(100)으로부터 광원의 파장에 대한 정보를 수신하여 상기 마스크 패턴의 피치(pitch)값(P)을 연산한다.
연산부(500)는 마스크 패턴의 피치값(P)을 전술한 수학식 2를 이용하여 얻을 수 있다.
예컨대, 자연수인 m은 1이고, θ는 60도의 사입사이고, 광원(100)의 파장이 193nm인 경우 대략 111nm의 마스크 패턴의 피치가 측정된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 광원 110 : 마스크 패턴
200 : 스플리터 300 : 이미지 센서
400 : 각도 조절부 500 : 연산부

Claims (5)

  1. 마스크 패턴에 설정된 각도로 빛을 조사하는 광원;
    상기 광원으로부터 조사된 빛을 분배하는 스플리터;
    상기 광원으로부터 조사되어 반사된 빛의 이미지를 상기 스플리터로 통해 촬상하는 이미지 센서;
    상기 마스크 패턴에 조사되는 상기 광원의 각도를 조절하는 광원 각도 조절부; 및
    상기 광원의 조사 각도를 조절하여 마스크 패턴에 조사되는 빛이 보강간섭을 일으키는 지점에서의 상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ)와 상기 광원에서 조사되는 빛의 파장 정보를 이용하여 상기 마스크 패턴의 피치값(P)을 연산하는 연산부;를 포함하는 동축 반사형 회절 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원은,
    방사되는 빛의 파장을 조절 가능한 파장을 가변시킬 수 있는 가변 파장 램프를 사용하는 것인 동축 반사형 회절 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ)와 상기 광원에서 조사되는 빛의 파장 정보를 이용하여 다음의 수학식에 의해 상기 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 패턴의 피치값(P)을 측정하도록 구성되는 것인 동축 반사형 회절 검사 장치.
    Figure pat00005

    상기 수학식에서 m은 자연수를 나타내며, P는 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 마스크 패턴의 피치값을 나타내고, θ는 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도를 나타내며, λ는 상기 광원에서 방사되는 빛의 파장을 나타냄
  4. 광원의 각도 및 광원에 의해 방사되는 빛의 파장을 조정하여 마스크 패턴에 보강간섭을 발생시키는 단계;
    이미지 센서는 최대의 보강간섭이 발생하는 지점을 추적하는 단계;
    최대의 보강간섭이 발생하였는 지의 여부를 판단하는 단계;
    최대의 보강간섭이 발생한 것으로 판단되면, 최대의 보강간섭이 발생한 지점에서의 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ) 및 광원에 의해 방사되는 빛의 파장(λ) 정보를 수신하는 단계; 및
    광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 각도(θ)와 광원으로부터 광원의 파장(λ) 정보를 수신하여 상기 마스크 패턴의 피치(pitch)값(P)을 연산하는 단계;를 포함하여 구성된다.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연산하는 단계는,
    상기 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도(θ)와 상기 광원에서 조사되는 빛의 파장 정보를 이용하여 다음의 수학식에 의해 상기 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 패턴의 피치값(P)을 측정하도록 구성될 수 있다.
    Figure pat00006

    상기 수학식에서 m은 자연수를 나타내며, P는 반사된 빛의 이미지에 의해 측정된 패턴의 피치값을 나타내고, θ는 광원이 상기 마스크 패턴의 수선에 대하여 이루는 입사각도를 나타내며, λ는 상기 광원의 파장을 나타냄
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