KR20210017032A - 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치 - Google Patents

블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치에 관한 것으로서, 시료에 수직방향의 광을 조사하는 광원과, 시료와 광원 사이에 배치되는 빔 스플리터와, 빔 스플리터에서 반사된 빛과 시료의 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 빛을 검출하는 광 검출기와, 검출된 2개의 빛 간의 간섭을 측정하여 위상변위막에 의한 간섭 크기를 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치{An Apparatus For Measuring Optic Inteference Intensity For Blank Phase Shift Mask}
본 발명은 노광 공정에 사용되는 포토 마스크에 형성된 위상 변위막의 광 간섭 크기 측정 장치 관한 것으로서, 보다 상세하게는 위상변위막을 통과한 후 쿼츠 기판(Quartz)의 표면에서 반사된 빔에 의한 간섭을 측정하여 위상변위막에 의한 간섭 크기를 측정하는 기술에 관한 것이다.
반도체 디바이스는 회로 패턴이 그려진 패턴 전사용 마스크에 노광광을 조사하여, 마스크에 형성되어 있는 회로 패턴을 축소 광학계를 거쳐서 반도체 기판(반도체 웨이퍼) 상에 전사하는 포토리소그래피 기술을 반복 이용하는 것에 의해 제조된다.
반도체 디바이스의 회로 패턴의 계속적인 미세화에 따라, 노광광의 파장은 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저광을 이용한 193㎚가 주류로 되고 있으며, 노광 프로세스나 가공 프로세스를 복수회 조합하는 멀티 패터닝이라고 하는 프로세스를 채용하는 것에 의해, 최종적으로는 노광 파장과 비교하여 충분히 작은 치수의 패턴을 형성할 수 있다.
패턴 전사용 마스크는 광학막이 형성된 기판(블랭크 마스크)에 회로 패턴을 형성하여 제조된다.
반도체 제조공정에서 회로 선폭이 감소함에 따라 EUV 등 매우 짧은 파장을 가진 광원을 이용하게 되는데, 해상도의 한계를 넘어서는 미세 패턴을 그리려 한다면, 빛의 회절(diffraction)과 이로 인한 산란(scattering)으로 간섭이 일어나 원래의 마스크 패턴과는 다른 왜곡된 상이 웨이퍼에 맺히는 문제가 발생하게 된다.
이를 해결하기 위해 쿼츠 기판에 위상변위막을 형성하여, 노광하는 빛의 위상을 180˚반전시켜 인접하는 투과광과 소멸간섭을 발생시켜 노광부와 비노광부의 경계면의 빛의 세기(Contrast)를 명확하게 하는 것을 통해 패턴 해상도를 높인 기술이 적용되고 있다.
위상변위 마스크를 이용하여 미세 패턴을 노광하려면, 위상 변위가 정확하게 설계 데이터와 일치하고 있는 것이 중요하다. 이 때문에, 최근, 위상변위 마스크 등의 빛의 간섭 효과를 이용한 포토마스크에 있어서의 결함 검출 기술이 중요한 기술로 대두되고 있다.
위상변위 마스크의 결합 검출 기술은 빛의 간섭을 이용한 기술, 균일하게 조사된 위상변위 패턴의 푸리에 변환상의 해석을 이용한 방법, 경사방향으로 조사된 위상변위 패턴으로부터의 산란, 회절광 만을 푸리에 변환면에서 공간 필터를 통해 검출하는 방법 등의 빛의 회절, 산란을 이용한 방법, 주사형 현미경 방식 등의 다양한 방법이 존재하며, 이 중 빛의 간섭을 이용한 기술이 가장 많이 사용되고 있다.
빛의 간섭을 이용한 위상변위 마스크를 검사하는 선행문헌으로는 일본등록특허 3247736, 일본공개특허 2014-199361 등 여러 문헌들이 존재한다.
그러나, 이들 선행문헌들은 대부분 마스크에 노광 패턴이 형성된 상태에서 검사하는 기술로서, 블랭크 마스크 단계에서 효과적으로 위상변위막의 불량을 검사하는 기술은 거의 전무한 상태이다.
마스크를 투과한 빛과 참조광 간 또는 위상변위 형성부와 위상변위 미형성부의 투과광 간의 간섭을 측정하는 방법으로 이루어져 있다. 그러나, 투과형 측정 방식은 대면적 시료에서는 광 경로가 길어져 오차 요인이 증가하는 문제가 발생한다.
일본등록특허 제3247736호"위상 이동 포토마스크(photomask)의 검사 방법" 일본공개특허 제2014-199361호 "검사 장치 및 레이저 가공장치"
배경기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 위상변위막 표면에서 반사된 빛과 위상변위막을 통과한 후 쿼츠 기판(Quartz)의 표면에서 반사된 빛의 간섭을 측정하여 위상변위막의 간섭 크기를 측정함으로써 간단한 구성으로 대면적의 시료를 검사할 수 있도록 하는 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치는 쿼츠 기판의 표면에 위상변위막이 형성된 시료와, 시료와 광원 사이에 배치되어 시료 방향으로 전달하고, 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 빛과 위상 변위막 표면에서 반사되는 빛의 경로를 변경하는 빔 스플리터와, 위상변위막 표면에서 반사되는 빛과 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 빛을 검출하는 광 검출기와, 검출된 2개의 빛 간의 간섭을 측정하여 위상변위막에 의한 간섭 크기를 산출하는 산출부를 포함한다.
또는 본 발명의 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치는 쿼츠 기판의 표면에 위상변위막이 형성된 시료와, 시료에 대하여 서로 다른 입사각을 갖는 복수 개의 광을 조사하는 광원과, 각 입사각에 대응되는 위치에서 시료에서 반사되는 복수 개의 반사광을 검출하는 광 검출기와, 각 입사각에서의 조사광과 반사광 간의 간섭을 측정하여 위상변위막에 의한 간섭 크기를 산출하는 산출부를 포함한다.
또, 광원과 광 검출기는 시료에 대한 광 입사각에 따라 위치가 변화될 수 있는 형태로 설치될 수 있다.
또, 광원과 광 검출기는 각각 시료에 대한 빛의 입사각 개수만큼 설치될 수 있고, 입사각 변화에 따른 상기 위상변위막의 위상 크기의 추세를 통해 수직 상태의 위상 크기를 구할 수 있다.
본 발명에 따르면 위상변위 마스크의 빛의 간섭 특성 및 결함을 보다 정확하게 검출함으로써 위상변위 마스크의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 위상 변위 마스크를 이용한 패터닝 신뢰성과 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 간단한 구성으로 대면적의 위상변위 마스크의 검사 속도를 개선함으로써 위상변위 마스크 패턴 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치의 각 입사각별 획득된 광 간섭 위상 추세선.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치로서, 시료(10), 광원(20), 빔 스플리터(30), 광 검출기(40) 및 산출부(50)를 포함한다.
시료(10)는 쿼츠 기판(12)과 쿼츠 기판(12)의 표면에 형성되는 위상변위막(14)을 포함한다.
광원(20)은 시료에 수직 방향의 광을 조사하기 위한 것으로서, 예를 들어, 13.5nm 파장대의 EUV(Extreme Ultraviolet)광, 아르곤 플로라이드(ArF) 플라즈마 등을 이용한 약 193nm 파장대인 DUV광, 또는 크립톤 플로라이드(KrF) 플라즈마 등을 이용한 248nm, 365nm 파장대인 자외선 광을 조사할 수 있다.
빔 스플리터(30)는 시료(10)와 광원(20) 사이에 배치되어 광원(20)에서 출사된 빛을 시료 방향으로 통과시키고, 위상변위막(14) 표면에서 반사되는 빛과 쿼츠 기판(12) 표면에서 반사되는 빛의 경로를 검출기(40) 측으로 변경시키는 역할을 한다.
광 검출기(40)는 위상변위막(14) 표면에서 반사되어 빔 스플리터(30)를 통해 입사된 제 1 반사광(B1)과 쿼츠 기판(12) 표면에서 반사되는 빔 스플리터(30)를 통해 입사되는 제 2반사광(B2)을 검출한다.
산출부(50)는 광 검출기(40)가 검출한 2개의 빛 간의 간섭을 측정하여 위상변위막에 의한 간섭 크기를 산출한다.
보다 상세하세는 산출부(50)는 제 1 반사광(B1)과 제 2 반사광(B2)이 콜리메이트 되어 겹치는 영역에 생기는 간섭 무늬의 상을 광 검출기로 획득하고, 획득된 간섭 무늬의 위치 및 밝기의 진폭을 측정한다.
따라서, 1 반사광(B1)과 제 2 반사광(B2)에 따라 생기는 간섭 무늬의 특징점의 위치 및 밝기의 진폭의 측정 결과를 이용하고, 위상 시프트량을 판정할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치는 시료에 입사되는 광과 반사되는 광의 간섭 크기를 간단한 장치 구조로 검출할 수 있어 대면적 시료에 대한 검사가 가능한 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치로서, 시료(100), 광원(200), 광 검출기(300) 및 산출부(400)를 포함한다.
시료(100)는 쿼츠 기판(120)과 쿼츠 기판(120)의 표면에 형성되는 위상변위막(140)을 포함한다.
도 1의 실시예와 달리, 본 실시예에서 광원(200)은 시료에 경사 방향의 빛을 조사하기 위한 것으로서, 시료(100)에 대하여 서로 다른 입사각을 갖는 복수 개의 광을 조사하도록 구성될 수 있다.
광 검출기(300)는 각 광원에서 입사된 각에 대응되는 위치에서 시료에서 반사되는 복수 개의 반사광을 각각 검출한다.
이때, 광원(200)과 광 검출기(300)는 시료(200)에 대한 광 입사각에 따라 위치가 변화될 수 있는 형태로 설치될 수 있다.
즉, 광원(200)이 위치가 변화될 수 있는 형태로 설치되어 서로 다른 입사각을 갖도록 위치 제어 되며, 이때, 광 검출기(300)는 광원(200)으로부터 출사되어 시료에 입사된 광이 반사되는 각도에 대응되는 위치에서 복수의 반사광을 각각 검출할 수 있도록 위치 제어 될 수 있다.
산출부(400)는 각각의 광 검출기(300)가 검출한 2개의 빛 간의 간섭을 측정하여 위상변위막에 의한 간섭 크기를 산출한다.
보다 상세하세는 산출부(400)는 위상변위막(140) 표면에서 반사된 제 1 반사광(B1)과 쿼츠 기판(120) 표면에서 반사된 제 2 반사광(B2)이 콜리메이트 되어 겹치는 영역에 생기는 간섭 무늬의 상을 광 검출기로 획득하고, 획득된 간섭 무늬의 위치 및 밝기의 진폭을 측정한다.
따라서, 1 반사광(B1)과 제 2 반사광(B2)에 따라 생기는 간섭 무늬의 특징점의 위치 및 밝기의 진폭의 측정 결과를 이용하고, 위상 시프트량을 판정할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 광원(200)은 시료에 대한 빛의 입사각 개수만큼, 광 검출기(300)는 각 입사각에 대응되는 반사각의 개수만큼 설치될 수 있다.
본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 광원(200)에 의한 위상변위막의 입사각별 위상 크기를 이용하여 위상 크기에 대한 추세선을 획득할 수 있고, 획득된 위상 추세선을 통하여 위상변위막의 수직 상태의 위상 크기를 구할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치는 시료에 입사되는 광과 반사되는 광의 간섭 크기를 간단한 장치 구조로 검출할 수 있어 대면적 시료에 대한 검사가 가능하며, 얇은 위상변위막에 대한 위상 크기 측정 정밀도를 높일 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10, 100 : 시료 12, 120 : 쿼츠 기판
14, 130 : 위상변위막 20, 200 : 광원
30 : 빔 스플리터 40, 300 : 광 검출기
50, 400 : 산출부

Claims (5)

  1. 쿼츠 기판의 표면에 위상변위막이 형성된 시료와;
    상기 시료에 수직방향의 광을 조사하는 광원과;
    상기 시료와 광원 사이에 배치되어 광원에서 출사된 빛을 상기 시료 방향으로 전달하고, 상기 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 빛과 상기 위상 변위막 표면에서 반사되는 빛의 경로를 변경하는 빔 스플리터와;
    상기 위상변위막 표면에서 반사되는 빛과 상기 쿼츠 기판 표면에서 반사되는 빛을 검출하는 광 검출기와;
    상기 검출된 2개의 빛 간의 간섭을 측정하여 위상변위막에 의한 간섭 크기를 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치.
  2. 쿼츠 기판의 표면에 위상변위막이 형성된 시료와;
    상기 시료에 대하여 서로 다른 입사각을 갖는 복수 개의 광을 조사하는 광원과;
    상기 각 입사각에 대응되는 위치에서 상기 시료에서 반사되는 복수 개의 반사광을 검출하는 광 검출기와;
    상기 각 입사각에서의 조사광과 반사광 간의 간섭을 측정하여 위상변위막에 의한 간섭 크기를 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치

  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원과 광 검출기는 상기 시료에 대한 광 입사각에 따라 위치가 변화될 수 있는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원과 광 검출기는 각각 상기 시료에 대한 빛의 입사각 개수만큼 설치되는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    입사각 변화에 따른 상기 위상변위막의 위상 크기의 추세를 통해 수직 상태의 위상 크기를 구하는 것을 특징으로 하는 블랭크 위상변위 마스크의 광 간섭 크기 측정 장치.
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일본등록특허 제3247736호"위상 이동 포토마스크(photomask)의 검사 방법"

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