KR20210068890A - Cdi 기반 검사 장치 및 방법 - Google Patents

Cdi 기반 검사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은, 하드웨어 측면에서 촬영 시간을 최소화하고, 또한 소프트웨어 측면에서 영상 처리 시간을 최소화할 수 있는 검사 장치 및 방법을 제공한다. 그 검사 장치는 광을 생성하여 출력하는 광원; 검사 대상이 배치되는 스테이지; 상기 광원으로부터의 광을 상기 검사 대상으로 조사시키는 조사 광학계; 상기 검사 대상에서 회절된 광을 수광하여 회절 영상(diffraction imaging)을 생성하는 디텍터; 및 상기 디텍터를 상기 광의 광축에 해당하는 z축과 상기 z축에 수직하는 x-y 평면 상에서 이동시키는 디텍터 이동 장치;를 포함하고, 상기 디텍터 이동 장치를 통해 상기 디텍터가 상기 x-y 평면 및 z축 상에서 이동하여, 상기 검사 대상에 대하여 상기 디텍터가 상기 x-y 평면 및 z축 상의 위치를 서로 달리하여 복수의 상기 회절 영상을 생성하고, 회절 영상의 위상 복원(phase retrieval) 및 초 해상도(super resolution)를 동시에 구현한다.

Description

CDI 기반 검사 장치 및 방법{Inspection apparatus and method based on CDI(Coherent Diffraction Imaging)}
본 발명의 기술적 사상은 검사 장치와 검사 방법에 관한 것으로, 특히 CDI(Coherent Diffraction Imaging) 기반으로 하는 검사 장치와 검사 방법에 관한 것이다.
검사 대상, 예컨대 EUV 마스크 상에 패턴 평가나 디펙의 존재 유무를 검사하기 위하여, 전자현미경(electron microscope), 타원편광법(Ellipsometry) 등을 이용할 수 있다. 이 중 전자현미경은 전자선(Electron beam)과 전자렌즈(Electron lens)를 사용하여 물체의 확대상을 만드는 장치로, 기존 광학 현미경의 분해능 한계를 극복할 수 있고, 미세 관찰이 가능하다는 장점이 있다. 한편, 타원편광법은 시료(예컨대, EUV 마스크 표면)에서 반사된 반사광의 편광 변화를 분석하여 시료에 관한 정보를 얻는 기술이다. 예컨대, 광이 시료에서 반사되면 시료 물질의 광학적 성질과 시료 층의 두께 등에 따라 반사광의 편광 상태가 달라질 수 있다. 그에 따라, 타원편광법은 그러한 반사광의 편광 변화를 측정함으로써, 시료에 관한 물리적 정보를 얻을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 하드웨어 측면에서 촬영 시간을 최소화하고, 또한 소프트웨어 측면에서 영상 처리 시간을 최소화할 수 있는 검사 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 광을 생성하여 출력하는 광원; 검사 대상이 배치되는 스테이지; 상기 광원으로부터의 광을 상기 검사 대상으로 조사시키는 조사 광학계; 상기 검사 대상에서 회절된 광을 수광하여 회절 영상(diffraction imaging)을 생성하는 디텍터; 및 상기 디텍터를 상기 광의 광축에 해당하는 z축과 상기 z축에 수직하는 x-y 평면 상에서 이동시키는 디텍터 이동 장치;를 포함하고, 상기 디텍터 이동 장치를 통해 상기 디텍터가 상기 x-y 평면 및 z축 상에서 이동하여, 상기 검사 대상에 대하여 상기 디텍터가 상기 x-y 평면 및 z축 상의 위치를 서로 달리하여 복수의 상기 회절 영상을 생성하고, 회절 영상의 위상 복원(phase retrieval) 및 초 해상도(super resolution)를 동시에 구현한, CDI 기반 검사 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, EUV를 생성하여 출력하는 EUV 광원; EUV 마스크가 배치되는 스테이지; 상기 EUV 광원으로부터의 EUV를 상기 EUV 마스크로 조사시키되, 다중층 오목 미러를 이용하여 상기 EUV를 상기 EUV 마스크로 집속시키는 조사 광학계; 상기 EUV 마스크에서 반사 및 회절된 EUV를 수광하여 회절 영상을 생성하되, 상기 EUV의 광축에 해당하는 z축 및 상기 z축에 수직하는 x-y 평면 상의 이동을 통해 상기 EUV 마스크에 대하여 상기 x-y 평면 및 상기 z축 상의 위치를 서로 달리하여 복수의 상기 회절 영상을 생성하는 CCD 카메라; 및 복수의 상기 회절 영상에 기초하여 상기 회절 영상의 위상 복원과 초 해상도를 동시에 구현하기 위한 영상 처리를 수행하는 영상 처리 장치;를 포함한, 회절 영상의 위상 복원 및 초 해상도를 동시에 구현한 CDI 기반 검사 장치를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 광원으로부터 광을 조사 광학계를 통해 검사 대상으로 조사하고, 상기 검사 대상에서 회절된 광을 디텍터를 통해 수광하여 복수의 회절 영상을 생성하는 단계; 복수의 상기 회절 영상에 기초하여 상기 회절 영상의 위상을 복원하는 단계; 및 위상이 복원된 복수의 상기 회절 영상에 대하여 초 해상도를 구현하는 단계;를 포함하고, 복수의 상기 회절 영상을 생성하는 단계에서, 상기 디텍터가 상기 광의 광축에 해당하는 z축 및 상기 z축에 수직하는 x-y 평면 상에서 이동하여, 상기 검사 대상에 대하여 상기 x-y 평면 및 z축 상의 위치를 서로 달리하여 복수의 회절 영상을 생성하는, 회절 영상의 위상 복원 및 초 해상도를 동시에 구현한, CDI 기반 검사 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 CDI 기반 검사 장치 및 방법은, 디텍터 이동 장치를 통해 디텍터가 광축에 해당하는 z축 및 z축에 수직하는 x-y 평면 상에서 동시에 이동하면서 회절 영상을 생성함으로써, 디텍터는 z축 및 x-y 평면 상에서 서로 다른 최소한의 복수의 회절 영상을 생성할 수 있다. 또한, 최소한의 복수의 회절 영상을 기초하여 영상 처리 장치가 재구성 프로그램을 이용하여 위상 복원과 초 해상도 구현을 신속하게 수행할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 CDI 기반 검사 장치 및 방법은, 하드웨어(H/W)적으로 디텍터에 의한 촬영 시간을 최소화할 수 있고, 또한, 소프트웨어(S/W)적으로 영상 처리 장치에서 위상 복원과 초 해상도 구현의 수행 시간을 최소화할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 기반 검사 장치에 대한 블록 구성도들 및 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 CDI의 개념을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1a 또는 도 1b의 검사 장치를 통해 회절 영상의 위상 복원 및 초 해상도를 동시에 구현하는 과정을 개략적으로 보여주는 개념도들이다.
도 4a 및 도 4b는 초 해상도를 구현을 위해 x-y 평면 상의 디텍터의 이동의 개념을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 5a 및 5b는 도 3b의 위상 복원의 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 6a 내지 도 6d는 위상 복원과 초 해상도의 구현의 효과를 보여주는 사진들이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예들에 따른 CDI 기반 검사 장치에 대한 구성도 및 개념도들이다.
도 8a 내지 도 8c는 EUV PSM(Phase Shift Mask)에 대한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 기반 검사 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각, 도 9의 검사 방법에서, 복수의 회절 영상을 생성하는 단계와 회절 영상의 초 해상도를 구현하는 단계를 좀더 구체적으로 보여주는 흐름도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 기반 검사 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 기반 검사 장치에 대한 블록 구성도 및 개념도이고, 도 2a 및 도 2b는 CDI 기술의 개념을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 1a 내지 도 2b를 참조하면, 본 실시예의 CDI(Coherent Diffraction Imaging) 기반 검사 장치(1000, 이하, 간단히 '검사 장치'라 한다)는 CDI 기술을 이용하여 검사 대상을 검사할 수 있다. 여기서, CDI 기술은 검사 대상인 시료에서 산란되는 광의 회절 간섭 신호를 분석해 광학적으로 물체의 영상을 계산해 내는 기술을 의미한다. 렌즈나 미러를 활용하여 초점거리에서 물체의 영상을 만들어내는 일반적인 광학 시스템과는 달리, CDI 기술에서는 광의 진행 방향의 광학장(optical field) 신호를 센서가 직접 기록하는 방식을 사용할 수 있다. 구체적인 실시예로, EUV 광원을 활용한 EUV PSM(Phase Shift Mask)의 검사기인 CSM(Coherent Scattering Microscope) 설비에 CDI 기술이 적용될 수 있다. 그러나 본 실시예의 검사 장치(1000)의 적용이 EUV 광원이나 EUV 광원을 이용하는 설비에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 검사 장치(1000)는 특정 광원이나 설비에 한정되지 않고, 다양한 파장의 광원 및 그러한 광원을 이용한 설비에 적용될 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000)는, 광원(100), 조사 광학계(200), 스테이지(300), 디텍터(400), 디텍터 이동 장치(500), 및 영상 처리 장치(600)를 포함할 수 있다.
광원(100)은 요구되는 파장의 광을 생성하여 조사 광학계(200)로 입력시킬 수 있다. 광원(100)은 코히런트(coherent) 광을 생성하여 출력하는 코히런트 광원일 수 있다. 코히런트 광은 둘 이상의 광이 겹쳐질 때 위상 차이에 의해 보강 간섭(constructive interference), 또는 상쇄 간섭(destructive interference)과 같은 간섭을 일으키는 광을 의미할 수 있다. 예컨대, 광원(100)은 비연속 스펙트럼 광원으로서, 단색(mono-chromatic)의 점 광원(point source)일 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 광원(100)은 레이저(LASER)를 생성하여 출력할 수 있다. 레이저는 공간적으로나 시간적으로 높은 코히런트의 단색광이다. 또한, 광원(100)은 EUV(Extreme Ultraviolet) 또는 EUV 레이저를 생성하여 출력할 수 있다. 광원(100)은 LPP(Laser-Produced Plasma), DPP(Discharged-Produced Plasma), HHG(High-order Harmonic Generation) 등의 메커니즘을 통해 EUV를 생성하여 출력할 수 있다. 물론, 본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 광원(100)이 생성하여 출력하는 광이 EUV에 한정되는 것은 아니다. 다만, 본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 광원(100)에서 생성되는 광은 EUV나 soft X-선(X-ray)과 같은 비교적 단파장의 광일 수 있다.
조사 광학계(200)는 광원(100)으로부터의 광을 다수의 광학 요소들을 이용하여 검사 대상(2000)으로 조사시킬 수 있다. 본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 조사 광학계(200)는, 광을 반사를 통해 전달하는 다수의 미러들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 조사 광학계(200)는 다중층 오목 미러(210)와 조사용 미러(220)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 다중층 오목 미러(210)와 조사용 미러(220) 사이에 적어도 하나의 입사용 릴레이 미러가 더 배치될 수도 있다.
다중층 오목 미러(210)는 입사되는 광을 반사하여 집속시킬 수 있다. 다중층 오목 미러(210)는, 예컨대, 타원 미러(elliptic mirror) 또는 구면 미러(spherical mirror) 등으로 구현될 수 있다. 다중층 오목 미러(210)를 통해 광을 집속함으로써, 광의 사이즈를 ㎛ 수준으로 축소시키고, 또한, 검사 대상(2000)으로 조사되는 면적당 인텐서티를 증가시켜, 검사 대상(2000)에서 반사 및 회절된 광의 인텐서티를 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 디텍터(400)에서 인텐서티가 증가한 광을 검출할 수 있고, 영상 처리 장치(600)에서 회절 영상의 위상 복원과 초 해상도의 구현이 보다 용이할 수 있다.
다중층 오목 미러(210)는 EUV 마스크와 같이 다중 물질층 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 다중층 오목 미러(210)는 쿼츠(quartz)와 같은 낮은 열팽창 물질(Low Thermal Expansion Material: LTEM)로 형성된 기판 상에 EUV를 반사하기 위한 반사 다중층을 포함할 수 있다. 반사 다중층은, 예컨대, 몰리브덴층(Mo layer)과 실리콘층(Si layer)이 번갈아 수십 층 이상으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 그러나 반사 다중층의 물질이 전술한 물질들에 한정되는 것은 아니다.
조사용 미러(220)는 다중층 오목 미러(210)를 통해 집속된 광을 소정 입사각을 가지고 검사 대상(2000)으로 조사시킬 수 있다. 조사용 미러(220)는 평면 미러일 수 있다. 또한, 조사용 미러(220)는 다중층 오목 미러(210)와 유사하게 다중 물질층 구조를 가질 수 있다.
한편, 검사 대상(2000) 상에 입사된 광은, 검사 대상(2000)의 표면에서 반사 및/또는 회절되어 디텍터(400)로 진행할 수 있다. 일반적으로 광은 입사각과 동일한 반사각을 가지고 검사 대상(2000)에서 반사될 수 있다. 또한, 광이 검사 대상(2000)의 표면에서 반사될 때, 검사 대상(2000)의 표면 상의 패턴이나 디펙 등에 의해 회절될 수 있고, 이러한 회절된 광이 회절되지 않은 광과 간섭하여 간섭 광이 생성될 수 있다. 회절 및 간섭 광과 관련하여, 하기 디텍터(400)의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
도 1b에서, 검사 대상(2000)에서 반사된 광이 바로 디텍터(400)로 입사되는 것으로 도시되고 있으나, 실시예에 따라, 검사 대상(2000)과 디텍터(400) 사이에 적어도 하나의 출사용 릴레이 미러가 배치될 수도 있다. 검사 대상(2000)과 디텍터(400) 사이에 출사용 릴레이 미러가 배치된 경우에, 출사용 릴레이 미러에 기초하여 디텍터(400)의 배치 자유도가 증가하고, 또한, 전체 검사 장치(1000)의 구조를 콤팩트화 할 수 있다. 더 나아가, 출사용 릴레이 미러의 이동을 통해 디텍터(400)의 x-y 평면 상의 이동이 수행될 수도 있다. 출사용 릴레이 미러를 포함하는 검사 장치의 구조에 대해서는 도 7c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
참고로, 본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 사용되는 광이 EUV나 soft X-선 등과 같은 단파장 광이 아닌 경우, 실시예에 따라, 조사 광학계(200)는 렌즈를 포함할 수도 있다. 또한, 도 1b에서, 입사된 광이 검사 대상(2000)에서 반사 및 회절되고, 디텍터(400)가 반사 및 회절된 광을 검출하여 회절 영상을 생성하는 검사 장치(1000)의 구조가 도시되고 있다. 그러나 본 실시예의 검사 장치(1000)의 구조가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 검사 장치(1000)는 입사된 광이 검사 대상(2000)에서 투과 및 회절되고, 디텍터(400)가 투과 및 회절된 광을 검출하여 회절 영상을 생성하는 구조를 가질 수도 있다.
스테이지(300)는 이동 스테이지(310)와 척(320)을 포함할 수 있다. 이동 스테이지(310)는 상면에 평행한 평면 상에서 제1 방향 및 제2 방향으로 이동할 수 있고, 실시예에 따라, 이동 스테이지(310)는 평면에 수직하는 제3 방향으로도 이동할 수도 있다.
척(320)은 이동 스테이지(310) 상에 배치되고, 척(320) 상에 검사 대상(2000)이 배치되어 고정될 수 있다. 이동 스테이지(310)의 이동에 의해 척(320) 및 검사 대상(2000)은 제1 방향, 제2 방향, 및 제3 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동할 수 있다. 실시예에 따라, 척(320)이 생략되고, 이동 스테이지(310)가 척(320)의 기능을 함께할 수 있다. 그러한 경우, 검사 대상(2000)은 바로 이동 스테이지(310) 상에 배치되어 고정될 수 있다. 여기서, 검사 대상(2000)은 EUV 마스크일 수 있다. 그러나 검사 대상(2000)이 EUV 마스크에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 검사 대상(2000)은 웨이퍼나 유리 기판 등일 수도 있다.
한편, 도 1b에 도시된 바와 같이, 조사 광학계(200)와 스테이지(300)는 진공 챔버(201) 내에 배치될 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 검사 장치(1000)가 EUV와 같은 단파장 광을 검사에 이용하는 경우, EUV의 회절 영상을 생성하고 해석하기 위해, EUV의 전달 과정에서 EUV의 흡수를 최소화해야 한다. 그에 따라, 전술한 바와 같이, 조사 광학계(200)는 다중층 오목 미러(210)와 조사용 미러(220) 등으로 구성되고, 조사 광학계(200)와 검사 대상(2000)이 배치되는 스테이지(3000)는 진공 챔버(201) 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 진공 챔버(201)는 10-4 torr 이하의 압력을 가질 수 있다.
디텍터(400)는 검사 대상(2000)에서 반사 및 회절된 광을 수광하여 회절 영상(diffraction imaging)을 생성할 수 있다. 여기서, 회절 영상은, 예컨대, 회절 간섭 광(diffraction interference light, 이하, '간섭 광'이라 한다)에 의한 홀로그램(hologram)을 의미할 수 있다. 홀로그램은 간섭 광의 인텐서티와 위상 정보를 포함할 수 있다. 디텍터(400)는 예컨대, CCD(Charge Coupled Device) 카메라, 또는 CIS(CMOS Image Sensor) 카메라 등으로 구현될 수 있다. 한편, 광이 EUV이나 soft X-선과 같은 단파장 광인 경우, 디텍터(400)는 단파장 광에 특수화된 X-선 CCD 카메라일 수 있다. X-선 CCD 카메라는, 예컨대, EUV부터 X-선까지의 단파장 광을 검출할 수 있는 고해상 CCD 카메라일 수 있다.
한편, 검사 대상(2000)에 디펙이나 패턴이 없는 상태, 예컨대, 검사 대상(2000)이 단순한 다중층 평면 미러인 경우, 회절이 발생하지 않고, 따라서, 간섭 광이 생성되지 않아, 디텍터(400)는 간섭 광에 대한 홀로그램을 생성하지 않을 수도 있다. 한편, 검사 대상(2000), 예컨대 EUV 마스크에 대한 검사를 수행하기 전에, EUV 마스크 대신에 다중층 평면 거울을 척(320) 상에 배치하고, EUV를 다중층 평면 거울에 조사하여 반사된 EUV를 디텍터(400)로 검출함으로써, 검사에 이용하는 EUV의 빔의 형태나 출력 등의 특성을 측정할 수 있고, 그러한 EUV의 특성 데이터를 차후 EUV 마스크에 대한 검사에서 기준 데이터로 활용할 수 있다.
참고로, 일반적으로 홀로그램은 실물과 똑같이 입체적으로 보이도록 하는 3차원 영상에 대한 사진을 의미할 수 있다. 홀로그램은 홀로그래피의 원리를 이용하여 만들어질 수 있다. 홀로그래피의 일반적인 원리는 다음과 같다. 레이저에서 나온 광을 2개로 나눠 하나의 광은 직접 스크린으로 조사하고, 다른 하나의 광은 보고자 하는 물체에 반사시켜 스크린으로 조사한다. 이때 직접 스크린에 조사된 광을 기준 광(reference beam)이라고 하고, 물체에서 반사된 광을 물체 광(object beam)이라고 한다. 물체 광은 물체의 표면에서 반사된 광이므로 물체의 표면 각 위치에 따라 위상이 달라진다. 그에 따라, 기준 광과 물체 광이 간섭을 일으켜 간섭무늬가 스크린에 형성될 수 있다. 이러한 간섭무늬가 저장된 영상을 홀로그램이라고 한다. 일반적인 사진은 광의 세기만을 저장하나, 홀로그램은 광의 세기와 위상 정보를 저장할 수 있다.
한편, 본 실시예의 검사 장치(1000)에서는, 광을 분광기 등을 통해 처음부터 기준 광과 물체 광으로 분리하고 차후에 합친다는 개념보다는 광을 검사 대상으로 조사하고, 검사 대상에서 회절된 광, 즉 고조파(harmonic wave)와 회절되지 않은 기본파(fundamental wave) 간의 간섭 광에 의한 홀로그램을 생성할 수 있다.
도 2a를 통해 알 수 있듯이, 제1 입사광(L1)이 제1 타겟(T1)에 조사되고, 제1 입사광(L1)이 제1 타겟(T1)을 투과하여 진행할 때, 제1 타겟(T1) 상에 디펙(De) 또는 패턴 등이 존재하는 경우, 제1 입사광(L1)은 회절되어 기본파(Td0)와 회절 광들(Td1, Td2)로 분리될 수 있다. 또한, 기본파(Td0)와 회절 광들(Td1, Td2) 간에 간섭이 발생할 수 있다. 그에 따라, 오른쪽에 도시된 바와 같이, 디텍터(400)가 회절 영상으로서 제1 홀로그램(Hg1)을 생성할 수 있다. 한편, 도 2a에서, 편의상 1차와 2차의 고조파에 대한 회절 광들(Td1, Td2)만이 도시되고 있으나 실제로 그 이상의 고조파들이 존재할 수 있다.
또한, 도 2b를 통해 알 수 있듯이, 2 입사광(L2)이 제2 타겟(T2)에 조사되고, 제2 입사광(L2)이 제2 타겟(T2)에서 반사되어 진행할 때, 제2 타겟(T2) 상에 디펙(De) 또는 패턴 등이 존재하는 경우, 제2 입사광(L2)은 회절 및 반사되어 기본파(Rd0)와 회절 광들(Rd1, Rd2)로 분리될 수 있다. 또한, 기본파(Rd0)와 회절 광들(Rd1, Rd2) 간에 간섭이 발생할 수 있고, 오른쪽에 도시된 바와 같이, 디텍터(400)가 회절 영상으로서 제2 홀로그램(Hg2)을 생성할 수 있다. 도 2b에서도 편의상 1차와 2차의 고조파에 대한 회절 광들(Rd1, Rd2)만이 도시되고 있다.
디텍터 이동 장치(500)는 디텍터(400)를 3차원적으로 이동시킬 수 있다. 다시 말해서, 디텍터 이동 장치(500)는 디텍터(400)를 광의 진행 방향, 즉 광축에 해당하는 z축 상의 이동과 z축에 수직하는 x-y 평면 상에서 이동을 시킬 수 있다. 디텍터 이동 장치(500)는 디텍터(400)를 3차원적으로 이동시킴으로써, 디텍터(400)가 3차원적으로 서로 다른 위치에서 검사 대상(2000)을 촬영하여 복수의 회절 영상을 생성하도록 할 수 있다. 또한, 복수의 회절 영상에 기초하여 영상 처리 장치(600)에서, 회절 영상의 위상 복원(phase retrieval)과 초 해상도(super resolution)를 구현할 수 있다.
예컨대, 디텍터 이동 장치(500)는 위상 복원을 위해 디텍터(400)를 z축 상에서 이동시킴으로써, 디텍터(400)가 서로 다른 z축 상의 위치에서 복수의 회절 영상을 생성하도록 할 수 있다. 또한, 디텍터 이동 장치(500)는 초 해상도 구현을 위해 디텍터(400)를 x-y 평면 상에서 이동시킴으로써, 디텍터(400)가 서로 다른 x-y 평면 상의 영역에서 복수의 회절 영상을 생성하도록 할 수 있다. 여기서, x-y 평면 상의 영역은 검사 대상(2000)의 상면 상의 영역에 대응할 수 있다. 따라서, 디텍터(400)의 x-y 평면 상에서 이동은 검사 대상(2000)의 상면 상에서의 이동에 해당할 수 있다.
한편, 본 실시예의 검사 장치(1000)는, 디텍터 이동 장치(500)를 통해 디텍터(400)가 z축 및 x-y 평면 상에서 동시에 이동하면서 회절 영상을 생성하도록 할 수 있다. 다시 말해서, 디텍터(400)가, 처음에 z축 상의 제1 위치 및 x-y 평면 상의 제1 영역에서 회절 영상을 생성한다. 다음, 디텍터(400)가 디텍터 이동 장치(500)를 통해 이동하여, z축 축 상의 제2 위치 및 x-y 평면 상의 제2 영역에서 회절 영상을 생성한다. 계속해서 디텍터(400)가 디텍터 이동 장치(500)를 통해 다시 이동하여, z축 상의 제3 위치 및 x-y 평면 상의 제3 영역에서 회절 영상을 생성한다. 여기서, 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치는 z축 상에서 서로 다른 위치일 수 있다. 또한, 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역은 x-y 평면 상에서 서로 다른 위치의 영역일 수 있다. 복수의 회절 영상의 생성과 위상 복원과 초 해상도 구현에 대해서는 도 3a 내지 도 5c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
영상 처리 장치(600)는 디텍터(400)로부터의 회절 영상을 재구성하여, 검사 대상(2000)에 대한 실제 영상을 생성할 수 있다. 여기서, 회절 영상의 재구성은 회절 영상의 위상 복원과 초 해상도 구현을 의미할 수 있다. 이러한 회절 영상의 재구성은 재구성 알고리즘 또는 프로그램을 통해 자동으로 수행될 수 있다. 예컨대, 디텍터(400)로부터의 회절 영상, 예컨대 홀로그램에 대한 정보가 영상 처리 장치(600)로 입력되면, 영상 처리 장치(600) 내의 재구성 프로그램을 통해 자동으로 위상 복원과 초 해상도가 구현된 검사 대상(2000)에 대한 영상이 생성될 수 있다. 영상 처리 장치(600)는 예컨대, 재구성 프로그램을 수행하기 위한 일반 PC(Personal Computer), 워크스테이션(workstation), 슈퍼컴퓨터 등으로 구현될 수 있다.
한편, 검사 대상(2000) 대신 다중층 평면 미러가 스테이지(300) 상에 배치된 경우, 디텍터(400)에서 회절 영상, 즉 홀로그램을 생성하지 않을 수 있다. 그러한 경우, 영상 처리 장치(600)는 별도의 영상을 생성하지 않을 수도 있다. 실시예에 따라, 디텍터(400)는 다중층 평면 미러에서 반사된 광에 의한 영상을 생성하고, 영상 처리 장치(600)는 그 영상을 그대로 출력할 수도 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 검사 장치(1000)는 분석 판단 장치를 더 포함할 수 있고, 분석 판단 장치는 영상 처리 장치(600)로부터 검사 대상(2000)의 영상을 분석하여 검사 대상(2000)에 디펙이 존재하는지 또는 검사 대상(2000)이 정상인지 등을 판단할 수 있다. 또한, 분석 판단 장치는 검사 대상(2000)의 패턴의 CD 등을 계측할 수도 있다. 분석 판단 장치는 예컨대, 분석 및 판단 프로그램을 수행하기 위한 일반 PC, 워크스테이션, 슈퍼컴퓨터 등으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 분석 판단 장치는 영상 처리 장치(600)와 함께 하나의 컴퓨터 장치로 구현될 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 디텍터 이동 장치(500)를 통해 디텍터(400)가 z축 및 x-y 평면 상에서 동시에 이동하면서 회절 영상을 생성함으로써, 디텍터(400)는 z축 및 x-y 평면 상에서 서로 다른 최소한의 복수의 회절 영상을 생성할 수 있다. 또한, 최소한의 복수의 회절 영상을 기초하여 영상 처리 장치(600)가 재구성 프로그램을 이용하여 위상 복원과 초 해상도 구현을 신속하게 수행할 수 있다. 결과적으로, 본 실시예의 검사 장치(1000)는, 하드웨어(H/W)적으로 디텍터(400)에 의한 촬영 시간을 최소화할 수 있고, 또한, 소프트웨어(S/W)적으로 영상 처리 장치(600)에서 위상 복원과 초 해상도 구현의 수행 시간을 최소화할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1a 또는 도 1b의 검사 장치를 통해 회절 영상의 위상 복원 및 초 해상도를 동시에 구현하는 과정을 개략적으로 보여주는 개념도들이고, 도 4a 및 도 4b는 초 해상도를 구현을 위해 x-y 평면 상의 디텍터의 이동의 개념을 설명하기 위한 개념도들이고, 도 5a 및 5b는 도 3b의 위상 복원의 방법을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 1b를 함께 참조하여 설명하고, 도 1a 내지 도 2b에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 3a를 참조하면, 먼저, 디텍터 이동 장치(500)를 통해 디텍터(400)를 3차원적으로 이동하여 검사 대상(2000)을 촬영하여 복수의 회절 영상을 생성한다. 여기서, 3차원적인 이동은, 디텍터(400)로 입사하는 광의 광축을 z축이라고 할 때, z축및 z축에 수직하는 x-y 평면 상의 이동을 의미할 수 있다. 도 3a에서, 소스는 예컨대 광원(100)에 해당하고, 타겟은 예컨대, 검사 대상(2000)에 해당할 수 있다. 또한, 다층 이동 영상 촬영은 디텍터(400)의 3차원적 이동에 의한 촬영 및 회절 영상 생성에 대응할 수 있다.
디텍터(400)가 z축 상의 위치를 이동하면서 복수의 회절 영상을 생성하는 목적은 회절 영상의 위상 복원을 위한 것이고, x-y 평면 상에서 영역을 이동하면서 회절 영상을 생성하는 목적은 회절 영상의 초 해상도 구현을 위한 것일 수 있다. 전술한 바와 같이, 회절 영상, 예컨대, 홀로그램에는 인텐서티와 위상 정보가 함께 포함될 수 있다.
보통 CCD와 같은 디텍터는 단일 픽셀이 얼마나 작은 영역을 촬영하는지 여부가 직접적으로 해상도의 한계를 결정짓게 된다. 따라서, 픽셀 단위의 해상도 한계를 넘은 영상(imaging)을 원할 경우, 초 해상도 기법의 도입이 필수적이다. 디텍터의 픽셀 크기로 인한 신호의 해상도 한계를 극복하기 위해, 본 실시예의 검사 장치(1000)에서는 초 해상도 기법으로서, 디텍터나 광원을 수평 방향으로 한 픽셀의 폭보다 작은 거리를 이동하면서 여러 장 촬영해서 한 픽셀의 해상도를 높이는 방식인 PSR(Pixel Super Resolution) 기법을 사용한다. PSR 기법을 이용하는 경우, n배의 해상도 향상을 위해 n2 번 이상의 영상 촬영 및 그에 따른 n2 장 이상의 회절 영상이 필요할 수 있다.
한편, 디텍터나 광원의 수평 방향의 이동 간격은 픽셀 폭보다 작아야 하므로 픽셀 폭의 정수배가 아니어야 하고, 향상시키고자 하는 해상도의 배율이 n배라고 했을 때, (픽셀 폭)/n의 간격의 이동이 가장 효과적인 수평 방향의 이동일 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 동일한 해상도를 가지고 2배의 확대 영상을 생성하고자 하는 경우, 즉, 해상도를 2배 향상시키고자 하는 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 하나의 픽셀 폭(Pw)의 1/2, 즉 Pw/2 간격씩 이동하면서 4장의 회절 영상을 획득하는 것이 가장 효과적일 수 있다. 한편, Pw/2 간격씩 한 방향으로 2번 이상 이동하게 되면, 처음의 제1 영역(xy0)을 벗어나게 되므로 PSR 기법에 이용될 수 없다. 따라서, 처음 제1 영역(xy0)에서 촬영 후, x축으로 이동하여 제2 영역(xy1)에서, 다음, y축으로 이동하여 제3 영역(xy2)에서, 그리고 (-)축으로 이동하여 제4 영역(xy3)에서, 촬영하여 4장의 회절 영상을 생성하는 식으로 수평 방향의 이동이 진행할 수 있다.
한편, 본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 디텍터나 광원의 수평 방향의 이동이 직선 이동에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 디텍터나 광원의 수평 방향의 이동은 회전 등을 통한 곡선 이동에 의해 구현될 수도 있다.
도 4b는 픽셀 9개를 포함하는 영역에 대하여, 수평 이동에 대하여 보여주고 있는데, 픽셀 1개일 때와 방법은 실질적으로 동일할 수 있다. 예컨대, 2배의 해상도를 향상시키고자 하는 경우, 픽셀 폭의 1/2씩 디텍터(400)를 이동하면서 촬영하여 4장의 회절 영상을 생성하면 된다.
본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 수평 방향의 이동은 디텍터(400)만의 이동만으로 제한될 수 있다. 다시 말해서, 본 실시예의 검사 장치(1000)에서는, 광원(100)의 수평 방향 이동은 수행되지 않을 수 있다. 이는 조사 광학계(200)의 다중층 오목 미러(210) 등의 존재로 인해, 광원(100)의 수평 방향의 이동이 정밀하게 제어되기 힘들기 때문일 수 있다.
한편, 회절 영상의 위상 복원을 위해서는 광의 진행 방향의 정보가 여럿 필요하다. 예컨대, 위상을 복원을 위해 디텍터(400)에 수직인 방향, 즉 디텍터(400)로 입사되는 광의 광축 방향으로 위치를 이동하면서 m(m ≥ 2)번 촬영 및 그에 따른 m 장의 회절 영상을 생성하고, m 장의 회절 영상을 이용하여 위상을 복원하는 방식이 주로 사용될 수 있다. 통상 4번 내지 8번의 수직 방향의 촬영이 필요할 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000)에서는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 디텍터(400)는, z축 및 x-y 평면 상에서 동시에 이동하면서 복수의 회절 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, 위상 복원을 위해 z축 상에서 4번의 촬영과 2배의 해상도 향상을 위해 x-y 평면 상에서 4개 영역에서 촬영하는 경우, 처음, 디텍터(400)는 z축 상의 제1 위치(z0), 및 x-y 평면 상의 제1 영역(xy0)에서 검사 대상(2000)을 촬영하여 제1 회절 영상(A0)을 생성할 수 있다. 다음, 디텍터 이동 장치(500)를 통해 디텍터(400)는 z축 상의 제2 위치(z1), 및 x-y 평면 상의 제2 영역(xy1)으로 이동하여 검사 대상(2000)을 촬영하여 제2 회절 영상(A1)을 생성할 수 있다. 계속해서, 디텍터(400)는 z축 상의 제3 위치(z2), 및 x-y 평면 상의 제3 영역(xy2)에서 제3 회절 영상(A2)을 생성하고, z축 상의 제4 위치(z3), 및 x-y 평면 상의 제4 영역(xy3)에서 제4 회절 영상(A3)을 생성할 수 있다. 여기서, 제1 위치 내지 제4 위치(z0 ~ z3)는 z축 상에서 서로 다른 위치이고, 제1 영역 내지 제4 영역(xy0 ~ xy3)은 x-y 평면 상에서 서로 다른 위치의 영역일 수 있다.
도 3a에서, z축 상의 하나의 위치에 대응하여 x-y 평면 상의 하나의 영역에서 회절 영상을 생성하는 식으로 진행되나, 회절 영상의 생성이 방법이 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, z축 상의 하나의 위치에 대응하여 x-y 평면 상에서 복수 영역에서 회절 영상을 생성할 수도 있다. 여기서, x-y 평면 상의 복수 영역은 서로 다른 위치의 영역일 수 있다.
z축 및 x-y 평면 상에서 동시 이동 및 그에 따른 복수의 회절 영상 생성 방법을 좀더 일반화하면, 위상 복원을 위해 z축 상의 m(m은 2 이상의 정수) 개의 서로 다른 위치, 및 n(n은 2 이상의 정수)배의 해상도의 향상을 위해 x-y 평면 상의 n2 개의 서로 다른 영역들에서 회절 영상을 생성하는 경우, m과 n2이 동일한 경우, z축 상의 각각의 위치에 대응하여 x-y 평면 상의 하나의 영역에서 회절 영상을 생성할 수 있다.
한편, m이 n2보다 작은 경우, z축 상의 각각의 위치에 대응하여 x-y 평면 상의 하나 이상의 영역에서 회절 영상을 생성할 수 있다. 예컨대, m이 4이고 n이 3인 경우를 고려하면, z축 상의 제1 위치(z0)에 대응하여 x-y 평면 상의 제1, 및 제3 영역(xy0, xy2)에서 회절 영상을 생성하고, z축 상의 제2 위치(z1)에 대응하여 x-y 평면 상의 제4, 및 제6 영역(xy3, xy5)에서 회절 영상을 생성하며, z축 상의 제3 위치(z2)에 대응하여 x-y 평면 상의 제7, 및 제9 영역(xy6, xy8)에서 회절 영상을 생성하며, 축 상의 제4 위치(z3)에 대응하여 x-y 평면 상의 제2, 제5, 및 제8 영역(xy1, xy4, xy7)에서 회절 영상을 생성하는 식으로 진행할 수 있다.
또한, m이 n2보다 큰 경우, z축 상의 적어도 한 위치에 대응하여 x-y 평면 상의 회절 영상을 생성하지 않을 수도 있다.
한편, 도 3a에서, 제1 영역 내지 제4 영역(xy0 ~ xy3) 각각이 픽셀에 대응한다고 할 때, x-y 평면 상의 이동이 하나의 픽셀 폭만큼 이동된 것으로 도시되고 있는데, 이는 도시의 편의를 위한 것이고, 실제로 x-y 평면 상의 이동은 도 4a와 같이 픽셀 폭의 1/2만큼씩 이루어질 수 있다. 덧붙여, 복수의 회절 영상을 생성하는 단계에서는, 회절 영상이 생성될 때의 z축 상의 위치 또는 상대적 높이 차이, 및 x-y 평면 상에서의 영역 위치 또는 상대적인 위치 차이를 영상 처리 방법으로 추정하거나 정밀한 하드웨어(H/W) 인코더 등으로부터 직접 측정하여 획득할 수 있다. 본 실시예의 검사 장치(1000)에서는, 예컨대, 하드웨어 인코더로 회절 영상의 z축 및 x-y 평면 상의 위치 정보를 획득할 수 있다. 그러나 z축 및 x-y 평면 상의 위치 정보의 획득이 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 소벨 에지 검출법(Sobel Edge Detection Method)을 통한 자동-포커스(auto-focus) 방식으로 z축 위치를 계산하거나, 또는 영상 간 상호 상관(cross correlation)을 통해 x-y 평면 상의 위치를 계산할 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 디텍터(400)의 이동을 통해 z축 및 x-y 평면 상에서 서로 다른 복수의 회절 영상을 획득한 후, 회절 영상의 위상 복원을 수행한다. 예컨대, 사전에 획득한 z축 상의 위치 정보를 바탕으로 다중(multi)-영상 기반 위상 복원 알고리즘을 이용하여 각 회절 영상의 위상 정보를 복원할 수 있다. 본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 영상 기반 위상 복원 알고리즘으로서, Gerchberg-Saxton 알고리즘을 이용할 수 있다. 그러나 본 실시예의 검사 장치(1000)에서 이용하는 영상 기반 위상 복원 알고리즘이 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 검사 장치(1000)는 공개된 모든 영상 기반 위상 복원 알고리즘을 이용할 수 있다.
한편, 회절 영상의 위상 복원은 도 5a에 도시된 바와 같이, z축 상에 일렬이 되도록 회절 영상들을 통합적으로 정렬시킨(align) 후 광학장 전파 반복(propagation iteration) 수행을 통해 위상을 수렴시키고 원래의 위치로 이동시키는 방식으로 수행할 수 있다. 또한, 회절 영상의 위상 복원은, 도 5b에 도시된 바와 같이, 매 전파 반복마다 회절 영상을 일일이 인접하는 회절 영상의 x-y 평면 상의 해당 위치로 이동시켜(shift) 전파 반복 수행을 통해 위상을 수렴시키는 방식으로 수행할 수도 있다. 본 실시예의 검사 장치(1000)에서는 계산 속도에서 좀더 유리한 통합적으로 정렬시킨 후, 전파 반복 수행을 통해 위상 수렴을 시키는 방식으로 진행할 수 있다. 그러나 위상 복원의 수행 방법은 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 매 전파 반복마다 회절 영상을 일일이 이동하면서 전파 반복 수행을 통해 위상을 수렴시키는 식으로 진행할 수도 있다.
한편, 수렴 조건은 반복 수행 사이에 위상 추정치의 차이가 일정 값(ε) 이하가 되도록 설정하는 것이 대표적이다. 그러나 그에 한정되지 않고 수렴 조건은 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, Gerchberg-Saxton 알고리즘의 경우, 수렴시키기 위한 다양한 최소화(minimization) 기법이 활용될 수 있다. 덧붙여, 반복 수행 방법을 통한 위상 수렴에서, 각 평면에서 기록된 회절 영상의 세기가 위상 복원을 위한 구속조건으로 작용하여 복소 위상을 수렴시키게 된다. 참고로, 도 3b의 최하단의 Ai가 위상 복원된 회절 영상의 광학장을 의미하고, 회절 영상의 광학장(Ai)은 절대값으로 표시된 진폭(amplitude) 부분과 허수를 지수로 갖는 지수 함수(exponential)로 표시된 위상 부분을 포함할 수 있다.
이때 x-y 평면 상에서 회절 영상의 세기를 기록할 시에 한 픽셀보다 작은 간격의 이동이 존재할 경우, PSR 원리에 의해 저주파 신호에 앨리어싱(aliasing) 된 고주파 신호를 위치에 따른 차이로 분해할 수 있는데, 수렴이나 기타 위상 복원 방법을 통해 획득한 위상 정보에 이 앨리어싱 된 고주파 신호까지 수렴을 통해 근사시킬 수 있다. 여기서, 앨리어싱은 샘플링에서 샘플링 주파수가 신호의 최대 주파수의 2배보다 낮은 경우, 인접한 스팩트럼이 겹쳐서 출력이 왜곡되는 현상을 의미한다.
도 3c를 참조하면, 도 3b의 위상 복원 단계에서 복원한 각 회절 영상의 위상 정보와 사전에 획득한 z축 상의 위치 정보를 바탕으로, z축 상의 모든 위치별 회절 영상을 하나의 x-y 평면, 즉, 동일한 z축 값을 갖는 x-y 평면 상으로 파면 전파(wavefront propagation) 계산을 수행한다. 앞선 반복 수행의 과정에서 사전 통합 이동(translate)을 통해서 z축 상으로 정렬시킨 경우, 원래의 x-y 평면 상의 위치로 이동(shift)시켜 복구한 후 파면 전파를 수행할 수 있다. 만일 사전 통합 이동을 수행하지 않고 일일이 이동을 통해 위상 수렴을 진행했다면, 별도의 사후 복구 작업 없이 파면 전파를 수행할 수 있다.
이렇게 파면 전파를 통해 z축 상의 모든 위치별 회절 영상으로부터 동일 x-y 평면 상의 광학장의 정보를 계산하면, 계산된 x-y 평면 상의 파면(wavefront) 값과 사전 획득한 x-y 평면 상의 위치 정보를 이용해 초 해상도의 픽셀 합성을 수행할 수 있다. 본 실시예의 검사 장치(1000)에서, 초 해상도의 픽셀 합성 방법은 최근접 픽셀 격자(nearest-neighbor pixel grid) 할당 방식을 사용할 수 있다. 그러나 초 해상도의 픽셀 합성 방법이 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 검사 장치(1000)는 공개된 여러 다른 알고리즘을 이용하여 초 해상도의 픽셀 합성을 수행할 수 있음은 물론이다.
도 6a 내지 도 6d는 위상 복원과 초 해상도의 구현의 효과를 보여주는 사진들이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 도 6a의 사진은 한 번의 촬영만으로 생성한 회절 영상으로, 위상 복원 및 초 해상도 구현이 되지 않아, 배경에 노이즈가 많고, 해상도도 높이 않아 미세 선폭들이 구분되지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 6b의 사진은, z축 상의 위치만을 이동하여 촬영하여 생성한 회절 영상 4장을 기초로 위상을 복원하여 노이즈를 제거한 경우이다. 즉, 위상은 복원되었으나 x-y 평면 상의 이동 정보가 없어서 해상도 향상은 구현되지 않고 있는 경우이다. 도 6b의 사진에서, 배경에서 노이즈는 거의 제거되고 있으나 해상도가 높지 않아 여전히 미세 선폭들이 구분되지 않음을 알 수 있다.
도 6c의 사진은, 2배 해상도 증가를 위해 x-y 평면 상에서 이동하여 촬영하여 생성한 4장의 회절 영상을 기초로 PSR 계산을 통해 해상도를 구현한 경우이다. 즉, 해상도는 증가하였으나 z축 상의 이동 정보가 없어 위상 복원은 되지 않고 있는 경우이다. 도 6c의 사진에서, 해상도가 증가하여 미세 선폭들은 구분되나, 위상 복원이 이루어지지 않아 배경 노이즈가 여전히 남아있는 것을 알 수 있다.
도 6d의 사진은, 본 실시예의 검사 장치(1000)를 통해, z축 및 x-y 평면 상에서 이동하여 촬영하여 생성한 4장의 회절 영상을 기초로 위상 복원과 초 해상도를 동시에 구현한 경우이다. 도 6d에서 확인할 수 있는 바와 같이, 위상이 복원되어 배경 노이즈가 완전히 제거되고, 또한, 해상도가 개선되어 미세 선폭들이 확실하게 구분되는 것을 확인할 수 있다.
참고로, z축 상의 위치 각각에서 해상도 향상을 위한 x-y 평면 상의 이동을 모두 수행하는 방법을 고려해 볼 수 있는데, 그러한 방법의 경우, 초 해상도 영상 합성을 위해 단일 x-y 평면의 회절 영상들 모두를 처리하고, 또한 그렇게 초 해상도 처리한 각 x-y 평면 상의 회절 영상들의 z축 상의 위치 정보를 활용해 위상 복원을 수행하게 되므로, 연산 효율이 크게 떨어질 수 있다. 위상 복원을 위해 z 축 상의 m개 위치, 및 n배의 해상도 향상을 위한 x-y 평면 상에서 n2 개의 영역에서 회절 영상을 생성하는 경우에, 본 실시예의 검사 장치(1000)를 통해 위상 복원과 초 해상도를 동시에 구현한 방법과 전술한 방법을 수치상으로 비교해 보면, 촬영에 수행되는 시간은 1/m 배로 줄일 수 있고, 또한, 위상 복원 및 해상도 향상을 위한 연산 수행 시간을 1/n2 배 단축할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예들에 따른 CDI 기반 검사 장치에 대한 구성도 및 개념도들이고, 도 7d는 도 7c의 검사 장치에서 출사용 릴레이 미러를 이용하여 디텍터의 x-y 평면 상의 이동을 구현하는 방법을 보여준다. 도 1a 내지 도 5b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 7a를 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(1000a)는, 디텍터(400a) 부분에서, 도 1a의 검사 장치(1000)와 다를 수 있다. 즉, 본 실시예의 검사 장치(1000a)는, 별도의 영상 처리 장치를 포함하지 않고, 디텍터(400a)가 영상 처리부(420)를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 디텍터(400a)가 영상 처리부(420)를 통해 회절 영상의 위상 복원과 초 해상도 구현을 수행할 수 있다. 덧붙여, 실시예에 따라, 본 실시예의 검사 장치(1000a)의 디텍터(400a)는 분석 판단부를 더 포함할 수도 있다. 예컨대, 디텍터(400a)는 CCD 카메라와 영상 처리부(420) 및/또는 분석 판단부가 함께 내장된 하드웨어 장치 형태로 구현될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(1000b)는, 조사 광학계(200a)가 핀-홀 플레이트(230, pin-hole plate)를 더 포함한다는 측면에서, 도 1b의 검사 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 검사 장치(1000b)에서, 조사 광학계(200a)는 조사용 미러(220)와 검사 대상(2000) 사이에 배치된 핀-홀 플레이트(230)를 포함하고, 핀-홀 플레이트(230)를 이용하여 검사 대상(2000)으로 조사되는 광의 사이즈를 조절할 수 있다. 다시 말해서, 조사용 미러(220)로부터 반사된 광이 핀-홀 플레이트(230)의 핀-홀을 통과하면서 사이즈가 축소되어 검사 대상(2000)으로 입사됨으로써, 검사 대상(2000)의 표면 상에서 광의 사이즈가 감소할 수 있다. 한편, 본 실시예의 검사 장치(1000b)에서, 핀-홀 플레이트(230)가 조사용 미러(220)와 검사 대상(2000) 사이에 배치되고 있으나, 핀-홀 플레이트(230)의 배치 위치가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 검사 대상(2000)의 표면 상의 광의 사이즈의 조절이 가능하면, 핀-홀 플레이트(230)는 조사 광학계(200a) 내의 어느 곳에도 배치될 수 있다.
도 7c 및 도 7d를 참조하면, 본 실시예의 검사 장치(1000c)는, 조사 광학계(200b)가 출사용 릴레이 미러(240)를 더 포함한다는 측면에서, 도 1b의 검사 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 검사 장치(1000c)에서, 조사 광학계(200b)는 검사 대상(2000)과 디텍터(400) 사이에 배치된 출사용 릴레이 미러(240)를 포함하고, 출사용 릴레이 미러(240)를 이용하여 검사 대상(2000)에서 반사 및 회절된 광을 디텍터(400)로 입사시킬 수 있다.
본 실시예의 검사 장치(1000c)는 출사용 릴레이 미러(240)를 포함함으로써, 출사용 릴레이 미러(240)에 기초하여 디텍터(400)의 배치 자유도를 증가시킬 수 있다. 또한, 출사용 릴레이 미러(240)를 이용하여 디텍터(400)의 배치 위치를 자유롭게 조절함으로써, 전체 검사 장치(1000c)의 구조를 콤팩트화 할 수 있다. 더 나아가, 출사용 릴레이 미러(240)의 이동을 통해 디텍터(400)의 x-y 평면 상의 이동을 구현할 수도 있다.
구체적으로, 도 7d를 통해 알 수 있듯이, 디텍터(400)로 입사하는 광의 광축을 z축이라 하고 할 때, z축에 수직하는 x-y 평면 상의 디텍터(400)의 이동은 출사용 릴레이 미러(240)의 이동을 통해 구현될 수 있다. 다시 말해서, 출사용 릴레이 미러(240)를 굵은 화살표로 표시된 방향으로 이동시키게 되면, 얇은 화살표로 표시된 바와 같이 디텍터 이동 장치(500)를 통해 디텍터(400)를 x-y 평면 상에서 이동시키는 것과 동일한 효과를 가져올 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 EUV PSM(Phase Shift Mask)에 대한 단면도들이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, EUV가 대부분의 물질에서 흡수되는 성질로 인해, EUV 리소그라피 공정에서는 마스크를 반사형 광학계로 제작한다. EUV 마스크는 크게 바이너리 마스크와 PSM(Phase Shift Mask)로 구분될 수 있다. 바이너리 마스크의 경우 반사가 되는 부분을 다중층 구조로 만들게 되는데, 반사율은 현재 거의 포화 상태에 와 있고, 또한 패턴과 패턴 사이에서 발생하는 회절로 인해 첨예도(sharpness)가 많이 떨어진다. 반면에 PSM의 경우, 발생하는 위상 차이가 보강/상쇄 간섭을 만들어 상대적으로 첨예도가 향상될 수 있다. 따라서 보다 효율적이고 세밀한 EUV 리소그라피 공정을 위해서 바이너리 마스크가 PSM으로 대체할 필요성이 있다.
한편, PSM의 경우, 여러 가지 형태로 제작될 수 있다. 예컨대, 도 8a의 PSM(2000a)의 경우, 기판(2001) 상에 제1 다중층(2100)과 제2 다중층(2200)을 형성한 PSM 구조로서, 제2 다중층(2200)의 두께에 따라 제1 다중층(2100)에서 반사된 광(R1)과 제2 다중층(2200)에서 반사된 광(R2) 사이의 위상 차이(△φ)가 발생할 수 있다. 여기서, 기판(2001)은 쿼츠와 같은 낮은 열팽창 물질로 형성되고, 제1 다중층(2100)과 제2 다중층(2200)은, 몰리브덴층(Mo layer)과 실리콘층(Si layer)이 번갈아 수십 층 이상으로 적층된 반사 다중층 구조를 가질 수 있다.
도 8b의 PSM(2000b)의 경우, 제1 다중층(2100) 전면 상에 식각 정지층(2150, Etching Stop Layer: ESL)이 더 배치된다는 점에서, 도 8a의 PSM(2000a)과 다를 수 있다. 이와 같이, 식각 정지층(2150)이 형성됨으로써, 제1 다중층(2100)에서의 반사 효율 및 위상 차이(△φ)에 변경될 수 있다.
도 8c의 PSM(2000c)의 경우, 도 8b의 PSM(2000b)과 유사하나, 식각 정지층(2150a)이 제2 다중층(2200) 하면에만 형성된다는 점에서, 도 8b의 PSM(2000b)과 다를 수 있다. 식각 정지층(2150a)의 형태가 변경됨으로써, 역시, 제1 다중층(2100)에서의 반사 효율 및 위상 차이(△φ)가 변경될 수 있다.
그러나 계산을 통해 소정 위상 차이를 갖는 EUV PSM을 디자인한다고 하더라도, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이 PSM의 형태가 여러 가지일 뿐만 아니라 제작 시에 계산과 차이가 발생할 수 있으므로, EUV 리소그라피 공정에 쓰이는 EUV 광에 의해 실제로 얻어지는 위상 차이를 측정하는 과정이 필수적일 수 있다.
본 실시예들의 검사 장치들(1000, 1000a ~ 1000c)의 경우, 디텍터(400)의 z축 및 x-y 평면 상의 동시 이동을 통해 EUV 마스크에 대한 복수의 회절 영상을 생성하고, 회절 영상에 대한 위상 복원과 초 해상도를 동시에 구현할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예들의 검사 장치들(1000, 1000a ~ 1000c)은, EUV 마스크의 CD 계측과 같은 구조 평가뿐만 아니라 EUV 마스크에서의 디펙 검출이나 CD 등의 계측과 같은 응용이 가능하고, 또한, PSM을 실제 리소그라피 공정에 투입하기 전에 PSM에게서 발생하는 위상 차이를 계산하여 PSM의 정상 여부를 확인함으로써, 공정 리스크에 대응할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 기반 검사 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1b, 및 도 3a 내지 도 3b를 함께 참조하여 설명하고, 도 1a 내지 도 8c의 설명 부분에서 이미 설명한 내용을 간단히 설명하거나 생략한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 CDI 기반 검사 방법(이하, 간단히 '검사 방법'이라 한다)은, 먼저 디텍터(400)에서 검사 대상(2000)에 대한 복수의 회절 영상을 획득한다(S110). 복수의 회절 영상을 획득하는 단계(S110)는, 디텍터 이동 장치(500)를 통해 디텍터(400)를 z축 및 x-y 평면 상에서 동시에 이동시키면서 촬영을 하여 복수의 회절 영상을 생성함으로써 이루어질 수 있고, 앞서 도 3a의 과정에 대응할 수 있다. 한편, 본 실시예의 검사 방법에서, 이용하는 광은 EUV이고, 검사 대상(2000)는 EUV 마스크일 수 있으며, 조사 광학계(200)는 EUV을 전달하기 위해 다중층 오목 미러(210)와 조사용 미러(220)를 포함할 수 있다. 물론, 광의 종류, 검사 대상(2000)의 종류, 및 조사 광학계(200)의 구성이 상기 내용에 한정되는 것은 아니다. 복수의 회절 영상을 획득하는 단계(S110)에 대해서는, 도 10a의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
다음, 복수의 회절 영상을 이용하여 회절 영상의 위상 복원을 수행한다(S130). 위상 복원을 수행하는 단계(S130)는 사전에 획득한 z축 상의 위치 정보를 바탕으로 다중-영상 기반 위상 복원 알고리즘을 이용하여 이루어질 수 있고, 앞서 도 3b의 과정에 대응할 수 있다. 본 실시예의 검사 방법에서, 영상 기반 위상 복원 알고리즘으로서, Gerchberg-Saxton 알고리즘을 이용할 수 있다. 그러나 본 실시예의 검사 방법에서 이용하는 영상 기반 위상 복원 알고리즘이 Gerchberg-Saxton 알고리즘에 한정되는 것은 아니다.
이후, 위상 복원된 회절 영상에 대하여 초 해상도를 구현 한다(S150). 초 해상도를 구현하는 단계(S150)는 복원된 회절 영상의 위상 정보와 z축 상의 위치 정보를 기초로, z축 상의 모든 위치별 회절 영상을 z축 상의 동일 위치의 x-y 평면으로 파면 전파 계산을 수행하고, 계산된 x-y 평면상의 파면 값과 x-y 평면 상의 위치 정보를 이용하여 초 해상도의 픽셀 합성을 수행하는 식으로 진행할 수 있다. 초 해상도를 구현하는 단계(S150)는 도 3c의 과정에 대응할 수 있고, 좀더 구체적인 내용은 도 10b의 설명 부분에서 설명한다.
덧붙여, 본 실시예의 검사 방법에서, 위상을 복원하는 단계(130)와 초 해상도를 구현하는 단계(S150)의 순서는 바뀔 수 있다. 더 나아가, 본 실시예의 검사 방법에서, 위상을 복원하는 단계(130)와 초 해상도를 구현하는 단계(S150)는 동시에 수행될 수도 있다.
도 10a 및 도 10b는 각각, 도 9의 검사 방법에서, 복수의 회절 영상을 생성하는 단계와 회절 영상의 초 해상도를 구현하는 단계를 좀더 구체적으로 보여주는 흐름도들이다. 도 1b, 및 도 3a 내지 도 3b를 함께 참조하여 설명하고, 도 9의 설명 부분에서 이미 설명한 내용을 간단히 설명하거나 생략한다.
도 10a를 참조하면, 복수의 회절 영상을 생성하는 단계(S110)는, 먼저 광을 조사 광학계(200)를 이용하여 검사 대상(2000)에 입사시킨다(S111). 좀더 구체적으로, 광원(100)으로부터의 광을 다중층 오목 미러(210)를 이용하여 집속하여 조사용 미러(220)으로 전달하고, 조사용 미러(220)는 집속된 광을 소정 입사각을 가지고 검사 대상(2000)으로 입사시킬 수 있다.
다음, 검사 대상(2000)의 표면에서 반사 및 회절된 광을 디텍터(400)에서 수광하여 회절 영상을 생성한다(S113). 디텍터(400)는 디텍터 이동 장치(500)에 의해 z축 및 x-y 평면 상에서 이동가능하고, 여기서, z축은 디텍터(400)의 수직 방향, 즉, 반사된 광이 진행하는 광축에 해당하는 방향에 해당하고, x-y 평면은 z축에 수직하는 평면일 수 있다. 디텍터(400)에서 회절 영상의 생성은, 디텍터(400)의 z축 상의 특정 위치, 및 x-y 평면 상의 특정 영역에서 수행될 수 있다.
이후, 회절 영상에 대한 x-y 평면 및 z축 상의 위치 정보를 저장한다(S115). x-y 평면 및 z축 상의 위치 정보는 영상 처리 방법으로 추정하거나 정밀한 하드웨어 인코더 등으로부터 직접 측정하여 저장 매체에 저장할 수 있다.
다음, 회절 영상을 추가 생성할 것인지 판단한다(S117), 추가 생성을 하는 경우(Yes), 디텍터(400)의 위치를 이동시킨다(S119). 디텍터(400)의 위치는 디텍터 이동 장치(500)를 통해 z축 및 x-y 평면 상에서 동시에 이동될 수 있다. 그러나 실시예에 따라, x-y 평면 상에서만 디텍터(400)의 위치가 이동될 수도 있다. 디텍터(400)의 위치 이동 후, 검사 대상(2000)에 입사시키는 단계(S111)로 진행하여 이후의 과정을 반복한다.
회절 영상의 추가 생성 여부는 설정된 판단 기준에 따라 결정될 수 있고, 판단 기준은 위상 복원을 위해 필요한 z축 상의 서로 다른 회절 영상의 개수, 및 몇 배의 해상도의 증가가 요구되는가에 따라 설정될 수 있다.
한편, 추가 생성을 하지 않는 경우(No), 복수의 회절 영상을 생성하는 단계(S110)를 완료하고, 회절 영상의 위상을 복원하는 단계(S130)으로 진행한다.
도 10b를 참조하면, 회절 영상의 초 해상도를 구현하는 단계(S13)는, 먼저 z축 상의 동일 위치의 x-y 평면으로 파면 전파 계산을 수행한다(S152). 구체적으로, 회절 영상의 위상을 복원하는 단계(S130)에서 복원한 각 회절 영상의 위상 정보와 사전에 획득한 z축 상의 위치 정보를 바탕으로, z축 상의 모든 위치별 회절 영상을 하나의 x-y 평면, 즉, 동일한 z축 값을 갖는 x-y 평면 상으로 파면 전파 계산을 수행한다. 앞선 반복 수행의 과정에서 사전 통합 이동을 통해서 z축 상으로 정렬시킨 경우, 원래의 x-y 평면 상의 위치로 이동시켜 복구한 후 파면 전파를 수행할 수 있고, 만일 사전 통합 이동을 수행하지 않고 일일이 이동을 통해 위상 수렴을 진행했다면, 별도의 사후 복구 작업 없이 파면 전파를 수행할 수 있다.
다음, x-y 평면 상의 파면 값과 x-y 평면 상의 위치 정보를 이용하여 초 해상도 픽셀 합성을 수행한다(S154). 본 실시예의 검사 방법에서, 초 해상도의 픽셀 합성 방법은 최근접 픽셀 격자 할당 방식을 사용할 수 있다. 그러나 초 해상도의 픽셀 합성 방법이 그에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 기반 검사 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 7b를 함께 참조하여 설명하고, 도 9 내지 도 10b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 CDI 기반 검사 방법(이하, 간단히 '검사 방법'이라 한다)은 먼저, 광의 사이즈 조절이 필요한지 판단한다(S101). 여기서, 광은 예컨대, EUV일 수 있다. 그러나 광이 EUV에 한정되는 것은 아니다. 광의 사이즈 조절이 필요한 경우(Yes), 조사 광학계(200a)에 핀-홀 플레이트(230)를 배치하여 핀-홀을 통해 광의 사이즈를 조절한다(S103). 핀-홀을 통한 광의 사이즈 조절 후, 광의 빔 형태 및 출력을 측정하는 단계(S105)로 진행한다. 광의 사이즈 조절이 불필요한 경우(No), 바로 광의 빔 형태 및 출력을 측정하는 단계(S105)로 진행한다.
다음, 다중층 평면 거울을 이용하여 광의 빔 형태 및 출력을 측정한다(S105). 다중층 평면 거울은 검사 대상(2000) 대신 스테이지(300)의 척(320) 상에 배치될 수 있고, 광, 예컨대 EUV를 다중층 평면 거울에 조사하고, 반사된 EUV를 디텍터(400)에서 검출함으로써, EUV의 빔 형태 및 출력 등을 측정할 수 있다.
광의 빔 형태 및 출력을 측정하는 단계(S105) 이후 복수의 회절 영상을 생성하는 단계(S110)로 진행하여 그 이후의 단계들(S130, S150)을 수행한다. 복수의 회절 영상을 생성하는 단계(S110) 및 그 이후의 단계들(S130, S150)에 대해서는 도 9의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 한편, 복수의 회절 영상을 생성하는 단계(S110) 전에, 앞서 다중층 평면 거울을 검사 대상(2000)으로 교체하는 과정이 선행될 수 있다.
실시예에 따라, 광의 빔 형태 및 출력 측정을 하는 단계(S105)는 생략될 수 있다. 만약, 광의 사이즈 조절하는 단계(S103)와 광의 빔 형태 및 출력 측정을 하는 단계(S105) 둘 다가 생략되는 경우, 본 실시예의 검사 방법은 도 9의 검사 방법과 실질적으로 동일할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: EUV 광원, 200, 200a, 200b: 조사 광학계, 201: 진공 챔버, 210: 다중층 오목 미러, 220: 조사용 미러, 230: 핀-홀 플레이트, 240: 출사용 릴레이 미러, 300: 스테이지, 310: 이동 스테이지, 320: 척, 400, 400a: 디텍터, 420: 영상 처리부, 500: 디텍터 이동 장치, 600: 영상 처리 장치, 1000, 1000a ~ 1000c: 검사 장치, 2000: 검사 대상, 2000a ~ 2000c: PSM

Claims (20)

  1. 광을 생성하여 출력하는 광원;
    검사 대상이 배치되는 스테이지;
    상기 광원으로부터의 광을 상기 검사 대상으로 조사시키는 조사 광학계;
    상기 검사 대상에서 회절된 광을 수광하여 회절 영상(diffraction imaging)을 생성하는 디텍터; 및
    상기 디텍터를 상기 광의 광축에 해당하는 z축과 상기 z축에 수직하는 x-y 평면 상에서 이동시키는 디텍터 이동 장치;를 포함하고,
    상기 디텍터 이동 장치를 통해 상기 디텍터가 상기 x-y 평면 및 z축 상에서 이동하여, 상기 검사 대상에 대하여 상기 디텍터가 상기 x-y 평면 및 z축 상의 위치를 서로 달리하여 복수의 상기 회절 영상을 생성하고, 회절 영상의 위상 복원(phase retrieval) 및 초 해상도(super resolution)를 동시에 구현한, CDI 기반 검사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 디텍터는, 상기 위상 복원을 위해 상기 z축 상의 m(m은 2 이상의 정수) 개의 서로 다른 위치, 및 n(n은 2 이상의 정수)배의 해상도의 향상을 위해 상기 x-y 평면 상의 n2 개 이상의 서로 다른 영역들에서 상기 회절 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 x-y 평면 상에서 n2 개의 서로 다른 영역들에서 상기 회절 영상을 생성할 때,
    상기 n2 개의 영역들은 하나의 픽셀에 대하여, 상기 x-y 평면 상에서, x축 또는 y축으로 상기 픽셀의 폭의 1/n만큼 이동된 영역들을 포함하고,
    상기 m과 n2이 동일한 경우, 상기 z축 상의 각각의 위치에 대응하여 상기 x-y 평면 상의 하나의 영역에서 회절 영상을 생성하며,
    상기 m이 n2보다 작은 경우, 상기 z축 상의 각각의 위치에 대응하여 상기 x-y 평면 상의 하나 이상의 영역에서 회절 영상을 생성하며,
    상기 m이 n2보다 큰 경우, 상기 z축 상의 적어도 한 위치에 대응하여 상기 x-y 평면 상의 회절 영상을 생성하지 않는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 x-y 평면 상의 이동은 직선 이동을 통해 이루어지거나 또는 곡선 이동을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 z축 상의 위치 정보를 기초로 하여 다중-영상 기반 위상 복원 알고리즘을 이용하여 위상 정보를 복원하되, 상기 z축 상에 일렬이 되도록 회절 영상들을 통합적으로 정렬시킨(align) 후 전파 반복(propagation iteration) 수행을 통해 위상을 수렴시키거나, 또는 전파 반복 수행의 각 단계에서 상기 x-y 평면 상의 해당 위치로 이동시키면서 위상을 수렴시키는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    복원된 상기 회절 영상의 위상 정보와 상기 z축 상의 위치 정보를 기초로, 상기 z축 상의 모든 위치별 회절 영상을 상기 z축 상의 동일 위치의 상기 x-y 평면으로 파면 전파(wavefront propagation) 계산을 수행하고,
    계산된 상기 x-y 평면상의 파면 값과 상기 x-y 평면 상의 위치 정보를 이용하여 초 해상도의 픽셀 합성을 수행하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 스테이지 및 조사 광학계는 진공 챔버 내에 구비되고,
    상기 광은 다중층(multi-layer) 오목 미러를 이용하여 집속되어 상기 검사 대상에 입사되고, 상기 검사 대상의 표면에서 반사되어 상기 디텍터로 진행하며,
    상기 회절 영상은 기준 광과 회절 광의 간섭에 의한 회절 간섭 영상인 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  8. EUV를 생성하여 출력하는 EUV 광원;
    EUV 마스크가 배치되는 스테이지;
    상기 EUV 광원으로부터의 EUV를 상기 EUV 마스크로 조사시키되, 다중층 오목 미러를 이용하여 상기 EUV를 상기 EUV 마스크로 집속시키는 조사 광학계;
    상기 EUV 마스크에서 반사 및 회절된 EUV를 수광하여 회절 영상을 생성하되, 상기 EUV의 광축에 해당하는 z축 및 상기 z축에 수직하는 x-y 평면 상의 이동을 통해 상기 EUV 마스크에 대하여 상기 x-y 평면 및 상기 z축 상의 위치를 서로 달리하여 복수의 상기 회절 영상을 생성하는 CCD 카메라; 및
    복수의 상기 회절 영상에 기초하여 상기 회절 영상의 위상 복원과 초 해상도를 동시에 구현하기 위한 영상 처리를 수행하는 영상 처리 장치;를 포함한, 회절 영상의 위상 복원 및 초 해상도를 동시에 구현한 CDI 기반 검사 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 CCD 카메라는, 상기 위상 복원을 위해 상기 z축 상의 m(m은 2 이상의 정수) 개의 서로 다른 위치, 및 n(n은 2 이상의 정수)배의 해상도의 향상을 위해 상기 x-y 평면 상의 n2 개의 서로 다른 영역들에서 상기 회절 영상을 생성하고,
    상기 n2 개의 영역들은 하나의 픽셀에 대하여, 상기 x-y 평면 상에서, x축 또는 y축으로 상기 픽셀의 폭의 1/n만큼 이동된 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 회절 영상의 상기 x-y 평면 및 z축 상의 위치 정보는 하드웨어 인코더를 통해 직접 측정하거나 영상 처리 방법을 통해 추정하고,
    상기 z축 상의 위치 정보를 기초로 하여 멀티-영상 기반 위상 복원 알고리즘을 이용하여 위상 정보를 복원하되, 상기 z축 상에 일렬이 되도록 회절 영상들을 통합적으로 정렬시킨 후 전파 반복 수행을 통해 위상을 수렴시키거나, 또는 전파 반복 수행의 각 단계에서 상기 x-y 평면 상의 해당 위치로 이동시키면서 위상을 수렴시키는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    복원된 상기 회절 영상의 위상 정보와 상기 z축 상의 위치 정보를 기초로, 상기 z축 상의 모든 위치별 회절 영상을 상기 z축 상의 동일 위치의 상기 x-y 평면으로 파면 전파 계산을 수행하고,
    계산된 상기 x-y 평면상의 파면 값과 상기 x-y 평면 상의 위치 정보를 이용하여 초 해상도의 픽셀 합성을 수행하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 스테이지 및 조사 광학계는 진공 챔버 내에 구비되고,
    상기 EUV는 상기 EUV 마스크에 입사되고, 상기 EUV 마스크의 표면에서 반사되어 상기 CCD 카메라로 진행하며,
    상기 회절 영상은 기준 광과 회절 광의 간섭에 의한 회절 간섭 영상이며,
    상기 EUV 마스크의 표면에서 상기 EUV의 사이즈의 조절을 위해 상기 조사 광학계 내에 핀-홀 플레이트가 삽입되며,
    상기 EUV의 빔 형태 및 출력을 측정하는 경우, 상기 스테이지 상에 상기 EUV 마스크 대신에 다중층 평면 미러가 배치된 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 장치.
  13. 광원으로부터 광을 조사 광학계를 통해 검사 대상으로 조사하고, 상기 검사 대상에서 회절된 광을 디텍터를 통해 수광하여 복수의 회절 영상을 생성하는 단계;
    복수의 상기 회절 영상에 기초하여 상기 회절 영상의 위상을 복원하는 단계; 및
    위상이 복원된 복수의 상기 회절 영상에 대하여 초 해상도를 구현하는 단계;를 포함하고,
    복수의 상기 회절 영상을 생성하는 단계에서,
    상기 디텍터가 상기 광의 광축에 해당하는 z축 및 상기 z축에 수직하는 x-y 평면 상에서 이동하여, 상기 검사 대상에 대하여 상기 x-y 평면 및 z축 상의 위치를 서로 달리하여 복수의 회절 영상을 생성하는, 회절 영상의 위상 복원 및 초 해상도를 동시에 구현한, CDI 기반 검사 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    복수의 상기 회절 영상을 생성하는 단계에서,
    상기 디텍터는, 상기 위상 복원을 위해 상기 z축 상의 m(m은 2 이상의 정수) 개의 서로 다른 위치, 및 n(n은 2 이상의 정수)배의 해상도의 향상을 위해 상기 x-y 평면 상의 n2 개 이상의 서로 다른 영역들에서 상기 회절 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 x-y 평면 상에서 n2 개의 서로 다른 영역들에서 상기 회절 영상을 생성할 때,
    상기 n2 개의 영역들은 하나의 픽셀에 대하여, 상기 x-y 평면 상에서, x축 또는 y축으로 상기 픽셀의 폭의 1/n만큼 이동된 영역들을 포함하고,
    복수의 상기 회절 영상을 생성하는 단계에서,
    상기 m과 n2이 동일한 경우, 상기 z축 상의 각각의 위치에 대응하여 상기 x-y 평면 상의 하나의 영역에서 회절 영상을 생성하며,
    상기 m이 n2보다 작은 경우, 상기 z축 상의 각각의 위치에 대응하여 상기 x-y 평면 상의 하나 이상의 영역에서 회절 영상을 생성하며,
    상기 m이 n2보다 큰 경우, 상기 z축 상의 적어도 한 위치에 대응하여 상기 x-y 평면 상의 회절 영상을 생성하지 않는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 회절 영상의 위상을 복원하는 단계에서,
    상기 z축 상의 위치 정보를 기초로 하여 멀티-영상 기반 위상 복원 알고리즘을 이용하여 위상 정보를 복원하되, 상기 z축 상에 일렬이 되도록 회절 영상들을 통합적으로 정렬시킨 후 전파 반복 수행을 통해 위상을 수렴시키거나, 또는 전파 반복 수행의 각 단계에서 상기 x-y 평면 상의 해당 위치로 이동시키면서 위상을 수렴시켜 상기 위상 정보를 복원하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 회절 영상의 초 해상도를 구현하는 단계는,
    복원된 상기 회절 영상의 위상 정보와 상기 z축 상의 위치 정보를 기초로, 상기 z축 상의 모든 위치별 회절 영상을 상기 z축 상의 동일 위치의 상기 x-y 평면으로 파면 전파 계산을 수행하는 단계, 및
    계산된 상기 x-y 평면상의 파면 값과 상기 x-y 평면 상의 위치 정보를 이용하여 초 해상도의 픽셀 합성을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    복수의 상기 회절 영상을 생성하는 단계는,
    상기 광을 다중층 오목 미러를 이용하여 집속하여 상기 검사 대상에 입사시키는 단계, 및
    상기 검사 대상의 표면에서 반사 및 회절된 상기 광을 상기 디텍터에서 수광하여 상기 회절 영상을 생성하는 단계,
    상기 회절 영상에 대한 상기 x-y 평면 및 z축 상의 위치 정보를 저장하는 단계,
    상기 회절 영상을 추가 생성할 것인지 판단하는 단계,
    상기 회절 영상을 추가 생성하는 경우, 상기 디텍터의 위치를 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 회절 영상은 기준 광과 회절 광의 간섭에 의한 회절 간섭 영상인 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 방법.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 조사 광학계 내에 핀-홀 플레이트를 삽입하여 상기 검사 대상의 표면에서의 상기 광의 사이즈를 조절하는 단계; 및
    상기 스테이지 상에 상기 검사 대상 대신에 다중층 평면 미러가 배치하여 상기 광의 빔 형태 및 출력을 측정하는 단계; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 방법.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 광은 EUV이고,
    상기 디텍터는 X-선(X-ray) CCD 카메라이며,
    상기 검사 대상은 EUV PSM이며,
    상기 회절 영상의 위상을 복원하는 단계에서,
    상기 EUV PSM에서 발생하는 위상 차이를 계산하여, 상기 EUV PSM의 정상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 CDI 기반 검사 방법.
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