KR20240020346A - 포토마스크 장치 및 이를 이용한 포토마스크 검사 방법 - Google Patents

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여형욱
김주일
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Abstract

포토마스크 검사 장치, 검사 기판을 지지하는 스테이지, 제1 개구수를 갖고 상기 검사 기판의 일면에 배치된 제1 광학계, 제2 개구수를 갖고, 상기 제1 광학계와 이격되고, 상기 검사 기판의 상기 일면에 배치된 제2 광학계, 상기 검사 기판을 사이에 두고 상기 제1 광학계와 정렬된 제1 대물 렌즈 및 상기 검사 기판을 사이에 두고 상기 제2 광학계와 정렬된 제2 대물 렌즈를 포함하고, 상기 검사 기판의 상기 일면과 대향되는 타면에 배치된 결상 광학계, 및 상기 결상 광학계를 통과한 이미지를 촬영하는 카메라를 포함하고, 상기 제1 개구수는 상기 제2 개구수보다 높다.

Description

포토마스크 장치 및 이를 이용한 포토마스크 검사 방법{PHOTOMASK INSPECTION APPARATUS AND INSPECTION METHOD FOR PHOTOMASK USING THE SAME}
본 발명은 포토마스크 검사 장치 및 이를 이용한 포토마스크 검사 방법에 관한 것이다.
반도체칩이나 표시 패널의 제조공정에서 회로 패턴 또는 배선을 형성하기 위해 포토마스크를 통한 포토 리소그래피 공정을 진행한다. 포토 리소그래피 공정에 사용되는 표시 패널 용 포토마스크는 대형 유리기판에 회로 패턴 또는 배선을 형성하기 위한 원판필름으로써, 만일 이러한 포토마스크에 이물질이 부착되거나 결함을 가진 포토마스크로 노광하면 기판의 회로 패턴에 결함이 생기므로 이후 공정에 생산되는 모든 공정의 반제품에 불량을 초래하게 된다.
따라서, 포토마스크의 이상유무나 이물부착 등의 결함여부에 대한 검사와, 결함을 가진 포토마스크를 포토 리소그래피 공정에 투입하여 제조되는 표시 패널의 회로 패턴에 대한 검사가 요구된다.
본 발명은 포토마스크 자체의 이상유무나 이물부착 등의 결함여부에 대한 검사뿐만 아니라, 에뮬레이션을 통해 포토 리소그래피 공정을 통해 형성된 기판반제품의 불량 여부를 동일 장치 내에서 미리 검사할 수 있는 포토마스크 검사 장치 및 이를 이용한 포토마스크 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크 검사 장치는 검사 기판을 지지하는 스테이지; 제1 개구수를 갖고 상기 검사 기판의 일면에 배치된 제1 광학계; 제2 개구수를 갖고, 상기 제1 광학계와 이격되고, 상기 검사 기판의 상기 일면에 배치된 제2 광학계; 상기 검사 기판을 사이에 두고 상기 제1 광학계와 정렬된 제1 대물 렌즈 및 상기 검사 기판을 사이에 두고 상기 제2 광학계와 정렬된 제2 대물 렌즈를 포함하고, 상기 검사 기판의 상기 일면과 대향되는 타면에 배치된 결상 광학계; 및 상기 결상 광학계를 통과한 이미지를 촬영하는 카메라를 포함하고, 상기 제1 개구수는 상기 제2 개구수보다 높다.
상기 제1 광학계는, 제1 광원, 제1 광 가이드, 제1 조리개, 및 상기 제1 개구수를 갖는 제1 조명 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 광원 및 상기 제2 광원 서로 다른 파장대의 광을 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 광원은 365nm 이상 내지 405nm 이하의 파장대의 광을 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 광학계는, 제2 광원, 제2 광 가이드, 빔 셰이퍼, 비 등축 조명 소자(OAI, Off-Axis Illumination), 제2 조리개, 및 상기 제2 개구수를 갖는 제2 조명 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 결상 광학계는, 제3 광원, 제3 광 가이드, 콘덴서 렌즈, 상기 제1 대물 렌즈 및 상기 제2 대물 렌즈와 연결된 제3 조리개, 경통, 및 배율을 증가시키고 상기 카메라와 연결된 튜브 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 대물 렌즈는 상기 제1 개구수와 대응되는 개구수를 갖고, 상기 제2 대물 렌즈는 상기 제2 개구수와 대응되는 개구수를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 개구수는 0.4 이상 내지 0.6 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 개구수는 0.05 이상 내지 0.35 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 검사 기판은 포토리소그래피 공정에 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 포토마스크는 위상 반전 마스크(PSM, Phase Shift Mask)이거나, 광 근접 보정(OPC, Optical Proximity Correction) 기법을 적용한 포토마스크인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 광학계는 임계 조명(Critical illumination) 방식이고, 상기 제2 광학계는 쾰러 조명(Kφhler Illumination) 방식인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 광학계에서 제공되어 상기 검사 기판을 통과한 광은 상기 포토마스크를 통해 포토리소그래피 공정에서 패터닝될 회로 패턴과 대응되는 형상이 상기 카메라로 투영되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크 검사 방법은, 제1 광학계에서 제공된 광을 포토마스크에 조사하고 투영된 상기 포토마스크의 제1 이미지를 제1차 검사하는 단계; 및 제2 광학계에서 제공된 광을 상기 포토마스크에 조사하고 투영된 상기 포토마스크의 제2 이미지를 제2차 검사하는 단계를 포함하고, 상기 제1 광학계는 상기 제2 광학계보다 상대적으로 고해상도이고, 상기 제1차 검사하는 단계와 제2차 검사하는 단계는 동일 검사 장치 내에서 선택적으로 진행된다.
상기 제1차 검사하는 단계는, 제1 대물 렌즈 포함하는 결상 광학계를 통해 상기 포토마스크를 투과한 광이 상기 제1 이미지가 맺히도록 하는 단계; 및 카메라를 통해 상기 제1 이미지를 촬영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2차 검사하는 단계는, 제2 대물 렌즈 포함하는 상기 결상 광학계를 통해 상기 포토마스크를 투과한 광이 상기 제2 이미지가 맺히도록 하는 단계; 및 카메라를 통해 상기 제2 이미지를 촬영하는 단계를 포함하고, 상기 제2 대물 렌즈는 상기 제1 대물 렌즈보다 낮은 개구수를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 포토마스크 검사 장치는 고해상도의 광학계를 통해 포토마스크 자체의 결함 유무를 판단하는 검사를 진행할 수 있다.
또한, 포토마스크 검사 장치는 노광기에 사용되는 광학계와 유사한 조건의 광학계를 통해 노광 공정 이후 발현될 수 있는 결함 유무를 미연에 검사 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크 검사 장치의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 도시한 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 도시한 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 도시한 단면도이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 “상에 있다”, “연결된다”, 또는 “결합된다”고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. “및/또는”은 연관된 구성요소들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, “아래에”, “하측에”, “위에”, “상측에” 등의 용어는 도면에 도시된 구성요소들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 여기서 명시적으로 정의되지 않는 한 너무 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크 검사 장치의 블럭도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 평면도이다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 도시한 단면도들이다.
본 발명에 따른 포토마스크 검사 장치(EA)는 검사 기판(PM)을 지지하는 스테이지(10), 제1 광학계(20), 제2 광학계(30), 결상 광학계(40), 및 카메라(50)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 포토마스크 검사 장치(EA)는 서로 다른 해상도를 갖는 광학계(20, 30)을 가질 수 있다. 상세한 설명은 후술 하도록 한다.
스테이지(10)는 이송부(11) 및 거치부(12)를 포함할 수 있다. 검사 기판(PM)은 거치부(12)에 부착되어 포토마스크 검사 장치(EA) 내에서 안전하게 지지될 수 있다. 이송부(11)는 구동 모터 등에 연결되어 검사 기판(PM)을 제2 방향(DR2)으로 왕복 운동 시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 검사 기판(PM)을 포토마스크 검사 장치(EA) 내에서 수직으로 거치시킴에 따라, 검사 기판(PM)의 자중에 의해 처지는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 보다 정밀한 검사 기판(PM)의 검사가 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 검사 기판(PM, 이하 포토마스크)은 포토리소그래피 공정에서 사용되는 포토마스크일 수 있다. 본 발명에 따른 포토마스크(PM)는 회로 패턴의 미세화에 따라, 위상 반전 마스크(PSM, Phase Shift Mask)로 제공되거나, 광 근접 보정(OPC, Optical Proximity Correction) 기법을 적용한 포토마스크(PM)일 수 있다.
도 2 를 참조하면, 포토마스크(PM)는 노광부(NM) 및 엣지부(EM)를 포함할 수 있다. 엣지부(EM)는 노광부(NM)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 엣지부(EM)는 포토리소그래피 공정 시, 포토마스크(PM)를 파지 또는 운송하거나, 기타 설비에 결합되는 부분일 수 있다. 노광부(NM)에는 목적하고자 하는 회로 패턴을 포함할 수 있다.
포토마스크(PM)는 제2 방향(DR2) 및 제3 방향(DR3) 각각에 평행한 사각 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 포토마스크(PM) 형상은 원형일 수 있다. 본 명세서에서 제1 방향(DR1)은 포토마스크(PM)의 두께 방향으로 정의될 수 있다.
도 3a 내지 3c를 참조하면, 포토리소그래피 공정이 진행될 대상 기판(BS) 상에는 도전층(CL) 및 포토레지스트층(PR)이 형성될 수 있다. 노광부(NM)는 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광기(NE-A)에서 제공되는 광이 투과되는 개구부들(P-OP)이 정의될 수 있다. 개구부들(P-OP)은 포토마스크(PM)이 제1 방향(DR1)으로 제거되어 형성된 것일 수 있다. 포토마스크(PM)를 통한 노광 공정 이후, 포토레지스트층(PR)의 현상 공정 및 도전층(CL)의 에칭 공정을 통해 대상 기판(BS) 상에 목적하고자 하는 회로 패턴(C-P)을 형성한다.
만일, 포토리소그래피 공정 중 포토마스크(PM)의 개구부들(P-OP)을 정의하는 회로 패턴 자체의 결함 또는 포토마스크(PM)에 달라 붙는 이물 등으로 인해 결함을 가진 포토마스크(PM)로 노광 공정을 진행하면 대상 기판(BS)의 회로 패턴(C-P)에 결함이 생기므로 이후 공정에 생산되는 모든 공정의 반제품에 불량을 초래하게 되다. 따라서, 포토마스크(PM)의 배선 균일성(critical dimension uniformity) 또는 포토마스크(PM)의 배선패턴(map)의 이상유무나 이물부착 등의 결함여부에 대한 검사가 요구된다.
또한, 전자 장치에 포함된 표시 패널 등의 고해상도가 요구에 따라, 포토리소그래피 공정으로 형성되는 배선의 폭이 감소되는 추세이다. 고해상도 제품에 사용되는 회로 패턴 또는 배선의 폭을 감소시키기 위해, 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광기(NE-A)에서는 단파장대의 광이 제공되며, 이는 포토마스크(PM) 자체의 결함이 없더라도, 단파장대의 광의 조사로 인한 회절과 산란 현상에 의해 발생되는 간섭 현상으로 회로 패턴(C-P) 주변이 왜곡되는 현상이 발생될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에는 포토마스크(PM) 자체의 결함으로 발생되는 회로 패턴(C-P)의 제1 결함(CT1)과 단파장대 노광기(NE-A)를 통해 공정이 진행됨에 따라 발현된 회로 패턴(C-P)의 제2 결함(CT2)을 예시적으로 도시하였다.
포토마스크(PM)에 형성된 회로 패턴 자체의 결함(PT)은, 포토리소그래피 공정에서 연쇄적인 결함을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 포토마스크(PM) 자체의 결함(PT)은 노광 공정 이후 진행되는 포토레지스트층(PR)의 현상 공정에서 포토레지스트층(PR)의 결함(RT)으로 발현될 수 있으며, 이는 포토레지스트층(PR)을 통해 도전층(CL)을 에칭하는 공정에서 회로 패턴(C-P)의 제1 결함(CT1)으로 발현될 수 있다.
포토마스크(PM)에 형성된 회로 패턴 자체의 결함이 없더라도, 단파장대를 사용하는 노광기(NE-A)를 통해 노광 공정이 진행되면, 회절과 산란 현상에 의해 발생되는 간섭 현상으로, 현상 공정 및 에칭 공정이 진행된 뒤, 완성된 회로 패턴(C-P)에 제2 결합(CT2)으로 발현될 수 있다.
이에 따라, 포토마스크 검사 장치는 포토마스크(PM) 자체의 결함을 검사할 수 있는 광학계뿐만 아니라, 노광기(NE-A)에 사용되는 광학계와 유사 조건의 광학계를 포함한 포토마스크 검사 장치 요구된다.
도 3c에는 설명의 편의를 위하여 제1 결함(CT1)과 제2 결함(CT2)이 모두 발현된 하나의 대상 기판(BS)을 도시하였으나, 제1 결함(CT1)과 제2 결함(CT2) 중 어느 하나만 대상 기판(BS) 상에 발현될 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
다시, 도 1을 참조하면, 제1 광학계(20)는 검사 기판(PM)의 일측에 배치될 수 있다. 검사 기판(PM)의 일측은 검사 기판(PM)의 전면(front surface)과 대응될 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 광학계(20)는 임계 조명(Critical illumination) 방식을 사용할 수 있다.
제1 광학계(20)는 제1 광원(21), 제1 광 가이드(22), 제1 조리개(23), 및 제1 조명 렌즈(24)를 포함할 수 있다. 제1 광원(21)은 제1 광 가이드(22)로 광을 제공할 수 있다. 제1 광원(21)은 UV LED나 레이저 광원 등을 사용할 수 있다. 제1 광원(21)에서 제공되는 광은 365 nm 이상 내지 405nm 이하의 파장을 가질 수 있다. 제1 광원(21)에서 제공된 광은 제1 광 가이드(22)를 거쳐 제1 조리개(23)로 유입되고, 제1 조리개(23)에서 광량이 조절된 광은 제1 조명 렌즈(24)를 투과하여 검사 기판(PS)에 조사될 수 있다.
제1 조명 렌즈(24)는 소정의 제1 개구수(Numerical Aperture)를 가질 수 있다. 본 실시예에서 제1 개구수는 0.4 이상 내지 0.6일 수 있다. 따라서, 제1 광학계(20)는 고해상도 광학계일 수 있다.
제2 광학계(30)는 검사 기판(PM)의 일측에 배치될 수 있다. 제2 광학계(30)는 제1 광학계(20)와 하나의 헤드에 결합되어 검사 기판(PM)의 동일 측면에 배치되고, 하나의 헤드에 연결된 제1 광학계(20)와 제2 광학계(30)는 로봇 암 또는 모터 등을 통해 선택적으로 검사 기판(PM)의 일측 상에 배치될 수 있다. 제1 광학계(20)와 제2 광학계(30)는 검사 기판(PM)을 기준으로 제3 방향(DR3)을 따라 왕복 운동을 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 검사 기판(PM)은 이송부(11)를 따라 제2 방향(DR2)으로 수평 왕복 운동을 하고, 제1 광학계(20)와 제2 광학계(30)는 헤드에 결합되어 검사 기판(PM)을 따라 제1 방향(DR1)으로 수직 왕복을 함에 따라, 검사 기판(PM)의 전체 면적을 검사 할 수 있다. 이에 따라, 정밀도가 향상된 포토마스크 검사 장치(EA)를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 제2 광학계(30)은 노광 공정 중 사용되는 노광기(NE-A)에 사용되는 광학계와 유사한 조건을 가질 수 있다. 제2 광학계(30)는 쾰러 조명(Kφhler Illumination) 방식을 사용할 수 있다.
제2 광학계(30)는 제2 광원(31), 제2 광 가이드(32), 빔 셰이퍼(33), 비 등축 조명 소자(34, OAI, Off-Axis Illumination), 제2 조리개(35), 및 제2 조명 렌즈(36)를 포함할 수 있다.
제2 광원(31)은 제2 광 가이드(32)로 광을 제공할 수 있다. 제2 광원(31)은 UV LED나 레이저 광원 등을 사용할 수 있다. 제2 광원(31)에서 제공되는 광의 파장대는 노광 공정에서 이용되는 노광기(NE-A)의 파장대와 유사할 수 있다. 따라서, 제2 광원(31)에서 제공되는 광은 단파장대를 갖는 광일 수 있다.
제2 광원(31)에서 제공된 광은 제2 광 가이드(32)를 거쳐 빔 셰이퍼(33)에 유입될 수 있다. 빔 셰이퍼(33)는 노광기(NE-A)에 포함된 Fly-eye lens와 동일한 렌즈일 수 있다. 빔 셰이퍼(33)를 통과한 광은 비 등축 조명 소자(34)로 유입될 수 있다. 비 등축 조명 소자(34)를 통해 가공된 광은 제2 조리개(35)에 도달하고, 제2 조리개(35)에서 광량이 조절된 광은 제2 조명 렌즈(36)를 투과하여 검사 기판(PS)에 조사될 수 있다.
제2 조명 렌즈(36)는 소정의 제1 조명 렌즈(24)가 갖는 제1 개구수 보다 낮은 제2 개구수를 가질 수 있다. 본 실시예에서 제2 개구수는 0.05 이상 내지 0.35일 수 있다. 따라서, 제2 광학계(30)는 제1 광학계(20) 대비 저해상도 광학계일 수 있다.
포토마스크 검사 장치(EA)에 포함된 제2 광학계(30)는 결상 광학계(40)로 제공되는 광이 포토마스크(PM)를 통해 형성된 실제 회로 패턴(C-P)과 대응되는 형상으로 투영되도록 광의 간섭을 조절할 수 있다. 이와 같이 에뮬레이션된 이미지 검사를 통해 포토마스크(PM)를 이용하여 포토리소그래피 공정을 진행할 경우, 단파장대의 노광기(NE-A)를 통해 발현될 수 있는 결함을 미연에 검사할 수 있다. 따라서, 노광 공정 이후 결함을 유발할 수 있는 포토마스크(PM)를 배제 시킴에 따라, 후속 공정에 소요되는 비용 및 시간을 감축시킬 수 있다.
본 발명에 따른 결상 광학계(40)는 제1 광학계(20) 및 제2 광학계(30)에서 제공된 광이 검사 기판(PM)의 회로 패턴을 투영한 광이 상(이미지)을 맺도록 가이드 하는 광학계일 수 있다.
결상 광학계(40)는 검사 기판(PM)의 상기 일측과 제1 방향(DR1)으로 대향하는 타측에 배치될 수 있다. 검사 기판(PM)의 타측은 검사 기판(PM)의 배면(bottom surface)과 대응될 수 있다.
결상 광학계(40)는 제1 대물 렌즈(41), 제2 대물 렌즈(42), 제3 광원(43), 제3 광 가이드(44), 콘덴서 렌즈(45), 제3 조리개(46), 경통(47), 및 튜브 렌즈(48)을 포함할 수 있다. 결상 광학계(40)에는 제3 광원(43)이 구비되어 구비되어 제3 조리개(46) 측에 조명을 제공할 수 있다. 제3 광원(43)에서 제공되는 광은 500nm 이상 내지 700nm 이하의 파장을 가질 수 있다. 제3 조리개(46) 내부에는 제3 광원(43)으로부터 제공된 광의 경로를 변경할 수 있는 프리즘을 포함할 수 있다.
본 발명에서 제1 대물 렌즈(41)는 제1 광학계(20)를 통해 검사를 진행할 때, 제1 조명 렌즈(24)와 정렬될 수 있다. 이때, 제1 대물 렌즈(41)를 통과한 광은 제3 조리개(46)으로 유입될 수 있다. 제1 대물 렌즈(41)의 개구수 값은 제1 조명 렌즈(24)의 제1 개구수 값과 유사할 수 있다.
제2 대물 렌즈(42)는 제2 광학계(30)를 통해 검사를 진행할 때, 제2 조명 렌즈(26)와 정렬될 수 있다. 이때, 제2 대물 렌즈(42)를 통과한 광은 제3 조리개(46)로 유입될 수 있다. 제2 대물 렌즈(42)의 개구수 값은 제2 조명 렌즈(36)의 제2 개구수 값과 유사할 수 있다. 제1 대물 렌즈(41)와 제2 대물 렌즈(42)는 선택적으로 대응되는 광학계(20, 30)에 정렬되어 검사 기판(PM)을 투과한 광을 통과시킬 수 있다. 경통(47)을 통과한 광은 튜브 렌즈(48)를 통해 배율이 증가되어 카메라(50)에 확대된 이미지를 제공할 수 있다.
카메라(50)는 결상 광학계(40)와 연결될 수 있다. 제1 광학계(20)에서 검사 기판(PM)을 투과한 광 또는 제2 광학계(30)에서 검사 기판(PM)을 투과한 광은 결상 광학계(40)를 통과하여 상으로 맺히게 되고, 튜브 렌즈(48)를 통해 배율이 증가된 이미지를 카메라(50)를 통해 촬영 또는 캡쳐할 수 있다.
제1 광학계(20) 또는 제2 광학계(30)에서 나온 광이 검사 기판(PM)을 거친 후 결상 광학계(40)를 거쳐 카메라(50)로 진행되도록 정렬 배치된 상태에서 검사 기판(PM)의 제2 방향(DR2)에 따른 수평 왕복 운동 및 제1 광학계(20) 또는 제2 광학계(30)의 제3 방향(DR3)에 다른 수직 왕복 운동을 통해 검사 기판(PM)을 전체적으로 스캔할 수 이있다. 여기서 "정렬"이란 광학적으로 정렬된다는 의미로서, 반드시 제1 방햐(DR1) 내에서 동일직선 상에 배치될 필요는 없고 반사 또는 굴절을 통해 빛이 정상적으로 입사되는 것을 의미한다.
카메라(50)는 고속촬영이 가능한 라인 스캔 방식 카메라이거나, 단위 영역을 순차적으로 촬영하면서 이동하는 스텝퍼 방식 카메라일 수 있으며, 어느 하나로 한정되지 않는다. 또한, 카메라(50)는 확대 이미지를 촬영할 수 있는 배율이 높은 리뷰 카메라를 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3c를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크 검사 방법을 설명하도록 한다.
일 실시예에 따른 포토마스크 검사 방법은 제1차 검사 단계 및 제2차 검사 단계를 포함할 수 있다.
제1차 검사 단계는 제1 광학계(20)의 제1 조명 렌즈(24)와 결상 광학계(40)의 제1 대물 렌즈(41)를 정렬 시키는 단계, 제1 광학계(20)에서 제공된 광을 포토마스크(PM)에 투과시키는 단계, 제1 대물 렌즈(41)에 투영된 광의 제1 이미지를 카메라(50)를 통해 촬영하는 단계를 포함할 수 있다. 제1차 검사 단계에 사용되는 제1 광학계(20)는 고해상도 광학계를 사용함에 따라, 포토마스크(PM) 자체의 결함 또는 이물 여부 등을 판별하는 검사를 진행할 수 있다.
제2차 검사 단계는 제2 광학계(30)의 제2 조명 렌즈(36)와 결상 광학계(40)의 제2 대물 렌즈(42)를 정렬 시키는 단계, 제2 광학계(30)에서 제공된 광을 포토마스크(PM)에 투과시키는 단계, 제2 대물 렌즈(42)에 투영된 광의 제2 이미지를 카메라(50)를 통해 촬영하는 단계를 포함할 수 있다. 제2차 검사 단계에서 사용되는 제2 광학계(30)는 노광기(NE-A)에서 사용되는 단파장대의 광학계와 유사한 조건을 가짐에 따라, 단파장대 광을 통해 노광 공정을 진행할 경우 발현될 수 있는 결함을 에뮬레이션을 통해 검사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 포토마스크 검사 장치(EA)는 고해상도의 제1 광학계(20)를 통해 포토마스크(PM) 자체의 결함 유무를 판단하는 검사뿐만 아니라, 노광기(NE-A)에 사용되는 광학계와 유사한 조건의 제2 광학계(30)를 사용함에 따라 단파장대 광을 통해 노광 공정을 진행할 경우 발현될 수 있는 결함을 에뮬레이션을 통해 미연에 검사할 수 있다. 따라서 후속 공정에서 발생될 수 있는 결함을 미연에 방지함에 따라 공정 효율이 증대된 포토마스크 검사 장치(EA)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
EA: 포토마스크 검사 장치
10: 스테이지
20: 제1 광학계
30: 제2 광학계
40: 결상 광학계
50: 카메라

Claims (16)

  1. 검사 기판을 지지하는 스테이지;
    제1 개구수를 갖고 상기 검사 기판의 일면에 배치된 제1 광학계;
    제2 개구수를 갖고, 상기 제1 광학계와 이격되고, 상기 검사 기판의 상기 일면에 배치된 제2 광학계;
    상기 검사 기판을 사이에 두고 상기 제1 광학계와 정렬된 제1 대물 렌즈 및 상기 검사 기판을 사이에 두고 상기 제2 광학계와 정렬된 제2 대물 렌즈를 포함하고, 상기 검사 기판의 상기 일면과 대향되는 타면에 배치된 결상 광학계; 및
    상기 결상 광학계를 통과한 이미지를 촬영하는 카메라를 포함하고,
    상기 제1 개구수는 상기 제2 개구수보다 높은 포토마스크 검사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 광학계는, 제1 광원, 제1 광 가이드, 제1 조리개, 및 상기 제1 개구수를 갖는 제1 조명 렌즈를 포함하는 포토마스크 검사 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원 서로 다른 파장대의 광을 제공하는 포토마스크 검사 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광원은 365nm 이상 내지 405nm 이하의 파장대의 광을 제공하는 포토마스크 검사 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 광학계는, 제2 광원, 제2 광 가이드, 빔 셰이퍼, 비 등축 조명 소자(OAI, Off-Axis Illumination), 제2 조리개, 및 상기 제2 개구수를 갖는 제2 조명 렌즈를 포함하는 포토마스크 검사 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 결상 광학계는, 제3 광원, 제3 광 가이드, 콘덴서 렌즈, 상기 제1 대물 렌즈 및 상기 제2 대물 렌즈와 연결된 제3 조리개, 경통, 및 배율을 증가시키고 상기 카메라와 연결된 튜브 렌즈를 포함하는 포토마스크 검사 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 대물 렌즈는 상기 제1 개구수와 대응되는 개구수를 갖고, 상기 제2 대물 렌즈는 상기 제2 개구수와 대응되는 개구수를 갖는 포토마스크 검사 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 개구수는 0.4 이상 내지 0.6 이하인 포토마스크 검사 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 개구수는 0.05 이상 내지 0.35 이하인 포토마스크 검사 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 검사 기판은 포토리소그래피 공정에 사용되는 포토마스크인 검사 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 위상 반전 마스크(PSM, Phase Shift Mask)이거나, 광 근접 보정(OPC, Optical Proximity Correction) 기법을 적용한 포토마스크인 포토마스크 검사 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 광학계는 임계 조명(Critical illumination) 방식이고, 상기 제2 광학계는 쾰러 조명(Kφhler Illumination) 방식인 포토마스크 검사 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 광학계에서 제공되어 상기 검사 기판을 통과한 광은 상기 포토마스크를 통해 포토리소그래피 공정에서 패터닝될 회로 패턴과 대응되는 형상이 상기 카메라로 투영되는 포토마스크 검사 장치.
  14. 제1 광학계에서 제공된 광을 포토마스크에 조사하고 투영된 상기 포토마스크의 제1 이미지를 제1차 검사하는 단계; 및
    제2 광학계에서 제공된 광을 상기 포토마스크에 조사하고 투영된 상기 포토마스크의 제2 이미지를 제2차 검사하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 광학계는 상기 제2 광학계보다 상대적으로 고해상도이고,
    상기 제1차 검사하는 단계와 제2차 검사하는 단계는 동일 검사 장치 내에서 선택적으로 진행되는 포토마스크 검사 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1차 검사하는 단계는,
    제1 대물 렌즈 포함하는 결상 광학계를 통해 상기 포토마스크를 투과한 광이 상기 제1 이미지가 맺히도록 하는 단계; 및
    카메라를 통해 상기 제1 이미지를 촬영하는 단계를 포함하는 포토마스크 검사 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제2차 검사하는 단계는,
    제2 대물 렌즈 포함하는 상기 결상 광학계를 통해 상기 포토마스크를 투과한 광이 상기 제2 이미지가 맺히도록 하는 단계; 및
    카메라를 통해 상기 제2 이미지를 촬영하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 대물 렌즈는 상기 제1 대물 렌즈보다 낮은 개구수를 갖는 포토마스크 검사 방법.
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