WO2010076924A1 - 헤이즈 가속 검출장치 및 그 검출방법 - Google Patents

헤이즈 가속 검출장치 및 그 검출방법 Download PDF

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WO2010076924A1
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laser beam
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energy
detection device
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김종수
위해성
이창환
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나노전광 주식회사
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    • G03F7/70866—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of mask or workpiece

Definitions

  • the present invention relates to a haze acceleration detection device and a detection method thereof, and more particularly, to a haze acceleration detection device for detecting haze occurrence by artificially accelerating a haze that is a growth defect on the surface of a photo mask and detecting in real time, and a detection thereof. It is about a method.
  • a light source that emits a laser beam having a wavelength of 200 nm or less is used in a photolithography process.
  • ArF excimer lasers that emit laser beams of 193 nm wavelength are widely used.
  • haze which is a growth defect
  • the surface of the photomask resulting in deterioration of the performance of the photomask and shortening of the life of the photomask. Therefore, in order to identify the cause of the haze generation and to study how to prevent the haze generation, there is an increasing need for a haze generating device that artificially generates haze in the photo mask.
  • the haze accelerator 100 includes a laser beam generator 10 that emits an excimer laser having a wavelength of 193 nm, and an optical system 11 that processes a laser beam such that the laser beam has a predetermined shape and energy distribution. 16 and a process chamber 30 in which the photomask 19 is disposed.
  • the optical systems 11 to 16 include a plurality of mirrors 11, 13 and 16, a telescope 12 for processing the shape of the laser beam, and a homogenizer 14 for uniformly processing the energy of the laser beam.
  • a focusing optical system 15 for adjusting the focus of the laser beam and controlling the size of the laser beam.
  • Upper and lower sides of the process chamber 30 are provided with windows 18 and 20 for transmitting the laser beam.
  • energy detectors 22 and 23 are provided for measuring the energy of the beam splitters 17 and 21 and the laser beam reflected from the beam splitters 17 and 21, respectively.
  • a charge coupled device (CCD) camera 24 for monitoring the occurrence of haze is provided on the surface of the photo mask 19.
  • the process chamber 30 is connected to the gas supply unit 31 for supplying gas and the humidity supply unit 32 for supplying humidity.
  • the pure energy of the laser beam irradiated to the photomask 19 is determined by the energy of the laser beam measured by the upper energy detector 22 and the transmittance of the beam splitter 17, and irradiates the photomask until the haze occurs.
  • the accumulated energy of the laser beam to be obtained is obtained by summing the pure energy of the laser beam irradiated until the generation of haze.
  • the variables affecting the haze generation are known since the amount of energy of the laser beam accumulated in the photomask 19 until the haze generation, environmental conditions such as temperature, humidity inside the process chamber 30, etc. are known. It is controlled as the researcher desires.
  • the photo mask 19 in order to detect the generated haze, the photo mask 19 must be taken out from the process chamber 30 and transferred to another haze detection equipment.
  • foreign particles in the atmosphere are adsorbed to the photo mask 19 during the transfer, it is difficult to distinguish them from artificially generated haze intended by the researcher, and it is difficult to accurately find the part where the haze has occurred after the transfer. In other words, accurate haze detection cannot be performed from the photo mask 19.
  • An object of the present invention devised to solve the above problems is to induce generation of haze, a growth defect generated by repeating photolithography process on the surface of the photomask, within several hours, and to remove the surface of the photomask where the haze has occurred.
  • the present invention provides a haze acceleration detection device capable of detecting in real time and a detection method thereof.
  • another object of the present invention is to provide a haze acceleration detection device and a method for detecting the haze that can accurately detect the haze by automatically transferring the photo mask on which the haze has been generated.
  • the optical system comprises: mirrors for reflecting the laser beam; A telescope for processing the laser beam into a square or rectangular shape; A homogenizer for processing the energy of the laser beam into a uniform energy distribution in Gaussian; And a focusing optical system that adjusts the size and focus of the laser beam.
  • the focusing optical system includes: a field lens; A mask blocking a beam formed by diffraction of the laser beam; And a projection lens for adjusting the focus of the laser beam.
  • the process chamber is made of a light transmitting material through which a laser beam is transmitted.
  • the process chamber comprises: a gas supply unit for supplying a process gas for causing haze generation; Humidity supply for adjusting the humidity; characterized in that it comprises a.
  • the process gas is characterized in that any one or more than one of NH3, O2, N2, SO2 is used in combination.
  • a monitoring unit for monitoring the occurrence of haze on the surface of the photo mask; And an energy detector for measuring energy of the laser beam.
  • the monitoring unit is characterized in that using a charge coupled device camera.
  • the energy detector quantitatively measures the intensity of the energy exposed to the photomask and converts it into total energy, and stores the gas injection amount, temperature and humidity at regular intervals after the laser is operated. It stores the chamber environment and the total cumulative energy value, characterized in that to display the generation of the haze in real time.
  • the photo mask conveying system comprises: a dedicated fork for seating the photo mask; And a robot arm which horizontally, vertically and rotationally moves the dedicated fork.
  • the detector module comprises: a photo mask holder for receiving the photo mask; An XY motor stage for aligning the photo mask holder; And a haze detector for detecting haze in real time.
  • the haze detector includes: a microscope including an objective lens; A pixel charge coupled device camera for measuring haze; And an optical microscope system for detecting haze using image processing software.
  • the haze acceleration detection device of the present invention is characterized by further comprising a filter module for maintaining cleanliness on top of the photo mask conveying system and the detector module.
  • the haze acceleration detection method of the present invention includes a first step of loading a photo mask into a process chamber; A second step of setting exposure conditions of the laser; Setting a haze generation test condition; Irradiating a laser beam to generate haze in the photo mask; A fifth step of transferring the photomask from which the haze has been generated to a photomask conveying system and detecting with a haze detector; A sixth step of storing the detected data in a computer; And a seventh step of purging the process chamber.
  • the haze acceleration detection device induces the generation of haze, which is a growth defect generated by repeating the photolithography process on the surface of the photo mask, within a few hours, and the environmental control of the chamber and the exposure energy.
  • haze which is a growth defect generated by repeating the photolithography process on the surface of the photo mask, within a few hours, and the environmental control of the chamber and the exposure energy.
  • the haze generated photomask is automatically transferred to the conveying system to prevent foreign particles in the air from being adsorbed onto the photomask, thereby accurately detecting the generated haze.
  • 1 is a haze generating device for a photo mask according to a conventional example.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a haze acceleration detection device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a plan configuration diagram of a detection device part in the haze acceleration detection device of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a haze generation and detection method of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a haze acceleration detection device according to the present invention
  • FIG. 3 is a plan configuration diagram of a haze detection device in the haze acceleration detection device of FIG. 2.
  • the haze acceleration detection device of the present invention consists of a combination of the haze accelerator 100 and the haze detection device 200.
  • the haze accelerator 100 includes an optical system including a first mirror 11, a telescope 12, a second mirror 13, a homogenizer 14, a focusing optical system 15, and a third mirror 16. And a laser beam generator 10, beam splitters 17 and 21, windows 18 and 20, photo mask 19, energy detectors 22 and 23, monitoring unit 24, and process chamber 30. And a gas supply part 31 and a humidity supply part 32.
  • the laser beam generator 10 generates and emits an excimer laser that emits a high frequency beam of several hundred Hz or more at a wavelength of deep ultra violet.
  • the optical systems 11 to 16 process the laser beam so that the laser beam has a predetermined shape and energy distribution.
  • the optical systems 11 to 16 are first, second and third mirrors 11, 13 and 16, which are a plurality of mirrors for reflecting a laser beam, and a telescope 12 for processing a laser beam into a square or rectangular shape.
  • a homogenizer 14 for processing the energy of the laser beam into a uniform energy distribution in Gaussian, and a focusing optical system 15 for adjusting the size and focus of the laser beam to reach the surface of the photo mask 19. .
  • the focusing optical system 15 includes a field lens, a mask for blocking a beam formed by the diffraction phenomenon of the laser beam, and a projection lens for adjusting the focus of the laser beam. It is an optical device having a function to adjust.
  • the interior of the process chamber 30 is formed with an internal space that is isolated from the outside and a stage (not shown) on which the photomask 19 is seated is installed to control the loading and position.
  • a stage not shown
  • the photomask 19 is loaded and unloaded into the haze accelerator 100, it is controlled by the photomask conveying system 40 between the SMIF (Shared Materials Instrumentation Facility) module and the process chamber 30.
  • Windows 18 and 20 are provided above and below the process chamber 30, respectively.
  • Each window 18, 20 consists of a light transmissive material, for example glass, through which the laser beam passes. Therefore, the laser beam processed by the optical systems 11-16 passes through the window 18, and is irradiated to the photomask 19.
  • the process chamber 30 on which the photomask 19 is seated is connected to the gas supply part 31 to induce haze generation, and the amount of gas by mixing any one or more of NH3, O2, N2, and SO2, for example.
  • the filling is controlled and is connected to an exhaust line through which gas in the process chamber is discharged to the other side of the process chamber 30.
  • the process chamber 30 may be connected to the humidity supply unit 32 to adjust the humidity in the process chamber.
  • the monitoring unit 24 is installed above the process chamber 30 to monitor whether or not the haze is generated on the surface of the photo mask 19. Accurately, a charge coupled device camera is used as the monitoring unit 24.
  • the energy detectors 22 and 23 are provided above and below the process chamber 30, respectively. Each energy detector 22, 23 measures the energy of the laser beam reflected from the beam splitters 17, 21. The energy detector 22 disposed above the process chamber 30 measures the energy of the laser beam incident on the upper window 18, and the energy detector 23 disposed below the process chamber 30 measures the lower window. The energy of the laser beam emitted from 20 is measured.
  • the energy detectors 22 and 23 quantitatively measure the intensity of energy exposed to the photo mask 19 and convert it into total energy, and store the converted energy. It stores the total cumulative energy value and displays in real time whether or not to generate haze.
  • the haze detection device 200 is composed of a photo mask conveyance system 40, a detector module 50, and a filter module 70.
  • the photo mask conveyance system 40 draws out and transports the photo mask 19 from the process chamber 30 of the haze accelerator 100.
  • a gate valve (not shown) is installed between the photo mask transfer system 40 and the process chamber 30 so as to be isolated from each other.
  • the photo mask conveyance system 40 includes a high-precision multi-axis robot system having a photo mask fork 42 and capable of horizontal and vertical movement and rotation of the robot arm 41.
  • the photo mask 19 drawn out from the process chamber 30 and seated on the photo mask-only fork 42 is transferred to the detector module 50 by the operation of the robot arm 41.
  • the detector module 50 which has received the photo mask 19 from the photo mask conveyance system 40, moves the photo mask holder 52 under the control of the XY motor stage 51 to move the photo mask 19 from the haze detector 60.
  • the haze is detected in real time after aligning with the optimal detection area.
  • the haze detector 60 includes a microscope including a 10X to 100X objective lens and a 1.4 megapixel charge coupled device camera in an embodiment of the present invention, and is configured as an optical microscope system for detecting haze using image processing software. .
  • the haze detector 60 is applicable as long as it is a device that detects haze from the photomask 19 in which the haze has occurred.
  • the filter module 70 is installed above the photo mask conveying system 40 and the detector module 50 to maintain high cleanliness, so that foreign particles in the atmosphere are transferred to the surface of the photo mask 19 during the transport of the photo mast 19. It is possible to prevent haze from being distinguished from artificially generated haze by adsorbing to, so that accurate haze detection can be performed.
  • FIG. 4 shows a flowchart of the haze acceleration detection method of the present invention.
  • a sample photo mask to perform a process is loaded into a process chamber (S501).
  • the laser beam is irradiated to generate haze (S504).
  • the photomask on which the haze is generated is transferred to the transfer system, and detected in real time by the haze detector (S505). All data obtained at this time is stored in the computer (S506),
  • a light source that emits a laser beam having a wavelength of 200 nm or less is used in a photolithography process, but when a laser beam having a wavelength of 200 nm or less is irradiated on a photo mask, haze, which is a growth defect, is generated on the surface of the photomask.
  • the haze acceleration detection device induces generation of haze, a growth defect generated by repeated photolithography processes on the surface of the photomask, within a few hours. It is an indispensable invention for improving the performance of the photo mask by prolonging the life of the photo mask by controlling the environment of the chamber, measuring the exposure energy, and real-time detection of the haze generated on the surface of the photo mask. .
  • the haze generated photomask is automatically transferred to the conveying system to prevent foreign particles from being adsorbed to the photomask so that the generated haze can be accurately detected, thereby identifying the cause of haze and preventing haze generation. It is an indispensable invention for research.

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Abstract

본 발명은 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 발생부와, 레이저 빔을 미리 설정된 형상 및 에너지 분포를 가지도록 하는 광학계와, 상하측에 윈도우가 설치되고 포토마스크가 안착되는 공정챔버와, 공정챔버로부터 포토 마스크를 인출하여 이송하는 포토 마스크 반송 시스템 및 헤이즈를 실시간으로 검출하는 검출기 모듈을 포함하는 헤이즈 가속 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 14.05.2010]　헤이즈 가속 검출장치 및 그 검출방법
본 발명은 헤이즈 가속 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포토 마스크의 표면에 성장성 결함인 헤이즈를 인위적으로 가속시키고 실시간으로 검출하여 헤이즈 발생 원인을 찾기 위한 헤이즈 가속 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것이다.
최근들어 반도체의 집적도가 증가하면서, 포토리소그래피 공정시에는 200nm 이하 파장의 레이저 빔을 방출하는 광원이 사용되고 있다. 예를 들어, 193nm 파장의 레이저 빔을 방출하는 ArF 엑시머 레이저가 널리 사용된다. 그러나, 200 nm 이하 파장의 레이저 빔을 포토 마스크에 조사하면, 포토 마스크의 표면에 성장성 결함인 헤이즈(haze)가 발생되어 포토마스크의 성능 저하 및 포토 마스크의 수명 단축을 초래한다. 따라서, 헤이즈 발생 원인의 규명 및 헤이즈 발생 방지 방안에 대한 연구를 위해서, 포토 마스크에 헤이즈를 인위적으로 발생시키는 헤이즈 발생장치에 대한 필요성이 증가하고 있다.
도 1은 종래의 일례에 따른 포토 마스크의 헤이즈 가속장치가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 헤이즈 가속장치(100)는 193nm 파장의 엑시머 레이저를 방출하는 레이저빔 발생부(10)와, 레이저 빔이 미리 설정된 형상 및 에너지 분포를 가지도록 레이저 빔을 가공하는 광학계(11~16)와, 포토마스크(19)가 내부에 배치되는 공정챔버(30)를 구비한다. 여기서, 광학계(11~16)는 복수의 미러(11,13,16)와, 레이저 빔의 형상을 가공하는 텔레스코프(12)와, 레이저 빔의 에너지를 균일하게 가공하는 균질기(Homogenizer, 14)와, 레이저 빔의 초점을 조절하고 레이저 빔의 크기를 조절하는 초점 광학계(15)를 구비한다. 공정챔버(30)의 상측 및 하측에는 레이저 빔을 투과하는 윈도우(18, 20)가 설치되어 있다. 공정챔버(30)의 상방 및 하방에는 각각 빔 스플리터(17, 21) 및 빔 스플리터(17, 21)에서 반사된 레이저 빔의 에너지를 측정하는 에너지 검출기(22, 23)가 설치되어 있다. 그리고, 공정챔버(30)의 상측에는 포토 마스크(19)의 표면에 헤이즈 발생 여부를 모니터링 하는 전하결합소자(CCD) 카메라(24)가 설치되어 있다. 또한, 공정챔버(30)는 가스를 공급하는 가스공급부(31)와, 습도를 공급하는 습도공급부(32)와 연결되어 있다.
또한, 포토 마스크(19)에 조사되는 레이저 빔의 순수 에너지는 상측 에너지 검출기(22)에 의해 측정된 레이저 빔의 에너지 및 빔 스플리터(17)의 투과율에 의해 결정되며, 헤이즈 발생시까지 포토 마스크에 조사되는 레이저 빔의 축적 에너지는 헤이즈 발생시까지 조사되는 레이저 빔의 순수 에너지를 합산하여 얻어진다. 한편, 헤이즈 발생에 영향을 미치는 변수로는 헤이즈 발생시까지 포토 마스크(19)에 축적되는 레이저 빔의 에너지 양 및 공정챔버(30) 내부의 온도, 습도 등의 환경 조건 등이 알려져 있으므로, 이러한 변수는 연구자가 원하는 대로 제어된다.
그러나, 상술한 헤이즈 가속 장치(100)에 있어서는, 발생한 헤이즈를 검출하기 위해서는 공정챔버(30)로부터 포토 마스크(19)를 인출하여 별도의 헤이즈 검출 장비로 이송하여야 한다. 이송중에 대기중의 외래 입자가 포토 마스크(19)에 흡착하면 연구자가 의도한 인위적으로 발생된 헤이즈와 구분되기 어렵고, 이송 후에 헤이즈가 발생한 부분을 정확하게 찾기 어렵다는 단점이 있다. 즉 포토 마스크로(19)부터 정확한 헤이즈 검출을 할 수가 없게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 포토마스크 표면에 반복적인 포토리소그래피 공정을 진행함에 따라 생성되는 성장성 결함인 헤이즈를 수 시간 내에 생성을 유도하며 헤이즈가 발생한 포토 마스크의 표면을 실시간으로 검출할 수 있는 헤이즈 가속 검출장치 및 그 검출방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 헤이즈가 발생된 포토 마스크를 반송 시스템으로 자동으로 이송함으로써 정확한 헤이즈 검출이 가능한 헤이즈 가속 검출장치 및 그 검출방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 헤이즈 가속 검출장치는, 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 발생부와; 상기 레이저 빔을 미리 설정된 형상 및 에너지 분포를 가지도록 하는 광학계와; 상하측에 윈도우가 설치되고 포토마스크가 안착되는 공정챔버와; 상기 공정챔버로부터 포토 마스크를 인출하여 이송하는 포토 마스크 반송 시스템; 및 헤이즈를 실시간으로 검출하는 검출기 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 광학계는, 상기 레이저 빔을 반사시키는 미러들과; 상기 레이저 빔의 정사각형 혹은 직사각형의 형태로 가공하는 텔레스코프와; 상기 레이저 빔의 에너지를 가우시안에서 균일한 에너지 분포로 가공하는 균질기; 및 상기 레이저 빔의 크기와 초점을 조절하는 초점 광학계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 초점 광학계는, 필드 렌즈(field lens)와; 상기 레이저 빔의 회절 현상에 의해 형성되는 빔을 차단하는 마스크; 및 상기 레이저 빔의 초점을 조절하는 프로젝션 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 공정챔버는 레이저 빔이 투과하는 광 투과성 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 공정챔버는, 헤이즈 생성 유발을 위해 공정가스를 공급하는 가스 공급부와; 습도를 조절하는 습도 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 공정가스는 NH3, O2, N2, SO2중 어느 하나 또는 하나 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 포토 마스크의 표면에 헤이즈 발생 여부를 모니터링하는 모니터링부와; 상기 레이저 빔의 에너지를 측정하는 에너지 검출기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 모니터링부는 전하결합소자 카메라를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 에너지 검출기는 포토 마스크에 노광되는 에너지의 세기를 정량적으로 측정하여 총 에너지로 환산하여 저장하고, 레이저가 작동된 이후 일정한 간격으로 가스 주입량, 온도 및 습도의 챔버 환경과 총 누적 에너지 값을 저장하며, 헤이즈의 생성 여부를 실시간으로 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 포토 마스크 반송 시스템은, 상기 포토 마스크를 안착시키는 전용 포크와; 상기 전용 포크를 수평, 수직 및 회전 이동시키는 로봇 암;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 검출기 모듈은, 상기 포토 마스크를 이송 받는 포토 마스크 홀더와; 상기 포토 마스크 홀더를 이동 정렬하는 XY 모터 스테이지; 및 헤이즈를 실시간 검출하는 헤이즈 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 상기 헤이즈 검출기는, 대물렌즈를 포함하는 현미경과; 헤이즈를 측정하는 픽셀 전하결합소자 카메라; 및 이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용하여 헤이즈를 검출하는 광학 현미경 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출장치에 있어서, 포토 마스크 반송시스템과 검출기 모듈의 상부에 청정도를 유지하기 위한 필터 모듈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 헤이즈 가속 검출방법은, 공정 챔버에 포토 마스크를 로딩하는 제1단계와; 레이저의 노광 조건을 설정하는 제2단계와; 헤이즈 생성 테스트 조건을 설정하는 제3단계와; 레이저 빔을 조사하여 포토 마스크에 헤이즈를 생성시키는 제4단계와; 상기 헤이즈가 생성된 포토 마스크를 포토 마스크 반송 시스템으로 이송하여 헤이즈 검출기로 검출하는 제5단계와; 상기 검출된 데이터를 컴퓨터에 저장하는 제6단계; 및 상기 공정 챔버를 퍼지하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 헤이즈 가속 검출장치는 포토 마스크 표면에 반복적인 포토리소그래피 공정을 진행함에 따라 생성되는 성장성 결함인 헤이즈를 수 시간 내에 생성을 유도하며 챔버의 환경 제어와 노광 에너지의 측정 및 포토 마스크 표면에서 생성된 헤이즈의 실시간 검출이 가능한 장점이 있다.
또한, 헤이즈가 발생된 포토 마스크를 반송 시스템으로 자동으로 이송함으로써 대기중의 외래 입자가 포토 마스크에 흡착되는 것을 방지하여 발생된 헤이즈를 정확히 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 일례에 따른 포토 마스크의 헤이즈 발생장치이다.
도 2는 본 발명에 따른 헤이즈 가속 검출 장치의 구성도이다.
도 3은 상기 도 2의 헤이즈 가속 검출 장치에서 검출 장치 부분의 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 헤이즈 생성 및 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
10 : 레이저 빔 발생부 11 : 제 1 미러
12 : 텔레스코프 13 : 제 2 미러
14 : 균질기 15 : 초점 광학계
16 : 제 3 미러 17, 21 : 빔 스플리터
18, 20 : 윈도우 19 : 포토 마스크
22 : 에너지 검출기 23 : 에너지 검출기
24 : 모니터링부 30 : 공정챔버
31 : 가스 공급부 32 : 습도 공급부
40 : 포토 마스크 반송 시스템 41 : 로봇 암
42 : 포토 마스크 전용 포크 50 : 검출기 모듈
51 : XY 모터 스테이지 52 : 포토 마스크 홀더
60 : 헤이즈 검출기 70 : 필터 모듈
100 : 헤이즈 가속 장치 200 : 헤이즈 검출 장치
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 헤이즈 가속 검출장치의 구성도이고, 도 3은 상기 도 2의 헤이즈 가속 검출장치에서 헤이즈 검출장치 부분의 평면 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 헤이즈 가속 검출장치는 헤이즈 가속장치(100)와 헤이즈 검출장치(200)의 결합으로 이루어진다.
헤이즈 가속장치(100)는, 제 1 미러(11), 텔레스코프(12), 제 2 미러(13), 균질기(14), 초점 광학계(15) 및 제 3 미러(16)로 구비된 광학계와, 레이저 빔 발생부(10), 빔 스플리터(17,21), 윈도우(18,20), 포토 마스크(19), 에너지 검출기(22,23), 모니터링부(24), 공정챔버(30), 가스 공급부(31) 및 습도 공급부(32)로 구성된다.
레이저 빔 발생부(10)는 극자외선(Deep Ultra Violet)의 파장으로 수백 Hz 이상의 고주파수 빔을 방출하는 엑시머 레이저를 발생시켜 방출한다.
광학계(11~16)는 레이저 빔을 가공하여 레이저 빔이 미리 설정된 형상 및 에너지 분포를 가지도록 한다. 광학계(11~16)는 레이저 빔을 반사시키는 복수의 미러인 제1,2,3 미러(11,13,16)와, 레이저 빔의 형상을 정사각형 혹은 직사각형의 형태로 가공하는 텔레스코프(12)와, 레이저 빔의 에너지를 가우시안에서 균일한 에너지 분포로 가공하는 균질기(14)와, 포토 마스크(19) 표면에 도달할 레이저 빔의 크기와 초점을 조절하는 초점 광학계(15)로 구성되어 있다.
초점 광학계(15)는 필드 렌즈(field lens)와, 레이저 빔의 회절 현상에 의해 형성되는 빔을 차단하는 마스크와, 레이저 빔의 초점을 조절하는 프로젝션 렌즈를 포함하는 것으로 레이저 빔의 크기와 초점을 조절하는 기능을 구비하는 광학 기기이다.
공정챔버(30)의 내부에는 외부와 격리된 내부공간이 형성되어 있고 포토마스크(19)가 안착되는 스테이지(미도시)가 설치되어 있어 로딩 및 위치가 제어된다. 포토마스크(19)가 헤이즈 가속장치(100)에 로딩 및 언로딩 될 때에는 SMIF(Shared Materials Instrumentation Facility) 모듈과 공정챔버(30) 사이의 포토마스크 반송 시스템(40)에 의해 제어된다. 공정챔버(30)의 상측 및 하측에는 각각 윈도우(18,20)가 설치되어 있다. 각 윈도우(18,20)는 레이저 빔이 투과하는 광 투과성 소재, 예를 들어 유리로 이루어져 있다. 따라서, 광학계(11~16)에서 가공된 레이저 빔은 윈도우(18)를 투과하여 포토 마스크(19)에 조사된다.
포토마스크(19)가 안착되는 공정챔버(30)는 가스 공급부(31)와 연결되어 헤이즈 생성을 유발하는 공정가스, 예를 들어 NH3, O2, N2, SO2 중 어느 하나 또는 하나 이상을 혼합하여 가스량 충전을 조절하고 공정챔버(30)의 타측으로 공정챔버 내의 가스가 배출되는 배기라인과 연결되어 있다.
또한, 공정챔버(30)는 습도 공급부(32)와 연결되어 공정챔버 내의 습도를 조절할 수 있다. 모니터링부(24)는 공정챔버(30)의 상측에 설치되어 포토 마스크(19)의 표면에 헤이즈 발생 여부를 모니터링한다. 정확하게는 모니터링부(24)로는 전하결합소자 카메라가 사용된다.
에너지 검출기(22,23)는 공정챔버(30)의 상방 및 하방에 각각 설치되어 있다. 각 에너지 검출기(22,23)는 빔 스플리터(17,21)로부터 반사된 레이저 빔의 에너지를 측정한다. 공정챔버(30)의 상방에 배치된 에너지 검출기(22)는 상측 윈도우(18)로 입사되는 레이저 빔의 에너지를 측정하며, 공정챔버(30)의 하방에 배치된 에너지 검출기(23)는 하측 윈도우(20)로부터 출사되는 레이저 빔의 에너지를 측정한다.
에너지 검출기(22,23)는 포토 마스크(19)에 노광되는 에너지의 세기를 정량적으로 측정하여 총 에너지로 환산하여 저장하고, 레이저가 작동된 이후 일정한 간격으로 가스 주입량, 온도 및 습도의 챔버 환경과 총 누적 에너지 값을 저장하며, 헤이즈의 생성 여부를 실시간으로 디스플레이한다.
헤이즈 검출장치(200)는 포토 마스크 반송 시스템(40), 검출기 모듈(50) 및 필터 모듈(70)로 구성된다.
도 3을 참조하면, 포토 마스크 반송시스템(40)은 헤이즈 가속장치(100)의 공정챔버(30)로부터 포토 마스크(19)를 인출하여 이송한다. 포토 마스크 반송시스템(40)과 공정챔버(30) 사이에는 게이트 밸브(미도시)가 설치되어 상호 격리되도록 한다.
포토 마스크 반송시스템(40)은 포토 마스크 전용 포크(42)를 구비하고 로봇 암(41)의 수평과 수직 이동 및 회전이 가능한 고정밀 다축 로봇시스템(Multi-axis Robot System)으로 구성된다. 공정챔버(30)로부터 인출되어 포토 마스크 전용 포크(42)에 안착한 포토 마스크(19)는 로봇 암(41)의 동작으로 검출기 모듈(50)로 이송된다.
헤이즈를 실시간으로 검출하는 검출기 모듈(50)은 헤이즈 검출기(60)와 포토 마스크 반송시스템(40)으로부터 포토 마스크(19)를 이송 받는 포토 마스크 홀더(52) 및 상기 포토 마스크 홀더(52)를 헤이즈 검출기(60) 측으로 이동하여 정렬하는 XY 모터 스테이지(51)로 구성된다. 포토 마스크(19)가 포토 마스크 반송 시스템(40)으로부터 상기 검출기 모듈(50)로 이송되는 모습을 점선으로 나타내었다.
포토 마스크 반송시스템(40)으로부터 포토 마스크(19)를 이송받은 검출기 모듈(50)은 XY 모터 스테이지(51) 제어로 포토 마스크 홀더(52)를 이동하여 헤이즈 검출기(60)에서 포토 마스크(19)의 최적 검출 영역으로 정렬한 후 헤이즈를 실시간으로 검출한다.
헤이즈 검출기(60)는 본 발명의 실시 예에서는 10X ~ 100X 대물렌즈를 포함하는 현미경과 1.4메가 픽셀 전하결합소자 카메라를 구비하고, 이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용하여 헤이즈를 검출하는 광학 현미경 시스템으로 구성되어 있다. 헤이즈 검출기(60)는 헤이즈가 발생한 포토 마스크(19)로부터 헤이즈를 검출하는 기기이면 적용 가능하다.
포토 마스크 반송시스템(40)과 검출기 모듈(50)의 상부에는 필터 모듈(70)을 설치하여 청정도를 높게 유지하여, 포토 마스트(19)의 이송 중에 대기 중의 외래 입자가 포토 마스크(19)의 표면에 흡착하여 인위적으로 발생된 헤이즈와 구분하기 어렵게 되는 일을 방지하여 정확한 헤이즈 검출을 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 헤이즈 가속 검출방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 먼저 공정 챔버에 공정을 수행하고자 하는 샘플 포토 마스크를 로딩한다(S501).
이어서, 제어용 인터페이스 장치를 통해 레이저의 노광 조건을 설정한다(S502).
이어서, 공정 챔버의 헤이즈 생성 테스트 조건을 설정한다(S503).
이어서, 레이저 빔을 조사하여 헤이즈를 생성시킨다(S504).
이어서, 헤이즈가 생성된 포토 마스크를 반송 시스템으로 이송하여 헤이즈 검출기로 실시간으로 검출한다(S505). 이때 얻어지는 모든 데이터를 컴퓨터에 저장한다(S506),
마지막으로, 공정 챔버 내를 퍼지한다(S507).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
최근들어 반도체의 집적도가 증가하면서 포토리소그래피 공정시에는 200nm이하 파장의 레이저 빔을 방출하는 광원이 사용되고 있으나 200nm이하 파장의 레이저 빔을 포토 마스크에 조사하면 포토마스크의 표면에 성장성 결함인 헤이즈가 발생되어 포토마스크의 성능 저하 및 포토 마스크의 수명 단축을 초래 하였으나, 본 발명에 따른 헤이즈 가속 검출장치는 포토 마스크 표면에 반복적인 포토리소그래피 공정을 진행함에 따라 생성되는 성장성 결함인 헤이즈를 수 시간 내에 생성을 유도하며 챔버의 환경 제어와 노광 에너지의 측정 및 포토 마스크 표면에서 생성된 헤이즈의 실시간 검출이 가능하여 포토 마스크의 성능을 향상시키며, 포토 마스크의 수명을 연장할수 있어 기술 향상에 꼭 필요한 발명이라고 할 수 있습니다.
또한, 헤이즈가 발생된 포토 마스크를 반송 시스템으로 자동으로 이송함으로써 대기중의 외래 입자가 포토 마스크에 흡착되는 것을 방지하여 발생된 헤이즈를 정확히 검출할 수 있어 헤이즈 발생원인의 규명 및 헤이즈 발생 방지 방안에 대한 연구를 위해 꼭 필요한 발명이라고 할 수 있습니다.

Claims (15)

  1. 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 발생부와;
    상기 레이저 빔을 미리 설정된 형상 및 에너지 분포를 가지도록 하는 광학계와;
    상하측에 윈도우가 설치되고 포토마스크가 안착되는 공정챔버와;
    상기 공정챔버로부터 포토 마스크를 인출하여 이송하는 포토 마스크 반송 시스템; 및
    헤이즈를 실시간으로 검출하는 검출기 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는,
    상기 레이저 빔을 반사시키는 미러들과;
    상기 레이저 빔의 정사각형 혹은 직사각형의 형태로 가공하는 텔레스코프와; 상기 레이저 빔의 에너지를 가우시안에서 균일한 에너지 분포로 가공하는 균질기; 및
    상기 레이저 빔의 크기와 초점을 조절하는 초점 광학계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 초점 광학계는,
    필드 렌즈(field lens)와;
    상기 레이저 빔의 회절 현상에 의해 형성되는 빔을 차단하는 마스크; 및
    상기 레이저 빔의 초점을 조절하는 프로젝션 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공정챔버는 레이저 빔이 투과하는 광 투과성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공정챔버는,
    헤이즈 생성 유발을 위해 공정가스를 공급하는 가스 공급부와;
    습도를 조절하는 습도 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공정가스는 NH3, O2, N2, SO2중 어느 하나 또는 하나 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포토 마스크의 표면에 헤이즈 발생 여부를 모니터링하는 모니터링부와;
    상기 레이저 빔의 에너지를 측정하는 에너지 검출기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모니터링부는 전하결합소자 카메라를 사용하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 검출기는 포토 마스크에 노광되는 에너지의 세기를 정량적으로 측정하여 총 에너지로 환산하여 저장하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 검출기는 레이저가 작동된 이후 일정한 간격으로 가스 주입량, 온도 및 습도의 챔버 환경과 총 누적 에너지 값을 저장하며, 헤이즈의 생성 여부를 실시간으로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 포토 마스크 반송 시스템은,
    상기 포토 마스크를 안착시키는 전용 포크와;
    상기 전용 포크를 수평, 수직 및 회전 이동시키는 로봇 암;을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 검출기 모듈은,
    상기 포토 마스크를 이송 받는 포토 마스크 홀더와;
    상기 포토 마스크 홀더를 이동 정렬하는 XY 모터 스테이지; 및
    헤이즈를 실시간 검출하는 헤이즈 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 헤이즈 검출기는,
    대물렌즈를 포함하는 현미경과;
    헤이즈를 측정하는 픽셀 전하결합소자 카메라; 및
    이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용하여 헤이즈를 검출하는 광학 현미경 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  14. 제1항에 있어서,
    포토 마스크 반송시스템과 검출기 모듈의 상부에 청정도를 유지하기 위한 필터 모듈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출장치.
  15. 공정 챔버에 포토 마스크를 로딩하는 제1단계와;
    레이저의 노광 조건을 설정하는 제2단계와;
    헤이즈 생성 테스트 조건을 설정하는 제3단계와;
    레이저 빔을 조사하여 포토 마스크에 헤이즈를 생성시키는 제4단계와;
    상기 헤이즈가 생성된 포토 마스크를 포토 마스크 반송 시스템으로 이송하여 헤이즈 검출기로 검출하는 제5단계와;
    상기 검출된 데이터를 컴퓨터에 저장하는 제6단계; 및
    상기 공정 챔버를 퍼지하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤이즈 가속 검출방법.
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