KR20200088529A - 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템 - Google Patents

초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템 Download PDF

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김지범
곽희종
추민균
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주식회사 에프에스티
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Abstract

본 발명은 펠리클 검사 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템은 현재 스캔 라인을 따라서 펠리클 막의 영상을 획득하도록 구성된 영상취득수단과, 다음번 스캔 라인을 따라서 펠리클 막의 변위 값을 획득하도록 구성된 변위센서와, 상기 펠리클 막을 상기 영상취득수단에 대해서 상대 이동시키도록 구성된 이송수단과, 상기 변위센서에서 미리 획득된 변위 값을 이용하여 상기 펠리클 막이 상기 영상취득수단의 피사계 심도(depth of field) 안에 들어오도록 상기 펠리클 막과 상기 영상취득수단 사이의 거리가 조절되도록 상기 이송수단을 제어하는 제어기를 포함하는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템은 펠리클 막과 영상획득장치의 거리를 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 초극자외선 리소그라피용 펠리클의 결함을 정밀하게 검사할 수 있다는 장점이 있다.

Description

초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템{Inspection system for extreme ultra violet lithography pellicle}
본 발명은 펠리클 검사 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 액정 표시판 등의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼 또는 액정용 기판에 광선을 조사해서 패터닝하는 포토리소그래피라는 방법이 사용된다.
포토 리소그라피에서는 패터닝의 원판으로서 마스크가 사용되고, 마스크 상의 패턴이 웨이퍼 또는 액정용 기판에 전사된다. 이때, 이 마스크에 먼지가 부착되어 있으면 이 먼지로 인하여 빛이 흡수되거나, 반사되기 때문에 전사한 패턴이 손상되어 반도체 장치나 액정 표시판 등의 성능이나 수율의 저하를 초래한다는 문제가 발생한다. 따라서 이들의 작업은 보통 클린룸에서 행해진다. 그러나 이 클린룸 내에도 먼지가 존재하므로, 마스크 표면에 먼지가 부착하는 것을 방지하기 위하여 펠리클을 부착하는 방법이 행해지고 있다. 이 경우, 먼지는 마스크의 표면에는 직접 부착되지 않고, 펠리클에 부착된다. 리소그라피 시에는 초점이 마스크의 패턴 상에 위치하므로, 펠리클 상의 먼지는 초점이 맞지 않아 패턴에 전사되지 않는다.
펠리클은 펠리클 막과 펠리클 막을 지지하는 펠리클 프레임을 포함하며, 펠리클 프레임의 하부에는 펠리클 프레임을 마스크에 부착하기 위한 점착층이 형성된다.
포토 리소그라피 공정 사용되는 펠리클이 부착된 마스크의 표면이나, 펠리클 막의 표면, 펠리클 프레임의 표면에 존재하는 파티클은 마스크의 패턴을 오염시켜 공정 불량을 일으킬 가능성이 있으므로, 검사가 필요하다.
등록특허 제1344817호에는 레티클(마스크)과 레티클의 상면에 부착된 펠리클을 구비하는 레티클 조립체의 결함을 검사하는 자동으로 검사하는 장치가 개시되어 있다. 등록특허 제1344817호의 장치는 레티클 조립체에 수직으로 빛을 조사하여 기준 영상을 획득하는 제1광학계와 경사진 상태로 빛을 조사하여 2차적으로 영상을 획득하는 제2광학계와 레티클 조립체를 제1광학계 아래로 등속으로 통과시키고, 제2광학계 아래에서는 멈추도록 구성된 리니어 모터 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
최근에는 점차 반도체 제조용 노광 장치의 요구 해상도가 높아져 가고 있고, 그 해상도를 실현하기 위해서 광원의 파장이 점점 더 짧아지고 있다. 구체적으로, UV 광원은 자외광 g선(436), I선(365), KrF 엑시머 레이저(248), ArF 엑시머 레이저(193)에서 초극자외선(EUV, extreme UltraViolet, 13.5㎚)로 점점 파장이 짧아지고 있다. 이러한 초극자외선을 이용한 노광 기술을 실현하기 위해서는 새로운 광원, 레지스트, 마스크, 펠리클의 개발이 불가결하다. 즉, 종래의 유기 펠리클 막은 높은 에너지를 가진 노광 광원에 의해서 물성이 변화되고, 수명이 짧기 때문에 초극자외선용 펠리클에는 사용되기 어렵다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 다양한 시도가 진행되고 있다. 이러한 시도의 하나로서, 매우 얇은 실리콘 막을 펠리클 막으로 사용하는 방법이 사용되고 있다.
그런데 이러한 초극자외선 포토 리소그라피용 펠리클의 펠리클 막과 펠리클 프레임에 부착된 파티클을 검사하는 검사시스템에서는 기존의 검사시스템에 비해서 더 작은 1㎛ 이하의 파티클을 검사해야 하므로, 검사시스템의 영상획득장치의 배율이 높아져서 피사계 심도(depth of field)가 기존의 25㎛ 수준에서 6㎛ 수준으로 변경되었다. 이로 인해서 종래에는 무시할 수 있었던, 전체적으로 미세하게 부풀어 오른 펠리클 막의 형태가 문제가 된다.
즉, 기존의 펠리클 검사시스템처럼 영상획득장치가 펠리클 검사시스템의 상부에 고정되어 있고, 그 밑으로 펠리클이 등속으로 이동하면서 영상을 취득할 경우, 영상획득장치와 부풀어 오른 펠리클 막 사이의 거리가 일정하게 유지되지 않기 때문에 특정 위치에서는 측정 대상 부위가 영상획득장치의 피사계 심도에서 벗어나 정확한 파티클 검사를 진행할 수 없다.
이런 문제를 해결하려면 부풀어 오른 펠리클 막이 전체적으로 영상획득장치의 피사계 심도 안에 들어올 수 있게 펠리클의 위치를 조절하는 기능이 있어야 한다. 펠리클 검사시스템의 영상획득장치에서 사용하는 카메라는 라인 스캔 방식(TDI)으로 영상을 획득하고 있는데, 한 줄씩 영상을 획득할 때마다 막의 높이가 변화하므로, 영상취득장치나 펠리클을 상하로 움직여 영상취득장치의 피사계 심도 안에 펠리클 막이 위치하도록 유지시켜줘야 한다.
기존의 펠리클 검사 시스템은 X, Y 평면상에서 이동이 가능하며, Z 축과 나란한 회전축에 대해서 회전할 수 있는 로터리 테이블에 펠리클을 배치한 후에 로터리 테이블을 영상획득장치에 대해서 이동시켜서 펠리클의 영상을 취득했다. 그러나 앞서 언급한 것처럼 초극자외선 리소그라피 펠리클의 막은 부풀어 오른 형상이어서, 이송 장치를 이용하는 펠리클 검사 시스템에서는 영상획득장치의 카메라가 선명한 이미지를 획득하기가 어렵다는 문제가 있었다.
등록특허 제1344817호 등록특허 제1659587호 등록특허 제1533826호 공개특허 제2017-0088379호 공개특허 제2017-0085118호
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 영상획득장치의 피사계 심도 안에 펠리클 막이 위치하도록 유지시키며, 펠리클 막을 검사할 수 있는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템은 현재 스캔 라인을 따라서 펠리클 막의 영상을 획득하도록 구성된 영상취득수단과, 다음번 스캔 라인을 따라서 펠리클 막의 변위 값을 획득하도록 구성된 변위센서와, 상기 펠리클 막을 상기 영상취득수단에 대해서 상대 이동시키도록 구성된 이송수단과, 상기 변위센서에서 미리 획득된 변위 값을 이용하여 상기 펠리클 막이 상기 영상취득수단의 피사계 심도(depth of field) 안에 들어오도록 상기 펠리클 막과 상기 영상취득수단 사이의 거리가 조절되도록 상기 이송수단을 제어하는 제어기를 포함하는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템을 제공한다.
또한, 상기 이송수단은, X축 방향을 따라서 이동하는 제1 스테이지와, 상기 제1 스테이지에 설치되며, Y축 방향을 따라서 이동하는 제2 스테이지와, 상기 제2 스테이지에 설치되며, X-Y 평면에 직교하는 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 회전축 방향으로 직선 이동을 하며, 상기 회전축이 Z축에 대해서 각을 이루도록 경사질 수 있도록 구성되며, 펠리클이 배치되는 테이블을 포함하는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템을 제공한다.
또한, 상기 제어기는 상기 변위센서에서 미리 획득된 변위 값이 변화하는 경향을 이용하여 상기 테이블의 경사각을 조절하는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템은 펠리클 막과 영상획득장치의 거리를 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 초극자외선 리소그라피용 펠리클의 결함을 정밀하게 검사할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템의 일실시예의 사시도이다.
도 2는 펠리클의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 펠리클의 단면도이다.
도 4는 영상획득수단과 변위센서의 이동경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 스테이지 유닛의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 스테이지 유닛의 일부를 간략하게 나타낸 측면도이다.
도 7은 5에 도시된 테이블의 경사각 조절을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템의 일실시예의 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템의 일실시예는 지지구조(10), 변위센서(20), 영상취득수단(30), 제어기(미도시) 및 이송수단인 스테이지 유닛(40)을 포함한다.
초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템은 이송수단에 의해서 X-Y 평면상에서 이동하는 펠리클(1)의 표면에 존재하는 파티클을 빛의 산란특성을 이용하는 영상취득수단(20)을 통해서 검사하는 장치이다.
도 2는 펠리클의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 초극자외선 리소그라피용 펠리클(1)은 펠리클 막(2)과 펠리클 프레임(5)을 포함한다. 펠리클 프레임(5)은 한 쌍의 장변과 한 쌍의 단변을 포함하는 프레임부(3)와 프레임부(3)의 한 쌍의 장변 각각에 결합하는 픽스처(4, fixture)를 포함한다. 하나의 장변에는 두 개의 픽스처(4)가 결합한다. 초극자외선 리소그라피용 펠리클(1)은 픽스처(4)를 포토 마스크에 설치된 스터드(stud)에 결합하는 방식으로 포토 마스크에 설치된다.
도 3은 도 2에 도시된 펠리클의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 펠리클 막(2)은 전체적으로 부풀어 오른 형태이다.
다시, 도 1을 참고하면, 지지구조(10)는 X축, Y축, Z축 방향을 가진다. 지지구조(10)는 변위센서(20), 영상취득수단(30), 제어기, 이송수단인 스테이지 유닛(40) 등을 지지하는 역할을 한다. 지지구조(10)는 복수의 프레임으로 이루어질 수 있다.
변위센서(20)는 변위센서(20)로부터 펠리클 막(2)까지의 거리를 측정하는 역할을 한다. 변위센서(20)는 비접촉식 변위센서로서 레이저 변위센서나 초음파 변위센서를 변위센서(20)로 사용할 수 있다.
영상취득수단(30)은 카메라, 렌즈, 렌즈 홀더, 조명 등을 포함할 수 있다. 영상취득수단(30)은 펠리클 막(2)의 평면 영상획득을 위해서 그 중심축이 펠리클(1)과 직교하도록 배치되어 있다.
영상취득수단(30)은 변위센서(20)와 나란히 설치된다. 변위센서(20)는 영상취득수단(30)의 중심과 스캔 라인들 사이의 간격만큼 떨어져 있다. 즉, 영상취득수단(30)의 중심은 현재 스캔 라인에 위치하며, 변위 센서의 중심은 다음번 스캔 라인에 위치한다. 스캔 라인들 사이의 간격은 영상취득수단(30)의 시야 범위(field of view, FOV)에 의해서 결정된다.
이러한 상태에서 스캔이 진행되면, 영상취득수단(30)은 도 4에 도시된 현재 스캔 라인(S1)을 따라서 현재의 시야 범위(F1) 내의 펠리클 막(2)의 영상을 획득하며, 변위센서(20)는 도 4에 도시된 다음번 스캔 라인(S2) 상의 펠리클 막(2)까지의 거리를 측정한다. 그리고 거릿값을 이용하여 변위 값을 획득할 수 있다. 변위 값은, 예를 들어, 펠리클 프레임(5)의 상면을 기준으로 하는 거릿값일 수 있다.
영상취득수단(30)의 조명에서 빛이 조사되면, 펠리클 막(2)의 표면의 파티클에 의해서, 조명으로부터 조사된 빛이 산란한다. 카메라는 펠리클 막(2)의 표면에서 반사되는 빛과 산란하는 빛을 이용하여 파티클을 구별할 수 있는 영상을 획득할 수 있다.
영상취득수단(30)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 광학계로 이루어질 수도 있으나, 두 개의 광학계를 포함할 수도 있다. 즉, 고해상도의 광학계와 저해상도의 광학계를 따로 구비할 수 있다.
이송수단은 펠리클(1)을 변위센서(20) 및 영상취득수단(30)에 대해서 상대 이동시켜서, 변위센서(20)가 펠리클 막(2)을 스캔하여 펠리클 막(2)이 전체적으로 볼록하게 변형된 정도를 나타내는 변위 값을 측정하도록 한다. 또한, 영상취득수단(30)이 펠리클 막(2)을 라인 스캔하여 펠리클 막(2)의 전체 표면 영상을 획득하도록 하는 역할을 한다.
이송수단은 펠리클(1)을 이동시키거나, 반대로, 변위센서(20) 및 영상취득수단(30)을 이동시킬 수 있다. 본 실시예에서는 변위센서(20) 및 영상취득수단(30)을 지지수단(10)에 고정하고, 이송수단인 스테이지 유닛(40)을 사용하여 펠리클 막(2)의 표면을 영상취득수단(30)의 피사계 심도 안에서 이동시키면서 펠리클 막(2)의 영상을 획득하는 방법을 사용하였다.
도 5는 도 1에 도시된 스테이지 유닛의 평면도이며, 도 6은 도 1에 도시된 스테이지 유닛의 일부를 간략하게 나타낸 측면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이지 유닛(40)은 제1 스테이지(41)와 제2 스테이지(42) 및 테이블(43)을 포함한다. 제1 스테이지(41)는 지지수단(10)에 설치된 X축 방향의 가이드 레일(11)을 따라서 이동한다. 제2 스테이지(42)는 제1 스테이지(41)에 설치된 Y축 방향의 가이드 레일(44)을 따라서 이동한다. 테이블(43)은 제2 스테이지(42)에 설치되며, X-Y 평면에 직교하는 회전축(45)을 중심으로 회전한다. 테이블(43)에는 진공 플레이트 등 펠리클을 고정할 수 있는 수단이 설치되어 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 테이블(43)은 회전축(45) 방향으로 직선 이동을 한다. 따라서 펠리클 막(2)과 영상취득수단(30) 사이의 거리가 조절된다. 또한, 테이블(43)의 회전축(45)은 Z축에 대해서 각을 이루도록 경사질 수 있다. 경사각의 조절에 의해서도 펠리클 막(2)과 영상취득수단(30) 사이의 거리가 조절된다. 펠리클 막(2)은 전체적으로 볼록하게 변형되므로, 이에 따라서 경사각을 조절한 후에 테이블(43)의 높이를 미세하게 조절하면 좀 더 빠르게 대응할 수 있다는 장점이 있다.
예를 들어, 펠리클 막(2)의 테두리 부분의 영상을 획득할 때에는 도 7의 (a)나 (c)에 도시된 바와 같이 테이블(43)을 기울이고, 펠리클 막(2)의 중심부의 영상을 획득할 때에는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 테이블을 평행으로 유지한다면, 테이블(43)을 상하로 많이 이동시키지 않아도 되므로, 라인 스캔 속도를 빠르게 할 수 있다.
제어기는 변위센서(20)에서의 변위 값을 이용하여 스테이지 유닛(40)을 제어함으로써, 펠리클 막(2)이 영상취득수단(30)의 피사계 심도 안에 위치한 상태를 유지하면서 펠리클 막(2)을 경로를 따라서 이동시키는 역할을 한다.
상술한 바와 같이, 실제 펠리클 막(2)은 이상적인 펠리클 막과 달리 살짝 부풀어 올라있으므로, 제어기가 이를 고려하지 않고, 스테이지 유닛(40)을 구동한다면 카메라 초점이 맞지 않아서 선명한 영상을 획득할 수 없다. 이를 해결하기 위해서는 제어기는 변위센서(50)에서의 측정값을 이용하여 스테이지 유닛(40), 특히, 테이블(43)을 제어한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 제어기는 이전 스캔 과정에서 변위센서(20)를 통해서 미리 확보한 현재 스캔 라인의 변위 값들을 이용하여, 현재 스캔 라인의 라인 스캔 과정에서 테이블(43)의 높이 및/또는 경사각을 계속 조절함으로써, 라인 스캔 과정에서 영상취득수단(30)의 시야 범위에 들어오는 펠리클 막(2)의 표면이 항상 영상취득수단(30)의 피사계 심도 안에 위치하도록 한다.
이하에서는 상술한 구성의 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템의 작용에 대해서 설명한다.
먼저, 로봇 팔 등을 이용하여 펠리클(1)을 스테이지 유닛(40)에 올려놓는다.
다음, 스테이지 유닛(40)을 이동시켜 펠리클(1)을 정 위치에 정렬시킨다.
이하에서는 도 4를 참고하여 설명한다.
다음, 스테이지 유닛(40)을 X축 방향으로 이동시키면서, 변위센서(20)를 이용하여 첫 번째 스캔 라인(도 4의 S1) 상의 펠리클 막(2)과 변위센서(20) 사이의 거리를 측정하여, 제1 변위 값을 획득한다. 이때에는 펠리클 막(2)의 영상은 획득하지 않는다.
다음, 스테이지 유닛(40)을 Y축 방향으로 스캔 라인들 사이의 간격만큼 이동시켜, 영상취득수단(30)이 첫 번째 스캔 라인(S1) 상에 위치하도록 한다. 이때, 변위센서는 두 번째 스캔 라인(S2) 상에 위치한다.
다음, 스테이지 유닛(40)을 -X축 방향으로 이동시키면서, 영상취득수단(30)이 첫 번째 스캔 라인(S1) 상의 펠리클 막(2)을 촬영하도록 하여 펠리클 막(2)의 영상을 획득한다. 이때에는 이전 스캔에서 확보된 제1 변위 값을 이용하여 테이블(43)의 높이 및/또는 경사각을 계속 조절한다. 이 과정에서 변위센서(20)는 두 번째 스캔 라인(S2)을 따라서 펠리클 막(2)의 제2 변위 값을 측정한다. 제2 변위 값은 변위센서(20)에서 측정되는 변위 값에서 테이블(43)의 높이 및/또는 경사각의 변화에 따른 값을 차감한 값이 된다. 또는 변위센서(20)에서 측정되는 변위 값에서 이전 스캔 단계에서 획득된 제1 변위 값을 차감한 값으로 표현할 수도 있다. 선명한 영상을 확보하기 위해서 테이블(43)의 높이가 계속 변화하므로 이를 고려하여야 정확한 변위 값을 획득할 수 있다.
이러한 라인 스캔 과정을 수십 개 정도의 스캔 라인을 따라서 반복하면, 펠리클 막(2) 전체의 영상을 획득할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 펠리클
10: 지지수단
20: 변위센서
30: 영상취득수단
40: 스테이지 유닛

Claims (3)

  1. 현재 스캔 라인을 따라서 펠리클 막의 영상을 획득하도록 구성된 영상취득수단과,
    다음번 스캔 라인을 따라서 펠리클 막의 변위 값을 획득하도록 구성된 변위센서와,
    상기 펠리클 막을 상기 영상취득수단에 대해서 상대 이동시키도록 구성된 이송수단과,
    상기 변위센서에서 미리 획득된 변위 값을 이용하여 상기 펠리클 막이 상기 영상취득수단의 피사계 심도(depth of field) 안에 들어오도록 상기 펠리클 막과 상기 영상취득수단 사이의 거리가 조절되도록 상기 이송수단을 제어하는 제어기를 포함하는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송수단은,
    X축 방향을 따라서 이동하는 제1 스테이지와,
    상기 제1 스테이지에 설치되며, Y축 방향을 따라서 이동하는 제2 스테이지와,
    상기 제2 스테이지에 설치되며, X-Y 평면에 직교하는 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 회전축 방향으로 직선 이동을 하며, 상기 회전축이 Z축에 대해서 각을 이루도록 경사질 수 있도록 구성되며, 펠리클이 배치되는 테이블을 포함하는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 변위센서에서 미리 획득된 변위 값이 변화하는 경향을 이용하여 상기 테이블의 경사각을 조절하는 초극자외선 리소그라피용 펠리클 검사 시스템.

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