KR101865338B1 - 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 투과성 재질로 된 기판의 일면을 따라 형성된 회로패턴의 선폭(critical dimension)을 측정하는 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 관한 것이다. 본 발명의 선폭 측정장치는 기판지지부와, 제1조명부와, 반사부와, 영상취득부와, 제어부를 포함하고, 본 발명의 선폭 측정방법은 수평 조절단계와, 광 조사단계와, 영상 취득단계와, 선폭 산출단계를 포함한다. 본 발명은 기판을 향해 조사된 광이 반사부에 의해 정반사되고, 반사부에서 반사된 광을 영상취득부로 촬상하여 회로패턴의 경사면 양측을 기준으로 한 쌍의 명암 경계선이 형성된 이미지를 취득하며, 한 쌍의 명암 경계선 사이의 거리를 측정하여 회로패턴의 선폭을 산출하는 것을 특징으로 한다.

Description

선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법{Apparatus for measuring critical dimension of Pattern and method thereof}
본 발명은 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 투과성 재질로 된 기판에 형성된 회로패턴에 광을 조사하고, 회로패턴의 경사면을 기준으로 명암이 대비된 이미지를 획득하여 선폭을 측정하는 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 관한 것이다.
디스플레이 패널, 반도체, LED칩과 같은 전자부품이나 COF(Chip On Film) 테이프, TAB(Tape Automated Bonding) 테이프와 같은 접착테이프에는 포토 리소그래피 공정, 에칭 공정 등 다양한 공정에 의하여 고밀도로 집적된 회로패턴이 형성된다.
회로패턴 간에 전기적 쇼트(상호 접합), 단선, 결실(top notch) 등이 생긴 불량한 기판을 검사하기 위해서는 회로패턴들을 정밀하게 측정하는 것이 필수적이다. 회로패턴의 형성 공정 전후에 정확한 치수로 회로패턴이 형성되는 지를 확인하기 위해 전기적 특성 검사하거나 회로패턴의 선폭을 측정한다.
도 1은 종래의 선폭 측정장치 및 여기서 획득된 이미지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 선폭 측정장치는, 회로패턴(P)을 갖는 기판(S)의 하부에 조명부(10)가 이격되어 기판(S)을 향해 광을 조사하고, 조사된 광을 기판(S)의 상부에 이격된 영상취득부(20)에서 취득하여 명암이 대비된 이미지(I)를 얻으며, 이미지(I) 상에 나타난 한 쌍의 명암 경계선(L) 사이의 거리(R)를 측정하여 회로패턴(P)의 선폭(W1, W2)을 산출할 수 있도록 구성된다. 여기서 명암 경계선(L) 사이의 거리(R)와 대응되는 회로패턴(P)의 선폭(W1, W2)은 (a)에 확대되어 도시된 바와 같이 기판(S)에 부착되는 회로패턴(P)의 상면의 폭(W1) 또는 회로패턴(P)의 하면의 폭(W2)을 말한다.
종래의 선폭 측정장치는 조명부(10)에서 조사되는 광이 회로패턴(P)의 하면에 막혀 차단됨에 따라 회로패턴(P)의 하면과 회로패턴(P)이 존재하지 않는 기판(S)의 공면(A1) 사이의 명암 차이만 이미지(I) 상에 확실히 나타나고, 회로패턴(P)의 상면과 이와 접한 경사면 사이(ED)의 명암 차이가 이미지(I) 상에 선명하지 않아 회로패턴(P)의 선폭(구체적으로 회로패턴의 상면의 폭, W1)을 정확하게 측정하기 어려운 문제점이 있었다.
즉, 회로패턴(P)의 상면의 일부분이 깨져 결실됐는지 여부, 회로패턴(P)의 상면의 선폭(W1)이 일정기준 이하로 작게 형성되어 최소 기준폭을 만족하는지 여부, 또는 회로패턴(P)의 상면이 일정경로를 따라 원하는 모양을 그리며 형성됐는지 여부 등을 확인할 수 없었다. 이로 인해 양질의 기판(S)을 생산할 수 없었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1135241호(2012. 04. 12. 등록공고, 발명의 명칭 : 마스크의 미세 선폭 측정 장치)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판에 형성된 회로패턴의 선폭을 측정하여 기판의 불량 여부를 명확하게 판별할 수 있는 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 선폭 측정장치는, 광 투과성 재질로 된 기판의 일면을 따라 형성된 회로패턴의 선폭(critical dimension)을 측정하는 선폭 측정장치로서, 상기 회로패턴이 형성되지 않은 상기 기판의 이면을 지지하는 기판지지부; 상기 기판의 일면으로부터 이격되어 상기 기판을 향해 광을 조사하는 제1조명부; 상기 기판과 상기 기판지지부 사이에 개재되어 상기 제1조명부로부터 조사된 광을 반사시키는 반사부; 상기 제1조명부에서 이격되어 배치되고, 상기 제1조명부에서 상기 회로패턴의 상면으로 진행되는 직사광은 상기 상면에 반사되어 제1휘도를 나타내고, 상기 반사부에서 반사되어 상기 회로패턴의 경사면으로 진행되는 제1반사광은 상기 경사면에 난반사되어 상기 제1휘도와 다른 제2휘도를 나타내며, 상기 반사부에서 반사되어 상기 회로패턴이 존재하지 않는 공면으로 진행되는 제2반사광은 상기 제1휘도 및 상기 제2휘도보다 높은 제3휘도를 나타내는 이미지를 획득하는 영상취득부; 및 상기 제1휘도와 상기 제2휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제1명암 경계선 사이의 거리 또는 상기 제2휘도와 상기 제3휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제2명암 경계선 사이의 거리를 측정하여 상기 회로패턴의 선폭을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선폭 측정장치에 있어서, 상기 제1조명부는, 상기 영상취득부의 둘레를 따라 배치되고, 상기 제1조명부에서 조사된 광이 임의의 초점에서 서로 만나는 원뿔대 형태의 링 조명일 수 있다.
본 발명에 따른 선폭 측정장치에 있어서, 상기 기판과 상기 반사부 사이에 개재되어 상기 기판의 평행도를 조절하고, 상기 기판과 접하는 상면이 일정수치 이상의 표면거칠기를 갖는 광 투과성 재질로 된 평행도 조절부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선폭 측정장치에 있어서, 상기 영상취득부의 외측에 배치되어 상기 영상취득부를 향해 동축광을 조사하는 동축광원과, 상기 동축광원에서 조사된 상기 동축광이 상기 기판을 향하도록 변환하는 미러를 구비하는 제2조명부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선폭 측정장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1명암 경계선과 제2명암 경계선 사이의 거리와 미리 설정된 상기 회로패턴의 두께의 비를 산출하여 상기 회로패턴의 경사도를 측정할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 선폭 측정방법은, 광 투과성 재질로 된 기판의 일면을 따라 형성된 회로패턴의 선폭(critical dimension)을 측정하는 선폭 측정방법에 있어서, 원뿔대 형태의 링 조명을 이용하여 임의의 초점에서 서로 만나도록 상기 기판을 향해 광을 조사하는 광 조사단계; 상기 회로패턴의 상면으로 진행되는 직사광은 상기 상면에 반사되어 제1휘도를 나타내고, 상기 기판을 통과한 광을 반사하는 반사부에서 상기 회로패턴의 경사면으로 반사되는 제1반사광은 상기 경사면에 난반사되어 상기 제1휘도와 다른 제2휘도를 나타내며, 상기 반사부에서 상기 회로패턴이 존재하지 않는 공면으로 반사되는 제2반사광은 상기 제1휘도 및 상기 제2휘도보다 높은 제3휘도를 나타내는 이미지를 획득하는 영상 취득단계; 및 상기 제1휘도와 상기 제2휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제1명암 경계선 사이의 거리 또는 상기 제2휘도와 상기 제3휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제2명암 경계선 사이의 거리를 측정하여 상기 회로패턴의 선폭을 산출하는 선폭 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선폭 측정방법에 있어서, 상기 영상 취득단계 과정에서, 상기 이미지의 밝기가 기준치 미만일 경우, 상기 영상취득부에 설치된 동축광원에서 상기 기판을 향해 동축광이 조사되도록 하여 상기 이미지의 밝기를 높이는 밝기 조정단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선폭 측정방법에 있어서, 상기 광 조사단계에 앞서, 상기 반사부 상에 배치된 상기 기판의 평행도를 측정하여, 측정된 평행도와 반대되는 평행도를 갖도록 상면이 절삭되고, 광 투과성 재질로 된 평행도 조절부를 상기 기판과 상기 반사부 사이에 개재하는 수평 조절단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 측정방법.
본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 따르면, 회로패턴의 선폭(구체적으로는 제1명암 경계선 사이의 거리)을 명확하게 측정할 수 있고, 이를 이용해 회로패턴의 경사도를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 따르면, 측정된 선폭 또는 경사도의 값을 이용하여 불량인 기판을 가려냄으로써, 양질의 기판을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 따르면, 기판의 일정영역에 광을 집중적으로 조사하여 명암 대비가 선명하고 밝은 이미지를 획득할 수 있고, 영상취득부에서 얻어지는 이미지가 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 따르면, 기판의 기울기를 보정하여 영상취득부에서 얻어지는 이미지가 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 따르면, 선폭 측정이 끝난 기판을 평행도 조절부에서 원활하게 분리시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법에 따르면, 이미지의 밝기가 어두워 선폭 측정이 어려울 경우, 기판을 향해 동축광을 조사하여 이미지를 밝게 함으로써, 회로패턴의 선폭을 보다 명확하게 측정할 수 있다.
도 1은 종래의 선폭 측정장치 및 여기서 획득된 이미지를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 측정장치 및 여기서 획득된 이미지를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 부분확대도이고,
도 4는 도 2의 선폭 측정장치에 있어서, 평행도 조절부에 의해 기판의 평행도가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 2의 선폭 측정장치에 있어서, 회로패턴의 경사도의 정의를 설명하기 위한 부분확대도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 측정방법의 과정을 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 측정장치 및 여기서 획득된 이미지를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 부분확대도이고, 도 4는 도 2의 선폭 측정장치에 있어서, 평행도 조절부에 의해 기판의 평행도가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 2의 선폭 측정장치에 있어서, 회로패턴의 경사도의 정의를 설명하기 위한 부분확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 측정방법의 과정을 나타낸 블록도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 측정장치는 광 투과성 재질로 된 기판의 일면을 따라 형성된 회로패턴의 선폭(critical dimension)을 측정하는 장치로서, 기판지지부(100)와, 제1조명부(200)와, 반사부(300)와, 영상취득부(400)와, 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 기판지지부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 회로패턴(P)이 형성되지 않은 기판(S)의 이면을 지지한다. 기판지지부(100)는 접촉되는 기판(S)과 반응성이 낮고 일정 강성을 갖는 강체(rigid body)면 충분하고, 그 재질은 특별히 한정되지 않는다.
상기 제1조명부(200)는 기판(S)의 일면으로부터 이격되어 기판(S)을 향해 광을 조사한다. 제1조명부(200)는 백열등, 형광등, LED, 나트륨 램프, 세라믹 메탈 등 다양한 종류의 광원이 적용될 수 있으나, 에너지 효율이 좋고, 수명이 길며, 파장 영역이 다양하여 선명한 이미지를 얻을 수 있는 LED가 적합하다.
제1조명부(200)는 후술되는 영상취득부(400)의 둘레를 따라 배치되고, 제1조명부(200)에서 조사된 광이 임의의 초점에서 서로 만나는 원뿔대 형태의 링 조명으로 구성된다. 이는 기판(S)의 일정영역에 광을 집중적으로 조사하여 명암 대비가 선명하고, 보다 밝은 이미지(I)를 획득하기 위함이고, 특히 제1조명부(200)가 영상취득부(400)의 시야에 직접 노출되지 않게 하여 플레어(이미지 상에 광원 테두리가 나타나는 것)/블루밍(이미지 상에 광원 주위가 번져 보이는 것)/스미어(이미지 상에 광원 주위로 흰선이 나타나는 것) 현상과 같은 이미지 왜곡 현상을 방지하기 위함이다. 이를 통해 회로패턴(P)의 선폭(W1, W2)을 정확히 측정할 수 있고, 측정의 신뢰도도 높일 수 있다.
상기 반사부(300)는 기판(S)과 기판지지부(100) 사이에 개재되어 제1조명부(200)로부터 조사된 광을 반사시킨다. 반사부(300)는 광이 정반사되도록 평평한 거울이 사용되거나, 반사도가 높은 금속 재질의 필름 등이 사용될 수 있다.
상기 영상취득부(400)는 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이 제1조명부(200)에서 이격되어 배치되고, 제1조명부(200)에서 회로패턴(P)의 상면(P1)으로 진행되는 직사광(M1)은 회로패턴(P)의 상면(P1)에 반사되어 제1휘도를 나타내고, 반사부(300)에서 반사되어 회로패턴(P)의 경사면(P2)으로 진행되는 제1반사광(M2)은 경사면(P2)에 난반사되어 제1휘도와 다른 제2휘도를 나타내며, 반사부(300)에서 반사되어 회로패턴(P)이 존재하지 않는 공면(A1)으로 진행되는 제2반사광(M3)은 제1휘도 및 제2휘도보다 높은 제3휘도를 나타내는 이미지(I)를 획득한다.
반사부(300)에서 반사되어 회로패턴(P)의 하면을 향해 진행하는 제3반사광(M4)은 회로패턴(P)의 하면(P3)에 막혀 차단된다.
영상취득부(400)는 본래 이미지(I)의 상을 일정배율로 확대시켜 나타내는 통상의 전자현미경 또는 CCD카메라가 부착된 광학식 현미경 등이 사용될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 영상취득부(400)에 의해 생성된 이미지(I)는 영상출력부(미도시)를 통해 이미지(I)의 픽셀 데이터 또는 벡터 데이터를 제어부로 출력할 수 있고, 그 데이터를 메모리에 저장할 수 있다.
참고로, 휘도는 광의 단위면적당 밝기의 정도를 나타내는 척도로서, 광이 투과되는 면이나 반사되는 면의 표면 밝기이며, 단위는 cd/m^2이다.
직사광(M1)은 회로패턴(P)의 상면(P1)의 반사율에 따라 직사광(M1)이 갖는 제1휘도가 제2휘도보다 더 높은 휘도를 나타낼 수도 있고, 그 반대일 수도 있다.
제1반사광(M2)은 경사면(P2)에서 난반사되는 과정에서 최초 휘도가 일정비율로 감소되어 이미지(I) 상에 일정 밝기(제2휘도)로 나타난다.
제2반사광(M3)은 회로패턴(P)이 존재하지 않는 공면(A1)을 투과하여 휘도 손실없이 영상취득부(400)로 진행되므로 이미지(I) 상에 가장 밝게(제3휘도)로 나타난다.
따라서, 제1휘도와 제2휘도의 휘도 차이에 의해, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 회로패턴(P)의 상면(P1)과 경사면(P2)의 경계와 대응되는 한 쌍의 제1명암 경계선(L1)이 이미지(I)에 나타나고, 제2휘도와 상기 제3휘도의 휘도 차이에 의해, 회로패턴(P)의 경사면(P2)과 회로패턴(P)이 존재하지 않는 기판(S)의 공면(A1)의 경계와 대응되는 한 쌍의 제2명암 경계선(L2)이 이미지에 나타난다.
상기 제어부는 한 쌍의 제1명암 경계선 사이의 거리(R1) 또는 한 쌍의 제2명암 경계선 사이의 거리(R2)를 측정하여 도 5에 도시된 회로패턴(P)의 선폭(W1, W2)을 산출한다. 제어부는 영상출력부에서 전송된 픽셀 데이터 또는 벡터 데이터를 이용하여 이미지(I) 상에 나타난 한 쌍의 제1명암 경계선 사이의 거리(R1) 또는 한 쌍의 제2명암 경계선 사이의 거리(R2)를 영상취득부(400)의 배율로 나누어 회로패턴(P)의 선폭(W1, W2)을 산출한다.
이때, 제어부는 제1명암 경계선(L1)과 제2명암 경계선(L2) 사이의 거리(d1, d2)와 미리 설정된 회로패턴의 두께(t)의 비를 산출하여 회로패턴(P)의 경사도(θ)까지 동시에 측정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 선폭 측정장치는 제1, 2명암 경계선(L1, L2)을 기준으로 회로패턴(P)의 영역별 명암이 명확하게 대비되므로, 회로패턴(P)의 선폭(구체적으로는 한 쌍의 제1명암 경계선 사이의 거리, W1)을 명확하게 측정할 수 있고, 이를 이용해 회로패턴(P)의 경사도(θ)까지 측정할 수 있다.
또한, 측정된 선폭(W1, W2) 또는 경사도(θ)의 값이 기준범위에서 벗어난 경우, 회로패턴(P)의 상면(P1)의 일부분이 깨져 결실됐거나, 회로패턴(P)의 상면(P1)의 선폭(W1)이 최소 기준폭을 만족하지 못하거나, 회로패턴(P)의 하면(P3)의 선폭(W2)이 최대 기준폭을 넘어섰거나, 또는 회로패턴(P)의 상면(P1)이 일정경로를 따라 원하는 모양을 그리며 형성되지 않았거나 하는 등과 같은 회로패턴(P)의 불량 여부를 판단할 수 있으므로, 불량인 기판(S)을 가려내어 양질의 기판(S)을 생산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 선폭 측정장치는 평행도 조절부(500)와 제2조명부(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 평행도 조절부(500)는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 기판(S)과 반사부(300) 사이에 개재되어 기판(S)의 평행도(θ')를 조절하고, 기판(S)과 접하는 표면이 일정수치 이상의 표면거칠기를 갖는 광 투과성 재질로 제작된다.
평행도 조절부(500)는 반사부(300) 상에 배치된 기판(S)의 기준면(B1)에 대한 평행도(구체적으로는 X,Y,Z축 을 기준으로 한 기울기, θ')를 측정하여, 측정된 평행도(θ')와 반대되는 평행도(-θ')를 갖도록 표면이 절삭되거나 혹은 절삭된 형상을 갖도록 마련되어 기판(S)과 반사부(300) 사이에 개재된다.
가공공차, 조립공차 등의 이유로 기판(S)이 한쪽으로 기울어져 있는 경우, 쐐기 형상으로 된 평행도 조절부(500)에 의해 기판(S)의 평행도(θ)가 기준면(B1)에 평행하게 보정됨으로써, 영상취득부(400)에서 얻어지는 이미지(I)가 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.
평행도 조절부(500)의 표면은 일정수치 이상의 표면거칠기를 갖는데, 이는 다음과 같은 부가적인 작용효과를 얻을 수 있다.
만약, 기판(S)이 놓이는 평행도 조절부(500)의 표면이 매끈하게 처리되어 있으면, 평행도 조절부(500)와 기판(S) 사이가 진공상태가 되어 기판(S)이 대기압에 의해 평행도 조절부(500)에 압착된다. 따라서, 선폭(W1, W2) 측정이 끝난 기판(S)을 평행도 조절부(500)에서 분리시키기 어렵고, 분리하는 과정에서 두께가 얇은 기판(S)이 외력에 의해 파손될 수 있다. 또한, 평행도 조절부(500)와 기판(S) 사이에는 전하의 분포 차이 즉, 정전기에 의한 인력이 작용하게 되는데, 정전기의 크기가 클 경우에도 기판을 분리하는 과정에서 기판이 파손될 수 있다.
이에 반해, 본 발명은 평행도 조절부(500)의 표면이 표면거칠기를 갖도록 다수의 요홈(501)이 형성되어 있으므로, 평행도 조절부(500)의 표면에 기판(S)이 놓이더라도 요홈(501)에 공기가 수용됨으로써, 평행도 조절부(500)와 기판(S) 사이에 진공이 형성되지 않는다. 그리고 평행도 조절부(500)와 기판(S) 사이의 접촉면적이 크게 줄어들기 때문에 평행도 조절부(500)와 기판(S) 사이에 작용하는 정전기의 크기도 줄어들게 된다. 따라서, 상술한 기존의 문제점을 해소할 수 있다.
상기 제2조명부(600)는 도 2에 도시된 바와 같이 영상취득부(400)의 외측에 배치되어 영상취득부(400)를 향해 동축광(M5)을 조사하는 동축광원(610)과, 동축광원(610)에서 조사된 동축광(M5)이 기판(S)을 향하도록 변환하는 미러(620)를 구비한다.
영상취득부(400)에서 획득된 이미지(I)의 밝기가 기준치 미만일 경우, 영상취득부(400)에 설치된 동축광원(610)에서 기판(S)을 향해 동축광(M5)이 조사되도록 함으로써, 선폭(W1, W2) 측정이 가능한 밝기로 이미지(I)의 밝기를 높이는 것이다. 이를 통해 회로패턴(P)의 선폭(W1, W2)을 보다 명확하게 측정할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 선폭 측정장치는 다음과 같은 과정, 즉 선폭 측정방법을 통해 회로패턴(P)의 선폭(W1, W2)을 측정한다. 도 6을 참조하면,
(S2 : 광 조사단계)
상기 광 조사단계(S2)는 원뿔대 형태의 링 조명을 이용하여 임의의 초점에서 서로 만나도록 기판(S)을 향해 광을 조사하는 단계이다.
(S1 : 수평 조절단계)
상기 광 조사단계(S2)에 앞서 수평 조절단계(S1)가 더 포함될 수 있다.
상기 수평 조절단계(S1)는 광을 반사하는 반사부(300) 상에 배치된 기판(S)의 평행도(θ')를 측정하여, 측정된 평행도(θ')와 반대되는 평행도(-θ')를 갖도록 광 투과성 재질로 된 평행도 조절부(500)의 표면을 절삭하거나 혹은 절삭된 형상으로 평행도 조절부(500)를 마련하고, 이를 기판(S)과 반사부(300) 사이에 개재하는 단계이다.
기판(S)의 평행도(θ')는 수평계와 같은 물리적 측정 방법, 또는 적외선과 같은 빔을 대상물체를 향해 조사하고, 반사되어 돌아오는 빔의 위상 차를 계산하는 광학 측정 방법 등을 통해 측정될 수 있다.
(S3 : 영상 취득단계)
상기 영상 취득단계(S3)는 회로패턴(P)의 상면(P1)으로 진행되는 직사광(M1)은 상면(P1)에 반사되어 제1휘도를 나타내고, 반사부(300)에서 반사되어 회로패턴(P)의 경사면(P2)으로 진행되는 제1반사광(M2)은 경사면(P2)에 난반사되어 제1휘도와 다른 제2휘도를 나타내며, 반사부(300)에서 회로패턴(P)이 존재하지 않는 공면(A1)으로 반사되는 제2반사광(M3)은 제1휘도 및 제2휘도보다 높은 제3휘도를 나타내는 이미지(I)를 획득하는 단계이다.
영상 취득단계(S3)를 수행하는 과정에서, 획득된 이미지(I)의 밝기가 기준치 미만일 경우, 영상취득부(400)에 설치된 동축광원(610)에서 기판(S)을 향해 동축광(M5)이 조사되도록 하여 이미지(I)의 밝기를 높이는 밝기 조정단계(S3a)를 더 포함할 수 있다. 즉, 이미지(I)가 어두워 선폭(W1, W2)을 판별하기 어려운 경우에 밝기 조정단계(S3a)를 통해 이미지(I)를 밝게 하는 것이다.
(S4 : 선폭 산출단계)
상기 선폭 산출단계(S4)는 제1휘도와 제2휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제1명암 경계선 사이의 거리(R1) 또는 제2휘도와 제3휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제2명암 경계선 사이의 거리(R2)를 측정하여 회로패턴(P)의 선폭(W1, W2)을 산출하는 단계이다.
이때, 제1명암 경계선과 제2명암 경계선 사이의 거리(d1, d2)와 미리 설정된 회로패턴(P)의 두께(t)의 비를 산출하여 회로패턴(P)의 경사도(θ)까지 동시에 측정할 수 있다. 또한, 산출된 선폭(W1, W2) 및 경사도(θ)의 값이 기준범위에서 벗어났는 지를 확인하고, 벗어난 정도에 따라 기판(S)의 불량을 판단하는 불량 판단단계를 더 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법은, 제1, 2명암 경계선을 기준으로 회로패턴의 영역별 명암이 명확하게 대비되므로, 회로패턴의 선폭(구체적으로는 제1명암 경계선 사이의 거리)을 명확하게 측정할 수 있고, 이를 이용해 회로패턴의 경사도까지 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법은, 측정된 선폭 또는 경사도의 값이 기준범위에서 벗어났는 지를 판단하여 불량인 기판을 가려냄으로써, 양질의 기판을 생산할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법은, 임의의 초점에서 서로 만나는 원뿔대 형태의 링 조명을 사용함으로써, 기판의 일정영역에 광을 집중적으로 조사하여 명암 대비가 선명하고 밝은 이미지를 획득할 수 있고, 영상취득부의 시야에 조명이 직접 노출되지 않게 함으로써, 영상취득부에서 얻어지는 이미지가 왜곡되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법은, 평행도 조절부를 통해 기판의 기울기를 보정함으로써, 영상취득부에서 얻어지는 이미지가 왜곡되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법은, 평행도 조절부의 상면이 표면거칠기를 갖도록 함으로써, 선폭 측정이 끝난 기판을 평행도 조절부에서 원활하게 분리시킬 수 있는 부가적인 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 선폭 측정장치 및 이를 이용한 선폭 측정방법은, 이미지의 밝기가 어두워 선폭 측정이 어려울 경우, 기판을 향해 동축광을 조사하여 이미지를 밝게 함으로써, 회로패턴의 선폭을 보다 명확하게 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 기판지지부
200 : 제1조명부
300 : 반사부
400 : 영상취득부
500 : 평행도 조절부
600 : 제2조명부

Claims (8)

  1. 광 투과성 재질로 된 기판의 일면을 따라 형성된 회로패턴의 선폭(critical dimension)을 측정하는 선폭 측정장치에 있어서,
    상기 회로패턴이 형성되지 않은 상기 기판의 이면을 지지하는 기판지지부;
    상기 기판의 일면으로부터 이격되어 상기 기판을 향해 광을 조사하는 제1조명부;
    상기 기판과 상기 기판지지부 사이에 개재되어 상기 제1조명부로부터 조사된 광을 반사시키는 반사부;
    상기 제1조명부에서 이격되어 배치되고, 상기 제1조명부에서 상기 회로패턴의 상면으로 진행되는 직사광은 상기 상면에 반사되어 제1휘도를 나타내고, 상기 반사부에서 반사되어 상기 회로패턴의 경사면으로 진행되는 제1반사광은 상기 경사면에 난반사되어 상기 제1휘도와 다른 제2휘도를 나타내며, 상기 반사부에서 반사되어 상기 회로패턴이 존재하지 않는 공면으로 진행되는 제2반사광은 상기 제1휘도 및 상기 제2휘도보다 높은 제3휘도를 나타내는 이미지를 획득하는 영상취득부; 및
    상기 제1휘도와 상기 제2휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제1명암 경계선 사이의 거리 또는 상기 제2휘도와 상기 제3휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제2명암 경계선 사이의 거리를 측정하여 상기 회로패턴의 선폭을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1조명부는, 상기 영상취득부의 둘레를 따라 배치되고, 상기 제1조명부에서 조사된 광이 임의의 초점에서 서로 만나는 원뿔대 형태의 링 조명인 것을 특징으로 하는 선폭 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 반사부 사이에 개재되어 상기 기판의 평행도를 조절하고, 상기 기판과 접하는 상면이 일정수치 이상의 표면거칠기를 갖는 광 투과성 재질로 된 평행도 조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상취득부의 외측에 배치되어 상기 영상취득부를 향해 동축광을 조사하는 동축광원과, 상기 동축광원에서 조사된 상기 동축광이 상기 기판을 향하도록 변환하는 미러를 구비하는 제2조명부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1명암 경계선과 제2명암 경계선 사이의 거리와 미리 설정된 상기 회로패턴의 두께의 비를 산출하여 상기 회로패턴의 경사도를 측정하는 것을 특징으로 하는 선폭 측정장치.
  6. 광 투과성 재질로 된 기판의 일면을 따라 형성된 회로패턴의 선폭(critical dimension)을 측정하는 선폭 측정방법에 있어서,
    원뿔대 형태의 링 조명인 제1조명부를 이용하여 임의의 초점에서 서로 만나도록 상기 기판을 향해 광을 조사하는 광 조사단계;
    상기 회로패턴의 상면으로 진행되는 직사광은 상기 상면에 반사되어 제1휘도를 나타내고, 상기 기판을 통과한 광을 반사하는 반사부에서 상기 회로패턴의 경사면으로 반사되는 제1반사광은 상기 경사면에 난반사되어 상기 제1휘도와 다른 제2휘도를 나타내며, 상기 반사부에서 상기 회로패턴이 존재하지 않는 공면으로 반사되는 제2반사광은 상기 제1휘도 및 상기 제2휘도보다 높은 제3휘도를 나타내는 이미지를 상기 제1조명부와 이격 배치된 영상취득부를 이용하여 획득하는 영상 취득단계; 및
    상기 제1휘도와 상기 제2휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제1명암 경계선 사이의 거리 또는 상기 제2휘도와 상기 제3휘도의 휘도 차이에 의해 생긴 한 쌍의 제2명암 경계선 사이의 거리를 측정하여 상기 회로패턴의 선폭을 산출하는 선폭 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 측정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 영상 취득단계 과정에서,
    상기 이미지의 밝기가 기준치 미만일 경우, 상기 영상취득부에 설치된 동축광원에서 상기 기판을 향해 동축광이 조사되도록 하여 상기 이미지의 밝기를 높이는 밝기 조정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 측정방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광 조사단계에 앞서,
    상기 반사부 상에 배치된 상기 기판의 평행도를 측정하여, 측정된 평행도와 반대되는 평행도를 갖도록 상면이 절삭되고, 광 투과성 재질로 된 평행도 조절부를 상기 기판과 상기 반사부 사이에 개재하는 수평 조절단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선폭 측정방법.
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