KR102177682B1 - 모든 표면 막 계측 시스템 - Google Patents

Abstract

시스템은 전면, 그 전면에 대향하는 후면, 및/또는 웨이퍼의 전면과 후면 사이의 에지 상에 계측을 수행하도록 구성된다. 이는 모든 웨이퍼 계측 및/또는 웨이퍼의 후면 상의 박막의 계측을 제공할 수 있다. 일 예시에서, 웨이퍼의 후면 상의 박막의 두께 및/또는 광학 특성들은 테스트 중인 웨이퍼의 후면으로부터 방사하는 명시야 광의 그레이 스케일 이미지 대 기준 웨이퍼의 그레이 스케일 이미지의 비율을 사용하여 결정될 수 있다.

Description

모든 표면 막 계측 시스템

본 출원은 2016년 3월 28일자로 출원되어 양도된 미국 가특허 출원 번호 제62/314,276호의 우선권을 주장하는 출원으로서, 그 전체 개시가 본원 명세서에 참고로 인용되고 있다.

본 개시는 웨이퍼 검사 및 계측에 관한 것이다.

웨이퍼 검사 및 계측 시스템들은 제조 프로세스 도중에 발생하는 결함들을 검출함으로써 반도체 제조업자가 집적 회로(IC) 칩 수율을 높이고 유지하는데 도움이 된다. 검사 및 계측 시스템들의 한 가지 목적은 제조 프로세스가 규격을 충족하는지 여부를 모니터링하는 것이다. 검사 및 계측 시스템은 제조 프로세스가 반도체 제조업자에 의해 해결할 수 있는 확립된 규범(norms)의 범위를 벗어나는 경우 문제점 및/또는 문제점의 원인을 나타낼 수 있다.

반도체 제조 산업의 진화는 수율 관리 및, 특히 계측 및 검사 시스템들에 대한 요구들이 증가되고 있다. 웨이퍼 크기가 증가하는 동안 임계 치수들(ciritical dimensions)은 줄어들고 있다. 경제는 고수율, 고 부가가치 생산을 달성하는데 소요되는 시간을 줄이기 위해 업계를 주도하고 있다. 따라서, 수율 문제의 검출에서부터 이를 고치는(fixing)데까지 걸리는 총 시간을 최소화하는 것이 반도체 제조업자를 위한 투자 회수율(return-on-investment)을 결정한다.

반도체 웨이퍼들은 두께가 1 nm 내지 수 μm 미만인 산화물들 또는 질화물들과 같은 박막들을 포함할 수 있다. 웨이퍼 상에서, 박막은 전면(front surface)(전형적으로 추가의 층들 또는 반도체 디바이스들을 포함함), 그 전면에 대향하는 후면(back surface), 또는 전면과 후면 사이의 에지 상에 존재할 수 있다. 화학 기상 퇴적(chemical vapor deposition, CVD), 물리 기상 퇴적(physical vapor deposition, PVD), 원자 층 퇴적(atomic layer deposition, ALD), 및 에피택시(epitaxy)는 이러한 박막을 형성하는데 사용될 수 있는 4 가지 기술들이지만, 다른 것들도 가능하다.

이러한 박막들의 두께는 디바이스의 성능이나 수율에 영향을 줄 수 있다. 반도체 제조사들은 일반적으로 박막을 검사하거나 측정하기를 원하고, 특히 박막의 두께와 특성들을 결정하는 것을 원한다. 그러나, 두께 및 예를 들어 광학 특성들을 결정하는 것은 어려울 수 있다. 이는 특히 반도체 웨이퍼의 에지 또는 후면 상에 존재하는 박막들에 대해서 사실이다. 현재, 특히 웨이퍼의 전면이 패턴화되고 웨이퍼 척 상에 배치될 수 없는 경우, 웨이퍼의 후면에서 계측을 수행할 방법이 없다. "모든 웨이퍼 표면 계측", 즉, 웨이퍼의 모든 표면에서의 계측을 제공하는 방법도 없다. 특히, 제조 환경에서 어떤 기술도 후면 막 계측을 제공할 수 없다. 따라서, 개선된 계측 하드웨어 기술들을 필요로 하게 된다.

제1 실시예에서는, 시스템이 제공된다. 이 시스템은, 웨이퍼를 유지하도록 구성된 스테이지(stage)와; 전면(front surface), 그 전면에 대향하는 후면(back surface), 및 스테이지 상의 웨이퍼의 전면과 후면 사이의 에지에서 적어도 하나의 빔을 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광원(light source)과; 전면, 후면, 및 에지로부터 반사된 빔을 수신하도록 구성된 적어도 3개의 검출기들; 및 센서들과 전자 통신하는 제어기를 포함한다. 제어기는 전면, 후면, 및 에지 상의 계측(metrology)을 수행하도록 구성된다. 시스템은 3개의 광원들을 포함할 수 있다. 광원은 적어도 하나의 컬러 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 제어기는 검출기들을 사용하여 결정된 검사 결과들에 기초하여 계측을 수행하도록 구성될 수 있다.

제어기는 프로세서를 포함할 수 있고, 프로세서는 하드웨어 모델, 제1 막 적층 모델, 및 제2 막 적층 모델을 사용하여 웨이퍼의 후면으로부터 방사하는 명시야 광의 그레이 스케일 이미지와 기준 웨이퍼의 비율을 측정함으로써 웨이퍼의 후면 상의 막의 두께를 결정하도록 프로그래밍될 수 있다. 하드웨어 모델은 시스템의 하드웨어 파라미터들을 포함할 수 있다. 제1 막 적층 모델은 기준 웨이퍼에 대응한다. 제2 막 적층 모델은 웨이퍼에 대응한다.

제2 실시예에서는, 방법이 제공된다. 이 방법은 전면, 그 전면에 대향하는 후면, 및 웨이퍼의 전면과 후면 사이의 에지의 계측을 위한 계측 시스템을 교정하는 단계를 포함한다. 계측 시스템을 사용하여 전면, 그 전면에 대향하는 후면, 및 웨이퍼의 전면과 후면 사이의 에지 상에서 계측이 수행된다. 웨이퍼는, 광원들 중 하나가 전면을 위해 사용되고, 광원들 중 하나가 후면을 위해 사용되며, 광원들 중 하나가 에지를 위해 사용되는 3개의 광원들로 조명될 수 있다. 3개의 검출기들을 사용하여 전면, 후면, 및 에지로부터 광이 수신될 수 있다. 계측은 전면, 후면, 및 에지의 검사 결과들을 사용하여 수행될 수 있다.

제3 실시예에서는, 방법이 제공된다. 이 방법은, 시스템의 하드웨어 파라미터들을 포함하는 하드웨어 모델을 제공하는 단계와; 적어도 제1 막 적층 모델 및 제2 막 적층 모델을 제공하는 단계와; 후면 상의 막을 갖는 웨이퍼를 조명하는 단계와; 센서를 사용하여 막을 갖는 웨이퍼의 후면으로부터 방사되는 명시야 광의 그레이 스케일 이미지를 검출하는 단계와; 그레이 스케일 이미지를 프로세서에 전달하는 단계와; 프로세서를 사용해서, 하드웨어 모델을 사용하여 웨이퍼의 후면으로부터 방사하는 명시야 광의 그레이 스케일 이미지의 측정된 비율을 제1 막 적층 모델 및 제2 막 적층 모델을 사용하여 그레이 스케일 이미지의 시뮬레이션된 비율과 매칭시킴으로써, 웨이퍼의 후면 상의 막의 두께를 결정하는 단계를 포함한다. 제1 막 적층 모델은 기준 웨이퍼에 대응하고, 제2 막 적층 모델은 후면 상의 막을 갖는 웨이퍼에 대응한다. 하드웨어 파라미터들은 입사각, 광의 파장들, 및 편광 조절 소자의 파라미터들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

시스템은 베어 웨이퍼(bare wafer)를 사용하거나 알려진 두께를 갖는 막을 갖는 웨이퍼를 사용하여 교정될 수 있다.

명시야 광은 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 및 청색 발광 다이오드로부터의 광을 포함할 수 있다. 명시야 광은 하나 이상의 다이오드 레이저들로부터의 광을 포함할 수 있다.

프로세서를 사용하여 막의 광학 특성들이 결정될 수 있다.

막 재료 및 그 막의 광학 특성들은 결정 전에 알려진 것일 수 있다.

본 발명의 특성 및 목적들에 대한 완전한 이해를 위해서, 첨부된 도면들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 예시하는 흐름도이다.
도 2는 웨이퍼 뷰(wafer view)에서 적색, 녹색, 및 청색 채널들로부터 데이터를 포함하는, 에칭된 막 웨이퍼의 후면 상의 그레이 스케일 비율의 일련의 예시적인 이미지이들다.
도 3은 다이 뷰(die view)에서 적색, 녹색, 및 청색 채널들로부터 데이터를 갖는 에칭된 막 웨이퍼의 후면 상의 그레이 스케일 비율의 일련의 예시적인 이미지들이다.
도 4는 웨이퍼 뷰에서 적색, 녹색, 및 청색 채널들의 그레이 스케일 비율로부터 본 발명에 따른 일 실시예를 사용하여 계산되는 에칭된 막 웨이퍼의 후면 상의 막 두께의 예시적인 이미지이다.
도 5는 다이 뷰에서 적색, 녹색, 및 청색 채널들의 그레이 스케일 비율로부터 본 발명에 따른 일 실시예를 사용하여 계산되는 에칭된 막 웨이퍼의 후면 상의 막 두께의 예시적인 이미지이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 시스템의 블록도이다.
도 8은 데이터가 그레이 박스들로 도시되고 알고리즘 피처들이 백색 박스들로 도시되는 본 발명에 따른 막 적층 모델의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 다른 시스템의 블록도이다.

청구된 발명의 기술적 요지가 특정 실시예들에 의해 설명되고 있지만, 본 명세서에 설명된 모든 이점들 및 피처들을 제공하지 않는 실시예들을 포함하는 다른 실시예들도 본 발명의 범위 내에 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 구조적, 논리적, 프로세스 단계, 및 전자적 변경들이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위를 참조해서만 정의된다.

본 명세서에 개시된 계측 하드웨어는 웨이퍼의 상부 표면, 경사면, 에지 정점, 및 후면을 포함하여 웨이퍼의 모든 표면들 상의 박막들의 두께를 측정하는데 사용될 수 있다. 웨이퍼의 에지 정점 및 후면은 전형적으로 비패턴화되어 있지만, 상부 및 상부의 경사면들 상의 막 두께는 패턴화되거나 비패턴화될 수 있다.

모든 표면들에서 높은 샘플링 밀도를 갖는 계측은 반도체 산업에서 중요성이 커지고 있다. 블랭크 웨이퍼(blank wafer)의 상부 표면 상의 막 적층의 실리콘 온 절연체(silicon-on-insulator, SOI) 두께는 임계 치수이다. 5 옹스트롬 두께 변화는 디바이스 시간 변화의 15 %까지 유발할 수 있으므로, 모든 공간 주파수들에서 두께를 측정해야 할 수도 있다. 화학적 기계적 연마(CMP)를 수행하는 동안 상부 표면에서 남아 있는 두께는 디바이스 성능 및 제품 수율에 중요한 파라미터이다. 에지 두께는 또한 특히 리소그래피 단계들에서 에지 수율을 이해하고 개선하는데 중요하게 된다. 또한, 웨이퍼의 후면 상에 축적된 막들은 플라즈마 챔버들에서의 에칭 속도에 영향을 미치거나 ESD 척과 같은 정전 척에 배치될 때 오작동할 수 있기 때문에 웨이퍼 수율에 영향을 미칠 수 있다. 다른 예에서, 웨이퍼의 후면 상의 막은 웨이퍼 처리 중에 입자들의 발생으로 인한 오염을 유발할 수 있다.

제1 실시예에서, 웨이퍼의 후면 상의 박막 두께가 측정된다. 도 1은 이 방법의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 시스템의 하드웨어 파라미터들을 포함하는 하드웨어 모델이 제공된다(100). 하드웨어 모델은 입사각(AOI), 샘플 상에 조명된 광원의 파장들, 편광 조절 소자들의 파라미터들 등과 같은 하드웨어의 특성들을 기술하는 파라미터들을 포함할 수 있다. 하드웨어 모델을 구축하기 위해서는 다음의 단계들이 발생할 수 있다. 먼저, 시스템 파라미터들(예를 들어, AOI)이 도입되는 시스템을 기술하기 위해 수학적 모델이 구축될 수 있다. 두번째로, 이러한 파라미터들은 교정 절차에 의해 결정될 수 있다. 이 교정 절차는 시스템을 통해 알려진 샘플들을 실행하여 시스템 파라미터들(예를 들어, AOI)의 값을 발견하는 것을 포함할 수 있다. 세번째로, 측정이 이루어진다. 그레이 레벨 데이터는 테스트 중인 샘플들에서 취해지며, 저장된 파라미터들을 포함할 수 있는 시스템 모델이 샘플 파라미터들(예를 들어, 막 두께)을 찾기 위해 적용된다. 시스템 파라미터들은 교정 후 시스템 컴퓨터에 저장될 수 있으며 샘플 파라미터들을 계산하는데 필요할 때 시스템 모델에서 판독될 수 있다. 이 하드웨어 모델은 도 6의 교정(200)과 같은 교정 프로세스 중에 제공될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 적어도 제1 및 제2 막 적층 모델이 제공된다(101). 제1 막 적층 모델은 기준 웨이퍼에 대응하고 제2 막 적층 모델은 결정 또는 분석될 후면 상의 막을 갖는 웨이퍼에 대응한다. 예를 들어, 하나의 막 적층 모델은 알려진 두께의 박막을 갖는 베어 실리콘 웨이퍼 또는 웨이퍼와 같은 알려진 기준 웨이퍼에 대응한다. 제2 막 적층 모델은 테스트할 웨이퍼에 대응한다. 막 적층 모델들은 막의 두께와 막들 및 기판의 광학 특성을 계산하는데 사용되는 파라미터들을 포함한다. 모델 파라미터들과 두께 또는 광학 특성과 같은 물리적인 샘플 양들을 변환하는 수식은 선형 함수 또는 복잡한 비선형 관계가 될 수 있는 사용자 편집 가능한 수학 표현식이다. 도 8은 막 적층 모델들에 대한 프로세스 흐름의 예를 도시한다. 한편, 도 8은 SOI 웨이퍼에 관한 것이고, 이 기술은 다른 막들 또는 웨이퍼들의 유형에 사용될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 웨이퍼가 조명된다(102). 센서를 사용하여, 웨이퍼의 후면으로부터 방사하는 명시야 광의 그레이 스케일 이미지가 검출된다(103). 웨이퍼의 임의의 표면이 측정될 수 있다. 측정할 표면이 조명되고 반사된 데이터가 회색 레벨 데이터로서 기록된다. 웨이퍼는 웨이퍼의 상부, 에지, 또는 후면 상의 측정에 따라 처킹될 수 있다. 하드웨어 구성은 그 전체가 참고 문헌으로 인용된 미국 특허 제7,782,452호의 피처들을 포함할 수 있다. 그레이 스케일 이미지는 프로세서에 전달될 수 있다(104).

프로세서를 사용하여, 제2 막 적층을 갖는 테스트 중인 웨이퍼의 후면으로부터 방사하는 명시야 광의 그레이 스케일과 제1 막 적층을 갖는 알려진 웨이퍼의 그레이 스케일의 비율을 측정하고 하드웨어 모델, 제1 막 적층 모델, 및 제2 막 적층 모델을 사용함으로써 웨이퍼의 후면 상의 막 두께가 결정된다(105). 비율은 디지털화된 그레이 스케일 값일 수 있다.

예시적인 그레이 스케일 비율은 도 2 및 도 3에서 볼 수 있다. 계산된 막 두께의 예시는 도 4 및 도 5에서 볼 수 있다. 도 3은 도 2의 작은 단면 영역을 포함하고, 도 5는 도 4의 단면도이다. 비율은 알 수 없는 샘플의 픽셀 별 픽셀 기준의 그레이 스케일 값으로 세 가지 상이한 조명 색상들에 대한 알려진 샘플이다. 도 4 및 도 5의 두께는 실리콘의 상부 상의 예시적인 산화물 층이고, 도 4 및 도 5는 계산된 예시적인 산화막 두께를 도시한다.

알고리즘은 막의 두께 및/또는 광학 특성과 같은 박막 파라미터들을 추출하기 위해 비율 신호를 분석하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 알고리즘은 측정된 비율에 대해 최상의 일치하는 시뮬레이션된 비율 신호를 찾기 위해 알려지지 않은 샘플의 두께를 지속적으로 조정할 수 있다. 이 예시에서, 박막의 광학 특성들 또는 재료는 공지될 수 있다.

웨이퍼의 후면으로부터 방사하는 밝은 필드 광의 상대적인 그레이 스케일은 박막 두께를 결정하기 위해 측정된다. 예를 들어, 이는 후면 연마된 베어 실리콘 웨이퍼와 같은 공지된 웨이퍼에 대한 테스트 중인 하나 이상의 웨이퍼들의 후면으로부터의 그레이 스케일의 비율일 수 있다. 2개의 신호들의 측정은 캘리포니아주 밀피타스 소재의 KLA-Tencor Corporation에 의해 제조된 BSI 모듈과 동일한 하드웨어로 수행할 수 있다. 이 비율은 적색, 녹색, 및 청색 LED 조명기와 같이 제조법에 의해 설정된 파장들의 임의의 조합으로 측정될 수 있다.

교정 절차는 하드웨어 모델의 파라미터들을 결정하는데 사용될 수 있다. 교정 절차에는 온 툴 단계(on-tool step)와 오프라인 단계(off-line step)가 모두 포함된다. 오프 라인 절차는 툴링 분광기(tooling spectrometer)로 LED 파장들을 측정하는 것과 같은 구성 요소 레벨에서 수행할 수 있다. 온 툴 절차는 모듈이 조립된 후에 수행된다. 일반적인 절차는 하나 이상의 알려진(기준 도구에 의해 측정되거나 또는 공급업체에 의해 인증된) 샘플들로 측정될 수 있다. 알고리즘의 일부는 이러한 교정 절차의 결과를 하드웨어 모델의 파라미터들로 변환하는데 사용될 수 있다. 하드웨어 파라미터들은 일반적으로 테스트 중인 샘플에서 독립적이다. 따라서, 시스템을 새로운 유형의 응용 분야들(예를 들어, 상이한 막 적층과 함께)에 적용할 때 새로운 교정 절차들이 필요하지 않을 수 있다.

데이터 추출 알고리즘은 테스트 중인 웨이퍼의 측정된 그레이 스케일 비율을 분석하고 본 명세서에 언급된 하드웨어 모델 및 교정 파라미터들을 사용함으로써 원하는 막 파라미터들(두께 및/또는 광학 특성과 관련된)을 출력하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 막 두께가 알려지면 광학 특성들이 결정될 수 있다. 다른 예시에서, 광학 특성들이 알려지면 막 두께가 결정될 수 있다. 하나의 측정에서 3개 이상의 알려지지 않은 파라미터들(예를 들어, 두께 또는 광학 특성)을 결정하는 것이 어려울 수 있다. 광학 특성은 굴절률, 흡수 계수, 또는 다른 특성일 수 있다.

도 6은 이 방법의 제2 실시예를 나타내는 흐름도이다. 이 실시예에서, 구성가능한 하드웨어는 웨이퍼의 상부, 에지, 및 후면의 임의의 조합에 대한 계측 능력을 제공한다. 플랫폼은 웨이퍼의 상부, 에지, 및 후면의 원하는 표면들의 임의의 조합을 커버하기 위한 선택적 구성으로 전체 표면 검사 및 전체 표면 계측을 제공하도록 구성될 수 있다. 특히, 후면 계측 및 검사가 수행될 수 있다.

검사 시스템은 모든 표면 동시 검사 및 계측 및/또는 동시 후면 계측 및 검사가 가능하도록 변경된다. 예를 들어, 더 많은 응용 공간을 커버하기 위해서는 하나 이상의 컬러 LED들이 시스템에 추가될 수 있다. 광원 및/또는 검출기 안정성 향상 및 노이즈 레벨 감소와 같은 계측 성능을 향상시키기 위해서 하나 이상의 모듈들의 설계 사양이 구성될 수 있다.

도 6의 실시예에서, 검사 시스템은 전면, 후면, 및 에지 표면들의 계측을 위해 교정된다(200). 검사 및 계측을 동시에 수행하기 위한 시스템을 사용하여 전면, 후면, 및 에지 표면들 상에서 계측이 수행된다(201). 시스템은 전면 검사용 모델,에지 표면 검사용 모델, 및 후면 검사용 모델을 포함하는 독립적인 모델들을 가질 수 있다. 검사 데이터는 계측 목적으로 재사용될 수 있다. 3개의 모듈들이 독립적이기 때문에, 시스템은 전면, 에지, 및 후면 응용 분야들의 임의의 조합을 커버하기 위해서 3개의 모듈들의 임의의 조합들을 포함하도록 구성될 수 있다.

비록 추가의 표면들이 검사될 필요가 있을지라도, 모든 표면 동시 계측 및 검사를 갖는 시스템은 일반적으로 현재의 검사 및 검토 시스템들과 유사하게 동작될 수 있다. 예를 들어, 계측 또는 검사는 미국 특허 제8,422,010호 또는 미국 특허 제8,611,639호에 교시된 기술들 또는 구성 요소들을 사용하여 수행될 수 있고, 이들의 개시 내용은 그 전체가 본원 명세서에 참고로 통합되어 있다. 예를 들어, 계측은 검사 결과들을 기반으로 한다. 도 1에 도시된 것과 같은 부가적인 교정 절차들이 수행 될 수도 있다.

조작된 이미지 데이터는 변화될 수 있다. 검사 목적을 위해, 단 하나의 색상 만이 사용되는 경우 데이터를 일괄적으로 처리할 수 있다. 매트로스펙션 모드에서, 최종 막 파라미터들을 계산하기 위해서는 다중 색상 이미지들이 필요하게 될 수 있다. 데이터 버퍼는 모든 색상들로 데이터를 가져 오기 전에 중간 이미지들을 유지하는 데 필요할 수 있다.

시스템은 본 명세서에 개시된 알고리즘들을 포함할 수 있을 뿐만 아니라 측정 결과들의 제시를 제공할 수 있다.

본 명세서에 기술된 실시예들은 시스템을 포함하거나 시스템에 의해 수행될 수 있다. 이러한 시스템의 일 실시예가 도 7에 도시된다. 이 시스템은 적어도 에너지 원 및 검출기를 포함하는 출력 획득 서브 시스템을 포함한다. 에너지 원은 웨이퍼로 향하는 에너지를 발생시키도록 구성된다. 검출기는 웨이퍼로부터 에너지를 검출하고 검출된 에너지에 응답하여 출력을 발생시키도록 구성된다.

일 실시예에서, 웨이퍼로 향하는 에너지는 광을 포함하고, 웨이퍼로부터 검출된 에너지는 광을 포함한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 시스템의 실시예에서, 출력 획득 서브 시스템(310)은 광을 웨이퍼(314)에 지향시키도록 구성된 조명 서브 시스템을 포함한다. 조명 서브 시스템은 적어도 하나의 광원을 포함한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 조명 서브 시스템은 광원(316)을 포함한다. 일 실시예에서, 조명 서브 시스템은 하나 이상의 경사각 및/또는 하나 이상의 수직각을 포함할 수 있는 하나 이상의 입사각으로 광을 웨이퍼(314)로 지향시키도록 구성된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 광원(316)으로부터의 광은 광학 소자(318)를 거친 다음, 렌즈(320)를 통해 빔 스플리터(321)로 지향되며, 빔 스플리터(321)는 정상 입사각으로 광을 웨이퍼(314)로 지향시킨다. 입사각은 임의의 적절한 입사각을 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 웨이퍼의 특성들에 따라 달라질 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "웨이퍼"는 일반적으로 반도체 또는 비반도체 재료로 형성된 기판을 지칭한다. 그러한 반도체 또는 비반도체 재료의 예시들은 단결정 실리콘, 갈륨 질화물, 갈륨 비소화물, 인듐 인화물, 사파이어, 및 유리를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 이러한 기판들은 일반적으로 반도체 제조 설비들에서 발견 및/또는 처리될 수 있다.

웨이퍼는 기판 상에 형성된 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 층들은 포토레지스트, 유전체 재료, 도전성 재료, 및 반도전성 재료를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 다수의 상이한 유형들의 이러한 층들이 당업계에 공지되어 있으며, 본 명세서에서 사용되는 웨이퍼라는 용어는 모든 유형들의 그러한 층들을 포함하는 웨이퍼를 포함하는 것으로 의도된다.

웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층들은 패턴화되거나 패턴화되지 않을 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 각각 반복 가능한 패턴 형상 또는 주기적인 구조물들을 갖는 복수의 다이들을 포함할 수 있다. 이러한 재료 층들의 형성 및 처리는 궁극적으로 완성된 디바이스들을 초래할 수 있다. 많은 상이한 유형들의 디바이스들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 본 명세서에서 사용된 웨이퍼라는 용어는 당업계에 공지된 임의의 유형의 디바이스가 제조되는 웨이퍼를 포함하도록 의도된다.

시스템이 웨이퍼(314)의 전면으로부터 반사된 광을 사용하여 광원(316) 및 검출기들(328, 334)을 도시하지만, 에지 및 후면에서 반사된 광을 사용하여 추가적인 광원들 및/또는 검출기들을 사용할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 광원을 갖는 시스템 내에 3 세트의 검출기들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 시스템에는 3 세트의 광원들 및 검출기들이 있을 수 있다. 도 9는 스테이지(322) 상에 유지된 웨이퍼(314) 및 3개의 모듈들(401, 402, 403)을 갖는 예시적인 시스템을 도시한다. 각각의 모듈(401, 402, 403)은 도 7과 관련하여 기술된 것과 같은 광원 및 검출기를 포함할 수 있다. 모듈(401)은 웨이퍼(314)의 전면을 조명하고 웨이퍼(314)의 전면으로부터 광을 검출한다. 모듈(402)은 웨이퍼(314)의 에지를 조명하고 웨이퍼(314)의 에지로부터 광을 검출한다. 모듈(403)은 웨이퍼(314)의 후면을 조명하고 웨이퍼(314)의 후면으로부터 광을 검출한다. 각각의 모듈들(401, 402, 403)은 제어기와 통신할 수 있다.

도 7을 다시 참조하면, 조명 서브 시스템은 광을 상이한 시간에 상이한 입사각으로 웨이퍼에 지향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 출력 획득 서브 시스템은 광이 도 7에 도시된 것과 상이한 입사각으로 웨이퍼에 지향될 수 있도록 조명 서브 시스템의 하나 이상의 소자들의 하나 이상의 특성들을 변경하기 위해 구성될 수 있다. 그러한 일 예시에서, 출력 획득 서브 시스템은 광이 상이한 입사각으로 웨이퍼(314)로 지향되도록 광원(316), 광학 소자(318), 및 렌즈(320)를 이동시키도록 구성될 수 있다.

일부 예들에서, 출력 획득 서브 시스템은 광을 동시에 하나 이상의 입사각으로 웨이퍼에 지향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명 서브 시스템은 1 개 이상의 조명 채널을 포함할 수 있다. 조명 채널들 중 하나는 도 7에 도시된 바와 같이 광원(316), 광학 소자(318), 및 렌즈(320)를 포함할 수 있고, 도시되지 않은 조명 채널들 중 다른 하나는 상이하게 또는 동일하게 구성될 수 있는 유사한 소자들을 포함할 수 있거나, 또는 적어도 하나의 광원 및 가능하게는 본 명세서에서 추가로 설명되는 것과 같은 하나 이상의 다른 구성 요소들을 포함할 수 있다. 이러한 광이 다른 광과 동시에 웨이퍼로 향하게 되면, 상이한 입사각들에서 웨이퍼로 향하는 광의 하나 이상의 특성들(예를 들어, 파장, 편광 등)은 상이한 입사각들에서 웨이퍼의 조명으로부터의 광의 검출이 검출기들에서 서로 구별될 수 있도록 상이하게 될 수 있다.

다른 예에서, 조명 서브 시스템은 단지 하나의 광원(예를 들어, 도 7에 도시된 광원(316))을 포함할 수 있으며, 광원으로부터의 광은 조명 서브 시스템의 하나 이상의 광학 소자들(도시되지 않음)에 의해 상이한 광학 경로들(예를 들어, 파장, 편광 등에 기초하여)로 분리될 수 있다. 상이한 광학 경로들의 각각의 광은 그 다음 웨이퍼로 지향될 수 있다. 다수의 조명 채널들은 동일한 시간 또는 상이한 시간에(예를 들어, 상이한 조명 채널들이 순차적으로 웨이퍼를 조명하는데 사용되는 경우) 웨이퍼에 광을 지향시키도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 동일한 조명 채널은 상이한 시간에 상이한 특성들을 갖는 광을 웨이퍼에 지향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 예들에서, 광학 소자(318)는 스펙트럼 필터로서 구성될 수 있으며, 스펙트럼 필터의 특성들은 광의 상이한 파장들이 상이한 시간에 웨이퍼로 지향될 수 있도록 다양한 상이한 방식으로(예를 들어, 스펙트럼 필터를 교환함으로써) 변화될 수 있다. 조명 서브 시스템은 상이하거나 또는 동일한 특성들을 갖는 광을 서로 상이하거나 또는 동일한 입사각으로 순차적으로 또는 동시에 웨이퍼로 지향시키기 위해 당업계에 공지된 임의의 다른 적절한 구성을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 광원(316)은 광대역 플라즈마(BBP) 광원을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 광원에 의해 생성되고 웨이퍼로 향하는 광은 광대역 광을 포함할 수 있다. 그러나, 광원은 레이저와 같은 임의의 다른 적절한 광원을 포함할 수 있다. 레이저는 당업계에 공지된 임의의 적합한 레이저를 포함할 수 있고, 당업계에 공지된 임의의 적합한 파장 또는 파장들에서 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 레이저는 단색 또는 거의 단색인 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저는 협대역 레이저일 수 있다. 광원은 또한 다수의 분리된 파장들 또는 파장 대역들에서 광을 발생시키는 다색 광원을 포함할 수 있다. 광원(316)은 백색 광원과 같은 넓은 스펙트럼원, 또는 적색광, 청색광, 또는 녹색 광원과 같은 보다 좁은 스펙트럼원일 수 있다. 시스템이 상이한 양식들을 갖는 이미지들의 이점을 취할 수 있도록 하나 이상의 광원이 사용될 수 있다.

광학 소자(318)로부터의 광은 렌즈(320)에 의해 빔 스플리터(321)로 초점을 맞출 수 있다. 렌즈(320)가 단일 굴절 광학 소자로서 도 7에 도시되어 있지만, 실제로 렌즈(320)는 결합시 광학 소자로부터 웨이퍼로 광에 초점을 맞추는 다수의 굴절 및/또는 반사 광학 소자들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 7에 도시되고 본 명세서에서 설명된 조명 서브 시스템은 임의의 다른 광학 소자들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이러한 광학 소자들의 예시들은 당업계에 공지된 임의의 그러한 적절한 광학 소자들을 포함할 수 있는 편광 성분(들), 스펙트럼 필터(들), 공간 필터(들), 반사 광학 소자(들), 아포다이저(들), 빔 스플리터(들), 개구부(들) 등을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 또한, 시스템은 출력 획득을 위해 사용될 조명의 유형에 기초하여 조명 서브 시스템의 하나 이상의 소자들을 변경하도록 구성될 수 있다.

출력 획득 서브 시스템은 광이 웨이퍼를 통해 스캐닝되도록 하는 스캐닝 서브 시스템을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 획득 서브 시스템은 웨이퍼(314)가 출력 획득 중에 배치되는 스테이지(322)를 포함할 수 있다. 스캐닝 서브 시스템은 광이 웨이퍼 상에서 스캐닝될 수 있도록 웨이퍼(314)를 이동시키도록 구성될 수 있는 임의의 적절한 기계적 및/또는 로봇식 어셈블리(스테이지(322)를 포함함)를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 출력 획득 서브 시스템은 출력 획득 서브 시스템의 하나 이상의 광학 소자들이 웨이퍼(314)에 걸쳐 광의 일부 스캐닝을 수행하도록 구성될 수 있다. 광은 임의의 적절한 방식으로 웨이퍼 상에서 스캐닝될 수 있다.

출력 획득 서브 시스템은 하나 이상의 검출 채널들을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 검출 채널들 중 적어도 하나의 검출 채널은 출력 획득 서브 시스템에 의한 웨이퍼(314)의 조명으로 인해 웨이퍼(314)로부터의 광을 검출하고 그 검출된 광에 응답하여 출력을 생성하도록 구성된 검출기를 포함한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 출력 획득 서브 시스템은 2개의 검출 채널들을 포함하는데, 하나의 검출 채널은 콜렉터(324), 소자(326), 및 검출기(328)에 의해 형성되고, 다른 하나의 검출 채널은 콜렉터(330), 소자(332), 및 검출기(334)에 의해 형성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 2개의 검출 채널들은 상이한 수집 각도에서 광을 수집하고 검출하도록 구성된다. 일부 예들에서, 하나의 검출 채널은 정(正)반사성으로(specularly) 반사광을 검출하도록 구성되고, 다른 검출 채널은 웨이퍼로부터 정반사성으로 반사(예를 들어, 산란, 회절 등)되지 않는 광을 검출하도록 구성된다. 그러나, 2 이상의 검출 채널들은 웨이퍼로부터 동일한 유형의 광(예를 들어, 정반사성으로 반사된 광)을 검출하도록 구성될 수 있다. 비록 도 7이 2개의 검출 채널들을 포함하는 출력 획득 서브 시스템의 실시예를 도시하고 있을지라도, 출력 수집 서브 시스템은 상이한 수의 검출 채널들(예를 들어, 단지 하나의 검출 채널 또는 2개 이상의 검출 채널들)을 포함할 수 있다. 각각의 콜렉터들이 단일 굴절 광학 소자로서 도 7에 도시되어 있지만, 콜렉터들의 각각은 하나 이상의 굴절 광학 소자(들) 및/또는 하나 이상의 반사 광학 소자(들)을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.

하나 이상의 검출 채널들은 당업계에 공지된 임의의 적합한 검출기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기들에는 광전자 증폭관들(photo-multiplier tubes, PMTs), CMOS 디바이스들, 전하 결합 디바이스들(charge coupled devices, CCDs), 및 시간 지연 통합(time delay integration, TDI) 카메라들이 포함될 수 있다. 검출기들은 또한 당업계에 공지된 임의의 다른 적절한 검출기들을 포함할 수 있다. 검출기들은 비-이미징 검출기들 또는 이미징 검출기들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 검출기들은 이미징 신호들 또는 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 이미징 검출기들로 구성될 수 있다. 따라서, 시스템은 다수의 방식으로 본 명세서에 기술된 이미지들을 생성하도록 구성될 수 있다.

도 7은 본 명세서에 설명된 시스템 실시예들에 포함될 수 있는 출력 획득 서브 시스템의 구성을 일반적으로 예시하기 위해 본 명세서에 제공된다. 본 명세서에서 설명된 출력 획득 서브 시스템 구성은 상용 시스템을 설계할 때 정상적으로 수행되는 시스템의 성능을 최적화하도록 변경될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 시스템들은 캘리포니아주 밀피타스에 소재하는 KLA-Tencor Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능한 툴과 같은 기존의 출력 획득 시스템(예를 들어, 본 명세서에 기술된 기능성을 기존의 출력 획득 시스템에 추가함으로써)을 이용하여 구현될 수 있다. 일부 이러한 시스템들에 대해, 본 명세서에 설명된 방법들은 출력 획득 시스템(예를 들어, 출력 획득 시스템의 다른 기능성에 추가하여)의 선택적인 기능성으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에 설명된 시스템은 완전히 새로운 시스템을 제공하도록 설계될 수 있다.

시스템의 제어기(336)는 이 제어기(336)가 웨이퍼(314)의 스캐닝 도중에 검출기들에 의해 생성된 출력을 수신할 수 있도록 임의의 적절한 방식(예를 들어, "유선" 및/또는 "무선" 전송 매체를 포함할 수 있는 하나 이상의 전송 매체를 통해)으로 출력 수집 서브 시스템의 검출기들에 결합될 수 있다. 제어기(336)는 본 명세서에 기술된 바와 같은 검출기들의 출력 및 본 명세서에 추가로 설명된 임의의 다른 기능들을 사용하여 다수의 기능들을 수행하도록 구성될 수 있다. 이 제어기는 본 명세서에 기술된 바와 같이 추가로 구성될 수 있다.

시스템이 추가의 컴퓨터 서브 시스템을 포함하면, 상이한 컴퓨터 서브 시스템들은 이미지, 데이터, 정보, 명령어들 등이 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 컴퓨터 서브 시스템들 간에 전송될 수 있도록 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 제어기(336)는 당업계에 공지된 임의의 적합한 유선 및/또는 무선 전송 매체를 포함할 수 있는 임의의 적절한 전송 매체에 의해 다른 컴퓨터 서브 시스템(들)(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 이러한 컴퓨터 서브 시스템들 중 2 이상은 또한 공유된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(도시되지 않음)에 의해 효과적으로 결합될 수 있다.

제어기(336)는 프로세서(306), 이 프로세서(306)와 전자 통신하는 기억 장치(307), 및 프로세서(306)와 전자 통신하는 통신 포트(308)를 포함할 수 있다. 제어기(336)는 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 실제로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 통신 포트(308)는 이더넷 포트 또는 무선 이더넷 포트와 같은 네트워크 포트일 수 있다. 예를 들어, 통신 포트(308)는 예를 들어 출력 획득 서브 시스템(310)에 대한 직렬 인터페이스일 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같은 그 기능들은 하나의 유닛에 의해 수행될 수 있거나, 또는 상이한 구성 요소들로 나뉘어 질 수 있으며, 각각의 구성 요소는 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 순차적으로 구현될 수 있다. 본 명세서에 설명된 다양한 방법들 및 기능들을 구현하기 위한 제어기(336)에 대한 프로그램 코드 또는 명령어들은 메모리와 같은 제어기 판독 가능 저장 매체, 제어기(336)의 내부, 제어기 (336)의 외부, 또는 이들의 조합에 저장될 수 있다.

제어기(336)는 계측을 수행하거나 또는 박막 두께 및/또는 광학 특성들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(336)는 도 1, 도 6, 또는 도 8의 단계들을 수행할 수 있다. 제어기(336)는 또한 본 명세서에 개시된 다른 단계들 또는 기술들을 수행할 수 있다.

제어기(336)는 이 제어기(336)가 출력 획득 서브 시스템(310)에 의해 생성된 출력을 수신할 수 있도록 임의의 적절한 방식(예를 들어, "유선" 및/또는 "무선" 전송 매체를 포함할 수 있는 하나 이상의 전송 매체를 통해)으로 검출기들에 결합될 수 있다. 제어기(336)는 검출기들의 출력을 사용하여 다수의 기능들을 수행하도록 구성될 수 있다. 검출기들에 의해 생성된 출력에 일부 프로세스 제어 또는 순응 알고리즘 및/또는 방법을 적용함으로써 제어기(336)에 의해 웨이퍼(303)의 검사 또는 계측이 수행될 수 있다. 예를 들어, 막 두께 또는 광학 특성들이 결정될 수 있다.

본 명세서에 기술된 제어기(336), 다른 시스템(들), 또는 다른 서브 시스템(들)은 개인용 컴퓨터 시스템, 이미지 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 네트워크 어플라이언스(network appliance), 인터넷 어플라이언스(internet appliance), 또는 다른 디바이스를 포함하는 다양한 형태들을 취할 수 있다. 일반적으로, 용어 "제어기"는 메모리 매체로부터 명령어들을 실행하는 하나 이상의 프로세서들을 갖는 임의의 디바이스를 포함하도록 광범위하게 정의될 수 있다. 서브 시스템(들) 또는 시스템(들)은 또한 병렬 프로세서와 같은 당업계에 공지된 임의의 적합한 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 서브 시스템(들) 또는 시스템(들)은 독립형 또는 네트워크형 툴로서 고속 처리 및 소프트웨어를 갖는 플랫폼을 포함할 수 있다.

시스템이 하나 이상의 서브 시스템을 포함하는 경우, 서브 시스템들 간에 이미지, 데이터, 정보, 명령어들 등을 전송할 수 있도록 서로 상이한 서브 시스템들이 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나의 서브 시스템은 당업계에 공지된 임의의 적합한 유선 및/또는 무선 전송 매체를 포함할 수 있는 임의의 적합한 전송 매체에 의해 추가의 서브 시스템(들)에 결합될 수 있다. 이러한 서브 시스템들 중 2 이상은 또한 공유된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(도시되지 않음)에 의해 효과적으로 결합될 수 있다.

추가의 실시예는 본 명세서에 개시된 바와 같이 웨이퍼 상의 비정상성을 식별하거나 또는 컴플라이언스/비-컴플라이언스를 검출하기 위한 컴퓨터 구현 방법을 수행하기 위한 제어기에서 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 관한 것이다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 기억 장치(307) 또는 다른 저장 매체는 제어기(336) 상에서 실행 가능한 프로그램 명령어들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 구현 방법은 본 명세서에 설명된 임의의 방법(들)의 임의의 단계(들)을 포함할 수 있다.

본 명세서에 설명된 것과 같은 방법을 구현하는 프로그램 명령어들은 기억 장치(307) 또는 다른 저장 매체와 같은 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 자기 또는 광학 디스크, 자기 테이프와 같은 저장 매체일 수 있거나, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 적절한 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체일 수 있다.

프로그램 명령어들은 절차 기반 기술들(procedure-based techniques), 컴포넌트 기반 기술들(component-based techniques) 및/또는 객체 지향 기술들(object-oriented techniques)을 포함하는 다양한 방법들 중 임의의 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로그램 명령어들은 원하는 대로 ActiveX 컨트롤(ActiveX controls), C++ 객체(C++ objects), 자바빈즈(JavaBeans), 마이크로소프트 파운데이션 클래스(MFC, Microsoft Foundation Classes), 스트리밍 SIMD 확장(SSE, Streaming SIMD Extension) 또는 기타 기술들 또는 방법들을 사용하여 구현될 수 있다.

제어기(336)는 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 실시예에 따라 구성될 수 있다. 일 예에서, 프로세서(306)는 본 명세서에 기술된 방법들 중 임의의 방법을 수행하도록 프로그램된다.

본 발명이 하나 이상의 특정 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 다른 실시예들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위 및 그것의 합리적인 해석에 의해서만 제한되는 것으로 간주된다.

Claims (17)

1. 웨이퍼 계측 시스템에 있어서,
   웨이퍼를 유지하도록 구성된 스테이지(stage);
   전면(front surface), 상기 전면에 대향하는 후면(back surface), 및 상기 스테이지 상의 상기 웨이퍼의 전면과 후면 사이의 에지에서 적어도 하나의 빔을 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광원;
   상기 전면, 상기 후면, 및 상기 에지로부터 반사된 적어도 하나의 빔을 수신하고 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 적어도 3개의 검출기들; 및
   상기 3개의 검출기들과 전자 통신하는 제어기
   를 포함하고,
   상기 제어기는 상기 이미지 데이터를 사용하여 상기 전면, 상기 후면, 및 상기 에지 상의 계측을 수행하도록 구성되고, 상기 제어기는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 하드웨어 모델, 제1 막 적층 모델, 및 제2 막 적층 모델을 사용하여 상기 웨이퍼의 후면으로부터 방사하는 명시야 광의 그레이 스케일이미지와 기준 웨이퍼의 비율을 측정함으로써 상기 웨이퍼의 후면 상의 막의 두께를 결정하도록 프로그래밍되고, 상기 하드웨어 모델은, 수학적으로 표현되고, 입사각, 광의 파장, 및 편광 조절 소자의 파라미터 중의 적어도 하나를 포함하는 상기 시스템의 하드웨어 파라미터를 포함하며, 테스트받는 샘플에 대해 취한 그레이 레벨 데이터로부터 구축되고, 상기 제1 막 적층 모델은 수학적으로 표현되며 상기 기준 웨이퍼에 대응하고, 상기 제2 막 적층 모델은 수학적으로 표현되며 상기 웨이퍼에 대응하고, 상기 제1 막 적층 모델 및 상기 제2 막 적층 모델의 각각은 상기 막의 두께 및 상기 막과 상기 웨이퍼의 광학 특성을 계산하는데 사용되는 파라미터를 포함하는 것인, 웨이퍼 계측 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 광원 중의 3개의 광원들을 포함하는 것인, 웨이퍼 계측 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 컬러 발광 다이오드를 포함하는것인, 웨이퍼 계측 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 3개의 검출기들을 사용하여 결정된 검사 결과에 기초하여 계측을 수행하도록 구성되는 것인, 웨이퍼 계측 시스템.
5. 웨이퍼 계측 방법에 있어서,
   수학적으로 표현되며 시스템의 하드웨어 파라미터를 포함하는 하드웨어 모델을 제공하는 단계로서, 상기 하드웨어 파라미터는 입사각, 광의 파장, 및 편광 조절 소자의 파라미터 중의 적어도 하나를 포함하고, 상기 하드웨어 모델은 테스트받는 샘플에 대해 취한 그레이 레벨 데이터로부터 구축되는 것인, 상기 하드웨어 모델을 제공하는 단계;
   적어도 제1 막 적층 모델 및 제2 막 적층 모델을 제공하는 단계로서, 상기 제1 막 적층 모델은 수학적으로 표현되며 기준 웨이퍼에 대응하고, 상기 제2 막 적층 모델은 수학적으로 표현되며 후면 상의 막을 갖는 웨이퍼에 대응하고, 상기 제1 막 적층 모델 및 상기 제2 막 적층 모델의 각각은 상기 막의 두께 및 상기 막과 상기 웨이퍼의 광학 특성을 계산하는데 사용되는 파라미터를 포함하는 것인, 상기 적어도 제1 막 적층 모델 및 제2 막 적층 모델을 제공하는 단계;
   상기 후면 상의 막을 갖는 웨이퍼를 조명하는 단계;
   센서를 사용하여 상기 막을 갖는 상기 웨이퍼의 후면으로부터 방사되는 명시야 광의 그레이 스케일 이미지를 검출하는 단계;
   상기 그레이 스케일 이미지를 프로세서에 전달하는 단계; 및
   상기 프로세서를 사용하여, 상기 하드웨어 모델을 사용하여 상기 웨이퍼의 후면으로부터 방사하는 명시야 광의 그레이 스케일 이미지의 측정된 비율을, 상기 제1 막 적층 모델 및 제2 막 적층 모델을 사용하여 그레이 스케일 이미지의 시뮬레이션된 비율과 매칭시킴으로써, 상기 웨이퍼의 후면 상의 막의 두께를 결정하는 단계
   를 포함하는, 웨이퍼 계측 방법.
6. 제5항에 있어서, 베어 웨이퍼(bare wafer)를 사용하여 상기 시스템을 교정하는(calibrate) 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 계측 방법.
7. 제5항에 있어서, 알려진(known) 두께를 갖는 막을 갖는 웨이퍼를 사용하여 상기 시스템을 교정하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 계측 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 명시야 광은 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 및 청색 발광 다이오드로부터의 광을 포함하는 것인, 웨이퍼 계측 방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 명시야 광은 하나 이상의 다이오드 레이저로부터의 광을 포함하는 것인, 웨이퍼 계측 방법.
10. 제5항에 있어서, 상기 프로세서를 사용하여 상기 막의 광학 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 계측 방법.
11. 제5항에 있어서, 상기 막 재료 및 상기 막의 광학 특성은 상기 결정하는 단계 전에 알려진 것인, 웨이퍼 계측 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 3개의 검출기들의 각각은 광전자 증폭관(photomultiplier tube), CMOS 디바이스, 전하 결합 디바이스(charge coupled device), 또는 시간 지연 통합(time delay integration) 카메라 중의 하나인 것인, 웨이퍼 계측 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 또한, 상기 이미지 데이터를 사용하여 상기 웨이퍼의 검사를 수행하도록 구성되고, 상기 검사는 상기 계측과 동시에 수행되는 것인, 웨이퍼 계측 시스템.
14. 제5항에 있어서, 상기 두께를 결정하는 단계와 동시에, 상기 프로세서를 사용하여, 상기 웨이퍼를 검사하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 계측 방법.
15. 제5항에 있어서, 상기 후면, 상면, 및 상기 웨이퍼의 전면과 후면 사이의 에지 상의 계측을 수행하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 계측 방법.
16. 제5항에 있어서, 상기 조명하는 단계는, 상기 후면, 상기 후면에 대향하는 전면, 및 상기 웨이퍼의 전면과 후면 사이의 에지의 각각에서 빔을 지향시키는 단계를 포함하는 것인, 웨이퍼 계측 방법.
17. 삭제

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