KR20010014259A - 물결 무늬형 구조와 샘플의 엣지 근처에서 박막의 두께를측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

언더라잉 막이 노출될 때(69)까지 오버리잉 막의 두께가 급속히 감소하는 영역(70)에서 오버라잉 및 언더라잉 막(62, 64)을 포함하는 구조를 측정하는 방법에 관한 것이다(예를 들어 엣지-제외 구조). 상기 방법은 (1)적어도 하나의 여기 레이저 빔(205)으로 영역의 제 1 부분에서 음향 모드들을 여기하는 단계, (2)신호 빔(216a)을 생성하도록 반사되거나 또는 회절되는 프로브 레이저 빔(216)으로 음향 모드들을 검출하는 단계, (3)영역의 제 1 부분에서 구조의 특성(예를 들어, 오버라잉 층의 두께)을 결정하도록 신호 빔을 분석하는 단계, (4)구조 또는 여기 및 프로브 레이저 빔들을 전이하는 단계, (5)여기하는 단계, 검출하는 단계와 영역의 제 2 부분에서 구조의 특성을 결정하기 위해 분석하는 단계를 반복하는 단계를 포함한다.

Description

물결 무늬형 구조와 샘플의 엣지 근처에서 박막의 두께를 측정하기 위한 방법 및 장치{Method and device for measuring the thickness of thin films near a sample's edge and in a damascene-type structure}

마이크로 전자 공학 장치들의 제조시에, 금속 합금과 금속 막은 실리콘 웨이퍼 상에 증착되고, 전기 컨덕터, 응착-촉진 층들과, 확산 배리어로서 사용하기 위해 증착된다. 예를 들어, 마이크로프로세서들은 전기 컨덕터 및 상호 접속으로서 구리, 텅스텐과, 알루미늄, 응착-촉진층들로서 티타늄과 탄틸, 확산 배리어로서 티타늄:질화물과 탄틸:질화물의 금속 막들을 사용한다. 이러한 막들의 두께 변동은 그들의 전기적 기계적 특성에 의해 변경될 수 있고, 그리하여 마이크로프로세서의 성능에 영향을 미친다. 이러한 막들의 목표 두께값들은 그들의 기능에 따라 변한다: 통상, 컨덕터들과 상호 접속들은 3000-10000옹스트롬 두께이지만, 통상, 응착-촉진 및 확산 배리어 층들은 100-500옹스트롬 두께이다. 이러한 막들 각각의 증착은 막의 두께가 그것의 목표값의 수 퍼센트(예를 들어, 5-100옹스트롬, 값들은 1 또는 2초 인간의 손톱 성장에 해당한다)내에서 제어되어야만 한다. 또한, 웨이퍼의 표면을 통한 막의 균일성은 개별적 마이크로프로세서들의 균일한 가동을 확실하게 하도록 밀접하게 제어되어야만 하고, 결론적으로, 높은 제조를 생산한다. 이러한 엄격한 오차 때문에, 막 두께는 마이크로프로세서의 제조 동안 및/또는 이후에 품질-제어 파라미터로서 종종 측정된다.

금속 막들은 종종 복잡한 기하학에서 증착되고 패턴화되고, 이것은 측정 과정을 복잡하게 한다. 전형적인 제조 과정에서, 티타늄:질화물 막은 실리콘 웨이퍼의 전체 표면을 통해 증착된다. 그후, 텅스텐 막은 "edge-exclusion zone" 즉 웨어퍼의 엣지 근처에서 티타늄:질화물이 노출되는 작은(약 1 또는 2mm) 영역에 남도록 티타늄:질화물 막상에 증착된다. 엣지-제외 지역은 그것의 엣지들 근처의 텅스텐 막의 얇은 조각으로 갈라지는 것을 방지한다. 이 영역 근처에서, 텅스텐 막의 두께는 그것의 목표값으로 급속하게 증가한다. 이것은 수 백 마이크론의 거리를 통해 발생한다. 막 두께에서 이러한 급속한 증가 없이, 웨이퍼의 엣지-제외 지역 근처에 패턴화된 장치들은 충분한 두께를 가지지 않는 비-이상적 텅스텐 막들을 포함할 것이고, 그들은 세부사항을 만족하지 못할 것이다.

최근에 복잡한 막 기하학의 예는 "damascene" 또는 "dual damascene" 구조인 상업적 마이크로 전자 공학 제조에서 도입된다. 특히 구리 컨덕터들과 상호 접속들을 형성하기 위해 사용되는 이러한 구조들은 다수의 단계 과정들에 의해 형성된다. 구리는 먼저 일련의 트랜치(trenches)를 가지고 에칭되는 유전체 층을 가지는 웨이퍼에 증착된다. 그후, 웨이퍼는 구리-충만 트랜치만 남기고, 과도한 구리를 제거하도록 화학적-기계적 팔리슁(polishing)(CMP)에 의해 팔리쉬된다. 통상, 결과 구조는 수 천 옹스트롬, 약 0.5마이크론의 폭, 약 2마이크론의 주기와, 수 밀리미터의 길이를 갖는 일련의 분리된 구리 라인들이다.

엣지-제외 지역과 물결 무늬-형 구조들의 막 두께 측정은 어렵고, 종래 기술을 사용하여 실행하기 어렵다. 예를 들어, 통상 블랭킷 금속 막들은 4-지점 프로브를 사용하여 측정된다. 여기서, 두 분리된 쌍의 컨덕팅 프로브들은 막을 접촉한다. 프로브에 의해 측정되는 바와 같이 전기 저항은 막의 두께에 관련된다. 4-지점 프로브의 공간 해상력(resolution)이 수백 밀리미터이기 때문에, 이 장치는 엣지-프로파일과 물결 무늬-형 구조들 모두에 실행하기 어렵다. 또한, 막의 저항은 종종 두께와 기하학 모두에 의존하고, 복잡한 기하학을 측정하도록 사용될 때 4-지점 프로브의 정확성이 더 감소되는 복잡성에 의존한다. 스타일러스(stylus) 프로파일미터라 불리는 다른 막-측정 기구는 샘플을 통해 스타일러스 바늘을 드래그하고, 토포그래피(topography)의 변동을 기록한다. 그러나, 이것은 느리고, 성가지고, 샘플 곡률의 소량에 민감하고, 상대적으로 긴 거리를 측정하고자 사용될 때 부정확하다(예를 들어, 수백 마이크론이 제외 지역 근처의 텅스텐 형성을 위해 필요하다).

이러한 단점에 부가하여, 4-지점 프로브들과 스타일러스 프로파일미터들은 접촉하고 따라서 샘플을 오염시킨다. 따라서, 이러한 기구들은 실제적인 제품을 포함하는 샘플들보다는 모니터 또는 테스트 샘플들에 통상 사용된다. 금속 막들의 두께를 측정하기 위한 다른 방법은 X-레이 형광 및 러더퍼드 후방산란과 같이 비-접촉이지만, 느리고, 공간 해상력이 좋지 않다.

본 발명은 예를 들어, 반도체 웨이퍼의 엣지 또는 물결 무늬-형 구조와 같이 마이크로 전자 공학상에 사용되는 구조들의 작은 영역의 박막의 두께를 결정하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.

도1a는 본 발명에 따른 광학 시스템의 광학 빔 구성을 도시한 개략도.

도1b는 도1a의 여기(excitation) 및 프로브 빔의 평면도.

도2는 도1a의 광학 빔 구성을 이용하여 구리 막으로부터 측정된 신호 파형의 플롯(plot)(신호 세기 대 시간)을 도시한 도면.

도3은 엣지-제외 구조로부터 취해진 데이터를 분석하여 막 두께를 결정하기 위한 방법을 설명하는 흐름도.

도4는 엣지-제외 구조의 횡단면, 개략도.

도5는 엣지-제외 구조에서 ISTS를 이용하여 측정되는 거리의 기능으로 텅스텐 막 두께의 플롯을 도시한 도면.

도6은 ISTS를 이용하여 실리콘 와이퍼 구조의 지름 양단에 측정된 거리의 기능으로 텅스텐 막 두께의 플롯을 도시한 도면.

도7a는 ISTS로 측정된 물결 무늬(damascene)-형 구조의 평면도.

도7b는 도7a의 물결 무늬-형 구조의 횡단면도.

도8은 도7a 및 도7b에 도시된 것과 유사한 구리 물결 무늬-형 구조로부터 측정된 신호 파형의 플롯(신호 세기 대 시간)을 도시한 도면.

도9는 본 발명의 방법에 따라 작은-스케일 구조를 측정하기 위한 광학 시스템과 광학 검출 시스템의 개략도.

도10은 본 발명에 따라 작은-스케일 구조를 측정하기 위한 광학 시스템, 광학 검출 시스템, 컴퓨터 및 신호 프로세서의 개략도.

도11은 물결 무늬-형 구조의 두께를 결정하기 위한 컴퓨터-구현 알고리즘의 흐름도.

본 발명의 목적은 신뢰할 수 있는 방법들과 장치와 샘플의 엣지 근처의 박막들을 정확하게 측정하는 것을 제공하고, 물결 무늬-형 구조에서 언더라잉 막이 노출될 때까지 오버라잉 막의 두께가 급속하게 감소하는 영역에서 오버라잉 및 언더라잉 막들을 포함하는 구조를 측정하기 위한 본 발명에 따른 제 1 방법을 제공하는 것이다(예를 들어, 엣지-제외 구조). 방법은 (1)적어도 하나의 여기 레이저 빔으로 영역의 제 1 부분의 음향 모드들을 여기하는 단계, (2)신호 빔을 생성하기 위해 반사되거나 또는 회절되는 프로브 레이저 빔으로 음향 모드들을 검출하는 단계, (3)영역의 제 1 부분에서 구조(예를 들어, 오버라잉 층의 두께)의 특성을 결정하기 위해 신호 빔을 분석하는 단계, (4)구조 또는 여기 및 프로브 레이저 빔들을 전이하는 단계, (5)영역의 제 2 부분에서 구조의 특성을 결정하기 위해 여기하는 단계, 검출하는 단계, 분석하는 단계들을 반복하는 단계를 포함한다.

하나의 실시예에서, 여기하는 단계, 검출하는 단계, 분석하는 단계와 전이하는 단계는 영역의 다수 부분들에서 구조의 특성을 결정하도록 반복된다. 하나의 경우에, 상술한 단계들은 오버라잉 막의 두께가 평균값의 적어도 80%로 언더라잉 막이 노출되는 것으로부터 오버라잉 막의 두께가 측정될 때까지 엣지-제외 구조에서 반복된다. 이 특별한 방법은 확장되어 단계들은 오버라잉 막의 지름이 측정될 때까지 구조에서 반복된다. 통상, 이 "diameter scan" 실시예는 오버라잉 막의 지름의 각각의 측의 상술한 단계를 반복하는 단계와, 막의 중앙 근처의 다수의 지점들을 측정하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 여기하는 단계, 검출하는 단계, 분석하는 단계, 전이하는 단계는 언더라잉 막의 특성이(예를 들어, 엣지-제외 지역의 폭) 웨이퍼의 엣지에 노출되는 것으로부터 측정될 때까지 반복된다.

통상적인 실시예에서, 오버라잉 막은 텅스텐, 구리, 알루미늄과 이들의 합금과 같은 금속으로부터 선택되고, 언더라잉 막은 산화물, 폴리머(polymers)와 같은 물질과, 티타늄, 티타늄:질화물, 탄틸, 탄틸:질화물과 그들의 합금과 같은 금속으로부터 선택된다. 이러한 막들은 일반적으로 실리콘 웨이퍼에 증착된다.

통상, 구조는 음향 모드들이 1나노초보다 작게 지속되는 적어도 하나의 광학 펄스로 여기된다. 특정 실시예에서, 여기 단계는 샘플상의 파형 벡터에 의해 정의된 공간적으로 주기적인 여기 방사 필드를 지시하여 구조의 시간-의존 음향 모드들을 여기시키는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 방사 필드는 샘플의 꼭대기 상 또는 내의 시간과 공간에서 두 광학 펄스들을 겹쳐서 형성된다. 그후, 검출 단계는 프로브 방사를 음향 모드들에 의해 샘플의 표면에 유도된 변조된 광학적 또는 기계적 특성으로 회절시킨다. 오버라잉 층의 두께를 결정하기 위해, 오버라잉 및 언더라잉 층들의 밀도와 음향 특성들과, 음향 모드의 주파수는 분석된다(예를 들어, 그들을 기계적 모델과 비교하여).

또한, 본 발명은 다수의 얇은, 금속, 장방형 또는 선형 영역을 구비하는 구조를 측정하기 위한 제 2 방법을 제공하고, 각각은 5마이크론보다 작은 폭을 가지고, 제 2, 비-금속 물질을 포함하는 이웃 영역들 사이에 증착된다(예를 들어, 물결 무늬-형 구조). 방법은 (1)파형 벡터에 의해 정의된 공간적 주기 여기 필드로 영역을 방사하여 적어도 하나의 금속, 장방형 영역에서 음향 모드들을 여기하는 단계, (2)프로브 레이저 빔을 음향 모드들에 의해 영역들에서 유도된 리플 형태로 회절시켜 음향 모드들을 검출하는 단계, (3)구조의 특성을 결정하기 위해 회절된 신호 빔을 분석하는 단계(예를 들어, 금속의 두께, 장방형 영역들)를 포함한다.

특히 실시예에서, 여기하는 단계는 여기 필드로 다수의 금속, 장방형 영역들을 방사하는 것을 포함한다. 그후, 프로브 레이저 빔은 음향 모드들에 의해 각각의 영역에 유도된 표면 리플을 회절한다. 두께는 밀도, 영역, 파형 벡터에 유도된 금속의 음향 특성들과, 음향 모드의 주파수를 분석하여 결정될 수 있다. 여기서, 금속, 장방형 영역의 폭 또는 연속하는 영역들을 분리하는 거리는 분석에 사용될 수 있다. 여전히 다른 실시예에서, 신호 빔은 금속, 장방형 영역 또는 연속하는 금속을 분리하는 거리, 장방형 영역들을 결정하기 위해 더 분석될 수 있다(예를 들어, 프로브 빔의 회절을 모니터링하여).

실시예에서, 각각의 금속, 장방형 영역들은 구리, 텅스텐, 알루미늄, 또는 그들의 합금을 구비하고, 1마이크론보다 작은 폭을 가진다. 또한, 장방형 영역은 한층 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 트랜치는 탄틸로 링크될 수 있고, 그후, 구리로 가득찬다.

본 발명은 많은 장점을 가진다. 특히, 방법은 엣지-제외 지역의 및 근처, 물결 무늬-형 구조들과, 다른 작은-스케일 구조들에서 막 두께의 정확한 측정을 만든다. 예를 들어 비접촉, 급속 및 작은 영역을 통한 멀리 떨어진 측정과 같이, 측정은 광학 계측학이 모든 장점들을 특징으로 한다. 방법은 수초보다 작은 10과 100마이크론 사이의 영역을 갖는 단일 측정 지점으로부터 데이터를 수집한다. 작은-스케일 구조들의 이러한 데이터 막 두께로부터 정확성과 수 옹스트롬의 반복이 결정된다. 물결 무늬-형 구조들에 대해, 방법은 사실상 데이터 품질, 정확성, 또는 반복성에 감소 없이 광학 스폿 크기 내에 놓인 다수의 금속 라인들의 두께를 측정한다. 마이크로 전자 공학 장치에서 사용되는 통상적인 막에 대해, 측정은 막의 트루값(true value)의 퍼센티지의 단편(fraction)내의 두께를 결정한다.

두께에 부가하여, 폭, 금속 라인들의 주기와, 구조에서의 결함수와 같이, 측정은 제외 지역의 폭, 웨이퍼상의 사용가능한 영역의 지름, 엣지-제외 지역 근처의 막의 슬로프와, 물결 무늬-형 구조들의 특성을 결정한다.

측정에 사용되는 장치는 컴팩트하고, 약 2스퀘어 피트의 풋프린트를 차지하고, 주로 비싸지 않고, 상업적으로 이용 가능한 소자들을 구비한다.

그것의 작은 크기 때문에, 장치는 독립적인 유닛이거나 또는, 막-형성 툴(예를 들어, 화학적-증기 증착 툴, 플라즈마 증기 증착 툴, 클러스터 툴, 또는 진공 챔버)에 바로 부착되거나 또는 막-처리 툴(예를 들어, 화학적-기계적 팔리쉬어)이 될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 막-형성 툴은 여기와 프로브 방사에 명백한 광학 포트(예를 들어, 글래스 윈도우)를 포함한다. 따라서, 동작시에, 막-측정 장치는 여기와 프로브 방사 및 회절 신호가 광학 포트를 통과하도록 방향이 정해진다.

도1a, 1b 및 2에서, 박막(10)의 두께는 두 여기가 레이저 빔(16, 16')을 펄스로 하고, 프로브 레이저 빔(18)은 막을 방사한다. 빔(16, 16')의 여기 펄스는 지속되는 것이 짧고(예를 들어, 약 0.5나노초), 막에 의해 흡수되는 파장을 가지는 빔은 각(α)에 의해 분리된다. 프로브 빔(18)의 펄스는 상대적으로 길고(예를 들어, 몇 백 나도초 또는 보다 길다), 이 빔은 막에 의해 강하게 흡수되지 않는 파장을 가진다. 이러한 구성에서, "four-wave mixing"이라 불리고, 여기 빔(16, 16')의 펄스는 시간과 공간에서 오버랩되고, 이러한 빔들은 막(10)의 표면 또는 여기 방사 필드(14)를 일시적으로 변화시키고 공간적으로 형성하는 것을 방해한다. 필드(14)는 건설적인 방해가 발생하는 일련의 주기적인, 사인 곡선의 "bright" 영역과 파괴적인 방해가 발생하는 "dark"영역(14b)을 구비한다. 화살표(15a 및 15b)에 의해 도시된 필드(14)의 길이와 폭은 각각 500 및 40 마이크론이다. 막에 초점을 맞출 때, 프로브 빔(18)은 타원 궤도(대충 90 마이크론 곱하기 25 마이크론)인 제 2 필드(17)를 형성하고, 여기 필드(14)내에 완전하게 있다.

여기 필드의 방향은 연속하는 밝은(또는 어두운) 영역 사이에 공간 거리에 역으로 비례하는 파형 벡터에 의해 정의된다. 파형 벡터의 크기(q)는 여기 빔과 각각의 빔의 파장(λ₁) 사이의 각(α)에 의해 결정되고, Λ가 그래이팅(grating) 파장인 방정식 q=4πsin(α/2)(λ₁)^-1=2π/Λ에 의해 주어진다.

여기 방사 필드(14)는 여기 파형 벡터에 상응하는 파장와 방위를 가지는 막(10)의 음향 모드들을 여기시킨다. 음향 모드들의 여기는 순간적인 자극 열 스캐터링(Impulsive Stimulated Thermal Scattering)("ISTS")을 통해 발생하고, U.S. 특허 제 5,633,711 호(MEASUREMENT OF MATERIAL PROPERTIES WITH OPTICALLY INDUCED PHONONS라는 표제이다), U.S. 특허 제 5,546,811 호(OPTICAL MEASUREMENT OF STRESS IN THIN FILM SAMPLES라는 표제이다)와, U.S.S.N. 제 08/783,046 호(1996년 7월 15일 출원된 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING FILM THICKNESS라는 표제이다)에서 구체적으로 설명된 4-파장 혼합 기술이고, 이것들의 내용은 참고문헌에 의해 포함된다. 음향 모드들은 막에서 변조된 광학 및 물리적 특성(property)을 유도한다(예를 들어, 시간-의존 "ripple" 형태학 및/또는 시간-의존 굴절 인덱스 변화). 유도된 시간-의존 리플 형태학의 경우에, 이것은 막의 표면에서 관찰될 수 있다. 변조 주파수는 막의 두께에 따른다. 음향 모드들은 반사된 프로브 빔(18')의 각각의 측면에 증착된 적어도 두 단일 빔(20, 20')을 형성하도록 변조된 특성으로 프로브 펄스를 회절시켜 검출할 수 있다. 광검출기는 정상적인 3000 옹스트롬 구리 막으로부터 취해진 데이터를 나타내는 도2에 도시된 것과 유사한 신호 파형(30)을 생성하도록 하나 이상의 신호 빔들을 검출한다. 도면 삽입의 그래프(35)에 의해 나타나는 신호 파형(30)의 퓨리에 트랜스폼은 음향 모드의 주파수를 나타낸다. 막 두께를 결정하기 위해, 주파수는 상술한 참조에 의해 설명된 바와 같이 파장 벡터 및 막의 밀도 및 소리 속도를 따라 분석된다.

본 발명에 따라 ISTS 의존(depends)을 이용하는 작은-스케일 구조들의 정확한 측정은 1)하나가 측정들을 하도록 하는 데이터 신호를 얻기 위해 4-파형 혼합 기하학의 여기와 프로브 펄스들의 광학 특성을 조정하는 단계(예를 들어, 충분한 신호-잡음비, 진폭과 다수의 여기 모드를 갖는 데이터 신호), 2)물리적 기하학 작은-스케일 구조들을 설명하는 1996년 7월 15일 출원된 U.S.S.N. 제 08/783,046 호의 타이틀이 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING FILM THICKNESS에서 설명된 막 두께를 계산하기 위한 방법들을 변경하는 단계에 의해 실행된다.

조정할 수 있는 광학 특성은 파형 벡터(이하에서 음향 주파수와 파장), 방위(orientation)와, 여기의 광학 파장과 프로브 필드를 포함한다. 예를 들어, 물결 무늬-형 구조를 측정할 때, 여기와 프로브 필드들 모두의 장축은 금속 라인들의 확장을 따라 향한다. 이것은 ISTS-생성 음향 모드들이 금속 라인들의 확장을 따라 전달되고, 금속 라인들의 측에서 반사로부터 일어나는 신호로 공헌을 최소화한다. 엣지-제외 구조를 측정하기 위해, 다중 측정들이 막의 상승 엣지로 확장되는 라인을 따라 만들어진다. 이 경우에, 프로브 필드들과 여기의 장축은 그 라인(즉, 엣지의 탄젠트)에 수직으로 향하고, 필드들의 짧은 축은 라인을 따라 향한다. 이 구성은 막의 엣지 근처에 발생할 수 있는 음향 반사를 최소화하고, 최고의 가능한 공간 분석(resolution)을 가능하게 한다.

부가하여, 여기 필드의 파형 벡터는 상술한 작은-스케일 구조의 정확한 측정등을 생산하기 위해 선택된다. 파형 벡터는 여기 빔들을 분리하여 각(도1a에서 α)을 변경함으로써 조정된다. 엣지-제외 구조를 측정할 때, 예를 들어, 선택된 파형 벡터는 막 두께 위에 두는 것을 변경하는데 민감한 주파수에서의 음향 파형을 내보내는 것이지만, 상대적으로 막 두께 위에 두는 것에서 변경에 민감하지 않다. 이 방법론은 막을 오버라잉 및 언더라잉 하는 것으로 텅스텐 및 티타늄 질화물이 각각 사용되는 엣지-제외 구조들에 적용될 수 있다. 여기서, 200,000 내지 700,000 m^-1사이의 파형 벡터는 통상적으로 텅스텐 막 두께의 변화에 민감한 음향 주파수들을 초래하지만, 티타늄 질화물 두께의 두께 변화에 민감하지 않다.

물결 무늬-형 구조에 대해, 선택된 파형 벡터는 금속 라인들의 폭에 비교하여 상대적으로 긴 음향 파장을 생성하는 것이고, 금속 라인들의 폭은 통상적으로 1 마이크론 정도이다. 이것은 라인들의 폭이 음향 모드들 전달 내부의 최소한의 효과를 가지는 것을 확실하게 한다.

또한, 여기와 프로브 빔들의 광학 파장은 상술한 작은-스케일 구조들의 정확한 측정들을 생산하도록 선택된다. 물결 무늬-형 구조들의 경우에, 여기 파장은 금속 라인들에 의해 흡수되도록 선택되고, 주위 구조에 의해 흡수되지 않는다(통상적으로 실리콘 2산화물). 통상적으로, 구리가 물결 무늬-형 구조들에서 금속 라이들을 위해 사용되기 때문에, 효과적인 파장은 스펙트럼의 보이는 부분에서이고, 예를 들어, 532nm이다. 유용하지 않는 파장은 구리에 의해 크게 반사되는 적외선(예를 들어, 1064nm)의 그것들을 포함한다. 엣지-제외 구조를 측정할 때 파장이 선택되어 광은 엣지로부터 제외되는 오버라잉 막(예를 들어, 텅스텐)과 엣지-제외 지역에 노출된 언더라잉 막(예를 들어, 티타늄 질화물) 모두에 의해 흡수된다. 이 경우의 적절한 파장은 1064nm이다. 이 파장을 이용하여, ISTS는 오버라잉 막의 상승 특성들, 언더라잉 막의 두께와, 엣지-제외 지역의 폭을 측정한다.

도3 및 4는 각각 통상적인 엣지-제외 구조로부터 수집된 데이터를 분석하기 위한 방법(47)을 설명하는 흐름도이고, 측정이 만들어지는 구조(60)를 도시한 개략도를 도시한다. 구조(60)는 엣지-제외 지역(69)에 의해 실리콘 웨이퍼(68)의 엣지(66)로부터 분리되는 오버라잉 막(62)(통상적으로 텅스텐 또는 구리)을 포함한다. 오버라잉 막은 웨이퍼(68)의 엣지(66)로 확장되는 밑에 높인 막(64)(통상적으로 티타늄, 탄탈 또는 상기의 합금)상에 전기 도금하거나 또는 증착된다. 언더라잉 막(62)은 그것의 최대 두께값(통상적으로, 수천 옹스트롬)으로부터 막의 "build-up region"(70)을 따라 0 옹스트롬까지 감소한다. 통상적으로, 형성(build-up) 영역(70)은 1)오버라잉 막의 두께가 막의 최대 두께의 약 80%보다 큰 지점과, 2)오버라잉 막이 0 두께를 가지는 종료지점(72)을 분리하는 영역으로부터 확장된 수백 마이크론의 길이를 가진다. 엣지-제외 지역(69)에서, 언더라잉 막(64)은 종료지점(72)으로부터 웨이퍼의 엣지(66)까지 노출된다.

막 두께를 정확하게 결정하기 위해, 오버라잉 및 언더라잉 막들의 물질 특성들(예를 들어, 밀도 및 소리 속도)은 작은-스케일 구조에서 측정된 음향 주파수와 파형 벡터에 따라 상술한 계산에서 사용된다. 하나의 실시예에서, 오버라잉 막은 막의 기계적인 특성들을 먼저 선택하여 측정하고, 두께 계산[단계(48)]에서 이러한 것들을 이용한다. 그후, 측정들은 형성 영역을 통해 막의 종료지점[단계(50)]에 오버라잉 막의 최대 두께 근처의 지점에서 시작을 만든다. 이 측정 경로는 화살표(76)에 의해 도4에서 나타난다. 엣지-제외 지역을 따른 측정들이 통상 자동화된 도구를 사용하여 실행되기 때문에, 언더라잉 막의 종료지점이 도달될 때[단계(52)] 분석 방법이 탐지되어야 한다. 시간-의존 모양과 신호 파형의 음향 주파수는 이것이 발생할 때 갑자기 변경되고, 따라서 이러한 특성들은 이 위치를 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이것은 신호 파형의 시간-의존 모양을 분석하거나 또는 신호 파형의 주파수의 갑작스런 변경을 발견하여 행해질 수 있다. 종료지점에 도달할 때, 기계적인 특성들은 언더라잉 막의 그것들로 스위치되는 두께 계산에서 사용된다[단계(54)]. 그후, 이러한 특성들은 제외 지역을 통해 만들어지는 측정으로부터 데이터를 사용하여 두께를 계산하는데 사용된다[단계(56)]. 데이터 수집은 웨이퍼의 종료가 도달할 때 정지된다[단계(58)]. 이 영역은 신호 파형의 부재에 의해 잘 나타난다. 그후 결과 데이터는 오버라잉 및 언더라잉 막 두께, 형성 영역의 길이와 엣지-제외 지역의 폭과 같은 특성들을 결정하기 위해 분석된다[단계(60)].

또한, 상술한 방법은 웨이퍼의 다른 영역들을 따라 막 두께를 측정하도록 확장될 수 있다. 예를 들어, 측정들은 1)웨이퍼의 횡단면의 두께, 2)횡단면의 각각의 측상의 엣지-제외 구조들의 두께를 포함하여 웨이퍼 지름을 따라 만들어질 수 있다. 이러한 측정들은 충분한 두께(예를 들어, 막의 평균 두께값의 95%)를 갖는 막의 "usable"부를 나타내는 것과 같이 특히 유용하고, 따라서, 품질 장치-제조 처리에 사용될 수 있다.

물결 무늬-형 구조들을 포함하는 금속 라인들의 두께를 결정하는 방법은 U.S.S.N. 제 08/783,046 호(1996년 7월 15일 출원된 METHOD AND DEVICE FOR MEASURING FILM THICKNESS라는 표제를 가진다)에 설명된 방법에 기초한다. 본 발명의 방법에 따라, 방법은 계산에서 금속 라인들의 기하학을 포함하도록 변경된다. 특히, 금속 라인들(통상 구리는 이 적용에 사용된다)을 형성하는데 사용되는 금속에 부가하여, 라인폭, 주기와, 횡단면 기하학은 계산에서 고려된다. 본질적으로, 물결 무늬-형 구조들의 구리 바들의 두께는 ISTS를 사용하여 바들의 긴 치수에 따른 음향 파형을 초기화하여 측정되고, 그후, 프로브 빔으로 이러한 파형들을 샘플링한다.

도5 및 6은 각각 엣지-제외 구조로와 텅스텐/티타늄:질화물/실리콘 2산화물/실리콘 구조의 지름 양단으로부터 수집된 데이터를 도시한다. 언더라잉 티타늄:질화물과 실리곤 2산화물 막들은 각각 1100과 5500 옹스트롬의 두께를 가진다. 이 경우에, 여기 필드(698,131m^-1)의 파형 벡터가 설정되어 ISTS-초기화 음향 파형은 텅스텐 막 두께의 변화에 민감한 주파수를 가지지만, 상대적으로 티타늄:질화물 두께의 변화에 민감하지 않다. 이것은 텅스텐이 티타늄:질화물(5400kg/m³)의 그것과 비교하여 상대적으로 높은 밀도(19,300kg/m³)를 가지고, 텅스텐의 작은 두께 변동은 실리콘의 중요한 매스-로딩을 초래하고, 따라서, 상대적으로 측정하기 쉽게 때문이다. 이러한 데이터에 대한 여기 파장은 1064nm이고, 프로브 스폿과 여기의 단축은 웨이퍼가 전이되는 방향을 따라 향한다.

도5는 엣지-제외 구조의 텅스텐과 티타늄:질화물 막들의 특성들을 도시한다. 상승 엣지(112)의 모양에 의해 나타나는 바와 같이, 텅스텐 막은 웨이퍼 중심으로부터 약 74.22mm의 거리에 형성을 시작하고, 웨이퍼의 중심으로부터 65.00mm의 거리에 3870옹스트롬의 두께에 도달한다. 유연하고 체계적인 형성은 측정의 정밀도를 나타내고, 이것은 수 옹스트롬의 정도로 추정된다. 또한, 데이터는 약 660마이크론의 폭을 가지는 티타늄:질화물 제외 지역(118a)을 나타낸다. 도6은 동일한 웨이퍼의 지름 양단에 취해지는 유사한 데이터를 도시한다. 여기서, 커브(110)는 웨이퍼의 엣지에서 엣지-제외 지역(118a, 118b) 근처의 상승 엣지(112), 하강 엣지(114)를 나타내는 데이터를 포함한다. 이러한 영역들은 상대적으로 일정한 막 두께를 갖는 막의 중앙부(116)를 브래킷(bracket)한다. 도면에서 화살표(120)는 막의 최대 두께값의 80%보다 큰 막부(이 경우에 148.8mm)를 나타내고, 따라서, 제조 목적으로 "usable"로 고려된다.

도7a 및 7b는 막-두께 측정들이 물결 무늬-형 구조(120)에서 어떻게 만들어지는지 나타낸다. 여기서, 구조(120)는 실리콘 2산화물 막(124)로 에칭되는 트랜치(trenches)(123)에 증착되는 일련의 금속 라인들(122)을 포함한다. 통상, 이러한 형태의 구조의 금속 라인들은 구리로 만들어지고 1마이크론보다 작은 폭과, 수 밀리미터보다 작은 길이를 가진다. 통상, ISTS동안, 여기 필드(14)는 금속 라인들(122)에 평행하게 확장되는 장축으로 향한다. 따라서, 필드(14)의 어두운(14a) 및 밝은(14b) 영역들은 라인들을 따라 주기적으로 공간을 가진다. 화살표(125)에 의해 나타나는 바와 같이, 이것은 금속 라인들을 따라 전달되는 음향 모드들을 생성한다. 음향 파형들이 시작되고 단일 라인의 폭보다 큰 여기 필드(14)의 폭 때문에 다수의 라인들을 따라 밀착하여 전달된다. 이러한 모드들은 프로브 필드(17)f로 다수의 라인들을 방사하여 집합적으로 측정된다. 필드(17)는 방사된 라인들의 표면 리플을 회절시킨다. 그후, 회절된 신호가 검출되고 막 두께를 결정하기 위해 구리의 물질 특성들과 폭, 주기와, 횡단면 기하학의 조합으로 분석된다.

도8은 상술한 방법을 사용하여 구리 물결 무늬-형 구조로부터 측정되는 시간-의존(130)과 주파수-의존(135) 데이터를 도시한다. 구조는 8000옹스트롬의 두께, 1마이크론의 폭, 2마이크론의 주기와, 장방형 횡단면을 갖는 구리 금속 라인들을 포함한다. 도3에 도시된 것과 유사한 높은 신호-잡음비와 음향 댐핑(damping)을 갖는 데이터는 비-패턴화된 구리 막들로부터 이루어지는 것에 비교하여 효과적으로 프로브 필드를 회절시키는 구리 물결 무늬-형 구조로 음향 모드들이 여기됨을 나타낸다. 이러한 데이터의 반복은 약 0.2MHz이고, 막 두께는 10옹스트롬보다 큰 반복으로 측정될 수 있음을 나타낸다.

한번 측정되면, 음향 속도는 물결 무늬 구조가 언더라잉 실리콘 기판을 어떻게 "mass loads"하는지를 결정하는 알고리즘을 계산-구현하여 사용하여 처리된다. 일반적으로, 매스-로딩 알고리즘은 오버라잉 물결 무늬 구조의 전체 매스를 결정한다(예를 들어, 구리와 산화물의 매스). 그후, 두께는 구리와 산화물 물질의 밀도를 이용하여 결정된다. 매스 로딩은 오버라잉 구로의 매스로 증가한다. 바꾸어 말하면, 매스의 증가는 음향 파형의 속도를 감소시킨다. 속도는 ⅰ)막 두께 ⅱ)물결 무늬 바들의 폭과 주기에 따른다. 그밖에 설명된 바와 같이, 이러한 나중 특성들은 샘플을 남기는(leave) 반사된 및 회절된 프로브 빔들을 모니터링하여 결정될 수 있다(언급:이러한 회절된 빔들은 신호 빔들과 다르다).

물결 무늬-형 구조들로부터 구리 막 두께를 결정하기 위한 일반적인 알고리즘은 아래에 리스트된 단계들에 의해 설명된다. 도11에 나타나는 흐름도가 이러한 단계들을 요약한다.

단계1:ISTS를 이용하여 음향 파형 속도 또는 주파수를 결정한다. 음향 파형의 파장은 물결 무늬 패턴의 폭과 비교하여 바람직하게 길고(예를 들어, 통상 10-15마이크론), 음향 파형들은 구리 바들의 긴 치수를 따라 전달된다.

단계2:다음의 방정식을 사용하여 오버라잉 물결 무늬 구조의 전체 매스량을 결정한다:

M=(v-v₀)/kc₀

여기서 v₀는 기판의 공지된 레일리파 속도이고, c₀는 실험적으로 측정될수 있는 또는 공지된 기판의 탄력 있는 상수이고, k는 음향 파형 벡터이고, v는 ISTS를 사용하여 구조로부터 측정되는 음향 속도이다.

단계3:물결 무늬의 바들의 폭과 주기를 결정한다. 통상, 이것은 측정되는 구조에 대해 공지되지만, 또한, 샘플을 남기는 회절된 및 반사된 빔들을 측정하여 결정될 수 있다. 특히, 주기는 방정식 d·sinθ=nλ를 이용하여 심플을 남기는 회절된 빔들의 각(θ)과 관련되고, 여기서 d는 바 주기이고, n은 회절된 정도이고, λ는 광학 파장이다. 인시던트(incident) 방사의 반사성은 바 폭을 결정하도록 분석될 수 있다.

한번 결정되면, 바 폭은 구리(f_cu)인 물결 무늬 구조의 단편(fraction)을 정의하고, 주기는 산화물(f_sio2)인 단편을 정의한다. f_cu+f_sio2=1을 언급한다.

단계4:동일한 산화물과 구리의 두께를 가정하고, 이러한 층들의 두께(t)는 다음과 같이 주어진다:

t=M/(f_cuρ_cu+f_sio2ρ_sio2)

여기서, ρ_cu및ρ_sio2는 각각 구리와 산화물 막의 밀도이다.

도9 및 10은 작은-스케일 구조들의 4-파형 혼합 측정을 하기 위한 특정 광학 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은 단일 여기 빔(205)을 생성하는 여기 레이저(201)를 특징으로 한다. 통상, 여기 레이저는 Q-스위치화된, 모드-락(mode-locked)인, 또는 모두인 펄스화된 Nd:YAG 레이저이다. 특히 적합한 여기 광소스는 U.S. 특허 제 5,394,413 호에 설명된 것과 같은 마이크로칩 레이저이다. 여기 빔(205)의 펄스 지속은 ISTS를 통해 막의 물질 모션들을 순간적으로(impulsively) 자극하기에 충분히 짧아야하고, 통상 0.5나노초이다. 통상 출력 펄스는 약 10마이크로줄의 에너지, 1064 또는 532nm의 파장을 가진다.

동작 동안, 단일 여기 빔(205)은 트리거된 검출기(221)로 펄스화된 여기 빔(205)의 부분을 반사하는 부분 반사 옵틱(optic)(209)을 통해 전달한다. 도10에 도시된 바와 같이, 트리거 검출기(221)는 광학 시스템(200)에 의해 생성되는 데이터를 처리하는 컴퓨터(231)로 전기 신호(230)를 보낸다. 그후, 단일 여기 빔(205)은 감쇠 중립 밀도 필터(attentuating neutral density filter)(213)를 통해 전달하고, 그후, 원통 렌즈(206)를 이용하여 위상 마스크(204)상에 포커스된다. 위상 마스크(204)는 약 0.5ns의 펄스 지속을 각각 가지는 두 펄스화된 공간 바산 빔(205a,b)으로 인시던트 여기 짐을 회절시킨다. 발산(θ)의 각은 위상 마스크(204)상의 패턴(207)을 회절시켜 결정된다. 한번 회절되면, 발산 빔(205a, 205b)은 이미징 렌즈(212)를 사용하여 샘플(210)상에 이미지화된다. 이것은 잘-정의된 파형 벡터를 가지는 여기 방사 패턴(도1의 14)을 형성한다. 여기 패턴은 샘플의 표면상의 음향 모드들을 여기시킨다. 서로 다른 파형 벡터들을 가지는 여기 패턴들은 서로 다른 회절 패턴들을 움직이도록 하는 위상 마스크를 여기 빔의 경로로 간단히 전이하여 형성된다.

광학 시스템(200)의 프로브 레이저(202)(통상 가시 또는 적외선 주파수 범위에서 0.1과 1Watt 사이에 생성되는 단일-모드 다이오드 레이저)는 포커싱 렌즈(220)를 사용하여 여기 방사 필드의 스폿 크기보다 작은 필드(도1b의 17)에 포커스되는 레이저 빔(216)을 생성하나다. 한번 포커스되면, 빔(216)은 한 쌍의 신호 빔(216a, 216b)을 형성하기 위해 회절된다. 그후, 신호 빔들(216a) 중의 하나는 광학 검출 시스템(224)으로 향하고, 반면에 반사 펄스 빔(216')은 차단된다. 광학 검출 시스템(224)은 신호 빔의 개별적 특징들을 분해하도록 하는 높은 대역폭(예를 들어 1GHz)을 가진다. 이러한 방법으로, 음향 모드들의 전체 시간적인 지속은 신호 처리기(240)(도10)로 보내질 수 있고 신호 파형(241)을 생성하도록 실시간(예를 들어, 100나도초)으로 측정된다. 파형 신호-잡음비는 레이저의 반복비(통상 500Hz 정도) 또는 기록 전자의 속도(통상 밀리초정도)에 의해서만 제한되는 속도로 신호를 평균하여 강화될 수 있다. 통산 신호 평균화는 500:1보다 크게 신호-잡음비를 개선시킨다. 평균화된 신호들에 대한 데이터-수집 시간들은 1 또는 2초이다.

그후, 신호 파형(241)은 예를 들어, 샘플(210)상의 단일지점에서 금속 막의 두께를 결정하기 위해 상술한 바와 같이 컴퓨터(231)에 의해 처리된다. 그후, 컴퓨터(231)는 신호(245)를 샘플을 새로운 위치로 이동시키기 위한 모터-제어된 기계적 스테이지(250)로 보낸다. 그후, 컴퓨터(231)는 제 2 위치에서 금속 막의 두께를 결정하기 위해 상술한 처리를 반복한다. 프로그램화된 컴퓨터(231)의 제어에 따라, 이 전체 처리는 예를 들어 두께와 같이 그것의 엣지 양단의 막의 특성들을 측정하기 위해 다수 반복된다.

다른 실시예들은 본 발명의 범위내에 있다. 예를 들어, 다른 광학, 광음향 방법들은 상술한 구조들의 막 두께를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방법들은 펄스-에코, 빔-편향과, 음향 음자(phonons)를 초기화하기 위한 다른 4-파형 혼합 방법들을 포함한다. 이러한 방법들의 예는 Solid State Technology(1997년 6월)에서 출판된 "Ultrasonic multilayer metal film metrology"와, Journal of Applied Physics(1997년 11월 15일)에서 출간된 "Real-time detection of laser-induced transient gratings and surface acoustic wave pulses with a Michelson interferometer"에서 설명되고, 이것들의 내용은 참고문헌에 의해 포함된다.

다른 실시예들에서, 금속 라인들의 폭 또는 공간화와 같은 물결 무늬-형 구조들의 특성들은 회절된 프로브 또는 신호 빔들의 특성들을 분석하여 측정된다. 예를 들어, 회절된 프로브 방사의 각도의 위치는 물결 무늬-형 구조의 장방형 바들의 주기와 폭을 결정하도록 분석될 수 있다. 물결 무늬-형 구조의 다른 특징은 회절된 정도의 상대적인 세기를 측정하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 이러한 세기들은 구리 바들 주위의 산화물 영역들의 두께를 결정하도록 분석될 수 있다. 또한, 이러한 정도에서 세기 및 공간 변동은 미싱(missing) 또는 비정규형 바들과 같은 샘플의 결함을 나타낼 수 있다. 부가하여, 열 확산 및 음향 주파수의 댐핑에 기인하여 신호 구성요소와 같은 회절된 신호 빔들의 다른 특성들은 물결 무늬형 구조의 특성들(예를 들어, 두께, 주기와, 결함수)을 결정하도록 분석될 수 있다.

또한, 상술한 방법과 장치는 "streets"(예를 들어, 웨이퍼의 장치들 사이의 영역들), 본 패드와, 패턴화된 반도체 웨이퍼에 포함된 장치 특징들과 같은 다른 작은-스케일 구조들에 적용될 수 있다.

다른 실시예에서, 광학 시스템은 수집된 데이터의 질을 증가시키기 위해 변경될 수 있다. 변경은 U.S.S.N 제 08/885,555 호(1997년 6월 30일 출원된 IMPROVED TRANSIENT-GRATING METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING MATERIAL PROPERTIES라는 표제이다)에서 설명된 것들을 포함하고, 이것들의 내용은 참고문헌에 의해 포함된다. 다른 변경들은 약한 신호 빔들의 측정을 개선하기 위해 헤테로다인 증폭을 이용하는 것이 포함된다.

여전히 다른 실시예들이 다음의 청구범위 내에서 존재한다.

Claims (23)

1. 언더라잉 막이 노출될 때까지 오버라잉 막의 두께가 급격히 감소하는 영역에서 오버라잉 및 언더라잉 막들을 구비한 구조를 측정하기 위한 방법에 있어서,

   적어도 하나의 여기 레이저 빔으로 상기 영역의 제 1 부분에서 음향 모드를 여기시키는 단계;

   신호 빔을 발생시키기 위해 상기 영역을 조사하는 프로브 레이저 빔으로 상기 음향 모드를 검출하는 단계;

   상기 영역의 제 1 부분에서 상기 구조의 특성을 결정하기 위하여 신호 빔을 분석하는 단계;

   서로 관련된 여기 및 프로브 레이저 빔들과 상기 구조를 변형(translating)시키는 단계와;

   상기 영역의 적어도 제 2 부분에서 상기 구조의 특성을 결정하기 위하여 상기 여기 단계, 검출 단계 및 분석 단계를 반복하는 구조 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 단계는 회절된 빔을 발생시키기 위해 상기프로브 레이저 빔을 이용하는 단계를 포함하고, 상기 회절된 빔은 상기 신호 빔을 나타내는 구조 측정 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오버라잉 막의 두께는 상기 영역의 각각의 부분에서 결정되는 특성 구조 측정 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 여기 단계, 결정 단계 및 분석 단계는 상기 언더라잉 막이 노출되고, 상기 오버라잉 막의 두께가 그 평균 값의 적어도 80%가 되는 구조의 두 개의 반대 측면 중 적어도 하나에서 측정될 때까지 반복되는 구조 측정 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 반도체 웨이퍼의 구조를 측정하기 위하여, 상기 여기 단계, 결정 단계, 분석 단계 및 변형 단계는 상기 오버라잉 막의 두께가 웨이퍼 직경을 따라 측정될 때까지 반복되는 구조 측정 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 반도체 웨이퍼 상에 배치된 오버라잉 및 언더라잉 막을 구비한 구조를 측정하기 위하여, 상기 여기 단계, 검출 단계, 분석 단계 및 변형 단계는 상기 웨이퍼의 엣지로 노출되는 곳으로부터 언더라잉 막의 특성이 검출될 때까지 반복되는 구조 측정 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 언더라잉 층이 상기 반도체 웨이퍼의 엣지로 노출되는 거리를 결정하는 단계를 더 포함하는 구조 측정 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 음향 모드는 1 나노초 보다 작은 기간을 갖는 적어도 하나의 광학 펄스로 여기되는 구조 측정 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 여기 단계는 파형 벡터에 의해 정의된 공간적으로 주기적인 여기 방사계를 샘플로 향하게 하여 상기 구조에서 시간 종속 음향 모드를 여기시키는 단계를 더 포함하고, 상기 검출 단계는 상기 음향 모드에 의해 샘플의 표면 상에 유도된 변조된 광학 또는 물리적 특성으로 프로브 방사를 회절시켜 상기 음향 모드를 검출하는 단계를 더 포함하는 구조 측정 방법.
10. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 음향 모드의 주파수, 파형 벡터 및 오버라잉층의 밀도 및 음향 특성들을 분석하여 오버라잉 또는 언더라잉 층의 두께를 결정하는 단계를 더 포함하는 구조 측정 방법.
11. 각각 5 미크론 보다 작은 폭을 가지고, 제 2 비금속 재료를 구비하는 이웃한 영역들 사이에 배치되는 다수의 얇고, 금속성이면서, 장방형 영역들을 포함하는 구조를 측정하기 위한 방법에 있어서,

    파형 벡터에 의해 정의된 공간적으로 주기적인 여기계로 상기 영역을 조사하여 적어도 하나의 금속성이고 장방형인 영역에서 음향 모드를 여기시키는 단계;

    단일 빔을 형성하기 위해 상기 음향 모드에 의해 상기 영역에 유도되는 변조된 광학 또는 물리적인 특성으로 프로브 레이저 빔을 회절시켜 상기 음향 모드를 검출하는 단계와;

    상기 구조의 특성을 결정하기 위해 상기 회절된 신호를 분석하는 단계를 포함하는 구조 측정 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 여기 단계는 다수의 금속성이고 장방형인 영역을 여기계로 조사하는 단계를 더 포함하고, 상기 검출 단계는 상기 음향 모드에 의해 각각의 영역에서 유도된 표면 리플로 프로브 레이저 빔을 회절시키는 단계를 더 포함하는 구조 측정 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 분석 단계는 금속성이고 장방형인 영역의 두께를 결정하는 단계를 더 포함하는 구조 측정 방법.
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영역내에 포함된 금속의 주파수의 밀도 및 음향 특성, 파형 벡터 및 음향 모드의 주파수를 분석하여 금속성이고 장방형인 영역의 두께를 결정하는 단계를 더 포함하는 구조 측정 방법.
15. 제 11 항에 있어서, 상기 장방형 영역의 오버라잉 또는 언더라잉 막의 두께를 결정하는 단계를 더 포함하는 구조 측정 방법.
16. 제 11 항 또는 제 13 항에 에 있어서, 상기 결정 단계는 금속성이고 장방형인 영역의 폭 및/또는 연속된 금속성이고 장방형인 영역을 분리시키는 거리를 분석하는 단계를 더 포함하는 구조 측정 방법.
17. 제 1 항의 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서,

    음향 모드를 여기시키기 위해 영역의 제 1 부분을 조사하는 적어도 하나의 여기 레이저를 제공하기 위한 적어도 하나의 여기 레이저;

    상기 영역의 제 1 영역을 조사하는 프로브 레이저 빔 및 신호 빔을 제공하기 위한 프로브 레이저;

    상기 영역의 제 1 부분의 구조의 특성을 결정하기 위하여 상기 신호 빔을 수신 및 분석하기 위해 검출기를 구비한 분석기와;

    상기 영역의 적어도 제 2 부분이 여기 및 프로브 레이저 빔으로 조사되도록 서로 관련된 구조와 여기 및 프로브 레이저 빔을 변형시키는 스테이지를 포함하는 장치.
18. 제 11 항의 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서,

    적어도 하나의 금속성이고 장방형인 영역에서 음향 모드를 여기시키기 위해 파형 벡터에 의해 정의된 공간적으로 주기적인 여기계로 상기 영역을 조사하도록 배열된 적어도 하나의 여기 레이저 빔을 제공하기 위한 적어도 하나의 여기 레이저;

    신호 빔을 형성하기 위해 상기 음향 모드에 의해 상기 영역에 적당히 유도된 변조 광학 또는 물리적 특성으로 회절시켜 상기 음향 모드를 검출하는 프로브 레이저 빔을 제공하기 위한 프로브 레이저와;

    상기 구조의 특성을 결정하기 위해 회절된 신호 빔을 수신 및 분석하기 위해 검출기를 구비한 분석기를 포함하는 장치.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 여기계는 다수의 금속성이고 장방형인 영역을 조사하도록 정렬된 장치.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 프로브 레이저 빔은 상기 음향 모드에 의해 각각의 영역에서 유도된 표면 리플을 굴절시키도록 정렬된 장치.
21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석기는 상기 금속성이고 장방형인 영역의 두께를 결정하도록 구성된 컴퓨터를 포함하는 장치.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 분석기는 상기 장방형 영역에서 오버라잉 또는 언더라잉 막의 두께를 결정하도록 구성된 장치.
23. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 여기 레이저는 1 나노초 보다 작은 기간을 갖는 광학 펄스를 방출하는 장치.