KR960013677B1 - 박막 두께 측정 장치 - Google Patents

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KR960013677B1
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엠. 레드거 안토니
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휴우즈 에어크라프트 캄파니
완다 케이. 덴슨-로우
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material

Abstract

내용 없음.

Description

박막 두께 측정 장치
제1도는 웨이퍼층 두께 측정 기구의 개략도.
제2도는 SOI 반도체 웨이퍼의 횡단면도.
제3도는 웨이퍼 영상과 소정의 기준면 영상을 도시한 CCD 카메라 검출기 어레이의 평면도.
제4도는 계단형 외부층 표면을 갖고 있는 교정 웨이퍼와 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 할로겐 램프 12 : 집광 렌즈
14 : 원형 개구 15 : 빔
16 : 조준 렌즈 17 : 협대역 필터
18 : 회전 필터 휠 어셈블리 19 : 단색 광 빔
20 : 제2조준 렌즈 22 : 제3조준 렌즈
30 : CCD 카메라 34 : 숫자화 회로
36 : 컴퓨터 40 : 실리콘 웨이퍼
42 : 실리콘 이산화막 44 : 실리콘 웨이퍼 기판
52 : 웨이퍼 영상
본 발명은 박막 또는 박층의 두께를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 특정하게는 실리콘/실리콘 이산화물/실리콘(Si/SiO2/Si) 구성의 반도체 웨이퍼의 의부 실리콘층의 두께를 측정하는 전자 광학 시스템에 관한 것이다.
본 발명이 특허 실용적인 한 특정한 응용 분야에서, 실리콘-온-절연체(SOI)반도체 웨이퍼는 전형적으로 두개의 실리콘 웨이퍼 각각의 한 표면에 실리콘 이산화막을 성장시키고, 두개의 실리콘 이산화막 표면들을 고온에서 함께 접착시킴으로써 제조된 Si/SiO2/Si 샌드위치 구조물을 포함한다. 예를들면, 실리콘 질화물과 같은 다른 물질이 절연체 물질로 사용될 수 있고, 다른 물질들이 웨이퍼 물질로 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이와 같은 응용에서, 샌드위치 구조물의 두 외부 실리콘 표면중 하나는 기계적으로 수미크론의 평균 두께로 연마된다. 이와 같은 기계적 처리는 불행하게도 웨이퍼 표면에 걸쳐 이 외부 실리콘층의 두께가 크게 불균일하게 되는 결과를 가져은다. 이와 같은 불균일을 감소시키기 위해 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 이 외부 실리콘층의 두께 불균일성을 나타내는 두께 에러 맵이 추후의 미세 연마 공정을 위해 요구된다.
외부 실리콘층의 두께 불균일성을 측정하고, 그 다음에 미세 연마함으로써 표면을 얇고 매끄럽게 하는 일련의 과정은 전체 외부 실리콘층이 요구되는 두께를 가질때까지 여러번 수행될 필요가 있다.
비용을 줄이고 생산성을 높이기 위해서, 60초 내에 웨이터 표면위의 적어도 400개 지점에서의 측정이 바람직하다.
그러나, 현재의 상업용 기구들은 전형적으로 표면 상의 단일 지점에서만 막두께를 측정하고 있다. 이 기구들은 막 표면을 단색광의 빔으로 국부 조명하기 위해서 집속 렌즈나 광섬유 다발을 사용하고, 각 지점에서 표면의 스펙트럼 반사율를 측정하기 위해 격자 또는 프리즘 분광 사진기를 사용한다. 모두 경우에 있어서, 이 표면 스펙트럼 반사율 데이타는 조명 빔의 f수에 의한 입사각의 불균일 때문에 수치적으로 보정되어야 한다.
이와 같은 상업용 기구들은 측정 기구나 웨이퍼를 제어식으로 이동시킴으로써 전체 웨이퍼 표면을 포괄하도록 연장될 수 있다. 그러나, 이 기구들이 단일 지점에서 박막층 두께를 결정하는 데에 요소되는 시간은 수분대기이기 때문에, 적어도 400개 측정 지점이 있는 전체 막 표면을 측정하기 위해서는 효율적인 웨이퍼 생산에 요구되는 시간을 훨씬 초과하게 된다.
본 발명은, 완전 개구에 걸쳐 예를들면 웨이퍼의 박막층 두께를 효율적으로 결정하기 위한 전자 광학 영상 시스템을 개시하고 있다. 층 두께의 불균일성은 웨이퍼 표면의 완전 개구에 대한 반사율 특성을 측정하고, 이 측정된 반사율 데이타를 반복 수치 계산 또는 공지된 층 두께를 갖는 교정 웨이퍼를 사용하여 기준 반사율 데이타에 비교함으로써 얻허진다.
웨이퍼층의 반사율 특성을 효율적으로 측정하기 위해, 필터링된 백색 광원이 여러가지 상이한 파장의 연속적인 조준된 단색광 빔을 만들기 위해 사용된다. 이 조준된 단색광 빔들은 개별적으로 웨이퍼 전체 표면에 투사되고, 웨이퍼 구조내의 물리적 경계로부터 반사될때에 이 광 사이에서 간섭성 상호 작용이 일어난다. 이들 상호 작용의 결과, 투사된 각 빔과 결과적으로 각 파장에 대해 웨이퍼의 표면에 간섭 프린지 패턴이 형성된다. 각 프린지 패턴의 반사된 영상은, 예를들면 전하 결합 소자(CCD) 카메라의 검출기 어레이상에 투사되는데, 여기에서 완전 개구의 영상이 포착된다. 프린지 패턴 영상은 나타난 영상에 대응하여 CCD 카메가 검출기 어레이 상에 있는 픽셀들을 숫자화함으로써 포착된다. 전체 웨이퍼 표면의 반사율 맵은 포착된 프린지 패턴 맵으로부터 생성된다. 여러개의 반사율 맵들이 2π 보다 더 큰 위상 두께를 갖는 내부층으로부터 발생할 수 있는 두께의 모호성을 제거하기 위해 각각 측정된 웨이퍼로부터 발생될 수 있다.
한 웨이퍼에 대한 기준 반사율 데이타는 이론적 계산이나 교정 페이퍼를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 이론적인 방법은 웨이퍼 물질의 고유의 광학 성질들에 대한 추정값들에 기초하여 기준 반사율 특성을 수치적으로 계산하는 단계로 구성된다. 다르게는, 공지된 두께 프로파일을 갖는 교정 웨이퍼는 측정될 웨이퍼를 제조하는데에 사용된 동일 물질로부터 제조될 수 있다. 교정 웨이퍼를 본 발명의 측정 방법으로 측정함으로써, 공지된 웨이퍼에 대한 기준 반사율 데이타가 얻어진다.
측정된 반사율 데이타와 기준 반사율 데이타 사이의 비교는 컴퓨터에 의해 수행된다. 이 비교를 행하면, 컴퓨터는 웨이퍼의 전체 개구에 걸쳐 층 두께의 매핑이나 층 두께의 불균일성의 매핑을 제공할 수 있다.
본 발명의 주요 목적은 웨이퍼 표면의 외부층 두께를 측정하기 위한 경제적인 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 층 두께를 측정하기 위한 효율적인 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 층 두께를 측정하기 위해 고도로 정확한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 표면을 기계적으로 스캐닝하지 않고, 웨이퍼층의 두께를 측정하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 구조 물질이 공지되고 충분한 수의 파장이 사용되면, 일반적으로 박막 구조의 층 두께를 측정하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 SOI 반도체 웨이퍼 표면의 외부 실리콘층 두께를 측정하기 위한 경제적인 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 외부 실리콘층 두께를 측정하기 위해 고도로 정확한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 표면을 기계적으로 스캐닝하지 않고서 SOI반도체 웨이퍼의 외주 실리콘층을 측정하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
웨이퍼(24)의 층 두께를 측정하기 위한 전자 광학 시스템이 제1도에 도시되어 있다. 이것의 설명을 위해, SOI 반도체 웨이퍼(24)의 외부 실리콘층이 측정에 관한 내용이 기술되어 있다.
본 발명은 할로겐 램프(10) 및 집광 렌즈(12)에 의해 조명되는 원형 개구(14)로 구성되는 백색 광원을 제공한다. 개구(14)를 통과하는 광은 조준 렌즈(16)에 입사되어 조준된 광의 빔(15)를 형성한다. 개구(14)의 크기는 광학 시스템의 조준된 광 부분의 필드 각을 결정하고, 방향은 개구 영상이 SOI 웨이퍼(24)에 투사되도록 선택된다. 집광 렌즈(12)는 광섬유 광 유도에 의해 대체될 수 있다.
백색 광원은 조준된 빔(15)에 배치된, 명목상 30 내지 50A의 1/2 대역폭인 일련의 협대역 필터(17)에 의해 스펙트럼적으로 필터된다. 일련의 필터 (17)은 회전 필터 휠 어셈블리(18)의 가장자리 둘레에 배치되어, 대응하는 일련의 조준된 단색 광 빔(19)가 발생된다. 이들 조준된 단색광 빔(19)의 파장은 550nm에서 950nm의 범위이다. 필터 휠 어셈블리(18)을 조준된 광 부분(15)에 배치하면, 개구(14)의 크기에 의해 정해지는 필드 각에 의해 발생된 필터된 빔(19)의 스펙트럼 복대를 최소화시킨다. 한쌍의 전자 신호(32)는 숫자화 회로(34)에 대한 타이밍 기준부(33)의 역할을 하도록 필터 휠 어셈블리(18)에 의해 발생된다. 이들 신호 중 하나가 필터휠 회전의 개시를 지시하면, 다른 신호는 각각의 필터 기간의 개시를 지시한다.
제2조준 렌즈(20)은 제3조준 렌즈(22)의 촛점 평면내의 지점(21) 주위에 개구(14)의 단색 영상을 형성한다. 이 제3조준 렌즈(22)는 100mm 직경의 SOI 웨이퍼(24)의 완전 개구를 조명하는 조준된 빔(23)을 발생한다. 또한, 웨이퍼 조명 기술을 150mm 또는 200mm 직경의 웨이퍼로 확장시키려면, 제3조준 렌즈(22)의 크기가 웨이퍼 크기에 맞추어져야 한다. 단색광 장치는 상이한 파장들 사이의 단색광 장치의 회전속도가 1초 이내에 20개의 상이한 파장까지 충분히 높다고 가정하면, 할로겐 램프(10), 집광 렌즈(12), 처음 2개의 조준 렌즈(16,20) 및 협대역 필터 휠(18)을 대체할 수 있다.
제2도를 참조하면, SOI 반도체 웨이퍼(24)의 횡단면도가 도시되어 있다. 웨이퍼(24)는 기계적으로 연마된 외부 실리콘층(40), 내부 이산화 실리콘막(42) 및 실리콘 웨이퍼 기관(44)로 구성되는 샌드위치 구조로 제조된다. 이 샌드위치 구조는 외부 실리콘층(40)에 입사되는 광이 반사될 수 있는 3개의 인터페이스(46,48,50)을 이룬다. 이들 인터페이스(46,48,50)의 반사 특성은 SOI 웨이퍼(24)의 각 층(40,42,44)이 내재된 광학 및 물리적 특성에 기초를 둔다. 이들 특성이 물질의 층(40,42,44)의 흡수 계수(α), 굴절률(n), 두께(t)로 구성된다. SOI 웨이퍼에 대해, SiO2층(42)의 흡수 계수(α)는 0으로 가정된다. 그러나, 일반적으로 흡수 계수가 공지되어 있다면, 0이 아닌 흡수 계수도 허용될 수 있다.
SOI 웨이퍼(46)의 표면이 빔(23)으로부터 조준된 단색광으로 조사될때, 이 광이 SOI 구조물(24)의 3개의 물질 인터페이스(46,48,50) 사이에 반사됨에 따라 일련의 간섭 상호 작용이 발생한다. 이들 상호 작용은 웨이퍼의 표면에서 볼 수 있는 파장 의존 인터페이스 패턴을 발생한다. 웨이퍼 상의 어떤 지점에서의 반사는 3개의 표면 사이의 다중 반사, 기판(n3,α3)의 특성 뿐만 아니라 그들의 물리적 특성(n1,α1, t1) 및 (n2,α2, t2)의 크기에 의해서 결정된다. 특정한 경우의 SOI 웨이퍼 구조물에서, 기판 굴절률은 둘다 단결정 실리콘으로 제조되었으므로, 외부막 굴절률(n3=n2, α3=α2)의 것들과 동일하다. 소정의 파장에서의 웨이퍼 반사율은 모든 다른 파라메터가 공지되어 있으면, 외부막 두께의 함수로서 분명히 계산될 수 있지만, 단일의 측정된 굴절률로부터 두께를 계산하여 역으로 푸는 문제는 모호하다. 이 모호함은 외부막 두께가 증가함에 따라, 위상 두께(n2t2)인 최대값과 최소값 사이의 측정된 반사율 사이클이 π/4의 배수 만큼 증가되는 사실 때문에 초래된다. 이 다중값으로 되는 문제는 단일 반사율 측정으로부터 t2값을 계산하는 것을 불가능하게 만든다. 다중 파장 측정값을 사용하면, 원칙적으로 다중값 문제를 해결할 수 있지만, 물질 성질의 파장의존 동작이 정확히 공지되어야 하고, 그렇지 않으면 두께 계산에서 큰 에러가 발생한다.
선택적 방법은 다수의 파장에서 측정된 반사율 데이타가 동일 파장에서의 계산된 스펙트럼 데이타의 라이브러리와 최소 제곱 최적합에 기초하여 비교되는 통계학적인 것이다. SOI 웨이퍼의 경우에, 스펙트럼의 라이브러리는 외부막 두께의 모든 값에 대해 계산되고, 선택은 최소 제곱 적합값을 최소화하는 외부막 두께를 선택함으로써 이루어진다.
제1도를 다시 참조하면, 간섭 프린지 패턴의 조준된 광은 SOI 웨이퍼(24)에서 반사되어 제3조준 렌즈(22)를 통하여 복귀된다. 제3조준 렌즈(22)는 축 이탈 미러(26)상에 반사된 프린지 패턴의 집광된 영상을 투사한다. 미러(26)는 제3조준렌즈(22)의 촛점면 내의 지점(25)에서 촛점(21)의 개구 영상의 위치를 따라 배치된다. 두개의 촛점(21,25)의 분리는 제3조준 렌즈(22)의 광학 축이 집광 렌즈(12)와 첫번째 두개의 조준 랜즈(16,20)의 광학 축에 대하여 평면 이동됨으로써 제어될 것이다. 동일하게, 웨이퍼(24)는 이와 동일한 효과를 얻기 위해 1도 미만의 각도로 기울어져 있다. 이러한 영상 분리 구조는 광학 손실과 함께 금속코팅을 수반하는 빔 분할기의 사용을 피할 수 있게 한다.
축 이탈 미러(26)는 웨이퍼(24)로부터 반사된 영상을 최종 조준 렌즈(28)에 재조사하기 위해 사용되었다. 이 최종 조준 렌즈(25)은 프린지 패턴의 영상은 포함하는 조준 빔(29)를 CCD 카메라 검출기 어레이(31)에 투사한다. 웨이퍼(24)를 조사하는 조준 빔(23)의 필드 각보다 약 15배 큰 필드각이 협대역 필터에 의해 허용될 수만 있다면, 필터 휠 어셈블리(18)이 조준 빔(29)내에 위치될 수 있음을 알아야 한다.
반사된 프린지 패턴 영상을 CCD 카메라 검출기 어레이(31)에 제공하는 다른 방법이 제1도의 점선으로 도시한 블록(61)내에 도시되어 있다. 축상의 빔 분할기(60)은 필터 휠 어셈블리(18)이 위치한 조준 광 빔 부분(19)내에 배치된다. 빔 분할기(60)은 조준된 프린지 패턴 영상을 제2조준 렌즈(20)으로부터 수신하여 이 조준된 빔의 부분(62)를 최종 조준 렌즈(64)에 반사한다. 최종 조준 렌즈(64)은 프린지 패턴 영상을 CCD 카메라 검출기 어레이(31)에 수령시킨다. 이러한 다른 방법이 빔 분할기에 내재된 광 손실을 가져오는 것은 아니지만, 이것은 축 이탈 SOI 웨이퍼(24)에서 반사된 조준 광 빔(23)의 필드 각 에러를 유발하는 영상 분리 구조를 필요로 하지 않는다. 전술한 방법에 있어서, 필터 휠 어셈블리(18)은 필드 각이 협대역 필터(17)에서 허용되기만 하면, 빔 분할기(60)에 의해 반사된 조준 빔(62)내에 배치될 수 있다.
반사된 프린지 패턴 영상을 CCD 카메라(30)에 제공하기 위한 방법의 결정은 제3조준 렌즈(22)의 광학적 성능에 따라 변한다. 축 이탈 미러 방법을 사용할때, 제3조준 렌즈의 광학 설계는 최적의 축 이탈 성능품질을 갖도록 하여 최소의 방사 색 왜곡 효과를 제공토록 하여야 한다. 최적의 축 이탈 성능은 조준 광 빔(23)이 SOI 웨이퍼(24)의 축 이탈 불균일 표면에서 반사될때에 발생하는 필드 각과 관련된 왜곡 효과를 최소화한다. 또한, CCD 카메라 검출기 어레이(31)에서의 균일한 프린지 패턴 영상 크기에 대한 필요성은 입사 단색광의 파장 영역에 걸쳐 방사 색 왜곡 교정을 필요하게 한다. 그러나, 축 상의 빔 분할기 방법이 사용될때, 방사 색 왜곡 교정 조건만이 축상외 SOI 웨이퍼 표면(46)에서 반사된 조준광 빔(23)내에서 발생된 필드 각이 무시될 수 있기 때문에 적용된다. 따라서, 복귀된 프린지 패턴 영상이 제3조준 렌즈(22)에 의해 하위 최적 축 이탈 성능에 기인하여 왜곡되면, 축 이탈 미러 방법은 부적절하며, 축 상의 빔 분할기(60)이 사용되어야만 한다.
제3도를 참조하면, CCD 카메라 검출기 어레이(31)은 스케일된 SOI 웨이퍼의 영상(52), 한 쌍의 기준 정렬 영상(54) 및 그의 표면 상에 투사된 한 쌍의 기준 반사 영상(56)으로 도시되어 있다. 이들 기준 영상은 기준 정렬 표시 및 기준 반사표면을 SOI 웨이퍼(24)의 표면과 동일한 표면을 따라 배치시킴으로써 형성된다.
제3조준 렌즈(22)로부터 조준 광 빔(23)으로 조명될때, 이들 기준 영상은 이들 표면으로부터 반사를 제공한다. SOI 웨이퍼 프린지 패턴과 유사하게, 이들 반사된 기준 영상은 제3조준 렌즈(22)를 통하여 복귀되고, 결과적으로 CCD 카메라 검출기 어레이(31)상에 투사된다. 기준 반사 표면이 실제의 웨이퍼 반사가 계산될 수 있도록 CCD 신호를 정상화시키는데 이용되는 반면에, 기준 정렬 표시는 웨이퍼 정렬에 도움이 된다.
제1도를 참조하면, 최종 조준 렌즈(28)에 의해 형성된 조준 빔(29)는 반사된 프린지 패턴의 영상을 포함한다. 이 영상은 CCD 카메라 검출기 어레이(31) 상에 투사되고, CCD 카메라(30)에 의해 포착된다. 반사율 맵은 숫자화 회로(34)로 투사된 프린지 패턴 영상에 대응하는 CCD 픽셀 신호를 숫자함으로써 발생된다. 고유 반사율 데이타는 픽셀 민감성의 변화를 제거하도록 표준화될 수 있고, 후속하는 화학 미세 연마공정의 공간적 제한에 부합되도록 픽셀의 블럭에 걸쳐 신호를 평균화 함으로써 크기가 감소될 수 있다. SOI 웨이퍼(24)의 외부 실리콘층과 두께(t2)를 결정하는데 있어서, 수치 계산 방법 또는 SOI 교정 웨이퍼가 사용될 수 있다. 이 두가지 방법 모두 컴퓨터(36)의 사용을 필요로 한다.
외부 실리콘층 두께(t2)를 결정하는 수치 방법은 박막 상수(n1,α1,t1, n2, α2, n3및 α3)에 대한 값을 추정하고, 필터된 백색 광원에 의해 발생된 단색 광에 대응하는 한 셋트의 파장에 대한 스펙트럼 반사율을 계산하는 것으로 이루어진다.
이 계산은 여러가지의 상이한 외부층 두께(t2)에 대해 행해지고, 초기의 박막 상수 예측이 옳다면 한 번만 계산되어야 한다. 이 계산은 외부 실리콘층의 가장 얇은 것에서 가장 두껍게 평가된 값까지의 범위 두께에 대한 반사율값의 셋트 Re(λ1,λ2,...λn,t2)를 제공한다. 다음에 이들 계산된 스펙트럼 반사율은 다음 식의 평균 제곱근(rms) 메리트 함수를 사용하여 웨이퍼상의 특정한 점들에서의 측정된 반사율 데이타 Rm(λ1,λ2,...λn,t2)와 비교된다.
이 메리트 함수는 최대 또는 최상 부합이 구해질때까지, t2가 상이한 값들에 대해 평가되어, 최대 확률 두께를 표시하게 된다. 물론 원한다면, 다른 패턴 부합메리트 함수가 사용될 수 있음은 분명하다.
추정된 박막 상수중 어떤 상수에서의 미지의 변화는 에러가 외부층 두께 에러로서 계산 처리를 통하여 전달되게 할 수 있다. 이러한 제1치수 에러원은 웨이퍼 개구 상의 SiO2내부 필름 두께(t1)에 대한 지식의 부족 및 실리콘 굴절률(n1)의 분산 효과를 포함한다. 메리트 함수의 값이 너무 크면, 즉, 부족한 부합을 표시하면, 새롭게 계산된 스펙트럼 반사율이 외부 실리콘층(40) 및 실리콘 기판(44) 각각의 흡수 계수(α2,a3)및 굴절률(n2,n3)로 반복된 두께(t2)의 보다 인접한 셋트 또는 SiO2층(42)의 굴절률(n1) 및 두께(t1)에 대해 발생되어야 할 것이고, 외부 실리콘층 두께를 결정하는 제2방법은 제4도에 도시한 바와 같이 계단형 외부 표면을 포함하는 SOI 검정 웨이퍼 (58)로부터의 스펙트럼 굴절률의 셋트를 발생하는 것인데, 웨이퍼의 각각외 정방형 영역(59)는 상이하게 알려진 외부 실리콘층 두께를 갖는다. 웨이퍼는 외부 층 두께의 가능 범위를 커버하기 위해 적어도 500개의 기준 정방형을 갖는 것이 바람직하다. 웨이퍼(58)은 철필 프로필메터를 사용하여 제조 실리콘 두께 아래의 외부 실리콘 두께에 대해 교정될 수 있다. 교정 웨이퍼(58)은 동일한 덩어리의 물질로부터 제조되고, 측정시 웨이퍼(24)와 동일한 제조 조건을 받게 된다. 결과적으로, 흡수 효과 및 굴절률과 같은 교정 웨이퍼의 고유의 광학 특성과 분산 효과는 검사되는 웨이퍼(24)의 것들과 부합되어야 한다.
교정 웨이퍼(58)의 스펙트럼 굴절률은 이 웨이퍼가 본 발명의 측정 방법을 받게 함으로써 얻어진다. 이 스펙트럼 반사율은 컴퓨터(36)내에 저장되고, 측정된 SOI 웨이퍼(24)의 스펙트럼 반사율과 비교하기 위한 기준으로서 사용된다. 교정 웨이퍼(58)은 적어도 500개의 상이한 외부 실리콘층 두께에 대한 기준 반사율을 갖고, 측정된 SIO 웨이퍼(24)의 표면상의 임의의 점에서의 반사율에 가장 인접하게 부합되는 기준 반사율은 그 점에서의 외부 실리콘층 두께를 표시한다.
이 두가지 방법은 모두 60초 미만에 외부 실리콘층 두께의 400개의 점 측정을 제공하는 목적을 만족시켜 주지만, 교정 웨이퍼 방법은 교정 웨이퍼(58)과 측정될 SOI 웨이퍼(24)간의 진성 광학 특성의 유사성으로 인해 수치 방법보다 잠재적으로 보다 정밀하다. 그러나, 교정 웨이퍼 방법은 기본 웨이퍼 공정이 상당히 변경되는 겅우에 새로운 교정 웨이퍼(58)을 생성시키는 온-라인 생산 능력을 필요로 할 것이다.

Claims (11)

  1. 전면과 후면을 갖고 있고, 방사선을 투과시키는 성질을 갖고 있는 물질의 층 두께를 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 전면과 후면으로부터 반사된 방사선이 전면 영역내의 층 두께에 대응하는 특성을 갖도록 조준된 단색 방사선으로 층의 상기 전면 영역을 조사하기 위한 수단, 반사된 방사선을 수신하여 상기 특성을 검출하기 위한 수단 및 수신된 방사선의 상기 특성과 공지된 두께에 대응하는 한 셋트의 기준 특성을 비교하고, 상기 전면 영역내의 층의 두께에 대응하는 출력을 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조사하기 위한 수단이 가시광으로 층의 전면 영역을 조사하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징 으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 가시광으로 층의 전면 영역을 조사하기 위한 상기 수단이 층 두께가 파장의 배수일때에 발생하는 모호성을 제거하도록 파장이 다른 단색광으로 전면을 순차적으로 조사하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 파장이 다른 단색광으로 전면을 순차적으로 조사하기 위한 상기 수단이 백색 광원, 상기 백색광을 조준된 빔으로 지향시키기 위한 수단, 다른 파장을 통과시키기 위한 다수의 협대역 필터 및 상기 협대역 필터를 상기 조준된 빔으로 한번에 하나씩 순차적으로 배치시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 층의 전면이 완전 개구 영역을 포함하고, 전면 영역을 조사하기 위한 상기 수단이 조준된 단색 방사선의 단일 빔으로 완전 개구 영역을 동시에 조사하며, 반사된 방사선을 수신하기 위한 상기 수단이 완전 개구면 영역으로부터 반사된 방사선을 동시에 수신하기 위한 전하 결합 소자 카메라를 포함하고, 비교하기 위한 상기 수단이 완전 개구 영역의 두께 맵에 대응하는 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 층이 웨이퍼 상에 형성되고, 조사하기 위한 상기 수단이 백색 광원, 상기 광을 통과시키는 개구수단, 조준된 빔을 형성하기 위해 상기 광을 조준하기 위한 수단, 상기 백색광으로부터 단색광을 발생시키기 위해 상기 조준된 빔에 배치된 협대역 필터 수단 및 상기 웨이퍼 상에 개구의 영상을 형성하기 위해 조준된 빔을 웨이퍼의 크기로 확대시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 반사된 방사선을 수신하기 위한 상기 수단이 반사된 방사선을 촛점 평면 상에 집속하기 위한 수단, 상기 촛점 평면으로부터 상기 반사된 방사선을 지향시키고, 조준된 빔을 발생시키기 위한 수단 및 상기 반사된 방사선을 수신하기 위해 조준된 빔내의 웨이퍼의 영상에 배치된 전하 결합 소자 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 특성을 비교하기 위한 수단이 상기 전하 결합 소자 카메라의 출력 신호를 숫자화하기 위한 숫자화 수단 및 숫자화된 신호를 기준 특성에 대응하는 한 셋트의 숫자화된 신호와 비교하기 위한 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 층의 두께에 대응하는 상기 특성이 웨이퍼로부터 반사된 프린지 패턴을 포함하고, 반사된 방사선을 수신하기 위한 상기 수단이 수신된 프린지 패턴에 대응하는 출력을 제공하기 위한 전하 결합 소자 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 전면과 후면을 갖고 있고, 전면과 후면을 각각 갖고 있는 가능한 다수의 층중 하나의 층으로 되며, 기판 전면 상에 형성되고, 광을 투과시키는 성질을 갖고 있는 물질의 층 두께를 측정하기 위한 장치에 있어서, 조준된 광의 빔을 제공하기 위한 수단, 조준된 광의 상기 빔내에 다수의 협대역 필터를 삽입시키기 위한 수단, 상기 층의 전체 전면을 조사하기 위해 조준된 광의 빔을 확대시키기 위한 수단, 반사된 프린지 패턴의 영상을 전하 결합 소자 카메라의 동작면으로 향하게 하기 위한 수단, 전하 결합 소자 카메라의 출력을 숫자화시키기 위한 수단 및 전하 결합 소자 카메라의 숫자화된 출력을 수신하고, 상기 출력을 공지된 층 두께에 대응하는 한 셋트의 기억된 프린지 패턴 기준 특성과 비교하며, 층 두께의 두께 맵에 대응하는 출력을 제공하기 위한 수단을 포함하고, 상기 각각의 헙대역 필터가 조준된 광의 빔이 단색으로 되도록 단일 파장을 통과시키며, 상기 조준된 광이 층의 전면과 후면, 가능한 다수의 다른 층의 전면과 후면 및 기판의 전면에서 반사되고, 상기 반사된 광이 영상을 반사시키는 프린지 패턴을 형성하기 위해 상호 작용하며, 상기 카메라가 상기 프린지 패턴에 대응하는 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 전하 결합 소자 카메라에 반사된 프린지 패턴의 영상을 지향시키기 위한 상기 수단이 미러 및 조준 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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