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KR20040071146A - 반도체 웨이퍼의 응력 측정 방법 및 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 응력 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Publication number
KR20040071146A
KR20040071146A KR10-2004-7007914A KR20047007914A KR20040071146A KR 20040071146 A KR20040071146 A KR 20040071146A KR 20047007914 A KR20047007914 A KR 20047007914A KR 20040071146 A KR20040071146 A KR 20040071146A
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KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
light
optical
light source
reflected light
Prior art date
Application number
KR10-2004-7007914A
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English (en)
Inventor
오퍼 두-노어
야론 이쉬-샬롬
Original Assignee
테벳 프로세스 콘트롤 테크놀로지스 엘티디
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 테벳 프로세스 콘트롤 테크놀로지스 엘티디 filed Critical 테벳 프로세스 콘트롤 테크놀로지스 엘티디
Publication of KR20040071146A publication Critical patent/KR20040071146A/ko

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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 휨도와 막의 두께를 측정하기 위한 방법과 통합 측정 장치(50)에 관한 것이다. 이 본 발명의 장치는 단색광 공급원(52)과, 백색광 공급원(100)과, 이 백색광 공급원과 단색광 공급원 사이의 전환을 위한 제1 스위치(102)와, 그 전환된 광 공급원으로부터 반도체 웨이퍼 표면(54) 상의 상이한 위치로 광을 조준하기 위한 복수 개의 광학 헤드(56)와, 웨이퍼로부터의 반사 광을 분광 처리하기 위한 제1 광학 프로세서(104)와, 반사 광을 처리하여 웨이퍼의 휨 정도를 결정하기 위한 제2 광학 프로세서(58), 그리고 백색광은 막의 두께를 결정하도록 분광 처리되고 단색광은 휨도 측정을 위해 처리되도록 제1 광학 프로세서와 제2 광학 프로세서 사이에서 웨이퍼로부터의 반사 광을 전환하는 제2 광학 스위치(106)를 포함한다.

Description

반도체 웨이퍼의 응력 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING STRESS IN SEMICONDUCTOR WAFERS}
반도체 칩의 제조 공정은 일반적으로, 실리콘 웨이퍼를 형성하는 단계와, 해당 칩의 기능성을 구축하도록 기본적으로 소정의 막을 추가하고 다시 그 막을 선택적으로 제거하는 일련의 작업을 수행하는 단계로 이루어져 있다.
막의 두께 및 응력 측정은 제조 공정의 각종 단계에서 실리콘 웨이퍼에 대해 수행되고 있는데, 특히 반도체 제조 공정에는, 전술한 일련의 작업 중 일부 과정으로서 실리콘 웨이퍼 상에 유전체 막이 증착되는 단계가 다수 포함되어 있다.
증착 후에는, 그 증착 막 자체의 품질 및 증착 공정의 품질 모두를 검증할 목적으로, 막의 각종 특성에 대한 검사가 이루어질 수도 있다. 일반적으로, 두께와 응력은 각기 개별적으로 여러가지 방식으로 측정되는데, 이러한 두가지 측정은 공정 시간을 증가시켜, 처리량 감소를 야기하며, 또한 공정을 수행하는 데에 필요한 면적을 증대시킨다.
우선 두께의 측정 방식을 살펴보면, PCT 특허 출원 제WO 0012958호에는, 일명 TMS로 알려진 측정 시스템이 개시되어 있는데, 이 TMS는 웨이퍼 표면의 다수의 막 내부의 여러 지점들로부터 반사되는 광선을 사용하여 투과성 막, 특히 포토레지스트 막의 두께를 측정하도록 되어 있다. 그 측정 결과는 통상, 주파수 영역으로 변환되어, 이 주파수 영역으로부터 포토레지스트 막의 두께를 상당히 정확하게 결정할 수 있다. 이러한 측정은 신속하면서도 간단한 편이다.
이제 응력 측정을 살펴보면, 박막을 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 증착할 경우, 그 박막과 기판 모두에서 기계적 응력이 증가되는데, 이러한 응력은 웨이퍼가 구부려지도록 하는 한편, 균열, 공극, 둔덕의 형성 및 박막의 들뜸 현상 등을 야기할 수가 있어, 결과적으로 수율을 감소시키고 신뢰성 저하를 야기한다.
박막을 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 증착하는 경우에 전개되는 응력 레벨을 측정하기 위한 공지의 방법에서는, 우선 막의 증착에 앞서 웨이퍼의 전체적인 휨 정도를 측정한 다음, 그 결과 값을 저장한 후에, 막을 증착하고 이어서 다시 웨이퍼의 휨 정도를 측정하고 있다.
웨이퍼의 이와 같은 휨 정도를 결정하기 위해서는 레이저, 또는 보다 일반적으로는 순 곡률 반경(R)의 측정을 위해 웨이퍼로부터 반사된 단색광이 사용될 수가 있다. 응력 레벨은 이하의 공지의 식에 의해 결정될 수도 있다.
여기서, E는 기판의 영률(Young's modulus)이며,
v는 기판의 프와송비(Poisson's ratio)이고,
Ds는 기판의 두께이며,
R은 순 곡률 반경이고,
Df는 박막의 두께이다.
광원의 비양립성으로 인해, 또한 막의 증착에 앞서 응력 측정의 제1 단계를 수행하여야만 함으로 인해, 두께 측정과 응력 측정을 통합하는데에는 어려움이 있으며, 따라서 일반적으로 이 두가지 측정은 각기 적당한 때에 개별적으로 별개의 측정 장치를 사용하여 수행되고 있다.
본 발명은 반도체 웨이퍼의 응력 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 이로만 한정되는 것은 아니지만, 통합 작동 또는 장치를 이용한 반도체 웨이퍼의 두께 및 응력 측정에 관한 것이다.
본 발명의 이해를 돕는 한편 본 발명의 효과적인 실시를 제시하기 위하여, 단지 예시로써의 본 발명의 바람직한 실시예가 이하의 첨부 도면을 참조하여 기술된다.
도 1a는 막 형성 웨이퍼 제품을 도시한 개략적인 단면도.
도 1b는 제조 공정의 보다 나중 단계에서의, 도 1의 막 형성 웨이퍼 제품을 도시한 개략적인 단면도.
도 2는 막 형성 웨이퍼 제품의 막 두께에 대한 정보를 얻기 위하여 광 반사가 어떻게 이용될 수 있는지를 보여주는 개략적인 선도.
도 3은 반도체 웨이퍼 제조 라인의 화학 증착법(CVD)과 관련된 광 반사에 기초한 측정 장치를 도시한 개략적인 구성도.
도 4는 포토레지스트로 피복 처리된 반도체 웨이퍼를 측정하여 얻어진 통상적인 파장 대 강도의 그래프.
도 5는 도 3의 그래프에 대하여 푸리에 변환을 실시하여 얻어진 에너지 또는 강도 스펙트럼 그래프.
도 6은 도 3의 장치를 사용한 다른 반도체 웨이퍼의 통상의 파장 대 강도 그래프.
도 7은 도 6의 그래프에 대하여 푸리에 변환을 실시하여 얻어진 에너지 또는강도 스펙트럼 그래프.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 측정 장치의 일반화된 블록 선도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 휨도 측정을 보여주는 개략적인 선도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휨도 측정을 위한 장치를 도시한 개략적인 선도.
도 11은 본 발명의 실시예에 사용하기 위한 광학 헤드를 개략적으로 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 도시한 개략적인 블록 선도.
도 13은 웨이퍼의 평평한 영역으로부터의 반사 광을 도시한 개략적인 선도.
도 14는 웨이퍼의 경사진 영역으로부터의 반사 광을 도시한 개략적인 선도.
따라서, 본 발명의 제1 태양에 따르면,
웨이퍼에 조준되는 단색광을 생성하기 위한 적어도 하나의 단색광 공급원과,
각기 웨이퍼를 향하여 개개의 실질적으로 평행한 광선으로서의 단색광을 조준하기 위해 상기 단색광 공급원과 광학적으로 연관되어 있으며, 또한 각기 웨이퍼의 평면 상의 개개의 지점에 광선이 충돌하도록, 그 중 하나는 상기 웨이퍼 평면의 실질적으로 중앙 영역 상에 각각의 광선을 조준하도록 배열되어 있으며, 다른 하나는 그 중앙 영역의 실질적으로 외측을 향해 개개의 광선을 조준하도록 배열되어 있는 적어도 하나의 제1 및 제2 광 조준기, 그리고
각각의 반사 광을 받아들여 그 반사 광을 처리함으로써, 웨이퍼의 휨도(bow)를 지시해주는, 반사 광 사이의 광학 차를 구하도록 배열되어 있는 광학 프로세서를 포함하는 웨이퍼의 특성 측정 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 웨이퍼의 특성 측정 장치는 상기 웨이퍼의 휨도 측정과 웨이퍼의 다른 특성의 측정 사이의 전환을 위한 측정 모드 스위치를 포함한다.
바람직하게는, 상기 웨이퍼의 특성 측정 장치는 웨이퍼의 응력 표시 값을 출력하기 위해 상기 광학 프로세서와 작동 가능하게 연관된 출력부를 포함하며, 상기 표시 값은 상기 휨도에 기초하고 있다.
바람직하게는, 상기 광 조준기는 상기 단색광 공급원으로부터의 단색광을 수용하여 그 단색광을 광선 형태로 웨이퍼에 조준하기 위한 광학 헤드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 광학 헤드는 상기 웨이퍼로부터의 반사 광을 수용하여 이 반사 광을 상기 광학 프로세서에 조준하도록 작동 가능하다.
바람직하게는, 상기 제1 광 조준기는 실질적으로 수직 방향으로 상기 웨이퍼 평면에 충돌하도록 광선을 조준하도록 배열되어 있다.
바람직하게는, 적어도 상기 제2 광 조준기는 실질적으로 사선 방향으로 상기 웨이퍼 평면에 충돌하게끔 광선을 조준하도록 배열되어 있다.
바람직하게는, 상기 광학 프로세서는 간섭계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 간섭계는 광선 사이의 간섭 패턴을 생성하도록 작동 가능하며, 상기 광학 차는 그러한 광선 사이의 행로차이다.
바람직하게는, 상기 간섭계는 마이컬슨(Michelson) 간섭계이다.
바람직하게는, 상기 광학 프로세서는 광 반사판과 복수 개의 도파관을 포함하며, 상기 광 반사판은 상기 웨이퍼 평면으로부터 상기 도파관으로 반사 광을 편향시켜 반사 각도 함수에 따라 도파관간의 그 편향 광의 강도 분포가 달라지도록한다.
바람직하게는, 상기 광학 프로세서는 상기 도파관 각각의 광 강도를 측정하기 위한 강도 측정기를 추가로 포함하며, 상기 광학 차는 도파관에 걸친 강도 분포 차이다.
바람직하게는, 상기 광 반사판은 오프-액시스 포물선형 반사판(off axis parabolic reflector)이다.
바람직하게는, 상기 단색광 공급원은 레이저를 포함한다.
바람직하게는, 상기 웨이퍼의 특성 측정 장치는 하기의 관계식
(여기서, E는 웨이퍼의 영률(Young's modulus)이고, v는 웨이퍼의 프와송비(Poisson's ratio)이며, Ds는 웨이퍼의 두께이고, R은 휨도로부터 유추 가능한 순 곡률 반경이며, Df는 상기 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께)을 사용하여, 휨도로부터 응력 레벨을 결정하도록 작동 가능한 응력 결정 유닛을 추가로 포함한다.
바람직하게는, 상기 다른 특성은 두께이며, 백색광 공급원을 추가로 포함하고, 상기 각각의 광 조준기는 상기 백색광 공급원과 상기 단색광 공급원 중 하나를 선택하기 위한 제1 광학 스위치를 포함한다.
바람직하게는, 상기 웨이퍼의 특성 측정 장치는 제2 광학 프로세서와, 적어도 하나의 제2 광학 스위치를 추가로 포함하며, 상기 제2 광학 스위치는 상기 제1광학 프로세서와 상기 제2 광학 프로세서 중 하나를 선택하여 반사 광을 그 선택된 광학 프로세서에 조준하도록 배열되어 있다.
바람직하게는, 상기 제2 광학 프로세서는 분광기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 광학 스위치는 상기 제1 광학 프로세서와 상기 단색광 공급원을 선택하도록 그리고 상기 백색광 공급원과 상기 제2 광학 프로세서를 선택하도록 함께 제어 가능하다.
바람직하게는, 본 발명의 웨이퍼의 특성 측정 장치는 상기 분광기에 연결되어, 이 분광기로부터의 출력 값을 상기 주파수 영역으로 변환하여, 상기 웨이퍼 상의 적어도 하나의 증착 막의 두께에 대한 정보를 얻기 위한 푸리에(Fourier) 변환 장치를 추가로 포함한다.
본 발명의 제2 태양에 따르면,
단색광 공급원과,
백색광 공급원과,
상기 단색광 공급원과 백색광 공급원 사이의 전환을 위한 제1 스위치와,
그 전환된 광 공급원으로부터의 광을 반도체 웨이퍼 상에 조준하기 위한 복수 개의 광 조준기와,
상기 웨이퍼로부터의 반사 광을 분광 처리하기 위한 제1 광학 프로세서와,
반사 광을 처리하여 상기 웨이퍼의 휨 정도를 결정하기 위한 제2 광학 프로세서, 그리고
상기 제1 광학 프로세서와 제2 광학 프로세서 사이에서의 웨이퍼로부터의 반사 광을 전환하기 위한 제2 광학 스위치를 포함하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 광학 프로세서는 분광기이며, 상기 제2 광학 프로세서는 간섭계이다.
바람직하게는, 상기 제1 광학 프로세서는 간섭계이며,
상기 제2 광학 프로세서는,
상기 웨이퍼로부터의 반사 광을 편향시키기 위한 반사판과,
일련의 도파관으로서, 웨이퍼로부터의 반사 광의 서로 다른 각도가 그 각각의 서로 다른 도파관에 의해 표시되는 방식으로 상기 편향 광을 차단하여 최대의 광 강도를 제공하도록 배열되어 있는 그러한 도파관, 그리고
각각의 도파관의 광 강도를 검출하여 최대 강도를 갖는 도파관을 결정함으로써 웨이퍼로부터의 반사 각도를 유추하도록 그 각각의 도파관과 연관되어 있는 광 강도 검출기를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 장치는 웨이퍼의 응력 표시 값을 산출하기 위해 상기 제2 광학 프로세서와 작동 가능하게 연관되어 있는 응력 산출기를 포함하며, 상기 표시 값은 상기 휨도에 기초하고 있다.
바람직하게는, 상기 광 조준기는 웨이퍼로부터의 반사 광을 수용하여 이 반사 광을 제2 광학 스위치에 조준하도록 작동 가능한 광학 헤드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 간섭계는 마이컬슨 간섭계이다.
바람직하게는, 상기 광 반사판은 포물선형 반사판이다.
바람직하게는, 상기 단색광 공급원은 레이저를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 장치는, 하기의 관계식
(E는 웨이퍼의 영률이고, v는 웨이퍼의 프와송비이며, Ds는 웨이퍼의 두께이고, R은 휨도로부터 유추 가능한 순 곡률 반경이며, Df는 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께)을 사용하여, 상기 휨도로부터 응력 레벨을 결정하도록 작동 가능한 응력 결정 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 장치는 상기 분광기에 연결되어, 이 분광기로부터의 출력 값을 상기 주파수 영역으로 변환하여, 상기 웨이퍼 상의 적어도 하나의 증착 막의 두께에 대한 정보를 얻기 위한 푸리에 변환 장치를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 장치는 상기 분광기에 연결되어, 이 분광기로부터의 출력 값을 상기 주파수 영역으로 변환하여, 상기 웨이퍼 상의 적어도 하나의 증착 막의 두께에 대한 정보를 얻기 위한 푸리에 변환 장치를 포함한다.
본 발명의 제3 태양에 따르면,
적어도 두개의 단색광 광선을 생성하도록 단색광 공급원을 전환하는 단계와,
웨이퍼의 표면으로부터 적어도 두개의 광선, 즉 웨이퍼의 중앙 영역으로부터 제1 광선을 웨이퍼의 주변 영역으로부터 제2 광선을 반사시키는 단계와,
그 반사 광의 특성을 결정하는 단계와,
반사 광의 결정된 특성을 비교하여 웨이퍼의 휨 정도를 결정하는 단계, 그리고
웨이퍼의 휨 정도로부터 그 웨이퍼의 응력 레벨을 산출하는 단계를 포함하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 특성은 반사 광의 행로 거리이다.
바람직하게는, 상기 결정 및 비교 단계는,
반사 광 사이의 간섭 패턴을 설정하는 단계, 그리고
그 간섭 패턴을 분석하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 결정 및 비교 단계는 반사 광의 그 각각의 반사 각도를 측정하여 비교하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 응력 측정 방법은, 하기의 관계식
(E는 웨이퍼의 영률이고, v는 웨이퍼의 프와송비이며, Ds는 웨이퍼의 두께이고, R은 휨도로부터 유추 가능한 순 곡률 반경이며, Df는 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께)을 사용하여 상기 휨 정도로부터 응력 레벨을 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 광선은 레이저 광선이다.
바람직하게는, 상기 단색광 공급원은 레이저 광선 공급원이다.
바람직하게는, 본 발명의 응력 측정 방법은 마이컬슨 간섭계를 사용하여 상기 결정 및 비교 단계를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 백색광 공급원과 단색광 공급원 중 하나를 선택하는 단계를 포함하며,
백색광 공급원을 선택한 경우,
백색광을 반도체의 단일 지점에 조사하는 단계와,
그 단일 지점으로부터의 반사 광을 수용하는 단계와,
변환 장치를 이용하여 상기 반사 광을 분광 방식으로 분석하는 단계, 그리고
그 분석치로부터 막의 두께를 유추하는 단계로 이루어지고,
단색광 공급원을 선택한 경우,
웨이퍼의 표면으로부터 적어도 두개의 광선, 즉 그 웨이퍼의 중앙 영역으로부터 제1 광선을 웨이퍼의 주변 영역으로부터 제2 광선을 반사시키는 단계와,
상기 반사 광의 특성을 결정하는 단계와,
상기 반사 광의 결정된 특성을 비교하여 웨이퍼의 휨 정도를 결정하는 단계, 그리고
상기 휨 정도로부터 웨이퍼의 응력 레벨을 산출하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 특성은 반사 광의 행로 거리이다.
바람직하게는, 상기 결정 및 비교 단계는,
상기 반사 광 사이의 간섭 패턴을 설정하는 단계, 그리고
그 간섭 패턴을 분석하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 결정 및 비교 단계는 상기 반사 광의 개개의 반사 각도를 측정하여 비교하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 방법은, 하기의 관계식
(E는 웨이퍼의 영률이고, v는 웨이퍼의 프와송비이며, Ds는 웨이퍼의 두께이고, R은 휨도로부터 유추 가능한 순 곡률 반경이며, Df는 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께)을 사용하여 휨 정도로부터 응력 레벨을 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 방법은 레이저 광 공급원으로부터 단색광의 광선을 얻기 위한 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 방법은 마이컬슨 간섭계를 사용하여 상기 결정 및 비교 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 방법은 상기 백색광 공급원과 단색광 공급원 사이를 광학적으로 전환하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 방법은 분광기와 간섭계 사이를 광학적으로 전환하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 방법은 상기 분광기가 상기 백색광 공급원과 선택되고 상기 간섭계는 상기 단색광 공급원과 선택되도록 광학적 전환 작동을 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 통합 측정 방법은 어느 하나의 광원으로부터 상기 웨이퍼에 광선을 조사하기 위한 통합 광 형성 장치로의 광 전환 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 상기 통합 광 형성 장치는 상기 웨이퍼로부터의 반사 광을 수용하기에 유용한 복수 개의 광학 헤드를 포함한다.
본 발명의 서두에 언급한 바와 같은, PCT 특허 출원 제WO 0012958호에 개시된 측정 방법이 이하에 상세히 후술된다.
우선, 제조 공정의 중간 단계에서의 실리콘 웨이퍼를 개략적으로 도시한 단면도인 도 1a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(2) 상에 실리콘 산화막(SiO2:4)이 부착되어 있다. 도 1a에 있어서, 실리콘 산화막(4)은 그 두께가 균일하므로, 단 한번의 측정을 통해 막의 두께를 결정할 수 있다.
이제, 제조 공정의 다른 중간 단계에서의 다른 실리콘 웨이퍼를 개략적으로 도시한 단면도인 도 1b를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(2)는 일련의 금속 구조체(6)와,연속적인 실리콘 산화막(10)을 구비하고 있다. 투과성 박막의 두께 측정에는, 보다 상세히 후술되는 바와 같은 TMS 측정 시스템이 특히 적당하다. 본 실시예에 있어서, 실리콘 산화막(10)은 금속 구조체(6)로 인해 그 위치에 따라 두께가 서로 다르다. 따라서, 통상의 웨이퍼에 있어서는 세개의 서로 다른 막 두께(d1내지 d3)를 규정할 수도 있다. 통상의 측정 시스템으로는 이러한 두께 차이를 정확하게 측정할 수가 없다. 그러나, TMS 시스템은 웨이퍼 위에 도포된 막 또는 제거된 막의 두께 변화를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 측정이 현장에서 실시간으로 이루어진다. 이에 대해서는 TMS 공정의 기본 작동 이론에 관한 후술하는 설명을 읽음으로써 보다 잘 이해될 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 도 2는 굴절율이 서로 다른 일련의 막으로의 광선의 입사각을 도시한 개략적인 선도이다.
도 2에서는, 세개의 투과성 막(0, 1, 2)으로 이루어진 재료에 대해 광 반사가 이루어지고 있다. 입사 광(12)은 제1 막 경계(14)에 충돌하여 반사 광(16)과 반사 광(18)으로 분할된다. 반사 광(18)은 제2 막 경계(20)와 충돌하여 다시 분할된다. 이에 대해서는 반사 광(22)만이 도시되어 있다. 반사 광(22)은 제1 막 경계(14)와 충돌하여 다시 반사됨으로써 제3 반사 광(24)을 구성하게 된다.
다중 파장 광의 반사 패턴을 사용하여 투과성 박막의 두께를 측정하기 위한 여러 방법이 공지되어 있다. 도 2에 도시된 광선이 단색광(단파장)이면서, 투과성 박막에 도달하는 경우, 광선의 일부는 상면(막(0)과 막(1)의 계면)으로부터 반사되며, 나머지 일부는 저면(막(1)과 막(2)의 계면)으로부터 반사된다.
도 2에 도시된 내용을 수학적으로 표시하면,
λ는 광의 파장이며,
φ0은 입사 광(그리고 막(0)과 막(1)의 계면으로부터 반사된 광)의 위상 각이고,
φ0+φ1은 막(1)과 막(2)의 계면으로부터 반사된 광의 위상 각이며,
r01은 막(0)과 막(1)의 계면의 반사 계수이고,
r12은 막(1)과 막(2)의 계면의 반사 계수이며,
I는 입사 광의 강도이다.
[수학식 1]
여기서, Io는 최대 강도 진폭이며, c는 광속이다.
박막의 표면에 수직 방향으로 광이 도달하도록 하기 위하여, 상면 및 저면으로부터의 반사 계수는 다음과 같다.
[수학식 2]
여기서, n0, n1, n2는 막(0, 1, 2)의 굴절율이다.
상면으로부터 반사된 광은 저면으로부터 반사된 광과 간섭을 일으켜, 막의두께, 광 파장 및 막의 굴절율의 함수로서 나타내어지는 전체 반사 계수(R)를 제공한다. 이와 같은 반사에 대해서는 널리 알려진, 후레넬(Frenel) 수학식을 이용하여 기술될 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 4]
여기서, d1-막의 두께.
박막에 다중 파장 광(백색광)을 비추고, 각 파장(λ)에서의 반사율을 측정하면, 파장(λ)의 함수로서 나타내어지는 값 R, 즉 R(λ)가 주어진다.
복잡한(즉, 측방향으로 가변적인) 지형을 갖는 제품 웨이퍼에 크기가 큰 다중 파장의 광점(spot)을 비추게 되면, 단독으로 취해진 각각의 두께 마다의 별개의 반사 광의 합성 반사 광이 야기된다.
[수학식 5]
간단한 수학식의 운용을 통해 반사 계수를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
여기서,
Ai은 (1-r(I-1),I 2)(1-ri(I+1) 2)/(1+r(I-1),I 2ri(I+1) 2) 이고,
Bi은 2r(I-1),Iri(I+1)/(1+r(I-1),I 2ri(I+1) 2)이다.
반사 계수의 주파수 분해 방식을 적용함으로써 각각의 독립 변수(φi)를 제공할 수도 있으며, 막의 굴절율을 알고 있다는 가정 하에 수학식 3과 수학식 4로부터 막의 두께를 결정할 수 있다.
선택적으로, 막의 두께를 알고 있는 경우에도, 막의 굴절율을 결정할 수 있다.
주파수 분해 방식에는 여러 가지가 있으며, 그 중 일부가 이하에 제안되어 있다.
수학적 분해
1) 직교 변환 방법 과(科), 예를 들어, 푸리에 변환
2) 최대 공산 원리에 기초한 방법 과
3) 파라매트릭 모델에 기초한 방법 과
4) 부분 공간 분해 방법 과
전기 분해:
전기 시스템에는 전기 주파수 필터가 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 필터는 주파수 영역에 창문을 정의하여 그 창문의 범위 내에서 입력 신호 성분의 진폭을 출력하는 역할을 한다. 가변 주파수를 갖는 단일 필터 또는 한 세트의 필터를 통해 반사 신호(전기 신호로 변형된)를 통과시킴으로써 소정의 분해 작용을 이루게 된다.
이제, 반도체 기판 상의 투과성 막의 두께 변화를 측정하기 위한 장치를 도시한 개략적인 블록 선도인 도 3을 참조하면, 이 측정 장치는 화학 증착(CVD) 기구 상에 장착되어 있다. 증착 챔버(20)는 웨이퍼(W)를 지탱하기 위한 척(22), 그리고 화학 반응을 이용하여 실리콘 산화막(28)을 증착할 수 있도록 증착 매개변수를 제어하기 위한 제어기(24)를 포함하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 측정 장치는 또한, 포토레지스트 피막에 다중 파장 광선(백색 광)을 비추기 위한 조명 장치(30)와, 각각의 파장에 대한 실리콘 산화막으로부터의 반사 광의 강도를 검출하기 위한 검출기(32)를 포함하고 있다. 바람직하게는, 검출기(32)는 포토다이오드 어레이 스펙트럼 분석기에 연결되어 있다. 스펙트럼 분석기는 파장 범위에 걸친 간섭 패턴을 검출할 수 있으며, 전술한 바와 같은 수학식을 사용함으로써 막의 두께 데이터를 구할 수 있다.
웨이퍼 상의 하나 이상의 광점의 굴절율 또는 두께에 대한 정보를 구하기 위하여, 복수 개의 검출 헤드(31)가 웨이퍼 상의 서로 다른 위치에 배치될 수도 있다. 검출 헤드(31)의 출력 값은 예를 들어, 각각의 광섬유 사이의 기계적인 전환에 의해 스펙트럼 분석기(32)로 전송되도록 다중 송신되는 것이 바람직하다. 따라서, 웨이퍼 상의 서로 다른 지점에서의 데이터 획득이 가능해진다.
조명 장치는, 적당한 방식으로, 예를 들어, 광섬유(36)를 통해 백색광을 웨이퍼(W) 위에 장착된 광학 헤드(31)에 인가함으로써, 웨이퍼가 회전함에 따라 웨이퍼(W) 상의 피복 실리콘 산화막에 광선을 투사하도록 구성되는 것이 바람직하다. 포토레지스트 피막으로부터 반사된 광선은 적당한 방식으로, 예를 들어, 다른 광섬유(38)를 통해 스펙트럼 분석기(34)에 조준되어, 각각의 파장에 대한 실리콘 산화막으로부터의 반사 광의 강도를 검출하도록 되어 있다.
스펙트럼 분석기(34)의 출력 값은 바람직하게는 프로세서(40)로 제공되어, 이 프로세서가 전술한 기본 작동 이론에 따라 출력 값을 처리하여 스크린(42) 상에 그 출력 값을 표시하게 된다. 또한, 프로세서(40)의 출력 값은, 예를 들어, 웨이퍼(W) 상에 대한 실리콘 산화막(28)의 도포를 제어하기 위한 피드백 입력 값으로서 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 광원(30)으로부터의 광선은 웨이퍼(W) 상에 지탱되어 있는 복수 개의 다이 중 적어도 하나의 완성 다이를 덮기에 충분할 만큼 넓은 폭을 갖추고 있다. 이와 같이 완성 다이 하나를 또는 복수 개의 다이를 덮기에 충분할 정도로 큰 폭의 광선을 사용할 경우에는 여러 가지 장점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 검출기(32)에 의해 검출된 합성 반사 광을, 그 정확한 측정 위치에 차이가 나는 것과 무관하게, 측정치 간에 거의 변화가 없도록 하기가 보다 용이하다. 또한, 그와 같은 광폭의 광점은 광학 헤드에 의한 신호 포집 효과를 증대시키며, 또한 검출 속도를 가속화한다.
이하에는, 통상의 한 세트의 측정치에 대한 파장 대 진폭을 도시한 개략적인 그래프인 도 4에 대한 참조가 이루어지고 있다. 이러한 측정치에는, 예를 들어,에칭 작동의 결과, 상이한 지점에서 서로 다른 두 두께(d1, d2)를 갖는 포토레지스트 막이 피복된 웨이퍼에 적용되는 경우의 전술한 공정의 시뮬레이션 값이 포함되어 있다. 따라서, 도 4에는 각각의 두께(d1, d2)와 파장의 함수로서 나타내어지는 반사 계수(r1, r2)의 총계(R)가 도시되어 있다. 본 예제에서, 두께(d1)는 0.95μ이고, 두께(d2)는 1.25μ이며, f(개별 신호간의 강도 비)는 1이다.
이제 도 5를 참조하면, 도 5는 푸리에 변환이 적용된 경우의, 즉 전체 반사를 정의하는 신호(R)에 푸리에 변환이 적용된 경우의 도 4의 데이터를 도시한 개략적인 그래프이다. 푸리에 변환은 신호 주파수용의 일련의 푸리에 계수를 생성하여, 이로부터 각각의 신호 주파수에 대한 투과성 박막의 두께가 결정될 수 있도록 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 피막의 두 서로 다른 두께는 두개의 극명하게 구분되는 피크(peak)를 생성하는데, 이들 각각의 피크는 그 서로 다른 두 두께 중 하나와 연관된 주파수를 나타내는 것이다.
이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 이들 도면은 위아래로 포개어진 두개 막의 두께 측정의 경우에 대한 전술한 시스템 사용 방식을 도시한 개략적인 그래프이다.
도 6에는 실리콘 이산화물(산화물) 상의 중간-금속 유전체로 덮인 금속 라인 패턴을 갖는 웨이퍼로부터의 반사 신호에 대한 강도 대 파장의 관계를 보여주고 있다. 측정 광점 부근에서 산화물의 두께는 두 치수로 나타내어진다. 즉,
1) 금속 라인 상측의 산화물의 두께(d2)는 1556nm이고,
2) 사전에 증착된 유전체 상측의 산화물의 두께(d1)는 722nm이다.
도 7에는 전술한 바와 유사한 주파수 변환을 이용한 후처리 이후 수신된 신호가 도시되어 있다. 그 결과를 보면, 두께(d2) 및 두께(d1+d2)와 연관된 주파수에서의 피크가 도시되어 있다.
이제 도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통합 측정 장치를 도시한 개략적인 블록 선도이다. 도 8에서, 통합 측정 장치(50)는 두께 측정용 구성 요소와 응력 측정용 구성 요소, 그리고 이들 양 종류의 측정을 위한 공통의 구성 요소와 전환용 구성 요소를 포함하고 있다.
우선, 응력 측정용 구성 요소를 살펴 보면, 통상은 레이저 공급원(52)인 단색광 공급원이 웨이퍼(54)에 조준하기 위한 단색광을 생성하게 된다. 광학 헤드 장치(56)는 레이저 광원(52)으로부터의 광을 웨이퍼(54)의 서로 다른 여러 부분을 향해 일련의 평행한 광선 형태로 조준하기 위한 적어도 두개의 광학 헤드를 구비하고 있다. 바람직하게는, 광선 중 하나는 웨이퍼의 중앙 영역을 향해 조준되고, 제2 광선은 웨이퍼의 주변 가장자리를 향해 조준된다.
바람직하게는, 광학 프로세서(58)가 반사 광을 수용하여 그 각각의 반사 광을 처리함으로써, 통상 위상차, 또는 광 행로 거리차와 같은 반사 광 사이의 광학 차이를 구하도록 배열되어 있다. 위상차는 일반적으로 웨이퍼(54)의 휨도를 표시해준다. 선택적으로, 그러한 광학 차이가 반사 각도의 차이일 수도 있다. 잘 알 수 있는 바와 같이, 반사 각도는 여러 검사 지점에서의 웨이퍼 표면의 상대각을 표시해주는 갓으로서, 이의 적당한 분석을 통해 휨 정도가 결정되도록 할 수도 있다.
이제 도 9를 참조하면, 도 9는 웨이퍼의 휨도를 표시해주는 위상차를 측정하기 위한 장치를 보다 상세히 도시한 개략적인 선도이다. 응력으로 인해 휘어진 웨이퍼(60)를, 광학 헤드(62)가 웨이퍼의 거의 중앙 영역 위에 배치되고, 광학 헤드(64)는 웨이퍼의 거의 주변 영역 위에 배치되도록, 광학 헤드(62, 64)의 바로 아래에 배열한다.
그러나, 응력을 결정하기 위한 후술되는 바와 같은 식이 곡률 반경만을 필요로 하며, 이러한 반경은 개개의 광학 헤드 사이의 거리를 알 경우 간단하게 구해질 수도 있기 때문에, 광학 헤드를 웨이퍼의 중앙 및 주변 영역 위에 반드시 배치하여야 하는 것은 아님을 알 수 있다.
각각의 광학 헤드로부터 웨이퍼로의 광선 조사는, 웨이퍼의 휨도로 인한 차이(Y)를 제외하고는, 실질적으로 동일한 광학 행로 거리에 걸쳐 이루어진다. 상기 값(Y)이 광선의 파장보다 짧다면, 광선 사이의 위상차 측정을 통해 수율(Y)을 구할 수도 있으며, 이로부터 웨이퍼의 곡률 반경이 산출될 수 있다.
이제, 곡률 반경의 산출을 예시하기 위한 선도인 도 9a를 참조하면, 값(R)을 유도하기 위한 기하학적 형식은 다음과 같다.
여기서, L은 광 행로 거리이고,
Xh는 중앙 측정 지점과 주변 측정 지점 사이의 거리이며,
Xα는 응력을 받은 웨이퍼로부터의 반사 광의 이동 거리이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 곡률 반경(R)은 다음의 식에 의해 계산될 수 있다.
여기서, Y는 중앙 측정 지점에서의 웨이퍼의 파인 거리이며,
Xh는 중앙 측정 지점과 주변 측정 지점 사이의 거리이다.
다시 도 8을 참조하면, 프로세서(70)가 광학 프로세서(58)에 연결되어, 곡률 반경과 그에 따른 웨이퍼 상의 인가 응력을 산출하도록 되어 있다. 광학 프로세서(58)는 간섭계인 것이 바람직하다. 반사 광이 간섭계에 도달하면, 간섭 무늬 패턴이 설정된다. 바람직하게는, 이 간섭 무늬 패턴을 통해 광선 사이의 위상차가 제공되어, 이로부터 상기와 같은 거리가 유도될 수 있다. 간섭계로는 마이컬슨 간섭계가 바람직하다.
바람직하게는, 광선을 웨이퍼를 향해 조준하는 동일한 광학 헤드(62, 64)는, 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 반사 광을 수용하여 이 반사 광을 광학 프로세서로 조준하는 역할을 수행한다.
일 실시예에서, 양 광학 헤드(62, 64)는 광선을 평행하게 전송한다. 개략적으로 도시된 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 주변 영역에서의 광선은 입사 광과 동일한 경로를 따라 반사되며, 웨이퍼 표면의 휘어진 부분 상에서의 입사 각도는 90°가 아니다. 따라서, 위상의 측정에 있어서는, 반사 각도에 의해서만 추가의광 행로 거리를 고려하면 된다. 물론, 휨도를 계산하기 전까지는 반사 각도를 알 수 없으며, 따라서 정확한 결과치를 얻기 위해서는 여러 번에 걸친 반복 산출이 요구될 수도 있음을 알 수 있다.
이제 본 발명의 다른 실시예를 도시한 개략적인 선도인 도 10을 참조하면, 본 실시예에서는 반사 각도에 기인하는 부정확성이 고려되고 있다. 도 10에는, 웨이퍼(54)에 수용된 광을 반사하는 광 반사판(80)이 개략적으로 도시되어 있다. 광선은 검출기(82)로 반사되며, 이 검출기는 도파관(84) 어레이를 포함하며, 각각의 도파관에 대응하여 광 강도 측정 유닛이 연결되어 있다. 이 측정 유닛은 블록(86) 내에 배열되는 것이 바람직하다.
사용 시에, 광선의 반사판(80)으로의 입사 각도를 통해 그 광선의 기본적인 조준 방향이 결정된다. 도 10의 도면 부호 88로 지시된 바와 같은 강도 그래프를구할 수 있으며, 이 강도 그래프의 피크의 위치로부터 웨이퍼의 휨 각도를 유추할 수 있다.
도 10에는 비교를 위해 두개의 광선(90, 92)이 도시되어 있다. 광선(90)은 그래프(88)의 제1 피크(94)를 생성하며, 제2 광선(92)은 제2 피크(96)를 생성한다.
도 10에는 평판형 반사판(80)이 도시되어 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서는 포물선형의 반사판이 사용될 수도 있으며, 특히 오프-액시스 포물선형 반사판 또는 미러가 사용될 수도 있다.
다시 프로세서(70)를 참조하면, 프로세서(70)는 다음의 관계식을 이용하여휨도로부터 웨이퍼의 응력 레벨을 결정할 수 있다.
여기서, E는 웨이퍼의 영률이고,
v는 웨이퍼의 프와송비이며,
Ds는 웨이퍼의 두께이고,
R은 전술한 바와 같은, 휨 정도로부터 유추 가능한, 순 곡률 반경이며,
Df는 응력을 초래하는, 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께이다.
도 8을 다시 참조하여 장치의 두께 측정을 위한 부분을 살펴보면, 백색광 공급원(100)이 추가로 제공되어 있으며, 또한 레이저 공급원(52)과 백색광 공급원(100) 사이의 전환을 위한 광학 스위치(102)가 제공되어, 원하는 바에 따라 어느 하나의 공급원으로부터 생성된 광선이 웨이퍼에 조준될 수 있도록 되어 있다.
두께 측정을 위한 부분의 구성 요소로서, 전술한 바와 같은, 웨이퍼 상의 투과성 및 반투과성 막의 두께를 결정하기 위하여 웨이퍼로부터의 반사 광을 처리하기 위한 제2 광학 프로세서(104)가 제공되어 있다. 이 제2 광학 프로세서(104)는 반사 광의 스펙트럼을 구하기 위한 분광기를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구해진 스펙트럼은, 전술한 바와 같이, 막의 존재를 결정하기 위한 분석용 주파수 영역으로 변환될 수도 있다.
또한, 두개의 광학 프로세서 사이에서의 반사 광의 전환을 위한 제2 광학 스위치(106)가 제공되어 있다.
바람직하게는, 스위치(102, 106)는, 레이저 공급원(52)은 제1 광학 프로세서와 사용되고 백색광 공급원은 제2 광학 프로세서(104)와 사용되는 것을 보장하도록 제어된다.
제2 광학 프로세서(104)는 바람직하게는 전자 프로세서(108)에 연결되어, 이 제2 광학 프로세서(104)에 의해 생성된 스펙트럼이 통상 푸리에 변환을 사용하여 주파수 영역으로 변환되도록 한다. 이러한 변환은 전술한 바와 같은 막의 두께 정보를 구하는 데에 사용된다.
응력 산출 프로세서(70)와 두께 산출 프로세서(108)의 처리가 단일 칩에 대해 수행될 수도 있음을 알 수 있다. 통상적으로, 이러한 산출 과정은 장치에 연결된 PC에 의해 수행된다.
이제, 전술한 실시예와 관련하여 사용하기 위한 광학 헤드를 도시한 개략적인 선도인 도 11을 참조하면, 전술한 도면과 동일한 부분에 대해서는 필요한 범위 내에서 동일한 도면 부호가 매겨져 있으며, 따라서 본 실시예의 이해에 필요한 정도로만 추가로 기술된다. 광학 헤드(110)는 광선 가이드(112)를 통해 광원 중 하나로부터의 유입 광선을 수용한다. 이 유입 광선은 각진 평면형 미러(114)를 통해 오프-액시스 포물선형 미러(116)로 반사되어, 이 미러로부터 웨이퍼(10)의 표면으로 평행한 광선 형태로 조준된다. 반사파는 전술한 바의 역 경로로 광학 헤드를 통과하여 동일한 도파관(112)으로 나아간다.
이제, 도 10에서 설명된 바와 같은 통합 측정을 제공하기 위한 전체 장치를개략적으로 도시한 블록 선도인 도 12를 참조하면, 이 도 12는 도 8을 보다 구체적으로 도시한 도면으로서, 도 8에도 도시된 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 매겨져 있으며, 따라서 필요한 경우를 제외하고는 그에 대해 추가로 설명되지는 않는다. 도 12에서, 도 8의 광학 헤드 장치는 복수 개의 광학 헤드로서 명료하게 도시되어 있다. 두개의 광원이 레이저 공급원(52)과 광원(100)으로서 명료하게 도시되어 있으며, 두개의 광학 처리기가 분광기(104)와 간섭계(58)로서 명료하게 도시되어 있다. 또한, 외측으로의 반사파를 수용하기 위한 단일 광섬유 장치만이 도시되어 있으며, 광학 헤드(56) 사이의 전환을 위해 멀티플렉서(118)가 사용되고 있다. 응력 및 두께 산출은 측정 장치에 부착된 PC(119)에서 수행되는 것이 바람직하다.
이제, 도 10의 실시예에 적합한 도 11의 광학 헤드를 도시한 개략적인 선도인 도 13 및 도 14를 참조하면, 광학 헤드는 반사 신호가 도파관 어레이(120)로 전송된다는 점을 제외하고는 도 11에 도시된 바와 동일하다. 도 11과 관련하여 기술된 바와 같이, 최대 출력 강도를 제공하는 어레이 내부의 도파관이 반사 각도를 표시해주게 된다. 도 13에는 웨이퍼 표면의 평행한 영역으로부터의 반사 광이 도시되어 있다(여기서, 평행한 영역의 의미는 중앙의 휘어지지 않은 영역을 의미한다). 도 14에는 웨이퍼의 각진 부분으로부터의 반사 광이 도시되어 있다. 각각의 경우에, 반사 광은 도파관 어레이(120)의 서로 다른 부분에 그 중심이 맞춰지고 있다.
따라서, 종래 기술에 비해 그 처리량이 개선되고 최소 공간만을 차지하는 동시에 제품의 효율적인 품질 검사를 가능하게 하는, 도포 막의 품질을 검사하기 위하여 웨이퍼 생산 라인에 사용될 수 있는 통합 측정 장치가 제공된다.
명료성을 위해 개개의 실시예 부문마다 기술된 본 발명의 소정 특징들이 단일 실시예에 조합 형태로 제공될 수도 있음을 알 수 있다. 역으로, 간결성을 위해 단일 실시예 부문으로 기술된 본 발명의 각종 특징이 별개로 또는 적당한 하위 조합 형태로 제공될 수도 있다.
당업자라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 본 발명이 본 명세서에 도시 및 기술된 내용으로만 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 영역은 이하의 청구의 범위에 의해 규정되는 것으로, 전술한 각종 특징의 조합 및 하위 조합 뿐만 아니라 전술한 설명을 읽음으로써 당업자가 용이하게 실시 가능한 다양한 변형예 및 수정예를 포함함을 이해하여야 한다.

Claims (51)

  1. 웨이퍼에 조준되는 단색광을 생성하기 위한 적어도 하나의 단색광 공급원과;
    각기 웨이퍼를 향하여 개개의 실질적으로 평행한 광선으로서의 단색광을 조준하기 위해 상기 단색광 공급원과 광학적으로 연관되어 있으며, 또한 각기 웨이퍼의 평면 상의 개개의 지점에 충돌하도록, 그 중 하나는 상기 웨이퍼 평면의 실질적으로 중앙 영역 상에 각각의 광선을 조준하도록 다른 하나는 그 중앙 영역의 실질적으로 외측을 향해 개개의 광선을 조준하도록 배열되어 있는 적어도 하나의 제1 및 제2 광 조준기; 그리고
    각각의 반사 광을 받아들여 그 반사 광을 처리함으로써, 웨이퍼의 휨도를 지시해주는 반사 광 사이의 광학 차를 구하도록 배열되어 있는 광학 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 휨도 측정과 웨이퍼의 다른 특성의 측정 사이의 전환을 위한 측정 모드 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 응력 표시 값을 출력하기 위해 상기 광학 프로세서와 작동 가능하게 연관된 출력부를 추가로 포함하며, 상기 표시 값은 상기 휨도에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 조준기는 상기 단색광 공급원으로부터의 단색광을 수용하여 그 단색광을 광선 형태로 웨이퍼에 조준하기 위한 광학 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 광학 헤드는 상기 웨이퍼로부터의 반사 광을 수용하여 이 반사 광을 상기 광학 프로세서에 조준하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 적어도 상기 제1 광 조준기는 실질적으로 수직 방향으로 상기 웨이퍼 평면에 충돌하게끔 광선을 조준하도록 배열된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 적어도 상기 제2 광 조준기는 실질적으로 사선 방향으로 상기 웨이퍼 평면에 충돌하도록 광선을 조준하도록 배열된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 프로세서는 간섭계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 간섭계는 광선 사이의 간섭 패턴을 생성하도록 작동 가능하며, 상기 광학 차는 그러한 광선 사이의 행로차인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 간섭계는 마이컬슨(Michelson) 간섭계인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 프로세서는 광 반사판과 복수 개의 도파관을 포함하며, 상기 광 반사판은 상기 웨이퍼 평면으로부터 상기 도파관으로 반사 광을 편향시켜 반사 각도 함수에 따라 도파관간의 그 편향 광의 강도 분포가 달라지도록 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광학 프로세서는 상기 도파관 각각의 광 강도를 측정하기 위한 강도 측정기를 추가로 포함하며, 상기 광학 차는 도파관에 걸친 강도 분포 차인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 광 반사판은 오프-액시스 포물선형 반사판(off axis parabolic reflector)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 단색광 공급원은 레이저를 포함하는 것을 특징으로하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 하기의 관계식
    (여기서, E는 웨이퍼의 영률(Young's modulus)이고, v는 웨이퍼의 프와송비(Poisson's ratio)이며, Ds는 웨이퍼의 두께이고, R은 휨도로부터 유추 가능한 순 곡률 반경이며, Df는 상기 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께)을 사용하여, 휨도로부터 응력 레벨을 결정하도록 작동 가능한 응력 결정 유닛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 다른 특성은 두께이며, 백색광 공급원을 추가로 포함하고, 상기 각각의 광 조준기는 상기 백색광 공급원과 상기 단색광 공급원 중 하나를 선택하기 위한 제1 광학 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 제2 광학 프로세서와, 적어도 하나의 제2 광학 스위치를 추가로 포함하며, 상기 제2 광학 스위치는 상기 제1 광학 프로세서와 상기 제2 광학 프로세서 중 하나를 선택하여 반사 광을 그 선택된 광학 프로세서에 조준하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제2 광학 프로세서는 분광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 스위치는 상기 제1 광학 프로세서와 상기 단색광 공급원을 선택하도록 그리고 상기 백색광 공급원과 상기 제2 광학 프로세서를 선택하도록 함께 제어 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 분광기에 연결되어, 이 분광기로부터의 출력 값을 상기 주파수 영역으로 변환하여, 상기 웨이퍼 상의 적어도 하나의 증착 막의 두께에 대한 정보를 얻기 위한 푸리에(Fourier) 변환 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 특성 측정 장치.
  21. 단색광 공급원과,
    백색광 공급원과,
    상기 단색광 공급원과 백색광 공급원 사이의 전환을 위한 제1 스위치와,
    그 전환된 광 공급원으로부터의 광을 반도체 웨이퍼 상에 조준하기 위한 복수 개의 광 조준기와,
    상기 웨이퍼로부터의 반사 광을 분광 처리하기 위한 제1 광학 프로세서와,
    반사 광을 처리하여 상기 웨이퍼의 휨 정도를 결정하기 위한 제2 광학 프로세서, 그리고
    상기 제1 광학 프로세서와 제2 광학 프로세서 사이에서의 웨이퍼로부터의 반사 광의 전환을 위한 제2 광학 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 광학 프로세서는 분광기이며, 상기 제2 광학 프로세서는 간섭계인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 광학 프로세서는 간섭계이며,
    상기 제2 광학 프로세서는,
    상기 웨이퍼로부터의 반사 광을 편향시키기 위한 반사판과,
    일련의 도파관으로서, 웨이퍼로부터의 반사 광의 서로 다른 각도가 그 각각의 서로 다른 도파관에 의해 표시되는 방식으로 상기 편향 광을 차단하여 최대의 광 강도를 제공하도록 배열되어 있는 그러한 도파관, 그리고
    각각의 도파관의 광 강도를 검출하여 최대 강도를 갖는 도파관을 결정함으로써 웨이퍼로부터의 반사 각도를 유추하도록 그 각각의 도파관과 연관되어 있는 광 강도 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 웨이퍼의 응력 표시 값을 산출하기 위해 상기 제2 광학 프로세서와 작동 가능하게 연관되어 있는 응력 산출기를 추가로 포함하며, 상기 표시 값은 상기 휨도에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 광 조준기는 웨이퍼로부터의 반사 광을 수용하여 이 반사 광을 제2 광학 스위치에 조준하도록 작동 가능한 광학 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 간섭계는 마이컬슨 간섭계인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 광 반사판은 포물선형 반사판인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  28. 제 21 항에 있어서, 상기 단색광 공급원은 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  29. 제 21 항에 있어서, 하기의 관계식
    (E는 웨이퍼의 영률이고, v는 웨이퍼의 프와송비이며, Ds는 웨이퍼의 두께이고, 값 R은 휨도로부터 유추 가능한, 순 곡률 반경이며, Df는 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께)을 사용하여, 휨도로부터 응력 레벨을 결정하도록 작동 가능한 응력 결정 유닛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  30. 제 22 항에 있어서, 상기 분광기에 연결되어, 이 분광기로부터의 출력 값을 상기 주파수 영역으로 변환하여, 상기 웨이퍼 상의 적어도 하나의 증착 막의 두께에 대한 정보를 얻기 위한 푸리에 변환 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  31. 제 23 항에 있어서, 상기 분광기에 연결되어, 이 분광기로부터의 출력 값을 상기 주파수 영역으로 변환하여, 상기 웨이퍼 상의 적어도 하나의 증착 막의 두께에 대한 정보를 얻기 위한 푸리에 변환 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 휨도 및 막 두께 측정을 위한 통합 측정 장치.
  32. 적어도 두개의 단색광 광선을 생성하도록 단색광 공급원을 전환하는 단계와,
    웨이퍼의 표면으로부터 적어도 두개의 광선, 즉 웨이퍼의 중앙 영역으로부터 제1 광선을 웨이퍼의 주변 영역으로부터 제2 광선을 반사시키는 단계와,
    그 반사 광의 특성을 결정하는 단계와,
    반사 광의 결정된 특성을 비교하여 웨이퍼의 휨 정도를 결정하는 단계, 그리고
    웨이퍼의 휨 정도로부터 그 웨이퍼의 응력 레벨을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 특성은 반사 광의 행로 거리인 것을 특징으로 하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 결정 및 비교 단계는,
    반사 광 사이의 간섭 패턴을 설정하는 단계, 그리고
    그 간섭 패턴을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 결정 및 비교 단계는 반사 광의 그 각각의 반사 각도를 측정하여 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법.
  36. 제 32 항에 있어서, 하기의 관계식
    (E는 웨이퍼의 영률이고, v는 웨이퍼의 프와송비이며, Ds는 웨이퍼의 두께이고, R은 휨도로부터 유추 가능한 순 곡률 반경이며, Df는 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께)을 사용하여 휨 정도로부터 응력 레벨을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법.
  37. 제 32 항에 있어서, 상기 광선은 레이저 광선인 것을 특징으로 하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 단색광 공급원은 레이저 광선 공급원인 것을 특징으로 하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법.
  39. 제 34 항에 있어서, 마이컬슨 간섭계를 사용하여 상기 결정 및 비교 단계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 측정 장치를 이용한 실리콘 웨이퍼의 응력 측정 방법.
  40. 백색광 공급원과 단색광 공급원 중 하나를 선택하는 단계를 포함하며,
    백색광 공급원을 선택한 경우,
    백색광을 반도체의 단일 지점에 조사하는 단계와,
    그 단일 지점으로부터의 반사 광을 수용하는 단계와,
    변환 장치를 이용하여 상기 반사 광을 분광 방식으로 분석하는 단계, 그리고
    그 분석치로부터 막의 두께를 유추하는 단계를 포함하고,
    단색광 공급원을 선택한 경우,
    웨이퍼의 표면으로부터 적어도 두개의 광선, 즉 그 웨이퍼의 중앙 영역으로부터 제1 광선을 웨이퍼의 주변 영역으로부터 제2 광선을 반사시키는 단계와,
    상기 반사 광의 특성을 결정하는 단계와,
    상기 반사 광의 결정된 특성을 비교하여 웨이퍼의 휨 정도를 결정하는 단계, 그리고
    상기 휨 정도로부터 웨이퍼의 응력 레벨을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 특성은 반사 광의 행로 거리인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 결정 및 비교 단계는,
    상기 반사 광 사이의 간섭 패턴을 설정하는 단계, 그리고
    그 간섭 패턴을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  43. 제 40 항에 있어서, 상기 결정 및 비교 단계는 상기 반사 광의 개개의 반사 각도를 측정하여 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  44. 제 40 항에 있어서, 하기의 관계식
    (E는 웨이퍼의 영률이고, v는 웨이퍼의 프와송비이며, Ds는 웨이퍼의 두께이고, R은 휨도로부터 유추 가능한 순 곡률 반경이며, Df는 웨이퍼 상에 증착된 박막의 두께)을 사용하여 휨 정도로부터 응력 레벨을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  45. 제 40 항에 있어서, 레이저 광 공급원으로부터 단색광의 광선을 얻기 위한 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  46. 제 42 항에 있어서, 마이컬슨 간섭계를 사용하여 상기 결정 및 비교 단계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  47. 제 40 항에 있어서, 상기 백색광 공급원과 단색광 공급원 사이를 광학적으로 전환하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  48. 제 40 항에 있어서, 분광기와 간섭계 사이를 광학적으로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  49. 제 48 항에 있어서, 상기 분광기가 상기 백색광 공급원과 선택되고 상기 간섭계는 상기 단색광 공급원과 선택되도록 광학적 전환 작동을 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  50. 제 49 항에 있어서, 어느 하나의 광원으로부터 상기 웨이퍼에 광선을 조사하기 위한 통합 광 형성 장치로의 광 전환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 통합 광 형성 장치는 상기 웨이퍼로부터의 반사 광을 수용하기에 유용한 복수 개의 광학 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 응력 및 두께 통합 측정 방법.
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