KR0134557Y1 - 반도체 소자의 표면 상태 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 시료가 올려져 고정되는 피에조일렉트릭 스캐너와, 상기 시료의 표면에 접촉하는 팁을 갖는 캔틸레버와, 상기 캔틸레버에 레이저를 조사하기 위한 레이저 다이오드 및 미러와, 상기 시료와 팁과의 힘 변화에 의해 발생되는 캔틸레버의 휨 정도에 따라 캔틸레버에서 편향되는 레이저의 위치 변화를 감지하고 그 위치의 변화에 따라 시료 표면 상태의 이미지를 형상화하는 디텍터를 구비하는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치로서, 상기 캔틸레버는 좌, 우변의 길이가 같은 사각형으로 되어 횡방향 비틀림 현상을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하고 있다. 상기 캔틸레버는 좌, 우변으로부터 내측으로 10㎛정도의 크기를 갖는 에지부를 제외한 전체면에 걸쳐 변위에 대한 공기의 저항을 최소화시키기 위한 복수개의 공기 통과공이 일정 간격으로 배열되도록 형성된다. 이와 같은 본 고안에 의하면 캔틸레버의 변위에 대한 공기의 저항이 최소화되고, 횡방향 비틀림이 일어나지 않게 되므로 종래와 같은 이미지 굴곡 현상을 방지할 수 잇고, 아울러 캔틸레버의 공명 진동수와 탄성계수를 높일 수 있어, 시료 표면에 대한 보다 정확한 정보를 구현할 수 있고, 또 조건 안정화에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

Description

반도체 소자의 표면 상태 감지장치

제1도는 일반적인 반도체 소자의 표면 상태 감지장치를 보인 개략도.

제2도는 종래의 캔틸레버 구조도.

제3도는 시료의 상태에 따라 캔틸레버의 힘의 작용 방향이 상이함을 보이는 동작 상태도.

제4도는 본 고안의 요부인 캔틸레버의 구조를 보인 사시도.

제5도는 본 고안 캔틸레버의 동작도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 캔틸레버 3a : 팁

3b : 공기 통과공

본 고안은 시료, 예를 들어 반도체 소자의 배선등에 팁을 갖는 레버를 근접시켜 발생하는 반 데르 발스 힘(Van Der Waals Force)의 변화를 이용하여 이미지를 3차원으로 형성하여 시료의 표면 상태에 관련된 여러 가지 정보를 얻는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치에 관한 것으로, 특히 캔틸레버(cantilever)의 횡방향 비틀림 현상 및 변위에 대한 공기의 저항을 최소화하여 보다 정확한 이미지를 구현할 수 있도록 한 반도체 소자의 표면 상태 감지장치에 관한 것이다.

통상적으로, 전자회로의 근간이 되는 반도체 소자는 반도체 재료, 예를들면 웨이퍼에 전도성 배선 등을 하여 이들의 다양한 접속을 통하여 이루어진다.

최근의 반도체 기술은 더욱더 적은 양의 전력으로 동작하는 점점 더 빠른 소자들을 요구하고 있다. 이러한 것은 전형적인 소자의 크기를 축소하는 것을 필요로 한다.

따라서 반도체 소자의 제조에 있어서, 예를 들면 반도체에 형성된 배선의 너비와 폭, 그리고 접속부의 너비와 폭등은 정확하게 측정되어져야 하며, 또한 패턴의 깊이 등 그 이외에도 반도체 소자의 표면에 대한 여러 정보의 관리가 요구되고 있다.

상기와 같은 반도체 소자의 표면에 대한 여러 정보를 영상화하여 측정하고 관리하는 장비로써, 어토믹 포스 마이크로스코프(atomic force microscope)라는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치가 알려지고 있다.

상기한 반도체 소자의 표면 상태 감지장치는 탄성 재질 즉, 외력에 의해 휘어질 수 있는 재질의 캔틸레버에 날카로운 팁(Tip)를 부착하여 이 팁을 시료 표면에 근접시킬 경우, 팁과 시료와의 사이에 발생하는 반 데르발스 힘의 변화를 이용하여 시료 표면에 대한 여러 관련 정보를 얻는 것으로, 이와 같은 반도체 소자의 표면 상태 감지장치의 전형적인 한 예가 제1도에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 시료(1)는 피에조일렉트릭 스캐너(2)에 올려져 있으며, 상기 시료(1)의 상부에는 팁(3a)을 갖는 캔틸레버(3)가 위치하고 있다. 또한 상기 캔틸레버(3)의 상부 일측에는 레이저 다이오드(4)로부터 발생되는 레이저를 캔틸레버(3)로 조사하기 위한 미러(5)가 배치되어 있고, 상기 캔틸레버(3)에서 반사되는 레이저의 위치 변화를 감지하는 데텍터(6)가 캔틸레버(3)에 인접하게 배치되어 있다. 또한 상기와 같은 장치는 피드백 시스템을 구비하고 있으나, 도면에서는 도시를 생략하고 있다.

이와 같이 구성된 반도체 소자의 표면 상태 감지장치는 캔틸레버(3)의 팁(3a)을 시료(1)의 표면에 가까이 대면, 두 부재 사이에서 발생되는 반 데르 발스 힘에 의해 캔틸레버(3)가 상하로 변형하게 되고, 이렇게 변형된 캔틸레버(3)에 레이저 다이오우드(4)를 통한 레이저를 발사하면 캔틸레버(3)의 휨 정도에 따라 캔틸레버(3)에서 굴절되는 레이저의 위치 변화가 생기게 되는데, 이러한 위치 변화를 디텍터(6)가 감지하여 그 위치의 변화에 따라 시료 표면 상태의 이미지(Image)를 3차원으로 형상화함으로써 시료 표면 상태에 관련된 정보를 얻는다.

한편, 상기의 동작에서 보면, 최종적으로 얻어지는 시료에 대한 이미지는 캔틸레버(3)의 변위상태가 결정적인 역할을 하고 있음을 알 수 있다. 이는, 시료 표면 이미지 형상화의 중요한 관련 정보인 캔틸레버(3)의 반사 정보다 캔틸레버(3)가 받는 힘의 크기와 형태(Repulsive Force or Attrative Force)에 따른 변위의 형태에 따라 변화하기 때문이다.

또한 상기한 캔틸레버(3)의 변위 상태는 전술한 바와 같이, 시료(1)와 팁(3a) 사이에서 발생되는 반 데르 발스 힘에 의해 주로 결정되지만, 상기 힘 이 외의 다른 요인에 의해서도 영향을 받는다. 이와 같은 캔틸레버(3)의 변위에 영향을 주는 다른 요인중에는 캔틸레버(3) 특유의 형상에서 비롯된 것이 있다.

보편적으로 캔틸레버는 제2도에 도시한 바와 같이, 수직적 반사의 저항성 약화와 측면적 뒤틀림 억제를 위하여 삼각형 형상의 캔틸레버를 사용하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 삼각형 캔틸레버를 채용한 반도체 소자의 표면 상태 감지장치는 캔틸레버의 형상으로 인한 이미지 굴곡 현상이 발생됨으로써 시료의 정확한 형상을 구현할 수 없다는 문제가 있었다.

즉, 제3도에 도시한 바와 같이, 시료(1)와 캔틸레버(3) 사이의 힘에 의해 캔틸레버(3)가 휘게 되는데, 시료의 상태에 따라 힘의 정도가 달라져 횡방향 비틀림이 일어나게 되고, 또 캔틸레버(3)의 단부가 날카로운 관계로 시료의 변화에 따른 힘의 평형이 이루어지지 않아 캔틸레버(3)의 횡방향 비틀림 현상이 일어남으로써 이미지 굴곡 현상이 나타나며, 이와 같은 캔틸레버(3)의 횡방향 비틀림 현상으로 인한 조건 안정화에 많은 시간이 소요되는 등의 문제가 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출한 것으로, 캔틸레버의 횡방향 비틀림을 최소화하여 이에 따른 이미지 굴곡 현상을 방지함으로써 보다 정확한 이미지를 구현할 수 있고, 조건 안정화 시간을 단축할 수 있도록 한 반도체 소자의 표면 상태 감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은, 시료 표면과 팁과의 힘에 의한 캔틸레버의 수직적 편향에 대한 공기의 저항성을 최소화시키고, 캔틸레버의 공명 진동수와 탄성계수를 증가시켜 시료 표면의 미세한 차이도 정확하게 형상화시킬 수 있도록 한 반도체 소자의 표면 상태 감지장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 고안의 목적은, 시료가 올려져 고정되는 피에조일렉트릭 스캐너와, 상기 시료의 표면에 접촉하는 팁을 갖는 캔틸레버와, 상기 캔틸레버에 레이저를 조사하기 위한 레이저 다이오드 및 미러와, 상기 시료와 팁과의 힘 변화에 의해 발새오디는 캔틸레버의 휨 정도에 따라 캔틸레버에서 편향되는 레이저의 위치 변호를 감지하고 그 위치의 변화에 따라 시료 표면 상태의 이미지를 형상화하는 디텍터를 구비하는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치에 있어서, 상기 캔틸레버는 좌, 우변의 길이가 같은 사각형으로 되어 횡방향 비틀림 현상을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치를 제공함으로써 달성된다.

바람직하게는 상기 캔틸레버는 좌, 우변으로부터 내측으로 10㎛정도의 크기를 갖는 에지(edge)부를 제외한 전체면에 걸쳐 변위에 대한 공기의 저항을 최소화시키기 위한 복수개의 공기 통과공이 일정 간격으로 배열되도록 형성된 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 공기 통과공은 그 지름이 1㎛의 크기로 형성되고, 이웃하는 공기 통과공간의 간격 또한 1㎛로 유지된다.

또한, 상기 캔틸레버는 그 장변의 길이가 180㎛ ~ 200㎛, 단변의 길이가 20㎛ ~ 30㎛, 두께가 0.6㎛ ~ 1.0㎛정도의 크기를 갖도록 형성된다.

이와 같은 본 고안에 의하면, 캔틸레버의 횡방향 비틀림을 최소화 할 수 있으므로 이미지 굴곡 현상을 방지할 수 있어, 보다 정확한 이미지를 구현할 수 있다.

또한, 캔틸레버의 수직적 반사에 대한 공기적 저항을 최소화 할 수 있고, 캔틸레버의 공명 진동수와 탄성계수를 증가시킴으로 인한 민감한 반응으로 시료 표면의 미세한 차이도 정확하게 형상화시킬 수 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

상세한 설명에 앞서 본 고안의 기본적인 구성 및 작동 원리는 상술한 일반적인 장치의 예와 동일하므로, 여기서는 중복된 설명은 생략하고 본 고안의 주요부인 캔틸레버에 대하여 중점적으로 설명함을 미리 밝혀두며, 도면 또한 캔틸레버만을 도시하였음을 밝혀둔다.

첨부한 제4도는 본 고안의 요부인 캔틸레버의 구조를 보인 사시도 이고, 제5도는 본 고안 캔틸레버의 동작도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 고안은 캔틸레버가 그의 좌, 우변이 동일한 크기를 갖는 판상의 직사각형으로 형성되어 있다. 따라서 종래 삼각형 구조의 캔틸레버에서 발생하는 횡방향 비틀림을 최소화할 수 있다.

또한, 본 고안은 캔틸레버의 내부 전체면에 걸쳐 시료 표면과 캔틸레버 팁(3a)의 힘에 의한 수직적 편향에 대한 공기의 저항성을 최소화시키기 위하여 복수개의 공기 통과공(3b)을 일정 간격으로 배열되도록 형성하였다. 따라서 공기의 저항이 감소되므로 캔틸레버(3)의 수직적 편향 크기를 높일 수 있고, 이는 결국 시료 표면 상태의 미세한 차이도 감지할 수 있는 것으로 된다. 여기서 상기 공기 통과공(3b)을 형성함에 있어서는 캔틸레버(3)의 이동 특성 강화를 위해 캔틸레버(3)의 좌, 우변으로부터 내측으로 약 10㎛정도의 크기를 갖는 에지부에는 형성하지 않는다. 또한 상기 공기 통과공(3b)은 그 지름이 1㎛의 크기를 갖도록 형성되며, 복수개의 공기 통과공(3b)들은 1㎛의 거리 간격을 유지하여 배열된다. 한편, 상기한 바와 같이 배열, 형성되는 공기 통과공(3b)은 포토리소그라피 기술을 이용한 도트 패턴으로 식각하는 것으로 형성된다.

또한, 본 고안에서는 캔틸레버의 형태, 두께 및 길이의 정도에 따라 영향을 받는 탄성계수와 공명 진동수를 높이기 위하여 캔틸레버(3)의 크기를 다음의 수치로 한정하였는 바, 이를 보면 장변의 길이는 180㎛ ~ 200㎛, 단변의 길이는 20㎛ ~ 30㎛, 두께는 0.6㎛ ~ 1.0㎛정도를 유지하도록 하였다.

이와 같은 캔틸레버(3) 이외의 다른 구성은 상술한 일반적인 장치와 같으며, 동작 또한 동일하게 이루어진다.

다만, 본 고안은 캔틸레버의 동작, 즉 시료와 캔틸레버 팁사이의 힘에 의한 캔틸레버(3)의 휨 변형시 캔틸레버가 직사각형을 유지함으로써 횡방향 비틀림을 최소화 할 수 있고, 캔틸레버(3)의 수직적 변위에 대한 공기 저항이 최소화되고 형태 및 크기의 설정으로 인한 캔틸레버(3)의 공명 진동수와 탄성계수가 증가됨으로써 캔틸레버(3)의 수직 편향 크기를 높일 수 있다. 따라서 시료 표면 상태의 미세한 차이도 감지할 수 있는 시스템을 구축할 수 있는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 의하면, 캔틸레버의 횡방향 비틀림을 최소화 할 수 있으므로 이미지 굴곡 현상을 방지할 수 있어, 보다 정확한 이미지를 구현할 수 있다.

또한, 캔틸레버의 수직적 반사에 대한 공기적 저항을 최소화 할 수 있고, 캔틸레버의 공명 진동수와 탄성계수를 증가시킴으로 인한 민감한 반응으로 시료 표면의 미세한 차이도 정확하게 형상화시킬 수 있다.

결국, 본 고안에 의하면, 시료 표면에 대한 보다 정확한 정보를 얻을 수 있고, 또 조건 안정화에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

이상에서는 본 고안을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 실용신안등록 청구의 범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 시료가 올려져 고정되는 피에조일렉트릭 스캐너와, 상기 시료의 표면에 접촉하는 팁을 갖는 캔틸레버와, 상기 캔틸레버에 레이저를 조사하기 위한 레이저 다이오드 및 미러와, 상기 시료와 팁과의 힘 변화에 의해 발생되는 캔틸레버의 휨 정도에 따라 캔틸레버에서 편향되는 레이저의 위치 변화를 감지하고 그 위치의 변화에 따라 시료 표면 상태의 이미지를 형상화하는 디텍테를 구비하는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치로서, 상기 캔틸레버는 좌, 우변의 길이가 같은 사각형으로 되어 횡방향 비틀림 현상을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 표면 상태 감지장지.
2. 제1항에 있어서, 상기 캔틸레버는 좌, 우변으로부터 내측으로 10㎛정도의 크기를 갖는 에지부를 제외한 전체면에 걸쳐 변위에 대한 공기의 저항을 최소화시키기 위한 복수개의 공기 통과공이 일정 간격으로 배열되도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 공기 통과공은 그 지름이 1㎛의 크기로 형성되고, 1㎛의 간격을 유지하여 배열된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 캔틸레버는 그 장변의 길이가 180㎛ ~ 200㎛, 단변의 길이가 20㎛ ~ 30㎛, 두께가 0.6㎛ ~ 1.0㎛정도의 크기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 표면 상태 감지장치