KR101045016B1 - 패턴 검사장치 - Google Patents

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Abstract

나노 사이즈를 갖는 미세패턴을 검사할 수 있는 패턴 검사장치가 개시된다. 패턴 검사장치는 엑스레이 발생기 및 엑스레이 검출기를 포함한다. 엑스레이 발생기는 미세패턴이 형성된 기판의 상부에 배치되어, 기판으로 엑스레이(X-ray)를 제공한다. 엑스레이 검출기는 기판의 하부에 엑스레이 발생기와 대응되도록 배치되고, 미세패턴을 투과한 엑스레이를 검출하여 미세패턴의 내부 상태를 검사할 수 있다. 이와 같이, 미세패턴을 투과한 엑스레이를 엑스레이 검출기를 이용하여 검출함으로써, 나노 사이즈를 갖는 미세패턴의 내부 상태를 정밀하게 검사할 수 있다.
엑스레이 발생기, 엑스레이 검출기

Description

패턴 검사장치{METHOD FOR INSPECTING PATTERNS}
본 발명은 패턴 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엑스레이(X-ray)를 통해 미세패턴들을 검사할 수 있는 패턴 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시장치 등과 같은 전자장치를 제조하는 과정 중에는 기판 상에 각종 패턴들을 형성하는 다수의 패턴 형성공정들이 수행된다. 이때, 상기 기판 상에 형성된 패턴 내에는 기포와 같은 불순물이 형성되어 있을 수 있고, 이러한 불순물은 상기 패턴의 접착력을 약화시켜 상기 패턴을 상기 기판으로부터 이탈시킬 수도 있다. 따라서, 상기 패턴들이 형성된 후 상기 패턴들의 내부 상태를 검사하여 상기 패턴의 양부를 판단할 수 있는 패턴 검사단계가 필요하다.
그러나 최근에 형성되는 상기 패턴들의 사이즈가 점점 작아져서, 상기 패턴들이 수십 나노 사이즈를 가질 수 있고, 그 결과 상기 패턴들의 내부 상태를 검사하기가 점점 더 어려워지는 문제점이 발생되고 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결 하고자 하는 과제는 나노 사이즈를 갖는 미세패턴의 내부 상태를 검사할 수 있는 패턴 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 패턴 검사장치는 엑스레이 발생기 및 엑스레이 검출기를 포함한다.
상기 엑스레이 발생기는 미세패턴이 형성된 기판의 상부에 배치되어, 상기 기판으로 엑스레이(X-ray)를 제공한다. 상기 엑스레이 검출기는 상기 기판의 하부에 상기 엑스레이 발생기와 대응되도록 배치되고, 상기 미세패턴을 투과한 상기 엑스레이를 검출하여 상기 미세패턴의 내부 상태를 검사할 수 있다.
상기 엑스레이 검출기는 광파장 변환부 및 광 검출부를 포함할 수 있다. 상기 광파장 변환부는 상기 엑스레이를 인가받아 상기 엑스레이의 파장을 변경하여 출력하고, 상기 광 검출부는 상기 광파장 변환부로부터 출력된 광을 검출한다. 여기서, 상기 광 검출부는 매트릭스 형태로 배치되고, 각각이 상기 미세패턴의 폭보다 작은 크기를 갖는 복수의 광검출 단위화소들을 포함할 수 있다.
상기 광검출 단위화소들 각각은 상기 광파장 변환부로부터 출력된 광을 전기로 변환시키는 PIN 포토다이오드, 및 상기 PIN 포토다이오드와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이때, 상기 PIN 포토다이오드는 상기 박막 트랜지스터의 상부에 적층되어 형성될 수 있다. 이와 다르게, 상기 광 검출부는 상기 광파장 변환부로부터 출력된 광을 전기로 변환시키는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.
한편, 상기 패턴 검사장치는 상기 기판을 지지하면서 상기 기판을 이동시킬 수 있는 스테이지를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 엑스레이 발생기 및 상기 엑스레이 검출기는 고정되어 있고, 상기 기판을 지지하는 상기 스테이지가 이동됨으로써, 상기 기판의 전 영역으로 상기 엑스레이를 조사하여 검출할 수 있다.
상기 엑스레이 발생기는 제1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖고, 상기 제1 방향으로의 라인(line) 형상의 엑스레이를 발생시켜 상기 기판으로 제공하는 라인 엑스레이 발생기일 수 있다. 또한, 상기 엑스레이 검출기는 상기 라인 엑스레이 발생기와 대응되게 상기 제1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖고, 상기 라인 형상의 엑스레이를 검출하는 라인 엑스레이 검출기일 수 있다. 여기서, 상기 기판은 상기 라인 엑스레이 발생기 및 상기 라인 엑스레이 검출기를 기준으로 상기 제1 방향에 대하여 실질적으로 수직한 제2 방향으로 이송될 수 있다. 또한, 상기 라인 엑스레이 발생기 및 상기 라인 엑스레이 검출기는 상기 기판을 기준으로 서로 대응되게 상기 제2 방향을 따라 회전할 수 있다.
상기 패턴 검사장치는 상기 엑스레이 검출기와 전기적으로 연결되어, 상기 엑스레이 검출기로부터 상기 미세패턴의 내부 상태의 영상 데이터를 인가받아 처리하는 메인 제어 시스템을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 패턴 검사장치에 따르면, 엑스레이 발생기에서 발생된 엑스레이가 미세패턴이 형성된 기판을 투과하여 엑스레이 검출기에 의해 검출됨으로써, 나노 사이즈를 갖는 상기 미세패턴의 내부 상태를 정밀하게 검사할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확 성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 검사장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이며, 도 3은 도 1의 패턴 검사장치 중 엑스레이 검출기를 도시한 개념도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 패턴 검사장치는 스테이지(100), 엑스레이 발생기(200), 엑스레이 검출기(300) 및 메인 제어 시스템(400)을 포함한다.
상기 스테이지(100)는 복수의 미세패턴들(20)이 형성된 기판(10)을 지지하면서 제1 방향으로 이동시킬 수 있다. 이때, 상기 스테이지(100)는 상기 엑스레이 발생기(200)에서 발생되는 엑스레이가 쉽게 투과될 수 있는 물질로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들어 투명한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(10) 상에 형성된 상기 미세패턴들(20)은 나노 사이즈의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 미세패턴들(20)은 약 10nm ~ 약 100nm 사이의 크기, 즉 폭과 길이를 가질 수 있다. 한편, 상기 미세패턴들(20) 중 일부의 내부에는 기포(22)와 같은 적어도 하나의 불순물이 포함되어 있을 수 있고, 상기 불순물은 상기 일부의 미세패턴들에게 상기 기판(10)과의 접착력 약화와 같은 악영향을 끼칠 수 있다.
상기 엑스레이 발생기(200)는 상기 스테이지(100)에 의해 지지된 상기 기판(10)의 상부에 배치되고, 엑스레이(X-ray)를 발생시켜 상기 기판(10)을 제공한다.
상기 엑스레이 발생기(200)에서 발생된 상기 엑스레이는 상기 미세패턴들(20), 상기 기판(10) 및 상기 스테이지(100)를 투과하여 상기 기판(10)의 하부로 출사된다. 이때, 상기 기판(10) 및 상기 스테이지(100)는 전 영역이 동일한 두께를 갖고 있으므로, 상기 엑스레이는 상기 미세패턴들(20)의 내부 상태 즉, 밀한 정도에 따라 투과되는 양이 달라진다. 따라서, 상기 엑스레이는 상기 미세패턴들(20) 중 상기 기포(22)가 있는 영역으로는 상대적으로 많은 양이 투과되고, 상기 기포가 없는 영역으로는 상대적으로 낮은 양이 투과될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 스테이지(100)가 상기 기판(10)을 상기 제1 방향으로 이동시킨다고 할 때, 상기 엑스레이 발생기(200)는 도 1과 같이 상기 제1 방향에 대하여 실질적으로 수직한 제2 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는 라인 엑스레이 발생기일 수 있다. 여기서, 상기 라인 엑스레이 발생기는 상기 제2 방향으로 라인(line) 형상을 갖는 엑스레이를 발생시켜 상기 기판(10)으로 제공할 수 있다.
상기 엑스레이 검출기(300)는 상기 기판(10)의 하부, 즉 상기 스테이지(100) 의 하부에 상기 엑스레이 발생기(200)와 대응되도록 배치된다. 상기 엑스레이 검출기(300)는 상기 엑스레이 발생기(200)에서 발생되어 상기 미세패턴들(20), 상기 기판(10) 및 상기 스테이지(100)를 투과하여온 상기 엑스레이를 인가받아, 상기 엑스레이를 검출할 수 있다. 따라서, 상기 엑스레이 검출기(300)는 투과되어온 상기 엑스레이의 검출량을 통해 상기 미세패턴들(20)의 내부 상태를 측정할 수 있다.
상기 엑스레이 검출기(300)는 광파장 변환부(300a) 및 상기 광파장 변환부(300a)의 하부에 배치된 광 검출부(300b)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 상기 광파장 변환부(300a)가 상기 광 검출부(300b)와 이격되어 배치된 것처럼 도시하였으나, 상기 광파장 변환부(300a)가 상기 광 검출부(300b)의 상면에 부착되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광파장 변환부(300a)는 필름형태로 상기 광 검출부(300b)의 상면에 부착되거나, 증착공정을 통해 상기 광 검출부(300b)의 상면에 증착되어 형성될 수 있다.
상기 광파장 변환부(300a)는 상기 미세패턴들(20), 상기 기판(10) 및 상기 스테이지(100)를 투과하여온 상기 엑스레이를 인가받고, 상기 엑스레이의 파장을 변경하여 출력한다. 이때, 상기 광파중 변환부(300a)는 상기 엑스레이를 가시광선, 예를 들어 그린광(green light)으로 변경시킬 수 있는 신틸레이터(scintillator)일 수 있다.
상기 광 검출부(300b)는 상기 광파장 변환부(300a)로부터 출력된 광, 즉 상기 가시광선을 검출하여, 상기 미세패턴들(20)의 내부 상태를 측정할 수 있다. 상기 광 검출부(300b)는 복수의 광검출 단위화소들(미도시)을 포함한다. 상기 광검 출 단위화소들은 상기 미세패턴들(20)의 내부 상태를 측정해야하기 때문에, 상기 미세패턴들(20)의 폭 또는 길이보다 작은 크기를 가져야한다. 예를 들어, 상기 미세패턴들(20)이 약 100nm 사이즈의 크기를 가질 경우, 상기 광검출 단위화소들은 100nm 사이즈보다 작은 크기를 가져야한다.
본 실시예에서, 상기 스테이지(100)가 상기 기판(10)을 상기 제1 방향으로 이동시키고, 상기 엑스레이 발생기(200)는 상기 라인 엑스레이 발생기일 때, 상기 엑스레이 검출기(300)는 상기 라인 엑스레이 발생기와 대응되게 상기 제2 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는 라인 엑스레이 검출기일 수 있다. 여기서, 상기 라인 엑스레이 검출기는 상기 라인 엑스레이 발생기에서 발생되어 상기 미세패턴들(20), 상기 기판(10) 및 상기 스테이지(100)를 투과한 상기 라인 형상의 엑스레이를 인가받아 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 검출부(300b)에서의 광검출 단위화소들은 상기 제2 방향을 따라 이웃하여 배치될 수 있다.
한편, 상기 라인 엑스레이 발생기 및 상기 라인 엑스레이 검출기는 도 2에서와 같이 상기 기판(10)을 기준으로 회전할 수 있고, 그로 인해 상기 미세패턴들(20)이 다양한 각도에서 측정되어, 상기 미세패턴들(20)의 내부형상을 보다 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 상기 라인 엑스레이 발생기 및 상기 라인 엑스레이 검출기는 상기 기판(10)을 기준으로 서로 대응되게 상기 제2 방향을 따라 회전할 수 있다.
상기 메인 제어 시스템(400)은 상기 스테이지(100), 상기 엑스레이 발생기(200) 및 상기 엑스레이 검출기(300)와 전기적으로 연결되어 상기 구성요소들을 각각 제어할 수 있다. 이때, 상기 메인 제어 시스템(400)은 일례로, 일반적인 개인 컴퓨터(PC)일 수 있다.
우선, 상기 메인 제어 시스템(400)은 상기 스테이지(100)를 제어하여 상기 스테이지를 이송시킬 수 있다. 또한, 상기 메인 제어 시스템(400)은 상기 엑스레이 발생기(200)를 제어하여, 원하는 타이밍때에 엑스레이를 상기 기판(10)을 향하여 출사시킬 수 있고, 상기 엑스레이 발생기(200)를 직선 또는 회전 운동시킬 수 있다. 또한, 상기 메인 제어 시스템(400)은 상기 엑스레이 검출기(300)를 제어하여 직선 또는 회전 운동시킬 수 있고, 상기 엑스레이 검출기(300)에서 검출된 상기 미세패턴들(20)의 내부 상태에 대한 영상 데이터를 인가받아 처리하여 외부로 표시할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 기판(10)의 전 영역을 검측하기 위해서는 상기 엑스레이 발생기(200) 및 상기 엑스레이 검출기(300)를 상기 기판(10)에 대해서 상대적으로 이동시켜야 한다. 예를 들어, 도 2와 같이, 상기 엑스레이 발생기(200)와 상기 엑스레이 검출기(300)를 고정시키되, 상기 기판(10)을 지지하고 있는 상기 스테이지(100)를 이동시켜, 상기 기판(100)의 전 영역에서의 상기 엑스레이의 투과량을 검출할 수 있다. 이와 다르게, 상기 기판(10)을 지지하고 있는 상기 스테이지(100)를 고정시키고 상기 엑스레이 발생기(200)와 상기 엑스레이 검출기(300)를 이동시킴으로써, 상기 기판(100)의 전 영역에서의 상기 엑스레이의 투과량을 검출할 수도 있다.
도 4는 도 3의 엑스레이 검출기 중 광 검출부의 일부를 확대해서 도시한 단 면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 광 검출부(300b)의 광검출 단위화소들 각각은 베이스 기판(310), 게이트 배선(미도시), 게이트 절연막(320), 데이터 배선(미도시), 박막 트랜지스터(TFT), 제1 층간 절연막(330), PIN 포토다이오드(DI), 제2 층간 절연막(350) 및 바이어스 배선(360)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(310)은 플레이트 형상을 갖고, 투명한 물질, 예를 들어 유리, 석영, 합성수지 등으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 배선은 상기 베이스 기판(310) 상에 제1 방향으로 형성되고, 상기 게이트 절연막(320)은 상기 게이트 배선을 덮도록 상기 베이스 기판(310) 상에 형성된다. 이때, 상기 게이트 절연막(320)은 무기물, 일례로 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어질 수 있다. 상기 데이터 배선은 상기 게이트 절연막(120) 상에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성된다. 이때, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 직교하는 방향인 것이 바람직하다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(G), 액티브 패턴(A), 오믹콘택 패턴(O), 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 포함한다. 상기 게이트 전극(G)은 상기 게이트 배선으로부터 분기되어 형성되고, 상기 액티브 패턴(A)은 상기 게이트 전극(G)과 중첩되도록 상기 게이트 절연막(320) 상에 형성된다. 상기 소스 전극(S)은 상기 데이터 배선으로부터 분기되어 상기 액티브 패턴(A)과 중첩되도록 형성되고, 상기 드레인 전극(D)은 상기 소스 전극(D)과 이격되도록 상기 액티브 패턴(A)과 중첩되어 상기 게이트 절연막(320) 상에 형성된다. 상기 오믹콘택 패턴(O)은 상기 소스 전극(S)과 상기 액티브 패턴(A) 사이와, 상기 드레인 전극(D)과 상기 액티브 패턴(A) 사이에 각각 형성되어, 전극과 패턴 사이의 접촉저항을 감소시킨다.
상기 제1 층간 절연막(330)은 상기 박막 트랜지스터(TFT) 및 상기 데이터 배선을 덮도록 상기 게이트 절연막(320) 상에 형성된다. 상기 제1 층간 절연막(330)은 일례로, 평탄한 상면을 갖는 유기 절연막일 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(330)에는 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)의 일부를 노출시키는 하부전극 콘택홀(332)이 형성된다.
상기 PIN 포토다이오드(DI)는 상기 제1 층간 절연막(330) 상에 형성되어 상기 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 PIN 포토다이오드(DI)는 하부 전극부(LP), 광변환 반도체부(340) 및 상부 전극부(HP)를 포함한다.
상기 하부 전극부(LP)는 상기 제1 층간 절연막(330) 상에 형성되어 상기 하부전극 콘택홀(332)을 통해 상기 드레인 전극(D)과 전기적으로 연결된다. 상기 하부 전극부(LP)는 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있지만, 불투명한 금속물질로 이루어질 수도 있다.
상기 광변환 반도체부(340)는 상기 하부 전극부(LP) 상에 형성되어 외부로부터 인가되는 광을 전기로 변환시킨다. 상기 광변환 반도체부(340)는 상기 하부 전극부(LP) 상에 형성된 N형 반도체층(342), 상기 N형 반도체층(342) 상에 형성된 진성 반도체층(344), 및 상기 진성 반도체층(344) 상에 형성된 P형 반도체층(346)을 포함한다.
상기 상부 전극부(HP)는 상기 광변환 반도체부(140) 상에 형성된다. 상기 상부 전극부(HP)는 외부로부터 인가되는 광을 투과시키도록 투명한 도전성 물질, 예를 들어 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 등으로 이루어진다.
상기 제2 층간 절연막(350)은 상기 PIN 포토다이오드(DI)를 덮도록 상기 제1 층간 절연막(330) 상에 형성된다. 상기 제2 층간 절연막(350)은 일례로, 평탄한 상면을 갖는 유기 절연막일 수 있다. 상기 제2 층간 절연막(350)에는 상기 상부 전극부(HP)의 일부를 노출시키는 상부전극 콘택홀(352)이 형성된다.
상기 바이어스 배선(360)은 상기 제2 층간 절연막(350) 상에 형성되어 상기 상부전극 콘택홀(352)을 통해 상기 상부 전극부(HP)와 전기적으로 연결된다. 상기 바이어스 배선(160)은 외부의 바이어스 구동부(미도시)로부터 리버스 바이어스(reverse bias) 및 포워드 바이어스(forward bias)를 인가받을 수 있다.
상기 바이어스 배선(360)은 상기 데이터 배선과 실질적으로 평행하게 형성된다. 이때, 상기 바이어스 배선(360)은 상기 PIN 포토다이오드(DI)와 중첩되는 영역을 최소화하여 필 펙터(fill factor)를 높이기 위해 상기 데이터 배선과 인접하거나 중첩되게 형성될 수 있다.
한편, 상기 바이어스 배선(360)은 2중막 구조, 예를 들어 투명 배선부(362) 및 금속 배선부(364)를 포함할 수 있다. 상기 투명 배선부(362)는 상기 제2 층간 절연막(360) 상에 형성되어 상기 상부전극 콘택홀(352)을 통해 상기 상부 전극부(HP)와 전기적으로 접촉한다. 이때, 상기 투명 배선부(362)는 상기 상부 전극부(HP)와 실질적으로 동일한 물질, 즉 투명한 도전성 물질로 이루어진다. 상기 금 속 배선부(364)는 상기 투명 배선부(362) 상에 형성되어 상기 바이어스 구동부와 전기적으로 연결된다.
한편, 본 실시예에서, 상기 바이어스 배선(360)은 상기 투명 배선부(162)가 생략되어 상기 금속 배선부(364)로만으로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 바이어스 배선(360)은 상기 제2 층간 절연막(350) 상에 형성되어 상기 상부전극 콘택홀(352)을 통해 상기 상부 전극부(HP)와 전기적으로 연결되는 것이 아니라, 상기 상부 전극부(HP) 상에 직접 형성되어 상기 상부 전극부(HP)와 전기적으로 연결될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 엑스레이 발생기(200)에서 발생된 상기 엑스레이가 상기 미세패턴들(20)이 형성된 상기 기판(20)을 투과하여 상기 엑스레이 검출기(300)에 의해 검출됨으로써, 나노 사이즈를 갖는 상기 미세패턴들(20)의 내부 상태를 정밀하게 검사할 수 있고, 이러한 검사 결과를 통해 상기 미세패턴들(20)의 양부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 엑스레이 발생기(200)가 상기 라인 엑스레이 발생기이고, 상기 엑스레이 검출기(300)가 상기 라인 엑스레이 검출기이며, 상기 라인 엑스레이 발생기와 상기 라인 엑스레이 검출기가 도 2에서와 같이 상기 기판(10)을 기준으로 회전할 경우, 상기 미세패턴들(20)이 다양한 각도에서 측정되어 상기 미세패턴들(20)의 내부형상을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 상기 광 검출부(300a)의 광검출 단위화소들이 상기 미세패턴들(20)의 내부 상태를 측정해야하기 위해 상기 미세패턴들(20)의 폭보다 작은 크기를 가져야 한다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 상기 PIN 포토다이오드(DI)가 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 상부에 적층되어 형성됨에 따라, 상기 광검출 단위화소들의 사이즈를 상기 미세패턴들(20)의 폭보다 작은 크기로 줄일 수 있다.
<실시예 2>
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴 검사장치 중 광 검출부의 일부를 확대해서 도시한 단면도이다.
본 실시예에 의한 패턴 검사장치는 광 검출부(300b) 중 광검출 단위화소들을 제외하면, 도 1, 도 2 및 도 3을 통해 설명한 제1 실시예에 의한 패턴 검사장치와 실질적으로 동일하므로, 상기 광검출 단위화소들 이외의 다른 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 광 검출부(300b)는 광파장 변환부(300a)로부터 출력된 광을 전기로 변환시키는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서일 수 있다. 여기서, 도 5에 도시된 광검출부(300b)는 CMOS 이미지 센서인 것을 일례로 도시하였다.
상기 CMOS 이미지 센서는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 단위센서들을 포함하고, 상기 단위센서들 각각은 예를 들어, 반도체 기판(310), 소자 분리부(320), 광전자 변환부(330), 전하 검출부(340), 전하 전송부(350) 및 층간 절연막(360)을 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판(310)은 주로 P형 기판을 사용하는 것이 바람직하며, 활성 영역과 소자 분리영역으로 구분되고, 상기 활성 영역은 다시 포토다이오드 영역과 트랜지스터 영역으로 구분될 수 있다. 도면에는 표시하지 않았으나, 반도체 기판 상부에는 P형 에피층(epitaxial layer)을 성장시키거나, 별도의 웰(well) 영역을 만들어 광전자 변환부(330), 전하 검출부(340), 전하 전송부(350) 등을 형성시킬 수 있다.
상기 소자 분리부(320)는 상기 반도체 기판(310) 내에 형성되어, 상기 활성 영역과 상기 소자 분리영역을 정의할 수 있다. 이때, 상기 소자 분리부(320)가 형성된 영역이 상기 소자 분리영역에 해당하고, 상기 소자 분리부(320)가 형성되지 않은 영역이 상기 활성영역에 해당한다. 상기 소자 분리부(320)는 예를 들어, LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 방법을 이용한 FOX(Field Oxide) 또는 STI(Shallow Trench Isolation)일 수 있다.
상기 광전자 변환부(330)는 상기 광파장 변환부(330a)로부터 출사된 광을 흡수하여 전하를 발생시키고, N형의 포토다이오드(332)와 상기 N형의 포토다이오드(332) 상에 형성된 P형의 피닝층(pinning layer, 334)을 포함한다. 상기 N형의 포토다이오드(332) 및 상기 P형의 피닝층(334)은 2번의 서로 다른 이온 주입 공정을 통해서 상기 반도체 기판(310) 내에 형성될 수 있다.
상기 전하 검출부(340)는 상기 반도체 기판(310)에 N+ 이온이 주입되어 형성된 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region, FD)으로, 상기 광전자 변환부(330)에서 축적된 전하를 전송받는다. 상기 전하 검출부(340)는 자체적으로 기 생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 상기 전하가 누적적으로 저장될 수 있다.
상기 전하 전송부(350)는 상기 광전자 변환부(330)에서 발생된 전하를 상기 전하 검출부(340)로 전하를 전송하는 적어도 하나의 트랜지스터로 이루어진다. 상기 트랜지스터는 상기 반도체 기판(310) 상에 형성된 게이트 절연막(352) 및 상기 게이트 절연막(352) 상에 형성되어 전하 전송 신호를 인가받는 게이트 전극(354)을 포함할 수 있다.
상기 층간 절연막(360)은 상기 소자 분리부(320), 상기 광전자 변환부(330), 상기 전하 검출부(340) 및 상기 전하 전송부(350)를 덮도록 상기 반도체 기판(310) 상에 형성된다. 상기 층간 절연막(360)은 무기 절연막 또는 유기 절연막일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 광 검출부(300b)가 CMOS 이미지 센서로 이루어짐에 따라, 나노 사이즈를 갖는 미세패턴들(20)의 내부 상태를 정밀하게 측정할 수 있다. 즉, 상기 CMOS 이미지 센서는 상기 미세패턴들(20)의 폭보다 작은 사이즈로 형성된 복수의 단위센서들을 포함하기 때문에, 상기 미세패턴들(20)을 투과한 엑스레이를 검출하여 상기 미세패턴들(20)의 내부 상태를 측정할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 검사장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 패턴 검사장치 중 엑스레이 검출기를 도시한 개념도이다.
도 4는 도 3의 엑스레이 검출기 중 광 검출부의 일부를 확대해서 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴 검사장치 중 광 검출부의 일부를 확대해서 도시한 단면도이다.
<주요 도면번호에 대한 간단한 설명>
10 : 기판 20 : 패턴
22 : 기포 100 : 스테이지
200 : 엑스레이 발생기 300 : 엑스레이 검출기
300a : 광파장 변환부 300b : 광 검출부
TFT : 박막 트랜지스터 DI : PIN 포토다이오드
400 : 메인 제어 시스템

Claims (13)

  1. 미세패턴이 형성된 기판의 상부에 배치되어, 상기 기판으로 엑스레이(X-ray)를 제공하는 엑스레이 발생기; 및
    상기 기판의 하부에 상기 엑스레이 발생기와 대응되도록 배치되고, 상기 미세패턴을 투과한 상기 엑스레이를 검출하여 상기 미세패턴의 내부 상태를 검사할 수 있는 엑스레이 검출기를 포함하고,
    상기 엑스레이 검출기는
    상기 엑스레이를 인가받아 상기 엑스레이의 파장을 변경하여 출력하는 광파장 변환부; 및
    상기 광파장 변환부로부터 출력된 광을 검출하는 광 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 검출부는
    매트릭스 형태로 배치되고, 각각이 상기 미세패턴의 폭보다 작은 크기를 갖는 복수의 광검출 단위화소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광검출 단위화소들 각각은
    상기 광파장 변환부로부터 출력된 광을 전기로 변환시키는 PIN 포토다이오 드; 및
    상기 PIN 포토다이오드와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 PIN 포토다이오드는
    상기 박막 트랜지스터의 상부에 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 광 검출부는
    상기 광파장 변환부로부터 출력된 광을 전기로 변환시키는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판을 지지하면서 상기 기판을 이동시킬 수 있는 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 엑스레이 발생기 및 상기 엑스레이 검출기는 고정되어 있고, 상기 기판을 지지하는 상기 스테이지가 이동됨으로써, 상기 기판의 전 영역으로 상기 엑스레이를 조사하여 검출하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 엑스레이 발생기는
    제1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖고, 상기 제1 방향으로의 라인(line) 형상의 엑스레이를 발생시켜 상기 기판으로 제공하는 라인 엑스레이 발생기인 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 엑스레이 검출기는
    상기 라인 엑스레이 발생기와 대응되게 상기 제1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖고, 상기 라인 형상의 엑스레이를 검출하는 라인 엑스레이 검출기인 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기판은 상기 라인 엑스레이 발생기 및 상기 라인 엑스레이 검출기를 기준으로 상기 제1 방향에 대하여 수직한 제2 방향으로 이송되는 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 라인 엑스레이 발생기 및 상기 라인 엑스레이 검출기는
    상기 기판을 기준으로 서로 대응되게 상기 제2 방향을 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 엑스레이 검출기와 전기적으로 연결되어, 상기 엑스레 이 검출기로부터 상기 미세패턴의 내부 상태의 영상 데이터를 인가받아 처리하는 메인 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 검사장치.
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