KR102405671B1 - 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 레이어의 결함 탐지 또는 특성화를 수행하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자 힘 현미경 시스템을 이용하여, 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 자기-조립 모노레이어 상의 결함 탐지를 수행하는 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 프로브 팁을 갖는 프로브를 포함하고, 소자에 관하여 프로브 팁이 프로브 팁 및 소자의 표면 사이에서 접촉할 수 있게 위치를 조정하도록 설정된다. 상기 시스템은 프로브 팁의 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하는 센서를 포함한다. 상기 방법은: 프로브 팁으로 표면을 스캐닝하는 단계; 음향 진동 신호를 소자에 인가하는 단계; 프로브 팁의 위치를 나타내는 출력 신호를 획득하는 단계; 스캐닝하는 동안 반도체 소자의 표면을 매핑하기 위해 프로브 팁 움직임을 모니터링하고, 결합 강도를 나타내는 접촉 강성을 매핑하기 위해 출력 신호의 부분을 이용하는 단계;를 포함한다.

Description

반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 레이어의 결함 탐지 또는 특성화를 수행하는 방법 및 시스템

본 발명은 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 레이어의 결함 탐지 또는 특성화를 수행하는 방법을 제시하는 것으로, 상기 레이어에는 자기-조립 모노레이어 또는 유도 자기-조립 레이어가 있다. 본 발명은 원자 힘 현미경 시스템에서, 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자를 제조하는 방법을 더 제시한다.

더 빠른 칩, 더 높은 처리 능력, 및 더 넓은 응용 분야를 달성하기 위해 반도체 소자들의 소형화가 계속되면서, 그에 따른 제조 방법이 더욱 도전받게 되었다. 리소그래피(lithographic) 방법들과 같은 종래의 제조 방법들은 희망하는 크기의 관점에서 달성할 수 있는 경계에 접근하게 되었다. 따라서, 반도체 소자들이 제조될 수 있는 크기의 규격을 더욱 감소시킬 수 있는 다른 기법들이 탐구되고 있다.

장래에 반도체 소자들을 제조하기 위해 큰 규격으로 적용될 수 있는 유망 기술들은, 선택적인 식각 및 선택적인 원자 레이어 증착 방법들뿐만 아니라, 패터닝(patterning)을 위한 유도 자기-조립(directed self-assembly, DSA)을 포함한다. 특히 이 기술, 자기-조립 모노레이어(self-assembled monolayer, SAM)의 구현은 마스크(mask)로서 적용될 수 있다. 예를 들어, 선택적인 식각의 경우 상기 모노레이어에서 보이드(void) 또는 오프닝(opening)에 의해 상기 SAM이 차단되는 영역들을 제외하고, 상기 SAM은 식각이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 SAM에서 이러한 오프닝을 패터닝함으로써, 상기 반도체 소자 아래의 물질에서 선택적인 식각이 수행될 수 있다.

비록 상기된 기술이 매우 작은 크기(20 나노미터 이하)의 독창적인 2차원 및 3차원 반도체 기기 구조들을 생성함에 있어서 매우 잘 동작하고 있으나, 상기 기술은 자기-조립 모노레이어 또는 유도 자기-조립 레이어에서 결함이 발생하기 쉽다. 자기-조립 모노레이어는 1 또는 2 나노미터의 크기를 가질 수 있는 분자들로 구성된 매우 부서지기 쉬운 모노레이어이다. 만약 단일 분자가 손실되면, 이는 적어도 이러한 크기의 결함을 생성하게 될 것이다. 유도 자기-조립 레이어들도 마찬가지로 부서지기 쉽고 그들의 응용, 예를 들어 패터닝 과정을 방해할 수 있는 분자들의 손실이 발생하기 쉽다. 이러한 이유에서, 상기 반도체 소자들에서 치명적인 결함이 생성되는 것을 방지하기 위해, 자기-조립 모노레이어 또는 유도 자기-조립 레이어(DSA)의 검사(inspection)가 의도하지 않은 핀홀(pinhole) 및 박리(delamination) 또는 물질 하부에 대한 SAM 또는 DSA의 결합 강도에서의 약함을 검사하도록 수행되어야만 한다.

본 발명의 목적은 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 자기-조립 모노레이어 또는 유도 자기-조립 레이어의 결함 탐지 또는 특성화(characterization)를 수행하는 방법을 제공하기 위함이며, 상기 방법은 제조 과정에서 적용에 적합하도록 시간 효율적이고 정확하다.

이러한 목적에서, 여기서는 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 레이어의 결함 탐지 또는 특성화를 수행하는 방법을 제공한다. 상기 레이어는 자기-조립 모노레이어 또는 유도 자기-조립 레이어일 수 있고, 상기 방법은 원자 힘 현미경 시스템을 이용하여 수행될 수 있다. 시스템은 프로브 팁을 갖는 프로브를 포함하고, 상기 시스템은 상기 결함 탐지를 수행하기 위해 상기 반도체 소자에 관하여 상기 프로브 팁이 상기 프로브 팁 및 상기 반도체 소자의 표면 사이에서 접촉할 수 있게 위치를 조정하도록 설정되고, 상기 시스템은 상기 프로브 팁의 위치를 감지하고 출력 신호를 제공하는 센서를 더 포함하며, 상기 방법은 상기 프로브 팁으로 상기 반도체 소자의 표면을 스캐닝하는 단계;를 포함하고, 상기 방법은: 변환기를 이용하여, 상기 반도체 소자에 음향 진동 신호를 인가하는 단계; 상기 스캐닝하는 동안 상기 센서로부터 상기 프로브 팁의 위치를 나타내는 상기 출력 신호를 획득하는 단계; 상기 스캐닝하는 동안 상기 반도체 소자의 표면을 매핑하기 위해 프로브 팁 움직임을 모니터링하고, 상기 반도체 소자의 표면 아래의 측정 깊이에서의 결합 강도를 나타내는 위치 종속적 접촉 강성(position dependent contact stiffness)을 매핑하기 위해 상기 출력 신호의 제 2 부분을 이용하는 단계;를 더 포함하되, 상기 출력 신호의 상기 제 2 부분은 제 2 주파수보다 높은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함한다. 어떠한 표면 결함들은 상기 반도체 소자의 표면을 매핑할 수 있도록 하는 상기 프로브 팁 움직임을 모니터링함으로써 탐지된다.

본 발명은 반도체 소자의 자기-조립 모노레이어 또는 유도 자기-조립 레이어의 특성화 또는 결함 탐지를 수행하기 위해 결합 강도 측정 및 표면 지형 매핑을 동시에 수행할 수 있도록 원자 힘 현미경(AFM) 방법을 초음파 힘 현미경(UFM), 또는 헤테로다인 힘 현미경(HFM), 또는 다른 원자 힘 음향 현미경 방법과 결합한다. 이를 달성하기 위해, 본 발명은 변환기를 이용하여 상기 반도체 소자에 음향 진동 신호를 추가적으로 인가하는 동안, 프로브를 통해 상기 소자의 표면을 스캐닝함으로써 AFM을 수행한다. 프로브 팁 움직임(motion)을 모니터링함으로써 획득되는 출력 신호의 제 1 부분, 예를 들어 저주파수 부분은, 표면 지형 매핑을 위해 요구되는 정보를 제공하는데 사용된다. 이러한 정보로부터, 규칙적인 AFM 표면 영상이 형성될 수 있고, 상기 정보는 식각 또는 증착 단계 동안 나중에 결함을 생성할 수 있는 핀홀을 형성하는 상기 자기-조립 모노레이어에서 손실된 분자들을 식별하는데 충분히 정확하다. 고주파수 성분들을 포함하는 상기 출력 신호의 제 2 부분은 접촉 강성 정보를 제공하는데 분석된다. 이러한 접촉 강성 정보는 상기 표면 아래의 탄성에 직접 관련되고, 그럼으로써 고려된 상기 측정 깊이에서의 결합 강도를 나타낸다. 게다가, 상기 방법은 측정 기법들의 결합으로 인해, 상기 표면 아래의 결함을 탐지하는 것이 가능하다.

따라서, 본 탐지 방법은 상기 자기-조립 모노레이어의 결합 강도를 동시에 모니터링하고 핀홀 또는 손실된 분자들, 또는 상기 표면 아래의 결함들을 탐지하는 것이 가능하다. 상기 방법은 높은 처리량으로 수행될 수 있다. 이는 본 발명의 결함 탐지 방법에서 자기-조립 모노레이어를 이용하여 선택적인 식각 또는 선택적인 증착 수단에 의해 반도체 소자들을 제조하기 위한 높은 처리량의 배치 프로세스에 적합하게 만든다.

다양한 실시예들에 따라, 상기 반도체 소자의 표면을 매핑하기 위해 상기 프로브 팁 움직임을 모니터링하는 단계는: 제 1 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함하는, 상기 출력 신호의 제 1 부분을 이용하는 단계; 또는 상기 반도체 소자의 표면에 관하여 상기 프로브 팁의 높이 교정을 나타내는 피드백 신호를 이용하는 단계; 또는 z-레벨 센서를 이용하여 상기 반도체 표면에 관하여 상기 프로브 팁의 높이의 높이 측정을 획득하는 단계; 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, 분석기 시스템 또는 제어 시스템은, 표면 지형 매핑을 수행하도록 요구되는 정보를 획득하기 위해, 저주파수(및 DC 또는 스태틱(static)) 신호 성분들을 포함하는 상기 출력 신호의 제 1 부분을 분석한다. 더욱이, 그러한 정보는 상기 표면 위의 스캔 헤드 또는 프로브의 높이를 제어하는 피드백 신호 및 높이 교정이 달성되는 것으로부터 획득될 수 있다. 또 다른 옵션은 상기 프로브의 높이 또는 높이 교정을 측정하기 위해 추가적인 z-레벨 센서를 사용하는 것이다. 이러한 정보를 획득할 수 있게 하는 많은 가능한 구현예들이 존재한다.

본 발명의 방법은 접촉 강성 정보를 제공하는 표면 아래(subsurface) 측정이 획득되는 측정 깊이를 설정하는 것이 가능하도록 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따라, 상기 방법은 상기 측정 깊이를 제어하는 시스템의 설정점 힘(setpoint force)을 제어하는 단계를 더 포함하는데, 상기 설정점 힘은 상기 프로브 팁에 의해 상기 표면에 인가된 힘을 나타내고, 상기 설정점 힘의 증가는 상기 측정 깊이가 증가하는 것을 야기하는 반면, 상기 설정점 힘의 감소는 상기 측정 깊이의 감소를 야기한다. 상기 설정점 힘은 상기 프로브 팁에 의해 상기 표면에 인가된 힘이고, 피드백 모드에서 원자 힘 현미경을 조작하는 것에 의해 제어될 수 있으며, 예를 들어 비례-적분-미분 피드백 제어기에 같은 피드백 제어기를 적용하는 것이다. 상기 설정점 힘을 증가시킴으로써, 정보가 획득되는 깊이가 증가될 수 있다. 사실, 상기 표면에 관한 특정 프로브 팁의 위치에서 범위에 걸쳐 다수의 설정점 힘 값들에서 설정되도록 상기 설정점이 수정된 경우, 상기 출력 신호(특히 상기 제 2 부분)의 분석은 자기 조립 모노레이어 및 그 아래의 물질 간의 인터페이스와 연관된 측정 깊이에 대응하는 상기 설정점 힘 값을 발견할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 반도체 소자의 표면을 스캐닝하기에 앞서, 자기 조립 모노레이어 및 그 아래에 놓인 반도체 물질 간의 결합 강도의 결합 강도 분석을 가능하게 하도록, 상기 설정점 힘이 상기 인터페이스와 연관된 상기 측정에 대응하는 특정 설정점 힘 값으로 조정(tuning)될 수 있다. 이는 아래에서 더 설명되듯이, 상기 변조 주파수의 조정을 수반하거나 또는 수반하지 않고 수행될 수 있다. 추가적인 실시예에 따라, 음향 진동 신호는 캐리어 주파수를 갖는 캐리어 웨이브(carrier wave) 신호 및 변조 주파수를 갖는 변조 신호를 포함한다. 여기서, 상기 설정점 힘을 제어하고, 상기 변조 주파수가 상기 출력 신호의 출력 신호 강도를 최적화하도록 제어될 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 상기 설정점 힘 값을 조정하는 것과 선택적으로 결합하여 수행될 수 있다. 상기 변조 주파수를 상기 설정점 힘으로 조정하는 것은 상기 설정점 힘 값을 변경함으로써 상기 접촉(contact) 공진 주파수 또한 변화한다는 이해에 기반한다. 특정 설정점에서 상기 접촉 공진 주파수는 예를 들어 복수 개의 변조 주파수 값들에 걸쳐 상기 변조 주파수를 스위프(sweep)하고, 상기 출력 신호의 복조 진폭 또는 복조 위상(phase)을 모니터링함으로써 발견될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 설정점 힘 값들에서 상기 변조 주파수의 주파수 스위프를 수행함으로써, 진폭 응답이 최대 값(또는 대신하여 또는 추가적으로 상기 위상이 공진 모드를 나타내는 변조 주파수)에서 이루어지는 변조 주파수를 발견할 때, 각각의 설정점 힘 값과 연관된 최적의 변조 주파수가 발견될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라, 상기 음향 진동 신호는 캐리어 주파수를 갖는 캐리어 웨이브 신호 및 변조 주파수를 갖는 변조 신호를 포함하고, 상기 반도체 소자에 관하여 상기 프로브 팁의 하나 이상의 위치에서, 상기 방법은, 복수 개의 설정점 힘 값에서 상기 설정점 힘을 연속하여 설정하도록 설정점 힘을 제어하는 단계, 및 각각의 설정점 힘 값에서, 각각의 설정점 힘 값으로 최적의 변조 주파수에 연관된 주파수 범위 내에서 복수 개의 주파수들에 걸쳐 상기 변조 주파수의 주파수 스위프를 수행하는 단계를 더 포함한다. 상기된 구성은 일반적으로 초음파 힘 현미경(UFM)을 포함한다. 상기 방법은 다양한 유형의 UFM 설정에서 수행될 수 있음에 주목하여야만 한다. 이들은, 예를 들어, 힘 변조 현미경(force modulation microscopy) 및 헤테로다인 힘 현미경(heterodyne force microscopy)을 더 포함한다.

추가적인 본 발명의 실시예에서, 모노레이어의 표면 결함 및 결합 강도를 동시 탐지하는 것이 가능하도록, 자기-조립 모노레이어 및 하위 부분 사이의 인터페이스 영역 또는 상기 반도체 소자의 레이어까지 상기 측정 깊이를 설정하도록 상기 설정점 힘이 제어된다. 특히, 바람직한 설시예에서, 상기 반도체 소자는 기판 또는 하나 이상의 기기 레이어들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 반도체 소자의 상위 레이어는 상기 자기-조립 모노레이어에 의해 제공되며, 상기 방법은 상기 자기-조립 모노레이어에서 표면 결함들을 동시에 탐지하고 상기 자기-조립 모노레이어의 결합 강도를 나타내는 위치 종속적 접촉 강성을 상기 반도체 기기에 매핑하도록 수행된다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 방법은: 상기 제 1 부분을 제공하기 위해 상기 출력 신호를 필터링하는 단계; 또는 상기 제 2 부분을 제공하기 위해 상기 출력 신호를 필터링하는 단계; 중 적어도 하나의 단계를 더 포함한다. 본 실시예에서, 원자 힘 현미경의 제어 시스템 또는 분석기 시스템 내의 저대역 필터 및 고대역 필터는 개별 분석을 위해 상기 출력 신호의 상기 제 2 부분에서 상기 출력 신호로부터 상기 제 1 부분을 분리한다. 예를 들어, 제어 시스템의 저대역 필터 및 제 1 분기(branch)의 초입(beginning)은 상기 출력 신호의 스태틱 또는 DC 성분들을 포함하는 저주파수 성분들만을 통과시킨다. 이해되는 바와 같이, 상기 표면 지형 정보는 상기 출력 신호의 이러한 저주파수 부분들을 분석함으로써 특히 발견될 수 있다. 이는 상기 표면의 높이 차이에 의해 야기된 상기 프로브 팁의 굴절에서 변화들이 상기 표면에 관하여 상기 프로브의 스캐닝 속도에 비례하여 변화하는 것으로 발견되기 때문이다. 따라서, 상기 표면 지형 측정을 위한 정보의 대부분은 상기 출력 신호의 저주파수 비율에서 발견될 수 있다. 그러나 상기 출력 신호의 상기 제 1 부분을 제공하는 저대역 필터의 임계 주파수가 아주 결정적(critical)이지는 않다. 그러나, 상기 저대역 필터의 임계값은 AFM에 의해 스캐닝 스피드 및 샘플링에 대해 충분히 빠르도록 샘플링 레이트보다 약간 높게 설정될 수 있다(예를 들어 1.024kHz에 대응하여, 초당 1024 픽셀의 샘플링 레이트, 저대역 필터를 위한 차단(cut-off) 주파수는 2kHz가 될 수 있다). 상기된 바를 고려할 때, 상기 저대역 필터의 차단 주파수를 위한 전형적인 범위는 샘플링 레이트보다 큰 임계 주파수, 예를 들어 샘플링 레이트의 5배가 될 수 있다. 그러나, 언급한 바와 같이, 저대역 필터를 위해 선택된 특정 임계 주파수는 아주 결정적이지는 않고 이상에서 표시된 것과 다를 수 있다.

고대역 필터에 있어서, 차단 주파수보다 큰 주파수를 갖는 어떠한 신호 성분을 통과시킬 수 있도록, 차단 주파수와 유사한 임계 주파수가 사용될 수 있다. 예를 들어, 저대역 필터에 관하여 앞서 언급한 2 kHz의 차단 주파수를 고려할 때, 고대역 필터 또한 차단 주파수 2 kHz에서 설정될 수 있다. 고대역 필터의 상기 차단 주파수는 음향 진동 신호의 상기 변조 주파수보다 적어도 더 낮아야만 한다. 바람직하게, 상기 음향 진동 신호는 초음파 신호 및 변조 신호로 구성된다. 상기 초음파 신호는 예를 들어 MHz(megahertz)-범위 내에 있을 수 있는 반면, 상기 변조 신호는 거의 상기 프로브 캔틸레버 공진 주파수, kHz(kilohertz)-범위에 가까울 수 있다. 상기 프로브의 전형적인 공진 주파수들은 300 kHz 내지 1700 kHz의 범위 내에 있을 수 있고, 바람직하게 500 kHz 내지 1500 kHz, 보다 바람직하게 500 kHz 내지 1000 kHz의 범위가 될 수 있다. 고대역 필터의 차단 주파수를 2 kHz로 설정함으로써, 상기 저주파수 성분들이 제거되고 모든 고주파수 성분들(더 높은 진동 모드를 포함하여)이 통과된다. 2 kHz 대신에, 고대역 필터의 차단 주파수는 저대역 필터의 차단 주파수로부터 시작하여 300 kHz에 이르는 전형적인 범위를 가질 수 있다. 그러나, 상기 범위의 상한은, 예를 들어 프로브 캔틸레버의 예상되는 공진 주파수의 75%까지 더 커질 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 반도체 소자에 음향 진동 신호를 인가하는 단계는: 상기 프로브를 통해 상기 변환기가 상기 프로브 팁을 통해 상기 음향 진동 신호를 인가하는 단계; 또는 상기 변환기가, 상기 반도체 소자 아래에 위치한 접촉 표면, 상기 반도체 소자의 상위 측면, 또는 상기 반도체 소자의 측면 중 적어도 하나를 통해, 상기 반도체 소자에 직접 상기 음향 진동 신호를 인가하는 단계; 중 적어도 하나에 의해 수행된다. 사실, 이는 두 가지 특정 실시예들: 음향 진동 신호가 상기 프로브를 통해 상기 반도체 소자에 인가되는 실시예 및 음향 진동 신호가 상기 반도체 소자에 직접 인가되는 실시예;를 포함한다. 상기 프로브를 통해 음향 진동 신호를 인가하는 것은, 종종, AFM 시스템의 센서에 의해 감지된 상기 출력 신호에서 더 좋은 신호 대 잡음비를 제공한다. 이는 복수 개의 주파수들에 대응하여(특정 공진 주파수를 갖는 것보다는) 상기 프로브 팁을 제공하도록 상기 프로브 팁이 개발되는 동안 적절하게 형성될 수 있다는 사실 때문일 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 상기 공진 주파수는 특정 측정을 위해 AFM 내에 설정된 상기 설정점 힘 값에 의존한다. 그러나, 이해될 수 있는 바와 같이, 상기 프로브 팁의 적절한 형성 및 공진 주파수의 상기 설정점 힘 의존의 조합은 신호 대 잡음비에 유리하게 영향을 줄 수 있다. 반면, 음향 진동 신호가 상기 반도체 소자에 직접 인가되는 실시예들에서, 예를 들어 상기 반도체 소자의 아래 또는 측면에 또는 상부 표면에 변환기를 부착함으로써, 이러한 실시예들에서 상기 변환기 및 상기 반도체 소자 간의 좋은 커핑(cupping)d이 신호 대 잡음비에 긍정적인 영향을 줄 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따라, 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판 또는 하나 이상의 기기 레이어들 중 적어도 하나 위에 자기-조립 모노레이어를 위치시키는 단계, 및 원자 힘 현미경 시스템을 이용하여 상기 자기-조립 모노레이어의 결함 탐지를 위해 청구항 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 항에 따른 방법을 수행하는 단계를 포함하고, 시스템은 프로브 팁을 갖는 프로브를 포함하고, 상기 시스템은 상기 결함 탐지를 수행하기 위해 상기 반도체 소자에 관하여 상기 프로브 팁이 상기 프로브 팁 및 상기 반도체 소자의 표면 사이에서 접촉할 수 있게 위치를 조정하도록 설정되고, 상기 시스템은 상기 프로브 팁의 위치를 감지하고 출력 신호를 제공하는 센서를 더 포함하며, 상기 방법은, 상기 프로브 팁으로 상기 반도체 소자의 표면을 스캐닝하는 단계;를 포함하고, 상기 방법은: 변환기를 이용하여 상기 반도체 소자에 음향 진동 신호를 인가하는 단계; 상기 스캐닝하는 동안 상기 센서로부터 상기 프로브 팁의 위치를 나타내는 상기 출력 신호를 획득하는 단계; 상기 반도체 소자의 표면을 매핑하기 위해 상기 출력 신호의 제 1 부분을 이용하고, 상기 반도체 소자의 표면 아래의 측정 깊이에서의 결합 강도를 나타내는 위치 종속적 접촉 강성을 매핑하기 위해 상기 출력 신호의 제 2 부분을 이용하는 단계;를 더 포함하되, 상기 출력 신호의 상기 제 1 부분은 제 1 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함하고, 상기 출력 신호의 상기 제 2 부분은 제 2 주파수보다 높은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함한다.

특히, 이러한 제 2 태양의 일부 실시예들에 따라, 상기 방법은 상기 자기-조립 모노레이어의 증착 및 결함 탐지 후, 반도체 기기의 기기 구조들을 형성하기 위해 선택적인 원자 레이어 증착 또는 선택적인 식각 중 적어도 하나를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제 3 태양에 따라, 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 자기-조립 모노레이어의 결함 탐지를 수행하기에 적합한 원자 힘 현미경 시스템이 제공된다. 시스템은 프로브 팁을 갖는 프로브를 포함하고, 상기 시스템은 상기 결함 탐지를 수행하기 위해 상기 반도체 소자에 관하여 상기 프로브 팁이 상기 프로브 팁 및 상기 반도체 소자의 표면 사이에서 접촉할 수 있게 위치를 조정하도록 설정되고, 상기 시스템은 상기 프로브 팁의 위치를 감지하고 출력 신호를 제공하는 센서를 더 포함하고, 상기 시스템은 상기 프로브 팁으로 상기 반도체 소자의 표면을 스캐닝하기 위한 스캐닝 구동기; 상기 반도체 소자에 음향 진동 신호를 인가하기 위한 변환기; 및 상기 스캐닝하는 동안 상기 센서로부터 출력 신호를 수신하기 위한 제어 시스템;을 더 포함하되, 상기 출력 신호는 상기 스캐닝하는 동안 상기 프로브 팁의 위치를 나타내며, 상기 제어 시스템은 표면 결함들의 탐지를 위해 상기 반도체 소자의 표면을 매핑하도록 상기 출력 신호의 제 1 부분을 이용하고, 상기 반도체 소자의 표면 아래의 측정 깊이에서의 결합 강도를 나타내는 위치 종속적 접촉 강성을 매핑하도록 상기 출력 신호의 제 2 부분을 이용하여 설정되고, 상기 출력 신호의 상기 제 1 부분은 제 1 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함하며, 상기 출력 신호의 상기 제 2 부분은 제 2 주파수보다 높은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함한다. 본 문서에서, 비록 여러 번 자기-조립 모노레이어들(SAMs)에서 결함 탐지를 참조하였음에도 불구하고, 본 방법은 이미 앞서 언급된 바와 같이, 자기-조립 레이어들(DSAs)에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 따라서, 자기-조립 모노레이어들(SAMs)에 대해 참조되는 본 문서의 어디에서든지, 유사한 사상이 유도 자기-조립 레이어들(DSAs)에 적용될 수 있으며, 따라서 두 용어(SAM 및 DSA)가 교환될 수 있음을 명심하여야만 한다. 더욱이, 결함 탐지에 더하여, 상기 방법은 레이어와 같은 특성화를 가능하게 한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여, 특정 실시예들의 설명에 의해 더 자세히 설명될 것이다. 상세한 설명은 본 발명의 가능한 구현예를 제공하나, 단지 그 범위 아래 들어가는 실시예들만을 기술하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 발명의 범위는 청구항에서 정의되고, 상세한 설명은 본 발명을 한정하지 않는 예시로서 간주되어야만 한다. 도면들에서:
도 1 및 도 2는 본 발명의 방법을 수행하는 반도체 소자를 포함하는 원자 힘 현미경 시스템을 도시하였다;
도 3은 프로브 팁을 통해 음향 진동들을 인가하는, 본 발명의 추가 실시예를 도시하였다;
도 4는 다양한 설정점 힘 값에서 설정점 및 변조 주파수를 조정하는 주파수 응답 특성을 도시하였다;
도 5a 및 도 5b는 희망하는 설정점 힘 값을 결정하기 위한 주파수 응답 특성의 접촉 공진 주파수 및 FWHM를 도시하였다;
도 6a 및 도 6b는 다양한 설정점 힘 값에서 측정된 접촉 강성 및 접촉 손실률(contact loss rate)를 도시하였다.

도 1은 본 발명의 방법의 사용 및 본 발명의 실시예에 적합한 원자 힘 현미경 시스템(AFM)(1)을 개략적으로 도시하였다. 도 1의 시스템(1)의 또 다른 구성은 대응하는 참조 번호들을 나열하여 도 2에 도시하였다. 상기 시스템(1)은 캔틸레버(4) 및 프로브 팁(5)을 갖는 프로브(3)를 포함한다. 상기 프로브 팁(5)은 반가공 반도체 소자(12) 상에서 자기-조립 모노레이어(14)의 표면(15)과 접촉하여 움직인다. 광 소스(light source)(7), 일반적으로 레이저는 상기 프로브 팁(5)의 뒤에서 발생되는 광 신호 빔(8)을 제공한다. 반사된 광 빔(9)은 광 센서(10)에 의해 수신된다. 모노레이어(14)의 표면(15)과 직각을 이루는 상기 프로브 팁(5)의 어떠한 진동은 반사된 광 빔(9)의 굴절을 야기할 것이다. 이러한 굴절은 추가적인 분석을 위해 (전기적인) 출력 신호(39)를 제공하는 광 센서(10) 수단에 의해 정확하게 결정될 수 있다.

본 발명의 결함 탐지 방법은 표면 지형 측정을 수행하는데 더하여, 음향 진동 신호를 상기 반도체 소자(12)에 인가하고, 이는 표면(15)에서 음향 진동을 야기한다. 이러한 진동들은 상기 프로브 팁(5)에 의해 매우 정확하게 감지될 수 있다. 도 1의 시스템(1)에서, 변환기(20)는 상기 반도체 소자(12)의 아래에 배치된다. 연결 매질(21)(예를 들어 액체, 오일 또는 그리스(예를 들어 바세린))은 음향 변환기(20) 및 상기 반도체 소자(12) 간에 낮은 저항 연결을 제공한다. 이는 상기 변환기(20)가 생성한 음향 신호가 뒤쪽 측면으로부터, 예를 들어 도 1에 예시된 구성과 같이, 상기 반도체 소자(12)를 관통할 수 있게 한다. 이에 관하여, 상기 반도체 소자(12)의 뒤쪽 측면으로부터 상기 음향 신호를 인가하는 것이 본 발명에 필수적인 것이 아니라는 점을 밝혀둔다. 음향 진동 신호를 인가하기 위한 상기 변환기(20)는 상기 음향 진동 신호가 희망하는 어떠한 방향으로부터 인가될 수 있도록 하기 위해(예를 들어 위, 아래, 측면으로부터, 또는 또 다른 부품 또는 개체를 통해), 상기 반도체 소자(12)에 관한 다른 장소에 위치할 수 있다. 도 3과 관련하여 이하에서 더 논의되는 실시예에 따라, 상기 음향 진동 신호는 상기 프로브 팁(5) 또는 프로브(3)에 부착되거나 또는 연결된 변환기(70)를 이용하여 인가될 수도 있다.

도 1에서 상기 반도체 소자(12)는 기판 레이어(13), 및 레이어(17)와 같은 하나 이상의 선택적인 기기 레이어로 구성된다. 도 1에서 상기 반도체 소자(12)는 반가공 반도체 소자이며, 따라서 제조된 후에 추가적인 레이어들을 수용하거나 또는 수용하지 않을 수 있다. 상기 기기 레이어(17)는 상기 표면(15)에서 높이 변화로서 탐지될 수 있는 구조들(18)(예를 들어 나노 구조들)로 구성된다. 제조 과정 중에 나중에 선택적인 식각 또는 선택적인 증착을 수행할 수 있도록, 자기-조립 모노레이어(14)는 현미경 시스템(1)에 표면(15)을 노출하는 레이어(17)를 덮는다. 이해될 수 있는 바와 같이, 도 1에 도시된 상기 반도체 소자(12)(또한 본 문서를 통해 다른 도면들에 도시된 반도체 소자들)는 단지 예에 불과하다.

상기 반도체 소자(12)를 관통한 후, 변환기(20)에 의해 제공되는 상기 음향 진동 신호(50)는 상기 표면(15)에 음향 진동들을 제공하는 상기 레이어들(13, 17 및 14)을 통해 전달된다. 이들은 상기 프로브 팁(5)에 의해 감지될 수 있다. 표면(15)에 관하여 상기 프로브(3)를 스캐닝함으로써, 상기 프로브 팁(5)이 상기 반도체 소자(12)의 상기 표면(15) 상의 경로를 따르면, 상기 반도체 소자(12)의 상기 표면 지형이 측정 가능하게 되고 매핑될 수 있다. 이러한 정보를 획득하기 위한 다양한 가능성이 존재한다. 주로, 저대역 필터(30)를 통해 상기 출력 신호(39)를 유도함으로써, 상기 출력 신호(39)의 저주파수 성분들이 피드백 제어 시스템(31)에 제공될 수 있다. 이러한 시스템(31)은 피드백 모드에서 설정점 힘에서 상기 프로브 팁을 유지하기 위해 AFM Z-피에조 부(piezo unit)(23)(도 3 참조)를 제어하도록 비례-적분-미분(PID) 피드백 제어기(65)(도 3 참조) 및 증폭기(66)(도 3 참조)를 이용한다. 이러한 신호는 상기 표면(15)의 표면 지형 매칭을 수행하기 위해 요구되는 정보를 포함하고, 이런 이유로 모노레이어(14)의 표면(15) 영상을 생성한다. 상기 영상으로부터 또는 매핑 데이터로부터, 모노레이어의 손실 분자와 같은 결함(즉, 핀홀)이 탐지된다. 고정점(예를 들어 계량(metrology) 프레임 상에서)에 관하여 상기 프로브 헤드(22)(도 3 참조)의 Z-거리(distance)를 직접 결정하는 추가적인 Z-레벨 센서(53)(도 3 참조)를 포함함으로써, 이러한 동일한 정보가 선택적으로 또는 추가적으로 획득될 수 있다. 이런 이유에서, 상기 신호(39)의 저주파수 성분들을 포함하는, 상기 출력 신호(39)의 상기 제 1 부분으로부터 상기 표면 지형 측정을 획득하는 것은 필수적인 것이 아니다.

상기 변환기(20)를 통해 상기 반도체 소자(12)에 제공되는 음향 진동 신호(50)는 고주파수 성분 f1 및 저주파수 성분 f2로 구성되며, 다음과 같이 생성된다. 하나 이상의 신호 발생기들(29)은 적어도 제 1 주파수 발생기(25), 제 2 주파수 발생기(26), 및 신호 믹서(28)를 포함한다. 고주파수 입력 신호 성분 f1(25) 및 저주파수 입력 신호 성분 f2(26)은 믹서(28)에 의해 믹싱되고 상기 변환기(20)에 제공된다. 연결 매질(21)(본 실시예에서는 바세린이 될 수 있다)을 통해, 상기 변환기(20)는 음향 진동 신호를 상기 반도체 소자(12)의 기판 레이어(13)에 전송한다. 광 센서(10)로부터 상기 센서 신호가 접촉 모드 피드백을 위해 저대역 필터(30)에 제공되고, 저대역 필터(30)의 출력은 피드백 제어 시스템(31)에 전송된다. 상기 저대역 필터는, 예를 들어, 2 kHz 근처의 차단 주파수를 갖는다. 이는 스캐닝 스피드에 관해 충분히 빠르지만, 샘플링 레이트보다 조금 높을 뿐이다(예를 들어 1.024 kHz의 샘플링 레이트에 대응하여 1초당 1024 픽셀). 피드백 제어 시스템(31)은 설정점 힘에 고정된 AFM 시스템을 유지하기 위해 피드백 신호를 이용한다. 상기 광 센서(10)로부터 상기 출력 신호(39)가 고대역 필터(34)에 더 제공된다. 상기 고대역 필터(34) 또한, 예를 들어 2 kHz 근처의 차단 주파수를 가지며, 따라서 고주파수 초음파 신호(즉, 성분 f1를 포함) 및 저주파수 변조 신호(즉, 성분 f2 포함)를 포함하는 상기 출력 신호(39)의 상기 제 2 부분을 복조기(35)에 전송한다. 상기 복조기(35)는 신호 발생기(29)로부터 참조 신호로서 저주파수 입력 신호 f2(26)을 더 수신한다. 복조기(35)의 출력 신호는, 결합 강도 분석을 가능하게 하도록, 접촉 강성에서 표면 아래 측정 정보를 획득함으로써 위치 종속적(location dependent) 초음파 출력 신호를 분석하는 분석 시스템(38)에 제공된다. 주파수 발생기들(25, 26), 믹서(28), 복조기(35), 및 선택적인 분석 시스템(38)은 통합 시스템(43)을 형성할 수 있다. 이하의 도 3에서, 상기 주파수 발생기들(25, 26), 믹서(28), 및 복조기(35)는 모두 로크인(lockin) 증폭기(43)의 부품이다.

이상에서, 원자 힘 현미경의 설정점 힘을 조절함으로써, 결합 강도 측정을 수행하는 측정 깊이가 제어될 수 있음을 설정하였다. 그러나, 상기 설정점 힘을 변경함으로써, 상기 시스템의 응답 특성 역시 변화하고, 캔틸레버의 공진 주파수가 이동하는(shift) 결과를 야기한다. 도 4에서, 복조 진폭(milliVolt에서)은 복수 개의 설정점을 위한 실리콘 옥사이드(SiO2) 반도체 소자에 대해 상기 변조 주파수 fm(kHz에서)에 의존하여 표시되었다. 각각의 설정점 값(그래프의 우측 상단 모서리에 표시된)에 대해, 공진 주파수 및 FWHM(full width at half maximum)를 결정하기 위해 로렌츠 피팅(Lorentzian fit)이 수행되었다. 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 반도체 소자(도 4에 미도시)를 이용함으로써 유사한 측정들이 달성된다. 도 4에서, 가장 낮게 측정된 설정점 힘(설정점 힘 값은 -5.1 nN(nanoNewton)과 같다)에서 상기 진폭에 대한 주파수 응답 그래프는 참조 번호 82에 의해 표시되었다. 이러한 설정점 값에서 대응하는 공진 주파수는 대략 533 kHz이다. 가장 높게 측정된 설정점 힘(설정점 힘 값은 47.1 nN과 같다)에 대한 진폭의 주파수 응답 특성은 참조 번호 83에 의해 표시되었다. 이러한 설정점 힘 값에서 공진 주파수는 대략 551 kHz이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 일단 상기 설정점 힘 값이 희망하는 측정 깊이에서 접족 강성에 정보를 제공하도록 조정되면, 충분히 높은 신호-대-잡음비를 달성할 수 있도록 상기 변조 주파수 f2 역시 바람직하게 조정된다. 그러나, 본 발명에 따라, 자기-조립 모노레이어(14) 및 아래의 물질 레이어(17) 간의 인터페이스와 연관된 희망하는 측정 깊이에 대응하는 설정점 힘을 결정하기 위해 변경한 설정점 힘 값을 이용하여 공진 주파수의 이동을 분석하는 것 또한 가능하다. 이는 예를 들어 도 5a 및 도 5b에 도시되었다. 도 5a에서, 설정점 힘(nN)에 의존하는 접촉 공진 주파수(kHz)가 실리콘 옥사이드(SiO2) 반도체 소자 및 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 소자에 대해 도시되었다. 커브(84)는 상기 실리콘 옥사이드 기판에 대하나 공진 주파수를 도시하였다. 영역(85)으로 표시된 상기 설정점 힘 값 범위의 제 1 부분에서, 접촉 공진 주파수는 주로 상기 반도체 소자의 표면과 상호작용함으로써 결정된다. 상기 설정점 힘의 증가는 접촉 공진 주파수 커브가 평평해지는 결과, 예를 들어 영역(86)을 야기한다. 이러한 영역에서, 상기 응답 특성 역시 자기-조립 모노레이어 및 아래의 레이어 간의 인터페이스에 의해 결정된다. 따라서, 자기-조립 모노레이어(14)의 결합 강도를 분석하기 위하여, 상기 설정점 힘은 (이 기판에 대해) 9 내지 25 nanoNewton 사이에서 조정될 수 있다. 도 5d는 접촉 공진 라인 너비, 즉 도 4에 도시된 진폭에 대한 주파수 응답 특성의 FWHM(full width at half maximum)의 그래프를 보여준다. 커브(87)는 실리콘 옥사이드 기판을 이용하여 수행되는 측정에 대응한다. 또한, 상기 커브의 상기 제 1 영역(88)은 상기 기판의 표면(15)과 상호작용함으로써 주로 획득되는 부분을 포함한다. 그러나, 설정점 힘의 증가와 함께 상기 FWHM가 빠르게 감소하고, 영역(89)에서 응답 특성 역시, 자기-조립 모노레이어 및 아래의 물질 사이의 인터페이스 영역을 포함하는, 기판의 더 깊은 레이어에 의해 통제된다.

도 6a는 실리콘 옥사이드 기판 및 지르코늄 옥사이드 기판에 대해 설정점 힘에 의존하는 측정된 접촉 강성을 도시하였다. 실리콘 옥사이드 기판에 대해, 커브(90)는 측정된 접촉 강성을 제공한다. 영역들(91, 92)은 접촉 강성이 주로 상기 표면(15)(영역 91) 및 자기-조립 모노레이어 및 아래의 물질(영역 92) 사이의 인터페이스를 포함하는 접촉 강성에 의해 통제되는 것을 도시한다. 도 6b는 실리콘 옥사이드 기판 및 지르코늄 옥사이드 기판에 대해 설정점 힘에 의존하는 측정된 접촉 손실률을 도시하였다. 접촉 손실률은 그 점탄성으로 인한 샘플의 소산 에너지에 의해 정의된다. 상기 설정점이 더 높을수록, 더 적은 영향이 미칠 수 있다. 그러나, 예를 들어 SiO2 기판에 대해, 커브(93)의 영역들(94, 95) 간이 명확한 차이가 또한 발견된다.

본 발명은 일부 특정 실시예들의 용어로 기술되었다. 도면들에서 도시되고 여기서 기술된 실시예들은 단지 예시적인 목적에 의한 것으로, 본 발명을 제한하려는 의도의 어떠한 방식이나 수단에 의한 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 동작 및 구조는 상기된 상세한 설명 및 첨부된 도면들로부터 명확해질 수 있음을 알 수 있다. 본 발명이 여기서 기술된 어떠한 실시예를 한정하는 것이 아니며, 가능한 변형들이 첨부된 청구항들의 범위 내에 있다고 간주되어야 함은 통상의 기술자에게 명확할 것이다. 또한, 기구학적 도치(inversion)가 내재적으로 개시되었으며 본 발명의 범이 내에 있음이 고려된다. 청구항들에서, 어떠한 참조 기호들이 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 상세한 설명 또는 첨부된 청구항에서 사용되는 경우, '구성하는' 및 '포함하는'이라는 용어는 배타적이거나 완전한 의미로 해석되어서는 안 되며, 포괄적인 의미로 해석되어야만 한다. 따라서, 여기서 사용된 바와 같이 '포함하는'이라는 표현은 어떠한 청구항 내에 열거된 구성에 더하여 다른 소자들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 나아가, 단수 표현은 '오직 하나'를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, '적어도 하나'를 대신하는 것으로, 복수 개를 배제하지 않는다. 특별히 또는 명확히 기술되지 않았거나 청구되지 않은 특징들은 그 범위 내에서 본 발명의 구조 내에 포함될 수 있다. "~을 위한 수단"과 같은 표현은 "~하도록 설정된 구성요소" 또는 "~하도록 구성된 부재"로 이해되어야만 하며, 개시된 구조에 대응하는 구성을 포함하는 것으로 해석되어야만 한다. "임계적인", "바람직한", "특히 바람직한" 등과 같은 표현들의 사용은 본 발명을 제한하는 의도가 아니다.

통상의 기술자의 이해의 범위 내에서 청구항에 의해 결정된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 한 추가, 삭제 및 변형이 일반적으로 이루어질 수 있다. 본 발명은 여기서 특별하게 기술된 바와 다른 방식으로 실시될 수 있으며, 첨부된 청구항들에 의해서만 제한된다.

Claims (17)

1. 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 레이어의 결함 탐지 또는 특성화를 수행하는 방법에 있어서,
   상기 레이어는 자기-조립 모노레이어(monolayer) 또는 유도 자기-조립 레이어이고, 상기 방법은 원자 힘 현미경(atomic force microscopy) 시스템을 이용하여 수행되고, 상기 시스템은 프로브 팁(tip)을 갖는 프로브를 포함하고, 상기 시스템은 상기 결함 탐지를 수행하기 위해 상기 반도체 소자에 관하여 상기 프로브 팁이 상기 프로브 팁 및 상기 반도체 소자의 표면 사이에서 접촉할 수 있게 위치를 조정하도록 설정되고, 상기 시스템은 상기 프로브 팁의 위치를 감지하고 출력 신호를 제공하는 센서를 더 포함하며,
   상기 방법은, 상기 프로브 팁으로 상기 반도체 소자의 표면을 스캐닝하는 단계;를 포함하고,
   상기 방법은:
   변환기를 이용하여 상기 반도체 소자에 음향 진동 신호를 인가하는 단계;
   상기 스캐닝하는 동안 상기 센서로부터 상기 프로브 팁의 위치를 나타내는 상기 출력 신호를 획득하되, 상기 출력 신호는 제 1 부분에 대해 정의된 제 1 임계 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함하는 상기 제 1 부분 및 제 2 부분에 대해 정의된 제 2 임계 주파수보다 높은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함하는 상기 제 2 부분을 포함하는 단계;
   상기 스캐닝하는 동안 상기 반도체 소자의 표면을 매핑하기 위해 프로브 팁 움직임을 모니터링하고, 상기 반도체 소자의 표면 아래의 측정 깊이에서 표면 아래(subsurface)의 탄성을 나타내고 그로 인해 결합 강도를 나타내는 위치 종속적 접촉 강성을 매핑하기 위해 상기 출력 신호의 상기 제 2 부분을 이용하는 단계;를 더 포함하는, 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 반도체 소자의 표면을 매핑하기 위해 상기 프로브 팁 움직임을 모니터링하는 단계는,
   상기 출력 신호의 상기 제 1 부분을 이용하는 단계; 또는
   상기 반도체 소자의 표면에 관하여 상기 프로브 팁의 높이 교정을 나타내는 피드백 신호를 이용하는 단계; 또는
   z-레벨 센서를 이용하여 상기 반도체 소자의 표면에 관하여 상기 프로브 팁의 높이의 높이 측정을 획득하는 단계;
   중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 측정 깊이를 제어하기 위한 시스템의 설정점 힘(setpoint force)을 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 설정점 힘은 상기 프로브 팁에 의해 상기 표면에 인가된 힘을 나타내고, 상기 설정점 힘의 증가는 상기 측정 깊이가 증가하는 것을 야기하는 반면, 상기 설정점 힘의 감소는 상기 측정 깊이의 감소를 야기하는, 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   음향 진동 신호는 초음파 주파수를 갖는 초음파 신호 및 변조 주파수를 갖는 변조 신호를 포함하고, 상기 설정점 힘을 제어하여, 상기 출력 신호의 출력 신호 강도를 최적화할 정도로 상기 변조 주파수가 제어되며,
   최적의 변조 주파수가 결정되는 단계는,
   복수 개의 서로 다른 설정점 힘 값에서 상기 설정점 힘을 연속하여 설정하도록 설정점 힘을 제어하되, 상기 서로 다른 설정점 힘 각각들은 서로 다른 측정 깊이 각각에 대해 최적인 단계; 및
   진폭 응답이 최대값이거나 대안적으로 또는 추가적으로 위상이 공진 모드를 나타내는 상기 변조 주파수로 결정되는 각각의 설정점 힘 값으로 상기 최적의 변조 주파수와 연관된 주파수 범위 내에서 복수 개의 주파수들에 걸쳐 상기 변조 주파수의 주파수 스위프(sweep)를 각각의 설정점 힘 값에서 수행하는 단계;
   를 포함하는, 방법.
5. 삭제
6. 제 3 항에 있어서,
   모노레이어의 표면 결함들 및 결합 강도를 동시 탐지하는 것이 가능하도록, 상기 자기-조립 모노레이어 및 하위 부분 사이의 인터페이스 영역 또는 상기 반도체 소자의 추가 레이어까지 상기 측정 깊이를 설정하도록 상기 설정점 힘이 제어되는, 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 반도체 소자는 기판 또는 하나 이상의 기기 레이어들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 반도체 소자의 상위 레이어는 상기 자기-조립 모노레이어에 의해 제공되며, 상기 방법은 상기 자기-조립 모노레이어에서 표면 결함을 동시에 탐지하고 상기 자기-조립 모노레이어의 결합 강도를 나타내는 위치 종속적 접촉 강성을 반도체 기기에 매핑하도록 수행되는, 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 반도체 소자에 음향 진동 신호를 인가하는 단계는:
   상기 프로브를 통해 상기 변환기가 상기 프로브 팁을 통해 상기 음향 진동 신호를 인가하는 단계; 또는
   상기 변환기가, 상기 반도체 소자 아래에 위치한 접촉 표면, 상기 반도체 소자의 상위 측면, 또는 상기 반도체 소자의 측면 중 적어도 하나를 통해, 상기 반도체 소자에 직접 상기 음향 진동 신호를 인가하는 단계;
   중 적어도 하나에 의해 수행되는, 방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 자기-조립 모노레이어의 결함 탐지 또는 특성화를 수행하기에 적합한 원자 힘 현미경 시스템에 있어서,
    시스템은 프로브 팁을 갖는 프로브를 포함하고, 상기 시스템은 상기 결함 탐지를 수행하기 위해 상기 반도체 소자에 관하여 상기 프로브 팁이 상기 프로브 팁 및 상기 반도체 소자의 표면 사이에서 접촉할 수 있게 위치를 조정하도록 설정되고,
    상기 시스템은 상기 프로브 팁의 위치를 감지하고 출력 신호를 제공하는 센서를 더 포함하고, 상기 시스템은 상기 프로브 팁으로 상기 반도체 소자의 표면을 스캐닝하기 위한 스캐닝 구동기; 상기 반도체 소자에 음향 진동 신호를 인가하기 위한 변환기; 및 상기 스캐닝하는 동안 상기 센서로부터 출력 신호를 수신하기 위한 제어 시스템;을 더 포함하되, 상기 출력 신호는 상기 스캐닝하는 동안 상기 프로브 팁의 위치를 나타내며,
    상기 출력 신호는 제 1 부분에 대해 정의된 제 1 임계 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함하는 상기 제 1 부분 및 제 2 부분에 대해 정의된 제 2 임계 주파수보다 높은 주파수를 갖는 출력 신호 성분들을 적어도 포함하는 상기 제2 부분을 포함하고,
    상기 제어 시스템은 표면 결함들의 상기 특성화 또는 상기 탐지를 위해 상기 반도체 소자의 표면을 매핑하도록 상기 출력 신호의 상기 제 1 부분을 이용하고, 상기 반도체 소자의 표면 아래의 측정 깊이에서 표면 아래의 탄성을 나타내고 그로 인해 결합 강도를 나타내는 위치 종속적 접촉 강성을 매핑하도록 상기 출력 신호의 상기 제 2 부분을 이용하는, 원자 힘 현미경 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 비례-적분-미분(proportional-integral-differential, PID) 피드백 제어기와 같이, 동작적으로 연결되어 상기 측정 깊이를 제어하기 위한 상기 시스템의 설정점 힘을 제어하는 피드백 제어기를 포함하고, 상기 설정점 힘은 상기 프로브 팁에 의해 상기 표면에 인가된 힘을 나타내는, 원자 힘 현미경 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 변환기는 초음파 주파수를 갖는 초음파 신호 및 변조 주파수를 갖는 변조 신호를 포함하는 음향 진동 신호를 제공하도록 설정되고, 상기 제어 시스템은 상기 설정점 힘을 제어하여, 상기 출력 신호의 출력 신호 강도를 최적화할 정도로 상기 변조 주파수를 제어하도록 더 설정되며,
    최적의 변조 주파수가 결정되는 단계는,
    복수 개의 설정점 힘 값에서 상기 설정점 힘을 연속하여 설정하도록 설정점 힘을 제어하되, 서로 다른 설정점 힘들은 서로 다른 측정 깊이와 연관되는 단계; 및
    진폭 응답이 최대값이거나 대안적으로 또는 추가적으로 위상이 공진 모드를 나타내는 상기 변조 주파수로 결정되는 각각의 설정점 힘 값으로 상기 최적의 변조 주파수와 연관된 주파수 범위 내에서 복수 개의 주파수들에 걸쳐 상기 변조 주파수의 주파수 스위프(sweep)를 각각의 설정점 힘 값에서 수행하는 단계;를 포함하는, 원자 힘 현미경 시스템.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 변환기는 상기 진동 신호를:
    상기 음향 진동 신호가 상기 프로브 팁을 통해 상기 반도체 소자에 인가되도록 상기 프로브; 또는
    상기 반도체 소자, 상기 반도체 소자의 상위 측면 또는 상기 반도체 소자의 측면의 아래에 위치한 접촉 표면을 통해 상기 반도체 소자;
    중 적어도 하나에 인가하도록 설정되는, 원자 힘 현미경 시스템.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은:
    상기 제 1 부분을 제공하기 위해 상기 출력 신호를 필터링하는 저대역 필터;
    상기 제 2 부분을 제공하기 위해 상기 출력 신호를 필터링하는 고대역 필터; 또는
    상기 반도체 소자의 표면 아래의 측정 깊이에서의 결합 강도를 나타내는 위치 종속적 접촉 강성을 매핑하도록 상기 출력 신호의 상기 제 2 부분을 수신하고 처리하는 로크 증폭기(locking amplifier);
    중 적어도 하나를 더 포함하는, 원자 힘 현미경 시스템.
16. 자기-조립 모노레이어 또는 유도 자기-조립 레이어를 포함하는 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    기판 또는 하나 이상의 기기 레이어들 중 적어도 하나 위에 상기 자기-조립 모노레이어 또는 상기 유도 자기-조립 레이어를 위치시키는 단계, 및 제 11 항에 따른 원자 힘 현미경 시스템을 이용하여 상기 자기-조립 모노레이어 또는 상기 유도 자기-조립 레이어의 결함 탐지 또는 특성화를 위해 제 1 항에 따른 방법을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 자기-조립 모노레이어 또는 상기 유도 자기-조립 레이어의 증착 및 결함 탐지 또는 특성화 후, 반도체 기기의 기기 구조들을 형성하기 위해 선택적인 원자 레이어 증착 또는 선택적인 식각 중 적어도 하나를 수행하는 단계;를 더 포함하는, 방법.

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