KR20170041986A - 반도체 소자 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 소자 측정 장치가 제공된다. 반도체 소자 측정 장치는, 반도체 기판에 제1 빔을 조사하는 빔조사부, 상기 반도체 기판이 배치되고, 상기 반도체 기판과 동일 평면 상에 배치된 수평면을 기준으로 상기 반도체 기판을 상기 수평면과 수직인 중심축 방향으로 제1 각도 및 상기 제1 각도와 다른 제2 각도만큼 회전시키는 스테이지, 상기 제1 각도에서 상기 제1 빔이 상기 반도체 기판으로부터 반사된 제2 빔과, 상기 제2 각도에서 상기 제1 빔이 상기 반도체 기판으로부터 반사된 제3 빔을 수신하는 디텍터, 및 상기 디텍터에 수신된 상기 제2 빔과 상기 제3 빔을 이용하여 상기 반도체 기판의 3차원 이미지를 획득하는 연산부를 포함한다.

Description

반도체 소자 측정 장치{Apparatus for measuring a semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 물리, 화학, 재료 분야의 연구에 이어서, 물질의 광학적 특성을 측정하고, 박막의 두께를 측정하는 것은 매우 중요한 요소이다. 특히, 반도체 산업체에서는 다양한 나노 박막 제조공정들이 사용되고 있는데 제조된 나노 박막들에 대한 물성을 평가하기 위해서 비파괴적이며 비접촉식인 실시간 측정기술을 널리 사용하고 있다.
반도체 산업에서는 반도체 소자 생산을 위한 다양한 박막 제조공정들을 측정을 통하여 평가하기 위해 수십μm*수십μm 면적으로 제한된 측정 영역을 웨이퍼에 특별히 마련하여 사용하고 있으며, 측정 영역의 물리적 특성을 측정하기 위해 측정 영역에 마련된 시편의 표면에 초점을 맺는 기술이 사용되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 반도체 소자의 3차원 구조의 비파괴 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반도체 소자의 3차원 구조의 비파괴 측정을 위한 스테이지를 포함하는 반도체 소자 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 소자 측정 장치의 일 실시예는, 반도체 기판에 제1 빔을 조사하는 빔조사부, 상기 반도체 기판이 배치되고, 상기 반도체 기판과 동일 평면 상에 배치된 수평면을 기준으로 상기 반도체 기판을 상기 수평면과 수직인 중심축 방향으로 제1 각도 및 상기 제1 각도와 다른 제2 각도만큼 회전시키는 스테이지, 상기 제1 각도에서 상기 제1 빔이 상기 반도체 기판으로부터 반사된 제2 빔과, 상기 제2 각도에서 상기 제1 빔이 상기 반도체 기판으로부터 반사된 제3 빔을 수신하는 디텍터, 및 상기 디텍터에 수신된 상기 제2 빔과 상기 제3 빔을 이용하여 상기 반도체 기판의 3차원 이미지를 획득하는 연산부를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 구 형상을 갖는 일단이 상기 스테이지의 내부에 포함되고, 타단은 상기 중심축이 연장되는 방향으로 상기 스테이지의 하부에 배치되는 제1 스테이지 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 제1 스테이지 구동부는, 상기 스테이지를 상기 수평면을 기준으로 상기 중심축 방향으로 상기 제1 및 제2 각도만큼 회전시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 연산부는 상기 제1 스테이지 구동부를 제어할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 스테이지는, 평판 형상을 갖는 상면과 반구 형상을 갖는 하면을 포함하고, 상기 스테이지의 상기 하면을 둘러싸도록 형성되고, 상기 스테이지를 상기 수평면을 기준으로 상기 중심축 방향으로 상기 제1 및 제2 각도만큼 회전시키는 제2 스테이지 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 제2 스테이지 구동부는, 상기 수평면 상에서 상기 중심축을 기준으로 상기 스테이지를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 수평면 상에서, 상기 스테이지의 측면을 둘러싸도록 배치되고, 상기 스테이지와 연결되어 상기 스테이지를 상기 중심축 방향으로 상기 제1 및 제2 각도만큼 회전시키는 각도 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 각도 조절부와 동일 평면 상에서, 상기 각도 조절부의 측면을 둘러싸도록 배치되고, 상기 각도 조절부와 연결되어 상기 수평면 상에서 상기 중심축을 기준으로 상기 스테이지를 회전시키는 회전 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 제2 및 제3 빔은 전자를 포함하고, 상기 디텍터는 상기 전자를 상기 디텍터 방향으로 유도하는 전극을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 소자 측정 장치의 다른 실시예는, 빔조사부, 및 상기 빔조사부로부터 조사된 제1 및 제2 빔을 이용하여 스테이지 상에 배치된 반도체 패턴의 구조를 측정하는 측정부를 포함하되, 상기 측정부는, 상기 스테이지와 동일 평면 상에 배치된 수평면을 기준으로 상기 스테이지를 상기 수평면과 수직인 중심축 방향으로 제1 각도만큼 회전시키고, 상기 반도체 패턴에 상기 제1 빔을 조사하여 상기 반도체 패턴에 대한 제1 측정값을 획득하고, 상기 스테이지를 상기 수평면을 기준으로 상기 중심축 방향으로 상기 제1 각도와 다른 제2 각도만큼 회전시키고, 상기 반도체 패턴에 상기 제2 빔을 조사하여 상기 반도체 패턴에 대한 제2 측정값을 획득한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 측정부는, 상기 반도체 패턴에 반사된 상기 제1 빔과 상기 제2 빔을 수신하는 디텍터를 포함하고, 상기 디텍터에 수신된 신호를 이용하여 상기 제1 측정값과 상기 제2 측정값을 획득할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 측정부는, 상기 제1 각도와 상기 제1 측정값을 이용하여 제1 계산값을 획득하고, 상기 제2 각도와 상기 제2 측정값을 이용하여 제2 계산값을 획득하고, 상기 제1 계산값과 상기 제2 계산값의 평균값을 이용하여 실측값을 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 연산부는, 복수의 상기 실측값을 조합하여 상기 반도체 패턴의 2차원 이미지를 획득하고, 상기 2차원 이미지를 조합하여 상기 반도체 패턴의 3차원 이미지를 획득할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 스테이지는, 상기 수평면을 기준으로 상기 제1 각도만큼 회전한 상기 스테이지와 동일 평면 상에서 회전하고, 상기 수평면을 기준으로 상기 제2 각도만큼 회전한 상기 스테이지와 동일 평면 상에서 회전할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 측정부는, 상기 제1 각도에서 상기 스테이지와 동일 평면 상에서 회전하여 획득된 복수의 제1 측정값과 상기 제1 각도를 이용하여 복수의 제1 계산값을 획득하고, 상기 복수의 제1 계산값을 이용하여 제1 평균값을 획득하고, 상기 제2 각도에서 상기 스테이지와 동일 평면 상에서 회전하여 획득된 복수의 제2 측정값과 상기 제2 각도를 이용하여 복수의 제2 계산값을 획득하고, 상기 복수의 제2 계산값을 이용하여 제2 평균값을 획득하고, 상기 제1 평균값과 상기 제2 평균값을 이용하여 실측값을 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 동작을 설명한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 스테이지의 수평면에서의 회전을 설명한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서 스테이지의 각도 변화에 따른 복수의 핀 구조를 갖는 반도체 기판의 움직임을 설명한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서 빔의 입사 각도에 반도체 기판의 측정 길이와 실측 길이를 설명한 도면이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 3차원 이미지 측정 방법을 순차적으로 설명한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 동작을 설명한 도면들이다.
도 13은 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 스테이지의 수평면에서의 회전을 설명한 도면이다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 스테이지와 주변 장치를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예에 따른 스테이지의 동작을 설명한 도면이다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 이용하여 형성된 반도체 장치를 포함하는 전자 시스템 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서, 도 1을 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 소자 측정 장치(100)는 빔 조사부(110) 및 측정부를 포함한다. 측정부는 스테이지(120), 스테이지 구동부(130), 디텍터(140), 전극(141), 증폭기(150), 영상부(160) 및 연산부(170)을 포함한다.
빔 조사부(110)는 스테이지(120) 상에 배치될 수 있다. 빔 조사부(110)는 스테이지(120) 상에 배치된 반도체 기판(180)에 빔을 조사할 수 있다.
빔 조사부(110)는 예를 들어, 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)일 수 있다. 이 경우, 빔 조사부(110)는 반도체 기판(180)에 전자를 조사할 수 있다.
반도체 기판(180)은 반도체 웨이퍼에 기반한 실리콘 기판일 수 있다. 몇몇의 실시예에서 반도체 기판(100)은 패키지용 기판일 수 있고, 예를 들어, 인쇄용 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)일 수 있다.
반도체 기판(180)은 3차원 입체 구조를 갖는 반도체 패턴을 포함할 수 있고, 예를 들어 반도체 기판(180)은 복수의 핀(Fin) 구조를 포함할 수 있다.
반도체 기판(180)은 예를 들어, 벌크 실리콘일 수 있다. 이와 달리, 반도체 기판(180)은 실리콘 기판일 수도 있고, 또는 다른 물질, 예를 들어, 실리콘게르마늄, 안티몬화 인듐, 납 텔루르 화합물, 인듐 비소, 인듐 인화물, 갈륨 비소 또는 안티몬화 갈륨을 포함할 수 있다. 또는, 반도체 기판(180)은 베이스 기판 상에 에피층이 배치된 것일 수도 있다.
스테이지(120)는 빔 조사부(110)의 하부에 배치될 수 있다. 스테이지(120) 상에 반도체 기판(180)이 배치될 수 있다.
스테이지(120)의 구동에 의해 반도체 기판(180)의 위치 및 경사가 변경될 수 있다. 상세한 설명은 후술한다.
스테이지 구동부(130)는 스테이지(120)의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 구 형상을 갖는 스테이지 구동부(130)의 일단의 일부는 스테이지(120)의 내부에 삽입되도록 배치될 수 있다.
이로 인해, 스테이지 구동부(130)는 스테이지(120)를 수평면 상에서 회전시킬 수 있고, 또한 수직 방향으로 경사를 변경시킬 수 있다. 상세한 설명은 후술한다.
스테이지 구동부(130)의 타단은 스테이지(120)의 하부에, 스테이지(120)가 배치된 수평면과 수직 방향으로 연장되는 막대 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 스테이지(120)의 하부에 배치된 스테이지 구동부(130)의 일부는 다른 형상을 가질 수 있다.
디텍터(140)는 스테이지(120) 상에서 스테이지(120)와 이격되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 디텍터(140)는 스테이지(120)와 빔 조사부(110) 사이에 배치될 수 있다.
다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서 디텍터(140)는 빔 조사부(110)의 상부 또는 측면에 배치될 수 있다. 또한, 다른 몇몇 실시예에서 디텍터(140)는 스테이지(120)와 직접 연결될 수 있다. 이 경우, 디텍터(140)는 반도체 기판(180)에 반사된 빔을 수신할 수 있도록 반도체 기판(180)과 이격되어 배치될 수 있다.
디텍터(140)는 반도체 기판(180)에 반사된 빔을 수신하여 증폭기(150)에 제공할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 디텍터(140)에 수신된 신호는 직접적으로 연산부(170)에 제공될 수 있다.
전극(141)은 디텍터(140)의 내부에 배치될 수 있다. 전극(141)은 (+)전하를 가질 수 있다. 빔 조사부(110)가 전자를 조사하는 경우, (+)전하를 갖는 전극(141)은 반도체 기판(180)에 반사된 (-)전하를 갖는 전자를 효율적으로 디텍터(140) 내부로 유도할 수 있다.
증폭기(150)는 디텍터(140)와 전기적으로 연결될 수 있다. 증폭기(150)는 디텍터(140)로부터 제공된 신호를 증폭하여 영상부(160)에 제공할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 증폭기(150)에 수신된 신호는 직접적으로 연산부(170)에 제공될 수 있다.
디텍터(140)에 수신된 빔이 소량인 경우에도 증폭기(150)로 신호를 증폭할 수 있어 효율적으로 반도체 기판(180)의 이미지를 획득할 수 있다.
영상부(160)는 증폭기(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 영상부(160)는 증폭기(160)로부터 제공된 신호를 2차원 이미지로 도출하여 연산부(170)에 제공할 수 있다.
연산부(170)는 영상부(160)와 전기적으로 연결될 수 있다. 연산부(170)는 영상부(160)로부터 제공된 2차원 이미지를 조합하여 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 구체적인 3차원 영상 획득 방법은 후술한다.
연산부(170)는 스테이지 구동부(130)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 연산부(170)는 스테이지 구동부(130)를 제어하여, 스테이지(120)를 수평면 상에서 회전시킬 수 있고, 또한 수직 방향으로 경사를 변경시킬 수 있다.
이하에서, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 동작에 대해 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 동작을 설명한 도면들이다. 도 4는 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 스테이지의 수평면에서의 회전을 설명한 도면이다.
도 2를 참조하면, 스테이지(120)는 스테이지(120)와 동일 평면 상에 배치된 수평면(C)을 기준으로 수평면(C)과 수직인 중심축(M) 방향으로 제1 각도(A1)만큼 회전할 수 있다.
스테이지(120)의 수직 방향 회전은 스테이지 구동부(130)의 일단에 형성된 구 형상에 의해 가능할 수 있다. 구체적으로, 스테이지 구동부(130)는, 스테이지(120)의 내부에 삽입된 구 형상을 갖는 스테이지 구동부(130)의 일단에 의해, 스테이지(120)를 중심축(M) 방향으로 제1 각도(A1)만큼 회전시킬 수 있다.
스테이지(120)가 중심축(M) 방향으로 제1 각도(A1)만큼 회전된 후에, 제1 빔(B1)은 스테이지(120) 상에 배치된 반도체 기판(180)에 조사될 수 있다. 제1 빔(B1)이 반도체 기판(180)에 반사되어 생성된 제2 빔(B2)은 디텍터(140)에 수신될 수 있다.
제1 및 제2 빔(B1, B2)이 전자를 포함하는 경우, (-)전하를 갖는 제2 빔(B2)은 디텍터(140)의 내부에 배치된 (+)전하를 갖는 전극(141)에 의해 디텍터(140)의 내부로 효율적으로 유도될 수 있다.
도 3을 참조하면, 스테이지(120)는 스테이지(120)와 동일 평면 상에 배치된 수평면(C)을 기준으로 수평면(C)과 수직인 중심축(M) 방향으로 제2 각도(A2)만큼 회전할 수 있다.
스테이지(120)의 수직 방향 회전은 스테이지 구동부(130)의 일단에 형성된 구 형상에 의해 가능할 수 있다. 구체적으로, 스테이지 구동부(130)는, 스테이지(120)의 내부에 삽입된 구 형상을 갖는 스테이지 구동부(130)의 일단에 의해, 스테이지(120)를 중심축(M) 방향으로 제2 각도(A2)만큼 회전시킬 수 있다.
스테이지(120)가 중심축(M) 방향으로 제2 각도(A2)만큼 회전된 후에, 제1 빔(B1)은 스테이지(120) 상에 배치된 반도체 기판(180)에 조사될 수 있다. 제1 빔(B1)이 반도체 기판(180)에 반사되어 생성된 제3 빔(B3)은 디텍터(140)에 수신될 수 있다.
제1 및 제3 빔(B1, B3)이 전자를 포함하는 경우, (-)전하를 갖는 제3 빔(B3)은 디텍터(140)의 내부에 배치된 (+)전하를 갖는 전극(141)에 의해 디텍터(140)의 내부로 효율적으로 유도될 수 있다.
도 4를 참조하면, 스테이지(120)는 스테이지(120)와 동일 평면 상에 배치된 수평면(C) 상에서 수평면(C)과 수직인 중심축(M)을 기준으로 시계 방향(R)으로 회전할 수 있다. 이로 인해, 스테이지(120) 상에 배치된 반도체 기판(180)을 회전시킬 수 있다. 다만, 다른 몇몇 실시예에서, 스테이지(120)와 반도체 기판(180)은 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 스테이지(120)는 다른 몇몇 실시예에서, 수평면 상에서 x축 방향 및 y축 방향과 중심축(M)이 연장되는 z축 방향으로 구동될 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서 스테이지의 각도 변화에 따른 복수의 핀 구조를 갖는 반도체 기판의 움직임을 설명한다.
도 5를 참조하면, 반도체 기판(180)은 빔 조사부(110)에서 조사된 제1 빔(B1)과 수직으로 배치될 수 있다. 이로 인해, 제1 빔(B1)은 복수의 핀 구조의 상면 및 반도체 기판(180)의 바닦면에 반사될 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 반도체 기판(180)은, 스테이지(120)를 수평면(C)를 기준으로 제1 각도(A1)만큼 회전시킴으로써, 빔 조사부(110)에서 조사된 제1 빔(B1)과 제1 각도(A1)를 이루도록 배치될 수 있다. 이로 인해, 제1 빔(B1)은 복수의 핀 구조의 상면, 측면 및 반도체 기판(180)의 바닦면에 반사될 수 있다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 반도체 기판(180)은, 스테이지(120)를 수평면(C)를 기준으로 제2 각도(A2)만큼 회전시킴으로써, 빔 조사부(110)에서 조사된 제1 빔(B1)과 제2 각도(A2)를 이루도록 배치될 수 있다. 이로 인해, 제1 빔(B1)은 복수의 핀 구조의 상면, 측면 및 반도체 기판(180)의 바닦면에 반사될 수 있다.
빔 조사부(110)에서 조사된 제1 빔(B1)은 반도체 기판(180)의 각도 변경에 의해 3차원 구조를 갖는 반도체 기판(180)의 모든 면에 조사될 수 있다. 구체적으로, 제1 빔(B1)이 복수의 각도로 변경된 반도체 기판(180)에 조사됨으로써 3차원 구조를 갖는 반도체 기판(180)의 모든 면에서의 2차원 이미지를 획득할 수 있다.
이하에서는, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 3차원 이미지 측정 방법을 설명한다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서 빔의 입사 각도에 반도체 기판의 측정값과 실측값을 설명한 도면이다. 도 9는 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 3차원 이미지 측정 방법을 순차적으로 설명한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 제1 빔(B1)(d벡터(vector))과 반도체 기판(180)의 계산값(a벡터)이 이루는 각도는 α이다. 반도체 기판(180)의 측정값(l)과 각도(α)를 이용하여 반도체 기판(180)의 계산값(a벡터)을 아래의 공식에 의해 계산할 수 있다.
[측정값(l) = |계산값(a벡터)| * sin α]
도 2, 도 3 및 도 9를 참조하면, 스테이지(120)는 수평면(C)을 기준으로 중심축(M) 방향으로 제1 각도(A1)만큼 회전한다(S110). 이로 인해, 스테이지(120)는 스테이지(120) 상에 배치된 반도체 기판(180)을 회전시킬 수 있다.
빔 조사부(110)는 반도체 기판(180)에 형성된 반도체 패턴에 빔(B1)을 조사할 수 있다(S120). 빔(B1)은 전자를 포함할 수 있다.
빔(B1)은 반도체 패턴에 반사될 수 있고, 반사된 빔은 디텍터(140)에 수신될 수 있다. 디텍터(140)에 수신된 빔은 신호화되어 연산부(170)에 제공될 수 있다. 연산부(170)는 수신된 신호를 이용하여 제1 측정값(l)을 획득할 수 있다(S130).
빔(B1)이 전자를 포함하는 경우, 전자는 디텍터(140)의 내부에 배치된 전극(141)에 의해 디텍터(140)의 내부로 효율적으로 유도될 수 있다.
빔(B1)이 반도체 기판(180)에 입사하는 각도(α)와 스테이지(120)가 수평면(C)을 기준으로 중심축(M) 방향으로 회전한 제1 각도(A1)의 관계는 다음과 같다.
[α = 90 - A1]
연산부(170)는 미리 획득된 제1 측정값(l)과 빔(B1)의 입사 각도(α)를 이용하여 제1 계산값(a벡터)을 계산할 수 있다(S140).
2개 이상의 계산값(a벡터)이 획득되지 않은 경우, S110 내지 S140 단계가 반복된다(S150). 스테이지(120)는 수평면(C)을 기준으로 중심축(M) 방향으로 제2 각도(A2)만큼 회전한다(S110). 이어서, S120 내지 S140 단계를 반복하여 제2 계산값(a벡터)을 계산할 수 있다(S140).
2개 이상의 계산값(a벡터)이 획득된 경우, 연산부(170)는 제1 및 제2 계산값의 평균값을 계산하여 실측값을 계산할 수 있다(S160).
이어서, 연산부(170)는 계산된 복수의 실측값을 이용하여 반도체 패턴의 2차원 이미지를 획득할 수 있다(S170). 또한, 연산부(170)는 획득된 2차원 이미지를 조합하여 반도체 패턴의 3차원 이미지를 획득할 수 있다(S180).
다른 몇몇 실시예에서, 스테이지(120)가 수평면(C)을 기준으로 중심축(M) 방향으로 제1 각도(A1)만큼 회전한 경우, 스테이지(120)는 스테이지(120)와 동일 평면 상에서 회전하여 복수의 제1 측정값(l)을 획득할 수 있다.
또한, 연산부(170)는 제1 각도(A1)와 복수의 제1 측정값(l)을 이용하여 복수의 제1 계산값을(a벡터)을 획득할 수 있다. 이어서, 복수의 제1 계산값을(a벡터)의 평균값을 계산하여 제1 평균값을 획득할 수 있다.
마찬가지로, 스테이지(120)가 수평면(C)을 기준으로 중심축(M) 방향으로 제2 각도(A2)만큼 회전한 경우, 연산부(170)는 복수의 제2 측정값(l), 복수의 제2 계산값을(a벡터) 및 제2 평균값을 차례로 획득할 수 있다.
연산부(170)는 제1 및 제2 평균값을 이용하여 실측값을 계산할 수 있다.
결과적으로 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 소자 측정 장치(100)는, 스테이지(120)의 경사를 조절함으로써, 고정된 빔 조사부(110)에서 조사된 동일한 빔(B1)을 이용하여 반도체 패턴의 3차원 이미지를 획득할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 도 10을 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 설명한다. 도 1의 반도체 소자 측정 장치와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 반도체 소자 측정 장치(200)는 빔 조사부(210) 및 측정부를 포함한다. 측정부는 스테이지(220), 스테이지 구동부(230), 디텍터(240), 전극(241), 증폭기(250), 영상부(260) 및 연산부(270)을 포함한다.
반도체 소자 측정 장치(200)는 반도체 소자 측정 장치(100)와 달리, 스테이지(220)의 형상이 반구 형상을 갖는다. 구체적으로, 스테이지(220)의 상면은 평판 형상을 갖고, 스테이지(220)의 하면은 반구 형상을 가질 수 있다. 스테이지(220)의 상면 상에는 반도체 기판(280)이 배치될 수 있다.
또한, 스테이지 구동부(230)는 스테이지(220)의 하부의 일부를 감싸도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 스테이지 구동부(230)는 상면의 일부가 오목하게 형성될 수 있고, 그 위에 반구 형상을 갖는 스테이지(220)의 하부의 일부가 배치될 수 있다.
이하에서, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 동작에 대해 설명한다. 도 1의 반도체 소자 측정 장치의 동작과의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 동작을 설명한 도면들이다. 도 13은 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 스테이지의 수평면에서의 회전을 설명한 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 반도체 소자 측정 장치(200)는 반도체 소자 측정 장치(100)와 달리, 스테이지(220)의 하면은 스테이지 구동부(230)의 상면과 접하여 구동될 수 있다. 구체적으로, 스테이지 구동부(230)는 스테이지(220)의 하면과 연결되어 스테이지(220)를 구동시킬 수 있다.
이로 인해, 스테이지(220)는 스테이지(220)와 동일 평면 상에 배치된 수평면(C)을 기준으로 수평면(C)과 수직인 중심축(M) 방향으로 제1 또는 제2 각도(A1 또는 A2)만큼 회전할 수 있다.
도 13을 참조하면, 스테이지 구동부(230)는 스테이지(220)의 하면과 연결되어, 스테이지(220)와 동일 평면 상에 배치된 수평면(C) 상에서 수평면(C)과 수직인 중심축(M)을 기준으로 시계 방향(R)으로 스테이지(220)를 회전시킬 수 있다.
반도체 소자 측정 장치(200)은 반도체 소자 측정 장치(100)과 비교하여, 스테이지(220)와 스테이지 구동부(230)의 접촉면이 상대적으로 증가하여 스테이지를 안정적으로 구동시킬 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 도 14 및 도 15를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 설명한다. 도 1의 반도체 소자 측정 장치와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치의 스테이지와 주변 장치를 도시한 도면이다. 도 15는 본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예에 따른 스테이지의 동작을 설명한 도면이다.
도 14를 참조하면, 반도체 소자 측정 장치(300)는 스테이지(320), 각도 조절부(321), 스테이지 연결부(322) 및 회전 조절부(323)를 포함한다.
반도체 소자 측정 장치(300)는 반도체 소자 측정 장치(100)과 달리, 각도 조절부(321), 스테이지 연결부(322) 및 회전 조절부(323)를 더 포함한다.
스테이지(320)의 상에 반도체 기판(380)이 배치될 수 있다. 각도 조절부(321)는 스테이지(320)와 동일 평면 상에서 스테이지(320)의 측면을 둘러쌀 수 있다.
스테이지 연결부(322)는 스테이지(320)의 측면과 각도 조절부(321)를 연결할 수 있다. 구체적으로, 스테이지 연결부(322)의 일단은 스테이지(320)의 측면과 연결될 수 있고, 스테이지 연결부(322)의 타단은 각도 조절부(321)와 연결될 수 있다.
스테이지 연결부(322)는 스테이지(320)의 양측에 배치될 수 있고, 각각의 스테이지 연결부(322)는 동일 선상에 배치될 수 있다. 스테이지(320)는 각도 조절부(321)에 의해 스테이지 연결부(322)를 기준으로 회전할 수 있다.
회전 조절부(323)는 각도 조절부(321)와 동일 평면 상에서 각도 조절부(321)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 회전 조절부(323)는 각도 조절부(321)의 측면과 연결되어 각도 조절부(321)를 시계 방향(R)으로 회전시킬 수 있다. 이로 인해, 스테이지(320) 상에 배치된 반도체 기판(380)을 회전시킬 수 있다. 다만, 다른 몇몇 실시예에서, 스테이지(320)와 반도체 기판(380)은 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 스테이지(320)는 스테이지 연결부(322)를 축으로 하여 각도 조절부(321)가 배치된 수평면(C)을 기준으로 중심축(M) 방향으로 회전할 수 있다.
반도체 소자 측정 장치(300)는 반도체 소자 측정 장치(100)와 비교하여, 스테이지(320)의 수직 방향으로의 각도 변경 장치와 수평면 상에서의 회전 장치를 분리시켰다. 이로 인해, 반도체 소자 측정 장치(300)는 스테이지(320)의 구동의 정밀성을 향상시킬 수 있다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 반도체 소자 측정 장치를 이용하여 형성된 반도체 장치를 포함하는 전자 시스템 블록도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(1100)은 컨트롤러(1110), 입출력 장치(1120, I/O), 기억 장치(1130, memory device), 인터페이스(1140) 및 버스(1150, bus)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(1110), 입출력 장치(1120), 기억 장치(1130) 및/또는 인터페이스(1140)는 버스(1150)를 통하여 서로 결합 될 수 있다. 버스(1150)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다.
컨트롤러(1110)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
입출력 장치(1120)는 키패드(keypad), 키보드 및 디스플레이 장치등을 포함할 수 있다. 기억 장치(1130)는 데이터 및/또는 명령어등을 저장할 수 있다.
인터페이스(1140)는 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 인터페이스(1140)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 예컨대, 인터페이스(1140)는 안테나 또는 유무선 트랜시버등을 포함할 수 있다. 또한, 전자 시스템(1100)은 컨트롤러(1110)의 동작을 향상시키기 위한 동작 메모리로서, 고속의 디램 및/또는 에스램 등을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따라 제조된 반도체 장치는 기억 장치(1130) 내에 제공되거나, 컨트롤러(1110), 입출력 장치(1120, I/O) 등의 일부로 제공될 수 있다.
전자 시스템(1100)은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA, personal digital assistant) 포터블 컴퓨터(portable computer), 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player), 메모리 카드(memory card), 또는 정보를 무선환경에서 송신 및/또는 수신할 수 있는 모든 전자 제품에 적용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 빔 조사부 120: 스테이지
130: 스테이비 구동부 140: 디텍터
150: 증폭기 160: 영상부
170: 연산부 180: 반도체 기판

Claims (10)

  1. 반도체 기판에 제1 빔을 조사하는 빔조사부;
    상기 반도체 기판이 배치되고, 상기 반도체 기판과 동일 평면 상에 배치된 수평면을 기준으로 상기 반도체 기판을 상기 수평면과 수직인 중심축 방향으로 제1 각도 및 상기 제1 각도와 다른 제2 각도만큼 회전시키는 스테이지;
    상기 제1 각도에서 상기 제1 빔이 상기 반도체 기판으로부터 반사된 제2 빔과, 상기 제2 각도에서 상기 제1 빔이 상기 반도체 기판으로부터 반사된 제3 빔을 수신하는 디텍터; 및
    상기 디텍터에 수신된 상기 제2 빔과 상기 제3 빔을 이용하여 상기 반도체 기판의 3차원 이미지를 획득하는 연산부를 포함하는 반도체 소자 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    구 형상을 갖는 일단이 상기 스테이지의 내부에 포함되고,
    타단은 상기 중심축이 연장되는 방향으로 상기 스테이지의 하부에 배치되는 제1 스테이지 구동부를 더 포함하는 반도체 소자 측정 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 스테이지 구동부는, 상기 스테이지를 상기 수평면을 기준으로 상기 중심축 방향으로 상기 제1 및 제2 각도만큼 회전시키는 반도체 소자 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이지는,
    평판 형상을 갖는 상면과 반구 형상을 갖는 하면을 포함하고,
    상기 스테이지의 상기 하면을 둘러싸도록 형성되고, 상기 스테이지를 상기 수평면을 기준으로 상기 중심축 방향으로 상기 제1 및 제2 각도만큼 회전시키는 제2 스테이지 구동부를 더 포함하는 반도체 소자 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수평면 상에서, 상기 스테이지의 측면을 둘러싸도록 배치되고,
    상기 스테이지와 연결되어 상기 스테이지를 상기 중심축 방향으로 상기 제1 및 제2 각도만큼 회전시키는 각도 조절부를 더 포함하는 반도체 소자 측정 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 각도 조절부와 동일 평면 상에서, 상기 각도 조절부의 측면을 둘러싸도록 배치되고,
    상기 각도 조절부와 연결되어 상기 수평면 상에서 상기 중심축을 기준으로 상기 스테이지를 회전시키는 회전 조절부를 더 포함하는 반도체 소자 측정 장치.
  7. 빔조사부; 및
    상기 빔조사부로부터 조사된 제1 및 제2 빔을 이용하여 스테이지 상에 배치된 반도체 패턴의 구조를 측정하는 측정부를 포함하되,
    상기 측정부는,
    상기 스테이지와 동일 평면 상에 배치된 수평면을 기준으로 상기 스테이지를 상기 수평면과 수직인 중심축 방향으로 제1 각도만큼 회전시키고,
    상기 반도체 패턴에 상기 제1 빔을 조사하여 상기 반도체 패턴에 대한 제1 측정값을 획득하고,
    상기 스테이지를 상기 수평면을 기준으로 상기 중심축 방향으로 상기 제1 각도와 다른 제2 각도만큼 회전시키고,
    상기 반도체 패턴에 상기 제2 빔을 조사하여 상기 반도체 패턴에 대한 제2 측정값을 획득하는 반도체 소자 측정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 반도체 패턴에 반사된 상기 제1 빔과 상기 제2 빔을 수신하는 디텍터를 포함하고,
    상기 디텍터에 수신된 신호를 이용하여 상기 제1 측정값과 상기 제2 측정값을 획득하는 반도체 소자 측정 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 제1 각도와 상기 제1 측정값을 이용하여 제1 계산값을 획득하고,
    상기 제2 각도와 상기 제2 측정값을 이용하여 제2 계산값을 획득하고,
    상기 제1 계산값과 상기 제2 계산값의 평균값을 이용하여 실측값을 계산하는 연산부를 포함하는 반도체 소자 측정 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 연산부는,
    복수의 상기 실측값을 조합하여 상기 반도체 패턴의 2차원 이미지를 획득하고,
    상기 2차원 이미지를 조합하여 상기 반도체 패턴의 3차원 이미지를 획득하는 반도체 소자 측정 장치.
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