KR20220006404A - 하이브리드 프로브, 그 프로브를 구비한 물성 분석 장치, 및 그 장치를 이용한 반도체 소자 측정 방법 - Google Patents

하이브리드 프로브, 그 프로브를 구비한 물성 분석 장치, 및 그 장치를 이용한 반도체 소자 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은, 프로브의 교환없이 투과 모드와 반사 모드를 측정할 수 있고, 측정 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 프로브, 그 프로브를 구비한 물성 분석 장치, 및 그 장치를 이용한 반도체 소자 측정 방법을 제공한다. 그 하이브리드 프로브는 배선이 배치되고 제1 방향으로 연장하는 프로브 바디(probe body); 및 상기 프로브 바디에 결합하고, 제1 안테나, 제2 안테나, 및 절연층을 구비한 프로브 팁(probe tip);을 포함하고, 상기 제1 안테나와 제2 안테나를 이용하여 반사 모드로 동작하고, 상기 제2 안테나를 이용하여 투과 모드로 동작한다.

Description

하이브리드 프로브, 그 프로브를 구비한 물성 분석 장치, 및 그 장치를 이용한 반도체 소자 측정 방법{Hybrid probe, physical property analysis apparatus comprising the probe, and method for measuring semiconductor device using the apparatus}
본 발명의 기술적 사상은 물성 분석 장치에 관한 것으로, 특히, 근접장(near field)을 측정할 수 있는 프로브 및 그 프로브를 구비한 물성 분석 장치에 관한 것이다.
최근의 전자 공학의 빠른 발전과 더불어 수백 GHz급 초고속 소자들이 개발되고 있고, 이들 초고속 소자들의 회로 집적도는 날이 갈수록 증가하고 있다. 초고속 고집적 소자/회로는 회로 내부에서 예상치 못한 전자파와 관련한 현상들 및 문제들이 발생하고 있다. 이러한 문제의 해결을 위해 직접적인 분석 시스템의 요구가 증가하고 있는데, 분석을 효율적으로 수행할 수 있는 가장 대표적인 방법 중의 하나가 높은 공간 분해능을 갖는 근접장(near-field)을 측정하는 기술이다. 통상 근접장의 측정에는 탐사기들이 사용되는데, 탐사기들은 요구되는 주파수 성분들을 측정하기 위해 높은 측정 대역폭 또는 시간 분해능을 가져야 하고, 또한, 각 측정 포인트에서의 전기장을 측정할 수 있도록 충분히 작아야 한다. 더 나아가, 탐사기들은 요구되는 분극(polarization)을 가지고 정확한 측정이 이루어지도록 충분히 높은 측정 감도, 즉 높은 SNR(Signal to Noise Ratio)를 가져야 한다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 프로브의 교환없이 투과 모드와 반사 모드를 측정할 수 있고, 측정 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 프로브, 그 프로브를 구비한 물성 분석 장치, 및 그 장치를 이용한 반도체 소자 측정 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 배선이 배치되고 제1 방향으로 연장하는 프로브 바디(probe body); 및 상기 프로브 바디에 결합하고, 제1 안테나, 제2 안테나, 및 절연층을 구비한 프로브 팁(probe tip);을 포함하고, 상기 제1 안테나와 제2 안테나를 이용하여 반사 모드로 동작하고, 상기 제2 안테나를 이용하여 투과 모드로 동작하는, 하이브리드 프로브를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 빔을 생성하여 출력하는 광원; 투과 모드 또는 반사 모드로 동작하는 하이브리드 프로브; 측정 대상이 배치되는 스테이지; 상기 광원으로부터의 빔을 상기 하이브리드 프로브로 조사하는 광학계; 및 상기 측정 대상으로부터의 IR(Infrared Ray) 파장 영역의 신호에 의해 발생하는 신호를 검출하는 검출기;를 포함하고, 상기 하이브리드 프로브는, 배선이 배치된 프로브 바디, 및 상기 프로브 바디에 결합하고 에미터 안테나, 디텍터 안테나, 및 절연층을 구비한 프로브 팁을 포함하며, 상기 에미터 안테나 및 디텍터 안테나를 이용하여 상기 측정 대상을 반사 모드로 측정하고, 상기 디텍터 안테나를 이용하여 상기 측정 대상을 투과 모드로 측정하는, 물성 분석 장치를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 하이브리드 프로브를 구비한 물성 분석 장치에서, 투과 모드와 반사 모드 중 어느 하나의 측정 모드를 선택하는 단계; 선택된 측정 모드에 따라, 상기 물성 분석 장치의 광학계를 설정하는 단계; 상기 물성 분석 장치의 광원으로부터 빔을 상기 하이브리드 프로브에 조사하는 단계; 및 IR 파장 영역의 신호가 측정 대상인 반도체 소자에서 반사되거나 또는 상기 반도체 소자를 투과하여 발생한 신호를 검출하는 단계;를 포함하고, 상기 하이브리드 프로브는, 배선이 배치된 프로브 바디, 및 상기 프로브 바디에 결합하고 에미터 안테나, 디텍터 안테나, 및 절연층을 구비한 프로브 팁을 포함하고,상기 반사 모드에서 상기 에미터 안테나 및 디텍터 안테나를 이용하여 상기 반도체 소자를 측정하고, 상기 투과 모드에서 상기 디텍터 안테나를 이용하여 상기 반도체 소자를 측정하는, 반도체 소자 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 하이브리드 프로브를 구비한 물성 분석 장치는, 하이브리드 프로브의 프로브 팁이 에미터 안테나와 디텍터 안테나를 함께 포함함으로써, 측정 대상에 대한 투과 모드와 반사 모드의 측정을 모두 수행할 수 있다. 따라서, 투과 모드와 반사 모드 간의 변경에서 프로브의 교체, 및 교체에 따른 광학 정렬(optical alignment)이 불필요하고 툴 매칭(tool matching)이 용이할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 물성 분석 장치는, 하이브리드 프로브의 프로브 팁의 구조에서 에미터 안테나와 디텍터 안테나가 반도체 기판을 사이에 두고 매우 좁은 간격을 가지고 배치됨으로써, 좁은 FOV 및 높은 분해능을 확보할 수 있고, 또한, 절연층을 통해 에미터 안테나와 디텍터 안테나 사이의 크로스-토크 노이즈를 효과적으로 차단함으로써, 높은 SNR을 구현할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 물성 분석 장치는, 하이브리드 프로브에 기초하여, 투과 모드와 반사 모드 간의 변경에서 프로브의 비교체, 그에 따른 광 정렬의 불필요와 툴 매칭 용이성, 높은 분해능, 및 높은 SNR에 기초하여, 측정 대상에 대한 측정에서 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 프로브를 구비한 물성 분석 장치에 대한 개념도이다.
도 2는 도 1a의 물성 분석 장치를 이용한 반도체 소자의 측정 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 물성 분석 장치에서 하이브리드 프로브의 프로브 팁 부분을 좀더 상세하게 보여주는 사시도들 및 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3c의 프로브 팁에서의 에미터 안테나와 디텍터 안테나의 일부분을 좀더 상세하게 보여주는 평면도들이다.
도 5는 도 3a의 하이브리드 프로브의 프로브 팁에서 반도체 기판 내의 절연층의 위치와 구조를 설명하기 위한 측면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 3a의 하이브리드 프로브의 프로브 팁에서 절연층의 크로스-노이즈 차단 기능을 설명하기 위한 시뮬레이션 사진들이다.
도 7은 도 3a의 하이브리드 프로브의 프로브 팁에서 절연층의 두께에 따른 크로스-노이즈 차단 효과를 보여주는 그래프이다.
도 8a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 물성 분석 장치의 하이브리드 프로브들의 구조를 보여주는 사시도들 및 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 물성 분석 장치를 이용한 반도체 소자 측정 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 반도체 소자 측정 방법에서, 투과 모드와 반사 모드의 측정 과정을 좀더 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 12a 및 도 12b는 도 11a 및 도 11b에 대응하여 투과 모드와 반사 모드의 측정 과정을 설명하기 위한 개념도들이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 프로브를 구비한 물성 분석 장치에 대한 개념도 및 블록 구성도이고, 도 2는 도 1a의 물성 분석 장치를 이용한 반도체 소자의 측정 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 1b는 도 1a의 물성 분석 장치의 광학계를 좀더 상세하 보여주는 블록 구성도이다.
도 1a 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예의 하이브리드 프로브를 구비한 물성 분성 장치(1000, 이하, 간단히 '물성 분석 장치'라 한다)는 하이브리드 프로브(100), 광원(200), 광학계(300), 검출기(400), 스테이지(500), 및 신호 발생기(600)를 포함할 수 있다.
하이브리드 프로브(100)는 프로브 바디(101), 및 프로브 팁(110)을 포함할 수 있다. 프로브 바디(101)는 배선을 포함하고, 제1 방향(x 방향)으로 연장하는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 프로브 바디(101)는 PCB(Printed Circuit Board)로 구현될 수 있다. 프로브 바디(101)의 일단에는 프로브 팁(110)이 결합할 수 있다. 프로브 바디(101)의 타단은 배선을 통해 검출기(400)에 연결될 수 있다.
프로브 팁(110)은, 도 3a 내지 도 3c를 통해 알 수 있듯이, 제1 방향(x 방향)으로 연장하는 평판 구조를 가질 수 있다. 물론, 프로브 팁(110)의 구조가 평판 구조에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 프로브 팁(110)은 제1 방향(x 방향)을 연장하는 사각 기둥의 형태를 가질 수도 있다. 한편, 제1 방향(x 방향)으로 프로브 팁(110)은 하부 부분에 테이퍼(taper) 형태의 단부(도 3a의 Ep 참조)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로브 팁(110)의 상부 부분은, 편의상 프로브 바디(101)로 결합하는 부분을 의미하고, 프로브 팁(110)의 하부 부분은 그 반대 부분을 의미하며, 이하에서, 동일한 개념을 가지고 설명한다.
프로브 팁(110)은 반도체 기판(111), 에미터(emitter) 안테나(113), 디텍터(detector) 안테나(115), 및 절연층(117)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(111)은, 예컨대, 저온 성장(Low Temperature grown: LT)-갈륨아세나이드(GaAs) 또는 LT-인듐갈륨아세나이드(InGaAs) 기판일 수 있다. 물론, 반도체 기판(111)의 재질이 상기 물질에 한정되는 것은 아니다. 에미터 안테나(113)는 반도체 기판(111)의 제1 면(S1) 상에 배치되고, 디텍터 안테나(115)는 제1 면(S1)의 반대 면인 반도체 기판(111)의 제2 면(S2) 상에 배치될 수 있다.
에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)는 메탈로 형성되거나, 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)가 메탈로 형성되는 경우, 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)는 금(Au)이나 은(Ag), 백금(Pt)과 같은 노블(noble) 메탈이나 구리(Cu) 등으로 형성될 수 있다. 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)가 반도체로 형성되는 경우, 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)는 실리콘(Si), GaAs, InGaAs 등으로 형성될 수 있다.
한편, 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)가 메탈로 형성되는 경우, 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)은 해당 메탈 물질의 증착, 및 리소그리피 공정을 통해 수 ㎚ 내지 수십 ㎚의 두께로 형성될 수 있다. 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)가 반도체로 형성되는 경우, 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)는 해당 물질의 에피 성장, 및 리소그라피 공정을 통해 수십 ㎚ 내지 수 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 물론, 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)의 재질, 형성 방법, 두께 등이 전술한 물질, 형성 방법, 및 수치에 한정되는 것은 아니다.
절연층(117)은 반도체 기판(111) 사이에 삽입되어 반도체 기판(111)을 2개의 부분으로 분리할 수 있다. 예컨대, 절연층(117)은 반도체 기판(111)과 실질적으로 동일한 평판 형태를 가질 수 있다. 또한, 절연층(117)은 반도체 기판(111)의 제1 면(S1)에 수직하는 제3 방향(z 방향)으로 반도체 기판(111)의 중간 부분에 삽입될 수 있다.
절연층(117)은 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 사이의 크로스-토크 노이즈(cross-talk noise)를 차단할 수 있다. 예컨대, 절연층(117)은 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 부분에서 발생하는 전자기적 신호들을 서로 차단할 수 있다. 여기서, 전자기적 신호들은, 에미터 안테나(113) 부분과 디텍터 안테나(115)에 조사되는 펄스 레이저, 그에 따라 발생하는 전하 캐리어, 근접장 등을 포함할 수 있다.
절연층(117)은 전자기적 신호를 차단하기 위한 재질 또는 구조로 형성될 수 있다. 절연층(117)은 전자기적 신호를 반사하는 물질이나 구조체, 또는, 가시광 파장 영역이나 IR(Infrared Ray) 파장 영역, 예컨대, 테라헤르츠 웨이브(THz wave) 영역의 전자기적 신호에 대해 높은 흡수율을 갖는 물질이나 구조체로 형성될 수 있다. 예컨대, 절연층(117)은 메탈 및 유전체 중 적어도 하나를 기반으로 하여 반사 구조체 또는 흡수 구조체로 형성될 수 있다. 여기서, 반사 구조체 또는 흡수 구조체는 단일층 구조로 구현될 수도 있고, 다중층 구조로 구현될 수도 있다. 예컨대, 절연층(117)이 노블 메탈이나 구리 등의 메탈을 기반으로 반사 구조체로서 형성되는 경우, 절연층(117)은 얇은 두께로 단일층 구조로 형성될 수 있다. 또한, 절연층(117)이 메탈 및 유전체를 기반으로 반사 구조체로 형성되는 경우, 절연층(117)은 EUV 마스크의 Mo/Si 다중 구조체와 유사하게 다중층 구조로 형성될 수 있다. 한편, 절연층(117)이 메탈 및 유전체를 기반으로 흡수 구조체로 형성되는 경우, 해당 파장 영역의 전자기적 신호를 효과적으로 흡수할 수 있는 미세 패턴들을 포함한 다중층 구조로 형성될 수 있다.
한편, 반도체 기판(111) 내에 절연층(117)이 삽입된 구조의 프로브 팁(110)은 다음과 같이 제조될 수 있다. 2개의 반도체 기판(111) 각각에 메탈 증착이나 또는 에피 성장을 통해 안테나용 물질층이 형성되고, 이후, 리소그라피 공정을 통해 요구되는 형태의 에미터 안테나와 디텍터 안테나가 만들어질 수 있다. 이후, 절연층(117)을 사이에 두고 2개의 반도체 기판(111)을 본딩함으로써, 프로브 팁(110)이 제조될 수 있다. 한편, 도 3a에 도시된 바와 같은 형태로 반도체 기판(111)을 커팅하는 공정에 있어서, GaAs나 InGaAs을 기반으로 하는 반도체 기판의 경우, 기계적 커팅을 수행하면 깨지기 쉬울 수 있다. 따라서, 반도체 기판(111)에 대해 식각(etching) 공정에 의한 커팅을 수행함으로써, 프로브 팁(110)을 안정적으로 제작할 수 있다.
본 실시예의 물성 분석 장치(1000)의 하이브리드 프로브(100)는. 프로브 팁(110)이 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 둘 다를 포함하고, 또한 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 사이에 절연층(117)을 구비한다는 점에서, 기존의 일반적인 프로브의 구조와 다를 수 있다. 참고로, 기존의 프로브의 경우, 프로브 팁은 반도체 기판 상에 에미터 안테나와 디텍터 안테나 중 어느 하나만을 포함할 수 있다. 그에 따라, 측정 대상을 측정할 때, 투과 모드의 경우 디텍터 안테나의 프로브 팁을 사용하고, 반사 모드의 경우 에미터 안테나의 프로브 팁을 사용하여야 한다. 이와 같이, 측정 모드에 따라 다른 프로브 팁을 사용해야 됨에 따라, 프로브의 교체가 필수적이고, 프로브의 교체시에 광정렬의 재수행이 필요하며, 또한 툴 매칭(tool matching)이 필요할 수 있다. 결과적으로 기존 프로브를 통한 측정에서는 항상성 확보가 힘들어 신뢰성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 여기서, 광정렬은 에미터 안테나와 프로브 팁 간의 정렬과, 안테나로의 레이저 조사 포인트의 정렬 등을 포함할 수 있다. 또한, 툴 매칭은 프로브의 교체 전후에 해당 장치들 간의 비교를 위해 신호들을 매칭시키는 과정을 의미할 수 있다. 한편, 기존 에미터 안테나의 프로브 팁의 경우, 반도체 기판 상에 2개의 에미터 안테나가 인접하여 배치되되, 크로스-토크 노이즈 차단을 위해 비교적 넓은 간격을 가지고 배치될 수 있다. 그에 따라, 기존 에미터 안테나의 프로브 팁은, 300㎛ 정도의 넓은 FOV(Field Of View) 및 그에 따른 낮은 분해능을 가질 수 있다. 또한, 기존 에미터 안테나의 프로브 팁은, 크로스-토크 노이즈 차단을 위한 별도의 구성 요소를 포함하지 않아 여전히 낮은 SNR을 가질 수 있다.
그에 반해, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)의 하이브리드 프로브(100)는. 프로브 팁(110)이 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 둘 다를 포함하고, 또한 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 사이에 절연층(117)을 구비한 구조를 가짐으로써, 기존의 프로브 구조에서 발생하는 문제점들을 모두 해결할 수 있다. 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)의 하이브리드 프로브(100)의 구체적인 구조에 대해서는 도 3a 내지 도 5의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
광원(200)은 빔을 생성하여 출력할 수 있다. 예컨대, 광원(200)은 펨토-세컨드(femto-second)의 펄스 레이저 빔을 생성하여 출력할 수 있다. 광원(200)으로부터의 펨토-세컨드 펄스 레이저는 광학계(300)를 통해 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분으로 조사될 수 있다. 펨토-세컨드 펄스 레이저의 조사를 통해, 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분에서 초단 수명의 전하 캐리어들이 생성될 수 있다.
한편, 에미터 안테나(113)에 인가된 바이어스 전류(Ib) 및 생성된 전하 캐리어들에 기인하여, 도 1a에 도시된 바와 같이, 에미터 안테나(113)의 끝단에서 IR 파장 영역의 신호, 예컨대, 테라헤르츠 신호(THz wave)가 발생되어 측정 대상(2000)으로 조사될 수 있다. IR 파장 영역 신호는 측정 대상(2000)에서 반사되고, 반사에 의해 발생한 신호를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출할 수 있다. 좀더 구체적으로, 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분에 생성된 전하 캐리어 및 IR 파장 영역 신호의 반사에 기인하여, 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분에 신호 전류(Is)가 발생하고, 신호 전류(Is)는 디텍터 안테나(115)를 거쳐 전달되어 검출기(400)에서 검출될 수 있다. 펨토-세컨드 펄스 레이저의 조사를 통한 전하 캐리어 생성 및 신호 전류(Is)의 생성과 관련하여, 도 2의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
광학계(300)는 광원(200)으로부터의 빔을 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)에 전달할 수 있다. 광학계(300)는 광원(200)의 빔을 에미터 안테나(113)로 전달하는 제1 광학계(300-1)과 광원(200)의 빔을 디텍터 안테나(115)로 전달하는 제2 광학계(300-2)를 포함할 수 있다. 제1 광학계(300-1)와 제2 광학계(300-2)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 미러부(330-1)와 제2 미러부(330-2)를 포함할 수 있다. 한편, 제2 광학계(300-2)는, 디텍터 안테나(115)에서의 고속 샘플링을 위해, 디텍터 안테나(115)로의 빔의 조사를 지연시키는 스캐너(310)를 더 포함할 수 있다. 이러한 스캐너(310)는 광 지연 라인(optical delay line)이라고도 하며, 제2 미러부의 전단에 배치될 수 있다.
제1 미러부(330-1)는 펌프(pump) 빔을 에미터 안테나(113)로 조사하고, 제2 미러부(350-2)는 프로브(probe) 빔을 디텍터 안테나(115)로 조사할 수 있다. 펌프 빔과 프로브 빔과 관련해서는 도 2의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다. 제1 미러부(330-1) 및 제2 미러부(330-2) 각각은 적어도 하나의 미러를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 12a, 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 제1 미러부(350-1)와 제2 미러부(350-2)는 각각 하나의 미러를 포함할 수 있다. 그러나 실시예에 따라, 제1 미러부(350-1)와 제2 미러부(350-2)는 각각 2개 이상의 미러를 포함할 수도 있다.
한편, 광원(200)으로부터의 빔은 광 섬유를 통해 제1 미러부(330-1)나 스캐너(310)로 전달될 수 있다. 실시예에 따라, 광학계(300)는 회절 소자를 더 포함할 수도 있다. 회절 소자는 광원(200)으로 빔을 분광하여 특정 파장 범위의 빔만이 에미터 안테나(113) 및 디텍터 안테나(115)로 조사되도록 할 수 있다.
검출기(400)는 배선을 통해 하이브리드 프로브(100)에 연결될 수 있다. 검출기(400)는 에미터 안테나(113)로 바이어스 전류(Ib)를 인가할 수 있다. 또한, 검출기(400)는 디텍터 안테나(115)에서 발생한 신호 전류(Is)를 검출할 수 있다. 검출기(400)에서 검출된 신호 전류(Is)는 전압으로 변환되고 기준 전압들과 비교됨으로써, 측정 대상(2000)의 물성을 분석하는데 이용될 수 있다.
스테이지(500)는 측정 대상(2000)을 지지하여 고정할 수 있다. 예컨대, 스테이지(500)는 측정 대상(2000)의 측면을 지지하여 고정할 수 있다. 스테이지(500)는 3차원적으로 이동 가능한 3차원 이동 스테이지일 수 있다. 스테이지(500)의 이동에 따라, 측정 대상(2000)도 함께 이동할 수 있다. 예컨대, 스테이지(500)의 이동을 통해, 측정 대상(2000)은 제1 방향(x 방향)으로 하이브리드 프로브(100)와 적정 거리를 유지하고, 또한 측정 대상(2000)에 대한 y-z 평면 상의 스캔 등이 수행될 수 있다.
한편, 측정 대상(2000)은 마스크나 웨이퍼 등의 반도체 소자일 수 있다. 물론, 측정 대상(2000)이 반도체 소자에 한정되는 것은 아니다. 한편, 측정 대상(2000)인 반도체 소자는, 예컨대, 미세 패턴을 포함할 수 있다. 또한, 반도체 소자는 다중 물질층을 포함할 수 있다. 참고로, 일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼가 싱귤레이션 공정을 통해 개별화된 칩, 또는 그 칩이 패키징 형태를 의미할 수 있다. 그러나 이하에서, 반도체 소자는, 개별화된 칩을 비롯하여, 마스크와 개별화 전의 웨이퍼 등을 모두 포함하는 개념으로 사용될 수 있다. 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)는 하이브리드 프로브(100)를 이용하여 근접장 및 그에 따른 신호를 검출함으로써, 측정 대상(2000)에 대한 다양한 물성을 측정 및 분석할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)는 측정 대상(2000) 내의 물질층들의 재질이나 구조 등을 분석할 수 있다. 또한, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)는 측정 대상(2000)의 물질층의 굴절율(n)이나 유전율(k)과 같은 광학 상수를 분석하거나 또는 물질층 내의 불순물 등을 검출하여 물질층의 품질을 분석할 수도 있다.
신호 발생기(600)는 IR 파장 영역 신호를 생성하여 측정 대상(2000)으로 조사시킬 수 있다. 예컨대, 신호 발생기(600)는 에미터 안테나(113)와 유사한 구조의 안테나를 포함할 수 있다. 그에 따라, 제1 광학계(300-1)를 통해 펨토-세컨드 펄스 레이저가 신호 발생기(600)에 조사되고, 신호 발생기(600)에서 IR 파장 영역 신호, 예컨대, 테라헤르츠 신호가 발생할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 신호 발생기(600)로부터의 테라헤르츠 신호는 측정 대상(2000)으로 조사되고, 테라헤르츠 신호가 측정 대상(2000)을 투과하여 발생한 신호를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출할 수 있다. 즉, 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분에서 생성된 전하 캐리어 및 IR 파장 영역 신호의 투과에 기인하여, 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분에 신호 전류(Is)가 발생하고, 신호 전류(Is)는 디텍터 안테나(115)를 거쳐 전달되어 검출기(400)에서 검출될 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)를 이용한 반도체 소자의 측정 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.
광원(200)으로부터의 펨토-세컨드 펄스 레이저는 빔 스플리터 등을 통해 펌프 빔과 프로브 빔으로 분리될 수 있다. 펌프 빔은, 제1 광학계(300-1)를 거쳐, 바이어스 전류(Ib)가 인가된 에미터 안테나(113)의 끝단으로 조사될 수 있다. 펌프 빔의 조사를 통해, 에미터 안테나(113)의 끝단에서 전하 캐리어들이 생성되고, 또한, 전하 캐리어들의 미분 형태의 전자기파 방사(radiation), 즉 IR 파장 영역 신호가 발생할 수 있다. 이러한, IR 파장 영역 신호는 측정 대상(2000)으로 입사되어 반사되거나 또는 투과될 수 있다. 도 2는 투과되는 경우를 보여주고 있다.
프로브 빔은 제2 광학계(300-2)를 거쳐 디텍터 안테나(115)의 끝단으로 조사될 수 있다. 또한, 프로브 빔은, 제2 광학계(300-2) 내의 스캐너(310)를 경유하여 펌프 빔보다 지연되어 디텍터 안테나(115)의 끝단에 조사될 수 있다. 프로브 빔의 조사를 통해, 디텍터 안테나(115)의 끝단에서 전하 캐리어들이 생성될 수 있다. 그러나 디텍터 안테나(115)의 구조에 기인하여 IR 파장 영역 신호는 발생하지 않을 수 있다.
한편, 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 사이에 측정 대상(2000)이 배치된 경우, 측정 대상(2000)을 투과한 IR 파장 영역 신호가 전하 캐리어와 상호 작용하여 발생한 신호 전류(Is)를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출할 수 있다. 신호 전류(Is)는 측정 대상(2000)의 임펄스 응답에 대응할 수 있고, 신호 전류(Is)에는 펌프 빔과 프로브 빔 사이의 시간 지연에 대하여 측정하려는 신호와 디텍터 안테나(115)에 의한 샘플(Sample)용 전하 캐리어 사이의 상호 상관함수(Cross-Correlation)화된 신호에 대한 정보가 포함될 수 있다. 즉, 디텍터 안테나(115)는 에미터 안테나(113)의 각각의 시간 지연에서 측정하려는 신호에 비례하는 전하 캐리어를 샘플링하여, 신호 전류(Is)로서 검출되도록 할 수 있다. 따라서, 디텍터 안테나(115)를 통해 신호 전류(Is)을 검출함으로써, 측정 대상(2000)의 전기적인 특성의 분석, 및 그에 대응하는 측정 대상(2000)의 물성을 분석할 수 있다.
한편, 도 2에서 테라헤르츠 신호가 측정 대상(2000)를 투과하여 발생한 신호 전류를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출하는 원리, 즉 투과 모드의 측정 원리를 설명하는데, 테라헤르츠 신호가 측정 대상(2000)에서 투과 대신 반사된다는 점을 제외하고 반사 모드의 측정 원리는 투과 모드의 측정 원리와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예의 물성 분석 장치(1000)는, 하이브리드 프로브(100)의 프로브 팁(110)이 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115)를 함께 포함함으로써, 측정 대상(2000)에 대한 투과 모드와 반사 모드의 측정을 모두 수행할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)는, 투과 모드와 반사 모드 간의 변경에서 프로브의 교체, 및 교체에 따른 광학 정렬(optical alignment)이 불필요하고 툴 매칭(tool matching)이 용이할 수 있다. 결과적으로 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)는, 하이브리드 프로브(100)에 기초하여 측정 대상(2000)에 대한 측정에서 항상성을 확보하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)는, 하이브리드 프로브(100)의 프로브 팁(110)의 구조에서, 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115)가 반도체 기판(111)을 사이에 두고 매우 좁은 간격을 가지고 배치됨으로써, 10㎛ 이하의 좁은 FOV를 가지고 높은 분해능을 확보할 수 있다. 또한, 반도체 기판(111) 내에 배치된 절연층(117)을 통해 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 사이의 크로스-토크 노이즈를 효과적으로 차단함으로써, 높은 SNR을 구현할 수 있다. 결과적으로 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)는, 하이브리드 프로브(100)에 기초하여 측정 대상(2000)에 대한 측정에서 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1a의 물성 분석 장치에서 하이브리드 프로브의 프로브 팁 부분을 좀더 상세하게 보여주는 사시도들 및 측면도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3c의 프로브 팁에서의 에미터 안테나와 디텍터 안테나의 일부분을 좀더 상세하게 보여주는 평면도들이다. 도 1a를 함께 참조하여 설명하고, 도 1a 내지 도 2의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 3a 내지 도 4b를 참조하면, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)의 하이브리드 프로브(100)의 프로브 팁(110) 부분만을 보여주고 있는데, 전술한 바와 같이, 프로브 팁(110)은 반도체 기판(111), 반도체 기판(111)의 제1 면(S1) 상에 배치된 에미터 안테나(113), 제2 면(S2) 상에 배치된 디텍터 안테나(115), 그리고 반도체 기판(111) 내에 삽입된 절연층(117)을 포함할 수 있다.
반도체 기판(111)은, 전술한 바와 같이, 제1 방향(x 방향)으로 연장하는 평판 형태를 가지며, 제1 방향(x 방향)의 하부 부분에 테이퍼 형태의 단부(Ep)을 가질 수 있다. 예컨대, 도 3a 또는 도 3c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(111)은 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)으로 폭이 넓고, 제3 방향(z 방향)으로는 폭은 좁은 평판 형태를 가질 수 있다. 또한, 단부(Ep)는 제2 방향(y 방향)의 양 측면이 제1 방향(x 방향)으로 하부로 갈수록 서로 가까워져 단부(Ep)의 끝단에서 서로 만나는 형태를 가질 수 있다.
에미터 안테나(113)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 다이폴(dipole) 유닛(113di), 디렉터(113dir, director), 연장부(112ex), 및 리플렉터(113re, reflector)를 포함할 수 있다. 다이폴 유닛(113di)은 프로브 팁(110)의 단부(Ep) 상에 배치되고 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격된 2개의 제1 도전 라인을 구비할 수 있다. 제1 도전 라인은 제2 방향(y 방향)으로 연장하는 형태를 가질 수 있다. 다이폴 유닛(113di)은 IR 파장 영역 방사, 즉 IR 파장 영역 신호를 발생시킬 수 있다.
디렉터(113dir)는, 제1 방향(x 방향)으로 다이폴 유닛(113di)의 하부에 배치되고, 제1 방향(x 방향)을 따라 서로 이격된 적어도 2개의 제2 도전 라인을 구비할 수 있다. 그러나 실시예에 따라, 디렉터(113dir)는 1개의 제2 도전 라인을 구비할 수도 있다. 제2 도전 라인들 각각은 제2 방향(y 방향)으로 연장하는 형태를 가질 수 있다. 한편, 제2 도전 라인들은 프로브 팁(110)의 단부(Ep)의 끝단에 가까울수록 제2 방향(y 방향)의 폭이 좁을 수 있다. 디렉터(113dir)는 다이폴 유닛(113di)에서 발생한 IR 파장 영역 신호가 제1 방향(x 방향)으로 프로브 팁(110)의 하방으로 향하게 할 수 있다. 즉, 디렉터(113dir)는 IR 파장 영역 신호가 프로브 팁(110)의 하방에 배치된 측정 대상(2000)으로 향하게 할 수 있다.
연장부(113ex)는 제1 방향(x 방향)으로 제1 도전 라인에서 프로브 바디(101)로 연장하여, 프로브 바디(101)의 배선에 연결될 수 있다. 연장부(113ex)는 2개의 제1 도전 라인에 대응하여 2개의 제3 도전 라인을 구비할 수 있다. 2개의 제3 도전 라인은 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 에미터 안테나(113)에는 바이어스 전류(Ib)가 인가되는데, 연장부(113ex)는, 예컨대, 바이어스 전류(Ib)를 다이폴 유닛(113di)으로 전달하기 위한 통로에 해당할 수 있다.
리플렉터(113re)는, 제1 방향(x 방향)으로 다이폴 유닛(113di)의 상부에 배치될 수 있다. 리플렉터(113re)는 2개의 제1 도전 라인에 대응하여 2개의 제4 도전 라인을 구비할 수 있다. 2개의 제4 도전 라인은 제2 방향(y 방향)으로 연장부(113ex)의 양쪽에 배치될 수 있다. 리플렉터(113re)는 다이폴 유닛(113di)에서 발생한 IR 파장 영역 신호를 반사시켜, 제1 방향(x 방향)으로 프로브 팁(110)의 하방으로 향하게 할 수 있다. 즉, 리플렉터(113re)는 제1 방향(x 방향)으로 프로브 팁(110)의 상방으로 향하는 IR 파장 영역 신호를 반사시켜, 프로브 팁(110)의 하방에 배치된 측정 대상(2000)으로 향하게 할 수 있다. 실시예에 따라, 리플렉터(113re)는 생략될 수 있다.
디텍터 안테나(115)는 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격된 2개의 니들(115ni)을 구비할 수 있다. 2개의 니들(115ni) 각각은 제1 방향(x 방향)으로 연장하고, 프로브 팁(110)의 단부(Ep)의 끝단으로 갈수록 좁아져 뾰족한 형태를 가질 수 있다. 니들(115ni)은 프로브 바디(101)로 연장하여, 프로브 바디(101)의 배선에 연결될 수 있다. 한편, 디텍터 안테나(115)는 2개의 니들(115ni) 각각에서 돌출된 돌출부(115pr)을 포함할 수 있다. 돌출부(115pr)는 샘플링을 작게 하기 위해 니들(115ni) 사이의 갭을 축소하는 기능을 할 수 있다. 실시예에 따라, 돌출부(115pr)는 생략될 수 있다.
절연층(117)은 반도체 기판(111)과 실질적으로 동일한 평판 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 절연층(117)은 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)으로 폭이 넓고, 제3 방향(z 방향)으로는 폭은 좁은 평판 형태를 가질 수 있다. 또한, 절연층(117)은 반도체 기판(111)의 단부(Ep)에 대응하여, 제1 방향(x 방향)의 하부 부분에 테이퍼 형태를 가질 수 있다. 한편, 절연층(117)은, 반도체 기판(111)에 비해, 제3 방향(z 방향)으로 폭이 매우 좁을 수 있다. 절연층(117)은 제3 방향(z 방향)으로 반도체 기판(111)의 중간 부분에 삽입되어 반도체 기판(111)을 2개의 부분으로 분리할 수 있다. 절연층(117)은, 전술한 바와 같이, 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115) 사이의 크로스-토크 노이즈를 차단할 수 있다.
도 5는 도 3a의 하이브리드 프로브의 프로브 팁에서 반도체 기판 내의 절연층의 위치와 구조를 설명하기 위한 측면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)에서, 반도체 기판(111)은 GaAs 또는 InGaAs로 형성되고, 제3 방향(z 방향)으로 제1 두께(T1)을 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는, 예컨대, 3㎛ 정도일 수 있다. 물론, 제1 두께(T1)가 3㎛에 한정되는 것은 아니다. 도 5에서, D는 제3 방향(z 방향)으로 디텍터 안테나(115)에서 반도체 기판(111)의 중간 부분까지의 거리를 의미할 수 있다.
절연층(117)은 제3 방향(z 방향)으로 반도체 기판(111)의 중간 부분에 삽입될 수 있다. 절연층(117)은 메탈, 예컨대, Cu로 형성될 수 있다. 물론, 절연층(117)의 재질이 Cu에 한정되는 것은 아니다. 절연층(117)은 제3 방향(z 방향)으로 제2 두께(T2)을 가질 수 있다. 제2 두께(T2)는, 예컨대, 70㎚ 이상일 수 있다. 그러나 제2 두께(T2)의 두께가 70㎚ 이상으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 절연층(117)이 반사 구조체로 형성되느냐 흡수 구조체로 형성되느냐에 따라, 절연층(117)의 재질에 따라, 또는 절연층(117)이 다중층 구조인지 단일층 구조인지에 따라, 절연층(117)의 두께는 다양할 수 있다.
한편, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000)에서, 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115)는 GaAs나 InGaAs와 같은 반도체를 기반으로 형성될 수 있다. 그에 따라, 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115)는 제3 방향(z 방향)으로 1㎛ 내외의 두께로 형성될 수 있다. 그러나 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115)의 두께가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115)가 메탈을 기반으로 형성된 경우, 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115)는 수 ㎚ 내지 수십 ㎚ 정도로 얇게 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 3a의 하이브리드 프로브의 프로브 팁에서 절연층의 크로스-노이즈 차단 기능을 설명하기 위한 시뮬레이션 사진들로서, 도 6a는 절연층이 없는 기존 프로브의 프로브 팁에 대응하는 시뮬레이션 사진이고, 도 6b는 도 3a의 하이브리드 프로브의 프로브 팁에 대응하는 시뮬레이션 사진이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 도 6a 및 도 6b에서, 시뮬레이션 사진들 각각은 제2 방향(y 방향)에 수직하는 프로브 팁의 단면의 일부에 대응하고, 중앙의 5개의 원은 에미터 안테나에 대응할 수 있다. 예컨대, 최상부의 원은 리블렉터(도 4의 113re 참조), 두 번째 원은 다이폴 유닛(도 4의 113di 참조), 그리고 하부의 3개의 원은 디렉터(도 4의 113dir)에 해당할 수 있다.
도 6a의 경우, 다이폴 유닛(113di)에서 발생한 근접장, 즉 IR 파장 영역 신호가 제3 방향(z 방향)으로 거의 대칭적으로 전파됨을 확인할 수 있다. 따라서, 제3 방향(z 방향)으로 다이폴 유닛(113di)으로부터 어느 정도 가까운 위치에 디텍터 안테나(115)가 배치되는 경우, 다이폴 유닛(113di)에서 발생한 IR 파장 영역 신호가 디텍터 안테나(115)에 크로스-토크 노이즈로 작용할 수 있다.
한편, 도 6b의 경우, 다이폴 유닛(113di)에서 발생한 IR 파장 영역 신호는 제3 방향(z 방향)의 왼쪽으로는 절연층(117)에 의해 차단되고, 오른쪽으로만 전파됨을 확인할 수 있다. 따라서, 절연층(117)을 사이에 두고 디텍터 안테나(115)가 배치되는 경우, 다이폴 유닛(113di)에서 발생한 IR 파장 영역 신호는 디텍터 안테나(115)에 크로스-토크 노이즈로 작용할 수 없거나 매우 미미하게 작용할 수 있다.
도 7은 도 3a의 하이브리드 프로브의 프로브 팁에서 절연층의 두께에 따른 크로스-노이즈 차단 효과를 보여주는 그래프이다. x축은 제3 방향으로의 절연층의 두께를 나타내고 단위는 ㎚이며, y축은 크로스-토크 노이즈의 파워를 나타내고, 단위는 임의 단위일 수 있다. 여기서, 절연층은 Cu와 같은 메탈로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 절연층(117)의 두께가 50㎚ 미만에서, 큰 음의 기울기를 가지고 두께가 얇아질수록 크로스-토크 노이즈가 크게 증가할 수 있다. 또한, 절연층(117)의 두께가 50㎚이상 70㎚ 미만의 두께에서, 작은 음의 기울기를 가지나 여전히 두께가 얇아질수록 크로스-토크 노이즈가 증가함을 알 수 있다. 한편, 절연층(117)의 두께가 70㎚이상인 경우, 크로스-토크 노이즈가 실질적으로 0이 됨을 확인할 수 있다. 따라서, 절연층(117)을 메탈로 형성하는 경우, 70㎚이상의 두께로 절연층(117)을 형성함으로써, 에미터 안테나(113)과 디텍터 안테나(115)의 사이의 크로스-토크 노이즈를 실질적으로 0으로 줄일 수 있다.
도 8a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 물성 분석 장치의 하이브리드 프로브들의 구조를 보여주는 사시도들 및 단면도들로서, 특히 프로브 팁 부분을 보여준다. 도 8c 및 도 9c는 각각 도 8a의 I-I' 부분과 도 9a의 Ⅱ-Ⅱ' 부분을 절단하여 보여주는 단면도이다. 도 1a 내지 도 7의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000a)는, 하이브리드 프로브(100a)의 프로브 팁(110a)의 구조에서, 도 1a의 물성 분석 장치(1000)와 다를 수 있다. 좀더 구체적으로, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000a)에서, 하이브리드 프로브(100a)의 프로브 팁(110a)은 반도체 기판(111a)의 제1 면(S1) 상에 에미터 안테나 유닛(113a)과 반도체 기판(111a)의 제2 면(S2) 상에 디텍터 안테나 유닛(115a)을 포함할 수 있다. 도 8a 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 에미터 안테나 유닛(113a)은 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격된 제1 에미터 안테나(113-1)와 제2 에미터 안테나(113-2)를 포함하고, 디텍터 안테나 유닛(115a)은 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격된 제1 디텍터 안테나(115-1)와 제2 디텍터 안테나(115-2)를 포함할 수 있다.
제1 에미터 안테나(113-1)와 제2 에미터 안테나(113-2)는 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 에미터 안테나(113-2)는 제1 에미터 안테나(113-1)보다 제2 방향(y 방향)으로 연장부의 제3 도전 라인들의 이격 거리와 다이폴 유닛의 제1 도전 라인들의 이격 거리가 더 클 수 있다. 또한, 제2 에미터 안테나(113-2)는 제1 에미터 안테나(113-1)보다 디렉터의 제2 도전 라인들이 제2 방향(y 방향)으로 더 길 수 있다. 이러한 제1 에미터 안테나(113-1)와 제2 에미터 안테나(113-2)의 구조적 차이는 하나의 예시로서, 제1 에미터 안테나(113-1)와 제2 에미터 안테나(113-2)는 하이브리드 프로브(100a)에 요구되는 기능에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 에미터 안테나(113-1) 및 제2 에미터 안테나(113-2)는 하이브리드 프로브(100a)가 고해상도 프로브, 고감도 프로브, 노이즈 억제 프로브, 및 광대역 프로브 중 어느 하나로 동작하기 위한 구조를 가지되, 서로 다른 기능을 수행할 수 있도록 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 여기서, 노이즈 억제 프로브는 높은 SNR 프로브를 포함할 수 있다.
제1 디텍터 안테나(115-1)와 제2 디텍터 안테나(115-2)도 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 디텍터 안테나(115-2)는 제1 디텍터 안테나(115-1)보다 제2 방향(y 방향)으로 니들들의 이격 거리가 더 클 수 있다. 이러한 제1 디텍터 안테나(115-1)와 제2 디텍터 안테나(115-2)의 구조적 차이 역시 하나의 예시로서, 제1 디텍터 안테나(115-1)와 제2 디텍터 안테나(115-2)는 하이브리드 프로브(100a)에 요구되는 기능에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 디텍터 안테나(115-1)와 제2 디텍터 안테나(115-2)는 하이브리드 프로브(100a)가 고해상도 프로브, 고감도 프로브, 노이즈 억제 프로브, 및 광대역 프로브 중 어느 하나로 동작하기 위한 구조를 가지되, 서로 다른 기능을 수행할 수 있도록 서로 다른 구조를 가질 수 있다.
한편, 절연층(117a)은 2개의 에미터 안테나(113-1, 113-2) 각각과 2개의 디텍터 안테나(115-1, 115-2) 각각을 분리할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 도 8c에 도시된 바와 같이, 절연층(117a)은 제1 방향(x 방향) 수직하는 단면 형태가 십자인 형태를 가지고 반도체 기판(111a)을 4개의 부분으로 분리할 수 있다. 또한, 2개의 에미터 안테나(113-1, 113-2), 및 2개의 디텍터 안테나(115-1, 115-2)는 십자 형태의 절연층(117a)에 의해 분리된 반도체 기판(111a)의 4개의 부분에 대응하여 각각 배치될 수 있다.
참고로, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000a)에서, 측정 대상(2000)을 투과 모드로 측정하는 경우, 요구되는 기능에 따라, 2개의 디텍터 안테나(115-1, 115-2) 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 한편, 측정 대상(2000)을 반사 모드로 측정하는 경우, 요구되는 기능에 따라, 2개의 에미터 안테나(113-1, 113-2) 중 어느 하나와 2개의 디텍터 안테나(115-1, 115-2) 중 어느 하나가 조합하여 이용될 수 있다. 예컨대, 반사 모드의 측정의 경우, 하이브리드 프로브(100a)는, 조합에 의한 4가지 기능의 프로브들 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
지금까지, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000a)의 하이브리드 프로브(100a)에서, 반도체 기판(111a)이 절연층(117a)에 의해 4개 부분으로 분리되고, 그에 따라, 2개의 에미터 안테나(113-1, 113-2)와 2개의 디텍터 안테나(115-1, 115-2)가 배치된 프로브 팁(110a)의 구조에 대해 설명하였다. 그러나 본 실시예의 물성 분석 장치(1000a)의 하이브리드 프로브(100a)의 프로브 팁(110a)의 구조가 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 반도체 기판(111a)은 절연층(117a)에 의해 5개 이상으로 분리될 수 있다. 또한, 절연층(117a)에 의해 반도체 기판(111a)이 분리된 부분의 개수에 대응하여 적절한 개수의 에미터 안테나 및 적절한 개수의 디텍터 안테나가 배치될 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000a)에서, 하이브리드 프로브(100a)는, 투과 모드 경우는 디텍터 안테나의 해당 개수에 대응하여, 그리고 반사 모드는 에미터 안테나의 해당 개수 및 디텍터 안테나의 해당 개수의 조합에 대응하여, 다양한 기능의 프로브들 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
한편, 에미터 안테나와 디텍터 안테나는 서로 다른 개수로 배치될 수도 있다. 예컨대, 반도체 기판(111a)의 제1 면(S1) 쪽은 절연층(117a)에 의해 2개의 부분으로 분리되고, 제2 면(S2) 쪽은 절연층(117a)에 의해 3개의 부분으로 분리될 수 있다. 또한, 제1 면(S1) 상에는 형태가 복잡한 2개의 에미터 안테나가 배치되고, 제2 면(S2) 상에 비교적 단수한 형태의 3개의 디텍터 안테나가 배치될 수 있다. 이와 같이, 2개의 에미터 안테나와 3개의 디텍터 안테나가 배치되는 경우, 해당 하이브리드 프로브는, 조합에 의한 6가지 기능의 프로브들 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000b)는, 하이브리드 프로브(100b)의 프로브 팁(110b)의 구조에서, 도 8a 내지 도 8c의 물성 분석 장치(1000a)와 다를 수 있다. 좀더 구체적으로, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000b)에서, 하이브리드 프로브(100b)의 프로브 팁(110b)은 반도체 기판(111b)의 제1 면(S1) 상에 에미터 안테나 유닛(113b)과 반도체 기판(111b)의 제2 면(S2) 상에 디텍터 안테나 유닛(115b)을 포함할 수 있다. 또한, 도 8a의 하이브리드 프로브(100a)의 프로브 팁(110a)과 유사하게, 에미터 안테나 유닛(113b)은 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격된 제1 에미터 안테나(113-1)와 제2 에미터 안테나(113-2)를 포함하고, 디텍터 안테나 유닛(115b)은 제2 방향(y 방향)으로 서로 이격된 제1 디텍터 안테나(115-1)와 제2 디텍터 안테나(115-2)를 포함할 수 있다.
그러나 도 9a 또는 도 9b에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 하이브리드 프로브(100b)의 프로브 팁(110b)에서, 반도체 기판(111b)의 구조는 도 8a의 하이브리드 프로브(100a)의 프로브 팁(110a)의 반도체 기판(111a)의 구조와 다를 수 있다. 예컨대, 반도체 기판(111b)의 단부(Ep1)는 W 형태를 가질 수 있다. 또한, 절연층(117b)는 제1 방향(x 방향)에 수직하는 단면이 십자인 형태를 가지고 반도체 기판(111b)을 4 부분으로 분리하되, 제2 방향(y 방향)으로 W 형태인 단부(Ep1)의 중간 부분을 분리할 수 있다.
한편, 도 9c의 단면도는 도 8c의 단면도와 실질적으로 동일할 수 있다. 만약 자른 부분이 단부(Ep1) 부분인 경우, 절연층(117a)과 절연층(117b)의 단면 형태는 서로 다를 수 있다. 다만, 자른 부분이 단부(Ep1) 부분인 경우라도, 각각의 단면을 위에서 볼 때, 절연층(117a)과 절연층(117b)는 실질적으로 동일하게 보일 수 있다.
본 실시예의 물성 분석 장치(1000b) 역시, 하이브리드 프로브(100b)의 프로브 팁(110b)은, 2개의 에미터 안테나(113-1, 113-2)가 서로 다른 구조를 가지며, 또한, 2개의 디텍터 안테나(115-1, 115-2)가 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 그에 따라, 하이브리드 프로브(100b)는 조합에 의해, 투과 모드에서는 2가지 중 어느 하나의 기능을 수행할 수 있고, 반사 모드에서는 4가지 기능 중 어느 하나를 수행할 수 있다. 더 나아가, 물성 분석 장치(1000b)는, v가 3개 이상 연장된 단부 형태의 반도체 기판의 구조, 및 반도체 기판을 v자에 대응하는 부분으로 분리하는 절연층의 구조를 가질 수 있다. 이러한 반도체 기판 및 절연층의 구조를 가지고, 3개 이상의 에미터 안테나와 3개 이상의 디텍터 안테나가 반도체 기판 상에 배치될 수 있다. 한편, 반도체 기판 및 절연층의 구조의 구조에 기인하여, 에미터 안테나와 디텍터 안테나의 개수는 동일할 수 있다. 덧붙여, 본 실시예의 물성 분석 장치(1000b)에서도 하이브리드 프로브(100b)는, 투과 모드 경우는 디텍터 안테나의 해당 개수에 대응하여, 그리고 반사 모드는 에미터 안테나의 해당 개수 및 디텍터 안테나의 해당 개수의 조합에 대응하여 다양한 기능의 프로브 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 물성 분석 장치를 이용한 반도체 소자 측정 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1a를 함께 참조하여 설명하고, 도 1a 내지 도 9c의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 물성 분석 장치를 이용한 반도체 소자 측정 방법(이하, 간단히 '반도체 소자 측정 방법'이라 한다)은, 먼저, 물성 분석 장치(1000)에서, 측정 모드를 선택한다(S110). 즉, 측정 대상(2000)인 반도체 소자에서, 분석하고자 하는 물성에 따라 측정 모드를 투과 모드 또는 반사 모드를 선택할 수 있다. 예컨대, 반도체 소자의 내부의 물성을 분석하고자 하는 경우, 투과 모드를 선택하고, 반도체 소자의 표면 상의 물성을 분석하고자 하는 경우, 반사 모드가 선택될 수 있다. 물론, 측정 모드의 선택의 기준이 그에 한정되는 것은 아니다.
이후, 물성 분석 장치(1000)의 광학계(300)를 설정한다(S120). 여기서, 물성 분석 장치(1000)는 도 1a의 물성 분석 장치(1000)일 수 있다. 그에 따라, 물성 분석 장치(1000)는, 에미터 안테나(113)와 디텍터 안테나(115)가 함께 배치된 프로브 팁(110)을 구비한 하이브리드 프로브(100)를 포함할 수 있다. 한편, 물성 분석 장치(1000)는 도 1a의 물성 분석 장치(1000)에 한정되지 않고, 도 8a나 도 9a의 물성 분석 장치(1000a, 1000b)가 이용될 수도 있다.
광학계(300)의 설정은, 예컨대, 투과 모드의 경우, 제1 광학계(300-1)를 오프하고 제2 광학계(300-2)만 온 시킬 수 있다. 반면에, 반사 모드의 경우, 제1 광학계(300-1)와 제2 광학계(300-2) 둘 다 온 시킬 수 있다. 한편, 광학계(300)를 설정하는 단계에서, 실시예에 따라, 반도체 소자의 반사 및/또는 투과의 특성에 따라, 광원(200)에서 생성되는 빔의 파장을 조절하거나, 또는 출력 후 별도의 광학 소자를 통해 적정 파장의 빔을 선택할 수도 있다.
다음, 빔을 물성 분석 장치(1000)의 하이브리드 프로브(100)에 조사한다(S130). 예컨대, 투과 모드의 경우, 프로브 빔을 하이브리드 프로브(100)의 프로브 팁(110)의 디텍터 안테나(115)에 조사할 수 있다. 또한, 반사 모드의 경우, 펌프 빔을 하이브리드 프로브(100)의 프로브 팁(110)의 에미터 안테나(113)에 조사하고, 프로브 빔을 하이브리드 프로브(100)의 프로브 팁(110)의 디텍터 안테나(115)에 조사할 수 있다.
빔을 하이브리드 프로브(100)로 조사함에 따라, 하이브리드 프로브(100)의 프로브 팁(110)의 끝단 부분에서 IR 파장 영역 신호가 생성될 수 있다. 예컨대, 펌프 빔의 조사에 의해 에미터 안테나(113)의 끝단 부분에서 IR 파장 영역 신호가 생성되고, 프로브 빔의 조사에 의해 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분에서 IR 파장 영역 신호가 생성될 수 있다.
이후, IR 파장 영역 신호가 반도체 소자에서 반사되거나 또는 반도체 소자를 투과하여 발생한 신호를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출한다(S140). 예컨대, 투과 모드의 경우, IR 파장 영역 신호가 반도체 소자를 투과하여 발생한 신호를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출할 수 있다. 또한, 반사 모드의 경우, IR 파장 영역 신호가 반도체 소자에서 반사되어 발생한 신호를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출할 수 있다.
본 실시예의 반도체 소자 측정 방법은, 하이브리드 프로브(100)를 포함하는 물성 분석 장치(1000)를 이용하여, 분석하고자 하는 반도체 소자의 물성에 따라 측정 모드를 자유로이 선택하여 측정할 수 있다. 또한, 투과 모드와 반사 모드 간의 변경에서 프로브의 교체, 및 교체에 따른 광학 정렬이 불필요하고 툴 매칭이 용이하여, 반도체 소자에 대한 측정에서 항상성을 확보하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 더 나아가, 하이브리드 프로브(100)의 프로브 팁(110)의 구조적 특징에 기초하여, 높은 분해능 및 높은 SNR을 가지고 반도체 소자를 측정할 수 있고, 그에 따라, 반도체 소자의 측정에서 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 반도체 소자 측정 방법에서, 투과 모드와 반사 모드의 측정 과정을 좀더 상세하게 보여주는 흐름도이고, 도 12a 및 도 12b는 도 11a 및 도 11b에 대응하여 투과 모드와 반사 모드의 측정 과정을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 10의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 11a 및 도 12a를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 측정 방법은 앞서 측정 모드의 선택 단계(S110)에서 투과 모드의 선택에 대응할 수 있다. 먼저, 제1 광학계(300-1)를 오프하고, 제2 광학계(300-2)만을 온 상태로 유지한다(S120a).
다음, 광원(200)에서 빔을 생성하여 출력한다(S131). 광원(200)의 빔은 예컨대, 펨토-세컨드 펄스 레이저일 수 있다.
이후, 펌프 빔을 신호 발생기(160)에 조사하고, 프로브 빔을 디텍터 안테나(115)에 조사한다(S133). 펌프 빔과 프로브 빔은 앞서 펨토-세컨드 펄스 레이저가 분할되어 생성될 수 있다. 한편, 프로브 빔은 스캐너(310)를 경유하여 펌프 빔보다는 지연되어 디텍터 안테나(115)에 조사될 수 있다.
펌프 빔의 조사에 의해 신호 발생기(160)에서 IR 파장 영역 신호가 생성되고, IR 파장 영역 신호가 반도체 소자(2000a)로 조사된다(S135).
이후, IR 파장 영역 신호가 반도체 소자(2000a)를 투과하여 발생한 신호를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출할 수 있다(S140a). 예컨대, 도 12a에 도시된 바와 같이, IR 파장 영역 신호는 반도체 소자(2000a)를 투과하여 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분에 신호 전류(Is)를 발생시킬 수 있다. 이러한 신호 전류(Is)는 디텍터 안테나(115)를 거쳐 검출기(도 1의 400 참조)에서 검출될 수 있다.
도 11b 및 도 12b를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 측정 방법은 앞서 측정 모드의 선택 단계(S110)에서 반사 모드의 선택에 대응할 수 있다. 먼저, 제1 광학계(300-1)를 온 시키고, 제2 광학계(300-2)도 온 상태로 유지한다(S120b).
다음, 광원(200)에서 빔을 생성하여 출력한다(S131). 광원(200)의 빔은 예컨대, 펨토-세컨드 펄스 레이저일 수 있다.
이후, 펌프 빔을 에미터 안테나(113)에 조사하고, 프로브 빔을 디텍터 안테나(115)에 조사한다(S133b). 또한, 에미터 안테나(113)에는 검출기(도 1의 400 참조)로부터 바이어스 전류(Ib)가 인가될 수 있다. 한편, 프로브 빔은 스캐너(310)를 경유하여 펌프 빔보다는 지연되어 디텍터 안테나(115)에 조사될 수 있다.
펌프 빔의 조사에 의해 에미터 안테나(113)에서 IR 파장 영역 신호가 생성되고, 에미터 안테나(113)의 물리적 구조에 기인하여, IR 파장 영역 신호는 반도체 소자(2000a)로 조사된다(S135b).
이후, IR 파장 영역 신호가 반도체 소자(2000a)에서 반사되어 발생한 신호를 디텍터 안테나(115)를 통해 검출할 수 있다(S140b). 예컨대, 도 12b에 도시된 바와 같이, IR 파장 영역 신호는 반도체 소자(2000a)에 반사되어 디텍터 안테나(115)의 끝단 부분에 신호 전류(Is)를 발생시킬 수 있다. 이러한 신호 전류(Is)는 디텍터 안테나(115)를 거쳐 검출기(400)에서 검출될 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 100a, 100b: 하이브리드 프로브, 101: 프로브 바디, 110, 110a, 110b: 프로브 팁, 111, 111a, 111b: 반도체 기판, 113, 113a, 113b: 에미터 안테나, 115, 115a, 115b: 디텍터 안테나, 117, 117a, 117b: 절연층, 200: 광원, 300, 300-1, 300-2: 광학계, 310: 회절 소자, 330: 스캐너, 340: 광 지연 라인, 350-1, 350-2: 미러부, 400: 검출기, 500: 스테이지, 600: 신호 발생기, 1000, 1000a, 1000b: 물성 분석 장치

Claims (20)

  1. 배선이 배치되고 제1 방향으로 연장하는 프로브 바디(probe body); 및
    상기 프로브 바디에 결합하고, 제1 안테나, 제2 안테나, 및 절연층을 구비한 프로브 팁(probe tip);을 포함하고,
    상기 제1 안테나와 제2 안테나를 이용하여 반사 모드로 동작하고, 상기 제2 안테나를 이용하여 투과 모드로 동작하는, 하이브리드 프로브.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프로브 팁은, 상기 프로브 바디로부터 상기 제1 방향으로 연장된 평판 형태를 가지며 상기 프로브 바디와 결합하는 부분의 반대 부분에 뾰족한 테이퍼(taper) 형태의 단부를 갖는 반도체 기판을 포함하고,
    상기 제1 안테나는 상기 반도체 기판의 제1 면 상에 배치되고,
    상기 제2 안테나는 상기 제1 면에 반대되는 상기 반도체 기판의 제2 면 상에 배치되며,
    상기 절연층은 상기 반도체 기판을 적어도 2개의 부분으로 분리하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 프로브.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 에미터(emitter) 안테나이고, 다이폴(dipole) 유닛, 디렉터(director), 연장부, 및 리플렉터(reflector)를 구비하며,
    상기 제2 안테나는 디텍터(detector) 안테나이고, 2개의 니들을 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 프로브.
  4. 제3 항에 있어서,
    2개의 상기 니들 각각은 상기 제1 방향으로 상기 배선으로부터 상기 제1 단부의 끝단으로 연장하고,
    2개의 상기 니들은 상기 제 1방향에 수직하는 제2 방향으로 서로 이격되며,
    2개의 상기 니들 각각은 상기 제2 방향으로 서로 마주보는 돌출부를 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 프로브.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 반도체 기판과 실질적으로 동일한 평판 형태를 가지며, 상기 제1 면 상에 수직하는 제3 방향으로 반도체 기판의 중간 부분에 삽입되어 상기 반도체 기판을 2개의 부분으로 분리하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 프로브.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 제1 방향에 수직하는 단면의 형태가 십자인 형태를 가지고, 상기 반도체 기판을 4개의 부분으로 분리하며,
    상기 제1 면 상에 서로 다른 구조의 상기 에미터 안테나가 2개 배치되고,
    상기 제2 면 상에 서로 다른 구조의 상기 디텍터 안테나가 2개 배치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 프로브.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층은 메탈 및 유전체 중 적어도 하나를 기반으로 하여 반사 구조체 또는 흡수 구조체로 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 프로브.
  8. 빔을 생성하여 출력하는 광원;
    투과 모드 또는 반사 모드로 동작하는 하이브리드 프로브;
    측정 대상이 배치되는 스테이지;
    상기 광원으로부터의 빔을 상기 하이브리드 프로브로 조사하는 광학계; 및
    상기 측정 대상으로부터의 IR 파장 영역의 신호에 의해 발생하는 신호를 검출하는 검출기;를 포함하고,
    상기 하이브리드 프로브는, 배선이 배치된 프로브 바디, 및 상기 프로브 바디에 결합하고 에미터 안테나, 디텍터 안테나, 및 절연층을 구비한 프로브 팁을 포함하며,
    상기 에미터 안테나 및 디텍터 안테나를 이용하여 상기 측정 대상을 반사 모드로 측정하고, 상기 디텍터 안테나를 이용하여 상기 측정 대상을 투과 모드로 측정하는, 물성 분석 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 프로브 팁은, 상기 프로브 바디로부터 제1 방향으로 연장된 평판 형태를 가지며 상기 프로브 바디와 결합하는 부분의 반대 부분에 뾰족한 테이퍼 형태의 단부를 갖는 반도체 기판을 포함하고,
    상기 에미터 안테나는 상기 반도체 기판의 제1 면 상에 배치되고,
    상기 디텍터 안테나는 상기 제1 면에 반대되는 상기 반도체 기판의 제2 상에 배치되며,
    상기 절연층은 상기 반도체 기판을 적어도 2개의 부분으로 분리하는 것을 특징으로 하는 물성 분석 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 반도체 기판과 실질적으로 동일한 평판 형태를 가지고, 상기 반도체 기판을 2개의 부분으로 분리하며,
    상기 에미터 안테나는 다이폴 유닛, 디렉터, 연장부, 및 리플렉터를 구비하며,
    상기 디텍터 안테나는 2개의 니들을 구비한 것을 특징으로 하는 물성 분석 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 제1 방향에 수직하는 단면의 형태가 십자인 형태를 가지고, 상기 반도체 기판을 4개의 부분으로 분리하며,
    상기 제1 면 상에 서로 다른 구조의 상기 에미터 안테나가 2개 배치되고,
    상기 제2 면 상에 서로 다른 구조의 상기 디텍터 안테나가 2개 배치된 것을 특징으로 하는 물성 분석 장치.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 광원은 펨토-세컨드(femto-second) 펄스 레이저 빔을 생성하여 출력하고,
    상기 광학계는,
    상기 광원으로부터의 빔을 지연시키는 스캐너; 및
    상기 광원 또는 스캐너로부터 빔을 상기 하이브리드 프로브로 전달하는 미러부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 물성 분석 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 미러부는 상기 에미터 안테나로 빔을 전달하는 제1 미러부와 상기 디텍터 안테나로 빔을 전달하는 제2 미러부를 구비하며,
    상기 반사 모드에서, 상기 제1 미러부를 통해 펌프 빔(pump beam)이 상기 에미터 안테나로 조사되고, 상기 제2 미러부를 통해 프로브 빔이 상기 디텍터 안테나로 조사되며,
    상기 에미터 안테나에서 IR 파장 영역의 신호가 생성되어 상기 측정 대상으로 조사되고, 상기 IR 파장 영역의 신호가 상기 측정 대상에서 반사되어 발생한 신호를 상기 디텍터 안테나를 통해 검출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 프로브를 구비한 물성 분석 장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 측정 대상의 하부에 배치된 신호 발생기를 더 포함하며,
    상기 투과 모드에서, 상기 미러부를 통해 프로브 빔(probe beam)이 상기 디텍터 안테나로 조사되고,
    상기 신호 발생기에서 IR 파장 영역의 신호가 생성되어 상기 측정 대상으로 조사되고, 상기 IR 파장 영역의 신호가 상기 측정 대상을 투과하여 발생한 신호를 상기 디텍터 안테나를 통해 검출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 프로브를 구비한 물성 분석 장치.
  15. 하이브리드 프로브를 구비한 물성 분석 장치에서, 투과 모드와 반사 모드 중 어느 하나의 측정 모드를 선택하는 단계;
    선택된 측정 모드에 따라, 상기 물성 분석 장치의 광학계를 설정하는 단계;
    상기 물성 분석 장치의 광원으로부터 빔을 상기 하이브리드 프로브에 조사하는 단계; 및
    IR 파장 영역의 신호가 측정 대상인 반도체 소자에서 반사되거나 또는 상기 반도체 소자를 투과하여 발생한 신호를 검출하는 단계;를 포함하고,
    상기 하이브리드 프로브는,
    배선이 배치된 프로브 바디, 및 상기 프로브 바디에 결합하고 에미터 안테나, 디텍터 안테나, 및 절연층을 구비한 프로브 팁을 포함하고,
    상기 반사 모드에서 상기 에미터 안테나 및 디텍터 안테나를 이용하여 상기 반도체 소자를 측정하고,
    상기 투과 모드에서 상기 디텍터 안테나를 이용하여 상기 반도체 소자를 측정하는, 반도체 소자 측정 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 측정 모드를 선택하는 단계에서, 상기 반사 모드를 선택하는 경우,
    상기 광학계는 상기 반사 모드로 설정되고,
    상기 하이브리드 프로브에 조사하는 단계에서, 상기 광학계의 제1 미러부를 통해 펌프 빔을 상기 에미터 안테나로 조사하고, 상기 광학계의 제2 미러부를 통해 프로브 빔을 상기 디텍터 안테나로 조사하며,
    상기 신호를 검출하는 단계에서, 상기 에미터 안테나에서 상기 IR 파장 영역의 신호가 생성되어 상기 반도체 소자로 조사되고, 상기 IR 파장 영역의 신호가 상기 반도체 소자에서 반사되어 발생한 신호를 상기 디텍터 안테나를 통해 검출하는 것을 특징으로 반도체 소자 측정 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 측정 모드를 선택하는 단계에서, 상기 투과 모드를 선택하는 경우,
    상기 광학계는 상기 투과 모드로 설정되고,
    상기 하이브리드 프로브에 조사하는 단계에서, 상기 광학계의 미러부를 통해 프로브 빔을 상기 디텍터 안테나로 조사하고,
    상기 신호를 검출하는 단계에서, 상기 물성 분석 장치의 신호 발생기에서 상기 IR 파장 영역의 신호가 생성되어 상기 반도체 소자로 조사되고, 상기 IR 파장 영역의 신호가 상기 반도체 소자를 투과하여 발생한 신호를 상기 디텍터 안테나를 통해 검출하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 측정 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 프로브 팁은, 상기 프로브 바디로부터 제1 방향으로 연장된 평판 형태를 가지며 상기 프로브 바디와 결합하는 부분의 반대 부분에 뾰족한 테이퍼 형태의 단부를 갖는 반도체 기판을 포함하고,
    상기 에미터 안테나는 상기 반도체 기판의 제1 면 상에 배치되고,
    상기 디텍터 안테나는 상기 제1 면에 반대되는 상기 반도체 기판의 제2 상에 배치되며,
    상기 절연층은 상기 반도체 기판을 적어도 2개의 부분으로 분리하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 측정 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 반도체 기판과 실질적으로 동일한 평판 형태를 가지며, 상기 제1 면 상에 수직하는 제3 방향으로 반도체 기판의 중간 부분에 삽입되어 상기 반도체 기판을 2개의 부분으로 분리하며,
    상기 절연층은, 메탈 및 유전체 중 적어도 하나를 기반으로 한 반사 구조체 또는 흡수 구조체로 형성되고, 상기 에미터 안테나와 디텍터 안테나 사이의 크로스-토크 노이즈를 차단으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 측정 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 제1 방향에 수직하는 단면의 형태가 십자인 형태를 가지고, 상기 반도체 기판을 4개의 부분으로 분리하며,
    상기 제1 면 상에 서로 다른 구조의 상기 에미터 안테나가 2개 배치되고,
    상기 제2 면 상에 서로 다른 구조의 상기 디텍터 안테나가 2개 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 측정 방법.
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