KR20220075033A - Time-domain spectroscopic apparatus for analyzing semiconductor device - Google Patents

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KR20220075033A
KR20220075033A KR1020200161418A KR20200161418A KR20220075033A KR 20220075033 A KR20220075033 A KR 20220075033A KR 1020200161418 A KR1020200161418 A KR 1020200161418A KR 20200161418 A KR20200161418 A KR 20200161418A KR 20220075033 A KR20220075033 A KR 20220075033A
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박준범
구남일
백인근
박수환
윤종민
전익선
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 광원부, 상기 광원부에서 방출된 제1 광이 입사되는 제1 이미터 및 제2 이미터, 상기 광원부에서 방출된 제2 광이 입사되며, 상기 제1 이미터 및 상기 제2 이미터 각각에서 생성된 펄스 광을 검출하는 제1 디텍터 및 제2 디텍터, 상기 제1 디텍터 및 상기 제1 디텍터가 배치되는 기판을 포함하는 프로브, 및 상기 제1 디텍터 및 상기 제2 디텍터와 연결되는 분석부를 포함하되, 상기 제1 디텍터는 상기 기판의 제1 면 상에 제공되고, 상기 제2 이미터 및 상기 제2 디텍터는 상기 프로브의 상기 제1 면과 이격되는 반도체 소자의 분석을 위한 시영역 분광 장치를 개시한다.According to the present invention, a light source unit, first and second emitters to which the first light emitted from the light source unit is incident, and to which the second light emitted from the light source unit is incident, the first emitter and the second emitter, respectively A first detector and a second detector for detecting the pulsed light generated in However, the first detector is provided on the first surface of the substrate, and the second emitter and the second detector are spaced apart from the first surface of the probe. A time-domain spectrometer for analyzing a semiconductor device. start

Description

반도체 소자의 분석을 위한 시영역 분광 장치{TIME-DOMAIN SPECTROSCOPIC APPARATUS FOR ANALYZING SEMICONDUCTOR DEVICE}TIME-DOMAIN SPECTROSCOPIC APPARATUS FOR ANALYZING SEMICONDUCTOR DEVICE

본 발명은 반도체 소자의 분석을 위한 시영역 분광 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 실시간 보정이 가능한 시영역 분광 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a time-domain spectroscopic apparatus for analyzing a semiconductor device, and more particularly, to a time-domain spectroscopic apparatus capable of real-time correction.

반도체 공정이 미세화 및 복잡화됨에 따라, 반도체 소자에 생성된 결함을 검사하는 것이 필수적이다. 반도체 소자 상의 결함을 검출함으로써, 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키고, 공정 수율을 높일 수 있다. 반도체 기판 상의 결함은 광학적 방법(optical method)을 이용하여 검사할 수 있다.As semiconductor processes are miniaturized and complicated, it is essential to inspect defects generated in semiconductor devices. By detecting a defect on a semiconductor device, reliability of the semiconductor device can be improved and a process yield can be increased. Defects on the semiconductor substrate may be inspected using an optical method.

본 발명의 일 기술적 과제는 실시간 보정이 가능하며, 정확도가 향상되고 측정 소요 시간이 감소된 시영역 분광 장치를 제공하는데 있다.One technical object of the present invention is to provide a time-domain spectroscopy apparatus capable of real-time correction, improved accuracy, and reduced measurement required time.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the description below.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 시영역 분광 장치는 광원부, 상기 광원부에서 방출된 제1 광이 입사되는 제1 이미터 및 제2 이미터, 상기 광원부에서 방출된 제2 광이 입사되며, 상기 제1 이미터 및 상기 제2 이미터 각각에서 생성된 펄스 광을 검출하는 제1 디텍터 및 제2 디텍터, 상기 제1 디텍터 및 상기 제1 디텍터가 배치되는 기판을 포함하는 프로브, 및 상기 제1 디텍터 및 상기 제2 디텍터와 연결되는 분석부를 포함하되, 상기 제1 디텍터는 상기 기판의 제1 면 상에 제공되고, 상기 제2 이미터 및 상기 제2 디텍터는 상기 프로브의 상기 제1 면과 이격될 수 있다.In order to solve the above technical problems, a time-domain spectroscopic apparatus according to an embodiment of the present invention includes a light source unit, first and second emitters to which the first light emitted from the light source unit is incident, and a second light source unit emitted from the light source unit. A probe comprising a first detector and a second detector to which light is incident and to detect pulsed light generated from each of the first and second emitters, and a substrate on which the first detector and the first detector are disposed and an analysis unit connected to the first detector and the second detector, wherein the first detector is provided on a first surface of the substrate, and the second emitter and the second detector are the probes. It may be spaced apart from the first surface.

본 발명의 실시예에 따른 시영역 분광 장치는 분석의 대상이 되는 반도체 소자를 포함하는 웨이퍼를 투과한 신호로부터 시영역 분광 장치의 주변 환경 및 광원의 변동에 따른 신호 변화를 실시간으로 보정할 수 있다.The time-domain spectroscopy apparatus according to an embodiment of the present invention can correct a signal change in real time from a signal transmitted through a wafer including a semiconductor element to be analyzed according to a change in the ambient environment and a light source of the time-domain spectroscopic apparatus. .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 시영역 분광 장치는 측정 시 매번 웨이퍼를 제거하고 공기 중의 신호를 측정할 필요가 없어서, 정확도가 향상되고 측정 소요 시간이 감소될 수 있다.In addition, the time-domain spectroscopy apparatus according to an embodiment of the present invention does not require removing a wafer and measuring a signal in the air every time during measurement, so that accuracy can be improved and measurement time can be reduced.

도 1 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치를 설명하기 위한 개략도들이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치의 프로브를 구체적으로 설명하기 위한 사시도들이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치의 프로브의 중간층의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다.
도 5는 도 4의 시뮬레이션에 사용된 중간층의 두께에 따른 노이즈의 크기를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치에 따라 보정된 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치의 일부분을 설명하기 위한 확대도로, 도 7의 A 부분에 대응된다.1 and 7 are schematic diagrams for explaining a time-domain spectroscopic apparatus according to embodiments of the present invention.
2 and 3 are perspective views for explaining in detail a probe of a time-domain spectrometer according to embodiments of the present invention.
4 is a simulation result for explaining an effect of an intermediate layer of a probe of a time-domain spectrometer according to embodiments of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the magnitude of noise according to the thickness of the intermediate layer used in the simulation of FIG. 4 .
6 is a graph for explaining a result corrected according to the time domain spectroscopy apparatus according to embodiments of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged view for explaining a part of a time-domain spectrometer according to embodiments of the present invention, and corresponds to part A of FIG. 7 .

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 분석을 위한 시영역 분광 장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a time-domain spectrometer for analyzing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치를 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram for explaining a time-domain spectroscopic apparatus according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시영역 분광 장치는 광원부(10), 제1 이미터(EM1), 제1 디텍터(DE1), 제2 이미터(EM2), 제2 디텍터(DE2), 제3 디텍터(DE3) 및 분석부(20)를 포함할 수 있다. 광원부(10) 및 분석부(20)는 서로 다른 위치에 제공되는 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 본 발명은 이에 제한되지 않으며 광원부(10) 및 분석부(20)는 하나의 모듈로 제공될 수도 있다.Referring to FIG. 1 , a time-domain spectrometer according to the present invention includes a light source unit 10 , a first emitter EM1 , a first detector DE1 , a second emitter EM2 , a second detector DE2 , It may include a third detector DE3 and an analysis unit 20 . Although the light source unit 10 and the analysis unit 20 are shown to be provided in different positions, this is only for convenience of description, the present invention is not limited thereto, and the light source unit 10 and the analysis unit 20 are one module. may be provided as

광원부(10)는 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 방출할 수 있다. 제1 광(L1)은 제1 이미터(EM1) 및 제2 이미터(EM2)로 입사되는 펌프 빔(pump beam)일 수 있다. 제2 광(L2)은 제1 디텍터(DE1) 및 제2 디텍터(DE2)로 입사되는 프로브 빔(probe beam)일 수 있다. 광원부(10)는, 예를 들어, 펨토초급 고출력 펄스 레이저를 포함할 수 있고, 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)은 펨토초 레이저 광일 수 있다. 제1 광(L1) 및 제2 광(L2) 각각은 빔 스플리터(BS) 및 미러들(M)을 통해 제1 및 제2 이미터들(EM1, EM2), 제1 및 제2 디텍터들(DE1, DE2)로 전송될 수 있다. 도시되지 않았으나, 제1 광(L1) 또는 제2 광(L2) 중 어느 하나는 광원부(10) 내의 광 지연기를 통과할 수 있고, 광 지연기는 복수의 광학 소자들을 통해 제1 광(L1) 또는 제2 광(L2) 중 어느 하나의 위상을 지연시킬 수 있다.The light source unit 10 may emit a first light L1 and a second light L2 . The first light L1 may be a pump beam incident to the first emitter EM1 and the second emitter EM2 . The second light L2 may be a probe beam incident to the first and second detectors DE1 and DE2 . The light source unit 10 may include, for example, a femtosecond-class high-power pulsed laser, and the first light L1 and the second light L2 may be femtosecond laser light. The first light L1 and the second light L2 are respectively transmitted to the first and second emitters EM1 and EM2 and the first and second detectors DE1 through the beam splitter BS and the mirrors M. , DE2). Although not shown, either the first light L1 or the second light L2 may pass through the light retarder in the light source unit 10 , and the light retarder may pass through the first light L1 or the second light L2 through a plurality of optical elements. The phase of any one of the second lights L2 may be delayed.

제1 이미터(EM1) 및 제2 이미터(EM2)는 제1 광(L1)을 테라헤르츠 펄스(terahertz pulse) 광(TP)으로 변환시킬 수 있다. 제1 및 제2 이미터들(EM1, EM2) 각각에서 생성된 테라헤르츠 펄스 광(TP)은 제1 및 제2 디텍터들(DE1, DE2)로 입사될 수 있다.The first emitter EM1 and the second emitter EM2 may convert the first light L1 into terahertz pulse light TP. The terahertz pulsed light TP generated by each of the first and second emitters EM1 and EM2 may be incident on the first and second detectors DE1 and DE2 .

제1 이미터(EM1)에서 생성된 테라헤르츠 펄스 광(TP)의 일부는 빔 스플리터(BS)에 의해 반사되어 웨이퍼(W)를 향해 진행할 수 있고, 웨이퍼(W)를 투과하여 제1 디텍터(DE1)를 포함하는 프로브(P)를 향해 진행할 수 있다. 제1 이미터(EM1)에서 생성된 테라헤르츠 펄스 광(TP)의 다른 일부는 빔 스플리터(BS)를 투과하여 제3 디텍터(DE3)를 향해 진행할 수 있다. 제3 디텍터(DE3)는 제1 이미터(EM1)에 인접하게 배치될 수 있고, 제3 디텍터(DE3)와 제1 이미터(EM1) 사이에 빔 스플리터(BS)가 제공될 수 있다.A portion of the terahertz pulsed light TP generated by the first emitter EM1 may be reflected by the beam splitter BS and travel toward the wafer W, and may pass through the wafer W to the first detector ( DE1) can proceed toward the probe (P). Another portion of the terahertz pulsed light TP generated by the first emitter EM1 may pass through the beam splitter BS to travel toward the third detector DE3 . The third detector DE3 may be disposed adjacent to the first emitter EM1 , and a beam splitter BS may be provided between the third detector DE3 and the first emitter EM1 .

웨이퍼(W)는 집적 회로가 형성된 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 웨이퍼(W) 상에 형성된 집적 회로는, 예를 들어, DRAM 소자 및 플래시 메모리 소자 등의 메모리 소자들을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 도시되지 않았으나, 웨이퍼(W)의 측면부를 고정하면서, 웨이퍼(W)의 상하면을 노출시키는 스테이지가 제공될 수 있다.The wafer W may be a silicon wafer on which an integrated circuit is formed. The integrated circuit formed on the wafer W may include, for example, memory devices such as a DRAM device and a flash memory device, but the present invention is not limited thereto. Although not shown, a stage for exposing upper and lower surfaces of the wafer W while fixing the side portion of the wafer W may be provided.

제1 디텍터(DE1)는 웨이퍼(W)를 투과한 테라헤르츠 펄스 광(TP) 및 제2 광(L2)을 검출할 수 있다. 제2 디텍터(DE2)는 제2 이미터(EM2)에서 생성된 테라헤르츠 펄스 광(TP) 및 제2 광(L2)을 검출할 수 있고, 시영역 분광 장치의 주변 환경의 영향(예를 들어, 공기 분자에 의한 흡수)에 따른 신호 변화를 측정할 수 있다. 제3 디텍터(DE3)는 제1 이미터(EM1)에서 생성된 테라헤르츠 펄스 광(TP)을 검출할 수 있고, 광원부(10)에서 방출되는 제1 광(L1)의 변동(fluctuation)에 따른 신호 변화를 측정할 수 있다.The first detector DE1 may detect the terahertz pulsed light TP and the second light L2 that have passed through the wafer W. The second detector DE2 may detect the terahertz pulsed light TP and the second light L2 generated by the second emitter EM2 , and may be influenced by the surrounding environment of the time-domain spectrometer (eg, , it is possible to measure the signal change according to the absorption by air molecules). The third detector DE3 may detect the terahertz pulse light TP generated by the first emitter EM1 , and according to the fluctuation of the first light L1 emitted from the light source unit 10 , Signal changes can be measured.

제1 내지 제3 디텍터들(DE1, DE2, DE3)은 각각 분석부(20)와 연결될 수 있고, 분석부(20)로 신호를 전송할 수 있다. 분석부(20)는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transformation; FFT) 방법을 이용하여 신호들을 분석할 수 있고, 이로부터 웨이퍼(W)에 대한 정보(예를 들어, 투과율, 반사율, 두께, 물질 특성 등)를 얻을 수 있다. 또한, 분석부(20)는 웨이퍼(W)를 투과한 신호로부터 제2 디텍터(DE2) 및 제3 디텍터(DE3)에서 측정된 시영역 분광 장치의 주변 환경 및 광원의 변동에 따른 신호 변화를 실시간으로 보정할 수 있다.The first to third detectors DE1 , DE2 , and DE3 may be connected to the analyzer 20 , respectively, and may transmit a signal to the analyzer 20 . The analysis unit 20 may analyze the signals using a fast Fourier transformation (FFT) method, and therefrom, information about the wafer W (eg, transmittance, reflectance, thickness, material properties, etc.) ) can be obtained. In addition, the analysis unit 20 detects, in real time, a signal change according to a change in the ambient environment and light source of the time-domain spectrometer measured by the second detector DE2 and the third detector DE3 from the signal passing through the wafer W. can be corrected with

본 발명에 따른 시영역 분광 장치는 측정 시 매번 웨이퍼(W)를 제거하고 공기 중의 신호를 측정할 필요가 없어서, 정확도가 향상되고 측정 소요 시간이 감소될 수 있다. 일 예로, 웨이퍼(W) 상의 24개의 지점들을 측정하는 데 소요되는 시간은 약 7분일 수 있다.In the time-domain spectrometer according to the present invention, there is no need to remove the wafer W and measure a signal in the air every time during measurement, so accuracy can be improved and measurement time can be reduced. As an example, the time required to measure 24 points on the wafer W may be about 7 minutes.

본 발명에 따른 시영역 분광 장치를 이용한 신호 보정 방법은 광원부(10)에서 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 방출하는 것, 제1 이미터(EM1) 및 제2 이미터(EM2) 각각에서 제1 광(L1)을 테라헤르츠 펄스 광(TP)으로 변환하는 것, 제1 디텍터(DE1) 및 제2 디텍터(DE2) 각각에서 테라헤르츠 펄스 광(TP) 및 제2 광(L2)을 검출하는 것, 및 제1 디텍터(DE1) 및 제2 디텍터(DE2)에서 검출된 신호를 통해 분석부(20)에서 신호를 보정하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 제1 광(L1)은 제1 이미터(EM1) 및 제2 이미터(EM2)로 입사될 수 있고, 테라헤르츠 펄스 광(TP) 및 제2 광(L2)은 제1 디텍터(DE1) 및 제2 디텍터(DE2)로 입사될 수 있다.The signal correction method using the time-domain spectrometer according to the present invention comprises emitting the first light L1 and the second light L2 from the light source unit 10, the first emitter EM1 and the second emitter ( EM2) converting first light L1 into terahertz pulsed light TP in each, terahertz pulsed light TP and second light in first detector DE1 and second detector DE2 respectively L2 ) and correcting the signal by the analysis unit 20 through the signals detected by the first and second detectors DE1 and DE2 . In this case, the first light L1 may be incident to the first emitter EM1 and the second emitter EM2 , and the terahertz pulsed light TP and the second light L2 may be transmitted to the first detector DE1 . ) and the second detector DE2 .

분석부(20)에서 신호를 보정하는 것은 제1 디텍터(DE1)에서 검출된 신호 및 제2 디텍터(DE2)에서 검출된 신호를 비교하여, 주변 환경에 따른 신호 변화를 보정하는 것일 수 있다.Correcting the signal by the analysis unit 20 may be to correct a signal change according to the surrounding environment by comparing the signal detected by the first detector DE1 and the signal detected by the second detector DE2 .

본 발명에 따른 시영역 분광 장치를 이용한 신호 보정 방법은 제1 이미터(EM1)에 인접하게 배치되는 제3 디텍터(DE3)에서 테라헤르츠 펄스 광(TP)을 검출하는 것을 더 포함할 수 있고, 분석부(20)에서 신호를 보정하는 것은 제1 디텍터(DE1), 제2 디텍터(DE2) 및 제3 디텍터(DE3)에서 검출된 신호들을 비교하여, 주변 환경 및 광원의 변동에 따른 신호 변화를 보정하는 것일 수 있다.The signal correction method using the time domain spectrometer according to the present invention may further include detecting terahertz pulsed light TP by a third detector DE3 disposed adjacent to the first emitter EM1, Correcting the signal in the analysis unit 20 compares the signals detected by the first detector DE1 , the second detector DE2 , and the third detector DE3 to determine the signal change according to the change of the surrounding environment and the light source It may be correcting.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치의 프로브를 구체적으로 설명하기 위한 사시도들이다. 구체적으로, 도 2는 프로브의 전면을 도시하고, 도 3은 프로브의 후면을 도시한다. 도 1에 도시된 프로브는 도 2 또는 도 3을 ⅠⅠ' 선으로 자른 단면에 대응된다.2 and 3 are perspective views for explaining in detail a probe of a time-domain spectrometer according to embodiments of the present invention. Specifically, FIG. 2 shows the front side of the probe, and FIG. 3 shows the back side of the probe. The probe shown in FIG. 1 corresponds to a cross section taken along line II' in FIG. 2 or FIG. 3 .

도 2 및 도 3을 참조하면, 프로브(P)는 기판(100), 기판(100)의 제1 면(S1) 상의 제1 디텍터(DE1), 기판(100)의 제2 면(S2) 상의 흡수재(ABS), 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 면(S1)은 기판(100)의 전면으로 지칭될 수 있고, 제2 면(S2)은 기판(100)의 후면으로 지칭될 수 있다. 기판(100)의 제1 면(S1) 및 제2 면(S2)은 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)과 나란하고, 제2 방향(D2)과 직교하는 면들일 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)은 서로 직교하는 방향들일 수 있다.2 and 3 , the probe P is disposed on the substrate 100 , the first detector DE1 on the first surface S1 of the substrate 100 , and on the second surface S2 of the substrate 100 . It may include an absorber ABS, a second emitter EM2 , and a second detector DE2 . For example, the first surface S1 may be referred to as the front surface of the substrate 100 , and the second surface S2 may be referred to as the rear surface of the substrate 100 . The first surface S1 and the second surface S2 of the substrate 100 may be surfaces parallel to the first direction D1 and the third direction D3 and perpendicular to the second direction D2 . For example, the first direction D1 , the second direction D2 , and the third direction D3 may be directions orthogonal to each other.

기판(100)은 제1 반도체층(110), 제2 반도체층(120) 및 제1 및 제2 반도체층들(110, 120) 사이의 중간층(130)을 포함할 수 있다. 제2 방향(D2)과 직교하는 평면으로 자른 단면적 관점에서, 기판(100)의 하부는 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1)으로의 폭이 증가하는 사다리꼴 형상을 가질 수 있고, 기판(100)의 상부는 제1 방향(D1)으로의 폭이 일정한 직사각형 형상을 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것일 뿐 기판(100)의 단면적 형상은 이에 제한되지 않는다. 제1 및 제2 반도체층들(110, 120) 및 중간층(130)의 측벽들은 서로 정렬될 수 있다.The substrate 100 may include a first semiconductor layer 110 , a second semiconductor layer 120 , and an intermediate layer 130 between the first and second semiconductor layers 110 and 120 . In view of the cross-sectional area cut in a plane perpendicular to the second direction D2, the lower portion of the substrate 100 may have a trapezoidal shape in which the width in the first direction D1 increases toward the third direction D3, The upper portion of the substrate 100 may have a rectangular shape having a constant width in the first direction D1 . However, this is only an example, and the cross-sectional shape of the substrate 100 is not limited thereto. Sidewalls of the first and second semiconductor layers 110 and 120 and the intermediate layer 130 may be aligned with each other.

제1 및 제2 반도체층들(110, 120)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 반도체층들(110, 120)은 GaAs 또는 InGaAs 등의 ⅢⅤ족 반도체 물질을 포함할 수 있고, Fe 또는 Rh와 같은 물질로 도핑될 수 있다. 제1 및 제2 반도체층들(110, 120)은 약 400 ℃이하의 비교적 저온에서 증착될 수 있다.The first and second semiconductor layers 110 and 120 may include a semiconductor material. For example, the first and second semiconductor layers 110 and 120 may include a IIIV semiconductor material such as GaAs or InGaAs, and may be doped with a material such as Fe or Rh. The first and second semiconductor layers 110 and 120 may be deposited at a relatively low temperature of about 400° C. or less.

중간층(130)은 금속 물질 또는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간층(130)은 Cu, Ag, Au 등의 금속 물질 또는 SiO2, SiN 등의 유전 물질을 포함할 수 있다. 중간층(130)은, 예를 들어, 단층 구조 또는 광학 상수가 서로 다른 복수의 박막들을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다. 중간층(130)은, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하는 것과 같이, 제2 이미터(EM2)에서 생성된 테라헤르츠 펄스 광(TP)이 제1 디텍터(DE1)로 전송되는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다.The intermediate layer 130 may include a metal material or a dielectric material. For example, the intermediate layer 130 may include a metal material such as Cu, Ag, Au, or a dielectric material such as SiO 2 and SiN. The intermediate layer 130 may have, for example, a single-layer structure or a multi-layer structure including a plurality of thin films having different optical constants. The intermediate layer 130 prevents or minimizes transmission of the terahertz pulsed light TP generated by the second emitter EM2 to the first detector DE1 as described with reference to FIGS. 4 and 5 . can do.

기판(100)은 제2 방향(D2)으로 제1 두께(T1)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는 약 10 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다. 중간층(130)은 제2 방향(D2)으로 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)보다 작을 수 있다. 제2 두께(T2)는 중간층(130)의 물성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 중간층(130)이 Cu, Ag, Au 등의 금속 물질을 포함하는 경우, 제2 두께(T2)는 약 50 nm 내지 500 nm일 수 있고, 바람직하게는 약 70 nm 내지 200 nm일 수 있다. 다른 예로, 중간층(130)이 SiO2, SiN 등의 유전 물질을 포함하는 경우, 제2 두께(T2)는 약 1 ㎛ 이상일 수 있고, 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다.The substrate 100 may have a first thickness T1 in the second direction D2 . The first thickness T1 may be about 10 μm to 500 μm, and preferably, about 50 μm to 200 μm. The intermediate layer 130 may have a second thickness T2 in the second direction D2 . The second thickness T2 may be smaller than the first thickness T1 . The second thickness T2 may vary depending on the physical properties of the intermediate layer 130 . For example, when the intermediate layer 130 includes a metal material such as Cu, Ag, Au, the second thickness T2 may be about 50 nm to 500 nm, preferably about 70 nm to 200 nm. can As another example, when the intermediate layer 130 includes a dielectric material such as SiO 2 or SiN, the second thickness T2 may be about 1 μm or more, preferably about 1 μm to 5 μm.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 디텍터(DE1)는 제1 반도체층(110) 상에(구체적으로, 기판(100)의 제1 면(S1) 상에) 제공될 수 있고, 제1 면(S1)으로부터 돌출된 형상을 가질 수 있다. 제2 방향(D2)으로 바라본 평면적 관점에서, 제1 디텍터(DE1)는 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1)으로의 폭이 증가할 수 있다. 제1 디텍터(DE1)는, 예를 들어, 서로 마주보는 직각 삼각형 형상들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 직각 삼각형 형상들의 빗면들은 외측을 향하고, 직각에 인접한 변들 중 긴 변들은 서로 마주볼 수 있다.1 and 2 , the first detector DE1 may be provided on the first semiconductor layer 110 (specifically, on the first surface S1 of the substrate 100 ), and It may have a shape protruding from the surface S1. In a plan view viewed in the second direction D2 , the width of the first detector DE1 in the first direction D1 may increase in the third direction D3 . The first detector DE1 may include, for example, right-angled triangular shapes facing each other. Specifically, inclined surfaces of the right triangle shapes may face outward, and long sides of sides adjacent to the right angle may face each other.

제1 디텍터(DE1)는 웨이퍼(W)를 투과한 테라헤르츠 펄스 광(TP)을 검출하는 제1 안테나 구조(AN1) 및 제2 광(L2)을 검출하는 제2 안테나 구조(AN2)를 포함할 수 있다. 제1 안테나 구조(AN1) 및 제2 안테나 구조(AN2) 각각은 광전도 안테나(photoconductive antenna) 구조일 수 있다. 제1 안테나 구조(AN1)는 상기 직각 삼각형 형상들의 하부 꼭짓점들 사이로 정의될 수 있고, 제2 안테나 구조(AN2)는 직각에 인접한 변들 중 긴 변으로부터 제1 방향(D1) 또는 제1 방향(D1)의 반대 방향으로 돌출된 구조들의 사이로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 꼭짓점들 및 상기 돌출된 구조들은 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있고, 이는 광전도 갭(photoconductive gap)일 수 있다.The first detector DE1 includes a first antenna structure AN1 that detects terahertz pulsed light TP that has passed through the wafer W, and a second antenna structure AN2 that detects the second light L2. can do. Each of the first antenna structure AN1 and the second antenna structure AN2 may be a photoconductive antenna structure. The first antenna structure AN1 may be defined between lower vertices of the right-angled triangle shapes, and the second antenna structure AN2 may be formed in a first direction D1 or a first direction D1 from a longer side among sides adjacent to a right angle. ) can be defined between structures protruding in the opposite direction. For example, the lower vertices and the protruding structures may be spaced apart from each other in the first direction D1 , which may be a photoconductive gap.

도 1 및 도 3을 참조하면, 흡수재(ABS), 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2)는 제2 반도체층(120) 상에(구체적으로, 기판(100)의 제2 면(S2) 상에) 제공될 수 있고, 각각은 제2 면(S2)으로부터 돌출된 형상을 가질 수 있다. 흡수재(ABS), 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2)는 제1 디텍터(DE1)로부터(구체적으로, 기판(100)의 제1 면(S1)으로부터) 제2 방향(D2)으로 이격될 수 있다. 흡수재(ABS), 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2)는 제3 방향(D3)으로 서로 이격될 수 있다. 제2 방향(D2)의 반대 방향으로 바라본 평면적 관점에서, 흡수재(ABS)는 제2 이미터(EM2)와 웨이퍼(W) 사이를 가로지르는 직사각형 형상을 가질 수 있고, 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2)는 각각 보타이(bow tie) 형상을 가질 수 있다. 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2) 각각의 형상은 제1 광(L1) 또는 제2 광(L2)을 검출하는 안테나 구조일 수 있다.1 and 3 , the absorber ABS, the second emitter EM2 and the second detector DE2 are disposed on the second semiconductor layer 120 (specifically, the second surface of the substrate 100 ). (on S2), and each may have a shape protruding from the second surface S2. The absorber ABS, the second emitter EM2 and the second detector DE2 move from the first detector DE1 (specifically, from the first surface S1 of the substrate 100 ) in the second direction D2 can be spaced apart. The absorber ABS, the second emitter EM2 , and the second detector DE2 may be spaced apart from each other in the third direction D3 . In a plan view viewed in a direction opposite to the second direction D2 , the absorber ABS may have a rectangular shape crossing between the second emitter EM2 and the wafer W, and the second emitter EM2 . and the second detector DE2 may each have a bow tie shape. Each shape of the second emitter EM2 and the second detector DE2 may be an antenna structure for detecting the first light L1 or the second light L2 .

흡수재(ABS)는 웨이퍼(W)를 투과한 테라헤르츠 펄스 광(TP) 및 제2 이미터(EM2)에서 생성되어 제3 방향(D3)의 반대 방향으로 진행하는 테라헤르츠 펄스 광(TP)을 흡수할 수 있다. 흡수재(ABS)의 존재로 인해, 제2 디텍터(DE2)는 제2 이미터(EM2)에서 생성되어 제3 방향(D3)으로 진행하는 테라헤르츠 펄스 광(TP)만을 검출할 수 있다.The absorber ABS absorbs terahertz pulsed light TP that has passed through the wafer W and terahertz pulsed light TP that is generated from the second emitter EM2 and travels in the opposite direction to the third direction D3. can absorb. Due to the presence of the absorber ABS, the second detector DE2 may detect only the terahertz pulsed light TP generated by the second emitter EM2 and traveling in the third direction D3 .

기판(100)의 제1 면(S1) 상의 제1 디텍터(DE1)와 기판(100)의 제2 면(S2) 상의 흡수재(ABS), 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2)는 광학 리소그래피(optical lithography) 공정에 의해 형성될 수 있다. 일 예로, 광학 리소그래피 공정은 집속 이온 빔(focused ion beam) 리소그래피 공정일 수 있다.The first detector DE1 on the first surface S1 of the substrate 100, the absorber ABS on the second surface S2 of the substrate 100, the second emitter EM2, and the second detector DE2 may be formed by an optical lithography process. For example, the optical lithography process may be a focused ion beam lithography process.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치의 프로브의 중간층의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다.4 is a simulation result for explaining an effect of an intermediate layer of a probe of a time-domain spectrometer according to embodiments of the present invention.

도 4를 참조하면, 제1 시뮬레이션(1000)은 제2 이미터(EM2)로부터 방사되는 테라헤르츠 펄스 광의 세기를 측정한 것이고, 제2 시뮬레이션(2000)은 제2 두께(T2)를 갖는 중간층(130)이 존재하는 경우, 제2 이미터(EM2)로부터 방사되는 테라헤르츠 펄스 광의 세기를 측정한 것이다. 제2 이미터(EM2)는 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한 제2 이미터(EM2)와 실질적으로 동일한 물질을 포함하고, 실질적으로 동일한 방법으로 형성된 것일 수 있다. 제2 시뮬레이션(2000)에서 중간층(130)은 구리(Cu)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the first simulation 1000 is a measure of the intensity of terahertz pulse light emitted from the second emitter EM2, and the second simulation 2000 is an intermediate layer having a second thickness T2 ( 130), the intensity of the terahertz pulse light emitted from the second emitter EM2 is measured. The second emitter EM2 may include substantially the same material as that of the second emitter EM2 described with reference to FIGS. 1 and 3 and may be formed in substantially the same manner. In the second simulation 2000 , the intermediate layer 130 may include copper (Cu).

도 5는 도 4의 시뮬레이션에 사용된 중간층의 두께에 따른 노이즈의 크기를 도시한 그래프이다. 가로축은 중간층의 제2 두께(T2)이고, 단위는 nm이다. 세로축은 크로스톡 노이즈(cross-talk noise)의 상대적 크기이다.FIG. 5 is a graph showing the magnitude of noise according to the thickness of the intermediate layer used in the simulation of FIG. 4 . The horizontal axis is the second thickness T2 of the intermediate layer, and the unit is nm. The vertical axis is the relative magnitude of cross-talk noise.

도 4 및 도 5를 참조하면, 중간층(130)의 제2 두께(T2)를 변화시키면서 측정한 크로스톡 노이즈의 크기가 도시된다. 제2 두께(T2)가 증가할수록 크로스톡 노이즈는 감소할 수 있고, 제2 두께(T2)가 약 70 nm 이상인 경우 크로스톡 노이즈는 0에 가까울 수 있다. 즉, 중간층(130)이 구리(Cu)를 포함하는 경우, 중간층(130)의 제2 두께(T2)는 약 70 nm 이상인 것이 바람직하다.4 and 5 , the magnitude of the crosstalk noise measured while changing the second thickness T2 of the intermediate layer 130 is illustrated. As the second thickness T2 increases, the crosstalk noise may decrease, and when the second thickness T2 is about 70 nm or more, the crosstalk noise may be close to zero. That is, when the intermediate layer 130 includes copper (Cu), the second thickness T2 of the intermediate layer 130 is preferably about 70 nm or more.

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치에 의해 보정된 결과를 설명하기 위한 그래프이다. 가로축은 주파수(frequency)이고, 단위는 THz이다. 세로축은 분광 스펙트럼의 상대적 크기이다.6 is a graph for explaining a result corrected by a time-domain spectrometer according to embodiments of the present invention. The horizontal axis is frequency, and the unit is THz. The vertical axis is the relative magnitude of the spectral spectrum.

도 6을 참조하면, 제1 그래프(G1)는 본 발명에 따른 시영역 분광 장치에 의한 보정이 없는 경우의 분광 스펙트럼이고, 제2 그래프(G2)는 본 발명에 따른 시영역 분광 장치에 의한 보정이 수행된 분광 스펙트럼이다. 제1 그래프(G1) 및 제2 그래프(G2)의 차이는 시영역 분광 장치의 주변 환경 및 광원의 변동으로 인한 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 그래프(G1)에서는 시영역 분광 장치의 주변 공기 분자에 의한 흡수 스펙트럼이 나타날 수 있다.Referring to FIG. 6 , a first graph G1 is a spectral spectrum when there is no correction by the time-domain spectrometer according to the present invention, and a second graph G2 is corrected by the time-domain spectrometer according to the present invention. This is the spectral spectrum performed. The difference between the first graph G1 and the second graph G2 may be due to variations in the ambient environment and light source of the time-domain spectrometer. For example, in the first graph G1 , an absorption spectrum of the ambient air molecules of the time-domain spectrometer may appear.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 시영역 분광 장치의 일부분을 설명하기 위한 확대도로, 도 7의 A 부분에 대응된다. 설명의 편의를 위하여, 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일한 사항에 대한 설명을 생략하고 차이점에 대하여 상세히 설명한다.7 is a schematic diagram for explaining a time-domain spectroscopic apparatus according to embodiments of the present invention. FIG. 8 is an enlarged view for explaining a part of a time-domain spectrometer according to embodiments of the present invention, and corresponds to part A of FIG. 7 . For convenience of description, descriptions of items substantially the same as those described with reference to FIG. 1 will be omitted and differences will be described in detail.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2)는 프로브(P)로부터(구체적으로, 기판(100)의 제2 면(S2)으로부터) 제2 방향(D2)으로 이격될 수 있다. 제2 이미터(EM2)에서 생성된 테라헤르츠 펄스 광(TP)은 미러들(M)을 통해 제2 디텍터(DE2)로 전송될 수 있다. 제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2)는 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 제2 디텍터(DE2)는 분석부(20)와 연결될 수 있다.7 and 8 , the second emitter EM2 and the second detector DE2 move from the probe P (specifically, from the second surface S2 of the substrate 100) in the second direction ( D2) can be spaced apart. The terahertz pulsed light TP generated by the second emitter EM2 may be transmitted to the second detector DE2 through the mirrors M. The second emitter EM2 and the second detector DE2 may be spaced apart from each other in the second direction D2 . The second detector DE2 may be connected to the analysis unit 20 .

제2 이미터(EM2) 및 제2 디텍터(DE2) 사이의 중심선(CL)과 기판(100)의 제2 면(S2) 사이의 거리(D)는 약 10 mm 내지 100 mm일 수 있고, 바람직하게는 약 10 mm 내지 50 mm일 수 있다.The distance D between the center line CL between the second emitter EM2 and the second detector DE2 and the second surface S2 of the substrate 100 may be about 10 mm to 100 mm, preferably For example, it may be about 10 mm to 50 mm.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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.In the above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can practice the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (10)

광원부;
상기 광원부에서 방출된 제1 광이 입사되는 제1 이미터 및 제2 이미터;
상기 광원부에서 방출된 제2 광이 입사되며, 상기 제1 이미터 및 상기 제2 이미터 각각에서 생성된 펄스 광을 검출하는 제1 디텍터 및 제2 디텍터;
상기 제1 디텍터 및 상기 제1 디텍터가 배치되는 기판을 포함하는 프로브; 및
상기 제1 디텍터 및 상기 제2 디텍터와 연결되는 분석부를 포함하되,
상기 제1 디텍터는 상기 기판의 제1 면 상에 제공되고,
상기 제2 이미터 및 상기 제2 디텍터는 상기 프로브의 상기 제1 면과 이격되는 시영역 분광 장치.
light source unit;
first and second emitters to which the first light emitted from the light source is incident;
first and second detectors to which the second light emitted from the light source is incident and to detect pulsed light generated from each of the first and second emitters;
a probe including the first detector and a substrate on which the first detector is disposed; and
Comprising an analysis unit connected to the first detector and the second detector,
The first detector is provided on the first surface of the substrate,
The second emitter and the second detector are spaced apart from the first surface of the probe.
 제 1 항에 있어서,
상기 제2 이미터 및 상기 제2 디텍터는 상기 제1 면과 대향하는 상기 기판의 제2 면 상에 제공되는 시영역 분광 장치.
The method of claim 1,
The second emitter and the second detector are provided on a second surface of the substrate opposite to the first surface.
 제 2 항에 있어서,
상기 기판의 상기 제2 면 상에 제공되는 흡수재를 더 포함하되,
상기 흡수재는 상기 제2 이미터와 측정 대상이 되는 웨이퍼 사이에 제공되는 시영역 분광 장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising an absorbent material provided on the second surface of the substrate,
and the absorber is provided between the second emitter and a wafer to be measured.
 제 3 항에 있어서,
상기 기판은 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 및 제2 반도체층들 사이의 중간층을 포함하고,
상기 제1 디텍터는 상기 제1 반도체층 상에 제공되고,
상기 제2 이미터, 상기 제2 디텍터 및 상기 흡수재는 상기 제2 반도체층 상에 제공되는 시영역 분광 장치.
4. The method of claim 3,
the substrate comprises a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and an intermediate layer between the first and second semiconductor layers;
The first detector is provided on the first semiconductor layer,
The second emitter, the second detector, and the absorber are provided on the second semiconductor layer.
 제 4 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반도체층들은 ⅢⅤ족 반도체 물질을 포함하고,
상기 중간층은 금속 물질을 포함하는 시영역 분광 장치.
5. The method of claim 4,
The first and second semiconductor layers include a IIIV semiconductor material,
The intermediate layer includes a metal material.
 제 4 항에 있어서,
상기 중간층은 광학 상수가 서로 다른 복수의 박막들을 포함하는 다층 구조를 갖는 시영역 분광 장치.
5. The method of claim 4,
The intermediate layer is a time-domain spectroscopic device having a multilayer structure including a plurality of thin films having different optical constants.
 제 4 항에 있어서,
상기 중간층의 두께는 70 nm 내지 200 nm인 시영역 분광 장치.
5. The method of claim 4,
The intermediate layer has a thickness of 70 nm to 200 nm.
 제 1 항에 있어서,
상기 제2 이미터 및 상기 제2 디텍터는 상기 제1 면과 대향하는 상기 기판의 제2 면과 이격되는 시영역 분광 장치.
The method of claim 1,
The second emitter and the second detector are spaced apart from a second surface of the substrate opposite to the first surface.
 제 1 항에 있어서,
상기 제1 이미터에서 생성된 상기 펄스 광의 일부가 입사되는 제3 디텍터를 더 포함하는 시영역 분광 장치.
The method of claim 1,
and a third detector to which a portion of the pulsed light generated by the first emitter is incident.
 제 1 항에 있어서,
상기 제1 광 및 상기 제2 광은 펨토초 레이저 광이고,
상기 제1 이미터 및 상기 제2 이미터 각각에서 생성된 상기 펄스 광은 테라헤르츠 펄스 광인 시영역 분광 장치.The method of claim 1,
The first light and the second light are femtosecond laser light,
The pulsed light generated by each of the first emitter and the second emitter is terahertz pulsed light.
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