KR20220168613A - 검사 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 검사 장치는, 상면에 샘플이 배치되고 상면과 평행한 방향에서 샘플의 위치를 조절하는 샘플 스테이지, 각각 서로 다른 형태를 가지고 샘플에 대한 프로파일링(profiling) 및 밀링(milling)을 번갈아 수행하며 프로파일링 또는 밀링을 수행하는 동안 샘플의 상부에 배치되는 팁을 포함하는 복수의 팁(tip)들, 복수의 팁들 중 하나와 결합된 캔틸레버(cantilever)와 연결되고 샘플 스테이지의 상면에 수직한 제1 방향에서 캔틸레버의 위치를 조절하는 팁 스테이지, 캔틸레버와 결합된 팁과 샘플 사이의 위치 관계에 대한 정보를 획득하는 위치 센서, 위치 관계에 대한 정보에 기초하여 샘플 스테이지 및 팁 스테이지의 움직임을 제어하는 스테이지 제어부, 및 프로파일링 또는 밀링을 수행할 팁을 선택하고 밀링 수행 조건을 설정하는 팁 제어부를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치는 공정 설비 내에서 복수의 팁들을 이용하여 원하는 위치에서 샘플을 선택적으로 밀링하고, 샘플의 3차원 구조를 고속으로 프로파일링할 수 있다.
Description
본 발명은 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 공정을 진행할 때, 각 공정 단계에서 형성된 소자의 구조가 원하는 목표를 만족하는지 확인하기 위해서는 소자의 구조에 대한 모니터링이 필요하다. 기존에는 설비 내부에 설치된 계측기를 이용하거나 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM) 및 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)과 같은 파괴 방식의 분석 장비를 이용하여 모니터링을 진행하였다. 다만, 기존 방법을 이용하여 소자의 구조를 측정하는 경우, 원하는 위치에서의 소자 구조를 확보하는데 한계가 있고, 넓은 영역에 대한 구조 정보를 대량으로 확보하기 어렵다는 문제가 있었다. 한편, 스캐닝 장치의 일종인 원자간력 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM)은 팁과 샘플 사이에 작용하는 힘에 의해 발생하는 캔틸레버(cantilever)의 굴곡을 검출하여 샘플 표면의 미세한 요철을 관찰하는 장치이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 복수의 팁(tip)을 이용하여 원하는 위치에서 선택적으로 샘플에 대한 밀링(milling)을 수행하고, 샘플의 3차원 구조를 고속으로 프로파일링(profiling)할 수 있는 검사 장치 및 방법을 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 검사 장치는, 상면에 샘플이 배치되고, 상기 상면과 평행한 방향에서 상기 샘플의 위치를 조절하는 샘플 스테이지, 각각 서로 다른 형태를 가지고, 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling) 및 밀링(milling)을 번갈아 수행하며, 상기 프로파일링 또는 밀링을 수행하는 동안 상기 샘플의 상부에 배치되는 복수의 팁(tip)들, 상기 복수의 팁들 중 하나와 결합된 캔틸레버(cantilever)와 연결되고, 상기 샘플 스테이지의 상면에 수직한 제1 방향에서 상기 캔틸레버의 위치를 조절하는 팁 스테이지, 상기 캔틸레버와 결합된 팁과 상기 샘플 사이의 위치 관계에 대한 정보를 획득하는 위치 센서, 상기 위치 관계에 대한 정보에 기초하여 상기 샘플 스테이지 및 상기 팁 스테이지의 움직임을 제어하는 스테이지 제어부, 및 상기 프로파일링 또는 밀링을 수행할 팁을 선택하고 밀링 수행 조건을 설정하는 팁 제어부를 포함하고, 상기 밀링으로부터 가공되는 상기 샘플의 상기 제1 방향 깊이는 상기 복수의 팁과 상기 샘플 사이의 거리 및 상기 복수의 팁과 상기 샘플 사이에 작용하는 힘 사이의 관계에 기초하여 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 검사 장치는, 상면에 샘플이 배치되고, 상기 상면과 평행한 방향에서 상기 샘플의 위치를 조절하는 샘플 스테이지, 상기 샘플의 표면 정보를 획득하는 선행 프로파일링(pre-profiling)을 수행하는 제1 팁, 상기 샘플에 대한 밀링(milling)을 수행하는 제2 팁, 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling)을 수행하는 제3 팁을 포함하고, 상기 제1 팁, 상기 제2 팁, 및 상기 제3 팁은 서로 다른 형태를 갖는 복수의 팁(tip)들, 상기 복수의 팁들 각각과 결합되는 캔틸레버(cantilever)와 연결되고, 상기 샘플 스테이지의 상면에 수직한 제1 방향에서 상기 캔틸레버의 위치를 조절하는 팁 스테이지, 상기 복수의 팁들 중 상기 프로파일링 또는 밀링을 수행하는 팁과 상기 샘플 사이의 위치 관계에 대한 정보를 획득하는 위치 센서, 상기 위치 관계에 대한 정보에 기초하여 상기 샘플 스테이지 및 상기 팁 스테이지의 움직임을 제어하는 스테이지 제어부, 및 상기 프로파일링 또는 밀링을 수행할 팁을 선택하고 밀링이 수행되는 조건을 설정하는 팁 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 검사 장치는, 상면에 샘플이 배치되고, 상기 상면과 평행한 방향에서 상기 샘플의 위치를 조절하는 샘플 스테이지, 상기 샘플의 상부에 배치되고 소정의 깊이에 도달할 때까지 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling) 또는 밀링(milling)을 수행하는 팁(tip), 상기 팁에 결합된 캔틸레버(cantilever)와 연결되고 상기 샘플 스테이지의 상면에 수직한 제1 방향에서 상기 캔틸레버 각각의 위치를 조절하는 팁 스테이지, 상기 팁과 상기 샘플 사이의 위치 관계에 대한 정보를 획득하는 위치 센서, 및 상기 위치 관계에 대한 정보에 기초하여 상기 팁 스테이지의 움직임을 제어하는 스테이지 제어부를 각각 포함하는 복수의 검사부들, 및 상기 복수의 검사부들 중 프로파일링 또는 밀링을 수행할 검사부를 선택하고, 상기 팁과 상기 샘플 사이의 거리 및 상기 팁과 상기 샘플 사이에 작용하는 힘 사이의 관계에 기초하여 밀링이 수행되는 조건을 설정하는 팁 제어부를 포함하고, 상기 복수의 검사부들 각각에 포함된 상기 팁은 서로 다른 형태를 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 검사 방법은, 샘플 스테이지의 상면에 샘플을 배치하는 단계, 캔틸레버에 결합된 제1 팁을 이용하여 상기 샘플의 표면에 대한 선행 프로파일링(pre-profiling)을 수행하는 단계, 상기 제1 팁과 다른 형태를 갖는 제2 팁을 상기 캔틸레버(cantilever)에 결합하고, 상기 제2 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 밀링(milling)을 수행하는 단계, 상기 제1 팁 및 상기 제2 팁과 다른 형태를 갖는 제3 팁을 상기 캔틸레버에 결합하고, 상기 제3 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling)을 수행하는 단계, 소정의 깊이에서 상기 샘플에 대한 프로파일링을 수행할 때까지 상기 밀링 및 상기 프로파일링을 반복하여 수행하는 단계, 및 상기 샘플의 표면에서 소정의 깊이까지의 구조를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 밀링을 수행하는 단계에서, 상기 제2 팁과 상기 샘플 사이의 거리 및 상기 제2 팁과 상기 샘플 사이에 작용하는 힘에 기초하여, 상기 샘플에 대한 밀링 깊이를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 검사 방법은, 샘플 스테이지의 상면에 샘플을 배치하는 단계, 캔틸레버(cantilever)에 결합된 제1 팁을 이용하여 상기 샘플의 표면에 대한 선행 프로파일링(pre-profiling)을 수행하는 단계, 상기 선행 프로파일링의 결과에 기초하여 상기 제1 팁과 다른 형태를 갖는 제2 팁을 선택하고, 최적의 밀링 수행 조건을 설정하는 단계, 상기 제2 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 밀링(milling)을 수행하는 단계, 상기 밀링의 결과에 기초하여 상기 제1 팁 및 상기 제2 팁과 다른 형태를 갖는 제3 팁을 선택하는 단계, 상기 제3 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling)을 수행하는 단계, 소정의 깊이에서 상기 샘플에 대한 프로파일링을 수행할 때까지 상기 밀링 및 상기 프로파일링을 반복하여 수행하는 단계, 및 상기 샘플의 표면에서 소정의 깊이까지의 구조를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 검사 방법은, 샘플 스테이지의 상면에 샘플을 배치하는 단계, 복수의 검사부들 중 하나의 캔틸레버(cantilever)에 결합된 제1 팁을 이용하여 상기 샘플의 표면에 대한 선행 프로파일링(pre-profiling)을 수행하는 단계, 상기 선행 프로파일링의 결과에 기초하여 제1 검사부를 선택하는 단계, 상기 제1 팁과 다른 형태를 갖는 제2 팁을 선택하고, 최적의 밀링 수행 조건을 설정하는 단계, 상기 제1 검사부의 캔틸레버에 결합된 상기 제2 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 밀링(milling)을 수행하는 단계, 상기 밀링의 결과에 기초하여 제2 검사부를 선택하는 단계, 상기 제1 팁 및 상기 제2 팁과 다른 형태를 갖는 제3 팁을 선택하는 단계, 상기 제2 검사부의 캔틸레버에 결합된 상기 제3 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling)을 수행하는 단계, 소정의 깊이에서 상기 샘플에 대한 프로파일링을 수행할 때까지 상기 밀링 및 상기 프로파일링을 반복하여 수행하는 단계, 및 상기 샘플의 표면에서 소정의 깊이까지의 구조를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치는, 복수의 팁을 이용한 밀링 및 프로파일링을 수행하여 샘플의 구조를 고속으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치는, 밀링 및 프로파일링 과정에서 최적의 팁을 선택하고 최적의 밀링 수행 조건을 설정함으로써 효과적으로 구조 검사를 수행할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 일반적인 검사 장치에 의한 구조 검사를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 구조 검사를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 일반적인 검사 장치에 의한 구조 검사를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 구조 검사를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도면 및 명세서에서, "제1", "제2", 및 "제3"등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아닐 수 있다. "제1", "제2", 및 "제3"등의 용어는 어느 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 일례로, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 "제1 구성요소"는 "제2 구성요소"로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 샘플 스테이지(110), 복수의 팁(tip)들(120), 캔틸레버(cantilever, 130), 팁 스테이지(140), 위치 센서(150), 스테이지 제어부(160), 및 팁 제어부(170)를 포함할 수 있다.
샘플 스테이지(110)의 상면에는 샘플(S)이 배치될 수 있다. 샘플 스테이지(110)는 그 상면과 평행한 방향(예컨대, X 방향 또는 Y 방향)에서 움직임으로써 샘플(S)의 위치를 조절할 수 있다. 일례로, 샘플(S)은 소정의 반도체 공정을 거쳐 형성된 DRAM, VNAND 등과 같은 반도체 소자일 수 있다. 반도체 소자는 채널 홀, 워드라인 컷 등과 같은 높은 종횡비를 갖는 구조를 포함할 수 있다. 다만, 실시예들에 따라 샘플(S)은 반도체 소자로 한정되지 않을 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 높은 종횡비를 갖는 구조를 포함하는 반도체 소자에 대하여 검사를 수행할 때 기존의 검사 장치보다 효과적으로 구조 검사를 수행할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 구조를 갖는 반도체 소자들에 대하여 효과적으로 구조 검사를 수행할 수 있다.
복수의 팁들(120)은 샘플(S)의 상부에 배치되어 샘플(S)에 대한 검사 동작을 수행할 수 있다. 검사 동작은 샘플(S)에 대한 프로파일링(profiling) 및 밀링(milling)을 포함할 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 프로파일링 및 밀링을 번갈아 수행할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 검사 장치(100)는 실시예에 따라 프로파일링과 밀링 외에 클리닝(cleaning) 등의 동작을 더 수행할 수 있다.
복수의 팁들(120)은 각각 서로 다른 형태를 가질 수 있고, 서로 다른 강성을 가질 수 있으며, 검사 단계에 따라 교체될 수 있다. 복수의 팁들(120)은 단결정 다이아몬드 층을 포함할 수 있다.
일례로, 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 팁들(120a, 120b)은 원뿔 형태를 갖고 뾰족한 말단부를 갖는 팁일 수 있다. 한편, (a)에 도시된 팁(120a)은 (b)에 도시된 팁(120b)보다 그 폭이 작을 수 있다. 이에 따라, (a)에 도시된 팁(120a)과 (b)에 도시된 팁(120b)은 서로 다른 종횡비를 가질 수 있다. 한편, 도 1의 (d)에 도시된 팁(120d)은 도 1의 (c)에 도시된 팁(120c)과 달리 뭉툭한 해머 형태의 헤드를 갖는 팁일 수 있다.
다만, 이는 일 실시예들에 불과할 뿐 한정되지 않고, 검사 장치(100)에 포함된 복수의 팁들(120)은 다양한 형태의 팁을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 팁들(120)은 필요에 따라 다양한 길이, 반경, 종횡비, 및 형태를 갖도록 설계될 수 있다. 검사 장치(100)는 검사 과정에서 다양한 형태로 설계된 복수의 팁들(120) 중 적어도 하나를 선택하여 프로파일링, 밀링 등을 수행할 수 있다.
프로파일링은 샘플(S) 상면의 정보를 획득하기 위한 동작일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)에서, 프로파일링으로부터 샘플(S)의 제1 방향에서의 구조와 제1 방향에 수직한 방향에서의 구조를 각각 검사할 수 있다. 일례로, 프로파일링은 최초 수행되는 선행 프로파일링(pre-profiling)과 밀링 후 수행되는 프로파일링을 포함할 수 있다. 검사 장치(100)는 선행 프로파일링(pre-profiling)으로부터 샘플(S) 표면의 구조 정보 및 물성 정보를 획득할 수 있다. 한편, 검사 장치(100)는 밀링 후 수행되는 프로파일링으로부터 선행 프로파일링과 비교하여 상대적으로 정밀하게 샘플(S)의 구조 정보를 측정할 수 있다.
밀링은 샘플(S) 상면의 특정 위치에 절단면을 형성함으로써 샘플(S)의 적어도 일부를 소정의 깊이까지 가공하는 동작일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 미리 설정된 밀링 수행 조건에 따라 샘플(S)에 대한 밀링을 수행할 수 있다. 일례로, 밀링 수행 조건은 밀링 방향, 밀링 면적, 및 밀링 깊이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 검사 장치(100)는 다양한 파라미터에 의해 제어되는 밀링을 수행할 수 있다.
캔틸레버(130)는 복수의 팁들(120) 중 하나와 결합될 수 있다. 팁 스테이지(140)는 캔틸레버(130)와 연결되어 샘플 스테이지(110)의 상면에 수직한 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 캔틸레버(130)의 위치를 조절할 수 있다. 일례로, 캔틸레버(130)의 위치에 따라 복수의 팁들(120) 중 하나와 샘플(S) 사이의 거리가 결정될 수 있고, 상기 거리에 따라 복수의 팁들(120) 중 하나와 샘플(S) 사이에 작용하는 반 데르 발스 힘(van der Waals force)이 결정될 수 있다.
복수의 팁들(120) 중 하나와 샘플(S) 사이에 작용하는 반 데르 발스 힘은 프로파일링이 수행되는 모드를 결정할 수 있다. 일례로, 프로파일링은 복수의 팁들(120) 중 하나와 샘플(S) 사이에 인력이 작용하는 비접촉 모드(non-contact mode), 복수의 팁들(120) 중 하나와 샘플(S) 사이에 척력이 작용하는 접촉 모드(contact mode), 및 복수의 팁들(120)을 진동시키는 탭핑 모드(tapping mode)를 적용하여 수행될 수 있다. 한편, 밀링은 샘플(S)을 가공하는 동작으로, 복수의 팁들(120) 중 하나와 샘플(S) 사이에 작용하는 힘을 더 증가시킴으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 샘플(S)에 대하여 프로파일링을 수행할 때 캔틸레버(130)의 굴곡을 검출하여 샘플(S) 표면의 구조 및 정보를 획득할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 레이저 장비(101)로부터 입사되는 빛을 캔틸레버(130)에 반사시킨 뒤 포토 다이오드(102)에 입사시킬 수 있다. 포토 다이오드(102)는 입사한 빛의 정보에 기초하여 캔틸레버(130)의 굴곡을 검출할 수 있다. 검사 장치(100)는 검출된 캔틸레버(130)의 굴곡으로부터 샘플(S) 표면의 구조 정보를 획득할 수 있다.
한편, 검사 장치(100)는 샘플(S)에 대하여 밀링을 수행할 때, 밀링 깊이는 복수의 팁들(120)과 샘플(S) 사이에 작용하는 힘에 의해 결정될 수 있다. 일례로, 복수의 팁들(120)과 샘플(S) 사이에 작용하는 힘이 커질수록 밀링 깊이는 커질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 캔틸레버(130)의 굴곡뿐만 아니라 복수의 팁들(120)과 샘플(S) 사이에 작용하는 힘과 복수의 팁들(120)과 샘플(S) 사이의 거리의 관계에 기초하여 정확한 밀링 깊이를 설정할 수 있다.
위치 센서(150)는 캔틸레버(130)와 결합된 복수의 팁들(120) 중 하나와 샘플(S) 사이의 위치 관계에 대한 정보를 획득할 수 있다. 위치 센서(150)는 획득한 위치 관계에 대한 정보를 스테이지 제어부(160) 및/또는 팁 제어부(170)로 전달할 수 있다.
스테이지 제어부(160)는 위치 관계에 대한 정보에 기초하여 샘플 스테이지(110) 및 팁 스테이지(140)의 움직임을 제어할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 프로파일링 및 밀링을 수행할 샘플의 위치를 조절하기 위해 샘플 스테이지(110)를 제어할 수 있다. 또한, 검사 장치(100)는 프로파일링 및 밀링을 수행하는 팁의 종류 및/또는 밀링 수행 조건을 고려하여 팁의 위치를 조절하기 위해 팁 스테이지(140)를 제어할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 복수의 팁들(120)과 샘플(S) 사이의 거리 및 복수의 팁들(120)과 샘플 사이에 작용하는 힘의 관계를 고려하여 샘플 스테이지(110) 및 팁 스테이지(140)의 움직임을 제어하는 스테이지 제어부(160)를 구동할 수 있다. 또한, 검사 장치(100)는 복수의 팁들(120)과 샘플(S) 사이의 거리 및 복수의 팁들(120)과 샘플 사이에 작용하는 힘의 관계에 기초하여 밀링 수행 조건을 설정하는 팁 제어부(170)를 구동할 수 있다.
팁 제어부(170)는 복수의 팁들(120) 중 검사 동작을 수행할 팁을 선택할 수 있다. 팁 제어부(170)는 이후 진행될 검사 동작에 최적화된 팁을 선택할 수 있다. 일례로, 팁 제어부(170)는 팁의 형태, 팁의 강성, 샘플(S) 표면의 구조 정보, 및 샘플(S) 표면의 물성 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 복수의 팁들(120) 중 하나를 선택할 수 있다.
검사 장치(100)가 프로파일링을 수행하는 경우, 팁 제어부(170)는 샘플(S)에 대한 프로파일링을 수행하는데 최적화된 팁을 선택할 수 있다. 한편, 검사 장치(100)가 밀링을 수행하는 경우, 팁 제어부(170)는 샘플(S)에 대한 밀링을 수행하는데 최적화된 팁을 선택하고, 밀링을 수행할 최적의 조건을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)에서, 검사 동작을 위해 최적화된 팁을 선택하는 과정은 팁의 크기, 길이, 종횡비, 팁 반경, 및 구조 등을 종합적으로 고려하여 수행될 수 있다. 일례로, 팁의 구조는 팁에 포함된 다이아몬드 층의 두께, 캔틸레버(130)의 두께, 길이 등을 포함할 수 있다.
밀링에 사용되는 팁의 경도는 샘플(S)을 구성하는 물질들 중 밀링이 수행되는 구성의 경도보다 클 수 있다. 한편, 검사 장치(100)가 밀링을 수행하는 경우, 넓은 면적에 대해 고속으로 밀링을 수행할 것인지, 혹은 상대적으로 좁은 면적에 대해 정밀하게 밀링을 수행할 것인지에 따라 선택되는 팁은 달라질 수 있다.
일례로, 넓은 면적에 대해 고속으로 밀링을 수행하는 경우, 검사 장치(100)는 복수의 팁들(120) 중 도 1의 (a)에 도시된 팁(120a)과 같이 종횡비가 작고 팁 반경이 큰 팁을 최적의 팁으로 선택할 수 있다. 반면, 좁은 면적에 대해 정밀하게 밀링을 수행하는 경우, 검사 장치(100)는 복수의 팁들(120) 중 도 1의 (b)에 도시된 팁(120b)과 같이 종횡비가 크고 팁 반경이 작은 팁을 최적의 팁으로 선택할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 선택되는 최적의 팁은 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다.
프로파일링에 사용되는 팁의 경도는 밀링에 사용되는 팁의 경도보다 상대적으로 작을 수 있다. 한편, 검사 장치(100)가 프로파일링을 수행하는 경우, 샘플(S) 표면에 대하여 프로파일링을 수행할 것인지, 혹은 샘플(S) 측벽에 대하여 프로파일링을 수행할 것인지에 따라 선택되는 팁은 달라질 수 있다. 또한, 프로파일링을 정밀하게 수행하고자 하는 정도에 따라 선택되는 팁의 길이 및 반경도 달라질 수 있다.
일례로, 샘플(S) 표면에 대하여 프로파일링을 수행하는 경우, 검사 장치(100)는 복수의 팁들(120) 중 도 1의 (c)에 도시된 팁(120c)과 같이 종횡비가 큰 원뿔 형태의 팁을 최적의 팁으로 선택할 수 있다. 반면, 샘플(S) 측벽에 대하여 프로파일링을 수행하는 경우, 검사 장치(100)는 복수의 팁들(120) 중 도 1의 (d)에 도시된 팁(120d)과 같이 해머 형태의 헤드를 갖는 팁을 최적의 팁으로 선택할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 선택되는 최적의 팁은 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 소정의 깊이에서 샘플(S)의 구조를 획득하기 전까지, 프로파일링 및 밀링을 반복적으로 수행할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 프로파일링의 결과에 기초하여 샘플 스테이지(110) 및 팁 스테이지(140)의 움직임을 제어함으로써 샘플(S)의 소정의 위치에서 선택적으로 밀링을 수행할 수 있다.
한편, 복수의 팁들(120) 중 프로파일링을 수행하는 팁은 복수 개일 수 있고, 밀링을 수행하는 팁 역시 복수 개일 수 있다. 복수의 팁들(120) 각각은 서로 다른 형태 및/또는 서로 다른 강성을 가질 수 있다. 팁 제어부(170)는 검사 동작마다 최적화된 팁을 선택하여 검사 동작을 수행할 수 있다.
일례로, 검사 장치(100)는 밀링 전에 복수의 팁들(120) 중 어느 하나를 이용하여 프로파일링을 수행하고, 복수의 팁들(120) 중 다른 하나를 이용하여 밀링을 수행하며, 밀링 후에 복수의 팁들(120) 중 또 다른 하나를 이용하여 프로파일링을 다시 수행할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 도 1에 도시된 구성으로 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 도 1에 도시되지 않은 일부 구성이 추가될 수 있고, 도시된 일부 구성이 생략되거나 형태가 달라질 수도 있다. 도 1에는 도시되어 있지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 샘플 스테이지(110)의 하부에 배치되는 제진대를 더 포함할 수 있다. 제진대는 검사 동작 중 진동이 발생하더라도 검사 결과에 영향을 주지 않도록 검사 장치(100)를 지지할 수 있다.
또한, 검사 장치(100)에 포함된 구성들 사이의 연결 관계, 특히, 검사 장치(100)의 검사 동작을 제어하기 위한 위치 센서(150), 스테이지 제어부(160), 및 팁 제어부(170) 사이의 연결 관계는 도시된 바로 한정되지 않을 수 있으며 유사한 역할을 수행하는 다른 구성으로 대체될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)에 의한 검사 방법은 샘플 스테이지(110)의 상면에 샘플(S)을 배치함으로써 시작될 수 있다(S110). 최초에, 검사 장치(100)에 포함된 캔틸레버(130)에는 선행 프로파일링을 수행하기 위한 제1 팁이 결합될 수 있다. 검사 장치(100)는 캔틸레버(130)에 결합된 제1 팁을 이용하여 샘플(S) 표면에 대한 선행 프로파일링을 수행할 수 있다(S120).
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 선행 프로파일링으로부터 샘플(S) 표면의 구조 정보 및 물성 정보를 획득할 수 있다. 일례로, 샘플(S) 표면의 구조 정보는 샘플(S) 표면의 요철, 굴곡, 경사 등에 대한 정보를 포함할 수 있고, 샘플(S) 표면의 물성 정보는 샘플(S)의 표면에서 위치에 따른 샘플의 탄성 계수, 경도 등의 기계적 물성에 대한 정보를 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 실시예에 따라 선행 프로파일링으로부터 다양한 정보를 획득할 수 있다.
제1 팁을 이용하여 선행 프로파일링을 완료한 후, 검사 장치(100)는 제1 팁과 다른 형태를 갖는 제2 팁을 캔틸레버(130)에 결합하고, 제2 팁을 이용하여 샘플(S)에 대한 밀링을 수행할 수 있다(S140). S140 단계에서의 밀링은 선행 프로파일링으로부터 획득한 다양한 정보에 기초하여 제어될 수 있다.
제2 팁을 이용하여 밀링을 완료한 후, 검사 장치(100)는 제1 팁 및 제2 팁과 다른 형태를 갖는 제3 팁을 캔틸레버(130)에 결합하고, 제3 팁을 이용하여 샘플(S)에 대한 프로파일링을 수행할 수 있다(S170). 일례로, 제3 팁을 이용한 S170 단계에서의 프로파일링은 샘플(S)에 대한 정밀 프로파일링일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 본 단계에서의 프로파일링으로부터 밀링이 수행된 샘플(S)의 구조 정보 및/또는 물성 정보를 획득할 수 있다. S170 단계에서 획득한 정보는 S120 단계에서 획득한 정보보다 상대적으로 정밀한 구조 정보 및/또는 물성 정보를 포함할 수 있다. 한편, 제1 팁, 제2 팁, 및 제3 팁은 서로 다른 형태를 가질 뿐만 아니라 서로 다른 강성을 갖도록 구성될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
제3 팁을 이용하여 프로파일링을 완료한 후, 검사 장치(100)는 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득하였는지 여부를 판단할 수 있다(S180).
검사 장치(100)가 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득하지 못한 경우, 검사 장치(100)는 목표 깊이에 해당하는 소정의 깊이에서의 구조 정보를 획득할 때까지 S140 내지 S180의 단계를 반복하여 수행할 수 있다. 일례로, 첫 번째 사이클에서의 밀링 및 프로파일링은 제1 밀링 및 제1 프로파일링으로 정의될 수 있고, 두 번째 사이클에서의 밀링 및 프로파일링은 제2 밀링 및 제2 프로파일링으로 정의될 수 있으며, n 번째 사이클에서의 밀링 및 프로파일링은 제n 밀링 및 제n 프로파일링으로 정의될 수 있다.
이 때, 제1 내지 제n 밀링 중 적어도 둘에서 가공되는 샘플(S)의 깊이는 서로 다를 수 있다. 가공되는 샘플(S)의 깊이는 전 단계에서 수행된 프로파일링의 결과에 기초하여 결정될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예일뿐 한정되지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)에서, 제2 팁 및 제3 팁 각각은 서로 다른 형태 및/또는 서로 다른 강성을 갖는 복수의 팁들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제n 밀링 각각은 서로 다른 형태 및/또는 서로 다른 강성을 갖는 제2 팁을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 제1 내지 제n 프로파일링 각각은 서로 다른 형태 및/또는 서로 다른 강성을 갖는 제3 팁을 이용하여 수행될 수 있다.
검사 장치(100)가 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득한 경우, 검사 장치(100)는 전 단계들에서 획득한 구조 정보들을 재구성하여, 샘플(S)의 표면에서 목표 깊이까지의 구조 정보를 획득할 수 있다(S190).
도 3 및 도 4는 일반적인 검사 장치에 의한 구조 검사를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일반적인 검사 장치는 마이크로 단위 또는 나노 단위의 크기를 갖는 미소 구조물(X)의 구조 및 물성 검사를 수행하거나, 특수 화합물로 코팅된 팁을 이용하여 나노 단위의 패터닝을 수행할 수 있다. 일반적인 검사 장치는 캔틸레버(30) 및 캔틸레버(30)에 결합된 팁(20a, 20b)을 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4는 일반적인 검사 장치에 의한 밀링 동작을 예로써 설명하기 위한 도면들일 수 있다.
도 3을 참조하면, 검사 장치는 상대적으로 종횡비가 작고 팁 반경이 큰 팁(20a)을 이용하여 미소 구조물(X)에 대해 밀링을 수행할 수 있다. 도 3에 도시된 검사 장치에 의한 밀링은 넓은 면적에 대하여 높은 속도로 밀링을 수행하는데 적합할 수 있다. 다만, 좁은 면적에 대하여 선택적으로 밀링을 수행하는 경우에는 적합하지 않을 수 있고, 이로 인해 미소 구조물(X)의 구조를 정확하게 측정하기 어려울 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 검사 장치는 상대적으로 종횡비가 크고 팁 반경이 작은 팁(20b)을 이용하여 미소 구조물(X)에 대해 밀링을 수행할 수 있다. 도 4에 도시된 검사 장치에 의한 밀링은 좁은 면적에 대하여 정밀하게 밀링을 수행하는데 적합할 수 있다. 다만, 넓은 면적에 대하여 밀링을 수행할 때 그 속도가 느려 구조 측정에 소요되는 시간이 증가할 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 기존 검사 장치와 비교하였을 때, 필요에 따라 최적의 팁을 선택하여 최적의 밀링 수행 조건 하에서 밀링을 수행함으로써 높은 속도로 정확하게 미소 구조물(X)의 구조를 측정할 수 있다.
한편 도 3 및 도 4에 도시되지 않았으나, 프로파일링을 수행하는 경우에도 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 프로파일링을 수행하고자 하는 구조 및 깊이에 따라 최적의 팁을 선택할 수 있다. 이에 따라 미소 구조물(X)의 표면 및 측벽에 대한 정밀한 프로파일링을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)에 의한 검사 방법은 도 2에 도시된 S110 내지 S190의 단계에 대응하는 단계들을 포함할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 샘플 스테이지(110)의 상면에 샘플(S)을 배치함으로써 검사 동작을 시작할 수 있고(S210), 본격적인 구조 검사 전에 제1 팁을 이용하여 샘플(S) 표면에 대한 선행 프로파일링을 수행할 수 있다(S220). 일례로, 제1 팁은 선행 프로파일링으로부터 샘플(S) 표면의 구조 정보 및 물성 정보를 획득하는데 최적화된 팁일 수 있다.
검사 장치(100)의 스테이지 제어부(160)는 선행 프로파일링의 결과를 이용하여 샘플 스테이지(110) 및 팁 스테이지(140)의 움직임을 제어할 수 있다. 또한, 검사 장치(100)의 팁 제어부(170)는 밀링을 수행하기에 최적화된 제2 팁을 선택하고, 선행 프로파일링 결과에 기초하여 밀링 수행 조건을 설정할 수 있다. 수 있다(S230). 검사 장치(100)는 선택된 제2 팁을 이용하여 설정된 밀링 수행 조건 하에서 샘플(S)에 대한 밀링을 수행할 수 있다(S240).
밀링이 수행되는 과정에서, 샘플(S)과 제2 팁 사이의 위치관계는 샘플 스테이지(110) 및 팁 스테이지(140)의 움직임에 의해 제어될 수 있다. 일례로, 밀링은 반드시 샘플(S) 전 영역에 대하여 수행되는 것은 아닐 수 있다. 다시 말해, 샘플 스테이지(110) 및 팁 스테이지(140)의 움직임에 의해 제어되는 샘플(S)과 제2 팁 사이의 위치관계에 따라, 샘플(S)에 대한 밀링은 소정의 위치 및/또는 영역에 대하여 선택적으로 수행될 수 있다.
밀링이 완료된 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)의 팁 제어부(170)는 프로파일링을 수행하기에 최적화된 제3 팁을 선택하고 팁을 교체할 수 있다(S260). 도 2에 도시된 검사 방법과 유사하게, 검사 장치(100)는 교체된 제3 팁을 이용하여 샘플(S)에 대한 프로파일링을 수행할 수 있다(S270).
제3 팁을 이용하여 프로파일링을 완료한 후, 검사 장치(100)는 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득하였는지 여부를 결정할 수 있고(S280), 검사 장치(100)가 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득하지 못한 경우, 검사 장치(100)는 목표 깊이에 해당하는 소정의 깊이에서의 구조 정보를 획득할 때까지 S230 내지 S280의 단계를 반복하여 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)에서, 제1 팁, 제2 팁, 및 제3 팁은 서로 다른 형태 및/또는 서로 다른 강성을 가질 수 있고, 제2 팁 및 제3 팁 각각은 서로 다른 형태 및/또는 서로 다른 강성을 갖는 복수의 팁들을 포함할 수 있다.
한편, 검사 장치(100)가 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득한 경우, 검사 장치(100)는 전 단계들에서 획득한 구조 정보들을 재구성하여, 샘플(S)의 표면에서 목표 깊이까지의 구조 정보를 획득할 수 있다(S290).
도 5에는 도시되어 있지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 밀링 후의 부산물을 제거하는 클리닝(cleaning)을 수행하기 위한 제4 팁을 더 포함할 수 있다. 제4 팁은 제1 팁, 제2 팁, 및 제3 팁과 다른 형태 및/또는 다른 강성을 가질 수 있다. 클리닝은 S240의 밀링이 완료되고 S270의 프로파일링을 수행하기 전에 수행될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
도 6 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)를 이용하여 구조를 측정하고자 하는 샘플(S)은 그 표면에 홀(H) 및/또는 돌출부(W)를 포함하는 요철 구조를 포함할 수 있다. 샘플(S)은 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 샘플 스테이지의 상면에 배치될 수 있고, 검사 장치(100)는 소정의 스캔 방향으로 검사를 수행할 수 있다. 도 6에서 스캔 방향은 샘플 스테이지의 상면에 평행한 제2 방향(예컨대, X 방향)으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 캔틸레버(130)와 결합된 제1 팁(121)을 이용하여 제1 검사를 수행할 수 있다. 일례로, 제1 검사는 프로파일링일 수 있고, 최초 수행되는 프로파일링은 샘플(S)의 표면 정보 및/또는 물성 정보를 획득하기 위한 선행 프로파일링일 수 있다. 프로파일링이 진행되는 동안 검사 장치(100)에 포함된 스테이지 제어부(160)는 위치 센서(150)로부터 획득한 정보에 기초하여 제1 방향에서 캔틸레버(130)의 위치를 조절할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 선행 프로파일링으로부터 샘플(S)의 표면 정보 및/또는 물성 정보를 획득할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 선행 프로파일링을 수행함으로써 제1 검사 결과를 획득할 수 있다. 일례로, 제1 검사 결과는 샘플(S)의 표면으로부터 제1 깊이(D1)만큼의 구조에 대응하는 제1 프로파일링 결과(P1)를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 검사 장치(100)에 포함된 팁 제어부(170)는 제1 검사 결과에 기초하여 샘플(S)에 대해 밀링을 수행할 제2 팁(122)을 선택하고 밀링이 수행되는 조건을 설정할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 제2 팁(122)과 샘플(S) 사이에 작용하는 힘을 조절함으로써 제1 깊이(D1)만큼 밀링을 수행할 수 있다. 검사 장치(100)는 밀링을 수행하여 제1 밀링 위치(M1)보다 높은 위치에 형성된 돌출부(W)를 제거할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 밀링을 수행한 후 샘플(S)에 대해 프로파일링을 수행할 제3 팁(123)을 선택하고 캔틸레버(130)에 결합할 수 있다. 일례로, 제3 팁(123)은 제1 방향에서 프로파일링을 수행하고자 하는 제2 깊이(D2)보다 큰 길이를 가질 수 있다.
검사 장치(100)는 제3 팁(123)을 이용하여 제1 깊이(D1)에서 제2 깊이(D2)까지의 샘플(S)의 구조 정보를 획득하는 제2 검사를 수행할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 프로파일링을 수행함으로써 제2 검사 결과를 획득할 수 있다. 일례로, 제2 검사 결과는 샘플(S)의 제1 깊이(D1)부터 제2 깊이(D2)만큼의 구조에 대응하는 제2 프로파일링 결과(P2)를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 검사 장치(100)에 포함된 팁 제어부(170)는 제2 검사 결과에 기초하여 샘플(S)에 대해 밀링을 수행할 제2 팁(124)을 선택하고 밀링이 수행되는 조건을 설정할 수 있다. 일례로, 제2 검사 후 밀링을 수행하는 제2 팁(124)은 제1 검사 후 밀링을 수행하는 제2 팁(122)과 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
검사 장치(100)는 제2 팁(124)과 샘플(S) 사이에 작용하는 힘을 조절함으로써 제2 깊이(D2)만큼 밀링을 수행할 수 있다. 검사 장치(100)는 밀링을 수행하여 제2 밀링 위치(M2)보다 높은 위치에 형성된 돌출부(W)를 제거할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 밀링을 수행한 후 샘플(S)에 대해 다시 프로파일링을 수행할 제3 팁(125)을 선택하고 캔틸레버(130)에 결합할 수 있다. 일례로, 제3 팁(125)은 제2 검사에 포함된 프로파일링을 수행하기 위한 제3 팁(123)과 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
검사 장치(100)는 제3 팁(125)을 이용하여 소정의 깊이에서 샘플(S)의 구조 정보를 획득하는 제3 검사를 수행할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 프로파일링을 수행함으로써 제3 검사 결과를 획득할 수 있다. 일례로, 제3 검사 결과는 샘플(S)의 목표 깊이에 대응하는 소정의 깊이까지의 구조에 대응하는 제3 프로파일링 결과(P3)를 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 제1 프로파일링 결과(P1), 제2 프로파일링 결과(P2), 및 제3 프로파일링 결과(P3)를 조합하여 샘플(S)의 표면으로부터 소정의 깊이까지의 구조를 획득할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 제3 프로파일링 결과(P3)가 목표 깊이에서의 샘플(S)의 구조에 대한 정보를 포함하지 않는 경우, 검사 장치(100)는 제2 검사 및 제3 검사에 대응하는 추가적인 검사를 반복적으로 더 수행할 수 있다. 또한, 복수의 프로파일링 결과들을 조합할 때 구조를 더욱 정밀하게 획득하기 위한 보정이 수반될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는, 선행 프로파일링을 수행하기 위한 제1 팁(121), 밀링을 수행하기 위한 제2 팁(122, 124), 및 프로파일링을 수행하기 위한 제3 팁(123, 125) 외에 밀링 후 클리닝(cleaning)을 수행하기 위한 제4 팁을 더 포함할 수 있다.
도 6 내지 도 13에 도시된 검사 방법에는 도시되어 있지 않으나, 검사 장치(100)는 제1 팁(121)을 선택하여 샘플(S) 표면의 구조 정보 및/또는 물성 정보를 획득하고, 제2 팁(122, 124), 제 4팁, 및 제3 팁(123, 125)을 순차적으로 선택하여 캔틸레버(130)에 결합함으로써 샘플(S) 내부의 구조를 검사할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(200)는 샘플 스테이지(210), 팁 제어부(270), 및 복수의 검사부들(200A, 200B)을 포함할 수 있다. 복수의 검사부들(200A, 200B) 각각은 캔틸레버(230a, 230b), 팁 스테이지(240a, 240b), 위치 센서(250a, 250b), 스테이지 제어부(260a, 260b), 및 캔틸레버(230a, 230b)에 결합된 팁(220a, 220b)을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 스테이지 제어부(260a, 260b)는 제어 장치로써 팁 제어부(270)와 함께 구성될 수 있다. 또한, 팁 제어부(270) 역시 복수의 검사부들(200A, 200B) 각각에 포함될 수 있다.
검사 장치(200)에 포함된 구성들 각각의 구조 및 동작은 도 1에 도시된 검사 장치(100)에 포함된 구성들에 대응할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(200)는 복수의 검사부들(200A, 200B)을 포함함으로써 서로 다른 검사 동작을 실시하는 팁을 분리하여 배치할 수 있다. 일례로, 제1 검사부(200A)는 샘플(S)에 대한 밀링을 수행하기 위한 검사부로써 밀링을 수행하기에 적합한 팁(220a)을 포함할 수 있고, 제2 검사부(200B)는 샘플(S)에 대한 프로파일링을 수행하기 위한 검사부로써 프로파일링을 수행하기에 적합한 팁(220b)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(200)에서, 팁 제어부(270)는 복수의 검사부들(200A, 200B) 중 프로파일링 또는 밀링을 수행할 검사부를 선택할 수 있다. 일례로, 팁 제어부(270)는 밀링을 수행하기 위해 제1 검사부(200A)를 선택할 수 있고, 프로파일링을 수행하기 위해 제2 검사부(200B)를 선택할 수 있다.
검사 장치(200)는 선택된 검사부를 이용하여 프로파일링 및 밀링을 반복하여 수행함으로써 원하는 위치에서 샘플(S)에 대한 밀링을 수행하고, 샘플(S)의 구조를 고속으로 프로파일링할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(300)는 도 14에 도시된 검사 장치(200)의 구성과 대응할 수 있다. 일례로, 검사 장치(300)는 샘플 스테이지(310), 팁 제어부(370), 및 복수의 검사부들(300A, 300B)을 포함할 수 있다. 복수의 검사부들(300A, 300B) 각각은 캔틸레버(330a, 330b), 팁 스테이지(340a, 340b), 위치 센서(350a, 350b), 및 스테이지 제어부(360a, 360b)를 포함할 수 있다.
한편, 검사 장치(300)에 포함된 복수의 검사부들(300A, 300B) 각각은 캔틸레버(330a, 330b)에 결합될 수 있는 복수의 팁들(320a, 320b)을 포함할 수 있다. 일례로, 밀링을 수행하기 위한 제1 검사부(300A)는 서로 다른 종횡비를 갖는 복수의 밀링 팁들(320a`, 320a``)을 포함할 수 있고, 제2 검사부(300B)는 서로 다른 형태를 갖는 복수의 프로파일링 팁들(320b`, 320b``)을 포함할 수 있다. 복수 회에 걸쳐 밀링 및 프로파일링을 수행할 때, 복수의 팁들(320a, 320b)은 교체되어 캔틸레버(330a, 330b)에 결합될 수 있다.
도 14에 도시된 검사 장치(200)와 유사하게, 검사 장치(300)에 포함된 팁 제어부(370)는 복수의 검사부들(300A, 300B) 중 프로파일링 또는 밀링을 수행할 검사부를 선택할 수 있다. 한편, 팁 제어부(370)는 복수의 검사부들(300A, 300B) 각각에서 프로파일링 또는 밀링을 수행할 팁을 선택할 수 있다.
검사 장치(300)는 선택된 검사부 및 선택된 팁을 이용하여 프로파일링 및 밀링을 반복하여 수행함으로써 원하는 위치에서 샘플(S)에 대한 밀링을 수행하고, 샘플(S)의 구조를 고속으로 프로파일링할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 검사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 검사 장치(200, 300)에 의한 검사 방법은 도 2에 도시된 S110 내지 S190의 단계에 대응하는 단계들을 포함할 수 있다. 일례로, 검사 장치(200, 300)는 샘플 스테이지(210, 310)의 상면에 샘플(S)을 배치함으로써 검사 동작을 시작할 수 있고(S310), 본격적인 구조 검사 전에 제1 팁을 이용하여 샘플(S) 표면에 대한 선행 프로파일링을 수행할 수 있다(S320). 일례로, 제1 팁은 선행 프로파일링으로부터 샘플(S) 표면의 구조 정보 및 물성 정보를 획득하는데 최적화된 팁일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(200, 300)는 복수의 검사부(200A, 200B, 300A, 300B)를 포함할 수 있다. 복수의 검사부(200A, 200B, 300A, 300B) 각각은 서로 다른 검사 동작을 수행할 수 있다. 일례로, 제1 검사부(200A, 300A)는 프로파일링을 수행하기 위한 구성일 수 있고, 제2 검사부(200B, 300B)는 밀링을 수행하기 위한 구성일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 검사 장치(200, 300)는 선행 프로파일링, 클리닝 등의 추가적인 검사 동작을 수행하기 위한 별도의 검사부를 더 포함할 수 있다.
선행 프로파일링을 완료한 후, 검사 장치(200, 300)는 밀링을 수행하기 위한 검사부를 선택할 수 있고(S325), 선택된 검사부는 밀링을 수행할 수 있다(S340). 다만, 도 16에 도시된 흐름도는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 도 15에 도시된 검사 장치(300)처럼 복수의 검사부들(300A, 300B) 각각이 복수의 팁들(320a, 320b)을 포함하는 경우, 팁 제어부(370)는 검사부를 선택한 뒤 밀링을 수행하기 전에 밀링을 수행하기에 최적화된 제2 팁을 선택하고 선행 프로파일링의 결과에 기초하여 밀링 수행 조건을 설정할 수 있다. 검사 장치(300)는 선택된 제2 팁을 이용하여 설정된 밀링 수행 조건 하에서 샘플(S)에 대한 밀링을 수행할 수 있다.
밀링이 완료된 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(200, 300)의 팁 제어부(260, 370)는 클리닝을 수행하기 위한 검사부를 선택할 수 있고(S345), 선택된 검사부는 클리닝을 수행할 수 있다(S350). 한편, 도 16에는 도시되어 있지 않으나, 복수의 검사부들(300A, 300B) 각각이 복수의 팁들(320a, 320b)을 포함하는 경우, 검사 장치(300)의 팁 제어부(370)는 검사부를 선택한 뒤 클리닝을 수행하기 전에 클리닝을 수행하기에 최적화된 제4 팁을 선택하고 팁을 교체할 수 있다. 검사 장치(300)는 선택된 제4 팁을 이용하여 클리닝을 수행할 수 있다.
제4 팁을 이용하여 클리닝을 완료한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(200, 300)의 팁 제어부(260, 370)는 프로파일링을 수행하기 위한 검사부를 선택할 수 있고(S355), 선택된 검사부는 프로파일링을 수행할 수 있다(S370). 한편, 도 16에는 도시되어 있지 않으나, 복수의 검사부들(300A, 300B) 각각이 복수의 팁들(320a, 320b)을 포함하는 경우, 검사 장치(300)의 팁 제어부(370)는 검사부를 선택한 뒤 프로파일링을 수행하기 전에 프로파일링을 수행하기에 최적화된 제3 팁을 선택하고 팁을 교체할 수 있다. 검사 장치(300)는 선택된 제3 팁을 이용하여 프로파일링을 수행할 수 있다.
제3 팁을 이용하여 프로파일링을 완료한 후, 검사 장치(200, 300)는 도 5에 도시된 검사 방법과 마찬가지로 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득하였는지 여부를 결정할 수 있다(S380).
검사 장치(200, 300)가 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득하지 못한 경우, 검사 장치(200, 300)는 목표 깊이에 해당하는 소정의 깊이에서의 구조 정보를 획득할 때까지 S330 내지 S380의 단계를 반복하여 수행할 수 있다. 검사 장치(200, 300)가 목표 깊이에서의 구조 정보를 획득한 경우, 검사 장치(200, 300)는 전 단계들에서 획득한 구조 정보들을 재구성하여, 샘플(S)의 표면에서 목표 깊이까지의 구조 정보를 획득할 수 있다(S390).
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치에 의한 구조 검사를 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 마이크로 단위 또는 나노 단위의 크기를 갖는 미소 구조물(X)의 구조 및 물성 검사를 빠르고 정밀하게 수행할 수 있다. 검사 장치(100)는 전술한 바와 같이 프로파일링 및 밀링을 번갈아 수행함으로써 미소 구조물(X)의 소정의 깊이에서의 구조를 측정할 수 있다. 검사 장치(100)는 필요에 따라 프로파일링 및 밀링 외에 클리닝 등의 동작을 추가적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치(100)는 필요에 따라 최적의 팁을 선택하여 검사 동작을 수행할 수 있다. 일례로, 검사 장치(100)는 캔틸레버(130)에 결합되는 복수의 팁들(120)을 포함할 수 있고, 최적의 팁을 선택적으로 캔틸레버(130)에 결합하여 검사를 수행할 수 있다.
예를 들어, 밀링 동작을 수행하기 위해 높은 강성을 갖는 물질을 포함하는 팁들(120a, 120b) 중 어느 하나를 선택하여 캔틸레버(130)에 결합할 수 있다. 한편, 프로파일링 동작을 수행하기 위해 프로파일링 대상에 따라 다른 형상을 갖는 팁들(120c, 120d) 중 어느 하나를 선택하여 캔틸레버(130)에 결합할 수 있다. 다만, 도 17에 도시된 복수의 팁들(120)은 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.
한편, 검사 장치(100)는 밀링 동작을 수행하기 위한 최적의 조건을 설정할 수 있고, 나아가 효과적으로 미소 구조물(X)에 대한 구조 및 물성 검사를 수행할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 200, 300: 검사 장치
101: 레이저 장비
102: 포토 다이오드 110: 샘플 스테이지
S: 샘플 120: 복수의 팁(tip)들
121: 제1 팁 122, 124: 제2 팁
123, 125: 제3 팁 130: 캔틸레버
140: 팁 스테이지 150: 위치 센서
160: 스테이지 제어부 170: 팁 제어부
H: 홀 W: 돌출부
200A, 300A: 제1 검사부 200B, 300B: 제2 검사부
102: 포토 다이오드 110: 샘플 스테이지
S: 샘플 120: 복수의 팁(tip)들
121: 제1 팁 122, 124: 제2 팁
123, 125: 제3 팁 130: 캔틸레버
140: 팁 스테이지 150: 위치 센서
160: 스테이지 제어부 170: 팁 제어부
H: 홀 W: 돌출부
200A, 300A: 제1 검사부 200B, 300B: 제2 검사부
Claims (20)
- 상면에 샘플이 배치되고, 상기 상면과 평행한 방향에서 상기 샘플의 위치를 조절하는 샘플 스테이지;
각각 서로 다른 형태를 가지고, 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling) 및 밀링(milling)을 번갈아 수행하며, 상기 프로파일링 또는 밀링을 수행하는 동안 상기 샘플의 상부에 배치되는 복수의 팁(tip)들;
상기 복수의 팁들 중 하나와 결합된 캔틸레버(cantilever)와 연결되고, 상기 샘플 스테이지의 상면에 수직한 제1 방향에서 상기 캔틸레버의 위치를 조절하는 팁 스테이지;
상기 캔틸레버와 결합된 팁과 상기 샘플 사이의 위치 관계에 대한 정보를 획득하는 위치 센서;
상기 위치 관계에 대한 정보에 기초하여 상기 샘플 스테이지 및 상기 팁 스테이지의 움직임을 제어하는 스테이지 제어부; 및
상기 복수의 팁들 중에서, 상기 프로파일링 또는 밀링을 수행할 팁을 선택하고 밀링 수행 조건을 설정하는 팁 제어부; 를 포함하고,
상기 밀링으로부터 가공되는 상기 샘플의 상기 제1 방향에서의 깊이는 상기 팁과 상기 샘플 사이의 거리 및 상기 팁과 상기 샘플 사이에 작용하는 힘 사이의 관계에 기초하여 제어되는 검사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 프로파일링으로부터 상기 샘플의 상기 제1 방향에서의 구조와 상기 제1 방향에 수직한 방향에서의 구조를 각각 검사하는 검사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 프로파일링으로부터 상기 샘플 표면의 구조 정보 및 물성 정보를 획득하는 검사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 프로파일링의 결과에 기초하여 상기 샘플 스테이지 및 상기 팁 스테이지의 움직임을 제어함으로써 상기 샘플의 소정의 위치에서 선택적으로 밀링을 수행하는 검사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 팁 제어부는 팁의 형태, 팁의 강성, 상기 샘플 표면의 구조 정보, 및 상기 샘플 표면의 물성 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 팁들 중 하나를 선택하는 검사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 밀링 수행 조건은 밀링 방향, 밀링 면적, 및 밀링 깊이 중 적어도 하나를 포함하는 검사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 팁들은 종횡비가 서로 다른 원뿔 형태의 팁들, 및 해머 형태의 헤드를 포함하는 팁을 포함하는 검사 장치.
- 제1항에 있어서,
소정의 깊이에서 상기 샘플의 구조를 획득하기 전까지, 상기 프로파일링 및 밀링을 반복적으로 수행하는 검사 장치.
- 상면에 샘플이 배치되고, 상기 상면과 평행한 방향에서 상기 샘플의 위치를 조절하는 샘플 스테이지;
상기 샘플의 표면 정보를 획득하는 선행 프로파일링(pre-profiling)을 수행하는 제1 팁, 상기 샘플에 대한 밀링(milling)을 수행하는 제2 팁, 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling)을 수행하는 제3 팁을 포함하고, 상기 제1 팁, 상기 제2 팁, 및 상기 제3 팁은 서로 다른 형태를 갖는 복수의 팁(tip)들;
상기 복수의 팁들 각각과 결합되는 캔틸레버(cantilever)와 연결되고, 상기 샘플 스테이지의 상면에 수직한 제1 방향에서 상기 캔틸레버의 위치를 조절하는 팁 스테이지;
상기 복수의 팁들 중 상기 프로파일링 또는 밀링을 수행하는 팁과 상기 샘플 사이의 위치 관계에 대한 정보를 획득하는 위치 센서;
상기 위치 관계에 대한 정보에 기초하여 상기 샘플 스테이지 및 상기 팁 스테이지의 움직임을 제어하는 스테이지 제어부; 및
상기 프로파일링 또는 밀링을 수행할 팁을 선택하고 밀링이 수행되는 조건을 설정하는 팁 제어부; 를 포함하는 검사 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제2 팁 및 상기 제3 팁 각각은, 서로 다른 형태 및 서로 다른 강성을 갖는 복수의 팁들을 포함하는 검사 장치.
- 제10항에 있어서,
상기 제2 팁 및 상기 제3 팁 각각은 개별적으로 동작하는 복수의 검사부들 각각에 포함되고, 상기 팁 제어부는 상기 복수의 검사부들 중 프로파일링 또는 밀링을 수행할 검사부를 선택하는 검사 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 팁을 선택하여 상기 샘플의 표면으로부터 제1 깊이까지의 구조를 검사하는 제1 검사를 수행하는 검사 장치.
- 제12항에 있어서,
상기 제1 검사 후, 상기 제2 팁, 및 상기 제3 팁을 순차적으로 선택하여 상기 샘플의 상기 제1 깊이에서 제2 깊이까지의 구조를 검사하는 제2 검사를 수행하는 검사 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 제2 검사를 반복적으로 수행하고, 상기 제1 검사 및 상기 제2 검사의 결과에 기초하여 상기 샘플의 표면으로부터 소정의 깊이까지의 구조를 획득하는 검사 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 복수의 팁들은 밀링 후 클리닝을 수행하는 제4 팁을 더 포함하는 검사 장치.
- 제15항에 있어서,
상기 제1 팁을 선택하여 상기 샘플 표면의 정보를 획득하고, 상기 제2 팁, 상기 제4 팁, 및 상기 제3 팁을 순차적으로 선택하여 상기 샘플 내부의 구조를 검사하는 검사 장치.
- 샘플 스테이지의 상면에 샘플을 배치하는 단계;
캔틸레버(cantilever)에 결합된 제1 팁을 이용하여 상기 샘플의 표면에 대한 선행 프로파일링(pre-profiling)을 수행하는 단계;
상기 제1 팁과 다른 형태를 갖는 제2 팁을 상기 캔틸레버에 결합하고, 상기 제2 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 밀링(milling)을 수행하는 단계;
상기 제1 팁 및 상기 제2 팁과 다른 형태를 갖는 제3 팁을 상기 캔틸레버에 결합하고, 상기 제3 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 프로파일링(profiling)을 수행하는 단계;
소정의 깊이에서 상기 샘플에 대한 프로파일링을 수행할 때까지 상기 밀링 및 상기 프로파일링을 반복하여 수행하는 단계; 및
상기 샘플의 표면에서 소정의 깊이까지의 구조를 획득하는 단계; 를 포함하고,
상기 밀링을 수행하는 단계에서, 상기 제2 팁과 상기 샘플 사이의 거리 및 상기 제2 팁과 상기 샘플 사이에 작용하는 힘에 기초하여, 상기 샘플에 대한 밀링 깊이를 제어하는 검사 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 프로파일링의 결과에 기초하여 상기 샘플 스테이지 및 상기 제2 팁의 움직임을 제어함으로써 상기 샘플의 소정의 위치에서 선택적으로 밀링을 수행하는 검사 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 밀링이 복수 회 수행될 때, 상기 복수 회의 밀링 중 적어도 둘에서 서로 다른 깊이만큼 밀링이 수행되는 검사 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 제1 팁, 상기 제2 팁, 및 상기 제3 팁과 다른 형태를 갖는 제4 팁을 상기 캔틸레버에 결합하고, 상기 제4 팁을 이용하여 상기 샘플에 대한 클리닝(cleaning)을 수행하는 단계; 를 더 포함하는 검사 방법.
Priority Applications (2)
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| KR1020210078050A KR20220168613A (ko) | 2021-06-16 | 2021-06-16 | 검사 장치 및 방법 |
Publications (1)
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