KR20230117006A - 반도체 구조체 결함 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 구조체 내에 여기된 캐리어를 형성할 수 있도록 레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계; 반도체 구조체 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체에 전자기파를 조사하는 단계; 반도체 구조체 내 여기된 캐리어와 반응하는 전자기파의 특성 정보를 측정하는 단계; 및 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터를 이용하여 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 판별하는 단계;를 포함하는, 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 모니터링 방법 및 모니터링 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 비접촉 및 비파괴적으로 분석할 수 있는 반도체 구조체 결함 모니터링 방법 및 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에 관한 것이다.
반도체 분야 기술은 수백 나노미터 크기의 패턴에서 수 내지 수십 나노미터 크기의 패턴을 가지는 초미세 기술로 발전하고 있다. 이로 인해, 반도체 소자에서 반도체 구조체 결함의 양상을 파악하는 것이 중요해 지고 있다. 따라서 반도체 제조 공정에서 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 비접촉 및 비파괴적 방식으로 모니터링할 수 있는 반도체 구조체 결함 모니터링 방법 및 반도체 구조체 결함 모니터링 장치의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 비접촉 및 비파괴적 방식으로 모니터링할 수 있는 반도체 구조체 결함 모니터링 방법 및 반도체 구조체 결함 모니터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법은 반도체 구조체 내에 여기된 캐리어를 형성할 수 있도록 레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계; 반도체 구조체 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체에 전자기파를 조사하는 단계; 반도체 구조체 내 여기된 캐리어와 반응하는 전자기파의 특성 정보를 측정하는 단계; 및 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터를 이용하여 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 판별하는 단계;를 포함한다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계는, 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광의 파장을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계는, 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 전자기파의 특성 정보는 전자기파의 투과율 또는 반사율을 포함할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터는 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 변화량일 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터는 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 함수에 대하여 라플라스 역변환 연산을 통해 산출된 캐리어 재결합 시상수일 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 캐리어 재결합 시상수는, 반도체 구조체 내 결함의 유형 별로 분리될 수 있으며, 반도체 구조체 내 결함 밀도와 반비례할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 캐리어 재결합 시상수는 반도체 구조체 내 제1 유형의 결함에 따른 제1 캐리어 재결합 시상수 및 반도체 구조체 내 제2 유형의 결함에 따른 제2 캐리어 재결합 시상수로 분리될 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 함수는 하기의 수학식 1에 의하여 모사될 수 있다.
(수학식 1)
(△T: 전자기파의 투과율 감쇠 변화량, T0: 여기된 캐리어를 형성하기 위한 레이저광이 반도체 구조체에 입사되지 않는 경우 전자기파의 투과율, n: 반도체 구조체 내 결함 유형 개수, ai: 반도체 구조체 내 각 결함에 따른 캐리어 재결합 기여도, t: 시간, τi: 각 결함에 따른 캐리어 재결합 시상수)
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 레이저광은 펨토초 레이저광을 포함하고, 전자기파는 테라헤르츠 파를 포함할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 반도체 구조체 내 여기된 캐리어는 반도체 구조체 내 여기된 자유전자 또는 정공을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치는 반도체 구조체 내에 여기된 캐리어를 형성할 수 있도록 반도체 구조체에 입사하는 레이저광을 생성하는 발광부; 반도체 구조체 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체에 전자기파를 조사하는 전자기파 조사부; 반도체 구조체를 투과하거나 반사된 전자기파를 수신하는 전자기파 수신부; 전자기파 수신부로 수신된 전자기파의 특성 정보를 측정하는 측정부; 및 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터를 이용하여 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 판별하는 연산제어부;를 포함할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서, 상기 발광부는 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광의 파장을 조절하는 파장 제어유닛을 구비할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서, 상기 발광부는 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 입사각 제어유닛을 구비할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서, 상기 발광부는 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광의 파장을 조절하는 파장 제어유닛 및 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 입사각 제어유닛을 구비할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서, 전자기파 조사부는 기판의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부는 반도체 구조체를 투과한 전자기파를 수신하기 위하여 기판의 하방에 위치할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서, 전자기파 조사부는 기판의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부는 반도체 구조체에서 반사된 전자기파를 수신하기 위하여 기판의 상방에 위치할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서, 측정부는 전자기파의 특성 정보로서 전자기파의 투과율 또는 반사율을 측정할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서, 연산제어부는 측정된 전자기파의 특성 정보를 이용한 결과로서 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 함수에 대하여 라플라스 역변환 연산을 통해 캐리어 재결합 시상수를 산출하되, 캐리어 재결합 시상수는, 반도체 구조체 내 결함의 유형 별로 분리될 수 있으며, 반도체 구조체 내 결함 밀도와 반비례할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서, 발광부는 펨토초 레이저광을 생성하며, 전자기파 조사부는 테라헤르츠 파를 조사할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 비접촉 및 비파괴적 방식으로 모니터링할 수 있는 반도체 구조체 결함 모니터링 방법 및 반도체 구조체 결함 모니터링 장치를 구현할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 구현하는 반도체 구조체 결함 모니터링 장치의 구성을 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 이용하여 시간에 따른 자유전자 재결합 측정 과정을 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 시간에 따라 전자기파의 투과율이 감쇠되는 양상을 도해하는 그래프이다.
도 5는 광의 입사 각도에 따른 광의 투과 깊이를 도해하는 도면이다.
도 6은 반도체 박막에 입사한 레이저광의 파장 별로 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합 양상을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 라플라스 역변환을 통해 분리한 광 펌프의 파장에 따른 시상수를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 XPS로 측정한 반도체 표면과 내부의 Ge의 화합 결합 상태를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 3차원 구조의 반도체 구조체에 입사된 광 펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 도해하는 도면이다.
도 11은 3차원 구조의 반도체의 광 펌프에 의해 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합 양상을 평판 시료와 비교한 그래프이다.
도 12는 반도체 구조체에 광 펌프를 위하여 입사하는 레이저광의 파장에 따라 광 펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 13 및 도 14는 요철 구조에 입사하는 광 펌프 레이저광의 파장에 따른 투과율 감쇠 그래프 개형 변화의 모식도이다.
도 15는 반도체 구조체에 광 펌프를 위하여 입사하는 레이저광의 입사각에 따라 광 펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 16 및 도 17은 요철 구조에 입사하는 광 펌프 레이저광의 파장에 따른 투과율 감쇠 그래프 개형 변화의 모식도이다.
도 18 내지 도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치의 일부 구성을 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 구현하는 반도체 구조체 결함 모니터링 장치의 구성을 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 이용하여 시간에 따른 자유전자 재결합 측정 과정을 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 시간에 따라 전자기파의 투과율이 감쇠되는 양상을 도해하는 그래프이다.
도 5는 광의 입사 각도에 따른 광의 투과 깊이를 도해하는 도면이다.
도 6은 반도체 박막에 입사한 레이저광의 파장 별로 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합 양상을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 라플라스 역변환을 통해 분리한 광 펌프의 파장에 따른 시상수를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 XPS로 측정한 반도체 표면과 내부의 Ge의 화합 결합 상태를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 3차원 구조의 반도체 구조체에 입사된 광 펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 도해하는 도면이다.
도 11은 3차원 구조의 반도체의 광 펌프에 의해 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합 양상을 평판 시료와 비교한 그래프이다.
도 12는 반도체 구조체에 광 펌프를 위하여 입사하는 레이저광의 파장에 따라 광 펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 13 및 도 14는 요철 구조에 입사하는 광 펌프 레이저광의 파장에 따른 투과율 감쇠 그래프 개형 변화의 모식도이다.
도 15는 반도체 구조체에 광 펌프를 위하여 입사하는 레이저광의 입사각에 따라 광 펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 16 및 도 17은 요철 구조에 입사하는 광 펌프 레이저광의 파장에 따른 투과율 감쇠 그래프 개형 변화의 모식도이다.
도 18 내지 도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치의 일부 구성을 도해하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
반도체 소자의 가장 기본이자 핵심 요소인 트랜지스터는 게이트를 통해 채널 전류를 조절함으로써 소자의 동작을 온/오프(on/off) 시키는 역할을 수행한다. 보다 효율적이고 빠른 소자를 개발하기 위해서는 필연적으로 트랜지스터의 동작 전압 및 크기가 작아져야 한다. 그러나 채널 길이가 짧아지기만 해서는 소스와 드레인 사이의 거리가 가까워지면서 단채널 현상에 의해 성능 한계에 직면하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 실리콘 채널을 물고기의 지느러미(Fin)와 같이 수직으로 세워 게이트를 3 면에 닿게끔 만드는 핀펫(Fin-FET) 구조를 적용하기 시작했다. 이후 공정 기술의 발달 및 보다 낮은 동작 전압 수요에 의해 고안된 구조가 GAA(Gate All Around) 구조이다. 이에 의하면, 게이트가 채널을 4 면으로 완전히 덮어 단채널 현상이 크게 개선되었고 동작전압 또한 4 나노 이하 공정에서 개선됨을 확인하였다. 현재는 GAA 구조의 채널 영역을 나노 시트로 바꾸는 등 트랜지스터의 3차원 공간을 모두 활용하는 추세이다. 이러한 반도체 소자의 개발 흐름은 초미세패턴 공정기술과 맞물려 거대한 성장 동력원으로 작용하고 있다. 그러나, 기존의 전기적 결함 분석기술의 한계로 인해 초미세구조에서의 결함 분석이 어려워졌고 이에 따라 비접촉, 비파괴 방식의 광 분석기술이 3차원 구조 결함 분석에 있어 핵심기술로 대두되고 있다.
본 발명은 기판(웨이퍼) 상에서 패턴화된 반도체 구조체의 결함을 분석하여 모니터링하는 방법과 이를 구현하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평면 및/또는 3차원 구조를 가지고 패턴화된 반도체 구조체에 대하여 다양한 파장 및 각도로 입사된 펨토초 레이저광에 의해 광 여기된 캐리어의 재결합 시상수 변화를 테라헤르츠의 투과율 또는 반사율을 이용하여 분석하여 평면 및/또는 3차원 구조로 패턴화된 반도체 구조체 내에서의 결함의 밀도 및 밀도의 공간적 분포를 분석하여 모니터링하는 방법과 이를 구현하는 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 도해하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 구현하는 반도체 구조체 결함 모니터링 장치의 구성을 도해하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법은 반도체 구조체 내에 여기된 캐리어를 형성할 수 있도록 레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계(S10); 반도체 구조체 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체에 전자기파를 조사하는 단계(S20); 반도체 구조체 내 여기된 캐리어와 반응하는 전자기파의 특성 정보를 측정하는 단계(S30); 및 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터를 이용하여 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 판별하는 단계(S40);를 포함한다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 레이저광은 펨토초 레이저광을 포함할 수 있으며, 전자기파는 테라헤르츠 파를 포함할 수 있다.
상기 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서, 전자기파의 특성 정보는 전자기파의 투과율 또는 반사율을 포함할 수 있다. 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터는, 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 변화량이거나, 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 함수에 대하여 라플라스 역변환 연산을 통해 산출된 캐리어 재결합 시상수일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 구현하는 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)는 반도체 구조체 내에 여기된 캐리어를 형성할 수 있도록 반도체 구조체에 입사하는 레이저광을 생성하는 발광부(10); 반도체 구조체 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체에 전자기파를 조사하는 전자기파 조사부(20); 반도체 구조체를 투과하거나 반사된 전자기파를 수신하는 전자기파 수신부(30); 전자기파 수신부로 수신된 전자기파의 특성 정보를 측정하는 측정부(40); 및 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터를 이용하여 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 판별하는 연산제어부(50);를 포함한다.
나아가, 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)는 연산제어부(50)에서 판별된 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 외부로 표시하는 디스플레이부(60);를 더 포함할 수도 있다.
도 1과 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 구현하는 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서, 발광부(10)를 통하여 반도체 구조체 내에 여기된 캐리어를 형성할 수 있도록 레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계(S10)의 적어도 일부가 수행될 수 있으며, 조사부(20)를 통하여 반도체 구조체 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체에 전자기파를 조사하는 단계(S20)의 적어도 일부가 수행될 수 있으며, 전자기파 수신부(30) 및 측정부(40)를 통하여 반도체 구조체 내 여기된 캐리어와 반응하는 전자기파의 특성 정보를 측정하는 단계(S30)의 적어도 일부가 수행될 수 있으며, 연산제어부(50)를 통하여 측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터를 이용하여 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 판별하는 단계(S40)의 적어도 일부가 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에서는 전자기파 수신부(30)와 측정부(40)를 구분하여 설명하였으나, 변형된 실시예에서 전자기파 수신부(30)와 측정부(40)는 각각의 기능이 통합된 하나의 구성요소로 제공될 수도 있다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법의 각 단계들을 구체적으로 설명한다. 따라서, 본 발명의 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 수행하는 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에 대한 설명은 도 1 및 도 2에 대한 상술한 내용과 함께 이하의 내용으로 대체될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 이용하여 시간에 따른 자유전자 재결합 측정 과정을 도해하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 시간에 따라 전자기파의 투과율이 감쇠되는 양상을 도해하는 그래프이다.
도 3 및 도 4에서, △T는 전자기파(테라헤르츠 파)의 투과율 감쇠 변화량을 나타내고, T0는 여기된 캐리어를 형성하기 위한 레이저광이 반도체 구조체에 입사되지 않는 경우 전자기파의 투과율을 나타낸다. "Pump delay" 항목은 반도체 구조체에 레이저광을 입사한 후 도과 시간을 의미하며, t=t1, t=t2, t=t3은 반도체 구조체에 레이저광을 입사한 후 테라헤르츠 파를 조사하는 시점을 의미한다.
기판(80) 상에 형성된 반도체 구조체(70)에 입사된 레이저광(11)에 의하여 여기된 캐리어(예를 들어, 자유전자 또는 정공)는 다양한 경로를 통해 특정 시상수를 가지고 재결합한다. 반도체 구조체(70) 내에 입사되는 레이저광은 반도체 구조체(70) 내에 여기된 캐리어를 형성한다는 점에서 펌프(Pump) 광으로 이해될 수 있다.
입사된 광에 의하여 여기된 캐리어(예를 들어, 자유전자)는 다양한 경로를 통해 특정 시상수를 가지고 재결합한다. 일반적으로 재결합 경로에 따른 재결합 시상수는 i) 밸리 내 스캐터링(Intra valley scattering) 경로에 따른 재결합 시상수(< ps), ii) 밸리 간 스캐터링(Inter valley scattering) 경로에 따른 재결합 시상수(~ 수 ps), iii) 결함 보조 재결합(Defect assisted recombination) 경로에 따른 재결합 시상수(수 ps ~ 수 ns), iv) 대역 간 스캐터링(Inter band scattering) 경로에 따른 재결합 시상수(수백 ps ~ μs)가 있다.
이 중에서 결함 보조 재결합(Defect assisted recombination) 과정은 반도체 구조체(70)를 구성하는 물질의 결함 밀도에 따라 시상수가 반비례하여 재결합 과정의 시상수 분석을 통하여 반도체 구조체(70)의 결함 밀도를 측정할 수 있다.
이때 자유전자의 재결합 과정을 측정하기 위해서 전자기파(21, 22)로서, 예를 들어, 테라헤르츠 파를 이용할 수 있다. 도 3에서는, 이해의 편의를 위하여, 발광부의 일부인 프로브(Thz probe)에서부터 반도체 구조체(70)를 투과하기 전의 전자기파(21)인 테라헤르츠 파와 반도체 구조체(70)를 투과한 후의 전자기파(22)인 테라헤르츠 파(Transferred Thz wave)를 구분하여 도시하였다. 테라헤르츠 파는 주파수가 0.01 THz ~ 10 THz 정도의 전자기파로서 여기된 캐리어에 대하여 선택적으로 반응하는 특성을 가진다. 따라서 반도체 구조체(70)를 구성하는 물질을 투과한 테라헤르츠 파의 세기 변화를 측정하여, 반도체 구조체(70) 내부에 존재하는 자유전자의 특성 및 양을 비접촉적 방법으로 측정할 수 있다.
반도체 구조체 내 여기된 캐리어를 형성할 수 있는 레이저광(11)으로서, 예를 들어, 펨토초 레이저광을 입사한 후 일정 시간이 지난 후, 여기된 캐리어와 반응하는 전자기파(21)로서 테라헤르츠 파를 투과시키면 펨토초 레이저에 의해 반도체 구조체(70) 내 여기된 자유전자에 의하여 전자기파(22)인 테라헤르츠 파의 투과율이 감소하게 된다. 따라서 자유전자의 생성 및 재결합 양을 비접촉 비파괴적 방법으로 알 수 있다.
이때 펨토초 레이저광을 입사한 후 시간에 따른 테라헤르츠 파의 투과율 변화를 측정하면 자유전자의 재결합 시상수를 측정하는 것이 가능하고, 따라서 반도체 소자를 구성하는 반도체 구조체(70)의 결함 밀도를 비접촉, 비파괴적 방법으로 측정할 수 있다.
또한 여기된 자유전자의 재결합이 여러 경로로 발생할 시 각각의 경로로 재결합하는 자유전자의 시상수를 분해하는 것이 가능하다. 이를 이용하여 결함 보조 재결합(Defect assisted recombination) 과정에 기여하는 결함의 종류가 여러 종류일 경우 재결합 시상수 분리를 통하여 각 결함의 밀도를 독립적으로 측정하는 것이 가능하다. 즉, 캐리어 재결합 시상수는, 반도체 구조체 내 결함의 유형 별로 분리될 수 있으며, 반도체 구조체 내 결함 밀도와 반비례할 수 있다.
반도체 물질은 파장에 따라 다양한 흡수 계수를 가진다. 흡수 계수의 차이에 의해 파장별로 입사시 광 흡수율이 달라지게 되고 따라서 투과깊이도 변하게 된다. 일반적으로 반도체 물질에서는 파장이 짧을수록 흡수계수가 높고 투과깊이가 짧다. 따라서 광의 파장 제어를 통하여 광 여기된 자유전자가 생기는 영역을 제어할 수 있다.
또한 광의 입사각에 따라 반도체 물질 내에 광이 통과하는 거리가 변하므로 수직방향으로 투과 깊이를 제어할 수 있다. 광의 입사 각도에 따른 광의 투과 깊이를 도해하는 도 5를 참조하면, 입사각 θ로 입사한 레이저광(11)에 대하여 수직방향으로 투과거리(H)는 원래 투과거리(T)에 cosθ를 곱한 값(T·cosθ)이 된다. 입사각 θ은 기판 및 반도체 구조체(70, 80)의 상면에 수직인 법선(15)과 레이저광(11)의 진행방향 사이의 각으로 정의할 수 있다. 반도체 구조체 내 여기된 캐리어를 형성하는 레이저광의 입사 각도 제어를 통하여 광 여기된 자유전자가 생기는 영역을 제어할 수 있다.
일례로 반도체 물질에 대하여 펨토초 레이저광의 파장 제어를 통하여 레이저광의 투과 깊이를 제어함으로써 자유전자가 여기되는 영역을 조절하여 반도체 물질의 표면으로부터의 깊이에 따른 결함밀도를 측정하는 것이 가능하다.
도 6은 반도체 박막에 입사한 레이저광의 파장 별로 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합 양상을 나타낸 그래프이다. 즉, SiGe 박막에 대하여 광펌프 후 시간에 따른 자유전자의 재결함 양상을 파장별로 측정한 결과이다.
도 6을 참조하면, 266nm 파장과 400nm 파장의 레이저광을 이용한 광펌프에 의해 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합 양상이 레이저광의 파장에 따라 차이가 나타남을 확인할 수 있다. 266nm 파장의 광펌프가 자유전자를 여기시키는 영역은 400nm 파장의 광펌프에 의해 자유전자가 여기된 영역보다 표면(surface)에 가까우므로 266nm 파장의 레이저광으로 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합은 상대적으로 표면의 결함에 의해 발생하고 400nm 파장의 레이저광으로 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합은 상대적으로 표면에서부터 깊은 위치에 있는 결함 정보도 얻을 수 있다. 초기에는 266nm파장의 레이저광으로 여기된 자유전자가 400nm 파장의 레이저광에 의해 여기된 자유전자에 비해 빠르게 결합한다. 50ps 내지 400ps 시간영역에서는 400nm 파장의 레이저광으로 여기된 자유전자의 재결합만이 발생하고 266nm 파장의 레이저광으로 여기된 자유전자의 재결합은 약하게 발생한다. 이는 빠른 시상수를 가지는 결함(결함 a)은 표면에 높은 밀도로 분포하고 느린 시상수를 가지는 결함(결함 b)은 적은 밀도로 분포하기 때문이다.
한편, 본 발명의 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에 의하면, 수학적 처리를 통해 시상수를 정밀하게 분석함으로써 반도체 구조체 내 결함 밀도의 상대비를 구하는 것이 가능하다. 레이저광에 의하여 여기된 전자가 수백 ps 간 재결합하며 시간에 따른 테라헤르츠 파의 투과율을 변화시키고 이때 시간에 따른 투과율의 감쇠는 n개 종류의 결함이 있다고 가정하면 다음과 같은 수학식 1을 따른다.
(△T: 전자기파의 투과율 감쇠 변화량, T0: 여기된 캐리어를 형성하기 위한 레이저광이 반도체 구조체에 입사되지 않는 경우 전자기파의 투과율, n: 반도체 구조체 내 결함 유형 개수, ai: 반도체 구조체 내 각 결함에 따른 캐리어 재결합 기여도, t: 시간, τi: 각 결함에 따른 캐리어 재결합 시상수)
또한, 반도체 물질의 조성이 유사할 때 재결합 시상수와 결함 밀도는 수학식 2와 같이 반비례 관계를 가진다.
(Ndefect : 결함 밀도, τdefect : 결함에 의한 재결합 시상수)
따라서 시상수 분석을 통해 결함 밀도의 상대비를 구하고, 반도체 구조체 내 결함 분포를 각 결함 별로 구할 수 있다.
한편, 반도체 구조체 내 결함 밀도의 작은 차이로 인하여 감쇠(Decay) 경향만으로 서로 구별하는 것이 용이하지 않을 수도 있다. 유사한 감쇠 신호간 시상수를 구분하기 위하여 수학적 처리를 도입할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 라플라스 역변환을 통해 분리한 광펌프의 파장에 따른 시상수를 나타낸 도면이다.
본 발명에서는 라플라스 역변환을 이용하면 시간에 따른 감쇠(Decay) 함수를 시상수에 따른 함수로 변형이 가능하며, 시간에 따른 감쇠를 도 7에 개시된 시상수의 분포로 변환하는 것이 가능함을 확인하였다.
시간에 따른 테라헤르츠 파의 투과율 변환 곡선은 복수의 감쇠인자로 인해 발생한다. 각각의 감쇠인자들의 영향을 모두 더하였을 때 측정 데이터를 가져다 주므로 감쇠 곡선 S(t)는 모든 k에 대하여 확률밀도 F(k)와 감쇠함수를 곱한 값의 적분으로 표현된다(수학식 3 참조).
이는 라플라스 변환식과 형태가 동일하며 각 감쇠인자들의 영향 척도인 F(k)를 구하기 위해서는 라플라스 역변환 과정이 필요하다. 정확한 F(k)를 구하는 것은 불가능하기에 근사 함수를 대입하여 오차율을 줄여 나가는 과정이 필요하며 목표로 하는 정밀도에 맞춰 한계 오차율을 설정하여 변환이 진행된다. 결과적으로 시상수 k의 근사치와 근사함수 F(k)의 근사치가 나오며 F(k)를 감쇠인자 영향 정도로 생각할 수 있다. 도 6은 시간에 따른 테라헤르츠 파의 투과율을 라플라스 역변환을 이용하여 시상수에 대한 함수로 변환한 결과이다.
결함 a의 시상수는 266nm 파장의 레이저광을 이용하여 측정된 결과에서 작으나 결함 b에 의한 시상수는 관측되지 않는다. 또한 반도체 물질의 조성이 유사할 때 박막 내 결함 밀도는 수학식 2와 같이 재결합 시상수에 반비례한다. 따라서 결함 a에 대하여 측정한 반도체 구조체의 표면(surface)과 벌크(bulk) 간의 결함비는 1.77 : 1 으로 추정할 수 있다.
예를 들어, 시상수 분석을 통해 구한 제1 캐리어 재결합 시상수는 제1 유형의 결함(결함 a)에 따른 제1 결함 밀도와 반비례하고, 제2 캐리어 재결합 시상수는 제2 유형의 결함(결함 b)에 따른 제2 결함 밀도와 반비례하되, 제1 캐리어 재결합 시상수와 제2 캐리어 재결합 시상수의 대소 관계는 반도체 구조체 내 제1 결함 밀도와 제2 결함 밀도의 대소 관계와 서로 반대일 수 있다.
도 8 및 도 9는 XPS로 측정한 반도체 표면과 내부의 Ge의 화합 결합 상태를 나타낸 것이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 반도체 구조체의 깊이방향의 결함밀도의 대략적인 분포를 추정해보기 위하여 XPS(X-ray Photo electron Spectroscopy)를 각도별로 측정하여 표면(20도)과 깊은 위치(90도)에 대하여 측정하였다. 실제 XPS에서 측정된 Si-Ge결합에 의한 Ge0 피크(peak) 외에 결함에 의해 발생하는 Ge 1+ 피크가 존재하며 표면 쪽에 높은 비율로 분포함을 확인할 수 있다. 한편, Ge 3+ 피크와 Ge 4+ 피크는 Ge이 공기 중에 산화되어 생기는 피크로 결함과는 무관한 것이다.
도 10은 본 발명의 반도체 구조체 결함 모니터링 방법에서 3차원 구조의 반도체 구조체에 입사된 광펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 도해하는 도면이다. L1은 패턴의 피치(pitch)이며, L2는 산화막 위로 돌출된 게이트 높이에 해당한다. 예를 들어, L1은 60nm이고, L2는 34nm일 수 있다. 도 11은 3차원 구조의 반도체의 광펌프에 의해 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합 양상을 평판 시료와 비교한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 핀펫(Fin-FET)과 같이 3차원의 요철 모양으로 패터닝된 반도체 박막에 대하여 광펌프를 위한 레이저광을 입사할 시 채널을 구성하는 요철 부분에서 결함 분석이 가능하다. 광펌프는 반도체 영역의 전자만을 선택적으로 여기시키므로 요철 구조 패턴의 게이트 산화물(74) 부분의 신호는 측정되지 않게 된다. 따라서 게이트(72)를 구성하는 반도체 영역만의 결함 정보를 선택적으로 얻는 것 가능하다. 즉, 레이저광 입사로 인한 광펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역(12)은 산화물 영역이 아니라 반도체 영역에 형성될 수 있다.
3차원 요철 구조를 구현하기 위해서는 식각 공정을 수행하게 되며 이로 인해 돌출되는 반도체의 측면부에 결함이 높은 밀도로 형성되게 된다. 따라서 동일한 물질의 3차원 반도체 구조는 박막 대비 높은 결함 밀도를 가지고 따라서 실제로 빠른 재결합을 한다.
도 10과 같이 수직 입사한 광펌프에 대해서도 요철의 측면부 실리콘 채널에 분포하는 전자들이 광 여기 과정을 거치게 되며 3차원 공간상으로 분포한 결함에 의해 패터닝 되지 않은 평판 반도체 시료와 비교하여 상대적으로 재결합 시상수에 차이를 보이게 된다.
실제 요철 구조와 일반 박막에 대하여 레이저광을 이용한 광 펌프후 여기된 캐리어를 테라헤르츠 파를 이용하여 재결합 양상을 측정한 결과는 도 11과 같다. 실제로 요철 구조에서도 평판 시료와 마찬가지로 결함에 의한 감쇠 특성이 관찰됨을 확인하였다. 특징적으로 일반 3족 내지 5족 평판 시료에 비하여 핀(Fin) 구조의 측정결과는 매우 빠른 감쇠 특성을 보이는데 이는 요철 구조의 높은 단위 부피당 면적 비율에 의한 표면 재결합 현상과 식각 과정에 의한 높은 결함 밀도에 의한 것으로 해석된다.
도 12는 반도체 구조체에 광펌프를 위하여 입사하는 레이저광의 파장에 따라 광펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 비교하여 나타낸 도면이고, 도 13 및 도 14는 요철 구조에 입사하는 광펌프 레이저광의 파장에 따른 투과율 감쇠 그래프 개형 변화의 모식도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 광펌프의 파장을 변화시켰을 경우 광펌프의 입사 깊이를 제어하는 것이 가능함을 이해할 수 있다. 광펌프를 위한 레이저광의 파장 길이가 짧아질 경우 광펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역(12)의 높이에 해당하는 투과 깊이가 얕아지고 측면부의 결함의 시상수 기여가 감소하게 된다. 예를 들어, 도 13과 같이 반도체 요철 구조에서 돌출부의 상면부와 측면부의 결함 밀도가 비슷한 경우, 레이저광의 파장이 변화해도 감쇠 곡선의 변화가 크지 않게 된다. 반면, 도 14와 같이 식각 공정에 의해 돌출부의 측면부의 결함이 돌출부의 상면부보다 많은 경우, 광펌프를 위한 레이저광의 파장이 길어짐에 따라 광 펌프에 대해서 측면 결함의 응답도가 커지게 되고, 짧은 파장의 광 펌프 레이저광을 입사했을 때에 비해 빠른 감쇠 곡선이 나타나게 된다. 따라서, 반도체 구조체에서 광 펌프를 위하여 입사되는 레이저광의 파장 크기에 따라 감쇠 곡선의 변화가 상대적으로 큰 경우, 식각 공정에 의해 구현되는 반도체 측면부의 결함이 상대적으로 많다고 이해할 수 있다.
도 15는 반도체 구조체에 광 펌프를 위하여 입사하는 레이저광의 입사각에 따라 광 펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역을 비교하여 나타낸 도면이고, 도 16 및 도 17은 요철 구조에 입사하는 광 펌프 레이저광의 파장에 따른 투과율 감쇠 그래프 개형 변화의 모식도이다. 도 16과 도 17에서 (a)는 도 15의 (a)와 같이 입사각이 상대적으로 작은 경우에 해당하고, 도 16과 도 17에서 (b)는 도 15의 (b)와 같이 입사각이 상대적으로 큰 경우에 해당한다.
도 15와 같이 광 펌프의 입사각을 변화시켰을 때 또한 광 펌프의 입사 깊이를 제어하는 것이 가능하다. 동일 파장의 광 펌프 레이저광(11)에 대하여 입사각(도 5의 θ)이 커지면 광 펌프에 의하여 전자가 여기되는 영역(12)의 높이에 해당하는 투과 깊이가 얕아지고 측면부의 결함의 시상수 기여가 감소하게 된다. 예를 들어, 도 16과 같이 반도체 요철 구조에서 돌출부의 상면부와 측면부의 결함 밀도가 비슷한 경우, 레이저광의 입사각이 변화해도 감쇠 곡선의 변화가 크지 않게 된다. 반면, 도 17과 같이 식각 공정에 의해 돌출부의 측면부의 결함이 돌출부의 상면부보다 많은 경우 작은 입사각 조건의 광 펌프에 대해서 측면 결함의 응답도가 커지게 되고 큰 입사각 조건의 광 펌프 레이저광을 입사했을 때에 비해 빠른 감쇠 곡선을 그리게 된다. 따라서, 반도체 구조체에서 광 펌프를 위하여 입사되는 레이저광의 입사각 크기에 따라 감쇠 곡선의 변화가 상대적으로 큰 경우, 식각 공정에 의해 구현되는 반도체 측면부의 결함이 상대적으로 많다고 이해할 수 있다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 설명하였다. 이러한 반도체 구조체 결함 모니터링 방법은 투과 깊이가 각각 다른 펨토초 레이저광에 의해 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합을 통해 반도체의 깊이방향에 따른 결함 밀도를 결정하는 방법이다. 또한, 투과 깊이가 각각 다른 펨토초 레이저광에 의해 여기된 자유전자의 시간에 따른 재결합을 통해 3차원 구조의 반도체의 위치별 결함 밀도를 결정하는 방법이다. 나아가, 여기된 자유전자의 재결합 시상수를 라플라스 역변환을 통해 분리하여 결함의 종류를 분리하는 방법이다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법은 전자기파의 특성 정보로서 전자기파의 투과율을 포함하고, 측정된 전자기파의 특성 정보를 이용한 결과는 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 함수에 대하여 라플라스 역변환 연산을 통해 산출된 캐리어 재결합 시상수를 포함하는 경우를 상정하여 설명하였다.
하지만, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 방법은 전자기파의 특성 정보로서 전자기파의 반사율을 포함할 수 있으며, 측정된 전자기파의 특성 정보를 이용한 결과는 시간에 따른 전자기파의 반사율 감쇠 함수에 대하여 라플라스 역변환 연산을 통해 산출된 캐리어 재결합 시상수를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수학식 1, 도 4, 도 6, 도 11, 도 13, 도 14의 △T는 전자기파의 반사율 감쇠 변화량 △R로 대체될 수 있으며, 수학식 1, 도 4, 도 6, 도 11, 도 13, 도 14의 T0는 여기된 캐리어를 형성하기 위한 레이저광이 반도체 구조체에 입사되지 않는 경우 전자기파의 반사율인 R0로 대체될 수 있다. 그 외에 도 7을 참조하여 설명한 기술적 사상으로서, 캐리어 재결합 시상수가, 반도체 구조체 내 결함의 유형 별로 분리될 수 있으며, 반도체 구조체 내 결함 밀도와 반비례한다는 구성은 전자기파의 특성 정보가 전자기파의 반사율인 경우에서도 전자기파의 특성 정보로서 전자기파의 투과율인 경우와 마찬가지로 동일하게 적용될 수 있다.
이하에서는 상술한 본 발명의 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 구현하는 반도체 구조체 결함 모니터링 장치에 대한 구체적인 실시예들을 설명한다. 이하에서 설명하는 본 발명의 반도체 구조체 결함 모니터링 방법을 구현하는 반도체 구조체 결함 모니터링 장치는 측정과정에서 추가적인 전극의 형성 또는 샘플의 파괴가 발생하지 않고 공정에서 발생하는 결함의 변화 특성을 평가하기 용이하므로 패터닝 공정을 실시간으로 모니터링 하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
도 18 내지 도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치의 일부 구성을 도해하는 도면이다.
도 2 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)는 레이저광(11)에 의하여 반도체 구조체(70) 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체(70)에 전자기파(21)를 조사하는 전자기파 조사부(20) 및 반도체 구조체(70)를 투과한 전자기파(22)를 수신하는 전자기파 수신부(30)를 포함한다. 전자기파 조사부(20)는 기판(80)의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부(30)는 반도체 구조체(70)를 투과한 전자기파(22)를 수신하기 위하여 기판(80)의 하방에 위치한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 발광부(10)는 레이저광을 생성하는 레이저광 생성부(10a)와 레이저광의 반도체 구조체(70) 내 투과깊이를 제어하도록 레이저광 생성부(10a)에서 생성된 레이저광(11a)의 파장을 조절하는 파장 제어유닛(10b)을 구비할 수 있다. 즉, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11b)은 파장 제어유닛(10b)에서 파장이 조절되어 제공될 수 있다.
도 2 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)는 레이저광(11)에 의하여 반도체 구조체(70) 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체(70)에 전자기파(21)를 조사하는 전자기파 조사부(20) 및 반도체 구조체(70)에서 반사된 전자기파(23)를 수신하는 전자기파 수신부(30)를 포함한다. 전자기파 조사부(20)는 기판(80)의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부(30)는 반도체 구조체(70)에서 반사된 전자기파(23)를 수신하기 위하여 기판(80)의 상방에 위치한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 발광부(10)는 레이저광을 생성하는 레이저광 생성부(10a)와 레이저광의 반도체 구조체(70) 내 투과깊이를 제어하도록 레이저광 생성부(10a)에서 생성된 레이저광(11a)의 파장을 조절하는 파장 제어유닛(10b)을 구비할 수 있다. 즉, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11b)은 파장 제어유닛(10b)에서 파장이 조절되어 제공될 수 있다.
도 2 및 도 20을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)는 레이저광(11)에 의하여 반도체 구조체(70) 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체(70)에 전자기파(21)를 조사하는 전자기파 조사부(20) 및 반도체 구조체(70)를 투과한 전자기파(22)를 수신하는 전자기파 수신부(30)를 포함한다. 전자기파 조사부(20)는 기판(80)의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부(30)는 반도체 구조체(70)를 투과한 전자기파(22)를 수신하기 위하여 기판(80)의 하방에 위치한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 발광부(10)는 레이저광을 생성하는 레이저광 생성부(10a)와 레이저광의 반도체 구조체(70) 내 투과깊이를 제어하도록 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 입사각 제어유닛(10d, 10e)을 구비할 수 있다. 입사각 제어유닛(10d, 10e)은 레이저광 생성부(10a)에서 생성한 레이저광을 광섬유(10c)를 통하여 수신한 후 반도체 구조체(70)로 전송하는 제1 유닛(10d)과 제1 유닛(10d)의 각도를 조절하기 위하여 제1 유닛(10d)의 진행경로를 가이드하는 제2 유닛(10e)을 포함할 수 있다. 즉, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11)은 입사각 제어유닛(10d, 10e)에서 입사각이 조절되어 제공될 수 있다.
도 2 및 도 21을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)는 레이저광(11)에 의하여 반도체 구조체(70) 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체(70)에 전자기파(21)를 조사하는 전자기파 조사부(20) 및 반도체 구조체(70)에서 반사된 전자기파(23)를 수신하는 전자기파 수신부(30)를 포함한다. 전자기파 조사부(20)는 기판(80)의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부(30)는 반도체 구조체(70)에서 반사된 전자기파(23)를 수신하기 위하여 기판(80)의 상방에 위치한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 발광부(10)는 레이저광을 생성하는 레이저광 생성부(10a)와 레이저광의 반도체 구조체(70) 내 투과깊이를 제어하도록 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 입사각 제어유닛(10d, 10e)을 구비할 수 있다. 입사각 제어유닛(10d, 10e)은 레이저광 생성부(10a)에서 생성한 레이저광을 광섬유(10c)를 통하여 수신한 후 반도체 구조체(70)로 전송하는 제1 유닛(10d)과 제1 유닛(10d)의 각도를 조절하기 위하여 제1 유닛(10d)의 진행경로를 가이드하는 제2 유닛(10e)을 포함할 수 있다. 즉, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11)은 입사각 제어유닛(10d, 10e)에서 입사각이 조절되어 제공될 수 있다.
도 2 및 도 22를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)는 레이저광(11)에 의하여 반도체 구조체(70) 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체(70)에 전자기파(21)를 조사하는 전자기파 조사부(20) 및 반도체 구조체(70)를 투과한 전자기파(22)를 수신하는 전자기파 수신부(30)를 포함한다. 전자기파 조사부(20)는 기판(80)의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부(30)는 반도체 구조체(70)를 투과한 전자기파(22)를 수신하기 위하여 기판(80)의 하방에 위치한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 발광부(10)는 레이저광을 생성하는 레이저광 생성부(10a)와 레이저광의 반도체 구조체(70) 내 투과깊이를 제어하도록 레이저광 생성부(10a)에서 생성된 레이저광(11a)의 파장을 조절하는 파장 제어유닛(10b)을 구비할 수 있다. 즉, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11b)은 파장 제어유닛(10b)에서 파장이 조절되어 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 발광부(10)는 레이저광의 반도체 구조체(70) 내 투과깊이를 제어하도록 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 입사각 제어유닛(10d, 10e)을 구비할 수 있다. 입사각 제어유닛(10d, 10e)은 파장 제어유닛(10b)에 의하여 파장이 조절되어 제공되는 레이저광(11b)을 광섬유(10c)를 통하여 수신한 후 반도체 구조체(70)로 전송하는 제1 유닛(10d)과 제1 유닛(10d)의 각도를 조절하기 위하여 제1 유닛(10d)의 진행경로를 가이드하는 제2 유닛(10e)을 포함할 수 있다. 즉, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11b)은 입사각 제어유닛(10d, 10e)에서 입사각이 조절되어 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 반도체 구조체(70) 내 레이저광 투과깊이를 제어하도록, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11b)은 파장 제어유닛(10b)에서 파장이 조절되어 제공되며 동시에 입사각 제어유닛(10d, 10e)에서 입사각이 조절되어 제공된다.
도 2 및 도 23을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)는 레이저광(11)에 의하여 반도체 구조체(70) 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체(70)에 전자기파(21)를 조사하는 전자기파 조사부(20) 및 반도체 구조체(70)에서 반사된 전자기파(23)를 수신하는 전자기파 수신부(30)를 포함한다. 전자기파 조사부(20)는 기판(80)의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부(30)는 반도체 구조체(70)에서 반사된 전자기파(23)를 수신하기 위하여 기판(80)의 상방에 위치한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 발광부(10)는 레이저광을 생성하는 레이저광 생성부(10a)와 레이저광의 반도체 구조체(70) 내 투과깊이를 제어하도록 레이저광 생성부(10a)에서 생성된 레이저광(11a)의 파장을 조절하는 파장 제어유닛(10b)을 구비할 수 있다. 즉, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11b)은 파장 제어유닛(10b)에서 파장이 조절되어 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 발광부(10)는 레이저광의 반도체 구조체(70) 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 입사각 제어유닛(10d, 10e)을 구비할 수 있다. 입사각 제어유닛(10d, 10e)은 파장 제어유닛(10b)에 의하여 파장이 조절되어 제공되는 레이저광(11b)을 광섬유(10c)를 통하여 수신한 후 반도체 구조체(70)로 전송하는 제1 유닛(10d)과 제1 유닛(10d)의 각도를 조절하기 위하여 제1 유닛(10d)의 진행경로를 가이드하는 제2 유닛(10e)을 포함할 수 있다. 즉, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11b)은 입사각 제어유닛(10d, 10e)에서 입사각이 조절되어 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제6 실시예에 따른 반도체 구조체 결함 모니터링 장치(100)에서 반도체 구조체(70) 내 레이저광 투과 깊이를 제어하도록, 반도체 구조체(70)에 입사되는 레이저광(11b)은 파장 제어유닛(10b)에서 파장이 조절되어 제공되며 동시에 입사각 제어유닛(10d, 10e)에서 입사각이 조절되어 제공된다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 반도체 구조체 결함 모니터링 장치를 설명하였다. 이러한 반도체 구조체 결함 모니터링 장치는 펨토초 레이저광의 투과 깊이를 제어하기 위한 파장 제어부 및/또는 펨토초 레이저광의 입사 각도를 제어하기 위한 각도 제어부를 포함하여 반도체에서 깊이방향의 결함 밀도 정보를 측정하기 위한 장치로 이해될 수 있다.
한편, 펨토초 레이저광의 파장을 제어하여 입사 깊이를 제어하여 결함 밀도가 측정되는 영역을 제어하는 장치에서, 제어되는 파장 영역은, 예를 들어, 200nm 내지 1500nm일 수 있다.
한편, 펨토초 레이저광의 입사각도를 제어하여 빛의 입사 깊이를 제어하여 결함 밀도가 측정되는 영역을 제어하는 장치에서, 펨토초 레이저광의 입사각도는, 예를 들어, 10도 내지 90도일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 발광부
11: 레이저광
20: 전자기파 조사부
21, 22, 23: 전자기파
30: 전자기파 수신부
40: 측정부
50: 연산제어부
70: 반도체 구조체
80: 기판
100: 반도체 구조체 결함 모니터링 장치
11: 레이저광
20: 전자기파 조사부
21, 22, 23: 전자기파
30: 전자기파 수신부
40: 측정부
50: 연산제어부
70: 반도체 구조체
80: 기판
100: 반도체 구조체 결함 모니터링 장치
Claims (20)
- 반도체 구조체 내에 여기된 캐리어를 형성할 수 있도록 레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계;
반도체 구조체 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체에 전자기파를 조사하는 단계;
반도체 구조체 내 여기된 캐리어와 반응하는 전자기파의 특성 정보를 측정하는 단계; 및
측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터를 이용하여 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 판별하는 단계;를 포함하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 1 항에 있어서,
레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계는, 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광의 파장을 조절하는 단계를 포함하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 1 항에 있어서,
레이저광을 반도체 구조체에 입사하는 단계는, 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 단계를 포함하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 1 항에 있어서,
전자기파의 특성 정보는 전자기파의 투과율 또는 반사율을 포함하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 1 항에 있어서,
측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터는 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 변화량인,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 1 항에 있어서,
측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터는 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 함수에 대하여 라플라스 역변환 연산을 통해 산출된 캐리어 재결합 시상수인,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 6 항에 있어서,
캐리어 재결합 시상수는, 반도체 구조체 내 결함의 유형 별로 분리될 수 있으며, 반도체 구조체 내 결함 밀도와 반비례하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 7 항에 있어서,
캐리어 재결합 시상수는 반도체 구조체 내 제1 유형의 결함에 따른 제1 캐리어 재결합 시상수 및 반도체 구조체 내 제2 유형의 결함에 따른 제2 캐리어 재결합 시상수로 분리될 수 있는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 6 항에 있어서,
시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 함수는 하기의 수학식 1에 의하여 모사될 수 있는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법.
(수학식 1)
(△T: 전자기파의 투과율 감쇠 변화량, T0: 여기된 캐리어를 형성하기 위한 레이저광이 반도체 구조체에 입사되지 않는 경우 전자기파의 투과율, n: 반도체 구조체 내 결함 유형 개수, ai: 반도체 구조체 내 각 결함에 따른 캐리어 재결합 기여도, t: 시간, τi: 각 결함에 따른 캐리어 재결합 시상수) - 제 1 항에 있어서,
레이저광은 펨토초 레이저광을 포함하고, 전자기파는 테라헤르츠 파를 포함하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 제 1 항에 있어서,
반도체 구조체 내 여기된 캐리어는 반도체 구조체 내 여기된 자유전자 또는 정공을 포함하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 방법. - 반도체 구조체 내에 여기된 캐리어를 형성할 수 있도록 반도체 구조체에 입사하는 레이저광을 생성하는 발광부;
반도체 구조체 내 여기된 캐리어가 재결합하는 동안 반도체 구조체에 전자기파를 조사하는 전자기파 조사부;
반도체 구조체를 투과하거나 반사된 전자기파를 수신하는 전자기파 수신부;
전자기파 수신부로 수신된 전자기파의 특성 정보를 측정하는 측정부; 및
측정된 전자기파의 특성 정보를 포함하는 파라미터를 이용하여 반도체 구조체의 결함 밀도 또는 결함 분포를 판별하는 연산제어부;를 포함하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치. - 제 12 항에 있어서,
발광부는 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광의 파장을 조절하는 파장 제어유닛을 구비하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치. - 제 12 항에 있어서,
발광부는 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 입사각 제어유닛을 구비하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치. - 제 12 항에 있어서,
발광부는 레이저광의 반도체 구조체 내 투과 깊이를 제어하도록 레이저광의 파장을 조절하는 파장 제어유닛 및 레이저광이 반도체 구조체에 입사하는 입사각을 조절하는 입사각 제어유닛을 구비하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치. - 제 12 항에 있어서,
전자기파 조사부는 기판의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부는 반도체 구조체를 투과한 전자기파를 수신하기 위하여 기판의 하방에 위치하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치. - 제 12 항에 있어서,
전자기파 조사부는 기판의 상방에 위치하고, 전자기파 수신부는 반도체 구조체에서 반사된 전자기파를 수신하기 위하여 기판의 상방에 위치하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치. - 제 12 항에 있어서,
측정부는 전자기파의 특성 정보로서 전자기파의 투과율 또는 반사율을 측정하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치. - 제 12 항에 있어서,
연산제어부는 측정된 전자기파의 특성 정보를 이용한 결과로서 시간에 따른 전자기파의 투과율 감쇠 함수에 대하여 라플라스 역변환 연산을 통해 캐리어 재결합 시상수를 산출하되, 캐리어 재결합 시상수는, 반도체 구조체 내 결함의 유형 별로 분리될 수 있으며, 반도체 구조체 내 결함 밀도와 반비례하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치. - 제 12 항에 있어서,
발광부는 펨토초 레이저광을 생성하며, 전자기파 조사부는 테라헤르츠 파를 조사하는,
반도체 구조체 결함 모니터링 장치.
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2022
- 2022-01-28 KR KR1020220013501A patent/KR20230117006A/ko not_active Application Discontinuation
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2023
- 2023-01-19 WO PCT/KR2023/000937 patent/WO2023146215A1/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040106107A (ko) | 2003-06-11 | 2004-12-17 | (주)인텍 | 비접촉 방식의 시트저항 측정기 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023146215A1 (ko) | 2023-08-03 |
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