KR101913311B1 - 실리콘 박막 측정 방법, 실리콘 박막 결함 검출 방법, 및 실리콘 박막 결함 검출 장치 - Google Patents

실리콘 박막 측정 방법, 실리콘 박막 결함 검출 방법, 및 실리콘 박막 결함 검출 장치 Download PDF

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Abstract

실리콘 박막 샘플의 결정도(crystallinity) 및 자유 캐리어(carrier)의 수명을 측정하는 실리콘 박막 측정 방법이 개시된다. 실리콘 박막 측정 방법은 실리콘 박막 샘플 상에 용량성(capacitive) 센서를 소정의 에어-갭(air-gap)을 두고 이격하여 배치하고, 여기 광원 모듈(excitation light source module)을 끈 상태에서, 용량성 센서를 이용하여 에어-갭의 크기를 측정하며, 여기 광원 모듈을 작동시켜 자외선인 여기광을 실리콘 박막 샘플에 조사하고, 용량성 센서를 이용하여 실리콘 박막 샘플의 전기전도도(conductivity) 변화량을 측정하며, 에어-갭의 크기 측정 결과에 기초하여 전기전도도 변화량을 노멀라이즈(normalize)함으로써 에어-갭 편차에 의한 측정 에러를 제거한다.

Description

실리콘 박막 측정 방법, 실리콘 박막 결함 검출 방법, 및 실리콘 박막 결함 검출 장치 {METHOD OF MEASURING A SILICON THIN FILM, METHOD OF DETECTING DEFECTS IN A SILICON THIN FILM, AND APPARATUS FOR DETECTING DEFECTS IN A SILICON THIN FILM}
본 발명은 실리콘 박막 측정 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 박막의 광전도도(photoconductivity)를 측정하여 결함을 검출하는 실리콘 박막 측정 방법, 실리콘 박막 결함 검출 방법 및 실리콘 박막 결함 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로 박막의 품질을 검사하기 위해 자유 캐리어(free carrier)의 수명을 측정하는 방법이 사용된다. RF파 반사 방식은 박막에 조사한 RF파가 돌아오는 시간으로 자유 캐리어의 수명을 측정하는데, 100ns가 넘는 긴 수명을 가진 자유 캐리어만 측정이 가능하다는 문제가 있다. 또한, 측정 가능한 RF 신호를 얻기 위해서는 고출력 여기(excitation) 레이저 펄스를 사용해야 하는데, 이 경우 강한 레이저가 정상상태 자유 캐리어 수명(steady state free carrier lifetime)에 영향을 줄 수도 있다. 이에, 박막에 여기 광을 조사하여 자유 캐리어를 생성하고, 상기 자유 캐리어에 의한 광전도도를 측정하는 방식이 사용될 수 있는데, 실리콘 박막의 두께가 얇을수록 자유 캐리어의 수명이 짧아진다는 문제점이 있다. 따라서, 얇은 두께의 실리콘 박막에 존재하는 자유 캐리어의 수명을 측정할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명의 일 목적은 용량성 센서를 이용하여 비접촉식으로 자유 캐리어의 수명 및 실리콘 박막의 결정도(crystallinity)를 측정할 수 있는 실리콘 박막 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 검출 전극, 전하 공급 전극 및 기준 전극을 구비하는 용량성 센서를 이용하여 실리콘 박막의 좁은 영역의 결함을 검출할 수 있는 실리콘 박막 결함 검출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법은 실리콘 박막 샘플의 결정도(crystallinity) 및 자유 캐리어(carrier)의 수명을 측정함에 있어서, 상기 실리콘 박막 샘플 상에 용량성(capacitive) 센서를 소정의 에어-갭(air-gap)을 두고 이격하여 배치하고, 여기 광원 모듈(excitation light source module)을 끈 상태에서, 상기 용량성 센서를 이용하여 상기 에어-갭의 크기를 측정하며, 상기 여기 광원 모듈을 작동시켜 자외선인 여기광을 상기 실리콘 박막 샘플에 조사하고, 상기 용량성 센서를 이용하여 상기 실리콘 박막 샘플의 전기전도도(conductivity) 변화량을 측정하며, 상기 에어-갭의 크기 측정 결과에 기초하여 상기 전기전도도 변화량을 노멀라이즈(normalize)함으로써 에어-갭 편차에 의한 측정 에러를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 여기광에 의해 생성된 자유 캐리어들이 이동하는 경로는 상기 실리콘 박막 샘플과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 실리콘 박막 샘플의 두께는 1 내지 300 나노미터(nm)이고, 유전체 기판 위에 적층될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 에어-갭의 크기는 상기 용량성 센서의 출력 신호의 크기에 반비례하고, 상기 에어-갭 편차에 의한 측정 에러의 크기는 상기 에어-갭의 크기에 반비례할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 여기광의 광도(light intensity)는 1 내지 100 킬로헤르츠(kHz)의 변조 주파수로 변조될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 전기전도도 변화량에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 비저항(resistivity)을 구하고, 상기 비저항은 상기 자유 캐리어의 수명 및 그레인-간(inter-grain) 경계 전위차(boundary potential)의 함수일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 비저항에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플을 구성하는 그레인들이 결정화된 정도를 나타내는 상기 결정도를 측정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 자유 캐리어의 수명은 상기 실리콘 박막 샘플에 존재하는 결함의 크기와 반비례할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 비저항은 서로 다른 레이저 광도로 어닐링(annealing)되어 서로 다른 결정도를 가지는 복수의 실리콘 박막 샘플들에 대한 상기 용량성 센서의 출력 신호들에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 결함 검출 방법은 검출 전극(detection electrode), 전하 공급 전극(charge pumping electrode) 및 기준 전극(reference electrode)을 구비하는 용량성(capacitive) 센서를 실리콘 박막 샘플 상에 소정의 에어-갭(air-gap)을 두고 이격하여 배치하고, 상기 용량성 센서를 작동시키며, 상기 전하 공급 전극과 상기 기준 전극 사이에 형성되는 커패시턴스를 측정하여 상기 용량성 센서에 존재하는 잔류 전하(residual charge)의 전하량을 측정하고, 여기 광원 모듈(excitation light source module)을 작동시켜 상기 전하 공급 전극 아래에 위치하는 상기 실리콘 박막 샘플의 제 1 영역, 상기 검출 전극 아래에 위치하는 상기 실리콘 박막 샘플의 제 2 영역, 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 존재하는 상기 실리콘 박막 샘플의 정션(junction) 영역에 여기광을 조사하며, 상기 제 1 영역에서 상기 정션 영역을 통과하여 상기 제 2 영역으로 이동하는 이동 전하(transferred charge)의 전하량을 측정함으로써 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도(photoconductivity)를 측정하고, 상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 유효 전하의 전하량을 획득하며, 상기 유효 전하의 전하량을 분석하여 상기 정션 영역에 존재하는 결함을 검출할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 연산증폭기의 열 드리프트(thermal drift) 및 외부 전자기 노이즈를 제거할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 영역에서 생성된 모든 이동 전하가 상기 정션 영역을 통하여 이동됨으로써 분해능(resolution)이 향상될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 여기광은 레이저 펄스 형태일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 여기광은 파장이 385 나노미터(nm)인 자외선 레이저일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도는 상기 레이저 펄스의 에너지에 비례하고, 상기 실리콘 박막 샘플의 결함의 크기에 반비례할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 결함 검출 장치는 전하 공급 전극(charge pumping electrode), 및 상기 전하 공급 전극을 중심에 두고 대칭적으로 배치되며 동일한 커패시턴스를 가지는 검출 전극(detection electrode) 및 기준 전극(reference electrode)을 구비하는 용량성(capacitive) 센서, 상기 전하 공급 전극, 상기 검출 전극 및 상기 전하 공급 전극과 상기 검출 전극 사이에 존재하는 정션(junction) 아래에 위치하는 실리콘 박막 샘플에 국부적으로 레이저 펄스를 조사하는 여기 광원 모듈(excitation light source module), 상기 용량성 센서에서 전하량 형태로 출력되는 센서 출력을 수신하는 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter; ADC), 및 상기 용량성 센서에 센서 구동 전압을 인가하여 상기 용량성 센서를 작동시키고, 상기 여기 광원 모듈에 광원 트리거 펄스(trigger pulse)를 인가하여 상기 여기 광원 모듈을 활성화시키며, 상기 아날로그-디지털 컨버터에 ADC 트리거 펄스를 인가하여 상기 아날로그-디지털 컨버터를 활성화시키는 펄스 발생기(pulse generator)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 센서 구동 전압은 10 내지 1000 킬로헤르츠(kHz)의 주파수로 구동될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 센서 출력은 상기 용량성 센서에 존재하는 잔류 전하의 전하량 및 상기 실리콘 박막 샘플에서 생성되는 이동 전하의 전하량에 관한 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 유효 전하의 전하량을 획득할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 유효 전하량에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도를 구하고, 상기 광전도도에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 결함을 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법은 용량성 센서와 실리콘 박막 사이에 에어-갭을 둠으로써 비접촉, 비파괴 식으로 자유 캐리어의 수명 및 실리콘 박막의 결정도를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 결함 검출 방법 및 장치는 실리콘 박막 상의 좁은 영역으로 자유 캐리어를 이동시킴으로써 높은 분해능으로 상기 실리콘 박막에 존재하는 결함을 검출할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 실리콘 박막 측정 방법을 적용한 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 자유 캐리어 농도와 비저항(resistivity)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4a는 에어-갭의 크기에 따른 센서 출력의 세기를 나타내는 도면이다.
도 4b는 용량성 센서의 프로브의 직경에 따른 센서 출력의 세기를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 결함 검출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6a는 일반적인 조사 방식에서 용량성 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 집중 조사 방식에서 용량성 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6a 및 도 6b의 용량성 센서들의 측정 성능을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 결함 검출 장치를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8의 실리콘 박막 결함 검출 장치의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 8의 실리콘 박막 결함 검출 장치를 입체로 구현한 일례를 나타내는 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 실리콘 박막 샘플 상에 용량성(capacitive) 센서를 소정의 에어-갭(air-gap)을 두고 이격하여 배치(Step S110)한다. 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법에 의하면, 실리콘 박막 샘플과 용량성 센서 사이에 소정의 에어-갭을 둠으로써 비접촉, 비파괴 식으로 상기 실리콘 박막 샘플의 품질을 측정할 수 있다.
이후, 여기 광원 모듈(excitation light source module)을 끈 상태에서, 상기 용량성 센서를 이용하여 상기 에어-갭의 크기를 측정(Step S130)한다. 상기 여기 광원 모듈을 작동시키지 않으므로 상기 실리콘 박막 샘플에 자유 캐리어가 광-생성(photo-generated)되지 않는다. 따라서, 전기전도도(conductivity)의 변화가 실질적으로 없고 상기 용량성 센서는 상기 에어-갭의 크기를 측정할 수 있다.
다음으로, 상기 여기 광원 모듈을 작동시켜 자외선인 여기광을 상기 실리콘 박막 샘플에 조사(Step S150)한다. 상기 여기광을 상기 실리콘 박막에 조사하면 상기 실리콘 박막 상에 자유 캐리어들이 광-생성된다. 일 실시예에서, 상기 여기광에 의해 생성된 자유 캐리어들이 이동하는 경로는 상기 실리콘 박막 샘플과 평행한 방향으로 형성된다. 이에 따라, 유전체 기판 위에 적층된 매우 얇은 실리콘 박막을 측정할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법은 약 1 내지 300 nm(나노미터) 두께의 실리콘 박막을 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 여기광으로 자외선을 사용할 수 있다. 일반적으로, 실리콘 박막의 표면에서 전자와 정공 간의 재결합(recombination)이 강하게 일어나기 때문에, 자유 캐리어의 수명은 상대적으로 짧고, 이에 따라 광-생성된 캐리어 농도가 매우 낮다. 예를 들어, 50nm 두께의 실리콘 박막의 표면에서는 재결합률이 약 20,000 cm/s이고, 자유 캐리어의 수명은 약 100 ps(피코세크) 미만일 수 있다. 표준 실리콘 샘플, 즉 웨이퍼(wafer)는 1 us(마이크로세크) 단위의 자유 캐리어 수명을 가지는 바, 상기 실리콘 박막을 측정한 센서의 출력은 상기 웨이퍼를 측정한 센서의 출력에 비해 동일한 조건에서 10-4 배 작을 수 있다. 실리콘 박막의 광-여기(photo-excitation)를 위해 보통 가시광선이나 적외선 영역의 광이 사용되는데, 캐리어 광-생성 비율이 상대적으로 낮다. 즉, 상대적으로 두꺼운 막에는 가시광선이나 적외선이 쉽게 흡수될 수 있으나, 약 50 nm 이하의 박막의 경우 자외선만이 쉽게 흡수될 수 있다. 예를 들어, 50 nm 두께의 실리콘 박막은 808 nm 파장의 광을 약 1.5% 미만으로 흡수하는데 반해, 자외선 영역인 385 nm 파장의 광을 약 90%까지 흡수할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법에서는 상기 여기광으로 자외선을 사용함으로써 자유 캐리어 농도가 상대적으로 낮은 얇은 두께의 박막의 품질을 측정할 수 있다.
또한, 전 감쇠(full attenuation)하는 반도체 필름의 경우, 여기된 자유 캐리어들의 수는 입사된 광의 세기로 정의될 수 있다. 다시 말해, 여기된 자유 캐리어들의 수는 입사된 광의 세기에 비례한다. 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure 112012028258675-pat00001
상기 [수학식 1]에서, γ는 캐리어 생성 효율, I0는 입사광의 세기, α는 광 흡수 지수, h는 실리콘 박막의 두께를 나타낸다. 따라서, 광 흡수율이 낮은 경우, 자유 캐리어들의 수는 실리콘 박막의 두께에 비례하게 될 수 있다. 다시 말해, 광 흡수율이 낮은 경우, 자유 캐리어들의 수가 실리콘 박막의 두께의 영향을 받을 수 있고, 이는 측정상의 오차를 발생시킬 수 있다. 따라서, 광 흡수율이 낮은 적외선이나 가시광선 대신 광 흡수율이 높은 자외선 영역의 광을 여기광으로 사용하면, 실리콘 박막 두께에 의한 영향을 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 용량성 센서를 이용하여 상기 실리콘 박막 샘플의 전기전도도 변화량을 측정(Step S170)한다. 일 실시예에서, 상기 자유 캐리어의 수명은 상기 실리콘 박막 샘플에 존재하는 결함의 크기와 반비례할 수 있다. 따라서, 상기 실리콘 박막 샘플에 결함이 많이 존재하는 경우 상기 실리콘 박막 샘플의 전기전도도는 상대적으로 적게 증가할 수 있다.
마지막으로, 상기 에어-갭의 크기 측정 결과에 기초하여 상기 전기전도도 변화량을 노멀라이즈(normalize)함으로써, 에어-갭 편차에 의한 측정 에러를 제거(Step S190)한다. 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법에서는, 하나의 실리콘 박막 샘플에 대해 두 번의 측정을 수행한다. 첫 번째 측정은 여기 광원 모듈을 끈 상태에서, 용량성 센서를 이용하여 상기 에어-갭의 크기를 측정하는 것이다. 두 번째 측정은 상기 여기 광원 모듈을 킨 상태에서, 상기 용량성 센서를 사용하여 상기 실리콘 박막 샘플의 전기전도도 변화량을 측정하는 것이다. 이때, 센서 출력의 세기가 에어-갭의 크기에 반비례하므로 상기 두 번째 측정은 에어-갭 편차의 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 두 번째 측정의 결과에서 상기 첫 번째 측정의 결과를 노멀라이즈함으로써 상기 에어-갭 편차에 의한 측정 에러를 제거할 수 있다. 에어-갭의 크기에 따른 센서 출력의 세기에 관하여는 도 4a를 참조하여 상세히 후술한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법에 의하면 실리콘 박막 샘플의 결정도(crystallinity) 및 자유 캐리어의 수명을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전기전도도 변화량에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 비저항(resistivity)을 구할 수 있다. 상기 비저항은 상기 자유 캐리어의 수명 및 그레인-간(inter-grain) 경계 전위차(boundary potential)의 함수이다. 따라서, 상기 비저항에 기초하여 상기 결정도를 구할 수 있다. 상기 결정도는 상기 실리콘 박막 샘플을 구성하는 그레인들이 결정화된 정도를 뜻한다. 이를 수식으로 나타내면 하기의 [수학식 2] 내지 [수학식 4]와 같다.
[수학식 2]
Figure 112012028258675-pat00002
[수학식 3]
Figure 112012028258675-pat00003
[수학식 4]
Figure 112012028258675-pat00004
상기 [수학식 2]에서, ε는 유전 상수, S는 용량성 센서의 단면적, d는 에어-갭의 크기를 나타내고, [수학식 3]에서 σ는 전기전도도, ρ는 비저항을 나타내며, [수학식 4]에서 γ는 캐리어 생성 효율, I는 광의 세기, τ는 전자와 정공이 충돌하기까지 걸리는 시간, τfree=carrier-lifetime은 자유 캐리어의 수명, q는 전하량, m은 전자/정공의 유효 질량, ω는 용량성 센서의 여기 주파수를 나타낸다.
[수학식 4]를 참조하면, 커패시턴스는 자유 캐리어의 수명에 비례한다(즉, 자유 캐리어 재결합 중심들의 수에 반비례). 또한, 커패시턴스는 전자와 정공이 충돌하기까지 걸리는 시간에 비례한다(즉, 그레인 경계 밀도에 반비례). 다시 말해, 상기 용량성 센서를 이용해 상기 실리콘 박막 샘플의 커패시턴스를 측정하면, [수학식 1] 및 [수학식 2]에 기초하여 전기전도도 및 비저항을 구할 수 있고, [수학식 4]에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 결정도 및 결함의 정도를 바로 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 비저항은 서로 다른 레이저 광도로 어닐링(annealing)되어 서로 다른 결정도를 가지는 복수의 실리콘 박막 샘플들에 대한 상기 용량성 센서의 출력 신호들에 기초하여 결정될 수 있다.
도 2는 도 1의 실리콘 박막 측정 방법을 적용한 일례를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 실리콘 박막 샘플(230) 상에 용량성 센서의 프로브(210)가 소정의 에어-갭(250)을 두고 이격하여 배치되어 있다. 일 실시예에서, 실리콘 박막 샘플(230)의 두께는 약 24 nm(수직 방향으로 확대되어 도시됨)이고, 에어-갭(250)은 약 250 um일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 실리콘 박막 샘플(230)은 약 0.4 m의 유리 기판에 적층될 수 있다.
실리콘 박막 샘플(230)의 반대쪽 측면으로 여기광(EL)이 조사되면, 실리콘 박막 샘플(230)에 자유 캐리어가 생성된다. 일 실시예에서, 용량성 센서(210)의 중앙 전극(212)은 양/음의 전극이 되고, 유전체(214)를 사이에 두고 이격되어 있는 측면 전극(216)이 음/양의 전극이 될 수 있다. 예를 들어, 중앙 전극(212)이 양의 전극이고 측면 전극(216)이 음의 전극일 때, 중앙 전극(212)에서 나와 측면 전극(216)으로 들어가는 방향으로 전기장이 형성될 수 있다. 상기 광-생성된 자유 캐리어들은 상기 전기장에 의해 실리콘 박막 샘플(250)의 표면에서 이동할 수 있다. 이때, 상기 자유 캐리어들의 이동에 의해 전류가 형성되고, 전류 경로(Rg)는 실리콘 박막 샘플(230)에 평행한 방향으로 형성될 수 있다.
일 실시에에서, 여기광(EL)의 광도(light intensity)는 약 1 내지 100 kHz의 변조 주파수로 변조될 수 있다. 여기 광원 모듈(미도시)은 소정의 파장을 가지는 여기광(EL)을 출력할 수 있다. 바람직하게는, 여기광(EL)은 자외선의 파장을 가질 수 있다. 여기광(EL)은 광도가 주기적으로 변하도록 변조될 수 있다. 예를 들어, 여기광(EL)의 광도는 연속적인 펄스들을 가지는 펄스 파, 사인 파, 코사인 파 등과 같은 형태를 가지도록 변조될 수 있다.
도 3은 자유 캐리어 농도와 비저항(resistivity)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 자유 캐리어의 농도와 비저항은 반비례한다는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 박막의 전기전도도(비저항에 반비례, [수학식 3] 참조)가 구하려는 인자(factor)이지만, 소자의 물리적인 이해를 위해서는 캐리어의 농도가 좀 더 유용한 인자가 될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 용량성 센서(210)를 이용하여, 실리콘 박막 샘플(230)의 캐리어 농도를 측정하고, 도 3의 그래프에 기초하여 상기 캐리어 농도를 박막의 비저항으로 변환할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 측정 방법에 의하면 실리콘 박막 샘플의 결정도(crystallinity) 및 자유 캐리어의 수명을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전기전도도 변화량에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 비저항(resistivity)을 구할 수 있다. 상기 비저항은 상기 자유 캐리어의 수명 및 그레인-간(inter-grain) 경계 전위차(boundary potential)의 함수이다.
도 4a는 에어-갭의 크기에 따른 센서 출력의 세기를 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 에어-갭의 크기와 센서 출력의 세기가 반비례함을 알 수 있다. 따라서, 에어-갭을 더 작게 할수록 더 큰 센서 출력을 얻을 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 에어-갭 편차에 의한 측정 에러의 크기는 에어-갭의 크기에 반비례하므로, 에어-갭이 작을수록 에어-갭의 편차에 따른 측정 에러가 더 커질 수 있다. 따라서, 하나의 실리콘 박막 샘플에 대해 두 번의 측정을 수행하고, 두 번째 측정의 결과에서 첫 번째 측정의 결과를 노멀라이즈함으로써 상기 에어-갭 편차에 의한 측정 에러를 제거할 수 있다.
도 4b는 용량성 센서의 프로브의 직경에 따른 센서 출력의 세기를 나타내는 도면이다.
도 4b를 참조하면, 용량성 센서의 프로브의 직경과 센서 출력의 세기가 반비례함을 알 수 있다. 즉, 직경이 큰 프로브를 사용하면 센서 출력이 커질 수 있다. 다만, 센서의 분해능(resolution)이 떨어질 수 있다. 이는 후술하는 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따라 실리콘 박막 상의 좁은 영역으로 자유 캐리어를 이동시킴으로써 해결할 수 있다. 상기 분해능 향상에 관하여는 도 6b를 참조하여 상세히 후술한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 결함 검출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 검출 전극(detection electrode), 전하 공급 전극(charge pumping electrode) 및 기준 전극(reference electrode)을 구비하는 용량성(capacitive) 센서를 실리콘 박막 샘플 상에 소정의 에어-갭(air-gap)을 두고 이격하여 배치(Step S510)한다.
이후, 상기 용량성 센서를 작동(Step S520)시키고, 상기 전하 공급 전극과 상기 기준 전극 사이에 형성되는 커패시턴스를 측정하여 상기 용량성 센서에 존재하는 잔류 전하(residual charge)의 전하량을 측정(Step S530)한다. 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 결함 검출 방법은, 전하량의 변화를 측정하여 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도를 측정하는데, 자유 캐리어를 광-생성하기 전에 상기 용량성 센서에 잔류 전하들이 남아있을 수 있다. 상기 잔류 전하는 측정 상의 에러를 발생시킬 수 있다. 그러므로, 상기 전하량의 변화에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 측정 에러를 제거할 수 있다.
여기 광원 모듈을 작동시켜, 상기 전하 공급 전극 아래에 위치하는 상기 실리콘 박막 샘플의 제 1 영역, 상기 검출 전극 아래에 위치하는 상기 실리콘 박막 샘플의 제 2 영역, 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 존재하는 상기 실리콘 박막 샘플의 정션(junction) 영역에만 여기광을 조사(Step S540)한다. 여기광의 조사에 관하여 도 6a 및 도 6b를 먼저 참조하여 설명한다.
도 6a는 일반적인 조사 방식에서 용량성 센서의 동작을 나타내는 도면이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 집중 조사 방식에서 용량성 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 실리콘 박막 샘플 상에 광 조사 영역(610a)이 원형으로 형성된다. 이에 따라, 광 조사 영역(610a)에서 자유 캐리어들이 광-생성될 수 있다. 광 조사 영역(610a) 상에는 용량성 센서가 에어-갭을 두고 이격하여 배치되고, 상기 용량성 센서는 제 1 전극(630) 및 제 2 전극(650)을 포함한다. 상기 광-생성된 자유캐리어들은 제 1 전극(630) 아래에 위치하는 실리콘 박막 샘플의 제 1 영역에서 제 2 전극(650) 아래에 위치하는 실리콘 박막 샘플의 제 2 영역으로 이동한다.
도 6b를 참조하면, 제 1 전극(630) 아래에 위치하는 상기 제 1 영역, 제 2 전극(650) 아래에 위치하는 상기 제 2 영역, 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 존재하는 실리콘 박막 샘플의 정션(junction) 영역(615)에만 여기광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 광 조사 영역(610b)은 정션 영역(615)을 중심으로 좌우 대칭으로 형성될 수 있다. 이를 위하여, 여기 광원 모듈과 상기 실리콘 박막 샘플 사이에 광 조사 영역(610b)과 동일한 모양의 필터를 부착할 수 있다. 광 조사 영역(610b)을 따라 자유 캐리어들이 광-생성되는데, 상기 제 1 영역에서 생성된 자유 캐리어들은 모두 정션 영역(615)을 통과하여 상기 제 2 영역으로 이동된다. 이때, 도 6a에 도시된 제 1 전극(630) 및 제 2 전극(650)과 도 6b에 도시된 제 1 전극(630) 및 제 2 전극(650)의 면적이 각각 동일하고, 도 6a에 도시된 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역과 도 6b에 도시된 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역의 면적이 각각 동일하므로, 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동하는 총 자유 캐리어의 전하량이 동일할 수 있다(이동하는 총 전하량을 화살표의 수로 표시). 결과적으로, 도 6b에 도시된 집중 조사 방식의 경우 정션 영역(615)으로 많은 량의 자유 캐리어들이 이동하므로 분해능이 향상될 수 있다. 다시 말해, 정션 영역(615)에 존재할 수 있는 결함을 높은 분해능으로 검출할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 상기 제 1 영역에서 상기 정션 영역을 통과하여 상기 제 2 영역으로 이동하는 이동 전하(transferred charge)의 전하량을 측정함으로써, 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도(photoconductivity)를 측정(Step S550)한다. 그 다음, 상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 유효 전하의 전하량을 획득(Step S560)한다. 마지막으로, 상기 유효 전하의 전하량을 분석하여 상기 정션 영역에 존재하는 결함을 검출(Step S570)한다.
일 실시예에서, 상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 용량성 센서에 포함되는 연산증폭기의 열 드리프트(thermal drift) 및 외부 전자기 노이즈를 제거할 수 있다. 이에 따라, 측정 에러가 제거되고 측정의 정밀도가 향상될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 여기광은 레이저 펄스 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 여기광은 파장이 385 nm인 자외선 레이저일 수 있다. 이때, 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도는 상기 레이저 펄스의 에너지에 비례할 수 있다. 그러므로, 에너지가 상대적으로 높은 자외선 레이저를 사용하면 센서 출력이 향상될 수 있다. 또한, 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도는 상기 실리콘 박막 샘플의 결함의 크기에 반비례할 수 있다. 따라서, 상기 광전도도를 측정하여 상기 실리콘 박막 샘플의 결함을 검출할 수 있다.
도 7은 도 6a 및 도 6b의 용량성 센서들의 측정 성능을 나타내는 도면이다.
도 6a, 도 6b 및 도 7을 함께 참조하여 일 실험예를 설명한다. 1 mm2의 검출 영역에 10 um2 크기의 결함이 존재할 때, 상기 일반적인 조사 방식의 용량성 센서와 상기 집중 조사 방식의 용량성 센서로 각각 상기 결함을 검출하였다. 1 mm2의 검출 영역에 10 um2 크기의 결함이 존재하는 경우, 광-전도도는 약 2배 나빠지는데(비저항은 약 2배 커짐), 상기 집중 조사 방식의 용량성 센서의 경우 약 30%의 비저항 변화를 검출하는데 반해, 상기 일반적인 조사 방식의 용량성 센서는 약 0.01%의 비저항 변화를 검출하였다. 결과적으로, 상기 집중 조사 방식의 용량성 센서가 더 높은 검출 성능을 가진다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7의 그래프를 참조하면, 1 mm2의 검출 영역에 10 um2 크기의 결함이 존재하는 경우, 상기 집중 조사 방식의 용량성 센서는 비저항 변화를 선형적으로 검출하는 데 반해, 상기 일반적인 조사 방식의 용량성 센서는 비저항 변화를 거의 검출하지 못한다는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 박막 결함 검출 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 실리콘 박막 결함 검출 장치(800)는 여기 광원 모듈(810), 용량성 센서(820), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter; ADC) 및 펄스 발생기(pulse generator)를 포함한다.
용량성 센서(820)는 프로브(824)를 포함하고, 프로브(824)는 전하 공급 전극(charge pumping electrode), 및 상기 전하 공급 전극을 중심에 두고 대칭적으로 배치되며 동일한 커패시턴스를 가지는 검출 전극(detection electrode) 및 기준 전극(reference electrode)을 구비한다.
여기 광원 모듈(810)은 광원(812), 마스크(814) 및 렌즈(816)를 포함할 수 있다. 광원(812)은 광도가 주기적으로 변하도록 변조된 여기광(EL)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 여기광(EL)의 세기는 연속적인 펄스들을 가지는 펄스 파, 사인 파, 코사인 파 등과 같은 형태를 가지도록 변조될 수 있다. 실시예에 따라, 광원(812)은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드 등으로 구현될 수 있다. 렌즈(816)는 광원(812)에서 방출된 여기광(EL)을 실리콘 박막 샘플(822)에 집중시킬 수 있다. 실시예에 따라, 렌즈(816)는 여기광(EL)의 확산각을 조절할 수 있다. 예를 들어, 광원(812)과 렌즈(816)의 간격을 제어하여 여기광(EL)의 확산각을 조절할 수 있다.
여기 광원 모듈(810)은 상기 전하 공급 전극, 상기 검출 전극 및 상기 전하 공급 전극과 상기 검출 전극 사이에 존재하는 정션(junction)에 상응하는 실리콘 박막 샘플에 국부적으로 여기광을 조사한다. 이때, 여기 광원 모듈(810)은 도 5 및 도 6b를 참조하여 설명한 집중 조사 방식에 따라 여기광을 조사할 수 있다. 이하, 중복되는 설명은 생략한다. 실시예에 따라, 여기 광원 모듈(810)과 실리콘 박막 샘플(826) 사이에, 실리콘 박막 샘플(826) 상에 형성되는 광 조사 영역과 동일한 모양의 필터(826)를 부착할 수 있다. 여기광(EL)이 필터(826)를 거치면 상기 광 조사 영역에만 입사될 수 있다.
펄스 발생기(830)는 용량성 센서(820)에 센서 구동 전압(SDV)을 인가하여 용량성 센서(820)를 작동시키고, 여기 광원 모듈(810)에 광원 트리거 펄스(trigger pulse)(LTP)를 인가하여 여기 광원 모듈(810)을 활성화시키며, 아날로그-디지털 컨버터(840)에 ADC 트리거 펄스(CTP)를 인가하여 아날로그-디지털 컨버터(840)를 활성화시킨다.
아날로그-디지털 컨버터(840)는 용량성 센서(820)에서 전하량 형태로 출력되는 센서 출력(SN_OUT)을 수신한다. 일 실시예에서, 아날로그-디지털 컨버터(840)는 센서 출력(SN_OUT)을 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터(850)로 전송할 수 있다.
도 9는 도 8의 실리콘 박막 결함 검출 장치의 동작을 나타내는 그래프이다. 이하 도 8 및 도 9를 참조하여 실리콘 박막 결함 검출 장치(800)의 동작을 설명한다.
먼저, 펄스 발생기(830)는 용량성 센서(820)에 센서 구동 전압(SDV)을 인가하여 용량성 센서(820)를 작동시킬 수 있다. 일 실시예에서, 센서 구동 전압(SDV)은 10 내지 1000 kHz의 주파수로 구동될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 펄스 발생기(830)는 먼저 고전압인 센서 구동 전압(SDV)을 용량성 센서(820)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 센서 구동 전압(SDV)은 약 15 V일 수 있다. 이때, 여기 광원 모듈(810)은 비활성화되어 있다. 그러면 실리콘 박막 샘플(822)의 높은 표면 저항 때문에 센서 출력(SN_OUT)은 실질적으로 0에 가까운 값이 된다. 소정의 시간 지연(time delay) 이후에 상기 센서 구동 전압(SDV)이 안정화되면 펄스 발생기(830)는 ADC 트리거 펄스(CTP)를 아날로그-디지털 컨버터(840)에 인가할 수 있다. 상기 시간 지연은 보통 10 us 이하일 수 있다. ADC 트리거 펄스(CTP)를 수신한 아날로그-디지털 컨버터(840)는 용량성 센서(820)로부터 센서 출력(SN_OUT)을 수신한다. 이때, 상기 센서 출력(SN_OUT)은 용량성 센서(820)의 프로브(824)에 존재하는 잔류 전하의 전하량에 관한 정보를 담고 있다.
다음으로, 펄스 발생기(830)는 여기 광원 모듈(810)에 광원 트리거 펄스(LTP)를 인가하여 여기 광원 모듈(810)을 작동시킬 수 있다. 이에 따라, 여기 광원 모듈(810)은 여기광(EL)을 출력할 수 있다. 여기광(EL)은 마스크(814), 렌즈(816) 및 필터(826)를 거쳐 실리콘 박막 샘플(822)에 입사될 수 있다. 그러면, 용량성 센서(820)의 프로브(824)에 상응하는 실리콘 박막 샘플(822)의 광 조사 영역에서 많은 수의 자유 캐리어들이 생성된다. 상기 자유 캐리어들의 이동에 의해 전하량의 변동이 발생하고, 용량성 센서(820)는 상기 이동 전하의 전하량에 관한 정보를 포함하는 센서 출력(SN_OUT)을 아날로그-디지털 컨버터(840)로 전송한다.
일 실시예에서, 아날로그-디지털 컨버터(840)는 상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 유효 전하의 전하량을 획득할 수 있다. 또한, 아날로그-디지털 컨버터(840) 및 컴퓨터(850)는 상기 유효 전하량에 기초하여 실리콘 박막 샘플(822)의 광전도도를 구하고, 상기 광전도도에 기초하여 실리콘 박막 샘플(822)의 결함을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 용량성 센서(820)의 오버차지(overcharging)를 방지하기 위하여, 다음 측정 주기에서 펄스 발생기(830)는 저전압인 센서 구동 전압(SDV)을 용량성 센서(820)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 센서 구동 전압(SDV)은 약 -15V일 수 있다.
도 10은 도 8의 실리콘 박막 결함 검출 장치를 입체로 구현한 일례를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 실리콘 박막 결함 검출 장치(900) 상에 실리콘 박막 샘플(990)을 소정의 에어-갭을두고이격하여 배치할 수 있다. 일 실시예에서, 광 조사 영역(992)은 정션 영역(994)을 중심에 두고, 양쪽으로 대칭인 모양일 수 있다. 예를 들어, 광 조사 영역(992)은 두 개의 부채꼴 모양일 수 있다. 전술한 바와 같이, 광원 모듈과 실리콘 박막 샘플(990) 사이에 광 조사 영역(992)과 동일한 모양을 필터를 부착함으로써, 실리콘 박막 샘플(990) 상에 광 조사 영역(992)을 형성할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 광 조사 영역(994)은 용량성 센서(900)의 검출 전극(912) 및 전하 공급 전극(910)의 일부에 상응하는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 기준 전극(914)은 전하 공급 전극(910)을 중심에 두고 검출 전극(912)과 대칭적으로 배치될 수 있다. 기준 전극(914)에는 광이 조사되지 않으며, 용량성 센서(900)의 잔류 전하를 측정하는데 사용될 수 있다. 연산 증폭기(930)는 전극들(910, 912, 914)로부터 생성된 센서 출력을 수신하여 증폭할 수 있다. 이후, 외부 회로와 연결되는 커넥터(950)를 통해 상기 센서 출력을 전송할 수 있다.
본 발명은 반도체 소자의 품질을 검사하는 여러 응용분야에서 폭 넓게 적용될 수 있다. 특히, 실리콘 박막의 결함을 검출하는 검사 장치 및 검사 시스템에서 유용하게 사용될 수 있다.
상기에서는 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 실리콘 박막 샘플의 결정도(crystallinity) 및 자유 캐리어(carrier)의 수명을 측정하는 실리콘 박막 측정 방법에 있어서,
    상기 실리콘 박막 샘플 상에 용량성(capacitive) 센서를 소정의 에어-갭(air-gap)을 두고 이격하여 배치하는 단계;
    여기 광원 모듈(excitation light source module)을 끈 상태에서, 상기 용량성 센서를 이용하여 상기 에어-갭의 크기를 측정하는 단계;
    상기 여기 광원 모듈을 작동시켜 자외선인 여기광을 상기 실리콘 박막 샘플에 조사하는 단계;
    상기 용량성 센서를 이용하여 상기 실리콘 박막 샘플의 전기전도도(conductivity) 변화량을 측정하는 단계; 및
    상기 에어-갭의 크기 측정 결과에 기초하여 상기 전기전도도 변화량을 노멀라이즈(normalize)함으로써, 에어-갭 편차에 의한 측정 에러를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 여기광에 의해 생성된 자유 캐리어들이 이동하는 경로는 상기 실리콘 박막 샘플과 평행한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 실리콘 박막 샘플의 두께는 1 내지 300 나노미터(nm)이고, 유전체 기판 위에 적층되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 에어-갭의 크기는 상기 용량성 센서의 출력 신호의 크기에 반비례하고, 상기 에어-갭 편차에 의한 측정 에러의 크기는 상기 에어-갭의 크기에 반비례하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 여기광의 광도(light intensity)는 1 내지 100 킬로헤르츠(kHz)의 변조 주파수로 변조되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전기전도도 변화량에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 비저항(resistivity)을 구하고, 상기 비저항은 상기 자유 캐리어의 수명 및 그레인-간(inter-grain) 경계 전위차(boundary potential)의 함수인 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 비저항에 기초하여, 상기 실리콘 박막 샘플을 구성하는 그레인들이 결정화된 정도를 나타내는 상기 결정도를 측정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 자유 캐리어의 수명은 상기 실리콘 박막 샘플에 존재하는 결함의 크기와 반비례하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 비저항은 서로 다른 레이저 광도로 어닐링(annealing)되어 서로 다른 결정도를 가지는 복수의 실리콘 박막 샘플들에 대한 상기 용량성 센서의 출력 신호들에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 측정 방법.
  10. 검출 전극(detection electrode), 전하 공급 전극(charge pumping electrode) 및 기준 전극(reference electrode)을 구비하는 용량성(capacitive) 센서를 실리콘 박막 샘플 상에 소정의 에어-갭(air-gap)을 두고 이격하여 배치하는 단계;
    상기 용량성 센서를 작동시키는 단계;
    상기 전하 공급 전극과 상기 기준 전극 사이에 형성되는 커패시턴스를 측정하여 상기 용량성 센서에 존재하는 잔류 전하(residual charge)의 전하량을 측정하는 단계;
    여기 광원 모듈(excitation light source module)을 작동시켜, 상기 전하 공급 전극 아래에 위치하는 상기 실리콘 박막 샘플의 제 1 영역, 상기 검출 전극 아래에 위치하는 상기 실리콘 박막 샘플의 제 2 영역, 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 존재하는 상기 실리콘 박막 샘플의 정션(junction) 영역에 여기광을 조사하는 단계;
    상기 제 1 영역에서 상기 정션 영역을 통과하여 상기 제 2 영역으로 이동하는 이동 전하(transferred charge)의 전하량을 측정함으로써, 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도(photoconductivity)를 측정하는 단계;
    상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 유효 전하의 전하량을 획득하는 단계; 및
    상기 유효 전하의 전하량을 분석하여 상기 정션 영역에 존재하는 결함을 검출하는 단계를 포함하는 실리콘 박막 결함 검출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 연산증폭기의 열 드리프트(thermal drift) 및 외부 전자기 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결함 검출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 영역에서 생성된 모든 이동 전하가 상기 정션 영역을 통하여 이동됨으로써 분해능(resolution)이 향상되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결함 검출 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 여기광은 레이저 펄스 형태인 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 검출 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 여기광은 파장이 385 나노미터(nm)인 자외선 레이저인 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 검출 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도는 상기 레이저 펄스의 에너지에 비례하고, 상기 실리콘 박막 샘플의 결함의 크기에 반비례하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 검출 방법.
  16. 전하 공급 전극(charge pumping electrode), 및 상기 전하 공급 전극을 중심에 두고 대칭적으로 배치되며 동일한 커패시턴스를 가지는 검출 전극(detection electrode) 및 기준 전극(reference electrode)을 구비하는 용량성(capacitive) 센서;
    상기 전하 공급 전극, 상기 검출 전극 및 상기 전하 공급 전극과 상기 검출 전극 사이에 존재하는 정션(junction) 아래에 위치하는 실리콘 박막 샘플에 국부적으로 레이저 펄스를 조사하는 여기 광원 모듈(excitation light source module);
    상기 용량성 센서에서 전하량 형태로 출력되는 센서 출력을 수신하는 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter; ADC); 및
    상기 용량성 센서에 센서 구동 전압을 인가하여 상기 용량성 센서를 작동시키고, 상기 여기 광원 모듈에 광원 트리거 펄스(trigger pulse)를 인가하여 상기 여기 광원 모듈을 활성화시키며, 상기 아날로그-디지털 컨버터에 ADC 트리거 펄스를 인가하여 상기 아날로그-디지털 컨버터를 활성화시키는 펄스 발생기(pulse generator)를 포함하는 실리콘 박막 결함 검출 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 센서 구동 전압은 10 내지 1000 킬로헤르츠(kHz)의 주파수로 구동되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결함 검출 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 센서 출력은 상기 용량성 센서에 존재하는 잔류 전하의 전하량 및 상기 실리콘 박막 샘플에서 생성되는 이동 전하의 전하량에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결함 검출 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 이동 전하의 전하량에서 상기 잔류 전하의 전하량을 제함으로써 유효 전하의 전하량을 획득하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결함 검출 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 유효 전하량에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 광전도도를 구하고, 상기 광전도도에 기초하여 상기 실리콘 박막 샘플의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결함 검출 장치.
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