KR20220105320A - Apparatus for measuring electrical field of sample - Google Patents

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KR20220105320A KR1020210007881A KR20210007881A KR20220105320A KR 20220105320 A KR20220105320 A KR 20220105320A KR 1020210007881 A KR1020210007881 A KR 1020210007881A KR 20210007881 A KR20210007881 A KR 20210007881A KR 20220105320 A KR20220105320 A KR 20220105320A
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Abstract

Disclosed is an electric field distribution analyzer of a sample surface. The electric field distribution analyzer of a sample surface comprises: a stage having a light penetration hole and enabling a sample to be placed on the light penetration hole; a light source unit radiating infrared light toward the sample in a lower portion of the stage; a probe coming in contact with an upper surface of the sample; a cantilever supporting the probe; and a temperature measurement circuit measuring a temperature change of the probe due to a photothermal effect by the infrared light penetrating the sample.

Description

시료 표면의 전기장 분포 분석 장치{Apparatus for measuring electrical field of sample}Electric field distribution analysis device on the surface of the sample {Apparatus for measuring electrical field of sample}

본 발명은 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광열 효과로 인한 탐침의 온도 변화를 측정하여 시료 표면의 전기장 분포를 분석할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for analyzing an electric field distribution on a surface of a sample, and more particularly, to an apparatus capable of analyzing an electric field distribution on a surface of a sample by measuring a temperature change of a probe due to a photothermal effect.

주사 탐침 현미경(Scanning Probe Microscope(SPM))은 나노 스케일의 과학과 기술에서 강력한 기구이다. SPM의 많은 변형체 중, 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope(AFM)은 가장 광범위하게 사용되고 있으며, 가장 기본이 되는 현미경이다. 하나의 종래 AFM중 하나가 Phys. Rev. Lett. 56,930(1986)문헌의 지. 비닝(G. Binning), 시. 퀘이트(C. Quate), 시에이치. 거버(Ch. Gerber)의 논문에 게재되어 있다. 그 후 AFM이 계속 개선되어, 그의 이용 가능성과 편리성이 향상되었다. 통상 사용되는 구성에 있어서, 종래의 AFM은 마이크로 머시닝으로 제작된 캔틸레버(cantilever)를 사용하며, 이 캔틸레버의 끝 부분에는 날카로운 바늘이 달려 있고, 압전 튜브를 이용해서 샘플이나 캔틸레버를 주사한다. AFM은 레이저 광선을 캔틸레버에 비추어, 반사된 광선을 위치 감지 광검출기(Position Sensitive Photo Detector(PSPD))로 검출해서 캔틸레버의 휘어짐을 측정한다.The Scanning Probe Microscope (SPM) is a powerful instrument in nanoscale science and technology. Among the many variants of SPM, the atomic force microscope (AFM) is the most widely used and is the most basic microscope. One of the conventional AFMs is Phys. Rev. Lett. 56,930 (1986). It is published in the papers of G. Binning, C. Quate, and Ch. Gerber Since then, AFM has continued to improve, and its availability and convenience have improved. In a commonly used configuration, a conventional AFM uses a cantilever manufactured by micromachining, a sharp needle is attached to the tip of the cantilever, and a sample or cantilever is injected using a piezoelectric tube. AFM measures the deflection of the cantilever by shining a laser beam on the cantilever and detecting the reflected beam with a Position Sensitive Photo Detector (PSPD).

(App Phys. Lett 53,2400(1988) 에 지. 마이어(G. Meyer), 엔. 엠. 아머(N. M. Amer)의 논문을 참조).(See the paper of App Phys. Lett 53,2400 (1988) G. Meyer, N. M. Amer).

본 발명은 시료 표면의 형상 정보와 전기장 분포 정보를 분석할 수 있는 장치를 제공한다.The present invention provides an apparatus capable of analyzing shape information and electric field distribution information of a sample surface.

본 발명에 따른 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치는 광 투과홀이 형성되며, 상기 광 투과홀 상에 시료가 놓이는 스테이지; 상기 스테이지의 하부에서 상기 시료를 향해 적외선 광을 조사하는 광원부; 상기 시료의 상면과 접촉하는 탐침; 상기 탐침을 지지하는 캔틸레버; 및 상기 시료를 투과한 적외선 광에 의한 광열 효과로 인한 상기 탐침의 온도 변화를 측정하는 온도 측정 회로를 포함한다.An apparatus for analyzing an electric field distribution on a surface of a sample according to the present invention includes: a stage in which a light transmission hole is formed and a sample is placed on the light transmission hole; a light source unit irradiating infrared light toward the sample from a lower portion of the stage; a probe in contact with the upper surface of the sample; a cantilever supporting the probe; and a temperature measuring circuit for measuring a temperature change of the probe due to a photothermal effect by the infrared light passing through the sample.

또한, 상기 시료는 상기 적외선 광이 투과할 수 있는 실리콘 기판 위에 금속 격자 구조가 생성된 파장 편광 필터이며, 상기 광원부는, 광원; 상기 광원에서 제공되는 적외선 광의 경로를 변경하는 미러; 상기 미러에서 반사되는 적외선 광을 상기 시료로 집광하는 대물 렌즈; 및 상기 광원과 상기 대물 렌즈의 사이 구간에서 상기 적외선 광의 경로 상에 위치하는 파장 편광 필터를 포함할 수 있다.In addition, the sample is a wavelength polarization filter in which a metal lattice structure is generated on a silicon substrate through which the infrared light can pass, and the light source unit includes: a light source; a mirror for changing the path of the infrared light provided from the light source; an objective lens for condensing the infrared light reflected from the mirror onto the sample; and a wavelength polarization filter positioned on a path of the infrared light in a section between the light source and the objective lens.

또한, 상기 온도 측정 회로는 상기 탐침의 온도 변화로 발열하는 저항부를 포함할 수 있다.In addition, the temperature measuring circuit may include a resistance unit that generates heat due to a temperature change of the probe.

또한, 상기 탐침의 재질은 금을 포함하고, 상기 저항부의 재질은 바나듐을 포함하고, 상기 탐침의 표면에 소정 패턴으로 제공될 수 있다.In addition, the material of the probe may include gold, the material of the resistor may include vanadium, and a predetermined pattern may be provided on the surface of the probe.

또한, 상기 탐침은 도전체로 제공되고, 상기 저항부는 상기 탐침의 표면에 제공되는 유전체층; 및 상기 유전체층의 표면에 소정 패턴으로 제공되는 도전체층을 포함할 수 있다.In addition, the probe is provided as a conductor, the resistance portion is a dielectric layer provided on the surface of the probe; and a conductor layer provided in a predetermined pattern on the surface of the dielectric layer.

또한, 상기 탐침은 이산화 규소로 제공되는 바디; 및 상기 바디의 표면에 코팅된 제1도전체층을 포함하고, 상기 저항부는 상기 제1도전체층의 표면에 코팅되는 제1질화규소층; 상기 제1질화규소층의 표면에 코팅되는 크롬층; 상기 크롬층의 표면에 코팅되는 제2질화규소층; 및 상기 제2질화규소층에 코팅되는 제2도전체층을 포함할 수 있다.In addition, the probe may include a body made of silicon dioxide; and a first conductor layer coated on the surface of the body, wherein the resistor unit comprises: a first silicon nitride layer coated on the surface of the first conductor layer; a chromium layer coated on the surface of the first silicon nitride layer; a second silicon nitride layer coated on the surface of the chromium layer; and a second conductor layer coated on the second silicon nitride layer.

또한, 상기 캔틸레버에 근적외선 레이저 광을 조사하는 제2광원부; 및 상기 켄틸레버에서 반사된 상기 근적외선 레이저 광을 검출하는 위치 검출기를 더 포함할 수 있다.In addition, the second light source for irradiating near-infrared laser light to the cantilever; and a position detector detecting the near-infrared laser light reflected from the cantilever.

또한, 상기 탐침의 표면은 그래핀 층으로 코팅될 수 있다.In addition, the surface of the probe may be coated with a graphene layer.

본 발명은 캔틸레버에서 반사된 근적외선 레이저 광을 검출하여 시료 표면의 형상 정보 이미지를 생성하고, 시료를 투과한 적외선 광에 의한 탐침의 온도 변화를 측정하여 시료 표면의 전기장 분포 이미지를 생성할 수 있다. According to the present invention, the shape information image of the sample surface is generated by detecting the near-infrared laser light reflected from the cantilever, and the electric field distribution image of the sample surface can be generated by measuring the temperature change of the probe due to the infrared light passing through the sample.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 탐침과 온도 측정 회로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캔틸레버, 탐침, 그리고 저항부의 저면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탐침과 저항부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탐침과 저항부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전기장 분포 분석 장치로 측정하고자 하는 시료를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기장 분포 분석 장치로 도 3의 파장 편광 필터를 측정한 형상 정보 이미지(A)와 전기장 분포 이미지(B)를 나타내는 도면이다.
도 8은 적외선 광이 시료를 투과하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탐침을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 파장 편광 필터의 편광 방향과 그에 따라 측정된 전기장 분포 이미지를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an electric field distribution analysis apparatus on a sample surface according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the probe and the temperature measuring circuit of FIG. 1 .
3 is a view showing a bottom surface of a cantilever, a probe, and a resistor according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a probe and a resistor according to another embodiment of the present invention.
5 is a view showing a probe and a resistor according to another embodiment of the present invention.
6 is a view showing a sample to be measured by the electric field distribution analyzer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a shape information image (A) and an electric field distribution image (B) obtained by measuring the wavelength polarization filter of FIG. 3 by an electric field distribution analyzer according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a process in which infrared light passes through a sample.
9 is a view showing a probe according to another embodiment of the present invention.
10 is a view showing an electric field distribution analysis apparatus on a sample surface according to another embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a polarization direction of a wavelength polarization filter and an electric field distribution image measured accordingly.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for effective description of technical contents.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in this specification, 'and/or' is used in a sense including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features, numbers, steps, or configurations It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, "connection" is used in a sense including both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 탐침과 온도 측정 회로를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating an electric field distribution analysis apparatus on a surface of a sample according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the probe and the temperature measuring circuit of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치(100)는 스테이지(110), 스테이지 이동부(120), 제1광원부(130), 탐침(140), 캔틸레버(150), 온도 측정 회로(160), 제2광원부(170), 위치 검출부(180), 그리고 이미지 생성부(190)를 포함한다.1 and 2 , the apparatus 100 for analyzing the electric field distribution on the surface of a sample includes a stage 110 , a stage moving unit 120 , a first light source unit 130 , a probe 140 , a cantilever 150 , and a temperature. It includes a measuring circuit 160 , a second light source unit 170 , a position detecting unit 180 , and an image generating unit 190 .

스테이지(110)는 시료(10)를 지지한다. 스테이지(110)에는 광 투과홀(111)이 형성되며, 시료(10)는 광 투과홀(111)의 경로 상에 놓인다. 시료(10)가 광 투과홀(111)보다 작은 사이즈로 제공되는 경우, 스테이지(110)의 상면에는 시료(10)를 지지하기 위한 기판(20)이 놓일 수 있다.The stage 110 supports the sample 10 . A light transmitting hole 111 is formed in the stage 110 , and the sample 10 is placed on a path of the light transmitting hole 111 . When the sample 10 is provided in a size smaller than the light transmission hole 111 , the substrate 20 for supporting the sample 10 may be placed on the upper surface of the stage 110 .

스테이지 이동부(120)는 스테이지(110)를 X축과 Y축 방향으로 직선 이동시킨다.The stage moving unit 120 linearly moves the stage 110 in the X-axis and Y-axis directions.

제1광원부(130)는 광 투과홀(111) 상으로 적외선 광(IR1)을 조사한다. 제1광원부(130)는 광원(131), 미러(132, 133), 그리고 대물 렌즈(134)를 포함한다. 광원(131)은 적외선 광(IR1)을 조사한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 광원(131)에는 광학 필터가 제공될 수 있으며, 광학 필터는 광원(131)에서 발생되는 자외선 및 가시광선 파장 영역의 광을 제거한다.The first light source unit 130 irradiates the infrared light IR1 onto the light transmission hole 111 . The first light source unit 130 includes a light source 131 , mirrors 132 and 133 , and an objective lens 134 . The light source 131 irradiates infrared light IR1 . Although not shown in the drawings, an optical filter may be provided in the light source 131 , and the optical filter removes light in a wavelength region of ultraviolet and visible light generated from the light source 131 .

미러(132, 133)는 광원(131)에서 제공되는 적외선 광(IR1)의 경로를 시료(10) 측으로 변경한다. 미러(132, 133)는 적외선 광(IR1)의 경로에 따라 복수 개 제공될 수 있다.The mirrors 132 and 133 change the path of the infrared light IR1 provided from the light source 131 toward the sample 10 . A plurality of mirrors 132 and 133 may be provided according to the path of the infrared light IR1 .

대물 렌즈(134)는 미러(132, 133)를 통해 제공된 적외선 광(IR1)을 시료(110)에 집광한다.The objective lens 134 condenses the infrared light IR1 provided through the mirrors 132 and 133 on the sample 110 .

탐침(140)은 스테이지(110)의 상부에 위치하며, 그 끝단이 시료(10)의 상면과 접촉한다. The probe 140 is located on the top of the stage 110 , and an end thereof is in contact with the upper surface of the sample 10 .

캔틸레버(150)는 탐침(140)을 지지한다. 캔틸레버(150)는 소정 길이를 가지며, 그 선단 하부에 탐침(140)이 제공된다. 캔틸레버(150)은 탐침 구동부(미도시)의 구동으로, Z축 방향으로 이동할 수 있다.The cantilever 150 supports the probe 140 . The cantilever 150 has a predetermined length, and the probe 140 is provided at the lower end of the tip. The cantilever 150 is driven by a probe driver (not shown) to move in the Z-axis direction.

온도 측정 회로(160)는 탐침(140)의 온도 변화를 측정한다. 온도 측정 회로(160)는 저항부(161)을 포함한다. 저항부(161) 저항부(161)은 탐침(140)과 함께 온도가 변하며, 온도 측정 회로(160)는 저항부(161)의 온도 변화를 통해 탐침(140)의 온도를 측정할 수 있다.The temperature measuring circuit 160 measures the temperature change of the probe 140 . The temperature measuring circuit 160 includes a resistance unit 161 . Resistance unit 161 The resistance unit 161 may change a temperature together with the probe 140 , and the temperature measuring circuit 160 may measure the temperature of the probe 140 through the temperature change of the resistance unit 161 .

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캔틸레버, 탐침, 그리고 저항부의 저면을 나타내는 도면이다.3 is a view showing a bottom surface of a cantilever, a probe, and a resistor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 저항부(161)는 캔틸레버(150) 및 탐침(140)과 전도도가 상이한 재질로 제공되며, 캔털레버(150) 및 탐침(140)의 저면에 소정 패턴으로 제공될 수 있다. 실시 예에 의하면, 저항부(161)는 캔틸레버(150)의 길이 방향을 따라 서로 나란하게 제공되며, 탐침(140)의 끝단으로 제공될 수 있다. 캔틸레버(150) 및 탐침(140)의 재질은 금(Au)을 포함하고, 저항부(161)의 재질은 바나듐(V)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the resistance unit 161 is provided with a material having conductivity different from that of the cantilever 150 and the probe 140 , and may be provided on the bottom surface of the cantilever 150 and the probe 140 in a predetermined pattern. . According to an embodiment, the resistance unit 161 may be provided in parallel with each other in the longitudinal direction of the cantilever 150 , and may be provided as an end of the probe 140 . The material of the cantilever 150 and the probe 140 may include gold (Au), and the material of the resistor 161 may include vanadium (V).

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탐침과 저항부를 나타내는 도면이다.4 is a view showing a probe and a resistor according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 탐침(140)은 도전체로 제공되고, 저항부(161)는 유전체층(162)과 도전체층(163)을 포함한다. 유전체층(162)은 탐침(140)의 표면에 제공되고, 도전체층(163)은 유전체층(162)의 표면에 소정 패턴으로 제공될 수 있다. 도전체층(163)은 도 3에서 설명한 저항부(161)와 동일한 패턴으로 제공될 수 있다. 도전체층(163)은 탐침(140)과 전도도가 상이한 재질로 제공된다. 실시 예에 의하면, 탐침(140)의 재질은 금(Au)을 포함하고, 도전체층(163)의 재질은 바나듐(V)을 포함할 수 있다. 온도 측정 회로(160)는 탐침(140)과 도전체층(163)의 온도 차이로부터 전기적 신호를 생성한다.Referring to FIG. 4 , the probe 140 is provided as a conductor, and the resistor 161 includes a dielectric layer 162 and a conductor layer 163 . The dielectric layer 162 may be provided on the surface of the probe 140 , and the conductive layer 163 may be provided on the surface of the dielectric layer 162 in a predetermined pattern. The conductive layer 163 may be provided in the same pattern as the resistor 161 described with reference to FIG. 3 . The conductive layer 163 is provided with a material having a conductivity different from that of the probe 140 . According to an embodiment, the material of the probe 140 may include gold (Au), and the material of the conductive layer 163 may include vanadium (V). The temperature measuring circuit 160 generates an electrical signal from the temperature difference between the probe 140 and the conductor layer 163 .

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탐침과 저항부를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a probe and a resistor according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 탐침(140)은 이산화규소(SiO2)로 제공되는 바디(141) 표면에 제1도전체층(142)이 코팅된 구조로 제공되고, 저항부(161)는 유전체층(162)과 제2도전체층(166)을 포함한다. 유전체층(162)은 제1도전체층(142)의 표면에 코팅된다. 유전체층(162)은 제1질화규소층(163), 크롬층(164), 그리고 제2질화규소층(164)이 순차적으로 적층된 구조로 제공된다. 제2도전체층(166)은 유전체층(162)에 코팅된다. 제1도전체층(142)과 제2도전체층(166)의 성분은 금을 포함할 수 있다. 온도 측정 회로(160)는 제1도전체층(142)과 제2도전체층(166)의 온도 차이로부터 전기적 신호를 생성한다.Referring to FIG. 5 , the probe 140 is provided in a structure in which a first conductor layer 142 is coated on a surface of a body 141 provided of silicon dioxide (SiO 2 ), and the resistor unit 161 is a dielectric layer 162 . ) and a second conductor layer 166 . The dielectric layer 162 is coated on the surface of the first conductive layer 142 . The dielectric layer 162 is provided in a structure in which a first silicon nitride layer 163 , a chromium layer 164 , and a second silicon nitride layer 164 are sequentially stacked. The second conductor layer 166 is coated on the dielectric layer 162 . A component of the first conductive layer 142 and the second conductive layer 166 may include gold. The temperature measuring circuit 160 generates an electrical signal from a temperature difference between the first conductive layer 142 and the second conductive layer 166 .

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제2광원부(170)는 캔틸레버(150)로 근적외선 레이저 광(IR2)을 조사한다. 제2광원부(170)는 제1광원부(130)보다 낮은 출력으로 레이저 광(IR2)을 조사한다.Referring back to FIGS. 1 and 2 , the second light source unit 170 irradiates the near-infrared laser light IR2 to the cantilever 150 . The second light source unit 170 irradiates the laser light IR2 with a lower output than the first light source unit 130 .

위치 검출부(180)는 캔틸레버(150)에서 반사된 근적외선 레이저 광(IR2)을 검출한다. 위치 검출기(180)는 근적외선 레이저 광(IR2)을 검출할 수 있는 포토 다이오드로 제공될 수 있다.The position detector 180 detects the near-infrared laser light IR2 reflected from the cantilever 150 . The position detector 180 may be provided as a photodiode capable of detecting the near-infrared laser light IR2 .

이미지 생성부(190)는 위치 검출기(180)에서 검출된 근적외선 레이저 광(IR2)의 분석을 통해 시료(10) 표면의 형상 정보 이미지를 생성한다. 그리고 이미지 생성부(190)는 온도 측정 회로(160)에서 측정된 온도 정보를 이용하여 시료(10)의 전기장 분포 이미지를 생성한다.The image generator 190 generates a shape information image of the surface of the sample 10 through analysis of the near-infrared laser light IR2 detected by the position detector 180 . In addition, the image generator 190 generates an electric field distribution image of the sample 10 by using the temperature information measured by the temperature measuring circuit 160 .

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전기장 분포 분석 장치로 측정하고자 하는 시료를 나타내는 도면이다.6 is a view showing a sample to be measured by the electric field distribution analyzer according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 시료(10)는 다양하게 제공될 수 있다. 시료(10)는 적외선 파장 영역을 투과할 수 있는 기판(11) 상에 적외선 파장이 투과하지 못하는 금속 패턴(12)이 형성된 구조로 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 시료(10)는 1,000nm이상의 적외선 파장 영역을 투과할 수 있는 실리콘 기판(11) 상에 금속 패턴(12)이 생성된 구조로 제공될 수 있다. 시료(10)는 파장 편광 필터가 제공될 수 있다.Referring to FIG. 6 , a sample 10 may be provided in various ways. The sample 10 may be provided in a structure in which a metal pattern 12 that does not transmit infrared wavelengths is formed on a substrate 11 capable of transmitting infrared wavelengths. According to an example, the sample 10 may be provided in a structure in which a metal pattern 12 is generated on a silicon substrate 11 capable of transmitting an infrared wavelength region of 1,000 nm or more. The sample 10 may be provided with a wavelength polarization filter.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기장 분포 분석 장치로 도 3의 파장 편광 필터를 측정한 형상 정보 이미지(A)와 전기장 분포 이미지(B)를 나타내는 도면이고, 도 8은 적외선 광이 시료를 투과하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view showing a shape information image (A) and an electric field distribution image (B) obtained by measuring the wavelength polarization filter of FIG. 3 with an electric field distribution analysis apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram for explaining the process of penetrating.

도 7을 참조하면, 형상 정보 이미지(A)에는 시료(10) 표면의 영역에 따른 높이(Height) 정보가 확인된다. 형상 정보 이미지(A)에는 금속 패턴이 높게 기판 표면이 낮게, 그리고 패턴과 기판 표면이 단차 지게 표시된다. Referring to FIG. 7 , in the shape information image (A), height information according to the area of the surface of the sample 10 is confirmed. In the shape information image (A), the metal pattern is high and the substrate surface is low, and the pattern and the substrate surface are displayed with a step difference.

그리고 전기장 분포 이미지(B)에는 시료(10) 표면의 영역에 따라 온도 차이를 확인할 수 있다. 적외선 광은 시료(10)의 영역에 따라 시료(10)를 투과하거나, 시료(10)에 반사 또는 흡수된다. 도 8을 참조하면, 도 2에서 설명한 시료의 경우, 금속 패턴(12)이 형성된 영역에서는 적외선 광(IR)이 반사 또는 흡수되고(IR3), 금속 패턴(12)의 사이 영역은 적외선 광(IR)이 투과된다(IR4).In addition, in the electric field distribution image (B), a temperature difference can be confirmed according to the area of the surface of the sample 10 . Infrared light transmits through the sample 10 or is reflected or absorbed by the sample 10 depending on the area of the sample 10 . Referring to FIG. 8 , in the case of the sample described in FIG. 2 , infrared light (IR) is reflected or absorbed (IR3) in the region where the metal pattern 12 is formed, and infrared light (IR) is reflected in the region between the metal patterns 12 . ) is transmitted (IR4).

시료(10)를 투과한 적외선 광은 광열 효과에 의해 탐침(140)을 가열한다. 때문에, 전기장 분포 이미지에서 적외선 광이 투과된 영역은 높은 온도로 표시된다. 이러한 전기장 분포 이미지는 기존의 적외선 카메라를 사용하지 않고 시료의 적외선 투과 이미지로 활용될 수 있다.The infrared light passing through the sample 10 heats the probe 140 by the photothermal effect. Therefore, in the electric field distribution image, the region through which the infrared light is transmitted is displayed as a high temperature. Such an electric field distribution image may be utilized as an infrared transmission image of a sample without using a conventional infrared camera.

도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탐침을 나타내는 도면이다.9 is a view showing a probe according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 탐침(140)의 표면에는 그래핀 층(141)이 코팅된다. 그래핀 층(141)은 광열 효과의 발생 효율을 높여, 탐침(140)의 온도 민감도를 개선시킨다.Referring to FIG. 9 , the graphene layer 141 is coated on the surface of the probe 140 . The graphene layer 141 increases the generation efficiency of the photothermal effect, thereby improving the temperature sensitivity of the probe 140 .

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치를 나타내는 도면이다. 10 is a view showing an electric field distribution analysis apparatus on a sample surface according to another embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 제1광원부(130)는 파장 편광 필터(135)를 더 포함한다. 파장 편광 필터(135)는 광원(131)과 대물 렌즈(134)의 사이 구간에서 적외선 광(IR1)의 경로 상에 위치한다. 파장 편광 필터(135)를 통과한 적외선 광(IR1)은 기 설정된 방향으로 편광되어 시료(10)에 제공된다. 시료(10)의 금속 패턴(12) 방향이 적외선 광(IR1)의 편광 방향과 일치하면, 적외선 광(IR1)은 흡수 또는 반사된다. 반면, 시료(10)의 금속 패턴(12) 방향이 적외선 광(IR1)의 편광 방향에 수직하면, 적외선 광(IR1)은 시료(10)를 투과한다.Referring to FIG. 10 , the first light source unit 130 further includes a wavelength polarization filter 135 . The wavelength polarization filter 135 is positioned on the path of the infrared light IR1 in the section between the light source 131 and the objective lens 134 . The infrared light IR1 passing through the wavelength polarization filter 135 is polarized in a preset direction and provided to the sample 10 . When the direction of the metal pattern 12 of the sample 10 coincides with the polarization direction of the infrared light IR1 , the infrared light IR1 is absorbed or reflected. On the other hand, when the direction of the metal pattern 12 of the sample 10 is perpendicular to the polarization direction of the infrared light IR1 , the infrared light IR1 passes through the sample 10 .

도 11은 파장 편광 필터의 편광 방향과 그에 따라 측정된 전기장 분포 이미지를 나타내는 도면이다. 11 is a diagram illustrating a polarization direction of a wavelength polarization filter and an electric field distribution image measured accordingly.

도 11에서, OFF 영역은 적외선 광(IR1)을 조사하지 않은 상태에서 측정한 시료의 이미지를 나타내고, ↔ 영역은 적외선 광(IR1)을 조사한 상태에서 수평 방향의 파장 편광 필터(135)를 이용하여 측정한 시료(10)의 이미지를 나타내고, ↕ 영역은 적외선 광(IR1)을 조사한 상태에서 수직 방향의 파장 편광 필터(135)를 이용하여 측정한 시료(10)의 이미지를 나타내고, Un-pol 영역은 적외선 광(IR1)을 조사한 상태에서 파장 편광 필터(135)를 이용하지 않고 측정한 시료(10)의 이미지를 나타낸다.In FIG. 11 , the OFF region represents an image of the sample measured in a state in which infrared light IR1 is not irradiated, and the ↔ region is a horizontal wavelength polarization filter 135 in a state irradiated with infrared light IR1. An image of the measured sample 10 is shown, and the ↕ region represents an image of the sample 10 measured using the wavelength polarization filter 135 in the vertical direction in a state irradiated with infrared light IR1, and the Un-pol region denotes an image of the sample 10 measured without using the wavelength polarization filter 135 in a state irradiated with infrared light IR1 .

도 11을 참조하면, 파장 편광 필터(135)의 사용 여부와 파장 편광 필터(135)의 편광 방향에 따라 적외선 광(IR1)의 투과 여부 및 투과 정도가 달라진다. 적외선 광(IR1)의 특성은 전기장 특성과 동일하게 나타나므로, 상기 측정 이미지를 통해 시료의 전기장 분포 특성을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11 , whether or not the infrared light IR1 is transmitted and the degree of transmission vary depending on whether the wavelength polarization filter 135 is used and the polarization direction of the wavelength polarization filter 135 . Since the characteristics of the infrared light IR1 appear the same as the electric field characteristics, the electric field distribution characteristics of the sample can be confirmed through the measurement image.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치
110: 스테이지
120: 스테이지 이동부
130: 제1광원부
140: 탐침
150: 캔틸레버
160: 온도 측정 회로
170: 제2광원부
180: 위치 검출부
190: 이미지 생성부100: electric field distribution analysis device on the sample surface
110: stage
120: stage moving unit
130: first light source unit
140: probe
150: cantilever
160: temperature measurement circuit
170: second light source unit
180: position detection unit
190: image generator

Claims (8)

광 투과홀이 형성되며, 상기 광 투과홀 상에 시료가 놓이는 스테이지;
상기 스테이지의 하부에서 상기 시료를 향해 적외선 광을 조사하는 광원부;
상기 시료의 상면과 접촉하는 탐침;
상기 탐침을 지지하는 캔틸레버; 및
상기 시료를 투과한 적외선 광에 의한 광열 효과로 인한 상기 탐침의 온도 변화를 측정하는 온도 측정 회로를 포함하는 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치.a stage in which a light transmission hole is formed and a sample is placed on the light transmission hole;
a light source unit irradiating infrared light toward the sample from a lower portion of the stage;
a probe in contact with the upper surface of the sample;
a cantilever supporting the probe; and
and a temperature measuring circuit for measuring a temperature change of the probe due to a photothermal effect by infrared light passing through the sample. 제 1 항에 있어서,
상기 시료는 상기 적외선 광이 투과할 수 있는 실리콘 기판 위에 금속 격자 구조가 생성된 파장 편광 필터며,
상기 광원부는,
광원;
상기 광원에서 제공되는 적외선 광의 경로를 변경하는 미러;
상기 미러에서 반사되는 적외선 광을 상기 시료로 집광하는 대물 렌즈; 및
상기 광원과 상기 대물 렌즈의 사이 구간에서 상기 적외선 광의 경로 상에 위치하는 파장 편광 필터를 포함하는 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치.The method of claim 1,
The sample is a wavelength polarizing filter in which a metal lattice structure is generated on a silicon substrate through which the infrared light can pass,
The light source unit,
light source;
a mirror for changing the path of the infrared light provided from the light source;
an objective lens for condensing the infrared light reflected from the mirror onto the sample; and
and a wavelength polarization filter positioned on a path of the infrared light in a section between the light source and the objective lens. 제 1 항에 있어서,
상기 온도 측정 회로는 상기 탐침의 온도 변화로 발열하는 저항부를 포함하는 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치.The method of claim 1,
The temperature measuring circuit is an electric field distribution analyzer on the surface of a sample including a resistance unit that generates heat due to a temperature change of the probe. 제 3 항에 있어서,
상기 탐침의 재질은 금을 포함하고,
상기 저항부의 재질은 바나듐을 포함하고, 상기 탐침의 표면에 소정 패턴으로 제공되는 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치.4. The method of claim 3,
The material of the probe includes gold,
The material of the resistor includes vanadium, and the electric field distribution analyzer of the sample surface is provided in a predetermined pattern on the surface of the probe. 제 3 항에 있어서,
상기 탐침은 도전체로 제공되고,
상기 저항부는
상기 탐침의 표면에 제공되는 유전체층; 및
상기 유전체층의 표면에 소정 패턴으로 제공되는 도전체층을 포함하는 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치.4. The method of claim 3,
The probe is provided as a conductor,
the resistor
a dielectric layer provided on the surface of the probe; and
An electric field distribution analyzer for a surface of a sample comprising a conductor layer provided in a predetermined pattern on a surface of the dielectric layer. 제 3 항에 있어서,
상기 탐침은
이산화 규소로 제공되는 바디; 및
상기 바디의 표면에 코팅된 제1도전체층을 포함하고,
상기 저항부는
상기 제1도전체층의 표면에 코팅되는 제1질화규소층;
상기 제1질화규소층의 표면에 코팅되는 크롬층;
상기 크롬층의 표면에 코팅되는 제2질화규소층; 및
상기 제2질화규소층에 코팅되는 제2도전체층을 포함하는 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치.4. The method of claim 3,
The probe is
a body made of silicon dioxide; and
A first conductor layer coated on the surface of the body,
the resistor
a first silicon nitride layer coated on a surface of the first conductor layer;
a chromium layer coated on the surface of the first silicon nitride layer;
a second silicon nitride layer coated on the surface of the chromium layer; and
An electric field distribution analyzer of a sample surface comprising a second conductor layer coated on the second silicon nitride layer. 제 1 항에 있어서,
상기 캔틸레버에 근적외선 레이저 광을 조사하는 제2광원부; 및
상기 켄틸레버에서 반사된 상기 근적외선 레이저 광을 검출하는 위치 검출기를 더 포함하는 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치.The method of claim 1,
a second light source irradiating near-infrared laser light to the cantilever; and
The electric field distribution analysis apparatus of the sample surface further comprising a position detector for detecting the near-infrared laser light reflected from the cantilever. 제 1 항에 있어서,
상기 탐침의 표면은 그래핀 층으로 코팅되는 시료 표면의 전기장 분포 분석 장치.
The method of claim 1,
The surface of the probe is an electric field distribution analyzer of the sample surface coated with a graphene layer.
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