KR100272271B1 - 이온 빔 집속장치를 이용한 시편 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온 빔 집속 장치를 이용한 시편 제작 방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 이온 빔 집속 장치를 이용한 시편 제작 방법은, 공지된 방법으로 관찰 부위를 갖는 시편을 제작한 상태에서, 이온 빔 집속 장치로부터 주사되는 이온 빔의 주사 방향을 축으로하여 상기 시편을 소정 각도로 회전시킨 상태에서, 상기 회전된 시편의 관찰 부위에 재차 이온 빔을 주사시킴으로써, 바닥면 및 상부면이 삼각형인 삼각 기둥 형태의 관찰 부위를 얻는다.

Description

이온 빔 집속장치를 이용한 시편 제작 방법

본 발명은 반도체 소자의 특성 분석 방법에 관한 것으로, 특히, 이온 빔 집속 장치를 이용하여 특성 분석에 필요한 시편을 제작하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 특정 부위에서의 격자 상(Lattice image)을 관찰 하기 위하여 TEM(Transmission Electron Microscope)과 같은 광학 장비가 사용되고 있으며, 상기 TEM은 소자 특성 및 불량 분석에 매우 유용하고, 특히, 그 분석 결과의 신뢰성이 높다는 잇점을 갖는다.

한편, 상기한 TEM을 사용하여 소자의 특성 및 불량 분석을 수행하기 위해서는 분석용 시편의 제작이 요구되는데, 이를위해, 종래에는 이온 빔 집속(Focused Ion Beam : 이하, FIB) 장치를 사용하여 상기한 분석용 시편을 제작하고 있다.

상기 FIB 장치는 소정 크기로 절단된 시편의 소정 부위에 이온 빔을 주사하는 것에 의해 상기 시편의 소정 부위, 즉, 관찰 부위의 두께를 박막화시키는 장치로서, 분석용 시편의 제작에 매우 유용하며, 아울러, 밀링 레이트(Milling Rate) 차이가 거의 없는 매우 미세한 두께의 시편 제작이 가능하다는 잇점을 갖는다.

제1(a)도 및 제1(b)도는 상기한 FIB 장치를 이용한 종래 기술에 따른 시편 제작 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1(a)도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼에서 관찰하고자 하는 부위를 포함한 일정 영역을 절단하여 소정 크기의 시편(1)을 얻는다. 그런다음, 상기 시편(1)에 대해서 FIB 장치를 이용한 밀링 공정, 즉, 상기 시편(1)에 이온 빔을 주사하여, 상기 시편(1)의 일부분을 식각함으로써, 제1(b)도에 도시된 바와 같이, 1,000 내지 2,OO0Å 두께를 갖는 사면체 형태의 관찰 부위(2)를 갖는 최종적인 시편(1)을 완성한다.

그러나, TEM을 사용하여 소자 특성 및 불량 분석을 수행함에 있어서, 상기와 같은 방법으로 제작된 시편으로는 일반적인 이미지 인터페이스(Interface), 또는, 이차 상(Second Phase)의 관찰은 가능하지만, 관찰 부위의 두께가 수천 Å인 것에 기인하여, 이차 상이나 계면의 격자 구조 등의 분석은 불가능하다.

따라서, 상기한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 전술한 바와 같은 방법으로 관찰 부위를 갖는 시편을 제작한 상태에서, FIB 장치로부터 주사되는 이온 빔의 방향에 대하여 상기 시편을 소정 각도만큼 틸트(Tilt)시킨 후, 상기 관찰 부위에 재차 FIB 장치로부터 이온 빔을 주사하여 상기 관찰 부위의 두께가 수백 Å이 되도록 함으로써, 이차 상 또는 계면의 격자 구조 등의 분석이 가능하게 되도록 하고 있다.

자세하게, 제2도는 종래 다른 기술에 따라 형성된 분석용 시편의 관찰 부위를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 시편의 관찰 부위(12)는 상기 FIB 장치로부터 주사되는 이온 빔의 주사 방향(y) 대하여 그 두께 방향(12)이 90° 이상, 또는, 그 이하로 틸트된 상태에서, FIB 장치로부터 이온 빔이 주사되는 것에 의해 식각됨으로써, 역방향으로 배치되는 삼각 기둥의 형태를 갖게 된다. 이때, 상기 관찰 부위(12)의 하부 부분(12b)은 수백 Å 정도의 두께를 갖게 되므로, 격자 상의 관찰이 가능하게 된다.

한편, 상기 관찰 부위(12)의 상부 부분(12a)은 그 두께가 수천 Å인 것에 기인하여 격자 상의 관찰은 이루어지지 않으나, 이온 빔에 의한 스트레스로부터 상기 하부 부분(12b)이 견딜 수 있도록 기능한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 시편 제작 방법은 시편의 관찰 부위를 이온 빔의 주사 방향에 대하여 90°이상, 또는, 그 이하로 틸트시킨 상태에서 재차 밀링 공정을 수행하는 것에 의해, 관찰 부위의 두께를 수백 Å 정도로 박막화시킬 수는 있지만, 이 과정에서 상기 관찰 부위가 이온 빔에 의해 데미지(damage)를 받게 됨은 물론, 이러한 데미지에 기인하여 비정질화되는 현상이 발생됨으로써, 후속의 TEM을 이용한 분석시, 격자 상의 관찰이 어렵거나, 또는, 불가능하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 관찰 부위에서의 이온 빔에 의한 데미지가 최소화되도록 함과 동시에, 상기 관찰 부위가 비정질화되는 현상을 방지할 수 있는 FIB 장치를 이용한 시편 제작 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

제1(a)도 및 제1(b)도는 종래 기술에 따른 이온 빔 집속 장치를 이용한 시편 제작 방법을 설명하기 위한 도면.

제2도는 종래 다른 기술에 따라 형성된 시편의 관찰 부위를 보여주는 도면.

제3도는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 시편의 관찰 부위를 보여주는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 시편의 관찰 부위

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 FIB 장치를 이용한 시편 제작 방법은, FIB 장치를 사용하여 소망하는 두께의 관찰 부위를 갖는 시편을 제작하는 FIB 장치를 이용한 시편 제작 방법으로서, FIB 장치를 사용하여 사면체 형태의 관찰 부위를 갖는 시편을 제작하는 제1공정, 및 바닥면 및 상부면이 삼각형인 삼각 기등 형태의 관찰 부위가 얻어지도록, 상기 FIB 장치로부터 주사되는 이온 빔의 주사 방향을 축으로하여 상기 관찰 부위를 포함한 시편을 소정 각도로 회전시키고, 회전된 관찰 부위에 FIB 장치로부터 이온 빔을 주사시켜 상기 관찰 부위의 일부를 식각하는 제2공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, FIB 장치를 이용한 밀링 공정시, 이온 빔의 주사 방향을 축으로하여 시편을 소정 각도만큼 회전시킨 상태에서, 관찰 부위에 이온 빔을 주사시킴으로써, 미세 두께의 관찰 부위를 얻으면서도, 상기 관찰 부위에서의 이온 빔에 의한 데미지를 최소화시킬 수 있음은 물론, 상기 관찰 부위가 비정질화되는 것도 방지할 수 있으며, 결과적으로는, 상기한 시편으로부터 격자 상의 분석을 용이하게 수행할 수 있다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 시편의 관찰 부위를 도시한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

우선, 종래와 마찬가지의 방법으로 관찰하고자 하는 웨이퍼의 특정 부위를 포함한 일정 영역을 절단하여 시편을 만들고, 이어서, FIB 장치를 이용한 밀링 공정을 통해 제1도와 같은 사면체 형태의 관찰 부위를 갖는 시편을 제작한다.

그런다음, 상기한 시편의 관찰 부위에 대해서 FIB 장치를 사용하여 재차 밀링 공정을 수행함으로써, 도시된 바와 같이, 바닥면 및 상부면이 삼각형인 삼각 기둥 형태의 관찰 부위(20)를 얻는다.

즉, FIB 장치를 이용한 밀링 공정시에는 상기 관찰 부위(20)를 포함한 시편을 상기 FIB 장치로부터 주사되는 이온 빔의 주사방향(y)을 축으로하여 좌측, 또는, 우측 방향으로 소정 각도만큼 회전시킨 상태에서, 상기 회전된 관찰 부위(20)에 이온 빔을 주사하여 상기 관찰 부위의 일부를 식각함으로써, 상기 관찰 부위(20)를 삼각 기둥의 형태로 만든다.

이때, 상기 관찰 부위(20)는 그의 두께 방향(x)이 이온 빔의 주사 방향(y)에 대하여 90°로 유지되기 때문에, 상기 이온 빔에 의한 데미지는 최소화된다.

또한, 도시된 바와 같이, 상기 관찰 부위(20)의 A부분은 최초의 관찰 부위(20)의 두께와 거의 유사하게 유지되는 것에 기인하여 상기 A부분에서의 격자 상의 관찰은 이루어지지 않고, 반대로, C부분은 그 두께가 거의 “0”이 됨은 물론, 이온 빔에 의한 데미지로 인하여 비정질화되는 것에 기인하여 상기 C부분에서의 격자 상의 관찰도 이루어지지 않지만, 관찰 부위(20)의 B부분은 그의 두께가 소망하는 두께, 예를들어, 수백 Å으로 되고, 특히, 이온 빔에 의한 데미지가 최소화된 것에 기인하여 비정질화되지 않음으로써, 상기 B부분에서 일반적인 격자 상은 물론 인터페이스 및 이차 상 등의 격자 상의 관찰이 가능해진다.

따라서, FIB 장치를 이용하여 수백 Å의 두께의 관찰 부위를 갖는 시편을 제작하는 경우에, 이온 빔의 주사 방향을 축으로 시편의 회전각을 적절하게 조절하면, 관찰하고자 하는 시편 부위의 두께를 소망하는 두께로 감소시킬 수 있으며, 특히, 이온 빔에 의한 데미지의 최소화 및 관찰 부위의 비정질화를 방지함으로써, 격자 상의 관찰을 용이하게 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 이온 빔의 주사 방향을 축으로, 시편을 소정 각도만큼 회전시키는 방법 대신에, 시편은 고정시키되, 이온 빔의 주사 각도를 변화시켜 시편의 식각 영역을 변경하는 방법으로도 TEM으로 관찰 가능한 두께의 시편을 제작할 수 있으며, 이 경우에도 시편이 받게 되는 이온 빔에 의한 데미지를 최소화시킬 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 FIB를 이용한 시편 제작 방법은, FIB 장치로부터의 이온 빔의 주사시, 시편을 상기 이온 빔의 주사 방향을 축으로하여 소정 각도만큼 회전시킨 상태로 이온 빔을 주사함으로써, 소망하는 두께를 갖으면서도, 이온 빔에 의한 데미지가 최소화될 뿐만 아니라, 비정질화 되지 않는 관찰 부위를 갖는 시편을 얻을 수 있다.

따라서, TEM을 이용한 격자 상의 관찰을 용이하게 수행할 수 있으며, 결과적으로는, 소자 특성 및 불량 분석을 용이하게 수행할 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (2)

1. 이온 빔 접속 장치를 사용하여 소망하는 두께의 관찰 부위를 갖는 시편을 제작하는 이온 빔 접속 장치를 이용한 시편 제작 방법으로서, 이온 빔 집속 장치를 사용하여 사면체 형태의 관찰 부위를 갖는 시편을 제작하는 제1공정, 및 바닥면 및 상부면이 삼각형인 삼각 기둥 형태의 관찰 부위가 얻어지도록, 상기 이온 빔 집속 장치로부터 주사되는 이온 빔의 주사방향을 축으로하여 상기 관찰부위를 포함한 시편을 소정 각도로 회전시키고, 회전된 관찰 부위에 이온 빔 집속장치로부터 이온 빔을 주사시켜 상기 관찰 부위의 일부를 식각하는 제2공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 빔 집속 장치를 이용한 시편 제작 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 이온 빔의 주사 방향에 대한 상기 시편의 회전은, 상기 시편이 고정된 상태로, 상기 이온 빔의 주사 각도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 이온 빔 집속 장치를 이용한 시편 제작 방법.

Images