KR100552590B1 - 시편 홀더 - Google Patents

Abstract

투과전자 현미경용 시편 두 개를 동시에 제작하기 위한 시편 홀더가 개시되고 있다. 상기 장치는 반 고리형상을 갖고, 내측면에 제1시편의 양 측부가 삽입되어 고정되는 한 쌍의 제1홈이 형성된 제1그리드를 포함하고 있다. 상기 제1그리드와 동일한 형상을 갖고, 상기 제1그리드에 접철 가능하도록 결합되며, 상기 제1시편과 동일한 형상을 갖는 제2시편의 양 측부가 삽입 고정되는 한 쌍의 제2홈이 형성된 제2그리드를 포함한다. 따라서, 상기와 같은 구성을 갖는 시편 홀더는 두 개의 시편을 한번에 고정시킬 수 있어 동시에 두 개의 TEM 분석용 시편을 형성하는 작업을 수행할 수 있다.

Description

시편 홀더{Sample holder}

도 1은 종래의 시편 고정용 그리드를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 시편 홀더를 나타내는 구성도이다.

도 2b는 도 2a의 시편 홀더가 접힌 형상을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 시편 홀더를 나타내는 구성도이다.

도 3b는 도 3a의 시편 홀더가 접힌 형상을 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

210,310 : 제1그리드

215,315 : 제1고정홈 220,320 : 제1 시편

230,330 : 제2그리드 235,335 : 제2고정홈

240,340 : 제2시편 360 : 경첩

본 발명은 분석용 시편 고정용 그리드에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 투과전자 현미경(transmission electron microscope ;TEM) 분석용 시편을 제작할 경우 FIB(Focus Ion Beam)공정을 수행하기 위해 시편을 고정시키는 시편 홀더에 관 한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.

반도체 장치의 고집적화에 따라 회로의 선폭이 더욱 미세해지고 있다. 이에 따라 반도체 장치에서 각종 불량을 유발시키는 소오스도 더욱 미세해지고 다양해 지고 있어서, 반도체 장치의 불량 분석에 따르는 어려움이 더욱 가중되고 있다. 상기 반도체 장치의 불량을 확인하기 위해, 일반적으로 광학 현미경, 주사 전자 현미경(SEM, scanning Electron Microscope) 또는 (Transmission Electron Microscope; 이하 TEM이라 함)을 사용하고 있다.

이 중에서 상기 TEM은 분석 시료를 투과한 전자들을 이용하여 영상 또는 회절 패턴을 얻어 재료의 모양뿐만 아니라 구조적인 정보까지 수득할 수 있으므로, 상기 미세한 불량을 분석하기 위한 매우 강력한 도구로서 사용되고 있다.

상기와 같은 투과전자 현미경을 이용한 분석 기술이 많은 정보를 제공하고 있으나, 원하는 목적에 맞는 분석 결과를 얻기 위해서는 최적의 시편이 준비되어야 하며, 시편의 제작 결과에 따라 분석 결과의 성패가 좌우된다. 따라서, 시편의 제조 및 관리가 보다 중요한 상기 분석 공정의 필수 조건으로 대두되고 있다.

현재까지 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer) 등과 같은 반도체 기판 시편의 투과 전자 현미경 분석을 하기 위한 평면시편의 제작 방법으로는 이온 밀링법(ion milling method)과, 포커싱 이온빔을 이용한 방법 등이 일반화되어 있다.

상기 이온 밀링법은 특정영역에 해당하지 않는 단면과 평면시편을 제작하는 경우에 주로 사용되고, 이에 반하여 포커싱이온빔을 이용한 방법은 특정영역의 단면을 관찰하고자 하는 경우에 주로 사용된다. 그 외에도 트라이포드법(tripod method), 파우더법(powder method), 다이아몬드 커터(diamond cutter)를 이용한 방법 및 산(acid)에 의한 에칭법(etching method) 등이 있으나, 이러한 방법들은 시편의 종류 및 관찰하고자 하는 내용 등에 따라 매우 제한적으로 사용되는 것이다.

상기 포커싱 이온빔을 이용한 밀링 공정은 시편 내의 특정 영역을 전자상으로 관찰하면서 상기 특정 영역의 주변부를 식각하여 상기 시편의 두께를 조절함으로서, 원하는 투과전자 현미경 분석용 시편을 제작할 수 있다는 장점이 있다.

상기 포커싱 이온빔을 사용하여 투과전자 현미경 분석용 시편을 제작하는 방법의 일 예는 미합중국 특허 제6,194,720호(issued to Lee, et al.) 및 미합중국 특허 제6,080,991호(issued to Tsai)에 개시되어 있다.

상기 포커싱 이온빔을 이용한 밀링 공정을 수행하여 TEM 분석용 시편을 제조하기 위해서는 기판의 시편을 반원형의 그리드(grid)에 부착시켜 가공하는 공정을 수행해야 한다.

도 1은 종래의 시편 고정용 그리드를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 그리드(Grid:10)는 발 발굽 형상 즉 반 고리형상을 갖고, FIB 장비를 사용하여 분석용 시편을 제작할 때 제작 하고자하는 시편(12)을 단 한 개만을 붙일 수 있는 구조를 가지고 있다. 즉 한개 이상의 시편(12)을 동시 제작하는 것이 불가능하다. 또한, FIB 작업시 시편을 균일한 조건으로 시각하기 위해서는 상기 그리드의 일측면에 시편을 수평으로 로딩(Loading)하여 부착시키는 것이 필수적이나 사람의 눈으로 수평으로 맞추어 부착시킴으로써 항상 시각 오차를 내재하고 있다. 그리고, 시료의 막질의 다양성으로 인하여 FIB 작업시 시편에 전하가 충진(Electron Charging)되는 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 두개의 TEM 분석용 시편을 형성할 수 있도록 고정시키고, FIB 작업시 시편에 충진되는 전하를 그라운딩 시킬 수 있는 시편 홀더를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
반 고리형상을 갖고, 내측면에 제1시편의 양 측부가 삽입되어 고정되는 한 쌍의 제1홈이 형성된 제1그리드; 및 상기 제1그리드와 동일한 형상을 가지면서 상기 제1 그리드에 접철되도록 결합되고, 상기 제1시편과 동일한 형상을 갖는 제2시편의 양 측부가 삽입 고정되는 한 쌍의 제2홈이 형성된 제2그리드를 포함하는 시편 홀더를 제공하는데 있다.

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따라서, 상기와 같이 제1그리드 및 제2그리드가 힌지 결합되어 접철 가능한 시편 홀더는 2개의 시편을 고정시켜 FIB를 이용한 밀링 작업을 동시에 실시할 수 있기 때문에 시편의 로딩 및 언 로딩 시간을 감소시켜 공정의 스루풋을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 시편 홀더에 고정된 시편을 수평상태로 설정할 수 있기 때문에 FIB 작업시 작업자가 육안으로 시편의 수평상태 판단함으로 인해 발생하는 오차를 방지할 수 있는 특성을 갖는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

제1 실시예

도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시편 홀더를 나타내는 도이고, 도 2b는 도 2a의 시편 홀더가 접힌 형상을 나타내는 도면이다.

도 2a 내지 2b를 참조하면, 본 발명의 시편 홀더(미도시)는 제1시편(220)을 고정시키기 위한 제1그리드(210) 및 제2시편(240) 고정시키기 위한 제2그리드(230)를 주 구성요소로 포함하고 있으며, 상기 제1그리드(210)와 제2그리드(230)는 힌지 결합됨으로써 접철이 가능하고, 원형 고리 형상을 갖는다. 상기 본 발명의 고리는 원형, 또는 다각형이 적용될 수 있다.

상기 제1그리드(210)와 제2그리드(230)가 고리 형상 또는 반 고리 형상을 가질 때 상기 제1시편(220) 및 제2시편(240)이 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시편 홀더를 제공하는데 있다.

상기 제1그리드(210) 및 제2그리드(230)가 힌지 결합되어 형성된 시편 홀더가 원형의 고리 형상을 가질 때 상기 제1시편(220)과 대응되는 제2시편(240)은 서로 마주보도록 위치하며, 상기 시편 홀더가 접철되어 원형의 반고리 형상이 적층된 구조를 가질 때 제1시편(220)과 대응되는 제2시편(240)은 일 직선 상에서 수평하게 위치된다.

여기서, 제1그리드(210)는 니켈로 이루어진 반 원형고리 형상을 갖고, 상기 제1시편(220)의 양측 단부를 고정시키기 위한 한쌍의 제1고정홈(215)이 형성되어 있다. 즉, 한쌍의 제1고정홈(215)은 반 원형고리 형상을 갖는 제1그리드(210) 내측면에 사각형의 형상으로 형성되어 있어 제1시편(220)을 고정시킬 뿐만 아니라 적용되는 제1시편(220)을 FIB를 적용하여 이온밀링 공정을 수행할 경우 제1시편(220)의 높이를 정확하게 맞추는 가이드 홈 역할을 한다.

또한, 상기 제2그리드(230)는 니켈로 이루어진 반 원형고리 형상을 갖고, 상기 제2시편(240)의 양측 단부를 고정시키기 위한 한 쌍의 제2고정홈(235)이 형성되어 있다. 상기 한쌍의 제2고정홈(235)은 반 원형고리 형상을 갖는 제2그리드(230) 내측면에 사각형 형상으로 형성되어 제2시편(240)을 고정시킬 뿐만 아니라 적용되는 제2시편(240)을 FIB를 적용하여 이온밀링 공정을 수행할 경우 제2시편(240)의 높이를 정확하게 맞추는 가이드 홈의 역할을 한다.

여기서, 상기 제1그리드(210)의 제1고정홈(215)에 삽입된 제1시편(220) 및 제2그리드(230)의 제2고정홈(235)에 삽입된 제2시편(240)은 FIB를 이용한 이온밀링 공정을 수행하기 위한 TEM 분석용 예비시편이고, 상기 제1그리드(210) 및 제2그리드(230)의 형성된 제1 및 제2고정홈(215,235)에는 상기 제1시편(220) 및 제2시편(240)을 FIB를 이용한 이온밀링 공정을 수행할 경우 상기 제1시편(220) 및 제2시편(240)에 대전되는 전하가 그리드로 용이하게 배출될 수 있도록 백금(Pt)막(250)이 코팅되어 있다.

그리고, 상기 제1그리드(210) 및 제2그리드(230)가 힌지 결합하여 형성된 시편 홀더(200)는 접철이 가능하도록, 상기 반 원형고리 형상을 갖는 제1그리드(210) 및 제2그리드(230)의 양측 단부에는 서로 어긋나 대응되는 단차부(도시하지 않음)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 제1그리드(210)의 단차부에는 돌출부가 형성되어 있고, 제2그리드(230)의 단차부에는 돌출부와 대응되는 삽입부가 형성되어 있어 경첩과 같은 원리로 힌지 결합되어 접혔다 폈다하는 역할이 수행된다.

실시예2

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 시편 홀더를 나타내는 구성도이고, 도 3b는 도 3a의 시편 홀더가 접힌 형상을 나타내는 도면이다.

도 3a 내지 3b를 참조하면, 본 발명의 시편 홀더(미도시)는 반 사각형 고리형상을 갖고 제1시편(320)을 고정시키기 위한 사각형의 한쌍의 제1고정홈(315)을 포함하는 제1그리드(310), 반 사각형 고리 형상을 갖고, 제2시편(340)을 고정시키기 위한 사각형의 한쌍의 제2고정홈(335)을 포함하는 제2그리드(330)를 주 구성요소하고, 상기 제1그리드(310)와 제2그리드(330)가 경첩(360)에 의해 힌지 결합되어 접철이 가능하다. 상기 본 발명의 고리는 원형, 다각형등이 적용될 수 있다.

따라서, 상기 제1그리드(310) 및 제2그리드(330)가 경첩(360)에 의해 힌지 결합되어 형성된 시편 홀더가 사각형의 고리 형상을 가질 때 상기 제1시편(320)과 대응되는 제2시편(340)은 서로 마주보도록 위치하며, 상기 시편 홀더가 접철되어 사각형의 반고리 형상이 적층된 구조를 가질 때 제1시편(320)과 대응되는 제2시편(340)은 일직선 상에서 수평하게 위치된다.

여기서, 제1그리드(310)는 니켈로 이루어진 사각형 반고리 형상을 갖고, 상기 제1시편(320)의 양측 단부를 고정시키기 위한 한쌍의 제1고정홈(315)이 형성되어 있다. 즉, 한쌍의 제1고정홈(315)은 반 사각형고리 형상을 갖는 제1그리드(310) 내측면에 형성되어 있어 제1시편(320)을 고정시킬 뿐만 아니라 적용되는 제1시편(320)을 FIB 장치에 적용하여 이온밀링 공정을 수행할 경우 제1시편(320)의 높이를 정확하게 맞추는 가이드 홈 역할을 한다.

또한, 상기 제2그리드(330)는 니켈로 이루어진 반 사각형고리 형상을 갖고, 상기 제2시편(340)의 양측 단부를 고정시키기 위한 한 쌍의 제2고정홈(335)이 형성되어 있다. 즉, 한쌍의 제2고정홈(335)은 반 사각형고리 형상을 갖는 제2그리드(330) 내측면에 형성되어 있어 제2시편(340)을 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라 적용되는 제2시편(340)을 FIB 장치에 적용하여 이온밀링 공정을 수행할 경우 제2시편(340)의 높이를 정확하게 맞추는 가이드 홈 역할을 한다.

여기서, 상기 제1시편(320) 및 제2시편(340)은 FIB 장치를 이용한 이온밀링 공정을 수행하기 위한 TEM 분석용 예비시편이고, 상기 제1그리드(310) 및 제2그리드(330)의 형성된 제1고정홈 및 제2고정홈(315,335)에는 상기 제1시편(320) 및 제2시편(340)을 FIB를 이용한 이온밀링 공정을 수행할 경우 상기 제1시편(320) 및 제2시편(340)에 대전되는 전하가 그리드로 용이하게 배출될 수 있도록 백금(Pt)막(350)이 코팅되어 있다.

그리고, 상기 제1그리드(310) 및 제2그리드(330)가 경첩에 의해 힌지 결합되어 형성된 시편 홀더는 접철이 가능하고, 제1그리드(310) 및 제2그리드(330)의 양측 단부에는 상기 경첩(360)이 알맞게 적용될 수 있도록 상기 경첩의 넓이 및 두께와 동일한 홈(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

상기와 같은 시편 고정 장치 및 포커싱 이온빔 장치를 사용하여 투과전자 현미경용 시편을 제작하는 과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상부면에 분석 포인트를 갖는 기판에서, 상기 분석 포인트가 포함되도록 상기 기판을 소정 크기로 절단한다. 상기 기판은 반도체 장치 또는 반도체 장치가 형성되어 있는 웨이퍼를 포함한다.

구체적으로, 광학 현미경을 통해 상기 기판의 분석 포인트의 위치를 확인한다. 상기 광학 현미경에 의해 분석 포인트의 위치를 용이하게 확인하기 어려울 경우, FIB를 사용하여 상기 분석 포인트의 주변을 마킹함으로써 상기 분석 포인트를 확인한다.

이어서, 상기 분석 포인트 및 분석 포인트의 주변 영역이 포함되도록 상기 기판을 소정의 크기로 절단하여 시편을 형성한다. 상기 시편은 기판을 초음파 절단기(ultrasonic cutter) 또는 다이아몬드 절단기(diamond cutter)로 절단되어 형성된다. 이 때 상기 시편은 분석 포인트의 분석 방향과 평행한 양 측면간의 간격이 적어도 3mm를 갖고, 분석 포인트의 분석 방향과 수직한 전면 및 배면간의 간격은 가능한 작은 것이 바람직하고, 상기 분석 포인트가 상기 시편의 중심부에 위치하도록 한다. 이때 두 개의 시편을 형성하다.

이어서, 본 발명의 접철이 가능한 시편 홀더에 두개의 시편을 삽입 고정시킨 후 포커싱 이온빔 장치의 멀티 스터브 홀더에 상기 시편 홀더를 로딩한다.

이어서, 상기 분석 포인트를 찾아 관찰하고자 하는 부분을 중심으로 시편의 최종 두께가 1000Å 이하로 되도록 포커싱 이온빔을 이용하여 식각하는 이온 밀링공정(milling process)을 수행한다.

상기와 같은 공정에 의해 제작된 분석용 시편을 투과전자 현미경의 작업 테이블 위에 올려놓고 관찰하여 시험하게 된다. 이때, 밀링 폭은 수십㎛, 깊이는 수㎛ 정도가 되도록 가공한다.

상기와 같은 본 발명의 시편 홀더는 2개의 시편을 고정시켜 FIB를 이용한 밀링 작업을 동시에 실시할 수 있기 때문에 시편의 로딩 및 언 로딩 시간을 감소시켜 공정의 스루풋을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 시편 홀더에 고정된 시편을 수평상태로 설정할 수 있기 때문에 FIB 작업시 작업자가 육안으로 시편의 수평상태 판단함으로 인해 발생하는 오차를 방지할 수 있는 특성을 가지고 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 반 고리형상을 갖고, 내측면에 제1시편의 양 측부가 삽입되어 고정되는 한 쌍의 제1홈이 형성된 제1그리드; 및

   상기 제1그리드와 동일한 형상을 가지면서 상기 제1 그리드에 접철되도록 결합되고, 상기 제1시편과 동일한 형상을 갖는 제2시편의 양 측부가 삽입 고정되는 한 쌍의 제2홈이 형성된 제2그리드를 포함하는 시편 홀더.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1시편 및 제2시편은 FIB를 이용한 이온밀링 공정을 수행하기 위한 TEM 분석용 예비시편인 것을 특징으로 하는 시편 홀더.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1홈 및 제2홈의 내면에는 상기 제1시편 및 제2시편을 상기 제1그리드 및 제2그리드에 각각 접지하기 위한 백금(Pt)막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 시편 홀더.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 제1그리드와 제2그리드는 경첩에 의해 접철 결합되는 것을 특징으로 하는 시편 홀더.

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