KR20030045417A - 투과 전자현미경 분석용 시편 제조방법 - Google Patents
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Abstract
이온빔 집속장치를 이용한 TEM 분석용 시편 제작 방법이 개시되어있다. 상기 이온빔 집속장치를 이용하여 제작되는 TEM 분석용 시편에 있어서, 분석 포인트를 포함하는 웨이퍼 상에서 상기 분석 포인트를 식별하기 위한 마크를 형성한다. 상기 분석 포인트 상에 보호막을 증착하고, 상기 분석 포인트의 분석 방향과 수직한 양단면이 형성되도록, 상기 웨이퍼를 식각하여 예비 시편을 형성한다. 그리고, 상기 예비 시편이 형성된 웨이퍼로부터 예비 시편을 분리하여 분석용 시편을 형성한다. 상기 분석용 시편을 그리드에 부착하는 단계를 포함하는 TEM 분석용 시편 제조방법을 제공하여 TEM 분석용 시편 제작시 발생하는 오염 및 제작시간을 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 투과 전자현미경(Transmission Electron Microscope; TEM) 분석용 시편(Specimen) 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FIB (Focusing ion beam)를 이용한 TEM 분석용 시편 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자 제조공정에서 증착 공정을 반복적으로 수행함에 따라 웨이퍼 상에 다수의 막이 형성된다. 만약 상기 공정으로 형성된 막 가운데 특정 막 에 결함이 발생하면, 후속공정에 의해 형성되는 반도체소자에 이상이 생긴다.
그러므로 반도체소자 제조공정이 진행된 웨이퍼 가운데 결함이 발생된 웨이퍼를 선택한 후, 분석용 시편을 제작하여 특정 막의 결함여부를 판단하는 분석작업을 진행한다.
상기 분석을 위해 TEM을 사용하려면, 분석용 시편 내로 전자빔이 투과되어야 하기 때문에 상기 분석용 시편의 두께가 매우 얇아야 한다. 따라서, 상기 분석을 수행하기 이전에, 분석용 시편의 두께를 얇게 하기 위한 소정의 시료 제작 공정을 수행하여야 한다.
현재 웨이퍼 상에 형성된 특정 막의 결함 여부를 판단하기 위한 TEM 분석용 시편 제조방법으로는 이온 밀링법(ion milling method)과, 이온빔 집속(Focusing ion beam; FIB)법 등이 있다.
상기 방법 중에서 FIB를 사용하는 방법은, 분석용 시편 내의 분석 포인트를 전자상으로 관찰하면서 분석 포인트의 주변부를 식각한다. 그리므로, 상기 분석용 시편의 두께를 조절할 수 있어서, 용이하게 TEM 분석용 시료를 제작할 수 있다는 장점이 있다.
상기 FIB를 사용하여 TEM 분석용 시편을 제작하는 방법의 일 예로서, 미합중국 특허 제6,194,720호(issued Li et al)에는 FIB를 사용하여 전자를 투과할 수 있는 TEM 분석용 시편 제작방법이 개시되고 있고, 미합중국 특허제6,080,991호(issued Tsai)에는 FIB를 사용하여 분석하고자 하는 영역을 얇은 박막을 형성하는 TEM 분석용 시편 제작방법이 개시되고 있다.
도 1은 종래의 TEM 분석용 시편의 제조과정을 나타내는 공정도이다.
도 1을 참조하면, 분석 포인트를 포함하는 웨이퍼에서 상기 분석 포인트를 식별하기 위한 마크를 이온빔을 이용하여 형성한다.(S100) 상기 웨이퍼 상에 표시된 분석 포인트가 정 중앙에 위치하도록 시편을 2 ×3mm의 크기로 다이아몬드 커팅기를 이용하여 커팅한다.(S200) 상기 분석 포인트를 포함하는 시편을 40㎛의 두께를 갖도록 그라인딩(Grinding)한다.(S300)
그리고, 에폭시 접착제를 이용하여, 상기 시편을 니켈 그리드(Nikel Grid)에 부착한다.(S400) 상기 분석 포인트를 보호하기 위해 분석 포인트 상에 보호막을 증착한다.(S500) 상기 분석 포인트를 포함하는 분석용 시편이 형성되도록 시편 양쪽 면을 이온빔으로 식각(milling)한다.(S600) 이때, 이온빔의 전류밀도를 11500내지 70pA로 조정하여 전류밀도가 높은 단계에서 낮은 단계에 걸쳐 순차적으로 식각한다.
도 2는 종래의 TEM 분석용 시편을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 2에 나타낸 TEM 분석용 시편(10)은 니켈 그리드(12)에 에폭시(Epoxy)접착제로 부착되어 있다. 상기 시편의 분석 포인트(14) 주변부가 분석방향과 수직되는 양단면이 형성되도록 식각되면, 소정의 폭과 높이 및 1000Å이하 두께(T1)를 갖는 분석용 시편(10)이 형성된다.
상기와 같은 공정을 거침으로 긴 시간이 소요되고, 상기 분석용 시편의 제작성공률이 낮아지는 문제점이 발생한다. 또한 상기 분석용 시편은 그라인딩 작업 후 에폭시 접착제를 사용하여 니켈 그리드에 부착하는 과정에서 오염을 유발한다. 그러므로 TEM 분석용 시편을 정확히 분석하기가 어려워지는 문제점이 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은 이온빔 집속장치(FIB)를 이용하여 분석 포인트를 포함하는 분석용 시편의 제조시간 단축 및 상기 시편의 오염을 방지하는 TEM 분석용 시편 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 TEM 분석용 시편의 제조과정을 나타내는 공정도이다.
도 2는 종래의 TEM 분석용 시편을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 TEM 분석용 시편 제조방법을 설명하기 위하여 공정을 나타내는 도면들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
50 : 분석용 마커 52 : 분석 포인트
54 : 보호막 56 : 분석용 시편
58 : 탄소코팅 그리드 T : 분석용 시편의 두께
W : 웨이퍼
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은
분석 포인트를 포함하는 웨이퍼에서 상기 분석 포인트를 식별하기 위한 마크를 형성하는 단계;
상기 분석 포인트 상에 보호막을 증착하는 단계;
상기 분석 포인트를 포함하면서 상기 분석 포인트의 분석 방향과 수직한 양단면이 형성되도록, 상기 웨이퍼의 소정 부위를 식각하여 예비 시편을 형성하는 단계;
상기 웨이퍼로부터 예비 시편을 분리하여 분석용 시편을 형성하는 단계; 및
상기 분석용 시편을 그리드 상에 흡착하는 단계를 포함함으로서, TEM 분석용 시편을 구성한다.
상기와 같이 FIB를 이용하여 웨이퍼 상에서 직접 TEM 분석용 시편을 제조함으로서, 상기 TEM 분석용 시편의 오염을 방지하고 제조시간을 단축시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3a내지 도 3e는 본 발명의 TEM 분석용 시편 제조방법을 설명하기 위하여 공정을 나타내는 도면들이다.
도 3a를 참조하면, 웨이퍼(W) 상에 형성된 다수의 막 중에서 특정 막의 결함 여부를 판단하는 분석작업을 진행하기 위해 결함이 발생된 웨이퍼(W)를 선택한다. 상기 웨이퍼(W) 상에서 관찰하고자 하는 분석 포인트(52)를 전자 현미경으로 관찰하여 그 위치를 파악한다. 그리고 분석 포인트(52)를 식별하기 위한 마크(50)는 관찰하고자 하는 분석 포인트(52)를 중심으로 수직 교차하는 좌표축 상에 각각 위치하도록 하고, FIB에 의해 상기 웨이퍼(W)의 소정 부위를 식각함으로서 형성된다.
만약, 상기 웨이퍼(W) 상에 분석 포인트(52)를 식별하기 위한 마크(50)가 형성되지 않는다면, 그라인딩 공정 및 밀링 공정시 분석 포인트(52)를 포함되지 않는 분석용 시편을 형성할 수 있다. 그러면, 다시 오랜 시간을 들여 분석용 시편을 제작하는 상황이 발생된다.
도 3b를 참조하면, 분석 포인트(52) 상에 보호막(54)을 증착한다. 상기 보호막(54)은 FIB 이용하여 TEM 분석용 시편의 분석 포인트(52)를 관찰하거나 마이크로식각(micro milling)할 경우, 상기 FIB에 의해 TEM 분석용 시편 표면에 발생할 수 있는 데미지(damage)를 최소화 해주는 역할을 한다. 상기 보호막(54)은 텅스텐(W)막, 백금(Pt)막, 탄소(C)막 및 알루미늄(Al)막 등을 사용할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 보호막(54)이 형성된 분석 포인트(52)를 주변부에서 중심부방향으로 분석 방향과 수직되게 FIB로 식각하여 예비 시편(55)을 형성한다. 상기 예비 시편(55)은 관찰하고자하는 분석 포인트(52)를 포함하는 양 단면을 형성한다. 상기 예비 시편(55)의 양 단면은 TEM 전자를 투과할 수 있는 600 내지 1000Å를 갖도록 형성된다. 구체적으로, 상기 FIB의 전류밀도를 2700 내지 70pa(pico ampere)로 순차적으로 조정하면서 상기 웨이퍼의 소정 부위를 식각하여 상기 예비 시편을 600 내지 1000Å의 얇은 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 즉, FIB의 전류 밀도를 크게하여 분석 포인트(52) 주변부를 거친 식각(coarse milling) 하고, 상기 주변부에서 분석포인트(52)로 근접되게 식각 될수록 순차적으로 전류 밀도를 감소시키면서 미세 식각(fine milling)을 실시한다. 그러므로, 예비 시편(55)을 형성하는 시간을 단축시키면서 정확한 두께를 갖도록 할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 예비 시편(55)을 웨이퍼(W)로부터 분리시켜 분석용 시편(56)으로 형성한다.
구체적으로, 이전의 단계에서 형성되어진 상기 예비 시편(55)은 분석 포인트(52)를 포함하는 양 단면을 제외한 각 면들이 웨이퍼(W)와 분리되어 있지 않다. 따라서, 상기 웨이퍼(W)와 분리되어 있지 않은 상기 예비 시편(55)의 각 면들을 FIB에 의해 식각함으로서, 상기 웨이퍼(W)로부터 상기 예비 시편(55)을 분리하여 분석용 시편으로 형성한다. 상기 형성되는 분석용 시편(56)은 TEM 전자를 투과할 수 있는 두께를 가질 뿐만 아니라, 분석 포인트(52) 및 마크(50)를 포함한다.
도 3e를 참조하면, 상기 분석용 시편을 그리드에 흡착하여 TEM 분석용 시편을 완성한다.
상기 웨이퍼에서 분리된 분석용 시편(56)은 600 내지 1000Å의 매우 얇은 두께(T)를 갖고 있어서, 이동이 용이하지 않다. 그러므로, 정전기를 갖는 미세 니들(needle)을 이용하여 상기 그리드(58) 상으로 이동시킨다. 즉, 정전기에 의해 상기 웨이퍼에 놓여져 있는 분석용 시편(56)만을 상기 미세 니들에 흡착시킨 다음 그리드(58) 상으로 이동시킨다. 상기 미세 니들의 정전기는 그리드(58)가 갖는 정전기 보다 비교적 작기 때문에 미세 니들에서 분석용 시편(56)이 분리되어 그리드(58)에 흡착된다.
상기 분석용 시편(56)은 에폭시 접착제를 사용하여 별도의 부착공정을 수행하지 않더라도 상기 그리드(58) 상에 흡착될 수 있다. 이는 종래의 분석용 시편과 달리 그리드에 에폭시 접착제를 사용하여 시편을 부착시켜 제작하지 않고, 웨이퍼 상에서 예비시편을 직접 가공하여 분석할 수 있는 미세 크기의 분석용 시편(56)이 제작되기 때문이다. 그리고, 분석용 시편(56)은 그리드(58) 간에 발생되는 정전기만으로도 그리드(58) 상에 흡착이 이루어지고, 진공의 분위상에서 분석용 시편(56)의 TEM 측정이 이루어져서 움직임이 일어나지 않는다. 따라서, 에폭시 접착제에 의한 분석용 시편의 오염을 방지할 수 있다.
상기 정전기를 갖는 미세 니들은 일반적으로 유리재질을 사용한다. 그러나, 정전기를 갖는 물질을 사용하여도 아무런 문제가 없다. 즉 정전기적 에너지를 갖는 재질을 사용하는 경우에도 본 발명의 사상에 포함됨은 자명한 사실이다.
상기 그리드(58)는 종래의 말발굽 형상이 아니라 정사각형 모양의 판(plate) 형태이다. 그리고, 그리드(58)는 전자를 투과하는 물질이고, 분석용 시편(56)이 놓여지는 상부 면에 탄소물질로 코팅되어 있다. 이는 TEM 분석용 시편이 전자를 흡착(charging)하는 것을 방지하고, 분석을 더욱 용이하게 하기 위해서이다. 상기 그리드(58)의 코팅된 물질은 탄소로 국한하여 사용하였지만, 이에 국한되지 않고 금속을 제외한 전도성물질 및 전자를 투과시키는 특징을 가지는 물질을 사용하여도 무방하다.
상술한 방법에 의해 형성되는 TEM 분석용 시편은 분석 포인트를 포함하는 웨이퍼 상에서 직접 제작되기 때문에 제작 공정 단계가 감소된다. 또한 분석용 시편을 그리드 상에 부착할 때 에폭시 접착제를 사용하지 않으므로 상기 접착제에 의한 TEM 분석용 시편의 오염을 최소화시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 분석 포인트를 포함하는 웨이퍼를 FIB로 식각하여 TEM분석에 사용되고, 소정 크기를 갖는 시편을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 TEM 분석용 시편을 형성하기 위한 공정 단계가 단축되어, TEM 분석용 시편의 제조시간이 감소되고, 제작 성공률이 증가된다. 또한 에폭시 접착제를 사용하지 않으므로 상기 접착제에 의한 TEM 분석용 시편의 오염을 최소화시킬 수 있다. 때문에 상기 TEM 분석용 시편의 오염에 의해 발생할 수 있는 분석 오류가 감소되어 보다 정밀한 분석을 수행할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (6)
- 분석 포인트를 포함하는 웨이퍼에서 상기 분석 포인트를 식별하기 위한 마크를 형성하는 단계;상기 분석 포인트 상에 보호막을 증착하는 단계;상기 분석 포인트를 포함하면서 상기 분석 포인트의 분석 방향과 수직한 양단면이 형성되도록, 상기 웨이퍼의 소정 부위를 식각하여 예비 시편을 형성하는 단계;상기 웨이퍼로부터 예비 시편을 분리하여 분석용 시편을 형성하는 단계; 및상기 분석용 시편을 그리드 상에 흡착하는 단계를 포함하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 예비 시편을 형성하기 위한 식각은 FIB를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 예비시편을 분리하여 분석용 시편을 형성하는 단계는 웨이퍼 내에 형성되어 있는 예비 시편의 각 부위를 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 분석 포인트의 분석방향과 수직한 양 단면은 600내지1000Å 두께를 갖도록 식각되는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 분석용 시편은 정전기를 갖는 유리재질로 형성된 니들의해 그리드 상에 옮겨져 흡착되는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 그리드는 플레이트 형태를 갖고, 전도성 탄소물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
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