KR100195838B1 - Scribing method for true cross section containing defect and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 결함부의 실단면 형성을 위한 웨이퍼 절단방법 및 그 장치에 관한 것으로, 이온집속장치를 이용하여 고배율의 2차 전자상으로부터 원하는 위치에 마이크론 단위의 정확도를 지닌 흠집을 낸후 이 흠집과 균열의 생성 및 전파기구, 냉각에 의한 균열전파 속도의 촉진이란 파괴역학을 이용한 절단을 조합하여 종래의 분석용 단면제작의 여러 가지 단점을 보완하여 고 정밀도와 양질의 실단면, 짧은 작업시간이란 세가지 요구사항을 충족시킴으로써 고가장비의 활용범위를 넓히고, 제조상 발생할 수 있는 각종 결함이나 원하는 분석위치를 신속하여 정확하게 분석해내는 시편 제조방법을 제공함으로써, 공정개발 업무를 통한 새로운 반도체 제조기술을 개발과 수율을 향상시키고 웨이퍼수준 신뢰성 평가를 통해 제품의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer cutting method for forming a real cross section of a wafer defect portion, and an apparatus thereof, wherein the scratches and cracks are formed after a scratch having a precision of microns in a desired position from a high magnification secondary electron image using an ion focusing device. The promotion of crack propagation speed by the creation, propagation mechanism, and cooling means three aspects of high accuracy, high quality cross section, and short working time to solve various shortcomings of conventional analytical cross-section by combining cutting using fracture mechanics. By satisfying the requirements, the scope of use of expensive equipment is expanded, and the specimen manufacturing method that quickly and accurately analyzes various defects or desired analysis positions that may occur in manufacturing can be provided to develop new semiconductor manufacturing technology and improve yield through process development work. To improve product reliability through wafer-level reliability assessment can do.
Description
제1a도 내지 제1c도는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 결함부의 실단면 형성단계를 도시한 도면.1A to 1C are diagrams illustrating a seal cross section forming step of a wafer defect portion according to a first embodiment of the present invention.
제2도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면.2 shows a second embodiment of the present invention.
제3도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면.3 shows a third embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1,21,31 : 거친크랙(crack) 2,22,32 : 미세크랙1,21,31: Rough cracks 2,22,32: Fine cracks
3 : 예상 절단면 4 : 결함물3: expected cutting plane 4: defect
5 : 패드(pad) 6 : 웨이퍼5 pad 6 wafer
7 : 팁(tip) 8 : 연결부재7: tip 8: connecting member
9 : 호전수단 10 : 하부기판9: improvement means 10: lower substrate
11 : 챔버 13 : 시편11 chamber 13 specimen
14 : 가압부 15 : 지지부14 pressurization 15 support
본 발명은 웨이퍼 결함부의 실단면(true cross section) 형성방법에 관한 것으로, 특히 이온집속장치(focused ion beam; 이하 FIB라 칭함)를 이용하여 웨이퍼 결함부의 주변에 크랙(crack)을 형성한 부 크랙을 시발점으로 하여 결함부를 지나는 고 정밀성을 가진 양호한 실단면을 얻음으로써, 불량분석을 포함한 분석업무의 효율을 증대하며, 결과의 정확도를 향상시킴으로써 신속하고 효과적인 공정개발업무 및 웨이퍼수준 신뢰도 평가 수행에 도움을 주어 반도체 제조이 수율과 제품의 신뢰성을 향상케 하는 웨이퍼 결함부의 실단면 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a true cross section of a wafer defect portion. Particularly, a minor crack in which a crack is formed around a wafer defect portion using a focused ion beam (hereinafter referred to as an FIB). As a starting point, it is possible to obtain good real section with high precision passing through the defect area, to increase the efficiency of analysis work including defect analysis, and to improve the accuracy of the result, which helps to perform the process development work and wafer level reliability evaluation quickly and effectively. The present invention relates to a method for forming a real cross section of a wafer defect portion in which semiconductor manufacturing improves yield and product reliability.
공정개발업무를 통한 새로운 반도체 제조기술을 개발과 수율을 향상시키고 웨이퍼수준 신뢰성 평가를 통해 제품의 신뢰성을 향상시키기 위해서는 무엇보다도 제조과정중 발생할 수 있는 각종 결함이나 원하는 분석위치를 신속하고 정확하게 분석해 내는 것이 중요하다.In order to develop new semiconductor manufacturing technology through process development work, improve yield, and improve product reliability through wafer level reliability evaluation, the most important thing is to quickly and accurately analyze various defects or desired analysis positions that may occur during the manufacturing process. It is important.
가장 신뢰할만한 분석은 결함등의 목표하는 위치에서 웨이퍼의 단면을 찾아 전자현미경과 같은 분석장비를 통해 분석하는 방법이다. 그러기 위해서는 고 정밀도와 양질의 실단면, 짧은 작업시간이란 세가지 요구사항을 충족시켜야 한다. 그러나 상기와 같은 요건을 만족시키는 적당한 단면제조공정이 없었다.The most reliable analysis is to find the cross section of the wafer at the target location of the defect and analyze it through an analytical device such as an electron microscope. To do this, it has to meet three requirements: high precision, good quality section and short working time. However, there is no suitable cross-sectional manufacturing process that satisfies the above requirements.
종래의 단면제조 방법과 그 특징들을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the conventional cross-sectional manufacturing method and its features are as follows.
첫째로 연마(polishing)의 방법에 대해 살펴보면, 상기 연마방법은 시편을 적당한 크기로 잘라 에폭시 수지등에 몰딩(molding)하고 종류에 따른 연마제를 사용하여 기계적으로 연마함으로써 원하는 분석 위치를 찾아가는 방법으로서 정확도는 비교적 높으나 공정상 시간이 많이 걸리고 시행착오가 많아 작업하기 힘들며 기계적 마찰에 의한 스며듬, 응력에 의한 파괴 오염물질의 축적등에 의해 단면의 상태가 영향을 받아 실단면을 얻기 힘든 문제점이 있다.First of all, the polishing method is a method of finding a desired analysis position by cutting a specimen into an appropriate size, molding an epoxy resin, etc., and polishing it mechanically using an abrasive according to the type. Although it is relatively high, the process takes a lot of time, and trial and error is difficult to work, there is a problem that the cross-sectional state is affected by the permeation due to mechanical friction, accumulation of destructive pollutants due to stress, etc., it is difficult to obtain a real cross section.
둘째로, FIB를 이용한 이온 비임 밀링(ion beam milling) 방법이 있는데, 상기의 방법은 FIB의 여러 기능중 절단기능을 이용해 높은 에너지의 이온비임을 통해 분석 위치영역을 절단해 내는 방법이다. 그러나 이 방법은 정확도는 높으나 높은 에너지의 이온비임을 사용하는 관계로 국부적인 용융과 구조의 손상이 생길 수 있어 실단면을 얻기 힘들며 작업시간이 길고 절단면이 각도를 지니게 되어 분석 및 관찰이 어려운 문제점이 있다.Secondly, there is an ion beam milling method using FIB, which is a method of cutting an analysis position region through a high energy ion beam using a cutting function among various functions of the FIB. However, this method has high accuracy but high energy ion beam, which can cause local melting and damage of structure, so it is difficult to obtain real section, long working time and angle of cutting section make it difficult to analyze and observe. have.
셋째로 파괴절단 방법이 있는데, 상기 파괴절단 방법은 다이아몬드와 같은 세라믹 팁(tip)을 이용하여 불량결함 위치 근처의 가장자리에 흠집을 내어 손이나 적당한 도구로 잘라내는 방법으로 실단면을 얻을 수는 있으나 정확도가 떨어져 실패확률이 높고 분석할 결함의 양이 적을 경우 실패에 따른 분석불가라는 치명적인 결점이 있다. 또한, 세라믹 팁의 관리도 어려움이 따르는 등의 많은 문제점이 많다.Third, there is a fracture cutting method. The fracture cutting method uses a ceramic tip such as diamond to scratch the edge near the defective location, thereby cutting the cross section using a hand or a suitable tool. When the accuracy is low and the probability of failure is high and the amount of defects to be analyzed is small, there is a fatal defect that cannot be analyzed due to failure. In addition, there are many problems such as difficulty in managing the ceramic tips.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 FIB의 2차전자 검출기를 통하여 발견된 상을 이용해 원하는 단면의 위치를 찾고, 찾아진 위치 주위에 FIB의 절단 기능을 통해 정교한 크랙(흠집)을 형성한 다음, 형성된 크랙을 균열전파의 시발점으로 이용해 파단면을 얻음으로써 고정밀의 양호한 실단면을 빠른 시간에 얻음으로써 정확한 불량분석 및 관찰을 가능케 하는 웨이퍼 결함부의 실단면 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above problems, the present invention finds the position of the desired cross-section using the image found through the secondary electron detector of the FIB, and forms a precise crack through the cutting function of the FIB around the found position. Then, by using the formed crack as the starting point of crack propagation, the fracture surface is obtained to obtain a high-precision good cross section in a short time, and to provide a method for forming the cross section of the wafer defect portion that enables accurate defect analysis and observation. .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 웨이퍼 결함부의 실단면을 형성하기 위한 웨이퍼 절단방법에 있어서, 이온집속장치의 2차 전자상과 스테이지 컨트롤러를 이용하여 필요한 배율에서 웨이퍼 결함부의 위치를 선정하는 단계와, 상기 웨이퍼 결함부의 주변에 상기 이온접속장치의 소정 주사방법을 이용하여 제1차 절단조건하에서 균열생성의 시발점이 될 거친크랙을 형성하는 단계와, 상기 거친크랙의 인접부에 상기 이온집속장치의 소정 주사방법을 사용하여 제2차 절단조건하에서 균열전파의 시발점이 될 미세크랙을 형성하는 단계와, 상기 결함부와 크랙이 포함된 일정크기의 시편을 웨이퍼로부터 잘라내는 단계와, 상기 크랙이 형성된 부위에 외부하중을 가하여 결함부를 지나는 실단면을 형성하는 단계로 구성된다.A feature of the present invention for achieving the above object is to select a position of a wafer defect portion at a necessary magnification by using a secondary electron image of the ion focusing device and a stage controller in the wafer cutting method for forming the actual cross section of the wafer defect portion. Forming a rough crack to be the starting point of crack generation under a first cutting condition by using a predetermined scanning method of the ion connecting device around the wafer defect portion; Forming a microcracks that will be the starting point of crack propagation under a second cutting condition using a predetermined scanning method of the device, cutting a predetermined size specimen containing the defects and cracks from the wafer, and The external load is applied to the formed portion to form a seal cross section passing through the defect portion.
상기 크랙이 형성된 부위에 외부하중을 가하여 결함부를 지나는 실단면을 형성하는 단계로 구성한다.The external load is applied to a portion where the crack is formed to form a seal cross section passing through the defect portion.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 웨이퍼 결함부 및 크랙을 포함한 시편의 상부에 일정 하중을 인가하여 크랙을 시발점으로 하는 예상 절단면을 따라 절단으로 웨이퍼 절단장치에 있어서, 하부지지대와 상기 하부지지대의 상부로 내부에 절단된 상태의 웨이퍼 시편을 장착하는 챔버와, 상기 챔버의 하버면에 장착된 시편의 상부에서 서서히 압력을 가하여 시편을 절단하는 가압부와, 상기 가압부를 측면에서 지지하는 지지부로 구성됨에 있다.Another feature of the present invention for achieving the above object is a wafer cutting device in the wafer cutting device by cutting along an expected cutting surface with a crack as the starting point by applying a certain load to the top of the specimen including the wafer defect and cracks, the lower support and the lower A chamber for mounting the wafer specimen in the state of being cut into the upper portion of the support, a pressing portion for cutting the specimen by gradually applying pressure from an upper portion of the specimen mounted on the harbor surface of the chamber, and a supporting portion for supporting the pressing portion from the side surface. It consists of.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명을 하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
제1a도 내지 제1c도는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 패드(5) 사이에 위치한 결함부(4)의 실단면 형성방법을 도시한 도면이다.1A to 1C are diagrams illustrating a method for forming a seal cross section of the defect portion 4 located between the wafer pads 5 according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 결함부(4)의 실단면 형성방법은 먼저, FIB의 제1차 및 제2차 전자상과 스테이지 컨트롤러를 이용하여 필요한 배율에서 결함이나 단면을 원하는 위치를 선정하여 모니터의 중앙에 위치시킨다.In the method for forming a real cross section of the wafer defect portion 4 according to the first embodiment of the present invention, first, a defect or a cross section is desired at a desired magnification using the first and second electron images of the FIB and the stage controller. Select it and place it in the center of the monitor.
다음, 제1a도에 도시된 바와같이, 아래의 1차 절단 조건으로 균열생성의 시발점이 될 거친크랙(1)을 형성한다. 장비의 주사방법(scanning mode)은 스팟모드(spqt mode)를 사용한다.Next, as shown in FIG. 1A, the rough crack 1 to be the starting point of crack formation is formed under the first cutting conditions below. The scanning mode of the equipment uses the spot mode.
상기 1차 절단조건은 다음과 같다.The primary cutting conditions are as follows.
- 가속전압(accelerating voltage) : 30kVAccelerating voltage: 30kV
- 이온비임전류(beam current) : 3-5nA-Ion beam current: 3-5nA
- 조리개(aperture) : No. 0-Aperture: No. 0
다음, 아래와 같은 2차 절단 조건으로 균열전파의 시발점이 될 제1a도의 미세크랙(2)을 형성한다. 이때 상기 미세크랙(2)은 고배율에서 주사방법(scanning mode)의 축소모드(reduce mode)를 이용하여 마이크론(㎛)범위 혹은 그 이하의 범위에서 조절하도록 하며 원하는 단면을 결정하는 역할을 한다.Next, the microcracks 2 of FIG. 1a to be the starting point of the crack propagation are formed under the following secondary cutting conditions. At this time, the microcracks 2 may be adjusted in a micron range or less by using a reduce mode of a scanning mode at a high magnification and determine a desired cross section.
상기 2차 절단조건은 다음과 같다.The secondary cutting conditions are as follows.
- 가속전압(accelerating voltage) : 30kVAccelerating voltage: 30kV
- 이온비임전류(beam current) : 500-800pAIon beam current: 500-800pA
- 조리개 : No.1 혹은 No.2-Aperture: No.1 or No.2
상기 작업이 완료되면 FIB로부터 시편을 꺼내고 제1b도에 도시된 바와같이, 생성된 크랙(1,2)의 주위를 다이아몬드 팁(tip)을 이용하여 대략적인 시편 절단 작업을 할 수 있도록 흠집을 내고 손으로 잘라낸다. 이때 미세크랙(2)의 방향이 제1b도에 나타낸 바와같이 짧은 길이의 면이 될 수 있도록 한다.Upon completion of the operation, remove the specimen from the FIB and scratch the specimen around the cracks (1, 2) to be used for rough cutting using a diamond tip as shown in FIG. Cut by hand. At this time, the direction of the microcracks 2 may be a plane of short length as shown in FIG.
제1c도는 상기 제1b도의 시편을 크랙(2)의 방향을 따라 절단하는 장치를 도시한 도면이다.FIG. 1C is a diagram showing an apparatus for cutting the specimen of FIG. 1B along the direction of the crack 2.
상기 제1b도에 도시된 크랙부 방향을 따라 시편을 절단하는 절단장치는 하부지지대(10)와, 상기 하부지지대의 상부로 내부에 절단된 상태의 웨이퍼시편(13)을 장착하는 챔버(11)와, 상기 챔버(11)내에 장착된 시편(13)의 크랙방향을 따라 상부에서 서서히 압력을 가하여 시편(13)을 절단하는 가압부(14) 및 상기 가압부(14)를 측면에서 지지하는 지지부(15)로 구성된다.The cutting device for cutting the specimen in the crack part direction shown in FIG. 1b includes a lower support 10 and a chamber 11 for mounting a wafer specimen 13 cut into an upper portion of the lower support. And a pressurizing portion 14 for cutting the specimen 13 by gradually applying pressure from the upper portion along the crack direction of the specimen 13 mounted in the chamber 11 and a support portion for supporting the pressing portion 14 from the side. It consists of 15 pieces.
이때, 상기 가압부(14)는 최하부에 선단이 뽀족한 팁(7)이 형성되고, 상기 팁(7)은 연결부재(8)에 의해 연결되고 상기 연결부재(8)는 기어변환수단(미도시)에 의해 회전핸들(9)에 조작되도록 하여 수작업에 의해 상하로 이동이 되도록 구비되어 있다.At this time, the pressing portion 14 has a tip 7 having a sharp tip at the bottom thereof, the tip 7 is connected by a connecting member 8 and the connecting member 8 is a gear shifting means (not shown). It is provided to be moved up and down by hand by operating the rotary handle (9) by the time).
상기 제1b도 까지에서 웨이퍼 결함부 주위를 절단하여 대략적인 시편(13) 절단작업이 완료되면, 상기 제1c도의 시편절단 장치를 사용하여 절단하되, 절단장치 가압부(14)의 팁(7)을 시편(13)의 하부표면에 형성된 크랙(1,2)에 작용시켜 응력에 의한 균열의 생성 및 전파 기구(mechanism)를 이용하여 예상절단면(3)을 따라 절단한다.When the cutting of the approximate specimen 13 is completed by cutting around the wafer defects in FIG. 1B, the cutting is performed using the specimen cutting device of FIG. 1C, but the tip 7 of the cutting device pressing unit 14 is cut. Is applied to the cracks 1, 2 formed on the lower surface of the specimen 13, and is cut along the expected cutting plane 3 using crack generation and propagation mechanisms due to stress.
이때, 시편(13)이 놓여지는 챔버(11)내부에 액체질소를 채워 시편(13)의 온도를 떨어뜨림으로써 취성을 강화함과 아울러, 균열 전파속도를 향상시키고 회로내 금속성분등과 같은 재료의 질량효과(mass effect)를 감소케하여 깨끗한 표면이 얻어질 수 있도록 유도한다.At this time, by filling the liquid nitrogen inside the chamber 11 in which the specimen 13 is placed to lower the temperature of the specimen 13, the brittleness is enhanced, the crack propagation speed is improved, and the material such as metal components in the circuit is improved. It reduces the mass effect and induces a clean surface.
제2도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 단면이다.2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예에서 있어서는, 상기 제2도에 도시된 바와같이, 먼저 미세 크랙(22)의 형성을 주사방법(scannign mode)의 축소 모드(reduce mode)를 이용해 상기 제1실시예에서의 미세크랙(2)을 형성할 경우와 동일한 조건으로 가늘고 길게 먼저 형성한 후, 시편을 FIB로부터 꺼내고 난 다음, 적당한 낮은 배율의 입체 광학현미경과 다이아몬드 팁(tip)을 이용하여 거친크랙(21)을 형성한다.In the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the formation of the fine cracks 22 is first performed in the first embodiment using a reduce mode of a scanning mode. After forming the first thin and long under the same conditions as in the case of forming the microcracks 2, the specimens were removed from the FIB, and then subjected to the coarse cracks 21 using a suitable low magnification stereoscopic microscope and a diamond tip. To form.
제3도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 단면이다.3 is a cross-sectional view showing the third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3실시예에서는, 상기 제3도에 도시된 바와같이, 먼저 거친크랙(31)의 형성을 주사방법의 축소모드를 이용하여 상기 제1실시예에서의 거친크랙(1)을 형성할 경우와 동일한 조건으로 하여 사각형 형태로 짧은 시간 형성한 후, 다시 상기 제1실시예에서의 미세크랙(2) 형성시와 같은 조건으로 하여 미세흠집(32)을 형성한 후, FIB로부터 꺼낸 후, 적당한 낮은 배율의 입체 광학현미경과 다이아몬드 팁을 이용하여 최종흠집(43)을 형성한다.In the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, first, the formation of the coarse crack 31 is performed by using the reduction mode of the scanning method to form the coarse crack 1 in the first embodiment. After forming a short time in the form of a rectangle under the same conditions as in the case, and again forming the micro scratches 32 under the same conditions as in the formation of the microcracks 2 in the first embodiment, and then taken out from the FIB The final scratch 43 is formed using a suitable low magnification stereoscopic microscope and a diamond tip.
따라서 웨이퍼상의 결함부를 지나는 절단면을 원활히 얻기위한 상기 크랙부 형성은 상기와 같이 다양한 형태로 형성할 수 있으며, 시편절단장치의 특성을 고려하여 적절한 형태의 미세크랙 및 거친크랙을 형성할 수 있다.Therefore, the crack part formation for smoothly obtaining the cutting surface passing through the defect portion on the wafer may be formed in various forms as described above, and in consideration of the characteristics of the specimen cutting device, it is possible to form fine cracks and coarse cracks of appropriate shapes.
이상, 상술한 바와같이 본 발명에 따른 웨이퍼 결함부의 실단면 형성을 위한 웨이퍼 절단방법은 FIB를 응용하여 고배율의 2차 전자상으로부터 원하는 위치에 마이크론 단위의 정확도를 지닌 흠집을 낸후 이 흠집과 균열의 생성 및 전파기구, 냉각에 의한 균열전파 속도의 촉진이란 파괴역학을 이용한 절단을 조합하여 상기한 종래의 분석용 단면제작의 여러 가지 단점을 보완하여 고 정밀도와 양질의 실단면, 짧은 작업시간이란 세가지 요구사항을 충족시킴으로써 고가 장비의 활용범위를 넓히고, 제조상 발생할 수 있는 각종 결함이나 원하는 분석위치를 신속하고 정확하게 분석해내는 시편 제조방법을 제공함으로써, 공정개발 업무를 통한 새로운 반도체 제조기술을 개발과 수율을 향상시키고 웨이퍼수준 신뢰성 평가를 제품의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.As described above, in the wafer cutting method for forming the actual cross section of the wafer defect portion according to the present invention, the FIB is applied to the scratches and the cracks after the micron-scale scratches are generated at the desired positions from the secondary electron image of high magnification. Acceleration of crack propagation speed by creation, propagation mechanism and cooling is combined with cutting using fracture mechanics to solve the above-mentioned disadvantages of the conventional analytical cross-section. By satisfying the requirements, we can expand the scope of use of expensive equipment and provide specimen manufacturing methods that can quickly and accurately analyze various defects or desired analysis locations that may occur during manufacturing, thereby developing and yielding new semiconductor manufacturing technology through process development work. To improve the reliability of the product There.
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