KR100244922B1 - 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법 - Google Patents

반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체공정 중 스퍼터링공정 등에서 메탈타겟으로 사용되는 금속합금에 포함된 불순물을 분석하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법은 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기를 사용하여 레이저 삭마기에 의하여 샘플을 원자수준으로 미분하고, 이 미분된 샘플을 질량분석하여 샘플의 성분비를 측정함에 특징이 있는 것이다.
따라서, 알루미늄합금 등과 같은 금속합금에 대하여 종래의 습식 금속합금 분석방법에 비하여 현저하게 단순하고도 신뢰도가 높은 분석결과를 용이하게 수득할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법
본 발명은 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체공정 중 스퍼터링공정 등에서 메탈타겟으로 사용되는 금속합금에 포함된 불순물을 분석하는 방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 유전체층, 반도체층 및 도체층과 같은 여러 층들을 구비하여야 하며, 금속공정(metallization)은 웨이퍼 상에 도체층을 형성시키는 공정으로서, 주로 표면배선을 형성시키기 위하여 사용된다.
상기에서 금속공정이라 함은 주로 웨이퍼 상에 금속막을 형성시키기 위한 공정으로서, 주로 진공증착이나 스퍼터링 및 화학기상증착 등의 공정기술이 사용될 수 있다.
상기 금속공정에 사용되는 주요 금속으로는 금, 알루미늄, 구리, 티탄, 백금 및 텅스텐 등을 들 수 있으며, 이들 모두 순수금속 또는 금속합금의 형태로 사용될 수 있으며, 특히 배선금속으로서 알루미늄은 매우 우수한 성질들을 갖추고 있어 대량으로 그리고 가장 빈번하게 사용되기 때문에 이하에서는 주로 알루미늄 또는 알루미늄합금에 대하여 본 발명을 기술하기로 한다. 그러나, 비록 본 발명이 알루미늄에 대하여만 기술하고 있기는 하나, 본 발명은 알루미늄을 포함한 모든 금속 또는 금속합금들에 적용될 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 자명하게 이해될 수 있는 것이다.
알루미늄은 전기전도도가 높고, 이산화규소(Silicon dioxide : SiO2), 즉 산화막에 잘 부착되고, 일반적인 포토마스킹 기술에 의한 패턴의 형성이 용이하고, 고순도(99.9999 내지 99.99999%)로 정제하기 쉽고, 금속실리콘과 전기적 접촉이 잘 이루어질 수 있는 등 반도체 장치를 제조하기 위한 웨이퍼에 적용하는데 매우 유리한 물리적 및 전기적 성질들을 갖추고 있어 널리 사용되고 있다.
그러나, 이러한 장점들이 있는 반면에, 전기적이동과 얼로이형성(Alloy Formation)으로 지칭되는 단점들도 있다. 전기적이동(Electromigration)은 알루미늄선으로 배선된 반도체 장치의 동작 중에 알루미늄선에 전장(Electric field)이 걸려 알루미늄의 이동이 일어나는 현상을 의미하는 것으로서, 전장 뿐만 아니라 알루미늄선을 통하는 전류에 의한 열의 발생 및 알루미늄선에 온도기울기가 있을 때에도 전기적이동이 일어나 알루미늄선이 단락되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 얼로이형성은 좋은 저항성접촉을 형성하기 위한 열처리공정에서 가해지는 온도에서 알루미늄과 실리콘이 단독으로는 용융되지 않으나, 이들이 동시에 존재하는 경우, 용융될 수 있으며, 이 온도를 공융점(Eutectic Point)라 하며, 대략 460°이상의 온도이며, 따라서 열처리공정의 열처리온도를 450°로 제한하여, 우수한 접촉과 공융현상의 발생을 억제토록 하고 있으나, 이러한 온도제한은 결국 알루미늄선과 실리콘 사이의 접촉이 양호하게 얻어지지는 않는 것으로 밝혀졌다.
상기한 얼로이형성 등의 문제점을 해결하기 위하여 순수한 알루미늄 대신에 0.1 내지 2 중량%의 실리콘 또는 구리 등이 혼합된 알루미늄합금이 주로 사용될 수 있다.
상기 실리콘 또는 구리 등이 혼합된 알루미늄합금은 열처리공정에서 자체에 포함된 실리콘과 공융하기 때문에 열처리온도를 높여 알루미늄선과 실리콘 사이에 양호한 접촉이 이루어지도록 한다.
그러나, 웨이퍼 상에 증착되어 알루미늄막을 이루는 알루미늄합금 중에 혼합된 실리콘이나 구리는 그 자체가 알루미늄막 중에서 불순물로 작용할 수 있으며, 이들의 알루미늄막 중에서의 분포와 거동에 따라 반도체 장치의 제조에서 공정불량이 일어날 수 있으며, 특히 편석(偏析 : segregation)이나 실리콘 노듈(Silicon Nodule : 알루미늄 중에 실리콘원자들이 괴상으로 뭉쳐지는 현상) 등을 형성하며, 이들은 에칭공정에서 에칭이 이루어지지 않거나, 과도한 에칭이 일어나게 하는 원인이 될 수 있으며, 금속의 부식, 전기적이동, 응력이동(Stress migration), 알루미늄선의 단선 및 알루미늄의 스파이크(Spike)현상에 의한 누설(leakage)의 유발 등의 문제점을 발생시켜 결과적으로 반도체 장치의 수율을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
특히, 최근에는 반도체 장치의 대량 생산을 위하여 반도체 장치용으로 적절한 알루미늄합금이 개발되어 상용적으로 공급되고 있으며, 이들 알루미늄합금들은 주로 실리콘 및/또는 구리 등을 0.1 내지 2 중량%의 범위내에서 소정의 양으로 정확하게 혼합시켜서 공급되고 있어, 이를 직접 반도체 장치의 제조용으로 사용할 수 있도록 함으로써 진공증착이나 스퍼터링 등에 의한 증착시에 타겟소재로서 사용할 수 있도록 되어 있는 것이 일반적이다. 그러나, 비록 알루미늄합금내의 실리콘 및/또는 구리들의 함량이 정확하게 조절되어 혼합되어 있다고는 하여도 실리콘이나 구리의 분포까지 정확하게 조절될 수는 없으며, 따라서 사용하고자 하는 알루미늄합금의 정확한 분석이 요구되고 있다.
습식법으로 일컬어지는 종래의 알루미늄합금의 분석방법을 도1에 개략적으로 나타내었다.
종래의 습식 알루미늄합금 분석방법은 도1의 분석공정순서도에 기재된 바에 따라 (1) 괴상의 알루미늄합금의 일부를 절단하고 중량을 측정하는 샘플절단단계, (2) 절단해낸 샘플을 수산화나트륨이 용해된 탈이온수로 세정하는 세정단계, (3) 상기 샘플을 용해시키는데 사용되는 전처리용기를 세정하는 전처리용기세정단계, (4) 상기 세정된 전처리용기에 샘플과 용매를 투입하는 샘플투입단계, (5) 상기 전처리된 샘플을 희석하는 희석단계, (6) 상기 전처리된 샘플의 중량 및 비중을 측정하는 측정단계, (7) 상기 전처리용기와는 별도의 샘플용기를 세정하는 샘플용기세정단계, (8) 희석된 샘플을 상기 샘플용기에 투입하는 희석샘플투입단계, (9) 원자흡광분광기 등의 통상의 분석기기를 사용하여 분석하는 분석단계로 이루어진다. 이와같은 종래의 습식 알루미늄합금 분석방법으로는 적어도 9단계의 복잡한 단계들을 거쳐야 하며, 전처리용기와 샘플용기 등 샘플을 취급하는데 필수적으로 사용되는 용기들을 세정하는 등 시간이 많이 걸리고, 번거로운 작업이었으며, 특히 98 중량% 이상을 차지하는 알루미늄합금을 완전히 용해시킴과 동시에 그에 포함된 불순물들까지 완전히 용해시켜야 정확한 분석결과를 수득할 수 있으며, 이를 위하여 염산(HCl)과 같은 강산을 용매로 사용하여야나, 이들 알루미늄과 불순물들의 완전한 용해는 어려운 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 0.2 중량%의 실리콘 + 0.5% 중량%의 구리 + 99.3 중량%의 알루미늄의 조성의 알루미늄합금은 염산으로 완전 용해가 가능하나, 1.0 중량%의 실리콘 + 0.5% 중량%의 구리 + 98.5 중량%의 알루미늄의 조성의 알루미늄합금 또는 1.0 중량%의 실리콘 + 99 중량%의 알루미늄의 조성의 알루미늄합금 등은 염산만의 사용으로는 완전한 용해가 불가능함이 실험적으로 밝혀졌으며, 합금의 불완전한 용해는 분석결과에 매우 큰 영향을 주며, 정확한 분석결과의 수득을 불가능하게 하는 문제점이 있었다.
더욱이, 분석공정이 전체적으로 습식으로 이루어지고, 또 용매로 강산을 사용하기 때문에 용매의 순도, 용해에 사용되는 용기로부터의 오염 등 분석결과에 영향을 줄 수 있는 다른 인자들의 개입의 우려가 크고, 그에 따라 분석결과의 신빙성이 저하되는 문제점이 있었다.
상기한 문제점들은 비단 알루미늄합금에 국한된 문제는 아니며, 모든 금속 또는 금속합금들에 공통되는 것으로서, 새로운 금속 또는 금속합금의 분석방법을 개발할 필요성이 있었다.
본 발명의 목적은, 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 새로운 분석방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금 중 특정의 금속성분들의 함량을 정확하게 분석하는 분석방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 금속합금의 분석방법을 순서적으로 도시한 분석공정순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속합금의 분석방법을 순서적으로 도시한 분석공정순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분석방법에서 알루미늄합금에 대한 스퍼터링 시간에 따른 실리콘 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 분석방법에서 알루미늄합금에 대한 스퍼터링 시간에 따른 구리 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 분석방법에서 알루미늄합금에 대한 알루미늄합금에 대한 분석시간에 따른 실리콘 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 분석방법에서 알루미늄합금에 대한 알루미늄합금에 대한 분석시간에 따른 구리 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 분석방법에서 알루미늄합금에 대한 레이저출력에 따른 실리콘 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 분석방법에서 알루미늄합금에 대한 레이저출력에 따른 구리 분석결과를 나타내는 그래프이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법은, (1) 괴상의 금속합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기를 사용하여 스퍼터링시키고 이를 질량분석기에 도입시켜 질량분석하는 스퍼터링분석단계 및 (4) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어진다.
상기 (3)의 스퍼터링분석단계에서 사용되는 레이저 삭마기로는 ICP-MS(Induced Coupled Plasma - Mass Spectroscopy)가 사용될 수 있으며, 그 에너지원으로서의 레이저로 Nd-YAG 레이저가 사용될 수 있다.
또한, 상기 (4)의 보정단계에서 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과와 적어도 한가지의 순수한 기체에 대한 분석결과에 의한 3점 보정곡선을 기준으로 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어진다.
상기 순수한 기체로는 불활성의 기체가 사용될 수 있으며, 특히 바람직하게는 아르곤가스가 사용된다.
본 발명에 따른 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법은, (1) 괴상의 금속합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기를 사용하여 스퍼터링시키는 스퍼터링단계, (4) 상기 (3)의 스퍼터링단계에 의하여 분리되어 나온 금속성분들 중 분석하고자 하는 소정의 금속성분의 질량에 따른 곡률반경이 통과하는 경로에 검출기의 입구를 위치시켜 소정의 금속성분 만을 검출토록 하는 선택검출단계 ; 및 (5) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어진다.
특히, 반도체 제조공정에서 스퍼터링공정용 타겟으로 주로 사용되는 알루미늄합금의 분석방법은, (1) 괴상의 알루미늄합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기로 ICP-MS(Induced Coupled Plasma - Mass Spectroscopy)를 사용하여 스퍼터링시간을 55 내지 70초의 범위 이내로 수행하고, 분석시간을 5 내지 45초의 초기검지시간과 5 내지 15초의 샘플검지시간의 범위 이내로 수행하고, 그리고 레이저출력을 565 내지 575볼트의 범위 이내로 수행하여 스퍼터링시키고 이를 질량분석기에 도입시켜 질량분석하는 스퍼터링분석단계 ; 및 (4) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어진다.
상기 레이저 삭마기에 의한 알루미늄합금 분석의 경우, 상기 (3)의 스퍼터링분석단계에서 레이저 삭마기의 스퍼터링시간은 55 내지 70초의 범위 이내로 수행한다.
상기 레이저 삭마기에 의한 알루미늄합금 분석의 경우, 상기 (3)의 스퍼터링분석단계에서 레이저 삭마기의 분석시간은 5 내지 45초의 초기검지시간(Uptake time)과 5 내지 15초의 샘플검지시간(Acquisition time)의 범위 이내로 수행한다.
상기 레이저 삭마기에 의한 알루미늄합금 분석의 경우, 상기 (3)의 스퍼터링분석단계에서 레이저 삭마기의 레이저출력은 565 내지 575볼트의 범위 이내로 수행한다.
상기 (4)의 보정단계에서 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과와 적어도 한가지의 순수한 기체에 대한 분석결과에 의한 3점 보정곡선을 기준으로 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어진다.
상기에서 순수한 기체로는 불활성의 기체가 사용될 수 있으며, 특히 바람직하게는 아르곤가스가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금 중 특정의 금속성분들의 함량을 분석하는 분석방법은, (1) 괴상의 알루미늄합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기로 ICP-MS(Induced Coupled Plasma - Mass Spectroscopy)를 사용하여 스퍼터링시간을 55 내지 70초의 범위 이내로 수행하고, 분석시간을 5 내지 45초의 초기검지시간과 5 내지 15초의 샘플검지시간의 범위 이내로 수행하고, 그리고 레이저출력을 565 내지 575볼트의 범위 이내로 수행하여 스퍼터링시키고 이를 질량분석기에 도입시켜 질량분석하는 스퍼터링분석단계 및 (4) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법은 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기를 사용하여 레이저 삭마기에 의하여 샘플을 원자수준으로 미분하고, 이 미분된 샘플을 질량분석하여 샘플의 성분비를 측정함에 특징이 있는 것이다.
즉, 상기한 금속합금의 분석방법은, 샘플절단단계, 샘플의 표면처리단계, 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기로 질량분석하는 스퍼터링분석단계 및 분석결과를 보정하는 보정단계의 순으로 이루어지며, 이를 단계적으로 기술하면, 상기 분석방법은 (1) 괴상의 금속합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기(Mass Spectroscopy)가 일체화된 레이저 삭마기(Laser ablation instrument)를 사용하여 스퍼터링시키고 이를 질량분석기에 도입시켜 질량분석하는 스퍼터링분석단계 및 (4) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어진다.
상기 (1)의 샘플절단단계는 괴상의 금속합금의 일부를 절단하여 샘플링하는 단계로서 금속시료를 비롯한 여러 시료들의 통상적인 전처리단계로 이해될 수 있는 것이다.
상기 (2)의 표면처리단계는 레이저 삭마기에 의한 삭마를 위한 전처리단계로서 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩(grinding)하고 폴리싱(polishing)하는 등의 일반적인 표면처리(surface treatment)가 수행되는 것으로 이해될 수 있는 것이다.
상기 (3)의 스퍼터링분석단계는 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기를 사용하여 스퍼터링시키고 스퍼터링에 의하여 원자수준으로 미분된 샘플을 직접적으로 질량분석기에 도입시켜 질량분석하는 것으로서, 여기에서 스퍼터링(sputtering)이라 함은 물리적인 공정의 일종으로서, 이온화된 아르곤(Ar)원자를 타겟으로서의 금속합금에 반복적으로 충돌시키는 것을 의미하며, 이온화된 아르곤원자의 금속합금에의 충돌이 반복됨에 따라 그 충격력으로 금속합금으로부터 금속성분들이 분리되어 나오게 되며, 이는 임의의 다른 위치에 침적되게 된다. 본 발명에서는 이렇게 분리되어 나온 금속성분들을 직접 질량분석기로 도입하여 질량분석함으써 분리된 금속성분의 검출강도로부터 그 금속성분의 금속합금 중에서의 함량을 수득하는 것이다. 금속성분의 검출강도로부터의 함량수득은 검출강도 즉, 세기(intensity)가 그 금속성분의 금속합금 중에서의 함량에 직접적으로 비례4함이 이론적으로나 실험적으로 입증될 수 있기 때문에 이를 바탕으로 금속합금을 조성하는 각 금속성분들의 함량을 수득할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 이온화된 아르곤원자의 반복적인 충돌에 의하여 금속합금으로부터 그 금속합금을 조성하는 각 금속원자들이 분리되어 나오게 되며, 확률적으로 보아 보다 많은 함량으로 포함된 금속성분들이 보다 많이 분리되어 나올 수 있음은 수학의 일반적인 확률론에 의하여도 쉽게 이해될 수 있으며, 그에 따라 이들 분리된 금속성분들을 직접 질량분석기로 도입시켜 질량분석함으로써 분석된 각 성분들의 검출강도가 그 금속성분의 금속합금 중에서의 함량에 직접적으로 비례한다는 것은 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다.
특히, 상기 질량분석을 위한 질량분석기는 통상의 질량분석기가 사용될 수 있으며, 이는 전자충격 등에 의하여 분석시료를 이온화한 후, 이온화된 분석시료를 자장 중에 놓이도록 하여 자장과 이온화된 분석시료 간의 정전기적 인력에 의한 추진력을 분석시료가 원형으로 가속되도록 하며, 이때의 분석시료의 원형곡선에 따른 가속시에 그 경로는 고전적인 뉴튼의 운동법칙에 따라 분석시료의 시료의 질량에 따른 함수가 되며, 그에 따라 동일한 자장 중에서의 분석시료의 경로는 분석시료의 질량이 증가할수록 반경이 큰 경로를 취하게 되는 원리를 이용하여 분석시료들을 질량별로 분석하는 분석기기의 일종으로 이해될 수 있다.
마지막으로 상기 (4)의 보정단계는 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 미지의 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어지며, 이 보정단계에 의하여 일반적으로 검출강도(intensity) 등의 항목으로 나타나는 분석결과를 기준하여 그 금속성분의 금속합금 중에서의 함량을 측정할 수 있도록 한다.
이는 금속성분의 금속합금 중에서의 함량이 상기 분석결과에서의 검출강도에 직접 비례한다는 것이 이론적으로나 실험적으로 입증되었기 때문에 간단한 비례개념으로나 또는 마이크로프로세서 등에 의하여 산출할 수 있음은 당연히 이해될 수 있는 바이다.
특히, 상기 (3)의 스퍼터링분석단계에서 사용되는 레이저 삭마기로는 통상의 ICP-MS(Induced Coupled Plasma - Mass Spectroscopy)가 사용될 수 있으며, 이러한 통상의 레이저 삭마기를 사용하여 금속합금으로서 통상의 반도체공정에서의 스퍼터링용 알루미늄합금을 분석하는 경우에서는 상기 (3)의 스퍼터링분석단계에서 레이저 삭마기의 스퍼터링시간은 55 내지 70초의 범위 이내로 수행하고, 분석시간은 5 내지 45초의 초기검지시간(Uptake time)과 5 내지 15초의 샘플검지시간(Acquisition time)의 범위 이내로 수행하고, 그리고 레이저출력은 565 내지 575볼트의 범위 이내로 수행하는 것이 최적의 결과를 얻을 수 있음이 실험적으로 밝혀졌다.
여기에서 에너지원으로서의 레이저로는 Nd-YAG레이저와 같은 고출력의 고체레이저가 사용될 수 있으며, 이러한 레이저들은 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것임은 자명하게 이해될 수 있는 것이다.
그러나, 이는 통상의 알루미늄합금에 대하여 조정될 수 있는 변수들로서, 금속합금이 달라지는 경우에는 그 분석조건들도 달라질 수 있음은 자명한 것이다.
특히, 상기 (4)의 보정단계에서 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과와 적어도 한가지의 순수한 기체에 대한 분석결과에 의한 3점 보정곡선을 기준으로 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어질 수 있으며, 이는 보정기준을 증대시킴으로써 분석결과의 신뢰성을 증대시키는 것으로 이해될 수 있으며, 특히 질량분석에서의 일산화탄소(CO), 질소(N2) 또는 산화질소(NO) 등의 화학종에 의한 방해에 따른 오차를 줄이기 위하여 아르곤가스만을 주입하면서 분석하는 분석이 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금 중 특정의 금속성분들의 함량을 분석하는 분석방법은, 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기를 사용하여 레이저 삭마기에 의하여 샘플을 원자수준으로 미분하고, 이 미분된 샘플을 질량분석기로 도입시키기 전에 이온화된 금속성분들 중 분석하고자 하는 소정의 금속성분의 질량에 따른 곡률반경이 통과하는 경로에 검출기의 입구를 위치시켜 소정의 금속성분 만을 검출토록 하는 선택검출단계에 의하여 질량분석하여 샘플의 성분비를 측정함에 특징이 있는 것이다.
즉, 상기한 금속합금의 분석방법은, 샘플절단단계, 샘플의 표면처리단계, 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기로 질량분석함에 있어 이온화된 금속성분들 중 분석하고자 하는 소정의 금속성분의 질량에 따른 곡률반경이 통과하는 경로에 검출기의 입구를 위치시켜 소정의 금속성분 만을 검출토록 하는 선택검출단계, 및 분석결과를 보정하는 보정단계의 순으로 이루어지며, 이를 단계적으로 기술하면, 상기 분석방법은 (1) 괴상의 금속합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기(Mass Spectroscopy)가 일체화된 레이저 삭마기(Laser ablation instrument)를 사용하여 스퍼터링시키는 스퍼터링단계, (4) 상기 (3)의 스퍼터링단계에 의하여 분리되어 나온 금속성분들 중 분석하고자 하는 소정의 금속성분의 질량에 따른 곡률반경이 통과하는 경로에 검출기의 입구를 위치시켜 소정의 금속성분 만을 검출토록 하는 선택검출단계 및 (5) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어진다.
특히, 상기 (3)의 선택검출단계에서 소정의 금속성분 만의 선택검출은 이온화되고, 자장의 통과에 의하여 가속되는 금속시료의 경로 중 소정의 금속시료의 질량에 대응하는 경로들에 검출기를 위치시킴으로써 소정의 금속시료들 만을 선택적으로 검출토록 하며, 검출되지 않는 나머지 금속성분들은 분석기의 벽에 부딪쳐 운동에너지를 잃고 분석대상에서 제외되게 된다.
이하에서 본 발명을 구체적인 실시예들을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
알루미늄합금에 대한 스퍼터링 시간에 따른 분석
반도체제조에 사용되는 스퍼터링 공정용 메탈타겟으로서의 알루미늄합금을 사용한 분석에서, 0.76 중량%의 실리콘 + 0.87 중량%의 구리 + 98.42 중량%의 알루미늄의 조성의 알루미늄합금을 금속시료로 하고, 이 알루미늄합금으로부터 그 일부를 절단해내고, 절단해낸 시료의 표면을 그라인딩 및 폴리싱한 후, 레이저 삭마기로서의 ICP-MS로 영국 VG Element사의 Laser Lab Ablation을 사용하여 스퍼터링 시간을 50 내지 60초의 범위이내로 달리하면서 4회 분석하였으며, 그 결과를 표 1 및 도 3에 나타내었다.
Figure kpo00001
상기 분석결과에 따르면, 알루미늄합금에 대한 분석의 경우에서 스퍼터링 시간을 55 내지 70초의 범위 이내로 수행하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
알루미늄합금에 대한 분석시간에 따른 분석
레이저 삭마기에서의 분석 중 스퍼터링 시간을 60초로 설정하고, 분석시간을 10 내지 60초의 초기검지시간(Uptake time)과 10초의 샘플검지시간(Acquisition time)의 범위 이내로 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 4회 분석하였으며, 그 결과를 표 2 및 도 4에 나타내었다.
Figure kpo00002
상기 분석결과에 따르면, 알루미늄합금에 대한 분석의 경우에서 분석시간을 5 내지 45초의 초기검지시간과 5 내지 15초의 샘플검지시간의 범위 이내로 수행하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 3]
알루미늄합금에 대한 레이저출력에 따른 분석
레이저 삭마기에서의 분석 중 스퍼터링 시간을 60초로 설정하고, 분석시간을 5 내지 45초의 초기검지시간과 5 내지 15초의 샘플검지시간의 범위 이내로 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 4회 분석하였으며, 그 결과를 표 3 및 도 5에 나타내었다.
Figure kpo00003
상기 분석결과에 따르면, 알루미늄합금에 대한 분석의 경우에서 레이저출력을 565 내지 575볼트의 범위 이내로 수행하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.
특히, 상기한 분석결과들은 4회의 실험결과 전체를 고려하여 분석한 결과이며, 이들 중 표준편차나 %상대표준편차에서 심하게 벗어나는 실험상의 오류들을 제외하면 그 결과에 따른 분석결과의 신뢰도는 더욱 증대할 수 있음은 자명한 것이며, 이러한 수학적 조작을 통하여 보다 우수한 분석결과를 수득할 수 있음은 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 자명하게 이해될 수 있는 것으로 이해될 수 있는 것이다.
상기한 결과들을 종합하여 볼 때, 상기한 레이저 삭마기를 이용함에 있어 스퍼터링분석단계에서 레이저 삭마기의 스퍼터링시간을 60초로, 분석시간을 10초의 초기검지시간과 10초의 샘플검지시간으로, 그리고 레이저출력을 565볼트로 수행하여 분석하는 것이 최적의 결과를 얻을 수 있음이 실험적으로 밝혀졌다.
[실시예 4]
보정에 의한 금속성분들의 함량분석
상기 실시예1에서 사용된 레이저 삭마기를 사용하여 0.2 중량% 실리콘 + 0.5 중량% 구리 + 99.3 중량% 알루미늄의 조성의 알루미늄합금에 대하여 스퍼터링분석단계에서의 레이저 삭마기의 스퍼터링시간을 60초로, 분석시간을 10초의 초기검지시간과 10초의 샘플검지시간으로, 그리고 레이저출력을 565볼트로 수행하여 5회 분석하고, 그 분석결과를 표준샘플 2종에 대한 분석결과에 의한 검정곡선과 아르곤가스에 대한 시험의 결과를 0ppm으로 설정하여 보정한 결과를 실제 농도(ppm)로 환산하여 표 4에 나타내었다.
Figure kpo00004
따라서, 실편차에 근접하는 실질적인 분석결과를 매우 간편하게 수득할 수 있음을 확인할 수 있었다.
[실시예 5]
금속성분들의 함량분석의 재현성 시험
0.2 중량% 실리콘 + 0.5 중량% 구리 + 99.3 중량% 알루미늄의 조성을 갖는 별도의 2개의 알루미늄합금으로부터 샘플을 절단해내고, 그 샘플들에 대하여 상기 실시예4와 같이 스퍼터링분석단계에서의 레이저 삭마기의 스퍼터링시간을 60초로, 분석시간을 10초의 초기검지시간과 10초의 샘플검지시간으로, 그리고 레이저출력을 565볼트로 수행하여 5회 분석하고, 그 결과에서 최소치와 최대치를 제외한 3회의 결과를 가지고 상기 실시예4와 같이 동일하게 보정하여 실제 농도로 환산하여 표 5에 나타내었다.
Figure kpo00005
따라서, 최소값과 최대값을 제외한 설험값들의 평균 등에 의하여도 실편차에 근접하는 실질적인 분석결과를 매우 간편하게 수득할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 분석시험결과들을 반복하여 평균하면 보다 실제값에 근접하는 우수한 실험결과를 얻을 수 있음은 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 당연히 이해될 수 있는 바이다.
따라서, 본 발명에 의하면 알루미늄합금 등과 같은 금속합금에 대하여 종래의 습식 금속합금 분석방법에 비하여 현저하게 단순하고도 신뢰도가 높은 분석결과를 용이하게 수득할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (12)

  1. (1) 괴상의 금속합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기를 사용하여 스퍼터링시키고 이를 질량분석기에 도입시켜 질량분석하는 스퍼터링분석단계 및 (4) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 (3)의 스퍼터링분석단계에서 사용되는 레이저 삭마기로 ICP-MS(Induced Coupled Plasma - Mass Spectroscopy)가 사용됨을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 레이저 삭마기의 에너지원으로서의 레이저로 Nd-YAG 레이저가 사용됨을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 (4)의 보정단계에서 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과와 적어도 한가지의 순수한 기체에 대한 분석결과에 의한 3점 보정곡선을 기준으로 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 순수한 기체로는 불활성의 기체가 사용됨을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 순수한 기체로 아르곤가스가 사용됨을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  7. (1) 괴상의 금속합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기를 사용하여 스퍼터링시키는 스퍼터링단계, (4) 상기 (3)의 스퍼터링단계에 의하여 분리되어 나온 금속성분들 중 분석하고자 하는 소정의 금속성분의 질량에 따른 곡률반경이 통과하는 경로에 검출기의 입구를 위치시켜 소정의 금속성분 만을 검출토록 하는 선택검출단계 및 (5) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 (3)의 스퍼터링분석단계에서 사용되는 레이저 삭마기로 ICP-MS(Induced Coupled Plasma - Mass Spectroscopy)가 사용됨을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 (4)의 보정단계에서 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과와 적어도 한가지의 순수한 기체에 대한 분석결과에 의한 3점 보정곡선을 기준으로 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 순수한 기체로는 불활성의 기체가 사용됨을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 순수한 기체로 아르곤가스가 사용됨을 특징으로 하는 상기 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 금속합금의 분석방법.
  12. (1) 괴상의 알루미늄합금의 일부를 절단하는 절단하는 샘플절단단계, (2) 상기 절단된 샘플의 표면을 그라인딩하고 폴리싱하는 표면처리단계, (3) 상기 (2)의 표면처리단계에서 표면처리된 샘플을 질량분석기가 일체화된 레이저 삭마기로 ICP-MS(Induced Coupled Plasma - Mass Spectroscopy)를 사용하여 스퍼터링시간을 55 내지 70초의 범위 이내로 수행하고, 분석시간을 5 내지 45초의 초기검지시간과 5 내지 15초의 샘플검지시간의 범위 이내로 수행하고, 그리고 레이저출력을 565 내지 575볼트의 범위 이내로 수행하여 스퍼터링시키고 이를 질량분석기에 도입시켜 질량분석하는 스퍼터링분석단계 및 (4) 표준 금속합금 2종 이상에 대한 분석결과에 의한 2점 보정곡선을 기준으로 시료의 분석결과를 보정하는 보정단계로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체공정에서의 메탈타겟으로서의 알루미늄합금의 분석방법.
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