KR100445020B1 - 정량 원소 분석을 위한 검정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분석 기구의 검정 방법을 제공한다. 예시적인 실시예에서, 이 방법은 공지된 농도의 원소를 갖는 검정 표준을 준비하는 단계 및 포커스된 빔에 의해 검정 표준의 일부분을 얻는 단계를 포함하고, 여기서 검정 표준은 농도를 나타낸다. 이어서, 검정 표준의 일부분은 분석 기구를 검정하기 위해 사용된다.

Description

정량 원소 분석을 위한 검정 방법{Calibration method for quantitative elemental analysis}
본 발명은 일반적으로 분석 기구의 검정 방법(a method of calibrating an analytical tool)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이 기구와 연관된 검출 한계를 결정하는 단계를 포함하는 분석 기구의 검정 방법에 관한 것이다.
오늘날, 반도체 처리 기술에 있어서, 신규 공정 또는 종래 공정의 결과들을 결정하기 위해 종종 반도체 다이의 일부분을 분광기로 조사할 필요가 있다. 이 조사는 실험 공정의 결과들을 확인하거나, 반도체 장치에서 특정 고장 또는 결함의 속성을 판정하거나, 또는 심지어 반도체 장치 내의 불순물들을 발견하기 위한 것일 수도 있다. 물론, 집적 회로들의 속성 때문에, 그러한 조사는 문제의 다이로부터 절단된 샘플들에 대해 종종 수행되어야 한다. 주사 전자 현미경/에너지 분산 분광기(SEM/EDS, scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy)는 반도체 다이의 특성에서 타겟 물질들의 조성을 결정하는데 종종 사용된다. 이들 샘플들을 조사하기 위해 다른 분석 기구들이 또한 이용될 수 있고, 예를 들면, 몇몇은 오제 전자 분광계(AES, auger electron spectrometer), 2차 이온 질량 분광계(SIMS, secondary ion mass spectrometer), 및 투과 전자 현미경(TEM, transmission electron microscope)이다.
종종, 반도체 다이 또는 웨이퍼는 생산 라인에서 출발하여, 상술된 분석 기구들 중 하나로 옮겨져 불순물들을 조사하게 된다. 이는 특정 물질들 중에서 특정 농도의 특정 불순물들이 통상적으로 반도체 장치 고장을 유발하기 때문에 반도체 제조에 있어서 매우 중요한 단계이다. 불순물들이 특정 물질들 내에서는 바람직하지 못하다는 것이 통상적으로 공지되어 있고, 허용 불가능한 불순물 농도 역시 공지되어 있기 때문에, 분석 기구들에 있어서 종종 도움이 될 수 있다.
특정 농도의 특정 불순물들을 찾을 때, 특정 분석 기구들이 보다 유익하다. 현재, 상이한 용도에 대해 보다 적합한 특정 분석 기구들이 공지되어 있지만; 오늘날, 주어진 물질 내의 주어진 원소에 대한 각 기구의 검출 한계는 단지 근사될 수도 있고, 허용되는 확실성의 정도 내에서 공지되어 있지 않다. 반도체 웨이퍼 상에서 시험을 수행하는 사람은 심지어 그 원소가 등록되어 있지 않더라도, X 미만의 양이 반드시 존재한다고 큰 확신을 가지고 말할 수 없음에 있어서, 이는 반도체 제조업계에 영향을 미친다. 더욱이, 상이한 분석 기구들의 다양한 검출 한계들은 충분히 확실하게 공지되어 있지 않으므로, 주어진 불순물 시나리오가 특정 기구에 할당될 수 있었다.
따라서, 당업계에 필요한 것은 목적하는 불순물, 불순물의 농도 및 내부에 위치한 물질에 따라 분석 기구들이 그와 연관된 검출 한계를 갖도록 하고, 종래 기술과 연관된 문제점들을 완화시키는 분석 검사 기구에 사용하기 위한 검정 방법이다.
도 1은 본 발명이 운영될 수 있는 하나의 환경을 형성하는 분석 기구의 검정 시스템을 예시하는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 샘플 홀더의 하나의 특히 유리한 실시예의 상면도 및 저면도.
도 3은 분석 기구의 검정 방법의 흐름도.
도 4는 공지된 검정 표준의 표준 SIMS 프로파일을 예시하는 도면.
도 5는 제 2 분석 기구에 의해 제공된 검정 표준의 일부분의 종래 프로파일을 예시하는 도면.
도 6은 도 4 및 도 5에 예시된 프로파일들의 비교를 나타내는 그래프도.
도 7은 제 2 분석 기구의 검출 한계를 추가로 나타내는 도 6의 그래프를 예시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
105 : 검정 표준 110 : 매트릭스
120 : 제 1 분석 기구 130 : 포커스된 빔 장치
140, 200 : 샘플 홀더 150 : 제 2 분석 기구
210 : 본체 214 : 본체 개구
종래 기술의 상술된 결점들을 처리하기 위해, 본 발명은 분석 기구의 검정 방법을 제공한다. 예시적인 실시예에서, 이 방법은 공지된 농도의 원소를 갖는 검정 표준을 준비하는 단계 및 포커스된 빔에 의해 검정 표준의 일부분을 얻는 단계를 포함하고, 여기서 검정 표준은 농도를 나타낸다. 이어서, 검정 표준의 일부분은 분석 기구를 검정하기 위해 사용된다.
본 발명의 보다 완전한 이해를 위해, 이하 첨부 도면과 함께 다음 설명을 참조한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 일반적으로 100으로 지정되고, 본 발명이 운영될 수 있는 하나의 환경을 형성하는 분석 기구를 검정하기 위한 시스템이 예시된다. 이 시스템(100)은 내부에 위치한 공지된 농도의 원소를 갖는 실리콘과 같은 공지된 매트릭스(110)를 포함하는 검정 표준(105)을 포함한다. 검정 표준(105)은 통상적으로 비교적 큰 샘플이지만, 검정 표준(105) 전반에 걸친 원소의 농도는 바람직하게 균일해야 한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "원소(element)"라는 용어는 플루오르와 같은 원자 원소이거나 또는 이불화 붕소(boron difluoride)와 같은 화합물일 수도 있다.
또한, 도 1에는 검정 표준(105)의 농도를 결정할 수 있는 제 1 분석 기구(120)가 예시되어 있다. 제 1 분석 기구(120)는 검정 표준(105) 상에 배치되는 것이 유리하다. 이어서, 제 1 분석 기구(120)는 검정 표준(105)의 농도 데이터를 얻기 위해 검정 표준(105)을 스캐닝하고, 이는 통상적으로 그래프로 나타낸다. 2차 이온 질량 분광계(SIMS)는 검정 방법의 이러한 특정 단계에 매우 적합한 하나의 분석 기구(120)이다. 이는 내부에 균일한 농도의 원소를 갖는 샘플로부터 오히려 정확한 데이터를 얻는 그의 능력의 결과이다.
시스템(100)은 또한 포커스된 빔 장치(130)를 포함한다. 하나의 특히 유리한 실시예에서, 포커스된 빔 장치는 1999년 6월 6일자로 출원되어, 일반적으로 양도되어 동시 계류 중인 "주사 전자 현미경/에너지 분산 분광기 샘플 제조 방법 및 그로써 생산된 샘플(Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectroscopy Sample Preparation Method and Sample Produced Thereby)"이라는 표제의 미합중국 특허 출원 제09/337,966호에 개시된 바의 포커스된 이온 빔(FIB, focused ion beam) 장치일 수도 있다. 더욱이, 다른 실시예에서, 포커스된 빔 장치(130)는 아원자 입자 빔 장치(subatomic particle beam apparatus), 레이저 빔 장치 또는 검정 표준(105)의 얇은 부분을 얻기 위해 사용될 수 있는 임의의 기타 적용 가능한 빔 장치일 수도 있다.
이 시스템(100)은 샘플 홀더(140)를 더 포함할 수도 있다. 샘플 홀더(140)는 포커스된 빔 장치(130)에 의해 검정 표준(105)으로부터 제거된 검정 표준의 일부분(145)을 유지한다. 샘플 홀더(140)는 통상적으로 상이한 분석 기구들에 사용되도록 설계되어, 하나의 기구로부터 다른 훨씬 용이한 기구로 일부분(145)을 이동시킨다. 더욱이, 하나의 홀더로부터 다른 홀더로 일부분(145)을 이동시킬 필요가 없거나 또는 여러 개의 부분들(145)을 만들 필요가 없으므로, 분석 과정에서 현저한 시간을 절감한다.
도 2a 내지 도 2c에서, 샘플 홀더(140)(도 1)의 하나의 특히 유리한 실시예의 상면도 및 저면도가 예시되어 있다. 유리한 실시예의 샘플 홀더(200)는 1999년 5월 25일자로 출원되어, 일반적으로 양도되고, 동시 계류 중인 "다중 진단 기구를 위한 샘플 홀더 및 그의 제조 및 동작 방법(Sample Holder for Multiple Diagnostic Tools and Methods of Manufacture and Operation Thereof)"이라는 표제의 미합중국 특허 출원 제09/320,369호에 개시된 바의 샘플 홀더일 수도 있다. 유리한 샘플 홀더(200)는 본체(210) 및 짝을 이루는 플러그(mating plug)(220)를 포함한다. 본체(210)는 제 1 및 제 2 대향 주표면들(211, 212), 제 1 주표면(211) 내의 리세스(213) 및 그를 관통하는 본체 개구(214)를 갖는다. 리세스(213)는 본체 개구(214)가 리세스 베이스(213b)로부터 본체(210)를 관통하여 제 2 주표면(212)으로 확장하는 베이스(213b)를 갖는다. 본체 개구(214)는 리세스(213)의 직경(213a) 보다 작은 직경(214a)을 갖는다. 플러그(220)는 설치될 때 본체 개구(214)와 정렬하고 그를 관통하는 플러그 개구(224)를 포함한다. 플러그(220)의 외부 표면(221)은 리세스(213)의 내부 표면(213c)을 결속시키도록 적응된다.
도 1로 돌아가서, 제 2 분석 기구(150)가 또한 예시되어 있다. 제 2 분석 기구(150)는, 예를 들면, 주사 전자 현미경(SEM), 투과 전자 현미경(TEM) 또는 주사 투과 전자 현미경(STEM)에 사용된 에너지 분산 분광계(EDS), 마이크로열량계, 오제 전자 분광기(AES), 또는 X-선 광전자 분광기(XPS)일 수도 있다. 그러나, 당업계의 숙련자라면 분석 기구가 제공된 것들 중 하나로만 제한되지 않고, 다른 분석 기구들이 사용될 수도 있음을 알 수 있다. 더욱이, 예시된 실시예에 나타낸 바와 같이, 제 2 분석 기구(150)는 샘플 홀더(140)를 유지하도록 구성된 샘플 홀더 베이(sample holder bay)(155)를 가질 수도 있다.
이하 도 1을 계속 참조하는 도 3에서, 분석 기구의 검정 방법의 흐름도(300)가 예시되어 있다. 도 3에서, 시스템은 먼저 단계 305에서 초기화를 수행한다. 초기화 후에, 단계 310에서 공지된 매트릭스(110)가 얻어진다. 공지된 매트릭스(110)는 임의의 물질일 수도 있고, 보다 상세하게는, 반도체 웨이퍼의 제조에 통상적으로 사용되는 임의의 물질일 수 있다. 이러한 물질들의 예로는 실리콘, 이산화실리콘, 게르마늄, 알루미늄, 구리, 탄탈 또는 텅스텐을 들 수 있지만, 이것이 가능한 물질들의 철저한 리스트는 아님에 주의해야 한다.
단계 315에서, 원자 원소 또는 화합물일 수도 있는 공지된 주입 원소가 선택된다. 일반적으로, 선택되는 원소는 분석되어야 하는 원소들에 좌우된다. 보다 상세하게는, 이들 원소들은 통상적으로 반도체 웨이퍼들 및 집적 회로들의 제조에 현재 사용되는 원소들일 것이다. 반도체 제조업계에서 현재 사용되는 원소의 예는 플루오르이다. 단계 320에서, 선택된 원소는 공지된 농도로 매트릭스(110)에 도입되고; 따라서, 검정 표준(105)을 생성한다. 당업계의 숙련자라면 여러 침착 기술들 또는 이온 주입 기술들을 포함하여, 원소가 매트릭스에 도입될 수 있음으로써 종래 방법들을 안다. 공지된 바와 같이, 이온 주입은 매트릭스(110)에 도입되는 원소의 양을 정확히 제어하기 위해 사용될 수 있다. 농도는 변할 수도 있지만, 일 실시예는 약 1E21 atoms/cm3의 매트릭스 내의 공지된 원소의 농도를 제공한다. 당업계의 숙련자라면 공지된 원소 및 농도를 갖는 매트릭스가 이전에 제조되지 않은 경우에만 단계 310, 315, 320이 필요함을 알 것이다.
단계 325에서, 검정 표준(105)이 제 1 분석 기구(120) 내에 배치된다. 예시적인 실시예에서 제 1 분석 기구(120)는 2차 이온 질량 분광계(SIMS)이지만; 당업계의 숙련자라면 다른 정확한 제 1 분석 기구들(120)이 사용될 수도 있음을 알 것이다. 제 1 분석 기구(120)는 단계 330에서 검정 표준(105)의 표준 농도 프로파일을 얻기 위해 사용된다. 현행 SIMS 기술 및 적절한 경우의 임의의 기타 기술은 어떤 원소들이 어느 농도에 이르기까지 존재하는지를 큰 확신을 가지고 충분히 정확하게 결정할 수 있고; 따라서, 도 4에 예시된 SIMS 프로파일을 제공한다. 도 4에 대해 간략히 하자면, 플루오르의 표준 SIMS 프로파일(400)이 예시되어 있다.
단계 330에서 표준 프로파일을 결정한 후, 농도를 나타내는 검정 표준의 일부분(145)이 단계 335에서 얻어진다. 상술된 바와 같이, 포커스된 빔 장치(130)는 바람직하게 일부분(145)을 얻기 위해 사용된다. 또한, 예시적인 실시예에서, 포커스된 빔 장치(130)는 포커스된 이온 빔 장치일 수도 있거나, 또는 다른 실시예들에서는 아원자 빔 장치 또는 레이저 빔 장치일 수도 있다. 상술된 바와 같이, 포커스된 빔 장치(130)는 일부분(145)을 얻기 위해 사용된다. 바람직하게, 일부분(145)은 검정 표준(105)의 표면 근처의 영역으로부터 제거되고, 이는 원소의 농도를 가장 잘 나타낸다. 그러나, 검정 표준(105) 내의 농도의 균일도에 따라, 일부분(145)은 상이한 영역들로부터 제거될 수도 있다.
보다 구체적인 실시예에서, 일부분(145)은 약 50㎚ 내지 약 5000㎚ 범위의 두께를 갖는 얇은 부분이다. 더욱이, 얇은 부분은 약 20000㎚의 길이 및 약 5000㎚의 깊이를 가질 수도 있지만; 당업계의 숙련자라면 다양한 두께, 길이 및 폭이 포커스된 빔 장치(130)에 의해 얻어질 수도 있음을 알 것이다.
임의의 단계 340에서, 일부분(145)은 샘플 홀더(140) 내에 배치될 수도 있다. 샘플 홀더(145)는 후속 단계들에서 설명되는 바와 같이, 일부분(145)이 제 2 분석 기구(150)에 정확하게 고정되도록 한다. 샘플 홀더(140)는 극히 유익하지만, 필요치 않고, 현재 고찰중인 방법은 샘플 홀더(140) 없이 사용될 수 있음이 언급되어야 한다. 예를 들면, 대부분의 분석 기구들은 그들 자신의 샘플 홀더(140)를 갖는다. 그러한 경우에, 분석 기구 자신의 샘플 홀더는 필요한 경우에 사용될 수 있다.
단계 345에서, 일부분(145)은 제 2 분석 기구(150)의 주사 경로에 배치된다. 제 2 분석 기구(150)는 검정하고자 하는 기구이다. 상술된 바와 같이, 제 2 분석 기구(150)는 주사 전자 현미경(SEM), 투과 전자 현미경(TEM) 또는 주사 투과 전자 현미경(STEM)에 사용된 에너지 분산 분광계(EDS), 마이크로열량계, 오제 전자 분광기(AES), 또는 X-선 광전자 분광기(XPS)일 수도 있지만; 예시된 검정 방법은 기재된 것 이외의 분석 기구들을 검정하기 위해 사용될 수도 있다.
일부분(145)이 제 2 분석 기구(150) 내에 배치된 후, 일부분(145)의 프로파일이 단계 350에서 얻어진다. 도 5에 대해 간단히 말하자면, 제 2 분석 기구(150)에 의해 제공된 프로파일(500)이 예시되어 있다. 이 프로파일(500)은 일부분(145) 내의 플루오르의 농도를 그래프로 나타낸다. 프로파일(500)이 얻어지면, 이러한 프로파일(500)은 표준 프로파일(400)과 비교된다. 이러한 비교로부터, 도 6에 예시된 바와 같이, 단계 355에서 프로파일(600)이 얻어진다. 제 2 분석 기구(150)가 적절히 검정되면, 프로파일(500)로 나타낸 일부분(145)의 피크 농도 레벨은 비교 프로파일(600)로부터 알 수 있는 바와 같이 프로파일(400)로 나타낸 검정 표준(105)의 피크 농도 레벨에 근접하게 대응해야 한다. 예시된 바와 같이, 프로파일(500)의 피크 농도는 프로파일(400)의 피크 농도 바로 아래이고, 이와 같이, 제 2 분석 기구(150)는 정확한 농도를 반영하기 위해 조절 또는 검정된다.
비교 프로파일(600)은 또한 단계 360에 나타낸 바와 같이 제 2 분석 기구(150)의 검출 한계를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 농도 검출 한계는 제 2 분석 기구(150)가 원소의 농도를 정확히 판독할 수 없는 한계이다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 분석 기구(120)는 프로파일(400)로 나타낸 바와 같이 약 1E16 atoms/cm3내지 약 1E15 atoms/cm3범위의 플루오르 농도를 검출할 수 있다. 그러나, 역시 알 수 있듯이, 제 2 분석 기구(150)는 프로파일(500)로 나타낸 바와 같이 약 1E17 atoms/cm3미만의 플루오르 농도만을 검출할 수 있다. 따라서, 주어진 원소 농도 및 매트릭스에 대한 이러한 특정 제 2 분석 기구(150)의 검출 한계는 라인 710으로 예시되어 있으며 약 1E17 atoms/cm3이다.
제 2 분석 기구(150)의 검출 한계를 얻은 후, 처리는 종료 단계 365에서 완료된다. 상기 처리는 상이한 원소를 갖고 상이한 매트릭스들 내에 위치한 동일한 일부분(145) 또는 상이한 일부분(145)을 사용하여 필요에 따라 많은 제 2 분석 기구들의 검출 한계들을 검정하고 결정하기 위해 반복될 수도 있음이 명백하다.
본 발명을 상세히 기재하였지만, 당업계의 숙련자라면 그들이 광의의 형태의 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않는 다양한 변화, 치환 및 변경을 이루어낼 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 목적하는 불순물, 불순물의 농도 및 내부에 위치한 물질에 따라 분석 기구들이 그와 연관된 검출 한계를 갖도록 하고, 종래 기술과 연관된 문제점들을 완화시키는 분석 검사 기구에 사용하기 위한 검정 방법을 제공하는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 분석 기구(analytical tool)를 검정(calibrating)하는 방법에 있어서:
    공지된 농도의 원소를 갖는 검정 표준을 준비하는 단계;
    포커스된 빔에 의해 상기 검정 표준의 층을 얻는 단계로서, 상기 층은 상기 원소의 농도를 나타내는, 상기 검정 표준의 층을 얻는 단계;
    분석 기구를 제공하는 단계; 및
    상기 층으로 상기 분석 기구를 검정하는 단계를 포함하는, 분석 기구 검정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 검정 표준의 층을 얻는 단계는 포커스된 이온 빔 처리에 의해 상기 검정 표준의 층을 얻는 단계를 포함하는, 분석 기구 검정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 검정 표준의 층을 얻는 단계는 아원자 입자 빔(subatomic particle beam) 또는 레이저빔으로 상기 검정 표준의 층을 얻는 단계를 포함하는, 분석 기구 검정 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 검정 표준의 층을 얻는 단계는 50㎚ 내지 5000㎚의 두께를 갖는 박층(thin layer)을 얻는 단계를 포함하는, 분석 기구 검정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 박층을 얻는 단계는 20000㎚의 길이 및 5000㎚의 깊이를 갖는 박층을 얻는 단계를 포함하는, 분석 기구 검정 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 분석 기구를 검정하기 위한 시스템에 있어서:
    검정 표준 내에 위치하는 원소의 농도를 결정할 수 있는 제 1 분석 기구;
    포커스된 빔 장치;
    상기 포커스된 빔 장치에 의해 상기 검정 표준으로부터 추출되고, 상기 원소의 농도를 나타내는 층; 및
    그 농도 미만인 상기 원소의 측정 한계를 갖는 제 2 분석 기구로서, 상기 층은 상기 제 2 분석 기구를 검정하기 위해 사용되는, 상기 제 2 분석 기구를 포함하는, 분석 기구 검정 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 분석 기구는 2차 이온 질량 분광계(SIMS, secondary ion mass spectrometer)인, 분석 기구 검정 시스템.
  17. 삭제
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 포커스된 빔 장치는 포커스된 이온 빔 장치인, 분석 기구 검정 시스템.
  19. 삭제
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 층은 50㎚ 내지 5000㎚의 두께를 갖는 박층인, 분석 기구 검정 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 박층은 20000㎚의 길이 및 5000㎚의 깊이를 갖는, 분석 기구 검정 시스템.
  22. 삭제
  23. 삭제
KR10-2001-0025174A 2000-05-09 2001-05-09 정량 원소 분석을 위한 검정 방법 KR100445020B1 (ko)

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US09/567,675 US6603119B1 (en) 2000-05-09 2000-05-09 Calibration method for quantitative elemental analysis

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