KR100552560B1 - 주사 전자현미경 분석용 시편 제조방법 - Google Patents

주사 전자현미경 분석용 시편 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 주사 전자현미경(SEM) 분석용 시편 제조방법은, 웨이퍼에서 관찰하고자 하는 분석 포인트가 포함되는 시편을 소정 크기로 1차 커팅하여 분리하는 단계와; 분리된 시편의 전면과 후면 방향으로 분석 포인트에 최대한 가깝게 2차 커팅을 수행하는 단계와; 시편에 대해 분석 포인트에 가까운 일측면을 그라인딩(grinding)하는 단계와; 2차 커팅된 전면과 후면, 그리고 그라인딩(grinding) 된 일측면에 대해 FIB 장치를 이용하여 분석 포인트 위치까지 수직하게 밀링(milling) 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 2차 커팅된 전면과 후면 중 분석 포인트가 포함되는 일부분만을 밀링(milling)하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 정면 및 3면에서 입체적인 관찰이 가능하므로, 기존의 틸트(tilt)된 이미지보다 포커싱(focusing)이 유리하고, 결함이 발생된 레이어(layer)의 관찰과 정확한 계면 관찰에 유리하다. 또한 두께 측정을 할 때 보정 값을 대입하지 않으므로, 보다 정확한 두께 모니터링(monitoring)이 가능하다
SEM, FIB, 시편, 커팅, 밀링, 그라인딩

Description

주사 전자현미경 분석용 시편 제조방법{Method for Manufacturing Specimen for Scanning Electron Microscope}
도 1은 종래 기술에 따른 방법으로 제조된 시편에 대한 SEM 이미지를 나타내는 사진.
도 2는 도 1의 SEM 이미지의 일부분을 확대한 사진.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 SEM 분석용 시편의 제조 과정을 나타내는 공정도.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
100 : 웨이퍼 200 : 분석 포인트
300 : 시편
본 발명은 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscope: 이하 "SEM") 분석용 시편(Specimen)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온 빔 집속 장치 (Focused ion beam: 이하 "FIB")장치를 이용하여 3면의 방향에서 관찰 가능한 SEM 분석용 시편 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형 성하기 위한 막 형성, 식각, 확산, 금속 배선 등의 단위 공정을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 최근, 이러한 반도체 장치는 고용량 및 고속의 응답 속도 등을 구현하기 위해 고집적화, 미세화 되어가고 있으며, 이에 따라 보다 미세한 영역의 구조적, 화학적 분석에 필요한 분석 장치 또는 기술의 중요성이 부각되고 있다.
특히, 여러 가지 분석 장치 중에서, 주사전자현미경(SEM)은 나노 미터 급의 해상도를 가지고 마이크로 스케일 이하에 대한 매우 작은 성분을 영상화 하는데 대단히 유용하다. 따라서, 다양한 SEM 시스템이 공학 및 계측학용 반도체 산업에 사용된다. 최근에, 반도체 회로에 대한 결함 연구에 SEM의 사용에 대한 관심이 집중되고 있는데, 결함의 크기가 설계의 축소와 더불어 계속 축소되면서, SEM으로 얻어지는 영상 분야의 발전이 계속적으로 요구되기 때문이다.
한편, SEM을 이용하여 반도체 소자의 특성 및 불량 분석을 수행하기 위해서는 SEM 분석용 시편의 제작이 요구되는데, 이러한 SEM 분석용 시편의 제작을 위해 일반적으로 FIB 장치가 이용되고 있는데, FIB 장치는 소정 크기로 절단된 시편의 소정 부위에 이온 빔을 주사하는 것에 의해 시편의 소정 부위의 두께를 박막화 시키는 장치이다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 SEM 분석용 시편 제조방법에 대해 살펴본다.
시편의 단면을 관찰할 경우, 시편의 관찰 영역을 FIB로 밀링(milling)하여 사면을 형성하고, 그 사면을 따라 SEM 칼럼(Column)의 입사각을 결정한 후, 시편에 대한 SEM 이미지를 관찰하게 된다. 도 1에는 종래 기술에 따른 방법으로 제조된 시편에 대한 SEM 이미지를 나타내고, 도 2는 도 1의 SEM 이미지의 일부분을 확대한 것이다.
이러한 종래 기술에 따른 시편 제조방법의 경우, FIB로 밀링(milling)한 시편의 사면의 구조적인 문제로 인하여, 정면 관찰 이미지가 아닌 약 36~38°정도 틸트(tilt)된 SEM 이미지를 관찰할 수 밖에 없다. 또한 시편의 한쪽 면만 관찰이 가능하여, 시편의 결함(defect)에 대한 입체적인 관찰은 불가능하다.
본 발명의 목적은, 각 레이어(layer)의 정확한 두께 측정이 가능한 시편을 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 결함(defect)의 정면 및 입체적인 관찰과, 결함의 발생 레이어(layer)를 정확하게 판단할 수 있도록, 3면의 방향에서 결함을 관찰할 수 있는 시편을 제조하는 것이다.
본 발명에 따른 주사 전자현미경(SEM) 분석용 시편 제조방법은, 웨이퍼에서 관찰하고자 하는 분석 포인트가 포함되는 시편을 소정 크기로 1차 커팅하여 분리하는 단계와; 분리된 시편의 전면과 후면 방향으로 분석 포인트에 최대한 가깝게 2차 커팅을 수행하는 단계와; 시편에 대해 분석 포인트에 가까운 일측면을 그라인딩(grinding)하는 단계와; 2차 커팅된 전면과 후면, 그리고 그라인딩(grinding) 된 일측면에 대해 FIB 장치를 이용하여 분석 포인트 위치까지 수직하게 밀링(milling) 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 2차 커팅된 전면과 후면 중 분석 포인트가 포함되는 일부분만을 밀링(milling)하는 것이 바람직하다.
그리고 시편의 1차 커팅 및 2차 커팅은, 커팅하고자 하는 특정 영역의 각 모서리에 홈을 형성한 후, 충격을 가하여 소정 크기의 시편을 웨이퍼에서 분리시키는 방법에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
구현예
이하 도면을 참조로 본 발명의 구현예에 대해 설명한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(100) 상에 형성된 다수의 막 중에서 특정 막의 결함 여부를 판단하는 분석 작업을 진행하기 위해, 결함(defect)이 발생된 웨이퍼(100)를 선택한다.
도3b에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(100) 상에서 관찰하고자 하는 부위(이하 "분석 포인트")(200)를 마킹(marking)하거나 또는 현미경 등을 통해 관찰하면서, 이 분석 포인트(200)가 포함된 특정 영역을 웨이퍼(100)로부터 1차 커팅한다. 예를 들면, 다이아몬드 커팅기를 이용하여 약 3 ×3mm의 크기를 갖도록 1차 커팅함으로서 도 3c에 도시된 바와 같이 분석 포인트(200)가 중심부에 위치하는 시편(300)을 형성한다. 이와 같이 1차 커팅에 의해 형성되는 시편의 크기가 비교적 커서, 시편을 웨이퍼(100)로부터 쉽게 분리할 수 있다.
그리고 이후에 시편(300)의 3면에서 FIB로 밀링(milling)을 진행해야 하므 로, 밀링(milling) 시간을 최소화하기 위해, 도 3d에 도시된 바와 같이 커팅하는 위치 선택을 정확하게 해서 전면(A)과 후면(B) 방향으로 분석 포인트에 최대한 가깝게 2차 커팅을 수행하고, 분석 포인트에 가까운 일 측면(C) 방향으로 그라인딩(grinding) 한다.
이러한 1차 및 2차 커팅은 클리빙 시스템(Cleaving System)에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 클리빙 시스템(Cleaving System)이란, 웨이퍼(100)가 단결정이므로, 커팅하고자 하는 특정 영역의 각 모서리에 홈을 형성한 후, 그 웨이퍼(100)의 특정 영역에 힘을 가하여, 분석 포인트(200)가 포함되는 시편(300)을 커팅하는 방법이다.
계속해서, 분석 포인트에 최대한 가깝게 전면(A)과 후면(B)은 커팅되고, 일 측면(C)은 그라인딩(grinding) 된 시편(300)에 대해, 도 3e에 도시된 바와 같이, 시편(300)의 상면에 위치하는 분석 포인트(200)를 중심으로 그 2차 커팅된 전면(A)과 후면(B), 그리고 그라인딩(grinding) 된 일 측면(C)에 대해 FIB 장치를 이용하여 분석 포인트(200) 위치까지 수직하게 밀링(milling)을 행한다. 이때, FIB 장치의 전류 밀도를 순차적으로 조정하면서 분석 포인트(200)가 포함되는 소정 영역을 밀링(milling)하여 시편의 폭을 얇게 형성하는 것이 바람직하다.
한편 시편 전체를 밀링(milling)하기 위해서는 매우 오랜 시간이 필요하고, 또한 분석 포인트(200)를 포함하는 소정 영역만이 SEM 분석을 위해 필요하므로, 도 3e에 도시된 바와 같이, 시편의 전면(A)과 후면(B) 전체를 밀링(milling) 할 필요는 없고, 전면(A)과 후면(B) 중 분석 포인트가 포함되는 일부분만 밀링(milling) 하여 시편 제조 시간을 단축시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 3면(A, B, C) 방향으로 밀링(milling)된 시편을 SEM으로 관찰 할 경우, 기존 시편의 틸트(tilt)된 이미지보다 포커싱(focusing)이 유리하고, 관찰 각도가 정면이며, 또한 3면 방향에서 관찰이 가능하므로, 정확하고 입체적인 이미지를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정면 및 3면에서 입체적인 관찰이 가능하므로, 기존의 틸트(tilt)된 이미지보다 포커싱(focusing)이 유리하고, 결함이 발생된 레이어(layer)의 관찰과 정확한 계면 관찰에 유리하다. 또한 두께 측정을 할 때 보정 값을 대입하지 않으므로, 보다 정확한 두께 모니터링(monitoring)이 가능하다.

Claims (3)

  1. 관찰하고자 하는 분석 포인트가 포함된 SEM(주사 전자현미경) 분석용 시편 제조방법에 있어서,
    웨이퍼에서 상기 분석 포인트가 포함되는 시편을 소정 크기로 1차 커팅하여 분리하는 단계와;
    상기 분리된 시편의 전면과 후면 방향으로 분석 포인트에 최대한 가깝게 2차 커팅을 수행하는 단계와;
    상기 시편에 대해 분석 포인트에 가까운 일 측면을 그라인딩(grinding)하는 단계와;
    상기 2차 커팅된 전면과 후면, 그리고 그라인딩(grinding) 된 일 측면에 대해 FIB 장치(이온 빔 집속 장치)를 이용하여 분석 포인트 위치까지 수직하게 밀링(milling) 하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자현미경 분석용 시편 제조방법.
  2. 제1항에서,
    상기 2차 커팅된 전면과 후면 중 분석 포인트가 포함되는 일부분만을 밀링(milling)하는 것을 특징으로 하는 주사 전자현미경 분석용 시편 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 시편의 1차 커팅 및 2차 커팅은, 커팅하고자 하는 특정 영역의 각 모서리에 홈을 형성한 후, 충격을 가하여 소정 크기의 시편을 웨이퍼에서 분리시키는 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 주사 전자현미경 분석용 시편 제조방법.
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