KR100588639B1 - 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경 시편 제작 방법 - Google Patents
웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경 시편 제작 방법Info
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope : TEM)의 시편 제작 기술에 관한 것으로, 관찰하고자 하는 특정 부위가 포함된 기설정 두께의 제 1 샘플 및 제 2 샘플을 마련하고, 제 1 샘플을 기설정 두께의 1/7 두께로 형성하며, 제 2 샘플의 백사이드(back-side)를 폴리싱(polishing)한 후 제 1 샘플을 제 2 샘플의 백사이드에 스택하고, 제 1 및 제 2 샘플의 양쪽에 더미 웨이퍼를 두 개씩 나누어 위치시키어 관찰하고자 하는 특정 부위가 포함된 제 1 및 제 2 샘플이 중앙 부위에 위치되도록 하며, 제 1 및 제 2 샘플과 더미 웨이퍼를 접착재료로 본딩(bonding)한 후 본딩된 제 1 및 제 2 샘플과 더미 웨이퍼를 그 단면이 양측 방향으로 노출되도록 각각 슬라이싱(slicing)한 다음 지름 2.3mm의 디스크 형태로 펀칭하여 원형의 샘플을 형성하고, 연마 및 스퍼터링 공정을 통해 시편 제작을 완성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 시편 제작 과정에서 그 제작 횟수를 줄일 수 있으며, 결과적으로 시편 제작 시간이 크게 감소되는 효과가 있다.
TEM, 시편, 더미 웨이퍼
Description
도 1a는 종래의 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경 시편 제작 방법을 설명하기 위한 도면,
도 1b는 도 1a의 A 부분을 확대 도시한 도면,
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경 시편 제작 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2b는 도 2a의 A 부분을 확대 도시한 도면.
본 발명은 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope : 이하, TEM이라 함) 시편 제작 기술에 관한 것으로, 특히 하나의 시편으로 TEM에 의한 샘플의 구분이 가능한 웨이퍼 테스트용 TEM 시편 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자 제조공정에서 증착 공정을 반복적으로 수행함에 따라 웨이퍼 상에 다수의 막이 형성된다. 만약 이러한 공정으로 형성된 막 가운데 특정 막 에 결함이 발생하면, 후속공정에 의해 형성되는 반도체소자에 이상이 생긴다.
그러므로 반도체소자 제조 공정이 진행된 웨이퍼 가운데 결함이 발생된 웨이퍼를 선택한 후, 분석용 시편을 제작하여 특정 막의 결함여부를 판단하는 분석 작업을 진행한다.
분석 작업을 위해 TEM을 사용하려면, 분석용 시편 내로 전자빔이 투과되어야 하기 때문에 분석용 시편의 두께가 매우 얇아야 한다. 따라서, 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 제조 방법으로는 이온 밀링법(ion milling method)과, 이온빔 집속(Focusing ion beam; FIB)법 등이 있다.
이온 밀링법은 특정영역에 해당하지 않는 단면과 평면시편을 제작하는 경우에 주로 사용되고, 이에 반하여 이온빔 집속법은 특정영역의 단면을 관찰하고자 하는 경우에 주로 사용된다. 그 외에도 트라이포드법(Tripod Method), 파우더법(Powder Method), 다이아몬드 커터(Diamond Cutter)를 이용한 방법 및 산(Acid)에 의한 에칭법(Etching Method) 등이 있으며, 이러한 방법들은 시편의 종류 및 관찰하고자 하는 내용 등에 따라 매우 제한적으로 사용되는 것이다.
이온 밀링법은 가장 보편화되어 있는 방법으로, 시편 제작 과정이 비교적 용이하고 해상도가 좋기 때문에 시편 제작에 가장 널리 사용되고 있다.
도 1a 및 도 1b는 이러한 이온 밀링법을 이용하여 시편을 형성하는 과정을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 관찰하고자 하는 특정 부위가 포함된 두 장의 웨이퍼, 즉 제 1 샘플(102) 및 제 2 샘플(104)을 준비한 후, TEM을 이용하여 제 1 및 제 2 샘플(102)(104)에서 관찰하고자 하는 부위의 위치를 확인한다. 그리고 이 웨이퍼(102)(104)를 10 mm × 5mm 정도의 크기로 절단하고, 또한, 네 장의 더미 웨이퍼(Dummy wafer)(106)도 준비하여 각각 10 mm × 5mm 정도의 크기로 절단하여 총 여섯 장의 샘플을 준비한다.
이 준비된 총 여섯 장의 샘플 중에서 제 1 샘플(102) 및 제 2 샘플(104)은 서로 마주보도록 위치시키고 나머지 더미 웨이퍼(106)는 제 1 및 제 2 샘플(102)(104)의 양쪽에 두 개씩 나누어 위치시키어 관찰하고자 하는 특정부위가 있는 제 1 및 제 2 샘플(102)(104)이 중앙부위에 위치되도록 한다.
그리고 여섯 장의 샘플은 샘플과 샘플 사이에 에폭시 등의 접착물질을 이용하여 본딩(bonding)되는데, 이때, 본딩 효과를 크게 하기 위해 100 ∼ 150 ℃ 정도의 온도범위에서 약 2시간 정도 처리한다.
이 본딩된 여섯 장의 샘플을 그 단면이 양측 방향으로 노출되도록 절단기구 등을 이용하여 1 mm 간격으로 각각 슬라이싱(slicing)한 다음, 컷팅기(예를 들면, ultrasonic Disc Cutter 등)를 이용하여 지름이 2.3mm 정도의 디스크 형태로 펀치되어 원형의 샘플을 형성한다.
이후, 연마 및 스퍼터링 공정을 통해 시편 제작이 완성된다.
이때, 도 1b에 도시한 바와 같이, 제 1 샘플(102)과 제 2 샘플(104)이 비슷한 두께(700㎛)를 지니기 때문에 관찰 영역(Processed layer)의 단면을 TEM 등을 이용하여 관찰하는 경우에 두 샘플(102)(104)의 구분이 불가능하다는 문제가 제기된다.
이를 해결하기 위해서는 각각의 시편을 제작, 즉 제 1 샘플(102)끼리 맞붙여서 시편 하나를 제작하고, 다시 제 2 샘플(104)을 서로 맞붙여서 또 하나의 시편을 제작하여야만 한다.
시편 한 개당 제작 시간이 통상 5∼6시간 정도 소요되는 점을 고려할 때, 총 12시간의 시편 제작 시간이 소요될 수 있다는 문제가 제기되었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 하나의 시편으로 TEM에 의한 두 개의 샘플의 구분이 가능한 웨이퍼 테스트용 TEM 시편 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 웨이퍼 테스트용 TEM 시편 제작 방법으로서, 관찰하고자 하는 특정 부위가 포함된 기설정 두께의 제 1 샘플 및 제 2 샘플을 마련하는 단계와, 제 1 샘플을 상기 기설정 두께의 1/7 두께로 형성하는 단계와, 제 2 샘플의 백사이드를 폴리싱한 후 상기 제 1 샘플을 상기 제 2 샘플의 백사이드에 스택하는 단계와, 제 1 및 제 2 샘플의 양쪽에 더미 웨이퍼를 두 개씩 나누어 위치시키어 상기 관찰하고자 하는 특정 부위가 포함된 제 1 및 제 2 샘플이 중앙 부위에 위치되도록 하는 단계와, 제 1 및 제 2 샘플과 더미 웨이퍼를 접착재료로 본딩하는 단계와, 본딩된 제 1 및 제 2 샘플과 더미 웨이퍼를 그 단면이 양측 방향으로 노출되도록 각각 슬라이싱한 다음 기설정 지름의 디스크 형태로 펀칭하여 원형의 샘플을 형성하는 단계와, 연마 및 스퍼터링 공정을 통해 시편 제작을 완성하는 단계를 포함하는 웨이퍼 테스트용 TEM 시편 제작 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 테스트용 TEM 시편 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 관찰하고자 하는 특정 부위가 포함된 두 장의 웨이퍼, 즉 제 1 샘플(202) 및 제 2 샘플(204)을 준비한 후, TEM을 이용하여 제 1 및 제 2 샘플(202)(204)에서 관찰하고자 하는 부위의 위치를 확인한다.
그리고 제 1 샘플(202)을 본 실시예에 따라 기설정 두께로 형성한 다음, 제 2 샘플(204)의 백사이드(back-side)를 폴리싱(polishing)하고 제 1 샘플(202)을 제 2 샘플(204)에 백사이드에 스택(stack)한다.
이러한 결과에 대한 샘플 구조는 도 2b에 상세히 도시되어 있다.
즉, 도 2b에 도시한 바와 같이 제 1 샘플(202)을 종래에 비해 얇은 100㎛ 정도의 두께로 형성하고, 700㎛ 두께의 제 2 샘플(204)의 백사이드를 폴리싱한 다음 폴리싱된 제 2 샘플(204)의 백사이드에 제 1 샘플(202)을 스택하는 것이다.
이러한 과정을 통해 형성되는 시편 구조는 이후 TEM 관찰시 두 샘플(202)(204)을 구분할 수 있도록 한다.
한편, 후속되는 공정에서는 이러한 제 1 및 제 2 샘플(202)(204)을 10 mm × 5mm 정도의 크기로 절단하고, 또한, 네 장의 더미 웨이퍼(206)도 준비하여 각각 10 mm × 5mm 정도의 크기로 절단하여 총 여섯 장의 샘플을 준비한다.
이 준비된 총 여섯 장의 샘플 중에서 제 1 샘플(202) 및 제 2 샘플(204)은 서로 마주보도록 위치시키고 나머지 더미 웨이퍼(206)는 제 1 및 제 2 샘플(202)(204)의 양쪽에 두 개씩 나누어 위치시키어 관찰하고자 하는 특정 부위가 있는 제 1 및 제 2 샘플(202)(204)이 중앙부위에 위치되도록 한다.
그리고 여섯 장의 샘플(202)(204)(206)은 샘플과 샘플 사이에 에폭시 등의 접착물질을 이용하여 본딩(bonding)되는데, 이때, 본딩 효과를 크게 하기 위해 100 ∼ 150 ℃ 정도의 온도범위에서 약 2시간 정도 처리한다.
이 본딩된 여섯 장의 샘플을 그 단면이 양측 방향으로 노출되도록 절단기구 등을 이용하여 1 mm 간격으로 각각 슬라이싱(slicing)한 다음, 컷팅기(예를 들면, ultrasonic Disc Cutter 등)를 이용하여 지름이 2.3mm 정도의 디스크 형태로 펀치되어 원형의 샘플을 형성한다.
이후, 연마 및 스퍼터링 공정을 통해 시편 제작이 완성된다.
이상과 같이 본 발명은 TEM을 통해 한 번의 시편 제작으로 두 개의 샘플을 구분할 수 있도록 구현한 것이다.
본 발명에 의하면, 시편 제작 과정에서 그 제작 횟수를 줄일 수 있으며, 결과적으로 시편 제작 시간이 크게 감소되는 효과가 있다. 예컨대, 종래에 비해 시편 제작 횟수는 50%(2회에서 1회)로 줄어들며 시편 제작 시간은 45%(약 5시간)로 감소됨을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상과 범주 내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.
Claims (3)
- 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경 시편 제작 방법으로서,관찰하고자 하는 특정 부위가 포함된 기설정 두께의 제 1 샘플 및 제 2 샘플을 마련하는 단계와,상기 제 1 샘플을 상기 기설정 두께의 1/7 두께로 형성하는 단계와,상기 제 2 샘플의 백사이드를 폴리싱한 후 상기 제 1 샘플을 상기 제 2 샘플의 백사이드에 스택하는 단계와,상기 제 1 및 제 2 샘플의 양쪽에 더미 웨이퍼를 두 개씩 나누어 위치시키어 상기 관찰하고자 하는 특정 부위가 포함된 제 1 및 제 2 샘플이 중앙 부위에 위치되도록 하는 단계와,상기 제 1 및 제 2 샘플과 상기 더미 웨이퍼를 접착재료로 본딩하는 단계와,상기 본딩된 제 1 및 제 2 샘플과 더미 웨이퍼를 그 단면이 양측 방향으로 노출되도록 각각 슬라이싱한 다음 기설정 지름의 디스크 형태로 펀칭하여 원형의 샘플을 형성하는 단계와,연마 및 스퍼터링 공정을 통해 시편 제작을 완성하는 단계를 포함하는 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경 시편 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기설정 두께는 700㎛인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경 시편 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기설정 지름은 2.3mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 테스트용 투과 전자 현미경 시편 제작 방법.
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