KR100595136B1 - 집속 이온 빔을 이용한 투과 전자 현미경 시편 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집속 이온 빔을 이용하여 투과 전자 현미경의 시편을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 시편 제조 방법에 따르면, 소정의 분석 부위에 근접하여 한쪽 방향으로 한 개의 절단선을 따라 웨이퍼를 절단하고, 분석 부위가 포함된 시편을 기준으로 절단선 쪽에 인접한 제1 영역과 시편 반대편에 위치한 제2 영역을 가공하며, 절단선에 의하여 형성된 측면 쪽으로 완전히 노출된 제1 영역을 통하여 탐침을 접근시켜 시편을 분리한다. 시편을 분리시킬 때 탐침의 접근이 쉽기 때문에 작업 능률을 향상시킬 수 있고 시편 제조의 성공 확률을 높일 수 있다.

투과 전자 현미경(TEM), 집속 이온 빔(FIB), 시편, 절단 시스템(cleavage system), 리프팅 시스템(lifting system)

Description

집속 이온 빔을 이용한 투과 전자 현미경 시편 제조 방법{Method of Making TEM Sample Using FIB}

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술의 한 예에 따른 투과 전자 현미경 시편 제조 방법을 나타내는 도면들이다.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술의 다른 예에 따른 투과 전자 현미경 시편 제조 방법을 나타내는 도면들이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 투과 전자 현미경 시편 제조 방법을 나타내는 도면들이다.

<도면에 사용된 참조 번호의 설명>

10, 30: 웨이퍼 11, 12, 31: 절단선

13, 20, 32: 시료 14, 22, 35: 시편

21, 33, 34: 가공 영역 23, 36: 탐침

본 발명은 반도체 소자의 시편 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 집속 이온 빔을 이용하여 투과 전자 현미경의 시편을 제조하는 방법에 관한 것 이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정을 완료한 후에는 공정 평가, 불량 분석 등의 목적으로 시편을 제조하여 평가 및 분석 작업에 이용하고 있다. 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM)은 고 에너지로 가속시킨 전자를 반도체 소자의 시편에 투과시켜 물질의 격자상과 성분 등을 분석하는 장비로서 널리 이용되고 있다. 투과 전자 현미경은 기존의 광학 현미경이나 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)으로 분석이 곤란한 경우에도 매우 유용하게 활용되고 있다.

투과 전자 현미경을 이용하여 특정 부위의 단면 이미지를 얻으려면 먼저 그에 적합한 시편을 제조하여야 한다. 그리고 시편은 전자 투과가 가능해야 하므로 수㎛ 이하의 얇은 두께를 가져야 한다. 이하, 첨부 도면을 참조하여 투과 전자 현미경 시편을 제조하는 방법에 대하여 두 가지 종래 기술을 설명하겠다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술의 한 예에 따른 투과 전자 현미경 시편 제조 방법을 나타내는 도면들이다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 서로 직각을 이루는 두 방향으로 네 개의 절단선(11, 12)을 따라 웨이퍼(10)를 절단하여 시료(13)를 얻는다. 이 때, 시료(13)에는 분석하고자 하는 분석 부위가 포함되어 있고, 시료(13)는 대략 수mm의 크기를 가진다.

이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 시료(13)의 표면을 연마(grinding)하여 수십㎛ 정도의 크기로 가공한다.

계속해서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 분석 부위의 양쪽 측면을 가공하여 수㎛ 이하의 얇은 두께로 가공한다. 이 때, 측면 가공에 사용되는 수단이 집속 이온 빔(focused ion beam; FIB)이다.

그러나, 이러한 시편 제조 방법은 웨이퍼(10)를 연마하는 과정이 작업자의 수작업에 의하여 이루어지기 때문에 고도의 숙련이 필요하고 시간도 오래 걸리는 단점이 있다.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술의 다른 예에 따른 투과 전자 현미경 시편 제조 방법을 나타내는 도면들이다. 도 2a와 도 2b에 도시된 종래의 시편 제조 방법은 전술한 종래 기술에 비하여 시편 제조에 걸리는 시간이 단축된다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 시료(20)를 소정의 크기로 절단하여 준비한 다음, 집속 이온 빔을 이용하여 분석 부위가 포함된 시편(22)의 양쪽 영역(21)을 평면 가공하고, 관측하고자 하는 면을 미세 가공한다.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 리프팅 시스템(lifting system)의 탐침(23)을 이용하여 시편(22)을 분리시킨다.

그런데, 이러한 시편 제조 방법은 시편 제조 시간이 단축되는 이점은 있으나, 탐침(23)을 이용하여 시편(22)을 분리시키는 과정에서 성공 확률이 낮은 것이 단점이다.

따라서 본 발명은 전술한 종래 기술에서의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 소자의 제조 공정 평가 및 불량 분석을 위하여 투과 전자 현 미경 시편을 제조할 때 시편 제조 시간을 단축함과 동시에 작업 능률을 향상시키는 것을 주된 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음의 구성을 가지는 투과 전자 현미경 시편의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법은, 소정의 분석 부위에 근접하여 한쪽 방향으로 한 개의 절단선을 따라 웨이퍼를 절단하는 단계와, 분석 부위가 포함된 시편을 기준으로 절단선 쪽에 인접한 제1 영역과 시편 반대편에 위치한 제2 영역을 가공하는 단계와, 절단선에 의하여 형성된 측면 쪽으로 완전히 노출된 제1 영역을 통하여 탐침을 접근시켜 시편을 분리하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법에 있어서, 제1 영역과 제2 영역의 가공 단계는 집속 이온 빔을 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법에 있어서, 제1 영역은 평면 가공 없이 곧바로 미세 가공하고, 제2 영역은 평면 가공과 미세 가공을 연이어 진행할 수 있다.

본 발명에 따른 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법에 있어서, 웨이퍼의 절단 단계는 절단 시스템을 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법에 있어서, 시편의 분리 단계는 리프팅 시스템의 탐침을 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 보다 명확히 전달하기 위함이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 다소 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 투과 전자 현미경 시편 제조 방법을 나타내는 도면들이다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 절단 시스템(cleavage system)을 이용하여 한쪽 방향으로 한 개의 절단선(31)을 따라 웨이퍼(30)를 절단한다. 이 때, 절단선(31)은 시료(32) 내에 포함된 분석 부위에 최대한 근접하도록 설정하는 것이 바람직하다. 절단 시스템은 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있는 장비이므로 자세한 설명을 생략한다.

이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 집속 이온 빔을 이용하여 분석 부위가 포함된 시편(35)의 양쪽 영역(33, 34)을 가공한다. 이 때, 시편(35)을 기준으로 하여 절단선(31) 쪽에 인접한 제1 영역(33)은 평면 가공 없이 곧바로 미세 가공하고, 시편(35) 반대편에 위치한 제2 영역(34)은 평면 가공과 미세 가공을 연이어 진행한 다. 제1 영역(33)은 이미 절단되어 있는 상태이기 때문에 평면 가공을 거치지 않고 바로 미세 가공을 진행할 수 있다.

이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 리프팅 시스템(lifting system)의 탐침(36)을 이용하여 시편(35)을 분리한다. 이 때, 제1 영역(33)은 절단선(31)에 의하여 형성된 측면 쪽으로 완전히 노출된 상태이기 때문에, 제1 영역(33)을 통하여 시편(35)에 탐침(36)을 접근시키기가 쉽다. 리프팅 시스템은 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려진 장비이므로 자세한 설명을 생략한다.

실시예를 통하여 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 투과 전자 현미경 시편의 제조 방법은 시료를 제작할 때 절단 시스템을 이용하여 시료의 한쪽 면을 미리 절단하기 때문에, 리프팅 시스템의 탐침을 이용하여 시편을 분리시킬 때 탐침의 접근이 매우 쉽다. 따라서 본 발명의 시편 제조 방법은 작업 능률을 향상시킬 수 있고 시편 제조의 성공 확률을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 시편 제조 방법은 집속 이온 빔을 이용하여 시편의 양쪽 영역을 가공하므로 시편 제조 시간을 단축할 수 있으며, 더구나 제1 영역은 이미 절단되어 있는 상태이어서 평면 가공을 거치지 않고 바로 미세 가공을 진행할 수 있으므로 시편 제조 시간 단축에 더욱 효과적이다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (5)

1. 소정의 분석 부위에 근접하여 한쪽 방향으로 한 개의 절단선을 따라 웨이퍼를 절단하는 단계;

   상기 분석 부위가 포함된 시편을 기준으로 상기 절단선 쪽에 인접한 제1 영역과 상기 시편 반대편에 위치한 제2 영역을 가공하는 단계;

   상기 절단선에 의하여 형성된 측면 쪽으로 완전히 노출된 상기 제1 영역을 통하여 탐침을 접근시켜 상기 시편을 분리하는 단계를 포함하는 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 가공 단계는 집속 이온 빔을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 영역은 평면 가공 없이 곧바로 미세 가공하고, 상기 제2 영역은 평면 가공과 미세 가공을 연이어 진행하는 것을 특징으로 하는 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 절단 단계는 절단 시스템을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투과 전자 현미경의 시편 제 조 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 시편의 분리 단계는 리프팅 시스템의 탐침을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투과 전자 현미경의 시편 제조 방법.

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