KR100722786B1 - 투과전자현미경 분석용 시료 제작 방법 - Google Patents

Abstract

작업이 간편하고, 오염이 최소화되는 TEM 분석용 시료 제작 방법이 개시되어 있다. 상기 분석 포인트가 포함되도록 상기 피처리물을 소정 크기로 절단한 후, 상기 피처리물의 저면에 더미 웨이퍼를 부착한다. 이어서, 상기 더미 웨이퍼가 부착된 피처리물에서 상기 분석 포인트의 분석 방향과 평행한 양 측면부로부터 저면부까지 반원형이 되도록 절단한다. 상기 반원형 피처리물의 전면 및 배면 전체를 폴리싱한 후, FIB에 의해 국부적으로 식각하여 TEM 분석용 시료를 제작한다. 따라서 상기 분석용 시료는 그리드에 부착할 필요 없으므로, 시료 제작이 간편할 뿐 아니라 작업자의 취급이 용이하며 시료의 오염을 최소화할 수 있다.

Description

투과전자현미경 분석용 시료 제작 방법{Method for manufacturing of sample in analysis by TEM}

도 1a 내지 1e는 종래의 FIB를 이용하는 TEM 분석용 시료 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2a 내지 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 TEM 분석용 시료 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30b : 절단된 피처리물 32 : 분석 포인트

34 : 더미 웨이퍼 38 : 반원형 피처리물

42 : TEM 분석용 시료

본 발명은 투과 전자 현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)분석용 시료 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FIB(Forcus ion beam)를 사용하여 상기 TEM 시료를 제작할 시에 사용할 수 있는 시료 제작 방법에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약 적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.

반도체 장치의 고집적화에 따라 회로의 선폭이 더욱 미세해지고 있다. 이에 따라 반도체 장치에서 각종 불량을 유발시키는 소오스도 더욱 미세해지고 다양해 지고 있어서, 반도체 장치의 불량 분석에 따르는 어려움이 더욱 가중되고 있다. 상기 반도체 장치의 불량을 확인하기 위해, 일반적으로 광학 현미경, 주사 전자 현미경(SEM, scanning Electron Microscope) 또는 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하고 있다. 이 중에서 상기 TEM은 분석 시료를 투과한 전자들을 이용하여 영상 또는 회절 패턴을 얻어 재료의 모양뿐만 아니라 구조적인 정보까지 수득할 수 있으므로, 상기 미세한 불량을 분석하기 위한 매우 강력한 도구로서 사용되고 있다.

상기 TEM을 사용하기 위해서는 분석 시료 내로 전자빔이 투과되어야 하기 때문에 상기 분석 시료의 두께가 매우 얇아야 한다. 따라서, 상기 분석을 수행하기 이전에, 분석 시료의 두께를 얇게 하기 위한 소정의 시료 제작 공정을 수행하여야 한다.

상기 TEM 분석용 시료 제작을 위해서 최근에는 FIB를 널리 이용하고 있다. 상기 FIB는 시료 내의 분석 포인트를 전자상으로 관찰하면서 분석 포인트의 주변부를 식각하여 상기 시료 시료의 두께를 조절함으로서, 원하는 TEM 분석용 시료를 제작할 수 있다는 장점이 있다.

상기 FIB를 사용하여 TEM 분석용 시료를 제작하는 방법의 일 예는 Lee 등에게 허여된 미 합중국 특허 제 6,194,720호 및 Tsai에게 허여된 미 합중국 특허 제 6,080,991호에 개시되어 있다.

도 1a 내지 도 1e는 종래의 FIB를 이용하는 TEM 시료 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1a 내지 도 1b를 참조하면, 상부면에 분석 포인트(12)를 갖는 피처리물(10a)에서, 상기 분석 포인트(12)를 포함하도록 상기 피처리물(10a)을 소정 크기로 절단한다. 상기 피처리물(10a)은 TEM에 구비되는 시료 홀더에 상기 피처리물(10a)이 장착될 수 있는 크기로 절단한다. 구체적으로 상기 분석 포인트(12)의 분석 방향(13)과 평행한 상기 피처리물(10b)의 양 측면간의 간격(a)이 3mm 이하가 되도록 절단한다.

도 1c를 참조하면, 상기 피처리물(10b)에서 분석 포인트(12)에 대향하는 저면을 폴리싱한다. 이 때, 상기 폴리싱된 피처리물(10c)의 상부면에서 하부면까지의 두께(b)는 40㎛ 이하가 되도록 한다.

도 1d에서는, 상기 폴리싱된 피처리물(10c)을 반원형의 그리드(grid, 14)에 부착한다. 상기 반원형의 그리드(14)는 원형의 그리드를 절단하여 형성한다. 또한 상기 피처리물(10c)은 접착제를 사용하여 수작업으로 상기 그리드(14)에 부착한다.

이어서, 도 1e에서 도시한 바와 같이, FIB를 이용하여 전자 빔이 상기 분석 포인트(12)를 투과할 수 있도록 상기 피처리물(10c)의 소정 부위를 식각함으로서 TEM 분석용 시료(16)를 완성한다.

그러나 종래의 방법에 의해 TEM 분석용 시료를 제작할 때에는 몇 가지 문제점이 있다.

첫째, 분석 포인트를 갖는 피처리물을 절단하고 폴리싱한 후의 상기 피처리물은 크기가 너무 작고 두께가 너무 얇다. 때문에 후속으로 상기 피처리물을 그리드에 부착할 때, 상기 피처리물이 부러지거나 또는 분실하는 일이 빈번하게 발생된다.

둘째, 접착제를 사용하여 상기 피처리물을 그리드에 접착시킬 때, 상기 접착제가 상기 피처리물에 점착되어 오염이 발생된다.

셋째, 원형의 그리드를 절단하여 사용하여야 하는 번거러움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 작업이 간편하고, 오염이 최소화되는 TEM 분석용 시료 제작 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상부면에 분석 포인트를 갖는 피처리물에서, 상기 분석 포인트가 포함되도록 상기 피처리물을 소정 크기로 절단하는 단계와, 상기 절단된 피처리물에서 분석 포인트에 대향하는 상기 피처리물의 저면에 더미 웨이퍼를 부착하는 단계와, 상기 더미 웨이퍼가 부착된 피처리물에서 상기 분석 포인트의 분석 방향과 평행한 양 측면부로부터 저면부까지 반원형이 되도록 절단하는 단계와, 상기 반원형의 피처리물에서 상기 분석 포인트로부터 소정 간격을 갖도록 상기 반원형 피처리물의 전면 및 배면 전체를 폴리싱하는 단계 및 상 기 반원형 피처리물에서 전면 및 배면을 FIB에 의해 국부적으로 식각하여 분석 포인트로부터 상기 피처리물의 전면 및 배면까지의 간격을 조절하는 단계를 수행하여 TEM 분석용 시료를 제작한다.

상기 방법에 의하면, 시료를 그리드에 부착할 필요 없이 바로 FIB에 의한 식각 작업을 수행하고, 이어서 TEM 분석을 수행할 수 있다. 때문에 시료 제작이 간편할 뿐 아니라 작업자의 취급이 용이하며, 시료의 오염을 최소화할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 2a 내지 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 TEM 분석용 시료 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 상부면에 분석 포인트(32)를 갖는 피처리물(30a)에서, 상기 분석 포인트(32)가 포함되도록 상기 피처리물(30a)을 소정 크기로 절단한다. 상기 피처리물(30a)은 반도체 장치 또는 반도체 장치가 형성되어 있는 웨이퍼를 포함한다.

구체적으로, 광학 현미경을 통해 상기 피처리물(30a)에서의 분석 포인트(32)의 위치를 확인한다. 상기 광학 현미경에 의해 분석 포인트(32)의 위치를 용이하게 확인하기 어려울 경우, FIB를 사용하여 상기 분석 포인트(32)의 주변을 마킹함으로서 상기 분석 포인트(32)를 확인한다.

이어서, 상기 분석 포인트(32) 및 분석 포인트(32)의 주변 영역이 포함되도록 상기 피처리물(30a)을 절단한다. 상기 피처리물(30a)은 초음파 절단기(ultrasonic cutter) 또는 다이아몬드 절단기(diamond cutter)를 사용하여 절단할 수 있다. 이 때 상기 절단된 피처리물(30b)은 분석 포인트(32)의 분석 방향(33)과 평행한 양 측면간의 간격(A)은 적어도 3mm를 갖고, 분석 포인트(32)의 분석 방향과 수직한 전면 및 배면 간의 간격(B)은 가능한 작은 것이 바람직하다. 상기 제시된 피처리물(30b)의 크기는 TEM에 구비되는 시료 홀더에 장착될 수 있는 시료의 제작을 위한 후속 공정을 진행할 때, 상기 후속 공정 진행 시간을 단축시킬 수 있는 크기이다. 그리고, 상기 분석 포인트(32)는 상기 절단된 피처리물(30b)의 중심부에 위치하도록 한다.

이하의 설명에서 피처리물(30b)은 분석 포인트(32)가 노출되어 있는 면을 상부면, 이에 대향하는 면을 저면, 상기 분석 포인트(32)의 분석 방향(33)과 수직한 측면을 전면 및 배면, 상기 분석 포인트(33)의 분석 방향과 평행한 측면을 양 측면이라 한다.

이어서, 도2c에 도시된 바와 같이, 상기 절단된 피처리물(30b)에서 분석 포인트(32)에 대향하는 저면에 더미 웨이퍼(34)를 부착한다. 이 때 상기 더미 웨이퍼(34)의 상부면 및 저면은 상기 절단된 피처리물(30b)의 상부면 및 저면의 크기와 동일하도록 절단하여 구비한다.

상기 더미 웨이퍼(34)가 부착되어 있는 피처리물(36)의 상부면과 저면 간의 두께(C)는, 상기 피처리물(36)의 양 측면간의 간격(A)에 비해 두껍게 형성되어야 한다. 이를 위해 상기 더미 웨이퍼(34)는 상기 절단된 피처리물(30b)의 저면에 1개 이상을 연속적으로 부착시켜 형성할 수 있다.

상기 더미 웨이퍼(34)는 접착제를 사용하여 부착한다. 이 때 사용할 수 있는 접착제는 상기 피처리물(36)의 세정시 사용되는 아세톤이나 알코올과 같은 용매에 용해되지 않고, 전자 빔에 반응하지 않으면서, 접착력이 강한 특성을 가져야만 한다.

상기 절단된 피처리물(30b)에 상기 더미 웨이퍼(34)를 접착시킬 때 접착 면적이 상기 절단된 피처리물(30b)의 저면 전체에 해당되기 때문에, 상기 절단된 피처리물(30b)과 더미 웨이퍼(34)간의 접착이 용이하다.

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 더미 웨이퍼(34)가 부착된 피처리물(30b)의 양 측면부로부터 더미 웨이퍼(34)의 저면부까지 반원형이 되도록 절단한다. 상기 더미 웨이퍼(34)가 부착된 피처리물(36)은 초음파 절단기를 이용하여 절단할 수 있다. 상기와 같이 절단하여 형성된 상기 반원형의 피처리물(38)에서, 상부면, 전면 및 배면은 평면을 유지한다.

상기 반원형은 상기 분석 포인트(32)를 포함하는 상기 절단된 피처리물(30b)의 상부면을 지름으로 하여 형성한다. 따라서, 상기 분석 포인트(32)는 상기 반원형을 이용하여 그려지는 가상원의 중심 부위에 위치하게 된다. 도 2e는 도 2d에서 X-X'의 측단면도이다.

도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 반원형의 피처리물(38)에서 상기 분석 포인트(30b)로부터 소정 간격을 갖도록 상기 반원형 피처리물(38)의 전면 및 배면을 각각 폴리싱한다. 상기 반원형 피처리물(38)의 전면 및 배면은 TEM에 구비되는 시료 홀더에 장착이 용이한 소정의 간격을 갖도록 폴리싱하며, 구체적으로는 70 내지 100㎛의 간격(D)갖도록 한다. 이 때 상기 전면 및 배면 사이의 중심부에 상기 분석 포인트(32)가 위치하도록 한다. 상기 폴리싱은 예컨대 트리포드(Tripod) 연마기를 사용하여 수행할 수 있다.

상기 폴리싱된 반원형 피처리물(40)에서 상기 전면 및 배면간의 간격(D)이 작을수록, 후속 공정에서 FIB에 의해 식각하여야 할 두께가 감소되어 생산성이 증가한다. 그러나 상기 폴리싱된 반원형 피처리물(40)에서 상기 전면 및 배면간의 간격(D)이 지나치게 작으면 작업자에 의해 상기 피처리물(40)의 취급이 용이하지 않고, 상기 피처리물(40)의 파손이 우려되므로 상기 제시된 간격을 갖는 것이 바람직하다.

상기 공정을 수행하여 형성된 반원형의 피처리물(40)의 외부면의 형상은, 종래의 그리드에 접착되어 있는 시료의 외부면의 형상과 동일하다. 때문에 상기 반원형의 피처리물(40)은 그리드에 접착하지 않고도 FIB에 의한 식각을 수행할 수 있으며, TEM 에 구비되는 시료 홀더에 상기 반원형의 피처리물(40)을 장착할 수 있다.

더구나, 상기 절단된 피처리물(30b)에 더미 웨이퍼(34)를 접착한 후, 반원형으로 절단하는 단계 및 폴리싱 단계가 수행되므로, 접착제에 의한 상기 피처리물의 오염이 최소화된다.

도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱된 반원형 피처리물(40)에서 전면 및 배면를 FIB에 의해 국부적으로 식각하여, 분석 포인트(32)로부터 분석 방향(33)으로의 두께를 조절하여 TEM 분석용 시료(42)를 완성한다.

구체적으로, 상기 폴리싱된 반원형 피처리물(40)을 FIB 장치의 시료 홀더에 장착하고, 상기 폴리싱된 반원형 피처리물(40)의 전면 및 배면의 소정 부위를 상기 분석 포인트(32) 방향으로 각각 식각한다. 이 때 상기 식각이 수행되는 위치는 상기 폴리싱된 반원형 피처리물(40)에서 상기 분석 포인트(32)에 대향하는 각각의 부분이다. 이 때, 전자 빔이 상기 분석 포인트(32)를 분석 방향으로 투과할 수 있는 두께를 갖도록 식각을 수행한다.

상기와 같이 FIB를 사용하여 식각을 할 경우, 상기 반원형의 피처리물(40)에서 분석 포인트(32)를 직접 확인하면서 정확한 위치에서 식각을 수행할 수 있는 장점이 있다.

상기 설명한 방법대로 FIB를 사용하여 형성된 상기 TEM 분석용 시료는 TEM 의 시료 홀더에 장착 가능할 뿐 아니라, 상기 TEM을 사용하여 상기 분석 포인트를 확인할 수 있다. 또한 상기 TEM 분석용 시료는 그리드에 부착할 필요가 없어 취급이 간편하고 오염을 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상기 TEM 분석용 시료는 분석을 위한 피처리물의 저면에 더미 웨이퍼를 부착시킨후, 절단하고, 연마하여, 종래의 그리드에 부착된 시료의 외부면과 동일한 외부면을 갖도록 한다. 그러므로, 제작된 분석용 시료 자체만으로 TEM의 시료 홀더에 장착할 수 있다. 따라서, 각 단계의 수행시에 취급이 용이하고, 제작이 간편하고, 시료의 오염을 최소화하면서 상기 TEM 분석용 시료를 제작할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해 당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. i) 상부면에 분석 포인트를 갖는 피처리물에서, 상기 분석 포인트가 포함되도록 상기 피처리물을 소정 크기로 절단하는 단계;

   ii)상기 절단된 피처리물에서 분석 포인트에 대향하는 상기 피처리물의 저면에, 상기 절단된 피처리물과 동일한 크기의 상부면 및 저면을 갖는 더미 웨이퍼를 부착하는 단계;

   iii)상기 더미 웨이퍼가 부착된 피처리물에서 상기 분석 포인트의 분석 방향과 평행한 양 측면부로부터 저면부까지 반원형이 되도록 절단하는 단계;

   iv)상기 반원형의 피처리물에서 상기 분석 포인트로부터 소정 간격을 갖도록 상기 반원형 피처리물의 전면 및 배면 전체를 폴리싱하는 단계; 및

   v)상기 반원형 피처리물에서 전면 및 배면을 FIB에 의해 국부적으로 식각하여 분석 포인트로부터 상기 피처리물의 전면 및 배면까지의 간격을 조절하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시료 제작 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 피처리물은 반도체 장치가 형성되어 있는 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시료 제작 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계i)에서 상기 피처리물은 분석 포인트의 분석 방향과 평행한 양 측면간의 간격이 적어도 3mm가 되도록 절단하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시료 제작 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단계i)에서 상기 피처리물은 분석 포인트가 중심부에 위치하도록 절단하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시료 제작 방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 단계ii)에서 상기 더미 웨이퍼가 부착된 상기 피처리물은, 분석 포인트의 분석 방향과 평행한 양 측면간의 간격보다, 상부면과 저면 간의 간격이 더 커지도록 상기 더미 웨이퍼를 1매 이상 연속적으로 부착시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시료 제작 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 단계ii)에서 상기 더미 웨이퍼는 접착제를 사용하여 부착하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시료 제작 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 단계iii)에서 상기 반원형은 상기 분석 포인트를 포함하는 피처리물의 상부면을 지름으로 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시료 제작 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 단계iv)에서 상기 원반형 피처리물은 두께가 70 내지 100㎛가 되도록 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시료 제작 방법.

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