KR100744267B1 - 투과전자현미경용 시편 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TEM(Transmission Electron Microscope)용 시편 제조방법을 제공한다. 상기 TEM용 시편 제조방법은, 분석포인트를 형성하는 단계와, 상기 분석포인트가 중앙에 위치하도록 소정의 크기로 커팅하여 제 1시편을 형성하는 단계와, 상기 제 1시편의 일면을 그라인딩하여 소정의 크기를 갖는 제 2시편을 형성하는 단계와, 상기 제 2시편의 분석포인트의 영역상에 보호막을 증착하여 제 3시편을 형성하는 단계 및 상기 제 3시편의 소정의 면을 FIB의 전압을 조절하여 순차적으로 밀링하는 단계를 구비한다.

Description

투과전자현미경용 시편 제조 방법{specimen manufacturing method for Transmission Electron Microscope}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TEM용 시편의 제조방법을 순차적으로 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TEM용 시편의 제조방법을 보여주는 흐름도이다.

도 3은 도 2에 개시된 밀링하는 단계를 보여주는 흐름도이다.

도 4는 도 3에 도시된 제 4시편에 대한 이미지 초점설정 및 취득하는 단계를 보여주는 흐름도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **

50 : 특정영역 54 : 보호막

100 : 제1시편 102, 112, 122 : 상면

104 : 제1면 106 : 제2면

110 : 제2시편 116 : 후면

120 : 제3시편 130 : 예비시편

150 : 제4시편

본 발명은 TEM(Transmission Electron Microscope)용 시편 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조되는 시편의 손상을 최소한으로 줄여 분석하도록 하는 TEM용 시편 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 반도체 장치를 사용하여 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형성하기 위한 막 형성, 식각, 확산, 금속 배선과 같은 단위 공정을 반복적으로 또는 선택적으로 수행함으로서 제조된다.

최근, 반도체 장치 및 소자재료는 고기능, 대용량 구현을 위해 급속히 고집적화, 미세화되어 가고 있으며 이에 따라 보다 미세한 영역의 구조적, 화학적 분석을 할 수 있는 분석장비와 기술의 중요성이 증대되어지고 있다. 여러 가지 방법들 중에서 특히 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope; 이하 TEM이라 함)을 이용한 분석기술은 분해기능이나 응용 면에 있어서 가장 우수한 기술중의 하나로 큰 관심을 받고 있다.

상기와 같은 TEM 이용한 반도체 장치의 분석 기술은 많은 정보를 제공하고 있으나, 원하는 목적에 맞는 분석 결과를 얻기 위해서는 최적의 시편이 준비되어야 하며, 시편의 제조 및 분석 결과의 성패가 좌우된다. 따라서, TEM 분석용 시편의 제조 방법이 보다 강조되고 있다.

현재 반도체 기판(Silicon Wafer) 상에 존재하는 특정 막의 결함 여부를 TEM을 이용하여 분석하기 위한 평면의 TEM 분석용 시편 제조방법은 이온 밀링법(ion milling method)과, 이온빔 집속(Focusing ion beam; 이하 FIB라 함)법 등이 일반화되어 있다.

상기 방법 중에서 FIB를 사용하는 방법은, 분석용 시편 내의 분석 포인트를 전자상으로 관찰하면서 분석 포인트의 주변부에서 분석포인트에 근접하여 상기 분석용 시편의 두께를 보다 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기 시편을 밀링한 후에, 투과전자현미경을 사용하여 장시간 상기 시편을 관찰하다 보면, 상기 시편에 가해지는 빔 차지(beam charge)로 인해 상기 시편의 계면이 손상되는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상기 시편을 제조하는 경우에, 시편의 제조시 보호막의 형성과 더불어 이온빔의 전압값을 조절하여 식각하여 제조함으로서, 투과전자현미경을 사용하여 상기 시편을 안정적으로 분석할 수 있도록 한 TEM용 시편 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 TEM용 시편 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 TEM용 시편 제조방법은 분석포인트를 형성하는 단계와, 상기 분석포인트가 중앙에 위치하도록 소정의 크기로 커팅하여 제 1시편을 형성하는 단계와, 상기 제 1시편의 일면을 그라인딩하여 소정의 크기를 갖는 제 2시편을 형성하는 단계와, 상기 제 2시편의 분석포인트의 영역상에 보호막을 증 착하여 제 3시편을 형성하는 단계 및 상기 제 3시편의 소정의 면을 FIB의 전압을 조절하여 순차적으로 밀링하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 밀링하는 단계는 상기 제 3시편의 분석포인트의 영역의 일면을 30kV의 이온빔으로 밀링하여 제 4시편을 형성한 후에, 8kV의 이온빔으로 상기 제 4시편의 양면을 밀링하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제 3시편을 밀링한 후에, 상기 양면이 밀링된 제 3시편을 낮은 스팟영역에서 이미지 초점을 맞추는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이미지 초점을 맞춘 후에, 상기 이미지를 높은 스팟영역에서 취득하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TEM용 시편 제조방법을 설명하도록 한다.

도 1a 내지 도 1f는 도 2 내지 도 3에 도시된 TEM용 시편의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.

도 1a 내지 1b 및 도 2를 참조하면, 웨이퍼(W) 상에 형성된 다수의 막질 중에서 특정 막의 결함 여부를 판단하는 분석작업을 진행하기 위해 특정영역(50)에 결함이 존재하는 반도체 기판(W)을 선택한다. 여기서 특정영역(50)에 포함되는 결함을 분석포인트(P)로 나타내기로 한다.

상기 분석포인트(P)를 포함하는 특정영역(50)이 형성된 웨이퍼(W)를 다이아몬드 커팅기와 같은 기구를 사용하여 소정의 크기 예컨대, 약 3×2mm의 크기를 갖 도록 커팅함으로서 도 1b에 도시된 바와 같이, 특정영역(50)이 중심부에 위치한 제1시편(100)을 형성한다(S100). 여기서, 상기 제1시편(100)의 상면(102)은 분석포인트(P)를 포함하는 특정영역(50)이 형성되어 있고, Z축 방향과 수직되게 위치해 있다.

도 1b 내지 도 1c를 참조하면, 상기 분석포인트(P)를 포함하는 특정영역(50)을 관찰하면서 상기 특정영역(50)이 형성된 제1시편(100)의 상면(102)과 수직되게 위치하는 상기 제1시편(100)의 제1면(104)을 트라이포드 그라인더(Tri-pod Grinder)를 사용하여 제1연마함으로서 상기 특정영역(50)의 일측부와 근접되는 제2시편(110)의 일측면인 제2면(106)을 형성한다. 여기서 상기 제2시편(110)의 제 2면인 상면(112)은 상기 특정영역(50)이 포함되어 있고, Z축 방향과 수직되게 위치해 있다. 또한, 상기 제2시편(110)의 제2면(106)은 y축 방향과 수직되고, 상기 제1연마는 상기 제1시편(100)의 제1면(104)을 빠르게 밀링하는 공정이기 때문에 상기 제2시편(110)의 제2면(106)의 표면은 거칠게 형성된다(S200).

도 1d를 참조하면, 상기 특정영역(50)이 형성된 제2시편(110)의 상면(112)과 대향되는 제2시편(110)의 저면을 트라이포드 그라인더(Tri-pod Grinder)를 이용하여 제2연마함으로서 후면(116)을 형성하고, 도 1e와 같이 약 30㎛두께를 갖는 제3시편(120)을 형성한다.

도 1e를 참조하면, 상기 제3시편(120)의 분석 포인트(P)를 포함하는 특정영역(50) 상에 보호막(54)을 증착한다. 상기 보호막(54)은 FIB 이용하여 TEM용 시편의 분석포인트(P)를 관찰하거나 이후 마이크로식각(micro milling)할 경우, 상기 FIB에 의한 TEM용 시편 표면에 발생할 수 있는 데미지(damage)를 최소화 해주는 역할을 한다. 또한 상기 보호막(54)은 텅스텐(W)막, 백금(Pt)막, 탄소(C)막 및 알루미늄(Al)막 등을 사용할 수도 있다(S300).

도 1f를 참조하면, 도 1e에 있어서, 상기 제2시편(110)의 제2면(106)을 형성할 때 형성된 거친 부분을 제거하기 위해 상기 특정영역(50)이 형성된 제3시편(120)의 상면(122)을 소정 부위를 FIB를 이용하여 수직 식각함으로서 상기 특정영역(50)이 형성된 제3시편(120)의 상면(122)과 수직되는 상기 특정영역(50)의 제1면(52)을 형성함과 동시에 상기 특정영역(50)의 제1면(52)은 노출시키는 예비시편(130)을 형성한다. 여기서, 수직 식각은 상기 FIB의 이온빔의 전압값은 30kV의 높은 전압으로 수행한다(S400, S410). 형성된 예비시편(130)에 특정영역(50)의 보호막(54)을 식각하여 도 g에 도시된 바와 같은 제4시편(150)을 형성한다.

도 1g 및 도 3을 참조로 하면, 상기와 같이 형성된 상기 제 4시편(150)의 보호막(54)을 FIB를 사용하여 밀링을 수행하게 되는데, 이때, 이온빔의 전압을 8kV의 전압을 가해 낮은 전압으로 상기 보호막(54)을 밀링한다(S420). 따라서, 상기 제 4시편(150)의 보호막(54)에 손상을 최소화할 수 있다.

이어, 도 4에 도시된 바와 같이, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 상기 특정영역을 관찰하는 경우에, 상기 특정영역(50)의 이미지의 초점을 설정하게 된다. 이때, 상기 이미지의 초점을 빔 차지(beam charge)가 커지지 않도록 낮은 스팟영역에서 수행한다(S500).

따라서, 낮은 이온빔으로 밀링된 상기 제 4시편(150)의 양면을 낮은 스팟영 역에서 이미지를 포커싱함으로써, 이 역시 빔 차지에 의해 가해지는 상기 보호막(54)에 손상을 최소화할 수 있다.

이어, 상기 보호막(54)에 대한 이미지를 취득하게 되는데, 이때, 상기 낮은 스팟영역을 다시 높은 스팟영역에서 상기 이미지를 스캔하는 방식 등으로 이미지를 취득할 수 있다(S600).

본 발명에 의하면, 시편을 제조하여 FIB를 사용하여 이미지를 취득하는 경우에, 전압을 조절하여 시편의 면을 밀링하고, 낮은 스팟에서 초점을 설정한 후에, 이미지를 취득할 때 다시 높은 스팟에서 수행하게 됨으로써, 투과전자현미경을 사용하여 시편을 안정적으로 제작 및 이미지를 분석할 수 있게 되는 효과가 달성될 수 있다.

Claims (4)

1. 분석포인트가 포함된 특정영역이 중앙에 위치하도록 소정의 크기로 커팅하여 제 1시편을 형성하는 단계;

   상기 제 1시편의 상면과 수직되게 위치되는 일면을 거칠게 그라인딩하여, 그라인딩된 일면이 상기 분석포인트가 포함된 특정영역의 일측부와 근접하도록 형성된 제 2시편을 단계;

   상기 제 2시편의 상면과 대향되는 저면을 그라인딩하여 얇아진 두께로 형성하되, 상기 분석포인트의 특정영역상에 보호막을 증착하여 제 3시편을 형성하는 단계;

   상기 제 3시편의 상면과 수직하되, 상기 특정영역의 일측부를 FIB의 제 1 이온 빔 전압값을 이용하여 수직식각하여, 상기 특정영역의 일면이 노출되도록 형성되는 예비시편을 형성하는 단계;

   상기 형성된 예비시편의 상기 특정영역의 보호막을 식각하여 제 4시편을 형성하는 단계;

   상기 제 4시편의 보호막을 FIB의 제 2 이온빔 전압값을 이용하여 밀링하는 단계를 포함하는 TEM용 시편l제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제 l 이온빔은 30kV이고, 상기 제 2 이온빔은 30kV이고, 상기 제 2 이온빔은 8kV인 것을 특징으로 하는 TEM용 시편 제조방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제작된 시편에 대한 이미지 초점에 대한 설정은 낮은 스팟영역에서 높은 스팟영역으로 스캔하면서 포커싱을 행하여 취득하는 것을 특징으로 하는 TEM용 시편 제조방법.

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