KR100826763B1 - 반도체 버티컬 분석 시편 제작 방법 및 이를 이용한 분석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염포인트를 수직으로 검사하기 위하여 FIB를 이용하여 시편을 만들고, 이를 SEM에 의해 검사하는 반도체 버티컬 분석 시편 제작 방법 및 이를 이용한 검사 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 반도체 버티컬 분석 시편 제작 방법은 웨이퍼에서 분석포인트가 포함된 특정영역을 커팅하여 시편을 만드는 단계, 상기 커팅된 시편을 폴리싱쉬트를 이용하여 분석포인트 직전까지 그라인딩하는 단계, 상기 분석포인트 직전까지 그라인딩된 시편을 FIB를 이용하여 분석포인트까지 밀링하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명에 의하여 시료에 대한 버티컬 분석이 필요한 경우에 기존 방법에 비하여 보다 효율적이고 정확한 분석결과를 얻을 수 있으며, 시편 성공율도 상당히 높다고 할 수 있다. 또한 인위적으로 분석할 수 없는 부분에 대해 기존에 얻을 수 없었던 결과를 추출해 낼 수 있으며, 반도체 결함 부위에 대한 원인을 쉽게 찾을 수 있으며, 이를 통하여 공정개선의 효과도 얻을 수 있다.

분석시편, FIB, SEM, 수직

Description

반도체 버티컬 분석 시편 제작 방법 및 이를 이용한 분석 방법{Manufacturing method for vertical analysis piece and analysis method thereby}

도 1은 기존 방법에 의한 시편 제작시 그라인딩으로 인하여 분석 포인트가 오염된 것을 보여주는 사진,

도 2는 내지 도 5는 본 발명에 의한 시편 제작 방법 및 이를 이용한 검사방법을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 주요 부호의 설명

100 : 웨이퍼 110 : 시편

120 : 분석포인트 200 : FIB

210 : SEM

본 발명은 반도체 시편 제작 방법 및 이를 이용한 검사방법에 관한 것으로 서, 상세하게는 오염포인트를 수직으로 검사하기 위하여 FIB를 이용하여 시편을 만들고, 이를 SEM에 의해 검사하는 반도체 버티컬 분석 시편 제작 방법 및 이를 이용한 검사 방법에 관한 것이다.

현대 사회의 필수품인 컴퓨터나 텔레비전과 같은 전자 제품은 항상 다이오우드나 트랜지스터 등의 반도체 소자가 포함된다. 상기 반도체 소자는 일반적으로, 산화실리콘에서 고순도의 실리콘을 추출한 것을 단결정으로 성장시키고 이를 원판 모양으로 잘라서 웨이퍼를 만들고, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하고, 상기 패턴에 따라 불순물 이온을 주입하여 전기적으로 활성된 영역을 배선하고, 전기적 특성이 양호한 칩을 분리하여 가공하는 공정을 거쳐서 제조된다.

위와 같은 일련의 공정 중에는, 공정용 가스가 웨이퍼에 확산되는 확산공정과 웨이퍼 표면에서의 산화반응을 통해 산화막이 증착되는 산화공정, 기타 금속 배선을 위한 금속공정 등이 반복적으로 수행되며, 그에 따라 웨이퍼상에는 다양한 형태의 막이 적층된다. 그런데 위와 같이 웨이퍼 상에 형성되는 다양한 막층 가운데 특정막에 결함이 존재한다면, 결국 후속공정에서 제조되는 반도체 소자도 정상적으로 작동되지 않는 불량품이 될 수 밖에 없다.

따라서 웨이퍼상에 막을 형성하거나 기타 반도체 소자의 제조 공정이 진행되 는 중간에는, 임의로 몇 장의 표본 웨이퍼를 선택하여 그 표면을 검사하는 작업을 필수적으로 수행하며, 반도체 소자의 고집적화에 따른 공정상의 복잡화·미세화 경향을 감안하면 이러한 검사 및 분석에 대한 중요성이 점점 증대되고 있다.

그러나, 사람이 사물을 관찰할 때 약 0.1mm 이하의 미세구조는 분석하기 어려우므로, 보다 작은 것을 관찰할 때에는 확대경이나 광학현미경 같은 보조수단을 이용한다. 하지만, 주로 사용되고 있는 광학현미경은 빛의 파장 때문에 그 확대능력에 한계를 나타내는데 그것은 대략 0.2㎛ 정도이다. 이러한 한계를 극복하기 위해 발명된 것이 바로 전자현미경이며, SEM(Scanning Electrode Microscope)과 TEM(Transmission Electrode Microscope)이 있다.

이 중 SEM은 시료에 전자선을 스캐닝하면 입사전자와 시료를 구성하는 원자와의 상호작용에 의해 여러가지 신호를 발생하게 되는데 이것을 감지하여 관찰하는 설비이다.

그러나 SEM 분석을 위해서는 시편을 만들어야 하는데, 이러한 시편을 만드는 과정은 폴리싱 쉬트(polishing sheet)를 이용하여 사람의 손으로 하기 때문에 정밀도가 떨어지며 아울러 분석부위에 시편 손상과 오염을 초래할 수 있어서, 시편 성공율이 매우 낮으며, 따라서 시편의 제작이 상당히 어렵다고 할 수 있다. 도 1은 기존 방법에 의한 시편 제작시 그라인딩으로 인하여 분석 포인트가 오염된 것을 보 여주는 사진인데, 도 1에서 보는 바와 같이 시편 제작시의 그라인딩으로 인하여 분석포인트가 오염되어서 정확한 분석이 어렵게 되었다.

뿐만 아니라, FIB 구조는 시료의 표면에 대하여 52°에서 분석하기 때문에 시편에 대하여 수직으로 분석하여야 할 경우에는 90도 회전시킨 상태에서 표면을 직접 검사할 경우보다는 그 정확한 형상을 관찰하기가 어려웠다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시료에 대하여 수직 분석시 시편의 상태와 정확한 측정분석을 하기 위한 반도체 버티컬 분석 시편 제작방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 반도체 버티컬 분석 시편 제작 방법은 웨이퍼에서 분석포인트가 포함된 특정영역을 커팅하여 시편을 만드는 단계, 상기 커팅된 시편을 폴리싱쉬트를 이용하여 분석포인트 직전까지 그라인딩하는 단계, 상기 분석포인트 직전까지 그라인딩된 시편을 FIB를 이용하여 분석포인트까지 밀링하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 FIB 밀링은 이온빔이 30kv에 서 집속되고, 조리개의 사이즈가 0.01~0.30pa인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 반도체 버티컬 분석 시편 분석 방법은 상기된 방법에 의해 제작된 시편을 90도 회전시켜서 SEM을 이용하여 검사하는 것을 특징으로 한다.

이하 예시도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만 이러한 설명은 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시하게 하기 위함이지, 이로써 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 2에서 보는 바와 같이 먼저 분석하고자하는 웨이퍼(100)를 선택한 후에, 선택된 웨이퍼에서 분석하고자 하는 부분인 분석 포인트(120)가 포함된 특정영역을 포함하게 웨이퍼를 적당한 크기로 커팅하여 시편(110)을 만든다. 이 때 웨이퍼의 커팅은 다이아몬드 커팅기를 이용하여 이루어진다.

다음으로 SEM(210)을 이용하여 분석포인트(120)를 수직으로 검사하기 위하여 분석포인트(120)를 시편(110)의 표면으로 노출시켜야 하는데, 이를 위하여 먼저 분석포인트(120)에 최대한 근접하게 폴리싱 쉬트를 이용하여 그라인딩(GRINDING)한다.

이 과정에서 분석포인트(120)까지 폴리싱쉬트를 이용하여 그라인딩할 경우에는 시편(110)이 오염되는 문제가 있으므로, 분석 시편(110)의 분석 포인트(120)의 최대한 근접할 때까지만 폴리싱 쉬트를 이용하여 그라인딩하여 다이아몬드 커팅기에 의해 커팅된 시편에서 일부분(112)을 제거하여 도 3에서 시편의 110' 부분만 남는 형상이 되도록 한다.

다음으로 이온 빔 집속 장치(Focused Ion Beam, FIB)(200)를 이용하여 분석포인트(120) 위치까지 수직하게 밀링을 한다. 이온 빔 집속 장치(200)는 집속된 이온빔을 웨이퍼의 밀링시키고자 하는 부위에 오랜시간동안 조사함으로서 웨이퍼의 밀링하고자하는 부분을 물리적으로 제거하는 방법인데, 이러한 방법은 많은 시간이 소요되므로, 일단 다이아몬드 커팅기를 이용하여 커팅된 시편을 상기된 폴리싱 쉬트를 이용하여 기계적으로 분석포인트의 근처까지 최대한 그라인딩한 후에 이온 빔 집속 장치(200)를 이용하여 분석포인트(120)를 수직으로 밀링하게 된다.

이러한 FIB 밀링은 분석포인트(120)를 오염시키지 않으면서도 정확하게 분석포인트를 시편의 표면에 노출시킬 수 있다. 이 때 이온빔집속장치(200)는 FIB 이온 빔이 30KV에서 집속하며 조리개 크기(APERTURE SIZE)가 0.01 내지 0.30pa로 운전되어질 수 있다.

상기 과정을 거쳐서 제작된 시편은 90도 회전시켜서 수직으로 오염된 분석포인트가 표면에 노출되어서 SEM(210)을 통하여 관찰되어서 분석포인트에 대한 정확한 측정과 계면 이미지를 얻을 수 있다. 이는 기존에 FIB(200)를 이용하여 관찰할 경우 52도의 각도에서 관찰하게 되므로 오염포인트의 수직분석시 정확한 관찰이 어려웠던 것을, 본 발명에 의하여 90도 방향에서의 관찰이 가능하게 되어서 분석포인트에 대한 보다 정확한 관찰이 가능하게 된다.

본 발명에 의하여 시료에 대한 버티컬 분석이 필요한 경우에 기존 방법에 비하여 보다 효율적이고 정확한 분석결과를 얻을 수 있으며, 시편 성공율도 상당히 높다고 할 수 있다. 또한 인위적으로 분석할 수 없는 부분에 대해 기존에 얻을 수 없었던 결과를 추출해 낼 수 있으며, 반도체 결함 부위에 대한 원인을 쉽게 찾을 수 있으며, 이를 통하여 공정개선의 효과도 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. SEM 분석을 위해 웨이퍼에서 분석포인트가 포함된 특정영역을 커팅하여 시편을 만드는 단계, 상기 커팅된 시편을 폴리싱쉬트를 이용하여 분석포인트 직전까지 그라인딩하는 단계, 상기 분석포인트 직전까지 그라인딩된 시편을 FIB를 이용하여 이온빔이 30kv에서 집속되고, 조리개의 사이즈가 0.01~0.30pa로 분석포인트까지 밀링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 버티컬 분석 시편 제작 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 의해 제작된 시편을 90도 회전시켜서 SEM을 통하여 검사하는 것을 특징으로 하는 반도체 버티컬 분석 시편 분석 방법.

Images