KR100945875B1 - 에프아이비를 이용한 티이엠 분석 방법 및 그 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 FIB를 이용한 TEM 분석 방법 및 그 구조에 관한 것으로, 검출 위치를 시편 1/5 지점에 위치시킨 다음에 FIB를 이용하여 매우 시닝(thinning)한 각종 결점에 대하여 분석함으로써, TEM 분석에서 원자 구조 및 격자 구조의 정확성과 분석 실패율을 감소시켜 분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, TEM 샘플 그리드(GRID)에 장착된 시편(Sample)을 5개의 검출 지점으로 구분시킨 다음에 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편으로 시닝(thinning)한 결점에 대하여 분석함으로써, 기존에서와 같이 가느다란 시편(S1)을 이용한 분석법 보다 매우 향상된 분석 검출을 할 수 있으며, TEM 전자 빔의 회절 및 간섭을 최소화시킬 수 있다.
FIB, TEM, 시편, 결점

Description

에프아이비를 이용한 티이엠 분석 방법 및 그 구조{METHOD FOR ANALYZING TEM BY USING FIB AND ITS STRUCTURE}
본 발명은 에프아이비(Focused Ion Beam, 이하, FIB라 함)를 이용하여 티이엠(Trabsnussuib Electron Microscope, 이하, TEM이라 함) 분석의 정확성과 분석 실패율을 감소시켜 분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방법 및 그 구조에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, TEM 시편 제조 방법은 검출 위치에 대해 분석 영역을 FIB 밀링(milling)을 수행함으로써 분석을 가능하게 한다. 밀링 분석을 수행함에 있어서 특정 부분에서의 정확한 지점의 분석은 TEM 이미지에서 매우 정확한 분석을 요구한다.
즉, TEM 샘플 그리드(GRID)에 장착된 시편(Sample)을 이용하여 각종 결점을 분석할 경우, TEM 전자 빔(beam)이 도시된 바와 같이 분석하고자 하는 위치를 투과할 경우, TEM 전자 빔이 가느다란 시편을 투과하면서 각종 결점을 분석할 수 있는 것이다.
그러나, 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술에서와 같이 TEM 전자 빔이 넓게 포진된 가느다란 시편을 통해 투과되면, 한곳에 집중하고 있는 결점에 대해서는 효용성이 매우 떨어지는 분석 율을 얻는다. 또한 가느다란 시편을 이용한 FIB 밀링 방법은 넓은 영역에서의 분석은 가능하나 정확한 포인트 분석은 검출 위치 및 넓은 영역에서의 굴절 및 회절 현상 때문에 정확한 분석이 불가능하다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 검출 위치를 시편 1/5 지점에 위치시킨 다음에 FIB를 이용하여 매우 시닝(thinning)한 각종 결점에 대하여 분석함으로써, TEM 분석의 정확성과 분석 실패율을 감소시켜 분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 FIB를 이용한 TEM 분석 방법 및 그 구조를 제공한다.
본 발명의 일 관점에 따른 FIB를 이용한 TEM 분석 방법은, TEM 샘플 그리드에 장착된 시편을 TEM 분석 영역으로 구분시키고, 구분된 TEM 분석 영역과 대응되도록 빔 애퍼쳐를 결정하는 단계와, 결정된 빔 애퍼쳐를 통해 TEM 전자 빔을 투과시키는 단계와, 투과되는 TEM 전자 빔에 의해 각종 결점에 대하여 FIB 밀링으로 분석하는 단계를 포함한다.
상기 TEM 분석 영역은, 러프 밀링을 위한 영역과 크린 밀링을 위한 영역 및 크린 시닝 밀링을 위한 영역으로 구분되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 러프 밀링을 위한 영역은, TEM 전자 빔이 러프하게 투과하도록 950∼1050pa 애퍼쳐를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 크린 밀링을 위한 영역은, TEM 전자 빔이 크린하게 투과하도록 340∼360pa 애퍼쳐를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 크린 시닝 밀링을 위한 영역은, TEM 전자 빔이 크린 시닝하게 투과하도록 95∼100pa 애퍼쳐를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 TEM 샘플 그리드(GRID)에 장착된 시편(Sample)은, 5/5 지점에 위치한 가장 굵은 지점의 시편과 4/5∼2/5 지점에 위치한 중간 지점의 시편과 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편으로 구분되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 관점에 따른 FIB를 이용한 TEM 분석 구조는, TEM 분석 영역으로 구분시켜 제작한 시편(Sample)과, TEM 분석 영역과 대응되도록 각각 결정시켜 제작한 빔 애퍼쳐로 이루어져 있으며, 결정된 빔 애퍼쳐를 통해 TEM 전자 빔을 투과시켜 각종 결점에 대하여 FIB 밀링(milling)으로 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 TEM 분석 영역으로 구분시켜 제작한 시편은, 5/5 지점에 위치한 가장 굵은 지점의 시편과 4/5∼2/5 지점에 위치한 중간 지점의 시편과 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편으로 구분되어 제작된 것을 특징으로 한다.
상기 5/5∼1/5 지점의 시편 전체 길이는, 10∼15㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편의 길이는, 1∼2㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 TEM 분석 영역은, TEM 전자 빔이 러프하게 투과하도록 950∼1050pa 애퍼쳐를 사용하는 러프 밀링을 위한 영역과, TEM 전자 빔이 크린하게 투과하도록 340∼360pa 애퍼쳐를 사용하는 크린 밀링을 위한 영역과, TEM 전자 빔이 크린 시닝하게 투과하도록 95∼100pa 애퍼쳐를 사용하는 크린 시닝 밀링을 위한 영역으로 구분되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 검출 위치를 시편 1/5 지점에 위치시킨 다음에 FIB를 이용하여 매우 시닝(thinning)한 각종 결점에 대하여 분석함으로써, TEM 분석에서 원자 구조 및 격자 구조의 정확성과 분석 실패율을 감소시켜 분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 TEM 샘플 그리드(GRID)에 장착된 시편(Sample)을 5개의 검출 지점으로 구분시킨 다음에 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편으로 시닝(thinning)한 결점에 대하여 분석함으로써, 기존에서와 같이 가느다란 시편(S1)을 이용한 분석법 보다 매우 향상된 분석 검출을 할 수 있으며, TEM 전자 빔의 회절 및 간섭을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FIB를 이용하여 각종 결점에 대하여 TEM 분석을 수행하기 위해 완성된 시편 구조도로서, TEM 샘플 그리드(GRID)에 장착된 시편(Sample)을 5개의 검출 지점으로 구분시킨 다음에 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편으로 시닝(thinning)한 결점에 대하여 FIB 밀링(milling)을 수행함으로써 분석을 가능하게 한다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, TEM 분석 영역을 3가지 영역으로 구분할 수 있다. 첫 번째 분석 영역은 러프 밀링(rough milling)을 위한 영역이고, 두 번째는 크린 밀링(clean milling)을 위한 영역이며, 세 번째는 크린 시닝 밀링(clean thinning milling)을 위한 영역으로 구분할 수 있다.
다시 말하여, 러프 밀링(rough milling)을 위한 영역은 TEM 전자 빔이 러프하게 투과하도록 950∼1050pa(pico ampere) 애퍼쳐(aperture)를 사용하고, 크린 밀링을 위한 영역은 TEM 전자 빔이 크린하게 투과하도록 340∼360pa 애퍼쳐를 사용하며, 크린 시닝 밀링을 위한 영역은 TEM 전자 빔이 크린 시닝하게 투과하도록 95∼100pa 애퍼쳐를 사용한다.
상술한 바와 같이 사용되는 각각의 애퍼쳐를 통해 투과되는 TEM 전자 빔이 TEM 샘플 그리드(GRID)에 장착된 5개의 검출 지점으로 구분시킨 시편(Sample)을 통해 투과되는데, 도시된 바와 같이 프론트 사이드(front side)에 위치한 950∼1050pa 애퍼쳐를 통해 투과되는 러프 밀링을 위한 영역에는 5/5 지점에 위치한 가장 굵은 지점의 시편(SS3)을 통해 투과되고, 340∼360pa 애퍼쳐를 통해 투과되는 크린 밀링을 위한 영역에는 4/5∼2/5 지점에 위치한 중간 지점의 시편(SS2)을 통해 투과되며, 95∼100pa 애퍼쳐를 통해 투과되는 크린 시닝 밀링을 위한 영역에는 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편(SS1)을 통해 투과되는 것이다.
여기서, 시편 전체의 길이는 10∼15㎛이고, 시편 1/5 지점의 길이는 1∼2㎛이며, TEM 분석 범위는 게이트 산화막의 두께 측정과 ONO(Oxide nitride Oxide) 구조 측정 및 성분 정량, 정성 매핑에 사용되는 것이 바람직하다.
따라서, 도 2에 도시된 FIB를 이용하여 각종 결점에 대하여 TEM 분석을 수행할 때 투과 및 회절 현상을 도시한 도면에서와 같이, TEM 전자 빔이 5/5 지점에 위치한 가장 굵은 지점의 시편과 4/5∼2/5 지점에 위치한 중간 지점의 시편을 통해 투과될 경우에는 시편의 검출 위치 및 넓은 영역에서 회절 및 굴절되지만, 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편(SS1)을 통해 투과될 때에는 TEM 전자 빔의 간섭이 줄어들어 회절이 감소하게 되어 매우 정확한 분석 이미지를 검출할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 검출 위치를 시편 1/5 지점에 위치시킨 다음에 FIB를 이용하여 매우 시닝(thinning)한 각종 결점에 대하여 분석함으로써, TEM 분석에서 원자 구조 및 격자 구조의 정확성과 분석 실패율을 감소시켜 분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FIB를 이용하여 각종 결점에 대하여 TEM 분석을 수행하기 위해 완성된 시편 구조도,
도 2는 본 발명에 따른 FIB를 이용하여 각종 결점에 대하여 TEM 분석을 수행할 때 투과 및 회절 현상을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
SS3 : 5/5 지점에 위치한 가장 굵은 지점의 시편
SS2 : 4/5∼2/5 지점에 위치한 중간 지점의 시편
SS1 : 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편

Claims (11)

  1. TEM 샘플 그리드(GRID)에 장착된 시편(Sample)을 러프 밀링(rough milling)을 위한 영역과 크린 밀링(clean milling)을 위한 영역 및 크린 시닝 밀링(clean thinning milling)을 위한 영역으로 구분시키고, 구분된 상기 러프 밀링을 위한 영역과 크린 밀링을 위한 영역 및 크린 시닝 밀링을 위한 영역 각각과 대응되도록 빔 애퍼쳐(aperture)를 결정하는 단계와,
    상기 결정된 빔 애퍼쳐를 통해 TEM 전자 빔을 투과시키는 단계와,
    상기 투과되는 TEM 전자 빔에 의해 각종 결점에 대하여 FIB 밀링(milling)으로 분석하는 단계
    를 포함하는 FIB를 이용한 TEM 분석 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 러프 밀링을 위한 영역은, 상기 TEM 전자 빔이 러프하게 투과하도록 950∼1050pa 애퍼쳐를 사용하는 것을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 크린 밀링을 위한 영역은, 상기 TEM 전자 빔이 크린하게 투과하도록 340∼360pa 애퍼쳐를 사용하는 것을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 크린 시닝 밀링을 위한 영역은, 상기 TEM 전자 빔이 크린 시닝하게 투과하도록 95∼100pa 애퍼쳐를 사용하는 것을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 TEM 샘플 그리드(GRID)에 장착된 시편(Sample)은, 5/5 지점에 위치한 가장 굵은 지점의 시편과 4/5∼2/5 지점에 위치한 중간 지점의 시편과 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편으로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 방법.
  7. 러프 밀링(rough milling)을 위한 영역과 크린 밀링(clean milling)을 위한 영역 및 크린 시닝 밀링(clean thinning milling)을 위한 영역으로 구분시켜 제작한 시편(Sample)과,
    상기 러프 밀링을 위한 영역과 크린 밀링을 위한 영역 및 크린 시닝 밀링을 위한 영역 각각과 대응되도록 결정시켜 제작한 빔 애퍼쳐로 이루어져 있으며,
    상기 결정된 빔 애퍼쳐를 통해 TEM 전자 빔을 투과시켜 각종 결점에 대하여 FIB 밀링(milling)으로 분석하는 것을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 러프 밀링을 위한 영역과 크린 밀링을 위한 영역 및 크린 시닝 밀링을 위한 영역으로 구분시켜 제작한 시편은, 5/5 지점에 위치한 가장 굵은 지점의 시편과 4/5∼2/5 지점에 위치한 중간 지점의 시편과 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편으로 구분되어 제작된 것을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 구조.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 5/5 지점에 위치한 가장 굵은 지점의 시편에서 상기 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편의 전체 길이는, 10∼15㎛인 것을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 구조.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 1/5 지점에 위치한 가장 가느다란 지점의 시편의 길이는, 1∼2㎛인 것 을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 구조.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 러프 밀링을 위한 영역은 상기 TEM 전자 빔이 러프하게 투과하도록 950∼1050pa 애퍼쳐를 사용하고,
    상기 크린 밀링을 위한 영역은 상기 TEM 전자 빔이 크린하게 투과하도록 340∼360pa 애퍼쳐를 사용하며,
    상기 크린 시닝 밀링을 위한 영역은 상기 TEM 전자 빔이 크린 시닝하게 투과하도록 95∼100pa 애퍼쳐를 사용하는 것을 특징으로 하는 FIB를 이용한 TEM 분석 구조.
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