KR102083239B1 - Measuring method of thin film thickness by secondary ion mass spectrometry - Google Patents

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KR102083239B1
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한국표준과학연구원
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Abstract

The present invention relates to a method for calculating a thin film thickness by combining a composition profile such as secondary ion mass spectrometry (SIMS) and other methods such as a stylus profile Peter etc. Provided is the method for accurately, quickly, and easily measuring the thin film thickness for various specimens.

Description

이차이온질량분석장비를 활용한 박막 두께 측정 방법 {Measuring method of thin film thickness by secondary ion mass spectrometry}Measuring method of thin film thickness using secondary ion mass spectrometer {Measuring method of thin film thickness by secondary ion mass spectrometry}

본 발명은 이차이온질량분석(secondary ion mass spectrometry (SIMS))과 같은 조성 프로파일과 그 밖의 방법을 조합하여 박막의 두께를 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the thickness of a thin film by combining a composition profile such as secondary ion mass spectrometry (SIMS) and other methods.

막 두께의 정확한 측정은 첨단 전자 디바이스 제조에 있어 가장 중요한 측정 문제들 중 하나이다. 박막의 두께는 X선 반사율(X-ray reflectivity (XRR)), 타원계측법(spectroscopic ellipsometry (SE)), X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)), 러더퍼드 후방산란 분광법(Rutherford backscattering spectroscopy (RBS)) 및 투과 전자 현미경 (transmission electron microscopy (TEM))과 같은 다양한 방법으로 측정된다. 그러나 이러한 방법에 의한 다양한 박막 두께 측정은 복잡하고 특수한 전제 조건을 필요로 한다.Accurate measurement of film thickness is one of the most important measurement problems in the manufacture of advanced electronic devices. The thickness of the thin film is X-ray reflectivity (XRR), spectroscopic ellipsometry (SE), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Rutherford backscattering spectroscopy (RBS)) and transmission electron microscopy (TEM). However, the measurement of various thin film thicknesses by this method requires complex and special prerequisites.

물질량 자문위원회(consultative committee for amount of substance (CCQM)의 표면 분석 워킹 그룹(surface analysis working group (SAWG))의 파일럿 연구 P-38에서, XRR, SE, RBS 및 TEM으로 Si (100) 및 (111) 기판상의 나노미터(nm) SiO2 막의 두께를 측정 한 바 있고, 다층막의 두께 측정은 ISO/TC-201(표면 화학 분석(Surface Chemical Analysis))의 SC6(SIMS) 분과에 의해 조직된 국제공동분석(international round robin test)에서도 조사되었다. 그러나 박막의 정확한 두께 측정을 위한 절대적인 표면 분석 방법은 아직 보고된 바 없다.In the pilot study P-38 of the surface analysis working group (SAWG) of the consultative committee for amount of substance (CCQM), Si (100) and (111) with XRR, SE, RBS and TEM The thickness of the nanometer SiO 2 film on the substrate was measured, and the thickness measurement of the multilayer film was carried out by the SC6 (SIMS) division of ISO / TC-201 (Surface Chemical Analysis). It has also been investigated in the international round robin test, but no absolute surface analysis method for accurate thickness measurement of thin films has yet been reported.

비록 SIMS는 다양한 박막 재료에 대한 깊이 분포 분석에 유용한 기술이지만, SIMS에 의한 두께 측정은 계면의 위치를 결정하기 어렵다는 한계가 있다. 특히 매질효과(matrix effect)로 인해 매질이 변하는 계면에서 특정 이온의 강도가 비정상적으로 변화하는 것은 SIMS 깊이 분포 분석(depth profiling)에 의한 박막 재료의 두께 측정에서 고려해야 할 문제이다.Although SIMS is a useful technique for analyzing the depth distribution of various thin film materials, thickness measurement by SIMS has a limitation that it is difficult to determine the position of the interface. In particular, the abnormal change in the intensity of a particular ion at the interface at which the medium changes due to the matrix effect is a problem to be considered in the thickness measurement of thin film material by SIMS depth profiling.

대한민국 등록특허공보 제10-1061163호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1061163

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다양한 시편에 대해, 정확하면서도 신속하고 간편하게 박막의 두께를 측정하는 방법의 제공을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, for the purpose of providing a method for measuring the thickness of the thin film accurately, quickly and simply for a variety of specimens.

본 발명의 박막 두께 측정 방법은, 박막인 제1층 및 상기 제1층의 일면에 접한 제2층을 포함하는 막(film)을 준비하는 단계; 상기 박막의 제1층의 타면으로부터 제2층에 이르는 2개 이상의 크레이터를 형성하되, 각각의 크레이터에 있어, 깊이에 따른 조성 프로파일로부터 상기 크레이터의 제1층과 제2층의 경계면으로부터의 깊이(Dtotal)를 산출하는 단계; 상기 형성된 각각의 크레이터의 제1층 타면으로부터의 깊이(Dsubst)를 상기 조성 프로파일 이외의 방법으로 측정하는 단계; 및 상기 크레이터들 각각의 Dtotal 및 Dsubst로부터, Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal을 제1층의 두께로 결정하는 단계;를 포함한다.The thin film thickness measuring method of the present invention comprises the steps of: preparing a film including a first layer which is a thin film and a second layer in contact with one surface of the first layer; Two or more craters are formed from the other surface of the first layer to the second layer of the thin film, and for each crater, the depth from the interface between the first and second layers of the crater Calculating D total ); Measuring a depth D subst from the other surface of the first layer of each formed crater by a method other than the composition profile; And determining a total of D when the crater from the respective D and D total subst, subst D is 0 with a thickness of the first layer; and a.

본 발명의 일 양태에서, 제1층의 두께는 Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal에 보정값을 더 반영하여 결정될 수 있다.In one aspect of the present invention, the thickness of the first layer may be determined by further reflecting a correction value in D total when D subst becomes zero.

본 발명의 일 양태에서, 상기 보정값은 크레이터 바닥 형상(topography)에 기인한 오차가 보상된(compensated) 것일 수 있다.In one aspect of the invention, the correction value may be one in which an error due to crater topography is compensated.

본 발명의 일 양태에서, 상기 깊이에 따른 조성 프로파일은 이차이온질량분석(SIMS)를 통해 얻어질 수 있다.In one aspect of the invention, the composition profile according to the depth can be obtained through secondary ion mass spectrometry (SIMS).

본 발명의 일 양태에서, 상기 깊이에 따른 조성 프로파일은 세슘(Cs) 클러스터 이온을 이용한 이차이온질량분석(SIMS)를 통해 얻어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the composition profile according to the depth may be obtained through secondary ion mass spectrometry (SIMS) using cesium (Cs) cluster ions.

본 발명의 일 양태에서, 상기 조성 프로파일 이외의 깊이 측정 방법은 스타일러스 프로파일미터 및/또는 광학 간섭계에 의한 것일 수 있다.In one aspect of the invention, the depth measurement method other than the composition profile may be by a stylus profile meter and / or an optical interferometer.

본 발명의 일 양태에서, 상기 Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal는 선형회귀분석을 통해 결정될 수 있다.In one aspect of the present invention, D total when the D subst becomes 0 may be determined through linear regression analysis.

본 발명의 일 양태에서, 상기 제1층 및 제2층은 각각 금속을 포함하는 홑원소 물질, 합금, 및 화합물 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first layer and the second layer may each include any one or two or more of a single element material, an alloy, and a compound including a metal.

본 발명은 다양한 시편에 대해, 정확하면서도 신속하고 간편하게 박막의 두께를 측정하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for measuring the thickness of a thin film accurately, quickly and simply for various specimens.

또한 본 발명은 비전문가도 용이하게 이용할 수 있는 박막 두께 측정 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for measuring thin film thickness that can be easily used by non-experts.

또한 본 발명은 재료 표면의 형상(topography)이 반영된 정확한 박막 두께를 제공한다.The invention also provides an accurate thin film thickness that reflects the topography of the material surface.

도 1은 본 발명의 일 양태에 따라 Dtotal 및 Dsubst로부터 박막 두께를 산출하는 피팅 방법이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 프로파일 변환 과정으로, (a)는 스퍼터링 시간에 따른 SIMS 이차이온 강도(Intensity), (b)는 스퍼터링 깊이에 따른 정규화된 SIMS 이차이온 강도, (c)는 스퍼터링 깊이에 따른 SIMS 이차이온 강도 비율이다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링 후에 스타일러스로 깊이가 측정되는, nm 단위의 미세한 표면 형상을 가지는 크레이터 바닥에 대한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 크레이터 깊이 측정을 위한 스타일러스의 보정 곡선(calibration curve)이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따라 각기 다른 크레이터 깊이((a) 182.7nm, (b) 208.6 nm, (c) 246.9 nm, (d) 290.2 nm, (e) 367.8 nm, 및 (f) 429.4 nm)를 형성하는 Fe0.4Ni0.6 합금막의 스퍼터링 시간-SIMS 이차이온 강도 프로파일 및 크레이터 깊이-SIMS 이차이온 강도 비율 프로파일이다.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따라 MCs2 + SIMS로부터 얻어진 (a) Ge(50 nm)/Si(100), (b) Ge(100 nm)/Si(100) and (c) Ni(200 nm)/Si(100) 막의 깊이 프로파일 및 막 두께를 산출한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따라 MCs2 + SIMS로부터 얻어진 (a) 5×(Ta/Ta2O5)/Si(100), (b) 5×(Si/Ge)/Si(100), (c) 5×(Cr/Ni)/Si(100)의 스퍼터링 시간-SIMS 이차이온 강도 프로파일, 및 (d) 5×(Ta/Ta2O5)/Si(100), (e) 5×(Si/Ge)/Si(100), (f) 5×(Cr/Ni)/Si(100)의 크레이터 깊이-SIMS 이차이온 강도 비율 프로파일이다.
도 8은 본 발명의 일 양태에 따른 (a) Ni, (b) 5×(Cr/Ni), (c) 5×(Ta/Ta2O5) 막의 스퍼터링 후의 단면에 대한 투과전자현미경(transmission electron microscopy (TEM)) 화상(image)이다.
도 9는 본 발명의 일 양태에 따라, (a) SIMS로부터 얻어진 두께(TSIMS) 및 (b) 보상된 두께(TSIMS+ΔI/2) 각각에 대해 TEM 화상으로부터 얻어진 두께(TTEM)를 피팅한 결과이다.
1 is a fitting method for calculating a thin film thickness from D total and D subst according to an aspect of the present invention.
Figure 2 is a profile conversion process according to an aspect of the present invention, (a) is the SIMS secondary ion intensity (Intensity) according to the sputtering time, (b) is the normalized SIMS secondary ion strength according to the sputtering depth, (c) is SIMS secondary ion strength ratio with sputtering depth.
3 is a conceptual diagram of a crater bottom having a fine surface shape in nm, in which depth is measured with a stylus after sputtering according to one aspect of the present invention.
4 is a calibration curve of a stylus for measuring crater depth in accordance with an aspect of the present invention.
5 shows different crater depths ((a) 182.7 nm, (b) 208.6 nm, (c) 246.9 nm, (d) 290.2 nm, (e) 367.8 nm, and (f) 429.4 according to one aspect of the present invention. nm) sputtering time-SIMS secondary ion intensity profile and crater depth-SIMS secondary ion intensity ratio profile of the Fe 0.4 Ni 0.6 alloy film forming.
6 shows (a) Ge (50 nm) / Si (100), (b) Ge (100 nm) / Si (100) and (c) Ni (200) obtained from MCs 2 + SIMS according to one aspect of the present invention. nm) / Si (100) film is the result of calculating the depth profile and film thickness.
7 shows (a) 5 × (Ta / Ta 2 O 5 ) / Si (100), (b) 5 × (Si / Ge) / Si (100) obtained from MCs 2 + SIMS according to one aspect of the present invention. (c) sputtering time-SIMS secondary ion intensity profile of 5 × (Cr / Ni) / Si (100), and (d) 5 × (Ta / Ta 2 O 5 ) / Si (100), (e) 5 Crater depth-SIMS secondary ion intensity ratio profile of (Si / Ge) / Si (100), (f) 5x (Cr / Ni) / Si (100).
8 is a transmission electron microscope for the cross section after sputtering of (a) Ni, (b) 5 × (Cr / Ni), and (c) 5 × (Ta / Ta 2 O 5 ) membranes according to one aspect of the present invention. electron microscopy (TEM) image.
9 shows the thickness T TEM obtained from a TEM image for each of (a) the thickness T SIMS obtained from SIMS and (b) the compensated thickness T SIMS + ΔI / 2, according to one aspect of the present invention. The fitting result.

이하 본 발명을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 실시예 및 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The embodiments and drawings introduced below are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments and drawings presented below, but may be embodied in other forms. At this time, if there is no other definitions in the technical terms and scientific terms used, those having ordinary skill in the technical field to which the present invention has a meaning commonly understood, the gist of the present invention in the following description and the accompanying drawings. Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.

본 발명에 있어, 박막 두께 측정 방법은,In the present invention, the thin film thickness measuring method,

제1층 및 상기 제1층의 일면에 접한 제2층을 포함하는 박막을 준비하는 단계;Preparing a thin film including a first layer and a second layer in contact with one surface of the first layer;

상기 박막의 제1층의 타면으로부터 제2층에 이르는 2개 이상의 크레이터(crater)를 형성하되, 각각의 크레이터에 있어, 깊이에 따른 SIMS 조성 프로파일로부터 상기 크레이터의 제1층과 제2층의 경계면으로부터의 깊이(Dtotal)를 산출하는 단계;Two or more craters are formed from the other surface of the first layer of the thin film to the second layer, and in each crater, the interface between the first and second layers of the crater from the SIMS composition profile according to the depth. Calculating a depth D total from the;

상기 형성된 각각의 크레이터의 제1층 타면으로부터의 깊이(Dsubst)를 상기 조성 프로파일 이외의 방법으로 측정하는 단계; 및Measuring a depth D subst from the other surface of the first layer of each formed crater by a method other than the composition profile; And

상기 크레이터들 각각의 Dtotal 및 Dsubst로부터, Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal을 제1층의 두께로 결정하는 단계; 를 포함한다.Determining a total D of the case from the crater of each of D and D total subst, subst D is zero in which the thickness of the first layer; It includes.

본 발명에서 사용되는 박막(thin film)은 나노미터 단위의 두께를 가지는 막을 의미하며, 예를 들어 1 ㎛ 미만의 두께를 가질 수 있고, 특히 500 nm 이하의 두께에도 적용 가능하고, 더욱 얇게는 300 nm 이하의 두께, 100 nm 이하의 두께에서도 정확한 두께 산출이 가능하다.Thin film used in the present invention means a film having a thickness in nanometers, for example, may have a thickness of less than 1 ㎛, especially applicable to a thickness of less than 500 nm, even thinner 300 Accurate thickness calculation is possible even with a thickness of less than nm and a thickness of less than 100 nm.

본 발명에서 제1층 및 제2층은 평면 및/또는 곡면을 가지는 2차원적인 구조일 수 있으며, 제1층의 임의의 한 면을 일면으로 지칭할 경우, 일면과 대응하는 반대측 면을 타면으로 지칭한다.In the present invention, the first layer and the second layer may be a two-dimensional structure having a planar and / or curved surface, and when any one side of the first layer is referred to as one side, the opposite side corresponding to the one side is turned into the other side. Refers to.

본 발명에서 제2층이 제1층의 일면에 접하는 것은, 단순이 물리적으로 제2층과 제1층의 면이 맞닿아 있는 것 뿐 아니라, 제1층 및/또는 제2층을 구성하는 성분의 일부가 그 경계면에서 일방으로, 또는 상호 확산되어 있는 것도 포함한다. 이렇게 상호 확산되어 있는 경우, 그 경계면은 원자 스케일에서 명확히 구분되지 않을 수 있다.In the present invention, the second layer is in contact with one surface of the first layer, not only the surface of the second layer and the first layer are in physical contact with each other, but also the components constituting the first layer and / or the second layer. It is also included that some of the parts are unilaterally or interspersed at the interface. If so interspersed, the interface may not be clearly distinguishable at the atomic scale.

본 발명의 일 양태에서, 제2층은 제1층이 형성되는 기판(substrate)일 수 있다. 이때, 제1층은 증착에 의해 형성될 수 있으며, 그러한 증착 방법의 일 예로 이온빔 스퍼터 증착법(ion beam sputter deposition), 열 증착법 (thermal evaporation) 등이 있으나, 본 발명에서의 측정 방법은 막(층) 형성 방법에 제한되지 않는다.In one aspect of the invention, the second layer may be a substrate on which the first layer is formed. In this case, the first layer may be formed by evaporation, and examples of such evaporation methods include ion beam sputter deposition and thermal evaporation. ) Is not limited to the formation method.

본 발명의 일 양태에서, 제1층 및 제2층은 각각 금속을 포함하는 홑원소 물질, 합금, 및 화합물 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 양태에서 상기 화합물은 금속의 산화물, 질화물, 및 탄화물 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 본 발명의 일 양태에서 상기 금속은 Ge, Si, Fe, Ni, 및 Ta 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In one aspect of the invention, the first layer and the second layer may each comprise any one or two or more of a monoelement material, an alloy, and a compound comprising a metal. In one aspect of the present invention, the compound may be any one or more selected from oxides, nitrides, and carbides of metals. In one embodiment of the present invention, the metal may be any one or more selected from Ge, Si, Fe, Ni, and Ta.

본 발명의 일 양태에서, 제1층은, Si 기판인 제2층상에 증착된 단일 금속층, 합금층, 및 금속 화합물 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.In one aspect of the invention, the first layer may comprise any one or two or more of a single metal layer, an alloy layer, and a metal compound deposited on a second layer, which is a Si substrate.

본 발명의 일 양태에서, 금속의 산화물, 질화물, 탄화물과 같은 화합물은 금속 증착시에 반응 가스 분위기가 조성됨에 의해 형성될 수 있으며, 이때 반응 가스는, 산소, 질소, 탄화수소 등이거나 그 혼합물 또는 반응물일 수 있다.In one aspect of the invention, compounds such as oxides, nitrides, carbides of metals may be formed by forming a reaction gas atmosphere during metal deposition, wherein the reaction gas is oxygen, nitrogen, hydrocarbons, or the like, or mixtures or reactants thereof Can be.

본 발명에서 크레이터는 제1층의 타면으로터 제1층과 제2층의 경계 방향으로 형성된 함몰 구조를 의미하며, 크레이터는 제1층을 관통하여 제2층까지 이르는 함몰된 구조이다. 본 발명의 일 양태에서 크레이터는 조성 프로파일을 수득하는 과정에서 형성될 수 있다. 즉, 일 예로서 SIMS를 통한 조성 프로파일을 수득할 수 있고, 이때 조사된 이온에 의해 박막에는 크레이터가 생성되면서 발생되는 이차이온을 감지하여 조성 프로파일을 얻게 된다. 본 발명의 일 양태에서 SIMS의 조사(스퍼터링) 이온은 세슘(Cs) 클러스터 이온일 수 있으며, 이때 이차이온은 MCs2 +(M은 제1층과 제2층에 포함된 원소) 형태이며, 이차이온의 이온화는 양이온으로 쉽게 이온화되는 특성을 가지는 Cs 원자에 의해 지배되어, 매질효과의 감소를 가져올 수 있다.In the present invention, the crater is a recessed structure formed in the boundary direction between the first layer and the second layer from the other surface of the first layer, and the crater is a recessed structure extending through the first layer to the second layer. In one aspect of the invention the craters may be formed in the process of obtaining a composition profile. That is, as an example, a composition profile through SIMS may be obtained, and the composition profile may be obtained by sensing secondary ions generated as craters are formed in the thin film by the irradiated ions. In one aspect of the invention, the irradiated (sputtered) ions of the SIMS may be cesium (Cs) cluster ions, where the secondary ions are in the form of MCs 2 + (M is an element included in the first and second layers) and secondary Ionization of the ions is governed by Cs atoms having the property of being easily ionized with cations, which can lead to a reduction in medium effect.

본 발명의 일 양태에서, 조성 프로파일 이외의 깊이 측정 방법은 스타일러스 프로파일미터(stylus profilometer) 및/또는 광학 간섭계에 의한 것일 수 있다. 즉, 조성 프로파일이 수득되면서(스퍼터링되면서) 형성된 크레이터에 대해, 탐침(probe)를 사용하거나 광학적 수단을 통하여 크레이터의 깊이를 측정할 수 있다. 크레이터는 2 개 이상의 상이한 깊이를 가지도록 형성되어야 하며, 깊이-조성 관계의 신뢰성 있는 결과를 얻기 위해, 스퍼터링 이온의 전류 밀도 등의 조성 프로파일이 수득되는 조건이 균일하게 유지될 필요가 있다.In one aspect of the invention, the depth measurement method other than the composition profile may be by a stylus profilometer and / or an optical interferometer. That is, for a crater formed with a composition profile obtained (sputtered), the depth of the crater can be measured using a probe or via optical means. The craters should be formed to have two or more different depths, and in order to obtain reliable results of the depth-composition relationship, the conditions under which composition profiles such as current density of sputtering ions are obtained need to be kept uniform.

본 발명의 일 양태에서, 박막(제1층)의 두께는 Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal으로 결정될 수 있고, 이는 선형회귀(linear regression)분석을 통해 결정될 수 있다. 즉, 박막의 실제 두께는 도 1과 같이 기판(제2층) 깊이(가로 좌표)와 크레이터 깊이(세로 좌표)의 선형 플롯에서 외삽법(extrapolation)에 의해 결정된 크레이터 깊이의 오프셋(절편) 값으로부터 결정될 수 있다. 이때, 기울기 m 값은 제1층에 대한 스퍼터링 속도와 기판(제2층)에 대한 스퍼터링 속도의 비를 의미한다. 1보다 큰 기울기는 제1층에 대한 스퍼터링 속도가 기판(제2층)에 대한 스퍼터링 속도보다 빠름을 의미한다.In one aspect of the present invention, the thickness of the thin film (first layer) may be determined as D total when D subst becomes 0, which may be determined through linear regression analysis. That is, the actual thickness of the thin film is determined from an offset (intercept) value of crater depth determined by extrapolation in a linear plot of substrate (second layer) depth (horizontal coordinate) and crater depth (vertical coordinate) as shown in FIG. Can be determined. In this case, the slope m value means the ratio of the sputtering speed with respect to the first layer and the sputtering speed with respect to the substrate (second layer). A slope greater than 1 means that the sputtering rate for the first layer is faster than the sputtering rate for the substrate (second layer).

본 발명의 일 양태에서, 표면 분석 방법 등의 방법에 의한 박막에 대한 깊이에 따른 조성 원소 분석에서, 일반적으로 박막 물질로부터 스퍼터링되어 방출되는 이온의 강도가 고원(plateau) 부분인 최대값의 절반으로 감소하는 지점에서 경계면(예를 들어 제1층과 제2층의 경계면) 위치가 결정된다. 이 방법을 실현하기 위해서는 스퍼터링 시간-이온 강도로 측정된 값을, 스퍼터된 깊이(크레이터 깊이)에 따른 상대적인 이온 강도 비율로 변환해야 한다.In one aspect of the invention, in compositional element analysis with respect to the depth of a thin film by a method such as a surface analysis method, the intensity of ions sputtered and released from the thin film material is generally at half the maximum value of the plateau portion. At the decreasing point the location of the interface (eg the interface between the first and second layers) is determined. In order to realize this method, the value measured in sputtering time-ion intensity must be converted into a relative ratio of ionic strength according to the sputtered depth (crater depth).

본 발명의 일 양태에서, 이는 다음 3단계 프로세스에 의해 변환된다.In one aspect of the invention, this is converted by the following three step process.

첫번째 단계에서는 크레이터 깊이를 산출하기 위하여, 가로 좌표의 눈금을 시간(초)에서 깊이(nm)로 변환해야 한다. 총 크레이터 깊이는 SIMS 깊이를 보정하는 일반적인 방법인 기계식 스타일러스 프로파일미터 또는 광학간섭계를 사용하여 측정될 수 있다.In the first step, the scale of abscissa must be converted from time (seconds) to depth (nm) in order to calculate the crater depth. Total crater depth can be measured using a mechanical stylus profile meter or an optical interferometer, which is a common method of calibrating SIMS depth.

두번째 단계에서, 이차이온 강도(i F raw , i S raw )를 고원(plateau)에서의 평균 강도(I F plateau )로 나눔으로써 각 층들(제1층 및 제2층)의 이차이온 강도가 정규화된(normalized) 강도(i F norm i S norm )로 변환된다.In the second step, the secondary ion strength of each layer (first layer and second layer) is normalized by dividing the secondary ion intensity ( i F raw , i S raw ) by the average intensity ( I F plateau ) at the plateau . Converted to normalized intensities i F norm and i S norm .

ii FF normnorm = i = i FF rawraw / I / I FF plateauplateau

ii SS normnorm = i = i SS rawraw / I / I SS plateauplateau

세번째 단계에서, 정규화된 이온 강도(i F norm i S norm )는 다음의 관계로부터 제1층(박막)과 제2층(기판)의 상대적인 이온 강도 비율로 변환된다.In the third step, the normalized ionic strengths i F norm and i S norm are converted into the relative ionic strength ratios of the first layer (thin film) and the second layer (substrate) from the following relationship.

rr FF = i = i FF normnorm / (i / (i FF normnorm + i + i SS normnorm ) × 100%) × 100%

rr SS = i = i SS normnorm / (i / (i FF normnorm + i + i SS normnorm ) × 100%) × 100%

변환된 깊이에 따른 정규화된 이온 강도 비율로부터, 제1층과 제2층의 계면 위치는 양 층의 정규화된 이온 강도 비율이 50 %가 되는 위치로 명확하게 결정될 수 있다(도 2).From the normalized ionic strength ratio according to the converted depth, the interface position of the first layer and the second layer can be clearly determined as the position where the normalized ionic strength ratio of both layers becomes 50% (FIG. 2).

본 발명의 일 양태에서, 제1층의 두께는 Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal에 보정값을 더 반영하여 결정될 수 있으며, 이때 보정값은 크레이터 바닥 형상(topography)에 기인한 오차가 보상된 것일 수 있다. 즉, 스타일러스 프로파일미터에 의한 크레이터 깊이 측정은, 크레이터 바닥의 형상을 따라 최고점(peak) 영역에서 결정된다(도 3). 스타일러스 팁이 둥글고 지름이 큰 경우, 나노미터 범위의 작은 표면 형상에 있어서의 계곡부(valley)를 프로파일링하는 것이 어렵게 되고, 결과적으로 크레이터 바닥의 레벨은 미세한 표면 형상의 최고점에서 결정된다. 따라서, 스타일러스 프로파일미터에 의해 측정된 박막의 두께는 실제 계면과 측정된 크레이터 바닥의 차이 이내만큼 실제 두께보다 얇게 산출된다. 이렇게 실제 두께보다 얇게 산출된 박막 두께는, 상술한 바와 같이 표면 형상의 발달과 직접적으로 연관되어 있는, 계면의 폭으로부터 보상될 수 있다. 이때 계면 폭(ΔI)은 막 재료의 깊이-조성 프로파일에 있어 고원(plateau)으로부터 84 내지 16 %까지의 깊이 범위에서 결정되는 계면의 해상도(resolution)로부터 유도된다. 박막 두께는 SIMS에 의해 산출된 박막 두께(TSIMS)에 계면 폭(ΔI)의 반값(ΔI/2)을 더함으로써 보상된다.In one aspect of the present invention, the thickness of the first layer may be determined by further reflecting a correction value in D total when D subst becomes 0, where the correction value is compensated for an error due to crater topography. It may have been. That is, the crater depth measurement by a stylus profile meter is determined in the peak region along the shape of the crater bottom (FIG. 3). If the stylus tip is round and large in diameter, it becomes difficult to profile the valleys in small surface shapes in the nanometer range, and consequently the level of the crater bottom is determined at the highest point of the fine surface shape. Therefore, the thickness of the thin film measured by the stylus profile meter is calculated to be thinner than the actual thickness within the difference between the actual interface and the measured crater bottom. The thin film thickness thus calculated thinner than the actual thickness can be compensated from the width of the interface, which is directly related to the development of the surface shape as described above. The interface width ΔI is then derived from the resolution of the interface determined in the depth range from plateau to 84-16% in the depth-composition profile of the membrane material. The thin film thickness is compensated by adding the half value ΔI / 2 of the interface width ΔI to the thin film thickness T SIMS calculated by SIMS .

실시예Example

[박막의 준비][Preparation of Thin Films]

이온빔 스퍼터링 증착(ion beam sputter deposition)에 의해 50nm, 100nm 및 200nm의 두께를 갖는 3개의 Ge 막을 6인치 Si(100) 웨이퍼상에 성장시켰다. Ge 타겟은 1 keV Ar+ 이온빔에 의해 스퍼터링되어 실온에서 Si(100) 기판상에 증착된다. 기판은 분당 약 30회로 회전되어 막 두께의 균질성을 향상시켰다.Three Ge films with thicknesses of 50 nm, 100 nm and 200 nm were grown on 6 inch Si (100) wafers by ion beam sputter deposition. The Ge target is sputtered by 1 keV Ar + ion beam and deposited on the Si (100) substrate at room temperature. The substrate was rotated about 30 times per minute to improve the homogeneity of the film thickness.

한편 Si0.5Ge0.5 합금막이 Si 및 Ge 타겟의 공증착(co-deposition)에 의해 6인치 Si(100) 기판상에서 성장되었다. 이 막은 Ge/Si 계면의 위치를 결정하기 위한 기준으로서 제작되었다. Si0.5Ge0.5 합금막의 원자 분율은 RBS(EAG, USA)에 의해 측정되었다.Meanwhile, an Si 0.5 Ge 0.5 alloy film was grown on a 6 inch Si (100) substrate by co-deposition of Si and Ge targets. This film was produced as a reference for determining the position of the Ge / Si interface. The atomic fraction of the Si 0.5 Ge 0.5 alloy film was measured by RBS (EAG, USA).

또한 FexNi1-x 합금막이 Fe 및 Ni 타겟의 공증착에 의해 Si(100) 기판상에서 성장되었다. Fe-Ni 합금막의 조성은 이동 가능한 타겟 홀더를 사용하여 두개의 인접한 타겟 재료의 상대적 스퍼터링 영역을 변화시킴으로써 제어되었다. 원하는 합금 조성에 대한 올바른 위치를 확인한 후, 합금막을 동일한 조건에서 150mm Si 웨이퍼상에 성장시켰다. 조성이 상이한 5개의 FexNi1-x 합금막을 제작하고, 이들의 원자 분획을 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법(coupled plasma atomic emission spectroscopy)으로 분석하였다.In addition, a Fe x Ni 1-x alloy film was grown on a Si (100) substrate by co-deposition of Fe and Ni targets. The composition of the Fe—Ni alloy film was controlled by changing the relative sputtering regions of two adjacent target materials using a movable target holder. After confirming the correct position for the desired alloy composition, the alloy film was grown on a 150 mm Si wafer under the same conditions. Five Fe x Ni 1-x alloy films having different compositions were prepared, and their atomic fractions were analyzed by coupled plasma atomic emission spectroscopy.

또한, 이온빔 스퍼터 증착에 의해 5회 반복되는(period) Si 및 Ge 층을 갖는 Si/Ge 다층막을 성장시켰다. Si 및 Ge 웨이퍼 표적을 교대로 스퍼터링하고 실온에서 Si(100) 기판상에 증착시켰다. 상대적인 막 두께는 고해상도 투과 전자현미경(high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM)) 측정에 의해 보정된(calibrated) Si 및 Ge의 성장속도에 의해 제어되었다.In addition, a Si / Ge multilayer film having Si and Ge layers which were repeated five times by ion beam sputter deposition was grown. Si and Ge wafer targets were sputtered alternately and deposited on a Si (100) substrate at room temperature. Relative film thickness was controlled by the growth rate of Si and Ge calibrated by high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) measurements.

또한, 5회 반복되는 Ta2O5 및 Ta 층을 갖는 Ta2O5/Ta 다층막이 Ta 타겟의 이온빔 스퍼터링 증착에 의해 성장되었다. Ta와 Ta2O5 층은 선택적으로 6인치 Si(100) 웨이퍼 위에 1 keV Ar 이온빔으로 산소 가스 흐름을 수반하거나 그렇지 않은 조건으로 각각 Ta 타겟을 스퍼터링함으로써 증착되었다.In addition, a Ta 2 O 5 / Ta multilayer film having Ta 2 O 5 and Ta layers repeated five times was grown by ion beam sputter deposition of a Ta target. Ta and Ta 2 O 5 layers were optionally deposited on a 6 inch Si (100) wafer by sputtering the Ta target, respectively, with or without oxygen gas flow with a 1 keV Ar ion beam.

[SIMS 깊이-조성 프로파일링 분석][SIMS Depth-Composition Profiling Analysis]

박막의 SIMS 깊이-조성 분석은 자기섹터 SIMS(IMS-7f, Cameca, France)에 의해 수행되었다. MCs2 +은 매질효과로 인한 데이터 왜곡을 덜 받기 때문에, 1차 이온 소스로 세슘 이온빔을 사용했다. 박막 두께 결정을 위해서는 박막과 기판의 계면을 통과하는 깊이가 다른 두개 이상의 크레이터가 필요하다.SIMS depth-composition analysis of the thin films was performed by magnetic sector SIMS (IMS-7f, Cameca, France). MCs 2 + receive less because the data distortion due to matrix effects, and using cesium ion as a primary ion source. In order to determine the thickness of the thin film, two or more craters with different depths passing through the thin film and the substrate interface are required.

[HR-TEM에 의한 막 두께 측정][Measurement of film thickness by HR-TEM]

박막의 두께가 HR-TEM으로 측정되었다. 막 두께의 절대치를 측정하기 위한 TEM의 스케일 보정(calibration)을 위한 내부적인 기준으로 Si(100) 기판의 결정 격자면이 사용되었다. 단면 TEM 화상에서 Si(110) 평면 사이의 격자 거리는 0.543 nm이다. TEM 측정에서 결합 표준 불확정도(combined standard uncertainty)인 uc는 방정식 uc 2 = um 2 + ur 2로부터 계산된다. 이때, um는 TEM 화상에서 두께 측정의 표준 불확정도이고, ur은 주기적인 Si(110) 격자면의 표준 불확정도이다.The thickness of the thin film was measured by HR-TEM. The crystal lattice plane of the Si (100) substrate was used as an internal reference for the scale calibration of the TEM to measure the absolute value of the film thickness. The lattice distance between the Si (110) planes in the cross-sectional TEM image is 0.543 nm. In the TEM measurement, the combined standard uncertainty u c is calculated from the equation u c 2 = u m 2 + u r 2 . Where u m is the standard uncertainty of the thickness measurement in the TEM image and u r is the standard uncertainty of the periodic Si (110) lattice plane.

[크레이터 깊이의 측정][Measurement of Crater Depth]

SIMS에 의한 깊이-조성 프로파일링에 따라 스퍼터링되어 형성된 일련의 크레이터의 깊이는 스타일러스 프로파일미터(Alpha Step IQ, KLA-Tencor, USA)에 의해 측정되었다.The depth of the series of craters formed sputtered following depth-composition profiling by SIMS was measured by a stylus profile meter (Alpha Step IQ, KLA-Tencor, USA).

스타일러스 프로파일미터의 수직 스케일은 일련의 단차-높이 인증 표준 물질(step-height certified reference materials (CRM))을 사용하여 넓은 범위의 단차-높이에 대하여 보정(calibration)되었다. 도 4는 4개의 단차-높이 CRM을 사용하여 단차 높이 측정을 위한 보정 곡선의 예를 보여준다. 이는 CRM의 인증값(HCRM)에 대해, 측정된 단차 높이(Hmeas)를 선형으로 피팅함으로써 유도된다. 본 예의 선형 피팅식(Hmeas = mHCRM + c)에서, 1.006의 기울기(m) 및 1.15nm의 오프셋(HCRM 이 0인 경우의 Hmeas 값)은 측정된 높이가, 주어진 불확정도 이내에서 인증값에 선형적으로 비례함을 나타낸다.The vertical scale of the stylus profile meter was calibrated over a wide range of step-height using a series of step-height certified reference materials (CRM). 4 shows an example of a calibration curve for step height measurement using four step-height CRMs. This is derived by linearly fitting the measured step height H meas to the authentication value H CRM of CRM . In the linear fitting equation of this example (H meas = mH CRM + c), the slope (m) of 1.006 and the offset of 1.15 nm (H meas value when H CRM is 0) ensure that the measured height is within the given uncertainty. It is linearly proportional to the value.

단차 높이 측정의 불확정도는 방정식 Uc 2 = Ur 2 + Um 2로 결정되었다. 이때 Ur은 스타일러스 프로파일미터의 수직 스케일의 보정에서의 기준(standard) 불확정도이고, CRM의 기준 불확정도와 결합된, CRM에 대해 반복 측정된 단차 높이의 평균 기준 불확정도로부터 계산된다. 본 실시예에서는 4가지 CRM에서 가장 큰 기준 불확실성이 CRM의 기준 불확실성으로 사용되었다. Um은 크레이터 깊이의 측정 불확정도로, 표준편차(Sm)를 측정 횟수의 제곱근으로 나눈 값이다.The uncertainty of the step height measurement was determined by the equation U c 2 = U r 2 + U m 2 . U r is then the standard uncertainty in the calibration of the vertical scale of the stylus profile meter and is calculated from the average reference uncertainty of the step height repeatedly measured for CRM, combined with the standard uncertainty of CRM. In this example, the largest standard uncertainty in the four CRMs is used as the standard uncertainty of the CRM. U m is the measurement uncertainty of the crater depth, which is the standard deviation (S m ) divided by the square root of the number of measurements.

[막 두께의 측정][Measurement of film thickness]

도 5는 Si(100) 기판상의 Fe0.5Ni0.5 합금막에 대한 SIMS 깊이-조성 프로파일링에 의해 두께를 측정하는 예를 보여준다. 6개의 SIMS 프로파일은 10 keV Cs+ 이온빔을 기본 이온 소스로 사용하여 얻어졌다. 이는 이온 빔의 5 keV 충격 에너지(impact energy)와 5 keV의 샘플 전압에 의한 것이다. 매질효과를 피하고 질량 간섭(mass interference)을 최소화하기 위해 58Ni133Cs2 +28Si133Cs2 +를 이차 이온으로서 추적 했다. SIMS 깊이-조성 분석은 매질효과가 계면 영역에서 심각하지 않음을 보여준다.FIG. 5 shows an example of measuring thickness by SIMS depth-composition profiling for a Fe 0.5 Ni 0.5 alloy film on a Si (100) substrate. Six SIMS profiles were obtained using a 10 keV Cs + ion beam as the base ion source. This is due to the 5 keV impact energy of the ion beam and the sample voltage of 5 keV. 58 to avoid the effect of the medium in order to minimize interference by mass (mass interference) Ni 2 + 133 Cs, and 133 Cs 28 Si + 2 tracked as secondary ions. SIMS depth-composition analysis shows that the media effect is not severe at the interface region.

깊이에 대한 이차 이온 강도 비율 프로파일은 층간(박막과 기판 사이) 계면을 통과하는 6개의 크레이터가 잘 형성되었음을 보여준다. 6개의 크레이터의 전체 깊이는 스타일러스 프로파일미터에 의해 측정되었고, 제2층 기판에 파인 깊이는 전체 크레이터 깊이에서 SIMS에서 측정된 박막 두께를 뺀 값으로 결정되었다. 박막의 실제 두께는 도 1과 같이 기판 깊이(가로 좌표)와 전체 크레이터 깊이(세로 좌표)의 선형 플롯에서 외삽법에 의해 결정된 크레이터 깊이의 오프셋 값, 즉 기판 깊이가 0인 경우의 크레이터 깊이로부터 결정된다.The secondary ionic strength ratio profile to depth shows that the six craters that pass through the interlayer (between thin and substrate) interfaces are well formed. The total depth of the six craters was measured by a stylus profile meter and the depth of the dug into the second layer substrate was determined by subtracting the thin film thickness measured in SIMS from the total crater depth. The actual thickness of the thin film is determined from the offset value of the crater depth determined by extrapolation in a linear plot of the substrate depth (horizontal coordinate) and the total crater depth (vertical coordinate) as shown in FIG. 1, that is, the crater depth when the substrate depth is zero. do.

이때, 기울기(m) 값은 박막에서의 스퍼터링 속도와 기판에서의 스퍼터링 속도의 비를 의미한다. 1보다 큰 기울기는 박막 재료에서의 스퍼터링 속도가 기판에서의 스퍼터링 속도보다 빠름을 의미하여, 1.057의 m값은 Fe0.5Ni0.5 합금막에서의 스퍼터링 속도가 Si 기판에서보다 1.057배로 빠르다는 것을 의미한다.In this case, the slope (m) value means the ratio of the sputtering speed in the thin film and the sputtering speed in the substrate. A slope greater than 1 means that the sputtering rate in the thin film material is faster than the sputtering rate in the substrate, and an m value of 1.057 means that the sputtering rate in the Fe 0.5 Ni 0.5 alloy film is 1.057 times faster than in the Si substrate. .

[각종 박막의 두께 측정][Measurement of thickness of various thin films]

본 발명의 일 양태에 따른 두께 측정 방법의 타당성을 확인하기 위해, MCs2 + SIMS에 의해 측정된 다양한 박막의 박막 두께가 HR-TEM으로 측정된 박막 두께와 비교되었다. Si(100) 기판은 TEM으로 실리콘 격자 간격을 추론하기 위해 선정 되었다. Ge 및 Ni는 SIMS와 TEM 막 두께를 비교하기 위한 반도체 및 금속 재료의 일 예이다. Si(100) 기판상에 성장된 Ge 막(50, 100 nm)과 Ni 막(200 nm)의 SIMS 깊이-조성 프로파일은 동일한 실험 조건 하에서 MCs2 + SIMS에 의해 얻어졌으며, 74Ge133Cs2 +, 58Ni133Cs2 +, 및 28Si133Cs2 +가 도 6에서 보이는 것과 같이 모니터링 되었다.In order to confirm the validity of the thickness measuring method according to an aspect of the present invention, the thin film thicknesses of various thin films measured by MCs 2 + SIMS were compared with the thin film thickness measured by HR-TEM. Si (100) substrates were selected to infer silicon lattice spacing by TEM. Ge and Ni are examples of semiconductor and metal materials for comparing SIMS and TEM film thicknesses. SIMS depth-composition profiles of Ge films (50, 100 nm) and Ni films (200 nm) grown on Si (100) substrates were obtained by MCs 2 + SIMS under the same experimental conditions, and 74 Ge 133 Cs 2 + , 58 Ni 133 Cs 2 +, Cs 2 + and 28 Si 133 were monitored, as shown in FIG.

MCs2 + SIMS에 의해 얻어진 다양한 다층막의 막 두께는 HR-TEM으로 측정 된 것과 비교된다. 도 7은 5×(Ta/Ta2O5)/Si(100), 5×(Si/Ge)/Si(100), 및 5×(Cr/Ni)/Si(100)에 대한, 스퍼터링 시간에 따른 이차이온강도 프로파일 및 크레이터 깊이에 따른 이차이온강도의 비율 프로파일을 보여준다(5×는 해당 층이 5회 반복됨을 의미한다)The film thicknesses of the various multilayers obtained by MCs 2 + SIMS are compared with those measured by HR-TEM. 7 shows sputtering times for 5 × (Ta / Ta 2 O 5 ) / Si (100), 5 × (Si / Ge) / Si (100), and 5 × (Cr / Ni) / Si (100). Shows the secondary ion strength profile according to and the ratio profile of secondary ion strength according to crater depth (5 × means the layer is repeated five times)

5×(Ta/Ta2O5)/Si(100) 다층막의 경우, 181Ta133Cs2 +의 강도가 너무 작기 때문에, 181Ta133Cs2 + 대신 181Ta133Cs+ 강도가 모니터링 되었다. 그러나, 28Si133Cs+의 강도는 심한 계면 허상(interface artifact)을 나타내기 때문에, 28Si133Cs2 + 강도가 28Si133Cs+ 대신 모니터링 되었다. 5×(Si/Ge)/Si(100) 및 5×(Cr/Ni)/Si(100) 막의 경우, 막 두께는 74Ge133Cs+, 54Cr133Cs2 +, 58Ni133Cs2 +, 및 28Si133Cs2 +을 사용하여 MCs2 + 방법에 의해 측정되었다.Since 5 × (Ta / Ta 2 O 5) / Si (100) In the case of multilayer film, 181 Ta 133 Cs 2 + is too small, strength, 181 Ta 133 Cs 2 + Ta 133 instead of 181 Cs + intensity was monitored. However, 28 Si 133, because the intensity of Cs + is to indicate a bad virtual image surface (interface artifact), 28 Si 133 Cs 2 + Si intensity is 28 133 Cs + was monitored instead. For 5 × (Si / Ge) / Si (100) and 5 × (Cr / Ni) / Si (100) films, the film thickness is 74 Ge 133 Cs + , 54 Cr 133 Cs 2 + , 58 Ni 133 Cs 2 + use, and 133 Cs 28 Si 2 + was measured by the method MCs 2 +.

표 1은 SIMS(TSIMS) 및 HR-TEM(TTEM)에 의해 6개의 막에 대해 측정 된 막 두께를 나타낸다. SIMS에 의해 측정된 두께는 2.0 에서 16.5 nm 범위에서 HR-TEM에 의해 측정된 두께보다 더 얇다. 특히 Ni 층을 포함하는 Ni(200nm), 5×(Cr/Ni) 다층막에서는 양 수단에 의해 측정된 두께 사이의 차가 크다. 이것은 이온빔 스퍼터링에 의한 표면 형상(surface topography)의 발달로 인해, SIMS 깊이-조성 프로파일링 분석에서 계면이 확대(broadening)되는 것과 연관이 있다. 일반적으로 표면 형상의 발달은 다결정 금속막에서 심각하다. 표면 형상들이 단면 TEM 연구에 의해 조사되었다. 도 8은 마지막 계면까지 스퍼터링한 후의, Ni(200 nm), 5×(Cr/Ni) 다층막, 및 5×(Ta2O5/Ta)/Si(100) 다층막의 단면 TEM 화상을 보여준다. Ni 층을 포함하는 Ni 및 5×(Cr/Ni) 다층막에서 약 40 nm의 심각한 표면 형상이 발달되었지만, 5×(Ta2O5/Ta)/Si(100) 다층막에서는 그러한 표면 형상 발달은 무시할 수 있을 정도로 작았다.Table 1 shows the film thicknesses measured for six membranes by SIMS (T SIMS ) and HR-TEM (T TEM ). The thickness measured by SIMS is thinner than the thickness measured by HR-TEM in the 2.0 to 16.5 nm range. In the Ni (200 nm), 5x (Cr / Ni) multilayer film containing a Ni layer especially, the difference between the thickness measured by both means is large. This is related to the broadening of the interface in the SIMS depth-composition profiling analysis due to the development of surface topography by ion beam sputtering. In general, the development of surface shape is serious in polycrystalline metal films. Surface shapes were investigated by cross-sectional TEM studies. 8 shows cross-sectional TEM images of Ni (200 nm), 5 × (Cr / Ni) multilayer film, and 5 × (Ta 2 O 5 / Ta) / Si (100) multilayer film after sputtering to the last interface. Serious surface shapes of about 40 nm were developed in Ni and 5x (Cr / Ni) multilayers containing Ni layers, but such surface profile development was negligible in 5x (Ta 2 O 5 / Ta) / Si (100) multilayers. It was small enough to be.

membrane 두께 (nm)Thickness (nm) TTEM T TEM TSIMS T SIMS TTEM-TSIMS T TEM -T SIMS ΔI/2ΔI / 2 TSIMS+ΔI/2T SIMS + ΔI / 2 Ge (50 nm)/SiGe (50 nm) / Si 50.750.7 47.847.8 2.92.9 5.95.9 53.753.7 Ge (100 nm)/SiGe (100 nm) / Si 101.4101.4 99.499.4 2.02.0 5.95.9 105.3105.3 Ni (200 nm) /SiNi (200 nm) / Si 210.7210.7 197.8197.8 12.912.9 8.28.2 206.1206.1 Cr/Ni MLCr / Ni ML 257.9257.9 244.9244.9 13.013.0 8.08.0 252.9252.9 Ta/Ta2O5 MLTa / Ta 2 O 5 ML 252252 249.6249.6 2.42.4 1.61.6 251.2251.2 Si/Ge MLSi / Ge ML 397.1397.1 392.2392.2 4.94.9 5.45.4 397.6397.6 mm -- 0.9880.988 -- -- 0.9850.985 c c -- -3.829-3.829 -- -- 2.4792.479

이러한 결과는 SIMS와 TEM에 의해 얻어진 각각의 두께 차이가 SIMS 깊이-조성 프로파일링 분석 중의 표면 형상 발달과 관련이 있음을 나타낸다. These results indicate that the respective thickness differences obtained by SIMS and TEM are related to surface shape development during SIMS depth-composition profiling analysis.

도 9는 SIMS와 TEM으로 측정한 막 두께의 선형 피팅 결과를 보여준다. 기울기 m과 오프셋(절편)의 이상적인 값은 각각 1과 0이나, 기울기 m=0.987은 스타일러스와 TEM 사이의 길이 단위에서 1.3 % 차이가 있음을 의미한다.Figure 9 shows the linear fitting results of the film thickness measured by SIMS and TEM. The ideal values for the slope m and the offset (intercept) are 1 and 0, respectively, but the slope m = 0.987 means that there is a 1.3% difference in the length unit between the stylus and the TEM.

표 1을 보면, 박막(50nm Ge, 100nm Ge 및 200nm Ni)에서의 큰 두께 차이가 관찰되나, 이는 상술한 바와 같은 크레이터 바닥의 형상을 반영하여 보상될 수 있다. 그러한 보상 전(a)과 후(b)를 비교해보면, 기울기는 실질적으로 거의 변함이 없지만 오프셋 값은 감소하였음을 확인할 수 있다.Looking at Table 1, large thickness differences in the thin films (50 nm Ge, 100 nm Ge and 200 nm Ni) are observed, but this can be compensated by reflecting the shape of the crater bottom as described above. Comparing (a) and (b) before such compensation, it can be seen that the slope has substantially changed but the offset value has decreased.

Claims (8)

박막인 제1층 및 상기 제1층의 밑면에 접한 기판을 포함하는 시편을 준비하는 단계;
깊이에 따른 조성 깊이 분포도 분석을 통해 상기 제1층의 윗면으로부터 기판에 이르는 2개 이상의 크레이터를 형성하되, 각각의 크레이터에 대해, 제1층 윗면으로부터 크레이터 바닥까지의 깊이(Dtotal)를 조성 깊이 분포도 분석 이외의 방법으로 측정하는 단계;
상기 형성된 각각의 크레이터에 대해, 제1층 밑면으로부터 크레이터 바닥까지의 깊이(Dsubst)를 상기 조성 깊이 분포도에서 결정하는 단계;
상기 크레이터들 각각의 Dtotal 및 Dsubst로부터, Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal을 제1층의 두께로 결정하는 단계; 및
상기 제1층의 두께는 Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal에 보정값을 합산하여 결정하는 단계;를 포함하는 박막 두께 측정 방법.
Preparing a specimen including a first layer, which is a thin film, and a substrate in contact with a bottom surface of the first layer;
Composition depth distribution according to the depth is formed to form two or more craters from the top surface of the first layer to the substrate, for each crater, the depth (D total ) from the top surface of the first layer to the bottom of the crater composition depth Measuring by methods other than distribution analysis;
For each formed crater, determining a depth D subst from the bottom of the first layer to the bottom of the crater in the composition depth distribution;
Determining a total D of the case from the crater of each of D and D total subst, subst D is zero in which the thickness of the first layer; And
And determining the thickness of the first layer by adding a correction value to D total when D subst becomes zero.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 보정값은 크레이터 바닥 형상(topography)에 기인한 오차가 보상된 것인, 박막 두께 측정 방법.
The method of claim 1, wherein the correction value is compensated for an error due to crater topography.
제1항에 있어서, 상기 깊이에 따른 조성 깊이 분포도는 이차이온질량분석(SIMS)를 통해 얻어지는, 박막 두께 측정 방법.
The method of claim 1, wherein the composition depth distribution according to the depth is obtained through secondary ion mass spectrometry (SIMS).
박막인 제1층 및 상기 제1층의 밑면에 접한 기판을 포함하는 시편을 준비하는 단계;
깊이에 따른 조성 깊이 분포도 분석을 통해 상기 제1층의 윗면으로부터 기판에 이르는 2개 이상의 크레이터를 형성하되, 각각의 크레이터에 대해, 제1층 윗면으로부터 크레이터 바닥까지의 깊이(Dtotal)를 조성 깊이 분포도 분석 이외의 방법으로 측정하는 단계;
상기 형성된 각각의 크레이터에 대해, 제1층 밑면으로부터 크레이터 바닥까지의 깊이(Dsubst)를 상기 조성 깊이 분포도에서 결정하는 단계; 및
상기 크레이터들 각각의 Dtotal 및 Dsubst로부터, Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal을 제1층의 두께로 결정하는 단계;를 포함하고,
상기 깊이에 따른 조성 깊이 분포도는 세슘(Cs) 클러스터 이온을 이용한 이차이온질량분석(SIMS)를 통해 얻어지는, 박막 두께 측정 방법.
Preparing a specimen including a first layer, which is a thin film, and a substrate in contact with a bottom surface of the first layer;
Composition depth distribution according to the depth is formed to form two or more craters from the top of the first layer to the substrate, for each crater, the depth (D total ) from the top of the first layer to the bottom of the crater is formed depth Measuring by methods other than distribution analysis;
For each formed crater, determining a depth D subst from the bottom of the first layer to the bottom of the crater in the composition depth distribution; And
From the crater of each of D and D total subst, determining a total D of the case is D subst becomes zero as the thickness of the first layer, and including,
The composition depth distribution according to the depth is obtained through secondary ion mass spectrometry (SIMS) using cesium (Cs) cluster ions, thin film thickness measuring method.
제1항에 있어서, 상기 조성 깊이 분포도 분석 이외의 깊이 측정 방법은 스타일러스 프로파일미터 및/또는 광학 간섭계에 의한 것인, 박막 두께 측정 방법.
The method of claim 1, wherein the depth measurement method other than the composition depth distribution analysis is by a stylus profile meter and / or an optical interferometer.
박막인 제1층 및 상기 제1층의 밑면에 접한 기판을 포함하는 시편을 준비하는 단계;
깊이에 따른 조성 깊이 분포도 분석을 통해 상기 제1층의 윗면으로부터 기판에 이르는 2개 이상의 크레이터를 형성하되, 각각의 크레이터에 대해, 제1층 윗면으로부터 크레이터 바닥까지의 깊이(Dtotal)를 조성 깊이 분포도 분석 이외의 방법으로 측정하는 단계;
상기 형성된 각각의 크레이터에 대해, 제1층 밑면으로부터 크레이터 바닥까지의 깊이(Dsubst)를 상기 조성 깊이 분포도에서 결정하는 단계; 및
상기 크레이터들 각각의 Dtotal 및 Dsubst로부터, Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal을 제1층의 두께로 결정하는 단계;를 포함하고,
상기 Dsubst가 0이 되는 경우의 Dtotal는 선형회귀분석을 통해 결정되는, 박막 두께 측정 방법.
Preparing a specimen including a first layer, which is a thin film, and a substrate in contact with a bottom surface of the first layer;
Composition depth distribution according to the depth is formed to form two or more craters from the top surface of the first layer to the substrate, for each crater, the depth (D total ) from the top surface of the first layer to the bottom of the crater composition depth Measuring by methods other than distribution analysis;
For each formed crater, determining a depth D subst from the bottom of the first layer to the bottom of the crater in the composition depth distribution; And
From the crater of each of D and D total subst, determining a total D of the case is D subst becomes zero as the thickness of the first layer, and including,
D total when the D subst becomes 0 is determined by linear regression, thin film thickness measuring method.
제1항에 있어서, 상기 제1층 및 기판은 각각 금속을 포함하는 홑원소 물질, 합금, 및 화합물 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는, 박막 두께 측정 방법.The method of claim 1, wherein the first layer and the substrate each include any one or two or more of a single element material, an alloy, and a compound including a metal.
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