KR102252615B1 - 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시편과 충돌한 후 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시편의 깊이별로 상기 시편을 구성하는 조성물의 함량을 측정하는 방법으로서, 조성물 각각의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 기설정된 기준 함량별로 분할하여 얻은 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시함으로써, 조성물 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성하는 프로파일 형성 단계 및 상기 조성물 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 조성물의 함량을 계산하는 조성물 함량 계산 단계를 포함한다.

Description

시편 깊이별 조성물 함량 측정방법 {METHOD FOR MEASURING COMPOSITION CONTENTS BY DEPTH OF SPECIMEN}
본 발명은 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시편과 충돌한 후 발생되는 이온빔의 에너지 스펙트럼으로부터 시편의 깊이별로 상기 시편을 구성하는 조성물의 함량을 신속하게 측정하는 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법에 관한 것이다.
오늘날 IT산업이 발전함에 따라 이와 관련된 수많은 고집적 전자소자들이 개발되고 있다. 하지만 고집적 전자소자들을 분석하는 기술이 이를 뒷받침 못하고 있는 실정이다.
일례로, 대표적인 고집적 전자소자인 반도체를 예로 들어 설명하면, ITRS(국제 반도체 기술 로드맵)에 의하면 100 nm 기술 세대에서는 실리콘 산화층 두께가 1 nm 이하로 줄어야 되는 등 고집적도가 증가할수록 더욱 산화층 두께는 얇아지는 것이 요구되고 있음에도, 기존의 일반적인 표면분석방법들은 초박막 두께에 대한 분해능을 갖지 못하고 있다.
따라서 기존의 일반적인 표면분석방법으로는 시편의 두께별 시편을 구성하는 조성물 함량을 대략적으로 짐작할 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하고자 제안된 표면분석방법들 중 하나가 MEIS(Medium Energy Ion Scattering)방법으로서, 시편과 충돌한 후 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼으로부터 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 측정한다.
그러나 종래의 MEIS방법으로 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 측정하는데 있어서도, 도 1에 도시된 바와 같이 반복적인 시행착오(trial and error)를 통해서 밖에 측정할 수밖에 없어서 시간이 매우 오래 걸린다는 문제점이 제기되었다.
즉, 도 1을 참조하여 종래의 MEIS방법으로 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 측정하는 방법과 시간이 매우 오래 걸리는 이유를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 시편의 실제 에너지 스펙트럼을 획득(S10)하고, 이와 별개로 시편의 깊이별 조성물 함량을 예측하여 에너지 스펙트럼을 시뮬레이션(S20)한다. 이후, 시뮬레이션한 에너지 스펙트럼이 실제 에너지 스펙트럼과 일치하는지 확인(S30)하여, 일치하는 경우에 한하여 예측한 시편의 깊이별 조성물 함량을 시편의 실제 깊이별 조성물 함량으로 결정(S50)하고, 그렇지 않은 경우에는 시편의 깊이별 조성물 함량을 조정(S40)하는 절차를 반복한다.
이와 같이, 종래의 MEIS방법으로 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 측정하는 방법에 의하면, 시편의 깊이별 조성물 함량을 예측한다는 것 자체가 불확실한 사실에 대한 반복성을 전제로 하기에 많은 시간이 소요되는 것을 전제로 하고 있으며, 조정을 하는 과정에서 조정하는 폭을 크게 가져가는 경우에는 정반합에 이르는 과정까지 많은 시간이 소요되고, 반대로 조정하는 폭을 적게 가져가는 경우에는 반복된 결과가 나올 수 있는 가능성이 커서 많은 시간이 소요된다고 할 것이다.
본 발명을 통해 해결하고자 하는 과제는 MEIS방법, 즉 시편과 충돌한 후 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼으로부터 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 측정하는 방법에 있어서 측정시간을 최소화할 수 있는 방법을 제시하는 것이다.
이러한 본 발명의 과제는 위에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있음은 당연하다.
전술한 바와 같은 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법은, 시편과 충돌한 후 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시편의 깊이별로 상기 시편을 구성하는 조성물의 함량을 측정하는 방법으로서, 조성물 각각의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 기설정된 기준 함량별로 분할하여 얻은 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시함으로써, 조성물 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성하는 프로파일 형성 단계 및 상기 조성물 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 조성물의 함량을 계산하는 조성물 함량 계산 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 기설정된 기준 함량은, 상기 스펙트럼 프로파일의 정확도와 상기 프로파일 형성 단계가 진행되는 속도를 고려하여 사용자가 미리 설정할 수 있다.
또한, 상기 스펙트럼 프로파일은, x축을 상기 시편의 깊이로 하고, y축을 상기 각각의 조성물 전체에 대하여 카운팅한 에너지 영역의 개수 대비 어느 하나의 조성물에 대하여 카운팅한 에너지 영역의 개수의 백분율로 하는 2차원 직교좌표를 갖는 그래프로 표시될 수 있다.
이때, 상기 조성물 함량 계산 단계는, 2차원 직교좌표를 갖는 그래프로 표시되는 상기 스펙트럼 프로파일에서, 상기 x축과 접하는 양측 지점 사이의 거리를 상기 어느 하나의 조성물이 상기 시편에서 위치하는 영역 깊이로 계산하고, 상기 x축 상에서 어느 한 지점에 대응하는 상기 y축 상의 어느 한 지점을 상기 시편의 어느 깊이에 존재하는 상기 어느 하나의 조성물의 함량으로 계산할 수 있을 것이다.
한편, 상기 프로파일 형성 단계는, 상기 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시할 때, 어느 하나의 조성물의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 상기 시편 전체의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역에서 사라질 때까지 상기 기설정된 기준 함량별로 순차적으로 분할하여 제거해나가면서 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법은, 상기 조성물 함량 계산 단계를 통해 얻은 상기 시편의 깊이별 상기 조성물의 함량을 기준으로 한 상기 시편 전체의 에너지 스펙트럼을 획득한 후, 상기 프로파일 형성 단계 이전에 획득한 상기 시편 전체의 에너지 스펙트럼과 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 조성물의 함량을 조정하는 조성물 함량 조정 단계를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같은 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법은, 시편과 충돌한 후 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시편의 깊이별로 상기 시편을 구성하는 조성물의 함량을 측정하는 방법으로서, 시편 전체에 대하여 에너지 스펙트럼을 획득하는 제1 단계; 상기 제1 단계를 통해 획득한 상기 시편 전체에 대한 에너지 스펙트럼 상에서 어느 하나의 조성물에 대한 에너지 스펙트럼을 추출하고, 추출한 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 기설정된 기준 함량 별로 분할하는 제2 단계; 상기 제2 단계를 통해 분할된 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시함으로써, 어느 하나의 조성물에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성하는 제3 단계; 제2 단계 및 제3 단계를 반복하여 상기 시편을 구성하는 조성물 각각에 대하여 스펙트럼 프로파일을 형성하는 제4 단계; 상기 제4단계를 통해 형성된 조성물 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 조성물의 함량을 계산하는 제5 단계; 및 상기 제5 단계를 통해 계산된 상기 시편의 깊이별로 상기 조성물의 함량을 기초로 상기 시편의 에너지 스펙트럼을 획득한 후, 상기 제1 단계를 통해 획득한 시편 전체에 대하여 에너지 스펙트럼과 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 조성물의 함량을 조정하는 제6 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 과제의 해결 수단, 즉 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예에 따르면, 반복적인 시행착오(trial and error)를 최소화할 수 있으므로, 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 측정하는 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 종래의 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일례에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예에 대한 순서도이다.
도 3은 Si위에 SiO2층이 형성된 시편에 대한 에너지 스펙트럼이다.
도 4는 도 3에 제시된 에너지 스펙트럼에 대하여 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법을 이용하는 과정에서 형성된 Si, O에 대한 스펙트럼 프로파일이다.
도 5는 Si위에 SiO2층과 HfO2층이 순차적으로 형성된 시편에 대한 에너지 스펙트럼이다.
도 6은 도 5에 제시된 에너지 스펙트럼에 대하여 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법을 이용하는 과정에서 형성된 Si, O, Hf에 대한 스펙트럼 프로파일이다.
도 7은 Si위에 InGaZnOx층이 형성된 시편에 대한 에너지 스펙트럼이다.
도 8은 도 7에 제시된 에너지 스펙트럼에 대하여 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법을 이용하는 과정에서 형성된 Si, In, Ga, Zn, O에 대한 스펙트럼 프로파일이다.
도 9는 Si위에 SiON층이 형성된 시편에 대한 에너지 스펙트럼이다.
도 10은 도 9에 제시된 에너지 스펙트럼에 대하여 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법을 이용하는 과정에서 형성된 Si, O, N에 대한 스펙트럼 프로파일이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예는, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로파일 형성 단계(S200) 및 조성물 함량 계산 단계(S300)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예는, 프로파일 형성 단계(S200)를 진행하기 위해 필요한 단계로서 에너지 스펙트럼 확인 단계(S100)를 더 포함하여 구성될 수 있거나, 또는 측정된 조성물 함량의 정확도를 높이기 위해 필요한 단계로서 조성물 함량 조정 단계(S400)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예에 포함되는 각 단계에 대하여, 도 2에 도시된 바에 따라 에너지 스펙트럼 확인 단계(S100), 프로파일 형성 단계(S200), 조성물 함량 계산 단계(S300), 조성물 함량 조정 단계(S400) 순으로 이하 설명하지만, 이와 같은 설명의 순서가 본 발명의 권리범위를 제한하지 않음은 당연하다.
먼저, 에너지 스펙트럼 확인 단계(S100; 제1 단계)는 시편의 실제 에너지 스펙트럼을 획득(S110)하고, 시편을 구성하는 조성물의 구성을 포함한 관련 정보를 확인한 후 시편의 실제 에너지 스펙트럼 상에서 조성물별 에너지 스펙트럼을 확인(S120)하는 단계이다.
이때, 에너지 스펙트럼의 유형에 대하여는 제한 없이 다양할 수 있음은 물론이지만, 산란되는 이온빔에 대한 에너지(energy)와 세기(intensity)를 함께 확인하는 것이 프로파일 형성 단계(S200)를 진행하는데 있어서 유리하다.
또한, 조성물의 구성을 포함한 관련 정보 또한 많은 정보를 다양하게 알고 있는 것이 측정에 대한 신뢰도를 향상시키면서도 시간을 단축시킬 수 있다는 점에서 유리할 것이다.
조성물의 구성을 포함한 관련 정보의 일례로, 조성물은 시료에 포함된 원소, 각 원소별로 에너지 스펙트럼 상에서의 지정되는 고유의 영역, 각 원소별 kinematic factor(K), scattering cross section(σ), stopping power(S), straggling(s)이 있을 수 있다.
한편, 프로파일 형성 단계(S200)는 조성물 각각의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 기설정된 기준 함량별로 분할하여 얻은 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 시편의 깊이별로 표시함으로써, 조성물 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성하는 단계이다.
더욱 구체적으로, 조성물 각각의 에너지 스펙트럼에 있어서 아래 식의 E out,i 로 표시되는 에너지 영역을 기설정된 기준 함량만큼 분할하면, 시료의 깊이 d별로 분할된 에너지 영역의 개수를 카운팅할 수 있다.
Figure 112016129504181-pat00001
여기서, E out,i 는 시편을 구성하는 원소(어느 하나의 구성물)의 에너지 스펙트럼의 에너지 영역 값이고, E o 는 시편에 충돌시키기 전(에너지 스펙트럼 형성 전) 이온빔이 갖는 에너지 영역 값이며, K i 는 시편을 구성하는 원소(어느 하나의 구성물)의 kinematic factor이고, d는 E out,i 에 해당하는 시료의 깊이이며, S 1 및 S 2 는 입사될 때(1)와 산란될 때(2)의 stopping power이고, θ 1 및 θ 2 는 이온빔의 입사각(1)과 탈출각(2)을 의미한다.
또한, 기설정된 기준 함량은 스펙트럼 프로파일의 정확도와 프로파일 형성 단계(S200)가 진행되는 전반적인 속도를 고려하여 사용자가 미리 설정할 수 있다.
즉, 후술할 조성물 함량 조정 단계(S400)를 진행하기 이전에는 기준 함량의 크기를 크게 하여 프로파일 형성 단계(S200)의 진행속도를 높이다가, 후술할 조성물 함량 조정 단계(S400)를 진행할 때에는 기준 함량의 크기를 작게 하여 스펙트럼 프로파일의 정확도를 높일 수 있다.
아울러, 프로파일 형성 단계(S200)를 통해 형성되는 스펙트럼 프로파일은 x축과 y축으로 구성되는 2차원 직교좌표를 갖는 그래프로 표시될 수 있다. 이때, x축은 시편의 깊이로 설정할 수 있고, y축은 각각의 조성물 전체에 대하여 카운팅한 에너지 영역의 개수 대비 어느 하나의 조성물에 대하여 카운팅한 에너지 영역의 개수를 백분율로 설정할 수 있다.
이와 같이 스펙트럼 프로파일을 설정하면, 후술할 조성물 함량 계산 단계(S300)는 x축과 접하는 양측 지점 사이의 거리를 어느 하나의 조성물이 시편에서 위치하는 영역 깊이로 계산하고, x축 상에서 어느 한 지점에 대응하는 y축 상의 어느 한 지점을 시편의 특정 깊이에 존재하는 어느 하나의 조성물의 함량으로 계산하게 될 것이다.
이와 같은 스펙트럼 프로파일을 형성하는 프로파일 형성 단계(S200)는 각각의 조성물에 대한 스펙트럼 프로파일을 동시 다발적으로 형성함으로써 단계를 완료할 수도 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 어느 하나의 조성물의 스펙트럼 프로파일을 먼저 형성하고 순차적으로 다른 조성물의 스펙트럼 프로파일을 형성함으로써 단계를 완료할 수도 있다.
다만, 보다 상세한 설명을 위하여 도 2에 도시된 바를 참조하여 프로파일 형성 단계(S200)를 구체적으로 설명하면, 프로파일 형성 단계(S200)는 에너지 스펙트럼 확인 단계(S100; 제1 단계)를 통해 획득한 시편 전체에 대한 에너지 스펙트럼 상에서 어느 하나의 조성물에 대한 에너지 스펙트럼을 추출하고, 추출한 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 기설정된 기준 함량 별로 분할하는 단계(S210; 제2 단계)를 먼저 진행하고, 이어서 제2 단계를 통해 분할된 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 시편의 깊이별로 표시함으로써, 어느 하나의 조성물에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성하는 단계(S220; 제3 단계)를 진행하고, 이를 반복하여 시편을 구성하는 조성물 각각에 대하여 스펙트럼 프로파일을 형성하는 단계(S230; 제4 단계)로 구성될 수 있다.
또한, 프로파일 형성 단계(S200)에 있어서 분할된 에너지 영역을 카운팅하여 시편의 깊이별로 표시하는 것과 관련하여, 어느 하나의 조성물의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역 전체를 기설정된 기준 함량별로 한꺼번에 분할하고 카운팅하여 시편의 깊이별로 표시할 수도 있지만, 어느 하나의 조성물의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 시편 전체의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역에서 사라질 때까지 기설정된 기준 함량별로 순차적으로 분할하여 제거해나가면서 카운팅하여 시편의 깊이별로 표시할 수도 있다.
이와 같이 프로파일 형성 단계(S200)에 있어서 분할된 에너지 영역을 카운팅하여 시편의 깊이별로 표시하는 것은 사용자의 선택에 따라 자유로울 수 있으며 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 물론이다.
즉, 보다 빠른 카운팅과 표시를 위하여는 전자로 진행하는 것이 유리할 것이며, 보다 정확한 카운팅과 표시를 위하여 후자로 진행하는 것이 유리할 것임은 당연하며, 이는 사용자의 선택에 따르기로 한다.
한편, 조성물 함량 계산 단계(S300; 제5 단계)는 프로파일 형성 단계(S200)를 통해 형성된 조성물 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 상호 비교함으로써, 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 계산하는 단계이다.
이러한 조성물 함량 계산 단계(S300)는, 스펙트럼 프로파일을 시편의 깊이를 x축으로 하고 어느 하나의 조성물에 대한 에너지 영역의 개수 관련 백분율을 y축으로 한 2차원 직교좌표 상의 그래프로 형성하면, 조성물 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 상호 비교하는 것이 보다 빨라질 것이다.
즉, 이 경우, 전술한 바와 같이, 스펙트럼 프로파일 그래프가 x축과 접하는 양측 지점 사이의 거리를 어느 하나의 조성물이 시편에서 위치하는 영역 깊이로 계산하고, x축 상에서 어느 한 지점에 대응하는 y축 상의 어느 한 지점을 시편의 특정 깊이에 존재하는 어느 하나의 조성물의 함량으로 계산하게 될 것이므로 상호 비교가 직관적으로 이뤄지게 되는 만큼, 상호 비교가 보다 빨라질 것이다.
다만, 경우에 따라서는 조성물 함량 계산 단계(S300)가 진행되기에 앞서서 진행되는 프로파일 형성 단계(S200)에서 각각의 조성물에 대한 스펙트럼 프로파일이 잘 형성되지 않는 경우가 있을 수 있는데, 이러한 경우에는 조성물 함량 계산 단계(S300)에서 계산되는 시편의 깊이별로 조성물의 함량 또한 부정확할 수 있다.
이러한 경우를 대비하여, 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예는 조성물 함량 조정 단계(S400; 제6 단계)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 조성물 함량 조정 단계(S400)는 조성물 함량 계산 단계(S300)를 통해 얻은 시편의 깊이별 조성물의 함량을 기준으로 하여 시편 전체의 에너지 스펙트럼을 획득한 후, 프로파일 형성 단계 이전에 획득한 시편 전체의 에너지 스펙트럼과 상호 비교하여, 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 조정하는 단계이다.
이러한 조성물 함량 조정 단계(S400)에 대하여 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 조성물 함량 계산 단계(S300)를 통해 계산된 시편의 깊이별 조성물 함량을 기초로 시뮬레이션한 에너지 스펙트럼과 실제 에너지 스펙트럼이 일치하는지 판단하는 단계(S410)가 진행되고, 그 결과 시뮬레이션한 에너지 스펙트럼과 실제 에너지 스펙트럼이 일치하면 시편의 깊이별 조성물 함량으로 결정하는 단계(S420)로 넘어가고 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예는 종료한다.
그러나, 반대로 시뮬레이션한 에너지 스펙트럼과 실제 에너지 스펙트럼이 일치하지 않으면 시편의 깊이별 조성물 함량을 조정하는 단계(S430)가 진행되는데, 이는 사용자가 보유하고 있는 여러 방법을 통해 시편의 깊이별 조성물 함량을 조정할 수 있음은 물론이며, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 당연하다.
일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자는 프로파일 형성 단계(S200)에 있어서 에너지 영역을 분할하는 기준 함량 범위를 조절하여 각각의 조성물에 대한 스펙트럼 프로파일을 재형성하고, 조성물 함량 계산 단계(S300)를 다시 거치는 방법으로 시편의 깊이별 조성물 함량을 조정할 수 있다.
이상 상세하게 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예에 따르면, 반복적인 시행착오(trial and error)를 최소화할 수 있으므로, 시편의 깊이별로 조성물의 함량을 측정하는 시간을 단축할 수 있을 것이다.
이하에서는, 이와 같은 구성과 효과를 갖는 본 발명에 따른 시편 깊이별 조성물 함량 측정방법의 일 실시예에 따라 분석한 4가지의 분석예를 제시하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
분석예 1) Si위에 SiO 2 층이 형성된 시편에 대한 분석
먼저, 에너지 스펙트럼 확인 단계(S100; 제1 단계)가 진행되면, 도 3에 도시된 바와 같이 Si위에 SiO2층이 형성된 실제 시편에 대한 에너지 스펙트럼을 확인할 수 있다.
이후, 프로파일 형성 단계(S200; 제2 단계 내지 제 4단계)가 진행되면, 도 4에 도시된 바와 같이 시편에 대한 조성물(원자)인 Si(파란색 선), O(빨간색 선)에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성할 수 있다.
이와 같이 형성한 Si, O에 대한 스펙트럼 프로파일로부터, 조성물 함량 계산 단계(S300; 제 5단계)에서는, 약 25015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이까지 SiO2층이 형성되며, 이때 Si의 함량은 33%, O의 함량은 67%임을 계산할 수 있고, 약 25015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이보다 더 깊게는 Si층만이 존재하며 이때 Si의 함량은 100%임을 계산할 수 있다.
이때, 약 25015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이는 약 30nm가 될 것인데, 이와 같은 나노단위영역에서의 표면분석방법에 있어서의 면밀도 단위에 대응하는 길이 단위의 변환은 당업자에게 일반적인 것이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다(이하 동일).
아울러, 이와 같이 조성물 함량 계산 단계(S300; 제 5단계)에서 계산된 값을 기준으로 전체 시료에 대한 에너지 스펙트럼을 시뮬레이션하고 이를 도 3에 도시된 에너지 스펙트럼과 비교하여 조성물의 함량을 조절하는 조성물 함량 조정 단계(S400; 제 6단계)에 대한 내용 또한 생략하더라도 당업자는 충분히 이를 예상할 수 있을 것이다(이하 동일).
분석예 2) Si위에 SiO 2 층과 HfO 2 층이 순차적으로 형성된 시편에 대한 분석
먼저, 에너지 스펙트럼 확인 단계(S100; 제1 단계)가 진행되면, 도 5에 도시된 바와 같이 Si위에 SiO2층과 HfO2층이 순차적으로 형성된 실제 시편에 대한 에너지 스펙트럼을 확인할 수 있다.
이후, 프로파일 형성 단계(S200; 제2 단계 내지 제 4단계)가 진행되면, 도 6에 도시된 바와 같이 시편에 대한 조성물(원자)인 Hf(하늘색 선), O(빨간색 선), Si(파란색 선)에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성할 수 있다.
이와 같이 형성한 Hf, Si, O에 대한 스펙트럼 프로파일로부터, 조성물 함량 계산 단계(S300; 제 5단계)에서는, 약 7515 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이(약 7nm)까지 HfO2층이 형성되며, 이때 Hf의 함량은 31%, O의 함량은 69%임을 계산할 수 있고, 약 15015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이까지는 Si와 O가 공존하다가 약 15015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이보다 더 깊게 Si층만이 존재하며 이때 Si의 함량은 100%임을 계산할 수 있다.
분석예 3) Si위에 InGaZnO x 층이 형성된 시편에 대한 분석
먼저, 에너지 스펙트럼 확인 단계(S100; 제1 단계)가 진행되면, 도 7에 도시된 바와 같이 Si위에 InGaZnOx층이 형성된 실제 시편에 대한 에너지 스펙트럼을 확인할 수 있다.
이후, 프로파일 형성 단계(S200; 제2 단계 내지 제 4단계)가 진행되면, 도 8에 도시된 바와 같이 시편에 대한 조성물(원자)인 In(분홍색 선), Ga(녹색 선), Zn(하늘색 선), O(빨간색 선), Si(파란색 선)에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성할 수 있다.
이와 같이 형성한 In, GA, Zn, Si, O에 대한 스펙트럼 프로파일로부터, 조성물 함량 계산 단계(S300; 제 5단계)에서는, 약 15015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이(약 20nm)까지 InGaZnOx층이 형성되며, 이때 In의 함량은 15.6%, Ga의 함량은 14.8%, Zn의 함량은 14.8%, O의 함량은 57.8%(single만 포함)임을 계산할 수 있고, 약 15015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이보다 더 깊게 Si층만이 존재하며 이때 Si의 함량은 100%임을 계산할 수 있다.
분석예 4) Si위에 SiON층이 형성된 시편에 대한 분석
먼저, 에너지 스펙트럼 확인 단계(S100; 제1 단계)가 진행되면, 도 9에 도시된 바와 같이 Si위에 SiON층이 형성된 실제시편에 대한 에너지 스펙트럼을 확인할 수 있다.
이 경우에는, N과 O를 쉽게 분석하기 위한 channeling 조건 측정이 되므로, Si 기판의 channeling 지역(yield가 떨어진 지역)을 제거한 후 N과 O만 따로 분리하여 처리하였다.
이후, 프로파일 형성 단계(S200; 제2 단계 내지 제 4단계)가 진행되면, 도 10에 도시된 바와 같이 시편에 대한 조성물(원자)인 Si(분홍색 선), O(빨간색 선), N(파란색 선)에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성할 수 있다.
이와 같이 형성한 Si, O, N에 대한 스펙트럼 프로파일로부터, 조성물 함량 계산 단계(S300; 제 5단계)에서는, 약 10015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이(약 13nm)까지 SiON층이 형성되며, 이때 Si를 제외하고, O의 함량과 N의 함량이 거의 동일하게 약 50%임을 계산할 수 있고, 약 10015 atoms/㎠의 면밀도에 해당하는 깊이보다 더 깊게 Si층만이 존재하며 이때 Si의 함량은 100%임을 계산할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (7)

  1. 시편과 충돌한 후 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시편의 깊이별로 상기 시편을 구성하는 조성물의 함량을 측정하는 방법으로서,
    원소 각각의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 기설정된 기준 함량별로 분할하여 얻은 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시함으로써, 원소 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성하는 프로파일 형성 단계 및
    상기 원소 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 원소의 함량을 계산하는 원소 함량 계산 단계를 포함하는,
    시편 깊이별 조성물 함량 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기설정된 기준 함량은,
    상기 스펙트럼 프로파일의 정확도와 상기 프로파일 형성 단계가 진행되는 속도를 고려하여 사용자가 미리 설정하는 것을 특징으로 하는,
    시편 깊이별 조성물 함량 측정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼 프로파일은,
    x축을 상기 시편의 깊이로 하고, y축을 상기 각각의 원소 전체에 대하여 카운팅한 에너지 영역의 개수 대비 어느 하나의 원소에 대하여 카운팅한 에너지 영역의 개수의 백분율로 하는 2차원 직교좌표를 갖는 그래프로 표시되는 것을 특징으로 하는,
    시편 깊이별 조성물 함량 측정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 원소 함량 계산 단계는,
    2차원 직교좌표를 갖는 그래프로 표시되는 상기 스펙트럼 프로파일에서, 상기 x축과 접하는 양측 지점 사이의 거리를 상기 어느 하나의 원소가 상기 시편에서 위치하는 영역 깊이로 계산하고, 상기 x축 상에서 어느 한 지점에 대응하는 상기 y축 상의 어느 한 지점을 상기 시편의 어느 깊이에 존재하는 상기 어느 하나의 원소의 함량으로 계산하는 것을 특징으로 하는,
    시편 깊이별 조성물 함량 측정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일 형성 단계는,
    상기 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시할 때, 어느 하나의 원소의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 상기 시편 전체의 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역에서 사라질 때까지 상기 기설정된 기준 함량별로 순차적으로 분할하여 제거해나가면서 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시하는 것을 특징으로 하는,
    시편 깊이별 조성물 함량 측정방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 함량 계산 단계를 통해 얻은 상기 시편의 깊이별 상기 원소의 함량을 기준으로 한 상기 시편 전체의 에너지 스펙트럼을 획득한 후, 상기 프로파일 형성 단계 이전에 획득한 상기 시편 전체의 에너지 스펙트럼과 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 원소의 함량을 조정하는 원소 함량 조정 단계를 더 포함하는,
    시편 깊이별 조성물 함량 측정방법.
  7. 시편과 충돌한 후 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시편의 깊이별로 상기 시편을 구성하는 조성물의 함량을 측정하는 방법으로서,
    시편 전체에 대하여 에너지 스펙트럼을 획득하는 제1 단계;
    상기 제1 단계를 통해 획득한 상기 시편 전체에 대한 에너지 스펙트럼 상에서 어느 하나의 원소에 대한 에너지 스펙트럼을 추출하고, 추출한 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지 영역을 기설정된 기준 함량 별로 분할하는 제2 단계;
    상기 제2 단계를 통해 분할된 에너지 영역의 개수를 카운팅하여 상기 시편의 깊이별로 표시함으로써, 어느 하나의 원소에 대한 스펙트럼 프로파일을 형성하는 제3 단계;
    제2 단계 및 제3 단계를 반복하여 상기 시편을 구성하는 원소 각각에 대하여 스펙트럼 프로파일을 형성하는 제4 단계;
    상기 제4단계를 통해 형성된 원소 각각에 대한 스펙트럼 프로파일을 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 원소의 함량을 계산하는 제5 단계; 및
    상기 제5 단계를 통해 계산된 상기 시편의 깊이별로 상기 원소의 함량을 기초로 상기 시편의 에너지 스펙트럼을 획득한 후, 상기 제1 단계를 통해 획득한 시편 전체에 대하여 에너지 스펙트럼과 상호 비교하여, 상기 시편의 깊이별로 상기 원소의 함량을 조정하는 제6 단계;를 포함하는,
    시편 깊이별 조성물 함량 측정방법.
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