KR19990026163A - 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전송전자현미경(TEM)에 의한 평면시편의 마킹 관찰을 통해 웨이퍼의 특정영역 및 특정층에 대한 단면 및 평면 상태를 분석할 수 있는 시편 제조방법을 제공하기 위해, 웨이퍼 상에서 관찰하고자 하는 특정영역에 대한 다이싱 소오 커팅 및 최종 포커싱이온빔 가공을 위하여 포커싱이온빔으로 동시에 방사상의 마커(11)(12)를 형성하는 마킹공정과, 상기 다이싱 소오 커팅용 마커(11)가 한쪽변에 인접 배치되고 나머지 세변에 대하여 소정의 여유폭을 갖도록 절단하는 커팅공정과, 소정의 두께(T1)를 갖도록 상기 마킹부(10)의 이면을 연삭하는 밀링공정과, 각각의 층이 선명히 인식될 수 있도록 처리하는 에칭공정과, 제작된 시편을 구리격자(14)에 고정하기 위한 부착공정과, 관찰하고자 하는 특정영역 및 특정깊이층을 중심으로 분석용 마커(12)가 소정의 크기로 형성될 수 있도록 연삭하는 최종 밀링공정으로 이루어지는 것으로서, 반도체 소자(Device) 등의 신제품 개발 및 양산 제품의 불량을 임의의 부위에 대하여 입체적인 분석이 가능하고, 이 특정영역에 대한 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 제작방법을 응용하여 시편의 일측면만을 밀링가공하면 주사형 전자현미경(SEM)에 의한 특정영역 및 특정깊이층 분석용 시편의 제작도 가능하도록 한 것이다.

Description

웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 및 그 제조방법

본 발명은 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 및 이 평면시편을 제작하기 위한 공정기술에 관한 것으로, 특히 전송전자현미경(Transmission Electron Microscope;TEM)에 의한 평면시편의 마킹 관찰을 통해 웨이퍼의 특정영역 및 특정층에 대한 단면 및 평면 상태를 분석할 수 있도록 한 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재까지 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer) 등과 같은 반도체 시편의 티이엠 분석을 하기 위한 평면시편의 제작방법으로는 이온밀링법(Ion Milling Method)과, 포커싱이온빔(Focusing Ion Beam; FIB)을 이용한 방법 등이 일반화되어 있다.

상기 이온밀링법은 특정영역에 해당하지 않는 단면과 평면시편을 제작하는 경우에 주로 사용되고, 이에 반하여 포커싱이온빔을 이용한 방법은 특정영역의 단면을 관찰하고자 하는 경우에 주로 사용된다. 그 외에도 트라이포드법(Tripod Method), 파우더법(Powder Method), 다이아몬드 커터(Diamond Cutter)를 이용한 방법 및 산(Acid)에 의한 에칭법(Etching Method) 등이 있으며, 이러한 방법들은 시편의 종류 및 관찰하고자 하는 내용 등에 따라 매우 제한적으로 사용되는 것이다.

시편의 제작에 가장 많이 사용되고 있는 상기 이온밀링법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 단면시편(Section Test Piece)을 제작하기 위한 방법과 평면시편(Plane Test Piece)을 제작하기 위한 방법으로 분류할 수 있다.

먼저, 도 1에 도시된 단면시편(100) 제작공정은 적당한 크기로 두 개의 시편과 네 개의 더미웨이퍼(Dummy Wafer)를 절단하여 구비하는 커팅공정(Cutting Process)과, 이들 두 개의 시편을 마주보게 배치한 후 그 양쪽면에 상기 더미웨이퍼를 두 개씩 배열하여 각각 접착시키는 본딩공정(Bonding Process)과, 다이아몬드 소오(Diamond Saw)를 사용하여 중첩된 웨이퍼를 0.5~1정도의 두께로 절단하는 슬라이싱공정(Slicing Process)과, 슬라이싱된 복층의 시편을 직경 3정도의 원판 형태로 가공하는 펀칭공정(Punching Process)과, 그라인더(Grinder) 또는 폴리셔(Polisher)를 사용하여 상기 시편의 양쪽면을 최종 두께가 100이하로 되도록 연삭하는 그라인딩공정(Grinding Process)과, 딤플러(Dimpler)를 사용하여 상기 시편의 중앙부 두께가 5이하로 되도록 가공하는 딤플링공정(Dimpling Process)과, 이온밀러(Ion Miller)를 사용하여 Ar+ 이온으로 상기 시편의 양쪽면을 스퍼터링(Sputtering)하므로써 계면부근에 해당하는 시편의 중앙부에 구멍(101)을 형성하는 이온밀링공정(Ion Milling Process)으로 이루어지며, 이와 같은 공정에 의해 제작된 단면시편(100)을 전송전자현미경의 작업테이블 위에 올려놓고 상기 단면시편의 구멍 주위를 관찰하여 시험하게 된다.

또한, 도 2에 도시된 평면시편(200) 제작공정은 소정의 크기로 절단된 시편을 직경 3정도의 원판 형태로 가공하는 펀칭공정(Punching Process)과, 그라인더(Grinder) 또는 폴리셔(Polisher)를 사용하여 상기 시편의 관찰하고자 하는 면의 반대쪽 면을 최종 두께가 100이하로 되도록 연삭하는 그라인딩공정(Grinding Process)과, 딤플러(Dimpler)를 사용하여 상기 시편의 연삭면을 중앙부 두께가 5이하로 되도록 가공하는 딤플링공정(Dimpling Process)과, 이온밀러(Ion Miller)를 사용하여 Ar+ 이온으로 상기 시편의 양쪽면을 스퍼터링(Sputtering)하므로써 계면부근에 해당하는 시편의 중앙부에 구멍(201)을 형성하는 이온밀링공정(Ion Milling Process)으로 이루어지며, 이와 같은 공정에 의해 제작된 평면시편(200)을 전송전자현미경의 작업테이블 위에 올려놓고 상기 단면시편의 구멍 주위를 관찰하여 시험하게 된다.

한편, 상기의 포커싱이온빔을 이용한 단면시편(300) 제작공정은 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 상에서 단면 관찰하고자 하는 특정영역을 포커싱이온빔으로 마킹하는 마킹공정(Marking Process)과, 다이싱 소오(Dicing Saw)를 사용하여 상기 웨이퍼의 마커(301)가 정중앙에 위치하도록 2.5 50의 크기로 절단하는 커팅공정(Cutting Process)과, 상기 마커(301)를 찾아 관찰하고자 하는 부분을 중심으로 시편의 최종 두께가 1000Å 이하로 되도록 연삭하는 밀링공정(Milling Process)으로 이루어지며, 이와 같은 공정에 의해 제작된 단면시편(300)을 전송전자현미경의 작업테이블 위에 올려놓고 관찰하여 시험하게 된다. 이때, 밀링 폭은 수십, 깊이는 수정도가 되며, 티이엠 관찰시 틸팅(Tilting)될 수 있도록 외측을 넓게 가공한다.

그러나, 종래의 이온밀링법은 단면 및 평면시편을 제작할 때 가장 널리 사용되는 방법으로서 매우 얇고 우수한 시편을 얻을 수 있다는 장점이 있는 반면에, 특정영역을 관찰할 수 없다는 단점이 있었으며, 포커싱이온빔을 이용한 방법은 특정영역의 단면 관찰을 할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 특정영역의 특정깊이에 존재하는 층에 대한 평면 관찰이 불가능하다는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전송전자현미경(TEM)에 의한 평면시편의 마킹 관찰을 통해 웨이퍼의 특정영역 및 특정층에 대한 단면 및 평면 상태를 분석할 수 있도록 한 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 이온밀링법에 따른 웨이퍼 테스트용 티이엠 단면시편 제작공정을 도시한 공정도,

도 2는 종래의 이온밀링법에 따른 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 제작공정을 도시한 공정도,

도 3은 종래의 포커싱이온빔을 이용한 방법에 따른 웨이퍼 테스트용 티이엠 단면시편 제작공정을 도시한 공정도,

도 4는 본 발명의 포커싱이온빔 방법에 따른 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편의 마킹부 형상을 도시한 정면도,

도 5는 본 발명의 커팅공정이 진행됨에 따른 시편 형상을 도시한 사시도,

도 6은 본 발명의 밀링공정이 진행됨에 따른 시편 형상을 도시한 사시도,

도 7은 본 발명의 시편을 고정하기 위한 부착공정을 도시한 개략도,

도 8은 본 발명의 제조공정에 의해 제작된 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편의 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

H1 ; 시편몸체의 높이 H2 ; 계면의 높이

T1 ; 시편몸체의 두께 T2 ; 계면의 두께

W1 ; 시편몸체의 폭 W2 ; 계면의 폭

1 ; 시편몸체 2 ; 계면

10 ; 마킹부 11 ; 다이싱 소오 커팅용 마커

12 ; 분석용 마커 13 ; 중앙지점

14 ; 구리격자

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편은 소정의 폭과 높이 및 두께로 가공된 시편몸체의 상변 중앙부에 소정의 폭과 높이 및 두께로 축소된 얇은 계면이 형성되어 있고, 이 계면의 일측면에는 전송전자현미경의 전자빔 투과에 의한 웨이퍼 분석이 가능하도록 그 중앙지점을 기준하여 방사상으로 분석용 마커가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 제조방법은 웨이퍼 상에서 관찰하고자 하는 특정영역에 대한 다이싱 소오 커팅 및 최종 포커싱이온빔 가공을 위하여 포커싱이온빔으로 동시에 방사상의 마커를 형성하는 마킹공정과, 상기 다이싱 소오 커팅용 마커가 한쪽변에 인접 배치되고 나머지 세변에 대하여 소정의 여유폭을 갖도록 절단하는 커팅공정과, 소정의 두께를 갖도록 상기 마킹부의 이면을 연삭하는 밀링공정과, 각각의 층이 선명히 인식될 수 있도록 처리하는 에칭공정과, 제작된 시편을 구리격자에 고정하기 위한 부착공정과, 관찰하고자 하는 특정영역 및 특정깊이층을 중심으로 분석용 마커가 소정의 크기로 형성될 수 있도록 연삭하는 최종 밀링공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편의 제조방법은 포커싱이온빔을 이용한 특정영역 및 특정깊이층 관찰용 티이엠 평면시편 제조공정에 근거하여 이루어지게 되며, 마킹공정(Marking Process), 커팅공정(Cutting Process), 밀링공정(Milling Process), 에칭공정(Etching Process), 부착공정(Attaching Process) 및 최종 밀링공정(Final Milling Process)이 순차적으로 이루어지므로써 티이엠 분석용 평면시편을 제작할 수 있게 되는 것이다.

즉, 실리콘 웨이퍼 상에서 관찰하고자 하는 특정영역에 대한 다이싱 소오 커팅 및 최종 포커싱이온빔 가공을 위하여 포커싱이온빔으로 동시에 방사상의 마커(11)(12)를 형성하는 마킹공정과, 상기 다이싱 소오 커팅용 마커(11)가 한쪽변에 인접 배치되고 나머지 세변에 대하여 소정의 여유폭을 갖도록 다이싱 소오(Dicing Saw)로 절단하는 커팅공정과, 소정의 두께를 갖도록 상기 마킹부(10)의 이면을 그라인더(Grinder)로 연삭하는 밀링공정과, 각각의 층이 선명히 인식될 수 있도록 처리하는 에칭공정과, 제작된 시편을 구리격자(Cuprum Grid)(14)에 고정하기 위한 부착공정과, 관찰하고자 하는 특정영역 및 특정깊이층을 중심으로 분석용 마커(12)가 소정의 크기로 형성될 수 있도록 연삭하는 최종 밀링공정으로 이루어지며, 이와 같은 공정에 의해 제작된 단면시편을 전송전자현미경의 작업테이블 위에 올려놓고 관찰하여 시험하게 된다.

도 4로 도시된 본 발명의 마킹공정에서는 포커싱이온빔을 사용하여 실리콘 웨이퍼 상에 다이싱 소오 커팅용 마커(11)와, 최종 포커싱이온빔 가공용 마커, 즉, 분석용 마커(12)를 동시에 형성하게 된다. 상기 마커(11)(12)는 관찰 부위인 중앙지점(13)을 기준하여 분석용 마커(12)와 다이싱 소오 커팅용 마커(11)를 방사상으로 형성하되, 상기 다이싱 소오 커팅용 마커(11)는 다이싱 소오의 배율(수백배)에서도 잘 관찰될 수 있는 크기인 수십 수정도로 하고, 상기 분석용 마커(12)는 관찰하고자 하는 부위 주변의 층까지 마킹이 이루어질 수 있도록 작고 깊게 형성하여, 평면시편이 완성되었을 때 관찰부위와 함께 상기 분석용 마커(12)를 식별할 수 있도록 하므로써 쉽게 위치 확인을 할 수 있게 되어 있다.

도 5로 도시된 본 발명의 커팅공정에서는 상기 다이싱 소오 커팅용 마커(11)를 찾아 다이싱 소오로 자를 때, 칩핑(Chipping) 등에 의하여 손상을 입지 않도록 관찰하고자 하는 부위의 약간 바깥쪽을 자른 후, 나머지 세변도 절단하게 된다.

도 6으로 도시된 본 발병의 밀링공정은 최종 두께가 50정도를 유지할 수 있도록 상기 마킹부(10)의 이면을 그라인더로 연삭하는 것이다.

밀링공정이 완료된 후에는 필요에 따라 각각의 층이 선명히 인식될 수 있도록 하프늄(Hafnium; HF) 등의 약품을 사용하여 약간의 에칭처리를 할 수도 있다.

그 다음에는 도 7로 도시된 바와 같이, 은풀(Silver Paste) 등의 접착제를 사용하여 시편몸체(1)를 구리격자(14)에 고정한다.

또한, 최종 밀링공정에 의해, 관찰하고자 하는 특정영역 및 특정깊이층을 중심으로 최종 평면시편의 두께가 1000Å 이하로 하고, 밀링의 폭과 깊이는 수십 수정도로 밀링한다. 이때, 평면시편의 바깥쪽으로 갈수록 넓게 가공하므로써 티이엠 분석시에 틸팅이 가능하게 되어 있다.

상기와 같은 제작공정에 의해 완성된 본 발명의 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편은 도 8에 도시된 바와 같이, 소정의 폭(W1)과 높이(H1) 및 두께(T1)로 가공된 시편몸체(1)의 상변 중앙부에 소정의 폭(W2)과 높이(H2) 및 두께(T2)로 축소된 얇은 계면(2)이 형성되어 있고, 이 계면(2)의 일측면에는 전송전자현미경(티이엠)의 전자빔 투과에 의한 웨이퍼 분석이 가능하도록 그 중앙지점(13)을 기준하여 방사상으로 분석용 마커(12)가 형성되어 있다.

상기의 평면시편에 대한 각 변의 크기를 구체적으로 설명하면, 상기 시편몸체(1)의 폭(W1)은 2.5mm, 높이(H1)는 1mm, 두께(T1)는 50이고, 상기 계면(2)의 폭(W2)은 수십, 높이(H2)는 수, 두께(T2)는 1000Å 이하로 가공하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명에 따른 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 제조방법은 포커싱이온빔을 이용한 특정영역 단면시편의 제작과 더불어 특정영역 및 특정깊이층에 대한 전송전자현미경(티이엠)을 이용한 평면시편의 제작이 가능하게 되므로써, 특히 반도체 소자(Device) 등의 신제품 개발 및 양산 제품의 불량을 임의의 부위에 대하여 입체적인 분석이 가능하고, 이 특정영역에 대한 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 제작방법을 응용하여 시편의 일측면만을 밀링가공하면 주사형전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)에 의한 특정영역 및 특정깊이층 분석용 시편의 제작도 가능하게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 소정의 폭과 높이 및 두께로 가공된 시편몸체의 상변 중앙부에 소정의 폭과 높이 및 두께로 축소된 얇은 계면이 형성되어 있고, 이 계면의 일측면에는 전송전자현미경의 전자빔 투과에 의한 웨이퍼 분석이 가능하도록 그 중앙지점을 기준하여 방사상으로 분석용 마커가 형성되어 있는 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 시편몸체의 폭은 2.5mm, 높이는 1mm, 두께는 50이고, 상기 계면의 폭은 수십, 높이는 수, 두께는 1000Å 이하로 가공됨을 특징으로 하는 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편.
3. 웨이퍼 상에서 관찰하고자 하는 특정영역에 대한 다이싱 소오 커팅 및 최종 포커싱이온빔 가공을 위하여 포커싱이온빔으로 동시에 방사상의 마커를 형성하는 마킹공정과, 상기 다이싱 소오 커팅용 마커가 한쪽변에 인접 배치되고 나머지 세변에 대하여 소정의 여유폭을 갖도록 절단하는 커팅공정과, 소정의 두께를 갖도록 상기 마킹부의 이면을 연삭하는 밀링공정과, 각각의 층이 선명히 인식될 수 있도록 처리하는 에칭공정과, 제작된 시편을 구리격자에 고정하기 위한 부착공정과, 관찰하고자 하는 특정영역 및 특정깊이층을 중심으로 분석용 마커가 소정의 크기로 형성될 수 있도록 연삭하는 최종 밀링공정으로 이루어진 웨이퍼 테스트용 티이엠 평면시편 제조방법.