KR19990039397A - 반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SEM 칼럼이 구비되는 반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법에 관한 것이다.

본 발명은, 웨이퍼가 위치되는 스테이지, 상기 스테이지와 상부로 이격되어 위치되며, 이온 빔을 주사하는 FIB 칼럼 및 상기 스테이지와 상부로 이격되어 상기 스테이지와 45。 정도 경사지게 위치되며, 일렉트론 빔을 주사하는 SEM 칼럼이 구비되는 반도체장치 제조용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트를 제 1 좌표화하는 단계, 상기 포커스 이온 빔 장치에 상기 제 1 좌표를 입력하여 상기 제 1 좌표를 제 2 좌표로 변환하는 단계, 상기 제 2 좌표를 기준으로 상기 SEM 칼럼을 사용하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 상기 디펙트를 오토 포커싱하는 단계 및 상기 오토 포커싱의 결과에 의해서 상기 웨이퍼의 디펙트와 상기 FIB 칼럼 사이의 이격거리를 조정하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 일련의 반도체장치 제조공정이 진행된 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트를 용이하게 분석할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법

본 발명은 반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 SEM(Scanning Electron Beam) 칼럼이 구비되는 포커스 이온 빔(Focus Ion Beam) 장치를 이용하여 일련의 반도체장치 제조공정이 진행된 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트(Defect)를 용이하게 분석할 수 있는 반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법에 관한 것이다.

최근에, 반도체장치가 더욱 고집적화되어 미세한 디펙트에 의해서도 반도체장치의 불량이 발생함으로 상기 디펙트가 발생되지 않도록 반도체장치 제조공정에 최선을 다하고 있다.

또한, 일련의 반도체장치 제조공정이 완료되어 웨이퍼 상에 산화막, 질화막, 게이트전극, S-폴리 등의 막질이 적층되면, 포커스 이온 빔 장치 등을 사용하여 상기 막질에 존재할 수 있는 디펙트를 분석함으로서 상기 디펙트의 발생원인을 확인하고 이의 발생을 미연에 방지하고 있다.

상기 분석공정은 SEM 등의 디펙트 인스펙터(Defect inspector)를 사용하여 일련의 반도체장치 제조공정이 진행된 웨이퍼의 표면을 스캐닝(Scanning)함으로서 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트를 제 1 좌표화하는 공정이 진행됨으로서 시작된다.

이후, 도1에 도시된 바와 같은 FIB 장치의 스테이지(Stage) 상에 상기 웨이퍼를 위치시킨다.

도1을 참조하면, 일련의 반도체장치 제조공정이 진행됨으로서 표면단차가 형성되고, 제 1 좌표화된 디펙트가 존재하는 웨이퍼(14)가 스테이지(12) 상에 위치되어 있다. 상기 스테이지(12) 하부에는 상기 스테이지(12)를 상하 및 좌우로 이동시킬 수 있는 축(10)이 구비되어 있다.

또한, 상기 스테이지(12)와 소정간격 상부로 이격되어 스테이지(12)와 수직적으로 위치되며, 이온화된 갈륨(Ga) 등의 이온 빔(Ion Beam : 20)을 사용하여 웨이퍼(14)의 소정영역을 밀링(Milling)할 수 있는 FIB 칼럼(Focus Ion Beam Column : 16)이 위치하여 있다.

그리고, 상기 스테이지(12)와 소정간격 상부로 이격되어 스테이지(12)와 약 45。 정도경사지게 위치되며, 일렉트론 빔(Electron Beam : 22)을 상기 웨이퍼(14)의 소정영역에 주사함으로서 웨이퍼(14)의 소정영역을 확대촬영할 수 있는 SEM 칼럼(Scanning Electron Microscope Column : 18)이 위치하여 있다.

따라서, 상기 제 1 좌표를 포커스 이온 빔 장치에 입력함으로서 상기 제 1 좌표는 포커스 이온 빔 장치에 사용될 수 있는 제 2 좌표로 변환된다.

그리고, 상기 제 2 좌표를 기준으로 SEM 칼럼(18)에서는 상기 웨이퍼의 디펙트 상에 일렉트론 빔(22)을 주사한다. 이후, SEM 칼럼(22)에서 FIB 칼럼(16) 모드(Mode)로 전환된 후, FIB 칼럼(16)에서 상기 웨이퍼의 디펙트와 상기 일렉트론 빔(22)이 접촉되는 지점에 이온 빔(20)을 주사한다.

이에 따라, 디펙트의 소정영역은 밀링되어 소정홈이 형성되고, 상기 디펙트의 소정홈의 수직구조를 분석함으로서 상기 디펙트의 발생원인을 분석할 수 있다.

그리고, SEM 등의 디펙트 인스펙터의 스캐닝에 의해서 제 1 좌표화된 다른 디펙트를 분석하기 위해서 도2에 도시된 바와 같이 축(10)의 이동에 의해서 스테이지(12)를 일측으로 이동한다.

이후, 전술한 바와 같이 SEM 칼럼(18)에서 웨이퍼의 디펙트에 일렉트론 빔(22)을 주사하고, FIB 칼럼(16)에서 웨이퍼의 디펙트에 이온 빔(20)을 주사함으로서 디펙트에 소정홈을 형성한다. 그리고, 상기 디펙트의 수직적 구조를 분석함으로서 디펙트의 발생원인을 분석하는 공정이 진행된다.

그런데, 상기 웨이퍼 상에 형성된 막질은 일련의 반도체장치 제조과정의 여러 가지 원인에 의해서 아주 미세하게 웨이퍼의 소정영역과 다른 소정영역 사이에는 막질의 두께의 차가 발생할 수 있다. 이에 따라, 도1에 도시된 바와 같이 두께가 얇은 소정영역에서 분석공정을 진행한 후, 도2에 도시된 바와 같이 두께가 두꺼운 다른 소정영역에서 다시 분석공정을 진행하면, 일렉트론 빔이 웨이퍼 상에 접촉되는 지점과 이온 빔이 웨이퍼 상에 접촉되는 지점 사이에 델타(Delta)ℓ 정도의 이격거리가 발생함에 따라 델타ℓ＇정도의 FIB 칼럼과 웨이퍼 사이의 이격거리의 차가 발생하였다.

따라서, 일련의 반도체장치 제조과정에 웨이퍼 상에 형성된 디펙트의 분석결과의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, SEM 칼럼이 구비되는 포커스 이온 빔 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트를 용이하게 분석할 수 있는 반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법을 제공하는 데 있다.

도1 및 도2는 종래의 반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법을 설명하기 위한 도면이다.

도3은 본 발명에 따른 반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 30 : 축 12, 32 : 스테이지

14, 34 : 웨이퍼 16, 36 : FIB 칼럼

18, 38 : SEM 칼럼 20, 40 : 이온 빔

22, 42: 일렉트론 빔

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치 분석용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법은, 분석용 웨이퍼가 위치되는 스테이지, 상기 스테이지와 소정간격 상부로 이격되어 위치되며, 이온 빔(Ion beam)을 주사하는 FIB 칼럼 및 상기 스테이지와 소정간격 상부로 이격되어 상기 스테이지와 45。 정도 경사지게 위치되며, 일렉트론 빔을 주사하는 SEM 칼럼이 구비되는 반도체장치 제조용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트를 제 1 좌표화하는 단계, 상기 포커스 이온 빔 장치에 상기 제 1 좌표를 입력하여 상기 제 1 좌표를 제 2 좌표로 변환하는 단계, 상기 제 2 좌표를 기준으로 상기 SEM 칼럼을 사용하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 상기 디펙트를 오토 포커싱하는 단계 및 상기 오토 포커싱의 결과에 의해서 상기 웨이퍼의 디펙트와 상기 FIB 칼럼 사이의 이격거리를 조정하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼의 디펙트와 상기 FIB 칼럼 사이의 이격거리는 상기 스테이지를 상하이동함으로서 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트의 좌표는 SEM 등의 디펙트 인스펙터(Defect inspector)를 사용하여 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝함으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 웨이퍼의 디펙트와 상기 FIB 칼럼 사이의 이격거리를 조정한 후, 상기 FIB 칼럼에서 상기 웨이퍼의 디펙트 상에 이온 빔을 주사하여 상기 디펙트의 소정영역을 밀링하여 상기 디펙트에 홈을 형성하는 단계가 수행됨이 바람직하다.

그리고, 상기 디펙트에 홈을 형성한 후, 상기 홈의 수직적 구조를 분석하는 단계가 수행됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3을 참조하면, 일련의 반도체장치 제조공정이 진행됨으로서 웨이퍼 상에 형성된 막질의 영역에 따라 미세한 두께의 차가 발생되고, SEM 등의 디펙트 인스펙터의 표면 스캐닝에 의해서 제 1 좌표화된 디펙트가 존재하는 웨이퍼(34)가 스테이지(32) 상에 위치되어 있다. 상기 스테이지(32) 하부에는 상기 스테이지(32)를 상하 및 좌우로 이동시킬 수 있는 축(30)이 구비되어 있다.

또한, 상기 스테이지(32)와 소정간격 상부로 이격되어 스테이지(32)와 수직적으로 위치되며, 이온화된 갈륨 등의 이온 빔(40)을 사용하여 웨이퍼(34)의 소정영역을 밀링할 수 있는 FIB 칼럼(36)이 위치하여 있다.

그리고, 상기 스테이지(32)와 소정간격 상부로 이격되어 스테이지(32)와 약 45。 정도 경사지게 위치되며, 일렉트론 빔(42)을 상기 웨이퍼(34)의 소정영역에 주사함으로서 웨이퍼(34)의 소정영역을 확대촬영할 수 있는 SEM 칼럼(38)이 위치하여 있다.

따라서, 상기 제 1 좌표를 포커스 이온 빔 장치에 입력함으로서 상기 제 1 좌표는 포커스 이온 빔 장치에서 사용될 수 있는 제 2 좌표로 변환된다.

그리고, 상기 제 2 좌표를 기준으로 SEM 칼럼(38)에서는 웨이퍼(34)의 디펙트를 오토 포커싱(Auto focusing)한다.

이에 따라, 도2에 도시된 바와 같이 일렉트론 빔(42)이 웨이퍼(34) 상에 접촉되는 지점과 후속공정에 의해서 이온 빔(40)이 웨이퍼(34) 상에 접촉되는 지점 사이에 델타ℓ 정도의 이격거리와 델타ℓ＇정도의 FIB 칼럼(36)과 웨이퍼(34) 사이의 이격거리가 발생하면, 축(30)을 델타ℓ＇ 정도 상부로 이동함으로서 웨이퍼(34)의 디펙트와 FIB 칼럼(36) 사이의 이격거리를 조정한다.

이에 따라, 도3에 도시된 바와 같이 일렉트론 빔(42)이 웨이퍼(34) 상에 접촉되는 지점과 후속공정에 의해서 이온 빔(40)이 웨이퍼(34) 상에 접촉되는 지점을 일치시킨다.

그리고, SEM 칼럼(38)에서 FIB 칼럼(36) 모드로 전환한 후, FIB 칼럼(36)에서 상기 웨이퍼(34)의 디펙트와 일렉트론 빔(42)이 접촉되는 지점에 이온 빔(40)을 주사한다.

이에 따라, 웨이퍼(34) 상의 소정영역은 밀링되어 웨이퍼(34) 상에 존재하는 디펙트에는 소정홈이 형성되고, 상기 소정홈의 형성에 따라 개방된 디펙트의 수직적 구조를 분석함으로서 상기 디펙트의 발생원인을 분석할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 일련의 반도체장치 제조공정의 수행에 의해서 웨이퍼 상에 형성된 막질의 미세한 두께차에 의해서 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트 상에 주사된 일렉트론 빔과 이온 빔이 일치되지 않아 분석결과의 신뢰성이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. 분석용 웨이퍼가 위치되는 스테이지, 상기 스테이지와 소정간격 상부로 이격되어 위치되며, 이온 빔(Ion beam)을 주사하는 FIB 칼럼 및 상기 스테이지와 소정간격 상부로 이격되어 상기 스테이지와 45。 정도 경사지게 위치되며, 일렉트론 빔을 주사하는 SEM 칼럼이 구비되는 반도체장치 제조용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법에 있어서,

   상기 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트를 제 1 좌표화하는 단계;

   상기 포커스 이온 빔 장치에 상기 제 1 좌표를 입력하여 상기 제 1 좌표를 제 2 좌표로 변환하는 단계;

   상기 제 2 좌표를 기준으로 상기 SEM 칼럼을 사용하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 상기 디펙트를 오토 포커싱(Auto focusing)하는 단계; 및

   상기 오토 포커싱의 결과에 의해서 상기 웨이퍼의 디펙트와 상기 FIB 칼럼 사이의 이격거리를 조정하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 디펙트와 상기 FIB 칼럼 사이의 이격거리는 상기 스테이지를 상하이동함으로서 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반조체장치 제조용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼 상에 존재하는 디펙트의 좌표는 SEM 등의 디펙트 인스펙터(Defect inspector)를 사용하여 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝함으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 디펙트와 상기 FIB 칼럼 사이의 이격거리를 조정한 후, 상기 FIB 칼럼에서 상기 웨이퍼의 디펙트 상에 이온 빔을 주사하여 상기 디펙트의 소정영역을 밀링하여 상기 디펙트에 홈을 형성하는 단계가 수행됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 디펙트에 홈을 형성한 후, 상기 홈의 수직적 구조를 분석하는 단계가 수행됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 포커스 이온 빔 장치를 이용한 웨이퍼 분석방법.