KR20010004010A - 반도체 시편 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 시편 제작 방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 패턴이 형성된 반도체 기판에서 시편을 떼어낸다. 시편의 후면을 연마하여, 실리콘 부분을 최대한 제거한다. 투과전자 현미경으로 촬영한 부분인 시편의 절단된 단면이 위로 향하게 한 후, 시편 주위를 왁스로 둘러싸고, 이 상태에서 유리 재질의 나이프로 시편 가장자리에 있는 왁스를 경사지게 트리밍한다. 그런 다음, 텅스텐이나 다이아몬드 재질의 나이프로 시편과 왁스 일부분을 700Å 정도의 두께로 횡으로 절단한다. 절단된 시편이 안으로 말리는 현상을 방지하기 위해, 시편을 수면에 부유시켜 수분을 공급한다. 이어서, 시편을 건조하면, 투과전자 현미경으로 촬영가능한 1,000Å 이하 두께를 갖는 시편이 제작된다.

Description

반도체 시편 제작 방법{Method of fabricating a sample of semiconductor}

본 발명은 반도체 시편 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 기판에 형성된 패턴 이미지를 관찰하기 위해 시편을 제작하는 방법에 관한 것이다.

반도체 기판상에 소정의 패턴을 형성한 후, 패턴이 원하는 설계대로 형성되었는지를 확인하기 위해서, 반도체 기판에서 일정 부분을 떼어내어 이 시편을 현미경으로 관찰하도록 되어 있다.

시편 관찰용 현미경은 일반적인 현미경이 아니라 100,00∼1,000,000의 고배율 기능을 갖는 투과전자 현미경(transmission electron microscope)이 사용되는데, 투과전자 현미경은 가속된 전자빔이 시편을 투과한 후 반사되어 다시 복귀하는 정도를 감지하여 이를 화상으로 나타내는 방식이다. 따라서, 가속된 전자빔이 우선 시편을 투과해야 하므로, 시편의 두께는 1,000Å 이하로 제한된다.

종래에는 시편 제작 방법으로 이온 밀링법(ion milling)이 사용되었는데, 이 방법은 다음과 같다. 반도체 기판 일부분을 커팅하여 시편을 반도체 기판으로부터 떼어낸다. 시편의 후면, 즉 실리콘 부분을 그라인딩한 후 왁스로 적층하고, 다시 그라인딩한다. 그런 다음, 시편을 딤플링(dimpling)하고 이온 밀링하여 제작한다.

그런데, 시편에 형성된 각 층은 밀링되는 비율이 서로 다르다. 즉, 텅스텐이나 티타늄/티타늄질화막과 같이 밀링 비율이 낮은 층은 밀링 비율이 상대적으로 높은 다른 층보다 상당히 두껍게 잔존하게 된다. 이로 인하여, 잔존하는 층의 두께가 1,000Å 이상이 되면, 투과전자 현미경에서 조사된 가속 전자빔이 해당 층을 투과할 수가 없으므로, 관찰이 불가능해지는 문제점이 있었다. 층마다 두께가 다르게 되면, 전자빔이 두께가 다른 층의 계면에서 주름지는 현상인 플린즈(fringe)이 발생되어, 현미경에서 관찰되는 이미지가 왜곡되는 현상이 발생된다.

또한, 종래의 시편 제작 방법인 이온 밀링법은 여러 단계를 거치게 되므로, 하나의 시편을 제작하는데 6∼12 시간이나 소요되는 문제점도 있다. 특히, 그라인딩과 딤플링과 같은 기계적인 연마 방법에 의해 시편이 대미지를 받게 되어 변형되는 문제점도 있다. 시편의 변형이란 왜곡된 정보를 제공하는 결과가 된다.

따라서, 본 발명은 종래의 이온 밀링법으로 인한 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 기계적 연마법을 최대한 이용하지 않고 시편의 두께를 1,000Å 이내로 균일하게 할 수 있음과 아울러 제작 시간도 단축되는 반도체 시편 제작 방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 시편 제작 방법을 순차적으로 나타낸 도면.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

10,10a ; 시편 11; 실리콘부

12 ; 패턴부 20 ; 왁스

30,40 ; 나이프

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 시편 제작 방법은 다음과 같다.

패턴이 형성된 반도체 기판에서 시편을 떼어낸다. 시편의 후면을 연마하여, 실리콘 부분을 최대한 제거한다. 투과전자 현미경으로 촬영한 부분인 시편의 절단된 단면이 위로 향하게 한 후, 시편 주위를 왁스로 둘러싸고, 이 상태에서 유리 재질의 나이프로 시편 가장자리에 있는 왁스를 경사지게 트리밍한다. 그런 다음, 텅스텐이나 다이아몬드 재질의 나이프로 시편과 왁스 일부분을 700Å 정도의 두께로 횡으로 절단한다. 절단된 시편이 안으로 말리는 현상을 방지하기 위해, 시편을 수면에 부유시켜 수분을 공급한다. 이어서, 시편을 건조하면, 투과전자 현미경으로 촬영가능한 1,000Å 이하 두께를 갖는 시편이 제작된다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 기계적인 연마법으로 시편을 제작하지 않고, 나이프를 이용한 커팅 방법으로 시편을 제작하므로, 1,000Å 이하로 균일한 두께를 갖는 시편을 제작할 수가 있게 된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 시편 제작 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 패턴이 형성된 반도체 기판(W)에 날카로운 도구(T)를 이용해서 충격을 주어, 반도체 기판(W)으로부터 시편(10)을 떼어낸다. 이어서, 시편(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 하부의 실리콘부(11)과 상부의 패턴부(12)로 구분되는데, 투과전자 현미경으로 촬영할 부분은 상부의 패턴부(12)이므로, 하부의 실리콘부(11)를 연마하여 그의 상당 부분을 제거한다. 특히, 실리콘부(11)의 두께를 최소화하는 것이 본 발명에서는 상당히 중요한데, 그 이유는 후술한다.

투과전자 현미경으로 촬영한 부분인 시편(10)의 절단된 단면부가 상부를 향하도록 한 다음, 도 3과 같이 시편(10)을 원통형의 왁스(20) 상부면에 끼운다. 따라서, 시편(10)의 가장자리는 왁스(10)에 의해 둘러싸이게 된다. 이어서, 도 3에 도시된 유리 재질의 나이프(30)로 시편(10) 주위를 둘러싸고 있는 왁스(20) 부분을 경사지게 트리밍하여 제거한다.

그런 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 텅스텐이나 다이아몬드 재질의 나이프(40)로 시편(10)과 왁스(20)를 횡으로 절단하여, 투과전자 현미경으로 촬영할 도 5에 도시된 시편(10a)을 왁스(20)로부터 떼어낸다. 시편(10a)의 두께는 투과전자 현미경으로 촬영가능한 두께인 1,000Å보다 얇은 700Å 정도의 두께로 절단한다. 이러한 두께로 시편(10a)을 절단할 수 있는 것은 종래와 같이 기계적인 연마법이 아니라 나이프(40)를 이용하기 때문에 가능하다.

여기서, 나이프를 이용한 절단에 의한 시편 제작 방법은 의학이나 생물 분야에서는 이미 적용되었으나, 취성(脆性)이 강한 광물이나 재료 분야에서는 거의 적용되지 못하고 있다. 즉, 반도체 기판은 취성이 강해서 절단에 의해 시편이 쉽게 파손되므로, 상기 방법을 적용하지 못하고 있다.

그러므로, 절단시 시편의 파손을 방지하기 위해서는, 시편(10)과 나이프(40)간의 접촉 면적을 최소화해야 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 시편(10)의 후면을 그라인딩하여 실리콘부(11)를 최대한 제거하였다. 다만, 실리콘부(11)의 두께는 시편에 대미지를 주지 않고 패터닝된 각 층을 지지할 수 있으며 관찰 부위를 확보할 수 있을 정도로는 제한된다.

상기와 같은 공정에 의해 시편(10a) 제작은 완료되지만, 절단된 매우 얇은 시편(10a)을 그대로 두면 수분 부족으로 안으로 말리는 현상이 발생되므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 시편(10a)을 수면상에 부유시켜서, 시편(10a)에 수분을 공급한다. 마지막으로, 구리 재질의 그리드로 시편(10a)을 물에서 빼낸 후 건조시킨다.

이러한 공정에 의해 제조된 시편(10a)을 투과전자 현미경으로 관찰하여, 패턴이 원하는 설계대로 형성되었는지를 판독한다.

이상에서와 같이, 본 발명은 나이프를 이용한 절단으로 시편을 제작하게 되므로써, 투과전자 현미경에 적용할 수 있는 1,000Å 이하이면서 균일한 두께로 시편을 제작하는 것이 가능하게 된다. 또한, 시편의 두께가 균일하므로, 프린즈 현상을 방지할 수도 있다.

특히, 본 발명에 따른 제작 방법은 기계적 연마법을 한 번만 사용하므로, 시편이 손상되는 현상이 방지되고, 아울러 제작 시간도 종래의 6∼12 시간에서 4∼10 시간 정도로 단축된다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 반도체 기판상에 형성된 패턴을 투과전자 현미경으로 관찰하기 위해, 상기 반도체 기판으로부터 시편을 제작하는 방법으로서,

   상기 반도체 기판에서 시편을 분리하는 단계;

   상기 시편을 왁스의 표면에 끼운 후, 상기 시편을 둘러싸고 있는 왁스 부분을 나이프로 트리밍하는 단계;

   상기 시편과 왁스 부분을 1,000Å 이하의 두께로 나이프을 이용해서 횡으로 절단하여, 시편을 왁스로부터 분리하는 단계;

   상기 분리된 시편에 수분을 공급하는 단계; 및

   상기 시편을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 시편 제작 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판으로부터 시편을 분리한 후, 시편의 후면인 실리콘의 상당 부분을 연마하여 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 시편 제작 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 트리밍 단계에 사용되는 나이프의 재질은 유리인 것을 특징으로 하는 반도체 시편 제작 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 시편을 왁스로부터 분리하는 단계에 사용되는 나이프의 재질은 텅스텐 또는 다이아몬드인 것을 특징으로 하는 반도체 시편 제작 방법.