KR20030060146A - 투과 전자 현미경의 시료 제작 방법 - Google Patents

Abstract

투과 전자 현미경의 시료 제작 방법이 개시된다. 이 방법은, 실리콘 단결정의 성질을 이용하여 웨이퍼를 일직선 방향으로 절단하는 단계, 상기 절단하는 단계에서 형성된 일직선 방향의 절단선 일부를 일 변으로 가지는 복수의 포인트 샘플을 형성하는 단계, 상기 복수의 포인트 샘플을 적층하면서 상기 일 변을 기준으로 정렬시켜 적층 샘플을 형성하는 단계를 구비하여 이루어진다. 적층 샘플 형성 단계에 이어 통상, 적층 샘플을 고정시켜 다이아몬드 커터 휠 등의 커터로 절단하는 단계가 더 이루어진다. 이때, 적층 샘플은 종래의 방법과 같이 절단용 글래스판에 부착되고, 절단용 글래스판은 적층 샘플 절단 장비의 고정구에 고정될 수 있다.

Description

투과 전자 현미경의 시료 제작 방법{Method of forming stacked sample of transmission electron microscope}

본 발명은 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope:TEM)의 시료 제작 방법에 관한 것이다.

전자 현미경으로서 근래에 주사 전자 현미경(SEM:Scanning Electron Microscope)에 비해 성능이 우수한 투과 전자 현미경(TEM)이 측정, 분석 장비로 널리 사용되고 있다. 반도체 장치 제작을 위한 분석 과정에서 투과 전자 현미경으로 공정 웨이퍼의 단면 등 시료 단면을 보는 경우가 많다.

그러나, 비록 투과 전자 현미경이 매우 정밀한 장비이고, 그 해상력이 우수하지만, 시료 자체가 정확하게 만들어지지 않으면 투과 전자 현미경의 성능을 발휘할 여지가 없어진다. 먼저, 기존의 투과 전자 현미경 시료 제작 과정을 살펴보면,웨이퍼의 특정 부위를 선정하여 기준점(point)을 표시한다. 웨이퍼를 기준점을 포함하는 일정 크기로 절단하여 포인트 패턴을 얻는다. 포인트 패턴(11)은 도1과 같이 보호용 슬라이드 글래스(13)에 왁스(15) 기타 수지로 고정된다. 이때, 기준점은 대략 중앙에 위치시킨다. 슬라이드 글래스에 고정된 포인트 패턴은 초음파 커팅 기구(supersonic cutting tool)에 고정되어 커터(cutter)에 의해 기준점을 포함하는 특정 크기, 가령, 가로 5mm, 세로 4mm 정도 크기의 장방형으로 절단된다. 이어서, 고온 처리를 통해 왁스를 녹이고 슬라이드 글래스에서 특정 크기로 절단된 기판, 즉, 도2와 같은 포인트 샘플(21)을 얻는다. 단, 이때 도시된 눈금은 도1의 눈금과 대응되는 것일 필요는 없다.

그리고, 포인트 샘플(21)을 5 내지 6매 정도로 겹쳐서 도4a, 도4b에 도시된 것과 같은 적층 샘플(31)을 얻는다. 적층 샘플(31)은 포인트 셈플(21) 표면에 접착액을 가하여 적층용 지그(35)에 차례로 적층하면서 지그 내벽면(37)을 기준으로 포인트 샘플(21)들을 정렬시키는 방법으로 이루어진다. 적층 샘플(31)은 도5와 같은 절단용 글래스판(41) 일정 위치에 정렬, 부착된다. 적층 샘플(31)이 부착된 절단용 글래스판(41)이 절단 장비의 고정부에 고정된 뒤 다이아몬드 커터 휠(Diamond Cutter Wheel:43) 등의 커터로 절단된다. 이후, 샘플은 더 작은 규격으로 만들어져 장비에 장착된다. 그리고, 장착된 상태에서 기준점 주변을 이온 빔 등으로 제거하여 기준점 주변의 매우 얇은 부분만 잔류시킨다. 잔류된 부분이 투과 전자 현미경에 의해 투과 전자를 이용하여 관찰된다.

그런데, 이런 과정들을 구비하여 이루어진 투과 전자 현미경 시료 제작 방법에 사용되는 제작 도구들은 매우 정밀한 것들이고, 정교하게 조작되나, 사용에 따른 변이를 가질 수 있다. 가령, 초음파 커팅 기구는 정밀한 기구이나 사용상의 변이에 의해 커터의 형태나 고정 위치가 흐트러질 수 있다. 그 결과, 얻어지는 포인트 샘플(21)은 도2와 같은 정확한 정방형이 아닌, 도3과 같이 가운데가 볼록한 배럴형 포인트 샘플(21')이 될 수 있다.

포인트 샘플(21)의 변들이 도3과 같이 굴곡을 가질 경우, 이 변을 기준으로 적층용 지그(35)에서 적층 샘플(31)을 만들때 도4a의 정면도 및 도4b의 측면도에 도시된 바와 같이 변 전체가 적층용 지그(35)의 내벽면(37)에 닿지 않고, 볼록한 부분의 일부분만 지그 내벽면(37)에 닿게 된다. 따라서, 완성된 적층 샘플(31)에서 적층된 포인트 샘플(21)들의 정렬이 흐트러지는 문제가 발생한다.

그리고, 정렬이 흐트러진 적층 샘플(31)을 사용할 경우, 적층 샘플(31)을 이루는 각층의 포인트 샘플(21)의 측면이 다이아몬드 커터 휠(43)면과 정확한 평행을 이루지 못한다. 결과적으로, 적층 샘플(31)은 정확한 위치에서 정확한 평면을 가지도록 절단되지 않고, 비스듬히 절단되어 관찰하고자 하는 기준점에서의 시료의 정확한 평단면을 얻을 수 없게 된다. 결국, 투과 전자 현미경으로 기준점에서 정확한 관찰을 하기 어렵고, 깨끗한 화면 혹은 정확한 투과 전자 현미경 데이타를 얻을 수 없다.

본 발명은 상술한 종래 투과 전자 현미경 시료 형성 방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적어도 일 변이 정확한 직선을 이루는 포인트 샘플 획득이 가능한투과 전자 현미경 시료 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 적층 샘플을 절단하는 커터 면과 적층 샘플 측면을 평행으로 하여 적층 샘플 커팅 단계에서 패턴이 비뚤어지는 것을 방지할 수 있는 투과 전자 현미경 시료 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래에 시료의 포인트 샘플을 만들기 위해 보호용 글래스에 포인트 패턴을 왁스로 고정한 상태를 나타내는 평면도,

도2는 도1의 굵은 선을 따라 펀칭하여 얻은 포인트 샘플을 나타내는 평면도,

도3은 종래의 문제점에 의해 측변이 배럴형으로 형성되는 포인트 샘플 평면도,

도4a 및 도4b는 적층용 지그에서 종래의 포인트 샘플을 적층하여 적층 샘플을 형성하는 상태를 나타내는 정면도 및 측면도,

도5는 종래에 적층 샘플을 절단용 글래스에 부착하여 커터 휠로 절단하는 상태를 나타내는 측면도,

도6은 본 발명의 포인트 샘플의 기준변을 얻기 위해 결정 방향에 의한 절단선을 따라 웨이퍼를 절단하는 개념을 설명하는 설명도,

도7은 본 발명에 따라 시료의 포인트 샘플을 만들기 위해 보호용 글래스에 포인트 패턴을 왁스로 고정한 상태를 나타내는 평면도,

도8은 도7의 굵은 선을 따라 펀칭하고, 보호용 글래스를 제거하여 얻은 본 발명의 포인트 패턴을 나타내는 평면도,

도9은 본 발명에서 포인트 샘플을 이용하여 적층용 지그에서 적층 샘플이 만들어지는 상태를 나타내는 측면도,

도10은 본 발명에서 사용될 수 있는 고정판을 나타내는 사시도,

도11은 본 발명에서 적층 샘플이 고정판에 적재되는 상태를 나타내는 사시도,

도12는 본 발명에서 사용될 수 있는 절단 장비 고정부를 나타내는 사시도,

도13은 본 발명의 고정판(161), 고정부(171)를 이용하여 적층 샘플(131)에 대한 절단 작업이 이루어지는 상태를 나타내는 측단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법은, 실리콘 단결정의 성질을 이용하여 웨이퍼를 일직선 방향으로 절단하는 단계, 상기 절단하는 단계에서 형성된 일직선 방향의 절단선 일부를 일 변으로 가지는 복수의 포인트 샘플을 형성하는 단계, 상기 복수의 포인트 샘플을 적층하면서 상기 일 변을 기준으로 정렬시켜 적층 샘플을 형성하는 단계를 구비하여 이루어진다.

본 발명에서 상기 적층 샘플 형성 단계에 이어 통상, 적층 샘플을 고정시켜 다이아몬드 커터 휠 등의 커터로 절단하는 단계가 더 이루어진다. 이때, 적층 샘플은 종래의 방법과 같이 절단용 글래스판에 부착되고, 절단용 글래스판은 적층 샘플 절단 장비의 고정구에 고정될 수 있다.

혹은, 평판에 수직벽을 가진 별도의 적층 샘플 고정판을 형성하고, 절단용 글래스판 및 적층 샘플을 이 고정판에 부착한 상태로 고정판 일단을 적층 샘플 절단 장비의 전용 홈에 고정시켜 절단 작업을 진행할 수 있다. 적층 샘플을 고정판에 부착할 때에는 적층 샘플의 정렬된 측면을 고정판의 수직벽에 밀착시키는 방법을 사용할 수 있다.

본 발명에서, 상기 일직선 방향의 절단선 일부를 일 변으로 가지는 복수의포인트 샘플을 형성하는 단계의 각 포인트 샘플을 형성하는 방법은, 우선, 상기 기판 절단을 통해 상기 일직선 방향의 절단선 일부를 일 변으로 하는 제1 샘플을 형성하는 단계, 제1 샘플을 보조 글래스판에 고정시키는 단계, 제1 샘플이 고정된 보조 글래스판을 초음파 컷팅 기구 등의 컷팅 기구를 이용하여 일정 크기의 장방형으로 절단하여 제2 샘플을 형성하되 제2 샘플이 제1 샘플의 상기 일직선 방향 절단선 하부에 보조 글래스만으로 된 부분을 포함하도록 하는 단계, 제2 샘플에서 보조 글래스판을 제거하여 상기 일직선 방향 절단선 일부를 일 변으로 하는 포인트 샘플을 형성하는 단계로 이루어질 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

우선, 기판의 관찰 대상 위치에 기준점(point)을 표시하고, 웨이퍼에서 보고자 하는 방향으로 다이아몬드 펜슬(diamond pencil)을 이용하여 선을 긋고 외력을 가해 절단한다. 통상, 도6에 나타난 것과 같이 웨이퍼 플랫존(51)과 수직 방향으로 절단선(53)을 긋게 되며, 웨이퍼(50)를 이루는 단결정의 특성에 따라 웨이퍼(50)의 절단선(53)은 일직선(100 방향 직선)을 이룬다. 그리고, 계속하여 기준점을 포함하는 영역을 분리하기 위해 절단선(53)과 평행한 방향 및 수직한 방향으로 웨이퍼(50) 절단을 계속한다. 따라서, 기준점을 포함하며, 일직선을 이루는 절단선(53) 일부를 기준변으로 하는 본 발명의 제1 샘플, 즉, 포인트 패턴을 얻을 수 있다. 이러한 과정에서 동일 방법에 의해 복수 개의 포인트 패턴을 형성한다.

이어서, 도7과 같이 포인트 패턴(111)을 보다 넓은 면적의 슬라이드글래스(113)에 부착시킨다. 포인트 패턴(111)을 슬라이드 글래스(113)에 부착시키기 위해 열가소성 수지(왁스:115) 등을 이용할 수 있다. 이때, 슬라이드 글래스(113)는 포인트 패턴(111)을 보호하는 본 발명의 보조 글래스판이 된다.

그리고, 포인트 패턴(111)이 고정된 슬라이드 글래스(113)를 초음파 컷팅 기구의 다이에 고정하고 장방형으로 이루어진 커터를 이용하여 종래의 포인트 샘플과 같은 일정 크기, 가령, 가로 5mm, 세로 4mm로 절단한다. 이런 과정을 통해 본 발명의 제2 샘플(117)이 형성된다. 이때, 제2 샘플(117)은 상기 일직선 방향의 절단선(도5의 53) 일부로 이루어진 포인트 패턴(111) 기준변(119) 하부에 슬라이드 글래스(113)만으로 된 부분을 포함한다. 즉, 제2 샘플(117) 형성을 위한 커팅에서 포인트 패턴(111)의 기준변(119)의 직선 상태는 훼손되지 않는다.

이어서, 제2 샘플(117)에서 보조 글래스판, 즉, 슬라이드 글래스(113)을 제거하여 상기 일직선 방향 절단선 일부를 기준변(119)으로 하는 본 발명의 포인트 샘플(121)을 형성한다. 도8은 본 발명의 포인트 샘플(121)을 나타낸다. 도3과 같은 종래의 포인트 샘플(21')에서 두 장변이 볼록한 곡선을 형성함에 비해 본 발명의 포인트 샘플(121)은 장변의 하나, 즉, 기준변(119)이 상기 일직선 방향 절단선(도5의 53)의 일부로 이루어지므로 직선을 유지한다. 보조 글래스판을 제거하는 방법으로는 제2 샘플(117)에 열을 가해 왁스(115)를 연화시킨 상태에서 보조 글래스판과 포인트 샘플(121)을 분리시키는 방법을 사용할 수 있다.

이상의 방법으로 본 발명의 포인트 샘플(121)을 복수 개 형성하면, 도9와 같은 적층 정렬 지그(35)를 이용하여 적층 샘플(131)을 형성할 수 있다. 이때, 복수의 포인트 샘플(121)면에는 접착액이 가해지고, 지그 내벽면(37)에 각 포인트 샘플(121)의 기준변(119)을 밀착시키면서 포인트 샘플(121)들이 적층된다. 그리고, 적층 및 정렬이 이루어진 상태에서 가열 등의 처리를 통해 접착액을 경화시켜 적층 샘플(131)을 이루는 접착이 형성될 수 있다.

이어서, 적층 샘플(131)에 대한 절단 작업이 이루어진다. 절단 작업은 종래와 같이 절단용 글래스판에 적층 샘플을 고정시키고, 절단용 글래스판의 일 단을 적층 샘플 절단 장비의 고정부에 고정시켜 도5와 같이 실시할 수 있다.

한편, 도10은 적층 샘플을 절단하는 데 사용할 수 있는 본 발명의 고정판(161)을 나타낸다. 하나의 장방형 평판(163)의 중간 부분에 평판과 수직한 수직벽(165)이 형성되어 있다. 수직벽(165)의 판면도 평판(163)과 같이 고도로 평탄화된 상태를 이루도록 한다. 이런 고정판(161)을 적층 샘플(131) 절단 작업을 이용하기 위해, 우선, 수직벽(165)을 위로 향하도록 한 상태에서 수직벽(165) 한 쪽 평판(163) 면에 왁스를 가한다. 왁스 위에 절단용 글래스판(141)을 놓고 고정시킨다. 절단용 글래스판(141) 위쪽에도 왁스를 가하고 왁스 위에 적층 샘플(131)을 위치시킨다. 절단용 글래스판(141)과 적층 샘플(131)에 대해 위쪽 및 측방에서 도11의 화살표와 같이 외력을 가한다. 따라서, 적층 샘플(131)은 절단용 글래스판(141) 위에서 고정판(161)의 평판(163) 및 수직벽(165)이 이루는 모서리에 밀착 고정된다.

이어서, 적층 샘플(131) 및 절단용 글래스판(11)이 부착된 고정판(161)을 수직벽(165)이 아래를 향하도록 적층 샘플(131) 절단 장비에 고정시킨다. 절단 장비에서 적층 샘플(131) 절단 작업이 이루어질 때 고정판(161)이 삐뚤어지는 것을 방지하기 위해 고정판(161)을 고정시키는 고정부(171)에 도12와 같은 홈(173)을 더 형성하고, 홈(173) 및 고정판(161)에는 도10 및 도12에서 나타난 것과 같은 고정용 나사 홀(167,177)을 형성하여 나사로 체결할 수 있다.

도13은 본 발명의 고정판(161), 고정부(171)를 이용하여 적층 샘플(131)에 대한 절단 작업이 이루어지는 상태를 나타내는 측단면도이다. 종래의 절단 작업이 이루어지는 상태를 나타내는 도5와 비교할 때, 적층 샘플(131)의 정렬 상태, 적층 샘플(131)과 고정판(161) 혹은 절단용 글래스판(141)의 상대적 정렬, 고정판(161)과 절단 장비 고정부(171)의 고정 상태 등을 고려하면 본 발명의 방법이 적층 샘플(131)의 기준변과 다이아몬드 컷터 휠(143) 면이 평행을 이루기에 적합하다는 것을 쉽게 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 우선, 포인트 샘플이 적어도 기준변에서 직선 상태를 유지하도록 형성할 수 있고, 따라서, 적층 샘플을 형성하는 단계에서 각 층들이 정렬된 상태를 유지하며, 나란히 형성될 수 있다. 그리고, 적층 샘플에 대한 절단 작업을 실시할 때에도 적층 샘플의 측벽과 커터 면이 서로 나란한 상태를 유지할 수 있으므로 기준점(point) 부분에 대한 정확한 절단면이 얻어질 수 있다. 결국, 투과 전자 현미경을 이용하여 원하는 단면에 대한 정확한 관찰과 데이타 획득이 가능하게 된다.

Claims (6)

1. 실리콘 단결정의 성질을 이용하여 웨이퍼를 일직선 방향으로 절단하는 단계,

   상기 일직선 방향의 절단선 일부를 일 변으로 가지는 복수의 포인트 샘플을 형성하는 단계,

   상기 복수의 포인트 샘플을 적층하면서 상기 일 변을 기준으로 정렬시켜 적층 샘플을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 투과 전자 현미경의 시료 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적층 샘플 형성 단계에 이어서 상기 적층 샘플을 고정시키고 절단하는 단계가 구비되는 투과 전자 현미경의 시료 형성 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 적층 샘플을 절단하는 단계는 상기 적층 샘플을 평판에 수직벽을 가진 별도의 적층 샘플 고정판의 상기 평판과 상기 수직벽이 이루는 모서리에 고정시킨 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투과 전자 현미경의 시료 형성 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 고정판은 그 일단에 나사 홈을 가지고, 상기 적층 샘플 절단 장비의 고정부 고정홈에 상기 고정판의 나사 홈이 나사로 고정된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 투과 전자 현미경의 시료 형성 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 포인트 샘플을 형성하는 단계에서 각 포인트 샘플을 형성하는 방법은,

   상기 기판에 대한 계속적인 절단 작업을 통해 상기 일직선 방향의 절단선 일부를 일 변으로 하는 제1 샘플을 형성하는 단계,

   상기 제1 샘플을 보조 글래스판에 고정시키는 단계,

   상기 제1 샘플이 고정된 보조 글래스판을 컷팅 기구를 이용하여 일정 크기의 장방형으로 절단하여 제2 샘플을 형성하되, 상기 제2 샘플이 상기 일 변 하부에 상기 보조 글래스판만으로 된 부분을 포함하도록 하는 단계,

   상기 제2 샘플에서 상기 보조 글래스판을 제거하여 상기 포인트 샘플을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투과 전자 현미경의 시료 형성 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 적층 샘플을 형성하는 단계는:

   상기 복수의 포인트 샘플 표면에 접착액을 가하고,

   평탄한 내벽면 가지는 지그의 상기 내벽면에 각 포인트 샘플의 상기 일 변을밀착시키면서 상기 복수의 포인트 샘플을 적층시키는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투과 전자 현미경의 시료 형성 방법.