KR20040031279A - 투과 전자현미경 분석용 시편 제조방법 - Google Patents
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Abstract
이온빔 집속장치를 이용한 TEM 분석용 시편 제작 방법이 개시되어있다. 분석 포인트를 포함하는 특정영역이 형성된 기판을 소정의 크기를 갖도록 커팅함으로서 특정영역을 포함하는 제1예비시편을 형성한다. 특정영역이 형성된 제1예비시편의 제1면과 수직되는 제1예비시편의 일측면을 제1연마함으로서 특정영역과 근접되는 일측면을 갖는 제2예비시편을 형성한다. 제2예비시편의 일측면과 특정영역의 사이에 존재하는 제2예비시편의 일 부분을 FIB를 이용하여 제1식각함으로서 특정영역이 형성된 제2예비시편의 상면과 수직되는 특정영역의 제1면을 형성한다. 특정영역의 제1면의 일 부분을 제2식각함으로서 TEM 분석이 가능한 두께를 갖고, 분석영역이 넓은 TEM 분석용 시편을 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 투과전자 현미경의 분석용 시편(Specimen) 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포커싱 이온빔을 이용한 투과전자 현미경의 분석용 시편 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형성하기 위한 막 형성, 식각, 확산, 금속 배선 등의 단위 공정을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 최근, 반도체 장치 및 소자재료는 고기능, 대용량 구현을 위해 급속히 고집적화, 미세화 되어가고 있으며 이에 따라 보다 미세한 영역의 구조적, 화학적 분석을 할수 있는 분석장비와 기술의 중요성이 증대되어지고 있다. 여러 가지 방법들 중에서 특히 투과전자 현미경(Transmission Electron Microscope; 이하 TEM이라 함)을 이용한 분석기술은 분해기능이나 응용 면에 있어서 가장 우수한 기술중의 하나로 큰 관심을 받고 있다.
상기와 같은 TEM 이용한 반도체 장치의 분석 기술은 많은 정보를 제공하고 있으나, 원하는 목적에 맞는 분석 결과를 얻기 위해서는 최적의 시편이 준비되어야 하며, 시편의 제조 및 분석 결과의 성패가 좌우된다. 따라서, TEM 분석용 시편의 제조 방법이 보다 강조되고 있다.
현재 반도체 기판(Silicon Wafer) 상에 존재하는 특정 막의 결함 여부를 TEM을 이용하여 분석하기 위한 평면의 TEM 분석용 시편 제조방법은 이온 밀링법(ion milling method)과, 이온빔 집속((Focusing ion beam; 이하 FIB라 함)법 등이 일반화되어 있다.
상기 방법 중에서 FIB를 사용하는 방법은, 분석용 시편 내의 분석 포인트를 전자상으로 관찰하면서 분석 포인트의 주변부에서 분석포인트에 근접하면서 식각하기 때문에 상기 분석용 시편의 두께를 보다 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
상기 FIB를 사용하여 TEM 분석용 시편을 제작하는 방법의 일 예로서, 미합중국 특허 제6,194,720호(issued Li et al)에는 FIB를 사용하여 전자를 투과할 수 있는 TEM 분석용 시편 제작방법이 개시되고 있고, 미합중국 특허 제6,080,991호(issued Tsai)에는 FIB를 사용하여 분석하고자 하는 영역을 얇은 박막을 형성하는 TEM 분석용 시편 제작방법이 개시되고 있다.
도 1은 종래의 TEM 분석용 시편의 제조과정을 나타내는 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판의 불량 위치인 분석포인트를 식별하기 위해 상기 분석포인트를 전자상으로 관찰하여 분석 마크를 형성한다.(S100) 상기 반도체 기판 상에 표시된 분석 마크가 정 중앙에 위치하도록 반도체 기판을 다이아몬드 커팅기를 이용하여 2 ×3mm의 크기로 커팅함으로서 제1시편을 형성한다.(S200)
이어서, 상기 제1시편의 후면을 그라인딩(Grinding)하여 40㎛의 두께를 갖는 제2시편을 형성한다.(S300) 상기 제2시편을 니켈 그리드(Nikel Grid)에 부착한 후 분석 포인트를 보호하기 위해 제2시편의 분석 포인트 영역 상에 보호막을 증착하여 제3시편을 형성한다.(S400,S500)
그리고, 제3시편의 양쪽 면을 FIB의 전류밀도를 조정하여 순차적으로 식각(milling)함으로서 수직적인 단며을 갖는 TEM 분석용 시편을 형성하였다.(S600)
도 2는 종래의 TEM 분석용 시편을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 2에 도시된 TEM 분석용 시편(10)은 니켈 그리드(12)에 에폭시(Epoxy)접착제로 부착되어 있고, 상기 시편의 분석 포인트(14) 주변부가 분석방향과 수직되는 양 단면이 형성되는 소정의 폭과 높이 및 약 100㎚의 두께를 갖는 TEM 분석용 시편(10)이 형성된다.
상기와 같이 특정부위에 발생한 분석포인트의 위치를 정확히 알 수 있는 경우에는 분석포인트를 포함하는 수직적 단면을 형성할 수 있다. 그러나 정확한 분석포인트를 알 수 없고 특정부위의 영역에 있다는 것만을 알 수 있을 경우에는 상기 방법으로 TEM 분석용 시편의 관찰 영역 상에 분석포인트가 포함될 확률이 매우 낮기 때문에 TEM 분석용 시편의 제작 성공률이 매우 낮아지는 문제점이 발생한다. 그러므로 TEM 분석용 시편을 분석포인트를 정확히 분석하기가 어려워지는 문제점이 발생하여 반도체 장치의 결함 정보를 알 수 없게된다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 장치의 정확한 분석포인트를 모를 경우 이온빔 집속장치(FIB)를 이용하여 분석 영역이 넓은 평면의 분석용 시편을 마련함으로서 분석포인트의 용이한 관찰이 가능한 평면의 TEM 분석용 시편의 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 TEM 분석용 시편의 제조과정을 나타내는 공정 순서도이다.
도 2는 종래의 TEM 분석용 시편을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 TEM 분석용 시편을 나타내는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4g는 도3에 도시된 TEM 분석용 시편의 제조방법을 설명하기 위한 공정도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
50 : 특정영역52 : 특정영역의 제1면
54 : 보호막100 : 제1예비시편
110: 제2예비시편120 : 제3예비시편
130 : 제4예비시편150 : TEM 분석용 시편
W : 반도체 기판P : 분석 포인트
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은
분석 포인트를 포함하는 특정영역이 형성된 기판을 소정의 크기를 갖도록 커팅함으로서 상기 특정영역을 포함하는 제1예비시편을 형성하는 단계;
상기 특정영역이 형성된 제1예비시편의 제1면과 수직되는 상기 제1예비시편의 일측면을 제1연마함으로서 상기 특정영역과 근접되는 일측면을 갖는 제2예비시편을 형성하는 단계;
상기 제2예비시편의 일측면과 특정영역의 사이에 존재하는 상기 제2예비시편의 일 부분을 FIB를 이용하여 제1식각함으로서 상기 특정영역이 형성된 제2예비시편의 상면과 수직되는 특정영역의 제1면을 형성하는 단계; 및
상기 특정영역의 제1면을 상기 FIB 방향과 수직되도록 위치시킨 후 상기 특정영역의 제1면의 일 부분을 FIB를 이용하여 제2식각함으로서 상기 분석포인트를 포함하고, TEM 분석이 가능한 두께를 갖는 평면의 TEM 분석용 시편을 형성하는 단계를 포함하는 TEM 분석용 시편 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같이 FIB를 이용하여 형성된 평면의 TEM 분석용 시편은 반도체 기판의 특정영역에서 분석 포인트의 정확한 위치를 모를 경우에도 상기 분석포인트를 포함하는 특정영역이 모두 관찰가능하기 때문에 보다 용이하게 반도체 장치의 결함을 관찰할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TEM 분석용 시편을 나타내는 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같은 TEM 분석용 시편(150)의 후면에는 니켈 그리드(200)가 에폭시(Epoxy)접착제로 인해 부착되어 있다. 또한, 상기 TEM 분석용 시편(150)의 상면(156)에 포함되어 있는 특정영역(50)의 제1면(도시되지 안음)의일측부를 FIB로 소정영역 식각함으로써 상기 특정영역(50)의 타측면(도시하지 않음)을 포함하는 TEM 분석용 시편의 후면에는 소정의 깊이를 갖는 개구부(56)가 생성되어 있다. 상기 소정의 깊이를 갖는 개구부(56)에 의해 상기 TEM 분석용 시편의 전면(152)에 포함되어 있는 특정영역(50)은 TEM 전자가 통과할 수 있도록 약 100㎚의 두께를 갖는 평면으로 형성된다. 여기서 TEM 분석용 시편의 전면(152)은 y축과 수직한 면이고, TEM 분석용 시편의 후면은 상기 전면(152)과 대향되는 면이고, TEM 분석용 시편의 상면(156)은 Z축과 수직한 면으로 나타내고 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 TEM 분석용 시편은 분석포인트를 포함하는 특정영역 전체를 TEM을 이용한 관찰이 가능하기 때문에 정확한 분석포인트의 위치를 몰라도 상기 분석포인트의 관찰이 가능하다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시된 TEM 분석용 시편의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 4a 내지 4b를 참조하면, 반도체 기판(W) 상에 형성된 다수의 막질 중에서 특정 막의 결함 여부를 판단하는 분석작업을 진행하기 위해 특정영역(50)에 결함이 존재하는 반도체 기판(W)을 선택한다. 여기서 특정영역(50)에 포함되는 결함을 분석 포인트(P)로 나타내기로 한다.
상기 반도체 기판(W)에서 관찰하고자 하는 분석 포인트(P)를 전자 현미경으로 관찰하여 그 위치를 파악해야 하지만 본 발명의 반도체 기판(W)에는 분석 포인트(P)의 정확한 위치를 상기 전자 현미경으로 관찰할 수 없기 때문에 단지 소정의 특정영역(50)에 상기 분석 포인트(P)가 포함되어 있다는 것만을 알 수 있다.
상기 분석 포인트(P)를 포함하는 특정영역(50)이 형성된 반도체 기판(W)을 다이아몬드 커팅기를 이용하여 약 3 ×2mm의 크기를 갖도록 커팅함으로서 도 4b에 도시된 바와 같이 특정영역(50)이 중심부에 위치한 제1예비시편(100)을 형성한다. 여기서 상기 제1예비시편의 상면(102)은 분석포인트(P)를 포함하는 특정영역(50)이 형성되어 있고, Z축 방향과 수직되게 위치해 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 분석 포인트(P)를 포함하는 특정영역(50)을 관찰하면서 상기 특정영역(50)이 형성된 제1예비시편(100)의 상면(102)과 수직되게 위치하는 상기 제1예비시편(100)의 제1면(104)을 트리포트 그라인더(Tri-pod Grinder)를 이용하여 제1연마함으로서 상기 특정영역(50)의 일측부와 근접되는 제2예비시편의 일측면인 제2면(114)을 형성한다. 여기서 상기 제2예비시편의 상면(112)은 상기 특정영역(50)이 포함되어 있고, Z축 방향과 수직되게 위치해 있다. 또한, 상기 제2예비시편의 제2면(114)은 y축 방향과 수직되고, 상기 제1연마는 상기 제1예비시편의 제1면(104)을 빠르게 식각하는 식각 공정이기 때문에 상기 제2예비시편의 제2면(114)의 표면은 거칠게 형성된다.
도 4d를 참조하면, 상기 특정영역(50)이 형성된 제2예비시편(110)의 상면(114)과 대향되는 제2예비시편의 후면(116)을 트리 포드 그라인더(Tri-pod Grinder)를 이용하여 제2연마함으로서 약 30㎛두께를 갖는 제3예비시편(120)을 형성한다.
도 4e를 참조하면, 상기 제3예비시편(120)의 분석 포인트(P)를 포함하는 특정영역(50) 상에 보호막(54)을 증착한다. 상기 보호막(54)은 FIB 이용하여 TEM 분석용 시편의 분석 포인트(P)를 관찰하거나 이후 마이크로식각(micro milling)할 경우, 상기 FIB에 의한 TEM 분석용 시편 표면에 발생할 수 있는 데미지(damage)를 최소화 해주는 역할을 한다. 또한 상기 보호막(54)은 텅스텐(W)막, 백금(Pt)막, 탄소(C)막 및 알루미늄(Al)막 등을 사용할 수 있다.
도 4f를 참조하면, 상기 제2예비 시편의 제2면을 형성할 때 형성된 거친 부분을 제거하기 위해 상기 특정영역(50)이 형성된 제3예비시편의 상면(122)을 소정 부위를 FIB를 이용하여 제1수직 식각함으로서 상기 특정영역(50)이 형성된 제3예비시편의 상면(122)과 수직되는 상기 특정영역의 제1면(52)을 형성함과 동시에 상기 특정영역의 제1면(52)노출시키는 제4예비시편(130)을 형성한다. 여기서 제1수직 식각은 상기 FIB의 전류 밀도를 약 2700pa(pico ampere)설정하여 상기 제3예비시편의 상면(122)을 식각한다.
도 4g를 참조하면, 상기 특정영역의 제1면(52)이 FIB 식각방향과 수직되도록 상기 제4예비시편(130)을 세운다. 그리고, 상기 특정영역의 제1면을 FIB를 이용하여 제2수직 식각함으로서 TEM 분석이 가능한 두께를 갖는 평면의 특정영역(145)을 포함하는 평면의 TEM 분석용 시편(150)을 형성한다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 특정영역과 가장 멀리 떨어진 제1면의 주변부로부터 상기 특정영역의 방향으로 상기 특정영역의 제1면을 FIB를 이용하여 빠른 식각(coarse milling)을 한다. 상기 빠른 식각은 FIB의 전류밀도를 2800 내지 2400pa로 설정하고, 보다 바람직하게는 약 2700pa(pico ampere)로 설정하여 상기 특정영역의 제1면(52)의 주변부를 빠르게 식각한다.
이어서, 상기 식각 공정이 이루어진 제1면을 특정영역의 방향으로 중간 식각(medium milling)한다. 상기 중간 식각은 FIB의 전류밀도를 1100 내지 800pa(pico ampere)로 설정하고, 보다 바람직하게는 약 1000pa로 설정하여 상기 빠른 식각에 의해 형성된 상기 특정영역 제1면의 일정 부분을 상기 빠른 식각보다 느리게 식각한다.
이어서, 상기 특정영역의 제1면의 두께가 약 70 내지 100nm 정도의 두께를 갖도록 중간 식각 공정이 이루어진 특정영역의 제1면을 미세 식각(fine milling)함으로서 분석포인트를 포함하는 특정영역의 평면 시편을 형성한다. 상기 미세 식각은 FIB의 전류 밀도를 약 300 에서 70 pa로 감소시키면서 보다 정밀하게 식각하는 방법으로 상기 TEM 전자가 통과할 수 있는 두께를 갖는 평면 시편을 형성하기 위해 적용된다. 그러므로, 평면의 TEM 분석용 시편의 형성 시간을 단축시키면서 보다 정확한 두께를 갖고, TEM 분석용 시편의 불량을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 장치 내에 존재하는 분석포인트의 정확한 위치를 모를 경우 이온빔 집속장치(FIB)를 이용하여 분석 영역이 넓은 평면의 TEM 분석용 시편을 마련할 수 있다. 그럼으로 상기 반도체 기판의 특정영역에서 분석 포인트의 정확한 위치를 모를 경우에도 상기 분석포인트를 포함하는 특정영역이 모두 관찰가능하기 때문에 보다 용이하게 반도체 장치의 결함을 관찰할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (6)
- (a) 분석 포인트를 포함하는 특정영역이 형성된 기판을 소정의 크기를 갖도록 커팅함으로서 상기 특정영역을 포함하는 제1예비시편을 형성하는 단계;(b) 상기 특정영역이 형성된 제1예비시편의 제1면과 수직되는 상기 제1예비시편의 일측면을 연마함으로서 상기 특정영역과 근접되는 일측면을 갖는 제2예비시편을 형성하는 단계;(c) 상기 제2예비시편의 일측면과 특정영역의 사이에 존재하는 상기 제2예비시편의 일 부분을 FIB를 이용하여 제1식각함으로서 상기 특정영역이 형성된 제2예비시편의 상면과 수직되는 특정영역의 제1면을 형성하는 단계; 및(d) 상기 특정영역의 제1면을 상기 FIB 방향과 수직되도록 위치시킨 후 상기 특정영역의 제1면의 일 부분을 FIB를 이용하여 제2식각함으로서 상기 분석포인트를 포함하고, TEM 분석이 가능한 두께를 갖는 평면의 TEM 분석용 시편을 형성하는 단계를 포함하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후, 상기 제1예비시편의 제1면과 대향되는 상기 제1예비시편의 후면을 소정의 두께를 갖도록 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후, 상기 특정영역 상에 보호막을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1식각은 상기 연마 공정으로 인해 상기 제2예비시편의 일측면에 생성된 거친면을 상기 FIB를 이용하여 미세 연마하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2식각은상기 FIB의 전류 밀도를 2800 내지 2400pa로 설정하여 빠른 식각하는 단계;상기 FIB의 전류 밀도를 1100 내지 800pa로 설정하여 중간 식각하는 단계; 및상기 FIB의 전류 밀도를 350 내지 70pa로 설정하여 미세 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 TEM 분석용 시편은 평면의 특별영역 제1면이 70 내지 100nm의 두께를 갖도록 식각되는 것을 특징으로 하는 TEM 분석용 시편 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020020060663A KR20040031279A (ko) | 2002-10-04 | 2002-10-04 | 투과 전자현미경 분석용 시편 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020020060663A KR20040031279A (ko) | 2002-10-04 | 2002-10-04 | 투과 전자현미경 분석용 시편 제조방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20040031279A true KR20040031279A (ko) | 2004-04-13 |
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ID=37331521
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20040031279A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100595136B1 (ko) * | 2004-12-31 | 2006-06-30 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 집속 이온 빔을 이용한 투과 전자 현미경 시편 제조 방법 |
| KR100744267B1 (ko) * | 2005-12-28 | 2007-07-30 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 투과전자현미경용 시편 제조 방법 |
| KR100826763B1 (ko) * | 2006-12-04 | 2008-04-30 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 버티컬 분석 시편 제작 방법 및 이를 이용한 분석방법 |
| KR20220127032A (ko) * | 2021-03-10 | 2022-09-19 | 큐알티 주식회사 | 주사형 확산 저항 현미경의 시편 구조체 제조 및 분석 방법 |
-
2002
- 2002-10-04 KR KR1020020060663A patent/KR20040031279A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
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