KR20040050240A

KR20040050240A - 샘플 홀더

Info

Publication number: KR20040050240A
Application number: KR1020020078012A
Authority: KR
Inventors: 정재룡
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-06-16

Abstract

다수 개의 샘플을 동시에 고정할 수 있는 반도체 분석 설비의 샘플 홀더가 개시되어 있다. 상기 샘플 홀더는 몸체의 상부면 중앙 부위에는 중앙 부위에는 제1샘플을 수용하기 위한 수용홈이 형성되고, 상기 상부면의 주연 부위를 따라서는 제2샘플을 고정하기 위한 다수의 고정 클립이 결합되어 있다. 상기 샘플 홀더는 상기 수용홈과 상기 고정 클립을 이용하여 샘플 장착을 간단하게 할 수 있고, 상기 몸체를 알루미늄 재질로 하여 무게가 가볍다. 따라서 샘플을 빠르게 장착할 수 있어 작업성이 향상되고, 무거운 상기 샘플 홀더를 스테이지에 로딩시 발생하는 로딩 에러를 줄일 수 있다.

Description

샘플 홀더{Sample holder}

본 발명은 반도체 분석 설비의 샘플 홀더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 샘플을 고정할 수 있는 반도체 분석 설비의 샘플 홀더에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조함에 있어서, 층과 층 또는 패턴과 패턴의 조합으로 이루어진 반도체 소자의 구조를 분석할 필요성이 있다. 또한, 소자의 불량 및 공정의 불안정으로 인한 불량의 원인을 파악하기 위하여 구성 성분을 분석해야 필요성도 있다. 반도체 소자의 구조분석 장치로는 SEM(scanning electron microscope), TEM(transmission electron microscope), AFM(atomic force microscope), FIB(focused ion beam system), XRD(x-ray diffractometer) 등이 있다. 반도체 소자의 표면 분석 장치는 수십Å 내지 수백 Å 깊이의 표면 구성 물질 및 화학적 결합 상태를 관찰하는 장치로써, AES(auger electron spectroscopy), XPS(x-ray photoelectron spectroscopy), SIMS(secondary ion mass spectrometry)등이 있다. 이 중 AES는 전자빔을 샘플에 입사하였을 때, 샘플과 전자빔과의 상호작용에 의해 방출되는 오저(auger) 전자를 사용하여 샘플의 표면구성 성분을 알아낼 수 있고, 면적 해상도가 1㎛²이하로서 미세영역의 구성성분을 알아낼 수 있는 장비이다.

상기의 AES와 같은 분석 설비는 10^-9Torr 정도의 고진공상태의 챔버 내부에서 샘플을 분석하게 되는데 이때 샘플을 고정하고, 상기 챔버의 내부로 이동되어 샘플과 함께 분석 과정을 거치게 되는 샘플홀더(Sample Holder)를 이용하여 분석 공정이 진행된다. 미합중국 특허 5,764,355호(issued to Gagnon, et al.)에는 분광을 이용하여 샘플을 분석하는 분석 장치에 사용되는 샘플을 고정하는 샘플 홀더가 개시되어 있다.

도 1은 종래의 반도체 분석 설비의 샘플 홀더를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.

도 1에서와 같이, 종래의 반도체 분석 설비의 샘플 홀더는, 원반형의 몸체(10) 상부면에 단면 샘플(S1)을 수용하기 위한 수용홈(12)과 단면 샘플(S1)을 측면에서 고정하기 위한 고정 나사(15), 두꺼운 샘플(S2)을 수용하기 위한 수용홀(16)과 수용된 두꺼운 샘플(S2)을 고정하기 위한 다공판(30) 및 복원력을 이용하여 평판 샘플(S3)을 고정하기 위한 고정 클립(40)이 구비되어 있다. 몸체(10)의 측면에 고정 나사(15)의 머리부를 보호하고, 작업자의 고정 나사(15) 조절 작업이 용이하도록 측방 및 상방이 개방된 형태의 나사홈(14)을 형성하고, 고정 나사(15)는 나사홈(14)의 측면을 관통하도록 한다. 단면 샘플(S1)을 수용하기 위한 수용홈(12)에는 고정 나사(15)에 의해 단면 샘플(S1)이 손상되지 않도록 샘플 고정판(20)이 구비된다. 다공판(30)은 수용홀(16)에 수용된 두꺼운 샘플(S2)의 가장자리를 가압하여 고정한다. 고정 클립(40)은 복원력을 이용, 평판 샘플(S3)을 가압 고정한다. 또한 다공판(30)과 고정 클립(40)은 나사에 의해 고정된다. 따라서 상기 샘플 홀더는 단면 샘플(S1), 두꺼운 샘플(S2) 및 평판 샘플(S3) 등 다양한 종류의 샘플들(S1,S2,S3)을 고정하여 분석할 수 있다. 그러나 상기 샘플 홀더는 샘플들(S1,S2,S3)을 나사를 이용하여 고정하므로 샘플들(S1,S2,S3)을 고정하는 데 시간이 많이 걸리고 번거롭다.

또한 상기 샘플 홀더의 몸체(10)는 서스(SUS) 성분에 코발트 도금 처리가 되어 있어 매우 무겁다. 샘플들(S1,S2,S3)이 고정된 상기 샘플 홀더는 이송 로봇에 의해 분석 설비의 챔버 내로 이송된다. 이 때 상기 샘플 홀더의 무게로 인하여 상기 이송 로봇의 암에 상당한 부하가 가해진다. 따라서 상기 샘플 홀더가 지정된 위치로 이송되지 못하게 되어, 상기 분석 설비가 순간 정지하게 된다. 즉 상기 분석 설비의 가동율이 저하되고 상기 분석 설비의 불안정의 원인이 된다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 재질을 변경하고 샘플 장착 부위의 형태를 개조하여 무게를 줄이고 샘플 장착의 어려움을 해결하기 위한 반도체 분석 설비의 샘플 홀더를 제공하는데 있다.

도 2는 본 발명이 일 실시예에 따른 반도체 분석 설비의 샘플 홀더를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시한 샘플 홀더에 샘플이 고정된 상태를 설명하기 위한 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 몸체112 : 제1고정홀

120 : 수용홈130 : 고정 클립

132 : 제2고정홀140 : 나사

S1 : 제1샘플 S2 : 제2샘플

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상부면 중앙 부위에 제1샘플을 수용하기 위한 수용홈이 형성되는 몸체 및 상기 몸체의 상부면 주연 부위를 따라 결합되며, 제2샘플을 고정하기 위한 다수의 고정 클립으로 구성되는 반도체 분석 설비의 샘플 홀더를 구비한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 리프팅 장치는 상기 몸체가 알루미늄 재질로 되어 있어 가볍다. 또한 상기 샘플 홀더의 구조를 간단하게 변형하였고, 또한 상기 수용홈과 상기 고정 클립을 이용하여 샘플 장착을 간단하게 할 수 있다. 따라서 상기 샘플 홀더를 분석 설비의 챔버로 로딩시 발생하는 에러를 줄일 수 있고, 상기 샘플 홀더에 샘플을 고정하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 분석 설비의 샘플 홀더에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명이 일 실시예에 따른 반도체 분석 설비의 샘플 홀더를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 샘플 홀더에 샘플이 고정된 상태를 나타내는 평면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 상기 샘플 홀더는 몸체(110)의 상부면 중앙 부위에는 중앙 부위에는 제1샘플(S1)을 수용하기 위한 수용홈(120)이 형성되고, 상기 상부면의 주연 부위를 따라서는 제2샘플(S2)을 고정하기 위한 다수의 고정 클립(130)이 결합되어 있다.

몸체(110)는 두 개의 원반이 상하로 합쳐진 모양으로 형성되어 있다. 제1원반은 소정의 제1직경과 제1높이를 가지고, 상기 제1원반의 하부에는 상기 제1직경보다 큰 제2직경과 상기 제1높이보다 낮은 제2높이를 가지는 제2원반이 위치한다. 제1원반과 제2원반은 일체로 형성되어 있다.

상기 샘플 홀더는 샘플들(S1,S2)을 고정하고 그 뒤 웨이퍼 캐리어에 삽입된 후 이송 로봇에 의해 반도체 분석 설비의 챔버 내부로 로딩된다. 상기 웨이퍼 캐리어의 내부 벽면에는 삽입되는 웨이퍼를 가이드하고 지지하기 위한 슬롯 가이드가 형성되어 있다. 상기 샘플 홀더가 상기 웨이퍼 캐리어에 삽입될 때, 상기 제1직경과 제2직경의 차이로 인해 돌출되는 제2원반의 부위가 상기 슬롯 가이드를 따라 웨이퍼 캐리어에 삽입되게 된다. 따라서 상기 제2원반의 제2높이는 슬롯 가이드와 슬롯 가이드 사이를 통하여 삽입될 수 있을 정도의 높이여야 한다.

상기 제1원반의 상부면에는 제1샘플(S1)을 수용하기 위한 다수의 수용홈(120)이 형성되어 있다. 다수의 수용홈(120)은 상부면의 중앙을 가로질러 일렬로 형성된다. 수용홈(120)은 직사각형 모양으로 3개 정도가 형성된다.수용홈(120)은 제1샘플(S1)을 수용하여 고정하기 위한 것으로 제1샘플(S1)의 크기보다 다소 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 제1샘플(S1)은 수용홈(120)의 내측면에 밀착되어 고정된다. 제1샘플(S1)로는 웨이퍼의 잘려진 부분을 분석하기 위한 단면 샘플이 바람직하다. 그 크기는 가로가 10밀리미터(mm), 세로가 4밀리미터(mm)이다. 특히 주사 전자현미경(SEM)에 사용되는 샘플의 크기와 수용홈(120)의 크기가 동일하도록 형성되어 상기 주사 전자현미경에 사용되는 샘플을 상기 샘플 홀더에 그대로 사용할 수 있다.

또한 상기 제1원반의 상부면에는 제1고정홀(112)이 형성되어 있다. 제1고정홀(112)은 고정 클립(130)을 고정하기 위한 것으로, 상기 상부면의 가장자리를 따라 8개가 형성되며, 수용홈(120)을 기준으로 4개씩 나뉘어 대칭을 이룬다. 각각의 제1고정홀(112)은 나사산이 형성되어 있다. 몸체(110)는 알루미늄 재질로 이루어져 무게가 가볍다.

고정 클립(130)은 폭이 좁은 판모양으로, 한쪽 끝부분은 제2고정홀(132)이 관통되어 형성되어 있고, 다른 한쪽 끝부분은 제2샘플(S2)과 닿는 면쪽이 둥글도록 휘어져 있다. 제1고정홀(112)과 제2고정홀(132)이 나사(140)에 의해 결합되어 고정 클립(130)이 몸체(110)에 고정된다. 고정 클립(130)은 복원력을 이용하여 제2샘플(S2)을 가압하여 고정한다. 또한 고정 클립(130)의 둥글게 휘어진 부분이 제2샘플(S2)을 가압하여 제2샘플(S2)을 보다 단단하게 고정되도록 한다. 고정 클립(130)은 구리 재질로 만들어져서 제2샘플(S2)을 접지시키는 역할을 한다. 제2샘플(S2)은 패턴 또는 막이 형성된 웨이퍼의 표면을 분석하기 위한 것으로몸체(110)의 상부면에서 고정 클립(130)에 고정되기 쉬운 얇고 평평한 평판 샘플이 바람직하다. 상기와 같은 고정 클립(130)은 제2샘플(S2)을 고정하는데 빠르고 간편하게 고정할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 샘플 홀더는 두꺼운 샘플을 고정하는 부분이 없다. 이는 두꺼운 샘플보다 단면 모양의 제1샘플(S1)이나 평판 모양의 제2샘플(S2)을 분석하는 빈도가 많아 상대적으로 불필요하게 된 두꺼운 샘플을 고정하는 부분을 제거하였기 때문이다. 따라서 샘플 홀더의 구조가 간단해져 샘플 홀더의 무게를 줄이고 샘플 홀더의 몸체(110) 제작이 훨씬 용이해진다.

상술한 바와 같이 상기 샘플 홀더에는 제1샘플(S1)을 수용하여 고정하기 위한 수용홈(120)과 제2샘플(S2)을 고정하기 위한 고정 클립(130)이 있다. 샘플 분석의 필요성에 따라 상기 샘플 홀더에 제1샘플(S1)만 고정하여 샘플을 분석할 수도 있고, 제2샘플(S2)만 고정하여 샘플을 분석할 수도 있다. 제2샘플(S2)만 고정하여 샘플을 분석할 경우, 제2샘플(S2)을 고정하는 고정 클립(130)이 수용홈(120)을 기준으로 대칭되며, 몸체(110)의 상부면의 가장자리를 따라 일정한 간격으로 배치되어 있다. 고정 클립(130)에 고정된 제2샘플(S2)도 상기 상부면을 따라 일정한 간격으로 배치된다. 따라서 제2샘플(S2) 분석시 제2샘플(S2) 각각을 분석할 때마다 몸체(110)를 움직여 제2샘플(S2)의 위치를 재조정할 필요없이 몸체(110)를 회전하면서 제2샘플(S2)을 분석할 수 있다. 제1샘플(S1)을 분석할 경우도 제1샘플(S1)을 수용하는 수용홈(120)이 일직선을 형성되어 있으므로 몸체(110)를 상기 일직선 방향으로 이동시키면서 제1샘플(S1)을 모두 분석할 수 있다. 물론 상기 샘플 홀더는제1샘플(S1)과 제2샘플(S2)을 동시에 고정하여 분석할 수 있다.

상기 샘플 홀더를 사용하는 오저 분석 설비의 분석 방법을 살펴보자.

상기 분석 장치는 오저 전자 분석 장치로서 그 개요, 원리, 적용 범위 등은 다음과 같다.

상기 분석 장치는 수백 옹스트롬(angstrom,Å) 크기로 집속된 전자빔을 샘플 홀더에 고정된 샘플 표면에 입사시킴으로 방출되는 오저 전자의 에너지를 측정하여 상기 샘플의 표면을 구성하고 있는 원소의 종류 및 양 등을 분석하는 장치이다.

상기 분석 장치는 샘플을 구성하는 원소의 정성 분석 및 정량 분석이 가능하다. 상기 정성 분석은 에너지별 전자 신호 강도를 측정하여 각 원소의 오저 전자의 특성 피크를 확인함으로서 이루어진다. 상기 정량 분석은 각 원소의 오저 전자의 특성을 포함하는 에너지 범위를 설정한 후, 각 에너지에 대한 전자 신호 강도를 측정하고, 각 원소의 감도 인자(element sensitivity factor)를 고려하여 각 원소의 조성비를 얻음으로서 이루어진다. 그리고, 상기 분석 장치는 이차원 표면에 존재하는 특정 원소의 분포 상황을 보여지는 이미지 맵핑(mapping) 분석도 가능하다. 이외에도, 상기 분석 장치를 사용한 분석으로는 오저 전자 포인트 분석, 수직 분포 분석 응이 있다. 이와 같이, 상기 분석 장치의 응용 범위는 충분한 확장이 가능한 것으로서, 최근의 미세 패턴을 갖는 반도체 장치의 분석에도 적극적으로 활용되고 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 상기 샘플 홀더는 상기 몸체를 알루미늄 재질로 하여 무게가 가볍고, 복잡한 구조를 간단하게 변형하여 무게를 줄였다. 또한 평판 샘플을 고정하기 위하여 고정 클립을 사용하며 단면 샘플을 고정하기 위하여 단면 샘플의 크기와 동일한 크기의 수용홀을 형성하여 샘플 장착을 간편하고 빠르게 할 수 있도록 하였다. 따라서 상기 샘플 홀더의 무게가 무거운 경우 상기 샘플 홀더를 분석 설비의 챔버로 로딩시 발생하는 에러를 줄일 수 있고, 상기 샘플 홀더에 샘플을 고정하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

상부면 중앙 부위에 제1샘플을 수용하기 위한 수용홈이 형성되어 있는 몸체; 및

상기 몸체의 주연 부위를 따라 상기 몸체의 상부면에 결합되며, 상기 몸체의 상부면에 놓여진 다수의 제2샘플을 고정하기 위한 다수의 고정 클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 홀더.
제1항에 있어서, 상기 제1샘플은 웨이퍼의 절단면을 분석하기 위한 단면 샘플이고, 제2샘플은 웨이퍼의 표면을 분석하기 위한 평면 샘플인 것을 특징으로 하는 샘플 홀더.
제1항에 있어서, 상기 다수의 제2샘플은 상기 몸체의 상부면에서 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 샘플 홀더.
제1항에 있어서, 상기 몸체의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 샘플 홀더.