KR20060089109A - 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법 - Google Patents
특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 투과전자현미경(TEM)의 분석 대상인 시편의 제작방법에 관한 것으로, 특히, 미세 크기를 가지는 반도체 소자의 관심이 있는 특정부위에 대한 시편을 성공률과 정확도가 높게 제작할 수 있도록 하는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법에 관한 것이다. 본 발명은, 분석대상인 반도체소자 시편을 일정 크기를 갖는 더미 웨이퍼의 사이에 접착제로 고정하고 그리드를 부착하는 폴리싱 전처리단계와, 폴리싱 전처리단계를 거친 시편결합체를 웨지 형태로 폴리싱하여 시편중 관심부위의 두께를 최적화하는 폴리싱단계와, 폴리싱 단계를 거친 시편결합체의 웨지면에 대하여 관심대상인 시편의 특정부위의 근처에 딤플을 형성시키는 딤플링단계와, 이온 밀링 챔버 내부에서 상기 딤플링단계를 거친 시편결합체를 상기 딤플 중심과 이온 빔의 중심을 맞추는 정렬단계, 및 상기 딤플 부분이 우선적으로 연마되도록 가속된 이온빔을 조사하여 밀링하는 이온밀링단계를 포함하는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법을 개시한다. 본 발명에 의하여 시편을 고정하는 에폭시가 소실되기 전에 특정부위에 대한 적정두께에 이를 수 있어 시편이 지지력을 확보할 수 있음과 아울러 정확도 높은 시편을 얻을 수 있는 효과가 있다.
투과전자현미경, 시편, 웨지, 딤플링
Description
도 1은 폴리싱 전처리 단계로서 반도체소자 시편이 더미 웨이퍼에 부착된 것을 슬롯이 형성된 그리드에 부착된 것을 보인 사시도,
도 2는 도 1의 시편 결합체를 트라이포드 폴리싱을 통하여 웨지 형태로 연마된 상태를 보인 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법을 보인 흐름도,
도 4은 트라이포드 폴리싱을 거친 시편 결합체의 웨지면에 대하여 관심대상인 특정부위의 근처에 딤플(dimple)을 형성한 것을 보인 사시도이다.
*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 시편결합체 111,112: 더미웨이퍼
120: 시편 130: 에폭시
140: 그리드 200: 딤플
본 발명은 투과전자현미경(TEM)의 분석 대상인 시편(specimen)의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 미세 크기를 가지는 반도체 소자의 관심이 있는 특정한 부위에 대한 시편을 성공률과 정확도가 높게 제작할 수 있도록 하는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작 방법에 관한 것이다.
최근들어 500㎛ 이하의 미세 크기를 가지는 칩과 같은 반도체 소자내의 특정 영역에 대한 투과전자현미경 분석 수요가 증가함에 따라 이 반도체 소자의 시편 제작이 중요하게 부각되고 있다.
일반적으로 투과전자현미경의 시편은 전자가 투과할 수 있는 정도로 얇게 만들어야 하기 때문에 시편의 연마를 위하여 이온 밀링(ion milling), 에프아이비(FIB: focusing ion beam), 딤플링(dimpling), 또는 트라이포드 폴리싱(tripod polishing) 등의 방법이 사용되고 있으며, 분석하고자 하는 대상면이 단면(cross section)인지 평면(plan view)인지에 따라 달리 채택하거나 이들 방법이 부분적으로 혼합되어 사용되기도 한다.
특히, 트라이포드 폴리싱은 반도체 소자 제작공정상에서 주사전자현미경(SEM) 분석결과 결함이 있다고 여겨지는 수 ㎛ 크기의 특정 부위를 투과전자현미경으로 정밀 분석하기 위해 고안된 것으로, 정밀 연마용 치구 및 다이아몬드 래핑 필름을 사용하여 전자빔이 투과 가능한 두께까지 균일하게 연마하여 시편을 얻는다. 다만, 원하는 시편을 얻기 위해서는 높은 숙련도가 요구되며, 시편표면에 최종 연마제 굵기에 해당하는 0.05㎛ 정도의 미세 흡집들이 남는것을 피할 수 없기 때문에, 고분해상의 획득 등 고배율 분석작업을 위하여는 시편 표면을 짧은시간 동안 이온빔으로 밀링하는 과정이 추가로 필요하다.
이러한 폴리싱과 이온 밀링 방법에 의하여 반도체소자의 시편을 제작하는 일례를 첨부한 도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 폴리싱 전처리 단계로서 반도체소자 시편이 더미 웨이퍼에 부착된 것을 슬롯이 형성된 그리드에 부착된 것을 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 시편 결합체를 트라이포드 폴리싱을 통하여 웨지 형태로 연마된 상태를 보인 사시도이다.
우선, 도 1에서 보는 바와 같이, 더미 웨이퍼(dummy wafer)(11)(12)들 사이에 분석대상인 반도체칩 시편(20)을 개재하여 에폭시(30)로 접착시켜 시편(20)을 고정한 시편결합체(1)를 형성한다.
그리고, 시편결합체(1)의 한쪽 면을 거울면으로 정밀하게 연마하여, 이 연마된 거울면에 시편(20)을 용이하게 조작할 수 있도록 슬롯(41)이 형성된 그리드(40)를 시편(20)과 슬롯(41)이 평행하게 배치하여 부착한다.
다음으로, 그리드(40)가 부착된 면을 트라이포드 폴리셔(polisher)의 마운트(도시되지 않음)에 고정하고 경사각을 주어 도 2에서 도시된 바와 같은 웨지형태의 시편결합체(1)를 제작한다.
마지막으로 시편결합체(1)를 짧은 시간 이온 밀링(ion milling)을 함으로써 관심부위에 대한 두께를 조절하고, 폴리싱에 의하여 시편(20)중 변성된 부분과 기타 오염물질을 제거하여 시편(20)의 준비를 마친다.
그러나 이와 같은 종래의 방법에 의할 경우, 반도체소자인 시편(20)의 크기가 수백 ㎛ 이하의 매우 작아져 가는 추세에 따라 시편(20)을 더미웨이퍼(11)(12) 사이에 개재시켜 에폭시(30)로 고정하는 것이므로, 미세한 시편(20)의 주변을 둘러싸고 있는 에폭시(30)의 영역이 시편(20)에 대하여 상대적으로 크기 때문에 폴리싱이나 이후에 이루어질 이온 밀링시 시편(20)이 고정상태를 유지하기 어렵다.
즉, 트라이포드 폴리싱으로 충분히 얇은 두께까지 폴리싱을 하거나 이온 밀링시 에폭시(30)도 빠른 속도로 얇아지며 소실하게 되어 시편(20)이 더이상 에폭시에 의하여 지지되지 못하고 더미웨이퍼(11)(12)로부터 탈락되는 경우가 생긴다. 따라서 시편(20)의 탈락에 의한 시편제작의 실패로 인하여 상당한 시행착오를 거치게 한다.
또한, 이러한 에폭시(30)의 급속한 약화는 이온 빔의 시편(20)에 대한 포지션에도 영향을 주어 시편(20)중의 관심대상인 특정부위의 근처를 정확하게 밀링하지 못하고 특정부위로부터 떨어진 다른 부분이 집중적으로 밀링되어 시편(20)으로서의 정확도가 떨어지는 문제도 있다.
본 발명은 상기와 같은 점에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 미세 크기를 가지는 반도체소자의 특정 부위에 대한 시편제작과정에서 생기는 시편의 탈락을 방지하고, 관심 부위에 대한 정확한 밀링 작업을 유도하여 정확도 높은 시편을 제공할 수 있는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작 방법을 제시하는데 본 발명의 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 분석대상인 반도체소자 시편 을 일정 크기를 갖는 더미 웨이퍼의 사이에 접착제로 고정하고 그리드를 부착하는 폴리싱(polishing) 전처리단계와, 상기 폴리싱 전처리단계를 거친 시편 결합체를 웨지(wedge) 형태로 폴리싱하여 시편중 관심대상인 특정부위의 두께를 최적화하는 폴리싱 단계와, 상기 폴리싱 단계를 거친 시편결합체의 웨지면에 대하여 상기 특정부위의 근처에 소정 깊이의 딤플(dimple)을 형성시키는 딤플링 단계와, 이온 밀링 챔버 내부에서 상기 딤플링 단계를 거친 시편결합체를 상기 딤플 중심과 이온 빔의 중심을 맞추는 정렬 단계, 및 상기 딤플 부분이 우선적으로 연마되도록 가속된 이온빔(ion beam)을 조사(照射)하여 밀링하는 이온 밀링단계를 포함하는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법을 제공한다.
본 발명에서는 또한, 상기 폴리싱 단계에서의 관심부위의 두께는 10㎛ 내지 20㎛으로 폴리싱하는 것을 개시한다.
그리고, 상기 딤플은 상기 시편과 상기 에폭시의 경계를 넘지 않게 형성시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 정렬 단계는 상기 이온 밀링 챔버 내부의 형광판의 중심에 상기 딤플의 중심과 이온 빔의 중심을 일치시켜 정렬하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 관련된 공지 기능에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예로서 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법을 보인 흐름도이고, 도 4은 트라이포드 폴리싱을 거친 시편결합체의 웨지면에 대하여 관심대상인 특정부위의 근처에 딤플(dimple)을 형성한 것을 보인 사시도이다.
우선, 폴리싱(polishing) 전처리단계(S100)에서는, 분석하고자 하는 특정부위를 포함하는 반도체소자 시편(120)을 투과전자현미경의 슬라이드에 적합한 크기로 자른 더미 웨이퍼들(111)(112)의 사이에 에폭시(130)로 고정하고, 이 더미웨이퍼(111)(112)와 시편(120)의 일면을 정밀하게 거울면으로 연마하여 연마된 거울면에 슬롯(141)이 시편(120)과 평행하게 되도록 그리드(140)를 고정함으로써 시편결합체(100)를 준비하는 것은 전술한 도 1의 설명과 유사하다.
다음으로 폴리싱 단계(S200)에서는, 상기 폴리싱 전처리단계(S100)를 거친 시편결합체(100)를 폴리셔의 마운트(도시되지 않음)에 고정하고 마이크로미터를 조절하여 경사각을 주어 웨지(wedge) 형태로 폴리싱하여 시편(120)중 관심대상인 특정부위의 두께(D)를 최적화한다.
이 특정부위의 두께(D)는, 지나치게 얇게 할 경우(예를 들어 수 ㎛ 이내) 전술한 바와 같이 에폭시(130)의 급속한 약화를 가져오므로 폴리싱 작업이나 후술할 이온 밀링시 시편(120)이 탈락할 위험성이 있으며, 두껍게 폴리싱을 마칠 경우 이온밀링 작업의 시간이 길어지게 되는 점을 감안하여 조절하는 것이다.
이에 따라, 이 두께(D)는 후술하는 딤플(200)에 의한 영향을 고려하여 10㎛ 내지 20㎛로 폴리싱을 하는 것이 바람직하다.
그리고, 딤플링 단계(S300)에서는 이와 같은 폴리싱 단계(S200)를 거친 후 상기 시편결합체(100)의 웨지면에 관심대상인 특정부위의 근처에 딤플러(dimpler)를 이용하여 딤플(200)을 형성시켜 우선적으로 이온 밀링이 될 부분을 마킹한다.
이 딤플(200)은 시편(120)과 에폭시(130)의 경계를 넘지 않게 하여 시편(120)이 우선적으로 이온 밀링이 되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 이 딤플(200)은 에폭시(130)의 두께에 영향을 줌이 없이 시편(120) 및 더미웨이퍼(111)(112)에만 일정 깊이로 함몰된 형태를 하기 때문에, 관심대상인 특정부위의 근처가 우선적인 이온 밀링이 유도되며, 특정부위의 두께가 수백 Å이 될 때까지 이온 밀링을 할 시간을 단축시킴으로써 그만큼 에폭시(130)의 급속한 소실을 막아 시편(120)이 견고하게 고정될 수 있도록 하는 것이다.
다음으로, 정렬 단계(S400)에서는 이온 밀링 기기의 이온 밀링 챔버(도시되지 않음) 내부에 상기 딤플링 단계(S300)를 거친 시편결합체(100)를 넣고, 이온 빔의 센터를 맞춘다.
특히, 상기 시편결합체(100)를 상기 딤플(200) 중심에 이온 빔의 중심이 일치하도록 하며, 상기 이온 밀링 챔버 내부의 이온 빔의 타겟을 가시화하도록 설치된 형광판(도시되지 않음)의 중심에 상기 딤플(200) 중심과 이온 빔(ion beam)의 중심이 일치하도록 정렬시킴으로서 이온 빔에 의하여 연마되는 부위의 오차가 발생하지 않도록 한다.
이와 같이 3 가지의 중심이 일치 여부 식별은 미리 폴리시해 놓은 상기 딤플(200)에 의하여 용이해진다.
마지막으로 이온 밀링단계(S500)에서는 가속된 이온 빔을 상기 딤플(200) 부 분에 조사(照射)하여 이 딤플(200)의 중심으로부터 우선적으로 이온 밀링하여 특정부위의 적정 두께 즉, 수백 Å이 될 때까지 이온밀링 작업을 하여 시편(120) 제작을 완료한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작 방법에 의하면, 폴리싱 전처리단계를 거친 반도체소자 시편결합체를 웨지 형태로 폴리싱하여 시편중 특정부위의 두께를 최적화하고, 폴리싱 단계를 거친 시편 결합체의 웨지면에 대하여 관심대상인 특정부위의 근처에 딤플을 형성시킴으로써, 우선적인 이온 밀링을 유도할 수 있으므로 시편을 고정하는 에폭시가 소실되기 전에 관심부위에 대한 적정 두께에 이를 수 있게 하여 시편의 지지력을 확보할 수 있다.
그리고, 이 딤플에 의하여 이온 밀링 챔버 내부에서 상기 딤플링 단계를 거친 시편결합체를 상기 딤플 중심과 이온 빔의 중심을 형광판의 중심에 맞추는 정렬을 용이하게 하여 정확도 높은 시편을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
Claims (4)
- 분석대상인 반도체소자 시편을 일정 크기를 갖는 더미 웨이퍼의 사이에 에폭시로 고정하고 그리드를 부착하는 폴리싱(polishing) 전처리단계;상기 폴리싱 전처리단계를 거친 시편결합체를 웨지(wedge) 형태로 폴리싱하여 시편중 관심대상인 특정부위의 두께를 최적화하는 폴리싱 단계;상기 폴리싱 단계를 거친 시편결합체의 웨지면에 대하여 상기 특정부위의 근처에 딤플(dimple)을 형성시키는 딤플링 단계;이온 밀링 챔버 내부에서 상기 딤플링 단계를 거친 시편결합체를 상기 딤플의 중심과 이온 빔의 중심을 맞추는 정렬 단계; 및상기 딤플의 중심 부분이 우선적으로 연마되도록 가속된 이온빔(ion beam)을 조사(照射)하여 밀링하는 이온 밀링단계;를 포함하는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법.
- 제 1항에 있어서,상기 폴리싱 단계에서의 특정부위의 두께는 10㎛ 내지 20㎛으로 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 딤플은 상기 시편과 상기 에폭시의 경계를 넘지 않게 형성시키는 것을 특징으로 하는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법.
- 제 1항에 있어서,상기 정렬 단계는 상기 이온 밀링 챔버 내부의 형광판의 중심에 상기 딤플의 중심과 이온 빔의 중심을 일치시켜 정렬하는 것임을 특징으로 하는 특정부위 분석용 투과전자현미경 시편 제작방법.
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| KR101481235B1 (ko) * | 2012-12-14 | 2015-01-09 | 현대자동차주식회사 | Ｔｅｍ시편 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |