KR20070040515A - 시편의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

분석되는 분석면이 평탄한 시편을 제조하는 방법에 있어서, 우선, 기판을 절단하여 금속 영역 및 비금속 영역으로 이루어진 분석 부위를 포함하는 제1 예비 시편을 형성한다. 상기 제1 예비 시편의 양 측면을 1차 식각하여 돌출된 금속 영역과 함몰된 비금속 영역을 갖는 제2 예비 시편을 형성한다. 상기 함몰된 비금속 영역 상에 식각 방지막을 형성하여, 상기 제2 예비 시편을 2차 식각하여 평탄한 분석면을 갖는 시편을 형성한다. 분석면이 평탄한 시편을 제조함으로써 이후 시편을 분석하는 동안 이미지 왜곡 또는 화질 저하의 문제들을 미연에 방지할 수 있다.

Description

시편의 제조 방법{Method for manufacturing a specimen}
도 1은 종래 기술에 따른 시편 제조 방법에 의해 형성된 시편을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 시편의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 2에 설명된 시편 제조 방법을 이용하여 제조된 시편을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 시편 제조 방법을 수행하기 위한 포커싱 이온빔 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 시편 제조 방법을 수행하기 위한 식각 가스 제공 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 포커싱 이온빔 장치 100 : 이온 발생기
102 : 추출 전극 104 : 이온 공급원
106 : 애퍼쳐 플레이트 108 : 이온 필터
110 : 편향기 112 : 포커싱 렌즈
114 : 전송부 20 : 식각 가스 제공 장치
200 : 식각 가스 탱크 202 : 가스 라인
204 : 노즐 W : 반도체 기판
본 발명은 시편의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 투과 전자 현미경(transmission electron microscope) 분석 공정에 사용되는 시편을 포커싱 이온빔(focusing ion beam)을 이용하여 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형성하기 위한 막 형성, 식각, 확산, 금속 배선 등의 단위 공정으로 반복적으로 수행함으로써 제조된다. 최근, 상기 반도체 장치는 고용량 및 고속의 응답 속도 등을 구현하기 위해 고집적화, 미세화 되어가고 있으며, 이에 따라 보다 미세한 영역의 구조적, 화학적 분석에 필요한 분석 장치 또는 기술의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 여러 가지 분석 기술 중에서 투과 전자 현미경을 이용하는 분석 기술은 분해능, 또는 응용의 면에서 가장 우수한 기술 중의 하나로 큰 관심을 받고 있다.
상기와 같은 투과 전자 현미경을 이용한 분석 기술이 많은 정보를 제공하고 있으나, 원하는 목적에 맞는 분석 결과를 얻기 위해서는 최적의 시편이 준비되어야 하며, 시편의 제작 결과에 따라 분석 결과의 성패가 좌우된다. 따라서, 시편의 제조 및 관리가 보다 중요한 상기 분석 공정의 필수 조건으로 대두되고 있다.
현재까지 실리콘웨이퍼 등과 같은 반도체 기판 시편의 투과 전자 현미경 분 석을 하기 위한 시편 제작 방법으로는 이온 밀링법(ion milling method), 포커싱 이온빔(focusing ion beam)을 이용한 방법 등이 사용된다.
상기 이온 밀링법은 특정 영역에 해당하지 않는 단면과 시편을 제작하는 경우에 주로 사용되고, 이에 반하여 포커싱 이온빔을 이용하는 방법은 특정 영역의 단면을 관찰하고자 하는 경우에 주로 사용된다. 그 외에도 트라이포드법(tripod method), 파우더법(powder method), 다이아몬드 커터(diamond cutter)를 이용한 방법 및 산(acid)에 의한 에칭법(etching method) 등이 있으나, 이러한 방법들은 시편의 종류 및 관찰하고자 하는 내용 등에 따라 매우 제한적으로 사용되는 것들이다.
상기 포커싱 이온빔을 이용한 밀링 공정은 시편 내의 특정 영역을 전자 상으로 관찰하면서 상기 특정 영역의 주변부를 식각하여 상기 시편의 두께를 조절함으로써, 원하는 투과 전자 현미경 분석용 시편을 제작할 수 있다는 장점이 있다.
상기 포커싱 이온빔을 이용한 밀링 공정을 보다 상세하게 설명하면, 우선, 기판을 소정 크기로 절단하여 분석 부위를 포함하는 예비 시편을 형성한다. 상기 예비 시편의 양 측면을 식각하여 상기 분석 부위를 얇게 형성한다.
도 1은 종래 기술에 따른 시편 제조 방법에 의해 형성된 시편을 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 상기 분석 부위가 금속 영역(B) 및 비금속 영역(A)으로 이루어진 경우, 상기 식각 공정동안 동일한 식각 조건에서 상기 금속 영역(B) 및 비금속 영역(A)이 서로 다른 식각율로 식각된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 금속 영역(B)은 돌출되고, 상기 비금속 영역(A)이 함몰된 식각면이 형성된다. 즉, 상기 식각면은 요철을 갖게 된다.
상기와 같은 요철이 형성된 시편은 이후 투과 전자 현미경으로 분석하는 동안, 이미지의 왜곡 또는 화질 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 평탄한 분석면을 갖는 시편을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시편 제조 방법에 있어서, 기판을 절단하여 금속 영역 및 비금속 영역으로 이루어진 분석 부위를 갖는 제1 예비 시편을 형성한다. 상기 제1 예비 시편의 양 측면을 1차 식각하여 돌출된 금속 영역과 함몰된 비금속 영역을 갖는 제2 예비 시편을 형성한다. 상기 함몰된 비금속 영역 상에 식각 방지막을 형성한다. 상기 식각 방지막이 형성된 제2 예비 시편을 2차 식각하여 평탄한 분석면을 갖는 시편을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식각 방지막은 텅스텐(W), 백금(Pt), 탄소(C) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 1차 및 2차 식각은 포커싱 이온빔(Focusing Ion Beam; FIB)을 이용하여 수행될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 금속 영역 및 비금속 영역으로 이루어진 분석 부위에서 함몰된 비금속 영역에 식각 방지막을 구비함으로써, 상기 금속 및 비 금속의 식각율 차이로 인한 요철을 제거할 수 있다. 따라서, 이후 투과 전자 현미경으로 시편을 분석하는 동안, 이미지 왜곡 또는 화질 저하 등을 미연이 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 시편 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 도 2에 설명된 시편 제조 방법을 이용하여 제조된 시편을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2를 참조하면, 우선, 반도체 기판 상에서 관찰하고자 하는 결함이 존재하는 분석 부위를 전자 현미경으로 관찰하여 그 위치를 파악한다. 그리고, 상기 분석 부위의 위치를 식별하기 위하여 관찰하고자 하는 분석 부위에 마킹한다.
상기 마킹된 분석 부위가 정 중앙에 위치되도록 상기 반도체 기판을 약 2mm 내지 3mm의 크기를 갖도록 다이아몬드 커터(diamond cutter) 또는 다이싱 소오(dicing saw)를 이용하여 절단한다.(S100)
이어서, 상기 절단 기판의 양 측면을 연마하여 제1 예비 시편을 형성한다.(S110)
여기서, 상기 절단된 기판은 금속 영역 및 비금속 영역으로 이루어져 있으며, 상기 금속 영역 및 비금속 영역은 특정한 식각 조건에서 식각되는 비율이 다르다. 즉, 상기 금속 영역이 상기 비금속 영역에 의해 식각되는 속도가 느리다.
상기 금속 영역 및 비금속 영역을 포함하는 분석 부위의 양 측면을 포커싱 이온빔을 이용하여 1차 식각하여 제1 예비 시편을 형성한다. 이때, 제1 예비 시편의 피식각면을 살펴보면, 상기 피식각면은 금속 영역이 돌출되고 비금속 영역이 함몰되어 요철을 갖는다. 이는 전술한 바와 같이 상기 금속 영역이 상기 비금속 영역에 비해 식각되는 속도가 느리기 때문이다.
이때, 상기 분석 부위의 두께는 적어도 약 100nm 이하인 것이 적당하다. 따라서, 상기 1차 시편의 비금속 영역은 약 100nm으로 형성하는 것이 바람직하다.
계속해서, 상기 비금속 영역에 식각 방지막을 구비한다.(S120) 상기 식각 방지막은 금속 재질이면 족하다.
상기 식각 방지막은 이후 2차 식각 공정 시, 비금속 영역이 식각되지 않도록 보호하고, 상기 금속 영역만은 선택적으로 식각되도록 한다. 또한, 상기 식각 방지막은 좌우 및 상하로 크기 변경이 가능하여, 상기 비금속 영역의 크기에 대응되도록 변경할 수 있다.
이어서, 상기 비금속 영역에 식각 방지막이 구비된 제1 예비 시편을 포커싱 이온빔으로 이용하여 2차 식각하여 도 3에 도시된 바와 같이 평탄한 분석면을 갖는 시편을 형성한다.(S130) 이로써, 상기 시편은 금속 및 비금속 영역이 모두 약 100nm 이하의 두께를 가짐으로써, 이후 투과 전자 현미경으로 분석이 가능하다.
이때, 상기 2차 식각하는 동안, 상기 제2 예비 시편의 금속 영역을 선택적으로 식각하도록 CF4 가스를 식각 가스로 사용할 수 있다. 상기 CF4 가스는 금속이 식각되는 동안 비금속을 실질적으로 식각하지 않아 보다 효과적으로 상기 분석면의 요철을 제거할 수 있다.
이어서, 상기 평탄한 분석면을 갖는 시편을 투과 전자 현미경을 이용하여 분석한다.(S140) 상기 시편을 분석하는 동안, 상기 분석면이 요철이 없는 평평한 표면을 갖기 때문에 이미지 왜곡 또는 화질 저하 등의 문제점을 억제할 수 있다.
이하, 상기와 같은 시편 제조 방법을 수행하기 위한 포커싱 이온빔 장치 및 식각 가스 제공 장치를 설명하기로 한다.
도 4는 도 2에 도시된 시편 제조 방법을 수행하기 위한 포커싱 이온빔 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 포커싱 이온빔 장치(10)는, 이온빔을 공급하기 위한 이온 공급원(104)과, 상기 이온빔을 상기 이온 공급원(104)로부터 반도체 기판(W)으로 전송하기 위한 전송부(114)를 포함한다.
이온 공급원(104)은, 소스 가스로부터 이온들을 발생시키기 위한 이온 발생기(100)와, 상기 이온 발생기(100)로부터 이온들을 추출하여 이온빔을 형성하는 이온 추출 전극(102)을 포함한다.
상기 이온 발생기(100)는 아크 챔버(arc chamber)와 필라멘트(filament) 등을 포함하는 아크 방전형이며, 필라멘트로부터 제공되는 열전자와 소스 가스의 출돌을 이용하여 이온을 발생시킨다. 반면, 상기 이온 발생기(100)로 고주파(radio frenquency)형 이중플라즈마트론(duoplasmatron), 냉음극(cold cathod)형, 스퍼터(sputter)형, 페닝(penning ionization)형 등을 사용할 수 있다.
전송부(114)는 이온빔의 진행 경로를 따라 배치된 애퍼쳐 플레이트(aperture plate, 106), 이온 필터(ion filter. 108), 편향기(deflection, 110) 및 포커싱 렌즈(focusing lens, 112)를 포함한다.
상기 애퍼쳐 플레이트(106)는 상기 이온빔을 선택적으로 투과시키고, 상기 이온 필터(108)는 질량 분석을 이용하여 상기 이온빔을 구성하는 이온들 중에서 상기 반도체 기판(W)으로 주입하기 위한 특정 이온들을 선별한다.
상기 편향기(110)는 상기 선별된 이온으로 이루어진 이온빔을 상기 반도체 기판(W) 상에 목적하는 위치로 이동시키고, 상기 포커싱 렌즈(112)는 상기 이동된 이온빔을 상기 목적하는 위치에 포커싱시킨다.
상기 포커싱 이온빔 장치(10)를 이용하여 상기 반도체 기판(W) 상 목적하는 위치를 식각하는 동안, 식각 가스를 제공하기 위한 식각 가스 제공 장치(20)가 상기 포커싱 이온빔 장치(10)에 인접하게 구비되어, 상기 반도체 기판(W) 상으로 식각 가스를 제공된다.
도 5는 도 2에 도시된 시편 제조 방법을 수행하기 위한 식각 가스 제공 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 5를 참조하면, 식각 가스 제공 장치(20)는, 다수의 식각 가스를 각각 보관하는 식각 가스 탱크(200)와, 상기 각각의 식각 가스 탱크(200)로부터 식각 가스를 상기 반도체 기판(W)으로 주입하기 위한 다수의 가스 라인(202)과, 상기 각각의 가스 라인(202) 일 단에 구비되어 상기 식각 가스를 목적하는 위치로 정확하게 분사하기 위한 다수의 노즐(204)을 포함한다.
여기서, 전술한 바와 같이 상기 시편을 제조하는 동안 금속 영역 및 비금속 영역의 식각율 차이로 인하여 발생되는 요철을 제거하기 위하여 상기 식각 가스 제공 장치(20)로부터 상기 금속만을 식각하는 식각 가스를 주입할 수 있다. 이때, 상기 식각 가스로는 CF4 가스 등을 사용할 수 있다.
상기와 같이 금속만을 선택적으로 식각함으로써 시편 제작 시 분석면이 갖는 요철을 보다 용이하게 제거할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 금속 영역 및 비금속 영역을 포함하는 시편을 형성하는 동안 상기 금속 영역 및 비금속 영역의 식각율에 의해 발생되는 요철을 비금속 영역에 구비한 식각 저지막 및 금속만을 선택적으로 제거할 수 있는 식각 가스를 사용하여 제거할 수 있다.
따라서, 상기 시편을 이후에 분석하는 동안, 요철에 의한 이미지 왜곡 또는 화질 저하의 문제들을 미연에 방지할 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 (3)

  1. 기판을 절단하여 금속 영역 및 비금속 영역으로 이루어진 분석 부위를 갖는 제1 예비 시편을 형성하는 단계;
    상기 제1 예비 시편의 양 측면을 1차 식각하여 돌출된 금속 영역과 함몰된 비금속 영역을 갖는 제2 예비 시편을 형성하는 단계;
    상기 함몰된 비금속 영역 상에 식각 방지막을 형성하는 단계; 및
    상기 식각 방지막이 형성된 제2 예비 시편을 2차 식각하여 평탄한 분석면을 갖는 시편을 형성하는 단계를 포함하는 시편의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 식각 방지막은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 및 2차 식각은 포커싱 이온빔(Focusing Ion Beam; FIB)을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 시편의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007020879A1 (de) 2006-05-10 2009-04-02 Gachon University Of Medicine & Science Industry-Academic Cooperation Foundation Verfahren und Vorrichtung für die äußerst schnelle Symmetrie- und SIMD- gestützte Projektion/Rückprojektion für die 3D-PET-Bildrekonstruktion

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DE102007020879A1 (de) 2006-05-10 2009-04-02 Gachon University Of Medicine & Science Industry-Academic Cooperation Foundation Verfahren und Vorrichtung für die äußerst schnelle Symmetrie- und SIMD- gestützte Projektion/Rückprojektion für die 3D-PET-Bildrekonstruktion

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