KR20080058682A

KR20080058682A - 투과 전자현미경용 시편 제조방법

Info

Publication number: KR20080058682A
Application number: KR1020060132687A
Authority: KR
Inventors: 이원학
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-06-26
Also published as: KR100889921B1

Abstract

본 발명은 투과 전자 현미경용 시편 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시편을 소정 크기로 커팅하여 웨이퍼에서 분리시키는 단계; 상기 시편의 일측면을 그리드의 일측벽에 부착시키는 단계; 상기 그리드의 표면에 형성된 카본 필름을 제거하는 단계; 상기 시편이 부착된 그리드의 상단부를 제거하여 상기 시편을 노출시키는 단계; 상기 시편이 부착된 그리드를 밀링하여 가공하는 단계를 포함하는 투과 전자현미경용 시편 제조방법에 관한 것이다.

TEM, 그리드

Description

투과 전자현미경용 시편 제조방법{Method for Manufacturing Specimen for Analyzing by Transmission Electron Microscope}

도 1은 종래의 투과 전자 현미경용 시편의 제작방법 및 그리드에 부착되는 단계를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 시편을 FIB 장비에 의해 제작하는 것을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 구리 그리드를 도시한 평면도,

도 4는 본 발명의 구리 그리드의 일부분을 확대한 평면도,

도 5는 도 4의 구리 그리드에서 카본필름이 제거된 상태를 도시한 평면도,

도 6은 도 4의 구리 그리드의 일부영역에 카본필름이 제거된 상태를 도시한 평면도,

도 7은 본 발명의 구리 그리드의 상단부가 커팅된 상태를 도시한 평면도,

도 8은 본 발명의 구리 그리드의 일부분인 메쉬의 상단부가 커팅된 상태를 도시한 평면도이다.

본 발명은 투과 전자현미경용 시편 제조방법에 관한 것으로서, 특히 FIB 장 비에 의해 제작된 시편을 재가공할 수 있는 투과 전자현미경용 시편 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형성하기 위한 막 형성, 식각, 확산, 금속배선 등의 단위공정을 반복적으로 수행함으로써 제조된다. 최근 이러한 반도체 장치는 고용량 및 고속의 응답속도 등을 구현하기 위해 고집적화, 미세화 되어 가고 있으며, 이에 따라 보다 미세한 영역의 구조적, 화학적 분석에 필요한 분석 장치 또는 기술의 중요성이 부각되고 있다. 특히 여러가지 분석장치 중에서, 반도체 소자의 특정 부위에서의 격자 상을 관찰하기 위하여 투과 전자현미경(Transmission Electron Microscopy : 이하, TEM이라고 함)과 같은 광학장비가 사용되고 있으며, 이러한 TEM 은 소자 특성 및 불량 분석에 매우 유용하고, 높은 신뢰성을 제공한다.

상기의 TEM을 이용한 분석기술에 의하면 많은 정보를 얻을 수 있으나, 원하는 목적에 맞는 분석결과를 얻기 위해서는 최적의 시편이 준비되어야 하며, 시편의 제조 및 분석결과의 성패가 좌우된다.

이러한 TEM 분석용 시편은 매우 얇은 두께, 예를 들면 1000Å 이하로 제작되어야 한다. 따라서 이처럼 박막 크기의 시편 제작을 위해 일반적으로 FIB 장치가 이용되고 있는데, FIB 장치는 소정크기로 절단된 시편의 소정부위에 이온빔을 주사하는 것에 의해 시편의 소정부위를 박막화시키는 장치이다.

이하에서는 도 1을 참조하여 일반적인 TEM 분석용 시편의 제조방법을 설명한다.

웨이퍼에 관찰하고자 하는 부분을 식별하기 위한 분석 포인트를 이온 빔을 이용하여 마킹(marking)한다. 다만, 이러한 마킹 공정이 반드시 필요한 것은 아니고, 사용자의 편의에 따라 마크(Mark)를 표시하지 않고 다음 공정을 진행할 수도 있다.

웨이퍼 상에 표시된 분석 포인트(관찰하고자 하는 부분)를 중심으로 하여, 그 주변을 커팅한 후 커팅된 시편을 웨이퍼에서 분리한다.

그리고, 분석 포인트를 포함하는 분석용 시편의 형성을 위해 FIB 장치에 의해 시편의 양쪽면을 이온빔으로 밀링(milling)하면, TEM 분석용 시편이 완성된다.

이후, 완성된 시편을 웨이퍼에서 분리하여 카본필름(Carbon film)이 얇은 막을 형성하고 있는 메쉬(mesh) 형태의 그리드(grid)로 옮기는 과정을 리프팅(lifting)이라 하고, 일반적으로 유리막대(fiber glass probe)를 이용하여 리프팅 하게 된다. 즉, 유리막대를 시편에 갖다 대면, 정전기로 인해 시편이 유리막대에 달라붙게 된다. 이와 같이 유리막대에 달라붙은 시편을 그리드 위에 리프팅 한 후, TEM 장비를 이용하여 시편을 관찰하게 된다.

특히, 상기 카본 필름이 코팅된 그리드는 200~300 메쉬(mesh)로 구성되는 것으로, 상기 그리드 위에 한번 부착된 TEM 시편은 더 이상 탈착 및 가공이 불가능해진다.

만일 상기 시편을 가공한다면 FIB 장비로 상기 시편이 부착된 그리드를 이동시켜서 가속된 이온빔이 시편의 수직 위쪽에서 시편을 향해 주사되는데, 이때 그리드를 수직으로 세웠을 때의 모양이 이온빔이 시편에 도달할 수 없도록 시편을 정사 각형으로 에워싸고 있어서, 한번 시편을 그리드에 부착하면 이온빔에 의한 밀링이 불가능한 문제점이 있다.

또한, 상기 그리드에 코팅된 카본 필름 또한 이온빔에 의해 찢어지게 되어 더 이상 시편을 지지할 수 없게 되므로 한번 제작하여 그리드에 부착된 시편은 재사용할 수 없다.

특히, 상기 시편은 광학현미경이나 SEM 전자현미경으로는 시편의 두께관찰이 불가능하기 때문에(수~수십Å의 두께 변화를 관찰해야 함) TEM으로 이동시킨 후 관찰을 하고 난 다음에야 분석 가능한 시편인지 혹은 재제작해야 하는지 알 수 있다.

만일 시편을 재제작하는 경우에는 처음 웨이퍼 상태에서부터 다시 시편을 제작해야하는데, 2~3시간이 추가로 소요되며 그 시간만큼 FIB 장비도 사용해야 한다.

또한, 상기 시편을 재제작한다고 하더라도 또 다시 제작해야하는 경우가 존재하기 때문에 양호한 시편을 한번에 만든다는 것은 어려운 문제점이 있고, 시편의 재재작시 시간과 인건비가 추가로 소요되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 시편을 그리드의 측면에 부착시키고 상기 그리드의 상단부를 제거하여 상기 시편이 노출되게 함으로써 FIB 장비에 의해 시편을 재가공할 수 있는 투과 전자현미경용 시편 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 투과 전자현미경용 시편 제조방법은, 시편을 소정 크기로 커팅하 여 웨이퍼에서 분리시키는 단계; 상기 시편의 일측면을 그리드의 일측벽에 부착시키는 단계; 상기 그리드의 표면에 형성된 카본 필름을 제거하는 단계; 상기 시편이 부착된 그리드의 상단부를 제거하여 상기 시편을 노출시키는 단계; 상기 시편이 부착된 그리드를 밀링하여 가공하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 투과 전자현미경용 시편 제조방법을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 보다 명확히 전달하기 위함이다.

한편, 도면에 도시된 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

본 발명이 설명에 앞서 웨이퍼에서 시편을 분리하는 방법은 종래기술과 동일하며 이에 대하여 먼저 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼에 관찰하고자 하는 부분을 식별하기 위한 분석 포인트를 이온 빔을 이용하여 마킹(marking)한다. 다만, 이러한 마킹 공정이 반드시 필요한 것은 아니고, 사용자의 편의에 따라 마크(Mark)를 표시하지 않고 다음 공정을 진행할 수도 있다.

웨이퍼 상에 표시된 분석 포인트(관찰하고자 하는 부분)를 중심으로 하여, 그 주변을 커팅한 후 커팅된 시편(20)을 웨이퍼에서 분리한다.

그리고, 분석 포인트를 포함하는 분석용 시편(20)의 형성을 위해 FIB 장치를 이용하여 시편(20)의 양쪽면을 이온빔으로 밀링(milling)하면, TEM 분석용 시편(20)이 완성된다.

상기와 같이 형성된 시편(20)을 도 3에 도시된 그리드(1) 위에 부착시킨다.

여기서, 상기 그리드(1)는 격자구조를 가지는 200~300 메쉬(10)(mesh)로 구성되어 있고, 상기 그리드(1)의 표면은 카본필름(12)(Carbon Film)이 코팅되어 있다.

특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 그리드(1)의 메쉬(10)는 정사각형 형태를 이루는 측벽들로 형성되어 있으며, 상기 메쉬(10)를 이루는 사방의 측벽들은 구리로 이루어져 있다.

따라서, 상기 시편(20)은 상기 그리드(1)의 일측벽(11)에 부착되어 상기 카본필름(12)의 표면과 이격된 상태로 고정되어 진다.

이때, 상기 시편(20)의 부착은 FIB 장치의 챔버 내에서 백금(30)(Pt)을 이용하여 부착시키는 것으로, 상기 구리 그리드(1)의 일측벽(11)에 상기 시편(20)의 일면을 접촉시키고 상기 백금(30)을 이용하여 고정시킨다.

이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 시편(20)이 부착된 그리드(1)를 FIB 장치에서 꺼낸 후, 글래스 프루브(glass probe)를 이용하여 상기 그리드(1)에 코팅된 카본필름(12)을 제거한다. 이때 상기 카본필름(12)은 플라즈마 가스를 이용해서 제거할 수도 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 카본필름(12)은 상기 그 리드(1)의 전체 영역 또는 일부 영역에 대하여 상기 카본필름(12)을 제거할 수 있다.

이에 따라, 상기 시편(20)은 그 일측면이 상기 그리드(1)의 일측벽(11)에 부착되어 있는 상태가 되며 나머지 부분은 공중에 떠 있는 상태가 된다.

그 다음 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 시편(20)이 부착된 상기 구리 그리드(1)의 상단부를 제거함으로써, 상기 시편(20)을 외부로 노출시킨다. 즉, 상기 사각형 구조를 갖는 메쉬(10)의 일측벽(11)에 시편(20)이 부착된 상태에서 상기 그리드(1)의 상단부를 제거하면 상기 그리드(1)의 일측벽(11)에 부착된 시편(20)이 외부로 노출되게 되는 것이다.

이때, 상기 구리 그리드(1)의 상단부는 커팅 장비, 예를 들면 다이아몬드 커팅기를 이용하여 제거할 수 있다.

따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 시편(20)은 그 일면만이 상기 그리드(1)의 일측벽(11)에 백금(30)에 의하여 부착되어 있는 상태이다. 따라서, 상기 그리드(1)를 수직으로 세웠을 때 상기 그리드(1)의 상단부가 제거된 상태이므로 상기 시편(20)의 수직 상부방향으로는 아무 방해물도 없는 개방된 상태가 된다.

그리고, 상기 그리드(1)를 수직으로 세워 FIB 장치로 이동시킨 후, 추가적으로 이온빔으로 밀링하여 시편(20)을 가공할 수 있다. 이는 상기 이온 빔이 수직방향으로 주사되고 상기 그리드(1)에 고정된 시편(20)의 상단부는 개방된 상태이므로 이온빔이 직접 접촉되어 밀링하게 되므로 상기 시편(20)을 가공할 수 있는 것이다.

즉, 상기와 같이 그리드(1)에 부착된 시편(20)은 TEM 장비로 이동시켜 시 편(20)을 분석할 때, 상기 TEM 장비에 의해 분석한 시편(20)이 상태가 양호하지 않거나 목적에 맞지 않는 경우, 상기 시편(20)이 부착된 그리드(1)를 FIB 장치로 이동시킨 후, 추가로 이온빔 밀링 공정을 진행하면 시편(20)을 추가 가공하거나 수정하여 분석가능한 시편(20)으로 재제작 할 수 있다.

상술된 바와 같이 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 하여 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 실시예는 본 발명의 기술적 사상 범위 내에서 변형 및 수정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 투과 전자현미경용 시편 제조방법은, TEM 시편의 제작시 시편의 상태가 양호하지 않을 때 재제작을 하지 않고 FIB 장치로 단순 추가가공만으로 보다 양호한 시편으로 가공 및 수정할 수 있으며 이에 따라 시편의 정확한 분석 데이터를 제공할 수 있다. 또한, TEM 시편의 재제작에 따른 시간, 인건비 및 장비사용의 시간을 절감할 수 있다.

Claims

시편을 소정 크기로 커팅하여 웨이퍼에서 분리시키는 단계;

상기 시편의 일측면을 그리드의 일측벽에 부착시키는 단계;

상기 그리드의 표면에 형성된 카본 필름을 제거하는 단계;

상기 시편이 부착된 그리드의 상단부를 제거하여 상기 시편을 노출시키는 단계;

상기 시편이 부착된 그리드를 밀링하여 가공하는 단계를 포함하는 투과 전자현미경용 시편 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 시편을 그리드의 일측벽에 부착시킬 때 백금(Pt)이 사용되는 것을 특징으로 하는 투과 전자현미경용 시편 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 그리드의 상단부는 다이아몬드 커팅으로 제거하는 것을 특징으로 하는 투과 전자현미경용 시편 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 그리드의 측벽은 구리 또는 니켈로 형성된 것을 특징으로 하는 투과 전 자현미경용 시편 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 카본필름의 제거는 글래스 프루브(glass probe)를 이용하거나 플라즈마 식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 투과 전자현미경용 시편 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 카본필름은 일부영역 또는 전체영역 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 투과 전자현미경용 시편 제조방법.