KR20100081602A

KR20100081602A - 투과전자현미경 시료의 제조방법

Info

Publication number: KR20100081602A
Application number: KR1020090000906A
Authority: KR
Inventors: 준 전
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2010-07-15

Abstract

본 발명의 투과전자현미경 시료의 제조방법은, 분석할 패턴이 형성된 기판을 준비하는 단계; 하나 이상의 멀티 팁(multi-tip)이 부착된 원자력 현미경을 패턴이 형성된 기판으로 이동하여 배치하는 단계; 원자력 현미경의 멀티 팁 가운데 싱글 팁(single tip)으로 패턴 양 측면의 기판 표면을 긁어내어 예비 위치 마크를 형성하는 단계; 예비 위치 마크에 상기 원자력 현미경의 멀티 팁을 배치하고, 멀티 팁으로 예비 위치 마크의 기판을 나노 트위저(nano tweezer)가 들어갈 수 있는 크기까지 긁어내어 위치 마크를 형성하여 시료를 정의하는 단계; 및 나노 트위저로 시료를 기판으로부터 탈착시키는 단계를 포함한다.

투과전자현미경, 시료, 원자력 현미경

Description

투과전자현미경 시료의 제조방법{Method for manufacturing specimen for transmission electron microscope}

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투과전자현미경 시료의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 및 반도체용 포토마스크 상에 형성된 미세 패턴은 시료를 채집하여 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope; 이하 TEM이라고 함)을 이용하여 분석하고 있다. 투과전자현미경(TEM)은 광원 대신에 광원과 유사한 성질을 지닌 전자선과 렌즈 대신에 전자 렌즈를 사용한 현미경으로 물질의 상(phase) 및 성분을 분석하는 장비이다. 투과전자현미경(TEM)은 시료를 배치하고, 가속시켜 고에너지를 갖는 전자선을 시료에 입사시켜 투과된 전자로부터 물질의 정보를 얻는다. 이러한 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 물질을 효과적으로 분석하기 위해서는 시료(specimen)를 제작하는 기술이 중요하다. 시료는 반도체 또는 반도체용 포토마스크 상의 분석하고자 하는 패턴으로부터 시료를 채집하고, 이 시료를 투과전자현미경(TEM)으로 확인하면서 특정부위의 단면의 구조라든지 표면의 형상 또는 성분조사 등을 분석하고 있다.

미세 패턴을 분석하기 위한 시료는 일반적으로 집속 이온 빔(FIB; Focus Ion Beam) 방법 또는 원자력 현미경(AFM; Atom Force Microscope)을 이용한 스크래치 리소그래피(scratch lithography) 방법을 이용하여 제작하고 있다. 그러나 집속 이온 빔(FIB) 방법은 갈륨(Ga+) 이온을 사용하기 때문에 리소그래피 분해능(lithography resolution)에 한계가 있다. 따라서 시료의 두께를 1㎛ 이하로 가공하기 어려운 점이 있다. 투과전자현미경(TEM)은 시료의 두께가 얇을수록 이미지의 품질이 높아지기 때문에 시료의 두께를 얇게 가공하는 기술이 매우 중요하다. 또한 갈륨(Ga+) 이온을 사용하는 집속 이온 빔(FIB) 방법은 갈륨 이온 입자의 크기가 매우 크고, 높은 에너지를 이용하여 이온을 가속하는 방식을 이용하기 때문에, 시료 제작시 패턴이 손상될 가능성이 매우 높다. 이 경우 정확한 분석을 요하는 전자투과현미경(TEM) 분석의 신뢰도를 저하시키게 된다.

시료를 제작하는 또 다른 방법인 원자력 현미경(AFM)을 이용한 스크래치 리소그래피(scratch lithography) 방법은 원자력 현미경(AFM)의 팁(tip)을 이용하여 표면을 긁어내는 방식을 이용하여 패턴을 형성하고 있다. 이러한 원자력 현미경(AFM)을 이용한 방법은 수십 nm 크기의 시료를 채집할 수 있는 장점이 있다. 또한 장비 자체가 현미경이므로 시료를 제작한 다음, 제작된 시료의 정확성까지 확인할 수 있다. 그러나 현재까지의 기술로는 리소그래피의 속도가 타 장비에 비해서 느리기 때문에 다른 공정에 이용하기가 쉽지 않다. 또한 얇은 두께의 시편을 제작해도 제작된 시편을 이동시키기 어렵고, 시료를 고정하는 홀더(holder)에 부착하는데 어려운 문제가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 투과전자현미경 시료의 제조방법은, 분석할 패턴이 형성된 기판을 준비하는 단계; 하나 이상의 멀티 팁(multi-tip)이 부착된 원자력 현미경을 상기 패턴이 형성된 기판으로 이동하여 배치하는 단계; 상기 원자력 현미경의 멀티 팁 가운데 싱글 팁(single tip)으로 상기 패턴 양 측면의 기판 표면을 긁어내어 예비 위치 마크를 형성하는 단계; 상기 예비 위치 마크에 상기 원자력 현미경의 멀티 팁을 배치하고, 상기 멀티 팁으로 상기 예비 위치 마크의 기판을 나노 트위저(nano tweezer)가 들어갈 수 있는 크기까지 긁어내어 위치 마크를 형성하여 시료를 정의하는 단계; 및 상기 나노 트위저로 상기 시료를 기판으로부터 탈착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 패턴은 반도체 소자 또는 반도체 소자용 포토마스크 패턴을 포함한다.

상기 시료는 수십nm 내지 수백 nm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 시료를 정의하는 단계 이후에, 상기 원자력 현미경으로 제작된 시료의 정확도를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투과전자현미경 시료 의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

도 1을 참조하면, 분석할 패턴이 형성된 기판을 준비한다. 기판은 전자투과현미경(TEM)을 이용하여 분석하고자 하는 대상이 반도체 소자인 경우에는 반도체 기판 상에 형성된 소자 패턴이고, 웨이퍼에 형성하고자 하는 패턴을 전사하기 위한 포토마스크의 경우에는 투광 기판 상에 형성된 마스크막 패턴을 준비한다. 본 발명의 실시예에서는 바람직한 공정 실시예로 포토마스크의 경우를 설명하기로 한다.

다시 도 1을 참조하면, 투광 기판(100) 위에 마스크막 패턴(113)을 형성한다. 투광 기판(100)은 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어지며, 석영(Quartz)을 포함한다. 투광 기판(100) 위에 형성된 분석을 수행하고자 하는 마스크막 패턴(113)은 위상반전막 패턴(105) 및 광차단막 패턴(110)이 순차적으로 적층된 구조로 형성한다. 여기서 위상반전막 패턴(105)은 수 %의 투과율을 갖는 물질로 이루어지며, 예를 들어 몰리브데늄(Mo)을 함유하는 화합물을 포함한다. 투광 기판(100) 위에 증착된 광차단막 패턴(110)은 투광 기판(100)으로 투과되는 빛을 선택적으로 차단하기 위한 차단막이다. 이러한 광차단막 패턴(110)은 크롬막(Cr)을 포함하여 형성할 수 있다.

도 2를 참조하면, 하나 이상의 멀티 팁(multi-tip, 200)이 부착된 원자력 현미경을 마스크막 패턴(113)이 형성된 투광 기판(100) 상으로 이동하여 배치한다.

도 3을 참조하면, 원자력 현미경의 멀티 팁(200, 도 2 참조) 가운데 싱글 팁(single tip, 200a)을 시료로 이용할 마스크막 패턴(113) 측면의 투광 기판(100) 상에 접촉시키고, 투광 기판(100)의 표면을 긁어내어 소정 깊이(d)를 갖는 홈(groove) 형상의 예비 위치 마크(205)를 형성한다. 홈 형상의 예비 위치 마크(205)는 마스크막 패턴(113)에 영향을 미치지 않고 정교하게 처리해야하므로 싱글 팁(200a)을 이용하여 형성한다. 이러한 홈 형상의 예비 위치 마크(205)는 마스크막 패턴(113)의 양 측면에 형성한다.

도 4를 참조하면, 예비 위치 마크(205)로 마킹(marking)된 위치에 원자력 현미경(AFM)의 멀티 팁(200)을 배치한다. 다음에 멀티 팁(200)으로 예비 위치 마크(205)가 형성된 투광 기판(100)을 긁어낸다. 이와 같이, 멀티 팁(200)으로 예비 위치 마크(205)가 형성된 투광 기판(100)을 긁어내면(scratch), 도 5에 도시한 바와 같이, 시료로 이용될 마스크막 패턴(113a) 양 측면에 나노 트위저(nano tweezer, 210)가 들어갈 수 있는 폭(w)과 소정 깊이(d)를 갖는 위치 마크(205a)가 형성된다. 종래 원자력 현미경(AFM)을 이용하여 시료를 채집하는 방법은 수십 nm 크기의 시료를 채집할 수 있는 장점이 있는 대신에 속도가 타 장비에 비해서 느리기 때문에 다른 공정에 이용하기가 어려운 점이 있었다. 이에 따라 본 발명의 실시예에서는 정밀하게 처리해야하는 예비 위치 마크(205)는 싱글 팁(200a)을 이용해서 형성하고, 예비 위치 마크(205)보다 상대적으로 폭이 넓은 위치 마크(205a)는 멀티 팁(200)을 이용하여 가공함으로써 빠르게 시료 가공을 수행할 수 있다. 다음에 다시 도 5를 참조하면, 나노 트위저(210)를 시료로 이용될 마스크막 패턴(113a)이 정의된 투광 기판(100) 상에 위치시킨다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 시료로 이용될 마스크막 패턴(113a)을 나노 트위저(210)를 이용하여 투광 기판(100)으로부터 탈착시켜 시료(215)를 준비한다. 여기 서 원자력 현미경으로 제작된 시료의 정확도를 확인할 수 있다. 다음에 나노 트위저(210)를 이용하여 탈착된 시료(215)를 투과전자현미경(TEM, 미도시함)의 그리드(grid)막 상에 배치하고 분석을 진행한다. 도 6을 참조하면, 시료(215)는 투광 기판(100) 상에 위상반전막 패턴(105) 및 광차단막 패턴(110)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어진다. 이러한 시료(215)의 두께(h)는 수십nm 내지 수백 nm로 이루어진다. 시료의 두께를 1㎛ 이하로 가공하기 어려운 집속 이온 빔(FIB) 방법 대신에 원자력 현미경(AFM)의 멀티 팁을 이용하여 표면을 긁어내는 방식으로 시료를 제작함으로써 시료의 두께를 수십nm 내지 수백 nm의 미세하고 정교한 패턴으로 형성할 수 있다. 또한 원자력 현미경(AFM)의 멀티 팁을 이용함으로써 집속 이온 빔(FIB) 방법에서 유발되는 패턴 손상을 억제할 수 있다. 원자력 현미경(AFM)을 이용함으로써 시료를 제작한 다음 제작된 시료의 정확성까지 확인할 수 있다. 아울러 나노 트위저(210)를 이용하여 분석 장비로 이동시킴으로써 시료를 손상시키지 않고 안전하게 분석을 진행할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투과전자현미경 시료의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

Claims

분석할 패턴이 형성된 기판을 준비하는 단계;

하나 이상의 멀티 팁(multi-tip)이 부착된 원자력 현미경을 상기 패턴이 형성된 기판으로 이동하여 배치하는 단계;

상기 원자력 현미경의 멀티 팁 가운데 싱글 팁(single tip)으로 상기 패턴 양 측면의 기판 표면을 긁어내어 예비 위치 마크를 형성하는 단계;

상기 예비 위치 마크에 상기 원자력 현미경의 멀티 팁을 배치하고, 상기 멀티 팁으로 상기 예비 위치 마크의 기판을 나노 트위저(nano tweezer)가 들어갈 수 있는 크기까지 긁어내어 위치 마크를 형성하여 시료를 정의하는 단계; 및

상기 나노 트위저로 상기 시료를 기판으로부터 탈착시키는 단계를 포함하는 투과전자현미경 시료의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 패턴은 반도체 소자 또는 반도체 소자용 포토마스크 패턴을 포함하는 투과전자현미경 시료의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 시료는 수십nm 내지 수백 nm의 두께로 형성된 투과전자현미경 시료의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 시료를 정의하는 단계 이후에, 상기 원자력 현미경으로 제작된 시료의 정확도를 확인하는 단계를 더 포함하는 투과전자현미경 시료의 제조방법.