KR20240045845A - Sem-fib 분석 시스템 및 sem-fib 분석 방법 - Google Patents
Sem-fib 분석 시스템 및 sem-fib 분석 방법 Download PDFInfo
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Abstract
SEM-FIB 분석 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 SEM-FIB 분석 시스템은, 공정 장비 내로 투입되는 부도체 기판의 샘플 표면에 대한 검사를 위해 기접지된 상태의 차징 보상부를 샘플 표면에 위치시켜 차징 보상부를 통해 샘플 표면에서의 하전 입자의 차징을 보상하는 차징 보상기; 및 샘플 표면의 단면을 가공하고 영상을 획득하는 듀얼빔 장치를 포함한다.
Description
본 발명은 SEM-FIB 분석 시스템 및 SEM-FIB 분석 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가령 TFT(Thin Film Transistor) 레이어가 제작되는 디스플레이 등의 대형 기판을 비파괴 방식으로 공정 평가 및 불량 분석이 가능한 SEM-FIB 분석 시스템 및 SEM-FIB 분석 방법에 관한 것이다.
디스플레이 대형 기판에서 TFT 레이어 제작의 복잡한 공정 초기 조건 설정을 위한 공정 평가와 조건 설정 완료 후 양산 과정에서 발생한 불량 분석 평가도 필요하다. 미세 회로의 공정 평가 및 불량 분석은 SEM(Scanning electron microscope)기술을 이용해 표면/단면 영상 분석을 하고 FIB(Focused ion beam)로 단면 가공을 진행한다. 대형 기판을 분석 장비에 투입하기 위해서는 복잡한 전처리 과정(예: 파괴 방식)이 요구된다.
종래의 전처리 과정을 간략해 살펴보면, 첫째는 평가 위치 또는 불량 위치 확인(예: 광학장비에서 확인 후 Laser marking)이 이루어지고, 둘째는 기판 절단(예: Diamond knife로 수 가공 또는 Dicing 장비에서 가공) 공정이 이루어지며, 셋째는 홀더 부착, 넷째는 표면 코팅(전도성), 또 다섯째는 FIB 가공 및 SEM 검사가 이루어지게 된다.
위의 검사법은 작업 과정이 복잡하여 시간 소모가 크고, 분석이 끝난 기판의 재사용이 불가하여 초기 공정개발시 기판 소모가 많으며, 준비과정에서 불량이 발생할 수 있다. 원판을 절단없이 투입하여 분석 가능한 인시츄(In-situ) SEM-FIB 분석 시스템이 요구되는 이유이다.
또한 검사 중 기판의 전도성 미확보(예: 상부 표면 코팅 안됨)와 부도체(예: 유리(Glass) 기판 등)가 접지(Ground)와 절연되어 표면에서 하전 입자가 빠져나가지 못하는 하전 입자 차징(Charging)으로 이미징(Imaging) 또는 절삭(또는 분쇄)(Milling) 공정시 성능 저하가 나타나며 이를 개선하기 위한 방법이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가령 TFT 레이어가 제작되는 디스플레이 등의 대형 기판을 비파괴 방식으로 공정 평가 및 불량 분석이 가능한 SEM-FIB 분석 시스템 및 SEM-FIB 분석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공정 장비 내로 투입되는 부도체 기판의 샘플 표면에 대한 검사를 위해 기접지된 상태의 차징 보상부를 상기 샘플 표면에 위치시켜 상기 차징 보상부를 통해 상기 샘플 표면에서의 하전 입자의 차징을 보상하는 차징 보상기; 및 상기 샘플 표면의 단면을 가공하고 영상을 획득하는 듀얼빔 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 시스템이 제공될 수 있다.
상기 차징 보상기 및 상기 듀얼빔 장치는, 광학현미경을 통해 확인되는 샘플 표면의 위치를 변경하면서 상기 검사를 진행할 수 있다.
상기 차징 보상기는, 상기 차징 보상부로서 기준 면적 이상의 대면적을 보상하는 메탈 그리드(metal grid)를 이용할 수 있다.
상기 차징 보상기는, 상기 차징 보상부를 연결하여 캔틸레버 형태로 구성되는 캔틸레버부를 포함하며, 상기 캔틸레버부를 제어하여 상기 차징 보상부를 위치가 변경되는 샘플 표면의 위치로 이동시킬 수 있다.
상기 차징 보상기는, 상기 기판의 가장자리 영역에 고정되는 상기 캔틸레버부를 푸쉬 인 및 풀 아웃 조작하여 상기 차징 보상부의 위치를 이동시킬 수 있다.
상기 듀얼빔 장치의 단면가공장치는 상기 샘플 표면에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 듀얼빔 장치의 영상획득장치는 상기 샘플 표면에 대하여 수직하게 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 차징 보상기가, 공정 장비 내로 투입되는 부도체 기판의 샘플 표면에 대한 검사를 위해 기접지된 상태의 차징 보상부를 상기 샘플 표면에 위치시켜 상기 차징 보상부를 통해 상기 샘플 표면에서의 하전 입자의 차징을 보상하는 단계; 및 듀얼빔 장치가, 상기 샘플 표면의 단면을 가공하고 영상을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 방법이 제공될 수 있다.
상기 SEM-FIB 분석 방법은, 상기 차징 보상기 및 상기 듀얼빔 장치를 광학현미경을 통해 확인되는 샘플 표면의 위치를 변경하면서 상기 검사를 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 차징을 보상하는 단계는, 상기 차징 보상부로서 기준 면적 이상의 대면적을 보상하는 메탈 그리드를 이용할 수 있다.
상기 차징을 보상하는 단계는, 상기 차징 보상부를 연결하여 캔틸레버 형태로 구성되는 캔틸레버부의 동작을 제어하여 상기 차징 보상부를 위치가 변경되는 샘플 표면의 위치로 이동시킬 수 있다.
상기 차징을 보상하는 단계는, 상기 기판의 가장자리 영역에 고정되는 상기 캔틸레버부를 푸쉬 인 및 풀 아웃 조작하여 상기 차징 보상부의 위치를 이동시킬 수 있다.
상기 단면을 가공하고 영상을 획득하는 단계는, 상기 듀얼빔 장치의 단면가공장치는 상기 샘플 표면에 대하여 경사지게 배치하고, 상기 듀얼빔 장치의 영상획득장치는 상기 샘플 표면에 대하여 수직하게 배치하여 동작시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 대형 기판 즉 원판의 절단없이 인시츄 장비(예: 챔버 등)에서 FIB 및 SEM에 의한 비파괴 방식의 분석이 가능할 수 있으며, 기판의 재사용이 가능할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 검사 중 기판의 전도성을 확보하고 부도체를 접지에 전기적으로 연결함으로써 기존의 하전 입자 차징으로 인해 발생할 수 있는 영상화 또는 절삭 공정시 성능 저하 문제를 개선할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SEM-FIB 분석 시스템을 예시한 도면이다.
도 2는 도 1의 차징 보상기의 예시를 보여주는 도면이다.
도 3은 SEM 영상획득과 FIB 단면가공을 위해 샘플 표면 전도성 확보를 위한 코팅과 접지 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 대형 기판에서 파괴 및 비파괴 분석 방식 절차를 비교하여 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SEM-FIB 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 차징 보상기의 예시를 보여주는 도면이다.
도 3은 SEM 영상획득과 FIB 단면가공을 위해 샘플 표면 전도성 확보를 위한 코팅과 접지 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 대형 기판에서 파괴 및 비파괴 분석 방식 절차를 비교하여 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SEM-FIB 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되거나, 층이 다른 층 또는 기판과 결합 또는 접착된다고 언급되는 경우에, 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
상단, 하단, 상면, 하면, 전면, 후면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다. 또한, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니고, 예컨대, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SEM-FIB 분석 시스템을 예시한 도면, 그리고 도 2는 도 1의 차징 보상기의 다양한 예시를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 SEM-FIB 분석 시스템(혹은 부도체 샘플 차징 보상 장치)(100)은 대형 기판을 비파괴 방식으로 공정 평가 및 불량 분석이 가능한 시스템에 적용되는 챔버 등의 장비를 나타내거나 포함할 수 있으며, 차징 보상기(110) 및 듀얼빔 장치(120, 130), CPU나 MPU 등의 제어부 및 광학현미경(미도시)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 차징 보상기(110)나 듀얼빔 장치(120, 130)의 동작을 제어하기 위한 제어부는 챔버의 외부에 구성되어 SEM-FIB 분석 시스템(100)이 구성되거나, 제어부와 같은 일부 구성요소가 차징 보상기(110)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
구체적인 설명에 앞서, 기판상의 TFT 제조 공정을 간략히 보면 (O)LED나 LCD의 TV와 같은 영상표시장치의 대형 패널이나 웨이퍼를 이용한 반도체의 제조시 클린 룸(clean room)에서 공정이 이루어지며, 해당 클린 룸 내에는 다양한 공정 장비들이 구비된다. 포토리소그래피 장비가 대표적이다. 해당 장비는 증착, 포토 도포 및 식각 등의 공정을 진행하기 위하여 다수의 챔버를 포함하고, 또 중앙에는 각 챔버로의 공정을 진행시키는 로봇암 등의 운반 챔버가 구비된다. 기판은 카세트 챔버에 적재될 수 있다. 예를 들어 석영 기판이나 유리 기판과 같은 대형 기판의 경우 기판상에 TFT 소자를 형성하기 위한 공정이 진행될 수 있으며, 또 대형 기판상에 TFT 소자를 형성한 이후에는 대형 기판을 작동 여부를 검사하는 등의 후공정이 진행될 수 있다. 본 발명의 실시예는 대형 기판에 TFT 소자를 형성하기 전의 전처리 공정에 해당한다고 볼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 SEM-FIB 분석 시스템(100)은 절단되지 않는 원판의 전면적 검사가 가능한 대형 챔버의 형태로 구성되는 경우, 원판을 로드(load)하기 위한 3축(X, Y, Z) 스테이지(stage)를 포함할 수 있다. 물론 스테이지는 챔버 내로 대형 기판이 투입되어 놓이는 부위에 해당한다. SEM-FIB 분석 시스템(100)을 구성하는 대형 챔버의 내부로 원판인 유리 기판이나 석영 기판과 같은 대형 기판이 투입되어 스테이지상에 로드된다. 물론 챔버의 내부는 공정시 진공 분위기를 형성한다고 볼 수 있다.
챔버의 일측에는 광학 현미경이 구비될 수 있다. 광학 현미경은 챔버의 내부로 투입된 대형 기판(97)의 표면에서 검사가 필요한 위치를 확인하기 위해 동작한다. 물론 이러한 광학 현미경에 의한 확인 동작은 다른 챔버나 다른 장소에서 이루어질 수도 있으므로 본 발명의 실시예에서는 광학 현미경을 구비하여 검사 위치를 확인하는 동작에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 대형 기판(97)의 표면에서 검사가 필요한 부위를 본 발명의 실시예에서는 '샘플 표면'이라 명명한다. 기판의 전면을 검사하기보다는 검사가 필요하다고 판단되는 부위를 랜덤하게 샘플로 취득해 검사를 진행하는 것이다. 물론 광학 현미경을 이용한 검사 위치의 확인은 정상 상태에 있는 대형 기판(97)의 확인이나 촬영을 통해 확보한 기준 이미지를 통해 검사를 진행하고자 하는 기판과 자동으로 비교 동작을 수행하고 이를 통해 검사 위치의 확인이 이루어질 수 있으므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 물론 이의 과정에서 검사가 필요한 샘플 표면의 좌표가 생성될 수도 있다. 즉 대형 기판(97)상에서 검사가 필요한 다수의 샘플 표면이 확정되면 해당 샘플 표면의 좌표값을 생성하여 이를 검사시 이용할 수도 있다.
최근에는 산업 현장의 생산 라인에서 공정시 인공지능(AI)의 딥러닝 프로그램을 적용하여 검사의 정확도 및 능률을 높이려는 시도가 진행되고 있다. 이러한 측면에서 볼 때 본 발명의 실시예에서는 대형 기판(97)상에서 샘플 표면을 확인하기 위하여 단순히 광학 현미경을 이용하는 방법 이외에도 고해상도의 카메라를 통해 대형 기판(97)의 표면을 촬영하고 해당 촬영 이미지를 통해 인공지능을 적용해 검사가 필요한 정확한 샘플 표면의 위치를 찾는 것도 얼마든지 가능하므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방식에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
상기한 바와 같이 샘플 표면 등의 검사 위치가 정해지면, 챔버의 내에서 대형 기판(97)의 가장자리, 더 정확하게는 스테이지의 일측에 구비되는 차징 보상기(110)가 작동하게 된다. 차징 보상기(110)는 부도체 샘플 즉 부도체 기판의 샘플 표면의 전도성 미확보로 SEM(Primary electron), FIB(Primary ion)의 차징 보상을 위해 이루어지는 보상 방법 중 하나로서 접지(ground)에 연결된 메탈 그리드(혹은 디스크) 등으로 구성되는 도체의 차징 보상부를 샘플 표면 가까이 조절하여 차징을 방지하는 방법을 수행하게 된다. 도 1에서는 메탈 그리드를 이용해 차징을 보상하는 모습을 보여주고 있다. 물론 여기서 차징(charging)은 전자나 이온 차징을 의미할 수 있지만 전하를 띠고 있는 입자 즉 하전 입자의 차징을 의미한다. 차징은 하전 입자가 전기적 성질을 띠고 있는 상태를 의미한다. 그러므로 본 발명의 실시예에서 그러한 하전 입자의 차징을 보상 또는 방지하는 것은 이후 듀얼빔 장치(120, 130)의 동작시 단면 가공(FIB)이나 영상 획득(SEM)시 성능 저하에 영향을 미치기 때문이며 이를 개선하기 위한 것이라 볼 수 있다.
도 1에서는 차징 보상기(110)의 구성을 자세히 나타내지는 않았지만, 차징 보상기(110)는 대형 기판(97)상의 샘플 표면상에 위치하여 샘플 표면에서의 차징을 보상하는 차징 보상부, 그리고 해당 차징 보상부를 기판(97)상에서 또다른 샘플 표면을 찾아 자유롭게 위치 이동시키기 위한 캔틸레버(cantilever)부를 포함할 수 있다. 즉 본 발명의 실시예에 따른 차징 보상기(110)는 접지에 연결된 도체(예: disk)가 샘플 표면과 가깝게 하여 샘플 표면과 차징 보상부 사이의 간격 즉 갭(Gap)을 제어하는 방식을 채택하였으며, 그 구조는 캔틸레버 타입으로 푸시 인(push-in) 및 풀 아웃(pull-out) 제어가 가능하여 이를 통해 미세 위치 혹은 간격 조절이 가능하다. 이를 통해 전자 및 이온 차징 모두 보상이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 차징 보상기(110)는 차징 보상부(혹은 도체 부재)로서 다양한 형태로 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같은 메탈 그리드(200) 이외에도 디스크 등의 형태로 사용할 수도 있다. 물론 해당 메탈 그리드(200)는 대형 기판(97)상에서 이의 위치를 제어하기 위한 캔틸레버부에 연결되어 캔틸레버 형태를 구성함과 동시에 자유로운 위치 이동이 가능할 수 있다. 캔틸레버부는 차징 보상부를 대형 기판(97)상에서 상하좌우의 동작을 제어하고, 또 길이를 늘였다 줄였다 하는 등의 동작을 수행함으로써 검사를 위해 각 상태별 위치 조절 등 정확한 제어가 이루어지게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 차징 보상은 샘플 표면의 단면 가공 전에도 가능할 수 있지만, 부도체 샘플에서 FIB 단면 가공 중에 이루어질 수 있다. 메탈 그리드(200)는 이온 보상법 중 하나이다. 메탈 그리드(200)는 비접촉 방식으로 대면적 보상이 가능하다. 여기서, 대면적은 기준 면적 이상(또는 초과)이 되는 면적으로 정의하기로 한다. 전자나 이온 보상이 가능하고 단면 가공(Milling) 중 SEM에서 단면 영상획득이 가능하다.
차징 보상기(110)의 캔틸레버부는 'ㄱ'자 형태의 바디(body)로 구성될 수 있으며, 일측 끝에는 메탈 그리드(200) 등의 차징 보상부를 연결할 수 있으며, 타측 끝은 스테이지의 가장자리 영역에 고정될 수 있다. 바디의 내부나 외부로는 접지라인을 구성할 수 있다. 캔틸레버부는 CPU나 MPU 등의 제어부에 의해 제어 동작이 이루어질 수 있으며, 바디를 로봇암과 같이 자유롭게 제어할 수 있다. 이러한 제어를 통해 일측 끝에 결합되는 차징 보상부를 대형 기판(97)의 샘플 표면상에 정확히 위치시킬 수 있으며, 샘플 표면과의 사이의 미세한 갭을 정확히 제어할 수 있다. 물론 그러한 갭 제어는 소프트웨어적으로 설계되어 제어부에 의한 정확히 제어되는 것이지만, 가령 차징 보상기(110)는 센서를 포함함으로써 미세한 갭을 정확히 제어하는 것도 얼마든지 가능할 수 있다. 물론 센서는 갭에 의한 저항이나 정전용량을 측정하는 센서가 바람직할 수 있다. 다만, 센서는 다양한 유형의 센서 활용될 수 있으므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
물론 본 발명의 실시예에 따른 차징 보상기(110)는 메탈 그리드(220)와 같은 차징 보상부를 캔틸레버 형태로 구성하지 않는 것도 얼마든지 가능하다. 예를 들어, SEM-FIB 분석 시스템(100)을 구성하는 챔버의 천정에 레일을 구성하고 레일을 따라 차징 보상부의 위치를 제어하는 것도 얼마든지 가능하므로 본 발명의 실시예에서는 차징 보상부를 제어하는 구성 및 동작에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 도 1은 이러한 측면이 반영된 것이라 볼 수 있다. 차징 보상기(110)는 샘플 표면의 차징 보상을 위하여 차징 보상부를 접지에 연결하는 것은 분명하다.
가령 대형 챔버 내에서 대형 기판(97)의 상측에는 듀얼빔 장치(120, 130)가 구성된다. 본 발명의 실시예에 따른 듀얼빔 장치(120, 130)는 샘플 표면의 단면 가공을 위한 FIB 등의 단면가공장치(120) 및 단면 가공된 부위를 촬영하여 영상을 획득하는 SEM 등의 영상획득장치(130)를 포함한다. 이러한 단면가공장치(120) 및 영상획득장치(130)는 대형 기판(97)상에서 검사를 위한 샘플 표면의 위치가 변경되면 차징 보상부의 위치 변경과 함께 위치 변경이 이루어진다. 즉 광학 현미경으로 검사가 필요한 위치 확인이 이루어지면, 광학 현미경에서 확인한 위치로 단면가공장치(120) 또는 영상획득장치(130)를 이동시켜 분석 작업을 시작하는 것이다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 듀얼빔 장치(120, 130)를 구성하는 단면가공장치(120)와 영상획득장치(130)의 서로의 간섭을 피하기 위해 단면가공장치(120)는 대형 기판(97)의 샘플 표면에 대하여 경사지게 배치된다. 또한, 영상획득장치(130)는 대형 기판(97)의 샘플 표면에 대하여 수직하게 배치된다. 단면가공장치(120)가 이루는 경사의 각도는 단면가공장치(120)나 영상획득장치(130)가 공간에서 차지하는 부피가 영향을 미칠 수 있다. 다만, 그 장치가 소형화되는 경우에는 경사 각도는 자유롭게 조절될 수 있다. 본 발명의 실시예서는 단면 가공의 효율이나 단면 가공시 이온의 발생 상태 등을 고려하면 45도와 90도의 사이에서 배치되는 것이 바람직하며, 여러 상황을 고려하면 45도가 이상적일 수 있다. 물론 이러한 배치는 반복되는 실험을 통해 단면 가공의 효율이나 이온 발생 상태를 분석하고 그 분석 결과에 따라 결정될 수 있는 것이므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
제어부는, 메인 PCB 상에 구성되는 CPU나 MPU 등의 칩(chip), 그리고 그 주변회로들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 챔버의 경우 내부를 진공 분위기로 형성하므로, 이러한 동작을 제어하는 메인 PCB상에 구성되는 것도 얼마든지 가능하다. 이에 근거해 볼 때, 진공 분위기를 형성하기 위한 진공 노즐 등의 노즐장치가 본 발명의 실시예에 따른 대형 챔버에 포함될 수도 있다. 무엇보다 본 발명의 실시예에 따른 제어부는 차징 보상기(110)나 듀얼빔 장치(120, 130)의 전반적인 제어 동작을 담당한다. 제어부는 대형 기판(97)에서 검사를 진행하기 위해 확인된 샘플 표면상으로 차징 보상기(110)의 차징 보상부와 듀얼빔 장치(120, 130)를 이동시켜 차징 보상을 수행하고, 또 단면 가공을 통해 해당 부위의 영상을 획득하여 분석 작업이 이루어질 수도 있도록 차징 보상기(110)의 경우에는 푸쉬 인 및 풀 아웃 제어 등 각 상태별 위치 조절 동작을 수행한다.
제어부는 차징 보상기(110)와 듀얼빔 장치(120, 130)의 정밀한 제어 동작을 위하여 소프트웨어적으로 프로그래밍하여 해당 프로그램을 실행해 제어 동작을 수행할 수 있다. 이의 과정에서 샘플 표면에 대한 가령 좌표값이 생성되면 해당 좌표값을 근거로 정밀 제어 동작을 수행할 수도 있다. 또한 이러한 제어 동작에는 인공지능 딥러닝 프로그램을 적용하여 정밀 제어 동작을 수행하고, 또 분석 동작을 수행하는 등 다양한 동작이 가능할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
상기의 구성 결과, 본 발명의 실시예는 종래와 같이 원판의 절단없이 원판을 가령 대형 챔버 내로 투입하여 분석 가능한 인시츄 SEM-FIM 분석 시스템(혹은 장비 등)을 구성함으로써 단면 가공 또는 영상획득 공정시 기존의 성능 저하 문제를 개선할 수 있으며, 기판의 재사용도 가능하므로 제조 비용이 절약될 수 있다.
정리해 보면, 본 발명의 실시예는 대면적 부도체 샘플을 비파괴 검사로 표면 또는 단면 영상/성분 분석을 위해 SEM/FIB가 사용된다. 이때 샘플 표면 전도성이 미확보된 상태에서 전자/이온 차징에 의한 표면 에너지가 변하면서 보상하기 위한 시스템을 제공하게 되며, 전자/이온 차징 보상, 샘플과 보상 장치 사이 미세한 갭 조절이 가능하며, FIB 단면가공(milling) 중 SEM 영상획득이 가능하게 되는 등의 목적을 모두 만족시킬 수 있게 된다.
도 3은 SEM 영상획득과 FIB 단면가공을 위해 샘플 표면을 위한 코팅과 접지 연결을 설명하기 위한 도면, 그리고 도 4는 대형 기판에서 파괴 및 비파괴 분석 방식 절차를 비교하여 보여주는 도면이다.
설명의 편의상 도 3 및 도 4를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 SEM(Scanning Electron Microscope) 등의 영상획득장치(130)를 이용한 고배율 영상 획득과 FIB(Focused Ion Beam) 등의 단면가공장치(120)를 이용한 단면 가공을 위해 샘플 표면 전도성 확보를 위한 코팅(coating)과 접지를 연결한다.
SEM은 1차 전자(Primary electron)가 샘플 표면에 닿고 샘플에 전도된 전자가 접지로 잘 빠져나가 표면 에너지의 변화가 없어야 2차 전자(Secondary electron)/후방산란전자(Backscattered electron)가 생성되어 표면 형상과 성분 분석 효율이 높아진다.
FIB는 영상 획득보다는 단면 가공이 주 목적이며 단면 가공 후 SEM으로 레이어(layer) 분석이 가능하다. SEM과 동일하게 1차 이온(primary ion)이 샘플 표면에 닿고 샘플에 잘 전도되어 접지로 빠져나가야 단면 가공 품질이 우수하게 된다.
도 4는 파괴 및 비파괴 분석 방식 절차를 비교한 것으로, 도 4의 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이 파괴 방식에 비해 비파괴 방식이 절차 간소화로 인해 공정(예: 준비/분석) 시간이 단축되는 것을 확인할 수 있다. 또한 비파괴 방식의 가장 큰 장점은 기판 재사용이 가능하다는 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SEM-FIB 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 5를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 SEM-FIB 분석 시스템(100)은 공정 장비 내로 투입되는 부도체 기판(97)의 샘플 표면에 대한 검사를 (진행하기) 위해 (기)접지된 상태의 차징 보상부를 샘플 표면에 위치시켜 차징 보상부를 통해 샘플 표면에서의 하전 입자의 차징을 보상한다(S500). 여기서, 차징을 보상한다는 것은 하전 입자의 차징을 방지하거나 제거하는 것을 의미한다고 볼 수 있다.
차징 보상부는 샘플 표면상에 위치하는 디스크 또는 메탈 그리드(200) 등과 같은 도체부재일 수 있으며, 해당 도체부재는 전기적으로 접지되어 있는 것이 바람직하다. 차징 보상부는 대형 기판(97)상의 다수의 샘플 표면에 대한 검사가 진행될 수 있도록 위치 변경이 이루어지며, 해당 위치 변경은 차징 보상부에 연결되어 푸쉬 인 및 풀 아웃 동작을 수행하는 캔틸레버부에 의해 이루어진다. 물론 캔틸레버부의 상하좌우의 동작 제어에 따라 차징 보상부는 샘플 표면에 접촉하기보다는 미세한 갭을 유지하여 차징 보상 동작을 수행할 수 있다. 미세한 갭을 유지함으로써 차지 보상 동작의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한 SEM-FIB 분석 시스템(100)은 샘플 표면의 단면 가공 및 영상을 획득한다(S510). 예를 들어, 메탈 그리드(200)의 경우 차징 보상과 함께 단면 가공 및 영상 획득이 동시에 이루어지게 되므로 단면 가공이나 영상 획득을 위해 메탈 그리드(200)의 차징 보상부를 이동하지 않아도 되므로 검사 작업이 수월할 수 있다.
상기한 내용 이외에도 도 1의 SEM-FIB 분석 시스템(100)은 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로, 그 내용들로 대신하고자 한다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
한편, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
110: 차징 보상기
120: 단면가공장치
130: 영상획득장치
130: 영상획득장치
Claims (12)
- 공정 장비 내로 투입되는 부도체 기판의 샘플 표면에 대한 검사를 위해 기접지된 상태의 차징 보상부를 상기 샘플 표면에 위치시켜 상기 차징 보상부를 통해 상기 샘플 표면에서의 하전 입자의 차징을 보상하는 차징 보상기; 및
상기 샘플 표면의 단면을 가공하고 영상을 획득하는 듀얼빔 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 차징 보상기 및 상기 듀얼빔 장치는, 광학현미경을 통해 확인되는 샘플 표면의 위치를 변경하면서 상기 검사를 진행하는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 차징 보상기는, 상기 차징 보상부로서 기준 면적 이상의 대면적을 보상하는 메탈 그리드(metal grid)를 이용하는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 차징 보상기는, 상기 차징 보상부를 캔틸레버 형태로 연결하여 구성되는 캔틸레버부를 포함하며, 상기 캔틸레버부를 제어하여 위치가 변경되는 샘플 표면의 위치로 상기 차징 보상부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 차징 보상기는, 상기 기판의 가장자리 영역에 고정되는 상기 캔틸레버부를 푸쉬 인 및 풀 아웃 조작하여 상기 차징 보상부의 위치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 듀얼빔 장치의 단면가공장치는 상기 샘플 표면에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 듀얼빔 장치의 영상획득장치는 상기 샘플 표면에 대하여 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 시스템. - 차징 보상기가, 공정 장비 내로 투입되는 부도체 기판의 샘플 표면에 대한 검사를 위해 기접지된 상태의 차징 보상부를 상기 샘플 표면에 위치시켜 상기 차징 보상부를 통해 상기 샘플 표면에서의 하전 입자의 차징을 보상하는 단계; 및
듀얼빔 장치가, 상기 샘플 표면의 단면을 가공하고 영상을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 방법. - 제7항에 있어서,
상기 차징 보상기 및 상기 듀얼빔 장치를 광학현미경을 통해 확인되는 샘플 표면의 위치를 변경하면서 상기 검사를 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 방법. - 제7항에 있어서,
상기 차징을 보상하는 단계는,
상기 차징 보상부로서 기준 면적 이상의 대면적을 보상하는 메탈 그리드를 이용하는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 방법. - 제7항에 있어서,
상기 차징을 보상하는 단계는,
상기 차징 보상부를 캔틸레버 형태로 연결하여 구성되는 캔틸레버부의 동작을 제어하여 위치가 변경되는 샘플 표면의 위치로 상기 차징 보상부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 방법. - 제10항에 있어서,
상기 차징을 보상하는 단계는,
상기 기판의 가장자리 영역에 고정되는 상기 캔틸레버부를 푸쉬 인 및 풀 아웃 조작하여 상기 차징 보상부의 위치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 방법. - 제7항에 있어서,
상기 단면을 가공하고 영상을 획득하는 단계,
상기 듀얼빔 장치의 단면가공장치는 상기 샘플 표면에 대하여 경사지게 배치하고, 상기 듀얼빔 장치의 영상획득장치는 상기 샘플 표면에 대하여 수직하게 배치하여 동작시키는 것을 특징으로 하는 SEM-FIB 분석 방법.
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| KR102418198B1 (ko) | 2019-05-15 | 2022-07-07 | 전상구 | 기판 상의 패턴을 측정하는 시스템들 및 방법들 |
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