전자현미경의 종류

목차

목 차
1. 서론

2. STM (Scanning Tunneling Microscope)

3. SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer)

4. AEM (Auger Electron Microscope)

5. AFM (Atomic Force Microscope)

6. NSOM (Near-field Scanning Optical Microscope)

본문내용

due
Magnetic Storage Media : Surface particles, Interdiffusion of layers
Display Devices : Defect particles, Cleaning residue
Glass and Ceramics : Grain boundary, segregation, Cleaning failures, Precipitates
Depth profile을 통한 박막의 성장 메카니즘 규명
표면의 원소에 대한 정량 분석등
참고 자료
AES (Auger Electron Spectroscopy)
수백 Å 크기의 Electron beam을 재료의 표면에 입사 방출되는 Auger electron의 에너지를 측정하여 재료표면을 구성하고 있는 원소의 종류 및 양을 분석해내는 표면분석 장비이다.
4. AFM ( Atomic Force Microscope)
요약
일반적으로 원자력 현미경(AFM)은 수백 마이크로미터 이하의 범위를 측정할 때 사용해 왔다. 그러나 더 큰 범위의 측정을 위해 200mm X 200mm의 AFM을 설계, 제작하였다. 전체 스테이지 시스템은 표면판, 글로벌 스테이지, 마이크로 스테이지로 구성하였다. 글로벌 스테이지와 마이크로 스테이지가 결합되면 장시간 정밀한 동작이 가능하다.
개발은 다음과 같이 진행되었다. 레이저 간섭계를 이용하여 스테이지의 위치와 각운동을 측정하고, 간결함과 장기적 안정성을 위해 Piezoresistive Type Cantilever를 사용하였다. 그리고 z축 피드백 제어를 위해 PZT 굴곡 구조와 전기 용량 센서를 선택하였다. 소프트웨어적인 측면을 살펴보면, 다양한 액츄에이터와 센서가 시스템에 포함되어 있기 때문에 AFM의 실행에 리얼타임 컨트롤이 필요하다. 그래서 간섭계 신호 변환, PID 제어, 트리거링 데이터 수집 등의 많은 함수들을 제공하는 LabVIEW FPGA Module을 사용하여 다축 제어 프로그램을 설계하였다. 이 제어 프로그램은 500kHz 이상의 Loop Rate를 달성하였으며, 격자 피치(pitch)와 스텝 높이의 측정에 적용될 것이다.
개발 배경
AFM은 구조물의 표면 형상을 관찰하는데 사용해 왔다. 기술이 발전함에 따라 더 작은 구조물의 치수나 형상을 측정하고자 하는 요구가 증가하게 되었고, 이를 위해 Metrological AFM이 몇몇 국가 연구소에서 개발되었다. 대부분의 이런 시스템들은 정밀한 Flexure 스테이지와 정전 용량 센서나 레이저 Iinterferometer와 같은 변위 측정 시스템으로 구성되어 있다. Metrological AFM은 주로 Critical Dimension, 구조물의 Pitch나 Step-Height를 측정하는데 사용된다. 그러나 이러한 시스템은 측정 범위가 수십 ㎛로 제한된다는 단점을 가지고 있다. NIIST와 PTB 등에서는 이와 같은 측정 영역의 한계를 극복하기 위한 연구를 진행해 왔고, KRISS(한국표준과학연구원)에서도 200 mm 200 mm 20 ㎛ 의 측정 영역을 갖는 LR AFM을 구성하였다. 이러한 측정 시스템들은 여러 종류의 구동기와 측정기로 구성되기 때문에, 각 구성 요소들의 유기적이고 효율적인 실시간 제어가 가능한 제어기의 구성과 제어 프로그램의 개발이 매우 중요하다.
1986 : Binning, Quate, and Gerber, IBM and Stanford 개발
1989 : 처음으로 상품화 Tapping Mode AFM 개발
1994 : Fluid Tapping Mode 개발
2003 : TR-Mode 개발
AFM은 잘 휘어지는 지렛대(cantilever)끝에 달려있는 뽀족한 침과 시료표면에 작용하는 원자 반발력, 즉 인력 및 척력이 작용한다. 이러한 상호작용 때문에 지렛대가 휘게 되고 그 휘는 정도를 레이저 광의 굴절을 통해서 표면정보를 얻는다.
AFM 장점
SEM 보다 더 정확하고 직접 높이를 측정하며 코팅과정이 필요 없음.
TEM 에 비해 시편 준비가 쉽다.
air, liquid 상태에서 샘플 측정 가능.
5. NSOM ( Near-field Scanning Optical Microscope )
NSOM은 Near-field Scanning Optical Microscope의 약자로 Tip 끝의 약 50nm 정도의 Aperture를 통해 0.05um의 Optical 분해능으로 광학 Image를 볼 수가 있으며, 동시에 AFM의 각종 Image를 함께 볼 수가 있습니다. 이 NSOM 기술은 현재 광통신 분야의 연구와 미생물학, 화학, 반도체 등 여러 분야에서 응용되고 있습니다.
NSOM의 핵심은 Probe-Tip을 만드는 기술이며,그 구조나 원리는 일반 AFM이나 Laser Confocal System 과 매우 유사합니다. NSOM의 기본적인 Optic 구조는 다음 그림과 같습니다.
일반 AFM 이나 SEM의 경우 단지 표면의 정보만을 얻을 수 있었으나 NSOM은 표면과 표면 이 투과층일 경우 그 하부층의 정보도 동시에 얻을 수가 있어 여러 가지 유용한 정보를 얻을 수 있습니다.
또한 NSOM Probe Tip의 Aperture 직경이 50nm 정도까지 작게 만들어질 수 있어, 이를 하나의 Sensor로서 사용하는 예도 늘어 나고 있습니다. 광통신 분야, Raman 분광, 혹은 표면에 매우 작은 구멍을 뚫거나 ( 50nm hole ),국소 부위의 Chemical Etching 등에도 이용이 되고 있습니다. 더불어 이러한 Tip 끝에 열전대 ( Thermocouple )을 장착하여, 표면의 국소 부위의 온도 변화 관찰도 가능합니다.
응용 가능한 분야
광 통신용 Optical Fiber 및 부품
Lensed Fiber 의 Focal Distance, Radius Curvature, 굴절률 평가
Wave Guide, DWDM 등 각종 광부품의 Defect Inspection
Display Panel : 미소 Pixel 의 Spectrum 분석
생명 공학 및 미생물학, 물리학, 화학 분석
반도체 Laser의 특성 분석
반도체 Process 및 분석
Cell 내 Overlay Confirm 용

키워드

현미경,   전자현미경,   stm,   sims,   aem,   afm,   nsom,   aes