SEM 구성품 중 렌즈편!

안녕하세요^^, 검사장비 전문기업 쎄크입니다.

쎄크가 취급하는 주사전자현미경(SEM)은 전자총과 집속렌즈, 대물렌즈,

주사코일로 구성되어 있는데요!

오늘은 그 중 집속렌즈와 대물렌즈에 대해 소개해 드리려 합니다.

 

 

 

 

주사전자현미경의 렌즈

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전자총에서 나오는 전자빔의 크기는 약 10∼50㎛로서 보통 2개의 집속렌즈와

1개의 대물렌즈를 이용하고, 시편에 주사되는 전자빔의 크기의 약 1/10000인 5∼200nm정도인데요, 전자빔이 가늘수록 표면의 모양을 더 자세히 관찰할 수

있답니다.

필라멘트에서 나오는 전자는 여러 방향으로 퍼져서 나오기 때문에 전자빔을

가늘게 만들려면 바깥쪽에 있는 전자를 안쪽으로 밀어 넣어야 하는데

전자현미경에서는 전자석(집속렌즈)을 이용하여 전자빔을 가늘게 만듭니다.

 

 

 

 

집속렌즈

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집속렌즈는 전자총을 빠져나온 전자빔을 모아주는 역할을 하며 조리개

(aperture, 50~200 ㎛)와 함께 조합하여 전자빔의 세기를 결정하는 요소가

되는데요, 조리개의 크기가 작으면 spot size가 작아지고 통과하는 전자들의

수가 감소하며 구면수차(spherical aberration)를 감소시킨 답니다.

 

 

 

 

대물렌즈

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시료에 조사되는 빔의 크기를 결정하는 대물렌즈는 전자빔 형성렌즈로도

불리는데, 작은 전자빔을 만들기 위해서는 초점거리가 짧고 시료의 표면에

가깝게 위치되도록 합니다.

2개의 주사코일과 한 쌍의 stigmator로 구성되어 있고, 주사코일은

scan generator에 연결되어 시료 표면에 형성된 전자빔의 spot을 체계적으로

이동시킬 수 있도록 되어 있습니다.

 

Stigmator는 시편에 입사되는 전자빔이나 시편에서 방출되는 이차전자의 spot이

정확히 둥굴지 않을 경우 spot의 일그러진 방향에 반대의 전자기장을 걸어서

교정하는 기능을 합니다.

대물렌즈와 시료표면 사이의 거리를 작동거리(working distance)라 하는데,

작동거리가 짧을수록 더욱 작은 점을 형성할 수 있으며, 영상의 해상도가

좋아집니다.

 

 

 

 

대물렌즈 속에는 주사코일, 조리개와 비점수차코일 등이 들어있으며,

대물렌즈로 전자빔을 시료의 표면에 초점을 맞추므로 영상의 배율이 변하여도

초점은 변하지 않습니다.

렌즈를 설계할 때 제약요소는 렌즈와 시편 사이의 공간을 전자검출기와

공유해야 하며, 다소 여유 있는 working distance를 갖고 있는 것이 좋은데요!

시료를 절단하지 않고 가급적 큰 시료를 바로 측정해야 할 때가 많기 때문입니다.

과거에는 평면 pin hole 렌즈를 많이 사용하였으나 최근에는 반도체 웨이퍼의

대형화 등으로 60도 conical 렌즈를 주로 채용하고 있습니다.

 

지금까지 SEM의 구성 요소 중 렌즈에 대해 소개해 드렸습니다.

쎄크는 산업용 엑스레이 검사장비와 주사전자현미경 등 검사, 분석용장비를

개발 및 생산하는 국내 최고의 검사장비 회사로 홈페이지를 방문하시면

다양한 주사전자 현미경을 만나보실 수 있습니다.