TECH

한국전자기계융합기술원 하전입자빔센터는 하전입자빔 기술을 바탕으로
진공(챔버, 스테이지) 시스템, 플라즈마 장비 설계∙제작 기술을 보유

하전입자빔 장비개발을 바탕으로 집속이온빔FIB 및 주사전자현미경FE-SEM 장비를 활용하여 다양한 시료의 가공, 분석서비스 제공하고, 하전입자빔을 이용한 장비개발에 관한 연구를 진행하고 있음.

KEMCTI Charged Particle Lab. 일상적인 분석 작업에 대한 완벽한 솔루션을 제공합니다.

KEMCTI Charged Particle Lab. 연구원들은 관찰, 측정 및 분석은 다양한 산업 분야의 새로운 혁신에 기여합니다.

Our Mission

- 하전입자빔 장비개발 경험과 고가의 입자빔 장비를 보유하여, 시료분석, 분석 솔루션 제공

- 새로운 응용분야에 하전입자빔 기술을 접목하기 위한 기술개발 추진

- 다양한 시료의 미세영역 관찰을 위한 분석 솔류션 보유

Our Advantage

- 여러 시료들의 단면분석을 수행할 수 있음.

- 단면, 평면 시료 분석장비의 상용화 진행.

- 집속이온빔 장비 개발 중

- 전자현미경용 단면분석을 위한 다양한 sub 장비 보유

하전입자빔 관련 장비 개발

  • 시료 가공 장치

  • Ion-milling Systems

  • Plasma ion beam 관련 기술개발

  • 관련 주변기기

  • 분석·관찰용 가공장치

  • (Ga, Plasma source) FIB

  • (thermal, FE) SEM

  • 하전입자빔 관련 장치 (검출기, 고진공 스테이지 등)

Charged Particle(Electron & Ion beam) Device

Developing System

  • FE SEM

  • Thermal SEM

  • Popular SEM

  • Small SEM

  • Atmospheric SEM

  • Dual Beam

  • Plasma Ion Source

  • Plasma FIB

  • FIB

  • Ion Miller

분석 서비스

  • Precise Sub-Micron Cross-Sectioning

  • Precise Substrate Thinning | Polishing

  • Dual-Beam Focused Ion Beam FIB Nano-Fabrication

  • Ion Cross Section Milling, Polishing, and Cutting

다양한 분야 시료

재료분석 서비스

불량원인 분석 등

<전자부품의 불량분석 사례>

시료 전처리 과정

  • Coating

  • Decapsulation

  • Delayering

  • Cross section

  • Site-specific milling/depo.

시료 전처리 대표장비

- Ga* FIB

- Ion miller

- Ultramicrotom

- Cryo preparatio.

개발 핵심연구장비
(다양한 현미경)활용을위해
“시료 전처리 장비” 개발도 매우 중요함.

Microanalysis tools

  • Electron exitation and absorption techniques

    • -  

      SEM - Scanning electron microscpy

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      EPMA - Electron probe microanalXsis

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      LEXES - low energX electron induced x-raX emission spectroscopy

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      TEM-STEM - Transmission electron microscopX (and scanning transmission electron microscopX or analXtical electron microscopX = AEM)

    • -  

      EELS - electron energX loss spectroscopy

    • -  

      EBSD - electron backscatter diffraction in SEM

    • -  

      AES - Auger electron spectroscopy

  • Photon ablation

    • -  

      LA-ICP-MS - Laser ablation inductivelX coupled Plasam mass Spectrometry

  • Ion ablation and activation (focused ion beam techniques)

    • -  

      SIMS - Ion Microprobe - SecondarX ion mass spectrometry

    • -  

      SHRIMP - sensitive high resolution ion microprobe

    • -  

      nanoSIMS

    • -  

      He-ion microscopy

  • Photon excitation and absorption techniques

    • -  

      Optical Microscopy

    • -  

      XPS – X-raX photoelectron microscopX (or ESCA = electron spectroscopX for chemical analXsis)

    • -  

      FTIR – fourier transform infrared analXsis

    • -  

      UV-VIS

    • -  

      μ-XRF – micro-X-raX fluorescence

    • -  

      X-raX microdiffraction

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      SXnchrotron techniques XANES XAFS

  • Surface imagaing

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      (Thermal, FE) SEM, STEM - atomic, AFM - atomic, ESBD - SEM, AES, XPS, SIMS

  • Surface chemistry

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      SIMS, AES, XPS, TAP-APM, EPMA - LEXES(WDS)

  • Chemical analysis of microvolume Elemental concentrations

    • -  

      SEM-EDS, EPMA(WDS), LA-ICP-MS, u-XRF, SIMS, PIXE, FTIR(bonding, functional groups)

  • Chemical analysis of microvolume Isotropic concetrations

    • -  

      LA-ICP-MS - Laser ablation inductivelX coupled Plasam mass Spectrometry

    • -  

      SIMS

  • Analysis of microsctructure

    • -  

      TEM-STEM, ESBD-SEM, X-raXmicrodiffraction, STEM, AFM, TAP-APM

  • Micro-scale

    • -  

      SEM-EDS, EPMA, SIMS (ablation), AES (surface)

  • Nano-scale

    • -  

      HR-SEM-EDS, He-ion microscope, EPMA (special), TEM-STEM-EDS, STM (atomic scale), AFM(atomic scale), NanoSIMS(ablation), TAP-APM (atomaic scale)

(thermal, Field Emission) SEM, 전자현미경 기술

  • 전자빔 장비의 개요

    • -  

      시료의 측정방식에 따라 투과전자현미경, 스캔방식의 투과전자현미경, 일반 스캔방식의 전자현미경으로 분류

    • -  

      전자 source의 방식에 따라 분해능 및 렌즈 구성 등이 달라지게 됨.

    • -  

      전자빔 장비의 KeX Components : Electron Source, Column, Electronic, Control SW

  • 전자빔 소스의 종류 및 방출 시뮬레이션 연구

    • -  

      시료의 측정방식에 따라 투과전자현미경, 스캔방식의 투과전자현미경, 일반 스캔방식의 전자현미경으로 분류

    • -  

      전자 source의 방식에 따라 분해능 및 렌즈 구성 등이 달라지게 되며,

  • 전자빔 광학계의 설계, 시뮬레이션, 제작 평가 연구

    • -  

      시료의 측정방식에 따라 투과전자현미경, 스캔방식의 투과전자현미경, 일반 스캔방식의 전자현미경으로 분류

    • -  

      전자 source의 방식에 따라 분해능 및 렌즈 구성 등이 달라지게 되며,

  • 한국전자기계융합기술원 전자현미경 개발 이력 및 개발 방향

    • -  

      Thermal tXpe 전자 방출방식의 전자현미경을 제작하였으며, FE tXpe의 전자방출방식의 전자현미경 제작 경험을 보유함.

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      전자원 뿐 만 아니라, Electomagnetic 렌즈를 설계, 해석, 제작 평가를 수행하였음, 기타 빔 보정을 위한 Alignment, Stigmation, Scanning(Deflection) coil 기구들을 제작하였음.

    • -  

      낮은 가속 전압 이미징은 시편의 상호 작용 부피를 줄여 표면에 민감한 정보를 얻을 수 있기 때문에 매력적인 기술임.

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      또한 SEM 조사에 의한 절연 시료의 대전은 시료를 조사하는 데 사용되는 전자 에너지를 줄임으로써 피할 수 있습니다.

    • -  

      저에너지 SEM 이미징으로 인한 방사선 손상 감소는 반도체 장치 및 생물학적 시료와 같은 민감한 시료를 이미징하는 데에도 중요합니다.

    • -  

      낮은 에너지에서 미세한 전자 프로브 크기를 얻으려면 구면 및 색수차(Cs 및 Cc)가 낮은 특별히 설계된 렌즈가 필요

    • -  

      강한 전기장(샘플 바이어스)이나 강한 z기장(z기 단극 렌즈) 또는 둘 다에 시편을 담그는 것과 같이 이 문제를 극복하기 위해 기본 구현을 수행할 수 있음, 그러나 이러한 방법론은 모양과 샘플을 기울일 수 있는 능력 외에도 분석할 수 있는 샘플 유형에 심각한 제한을 가합니다.

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(Ga, Plasma source) FIB, 집속이온빔 기술

  • 집속이온빔 장비 개요

    • -  

      가속이온빔을 생성하여 샘플 표면의 특정 지점에 초점을 맞추어

    • -  

      샘플 재료의 이온과 원자 사이의 상호작용 특성은 전자빔에 비해 샘플 수정 및 이미징의 가능성을 크게 향상 시킴

    • -  

      나노 단위의의 층이 적층된 구조의 시편에서 층의 두께 및 구조에 관한 신뢰성 있는 정보를 목적으로 시편의 극소부분을 밀링하여 촬영 및 분석을 하는 시스템

    < 이온빔을 활용한 나노스케의 구조가공 >

집속이온빔 소스 및 광학계 기술

    • -  

      액체금속이온원(LMIS) 큰 이온전류를 얻을 수 있으며, 상온에서 사용할 수 있음. 오염현상(금속이온이 Target 물질에 도핑) 발생, 대략 50 eV 에너지분포로 색수차 발생.

    • -  

      가스전계이온원(GFIS) LMIS에 비해 오염이 거의 없으며, 이온원의 집속크기를 대략 5nm 이하로 가지며, 색수차에 영향을 주는 에너지 분포가 매우 낮음.

    • -  

      플라즈마이온원 오염이 적고 고속의 직접가공이 대면적에서 가능한 장점이 있음.

이온빔 밀링/폴리싱/대면적 밀링 시료가공 및 측정결과

    • -  

      가속이온빔을 생성하여 샘플 표면의 특정 지점에 초점을 맞추어

    • -  

      샘플 재료의 이온과 원자 사이

제작 장비를 이용한 가공실험 (상용장비 가공비교)

Pattern generator를 이용한 다양한 형상 가공

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(저에너지 플라즈마 이온건) 이온빔 밀링/폴리싱/컷팅 장비기술

  • 저에너지 플라즈마 이온건 장비 개요

    • -  

      이온 밀링/폴리싱/컷팅 방식은 가속된 이온이 시료와 충돌하고 이온이 원자나 분자를 밀어내는 스퍼터링 현상을 이용하여 시료를 밀링/폴리싱/컷팅하는 가공 방법이다.

    • -  

      이 기계는 금속, 세라믹, 유리, 다층 및 반도체, 광물 및 뼈와 같은 단단한 샘플을 밀링/폴리싱/컷팅을 통해 contrast 향상 및 오염제거, 세척을 통하여 SEM, TEM 및 광학 현미경 조사에서 검사합니다.

    • -  

      가스 플라즈마 또는 저에너지 이온 빔을 사용하여 시편을 노출하고 Cleaning 하는 데 사용할 수 있는 여러 가지 방법이 있습니다.

    < 저에너지 이온빔 가공장비 국내외 현황 >

저에너지 플라즈마 이온건(소스) 원리

  • Penning type disch rging ion gun

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      이온 에너지는 1 … 6~8 keV 사이에서 조정 가능

    • -  

      이온 소스에는 공정 가스(Argon gas)가 공급, 이온건 내부에는 양의 전압이 인가되는 양극, 양극과 음극 사이에 전위차를 발생시키는 음극, 그리고 플라즈마 유지를 위한 영구자석으로 구성

    • -  

      전압 인가에 의한 방전과 영구자석에 의해 이온화 챔버에서 형성되는 자기장에 의한 전자들의 운동으로 아르곤 가스와 충돌하고 충돌을 받은 아르곤 가스가 이온화되어 이온화 챔버에서양이온이 생성

    • -  

      이온화챔버에서 발생된 양이온의 일부는 음극의 인출홀을 통과하여 가속전극에 의해 가속되어 가속전극 인출홀에서 이온건의 외부로 방출되어 이온빔을 형성하여 시료와 반응을 하게 됨.

  • Saddle disch rging ion gun

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      이온 에너지는 1 … 10keV 사이에서 조정 가능

    • -  

      이온 소스에는 공정 가스(Argon gas)가 공급, 높은 전압(1 … 10kV)이 양극에 적용

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      음극과 Wehnelt 실린더는 접지 전위

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      양극과 음극 사이의 전기장으로 인해 공정 가스가 이온화되고(Ar+) 플라즈마가 생성

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      양전하를 띤 이온은 음극 쪽으로 가속되어 전자를 생성하고, 음전하를 띤 전자는 양극쪽으로 가속되고, 가스 원자와 충돌하여 이온을 생성

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      양극과 Wehnelt 실린더(saddle field) 사이의 전기장의 모양으로 인해 2개의 이온 빔이 생성되고 두 음극을 향해 가속

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      하나의 빔은 후면 음극에 의해 차단되고, 전류를 측정하고,

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      다른 빔은 전면 음극에서 빔 출구를 통해 유도되고, 이온의 에너지가 가속 전압과 일치하여 방출됨.

이온빔 밀링/폴리싱/대면적 밀링 시료가공 및 측정결과

한국전자기계융합기술원 개발 저에너지 플라즈마 이온빔 밀링장비

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      장점 : 국내 기술로 개발되어 장비의 유지보수가 빠르게 진행될 수 있음, 단면분석을 위한 정밀한 위치 조정 장치 기본 제공 (Jeol option), 가공결과는 외상장비와 동일하게 가공됨.

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      단점 : 일본(Jeol, Hitachi) 제품에 비해 밀링 Rate가 차이가 있음. 향후 이온소스를 최적화하여 밀링 Rate를 향상시키고 있음.

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