표면 형상 관찰
2차전자는 표면 가까운 영역에서 발생해 패턴 형상, Edge, 표면 거칠기 확인에 유리합니다.
SEM Principles
전자빔이 시료와 만나 SEM 이미지가 되는 과정
SEM은 전자총, 진공계, 전자 렌즈, 주사 코일, 검출기, 영상 처리부가 함께 작동하는 시스템입니다. 전자빔을 작은 Probe로 만들어 시료 표면을 스캔하고, 발생 신호를 위치 정보와 연결해 이미지를 구성합니다.
전자빔 생성
전자총은 안정적인 방출 전류를 만들고, 가속전압은 전자가 시료에 도달할 때의 에너지를 결정합니다.
Probe 축소와 주사
콘덴서 렌즈와 대물 렌즈는 빔을 작은 Probe로 줄이고, 주사 코일은 시료 표면을 순차적으로 이동시킵니다.
신호-위치 매핑
각 X-Y 위치에서 검출된 신호 강도는 화면의 밝기와 콘트라스트가 되어 표면 형상과 조성 차이를 보여줍니다.
System Components
SEM을 구성하는 핵심 모듈
전자총Tungsten, LaB6, FE 방식 등으로 전자를 방출합니다. 반도체 검사에서는 낮은 에너지에서도 안정적인 빔과 높은 해상도가 중요합니다.
진공 시스템전자빔이 기체 분자와 충돌해 산란되지 않도록 하고, 전자원 안정성과 시료 오염 저감을 지원합니다.
전자 렌즈콘덴서 렌즈와 대물 렌즈가 빔을 축소하고 초점을 맞춥니다. Probe size는 해상도, 신호량, 초점심도에 영향을 줍니다.
주사 / 이미지 시스템주사 코일이 전자빔을 위치별로 이동시키고, 신호 적분과 영상 처리를 통해 노이즈를 줄이고 관찰 이미지를 형성합니다.
Signals
시료에서 발생하는 주요 신호
조성·하부 정보 확인
후방산란전자는 상대적으로 깊은 영역의 정보를 포함하며, 원자번호 차이에 따른 콘트라스트를 확인할 수 있습니다.
성분 분석
특성 X-ray를 분석하면 결함 위치나 특정 영역의 원소 성분 정보를 확인할 수 있습니다.
Resolution & Focus
해상도와 초점심도는 함께 검토해야 합니다
해상도를 높이려면 Probe size를 줄이고 고배율 조건에 맞춰야 하지만, 신호량과 초점심도는 줄어들 수 있습니다. 반대로 단차가 크거나 굴곡이 많은 시료는 충분한 초점심도와 신호량을 확보하는 조건이 더 중요할 수 있습니다.
따라서 SEM 장비 검토 시에는 요구 해상도만이 아니라 시료 형태, 단차, 관찰 배율, 신호 종류, 반복 검사 조건을 함께 정리해야 합니다.