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|  제목: 차세대 검사장비, Confocal Laser Scanning Microscope |
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글쓴이: 관리자 조회: 3880 |
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레이저 파장 이용, 고분해능의 선명한 3D 이미지 획득
시료 손상 없이 즉시 손쉽게 관찰
Confocal Laser Scanning Microscope은 기존의 장비를 대신함과 동시에 단차 측정, 조도측정 등 여러 부분의 활용이 가능하기 때문에 레이저 현미경 시장의 지속적인 확대 및 발전이 기대된다. 또한 거의 모든 형태의 시료에 대응 가능하고 신뢰성 있는 데이터가 출력 가능함으로써 기존의 장비 사용에 한계를 느낀 사용자에게 가장 편리하고 간편한 측정장비가 될 것으로 예상한다.
자료제공 : (주)택산상역
본고에서는 기존의 SEM이나 광학현미경으로 측정하기 어려운 부분을 간편하게 측정할 수 있는 현미경 「Confocal Laser Scanning Microscope」를 소개한다. 레이저 스캐닝 마이크로스코프의 가장 큰 특징은 레이저 파장을 이용해서 고분해능의 선명한 3D 이미지를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 XY, Z축 측정까지 한 번의 클릭으로 가능하기 때문에 사용이 간편하다는 점도 장점에 속한다. 특히, 레이저 현미경은 기존의 SEM으로 측정할 수밖에 없었던 시료를, 손상 없이 즉시 손쉽게 관찰할 수 있는 점도 빼놓을 수 없는 장점이다.
Confocal Laser Scanning Microscope의 도입배경
기존의 SEM이나 접촉식 조도계는 일정 샘플에 있어서는 편리한 장비임에 틀림없다. 하지만 많은 사용자들은 이들 장비들을 사용함에 있어서 불편사항들을 호소해왔다. 사용자들의 불편사항들을 정리하면 다음과 같다.
(1) SEM 사용시 불편사항
- 결과가 얻어지기까지 다소의 시간이 걸린다. timely 결과가 필요 하다.
- 시료를 세편화하거나 코팅하거나 시료 그대로의 상태를 볼 수 없다.
- SEM은 진공/전처리 등 준비 시간이 걸리고, 사용도 불편하다.
- 보는 것만으로 해석이 되지 않는다. 역시 높이정보와 거칠기가 필요하다.
(2) 접촉식조도계 사용시 생기는 불편사항
- 금속 범프 표면이나 PCB패드 부 등의 미소영역의 조도 해석에
는 무리가 있다.
- 시료에 상처나 흠집이 생기는 단점이 있다.
- 접착제 표면과 같이 달라붙는 표면의 조도해석이 힘들다.
(3) 일반 금속현미경 사용시 불편사항
- 분해능 미달로 관찰할 수 없는 시료가 많다.
- 평면 정보 외의 3차원 정보가 필요하다.
- 정밀 치수관리에 대한 요구에 대응하지 못 한다.
Confocal Laser Scanning Microscope는 이러한 불편사항들을 해결해 준다. SEM과 비교해서 시료 준비시간이나 관측방법, 그리고 이미지 분석 및 측정까지 하나의 장비에서 모두 가능케 함으로써 비용 및 시간을 크게 줄일 수 있는 효과를 제공한다. 그림 1는 SEM과 레이저 마이크로스코프를 비교한 것을 도식화한 것을 보여주고 있다. 표 1은 SEM, 접촉식 조도계와의 장비와 비교해서 Confocal Laser Scanning Microscope만이 지니고 있는 장점을 나타내고 있다.
Confocal Laser Scanning Microscope의 특징을 아래의 글에 자세히 설명한다.
Confocal Laser Scanning Microscope의 기능 및 특징
(1) 고정도 계측
▶ 2차원 계측
- 1.5mm~1μm의 폭 계측에 최적.
- 선폭 외 원 직경 등의 기하측정도 가능.
▶ 3차원 계측
- 1mm~0.5μm의 단차계측에 최적.
- 체적/면적, 표면적 등의 3D계측도 가능.
- 투명 막 두께의 계측도 가능.
▶ 조도해석
- Rz0.1μm정도의 조도해석에 최적.
- 선조도 만이 아니고, 면조도의 해석도 가능.
- 비접촉식 측정방법을 사용하기 때문에 손상이 없음.
(2) 고 분해능 관찰
▶ 모니터 배율 14,400배. SEM에 이르는 확대율.
▶ 고 해상도로 SEM에 이르는 해상도.
▶ 종래의 광학현미경에서는 불가능했던 0.12μm의 L/S를 분해.
▶ 미분간섭 기능 탑재
▶ REAL TIME 관찰가능.
▶ 관찰영역은 최대 2,560×2,560μm
(3) 3D, 컬러 등 다양한 정보취득
▶ 광학현미경에서는 불가능했던 3D 형상관찰.
▶ SEM에서는 불가능했던 컬러 관찰.
▶ 등고선 표시나 mesh 표시에 의한 3D 정보표시.
▶ 미분간섭으로, 표면을 더욱 더 미세한 요철 정보도 식별.
Confocal Laser Scanning Microscope의 원리
(1) 레이저 광원
▶ 408nm 단파장 반도체 레이저채용
- 휘도가 높다(고배율 관찰에 필수).
- 단색성이 우수하다.
- 지향성이 좋다.
▶ 왜 408nm이어야 하는가？
- 단파장 채택으로 고분해능 실현
(2) XY스캔
▶ OLYMPUS 독자의 스캐너·on·스캐너 타입 2차원 스캐너 탑재.
▶ X 방향에는 전자형 MEMS 스캐너에 의해 고속으로 스캔 가능.
▶ 갈바노미러로 Y방향 스캔.
▶ 옵티컬 미러+갈바노 미러의 우위성은？
- 광시야
- 광학 줌 가능
- 저왜성
- 고속성, 내구성, 정숙성
(3) 전용광학계와 수광소자
▶ 408nm 전용으로 설계된 전용 광학계
- 통상의 현미경광학계는
550nm를 중심파장으로
한 광원용으로 설계
- 408nm정도의 단파장이 되
면, 통상광학계에서는 각종 수차가 발생
- OLYMPUS에서는 408nm전용광학계를 개발 설계.
- 수광소자에는, 감도 높은 PMT를 채용.
(4) CONFOCAL 광학계
▶ 광검출전에 원형핀홀을 배치
- Flare 등의 화상열화 성분을 제거해서 콘트라스트가 향상됐다.
- 초점 상하방향에 비합초의 화상은 검출되지 않는다.
(같은 높이의 화상만 검출).
Confocal Laser Scanning Microscope의 Application
앞에서와 같은 기능과 원리로 Confocal Laser Scanning Microscope는 다양한 시료와 다양한 사용자의 요구에 대응 가능하다. 대표적인 응용분야를 보면 표 2와 같다.
Confocal Laser Scanning Microscope의 대표적인 응용 분야인 반도체, 패키징 시장, 프린트 기판, MEMS 분야 등에서의 계측 특성과 계측사진을 나열했다.
(1) 반도체
▶ IC 패턴계측
▶ CMP 공정 관리
▶ 프로버에 의한 상 깊이 계측
▶ 연마용 패드 관리
▶ 다이싱 홈 깊이 계측
(2) 패키징 시장
▶ 범프 단차계측
▶ 범프 체적계측
▶ 범프 상부의 조도해석
▶ 이물 계측
▶ 크랙 관찰
▶ 와이어 본딩부
(3) 프린트 기판
▶ 금속 배선의 폭과 높이 측정(임피던스 관리 가능)
▶ 비아 홀 깊이, 경, 바닥 및 주변 조도
▶ 전극패드부의 조도
▶ 필름 표면의 조도
▶ 막 두께계측
▶ 부식부의 관찰, 조도해석
▶ 정밀드릴 마모상태 관리
(4) MEMS
▶ 잉크젯 노즐 형상관찰
▶ MEMS 패턴폭 및 단차 계측
▶ Si wafer 홀 깊이계측
▶ 3D 형상관찰
▶ 실장부 조도해석
Confocal Laser Scanning Microscop은 기존의 장비를 대신함과 동시에 단차 측정, 조도측정 등 여러 부분의 활용이 가능하기 때문에 레이저 현미경 시장의 지속적인 확대 및 발전이 기대된다. 또한 거의 모든 형태의 시료에 대응 가능하고 신뢰성 있는 데이터가 출력 가능함으로써 기존의 장비 사용에 한계를 느낀 사용자에게 가장 편리하고 간편한 측정장비가 될 것으로 예상한다. |
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2026. 03. 10. 전체글: 15 방문수: 62098 |
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