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문제 정의
- 알 수 있을 것이다. 본 논문에는 두 개의 현미경을 통합하기 위한 전단계로 각각의 현미경을 구성하여, 여러 금속 시료의 표면영상을 측정하고 비교해 보았다.
제안 방법
- O~1V의 전압값에 따라 검정색 ~ 백색의 명암을 모니터에 나타내게 되는데, Offset과 Gain회로를 사용하여 시료마다 다른 반사율을 조절할 수 있게 구성하였다.
- 하지만 높이나 깊이를 측정할 경우, 반사율이 비슷한 재질로 구성된 시료에선 높이차를 측정할 수 있었지만, 재질의차이나 열적인 손상에 의해 반사율이 크게 다를 경우에는 높이차를 측정하는데 다소 어려움이 있었다. 그래서 정확한 높이 차이의 측정이 필요한 영역에서는 전단 변형힘 원자현미경을 이용하여 측정하였다.
- 변화 스캔 방식은 영상의 시작이나 선을 표현하는 시간 및 y 축 방향의 선 수 X축 방향의 선 픽셀 수 등을 임의로 변화시켜 scan 할 수 있어서, 실험에 사용하는 하드웨어의 scan 속도에 맞게 조절할 수 있다. 스캔은 X축 스캐너에 사인파를 y축 스캐너는 톱니 파를 공급하고 각기 나오는 동기 신호(Synchronization pulses)를 이용하여 수평 동기 신호(H-Sync)는 새로운 선의 시작을, 수직 동기 신호(V-Sync)는 새로운 영상의 시작을 맞추는데 사용하였다.
- 이렇게 얇게 형성되어 있는 금속부분의 높이차를 측정하기 위해 정밀 스테이지를 사용하여 초점의 위치를 z축 방향으로 이동시켜 보았다. 하지만 금속의 반사 신호가 매우 강하여 유리부분의 반사 신호 변화가 거의 나타나지 않았다.
- 이상으로 본 논문에서는 공초점현미경과 원자 현미경을 직접 구성하여 여러 시료들의 형상을 측정해 보았고, 각 현미경의 장점과 단점을 알아보았다. 이러한 실험은 두 현미경이 가지는 장점만을 이용하여 새로운 개념의 하이브리드 타입 현미경을 개발하기 위한 과정 중의 하나이다.
- 전체적인 실험 장치는 Fig. 2와 같고, 전단 변형 힘을 이용하여 시료의 깊이 정보를 측정하도록 구성하였다. 약 32kHz의 공명주파수를 갖는 수정진동자에 광섬유 탐침을 붙인 헤드를 구성한 뒤, 이것을 시료 표면에 서서히 접근시킨다.
- 직접 제작한 공초점현미경과 원자현미경을 사용하여 LCD 모듈의 Bump와 ITO, 레이저 가공된 웨이퍼 시료의 표면 영상을 측정하였다. 제작된 공초점현미경은 y축 스캐너로 CD pick-up 모듈을 사용하여 작고 값싸게 구성할 수 있었다.
대상 데이터
- 직접 제작하였다. 광섬유는 FS-SN-4224 (Thorlabs)#, 에칭용액은 40% HF를 사용하였다. 40% HF 용액에 100분 이상 광섬유를 에칭 시킨 후, 재킷 부분을 제거하여 사용하였다.
- 1과 같고, 광섬유를 직접 구동하는 레이저 주사 타입의 공초점현미경으로 구성하였다. 사용한 광원은 780nm이고, 반경이 3mm인 대물렌즈를 사용하였다. 편광유지 단일모드광섬 유(single mode polarization maintaining fiber)는 0.
- 6에서와 같이 동일한 재질로 되어있는 시료일 경우에는 초점의 위치를 변화 시켜 바닥의 영상도 볼 수가 있다. 시료로는 인그래이빙 된 실리콘 웨이퍼를 사용하였고, 초점의 위치를 10例 씩 총 30例 이동시켜 영상을 얻은 것이다. 여기서 전체 영상의 크기는 160씨75伽2이고 초당 한 장의 영상을 얻을 수 있었다.
- 이 상태에서 시료를 x-y축으로 스캔 하고, 이때 변화하는 압전소자의 공급전압을 이용하여 영상을 측정할 수 있다. 여기서 스테이지는 SGSP(MS) 26-100 (SIGMA KOKI사) 을 사용하였다. 영상처리에 사용된 자료획득(Data Acquisition) 보드는 Data Translation사의 DT9802를 이용하였다.
- 여기서 스테이지는 SGSP(MS) 26-100 (SIGMA KOKI사) 을 사용하였다. 영상처리에 사용된 자료획득(Data Acquisition) 보드는 Data Translation사의 DT9802를 이용하였다.
- 이 실험에서 사용된 시료는 핸드폰 LCD 모듈에 사용되는 Bump와 ITO, 그리고 열적인 손상에 대한 시료로 인그래이빙된 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.
- 전단 변형힘 원자현미경 영상 측정 시료로는 ITO와 레이저 가공된 웨이퍼를 사용하였다.
- 측정된 레이저 반사 신호를 처리하기 위하여 변화 스캔(variable scan) 방식의 영상획득보드(frame grabber board)인 DT3152를 사용하였다. 변화 스캔 방식은 영상의 시작이나 선을 표현하는 시간 및 y 축 방향의 선 수 X축 방향의 선 픽셀 수 등을 임의로 변화시켜 scan 할 수 있어서, 실험에 사용하는 하드웨어의 scan 속도에 맞게 조절할 수 있다.
이론/모형
- 실험에 사용한 광섬유 탐침은 에칭방법을 사용하여 직접 제작하였다. 광섬유는 FS-SN-4224 (Thorlabs)#, 에칭용액은 40% HF를 사용하였다.
성능/효과
- 광학현미경으로 관찰한 영상을 보면, 전극부분은 밝게 보이고 유리 부분은 약간 흐리게 보여 두 물질사이의 경계 부분이 매우 선명하게 나타남을 알 수 있지만, 높이차는 측정하기가 어렵다. 공초점현미경의 경우에도 금속 부분은 반사율이 좋아서 잘 나타났지만, 상대적으로 유리부분은 거의 나타나지 않아서, 경계 부분이 매우 뚜렷하게 나타남을 볼 수 있었다. 공초점현미경으로 얻은 ITO 영상에서 간섭 모양을 볼 수가 있는더], 이것은 금속부분의 두께가 200nm 로 매우 얇기 때문에 ITO의 앞면과 뒷면에서 반사된 빛들이 간섭현상을 일으킨 것이다.
- 전극부분의 크기는 60例로 광학현미경 과공 초점 현미 경 모두 동일하게 측정 되 었다. 광학현미경 의 전체 영 상 크기 는 180x120伽2 이 고, 공초점현미경의 전체 스캔 영역은 140시20伽2 이였으며, 초당 1장의 영상을 얻을 수 있었다.
- 9는 ITO의 전단 변형힘 원자현미 경 영상으로 전체 크기는 200X20(加이 며, 한 장의 영상을 얻는데 90분의 시간이 소요됐다. 전극 부분의 폭은 64例로 비교적 정확하게 측정되었고, 가장 첫 번째 데이터로 전극의 높이를 즉정해 보았을 때 300nm 로 측정되었다.
후속연구
- 개발될 하이브리드 타입 현미경은 공초점현미경으로 시료의 전체형상을 측정한 후, 정확한 3차원 형상이 필요한 부분만을 원자현미경으로 측정하는 통합형 현미경이다. 두 현미경의 측정부분(각각의 헤드)을 하나의 블록으로 통합하여 정 확한 위 치제어 가 가능하게 할 것이다.
- 상호보환적인 특성을 갖는 두 현미경의 장점만을 살려서 통합 형태의 새로운 현미경을 구성한다면 시료의 3차원 영상뿐만 아니라 정확한 표면 정보까지 알 수 있을 것이다. 본 논문에는 두 개의 현미경을 통합하기 위한 전단계로 각각의 현미경을 구성하여, 여러 금속 시료의 표면영상을 측정하고 비교해 보았다.
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