[논문]전자빔 몬테 카를로 시물레이션 프로그램 개발 및 전자현미경 이미징 특성 분석

김흥배

doi:10.7736/kspe.2012.29.5.554

전자빔 몬테 카를로 시물레이션 프로그램 개발 및 전자현미경 이미징 특성 분석
Development of Electron Beam Monte Carlo Simulation and Analysis of SEM Imaging Characteristics 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.29 no.5, 2012년, pp.554 - 562

김흥배 ((주)쎄크)

Abstract ▼ AI-Helper

Processing of Scanning electron microscope imaging has been analyzed in both secondary electron (SE) imaging and backscattered electron (BSE) image. Because of unique characteristics of both secondary electron and backscattered electron image, mechanism of imaging process and image quality are quite different each other. For the sake of characterize imaging process, Monte Carlo simulation code have been developed. It simulates electron penetration and depth profile in certain material. In addition, secondary electron and backscattered electron generation process as well as their spatial distribution and energy characteristics can be simulated. Geometries that has fundamental feature have been imaged using the developed Monte Carlo code. Two, SE and BSE images generation process will be discussed. BSE imaging process can be readily used to discriminate in both material and geometry by simply changing position and direction of BSE detector. The developed MC code could be useful to design BSE detector and their position. Furthermore, surface reconstruction technique is possibly developed at the further research efforts. Basics of Monte Carlo simulation method will be discussed as well as characteristics of SE and BSE images.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 C++ 언어와 OpenGL 그래픽 라이브러리를 이용하여 몬테카를로 시물레이션 프로그램을 개발하였다. 초기 위치, 입사방향 및 초기에너지 E(eV)를 가진 전자가 원자번호 Z 을 가지는 모재에 입사할 경우 평균자유경로 만큼씩 모재 내부를 이동하며 산란을 한다.
본 연구에서는 이러한 연구 추세에 맞추어 전자 빔의 특성을 이해하고자 전자 빔과 모재의 상호작용에 대한 몬테 카를로(Monte Carlo) 프로그램을 개발하는 것을 목표로 한다. 특히 전자현미경에서 이미징을 위해 사용하는 이차 전자(Secondary Electron, SE)와 후방산란 전자(Backscattered Electron, BSE)의 발생 특성과 이들의 공간(Spatial) 및 에너지(Energy) 특성을 분석하고자 한다.
본 연구에서는 이러한 연구 추세에 맞추어 전자 빔의 특성을 이해하고자 전자 빔과 모재의 상호작용에 대한 몬테 카를로(Monte Carlo) 프로그램을 개발하는 것을 목표로 한다. 특히 전자현미경에서 이미징을 위해 사용하는 이차 전자(Secondary Electron, SE)와 후방산란 전자(Backscattered Electron, BSE)의 발생 특성과 이들의 공간(Spatial) 및 에너지(Energy) 특성을 분석하고자 한다. 세부적인 연구 목표는 아래와 같다.

제안 방법

이미징을 위해 사다리꼴 형상을 정의 한 후 일정한 간격으로 스캔하여 이차 전자와 후방산란 전자의 수율을 측정하였다. 수율을 이용하여 2 차원적인 이미징을 수행하였다.
이 논문에서는 10nm (FWHM)의 직경을 가지는 전자빔과 실리콘 모재를 사용하여 몬테카를로 시물레이션을 수행하였다.
이차 전자와 후방산란 전자를 이용한 이미지를 얻기 위해 간단한 형상을 정의하고, 형상 위를 10 nm (FWHM)의 직경을 가지는 빔을 이용하여 일정한 간격으로 스캐닝 하였다. 이때 발생된 이차 전자와 후방산란 전자의 수율을 이용하여 이미지를 형상화 하였다. 정의한 형상은 Fig.
이차 전자의 발생 특성이 발생각도가 아닌 발생 수율에 있는 반면, 후방산란 전자의 경우 높은 에너지를 가지고 모재로부터 발생되므로 방향성을 가지고 일정한 위치에 도달하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 후방산란 전자의 수집은 전극을 이용한 수집이 아니라 시편 위에 설치한 후방산란 전자 검출기를 이용한다. 따라서 후방산란전자는 수율 뿐만 아니라 발생 방향에 큰 영향을 받는다.
이러한 결과로 개발 된 몬테 카를로 프로그램이 신뢰성이 있음을 확인하였다. 이미징을 위해 사다리꼴 형상을 정의 한 후 일정한 간격으로 스캔하여 이차 전자와 후방산란 전자의 수율을 측정하였다. 수율을 이용하여 2 차원적인 이미징을 수행하였다.
이번 절에서는 입사 에너지에 따른 이차 전자의 수율에 대해 개발된 몬테 카를로 프로그램을 이용하여 분석해 본다. 실리콘에 수직입사 한 전자 빔에 의한 이차 전자 발생 수율이 입사 에너지의 함수로 Fig.
전자빔 몬테 카를로 시물레이션 코드를 개발하였고 후방산란 전자 및 이차 전자의 발생 특성을 분석하였다. 이차 및 후방산란 전자의 발생 수율을 입사각도에 따라 분석하여 입사 각도가 증가할 수록 수율이 증가하는 것을 확인하였다.
후방산란 전자의 발생 방향, 발생 수율 등을 입사 각도에 따라 분석하였고, 고 에너지와 저 에너지에서 수율 변화를 기존의 연구 결과와 비교하여 동일한 경향을 얻었다. 이러한 결과로 개발 된 몬테 카를로 프로그램이 신뢰성이 있음을 확인하였다.

대상 데이터

본 연구의 주 목표는 세부목표 (1)의 몬테카를로 프로그램 개발이 목표이므로 세부목표 (2)와 (3)은 개발된 프로그램의 간단한 검증이다. 따라서 기존에 발표된 연구결과들과 비교하여 검증하며, 전제 검증은 Si 모재를 대상으로 한다.
시뮬레이션은 전자빔 직경이 10 nm(FWHM)인 가우스(Gaussian) 전자빔을 이용하였다. 일부 전자는 모재내부에서 외부로 탈출하게 되는데 이것을 후방산란 전자라 한다.

이론/모형

일부 전자는 모재내부에서 외부로 탈출하게 되는데 이것을 후방산란 전자라 한다. 모재내부를 진행하는 전자는 모재원자의 외각전자와의 상호작용으로 이차전자를 전자를 발생시키는데, 본 연구에서는 미분단 면적(differential cross section) 식(9)를 사용하여 이차전자 발생을 고려하였다.

성능/효과

후방산란 전자의 경우, 각도에 따른 수율의 증가가 이차전자 보다 크다는 것을 알 수 있으며, 이차 전자는 에너지가 클수록 각도에 따른 증가량이 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 후방산란 전자를 이용하여 입체적 이미지를 얻는 것이 이차 전자를 이용하는 것 보다 더 유리하며, 이차전자를 이용하여 입체적 이미지를 얻기 위해서는 높은 에너지를 사용하는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다.
후방산란 전자의 각도에 따른 민감도가 이차 전자보다 높다는 것을 확인하였으며, 이차전자의 경우에도 입사 에너지가 높을수록 민감도가 증가하는 것을 확인하였다. 또한 이차 전자의 에너지가 후방산란 전자에 비해 작은 평균 에너지를 갖는 것뿐만 아니라 입사 에너지와 방향에 따라 발생 특성이 변화되는 것을 확인하였다.
후방산란 전자의 발생 방향, 발생 수율 등을 입사 각도에 따라 분석하였고, 고 에너지와 저 에너지에서 수율 변화를 기존의 연구 결과와 비교하여 동일한 경향을 얻었다. 이러한 결과로 개발 된 몬테 카를로 프로그램이 신뢰성이 있음을 확인하였다. 이미징을 위해 사다리꼴 형상을 정의 한 후 일정한 간격으로 스캔하여 이차 전자와 후방산란 전자의 수율을 측정하였다.
전자빔 몬테 카를로 시물레이션 코드를 개발하였고 후방산란 전자 및 이차 전자의 발생 특성을 분석하였다. 이차 및 후방산란 전자의 발생 수율을 입사각도에 따라 분석하여 입사 각도가 증가할 수록 수율이 증가하는 것을 확인하였다. 후방산란 전자의 각도에 따른 민감도가 이차 전자보다 높다는 것을 확인하였으며, 이차전자의 경우에도 입사 에너지가 높을수록 민감도가 증가하는 것을 확인하였다.
이차 및 후방산란 전자의 발생 수율을 입사각도에 따라 분석하여 입사 각도가 증가할 수록 수율이 증가하는 것을 확인하였다. 후방산란 전자의 각도에 따른 민감도가 이차 전자보다 높다는 것을 확인하였으며, 이차전자의 경우에도 입사 에너지가 높을수록 민감도가 증가하는 것을 확인하였다. 또한 이차 전자의 에너지가 후방산란 전자에 비해 작은 평균 에너지를 갖는 것뿐만 아니라 입사 에너지와 방향에 따라 발생 특성이 변화되는 것을 확인하였다.

후속연구

또한 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 고밀도 전자빔에 의한 표면 처리 등에 관 한연구를 진행하기 위해서는 전자빔 몬테 카를로 시뮬레이션이 필수적이므로 열 발생 및 이로 인한 원자들의 승화(Sublimation)에 대한 연구를 진행 할 계획이다. 나아가 전자빔과 보조 가스를 이용한 증착 및 에칭에 관한 연구에 활용할 계획이다. 또한 생체재료의 생검에 사용되는 E-SEM 의 개발에서 빔의 가스와의 충돌문제와 이에 따른 이미징 특성을 연구할 계획이다.
나아가 전자빔과 보조 가스를 이용한 증착 및 에칭에 관한 연구에 활용할 계획이다. 또한 생체재료의 생검에 사용되는 E-SEM 의 개발에서 빔의 가스와의 충돌문제와 이에 따른 이미징 특성을 연구할 계획이다.¹⁷
추가적인 연구 계획으로 개발된 몬테 카를로 프로그램에 스캐닝 기능을 보강하여 좀 더 정밀한 형태의 이차전자 및 후방산란 전자 이미징 분석에 사용될 계획이다. 또한 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 고밀도 전자빔에 의한 표면 처리 등에 관 한연구를 진행하기 위해서는 전자빔 몬테 카를로 시뮬레이션이 필수적이므로 열 발생 및 이로 인한 원자들의 승화(Sublimation)에 대한 연구를 진행 할 계획이다. 나아가 전자빔과 보조 가스를 이용한 증착 및 에칭에 관한 연구에 활용할 계획이다.
추가적인 연구 계획으로 개발된 몬테 카를로 프로그램에 스캐닝 기능을 보강하여 좀 더 정밀한 형태의 이차전자 및 후방산란 전자 이미징 분석에 사용될 계획이다. 또한 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 고밀도 전자빔에 의한 표면 처리 등에 관 한연구를 진행하기 위해서는 전자빔 몬테 카를로 시뮬레이션이 필수적이므로 열 발생 및 이로 인한 원자들의 승화(Sublimation)에 대한 연구를 진행 할 계획이다.

참고문헌 (17)

Ivor, I. and Julius, J. M., "The Physics of Micro/Nano-fabrication," Plenum Press, 1992.
Kaesmaier, R. and Loschner, H., "Ion Projection Lithography: Progress of European MEDEA & International Program," Microelectron. Eng., Vol. 53, No. 1, pp. 37-45, 2000.

상세보기
Frey, L., Lehrer, C. and Ryssel, H., "Nanoscale Effects in Focused Ion Beam Processing," Appl. Phys. A, Vol. 76, No. 7, pp. 1017-1023, 2003.

상세보기
Matsui, S., "Three-dimensional nanostructure fabrication by focused ion beam chemical vapour deposition," Springer Handbook of Nanotechnology, pp. 211-229, 2010.
Young, R. J., Cleaver, J. R. A. and Ahmed, H., "Characteristics of gas-assisted focused ion beam etching," J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 11, No. 2, pp. 234-241, 1993.

상세보기
Kim, H. B. and Noh, S. L., "The Characteristics of focused ion beam utilized mold fabrication on the micro/nano scale," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 28, No. 8, pp. 966-974, 2011.
Kim, H. B., Hobler, G., Steiger, A., Lugstein, A. and Bertagnolli, E., "Level set approach for the simulation of focused ion beam processing on the micro/nano scale," Nanotechnology, Vol. 18, No. 26, Paper No. 265307, 2007.
Kim, H. B., Hobler, G., Steiger, A., Lugstein, A. and Bertagnolli, E., "Full three-dimensional simulation of focused ion beam micro/nanofabrication," Nanotechnology, Vol. 18, No. 24, Paper No. 245303, 2007.
Vasile, M. J., Xie, J. and Nassar, R. J., "Depth control of focused ion-beam milling a numerical model of the sputtered process," J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 17, No. 6, pp. 3085-3090, 1999.

상세보기
Kang, E. G., Kim, H. S., Kim, J. S., Lee, D. Y. and Lee, S. W., "Trends on the application of High density electron beam process," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 215-216, 2011.
Danilatos, G. D., "An atmospheric scanning electron microscope (ASEM)," Scanning, Vol. 3, No. 3, pp. 215-217, 1980.

상세보기
Smith, R., "Atom & ion collision in solids and at surfaces," Cambridge University Press, 1997.
Eckstein, W., "Computer simulation of Ion-Solid Interactions," Springer-Verlag, 1991.
Wikipedia, "Scanning electron microscope," http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
Assa'd, A., "Backscattering coefficients for low energy electrons," Scanning Microsc., Vol. 12, No. 1, pp. 185-192, 1998.
Williamson, W. and Antolak, A. J., "Monte Carlo calculation of electron scattering from surface films," J. Appl. Phys., Vol. 58, No.10, pp. 3687-3691, 1985.

상세보기
Kim, H. B. and Mazzouz, M., "Investigation of Imaging characteristic using E-SEM," FEI Company, 2008.

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증