초록 ▼

본 연구는 deflection field가 넓으면서도 수차가 작고 빔 왜곡이 작아서 실용화 가능한 저에너지 초소형 전자칼럼 광학계 개발을 최종 목표로 하고 있다. 이러한 목표를 달성하기 위하여 저에너지 전자 컬럼의 구조 개선을 통해 수차를 최소화하고 deflection field를 넓히는 방안을 연구한다. 일반적인 초소형 전자칼럼은 3개의 원형 아퍼처 홀을 가지고 있는 전극으로 구성된 아인즐렌즈로 구성되어 있다. 이러한 아인즐렌즈는 넓은 영역을 스캔하게 되면 구면수차에 의하여 빔 왜곡이 발생하는 문제점 있다. 이러한 문제점 해결을

본 연구는 deflection field가 넓으면서도 수차가 작고 빔 왜곡이 작아서 실용화 가능한 저에너지 초소형 전자칼럼 광학계 개발을 최종 목표로 하고 있다. 이러한 목표를 달성하기 위하여 저에너지 전자 컬럼의 구조 개선을 통해 수차를 최소화하고 deflection field를 넓히는 방안을 연구한다. 일반적인 초소형 전자칼럼은 3개의 원형 아퍼처 홀을 가지고 있는 전극으로 구성된 아인즐렌즈로 구성되어 있다. 이러한 아인즐렌즈는 넓은 영역을 스캔하게 되면 구면수차에 의하여 빔 왜곡이 발생하는 문제점 있다. 이러한 문제점 해결을 위하여 우선적으로 칼럼의 수차와 빔의 왜곡을 최소화하기 위한 Einzel lens 전자광학계 구조 연구를 시뮬레이션을 통하여 설계하고, 전자광학계 시뮬레이션으로 분석된 최적화된 전자렌즈, 아인즐렌즈 제작을 위하여 반도체 MEMS 공정과 FIB 공정 기술을 개발하여 렌즈를 제작하고 이를 기반으로 UHV 환경에서 작동되는 초소형 전자칼럼을 제작하여 개선된 대면적 이미지를 측정하여 확인하였다. 연구된 성과는 1) 전자광학계 시뮬레이션 연구를 통한 디자인 및 칼럼 구조 설계 완성, 2) Quadrupole Einzel lens 및 전자칼럼 제작, 3) Quadrupole Einzel lens를 적용한 전자칼럼의 대면적 이미지 측정 성공으로 구분할 수 있으며, 연구 성과를 요약하면 다음과 같다.
1) 전자광학계 시뮬레이션 연구를 통한 디자인 및 컬럼 구조 설계: 전자광학계는 전자가 방출하는 전자방출원, 전자의 방출유도 및 가속을 위한 소스렌즈, 전자빔을 좌우상하 방향으로 편향하게 하는 디플렉터, quadrupole Einzel lens로 구성하였으며, Quadrupole lens 구동에 따른 전자빔 궤적, x 방향과 y 방향에 따른 beam spot의 변화, 스캔 영역 범위 등에 대한 시뮬레이션 결과를 얻었다. 2) Quadrupole Einzel lens 제작: 설계된 Quadrupole lens는 4개의 전극 층으로 구성되어 있으며, 이러한 렌즈 제작을 위한 1 ~ 10 um 두께의 Si 박막공정, 원형 및 사각구조의 아퍼처 공정 등을 포함한 MEMS공정기술 과기존 원형아퍼처 구조를 기반으로 한 사각아퍼처 구성을 위한 FIB 식각공정기술 등을 개발하였다. 3)Quadrupole Einzel lens를 적용한 전자칼럼 실험결과: 제작된 Quadrupole Einzel (QL) lens를 포함한 전자칼럼을 설계·제작하여 대면적 시료에서 120 mm x 120 mm 스캔 크기의 이미지 상태에서 왜곡의 수정이 가능한 측정 결과를 얻었다. 특성 실험에서 전자칼럼의 빔 에너지는 -300 eV이고 전자방출원에서 방출되는 전류는 50 ~ 100 nA 범위에서 작동되었으며, 전자방출원과 소스렌즈 부분의 진공도는 1 x 10^-9 Torr를 유지하고 시료 부품은 1 x 10^-7 Torr를 유지하는 차등 진공 구조에서 실험을 진행하였다. QL 렌즈에 전압인가가 없는 조건에서의 이미지 측정 사각아퍼처에 최적화 인가전압 실험을 진행 보정이미지를 측정하였다. 측정 결과는 기존의 원형구조의 아퍼처로 구성된 아인즐렌즈의 광학수차에 따른 왜곡현상을 개선하여 대면적의 이미지를 측정할 수 있는 것을 보여주고 있다. 이러한 실험결과는 다수의 전자컬럼을 배열하여 동시에 작동하는 멀티빔 구조에서 대면적 측정을 고속으로 할 수 있으므로 단일전자카럼 뿐만 아니라 멀티전자빔 기술 발전 많은 기여를 할 것으로 평가된다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 10