주사전자현미경(SEM) 배율 교정 방법

개요

최근의 제조 기술 덕분에 SEM의 정확도는 크게 향상되었지만, SEM에 표시되는 배율이 여전히 정확한지 정기적으로 확인하는 것이 좋습니다. 또한 SEM의 배율은 작동 거리(Working Distance)에 따라 달라진다는 점도 고려해야 합니다. SEM 이미지에 표시되는 배율과 스케일 바(size marker)는 장비가 최대한 맞춘 값일 뿐, 항상 정확하지는 않습니다. SEM의 배율 오차는 5~10% 수준일 수 있습니다. 따라서 SEM 이미지에서 치수를 측정하는 경우에는 교정이 무엇보다 중요합니다.

SEM 교정 표준시편

특정 배율에서 교정하려면 그 배율에 맞는 교정 패턴(크기)을 사용해야 합니다. 사용 가능한 EM-Tec SEM 교정 표준시편은 다음과 같습니다.

• EM-Tec LAMS-15 – 저배율 교정용 (15mm ~ 10µm)
• EM-Tec M1 / M10 – 1µm·10µm 패턴, 중배율 교정용
• EM-Tec MCS-1 – 중배율 교정용 (2.5mm ~ 1µm)
• EM-Tec MCS-0.1 – 중·고배율 교정용 (2.5mm ~ 100nm)

교정 방법

배율 교정 표준시편에는 간격(pitch)이 정확히 알려진 패턴, 주로 선(line) 패턴이 새겨져 있습니다. 이미징에 사용하는 배율과 맞는 크기의 패턴을 골라 교정하는 것이 가장 좋습니다. 1,000배에서 한 교정은 100배나 10,000배에서는 유효하지 않습니다. 예를 들어 2,000~3,000배에서 이미징한다면 2,500배에서 교정합니다.

교정 절차

1. 교정 표준시편에서 교정 거리를 선택합니다(예: 10µm). 선이 화면에서 수직이 되도록 맞춥니다.
2. 콘덴서 렌즈 설정을 정하고, 교정과 이미징 전 과정에서 이 설정을 그대로 유지합니다.
3. 렌즈 히스테리시스를 항상 제거하거나, 배율을 항상 낮은 쪽 또는 높은 쪽 한 방향에서만 접근합니다.
4. 2,000배나 5,000배처럼 계산하기 쉬운 배율에서, 10µm 교정 패턴이 이미지 중앙의 최소 10~20%를 차지하도록 촬영합니다.
5. 선의 간격을 수평 방향으로 측정합니다(중심–중심, 왼쪽 끝–왼쪽 끝, 또는 오른쪽 끝–오른쪽 끝). 장비가 올바르게 교정되어 있다면 이상적으로 10µm가 나와야 합니다. 대부분의 SEM은 서비스 모드나 관리자 모드에서 배율 또는 스케일 바 거리를 보정하는 기능을 제공합니다.

배율 또는 측정값 보정

배율이나 측정값은 다음 식으로 보정합니다.

예시 1 – 배율 교정

5,000배(M_shown)에서 10µm 간격(D_calibrated)이 11µm(D_shown)로 표시되었다면, 실제 배율(M_calibrated)은 5,000 × 11 / 10 = 5,500배입니다. 배율 보정 계수는 1.1입니다.

예시 2 – 이미지 속 치수 보정

위와 같은 이미지에서 어떤 형상이 25µm(D_measured)로 측정되었습니다. 앞서 교정 표준시편의 10µm(D_calibrated)가 SEM 화면에서 11µm(D_shown)로 표시된다는 것을 확인했습니다. 따라서 실제 거리(D_actual)는 25 × 10 / 11 = 22.73µm이고, 치수 측정 보정 계수는 0.91입니다.

SEM 교정 시 유의사항

• SEM이 안정된 상태에서만 교정합니다. 장비와 빔을 최소 30~60분 이상 켜 두어 충분히 안정화(포화)시킵니다.
• 특정 작동 거리와 SEM 조건에서 교정하고, 이후 측정에도 같은 조건을 유지합니다. 작동 거리나 조건을 바꾸면 다시 교정합니다.
• 렌즈 히스테리시스를 상쇄하기 위해 포커스와 콘덴서 렌즈 설정은 항상 같은 방향(높은 값→낮은 값, 또는 그 반대)에서 접근합니다.
• 교정 표준시편에는 인증서가 포함되어 있으며, 각 패턴의 교정된 실제 크기와 불확도(정밀도)가 기재되어 있습니다. 예를 들어 공칭 10µm 패턴이 10.05µm로 교정되어 있다면 교정 계산에는 10.05µm를 사용합니다.
• SEM의 교정 불확도는 교정 표준시편의 불확도와 같거나 항상 더 큽니다.
• 이미지나 스테이지 드리프트가 있는지 확인하고, 드리프트가 있을 때는 교정하지 않습니다.
• 교정 측정을 위해 선명한 이미지를 얻을 수 있을 만큼 충분한 신호를 확보합니다.
• 정기 점검 시 자격을 갖춘 서비스 엔지니어에게 SEM 교정을 의뢰하는 것도 고려하십시오.