초고분해능 전계방출형 주사전자현미경 SU8600
특징
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Core Technology (Cold FE Electron Source)
1972년 냉전계 방출(CFE) 전자원이 실현된 이래, Hitachi High-Tech는 고해상도 전자 이미징을 위한 이 뛰어난 기술을 지속적으로 발전시켜 왔습니다. 최신 전자총 설계 기술을 통해 고휘도 영역에서도 전자빔의 조사 안정성이 한층 향상되었습니다. SU8600은 낮은 가속 전압에서도 높은 S/N의 이미징을 구현하며, 현재 이용 가능한 다른 전자총 기술에 필적하는 대전류 조사 조건에서도 장시간 측정 및 분석에 사용할 수 있습니다.
SEM 전자원 비교 차트
Core Technology (ExB)
대물렌즈 상부에 서로 직교하는 전기장과 자기장(ExB 필드)을 형성함으로써, 1차 전자의 궤적을 변경하지 않고 2차 전자(SE)를 효율적으로 검출할 수 있습니다. 이러한 핵심 기술을 통해 고해상도 이미징에서 주로 사용되는 매우 작은 프로브 전류 조건에서도 우수한 S/N과 콘트라스트를 갖는 이미지를 획득할 수 있습니다.
전기장 및 자기장이 1차 전자에 미치는 영향
1차 전자빔은 전기장(E)과 자기장(B)의 작용이 서로 상쇄되기 때문에 축 방향으로 편향되지 않고 ExB 영역을 통과합니다.
전기장 및 자기장이 2차 전자에 미치는 영향
1차 전자와 반대 방향으로 이동하는 2차 전자(SE)에는 전기장과 자기장이 동일한 방향으로 작용합니다. 이에 따라 2차 전자의 궤적이 SE 검출기 방향으로 강하게 편향되므로, SE를 효율적으로 검출할 수 있습니다.
Core Technology (SuperExB)
SuperExB 신호 혼합 기능을 구현한 첨단 설계는 Hitachi High-Tech를 대표하는 핵심 기술 중 하나입니다. 대물렌즈 내부의 신호 변환 전극 전압을 변경함으로써 SE 검출기에 도달하는 전자, 즉 2차 전자(SE)와 후방산란전자(BSE)를 정밀하게 제어합니다. 이를 통해 신호 선택성을 세밀하게 조절하면서 SE/BSE 혼합 이미지를 동시에 획득할 수 있습니다.
SE mode
후방산란전자(BSE)는 신호 변환 전극에 포집되고, 시료에서 방출된 2차 전자(SE)만 검출됩니다.
LA-BSE mode
시료에서 방출된 2차 전자(SE)의 검출 비율은 신호 변환 전극의 전압에 의해 제어됩니다. 후방산란전자(BSE)가 신호 변환 전극에 충돌하면 2차 전자가 새롭게 발생하며, 이렇게 생성된 2차 전자가 검출됩니다.
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- 향상된 안정성과 높은 휘도의 CFE 전자원으로 뛰어난 이미징 성능 제공
- 새로운 옵션 검출기(IMD, CLD, PD-BSED, OCD)를 통해 더욱 풍부한 정보 획득
저에너지 관찰 조건에서 초고분해능 이미지
고휘도 COLD FE 전자총으로 저에너지 조건에서도 높은 고분해능을 유지합니다. 세미인(semi-in) 렌즈형 대물렌즈와 ExB 광학계를 통한 고효율 신호 검출로 저에너지/저전류 조건에서도 높은 S/N의 화상을 제공합니다.
시료 제공: 산업기술종합연구소 카미무라 요시히로 님 RHO형 제올라이트의 표면미세구조(조사전압: 800 V)
High Contrast의 저가속 반사 전자 이미지
ExB 광학계와 검출 신호 제어기능에 의해 목적에 따라 2차 전자/반사 전자 신호를 분리하여 화상 취득할 수 있습니다. 오른쪽 화상에서는 3D NAND 커패시터의 산화막과 질화막의 층 구조를 반사 전자의 조성 Contrast로 관찰하고 있습니다.
3D NAND 단면(가속 전압: 1.5 kV) 고속응답성 반사 전자 검출
신규 개발 신틸레이터형 반사 전자 검출기(OCD)는 응답 속도를 개선하여 관찰 부위를 더 쉽게 특정할 수 있습니다. 오른쪽 화상은 취득 시간이 1초 미만임에도, SRAM의 하층 배선과 Fin-FET의 구조를 확인할 수 있습니다.
5 nm 프로세스 SRAM 하층 배선
(가속 전압: 30 kV, 주사 시간<1초)*옵션
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SU8600은 광학계 자동 조정 기능을 탑재하고 있어 사용자의 조작 작업을 줄여줍니다. 또한 옵션 기능인 ‘EM Flow Creator’는 연속 화상 취득과 같은 자동 조작을 지원합니다. 배율이나 스테이지 위치 등의 조건 설정, 포커스/Contrast 조정 같은 SEM 기능을 블록화하고 이를 조합하여 일련의 관찰 레시피를 생성합니다. 블록을 드래그 앤드 드롭한 다음 플로우와 같이 배치하여 레시피를 생성하고 이 레시피를 실행하여 자동관찰을 시작합니다.
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6신호 동시 표시를 지원하는 듀얼 모니터
챔버 스코프(*) 또는 SEM MAP을 포함한 1개, 2개, 4개 또는 6개의 신호를 하나의 모니터에 동시에 표시할 수 있습니다. 두 번째 모니터를 추가한 듀얼 모니터 구성은 작업 공간을 확장하여 생산성을 더욱 향상시킵니다. 또한 서브메뉴를 어느 화면에서든 원하는 위치에 배치할 수 있어 조작 패널을 유연하게 사용자 설정할 수 있습니다.
카메라 내비게이션*
내장형 광학 카메라가 시료 홀더의 전체 이미지를 촬영하며, 촬영된 이미지는 SEM MAP 화면으로 자동 전송됩니다. 그래픽 기반의 내비게이션 인터페이스를 통해 관심 영역(ROI)에 빠르게 접근할 수 있습니다.
챔버 스코프*
GUI에 통합된 챔버 스코프는 시료의 위치를 실시간으로 표시하여 안전한 조작을 지원합니다. 화면은 흑백 또는 컬러로 전환할 수 있으며, 별도의 독립 창으로도 표시할 수 있습니다.
챔버 및 포트 배치
시료 교환 챔버에는 최대 직경 Φ150 mm의 대형 시료를 장착할 수 있습니다. 개선된 챔버 설계에 다수의 EDS 포트를 적용하여 다양한 분석 요구에 유연하게 대응할 수 있습니다.
(제품 이미지에는 옵션이 포함되어 있습니다.)*옵션
응용 데이터
반도체
5 nm 공정 SRAM의 전압 콘트라스트 이미지
좌측 상단: 0.5 kV(UD)에서 취득한 W 콘택트층. 우측 상단: 감속 조건에서 0.3 kV(TD)로 취득한 Co-W 콘택트층. 랜딩 에너지, 검출기 신호 등 다양한 조건을 활용하여 특정 시료에서 원하는 정보를 효과적으로 획득할 수 있습니다.
5 nm 공정 SRAM 하부 배선
왼쪽 이미지에서는 하부 배선과 FinFET 구조를 확인할 수 있습니다. 새로 개발된 아웃컬럼 결정형 BSE 검출기(OCD)를 사용하여 이미지 취득 시간이 1초 미만임에도 구조가 선명하게 관찰됩니다. 오른쪽은 관심 영역(ROI)의 고배율 이미지로, 우수한 S/N을 보여 줍니다.
3D NAND 단면 이미지
왼쪽: 3D NAND 단면의 전체 이미지. 오른쪽: 왼쪽 이미지의 관심 영역(ROI) 확대 이미지. BSE 검출 성능을 통해 오른쪽 이미지에서 커패시터의 산화막과 질화막을 쉽게 구분할 수 있습니다.
재료 과학
RHO형 제올라이트의 미세 표면 구조
시료 제공: 일본 산업기술종합연구소(AIST) Yoshihiro Kamimura 박사
왼쪽: 저가속 전압으로 관찰한 RHO형 제올라이트 입자. 표면의 미세한 계단 구조를 확인하기 위해 랜딩 전압 0.8 kV에서 이미지를 취득했습니다. 이를 통해 오른쪽 이미지에서 표면의 매우 미세한 계단 구조를 선명하게 관찰할 수 있습니다.
자기조립 산화철 나노입자
시료 제공: 싱가포르국립대학교 전기·컴퓨터공학과
왼쪽: 규칙적인 배열로 자기조립된 나노입자. 오른쪽의 800 k배 확대 이미지에서는 직경 약 12 nm 입자의 미세 구조를 확인할 수 있습니다.
커패시터 재료의 표면 세부 구조 및 내부 조성
커패시터에 사용되는 코팅 탄탈럼의 표면 형상 및 조성 정보입니다. 여러 신호를 동시에 취득함으로써 전체 측정 시간을 단축하면서 시료에서 얻을 수 있는 정보를 늘릴 수 있습니다.
생명 과학
애기장대의 미세구조
시료 제공: RIKEN CSR Kiminori Toyooka 박사
위 이미지는 애기장대(Arabidopsis thaliana) 초박절편의 반사전자 이미지입니다. TEM과 유사한 화질을 보여 주기 위해 가속 전압 2 kV에서 취득했습니다. 에너지 필터링 BSE 검출을 통해 오른쪽 이미지에서 틸라코이드 막과 같은 미세구조를 선명하게 관찰할 수 있습니다.
넓은 시야 + 고화소 해상도의 랫드 대뇌피질
랫드 대뇌피질 초박절편에서 취득한 3장의 반사전자 이미지는 SU8600의 이미지 취득 성능을 보여 줍니다. 왼쪽 위 이미지는 60 μm를 초과하는 시야(FOV)에서 취득했습니다. 이미지의 노란색 사각형 영역은 디지털 배율을 높여 왼쪽 아래에 표시했습니다. 오른쪽 아래 이미지는 왼쪽 아래 이미지의 일부를 다시 디지털 확대 및 크롭한 것입니다. 원본 이미지를 12배 이상 디지털 확대해도 높은 화질이 유지됩니다. SU8600에서는 최대 40,960 × 30,720 픽셀의 고화소 해상도 이미지 취득이 가능합니다(*).
시료 제공: 일본 생리학연구소(NIPS) 전자현미경실 Yoshiyuki Kubota 박사
* 옵션
사양
| 전자광학계 | 2차 전자 분해능 | 0.6 nm@15 kV |
|---|---|---|
| 0.7 nm@1 kV*1 | ||
| 배율 | 20~2,000,000x | |
| 전자총 | 냉음극 전계 방출형 전자총, Anode가열 Heater방식 |
|
| 가속전압 | 0.5~30 kV | |
| 조사전압*1 | 0.01~20 kV | |
| 검출기 | 표준 검출기 | Upper 검출기 (UD) (ExB 필터: SE/BSE 신호가변방식) |
| Lower 검출기(LD) | ||
| 옵션 검출기 | Top 검출기 (TD) | |
| In-Column Middle 검출기（IMD） | ||
| Scintilltor형 반사전자 검출기（OCD） | ||
| 반도체형 반사 전자 검출기（PD-BSED） | ||
| Cathode Luminescence 검출기(CLD) |
||
| STEM 검출기 | ||
| 옵션 액세서리*2 | 에너지 분산형 X선 검출기(EDS) | |
| 전자선 후방 산란 회절 이미지 검출기(EBSD) | ||
| 시료 스테이지 | 제어 | 5축 모터 드라이브 |
| 가동 범위 | ||
| X | 0~110 mm | |
| Y | 0~110 mm | |
| Z | 1.5~40 mm | |
| T | -5~70° | |
| R | 360° | |
| 시료실 | 탑재 시료 사이즈 | 최대 φ150 mm |
| 시료 교환실 | 최대 φ150 mm |
*1 Retarding Mode사용 시
*2 설치 가능한 분석 기기
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Hitachi FE-SEM Application Data
This journal addresses a wide range variety of research papers and useful application data using Hitachi science instruments.
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