FIB에 대해 알아보자!(Focused Ion beam의 모든 것)

안녕하세요. 8톤 트럭입니다.
오늘은 FIB(Focused Ion Beam)이라는 장비에 대해 알아보는 시간을 가져보고자 합니다. SEM이나 TEM에 비해서 자주 사용되지 않는 장비라 많은 분들이 모를 수도 있는데, 이해하기 쉽게끔 설명해보도록 하겠습니다. 그럼 바로 레츠게릿!!

FIB는 다양한 분야(반도체, 바이오, 로봇, 섬유, 디스플레이, IoT 등)에서 새로운 가치를 창출하는 기반 기술로 많은 각광을 받고 있는데요.
바로 나노소재 고유의 결정구조, 입자크기 및 형상은 물성을 예측하는데 기본이 되는 중요한 특성이며, 이러한 물성 특성을 파악하기 위해 다양한 분석 장비를 이용하고 있습니다. 그 중에서 사용되는 것이 바로 FIB이죠.
FIB는 나노크기의 이미징 뿐만 아니라 집속빔을 이용한 밀링 및 증착 기능을 보유하고 있는데요. 나노크기의 조작 및 가공이 가능한 집속이온빔 시스템 FIB(Focused Ion Beam)에 대해 알아봅시다.

 

FIB의 기본 원리

FIB는 1977년 미국에서 개발되었는데요. 당시에는 Wafer에 이온주입을 할 목적으로 개발되었씁니다. 현재에는 개발 목적과는 다르게 분석 장비로 이용하고 있는데요. FIB 장치는 주로 매우 가늘게 집속한 이온 빔을 시료표면에 주사(Scanning)하여 발생한 전자/이온을 검출하여 현미경상을 관찰하거나 시료표면을 가공하는 용도로 쓰이고 있습니다. 작동 방법은 우선 액체금속이온 소스에서 발생한 이온을 어퍼처(Aperture)와 집속렌즈(Condenser Lens)로 집속시켜 빔을 만듭니다. 다음에 대물렌즈(Objective Lens)로 시료표면에 초점을 맞추고 집속 된 이온 빔을 시료에 입사시키게 됩니다.

1) FIB 이미징(Imaging)
FIB의 사용 방법 중 하나입니다. 시료에 빔이 주사될 때 시료에서 튀어나오는 입자로서 이온과 전자가 있습니다. 방출되는 다양한 종류의 전자가 있지만, 그 중에서 FIB는 넓은 이미지를 관찰할 수 있는 이차전자를 검출합니다. 이러한 이차 전잘를 센서로 검출하고, 이차 전자에 대응한 데이터를 빔 조사위치좌표에 대응한 화상데이터를 이용해서 현미경처럼 관찰할 수 있습니다.

2) FIB 밀링(Milling)
FIB Source에 높은 가속전압을 가해 이온을 발생 시키고 전계(Electric Field)를 이용하여 이를 조절하여 이온을 선택적 영역에 일정한 세기로 주사하여 시료의 원하는 부분(넓이, 깊이)을 가공하는 것을 말하는데요. 밀링을 통해서 시료를 TEM 시료로 만들거나 가공할 수 있습니다.

3) FIB 식각/증착 (Etching/Deposition)
이온빔 조사로 스퍼터링된 원자의 양을 증가시켜 시료표면을 에칭하고, 화합물가스를 시료표면의 이온빔조사영역 근처에 불어넣어 국소적으로 증착을 할 수 있다. 앞서 시료에 조사된 빔은 이차 전자를 만들어낸다고 했죠? 이러한 이차 전자는 반응성이 굉장히 크기에 다양한 환경에서 반응을 일으켜 증착의 역할을 수행하는 방아쇠로도 사용됩니다.

 

오늘은 FIB에 대해 알아보았습니다. 어려워 보이지만 간단하게 엄청나게 좋은 현미경이라고 생각하시면 좋을 것 같습니다. 이와 관련해서 많은 분들이 도움을 받으시기를 바라며 오늘의 포스팅 마치겠습니다! 감사합니다!