FIB(Focused Ion Beam)이란 무엇인가?

안녕하세요. 8톤 트럭입니다. 오늘은 관측 장비 중 하나인 FIB에 대해서 알아보는 시간을 가져보고자 합니다. 엄청나게 Resolution이 좋기에 정밀 분석 장비로서 많이 사용되고 있는데요. 같이 한 번 원리를 알아봅시다! 레츠게릿!!

 

출처 : Common WIki

 

배경소개

다양한 분야에서 나노기술이 각광받고 있습니다. 나노기술을 통해 더 효울적이고 집적화된 회로를 만들 수 있기 때문이죠. 이러한 나노 구조를 만들기 위해서는 나노 단위의 소재를 평가하는 기술 또한 중요한데요. 이러한 나노 단위의 소재를 평가하는 것은 나노소재 고유의 결정구조 물성을 예측하는데 기본이 되는 중요한 특성입니다. 이러한 분석장비 중 현업에서 가장 자주 사용되는 것은 FIB(Focused Ion Beam)라는 분석장비인데 이에 대해서 알아봅시다!

출처 : Wiki

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FIB(Focused Ion Beam)의 기본 원리

FIB 장치를 최초로 개발한 것은 1970년대 미국에서 처음으로 개발되었습니다. 마스크 없이 이온 주입을 할 목적으로 만든 장비가 바로 FIB(Focused Ion Beam)인데요. 미소영역에 선택적으로 조사할 용도로 만들어졌습니다. 또한, 동시에 당시 반도체 강국이던 일본에서도 비슷한 원리의 FIB가 개발되고 있었습니다. 지금에 와서는 당시 개발된 장비들은 가늘게 집속한 이온 빔을 시료표면에 주사하여 발생한 전자 / 이온을 검출하여 현미경상을 관찰하거나 시료표면을 가공하는 용도로 사용됩니다

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FIB 사용 방법

FIB는 다양한 용도로 사용되는데 다음과 같습니다.

1) FIB 이미징(Imaging)

시료에 이온 빔을 주사하면 어떤 일이 일어날까요? 시료에 이온을 주입한다는 것은 에너지를 가한다는 것입니다. 즉, 시료의 원자들은 에너지에 반응하여 전도대로 전자들이 전이되면서 에너지를 방출하게 되고, 이렇게 방출된 에너지는 시료마다 각각의 고유의 특성을 갖습니다. 즉, 시료표면을 분석할 수 있는 것입니다. FIB는 이러한 원리가 적용된 이미징이 가능한 분석 장비로서 사용됩니다.

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2) FIB Milling(밀링)

"밀링"이라는 것은 밀어버린다는 의미입니다. 우리가 가공을 원하는 부분을 가공할 때, FIB의 이온 빔을 이용해서 가공할 수 있다. 이러한 것을 FIB Milling(밀링)이라고 합니다.

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3) FIB 식각 / 증착(Etching / Deposition)

식각이라는 것은 없애는 것을 의미하는데요. 앞서 알아본 밀링과 비슷한 개념인데, 불필요한 부분을 제거할 수 있습니다.

또한, FIB 이온 빔을 주사하면, 표면은 전도성을 띄게 되고 이러한 전도성을 이용해 화학적 반응을 시키는 것도 가능합니다. 즉, 박막의 증착이 가능케 되는 것입니다.

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FIB 응용 기술

1) 회로 수정

FIB의 식각 증착을 이용하여 회로를 자르거나 연결하는 것이 가능합니다. 마스크를 사용하지 않고 빠르게 적용할 수 있다는 장점이 있습니다.

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2) FIB 섹션(Cross section)

FIB 밀링을 이용하여 특정 부위 및 특정한 위치의 Defect에 대한 단면을 가공하고 불량 분석에 이용할 수 있습니다.

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3) TEM Sample 제작

FIB Milling을 이용하여 TEM으로 관찰하고자 하는 부위의 시료 제작이 가능하다. 수십 nm 두께의 시편을 제작할 수 있습니다.

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4) 3차원 구조 형성

이온 식각을 이용하여 3차원 구조를 박막에 형성할 수 있습니다. 수십 nm의 굴곡도 가능합니다.

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오늘은 FIB에 대해서 알아보았는데요. 원래 개발 목적은 다른 목적이었지만, 개발된 이후로 아주 유용하게 사용되고 있는 장비가 바로 FIB입니다. 여러분도 처음가 다른 목적으로 사용하는 물건들이 있으신지요? 목적을 달성 못했다고 너무 좌절하지 마시고, 한 번쯤은 생각의 여유를 가져보는 것도 큰 행운을 가져다 줄 수 있을 거에요! 오늘도 좋은 하루 보내세요!