광·전자 융합 현미경 통합 시스템의 개발 및 최근동향

이광훈1, 함영권1, 신현준2, 황준혁2, 조복래1,2*

1(주)모듈싸이

2한국표준과학연구원 첨단측정장비연구소 광전자융합장비팀

E-mail: blcho@modulesci.com

광학현미경은 색상 정보 및 3차원 데이터를 얻을 수 있지만 마이크로미터(μm) 미만의 해상도를 제공하지 않는다. 또한 전자현미경은 나노미터(nm)의 고해상도 정보를 통해 원소단위의 정보를 알 수 있지만, 이미지가 흑백이라는 단점이 있다. 기존에는 이미지 정보를 다양하게 얻기 위하여 광학현미경과 전자현미경에 시료를 옮겨가며 관찰하였다. 이 경우 시간·공간적 효율이 떨어짐은 물론 이동 과정에서 시료가 손상될 가능성도 있다. 이에 본 연구팀은 개별 플랫폼인 광학현미경과 전자현미경을 하나로 통합하는 ‘광·전자 융합현미경’ 기술을 기반으로 광·전자 융합 현미경 통합 시스템을 제품화 하였다. 광학 현미경과 전자 현미경의 다른 두 종류의 대물렌즈를 융합한 현미경은 렌즈가 간섭하지 않는 형태로 재설계하여 물리적 제약을 극복했으며, 전자제어계와 소프트웨어 등의 필수요소까지 통합함으로써 빛과 전자로 동시에 관찰하는 현미경을 구현했다. 광전자 융합현미경은 특히 반도체나 디스플레이 공정에서 불량품을 검출하는 데 효과적으로 사용할 수 있다. 먼저 광학 파트를 통해 마이크로 수준에서 결함이 의심되는 곳을 컬러로 파악한 후, 동시에 전자 파트로 나노 수준까지 성분을 정밀 관찰한다면 검출의 정확도를 향상시키고 소요시간을 크게 단축할 수 있다. 시스템의 확장성과 접근성을 용이하게 하기 위해 장비를 정립형과 도립형의 두 가지 종류로 제작했다. 정립형 광·전자 융합 현미경은 광학 거울의 구멍을 통해 동광축 정렬을 이루도록 함으로써 실시간으로 광학/형광 이미지와 주사전자현미경 이미지를 획득 할 수 있다. 도립형 광·전자 융합 현미경은 ITO를 코팅한 유리 위에 시료를 올림으로써 대전현상을 방지하고 1분 이내에 시료를 교체할 수 있도록 스테이지를 개발했다. 주사전자현미경 파트는 CeB6 전자원을 사용해 약 2 nm 분해능으로 30 만배 이상의 이미지를 획득할 수 있고 광학현미경 부분은 약 500 nm의 분해능으로 여러 가지 형광필터를 이용하여 형광정보를 얻을 수 있다. 원하는 관심 물질에 형광으로 태그하여 위치정보를 용이하게 얻을 수 있고 동 위치를 주사전자현미경으로 확대해 더 자세한 표면 정보를 얻을 수 있다. 추후 지속적인 연구 및 개발을 통해 광학/전자 현미경과 라만 분광기, CL(Cathode ray Luminescence) 검출기, 레이저 가공 장치 등의 다른 장비와 융합한 플랫폼을 구축할 예정이다. 본 발표에서 두 가지 종류의 광·전자 융합현미경의 원리와 구조를 설명하고 적용분야에 대해서 논한다. 또한 본 장비로 측정한 데이터를 제시함으로써 추후 연계 연구와 적용가능 분야에 대해 논의하고자 한다.

Keywords: CLEM, SEM, Fluorescence microscope