3. 레이저 스캐닝 현미경의 계측 정확성
레이저 스캐닝 현미경은 크게 고해상도의 강도 이미지를 사용하는 수평 계측과 높이 이미지를 사용하는 3차원 계측의 2가지로 구분됩니다. 높은 정확성을 확보하며 이러한 계측을 실행하고자 하는 경우, 오류를 야기하는 다양한 원인들을 조치해야 합니다. 이 섹션에서는 정확성 측면에서 중요한 역할을 수행하는 구성부품들을 소개합니다.
3-1. 수평 계측
강도 이미지를 사용하는 수평 계측시, 계측 정확성을 결정하는 가장 중요한 요소는 스캐닝 기구의 진동 각도 제어입니다. 많은 제품들은 표준 샘플을 사용해 정기적으로 교정되어 장기간에 걸친 계측에서도 안정적인 계측을 실행할 수 있도록 합니다. 스캔 광학 시스템에서 사용되는 갈바노 미러는 위치 감지를 위해 코일을 사용하기 때문에 안정화까지 어느 정도 시간이 소요됩니다. 컨포칼 광학 시스템의 초점 위치 주변의 강도가 크게 변하기 때문에 초점은 계측 결과의 반복성에 영향을 미치는 요소 중 하나입니다. 레이저 스캐닝 현미경을 사용하여 관찰한 분리된 샘플 표면 패턴의 라인 폭의 경우, 상대적으로 빠르고 진동 및 기타 간섭의 영향을 적게 받는 X축을 사용하는 것이 권장되며, 이는 특히 X축과 Y축이 서로 다른 속도를 가지고 있기 때문입니다.
3-2. 수직 계측(3차원 계측)
3차원 계측에서 이미지는 라인 폭 계측과 마찬가지로 중요한 요소이지만, 정확성에 영향을 미치는 요소는 대물 렌즈와 샘플 사이의 거리를 서로 반대 방향으로 조정할 수 있는 Z 구동 기구입니다. Z 구동 기구를 작동시키는 방법에는 Z 방향으로 대물 렌즈가 장착된 회전 노즈피스의 구동 방식 또는 Z 방향으로 XY 스테이지에 배치된 샘플의 구동 방식이 있습니다. 샘플별로 무게가 다르고 XY 스테이지도 상당한 무게를 가지고 있기 때문에 이 둘의 총 중량을 후자의 방식을 통해 Z방향으로 구동해야 하지만, 대물 렌즈가 장착된 회전 노즈 피스 구동 방식은 상대적으로 작고 일정한 무게 또는 안정성을 위해 일정 수의 대물 렌즈를 장착하고 있기 때문에 대부분의 Z방향 구동은 전자의 방식으로 진행됩니다. 레이저 스캐닝 현미경을 사용하여 높이를 측정하는 경우, 위에서 기술한 Z방향 구동 방식을 통해 각 픽셀의 가장 높은 강도를 확인해야 합니다. 이를 위해 구동 기구는 최고 배율에서 약 10nm 수준의 해상도로 정확하게 움직여야 합니다. 상기 기술한 구동 기구의 자세한 설명은 이 문서의 범주를 벗어나지만, 높은 정확성의 선형 가이드와 피딩 나사는 펄스 모터 또는 기타 장치와 조합되어 nm 단위의 해상도를 가진 mm단위 움직임을 실행합니다. 이와 더불어 스케일, 레이저 간섭 등의 방식을 이용하는 계측 장비가 장착된 장치를 사용하여 정확성을 향상시키기도 합니다. 실제 계측시 대물 렌즈의 배율을 바탕으로 그림 2의 I-Z 곡선이 생성되었으며, 각 대물 렌즈에 적합한 Z축 이동 단계가 정의되어 있습니다. I-Z 곡선이 거친 단계로 캡처된 경우, 잘못된 위치가 최대 강도로 계측됩니다. 그러나 단계가 너무 미세할 경우, 불필요하게 많은 시간이 소요되어 계측 값이 장치 드리프트의 영향을 받아 오류을 일으킬 수 있습니다. 그래서 Z축 단계를 정의하기 전에 I-Z 곡선을 정의하거나 제조사에서 권장하는 값을 사용하는 것이 선호됩니다. 컨포칼 광학 시스템과 높은 정확성의 Z축 구동 기구를 통해 레이저 스캐닝 현미경은 높은 배율의 대물 렌즈와 사용되어 Z방향으로 나노미터 단위 수준의 해상력 데이터를 계측할 수 있습니다. 이와 같은 요소에 더해 다양한 요소(광학 시스템의 평면도 등)들이 3차원 계측의 정확성을 저하시킵니다. 높은 정확성을 가지도록 설계된 레이저 스캐닝 현미경은 설계 및 제조 과정에서 이러한 요소들을 최소화할 수 있습니다.
- 1. 레이저 스캐닝 현미경의 기본 원리
- 2. 레이저 스캐닝 현미경의 해상력
- 3. 레이저 스캐닝 현미경의 계측 정확성
- 4. 레이저 스캐닝 현미경 소프트웨어
- 5. Olympus 산업용 레이저 스캐닝 현미경의 기본 기능
- 6. 애플리케이션 예시
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