KR101060506B1 - 원자현미경용 리소그래피 시스템 및 방법과 그 시스템에서의 리소그래피용 입력신호 생성장치 및 방법 - Google Patents

원자현미경용 리소그래피 시스템 및 방법과 그 시스템에서의 리소그래피용 입력신호 생성장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자현미경(AFM: Atomic Force Microscope)용 리소그래피(Lithography) 시스템 및 방법과 그 시스템에서의 리소그래피용 입력신호 생성장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 원자현미경을 이용하여 이미지 리소그래피를 래스터 방식으로 구현할 시 이미지를 복수개의 픽셀로 나누고, 각 픽셀에 대한 명암을 산출한 후 각 픽셀의 명암을 산출된 명암에 상응하는 전압값 또는 전류값으로 변환하고, 소정 크기의 진폭값을 가지는 교류형태의 전기신호를 생성한 후 상기 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 생성된 전기신호의 진폭값을 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하여 원자현미경(AFM)으로 공급한다. 이렇게 함으로써 원자현미경을 이용하여 이미지를 리소그래피 할 시 산화막 단차 분해능(resolution)을 높여 이미지 선명도를 높일 수 있도록 한다.
Figure R1020090011068
원자현미경(AFM), 리소그래피, 전기 신호

Description

원자현미경용 리소그래피 시스템 및 방법과 그 시스템에서의 리소그래피용 입력신호 생성장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF LITHOGRAPHY IN ATOMIC FORCE MICROSCOPE AND FOR GENERATING INPUT SIGNAL TO USE ON LITHOGRAPHY THEREOF}
본 발명은 원자현미경(AFM: Atomic Force Microscope) 리소그래피(lithography)를 수행 시 보다 높은 분해능(resolution)을 갖는 이미지를 형성하기 위한 원자현미경용 리소그래피 시스템 및 방법과 그 시스템에서의 리소그래피용 입력신호 생성장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 원자현미경(AFM)은 원자수준의 3차원 표면 이미지(image)를 얻을 수 있는 장비로서 시료의 손상없이 시료의 표면을 형상화하는데 이용된다. 이러한 원자현미경(AFM)을 이용하면 시료 표면과 탐침 사이에 상호 작용하는 힘(전기 및 자기적 자극 등 다양한 에너지원에 의해 발생한 일체의 자극을 포괄함)을 이용하여 시료의 표면 구조를 나노 스케일로 파악할 수 있다.
한편, 원자현미경(AFM)의 중요한 응용분야로서 나노 리소그래피(Nano Lithography)가 있는데, 나노 리소그래피는 탐침과 시료 표면 사이에 일정시간 동안 전기 신호를 인가함으로써 시료의 표면이 손상(변형)되는 만큼의 힘(전기 및 자 기적 자극 등)이 가해지도록 하여 시료 표면의 원자나 분자 배열을 조작하는 기술로서 시료에 초미세 패턴을 형성할 수 있다.
그러면, 일반적인 원자현미경을 이용한 리소그래피 기술의 메커니즘에 대하여 도 1을 참조하여 살펴보도록 한다.
도 1을 참조하면, 원자현미경의 탐침(100)이 기판(110)에 가까이 가면 표면장력에 의해서 물기둥(water column)이 형성되고, 탐침(100)과 기판(110) 사이에 전압을 인가하여 전자를 조사하면 하기와 같은 반응이 일어난다.
M + 2OH- + 4e- → MOx + 2H+
이러한 반응에 의해 기판으로의 OH-와 O2-의 이온 확산(ionic diffusion)이 일어나며 결국 기판에서 양극 산화현상이 일어나 옥사이드 층의 산화물이 형성된다.
상기와 같은 원자현미경을 이용한 표면 산화 매커니즘을 이용하여 그림 또는 사진의 이미지에 대해 기판을 산화하는 방법으로 높이 단차를 이용하여 나노 리소그래피하는 방법이 있다.
이는 Si 기판 또는 금속 박막 증착 기판(Ta, Ti 등)에 전기적 신호를 주면 SiOx 및 금속산화물(TaOx, TiOx) 형태로 변형되며, 기판보다 높은 단차를 갖는 패턴이 형성된다. 이때 전기적 신호(전압 또는 전류)의 크기를 조정하면 각기 다른 높이의 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 특징을 이용하여 높이 차를 이용한 이미지를 형성할 수 있다.
특히, 이미지 나노리소그래피를 래스터(raster) 방식으로 구현하는 방법은 전체 이미지를 픽셀(화소)로 나누고, 각각의 픽셀의 명암(contrast)에 따라 최고 전압(V_max)에서 0V를 단계로 나눈 값을 직류(DC)형태로 인가하고, 인가된 직류신호에 따라 원자현미경은 리소그래피를 수행한다. 이때, 인가되는 직류신호는 도 2와 같이 도시할 수 있다. 즉, 원자현미경으로 각 픽셀의 명암에 따른 스텝 직류 형태의 전기적 신호가 인가된다.
이와 같이 원자현미경 리소그래피용 입력신호로 스텝 직류 형태의 전기신호가 인가되면, 산화막이 형성되고, 이때 형성된 산화막에 의한 전도성 저하로 표면에 전하가 쌓이게 된다.
이로 인해 기판에 차징된(charging) 전하를 제거하지 못하여 발생하는 전하 차징(charging) 효과로 다음 픽셀을 진행하여 산화막 형성 시 전류의 흐름을 방해 받게 되어 인가 전압에 비례하는 단차를 갖는 패턴을 형성하지 못하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 원자현미경을 이용하여 이미지 나노리소그래피를 래스터(raster)방식으로 구현할 시 형성되는 이미지의 선명도를 향상시키도록 하기 위한 원자현미경용 리소그래피 시스템 및 방법과 그 시스템에서의 리소그래피용 입력신호 생성장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 원자현미경을 이용한 이미지 나노리소그래피를 래스터(raster) 방식으로 구현할 시 나노 구조물에 전하가 쌓이는 현상을 방지하여 인가 전압에 비례하는 단차를 갖는 패턴을 형성할 수 있도록 하기 위한 원자현미경용 리소그래피 시스템 및 방법과 그 시스템에서의 리소그래피용 입력신호 생성장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 원자현미경을 이용하여 이미지 나노리소그래피 시 사용되는 기판의 표면 저항도 고려하여 정확한 산화막을 형성할 수 있도록 리소그래피를 제어하기 위한 원자현미경용 리소그래피 시스템 및 방법과 그 시스템에서의 리소그래피용 입력신호 생성장치 및 방법을 제공한다.
상기한 바를 달성하기 위한 본 발명은, 원자현미경(AFM: Atomic Force Microscope)을 이용하여 이미지를 리소그래피(lithography)하기 위한 시스템에 있어서, 리소그래피 패턴이 되는 이미지를 복수의 픽셀(pixel)로 나누고, 각 픽셀에 대한 명암을 산출한 후 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환하는 신호 생성부를 포함하는 단말장치와, 진폭값을 가지는 교류 형태의 전기신호를 생성하여 출력하는 함수 발생기(Function Generation)와, 상기 단말장치에서 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 함수 발생기로부터 생성된 전기신호의 진폭값을 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하여 상기 원자현미경에 공급하는 입력신호 생성장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따라 상기 신호 생성부는, 상기 각 픽셀마다 변환된 전압값 또는 전류값을 매트릭스(metric) 형태로 저장하고, 상기 전압값 또는 전류값을 진폭값으로 갖는 스텝직류(step-DC) 형태의 전기신호를 생성하여 상기 입력신호 생성장치로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 입력신호 생성장치는, 상기 함수 발생기로부터 입력되는 상기 교류 형태의 전기신호와 상기 신호 생성부로부터 입력되는 상기 스텝직류(step-DC) 형태의 전기신호를 곱하여 상기 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하여 상기 원자현미경으로 공급하는 멀티플라이어(multiplier)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 신호 생성부는, 명암에 비례하도록 최고전압(V-max)에서 최저전압(0V)을 나눈 값에 대한 정보를 미리 저장하고, 상기 정보를 이용하여 상기 산출된 명암에 따른 전압값을 확인한 후 명암을 상기 확인된 전압값으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 신호 생성부는, 명암에 비례하도록 최고전류(I-max)에서 최저전류(0A)를 나눈 값에 대한 정보를 미리 저장하고, 상기 정보를 이용 하여 상기 산출된 명암에 따른 전류값을 확인한 후 명암을 상기 확인된 전류값으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 교류 형태의 전기신호는, 삼각파, 구형파, 정현파 형태 중 하나의 형태의 전기신호인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 교류 형태의 전기신호가 구형파 형태의 전기신호이고, 상기 함수 발생기는, 상기 구형파 형태의 전기신호의 주기 및 하이(high) 신호 구간과 로우(low) 신호 구간의 비율 중 적어도 하나의 값을 조작자로부터 입력받아 입력된 값에 의해 구형파의 파형을 조정한 전기신호를 생성하여 상기 입력신호 생성장치로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 교류 형태의 전기신호는, 전압 형태의 전기신호 또는 전류 형태의 전기신호인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 원자현미경은 상기 스텝교류 형태의 전기신호를 각 해당 픽셀로 이동하면서 상기 원자현미경의 팁 모듈에 공급하여 리소그래피를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 원자현미경 리소그래피용 입력신호 생성장치에 있어서, 리소그래피 패턴이 되는 이미지의 각 픽셀에 대한 명암에 상응하는 전압값 또는 전류값을 이용하여 생성된 스텝 직류(step-DC) 형태의 전기신호가 입력되는 제1 입력단자와, 진폭값을 가지는 교류 형태의 전기신호가 입력되는 제2 입력단자와, 상기 제1 입력단자를 통해 입력된 스텝 직류(step-DC) 형태의 전기신호와 상기 제2 입력단자를 통해 입력된 교류 형태의 전기신호를 곱하여 상기 전압값 또는 전류값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하는 멀티플라이어와, 상기 생성된 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 상기 원자현미경에 공급하는 출력단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 원자현미경을 이용하여 이미지를 나노 리소그래피하기 위하여 원자현미경으로 리소그래피용 입력신호 생성방법에 있어서, 리소그래피 패턴이 되는 이미지를 복수개의 픽셀로 나누는 과정과, 각 픽셀에 대한 명암을 산출한 후 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환하는 과정과, 진폭값을 가지는 교류 형태의 전기신호를 생성하는 과정과, 상기 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 생성된 전기신호의 진폭값을 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따라 상기 변환 과정 후, 각 픽셀에 대해 변환된 전압값 또는 전류값을 매트릭스(matrix) 형태로 저장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 일례에 따라 상기 이미지를 복수개의 픽셀로 나누는 과정 수행 전에, 최저전압(0V)에서 최고전압(V-max)까지를 복수개의 전압값으로 구분하고, 명암 정도에 따라 상기 구분된 전압값을 대응시킨 정보를 미리 저장하는 과정 또는 최저전류(0A)에서 최고전류(I-max)까지를 복수개의 전류값으로 구분하고, 명암 정도에 따라 상기 구분된 전류값을 대응시킨 정보를 미리 저장하는 과정을 더 포함하고, 상기 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환할 시 상기 정보를 이용하여 상기 산출된 명암에 따른 전압값 또는 전류값을 확인하고, 산출된 명암을 상기 확인된 전압값 또는 전류값으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 교류 형태의 전기신호는, 삼각파, 구형파, 정현파 형태 중 하나의 형태의 전기신호인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 상기 교류 형태의 전기신호는 구형파 형태의 전기신호이고, 상기 구형파의 주기 및 하이 신호 구간과 로우 신호 구간의 비율은 조작자에 의해 설정된 값으로 조정이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 원자현미경을 이용한 리소그래피 방법에 있어서, 리소그래피 패턴이 되는 이미지를 복수개의 픽셀로 나누는 과정과, 각 픽셀에 대한 명암을 산출한 후 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환하는 과정과, 진폭값을 가지는 교류 형태의 전기신호를 생성하는 과정과, 상기 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 생성된 전기신호의 진폭값을 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하는 과정과, 상기 스텝교류 형태의 전기신호를 각 해당 픽셀로 이동하면서 상기 원자현미경의 팁 모듈에 공급하여 래스터 방식의 리소그래피를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 따르면, 이미지 나노리소그래피를 래스터 방식으로 구현함 에 있어서 기존의 스텝직류(step-DC) 형태의 전기적 신호를 스텝교류(step-AC)형태의 전기적 신호로 변환하여 산화막을 형성하도록 한다.
이와 같이 스텝 교류(step-AC)형태를 인가해 주는 경우 기존 스텝직류(step-DC) 형태의 전기적 신호를 줄 때 기판에 발생되는 전하 차징(electric charge) 효과를 방지할 수 있다.
즉, 각 픽셀에서 스텝 교류(step-AC)의 로우(low) 부분에 (-)형태의 전압(negative)을 인가함으로써 각각의 픽셀에서 기판에 차징된 전하를 빠르게 제거할 수 있게 된다. 이로 인해서 다음 화소를 진행 할 때에 보다 많은 전류가 산화막 형성에 기여하게 되고 최종적으로 기존의 직류(DC)형태의 전기적 신호를 줄 때 보다 패턴 높이 차이를 크게 확장할 수 있고, 높아진 단차를 이용하여 보다 높은 분해능(resolution)을 갖는 이미지를 형성할 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예에서는 종래와 같이 이미지의 각 픽셀의 명암 정도에 상응 하는 전압값에 따른 스텝 직류(step-DC)형태의 입력신호를 스텝 교류(step-AC)형태로 변환하여 입력하고, 상기 전압값을 교류(AC) 형태의 진폭(amplitude) 값으로 사용하는 방법을 특징으로 한다.
그러면, 이하 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원자현미경(AFM: Atomic Force Microscope) 리소그래피(Lithography) 시스템의 내부 구성에 대하여 살펴보도록 한다.
이러한 원자현미경용 리소그래피 시스템은 신호 생성부(Signal Generation)(310)를 구비하는 단말장치(300)와 함수 발생기(function Generation)(320)와 멀티플라이어(multiplier)(330)를 구비하는 입력신호 생성장치(330)와 원자현미경(AFM)(340)을 포함한다.
먼저, 단말장치(300)는 PC(Personal Computer)와 같이 사진 또는 그림 이미지를 복수의 픽셀(pixel)로 나누고, 각 픽셀의 명암을 산출동작을 수행할 수 있는 단말장치이다.
본 발명에 따른 단말장치(300)는 각 픽셀에 대해 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환하고, 변환된 전압값 또는 전류값을 진폭값으로 갖는 스텝직류(step-DC) 형태의 전기신호를 생성하는 신호 생성부(310)를 포함한다.
이러한 신호 생성부(310)는 명암에 비례하도록 최고전압(V-max)에서 최저전압(0V)을 나눈 값에 대한 정보를 미리 저장하고, 각 픽셀에 대한 명암을 전압값 또는 전류값으로 변환할 시 미리 저장된 상기의 정보를 이용하여 산출된 명암에 따른 전압값을 확인한 후 각 픽셀에 대해 산출된 명암을 확인된 전압값으로 변환한다.
또 다른 실시 예에서는 신호 생성부(310)는 명암에 비례하도록 최고전류(I-max)에서 최저전류(0A)를 나눈 값에 대한 정보를 미리 저장하고, 각 픽셀에 대한 명암을 전압값 또는 전류값으로 변환할 시 미리 저장된 상기의 정보를 이용하여 산출된 명암에 따른 전류값을 확인하고, 명암을 확인된 전류값으로 변환한다.
신호 생성부(310)는 각 픽셀마다 변환된 전압값 또는 전류값을 매트릭스(metric) 형태로 저장한다. 예를 들어, 소정 이미지를 픽셀로 나눈 형태가 100 * 100 픽셀이면, 각 픽셀에 대한 전압값 또는 전류값을 100 * 100 매트릭스 형태로 저장하는 것이다.
이후, 신호 생성부(310)는 변환된 전압값 또는 전류값을 이용하여 스텝직류 형태의 전기신호를 생성하여 입력신호 생성장치(330)로 출력하는데, 이때 출력하는 신호는 312와 같이 도시할 수 있다.
함수 발생기(Function Generation)(320)는 일정주기를 가지고, 소정 크기의 진폭값을 가지는 교류 형태의 전기신호를 생성하여 입력신호 생성장치(330)로 출력한다. 이때, 전기신호의 크기는 전압형태 또는 전류형태를 가질 수 있도록 구현할 수 있다.
또한 교류 형태의 전기신호는 삼각파, 구형파, 정현파 형태 중 하나의 형태의 전기신호일 수 있다. 만약, 교류 형태의 전기신호가 구형파 형태의 전기신호이면, 구형파의 주기 및 하이 신호 구간과 로우 신호 구간의 비율의 조정이 가능할 수 있다. 이와 같이 함수 발생기(320)에서 출력되는 교류 형태의 전기신호가 구형 파인 경우 322와 같이 도시할 수 있다.
또한 함수 발생기(320)는 구형파 형태의 전기신호의 주기 및 하이 신호 구간과 로우 신호 구간의 비율 중 적어도 하나의 값을 조작자로부터 입력받아 입력된 값에 의해 구형파의 파형을 조정한 전기신호를 생성하여 입력신호 생성장치(330)로 출력한다. 이와 같은 경우 도 3에는 도시하지 않았지만, 함수 발생기(320)로 조작신호를 입력하기 위한 입력부가 더 구비되어야 할 것이다.
입력신호 생성장치(330)는 소정 이미지에 대하여 원자현미경(340)에서 기판을 산화하는 방법으로 높이 단차를 이용하여 나노리소그래피하기 위한 입력신호를 생성한다.
이러한 입력신호 생성장치(330)는 신호 생성부(310)에서 각 픽셀의 명암에 따라 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 생성된 함수 발생기(320)에서 생성된 교류형태의 전기신호의 진폭값을 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하여 원자현미경(AFM)(340)에 공급한다. 예를 들어, 입력신호 생성장치(330)는 함수 발생기(320)로부터 -1 ~ +1에 해당하는 교류가 입력되면, 신호 생성부(310)에서 변환된 전압값 또는 전류값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성할 것이다. 하지만, 만약 입력신호 생성장치(330)는 함수 발생기(320)로부터 -2 ~ +2에 해당하는 교류가 입력되면, 신호 생성부(310)에서 변환된 전압값 또는 전류값과 2를 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성할 것이다.
구체적으로, 입력신호 생성장치(330)는 멀티플라이어(332)를 포함하고, 멀티 플라이어(332)가 함수 발생기(320)로부터 입력되는 교류 형태의 전기신호와 신호 생성부(310)로부터 입력되는 스텝직류(step-DC) 형태의 전기신호를 곱하여 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성한다.
이와 같은 입력신호 생성장치(330)는 도 4와 같이 도시할 수 있고, 신호 생성부(310)로부터 출력되는 스텝 직류(step-DC) 형태의 전기신호가 입력되는 제1 입력단자(323)와, 함수 발생기(320)로부터 출력되는 교류 형태의 전기신호가 입력되는 제2 입력단자(324)가 구비된다. 또한 멀티플라이어(332)에서 생성된 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 원자현미경(340)에 공급하는 출력단자(325)가 구비된다.
상기와 같이 입력신호 생성장치(330)로부터 생성된 스텝교류전압 또는 교류스텝전류는 접촉형 원자현미경(AFM)(340)으로 공급되어 기판과 접촉형 AFM의 탐침 사이에 인가된다.
또한 원자현미경(340)은 기판과 접촉된 상태로 기판을 주사하게 되며, 상기 교류스텝전압 또는 교류스텝전류는 상기 원자현미경(340)의 탐침부와 상기 기판의 사이에 형성되어 상기 기판에 양극 산화현상이 일어나 산화물 형태의 나노 구조물이 형성된다. 이러한 나노 구조물의 크기는 상기 원자현미경(340)의 탐침부와 상기 기판 사이에 형성된 상기 교류스텝전압 또는 교류스텝전류의 크기에 비례한다.
이와 같이, 원자현미경(340)의 탐침부와 상기 기판 사이에 교류스텝전압을 형성함으로써, 나노 구조물에 전하가 쌓이는 현상을 최소화하여 나노 구조물의 종횡비를 향상시켜 분해능(RESOLUTION)을 향상시킬 수 있게 된다.
상기한 도 3의 실시예에서는 별도의 멀티플라이어(334)를 구비하여 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하는 예로 설명하였지만, 다른 실시 예로는 별도의 멀티플라이어(334)를 구비하지 않고 PC와 같은 단말장치(300)에서 소정 이미지에 대한 스텝직류(step-DC) 형태의 전기신호를 이용하여 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호로 생성할 수도 있다. 즉, PC와 같은 소정의 단말장치(300)에서 도 3의 344와 같은 신호를 생성하여 원자현미경(340)로 공급할 수도 있다.
그러면, 이제 도 5를 참조하여 원자현미경을 이용하여 이미지를 나노 리소그래피하기 위하여 원자현미경으로 공급되는 입력신호를 생성하고, 생성된 입력신호를 이용하여 리소그래피 수행하는 과정에 대하여 살펴보도록 한다.
500단계에서 사진 또는 그림 이미지를 복수개의 픽셀로 나눈 후 502단계로 진행한다.
502단계에서 각 픽셀의 명암을 산출하고, 산출된 각 픽셀의 명암에 상응하는 전압값 또는 전류값으로 변환하여 매트릭스 형태로 저장한다. 이를 위해서는 명암의 정도에 비례하도록 최고전압(V-max)에서 최저전압(0V)을 나눈 값 또는 명암에 비례하도록 최고전류(I-max)에서 최저전류(0A)를 나눈 값에 대한 정보를 미리 저장하여야 하고, 이 정보를 이용하여 각 픽셀의 명암에 대해 미리 설정된 전압값 또는 전류값을 확인한 후 확인된 값으로 변환하는 것이다.
이렇게 각 픽셀마다 변환된 값들은 매트릭스(matrix) 형태로 저장된다. 예를 들어, 소정의 이미지가 100 * 100 픽셀로 나누어졌다고 가정하면, 도 6과 같은 각 픽셀의 위치에 변환된 전압값이 매트릭스 형태로 저장될 것이다. 이러한 도 6은 전 압값으로 변환된 경우의 예시도이고, 만약 전류값으로 리소그래피를 제어하는 경우에는 전압값 대신 전류값으로 변환되고, 변환된 전류값이 각 픽셀의 위치에 저장될 것이다.
502단계에서 504단계로 진행하면 산출된 전압값 또는 전류값을 이용하여 스텝직류 형태의 전기신호를 생성한다.
또한 506단계에서 일정주기를 가지고, 소정 크기의 진폭값을 가지는 교류(AC) 형태의 전기신호를 발생시킨다.
이후, 507단계에서는 504단계에서 생성된 스텝직류 형태의 전기신호와 506단계에서 발생된 전기신호를 곱하여 스텝교류 형태의 전기신호를 생성한다. 이때, 스텝교류 형태의 전기신호는 상기 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 생성된 교류형태의 전기신호의 진폭값을 곱한 값 진폭값으로 하는 스텝교류 형태의 전기신호이다.
이후, 508단계로 진행하여 생성된 스텝교류 형태의 전기신호를 원자현미경으로 공급한다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 상기의 500단계 내지 504단계는 단말장치(300)의 신호 생성부(310)에서 수행되고, 506단계는 함수 발생기(320)에서 수행되고, 507단계 및 508단계는 멀티플라이어(332)에서 수행되는 단계이다.
또 다른 실시 예에 따라 상기의 500단계 내지 508단계를 단말장치(300)에서 수행할 수도 있다. 만약, 단말장치(300)에서 상기의 500단계 내지 508단계를 수행하는 경우에는 소정 이미지를 이용하여 스텝교류 형태의 전기신호를 생성하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리부(도면에 미도시)와 전기신호 생성을 제어하기 위한 제어부(도면에 미도시)가 단말장치(300)에 포함되어야 할 것이다.
그러면, 스텝교류 형태의 전기신호를 공급받은 원자현미경은 각 해당 픽셀로 이동하면서 팁 모듈에 공급하여 래스터 방식의 리소그래피를 수행하게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 스텝 교류(step-AC)형태를 인가해 주는 경우 각 픽셀에서 교류(AC)형태의 로우(low) 부분에서 (-)전압을 인가함으로써 기판에 차징(charging)된 전하를 제거할 수 있게 되어 종래에 스텝직류(step-DC) 형태의 전기적 신호를 공급하여 기판에 발생되는 전하 차징(electric charge) 효과를 방지할 수 있다.
이뿐 아니라 기판에 차징(charging)된 전하를 빠르게 제거함으로써 다음 픽셀로 진행할 때에 보다 많은 전류가 산화막 형성에 기여하게 되고, 최종적으로 종래와 같이 직류(DC)형태의 전기적 신호를 줄 때 보다 패턴 높이 차이를 크게 확장할 수 있다. 이와 같이 높아진 단차를 이용하여 보다 높은 분해능(resolution)을 갖는 이미지를 형성할 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모 든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 일반적인 원자현미경을 이용한 리소그래피 기술의 메커니즘을 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래기술에 따라 이미지 리소그래피를 위해 원자현미경으로 입력하기 위한 스텝 직류 형태의 전기적 신호를 도시하는 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원자현미경 리소그래피(Lithography)용 입력신호 생성 시스템 구성도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 입력신호 생성장치의 예시도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 원자현미경을 이용하여 이미지를 나노 리소그래피하기 위하여 원자현미경으로 공급되는 입력신호를 생성하고, 생성된 입력신호를 이용하여 리소그래피 수행하는 과정을 나타내는 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 신호 생성부에 저장된 매트릭스 형태의 각 픽셀에 대한 전압값을 도시하는 예시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300: 단말장치 310: 신호 생성부
320: 함수 발생기 330: 입력신호 생성부
332: 멀티플라이어 340: 원자현미경(AFM)

Claims (17)

  1. 원자현미경(AFM: Atomic Force Microscope)을 이용하여 이미지를 리소그래피(lithography)하기 위한 시스템에 있어서,
    리소그래피 패턴이 되는 이미지를 복수의 픽셀(pixel)로 나누고, 각 픽셀에 대한 명암을 산출한 후 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환하는 신호 생성부를 포함하는 단말장치와,
    진폭값을 가지는 교류 형태의 전기신호를 생성하여 출력하는 함수 발생기(Function Generation)와,
    상기 단말장치에서 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 함수 발생기로부터 생성된 전기신호의 진폭값을 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하여 상기 원자현미경에 공급하는 입력신호 생성장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 신호 생성부는,
    상기 각 픽셀마다 변환된 전압값 또는 전류값을 매트릭스(metric) 형태로 저장하고, 상기 전압값 또는 전류값을 진폭값으로 갖는 스텝직류(step-DC) 형태의 전기신호를 생성하여 상기 입력신호 생성장치로 출력하는 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 입력신호 생성장치는,
    상기 함수 발생기로부터 입력되는 상기 교류 형태의 전기신호와 상기 신호 생성부로부터 입력되는 상기 스텝직류(step-DC) 형태의 전기신호를 곱하여 상기 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하여 상기 원자현미경으로 공급하는 멀티플라이어(multiplier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 신호 생성부는,
    명암에 비례하도록 최고전압(V-max)에서 최저전압(0V)을 나눈 값에 대한 정보를 미리 저장하고, 상기 정보를 이용하여 상기 산출된 명암에 따른 전압값을 확인한 후 명암을 상기 확인된 전압값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 신호 생성부는,
    명암에 비례하도록 최고전류(I-max)에서 최저전류(0A)를 나눈 값에 대한 정보를 미리 저장하고, 상기 정보를 이용하여 상기 산출된 명암에 따른 전류값을 확인한 후 명암을 상기 확인된 전류값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 교류 형태의 전기신호는,
    삼각파, 구형파, 정현파 형태 중 하나의 형태의 전기신호인 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 교류 형태의 전기신호가 구형파 형태의 전기신호이고,
    상기 함수 발생기는, 상기 구형파 형태의 전기신호의 주기 및 하이 신호 구간과 로우 신호 구간의 비율 중 적어도 하나의 값을 조작자로부터 입력받아 입력된 값에 의해 구형파의 파형을 조정한 전기신호를 생성하여 상기 입력신호 생성장치로 출력하는 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 교류 형태의 전기신호는,
    전압 형태의 전기신호 또는 전류 형태의 전기신호인 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 원자현미경은 상기 스텝교류 형태의 전기신호를 각 해당 픽셀로 이동하면서 상기 원자현미경의 팁 모듈에 공급하여 리소그래피를 수행하는 것을 특징으로 하는 원자현미경용 리소그래피 시스템.
  10. 원자현미경 리소그래피용 입력신호 생성장치에 있어서,
    리소그래피 패턴이 되는 이미지의 각 픽셀에 대한 명암에 상응하는 전압값 또는 전류값을 이용하여 생성된 스텝 직류(step-DC) 형태의 전기신호가 입력되는 제1 입력단자와,
    진폭값을 가지는 교류 형태의 전기신호가 입력되는 제2 입력단자와,
    상기 제1 입력단자를 통해 입력된 스텝 직류(step-DC) 형태의 전기신호와 상기 제2 입력단자를 통해 입력된 교류 형태의 전기신호를 곱하여 상기 전압값 또는 전류값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하는 멀티플라이어와,
    상기 생성된 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 상기 원자현미경에 공급하는 출력단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자현미경 리소그래피용 입력신호 생성장치.
  11. 원자현미경을 이용하여 이미지를 나노 리소그래피하기 위하여 원자현미경 리소그래피용 입력신호 생성방법에 있어서,
    리소그래피 패턴이 되는 이미지를 복수개의 픽셀로 나누는 과정과,
    각 픽셀에 대한 명암을 산출한 후 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환하는 과정과,
    진폭값을 가지는 교류형태의 전기신호를 생성하는 과정과,
    상기 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 생성된 전기신호의 진폭값을 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 입력신호 생성 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 변환 과정 후,
    각 픽셀에 대해 변환된 전압값 또는 전류값을 매트릭스(matrix) 형태로 저장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 입력신호 생성 방법.
  13. 삭제
  14. 제 11항에 있어서, 상기 이미지를 복수개의 픽셀로 나누는 과정 수행 전에, 최저전압(0V)에서 최고전압(V-max)까지를 복수개의 전압값으로 구분하고, 명암 정도에 따라 상기 구분된 전압값을 대응시킨 정보를 미리 저장하는 과정 또는 최저전류(0A)에서 최고전류(I-max)까지를 복수개의 전류값으로 구분하고, 명암 정도에 따라 상기 구분된 전류값을 대응시킨 정보를 미리 저장하는 과정을 더 포함하고,
    상기 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환할 시 상기 정보를 이용하여 상기 산출된 명암에 따른 전압값 또는 전류값을 확인하고, 산출된 명암을 상기 확인된 전압값 또는 전류값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 리소그래피용 입력신호 생성 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 교류 형태의 전기신호는,
    삼각파, 구형파, 정현파 형태 중 하나의 형태의 전기신호인 것을 특징으로 하는 리소그래피용 입력신호 생성 방법.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 교류 형태의 전기신호는 구형파 형태의 전기신호이고, 상기 구형파의 주기 및 하이 신호 구간과 로우 신호 구간의 비율은 조작자에 의해 설정된 값으로 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 리소그래피용 입력신호 생성 방법.
  17. 원자현미경을 이용한 리소그래피 방법에 있어서,
    리소그래피 패턴이 되는 이미지를 복수개의 픽셀로 나누는 과정과,
    각 픽셀에 대한 명암을 산출한 후 산출된 명암에 따라 미리 설정된 전압값 또는 전류값으로 변환하는 과정과,
    진폭값을 가지는 교류형태의 전기신호를 생성하는 과정과,
    상기 변환된 전압값 또는 전류값에 상기 생성된 전기신호의 진폭값을 곱한 값을 진폭값으로 갖는 스텝교류(step-AC) 형태의 전기신호를 생성하는 과정과,
    상기 스텝교류 형태의 전기신호를 각 해당 픽셀로 이동하면서 상기 원자현미경의 팁 모듈에 공급하여 래스터 방식의 리소그래피를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자현미경을 이용한 리소그래피 방법.
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