KR100876398B1 - 원자 힘 현미경 나노 리소그래피를 이용한 패턴 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 패턴 제작 방법에 있어서, 저에너지의 양성자, 또는 아르곤과 같은 이온빔을 조사한 기판에 원자 힘 현미경 양극산화반응을 통해 나노 크기의 산화물을 성장시키며, 원자 힘 현미경 팁에 양전압을 인가하여 기존 음전압을 인가하여 낮은 높이를 가지는 산화물 패턴을 크게 증가시킨 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법에 관한 것이다.

원자 힘 현미경, 패턴, 나노, 이온빔, 아르곤, 양성자, 기판, 산화물

Description

원자 힘 현미경 나노 리소그래피를 이용한 패턴 제작 방법{Generation of patterns using atomic force microscope nanolithography}

본 발명은 저에너지의 양성자, 또는 아르곤과 같은 이온빔을 조사한 기판에 원자 힘 현미경 양극산화반응을 통해 나노 크기의 산화물을 성장시키며, 원자 힘 현미경 팁에 양전압을 인가하여 기존 음전압을 인가하여 낮은 높이를 가지는 산화물 패턴을 크게 증가시킨 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법에 관한 것이다.

반도체 및 전자 소자 제작에 있어 그 크기는 점점 소형화 되어 가고, 효율은 극대화 되어가는 시점에서 기판위에 높은 종횡비를 가지는 나노 패턴 형성은 차세대 리소그래피 기술을 한 단계 발전시킬 수 있는 중요한 요소 기술이다.

원자 힘 현미경 전기화학적산화(anodization) 리소그래피는 직접적으로 기판 위에 옥사이드 패턴을 형성할 수 있는 차세대 리소그래피 기술로 생각되어 지고 있으며, 이 기술을 실제 산업 공정에 적용하기 위해 세계적으로 많은 노력들이 이루어지고 있다. 원자 힘 현미경 전기화학적산화(anodization) 리소그래피는 약 20% 이상의 습도를 포함하는 대기조건에서 원자 힘 현미경 팁과 기판 사이에 -5 V 내지 -15 V의 전압을 인가하여 실리콘 기판 또는 금속 기판을 국부적으로 산화시키는 공정이다. 약 10 nm의 곡률반경을 가지는 원자 힘 현미경 팁을 기판에 가까이 접촉시키면 주위의 습도 또는 인가된 전압에 의해 워터 칼럼(water column)이 팁과 기판 사이에 형성된다. 원자 힘 현미경 팁의 높은 전기장에 의해 물 또는 산소가 분해하여 이온을 형성하고 그들의 반응이 기판 표면의 산화반응(예, Si-O 결합)을 유도한다. 이렇게 생성된 수십 nm 크기의 옥사이드는 차세대 초고집적 반도체 소자 제작에 에칭 마스크 또는 절연체로 사용가능할 뿐 아니라, 성장된 옥사이드의 표면성질이 기판과 다름을 이용하여 선택적으로 나노-바이오 물질을 흡착시킬 수 있다.

이러한 옥사이드 구조물의 종횡비(aspect ratio), 즉, 높이와 넓이는 인가전압과 전압인가 시간에 따라 변화될 뿐 아니라, 표면의 전기적, 물리적, 화학적 성질에 따라 옥사이드 크기, 성장 속도, 성장 메카니즘 등이 변화된다. 분자 레지스트 도포, 분자 또는 원자 이온 빔 조사 등은 표면의 성질을 제어하기 위한 주요한 수단이다.

하지만, 단점으로 원자 힘 현미경 전기화학적산화(anodization) 리소그래피는 순차적 쓰기 방식에 의한 낮은 리소 속도와 낮은 종횡비의 패턴형성에 의해 산업 이용가능성이 제한된다. 이 경우 원자 힘 현미경 전기화학적산화(anodization) 리소그래피에서 낮은 리소 속도에 의한 문제는 여러 개의 탐침을 병렬 구조로 제작하여 한번에 넓은 면적에 대해 이들 탐침을 이용하여 동시에 패턴 형성하는 방향으로 해결되어지고 있다. 이와 상이하게, 형성된 패턴의 낮은 종횡비 문제는 장치적인 면을 고려하기 보단 기판 또는 탐침 고유의 특성과 리소하는 주위 환경에 의해 큰 영향을 받는다. 하지만, 모든 조건을 고려하더라도 탐침을 통한 음의 전압인가에 의해 성장되는 산화물에 공간 전하가(space charge) 형성되고, 이는 산화물이 더 높이 형성되는 것을 방해하게 된다. 따라서, 기존의 원자 힘 현미경 전기화학적산화(anodization) 리소그래피 공정에서는 약 -5 V 내지 -20 V의 음전압을 원자 힘 현미경 팁과 기판 사이에 인가하여 10 nm 미만의 높이를 가지는 산화물을 성장시켜 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 기존 음전압을 인가하여 낮은 높이의 패턴 생성으로 인한 낮은 종횡비를 극복하고 보다 높은 패턴을 생성하기 위한 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법에 관한 것이다.

본 발명은 패턴 제작 방법에 있어서, 양성자, 또는 아르곤의 이온빔을 기판에 조사하는 단계와, 상기 이온빔이 조사된 기판에, 원자 힘 현미경 리소그래피를 수행하되 상기 원자 힘 현미경 팁에 양전압을 인가하여 산화 구조물을 형성하는 단 계를 포함하여 이루어진 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법에 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 패턴 제작 방법에 있어서, 양성자, 또는 아르곤의 이온빔을 기판에 조사하는 단계; 상기 이온빔이 조사된 기판에 원자 힘 현미경 리소그래피를 수행하되 상기 원자 힘 현미경 팁에 음전압을 인가하여 제1산화 구조물을 형성하는 단계; 및 상기 원자 힘 현미경 팁에 양전압을 인가하여 상기 제1산화 구조물 상에 제 2 산화 구조물을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법에 또 다른 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 원자 힘 현미경을 이용한 리소그래피에서, 양전압을 인가하여 수 nm 수준의 높이에 불과하였던 나노 산화 구조물의 높이를 100 nm 이상 크게 향상시킬 수 있으며, 경제성 활용 범위 확장성 등으로 인해 나노 스케일의 구조물 형성이 필요한 나노 소자와 초박막 패터닝 등 유비쿼터스 시대에 다양한 정보 통신 기술에 응용될 수 있는 중요한 원천 기술이 될 수 있다.

본 발명은 기존 패턴 제작 방법인 원자 힘 현미경 팁에 음전압을 인가하여 낮은 높이의 패턴 생성으로 인한 낮은 종횡비와 공간전하 형성에 의한 패턴 높이의 한계에 대한 문제점을 줄이고자 하는 것이다. 구체적으로, 기판을 양성자 또는 아르곤 이온빔으로 조사한 후, 팁에 양전압을 인가하여 높이 및 종횡비가 현격히 커져 전자 소자와 같이 국부적으로 원하는 크기의 다층 산화물 절연구조를 필요로 하거나 높은 에칭 선택도를 필요로 하는 곳에 적용할 수 있는 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법에 관한 것이다.

도 1은 이온빔을 조사하기 위한 장치의 개념도를 나타낸 것이고, 도 2는 이온빔이 조사된 기판 위에서 원자 힘 현미경 팁에 양전압을 인가하여 산화 구조물을 형성하는 공정도를 나타낸 것이다.

도 1을 구체적으로 살펴보면, 텅스텐 코일(2)을 갖는 양극판(1), 자계집속판(3), 가속판(4), 전압(5) 및 샘플기판(6)로 구성되는 바, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이때, 상기 장치는 진공펌프를 이용하여 진공 상태가 유지된 조건하에서 수행된다.

투입된 아르곤 원자는 텅스텐 코일(2)을 갖는 양극판(1)을 지나면서 아르곤 이온을 형성하며, 자계집속판(3)에 의해 아르곤 이온을 한 곳에 모으면서 동시에 가속판(4) 및 전압(5)에 의해 이온의 속도를 향상시켜 샘플기판(6)에 조사하게 된다. 즉, 고속으로 한곳으로 집중된 아르곤 이온 빔을 형성하여 기판에 조사하게 되는 것이다. 이때, 상기 조사는 진공상태에서 수행되는 바, 장치 내에 진공펌프를 내장하게 된다. 상기와 같은 도 1의 과정으로, 기판 상에 이온빔 층을 형성한 후에, 전압을 인가하여 산화 구조물을 형성하는 것이다.

즉, 도 2에 나타낸 바와 같이 자연산화층이 형성된 실리콘(a)의 기판위에 아르곤 이온 충돌에 의해 자연산화층(b)이 제거되고, 실리콘 상면에 아르곤 이온 충 돌층(c)이 형성되게 된다. 이후에, 상기 기판에 원자 힘 현미경 팁(e)을 이용하여 특정의 전압을 인가하면 전압이 인가된 부분에 산화구조물(d)이 형성된다.

본 발명의 원자 힘 현미경 리소그래피를 이용한 패턴 제작 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

반도체 공정은 기본적으로 잘 연마된 기판 위에서 모든 공정이 진행되어 진다. 먼저, 기판을 세척하는 바, 이는 기판 위에 존재하는 미세입자 및 유기물을 제거하여 나노 패턴 제작 시 균일성을 유지하기 위함이다. 이러한 세척 단계는 당 분야에서 통상적으로 수행되는 것을 특별히 한정하지 않으나, 구체적으로 깨끗한 대기조건하에서 H₂SO₄/H₂O₂ (약 3:1 중량비)용액을 이용하여 세척하는 것이 보다 효과적이다.

이때, 상기 기판은 당 분야에서 사용하는 기판으로 실리콘, 금속박막 및 옥사이드계 세라믹 중에서 선택 사용할 수 있으며, 구체적으로 유기물이나 자연산화막으로 도포된 실리콘 기판; 탄탈, 티탄, 크롬 등을 포함하는 금속 박막; 및 규산화물, 탄탈화물 및 티탄화물 등의 금속산화물 등을 사용할 수 있다.

상기 세척 후 기판 위에, 1 내지 5 keV 에너지를 갖는 양성자, 또는 아르곤 이온 빔을 조사한다.

상기 양성자의 에너지가 1 keV 미만이면 기판 전체에 균일한 빔 조사가 어렵고, 5 keV 초과 시 빔에 사용되는 입자의 충돌에 의한 기판의 손상이 커져 나노 크기의 패턴형성에 오히려 불리하게 작용하는 문제점이 발생한다. 또한 상기 이 온 빔은 이온 개수가 1 × 10¹⁵ 내지 1 × 10¹⁷ ions/㎠ 범위를 유지하는 바, 상기 이온 개수가 1 × 10¹⁵ ions/㎠ 미만이면 표면 개질 정도가 높은 패턴을 형성하기에 미약하고, 1 × 10¹⁷ ions/㎠을 초과하는 경우에는 빔 에너지 증가와 유사하게 표면 거칠기의 증가로 패턴형성이 어렵게 되는 문제점이 발생한다.

이때, 컨택 앵글 고니오미터를 사용하여 접촉각을 측정하는데 접촉각 측정 이유는 표면 개질정도를 간접적으로 확인하여 패턴 형성 결과를 유추하기 위함이다. 접촉각 변화 정도는 표면에 조사된 이온 조사량에 의존하므로 특정 범위를 벗어나게 되면 표면 개질 정도가 미약하거나 그 거칠기가 커지게 되기 때문이다.

상기 표면 거칠기가 형성된 후 원자현미경 팁에, 양전압을 인가하는 단계가 있는데 상기 양전압 인가 단계는 본 발명의 핵심이며 높은 산화물 생성에 필수적이다. 이때, 상기 원자현미경 팁은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 특별히 한정하지는 않는 바, 통상적인 실리콘 팁 뿐만 아니라 전기 전도성이 우수한 백금/티타니아 팁 등이 이용될 수 있다.

상기 양전압은 5 내지 20 V 범위를 유지하는 바, 양전압이 5 V 미만이면 문턱 전압이하로 패턴 형성에 어려움이 있고, 20 V를 초과하는 경우에는 과도한 인가전압으로 패턴이 마치 터지듯이 형성되어 원하는 형태의 패턴을 얻을 수 없는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 전압인가 시간이 길어질수록 패턴의 높이가 증가하게 되는 바, 상기 양전압의 인가 경우도 동일하게 적용된다.

본 발명의 표면 실리콘의 산화공정은 종래에 원자 힘 현미경 양극산화반응 (AFM Anodic oxidation or Anodization)에서 원자 힘현미경 팁을 음극 (Cathode)으로 실리콘 기판을 양극 (Anode)으로 사용하는 공정과는 반대의 경우가 된다. 이를 음극산화반응(Cathodic oxidation)이라 하는데, 이 때 원자 힘 현미경 팁이 양극(Anode)으로 작용하게 된다. 실리콘 산화반응에서는 산소음이온(oxygen anion, O-)과 실리콘의 반응이 주가 되는데, 이러한 반응은 표면에 노출된 상부의 산화물층과 하부의 실리콘층 사이의 계면에서 일어난다. 이 때, 산소음이온이 이 계면으로 공급되어야 하는데, 종래의 양극산화반응에서는 팁과 기판사이에 형성된 물기둥이 원천(Source)으로 작용하여 물(water) 분자로부터 분해된 OH-가 계면으로 향하게 된다. 이와 달리, 음극산화반응에서는 표면의 실리콘 산화물층이 원천이 되는데, 이온빔 조사 후 기판을 대기에 노출시키거나 미량의 산소를 포함한 챔버(chamber)에서 이온빔을 조사하면, 이온빔의 충돌에 의해 표면 손상층(damage layer)이 형성되고 층내의 결함 부분들(defect sites)은 산소 분자 및 이온을 트랩(trap)한다. 이러한 산소분자들은 음극산화반응(Cathodic oxidation)에서 하부 실리콘층(Cathode)으로부터 전자를 공급받아 산소음이온의 형태로 하부의 실리콘과 반응을 하게 된다. 한편, 이온빔 손상층(damage layer)에 전자(electron)보다 홀(hole)을 주입하였을 때 훨씬 큰 표면에너지 변화를 일으키게 되며, 팁이 양극(Anode)으로 사용될 때 표면에 많은 양의 전하(charge)가 형성되게 된다. 이렇게 형성된 표면 전하에 의해 팁과 기판 사이에 정전기적 반발력이 형성되어 팁이 상대적으로 불안정해지게 된다. 따라서, 팁이 기판 표면과 기계적인 충돌을 일으키게 되고, 이는 형성된 산화막을 제거(depassivation) 또는 오 염(contamination)시켜 산화물 형성을 돕게 된다.

이렇게 생성된 수십 nm 크기의 옥사이드는 차세대 초고집적 반도체 소자 제작에 에칭 마스크 또는 절연체로 사용가능할 뿐 아니라, 성장된 옥사이드의 표면성질이 기판과 다름을 이용하여 선택적으로 나노-바이오 물질을 흡착시킬 수 있다.

여기서 나노물질에는 일반적으로 탄소나노튜브, 나노 와이어, 나노 파티클 등이 있을 수 있으며, 상기 산화구조물에 나노 물질을 흡착시킴으로써, 탄소나노튜브 등 다양한 나노 전자 소자 및 센서 등을 제작하는 것이 가능하다.

바이오 물질은 일반적으로 항원(antigen)-항체(antibody) 반응에 사용되는 물질들로서, 상기 산화구조물에 바이오 물질을 흡착시킴으로써 바이오 칩의 제작에 응용할 수 있다.

또는, 상기와 같은 방법에 의해 생성된 비교적 높은 두께의 산화물을 에칭공정에 의해 일부 또는 전부를 제거하여 기판 상에 패턴을 생성할 수 있다. 이때, 산화물의 높이는 10 내지 200 nm 범위를 유지할 수 있다.

한편, 본 발명은 이온빔이 조사된 기판에 원자 힘 현미경 팁에 음전압을 인가하여 제1산화물을 생성한 다음, 양전압을 인가하여 제2산화물을 생성하고 제1 및 제2산화물들을 제거함으로써, 다층 구조를 가지는 삼차원의 입체 패턴을 생성할 수 있다. 이때, 두 번의 원자힘 리소그래피를 수행하는 면적의 크기를 각각 다르게 할 수 있으며, 따라서, 이때 형성된 제1산화 구조물의 면적은 제2산화 구조물의 면적과 다를 수 있다. 이러한 삼차원의 입체 패턴은 모스트랜지스터와 같은 디바이스의 제작 시 적용될 수 있다.

상기 음전압 인가는 종래 기술로 행해져 온 AFM 양극산화 반응과 동일하게 실시된다. 이러한 음전압 인가는 일반적으로 높이가 낮은 산화구조물을 형성시키게 되며, 이렇게 형성된 산화구조물 위에 양전압을 인가하여 수직 방향으로 또 다른 산화 구조물을 형성시키는 것을 가능하게 한다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다

실시예 1 : 양전압(+ 10 V) 인가

p-타입 실리콘 기판을 황산:과산화수소 3:1 중량비로 한 용액을 이용하여 세척 후, 5 keV(이온 조사량: 1 × 10¹⁶ ions/㎠) 양성자 빔을 조사하였다. 그 후 양성자 빔이 조사된 기판 위 1 × 1 μm² 영역을 +10 V의 양전압이 인가된 원자 힘 현미경 팁으로 스캔하였더니 125 nm 높이를 가진 산화 구조물을 형성 하였다. 이때, 양전압은 상온(20 ℃)에서 256 × 256 스캔 조건을 가지고 1 Hz 속도에서 인가되었다.

실시예 2 : 양전압(+ 8 V) 인가

실시예 1과 동일하게 실시하되, 양전압을 +8 V로 인가하였더니 약 70 nm 높이를 가진 산화 구조물을 형성하였다.

비교예 1 : 양성자 및 Ar 이온빔 조사를 실시하지 않고 양전압 인가

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 이온 빔 조사 없이 p-타입 실리콘 기판을 세척 후, 팁에 10 V의 양전압을 인가하여 1 × 1 μm² 영역을 스캔하였더니 기판 위에 산화 구조물이 형성되지 않았다.

실시예 3 : 음전압(-10 V) 인가 후, 양전압(+10 V) 인가

p-타입 실리콘 기판을 황산 : 과산화수소 3 : 1 중량비로 한 용액을 이용하여 세척한 후, 5 keV(이온 조사량: 1 × 10¹⁶ ions/㎠) 양성자 빔을 조사하였다. 그 후 양성자 빔이 조사된 기판 위 1 × 1 μm² 영역을 -10 V의 음전압이 인가된 원자 힘 현미경 팁으로 스캔하였더니, 약 2 nm의 낮은 평면 구조물을 구현하였고, 다시 양전압을 1 × 1 μm² 의 평면 구조물 중앙의 100 × 100 nm² 면적에 +10 V로 인가하여 이미 형성된 산화 구조물 위에 또 다른 형태의 산화 구조물을 형성시켜 피라미드 형태의 삼차원 산화 구조물을 형성 하였다. 이때, 양전압은 상온에서 256 × 256 스캔 조건을 가지고 1Hz 속도에서 인가되었다.

비교예 2 : 양성자 및 Ar 이온빔 조사를 실시하지 않고 음전압 인가 후 양전압 인가

상기 실시예 3과 동일하게 실시하되, 이온 빔 조사 없이 p-타입 실리콘 기판을 세척 후, 팁에 음전하를 인가한 후 양전하를 인가하여 1 × 1 μm² 영역을 스캔하였더니 1 내지 2 nm의 낮은 평면 산화 구조물만 형성되고 3차원 구조물은 얻지 못하였다.

도 3은 이온빔 조사를 하지 않은 p-타입 실리콘 베어기판의 표면 사진으로서, 그 표면 거칠기 정도가 1 × 1 μm² 영역에서 0.194 nm 정도로 매우 균일하다는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 4는 p-타입 실리콘 베어기판에 3 keV (조사량: 5 × 10¹⁶ ions/㎠)의 아르곤 이온빔을 조사한 후의 표면 사진으로서, 도 3의 실리콘 베어기판에 비해 그 거칠기 정도가 커졌다는 것을 확인할 수 있다.

다음 도 5 내지 8은 기판에, 아르곤 또는 양성자 이온빔을 조사한 후 특정의 전압을 인가 후 형성되는 산화물의 형상을 나타낸 것이다.

도 5는 기판에 3 keV (조사량: 5 × 10¹⁶ ions/㎠)의 아르곤 이온빔을 조사한 후 실리콘 팁에 음전압을 인가하여 형성한 선 패턴과 높이를 나타낸 것으로, -20 V에서 약 1 nm의 낮은 높이를 가지는 산화물이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 실시예 1에서와 같이, 기판에 5 keV (조사량: 1 × 10¹⁶ ions/㎠)의 양성자 빔을 조사한 후 실리콘 팁에 양전압을 인가하여 형성한 선 패턴과 그 높이를 나타낸 것으로, 10 V의 양전압 인가시 약 40 nm의 높은 산화물이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

도 7은 기판에 5 keV (조사량: 1 × 10¹⁶ ions/㎠)의 아르곤 빔을 조사한 후 실리콘 팁에 양전압을 인가하여 형성한 높이 약 125 nm의 산화 구조물을 나타낸 것으로, 선 패턴 보다 면 패턴에서 보다 높은 산화물이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 실시예 3에서와 같이, 원자 힘 현미경 팁에 음전압(-10 V)과 양전압(+10 V)을 순차적으로 인가하여 얻은 3차원 산화 구조물을 나타낸 것으로 이미 형성된 산화구조물 위에 또 다른 산화 구조물이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법은 기존의 양극산화에서처럼 팁에 음전압을 인가한 것이 아니라 양전압을 최적의 조건으로 인가하여 패턴의 크기가 크게 증가하고 종횡비가 커지므로 전자 소자와 같이 국부적으로 원하는 크기의 다층 산화물 절연구조를 필요로 하거나 높은 에칭 선택도를 필요로 하는 곳에 적용이 가능하다. 또한, 음전압 인가 후 양전압을 인가, 즉 단순히 전압 극성을 바꾸어 주는 공정 단계를 이용하는 우수한 공정성을 가지고 다층구조를 가지는 삼차원 구조의 산화물 패턴을 쉽게 구현할 수 있다.

도 1은 이온빔을 조사하기 위한 장치를 나타낸 개념도이다.

도 2는 이온빔이 조사된 기판 위에서 원자 힘 현미경 팁에 양전압을 인가하여 산화 구조물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 3은 이온빔 조사를 하지 않은 p-타입 실리콘 베어기판의 표면을 나타낸 사진이다.

도 4는 p-타입 실리콘 베어기판에 3 keV (조사량: 5 × 10¹⁶ ions/㎠)의 아르곤 이온빔을 조사한 후의 표면을 나타낸 사진이다.

도 5는 기판에 3 keV (조사량: 5 × 10¹⁶ ions/㎠)의 아르곤 이온빔을 조사한 후 실리콘 팁에 음전압을 인가하여 형성한 선 패턴과 높이를 나타낸 도면이다.

도 6은 기판에 5 keV (조사량: 1 × 10¹⁶ ions/㎠)의 양성자 빔을 조사한 후 실리콘 팁에 양전압을 인가하여 형성한 선 패턴과 그 높이를 나타낸 도면이다.

도 7은 기판에 5 keV (조사량: 1 × 10¹⁶ ions/㎠)의 양성자 빔을 조사한 후 실리콘 팁에 양전압을 인가하여 형성한 높이 약 125 nm의 산화 구조물을 나타낸 도면이다.

도 8은 원자 힘 현미경 팁에 음전압(-10 V)과 양전압(+10 V)을 순차적으로 인가하여 얻은 3차원 산화 구조물을 나타낸 도면이다.

Claims (10)

1. 패턴 제작 방법에 있어서,

   양성자, 또는 아르곤의 이온빔을 기판에 조사하는 단계와,

   상기 이온빔이 조사된 기판에, 원자 힘 현미경 리소그래피를 수행하되 상기 원자 힘 현미경 팁에 양전압을 인가하여 산화 구조물을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법.
2. 패턴 제작 방법에 있어서,

   양성자, 또는 아르곤의 이온빔을 기판에 조사하는 단계;

   상기 이온빔이 조사된 기판에 원자 힘 현미경 리소그래피를 수행하되 상기 원자 힘 현미경 팁에 음전압을 인가하여 제1산화 구조물을 형성하는 단계; 및

   상기 원자 힘 현미경 팁에 양전압을 인가하여 상기 제1산화 구조물 상에 제 2 산화 구조물을 형성하는 단계;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원자 힘 현미경을 이용한 패턴 제작 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이온빔은 1 내지 5 keV 에너지 또는 1 × 10¹⁵ 내지 1 × 10¹⁷ 개의 이온/㎠이 함유된 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판 또는 박막이 형성되어 있는 실리콘, 유리, 플라스틱 또는 금속 기판 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 박막은 금속 박막, 금속 산화물 박막 또는 실리콘 산화물 박막 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원자 힘 현미경 팁은 실리콘 팁, 백금/티타니아 코팅 팁 및 텅스텐 팁 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 양전압은 5 내지 20 V 범위인 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 산화구조물의 일부 또는 전부를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 산화구조물의 일부 또는 전부에 나노-바이오 물질을 흡착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.
10. 제 2 항에 있어서, 상기 제1산화 구조물의 면적과 상기 제2산화 구조물의 면적은 다른 것을 특징으로 하는 패턴 제작 방법.

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