KR100904894B1 - 대물렌즈 조리개 및 이를 이용한 패턴형성장치 - Google Patents

대물렌즈 조리개 및 이를 이용한 패턴형성장치 Download PDF

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Abstract

대물렌즈 조리개 및 이를 이용한 패턴형성장치가 개시된다. 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개는 시편에 조사되고 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성된 투과빔과 회절빔 중 일부를 통과시키는 투과전자현미경에 구비된 대물렌즈 조리개에 있어서, 고분해능 원자이미지의 배경신호잡음을 감소시키기 위해, 개구부가 형성되어 있지 않은 중심영역과 투과빔은 통과시키지 않고 회절빔만을 통과시키는 개구부가 적어도 하나 형성되어 있는 주변영역을 구비한다. 본 발명에 따르면, 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성된 투과빔이 통과하지 않도록 대물렌즈 조리개가 형성되어 고분해능 원자이미지의 배경신호잡음이 감소되므로 선명한 원자이미지를 얻을 수 있다.

Description

대물렌즈 조리개 및 이를 이용한 패턴형성장치{Objective aperture and pattern forming apparatus using thereof}
본 발명은 원자이미지를 이용한 패턴 형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고분해능 원자이미지를 얻기 위한 대물렌즈 조리개에 관한 것이다.
최근 각광을 받고 있는 나노기술에서 양자점(quantum dot) 및 양자선(quantum line)의 응용은 점차 많은 부분을 차지하고 있다. 양자점 및 양자선을 이용한 나노기술은 단일 전자 소자(single electron device), 광결정(photonic crystal), 패터닝된 자기 저장 소자(patterned magnetic storage device), 전기화학적 센서(electrochemical sensor), 생물학적 센서(biological sensor) 등에 응용이 가능하다. 양자점 및 양자선을 이용한 나노기술은 균일한 크기와 밀도를 갖는 나노패턴을 형성하는 것이 무엇보다도 중요한데, 이를 위해 많은 방법이 연구되고 있다.
최근에, 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy ; TEM)을 사용하여 물질의 결정구조를 이용한 나노패턴 형성방법이 연구되고 있다. 투과전자현미경을 사용한 나노패턴 형성방법은 결정구조를 갖는 물질을 투과전자현미경의 챔버에 위치시키고 전자빔을 조사한 후, 피조사 물질의 표면에 결정구조를 갖는 물질의 원자이미지를 위상 콘트라스트 영상법으로 형성함으로써 구현된다. 이와 같은 방법은 균일한 크기와 밀도를 갖는 나노패턴 형성이 용이할 뿐 아니라, 별도의 패턴이 형성된 마스크를 제조하지 않아도 되는 장점이 있다.
한편, 투과전자현미경을 사용한 양자점 패턴형성방법에 이용되는 원자이미지는 고분해능 원자이미지이다. 고분해능 원자이미지는 결정구조를 갖는 물질을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성된 투과빔과 회절빔의 간섭으로 인한 위상차(phase difference)에 의해 나타나는 이미지이다. 그러나 이러한 고분해능 원자이미지는 배경신호잡음(background noise) 때문에 이미지가 선명하지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배경신호잡음이 없어 선명한 원자이미지를 형성시킬 수 있는 대물렌즈 조리개 및 이를 이용한 패턴형성장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개는 시편에 조사되고 상기 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성된 투과빔과 회절빔 중 일부를 통과시키는 투과전자현미경에 구비된 대물렌즈 조리개에 있어서, 고분해능 원자이미지의 배경신호잡음을 감소시키기 위해, 개구부가 형성되어 있지 않은 중심영역; 및 상기 투과빔은 통과시키지 않고 상기 회절빔만을 통과시키는 개구부가 적어도 하나 형성되어 있는 주변영역;을 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 원자이미지를 이용한 패턴형성장치는 시편에 조사되고 상기 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성된 투과빔과 회절빔 중 일부를 통과시키는 대물렌즈 조리개를 가지는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치에 있어서, 상기 대물렌즈 조리개는, 고분해능 원자이미지의 배경신호잡음을 감소시키기 위해, 개구부가 형성되어 있지 않은 중심영역; 및 상기 투과빔은 통과시키지 않고 상기 회절빔만을 통과시키는 개구부가 적어도 하나 형성되어 있는 주변영역;을 구비한다.
본 발명에 따르면, 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성된 투과빔이 통과하지 않도록 대물렌즈 조리개가 형성되어 고분해능 원자이미지의 배경신호잡음이 감소되므로 선명한 원자이미지를 얻을 수 있다. 그리고 이러한 대물렌즈 조리개를 구비한 원자이미지를 이용한 패턴형성장치는 선명한 원자이미지로 인해 명확한 패턴형성이 가능하게 된다.
본 발명은 투과전자현미경을 사용하여 양자점 패턴형성을 할 때 이용되는 대물렌즈 조리개에 관한 것이므로, 우선 투과전자현미경에 대해서 살펴본다.
투과전자현미경은 전자빔을 시편에 조사하여 투과된 전자빔으로 영상을 얻고 회절된 전자빔으로 얻어진 회절 도형으로 상의 결정 구조를 해석하는 현미경이다. 투과전자 현미경은 전자총에서 전자를 발생하여 고압으로 가속된 전자빔을 집속렌즈로 모아서 시편에 투과시켜 대물렌즈로 상을 만들고 이를 중간 렌즈를 사용하여 확대하여 형광판에 영상이 맺히도록 구성된다.
투과전자현미경에서의 광원은 높은 진공상태(1×10-4Pa 이상)에서 고속으로 가속되는 전자선이다. 고속으로 가속된 전자선은 시편을 투과하여 일련의 전기자기장(electromagnetic field) 또는 정전기장(electrostatic field)을 거쳐 형광판이나 사진필름에 초점을 맞추어 투사된다. 이 전자의 파장은 가속전압에 따라 다르며 100kV 전압에서의 전자파장은 0.004nm이다. 전자현미경의 이론적 분해능(해상력)은 약 0.001nm이나 생물학적 표본에서 사용되는 분해능은 0.2nm(side entry), 0.14nm(top entry)이다.
투과전자현미경에서 전자빔이 시편을 투과하면 브래그 법칙(Bragg's law)에 따라 회절하여 후방초점면(back focal plane)에 회절도형(diffraction pattern)을 만든다. 시료를 투과한 빔 중에서 회절하지 않는 투과빔만을 대물렌즈 조리개(objective aperture)로 선택하여 관찰하는 영상을 명시야상(bright field image)이라 하고, 특정면에서 회절한 회절빔만을 선택하여 관찰하는 영상을 암시야상(dark field image)이라고 한다.
이러한 투과전자현미경의 광학 시스템은 전자총(electric gun)과 여러 개의 집속렌즈, 대물렌즈, 투사렌즈, 형광판 등 많은 복잡한 체계로 구성되어 있지만, 이 복잡한 시스템에서 일어나고 있는 현상을 전자빔, 시편, 렌즈 하나로 구성된 시스템으로 단순화할 수 있다. 도 1은 투과전자현미경의 광학시스템에서 일어나는 현상을 모식적으로 나타낸 도면으로 이러한 단순화한 시스템을 나타내고 있다.
도 1에서 중앙의 수평선(가로선)은 광축을 의미하며, 시편에 조사되어 시편과 상호 작용한 후(시편을 통과한 후) 나온 전자빔은 대물렌즈를 지나면서 대물렌즈의 후방 초점면에 회절상을 형성한다. 그리고 이 회절상 뒤에는 대물렌즈의 배율만큼 확대된 이미지가 상면에 형성된다.
이러한 현상을 수학적으로 표현하면 물체를 나타내는 함수
Figure 112008008159881-pat00001
가 렌즈에 의해 생기는 회절상은 물체함수
Figure 112008008159881-pat00002
를 푸리에변환(Fourier Transformation)한
Figure 112008008159881-pat00003
로 표현할 수 있다. 여기서 k는 역공간(reciprocal space)에서의 좌표를 나 타낸다. 회절상 뒤에 형성되는 상은 이 회절상의 함수
Figure 112008008159881-pat00004
를 다시 푸리에 변환한
Figure 112008008159881-pat00005
로 표현할 수 있다. 여기서 (-)부호는 원래의 물체에 대해 반전(inversion)되어 있음을 의미하며,
Figure 112008008159881-pat00006
는
Figure 112008008159881-pat00007
와 같은 실공간에서의 좌표를 의미한다.
여기서 회절상이 형성되는 후방초점면에 대물렌즈 조리개로 투과빔만 통과하도록 하여 상을 만들면 명시야상이 되고, 회절빔중 하나만을 선택하여 상을 만들면 암시야상이 된다. 이들이 상기 언급한 투과전자현미경의 여러 영상형태 중 하나이다. 그리고 대물렌즈 조리개를 사용하지 않거나 상당히 큰 대물렌즈 조리개를 사용하면 고분해능 투과전자현미경 이미지를 형성할 수 있다.
투과전자현미경에서 전자가 시편을 통과하면서 시편의 결정구조에 따라 대물렌즈의 후방초점면에 형성된 회절상은 시편의 결정구조에 따라 그 형태가 바뀌게 된다. 그리고 투과점과 회절점 사이의 거리는 회절점이 나타내는 면의 면간거리(dhkl)에 의해 결정된다.
도 2 내지 도 5는 대표적인 결정구조의 시편에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면이다.
구체적으로 도 2는 다이아몬드 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 전자빔 방향에 따라 나타내는 도면이며, 도 3은 체심입방구조(body centered cubic ; BCC)의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 전자빔 방향에 따라 나타내는 도면이다. 그리고 도 4는 면심입방구조(face centered cubic ; FCC)의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상 의 형태를 전자빔 방향에 따라 나타내는 도면이고, 도 5는 조밀육방격자(hexagonal closed packed ; HCP)의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 전자빔 방향에 따라 나타내는 도면이다.
어느 미지의 시료로부터 회절도형을 얻게되면, 그것의 격자상수를 구할 수 있는데, 이때 브래그 법칙이 사용된다. 이때 필요한 카메라상수(L)는 보통 금(Au)과 같이 알려진 표준시료를 사용하여 미리 측정하여 둔다.
도 6은 투과전자현미경의 회절상과 대물렌즈 조리개 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 투과전자현미경의 회절상은 이월드구(Ewald sphere)와 역격자(reciprical lattice)의 교점이 확대되어 만들어지는 것이므로 도 6의 회절상에서 측정된 거리는 실제 역격자 벡터를 확대한 것으로 간주한다. 투과전자현미경의 배율은 도 6에서 L과 이월드구의 반경의 비이며 수학식 1로 나타낼 수 있다.
L/k = λL
여기서, L은 시편과 상기 대물렌즈 조리개 사이의 거리이고, k는 파동벡터의 크기이며, λ는 투과전자현미경에서 조사되는 전자빔의 파장이다.
도 6에 나타나는 rhkl을 회절상의 투과점에서 회절점까지의 거리라고 하면, 전자 회절과 같이 회절각이 아주 작을 경우에는 rhkl는 수학식 2로 나타낼 수 있다.
rhkl=Ltanθ=Lsin2θB=L2θB
한편, 브래그 법칙으로부터 λ=2dhklsinθB이며, 여기에서 회절각이 아주 작은 경우에는 λ=2dhklθB이므로, rhkl은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있게 된다. 여기서, dhkl은 hkl 면의 면간 거리를 의미한다.
rhkl=λL/dhkl
그리고, 일반적인 경우 고분해능 이미지를 얻기 위해서는 시편에 전자빔을 평행하게 조사하지 않고 수렴각을 갖고 시편에 조사하게 된다. 이 경우 회절상의 투과빔 및 회절빔은 점이 아닌 원반(disc)의 형태를 갖게 되며, 이 원반의 직경인 bdisc는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
bdisc=2Lα
여기서, L은 상술한 바와 같이 시편과 상기 대물렌즈 조리개 사이의 거리이고, α는 상기 결정질 시편에 조사되는 전자빔의 수렴반각(convergence semiangle)이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개 및 이를 이용한 패턴형성장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개(700)는 투과전자현미경에 구비되는 것으로서, 투과전지현미경에서 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성한 투과빔과 회절빔 중 일부를 통과시키는 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개(700)는 개구부가 형성되어 있지 않은 중심영역(710)과 투과빔은 통과시키지 않고 회절빔만을 통과시키는 개구부(730)가 적어도 하나 형성되어 있는 주변영역(720)으로 이루어진다. 중심영역(710)을 통해 투과빔이 통과되는 것을 방지하여야 하므로 중심영역은 수학식 4에 나타낸 바와 같이 투과빔의 직경인 2Lα보다 크게 설정되는 것이 바람직하다. 그리고 주변영역(720)에 형성되어 있는 개구부(730)는 원형일 수 있다.
이와 같이 중심영역(710)에 개구부를 형성시키지 않아 투과빔을 통과시키지 않는다면 고분해능 원자이미지의 배경신호잡음이 감소된다. 이를 도 8 내지 도 10에 나타내었다.
도 8a는 결정질 β-Si3N4 시편의 회절도형을 나타낸 도면이고, 도 8b는 대물렌즈 조리개를 사용하지 않은 경우의 고분해능 원자이미지를 나타낸 도면이다. 도 9a는 투과빔과 일부 회절빔만을 남기고 나머지 회절빔을 제거한 회절도형이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 회절도형에 나타낸 정보에 의해 얻어지는 고분해능 원자이미지를 나타낸 도면이다. 그리고 도 10a는 도 9a의 회절도형 중 투과빔을 제거한 회 절도형이고, 도 10b는 도 10a에 도시된 회절도형에 나타낸 정보에 의해 얻어지는 고분해능 원자이미지를 나타낸 도면이다.
도 8b와 도 9b를 비교하면, 광축에서 멀리 떨어져 있는 회절빔을 제거시킨 경우(도 9b)의 고분해능 원자이미지가 투과빔과 모든 회절빔을 이용하여 고분해능 원자이미지를 얻는 경우(도 8b)에 비해 선명함을 알 수 있다. 그러나 도 10b와 도 9b를 비교하면, 투과빔을 추가적으로 제거시킨 경우(도 10b)가 더욱 선명하게 됨을 알 수 있다. 즉 투과빔 내에 배경신호 잡음이 많이 포함되어 있어 투과빔을 통과시키지 않고 고분해능 원자이미지를 얻게 된다면 더욱 선명한 이미지를 얻게 된다.
도 11은 다이아몬드 구조를 갖는 실리콘 단결정에 적용가능한 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 도 7의 경우와 같이 대물렌즈 조리개의 중심영역에는 개구부가 형성되어 있지 않고 주변영역에만 회절빔을 통과시키는 개구부가 형성되어 있다. 이때 개구부는 원형으로 6개가 형성될 수 있다. 각각의 개구부의 위치는 실리콘 단결정의 회절상에서 111 회절빔과 002 회절빔의 위치와 동일하다. 111 회절빔은 실리콘 단결정의 (111)면에서 회절되는 회절빔을 의미하고, 002 회절빔은 실리콘 단결정의 (002)면에서 회절되는 회절빔을 의미한다. 그리고 중심영역의 중심과 111 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 중심 사이의 거리는 수학식 3에 나타낸 바와 같이 λL/d111이고, 중심영역의 중심과 002 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 중심 사이의 거리는 λL/d002이다. 그리고 수학식 4에 나타낸 바와 같 이 회절빔의 크기가 2Lα이므로 각 원형의 개구부는 2Lα 이하의 직경으로 형성된다. 각 원형의 개구부의 직경이 2Lα보다 크게 되면 배경신호잡음이 완전히 제거되지 않게 된다.
도 12는 다이아몬드 구조를 갖는 실리콘 단결정에 적용가능한 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 도 7 및 도 11의 경우와 마찬가지로 대물렌즈 조리개의 중심영역에는 개구부가 형성되어 있지 않고 주변영역에만 회절빔을 통과시키는 개구부가 형성되어 있다. 이때 개구부는 원형으로 16개가 형성될 수 있다. 각각의 개구부의 위치는 실리콘 단결정의 회절상에서 111 회절빔, 002 회절빔, 220 회절빔, 113 회절빔 및 222 회절빔의 위치와 동일하다. 220 회절빔, 113 회절빔 및 220 회절빔은 각각 실리콘 단결정의 (220)면, (113)면, (220)면에서 회절되는 회절빔을 의미한다. 그리고 중심영역의 중심과 각 회절빔을 통과시키는 원형의 개구부 사이의 거리는 상술한 바와 같이 λL/d111, λL/d002, λL/d220, λL/d113 및 λL/d222이다. 그리고 각 원형의 개구부는 상술한 바와 같이 2Lα 이하의 직경으로 형성된다.
도 13은 본 발명에 따른 링 형태의 대물렌즈 조리개의 일 예를 나타내는 도면이다. 이 경우에도 대물렌즈 조리개의 중심영역에는 개구부가 형성되어 있지 않고 주변영역에만 회절빔을 통과시키는 개구부가 형성되어 있다. 다만 주변영역에 형성되어 있는 개구부는 링 형태로 형성된다. 개구부가 원형으로 형성되는 경우(도 11, 도 12)에는 시편의 결정구조에 따라 개구부의 배치 및 개구부 사이의 거리가 변화하게 되므로, 동일한 결정구조와 면간 거리를 갖는 시편에만 적용이 가능하다. 그러나 개구부가 링 형태로 형성되면(도 13), 결정구조가 다르지만 비슷한 면간 거리를 갖는 회절빔을 갖는 시편들에 적용이 가능하다. 또한, 원형의 개구부를 갖는 대물렌즈 조리개(도 11, 도 12)는 시편의 회절상에 정렬시키기 위해서는 조리개의 2축(x, y) 이동 및 회전이동의 기능이 필요하지만, 링형의 개구부를 갖는 대물렌즈 조리개(도 13)는 회전이동 없이 2축의 이동으로만 시편의 회절상에 정렬시킬 수 있는 장점이 있다. 그리고 중심영역의 중심과 링형의 개구부의 중심까지의 거리는 λL/dhkl이다. 또한 링의 내주면에서 외주면까지의 길이(두께)가 회절빔의 크기보다 작아야 배경신호잡음을 제거할 수 있으므로 수학식 4에 나타낸 바와 같이 두께는 2Lα 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 구조의 대물렌즈 조리개는 원자이미지를 이용한 패턴형성방법 및 장치에도 적용 가능하다. 원자이미지를 이용한 패턴형성방법 및 장치는 한국출원 제2001-17694에 기술되어 있는데, 이러한 방법 및 장치에 적용함으로써 본 발명의 목적이 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 투과전자현미경의 광학시스템에서 일어나는 현상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 다이아몬드 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면이다.
도 3은 체심입방구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 면심입방구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 조밀육방격자의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면이다.
도 6은 투과전자현미경의 회절상과 대물렌즈 조리개 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 8a는 결정질 β-Si3N4 시편의 회절도형을 나타낸 도면이고, 도 8b는 대물렌즈 조리개를 사용하지 않은 경우의 고분해능 원자이미지를 나타낸 도면이다.
도 9a는 투과빔과 일부 회절빔만을 남기고 나머지 회절빔을 제거한 회절도형이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 회절도형에 나타낸 정보에 의해 얻어지는 고분해능 원자이미지를 나타낸 도면이다.
도 10a는 도 9a의 회절도형 중 투과빔을 제거한 회절도형이고, 도 10b는 도 10a에 도시된 회절도형에 나타낸 정보에 의해 얻어지는 고분해능 원자이미지를 나타낸 도면이다.
도 11은 다이아몬드 구조를 갖는 실리콘 단결정에 적용가능한 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 다이아몬드 구조를 갖는 실리콘 단결정에 적용가능한 본 발명에 따른 대물렌즈 조리개의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 링 형태의 대물렌즈 조리개의 일 예를 나타내는 도면이다.

Claims (12)

  1. 시편에 조사되고 상기 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성된 투과빔과 회절빔 중 일부를 통과시키는 투과전자현미경에 구비된 대물렌즈 조리개에 있어서,
    고분해능 원자이미지의 배경신호잡음을 감소시키기 위해,
    개구부가 형성되어 있지 않은 중심영역; 및
    상기 투과빔은 통과시키지 않고 상기 회절빔만을 통과시키는 개구부가 적어도 하나 형성되어 있는 주변영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중심영역은 2Lα 이상의 직경으로 형성되고, 여기서 L은 상기 시편과 상기 대물렌즈 조리개 사이의 거리이고, α는 상기 시편에 조사되는 전자빔의 수렴반각(convergence semiangle)인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회절빔만을 통과시키는 개구부는 원형인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시편은 실리콘 단결정이고,
    상기 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111 회절빔과 002 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 중심영역의 중심과 상기 111 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 중심 사이의 거리는 λL/d111이고, 상기 중심영역의 중심과 상기 002 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 중심 사이의 거리는 λL/d002이며, 상기 각 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부는 2Lα 이하의 직경으로 형성되고, 여기서 λ는 상기 시편에 조사되는 전자빔의 파장이고, d111과 d002은 각각 (111)면과 (002)면의 면간 거리인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 시편은 실리콘 단결정이고,
    상기 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111 회절빔, 002 회절빔, 220 회절빔, 113 회절빔 및 222 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 각 회절빔에 대하여 상기 중심영역의 중심과 상기 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부 사이의 거리는 각각 λL/d111, λL/d002, λL/d220, λL/d113 및 λL/d222이며, 상기 각 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부는 2Lα 이하의 직 경으로 형성되고, 여기서 d220, d113 및 d222는 각각 (220)면, (113)면 및 (222)면의 면간 거리인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 회절빔만을 통과시키는 개구부는 링 형태이고, 상기 중심영역의 중심으로부터 상기 링의 중심까지의 거리는 λL/dhkl이며, 여기서 dhkl은 hkl 면의 면간 거리인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  7. 시편에 조사되고 상기 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성된 투과빔과 회절빔 중 일부를 통과시키는 대물렌즈 조리개를 가지는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치에 있어서,
    상기 대물렌즈 조리개는,
    고분해능 원자이미지의 배경신호잡음을 감소시키기 위해,
    개구부가 형성되어 있지 않은 중심영역; 및
    상기 투과빔은 통과시키지 않고 상기 회절빔만을 통과시키는 개구부가 적어도 하나 형성되어 있는 주변영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중심영역은 2Lα 이상의 직경으로 형성되고, 여기서 L은 상기 시편과 상기 대물렌즈 조리개 사이의 거리이고, α는 상기 시편에 조사되는 전자빔의 수렴반각인 것을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회절빔만을 통과시키는 개구부는 원형인 것을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시편은 실리콘 단결정이고,
    상기 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111 회절빔과 002 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 중심영역의 중심과 상기 111 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 중심 사이의 거리는 λL/d111이고, 상기 중심영역의 중심과 상기 002 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 중심 사이의 거리는 λL/d002이며, 상기 각 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부는 2Lα 이하의 직경으로 형성되고, 여기서 λ는 상기 시편에 조사되는 전자빔의 파장이고, d111과 d002은 각각 (111)면과 (002)면의 면간 거리인 것을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 시편은 실리콘 단결정이고,
    상기 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111 회절빔, 002 회절빔, 220 회절빔, 113 회절빔 및 222 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 각 회절빔에 대하여 상기 중심영역의 중심과 상기 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부 사이의 거리는 각각 λL/d111, λL/d002, λL/d220, λL/d113 및 λL/d222이며, 상기 각 회절빔만을 통과시키는 원형의 개구부는 2Lα 이하의 직경으로 형성되고, 여기서 d220, d113 및 d222는 각각 (220)면, (113)면 및 (222)면의 면간 거리인 것을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 회절빔만을 통과시키는 개구부는 링 형태이고, 상기 중심영역의 중심으로부터 상기 링의 중심까지의 거리는 λL/dhkl이며, 여기서 dhkl은 hkl 면의 면간 거리인 것을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
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