KR100957680B1 - Ａｆｍ을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AFM을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법에 관한 것으로서, 스테이지 구동 전압(VS)의 파형을 정현파 형태로 설정함으로써 패턴 형성의 시작 또는 끝점에서의 스테이지 진동 현상을 완화한다. 또한, 본 발명에 따른 AFM을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법에 따르면, 리소그래피 패턴 형성을 위해 기판과 AFM 탐침 사이에 인가하는 리소그래피 전압(VL)을 스테이지의 구동 속도(vs)에 비례하도록 설정함으로써, 스테이지 속도가 가변하더라도 패턴 폭 및 높이를 일정하게 유지시킨다.

AFM, 리소그래피, 패턴

Description

ＡＦＭ을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법{CONTROLLING METHOD FOR PATTERN FORMING IN LITHOGRAPHY USING ATOMIC FORCE MICROSCOPE}

본 발명은 AFM(Atomic Force Microscope; 원자(힘) 현미경)에 관한 것이고 더 구체적으로는 AFM을 이용한 리소그래피에 관한 것이다.

일반적으로 AFM(Atomic Force Microscope)은 원자수준의 3차원 표면 영상을 얻을 수 있는 장비로서 시료의 손상 없이 시료의 표면을 형상화하는데 이용된다. AFM을 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, AFM의 중요한 응용분야로서 나노 리소그래피(Nano Lithography)가 있는 바, 나노 리소그래피는 탐침과 시료 표면 사이에 적당한 신호를 인가함으로써 시료의 표면이 변형되는 만큼의 힘(전기 및 자기적 자극 등)이 가해지도록 하여 시료 표면의 원자나 분자 배열을 조작하는 기술로서 시료에 초미세 패턴을 형성할 수 있다.

이와 같이 AFM을 이용한 리소그래피에서는 스테이지 구동 전압(VS)을 인가함 으로써 스테이지에 놓인 시료 또는 기판을 탐침에 대해 상대적으로 이동시키거나 AFM 탐침을 기판에 대해 상대적으로 이동시킨다. 한편, 탐침이 기판 상에서 상대적으로 이동하거나 AFM 탐침이 기판에 대해 상대적으로 이동하는 상태에서 리소그래피 전압(VL)을 인가하게 되면 탐침과 기판 표면 사이에 전기장 또는 자기장 등이 발생하여 접촉식 또는 비접촉식으로 기판 표면에 힘(전기 및 자기적 자극 등)이 가해지게 되고 그 결과 기판 표면이 물리/화학적 변화로 인해 변형됨으로써 패턴이 형성된다.

그러나 종래의 AFM을 이용한 리소그래피에서는 도 1의 (a)에 도시된 것과 같이 스테이지 구동 전압(VS)이 삼각파의 형태를 가지므로, 스테이지가 방향 전환되는 부분에서 스테이지 구동 속도가 급격히 변동한다. 그에 따라 도 1의 (b)에 도시된 것과 같이 패턴의 끝부분에서 스테이지의 급격한 방향전환으로 인해 진동이 발생함과 동시에 리소그래피 패턴이 왜곡된다는 문제가 발생하였다.

또한, 종래의 AFM을 이용한 리소그래피에서는 스테이지의 이동 속도와 무관하게 일정한 리소그래피 전압을 인가하였다. 이는 탐침과 시료 사이에 작용하는 전기장의 크기가 스테이지의 이동 속도와 무관하게 일정하다는 것을 의미한다. 그에 따라 스테이지 이동 속도가 느린 경우에는 이동 속도가 빠른 경우에 비하여 시료 상의 특정 위치에서 탐침이 점유하는 시간이 상대적으로 길어지게 되므로 리소그래피가 과도하게 수행된다. 즉, 스테이지의 이동 속도가 느린 경우에는 리소그래피에 의해 형성된 패턴의 높이 또는 폭이 더 커지게 되는 것이다. 그 결과 도 5의 (a)에 도시된 것과 같이 스테이지의 이동 속도가 가변적인 경우 형성되는 패턴 의 깊이 또는 폭이 일정하지 않게 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 AFM을 이용한 리소그래피에 있어서 스테이지 구동 전압을 적절히 조절함으로써 스테이지의 진동으로 인한 패턴 왜곡 현상을 완화하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명의 다른 목적은 AFM을 이용한 리소그래피에 있어서 스테이지의 속도가 변동되더라도 리소그래피 패턴의 높이와 폭을 일정하게 형성하도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 AFM을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법에 따르면, 패턴 형성을 위한 기판이 장착된 스테이지를 AFM 탐침에 대해 상대적으로 이동시키거나 AFM 탐침을 기판에 대해 상대적으로 이동시키기 위한 스테이지 구동 전압의 변화율을 스테이지 구동 전압의 최저점 또는 최고점 부근에서 상대적으로 낮게 설정하는 것을 특징으로 한다.

여기서 스테이지 구동 전압의 파형은 정현파 형태인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 AFM을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법에 따르면, 리소그래피 패턴 형성을 위해 기판과 AFM 탐침 사이에 인가하는 리소그래피 전압은 스테이지의 구동 속도에 비례하도록 설정한다.

또한, 스테이지의 구동 속도는 스테이지 구동 전압의 변화율에 비례하는 것 이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 AFM을 이용한 리소그래피에 있어서 패턴 형성 시작 및 끝 부분에서의 스테이지 속도를 감소시킴으로써 방향 전환에 의한 스테이지 끝부분에서의 패턴 왜곡 현상을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명은 리소그래피 전압을 스테이지 이동 속도에 비례하도록 인가함으로써 스테이지 이동 속도가 변동되더라도 일정한 높이 및 폭을 가진 패턴을 형성할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 AFM 리소그래피 스테이지 구동 전압 제어 방법 및 리소그래피 전압 인가 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명과 종래 기술에 따른 AFM 리소그래피의 패턴 형성을 위한 스테이지 구동 전압(VS)의 비교 파형도를 도시한다. 점선(10')은 종래 기술의, 실선(10)은 본 발명의 파형을 나타낸다.

도시된 것과 같이, 삼각파 형태를 가지는 종래 기술의 스테이지 구동 전압(VS) 파형(10')과 달리 본 발명에 따른 스테이지 구동 전압(VS) 파형(10)은 정현파 형태를 가진다.

다시 말하여 종래 기술에 따른 스테이지 구동 파형(10')에서는 스테이지 구동 전압(VS)을 인가하는 시점(A)부터 스테이지 구동 전압 최고점(B)까지, 또는 최 고점(B)부터 구동전압이 다시 0이 되는 시점(C)까지 스테이지 구동 전압(VS)이 일정한 변화율(기울기)로 증가하거나 감소한다.

반면에, 본 발명에 따른 스테이지 구동 파형(10)에 따르면 스테이지 구동 전압(VS)을 인가하는 시점(A) 부근과 스테이지 구동 전압 최고점(B) 부근, 그리고 다시 구동 전압이 0이 되는 시점(C)에서는 스테이지 구동 전압(VS) 변화율(기울기)이 다른 부분에 비하여 감소함을 알 수 있다.

스테이지 구동 전압(VS)을 인가하는 시점(A), 스테이지 구동 전압 최고점(B) 부근 및 다시 구동 전압이 0이 되는 시점(C)은 패턴 형성 시작점 또는 끝점에 대응한다.

즉, 본 발명과 같이 스테이지 구동 전압(VS)을 정현파로 설정하게 되면, 패턴 형성 시작점 또는 끝점에서의 스테이지 속도가 감소하게 되고, 그 결과 스테이지의 떨림 및 진동이 완화된다. 이러한 원리를 도 3을 참조로 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 도 2에서의 스테이지 구동 전압(VS)에 따른 스테이지 구동 속도(vs)의 비교 파형도를 도시한다. 점선(20')은 종래 기술의, 실선(20)은 본 발명의 파형을 나타낸다.

도시된 예에서는 스테이지 구동 속도(vs)가 스테이지 구동 전압(VS)의 변화율(기울기)에 비례하는 경우를 예시하였으나, 스테이지 구동 속도(vs)는 스테이지 구동 전압(VS)과 상관 관계는 이와 상이할 수도 있음을 이해하여야 한다. 한편, 도 3의 그래프에서는 이해의 편의상 스테이지 구동 속도(vs)를 절대값으로 환산하 여 도시하였다.

도시된 것과 같이, 종래 기술에 따른 스테이지 구동 속도(vs) 파형(20')은 패턴 형성의 시작점(D)과 끝점(E) 부근에서 구동 속도 최고점과 0점 사이를 급격히 변동(증가 또는 감소)하는 움직임을 보이며, 그에 따라 패턴 형성 시작 및 끝점에서 스테이지의 떨림 및 진동이 발생한다는 문제가 있다.

반면, 본 발명에 따른 스테이지 구동 속도(vs) 파형(20)은 패턴 형성 시작점(D) 및 끝점(E)에서 구동 속도가 최고점과 0점 사이에서 급격히 증가하거나 감소하지 않고 완만하게 증가하거나 감소한다.

그에 따라 본 발명에서는 패턴 형성의 시작 또는 끝점에서 스테이지의 급격한 이동에 따른 떨림 및 진동을 완화할 수 있게 된다.

이러한 결과는 앞서 설명하였던 것과 같이, 본 발명에서는 스테이지 구동 전압의 최저점 또는 최고점 부근, 즉 패턴 형성의 시작 또는 끝에서 스테이지 구동 전압(VS)의 증가율(기울기)을 감소시켰다는 사실에 기인한다. 다시 말하여, 본 발명에서는 스테이지 구동 전압(VS)의 파형을 종래의 삼각파에서 정현파 형태로 변경하였기 때문이다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 스테이지 속도(vs)가 변동함에도 불구하고 일정한 리소그래피 전압(VL)을 인가함에 따라 패턴 높이와 폭이 일정하지 않았던 종래 기술의 문제를 해소하기 위해서 리소그래피 전압(VL)을 스테이지 속도(vs)에 비례하도록 설정한다.

도 4는 리소그래피 전압(VL)의 비교 파형도를 도시한다. 점선(30')은 종래 기술의, 실선(30)은 본 발명의 파형을 나타내고, Vth는 기판상에 리소그래피 패턴이 형성되기 위해 요구되는 문턱 전압을 나타낸다.

도시된 것과 같이 스테이지 구동 속도(vs)에 무관하게 동일한 전압이 인가되었던 종래의 리소그래피 전압(VL) 파형(30')과 달리, 본 발명에 따른 리소그래피 전압(VL) 파형(30)은 스테이지 구동 속도(vs)에 비례하여 변동된다. 리소그래피 전압(VL)과 스테이지 구동 속도(vs) 사이의 비례 상수는 적절히 설정될 수 있다.

구체적으로 도 3과 도 4를 비교하면, 스테이지 구동 속도(vs)가 작은(예: 도 3의 D, D'') 경우에는 리소그래피 전압(VL)도 낮게(예: 도 4의 F, F'') 설정되고, 스테이지 구동 속도(vs)가 높은(예: 도 3의 D')인 경우에는 리소그래피 전압(VL)도 높게(예: 도 4의 F') 설정된다.

이와 같이 리소그래피 전압(VL)을 스테이지 구동 속도(vs)에 비례하도록 설정함으로써 스테이지 구동 속도(vs)가 가변되더라도 리소그래피 패턴의 높이와 폭을 일정하게 유지할 수 있다.

왜냐하면, 스테이지의 구동 속도가 낮아진 경우에는 기판상의 특정 위치에서 탐침이 점유하는 시간이 길어질 것이지만, 이에 대응하여 리소그래피 전압(VL)도 낮춰줌으로써 길어진 점유 시간에 의해 유발될 수 있는 과도한 패턴 형성 효과가 상쇄될 수 있기 때문이다.

이와 반대로 스테이지 구동 속도(vs)가 높아진 경우에는 기판상의 특정 위치에서 탐침이 점유하는 시간이 상대적으로 짧아질 것이지만, 이에 대응하여 리소그래피 전압(VL)도 높여줌으로써 짧아진 점유 시간에 의해 유발될 수 있는 패턴 형성 의 부족 효과를 상쇄할 수 있게 된다.

도 5는 리소그래피 전압(VL)이 스테이지 구동 속도(vs)와 무관하게 일정한 경우(a)와 리소그래피 전압(VL)이 스테이지 구동 속도(vs)에 비례하는 경우(b)를 도시한다.

도시된 것과 같이 리소그래피 전압(VL)이 스테이지 구동 속도(vs)에 비례하는 경우(b)에는 스테이지 구동 속도(vs)가 변동되더라도 패턴의 높이와 폭이 일정하게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 종래 기술에 따른 AFM 리소그래피용 스테이지 구동 전압(VS) 파형 및 형성된 패턴의 형상도.

도 2는 본 발명과 종래 기술에 따른 스테이지 구동 전압(VS) 파형의 비교도.

도 3은 본 발명과 종래 기술에 따른 스테이지 구동 속도(vs) 파형의 비교도.

도 4는 본 발명과 종래 기술에 따른 리소그래피 전압(VL) 파형의 비교도.

도 5는 본 발명과 종래 기술에 따른 AFM을 이용한 리소그래피에서 형성된 패턴의 모습을 도시한 도면.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

Vs: 스테이지 구동 전압 vs: 스테이지 구동 속도

VL: 리소그래피 전압 Vth: 문턱 전압

10: 본 발명에 따른 스테이지 구동 전압(VS) 파형

10': 종래 기술에 따른 스테이지 구동 전압(VS) 파형

20: 본 발명에 따른 스테이지 구동 속도(vs) 파형

20': 종래 기술에 따른 스테이지 구동 속도(vs) 파형

30: 본 발명에 따른 리소그래피 전압(VL) 파형

30': 종래 기술에 따른 리소그래피 전압(VL) 파형

Claims (4)

1. AFM을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법으로서,

   리소그래피 패턴 형성을 위한 기판이 장착된 스테이지를 AFM 탐침에 대해 상대적으로 이동시키거나 AFM 탐침을 기판에 대해 상대적으로 이동시키기 위한 스테이지 구동 전압(VS)의 변화율을 스테이지 구동 전압(VS)의 최저점 또는 최고점 부근에서 상대적으로 낮게 설정하고,

   리소그래피 패턴 형성을 위해 상기 기판과 상기 AFM 탐침 사이에 인가하는 리소그래피 전압(VL)을 상기 스테이지의 구동 속도(vs)에 비례하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 AFM을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스테이지 구동 전압(VS)의 파형은 정현파 형태인 것을 특징으로 하는 AFM을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 스테이지의 구동 속도(vs)는 스테이지 구동 전압(VS)의 변화율에 비례하는 것을 특징으로 하는 AFM을 이용한 리소그래피에서의 패턴 형성 제어 방법.

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