KR101095367B1 - Method of forming pattern using crystalstructure of material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물질의 결정구조를 이용하여 나노 크기의 패턴을 손쉽고 명확하게 형성하는 패턴 형성방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성방법은 라인을 정의하는 격자이미지를 갖는 대상물질을 챔버에 위치시킨 후, 대상물질에 제1전자빔을 조사하여 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 대상물질을 통과한 제1전자빔에 노출시킨다. 그리고 격자이미지를 회전시킨 후, 대상물질에 제2전자빔을 조사하여 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 대상물질을 통과한 제2전자빔에 노출시킨다. 그리고 전자빔 레지스트를 현상(development)하여, 전자빔 레지스트 패턴을 형성하고, 전자빔 레지스트 패턴 하부에 형성되어 있는 하지층을 전자빔 레지스트 패턴을 통해 식각하여 패턴을 형성한다.The present invention relates to a pattern forming method for easily and clearly forming nanoscale patterns using a crystal structure of a material. In the pattern formation method using the crystal structure of the material according to the present invention, after placing a target material having a lattice image defining a line in a chamber, the target material is irradiated with a first electron beam to the substrate on which the electron beam resist is formed. It is exposed to the 1st electron beam which passed through. After rotating the grid image, a second electron beam is irradiated to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to the second electron beam that has passed through the target material. The electron beam resist is developed to form an electron beam resist pattern, and an underlayer formed under the electron beam resist pattern is etched through the electron beam resist pattern to form a pattern.

Description

물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성방법{Method of forming pattern using crystalstructure of material}Method of forming pattern using crystalstructure of material

본 발명은 나노기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물질의 결정구조를 이용하여 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to nanotechnology, and more particularly, to a method of forming a pattern using a crystal structure of a material.

최근에 소자의 집적도가 증가함에 따라 나노 크기의 패턴을 형성하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다. 특히, 나노점(nanodot) 또는 나노선(nanowire) 패턴 형성을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 나노점 또는 나노선 패턴 형성 공정은 나노점 또는 나노선을 이용한 전기 소자, 자기 소자 및 광 소자의 응용 가능성이 대두되면서 이러한 소자들의 형성을 위한 핵심 공정으로 등장하게 되었다. 나노점 및 나노선을 이용한 전기 소자, 자기 소자 및 광소자의 기본적 작동 원리는 입자의 물리적 크기가 나노미터 단위의 크기가 되면, 그 입자의 제반 물리적 성질이 입자의 크기에 큰 영향을 받는다는 양자 역학의 발전과 맥을 같이 한다. Recently, as the degree of integration of devices increases, a lot of researches have been made to form nanoscale patterns. In particular, studies for forming nanodot or nanowire patterns have been actively conducted. Nano dot or nano wire pattern forming process has emerged as a key process for forming such devices as the application of electric devices, magnetic devices and optical devices using nano dots or nano wires has emerged. The basic principle of operation of electrical devices, magnetic devices, and optical devices using nanodots and nanowires is that quantum mechanics indicates that when the physical size of a particle is in nanometers, the overall physical properties of the particle are greatly affected by the particle size. Mac goes along with development.

현재 HSQ(hydrogen silsesquioxane)를 전자빔 레지스트로 사용하여 전자빔 리쏘그라피 공정을 수행하게 되면 10 nm 이하의 크기를 갖는 단일 라인 패턴을 형성할 수 있다는 것이 보고되고 있다. 그러나 이는 단일 라인 패턴에 국한된 것이 고, 배선폭(feature size)과 라인간격(spacing)의 비가 1:1인 고밀도 패턴에서는 최소 배선폭이 20 nm에서 한계를 보이고 있다. 그리고 동일한 크기의 나노점을 균일한 밀도를 갖도록 형성하는 데에 어려움이 있다.It is currently reported that an electron beam lithography process using hydrogen silsesquioxane (HSQ) as an electron beam resist can form a single line pattern having a size of 10 nm or less. However, this is limited to a single line pattern, and the minimum wiring width is limited at 20 nm in a high density pattern having a ratio of feature size and line spacing of 1: 1. In addition, it is difficult to form nanodots of the same size to have a uniform density.

나아가 도 1에 도시된 바와 같이 기판(1) 상에 나노선(3)이 행 및 열로 교차 배열된 형태의 패턴(2)이나, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(5) 상에 돌출부(7)가 행 및 열로 나노 크기의 간격을 갖고 이격되게 배열된 형태의 패턴(6)을 형성하기 위한 연구는 더욱 부족한 실정이다.Further, as shown in FIG. 1, the pattern 2 in which the nanowires 3 are arranged in rows and columns on the substrate 1, or the protrusions 7 on the substrate 5 as shown in FIG. 2. There is a further lack of research to form a pattern 6 in which the pattern 6 is arranged spaced apart at nanoscale intervals in rows and columns.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 물질의 결정구조를 이용하여 명확하게 정의되는 나노 크기의 패턴을 손쉬우면서도 균일하게 형성하는 방법을 제공하는 데에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for easily and uniformly forming a nano-size pattern that is clearly defined using the crystal structure of the material.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 패턴 물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성방법의 바람직한 일 실시예는 챔버에 위치한 결정구조를 갖는 대상물질에 전자빔을 조사시킴으로써, 상기 대상물질을 통과한 투과전자빔과 회절전자빔의 간섭에 의해 형성된 격자이미지로부터 패턴을 형성하는 방법으로, 라인을 정의하는 격자이미지를 갖는 대상물질을 상기 챔버에 위치시키는 단계; 상기 대상물질에 제1전자빔을 조사하여, 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제1전자빔에 노출시키는 제1노광 단계; 상기 격자이미지를 회전시키는 단계; 상기 대상물질에 제2전자빔을 조사하여, 상기 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제2전자빔에 노출시키는 제2노광 단계; 상기 전자빔 레지스트를 현상(development)하여, 전자빔 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 전자빔 레지스트 패턴 하부에 형성되어 있는 하지층을 상기 전자빔 레지스트 패턴을 통해 식각하여 패턴을 형성하는 단계;를 갖는다.In order to solve the above technical problem, a preferred embodiment of the pattern forming method using the crystal structure of the pattern material according to the present invention by irradiating an electron beam to the target material having a crystal structure located in the chamber, A method of forming a pattern from a grid image formed by interference of a transmission electron beam and a diffraction electron beam, the method comprising: positioning a target material having a grid image defining a line in the chamber; Irradiating the first electron beam to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to the first electron beam passing through the target material; Rotating the grid image; Irradiating a second electron beam to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to a second electron beam passing through the target material; Developing the electron beam resist to form an electron beam resist pattern; And etching the underlayer formed under the electron beam resist pattern through the electron beam resist pattern to form a pattern.

본 발명에 따른 패턴 형성방법에 있어서, 상기 격자이미지가 회전되도록, 상기 전자빔의 조사방향을 회전축 방향으로 하여 상기 대상물질을 회전시킬 수 있다.In the pattern forming method according to the present invention, the target material may be rotated so that the grid image is rotated so that the irradiation direction of the electron beam is in the direction of the rotation axis.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 패턴 물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성방법의 바람직한 다른 실시예는 챔버에 위치한 결정구조를 갖는 대상물질에 전자빔을 조사시킴으로써, 상기 대상물질을 통과한 투과전자빔과 회절전자빔의 간섭에 의해 형성된 격자이미지로부터 패턴을 형성하는 방법으로, 라인을 정의하는 격자이미지를 갖는 대상물질을 상기 챔버에 위치시키는 단계; 상기 대상물질에 제1전자빔을 조사하여, 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제1전자빔에 노출시키는 제1노광 단계; 상기 전자빔의 조사방향을 회전축 방향으로 하여 상기 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 회전시키는 단계; 상기 대상물질에 제2전자빔을 조사하여, 상기 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제2전자빔에 노출시키는 제2노광 단계; 상기 전자빔 레지스트를 현상(development)하여, 전자빔 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 전자빔 레지스트 패턴 하부에 형성되어 있는 하지층을 상기 전자빔 레지스트 패턴을 통해 식각하여 패턴을 형성하는 단계;를 갖는다.In order to solve the above technical problem, another preferred embodiment of the pattern forming method using the crystal structure of the pattern material according to the present invention by irradiating an electron beam to the target material having a crystal structure located in the chamber, A method of forming a pattern from a grid image formed by interference of a transmission electron beam and a diffraction electron beam, the method comprising: positioning a target material having a grid image defining a line in the chamber; Irradiating the first electron beam to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to the first electron beam passing through the target material; Rotating the substrate on which the electron beam resist is formed with the irradiation direction of the electron beam as a rotation axis direction; Irradiating a second electron beam to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to a second electron beam passing through the target material; Developing the electron beam resist to form an electron beam resist pattern; And etching the underlayer formed under the electron beam resist pattern through the electron beam resist pattern to form a pattern.

본 발명에 따른 패턴 형성방법에 있어서, 상기 기판 상에 복수의 나노선(nanowire)이 행 및 열로 교차 배열된 형태의 패턴을 형성하기 위해, 상기 전자빔 레지스트는 네거티브(nagetive) 전자빔 레지스트를 이용할 수 있다. 그리고 상기 기판 상에 복수의 돌출부가 행 및 열로 서로 이격되어 배열된 형태의 패턴을 형성하기 위해, 상기 전자빔 레지스트는 포지티브(positive) 전자빔 레지스트를 이용할 수 있다. 그리고 상기 전자빔 레지스트는 현상시 단위 면적당 임계 전하량 이상의 전자빔이 조사되는 부분이 제거되지 않는 네거티브 전자빔 레지스트이고, 나노 점(nanodot) 패턴을 형성하기 위해, 상기 제1전자빔의 단위 면적당 전하량과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량 각각은 상기 임계 전하량보다 작고, 상기 제1전자빔의 단위 면적당 전하량과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량의 합은 상기 임계 전하량보다 크게 되도록, 상기 제1전자빔과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량을 설정할 수 있다.In the method of forming a pattern according to the present invention, in order to form a pattern in which a plurality of nanowires are arranged in rows and columns on the substrate, the electron beam resist may use a negative electron beam resist. . The electron beam resist may use a positive electron beam resist to form a pattern in which a plurality of protrusions are arranged to be spaced apart from each other in rows and columns on the substrate. In addition, the electron beam resist is a negative electron beam resist in which a portion irradiated with an electron beam more than a critical charge amount per unit area is not removed during development, and in order to form a nanodot pattern, the charge amount per unit area of the first electron beam and the second electron beam are not removed. Each charge amount per unit area is smaller than the threshold charge amount, and the charge amount per unit area of the first electron beam and the second electron beam is increased so that the sum of the charge amount per unit area of the first electron beam and the charge amount per unit area of the second electron beam is larger than the threshold charge amount. Can be set.

본 발명에 따르면, 물질의 결정구조를 이용하여 패턴을 형성하되, 전자빔을 노광하고 격자이미지 또는 기판을 회전한 후, 다시 전자빔을 노광함으로써, 격자 형태의 패턴을 손쉽게 형성할 수 있다. 또한, 이와 같은 방법으로 패턴을 형성하게 되면, 패턴이 명확하게 정의될 뿐 아니라 균일한 간격 또는 크기를 갖는 나노 크기의 패턴을 형성할 수 있게 된다.According to the present invention, a pattern is formed using a crystal structure of a material, and a lattice-shaped pattern can be easily formed by exposing an electron beam, rotating a lattice image or a substrate, and then exposing the electron beam again. In addition, when the pattern is formed in this manner, the pattern is not only clearly defined, but also a nano-sized pattern having a uniform interval or size can be formed.

본 발명은 물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성장치를 이용하여 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 따라서 본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명에 이용되는 물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성장치에 대해서 설명한다.The present invention relates to a method of forming a pattern using a pattern forming apparatus using a crystal structure of a material. Therefore, before describing the present invention, a pattern forming apparatus using the crystal structure of the material used in the present invention will be described.

우선, 본 발명에 이용되는 패턴 형성장치의 이해를 돕기 위하여 일반 재료의 결정 격자 구조와 그 다양한 모식도에 대하여 설명한다.First, the crystal lattice structure of general materials and various schematic diagrams thereof will be described in order to facilitate understanding of the pattern forming apparatus used in the present invention.

지구상에 존재하는 거의 모든 물질은 원자와 이들 몇 원자들의 조합인 분자에 의하여 구성되어 있음은 주지의 사실이며, 특히 고상(solid)을 이루고 있는 물질은 "원자, 이온 또는 분자가 주기적으로 배열되어 있는 상태" 즉 결정질 (crystalline)과 이러한 원자들의 무질서한 결합에 의하여 이루어진 비정질(amorphous)로 구분하여 볼 수 있다. 이러한 원자들의 규칙적인 배열에 대한 연구는 1912년 Max von Laue가 X-선 회절을 발견함으로써 시작되었다. 뒤이어 1913년 Bragg 부자가 다이아몬드, 소금들의 간단한 결정 구조를 X-선에 의하여 해석하였고 뒤이어 1920년 Ewald가 역격자 이론을 발표하였다. 현재까지 지구상에 존재하는 10만개 이상의 유기 및 무기화학물의 결정 구조(원자들의 주기적 배열)가 밝혀졌다.It is well known that almost all materials present on Earth are composed of atoms and molecules which are a combination of several of these atoms. Particularly, solid materials are "a periodic arrangement of atoms, ions or molecules. State ", or crystalline, and amorphous by the disordered combination of these atoms. The study of the regular arrangement of these atoms began in 1912 when Max von Laue discovered X-ray diffraction. Subsequently, in 1913, Bragg Riche analyzed the simple crystal structure of diamonds and salts by X-ray, followed by Ewald in 1920. To date, the crystal structure (cyclic arrangement of atoms) of over 100,000 organic and inorganic chemicals on Earth has been identified.

어느 한 점을 일정한 방향으로 특정한 거리 a 만큼 평행 이동하면 두번째 점이 되고 이를 다시 같은 방향으로 같은 거리 만큼 이동하면 세 번째 점이 생긴다. 이와 같이 한 점을 되풀이하여 평행 이동시키면 도 3a에 도시된 바와 같은 점열이 생기게 된다. 여기에서 한점을 일정한 방향으로 특정한 거리만큼 이동하는 동작의 중복에 의하여 생기는 점열을 격자선이라 한다. 이때, 일정한 방향으로 특정한 거리만큼 이동하는 동작을 병진(translation)이라 하며 이를 벡터를 사용하여 a로 표시할 수 있다. 여기서 특정한 거리 즉, 벡터의 절대치 a를 주기 또는 단위 주기라 한다. 이 점열에서 각점들은 서로 같으며 한점을 원점으로 잡으면 다른 점들은 원점으로부터의 위치벡터로써 표시할 수 있다.If you move a point parallel to a certain distance a in a certain direction, it becomes the second point, and if you move it again the same distance in the same direction, a third point is created. Repeatedly moving one point in this manner creates a point sequence as shown in FIG. 3A. Here, the point sequence generated by the overlapping of the movement of moving a point by a specific distance in a constant direction is called a grid line. In this case, an operation of moving a certain distance in a predetermined direction is called translation and can be expressed as a using a vector. Here, the specific distance, that is, the absolute value a of the vector, is called a period or unit period. In this sequence, each point is the same and if one point is taken as the origin, the other points can be represented by the position vector from the origin.

즉, r = maThat is, r = ma

여기서 m은 -∞로부터 +∞까지의 정수이다.Where m is an integer from -∞ to + ∞.

이 점열을 다른 방향으로 병진시키면 도 3b에 도시된 바와 같이 점망면이 생기고, 이 점망면을 격자면(lattice plane)이라 한다. 격자면을 다시 이면에 평행하지 않은 제3의 방향으로의 병진 c에 의하여 평행 이동시키면 3차원의 점망이 형성 되고 이를 공간 격자라 한다. 공간 격자에서 각 격자점은 어느 한 원점으로부터 위치 벡터 r 에 의하여 정의되고Translation of this point sequence in the other direction results in a point network as shown in FIG. 3B, which is called a lattice plane. When the lattice plane is moved in parallel by a translation c in a third direction which is not parallel to the rear face, a three-dimensional point network is formed, which is called a spatial lattice. In a grid of grids, each grid point is defined by a position vector r from either origin

r = ma + nb + pcr = ma + nb + pc

로 표시된다. 여기에서 m, n, p는 -∞로부터 +∞ 사이의 정수이다. 즉 공간 격자는 도 3c에 도시된 바와 같이 무한한 공간상에 무한히 펼쳐져 있다.. Where m, n, p are integers between -∞ and + ∞. That is, the space grid is infinitely expanded on the infinite space as shown in FIG. 3C.

결정이 거시적으로 균일하다고 하는 것은 결정내의 어느 부분의 성질이 이 부분으로부터 임의의 거리만큼 떨어져 있는 부분과 같기 때문이다. 도 4는 임의의 가상적인 결정 구조를 나타낸 것이며, 여기서 보는 바와 같이 결정내의 임의의 점 P는 원점으로부터의 위치벡터로 정의되고 이 벡터를 L이라 하고, 이 결정을 이루고 있는 격자의 단위 병진 벡터를 a, b, c라고 하면The fact that a crystal is macroscopically homogeneous is that the nature of any part of the crystal is the same as the part that is separated by an arbitrary distance from this part. 4 shows an arbitrary hypothetical crystal structure, and as shown here, any point P in the crystal is defined as a position vector from the origin and is called L, and the unit translation vector of the lattice forming this crystal is shown. a, b, c

L = Xa + Yb + ZcL = Xa + Yb + Zc

= (m+x)a + (n+y)b + (p+z)c = (ma+nb+pc) + (xa+yb+zc)= (m + x) a + (n + y) b + (p + z) c = (ma + nb + pc) + (xa + yb + zc)

= rl + r= r l + r

로 표시되며 여기서 X, Y, Z는 실수이고 x, y, z는 0에서 1까지의 소수이다.즉 공간상의 임의의 점은 결정 격자를 나타내는 rl 과 격자내의 위치 벡터를 나타내는 r로써 표현된다. 여기에서 3개의 병진 벡터에 의하여 정의되는 단위 격자를 단위 셀(unit cell)이라고 할 수 있다.Where X, Y and Z are real numbers and x, y and z are prime numbers from 0 to 1, i.e. any point in space is represented by r l representing the crystal lattice and r representing the position vector in the lattice. . Here, the unit grid defined by the three translation vectors may be referred to as a unit cell.

여기에서 결정 내의 임의의 점을 원점 (0,0,0)으로 정하면 이 점으로부터 엮어지는 격자에서 모든 원점과 동일한 점 즉, 격자점은 서로 그들이 갖고 있는 성질 이 같다. 다시 말해서 결정내의 어느 점을 원점으로 정하더라도 이 점의 병진에 의하여 생겼다고 볼 수 있는 각 격자점들은 서로 같으며, 여기서 같다고 하는 것은 이 점을 둘러싼 주위 환경의 기하학적 형태나, 이 점 부근에 위치한 원자들의 종류 등의 화학적인 성질이나 전자 밀도, 전위차등과 같은 물리적인 모든 성질이 같다는 것을 의미한다. 즉 격자점들은 서로 모든 기하학적, 화학적, 물리적 성질이 동일하다.Here, if an arbitrary point in the crystal is defined as the origin (0,0,0), the same points as all origins in the lattice woven from this point, that is, the lattice points have the same properties as each other. In other words, no matter which point in the crystal is the origin, the lattice points that can be considered to be caused by the translation of this point are the same, where the same is the geometrical shape of the surrounding environment or the atoms located near this point. It means that all the physical properties such as chemical properties such as kinds of electrons and electron density and potential difference are the same. That is, the lattice points are identical in all geometric, chemical, and physical properties.

단위 셀을 결정하는 세 개의 벡터, 즉 a, b, c의 상호 관계에 의하여 모든 결정질은 아래에 서술한 7개의 결정축계중 하나에 속하게 된다. 아래의 표 1은 세 축을 정의하는 격자 상수(lattice parameter)의 관계를 나타낸다.Due to the interrelationship of the three vectors, i.e., a, b, and c, which determine the unit cell, all the crystallines belong to one of the seven crystal axes described below. Table 1 below shows the relationship between lattice constants defining three axes.

Figure 112009048292985-pat00001
Figure 112009048292985-pat00001

또한 모든 결정질은 도 5에 도시된 바와 같은 14개의 bravais 격자 중 하나를 갖는다. 이것은 단위 셀 내에 하나의 격자점을 갖는 단순 셀(P:primitive cell), 한 면의 중심에 하나의 격자점이 있는 단위 셀을 갖는 저심격자(A, B 또는 C), 각 면의 중심에 격자점을 갖는 면심격자(F), 그리고 단위 셀의 중심에 하나의 격자점을 갖는 체심격자(I)와 같은 단위 셀내의 격자점의 수에 따라 분류된다.In addition, all the crystallites have one of fourteen bravais gratings as shown in FIG. 5. This is a simple cell (P) with one lattice point in the unit cell, a low grating (A, B or C) with a unit cell with one lattice point in the center of one face, and a lattice point in the center of each face It is classified according to the number of lattice points in the unit cell, such as the face-center lattice F having and the lattice lattice I having one lattice point in the center of the unit cell.

현재까지 알려져 있는 10 만개가 넘는 유기 및 무기 화학물의 결정 구조는 위에 열거한 7개의 결정축계, 그리고 14개의 Bravais 공간 격자의 하나로 구분되며, 실제로 구성되는 결정 구조는 위에 정의된 14개의 Bravais 공간 격자를 표시하는 격자점에 한 개 또는 한 개 이상의 동일한 또는 서로 다른 원자들의 배열에 의하여 이루어진다.The crystal structures of more than 100,000 organic and inorganic chemicals known to date are divided into one of the seven crystal axes listed above and 14 Bravais spatial lattice, and the actual crystal structure consists of the 14 Bravais spatial lattices defined above. It is made up of one or more arrangements of the same or different atoms at the lattice points they represent.

다음으로 이러한 결정 구조의 몇 가지 예를 들고, 이러한 결정 구조를 어떤 특정한 결정 방향으로 투사했을 때 나타나는 원자들의 배열에 의한 형태를 설명한다.Next, some examples of such crystal structures are given, and the shape by the arrangement of atoms that appears when the crystal structure is projected in a particular crystal direction is described.

일례를 들면, Al은 입방(cubic) 결정축계(a=b=c)에 해당되며 Bravais 격자의 면심 셀이므로, 하나의 단위 셀내에 4개의 격자점을 갖는다. Al의 결정 구조는 이 격자점에 하나의 Al 원자를 배열함으로써 이루어지며, 이때 격자 상수 a=b=c=0.404 nm 이다. 따라서 Al의 단위 셀의 구조를 그려보면 도 6a와 같다. 이러한 Al을 [100], [110] 그리고 [111]방향으로 투과하여 원자들의 배열이 나타내는 패턴을 보면 도 6b, 도 6c, 그리고 도 6d와 같다.For example, Al corresponds to a cubic crystal axis system (a = b = c) and is a facet cell of a Bravais lattice, and thus has four lattice points in one unit cell. The crystal structure of Al is achieved by arranging one Al atom at this lattice point, where the lattice constant a = b = c = 0.404 nm. Therefore, the structure of the unit cell of Al is as shown in Figure 6a. 6B, 6C, and 6D show the pattern represented by the arrangement of atoms through the Al in [100], [110], and [111] directions.

또 하나의 예는 다이아몬드 결정 구조를 갖는 Si의 경우이다. Si은 입방정계(cubic)의 결정축계를 갖으며 Al과 마찬가지로 면심 격자에 해당하는 Bravais 공간격자를 갖는다(face centered cubic). 따라서, 하나의 단위 셀 내에 4개의 격자점을 갖게 되는 데, 단순한 면심 입방정계와는 달리 하나의 격자점에 두개의 Si원자가 배열되어있다(격자 상수 a=b=c=0.543 nm). 따라서, 하나의 단위 셀 내에 8개의 원자가 배열되어 있다. 도 7a는 이러한 Si의 단위 셀을 보여준다. 또한 도 7b, 도 7c, 도 7d는 위와 같은 방법으로 Si 결정 격자를 [100], [110], [111] 방향으로 투과하여 보았을 때의 Si 원자에 의하여 나타나는 2차원의 패턴(pattern)를 보여 준다. 도 7e는 도 7b를 시계방향으로 56도 및 방위각 15도로 회전시켰을 때의 형상이다. 도 7c에서 보이는 이미지가 마치 여러 개의 선(line)과 같은 형상을 이루고 있음을 볼 수 있다. 이는 Si 단결정을 가공하기에 따라서는 나노선(nanowire) 형태로도 충분히 응용이 가능함을 보여주는 예라고 할 수 있다.Another example is the case of Si having a diamond crystal structure. Si has a cubic crystal axis system and, like Al, has a Bravais space lattice corresponding to a face center lattice (face centered cubic). Therefore, four grid points are included in one unit cell. Unlike a simple face-centered cubic system, two Si atoms are arranged at one grid point (lattice constant a = b = c = 0.543 nm). Therefore, eight atoms are arranged in one unit cell. 7A shows this unit cell of Si. 7B, 7C, and 7D show two-dimensional patterns represented by Si atoms when the Si crystal lattice is transmitted through the [100], [110], and [111] directions in the same manner as described above. give. FIG. 7E is a shape when FIG. 7B is rotated 56 degrees clockwise and 15 degrees azimuth. It can be seen that the image shown in FIG. 7C is shaped like several lines. This can be said to be an example that can be applied sufficiently in the form of nanowires depending on the Si single crystal processing.

또 하나의 예는 GaAs의 결정 구조이다. GaAs는 Al, 그리고 Si과 마찬가지로 입방정계의 결정축계를 갖으며 역시 Al, Si과 마찬가지로 면심격자에 해당하는 Bravais 공간 격자를 갖는다. 그러나 단순입방 격자를 갖는 Al, Si과는 달리, 하나의 격자점에 하나의 Ga과 하나의 As원자가 배열되어 있는 결정 구조이다(격자상수 a=b=c=0.565nm). 이러한 GaAs 결정 구조의 단위 셀을 도 8a에 도시하였고, 역시 같은 방법으로 GaAs의 결정 구조를 [100], [110], 그리고 [111] 방향에서 투과하여 보았을 때 나타나는 2차원의 패턴을 도 8b, 도 8c, 도 8d에 각각 도시하였다. 도 8e는 도 7e와 마찬가지로 도 8c를 시계방향으로 56도 및 방위각 15도로 회전시켰을 때의 형상이다. Si과 마찬가지로, GaAs 단결정 역시 나노선 형태로도 충분히 응용이 가능함을 보여주는 예이다. Another example is the crystal structure of GaAs. GaAs, like Al and Si, has a cubic system of crystal axes and, like Al and Si, also has a Bravais spatial lattice, which corresponds to a face-centered lattice. However, unlike Al and Si having a simple cubic lattice, it is a crystal structure in which one Ga and one As atom are arranged at one lattice point (lattice constant a = b = c = 0.565 nm). The unit cell of the GaAs crystal structure is illustrated in FIG. 8A, and the two-dimensional pattern shown when the GaAs crystal structure is transmitted through the [100], [110], and [111] directions in the same manner is illustrated in FIGS. 8C and 8D, respectively. FIG. 8E is a shape when the FIG. 8C is rotated 56 degrees clockwise and 15 degrees azimuth similarly to FIG. 7E. Like Si, GaAs single crystal is an example that can be sufficiently applied in the form of nanowires.

앞에서 설명한 Al, Si, 그리고 GaAs는 결정 구조에 있어서 원자들의 배열이 나타내는 몇 가지의 예에 불과하며, 알려진 10 만개 이상의 결정 구조를 특정한 결정 방향에 따라 2차원상에 투과하여 그 원자들이 나타내는 패턴을 보면 매우 다양한 패턴이 나타날 수 있음을 예시하는 일부분에 지나지 않는다. 물론 이러한 패턴들은 결정 방향 및 결정 구조에 따라 다르게 된다.Al, Si, and GaAs described above are only a few examples of the arrangement of atoms in the crystal structure, and more than 100,000 known crystal structures are transmitted in two dimensions along a specific crystal direction to show the pattern represented by the atoms. This is only part of the idea that a wide variety of patterns can occur. Of course, these patterns vary depending on the crystal direction and the crystal structure.

위에서 설명한 결정질에 있어서의 원자들의 배열은 고분해능 투과 전자현미경의 위상 콘트라스트(phase constrast) 영상법을 사용하여 관찰할 수 있다. 지금까지의 전자현미경의 발달에 의하여 200 내지 300 kV의 가속 전압에서 0.14 nm 내지는 0.20 nm의 영역에서 원자들의 배열 상태를 관찰하는 것이 가능하다. 위상 콘트라스트 영상법은 결정질 시료에 의하여 발생하는 한 개 이상의 회절빔과 투과빔 사이의 경로차를 이용하여 영상을 얻는 방법으로 전자현미경을 이용하여 영상을 얻는 여타의 방법(예를 들면 회절 콘트라스트나 흡수 콘트라스트)에 비하여 월등한 분해능을 얻을 수 있다.The arrangement of atoms in the crystalline described above can be observed using phase contrast imaging of a high resolution transmission electron microscope. With the development of electron microscopes up to now, it is possible to observe the arrangement of atoms in the region of 0.14 nm to 0.20 nm at an acceleration voltage of 200 to 300 kV. Phase contrast imaging is a method of obtaining an image using a path difference between one or more diffraction beams and a transmission beam generated by a crystalline sample. Other methods of obtaining an image using an electron microscope (e.g., diffraction contrast or absorption Superior resolution compared to contrast).

도 9는 시료에 의하여 회절된 전자 빔들과 투과 빔을 영상면에서 재결합하여 이들의 위상차에 의한 간섭 무늬가 생기는 모식도이다.FIG. 9 is a schematic diagram of recombination of electron beams and transmission beams diffracted by a sample in an image plane to generate an interference fringe due to their phase difference.

전자빔(210)이 투과하도록 수십 나노미터 두께로 가공된 결정구조를 갖는 대상물질(220)은 챔버에 놓여진다. 전자빔(210)은 수십 나노미터 두께로 가공된 결정구조를 갖는 대상물질(220)에 의해 투과전자빔과 회절전자빔으로 나뉘어진다. 결정구조를 갖는 대상물질(220)을 투과하면서 나뉘어진 투과전자빔과 회절전자빔은 대물렌즈(230) 및 대물렌즈 어퍼추어(240)를 통과한 다음, 서로 간섭하여 공간상에 결정구조를 갖는 물질의 격자이미지를 형성한다. 본 발명에서 이미지 평면은 대상물질(220)을 투과하면서 나뉘어진 투과전자빔과 회절전자빔이 간섭하여 결정구조를 갖는 물질의 격자이미지가 형성되는 공간상의 평면을 의미한다. 이미지 평면(250)에 형성된 상을 중간렌즈로 확대하거나 축소하여 또는 그대로 사용하여 패턴을 형성한다.An object material 220 having a crystal structure processed to a thickness of several tens of nanometers so as to transmit the electron beam 210 is placed in a chamber. The electron beam 210 is divided into a transmission electron beam and a diffraction electron beam by the target material 220 having a crystal structure processed to several tens of nanometers in thickness. The transmission electron beam and the diffraction electron beam divided while passing through the target material 220 having a crystal structure pass through the objective lens 230 and the objective lens aperture 240, and then interfere with each other to form a material having a crystal structure in space. Form a grid image. In the present invention, the image plane refers to a plane in space in which a grid image of a material having a crystal structure is formed by interfering a transmission electron beam and a diffraction electron beam divided while passing through the target material 220. An image formed on the image plane 250 is enlarged or reduced with an intermediate lens or used as it is to form a pattern.

여기에서 형성된 간섭 무늬의 간격은 결과적으로 시료 내에 존재하는 회절 격자, 즉 원자면 간격에 비례하게 되어, 이 간섭 무늬를 이용하면 원자면에 있어서 원자들의 배열을 관찰할 수 있게 된다. 실제의 고분해능 전자현미경의 사용에 있어서는 대물렌즈에 의하여 형성된 일차 간섭 무늬를 대물렌즈의 후방에 있는 몇 개의 렌즈를 통하여 점차적으로 확대(최종 배율은 수십만 배에 해당)를 하여 우리가 직접적으로 관찰을 할 수 있게 된다. 일반적으로 사용되는 대물 렌즈의 배율은 수십 배에서 수백 배에 이르게 되어, 일례로 0.3 nm의 간격을 갖는 원자들의 배열은 일차 영상면에서 대물렌즈의 배율을 100 배로 가정하였을 때 30 nm의 간격을 갖는 간섭 무늬로써 나타나게 된다. 이렇게 생성된 간섭 무늬를 또 몇 개의 후방 렌즈를 사용하여 확대 또는 축소를 하면 수 nm에서 수십 nm의 원자 영상 또는 원자선의 영상을 얻게 된다. The spacing of the interference fringes formed here is consequently proportional to the diffraction grating, i.e., the atomic plane spacing, present in the sample. By using this interference fringe, the arrangement of atoms in the atomic plane can be observed. In the actual use of high resolution electron microscopes, the primary interference fringes formed by the objective lens are gradually magnified (final magnification of several hundred thousand times) through several lenses in the rear of the objective lens, so that we can directly observe them. It becomes possible. In general, the magnification of an objective lens used is tens to hundreds of times. For example, an array of atoms having a 0.3 nm spacing has an interval of 30 nm assuming a magnification of the objective lens 100 times in the primary image plane. Appear as interference fringes. When the generated interference fringe is enlarged or reduced by using several rear lenses, an image of an atomic beam or an atomic beam of several nm to several tens of nm is obtained.

본 발명에 이용되는 패턴 형성장치는 상술한 방법을 통해 물질의 결정구조를 이용하여 패턴을 형성하게 된다. 즉 결정 구조를 갖는 대상물질을 투과 전자현미경의 챔버에 위치시키고, 전자빔을 조사하고, 대상물질을 투과한 투과전자빔과 회절전자빔의 간섭을 이용하여 피조사 물질의 표면에 대상물질의 격자이미지를 위상 콘트라스트 영상법을 이용하여 형성함으로써, 물질의 격자이미지 패턴을 형성할 수 있다. 물질의 결정구조를 이용하여 형성되는 패턴은 사용된 물질의 결정구조의 형태에 따라 결정된다. 따라서, 물질의 결정 구조에서 각 원자들의 배치 및 각 원자들간의 거리는 최종적으로 형성된 패턴에도 비례하여 그대로 구현된다.The pattern forming apparatus used in the present invention forms a pattern using the crystal structure of the material through the above-described method. That is, by placing the target material having a crystal structure in the chamber of the transmission electron microscope, irradiating the electron beam, and using the interference of the transmission electron beam and the diffraction electron beam transmitted through the target material to phase the lattice image of the target material on the surface of the irradiated material By forming using a contrast imaging method, a grid image pattern of a material can be formed. The pattern formed using the crystal structure of the material is determined according to the form of the crystal structure of the material used. Therefore, the arrangement of each atom and the distance between each atom in the crystal structure of the material are realized as it is in proportion to the finally formed pattern.

이때, 이미지 평면에 형성된 물질의 격자이미지를 소망하는 크기에 따라 확대하거나 축소한 다음, 기판 상에 형성된 전자빔 레지스트를 감광시킬 수 있다. 이때 전자빔 레지스트에 형성되는 이미지는 전자현미경의 챔버에 위치하는 물질의 격자이미지 중 일부일 수 있다. 여기서, 전자빔 레지스트는 HSQ(hydrogen silsesquioxane)가 이용될 수 있다.In this case, the lattice image of the material formed on the image plane may be enlarged or reduced according to a desired size, and then the electron beam resist formed on the substrate may be exposed. In this case, the image formed on the electron beam resist may be a part of the grid image of the material located in the chamber of the electron microscope. The electron beam resist may be a hydrogen silsesquioxane (HSQ).

본 발명에 이용되는 패턴 형성장치의 전자빔의 가속전압은 물질의 원자면 간격, 전자빔의 정렬, 투과 전자현미경 컬럼(column) 내의 진공도, 전자빔을 편향시키는 전자 렌즈의 비점수자(astigmatism)의 교정 정도, 전자 총의 휘도 등에 따라 결정된다. 일반적으로 가속 전압은 100 keV ~ 1 MeV 정도의 가속 전압이 사용되는데, 3 Å 이상의 원자면 간격을 가지고 있는 물질이라면 100 keV 정도의 가속전압이, 2 Å 정도의 원자면 간격을 갖는 물질이라면 200 keV 정도의 가속전압이 요구된다.The acceleration voltage of the electron beam of the pattern forming apparatus used in the present invention is the atomic plane spacing of the material, the alignment of the electron beam, the degree of vacuum in the transmission electron microscope column, the degree of correction of the astigmatism of the electron lens that deflects the electron beam. And the brightness of the electron gun. In general, acceleration voltages of 100 keV to 1 MeV are used. Acceleration voltages of 100 keV for materials with atomic plane spacing of 3 Å or more are 200 keV for materials with atomic plane spacing of 2 Å. A degree of acceleration voltage is required.

도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 투과 전자현미경을 이용한 패턴 형성 장치를 도시한 구성도이고, 도 10b는 도 10a의 모식도이다.10A is a block diagram illustrating a pattern forming apparatus using a transmission electron microscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a schematic diagram of FIG. 10A.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명에 이용되는 패턴 형성 장치(300)는 투과 전자현미경(310)과, 상기 투과 전자현미경(310)에 의해 형성되는 물질의 결정 구조를 패턴화시키기 위하여 적절한 위치에 설치되는 다수의 기판(332)이 실장되는 기판 카세트(331)를 구비한 기판 이동장치(330)로 구성된다.10A and 10B, the pattern forming apparatus 300 used in the present invention is suitable for patterning the transmission electron microscope 310 and the crystal structure of the material formed by the transmission electron microscope 310. A substrate moving device 330 having a substrate cassette 331 on which a plurality of substrates 332 installed at a position are mounted.

투과 전자현미경(310)은 대상물질을 통과하기에 충분한 고에너지로 전자빔을 가속시켜 상기 가속된 전자빔을 조사하는 전자총(311)과, 전자총(311)에서 조사된 전자빔을 집속시키는 집속장치와, 전자빔을 일정한 스포트에 집속시키는 부가적 집속장치와, 전자빔이 통과되는 대상물질을 탑재하는 탑재 수단(315)과, 대상물질을 투과하면서 나뉘어지는 투과전자빔과 회절전자빔에 의해 격자이미지를 형성하기 위한 대물렌즈(316)와, 대물렌즈(316)에 의해 형성된 격자이미지를 확대 또는 축소하기 위하여 설치되는 다수의 렌즈군(321, 322, 323) 및 렌즈군(321, 322, 323) 사이에 개재됨으로써 원하는 크기의 격자이미지를 패턴을 형성할 수 있는 기판(332)을 구비한 기판 이동장치(330)로 구성된다.The transmission electron microscope 310 includes an electron gun 311 for irradiating the accelerated electron beam by accelerating the electron beam with a high energy sufficient to pass a target material, a focusing apparatus for focusing the electron beam irradiated from the electron gun 311, and an electron beam. An additional focusing device for focusing light at a fixed spot, a mounting means 315 for mounting a target material through which an electron beam passes, and an objective lens for forming a grating image by a transmission electron beam and a diffraction electron beam divided while passing through the target material 316 and a desired size by being interposed between the plurality of lens groups 321, 322, 323 and the lens groups 321, 322, 323 provided to enlarge or reduce the grid image formed by the objective lens 316. It consists of a substrate transfer device 330 having a substrate 332 that can form a grid image of the.

집속장치로는 콘덴서 렌즈(312)가 이용될 수 있으며, 부가적 집속장치로는 대물렌즈(objective lens)(314)가 이용될 수 있다. 다수의 렌즈군(321, 322, 323)은 패턴렌즈(pattern lens)(321), 중간렌즈(intermediate lens)(322) 및 프로젝터 렌즈(323)가 교대로 또는 순서대로 이용될 수 있다.A condenser lens 312 may be used as the focusing device, and an objective lens 314 may be used as the additional focusing device. In the plurality of lens groups 321, 322, and 323, a pattern lens 321, an intermediate lens 322, and a projector lens 323 may be alternately or sequentially used.

또한, 기판 이동장치(330)는 다수의 기판(332)이 실장된 기판 카세트(331) 상에서 렌즈군(321, 322, 323) 사이로 순차적으로 개재(장입)될 수 있다. 개재되는 기판(332) 상에는 하지층과 전자빔 레지스트가 순차적으로 적층되어 있다.In addition, the substrate moving device 330 may be sequentially interposed between the lens groups 321, 322, and 323 on the substrate cassette 331 on which the plurality of substrates 332 are mounted. On the interposed substrate 332, an underlayer and an electron beam resist are sequentially stacked.

도 10a 및 도 10b는 상대적으로 작은 패턴을 기판상에 형성하는 구성을 도시한 것으로, 대물렌즈(315)에 의하여 얻어진 상(대물렌즈에 의하여 예를 들어 20배로 확대된 상을 생각하였을 때)을 소정의 패턴렌즈(321)를 사용하여 원하는 배율로 조정한 다음 적어도 하나 이상의 중간렌즈(322)를 사용하여 10만 배로 확대한 상을 만드는 개념을 나타낸다. 예를 들어, 10배에서 100배, 즉 원하는 상의 배율이 10 배인 경우 대물렌즈(315)의 이미지 평면에 형성된 상을 패턴렌즈(321)를 사용하여 1/2 배 축소하여야 하며, 원하는 상의 배율의 100 배인 경우, 대물렌즈(315)의 이미지 평면에 형성된 상을 패턴렌즈(321)를 사용하여 5배 확대하여야 하는 것이다.10A and 10B show a configuration in which a relatively small pattern is formed on a substrate. The image obtained by the objective lens 315 (when an image magnified by 20 times by the objective lens is considered, for example) is shown. The concept of adjusting to a desired magnification using a predetermined pattern lens 321 and then creating an image magnified 100,000 times using at least one or more intermediate lenses 322 is shown. For example, in the case of 10 to 100 times the magnification of the desired image, the image formed on the image plane of the objective lens 315 should be reduced by 1/2 times using the pattern lens 321. In the case of 100 times, the image formed on the image plane of the objective lens 315 should be enlarged 5 times using the pattern lens 321.

즉, 상의 초점 등은 10만 배로 확대된 상에서 조정한 후, 패턴렌즈(321)의 이미지 평면에 기판 이동장치(330)를 이용하여 기판(332)을 개재시킴으로써 패턴을 형성시킬 수 있다.That is, after adjusting the focus of the image and the like magnified 100,000 times, the pattern may be formed by interposing the substrate 332 using the substrate transfer device 330 in the image plane of the pattern lens 321.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성방법의 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. Hereinafter, exemplary embodiments of a pattern forming method using a crystal structure of a material according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

도 11은 본 발명에 따른 물질의 격자구조를 이용한 패턴 형성방법의 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타낸 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a process of performing a preferred embodiment of the method for forming a pattern using a lattice structure of a material according to the present invention.

도 11을 참조하면, 우선, 본 발명에 상술한 물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성장치, 예컨대 도 10의 패턴 형성장치(300)의 탑재 수단(315)에 대상물질을 로딩한다(S410). 이 대상물질의 투과전자빔과 회절전자빔의 간섭에 의해 형성되는 격자이미지는 라인을 정의한다. 라인을 정의하는 격자이미지를 갖기 위해, 대상물질은 도 7e에 도시된 바와 같이 실리콘을 가공하거나, 도 8e에 도시된 바와 같이 GaAs를 가공할 수 있다.Referring to FIG. 11, first, a target material is loaded into a mounting means 315 of a pattern forming apparatus, for example, the pattern forming apparatus 300 of FIG. 10 using the crystal structure of the material described above (S410). The grating image formed by the interference of the transmission electron beam and the diffraction electron beam of the target material defines a line. To have a lattice image defining a line, the subject material can process silicon as shown in FIG. 7E, or GaAs as shown in FIG. 8E.

다음으로, 상기의 라인을 정의하는 격자이미지를 갖는 대상물질에 제1전자빔을 조사하여, 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제1전자빔에 노출시키는 제1노광 단계를 수행한다(S420). 그리고 격자이미지를 회전시키거나(S430) 기판을 회전시킨 후(S440), 상기 대상물질에 제2전자빔을 조사하여, 상기 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제2전자빔에 노출시키는 제2노광단계를 수행한다(S450). 격자이미지를 회전시키는 단계(S430)는 격자이미지가 회전되도록 전자빔의 조사방향을 회전축 방향으로 하여 대상물질을 회전시킨다. 그리고 기판을 회전시키는 단계(S440)는 전자빔의 조사방향을 회전축 방향으로 하여 기판을 회전시킨다. Next, by irradiating a first electron beam to a target material having a lattice image defining the line, a first exposure step of exposing the substrate on which the electron beam resist is formed to the first electron beam passing through the target material. (S420). After rotating the grid image (S430) or rotating the substrate (S440), a second electron beam is irradiated to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to the second electron beam passing through the target material. A second exposure step is performed (S450). In step S430, the grid image is rotated so that the object is rotated with the irradiation direction of the electron beam as the rotation axis direction so that the grid image is rotated. In operation S440, the substrate is rotated by using the electron beam as the rotation axis.

대상물질을 통과한 전자빔은 라인을 정의하는 정보를 가지고 있으므로, 격자이미지를 회전시키거나(S430) 기판을 회전시키기(S440) 전에 전자빔을 노광(S420)하고, 회전한 후 다시 전자빔을 노광(S450)하게 되면, 전자빔 레지스트는 복수의 라인이 열 및 행으로 교차 배열된 형태의 격자이미지를 갖는 전자빔에 노광된 것과 같은 효과를 나타내게 된다. 이를 도 12 및 도 13에 나타내었다.Since the electron beam passing through the target material has information defining a line, the electron beam is exposed (S420) before rotating the grid image (S430) or rotating the substrate (S440), and then exposing the electron beam again (S450). In this case, the electron beam resist has the same effect as that exposed to an electron beam having a grid image in which a plurality of lines are arranged in rows and columns. This is illustrated in FIGS. 12 and 13.

도 12 및 도 13은 격자이미지 회전 전·후의 격자이미지와 격자이미지 회전 전·후의 격자이미지를 합한 격자이미지를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면들로서, 도 12는 90도 회전한 경우를 나타내고, 도 13은 60도 회전한 경우를 나타낸다.12 and 13 illustrate simulation results of a grid image obtained by combining a grid image before and after the grid image rotation and a grid image before and after the grid image rotation. FIG. 12 illustrates a case where the grid image is rotated 90 degrees. The case of 60 degree rotation is shown.

도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 격자이미지를 회전하기 전에 전자빔을 노광하고, 격자이미지를 회전한 후 전자빔을 노광하면, 각각의 격자이미지가 라인 형태의 패턴을 가지므로, 라인이 열 및 행으로 교차 배열된 형태의 패턴을 형성할 수 있다. As shown in Figs. 12 and 13, when the electron beam is exposed before rotating the grid image, and the electron beam is exposed after the grid image is rotated, each grid image has a pattern in the form of a line. It can form a pattern of a cross-arranged form.

격자이미지는 형성하고자 하는 패턴에 따라 회전각도는 0 ~ 180도의 범위에서 선택될 수 있다. 또한, 상술한 패턴 형성장치를 이용하여, 확대 및 축소한다면 원하는 크기의 패턴을 형성할 수 있다. 그리고 형성된 패턴의 균일성을 위해 제1전자빔과 제2전자빔은 동일한 것을 이용할 수 있다. 특히, 제1전자빔의 단위 면적당 전하량과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량이 동일한 것을 이용함이 바람직하다.The grid image may be selected from a range of 0 to 180 degrees according to the pattern to be formed. In addition, by using the above-described pattern forming apparatus, it is possible to form a pattern having a desired size if it is enlarged or reduced. For the uniformity of the formed pattern, the first electron beam and the second electron beam may use the same one. In particular, it is preferable to use the same charge amount per unit area of the first electron beam as the charge amount per unit area of the second electron beam.

다시 도 11로 돌아가서, 제2노광(S450) 후에, 전자빔 레지스트를 현상하여 전자빔 레지스트 패턴을 형성(S460)한 후, 이 전자빔 레지스트 패턴을 이용하여 전자빔 레지스트 패턴의 하부에 형성되어 있는 하지층(under layer)를 식각하여 패턴을 형성한다(S470).11 again, after the second exposure S450, the electron beam resist is developed to form an electron beam resist pattern (S460), and then an underlayer formed under the electron beam resist pattern using the electron beam resist pattern. layer) to form a pattern (S470).

실시예Example 1: 네거티브 전자빔  1: negative electron beam 레지스트Resist 이용예Example 1 One

도 14는 네거티브 전자빔 레지스트를 이용하여 복수의 나노선이 행 및 열로 교차 배열된 형태의 패턴을 형성하는 과정을 나타내는 도면들이다.14 is a diagram illustrating a process of forming a pattern in which a plurality of nanowires are arranged in rows and columns by using a negative electron beam resist.

도 14를 참조하면, 우선, 도 14(a)에 도시된 바와 같이, 하지층(520)과 네거티브(negative) 전자빔 레지스트(530)가 순차적으로 적층된 기판(510)을 준비한다. 하지층(520)이 실제로 패터닝되는 층에 해당하며, 기판(510)을 패터닝하는 경우에는 별도의 하지층이 필요치 않음은 물론이다.Referring to FIG. 14, first, as shown in FIG. 14A, a substrate 510 in which a base layer 520 and a negative electron beam resist 530 are sequentially stacked is prepared. The base layer 520 corresponds to a layer that is actually patterned, and when the substrate 510 is patterned, a separate underlayer is not required.

하지층(520)과 네거티브 전자빔 레지스트(530)가 순차적으로 적층된 기판(510)을 상술한 패턴 형성장치(도 10a의 300)에 장입한다. 그리고 도 11에서 설명한 바와 같이, 제1노광(S420)한 후, 대상물질을 회전시켜 격자이미지를 회전시킨 후(S430), 제2노광(S450)한다. 이와 같이 격자이미지 회전 전·후로 전자빔을 노광하면, 기판(530) 상에 형성된 네거티브 전자빔 레지스트(530)에 도 12 및 도 13의 아래쪽 그림과 같은 형태의 전자빔이 조사된다. 도 12 및 도 13의 하얀 부분이 전자빔이 조사되는 부분이다. 제1노광(S420)과 제2노광(S450)을 수행한 후, 전자빔 레지스트(530)를 현상(development)하면, 도 14(b)에 도시된 바와 같이 복수의 나노선이 행 및 열로 교차 배열된 형태로 전자빔 레지스트 패턴(535)이 형성된다. 네거티브 전자빔 레지스트가 이용되었으므로, 현상시 전자빔이 조사된 부분은 잔존하고, 전자빔이 조사되지 않은 부분은 제거되어 도 14(b)에 도시된 바와 같은 형태의 전자빔 레지스트 패턴(535)이 형성된다. The substrate 510 on which the base layer 520 and the negative electron beam resist 530 are sequentially stacked is loaded into the pattern forming apparatus 300 (FIG. 10A). As illustrated in FIG. 11, after the first exposure S420, the object is rotated to rotate the grid image (S430), and then the second exposure S450. When the electron beam is exposed before and after the lattice image rotation as described above, the electron beam having the form as shown in the bottom of FIGS. 12 and 13 is irradiated to the negative electron beam resist 530 formed on the substrate 530. 12 and 13 are portions where the electron beam is irradiated. After the first exposure S420 and the second exposure S450 are performed, the electron beam resist 530 is developed. As shown in FIG. 14B, the plurality of nanowires cross each other in rows and columns. The electron beam resist pattern 535 is formed. Since the negative electron beam resist was used, the portion to which the electron beam was irradiated during development remained, and the portion to which the electron beam was not irradiated was removed to form an electron beam resist pattern 535 as shown in Fig. 14B.

그리고 전자빔 레지스트 패턴(535)을 이용하여 하지층(520)을 식각하면, 도 14(c)에 도시된 바와 같이 나노선이 행 및 열로 교차 배열된 형태의 패턴(525)을 형성할 수 있게 된다. When the underlying layer 520 is etched using the electron beam resist pattern 535, as shown in FIG. 14 (c), the pattern 525 may be formed in which nanowires are arranged in rows and columns. .

도 14의 방법으로 형성된 패턴(525)의 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM) 사진을 도 15 및 도 16에 나타내었다. 도 15는 저배율 SEM 사진이고, 도 16은 고배율 SEM 사진이다. 이때, 전자빔 레지스트는 네거티브 전자빔 레지스트인 HSQ를 이용하였고, 제1전자빔과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량은 500 μC/cm2으로 동일하게 하였다.Scanning electron microscopy (SEM) photographs of the pattern 525 formed by the method of FIG. 14 are shown in FIGS. 15 and 16. 15 is a low magnification SEM photograph, and FIG. 16 is a high magnification SEM photograph. At this time, the electron beam resist was HSQ, which is a negative electron beam resist, and the amount of charge per unit area of the first electron beam and the second electron beam was equal to 500 μC / cm 2 .

도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 방법으로 패턴을 형성하면, 나노선이 행 및 열로 교차 배열된 형태의 패턴을 용이하게 형성할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 패턴이 명확하게 정의될 뿐 아니라, 각 나노선이 균일한 크기를 가지며, 각 나노선이 균일한 간격을 가짐을 알 수 있다.As shown in FIGS. 15 and 16, when the pattern is formed by the method of the present embodiment, it can be seen that the pattern in which the nanowires are arranged in rows and columns can be easily formed. And not only the pattern is clearly defined, it can be seen that each nanowire has a uniform size, each nanowire has a uniform spacing.

실시예Example 2: 네거티브 전자빔  2: negative electron beam 레지스트Resist 이용예Example 2 2

도 17은 네거티브 전자빔 레지스트를 이용하여 나노점 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 도면들이다.17 illustrates a process of forming a nano dot pattern using a negative electron beam resist.

도 17을 참조하면, 우선, 도 17(a)에 도시된 바와 같이, 하지층(620)과 네거티브(negative) 전자빔 레지스트(630)가 순차적으로 적층된 기판(610)을 준비한다. 하지층(620)이 실제로 패터닝되는 층에 해당하며, 기판(610)을 패터닝하는 경우에는 별도의 하지층이 필요치 않음은 물론이다. 네거티브 전자빔 레지스트는 전자빔이 조사된 부분이 현상시 잔존하고 전자빔이 조사되지 않은 부분은 현상시 제거되는 특성을 갖는 전자빔 레지스트이다. 그러나 전자빔이 조사되더라도 단위 면적당 전하량이 적은 전자빔이 조사되는 경우에는 현상시 제거된다. 따라서 단위 면적당 전하량이 임계 전하량 이상인 전자빔이 조사된 부분만 현상시 잔존하게 된다.Referring to FIG. 17, first, as shown in FIG. 17A, a substrate 610 in which a base layer 620 and a negative electron beam resist 630 are sequentially stacked is prepared. The underlayer 620 corresponds to a layer that is actually patterned, and when the substrate 610 is patterned, a separate underlayer is not necessary. The negative electron beam resist is an electron beam resist having the property that the portion irradiated with the electron beam remains upon development and the portion not irradiated with the electron beam is removed upon development. However, even if the electron beam is irradiated, when the electron beam with a small amount of charge per unit area is irradiated, it is removed during development. Therefore, only the portion to which the electron beam irradiated with the amount of charge per unit area or more is left at the time of development.

하지층(620)과 네거티브 전자빔 레지스트(630)가 순차적으로 적층된 기판(610)을 상술한 패턴 형성장치(도 10a의 300)에 장입한다. 그리고 도 11에서 설명한 바와 같이, 제1노광(S420)한 후, 대상물질을 회전시켜 격자이미지를 회전시킨 후(S430), 제2노광(S450)한다. The substrate 610 on which the base layer 620 and the negative electron beam resist 630 are sequentially stacked is loaded into the pattern forming apparatus 300 (FIG. 10A). As illustrated in FIG. 11, after the first exposure S420, the object is rotated to rotate the grid image (S430), and then the second exposure S450.

이때 제1노광(S420)을 위해 조사되는 제1전자빔과 제2노광(S450)을 위해 조사되는 제2전자빔 각각은 단위 면적당 전하량이 네거티브 전자빔 레지스트(630)의 임계 전하량보다 작게 되도록 설정된다. 그리고 제1전자빔의 단위 면적당 전하량과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량의 합은 임계 전하량보다 크게 되도록 제1전자빔과 제2전자빔을 설정한다. 이와 같이 제1전자빔과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량이 설정되면, 제1노광(S420)과 제2노광(S450)시 전자빔이 중복되게 조사되는 부분만이 단위 면적당 전하량이 네거티브 전자빔 레지스트(630)의 임계 전하량 이상이 되어 현상시 잔존하게 된다. 그리고 그 외의 부분은 모두 네거티브 전자빔 레지스트(630)의 임계 전하량 미만의 전하량만이 조사되거나 전자빔이 조사되지 않아 현상시 제거된다.In this case, each of the first electron beam irradiated for the first exposure S420 and the second electron beam irradiated for the second exposure S450 is set such that the charge amount per unit area is smaller than the critical charge amount of the negative electron beam resist 630. The first electron beam and the second electron beam are set such that the sum of the charge amount per unit area of the first electron beam and the charge amount per unit area of the second electron beam is larger than the threshold charge amount. As such, when the amount of charge per unit area of the first electron beam and the second electron beam is set, only the portion where the electron beam is irradiated in the first exposure S420 and the second exposure S450 overlaps with the amount of charge per unit area of the negative electron beam resist 630. It becomes more than the critical charge amount of and remains at the time of image development. All other portions are removed at the time of development because only the charge amount less than the threshold charge amount of the negative electron beam resist 630 is irradiated or the electron beam is not irradiated.

즉, 제1노광(S420)과 제2노광(S450)을 수행하면, 도 12 및 도 13의 아래쪽 그림과 같은 형태의 전자빔이 조사되는데, 제1노광(S420)과 제2노광(S450)시 전자빔이 중복되게 조사되는 부분은 각 라인이 겹쳐지는 부분이다. 결과적으로 제1노광(S420)과 제2노광(S450)을 수행한 후, 네거티브 전자빔 레지스트(630)을 현상하면, 각 라인이 겹쳐지는 부분에 해당하는 부분의 네거티브 전자빔 레지스트(630)만 잔존하고 나머지 부분은 모두 제거되어, 도 17(b)에 도시된 바와 같은 전자빔 레지스트(635) 패턴이 형성된다.That is, when the first exposure S420 and the second exposure S450 are performed, an electron beam having a shape as shown in the lower images of FIGS. 12 and 13 is irradiated, and the first exposure S420 and the second exposure S450 are performed. The portion where the electron beam is irradiated is the portion where each line overlaps. As a result, after the first exposure S420 and the second exposure S450 are performed, when the negative electron beam resist 630 is developed, only the negative electron beam resist 630 corresponding to the portion where each line overlaps remains. All remaining portions are removed to form an electron beam resist 635 pattern as shown in Fig. 17B.

그리고 전자빔 레지스트 패턴(635)을 이용하여 하지층(620)을 식각하면, 도 17(c)에 도시된 바와 같이 나노점(nanodot) 패턴(625)을 형성할 수 있게 된다. If the underlying layer 620 is etched using the electron beam resist pattern 635, the nanodot pattern 625 may be formed as shown in FIG. 17C.

상기의 방법을 통해 나노점 패턴(625)을 형성하면, 원하는 위치에 나노점을 형성할 수 있을 뿐 아니라, 나노점의 크기 및 나노점 사이의 간격이 균일한 나노점 패턴(625)을 얻을 수 있고, 나노점의 크기 및 나노점 사이의 간격을 조절하기가 용이하게 된다.If the nano dot pattern 625 is formed through the above method, the nano dot pattern may be formed at a desired position, and the nano dot pattern 625 having a uniform size of the nano dot and a space between the nano dots may be obtained. It is easy to adjust the size of the nano-dots and the interval between the nano-dots.

실시예Example 3: 포지티브 전자빔  3: positive electron beam 레지스트Resist 이용예Example

도 18은 포지티브 전자빔 레지스트를 이용하여 복수의 돌출부가 행 및 열로 이격되어 배열된 형태의 패턴을 형성하는 과정을 나타내는 도면들이다.18 is a diagram illustrating a process of forming a pattern in which a plurality of protrusions are arranged spaced apart in rows and columns using a positive electron beam resist.

도 18을 참조하면, 우선, 도 18(a)에 도시된 바와 같이, 하지층(720)과 포지티브(positive) 전자빔 레지스트(730)가 순차적으로 적층된 기판(710)을 준비한다. 하지층(720)이 실제로 패터닝되는 층에 해당하며, 기판(710)을 패터닝하는 경우에는 별도의 하지층이 필요치 않음은 물론이다.Referring to FIG. 18, first, as shown in FIG. 18A, a substrate 710 in which a base layer 720 and a positive electron beam resist 730 are sequentially stacked is prepared. The underlayer 720 corresponds to a layer that is actually patterned, and when the substrate 710 is patterned, a separate underlayer is not required.

하지층(720)과 네거티브 전자빔 레지스트(730)가 순차적으로 적층된 기판(710)을 상술한 패턴 형성장치(도 10a의 300)에 장입한다. 그리고 도 11에서 설명한 바와 같이, 제1노광(S420)한 후, 대상물질을 회전시켜 격자이미지를 회전시킨 후(S430), 제2노광(S450)한다. 이와 같이 격자이미지 회전 전·후로 전자빔을 노광하면, 기판(730) 상에 형성된 포지티브 전자빔 레지스트(730)에 도 12 및 도 13의 아래쪽 그림과 같은 형태의 전자빔이 조사된다. 도 12 및 도 13의 하얀 부분이 전자빔이 조사되는 부분이다. 포지티브 전자빔 레지스트는 네거티브 전자빔 레지스트와는 그 특성이 반대로서, 전자빔 조사 후 현상(development)하면, 전자빔이 조사된 부분이 제거되고 전자빔이 조사되지 않은 부분이 잔존하게 된다. 따라서 도 14와는 반대 형상의 패턴을 형성할 수 있게 된다.The substrate 710 in which the base layer 720 and the negative electron beam resist 730 are sequentially stacked is loaded into the pattern forming apparatus 300 (FIG. 10A). As illustrated in FIG. 11, after the first exposure S420, the object is rotated to rotate the grid image (S430), and then the second exposure S450. When the electron beam is exposed before and after the lattice image rotation as described above, the electron beam having the form as shown in the bottom of FIGS. 12 and 13 is irradiated to the positive electron beam resist 730 formed on the substrate 730. 12 and 13 are portions where the electron beam is irradiated. The positive electron beam resist has a property opposite to that of the negative electron beam resist. When developing after the electron beam irradiation, the portion irradiated with the electron beam is removed and the portion not irradiated with the electron beam remains. Therefore, it is possible to form a pattern of the opposite shape to FIG.

즉, 제1노광(S420)과 제2노광(S450)을 수행한 후, 전자빔 레지스트(730)를 현상하면, 도 18(b)에 도시된 바와 같이 복수의 돌출부가 행 및 열로 서로 이격되어 배열된 형태로 전자빔 레지스트 패턴(735)이 형성된다. 각 돌출부가 이격되어 있는 간격은 나노 크기일 수 있다. That is, after the first exposure S420 and the second exposure S450 are performed, and the electron beam resist 730 is developed, the plurality of protrusions are arranged to be spaced apart from each other in rows and columns as shown in FIG. The electron beam resist pattern 735 is formed. The spacing between each protrusion may be nano sized.

그리고 전자빔 레지스트 패턴(735)을 이용하여 하지층(720)을 식각하면, 도 18(c)에 도시된 바와 같이 돌출부가 행 및 열로 서로 이격되어 배열된 형태의 패턴(725)을 형성할 수 있게 된다. When the underlying layer 720 is etched using the electron beam resist pattern 735, the protrusions may be formed to form a pattern 725 in which the protrusions are spaced apart from each other in rows and columns as shown in FIG. 18 (c). do.

이와 같이 패턴(725)을 형성하면, 돌출부가 행 및 열로 나노 크기의 간격을 갖도록 이격되어 있는 형태의 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 그리고 각 돌출부의 간격을 균일하게 할 수 있으며, 돌출부의 크기 및 간격을 용이하게 조절할 수 있게 된다.When the pattern 725 is formed in this way, the protrusions may be easily formed in a pattern in which the protrusions are spaced so as to have nano-sized intervals in rows and columns. And the spacing of each protrusion can be made uniform, and the size and spacing of the protrusions can be easily adjusted.

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.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

도 1 및 도 2는 나노 크기의 패턴의 예들을 나타낸 도면이다.1 and 2 illustrate examples of nanoscale patterns.

도 3a는 격자점을 1차원적으로 병진시킨 모식도이다.3A is a schematic diagram of one-dimensional translation of lattice points.

도 3b는 격자점을 2차원적으로 병진시킨 모식도이다.3B is a schematic diagram of two-dimensional translation of lattice points.

도 3c는 격자점을 3차원적으로 병진시킨 모식도이다.3C is a schematic diagram of three-dimensional translation of grid points.

도 4는 격자점 주위의 원자들의 배열을 나타내는 모식도이다.4 is a schematic diagram showing an arrangement of atoms around a lattice point.

도 5는 물질의 결정축계와 Bravais격자를 나타내는 설명도이다.5 is an explanatory diagram showing a crystal axis system and a Bravais lattice of a substance.

도 6a는 Al의 결정구조의 단위 셀을 나타내는 도면이다.6A is a diagram illustrating a unit cell of an Al crystal structure.

도 6b는 Al의 결정구조를 [100] 방향으로 투과하여 본 도면이다.FIG. 6B is a view showing the crystal structure of Al penetrating in the [100] direction. FIG.

도 6c는 Al의 결정구조를 [110] 방향으로 투과하여 본 도면이다.FIG. 6C is a view showing the crystal structure of Al penetrating in the [110] direction. FIG.

도 6d는 Al의 결정구조를 [111] 방향으로 투과하여 본 도면이다.FIG. 6D is a view showing the crystal structure of Al penetrating in the [111] direction. FIG.

도 7a는 Si의 결정구조의 단위 셀의 구조를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the structure of the unit cell of the crystal structure of Si.

도 7b는 Si의 결정구조를 [100] 방향으로 투과하여 본 도면이다.7B is a diagram showing the crystal structure of Si penetrating in the [100] direction.

도 7c는 Si의 결정구조를 [110] 방향으로 투과하여 본 도면이다.7C is a diagram showing the crystal structure of Si penetrating in the [110] direction.

도 7d는 Si의 결정구조를 [111] 방향으로 투과하여 본 도면이다.FIG. 7D is a view showing the Si crystal structure penetrated in the [111] direction. FIG.

도 7e는 도 7c를 시계방향으로 56도 및 방위각 15도로 회전시킨 도면이다.FIG. 7E is a view of rotating FIG. 7C clockwise 56 degrees and azimuth 15 degrees.

도 8a는 GaAs 결정구조의 단위 셀을 나타내는 도면이다.8A is a diagram illustrating a unit cell of a GaAs crystal structure.

도 8b는 GaAs 결정구조를 [100] 방향으로 투과하여 본 도면이다.8B is a diagram showing the GaAs crystal structure penetrated in the [100] direction.

도 8c는 GaAs 결정구조를 [110] 방향으로 투과하여 본 도면이다.8C is a diagram showing the GaAs crystal structure penetrated in the [110] direction.

도 8d는 GaAs 결정구조를 [111] 방향으로 투과하여 본 도면이다.8D is a diagram showing the GaAs crystal structure penetrated in the [111] direction.

도 8e는 도 8c를 시계방향으로 56도 및 방위각 15도로 회전시킨 도면이다.FIG. 8E is a view of rotating FIG. 8C clockwise 56 degrees and azimuth 15 degrees.

도 9는 본 발명에 이용되는 패턴 형성장치의 패턴 형성방법에 사용되는 투과 전자 현미경의 모식도이다.9 is a schematic diagram of a transmission electron microscope used in the pattern forming method of the pattern forming apparatus used in the present invention.

도 10a 및 도 10b는 본 발명에 이용되는 패턴 형성 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.10A and 10B are diagrams showing a schematic configuration of a pattern forming apparatus used in the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 물질의 격자구조를 이용한 패턴 형성방법의 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타낸 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a process of performing a preferred embodiment of the method for forming a pattern using a lattice structure of a material according to the present invention.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 패턴 형성방법에 있어서, 회전 전·후의 격자이미지와 회전 전·후의 격자이미지를 합한 격자이미지를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면들로서, 도 12는 90도 회전한 경우를 나타내고, 도 13은 60도 회전한 경우를 나타낸다.12 and 13 illustrate results of a simulation of a grid image obtained by adding a grid image before and after a rotation and a grid image before and after a rotation in the pattern forming method according to the present invention. 13 shows the case of rotating 60 degrees.

도 14는 네거티브 전자빔 레지스트를 이용하여 복수의 나노선이 행 및 열로 교차 배열된 형태의 패턴을 형성하는 과정을 나타내는 도면들이다.14 is a diagram illustrating a process of forming a pattern in which a plurality of nanowires are arranged in rows and columns by using a negative electron beam resist.

도 15 및 도 16은 도 14의 방법으로 형성된 패턴의 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM) 사진들이다.15 and 16 are scanning electron microscopy (SEM) images of the pattern formed by the method of FIG. 14.

도 17은 네거티브 전자빔 레지스트를 이용하여 나노점 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 도면들이다.17 illustrates a process of forming a nano dot pattern using a negative electron beam resist.

도 18은 포지티브 전자빔 레지스트를 이용하여 복수의 돌출부가 행 및 열로 이격되어 배열된 형태의 패턴을 형성하는 과정을 나타내는 도면들이다.18 is a diagram illustrating a process of forming a pattern in which a plurality of protrusions are arranged spaced apart in rows and columns using a positive electron beam resist.

Claims (7)

챔버에 위치한 결정구조를 갖는 대상물질에 전자빔을 조사시킴으로써, 상기 대상물질을 통과한 투과전자빔과 회절전자빔의 간섭에 의해 형성된 격자이미지로부터 패턴을 형성하는 방법으로,By irradiating an electron beam to a target material having a crystal structure located in the chamber, to form a pattern from the grid image formed by the interference of the transmission electron beam and the diffraction electron beam passing through the target material, 라인을 정의하는 격자이미지를 갖는 대상물질을 상기 챔버에 위치시키는 단계;Positioning an object having a grid image defining a line in the chamber; 상기 대상물질에 제1전자빔을 조사하여, 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제1전자빔에 노출시키는 제1노광 단계;Irradiating the first electron beam to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to the first electron beam passing through the target material; 상기 격자이미지를 회전시키는 단계;Rotating the grid image; 상기 대상물질에 제2전자빔을 조사하여, 상기 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제2전자빔에 노출시키는 제2노광 단계;Irradiating a second electron beam to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to a second electron beam passing through the target material; 상기 전자빔 레지스트를 현상(development)하여, 전자빔 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Developing the electron beam resist to form an electron beam resist pattern; And 상기 전자빔 레지스트 패턴 하부에 형성되어 있는 하지층을 상기 전자빔 레지스트 패턴을 통해 식각하여 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.And etching a base layer formed under the electron beam resist pattern through the electron beam resist pattern to form a pattern. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 격자이미지를 회전시키는 단계는Rotating the grid image 상기 격자이미지가 회전되도록, 상기 전자빔의 조사방향을 회전축 방향으로 하여 상기 대상물질을 회전시키는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.And rotating the target material in such a way that the irradiation direction of the electron beam is rotated so that the grid image is rotated. 챔버에 위치한 결정구조를 갖는 대상물질에 전자빔을 조사시킴으로써, 상기 대상물질을 통과한 투과전자빔과 회절전자빔의 간섭에 의해 형성된 격자이미지로부터 패턴을 형성하는 방법으로,By irradiating an electron beam to a target material having a crystal structure located in the chamber, to form a pattern from the grid image formed by the interference of the transmission electron beam and the diffraction electron beam passing through the target material, 라인을 정의하는 격자이미지를 갖는 대상물질을 상기 챔버에 위치시키는 단계;Positioning an object having a grid image defining a line in the chamber; 상기 대상물질에 제1전자빔을 조사하여, 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제1전자빔에 노출시키는 제1노광 단계;Irradiating the first electron beam to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to the first electron beam passing through the target material; 상기 전자빔의 조사방향을 회전축 방향으로 하여 상기 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 회전시키는 단계;Rotating the substrate on which the electron beam resist is formed with the irradiation direction of the electron beam as a rotation axis direction; 상기 대상물질에 제2전자빔을 조사하여, 상기 전자빔 레지스트가 형성되어 있는 기판을 상기 대상물질을 통과한 제2전자빔에 노출시키는 제2노광 단계;Irradiating a second electron beam to the target material to expose the substrate on which the electron beam resist is formed to a second electron beam passing through the target material; 상기 전자빔 레지스트를 현상(development)하여, 전자빔 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Developing the electron beam resist to form an electron beam resist pattern; And 상기 전자빔 레지스트 패턴 하부에 형성되어 있는 하지층을 상기 전자빔 레지스트 패턴을 통해 식각하여 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.And etching a base layer formed under the electron beam resist pattern through the electron beam resist pattern to form a pattern. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 제1전자빔의 단위 면적당 전하량과 상기 제2전자빔의 단위 면적당 전하량이 동일한 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.And a charge amount per unit area of the first electron beam and a charge amount per unit area of the second electron beam. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 전자빔 레지스트는 네거티브(nagetive) 전자빔 레지스트를 이용하여, 상기 기판 상에 복수의 나노선(nanowire)이 행 및 열로 교차 배열된 형태의 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.The electron beam resist is a pattern forming method, characterized in that for forming a pattern in which a plurality of nanowires are arranged in rows and columns on the substrate by using a negative electron beam resist. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 전자빔 레지스트는 포지티브(positive) 전자빔 레지스트를 이용하여, 상기 기판 상에 복수의 돌출부가 행 및 열로 서로 이격되게 배열된 형태의 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.And the electron beam resist using a positive electron beam resist to form a pattern in which a plurality of protrusions are arranged spaced apart from each other in rows and columns on the substrate. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 전자빔 레지스트는 현상시 단위 면적당 임계 전하량 이상의 전자빔이 조사되는 부분이 제거되지 않는 네거티브 전자빔 레지스트이고,The electron beam resist is a negative electron beam resist in which a portion to which an electron beam is irradiated more than a critical charge amount per unit area is not removed during development, 나노점(nanodot) 패턴을 형성하기 위해, 상기 제1전자빔의 단위 면적당 전하량과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량 각각은 상기 임계 전하량보다 작고, 상기 제1전자빔의 단위 면적당 전하량과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량의 합은 상기 임 계 전하량보다 크게 되도록, 상기 제1전자빔과 제2전자빔의 단위 면적당 전하량을 설정하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.In order to form a nanodot pattern, the charge amount per unit area of the first electron beam and the charge amount per unit area of the second electron beam are smaller than the threshold charge amount, respectively, and the charge amount per unit area of the first electron beam and per unit area of the second electron beam. And setting the amount of charge per unit area of the first electron beam and the second electron beam such that the sum of the charge amounts is greater than the threshold charge amount.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100223201B1 (en) * 1994-09-16 1999-10-15 니시무로 타이죠 Apparatus and method for patterning electron ray
KR100462055B1 (en) * 2001-04-03 2004-12-17 재단법인서울대학교산학협력재단 Method and appatatus for generating a pattern using a crystal structure of material

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