KR20060001036A - 고분해능 이미지의 배경 잡음 제거를 위한 대물 렌즈 조리개 - Google Patents

고분해능 이미지의 배경 잡음 제거를 위한 대물 렌즈 조리개 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투과전자 현미경용 또는 전자 빔 리소그라피 장치중에서 원자이미지를 이용한 패턴형성 장치용 대물렌즈의 조리개에 관한 것으로, 특히 시편에 조사된 전자빔이 시편을 통과하여 나오는 투과빔(transmitted beam)과 회절빔(diffracted beam)의 간섭에 의해 상이 형성되는 고분해능 이미지형성에 있어서의 배경잡음을 제거할 수 있는 투과전자 현미경용 또는 전자 빔 리소그라피 장치중에서 원자이미지를 이용한 패턴형성 장치용 대물렌즈 조리개의 구조에 관한 것이다.
대물렌즈 조리개, 배경잡음, 고분해능 이미지, 투과전자현미경, 전자빔 리소그라피 장치, 원자 이미지

Description

고분해능 이미지의 배경 잡음 제거를 위한 대물 렌즈 조리개{OBJECTIVE APERTURE FOR ELIMINATING BACKGROUND NOISE OF HIGH RESOLUTION IMAGE}
도1은 투과전자현미경의 광학시스템에서 일어나는 현상을 모식적으로 나타낸 도면
도2a는 다이아몬드 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자 현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면
도2b는 BCC 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면
도2c는 FCC 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면
도2d는 HCP 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면
도3은 전자 현미경의 회절상과 대물 렌즈 조리개 사이의 관계를 나타내는 도면
도4는 실리콘 단결정의 고분해능 이미지를 나타내는 도면
도5는 도4의 이미지를 컴퓨터 처리를 통하여 푸리에 변환한 이미지를 나타내 는 도면
도6은 투과빔과 6개의 회절빔만 통과할 수 있는 형태의 대물렌즈 조리개를 나타내는 도면
도7은 도6의 대물렌즈 조리개를 사용시 얻어지는 고분해능 이미지 도면
도8은 투과빔과 16개의 회절빔을 통과시킬 수 있는 대물렌즈 조리개를 나타내는 도면
도9는 도8의 대물렌즈 조리개를 사용시 얻어지는 실리콘 고분해능 이미지 도면
도10은 링 형태의 대물렌즈 조리개를 나타내는 도면
도11은 도10의 대물렌즈 조리개 사용시 얻어지는 실리콘 고분해능 이미지를 나타내는 도면
도12a, 12b, 12c와 12d는 도4의 실리콘 고분해능 이미지와 도6, 도8 및 도10의 대물렌즈 조리개 사용시 얻어지는 전자빔 강도 분포를 나타내는 도면
본 발명은 투과전자 현미경(Transmission Electron Microscopy)에 사용되는 대물렌즈의 조리개에 관한 것으로, 특히 고분해능 이미지의 배경잡음을 제거할 수 있는 투과전자 현미경용 대물렌즈 조리개의 구조에 관한것이다. 이러한 구조의 대 물렌즈 조리개는 또한 전자 빔 리소그라피 장치중에서 원자이미지를 이용한 패턴형성방법 및 장치(METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING A PATTERN USING A CRYSTAL STRUCTURE OF MATERIAL)의 대물렌즈의 조리개에도 적용 가능하다.
이하에서는 투과전자현미경에 대해서 설명하고자 한다. 투과전자현미경은 전자빔을 시편에 조사하여 투과된 전자빔으로 영상을 얻고 회절된 전자 빔으로 얻어진 회절 도형으로 상의 결정 구조를 해석하는 현미경이다. 투과전자현미경은 전자총에서 전자를 발생하여 고압으로 가속된 전자 빔을 집속렌즈로 모아서 시편에 투과시켜 대물렌즈로 상을 만들고 이를 중간렌즈를 사용하여 확대하여 형광판에 영상이 맺히도록 구성되어 있다.
일반적인 투과전자현미경의 경우 최대 배율이 100만 배정도 확대가 가능하며 현대에 와서는 주사전자현미경의 기능을 추가하여 STEM(Scanning Transmission Electron Microscope)으로 많이 사용되기도 한다. 또한, 최근에는 성분분석장치를 부착하여 미소부위의 성분분석이 함께 이루어지기도 한다.
투과전자현미경에서의 광원은 높은 진공 상태(1x10-4 Pa이상)에서 고속으로 가속되는 전자선이다. 전자선이 표본(시편)을 투과하여 일련의 전기자기장 (electromagnetic field) 또는 정전기장 (electrostatic field)을 거쳐 형광판이나 사진필름에 초점을 맞추어 투사된다. 이 전자의 파장은 가속전압에 따라 다르며 100 kV 전압에서의 전자파장은 0.004nm이다. 전자현미경의 이론적 분해능(해상력)은 약 0.001nm이나 생물학적 표본에서 사용되는 분해능은 약 0.2nm(side entry), 0.14nm(top entry)이다.
최근에는 고전압(500~1,000 kV)을 사용하는 투과전자현미경이 개발되어 비교적 두꺼운 조직표본도 투과할 수 있게 됨으로써 관찰이 가능해 졌다. 전자현미경은 확대율과 해상력이 뛰어나 광학현미경으로 관찰할 수 없는 세포 및 조직의 미세한 구조를 관찰할 수 있으며, 단백질과 같은 거대분자보다 더 작은 구조도 관찰할 수 있다.
투과전자현미경에서 전자빔이 물체(시편)를 투과하면 브래그(Bragg)법칙에 따라 회절하여 후방초점면(Back Focal Plane)에 회절도형(Diffraction Pattern)을 만든다. 시료를 투과한 빔중에서 회절하지 않는 투과빔만을 대물조리개(Objective Aperture)로 선택하여 관찰하는 영상을 명시야상(Bright Field Image : BFI)이라 하고, 특정면에서 회절한 회절빔 만을 선택하여 관찰하는 영상을 암시야상(Dark Field Image : DFI)이라고 한다.
이러한 투과전자 현미경의 광학 시스템은 전자총과 여러 개의 집속 렌즈, 대물 렌즈, 투사 렌즈, 형광판 등 많은 복잡한 체계로 구성되어 있지만, 이 복잡한 시스템에서 일어나고 있는 현상을 전자빔, 시편, 렌즈 하나로 구성된 시스템으로 단순화할 수 있다. 도1은 투과전자현미경의 광학시스템에서 일어나는 현상을 모식적으로 나타낸 도면으로 이러한 단순화한 시스템을 나타내고 있다.
도1에서 중앙의 수평선(가로선)은 광축을 의미하며 물체(시편)에 조사되어 믈체와 상호 작용한 후(물체를 통과한 후) 나온 전자빔은 대물렌즈를 지나면서 렌즈의 후방 초점면에 회절상을 형성한다. 다음에 그 회절상 뒤에는 렌즈의 배율만큼 확대된 이미지가 상면에 형성된다.
이러한 현상을 수학적으로 표현하면 물체를 나타내는 함수
Figure 112004028745598-PAT00001
가 렌즈에 의해 생기는 회절상은 물체함수
Figure 112004028745598-PAT00002
를 푸리에 변환(Fourier Transformation)한
Figure 112004028745598-PAT00003
로 표현할 수 있다. 여기서 ｋ는 역공간(reciprocal space)에서의 좌표를 나타낸다. 회절상 뒤에 형성되는 상은 이 회절상의 함수
Figure 112004028745598-PAT00004
를 다시 푸리에 변환한
Figure 112004028745598-PAT00005
로 표현할 수 있다. 여기서 -부호는 원래의 물체에 대해 반전(inversion)되어 있음을 의미하며
Figure 112004028745598-PAT00006
는
Figure 112004028745598-PAT00007
와 같은 실공간에서의 좌표를 의미한다.
여기서 회절상이 형성되는 후방 초점 면에 조리개로 투과 전자 빔만 투과하도록 하여 상을 만들면 명시 야상이 되고, 조리개로 회절된 빔만으로 상을 만들면 암시 야상이 되는데 이들이 위에서 언급한 투과전자현미경의 영상의 여러형태 중 하나이다.
그리고 조리개를 사용하지 않음(또는 상당히 큰 조리개를 사용함)으로써 투과 빔과 회절 빔을 함께 사용하여 상을 만들면 고분해능 투과 전자 현미경 이미지를 형성할 수 있다.
투과전자현미경에서 고분해능 이미지는 물체를 통과한 투과빔과 회절빔 사이의 간섭으로 인한 위상차(phase difference)에 의해 나타나는 이미지이다. 이러한 고분해능이미지를 관찰할 때에는 광축에서 멀리 떨어져 있는 회절 빔과 상의 배경 잡음(background noise)때문에 생기는 빔에 의해 고분해능 이미지가 선명해지지 않는 현상을 발견할 수 있다.
이러한 현상을 제거하기 위하여 전자 현미경 이미지의 컴퓨터 처리 기술을 이용하기도 한다. 전자 현미경 이미지의 컴퓨터 처리 기술은 현미경에서 직접 얻어진 이미지의 분석이 용이하도록 하기 위해 이미지를 컴퓨터로 입력하여 처리 대상 이미지의 강도 분포에서 투과 함수를 계산할 수 있고, 이 투과 함수를 푸리에 변환하여 후방 초점면의 회절파를 얻을 수 있다. 이 회절파와 그 공액 복소수를 곱해주면 회절 파의 강도, 즉 회절상이 얻어진다.
이러한 회절상에서 현미경 전달 함수나 위상 콘트라스트 전달 함수의 형태 가, 관심 있는 영역에서 만들어진 정보를 포함하고 있는 공간 주파수와 회절점의 정보를 잘 전달하고 배경 잡음은 전달되지 않는 형태의 마스크를 회절파와 곱하고 이것을 푸리에 변환하여 상면에서의 파를 얻고, 이 파와 공액 복소수 파를 곱해 주어 배경 잡음이 소거된 선명한 이미지를 얻을 수 있다.
이러한 과정은 컴퓨터를 이용하여 쉽게 할 수 있다. 그러나 이러한 전자 현미경 이미지의 컴퓨터 처리 기술은 투과 전자 현미경에서 얻어진 이미지를 다시 컴퓨터에 입력하여 처리해야 하므로 컴퓨터 및 이미지 처리를 할 수 있는 컴퓨터 소프트웨어를 추가로 설치해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 고분해능 이미지를 관찰 할 때에 광축에서 멀리 떨어져 있는 회절 빔과 상의 배경 잡음 때문에 생기는 빔에 의해 고분해능 이미지가 선명해지지 않는 현상을 방지하고자 함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고분해능 이미지를 관찰 할 때에 광축에서 멀리 떨어져 있는 회절 빔과 상의 배경 잡음 때문
에 생기는 빔에 의해 고분해능 이미지가 선명해지지 않는 현상을 컴퓨터 처리를 사용하지 않고도 방지할 수 있는 대물렌즈 조리개의 구조를 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고분해능 이미지 관찰을 위한 투과전자현미경 또는 원자이미지를 이용한 패턴형성 장치내에서 배경 잡음을 제거한 이미지를 얻기 위하여 이미지의 컴퓨터 처리 과정에서 배경 잡음을 제거하는데 사용하는 마스크 형태의 대물 렌즈 조리개를 제공하고자 함에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투과전자현미경 또는 원자이미지를 이용한 패턴형성 장치에서 고분해능이미지의 배경 잡음(background noise)을 제거할 수 있는 개선된 대물 렌즈 조리개를 사용함으로써 이미지 컴퓨터 처리(image computer processing) 과정과 같은 추가 처리 과정 없이도 선명한 분해능 이미지를 얻을 수 있는 조리개 구조를 제공하고자 한다.
이하 투과전자현미경으로 설명하고자 한다. 투과전자현미경에서 전자가 시편(물체)을 통과하면서 시편의 결정 구조에 따라 렌즈의 후방 초점면에 회절상을 형성하게 된다. 이 회절상의 모습을 보면, 시편의 결정 구조에 따라 그 회절상의 형태가 바뀌게 되며, 투과점과 회절점사이의 거리는 회절점이 나타내는 면의 면간 거리(dhkl)에 의해 결정되게 된다.
도2는 대표적인 결정 구조의 시편에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 나타내는 도면이다.
구체적으로는 도2a는 다이아몬드 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 전자빔방향에 따라 나타내는 도면이며, 도2b는 BCC(body centered cubic)결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 전자빔방향에 따라 나타내는 도면이며, 도2c는 FCC(face centered cubic) 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 전자빔방향에 따라 나타내는 도면이고, 도2d는 HCP(hexagonal closed packed) 결정구조의 물질에서 얻을 수 있는 투과전자현미경의 회절상의 형태를 전자빔방향에 따라 나타내는 도면이다.
어느 미지의 재료로부터 회절도형을 얻게 되면 그것의 격자 상수를 구할 수 있는데,이때 Bragg의 식이 사용된다. 이 때 필요한 카메라상수(L)는 보통 금(Au)과 같이 알려진 표준시료를 사용하여 미리 측정하여 둔다.
도3은 전자 현미경의 회절상과 대물 렌즈 조리개 사이의 관계를 나타내는 도 면이다. 전자 현미경의 회절상은 에왈드구(Ewald sphere)와 역격자(reciprocal lattice)의 교점이 확대되어 만들어지는 것이므로 도3의 회절상에서 측정된 거리는 실제 역격자 벡터를 확대한 것으로 간주한다. 현미경의 배율은 도3에서 L 과 에왈드 구의 반경의 비이며 다음의 식으로 나타낼 수 있다.
L/k = λL
여기서 L은 대물 렌즈 조리개가 위치한 면까지 현미경의 결상 렌즈의 배율에서 결정되는 거리이고 k는 파동 벡터의 크기이며 λ는 전자빔의 파장이다.
도3에 나타나는 rhkl을 회절상의 투과점에서 회절점까지의 거리라고 하면, 전자 회절과 같이 회절각이 아주 작을 경우에는 rhkl = L tanθ
Figure 112004028745598-PAT00008
L sin2θB
Figure 112004028745598-PAT00009
L2θB 이 된다.
한편, 브래그 법칙(Bragg law)으로부터 λ
Figure 112004028745598-PAT00010
dhkl sinθB 이며, 여기에서 회절각이 아주 작은 경우에는 λ
Figure 112004028745598-PAT00011
2dhklθB 이므로, rhkl = λL/dhkl결국 이 된다
그리고 일반적인 경우 고분해능 이미지를 얻기 위해서는 시편에 전자빔을 평행하게 조사하지 않고 수렴각을 갖고 시편에 조사하게 된다. 이 경우 회절상의 투 과빔 및 회절빔은 점이 아닌 원반(disc)의 형태를 갖게 되며, 이 원반의 지름 bdisc는 다음의 식에 의해 결정된다.
bdisc = 2Lａ
여기서 ａ는 전자빔의 수렴반각(convergence semiangle)이다.
고분해능 이미지는 투과빔과 회절빔 사이의 간섭 현상으로 인한 위상 차에 의해 이미지가 형성되므로 고분해능 이미지를 형성하기 위해서는 반드시 투과빔과 회절빔을 함께 통과시킬 수 있는 구조를 가지는 조리개가 필요하다. 이러한 조리개의 구조는 시편의 결정 구조에서 정의되는 회절상의 형태와 회절빔과 투과빔 사이의 거리 및 전자빔의 수렴반각에 의해 변화할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 발명을 적용시 얻어지는 효과는 전자 현미경 이미지의 컴퓨터 처리를 이용하여 예측할 수 있을 것이다.
도4는 다이아몬드 구조를 갖는 실리콘 단결정의 고분해능 이미지를 나타내는 도면이다. 즉, 도4는 다이아몬드구조를 갖는 실리콘 단결정을 대물 렌즈 조리개를 쓰지 않고 투과전자현미경을 이용하여 [011]정대축(zone axis)[(011)면에 수직방향으로 전자빔이 입사하는 경우임]에서 얻은 고분해능 이미지이다. 도5는 도4의 이미 지를 컴퓨터 처리를 통하여 푸리에 변환한 이미지를 나타내는 도면으로, 도4의 이미지를 컴퓨터 처리를 통하여 푸리에 변환을 하면 대물 렌즈의 후방 초점면에서 얻어지는 회절상이 나타나는데 이는 배경잡음이 제거되지 않은 이미지이다. 이러한 이미지에서 배경잡음을 제거하기 위해서는 투과빔과 회절빔을 함께 통과시키면서 다른 배경잡음은 통과시키지 않는 구조의 조리개가 필요하게 된다.
도6은 배경잡음은 통과시키지 않고 투과빔과 6개의 회절빔만 통과할 수 있는 형태의 대물렌즈 조리개를 나타내는 도면이다. 즉, 대물 렌즈의 후방 초점면에 도6와 같이 투과빔과 투과빔에 가까운 6개의 회절빔만 통과할 수 있는 형태의 대물 렌즈 조리개를 사용하면 투과전자현미경에서 선명한 고분해능 이미지를 얻을 수 있다.
도7은 도6의 구조를 가지는 대물렌즈 조리개를 사용하여 얻어지는 고분해능 이미지를 나타내는 도면이다. 이 도면은 도4의 이미지를 푸리에 변환한 회절상(도5)에 도6과 동일한 형태의 마스크를 적용하는 컴퓨터 처리를 한 다음, 이것을 다시 푸리에 변환한 이미지와 동일할 것이다.
도 4의 이미지를 컴퓨터 처리를 통하여 푸리에변환하여 얻은 도 5의 이미지에 도 6과 같은 형태의 마스크를 적용하여 컴퓨터처리를 한다고 하는 것은, 도 5의 이미지에 있는 정보 중에서 이미지 형성을 위해, 원하는 정보의 빔의 정보(여기서 는 6개의 회절빔과 투과빔)만 보존하고 그 이외의 정보를 제거하는 작업을 마스크를 적용하는 것과 같은 컴퓨터 처리를 하는 것을 의미한다. 이와 같이 마스크를 적용한 이미지, 즉 6개의 회절빔과 투과빔에 대한 정보만 갖고 있는 이미지를 푸리에 변환을 하게 되면 배경 잡음을 제거한 이미지를 얻을 수 있다. 따라서 마스크를 적용하여 원하는 이미지의 정보만 남겨두고 그 외의 이미지 정보를 제거하는 컴퓨터 처리 과정은, 실제 도6에 나타나 있는 구조의 조리개를 사용하여 조리개의 구멍을 통과한 1개의 투과빔과 6개의 회절빔만 이용하여 상을 형성하고 나머지 구멍을 통과하지 못하는 빔은 조리개를 이용하여 차단시켜 이미지 형성에 관여하지 못하도록 하는 과정과 동일한 기술적 효과를 얻을 수 있을 것이다.
도6에서 조리개의 회절빔을 통과시키는 구멍의 위치는 실리콘의 단결정의 회절상에서 111과 002 회절빔의 위치와 동일하며 투과빔을 통과시키는 구멍과 회절빔을 통과시키는 구멍 사이의 거리는 r111 = λL/d111, r002 = λL/d 002이고 각 구멍의 지름은 bdisc = 2Lａ이하 이어야 한다. 지름(bdisc)이 2La보다 크면 배경잡음이 완전히 제거되지 않기 때문이다.
도8은 실리콘 단결정을 시편으로 사용한 경우의 투과빔과 16개의 회절빔을 통과시킬 수 있는 대물렌즈 조리개를 나타내는 도면이다. 이러한 다른 형태의 대물 렌즈 조리개로서, 투과빔과 16개의 회절빔을 통과할 수 있는 대물 렌즈 조리개를 사용할 경우 조리개의 회절빔을 통과시키는 구멍의 위치는 실리콘의 단결정의 회절상에서 111, 002, 220, 113, 222 회절빔의 위치와 동일하며 투과빔을 통과시키는 구멍과 각 회절빔을 통과시키는 구멍 사이의 거리는 r111 = λL/d111, r002 = λL/d002, r220 = λL/d220, r113 = λL/d113, r222 = λL/d 222 이고 각 구멍의 지름은 bdisc = 2Lａ이하 이어야 한다. 지름(bdisc)이 2La보다 크면 배경잡음이 완전히 제거되지 않기 때문이다.
이 조리개를 사용하여 얻을 수 있는 고분해능 이미지는 컴퓨터 처리를 통하여 도4 이미지를 푸리에변환한 회절상(도5)에 도8과 동일한 형태의 마스크를 적용하는 컴퓨터처리를 한 다음 이것을 다시 푸리에변환한 이미지와 동일할 것이다. 도9는 도8의 대물렌즈 조리개를 사용시 얻어지는 실리콘 고분해능 이미지를 나타내는 도면이다.
도10은 링 형태의 대물렌즈 조리개를 나타내는 도면이다. 이는 또 다른 형태의 대물 렌즈 조리개로서, 전술한 조리개는 시편의 결정 구조에 따라 구멍의 배치 및 구멍 사이의 거리가 변화하게 되므로, 결정 구조가 다르지만 비슷한 면간 거리를 갖는 회절빔을 갖는 시편들에 사용할 수 있는 도10와 같은 형태의 조리개를 제작할 수 있다. 또한 도6이나 도8의 형태의 조리개를 시편의 회절상에 정렬시키기 위해서는 조리개의 2축(
Figure 112004028745598-PAT00012
,
Figure 112004028745598-PAT00013
축) 이동 및 회전이동의 기능이 필요하지만, 도10의 조 리개는 회전이동없이 2 축의 이동만으로 시편의 회절상에 정렬시킬 수 있는 장점이 있다.이러한 조리개에서 투과빔용 구멍의 중심에서 회절빔용 링구멍의 중심까지의 거리(두께)는 rhkl = λL/dhkl 에 의해 결정된다. 투과빔용 구멍의 지름(bdisc )과 링의 내주면에서 외주면까지의 길이(두께:bhkl)는 빔의 수렴반각(a)와 대물 렌즈 조리개가 위치한 면까지 현미경의 결상 렌즈의 배율에서 결정되는 거리(L)에 의해 결정된다. bdisc는 2La보다 작아야 하며, bhkl도 마찬가지이다. 이 또한 배경잡음을 완전히 제거하기 위함이다. 전자빔의 수렴반각이 0이 되면 이론적으로는 구멍의 지름이 0에 가까워질 수 있다. 또한 링의 갯수도 변화시킬 수 있다. 링의 갯수는 얼마나 많은 회절빔을 포함시켜 이미지를 형성할 것인가에 대한 선택의 문제로서, rhkl = λL/dhkl 에서 면간거리 dhkl 에 의해 투과빔용 구멍의 중심에서 회절빔용 링의 외주면까지의 정해지는 거리에 따라 복수의 링을 선택할 수 있으며, 링의 분포는 관찰하는 시편에서 나오는 회절상의 형태에 따라 변화될 수 있다.
도11은 도10의 대물렌즈 조리개 사용시 얻어지는 실리콘 고분해능 이미지를 나타내는 도면이다. 도11에 나타난 것은 이러한 링 형태의 조리개를 사용하여 얻을 수 있는 실리콘의 고분해능 이미지는 전술한 바와 같은 컴퓨터 처리 방법으로 예상할 수 있는 바와 같다.
본 발명의 이러한 구조의 대물렌즈 조리개는 또한 원자이미지를 이용한 패턴형성방법 및 장치전자 빔 리소그라피 장치용 대물렌즈 조리개에도 적용 가능하다. 원자이미지를 이용한 패턴형성방법 및 장치는 한국출원 제 2001-17694에 기술되어 있는데, 이러한 방법 및 장치에 적용함으로써 본 발명의 목적이 구현될 수 있다.

도12a, 12b, 12c와 12d는 도4의 실리콘 고분해능 이미지와 도6, 도8 및 도10의 대물렌즈 조리개 사용시 얻어지는 전자빔 강도 분포를 나타내는 도면이다.
상기한 바와 같이 대물 렌즈 조리개를 투과빔과 회절빔만 통과할 수 있도록 제작하게 되면 투과전자현미경에서 시편으로부터 발생하는 배경잡음을 제거할 수 있어서 전자빔의 배경강도가 균일해지는 효과가 있고, 고분해능 이미지에서 전자빔의 강도가 높은 부분들이 한 이미지 내에서 거의 동일한 전자빔의 강도를 나타낼 수 있다. 이러한 효과를 컴퓨터 처리 방법을 이용하여 예측한 결과 전술한 3가지의 대물 렌즈 조리개를 사용하였을 경우에 대해 도12에서 알 수 있는 바와 같이 거의 동일한 부분에서의 전자빔의 강도 분포를 통하여 확인할 수 있다.
이러한 본 발명은 전자 빔 리소그라피 장치중에서 원자이미지를 이용한 패턴 형성방법 및 장치용 대물렌즈의 조리개 구조에도 적용 가능하다. 원자이미지를 이용한 패턴 형성 방법 및 장치는 한국출원 제 2001-17694호(명칭: 물질의 결정구조를 이용한 패턴형성방법 및 장치)에 기술되어 있다. 이 장치에도 위에서 설명한 대물렌즈 조리개가 적용되면 위에서 언급한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 시편에 조사되고 상기 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성한 투과빔과 회절빔을 통과시키는 대물렌즈 조리개에 있어서,
    상기 투과빔만을 통과시키는 투과빔 구멍; 및
    상기 투과빔 구멍으로 부터 일정거리 이격되어 위치하며, 상기 회절빔만을 통과시키는 다수의 회절빔 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시편이 실리콘 단결정이고, 상기 회절빔 구멍의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111과 002 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 111 회절빔에 대하여는 상기 투과빔 구멍과 상기 회절빔 구멍 사이의 거리 r111 = λL/d111이고, 상기 002 회절빔에 대하여는 r002 = λL/d002 이며, 상기 각 구멍의 지름은 bdisc = 2Lａ이하임을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투과빔 구멍은 1개이고 상기 회절빔 구멍은 6개임을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시편이 실리콘 단결정이고, 상기 회절빔 구멍의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111, 002, 220, 113, 222방향의 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 각 회절빔에 대하여는 상기 투과빔 구멍과 상기 회절빔 구멍 사이의 거리는 각각 r111 = λL/d111, r002 = λL/d002, r220 = λL/d220, r113 = λL/d113, r222 = λL/d222 이며, 상기 각 구멍의 지름은 bdisc = 2Lａ이하임을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  5. 제4항에 있어서, 상기 투과빔 구멍은 1개이고 상기 회절빔 구멍은 16개임을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  6. 시편에 조사되고 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성한 투과빔과 회절빔을 통과시키는 대물렌즈 조리개에 있어서,
    상기 투과빔만을 통과시키는 투과빔 구멍; 및
    상기 투과빔 구멍으로 부터 일정거리 이격되어 위치하며, 상기 회절빔만을 통과시키는 링 형태의 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개, 여기에서 상기 투과빔 구멍의 중심으로부터 상기 링 구멍의 중심까지의 거리는 rhkl = λL/dhkl이다.
  7. 제6항에서 상기 링 형태의 구멍은 같은 크기의 2개의 반구로 구성되는 구조를 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  8. 제6항에 있어서, 상기 링이 2개 이상임을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개.
  9. 시편에 조사되고 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성한 투과빔과 회절빔을 통과시키는 대물렌즈 조리개를 가지는 투과전자현미경에 있어서,
    상기 투과빔만을 통과시키는 투과빔 구멍; 및
    상기 투과빔 구멍으로 부터 일정거리 이격되어 위치하며, 상기 회절빔만을 통과시키는 다수의 회절빔 구멍으로 이루어지는 대물렌즈 조리개를 가짐을 특징으로 하는 투과전자현미경
  10. 제9항에 있어서, 상기 시편이 실리콘 단결정이고, 상기 회절빔 구멍의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111과 002 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 111 회절빔에 대하여는 상기 투과빔 구멍과 상기 회절빔 구멍 사이의 거리 r111 = λL/d111이고, 상기 002 회절빔에 대하여는 r002 = λL/d002 이며, 상기 각 구멍의 지름은 bdisc = 2Lａ이하인 대물렌즈 조리개를 가짐을 특징으로 하는 투과전자현미경.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 시편이 실리콘 단결정이고, 상기 회절빔 구멍의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111, 002, 220, 113, 222 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 각 방향의 회절빔에 대하여는 상기 투과빔 구멍과 상기 회절빔 구멍 사이의 거리는 각각 r111 = λL/d111, r002 = λL/d002, r220 = λL/d220, r113 = λL/d113, r222 = λL/d222 이며, 상기 각 구멍의 지름은 bdisc = 2Lａ이하인 대물렌즈 조리개를 가짐을 특징으로 하는 투과전자현미경.
  12. 시편에 조사되고 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성한 투과빔과 회절빔을 통과시키는 대물렌즈 조리개를 가지는 투과전자현미경에 있어서,
    상기 투과빔만을 통과시키는 투과빔 구멍; 및
    상기 투과빔 구멍으로 부터 일정거리 이격되어 위치하며, 상기 회절빔만을 통과시키는 링 형태의 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개, 여기에서 상기 투과빔 구멍의 중심으로부터 상기 링 구멍의 중심까지의 거리는 rhkl = λL/dhkl이다, 를 가지는 것을 특징으로 하는 투과전자현미경.
  13. 시편에 조사되고 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성한 투과빔과 회절빔을 통과시키는 대물렌즈 조리개를 가지는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치에 있어서,
    상기 투과빔만을 통과시키는 투과빔 구멍; 및
    상기 투과빔 구멍으로 부터 일정거리 이격되어 위치하며, 상기 회절빔만을 통과시키는 다수의 회절빔 구멍으로 이루어지는 대물렌즈 조리개를 가짐을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 시편이 실리콘 단결정이고, 상기 회절빔 구멍의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111과 002 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 111 회절빔에 대하여는 상기 투과빔 구멍과 상기 회절빔 구멍 사이의 거리 r111 = λL/d111이고, 상기 002 회절빔에 대하여는 r002 = λL/d002 이며, 상기 각 구멍의 지름은 bdisc = 2Lａ이하인 대물렌즈 조리개를 가짐을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 시편이 실리콘 단결정이고, 상기 회절빔 구멍의 위치는 상기 실리콘 단결정의 회절상에서 111, 002, 220, 113, 222 회절빔의 위치와 동일하며, 상기 각 방향의 회절빔에 대하여는 상기 투과빔 구멍과 상기 회절빔 구멍 사이의 거리는 각각 r111 = λL/d111, r002 = λL/d002, r220 = λL/d220, r113 = λL/d113, r222 = λL/d222 이며, 상기 각 구멍의 지름은 bdisc = 2Lａ이하인 대물렌즈 조리개를 가짐을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
  16. 시편에 조사되고 시편을 통과한 전자빔이 대물렌즈를 통과하여 형성한 투과빔과 회절빔을 통과시키는 대물렌즈 조리개를 가지는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치에 있어서,
    상기 투과빔만을 통과시키는 투과빔 구멍; 및
    상기 투과빔 구멍으로 부터 일정거리 이격되어 위치하며, 상기 회절빔만을 통과시키는 링 형태의 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 조리개, 여기에서 상기 투과빔 구멍의 중심으로부터 상기 링 구멍의 중심까지의 거리는 rhkl = λL/dhkl이다, 를 가지는 것을 특징으로 하는 원자이미지를 이용한 패턴형성장치.
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