KR100353128B1 - 전계 방출 냉음극 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

윤곽 형상선(contour)에 의해 정의된 블록 및 이 블록 내에 배열된 복수의 개구를 갖는 전계 방출 냉음극 장치에서, 이미터 콘들이 균일한 개구들 내에 배치될 때 블록 내에서 균일한 전기 전류를 얻도록 각각의 개구는 형상이 균일하게 된다. 왜곡된 개구는 블록 내에 배열되지 않거나 왜곡되는 것에 영향을 받기 쉬운 개구들이 왜곡되지 않는 다른 영역들로 천이(shift)되거나 이동된다. 또한, 이러한 균일한 개구들은 상이한 크기의 마스크 패턴을 준비하고 이 마스크 패턴을 포토레지스트로 전사함으로써 얻어질 수 있다.

Description

전계 방출 냉음극 장치 및 그 제조 방법{FIELD EMISSION COLD CATHODE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 게이트 전극과 이미터 전극을 구비하고, 게이트 전극과 이미터 전극 사이에 전계를 생성함으로써 이미터 전극에서 전자를 방출하는 전계 방출 냉음극 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 디스플레이 장치 또는 고속 스위칭 장치에 사용되는 초소형의 진공 튜브 등에서는 효과적인 전자원이 그 요건이 되어 왔다. 종래에는, 필라멘트를 가열함으로써 열이온 전자를 방출하는 열이온 전자 방출 장치가 종종 전자원으로 사용되었다. 그러나, 열이온 전자 방출 장치는 에너지 손실이 크고 예열이 필요하다는 단점을 갖고 있다. 이러한 상황에서 최근에는 열이온 전자 방출 장치 대신에 다른 전자원을 사용하려는 경향이 있다.

열이온 전자 방출 장치 대신에 가열 없이 전자를 방출할 수 있는 전계 방출 냉음극 장치가 제안되었다. 이러한 전계 방출 냉음극 장치의 일례는 반도체 기판, 반도체 기판 상의 절연층, 및 절연층상에 형성된 게이트 전극을 구비하고 있다. 구체적으로, 게이트 전극과 절연층은 개방되어 개구들이 형성되어 있는데, 그 안에 이미터 전극들이 이미터 콘(emitter cone)의 형태로 적절히 배치되어 있다.

이러한 구조에서는 게이트 전극과 이미터 전극 사이에 전압을 인가하여 높은 강도의 전계를 생성함으로써 각 이미터 콘의 상부에서 전자가 방출될 수 있다.

이제까지, 전계 방출 냉음극 장치가 일본 특허 미심사 공보 평8-106846호, 즉 106,846/1996 (이하, 인례 1이라 함)에 개시되어 있다. 개시된 전계 방출 냉음극 장치는 개구 안에 형성되어 절연층으로 둘러싸인 복수의 이미터 콘, 및 이미터 콘을 둘러싸기 위한 게이트 전극을 구비하고 있다. 또한, 게이트 전극은 게이트 전극의 주변부에 배치된 절연층 내에 형성된 그루브 또는 트렌치에 의해 둘러싸여 있다.

이러한 구조에서 절연 물질이 트렌치 안에 매립되어 있는 경우, 전계 방출 냉음극 장치의 각 소자에 필연적으로 흐르게 되는 누설 전류가 감소될 수 있다.

대안으로, 본 발명자는 일본 미심사 특허 공보 평10-50201호, 즉 50201/1998 (이하, 인례 2라 함)에서 게이트 전극 둘레에 트렌치가 형성된 경우에도 전자 방출동안에 게이트 전극과 이미터 전극간의 강한 전계는 게이트 전극과 이미터 전극 사이에서 방전을 발생시킨다는 점을 지적하였다. 이러한 방전은 이미터 콘 등의 파괴와 큰 잡음을 발생시킨다.

이러한 방전을 피하기 위하여, 인례 2는 반도체 기판 상에 이미터 콘의 바로 아래에 트렌치를 형성하고 이 트렌치를 절연 물질로 채움으로써 반도체 기판의 전기 저항이 낮아지는 것을 방지하는 방법을 제안하고 있다. 이러한 트렌치는 반도체 기판 상에 형성된 절연층을 통해 연장될 수 있다.

더욱이, 인례 2는 또한 트렌치 내에 매립된 절연 물질에 의해 둘러싸인 블록으로 분할된 복수의 이미터 콘을 개시하고 있다. 여하튼, 전계 방출 냉음극 장치는 행렬식으로 배열된 복수의 블록을 구비하고 있으며, 이들 각각은 복수의 이미터 콘을 구비하고 있다. 이와 관련하여, 전술한 전계 방출 냉음극 장치는 블록형 전계 방출 냉음극 장치라 지칭할 것이다. 전술한 바와 같이, 각 블록은 전기 저항이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 저항 블록이라 지칭할 것이다.

보다 상세하게는, 인례 2에서 반도체 기판과 반도체 기판 상의 절연층은 BPSG(Boro phospho silicate glass)와 같은 유리가 삽입된 트렌치에 의해 복수의 블록으로 분할된다. 그 다음, 게이트 전극이 트렌치 내에 피착되고, 복수의 개구가 각 블록 내의 게이트 전극과 절연층상에 형성된다. 이후, 이미터 콘이 개구 안에 형성되어 블록형 전계 방출 냉음극 장치가 제조된다.

결과적으로, 게이트 전극은 이미터 콘을 둘러싸고 게이트 전극 개구를 구비하게 된다.

한편, 블록형 전계 방출 냉음극 장치에서는 방출 전자의 양을 증가시키는 것이 필요하다. 즉, 방출 전류를 증가시키는 것이 필요하게 된다. 이러한 상황에서는 각 블록 내에 이미터 콘이 고밀도로 배열되는 것이 바람직하다. 따라서, 저항 블록과 각 저항 블록 내의 게이트 전극에는 많은 수의 개구들이 크기가 작고 인접 개구들간에는 간격이 좁게 형성되는 것이 바람직하다. 실질적으로, 이러한 개구들은 포토리소그래피의 분해능에 의해 결정되는 임계 크기 및 간격에 매우 가까운 크기 및 간격을 갖는다. 예컨대, 최근의 요건은 10 평방 ㎛의 저항 블록 및 게이트 전극 각각에 0.5 ㎛의 직경과 0.5 ㎛의 간격으로 행렬식으로 배열된 개구를 형성하는 것이다.

이러한 구조는 각 저항 블록에 약 100개의 이미터 콘을 배열하여 큰 전류를 실현할 수 있게 한다. 이러한 복수의 저항 블록이 어레이 형태로 배열될 때 증가된 전류가 얻어질 수 있다.

전술한 바로부터 명백하듯이, 개구들은 개구들 안에 이미터 콘을 수용하기 위하여 각 저항 블록 내의 절연층과 게이트 전극 상에 정확하고 미세하게 형성되어야 한다. 이것은 BPSG가 삽입된 트렌치 및 각 저항 블록 내의 게이트 전극 개구들도 포토리소그래피와 같은 미세한 가공 기술을 사용하여 정확히 배열되어야 한다는 것을 의미한다.

그러나, 실질적으로 포토리소그래피의 분해능 등 때문에 설계에 따라 각 저항 블록을 정확히 형성하는 것은 매우 어렵다. 이것은 각 저항 블록의 이미터 콘으로부터 방출되는 방출 전류의 변동을 유발하여 균일한 화상을 얻는 것을 어렵게 한다.

보다 상세하게는, 블록형 전계 방출 냉음극 장치는 대개 트렌치를 형성한 후에 BPSG를 코팅하고 BPSG를 리플로우시켜 BPSG로 트렌치를 채움으로써 BPSG를 트렌치 안으로 삽입하여 제조된다. 이 경우, BPSG는 필연적으로 트렌치 안에도 트렌치 외의 다른 부분에도 피착된다. 따라서, 트렌치 외의 부분에 있는 여분의 BPSG는 에치백 기술로 제거되어야 한다.

본 발명자의 연구에 따르면, 트렌치 내에 삽입된 BPSG의 트렌치 표면은 BPSG의 제거 후에 다른 부분의 표면과 완전히 같은 높이로 되지 않고 다른 부분의 표면에 대해 약 0.1 ㎛ 정도만큼 단차가 생긴다. 상세하게는, BPSG의 트렌치 표면은 0.1 ㎛만큼 다른 부분보다 낮아진다. 이것은 BPSG와 다른 부분간의 재료 특성의 차이에 기인할 수 있다.

BPSG와 다른 부분간에 단차가 생긴 상태에서 절연층과 게이트 전극이 BPSG와 다른 부분상에 피착될 때, 절연층과 게이트 전극으로 덮인 각 저항 블록의 에지 부분 및 BPSG의 트렌치 표면들간에는 경사가 형성된다. 결과적으로, 각 저항 블록의 에지 부분은 BPSG의 트렌치 표면에 대해 상승되는 것이 관측되었다. 특히, 각 저항 블록이 꼭지점과 변 부분으로 정의된 다각 구성(예컨대 정사각 구성)의 윤곽 형상선(contour)을 가질 때, 게이트 전극은 변 부분에 비해 꼭지점 부분에서 크게 상승되어 있다.

여기서, 상기한 상승 부분에 개구를 형성하는 경우, 개구는 빈번하게 상승부에서 정상 형태를 벗어나 불규칙하게 왜곡된다. 이러한 구조에서는 이미터 콘이 왜곡된 개구 안에 형성될 때, 게이트 전극과 이미터 콘 사이에서 전기적 단락 회로가 쉽게 발생한다는 것이 실험적으로 확인되었다.

또한, 서로 등간격으로 배열된 동일 크기의 많은 개구를 정의하는 마스크 또는 레티클을 사용하여 각 저항 블록에 포토리소그래피에 의해 개구가 형성된 것으로 가정하는 경우, 각 저항 블록의 주변부에 배치되어 트렌치에 인접한 개구는 다른 개구에 의해 둘러싸이고 트렌치에서 멀리 떨어진 개구와 그 크기가 다르다는 것도 확인되었다.

이미터 콘용의 개구가 서로 크기가 다른 경우, 이미터 콘은 이들이 스핀트(Spindt) 기술을 사용하여 제조된 경우 개구의 크기 또는 직경에 의존하는 높이를 갖게 된다. 즉, 이미터 콘의 높이는 개구의 직경에 따라 변하여, 게이트 전극과 이미터 콘간의 간격의 변화를 초래한다. 이것은 방출 전류가 이미터 콘간에 변하게 되어, 이러한 구조에서는 방출 전류의 변동 때문에 최적의 동작이 수행될 수 없음을 나타낸다.

본 발명의 목적은 적어도 하나의 저항 블록을 구비하여 저항 블록 내의 이미터 콘으로부터 방출되는 방출 전류를 실질적으로 균일하게 할 수 있는 전계 방출 냉음극 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 각 저항 블록 내의 개구의 크기의 변화에 기인하는 게이트 전극과 이미터 콘간의 전기적 단락을 방지할 수 있는 전계 방출 냉음극 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 저항 블록 내에 형성되는 이미터 콘으로부터 균일하게 전자를 방출할 수 있는 전계 방출 냉음극 장치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 저항 블록 내에 게이트 개구를 실질적으로 균일하게 형성할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 전계 방출 냉음극 장치는 선정된 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 선정된 형상의 영역에 형성된 각각의 개구 안에 배열된 복수의 이미터 콘을 구비하고 있다. 선정된 윤곽 형상선은 제1 곡률 반경을 가진 제1 부분 윤곽 형상선(partial contour) 및 제1 곡률 반경 이상인 제2의 곡률 반경을 가진 제2 부분 윤곽 형상선을 가진다. 개구는 제1 개구와 적어도 하나의 제2 개구를 구비하는데, 제1 개구는 제1 개구의 에지와 제1 부분 윤곽 형상선간의 제1 최소 거리에 의해 정의되고, 제2 개구는 제2 부분 윤곽 형상선에 가깝고 제2 개구의 에지와 제2 부분 윤곽 형상선간의 제2 최소 거리에 의해 정의된다. 본 발명의 한 양태에 따르면, 제1 최소 거리는 제2 최소 거리 이상이며, 특정하게는 제2 최소 거리보다 크다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전계 방출 냉음극 장치는 선정된 형상의 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 블록과, 블록 내에 배열되어 상기 윤곽 형상선에 가장 가까운 일련의 최외곽 개구 및 최외곽 개구 안에 배치된 내측 개구로 분할된 복수의 개구를 구비한다. 블록은 블록 내에 가상적으로 그려진 외주선에 의해 윤곽 형상선에 대해 등간격으로 분할되어 있다. 최외곽 개구는 외주선의 내측에 배열되어 외주선을 넘지 않는다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 선정된 형상의 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 블록과 블록 내의 복수의 개구를 구비한 전계 방출 냉음극 장치를 제조하는 데 사용되는 방법이 제공된다. 이 방법은 선정된 형상의 마스크 패턴을 가진 마스크를 준비하는 단계와, 선정된 마스크 패턴의 형상과 다른 형상을 가진 개구를 형성하는 단계를 포함한다. 선정된 형상은 다각형인 반면, 개구의 형상은 원형이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 블록과, 블록 내에 배열되어, 윤곽 형상선에 가장 가깝게 배치된 일련의 최외곽 개구 및 최외곽 개구 안에 배치된 내측 개구로 분할된 복수의 개구를 구비한 전계 방출 냉음극 장치를 제조하는 데 사용되는 방법이 제공된다. 이 방법은 최외곽 개구용의 제1의 마스크 패턴과 제1 마스크 패턴과 다른 크기를 가진 내측 개구용의 제2의 마스크 패턴을 가진 마스크를 준비하는 단계와, 서로 실질적으로 동일한 크기를 가진 최외곽 개구와 내측 개구를 형성하는 단계를 포함한다.

도 1은 종래의 전계 방출 냉음극 장치의 부분 평면도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치를 설명하기 위한 평면도.

도 3은 도 2에 도시된 전계 방출 냉음극 장치의 변형례를 설명하기 위한 부분 평면도.

도 4는 도 2에 도시된 전계 방출 냉음극 장치의 다른 변형례를 설명하기 위한 부분 평면도.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치를 설명하기 위한 평면도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치를 설명하기 위한 평면도.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치를 설명하기 위한 평면도.

도 8은 도 7에 도시된 전계 방출 냉음극 장치의 변형례를 설명하기 위한 평면도.

도 9는 도 7에 도시된 전계 방출 냉음극 장치의 다른 변형례를 설명하기 위한 평면도.

도 10a 및 10b는 각각 마스크와 포토레지스트 상에 형성된 마스크 패턴과 포토레지스트 패턴간의 관계를 나타내는 도면.

도 11a 및 11b는 도 11a에 도시된 마스크 패턴들을 사용함으로써 형성된 마스크 패턴들과 개구들 간의 크기 관계를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 저항 블록

12 : 트렌치

13 : BPSG 층

14 : 개구

본 발명의 이해를 도모하기 위하여 도 1을 참조하여 이하 종래의 전계 방출 냉음극 장치에 대하여 설명하기로 한다. 게이트 전극은 설명의 편의를 위해 생략하였다. 이 도면에서, 복수의 저항 블록(11)이 배열되어 있으며 트렌치에 의해서 개별적으로 서로 분리되어 있다. 다른 말로, 각각의 저항 블록(11)은 트렌치에 의해 둘러싸여 있으며, 도 1에 도시하지는 않았지만 내부에 이미터 콘이 각각 피착되어 있는 복수의 개구(14)를 갖고 있다. 도 1에 도시된 각각의 저항 블록(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 4개의 꼭지점 V 각각이 약간 둥그스름하게 되어 있을 지라도 대체로 평면상에서 볼 때 4개의 꼭지점과 4면을 갖고 있는 거의 정사각형이다. 그러므로, 도시된 저항 블록(11)은 거의 정사각형인 윤곽 형상선로 명시되고 이 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 영역을 정의한다.

엄밀하게 말하자면, 저항 블록(11)의 각 꼭지점 V는 트렌치로 저항 블록(11)들을 분리하는데 사용되는 포토리소그래피의 임계 분해능, 건식 에칭시에 나타나는 등방성 성분(isotropic component), 및 열산화시에 나타나는 등방성 성분에 기인해서 도 1에 도시된 바와 같이 곡률 반경을 갖는다.

더구나, 각 꼭지점 V에서의 곡률 반경은 완전히 0으로 할 수 없기에 실질적으로는 유한 곡률 반경을 갖는다는 것은 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 한편, 도 1에 도시된 각 변 S는 무한 곡률 반경을 갖고 있는 직선으로 형성되어 있다.

이를 고려하여, 각 꼭지점 V에 인접한 영역은 유한 곡률 반경을 갖고 있는 제1 부분이라 칭할 수 있고, 각 변 S에 인접한 나머지 영역은 무한 곡률 반경을 갖고 있는 제2 부분이라 칭할 수 있다.

도 1에 도시되어 있지 않을 지라도, 퇴적된 부분 즉, 오프셋이 트렌치 내에 삽입되어 있는 BPSG에 인접한 각각의 저항 블록(11)상에 나타난다는 것을 실제로 고려하여야만 한다. 특히, 퇴적된 부분은 트렌치에 의해 둘러싸여 있는 양 변 S에 접해있는 꼭지점(V) 부분과 같은 부분에서 높게된다. 그러나, 각 저항 블록(11)의 나머지 영역은 아주 평탄한 면을 갖고 있다.

이제, 이미터 콘을 개구들 내에 배치하기 위하여 행 및 열로 개구들을 등거리로 형성하기로 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도시된 저항 블록(11)의 꼭지점(V)부분에 가장 밀접한 개구(14a)는 나머지 개구(14)로부터 어긋나있다. 다른 말로, 홀(14a)은 각 꼭지점 V에 인접한 제1 부분 내에서 불규칙하게 일그러져 있거나 뒤틀려 있다. 이와 같이 일그러져 있는 개구(14a)는 이미터 콘을 그 내부에 형성할 때 본 명세서의 서두에서 언급한 결함을 일으킬 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치는 앞서 언급한 바와 같은 블록형이며 트렌치(12)에 의해 서로로부터 분리 즉 절연되어 있는 복수의 저항 블록(11)을 갖고 있다. 도시된 트렌치(12)는 기판, 예를 들어, 저항 블록(11)의 기초가 되는 반도체 기판에 대해 깊이 방향으로 형성된다. 도한, 트렌치(12)는 BPSG, 폴리실리콘과 같은 절연재료로 채워진다. 예시된 실시예에서, 저항 블록(11)의 3행이 배열되는데, 이들 행은 상부 행 중간 행 및 하부 행으로 구성되며 동일한 크기의 거의 정사각형 형상을 갖고 있다. 주목할 점은 중간 행 내에 있는 저항 블록(11)이 도 1의 수평 방향으로 상부 행 및 하부 행 내의 저항 블록들로부터 각 저항 블록(11)의 폭의 반만큼 변위 즉, 천이되어 있다는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각 저항 블록(11)은 소정의 윤곽 형상선 또는 외형선을 갖고 있다. 각 저항 블록(11)의 윤곽 형상선은 유한 곡률 반경을 갖고 있는 4개의 제1 부분 윤곽 형상선들과, 무한 곡률 반경을 갖고 있는 4개의 제2 부분 윤곽 형상선들로 나뉘어진다. 제1 및 제2 윤곽 형상선들은 각각 각 저항 블록(11)의 거의 정사각형인 모양의 꼭지점 V 및 변 S에 대응되게 형성할 수 있다. 다른 말로, 각 저항 블록(11)의 표면 또는 영역은 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 제1 부분 영역과, 제1 부분 영역을 제외한 제2 부분 영역으로 분할할 수 있다. 도시된 저항 블록(11) 및 트렌치(12)는 실제로는 10 × 10 ㎛의 영역 및 1.5 ㎛의 폭을 갖고 있다.

도시된 예에서, 저항 블록(11) 각각은 행 및 열로 배열된 복수의 개구(14)를 갖고 있으며 이들 개구 내에는 이미터 콘(도시 생략)이 하나씩 배치된다. 도시된 저항 블록(11) 내의 개구(14)의 수는 98이다. 여기서, 주목할 점은 도시된 예에서 4개의 꼭지점에 인접해 있는 개구들 중에서 4개는 4개의 꼭지점에 있는 곡률 반경을 고려하여 각각 제1 부분 영역으로부터 제거된다는 것이다. 그 결과, 각 저항 블록(11)으로부터 임의 일그러진 개구들이 제거되고, 단지 정상적인 원형의 개구(14)만이 각 저항 블록(11)상에 남게 된다. 이러한 구조는 이미터 콘이 왜곡되게 형성되는 것을 방지하여 방출 전류의 변동을 피할 수 있게 해준다.

실질적으로, 각 개구(14)의 직경 및 개구(14)들 중 인접한 개구들간의 거리는 각각 0.5 및 0.5 ㎛와 같다. 개구(14)들을 행렬로 등거리에 배열할 때, 개구(14)의 피치(pitch)는 두개의 인접한 개구들간의 중간 점들 사이의 거리로 정의할 수 있다. 도시된 예에서, 개구(14)의 피치는 1 ㎛와 같게 된다.

본 발명의 이해를 도모하기 위하여, 도 1에 도시된 전계 방출 냉음극 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 주 표면을 갖고 있는 실리콘 기판을 기판으로서 준비한다. 실리콘 기판을 준비한 후, 예를 들어, SiO₂ 및/또는 Si₃O₄로 이루어진 표면 절연층을 실리콘 기판의 주 표면상에 피착한 다음 트렌치(12)의 부분을 정의하는 마스크로서 포토레지스트 막을 이용하여 선택적으로 에칭한다. 계속해서, 트렌치(12)를 반응 이온 에칭(RIE) 기술을 이용하여 실리콘 기판의 선정된 깊이까지 깊이 또는 수직 방향으로 더 파 내려간다. 그러면, 실리콘 기판이 트렌치(12)에 의해서 복수의 저항 블록(11)으로 분할된다.

트렌치(12)를 실리콘 기판까지 파 내려간 후, 도 2에서 13으로 표시된 BPSG층과 같은 절연층을 트렌치(12) 내에 미리 선택한 깊이로 피착한다. 그 결과, BPSG층(13)이 트렌치(12) 내에 삽입되고 열처리에 의해 리플로우되어 BPSG 층(13)의 표면이 평탄화된다. 표면 절연층을 선택적으로 노출시키기 위해 트렌치(12)내에 있는 BPSG 층(13)은 남겨두고 에치 백 기술 등으로 BPSG 층(13)을 에칭-제거한다. 표면 절연층 상에는 게이트 전극층이 증착 등에 의해서 피착된다. 이 경우에, 게이트 전극층은 Mo, W, WSi 등으로 형성할 수 있다.

게이트 전극층의 피착 후에, RIE 기술로 게이트 전극층과 표면 절연층을 실리콘 기판까지 선택적으로 에칭하여 다수의 미세한 개구(14)들을 트렌치(12)에 의해 둘러싸여 있는 각 저항 블록(11) 내에 형성한다. 그에 따라, 실리콘 기판이 에칭에 의해 선택적으로 노출된다. 그후, Spindt 방식과 같은 공지된 방식으로 각 개구(14) 내에 이미터 콘을 형성한다.

앞서 언급한 식으로, 꼭지점 부분, 즉 각 저항 블록(11)의 제1 부분 윤곽 형상선은 트렌치(12) 등의 형성 동안에 필연적으로 둥글게 된다. 이러한 상황에서, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 부분 영역들로부터 개구들을 의도적으로 제거한다. 그러므로, 본 발명에 따른 전계 방출 냉음극 장치는 전자들이 각 저항 블록(11)으로부터 균일하게 방출된다는 장점이 있다.

예시된 예에서, 트렌치(12)에 의해서 정의된 저항 블록(11) 각각의 윤곽 형상선은 제1 부분 윤곽 형상선과 제1 부분 윤곽 형상선에 인접한 제2 부분 윤곽 형상선으로 구성된다. 그러나, 본 발명은 유한 및 무한 곡률 반경 각각에 의해서 정의되는 제1 및 제2 부분 윤곽 형상선을 갖고 있는 각 저항 블록에 항상 제한되는 것이 아니고 제1 및 제2 유한 곡률 반경에 의해 정의되는 제1 및 제2 부분 윤곽 형상선을 갖고 있는 각 저항 블록으로 구성할 수도 있다. 이 경우에, 제1 유한 곡률 반경은 제2 유한 곡률 반경 보다 크지 않다. 실제로, 제2 부분 윤곽 형상선은 유한이지만 제1 부분 윤곽 형상선의 제1 곡률 반경 보다 클 수 있는 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 이하, 무한인 제2 곡률 반경에 대하여 설명하기로 한다.

도 2에서, 제2 부분 윤곽 형상선과 개구들간의 최소 거리는 제2 부분 윤곽 형상선에 가장 가까운 개구(14) 에지로부터 제2 부분 윤곽 형상선에 대한 법선을 따라 측정된 거리에 의해 결정된다는 것은 고려되어야 한다.

유사하게, 곡률 반경을 갖고 있는 제1 부분 윤곽 형상선과 제1 부분 윤곽 형상선에 가장 가까운 개구(14)간의 최소 거리가 고려되어야 한다. 정확하게 말하면, 제1 부분 윤곽 형상선과 가장 가까운 개구들 간의 각 최소 거리는 제1 부분 윤곽 형상선에서 그려진 접선 T에 대한 법선 N을 고려함으로써 결정할 수 있다. 구체적으로, 각각의 최소 거리는 제1 부분 윤곽 형상선과 법선 N 방향으로 배열된 개구들 중에서 가장 가까운 개구의 에지와의 거리로 주어진다. 설명되고 있는 예에서, 부채꼴 도메인 즉, 사분원 Do는 제1 부분 윤곽 형상선과 관련해서 정의된다. 이러한 상황하에서, 접선 T는 제1 부분 윤곽 형상선의 중앙에서 그려지며 선 N은 접선 T에 대해 수직한 것으로 법선이라 부를 수 있다. 또한, 가장 가까운 개구(14z)는 법선 N을 따라서 결정된다. 이를 고려하여, 거리 d1은 제1 최소 거리 d1으로서 가장 가까운 개구(14z)의 에지에 대한 법선 N의 거리에 의해 정의된다. 이후, 최소 거리 d1을 제1 최소 거리라 칭하고 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 둘러싸이는 부채꼴 영역 Do를 부분 영역이라 칭한다.

더욱이, 부채꼴 도메인 Do가 가장 가까운 개구(14z) 이외에도 가장 가까운 개구(14z)의 상측 및 좌측 상에 배치되는 임의 다른 개구들을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 다른 개구들은 제2 부분 윤곽 형상선에 관련해서 결정된 최소 거리를 갖고 있으며 제1 최소 거리를 계산하는데는 무시할 수 있다. 왜냐하면 가장 가까운 개구(14z)를 제외한 다른 개구들이 제1 부분 윤곽 형상선의 곡률 반경에 관계없이 규칙적인 모양을 가질 수 있기 때문이다.

어쨌든, 개구(14)의 중앙을 통과하는 법선 N중 가장 짧은 것으로 제1 최소 거리 d1을 결정할 수 있다.

다음에는, 각각의 저항 블록(11)에서 제2 부분 윤곽 형상선과 개구(14)간의 거리를 고려해 보기로 한다. 도시된 예에서, 제2 부분 윤곽 형상선과 개구(14)들 중 가장 가까운 개구간의 거리들 중 최소 또는 가장 짧은 거리는 d2로 나타내고 제2 최소 거리라 부르기로 한다. 구체적으로, 제2 최소 거리 d2는 저항 블록(11)의 각 측선에 대한 법선과 각 변에 가장 가까운 개구(14)의 에지간의 거리를 고려하여 결정되며 이를 앞서 언급한 거리들 중에서 가장 짧은 거리라 정의한다. 제1 최소 거리 d1은 앞서 언급한 바와 같이, 제2 최소 거리 d2를 정의하는 개구들과 관련해서 고려될 수 없다.

제1 최소 거리 d1이 예시된 실시예에서 제2 최소 거리 d2보다 길지라도, 제1 및 제2 최소 거리 d1 및 d2간의 관계는 각 저항 블록(11)의 윤곽 형상선에 따라서 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 최소 거리 d1은 제2 최소 거리 d2와 같을 수 있다.

다른 방식으로, 예시된 장치를 제1 부분 영역, 예를 들어, 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 둘러싸이는 부채꼴 도메인 Do내에는 개구가 배열되지 않지만 제1 부분 영역을 제외한 나머지 영역에는 개구(14)가 배열되는 구조로 구성할 수 있다. 이는 개구들의 분포 밀도가 제1 부분 영역 Do와 나머지 영역에서 서로 다르다는 것을 의미한다. 예시된 예에서, 제1 부분 영역 Do에 있는 개구(14)의 분포 밀도는 이 영역으로부터 개구들이 제거되었으므로 나머지 영역에 있는 개구(14)의 분포 밀도 보다 낮다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치에 대한 변형례를 도시하고 있다. 변형된 전계 방출 냉음극 장치는 파선으로 나타낸 바와 같이 각각의 제1 부분 영역 Do및 그의 이웃에 배열되며 저항 블록(화살표로 표시된)의 내부로부터 안쪽 위치(실선으로 도시됨)로 천이되는 다수의 개구를 갖고 있다. 이러한 구조에 있어서, 각각의 제1 부분 영역 Do 및 그의 이웃에 있는 개구(14)들의 분포 밀도는 다른 영역에 있는 개구(14)들의 분포 보다 국부적으로 높다. 이 경우에, 제1 부분 윤곽 형상선과 제1 부분 영역 Do내의 가장 가까운 개구(14a)간의 제1 최소 거리 d1은 제2 부분 윤곽 형상선 및 그의 이웃 개구들에 관련해서 결정되는 제2 최소 거리 d2 보다 길다.

구체적으로, 제1 부분 윤곽 형상선에 가장 가까운 개구 (파선으로 도시됨)는 가장 가까운 개구들에 인접한 6개의 개구 (파선으로 도시됨)와 함께 저항 블록 내에서 천이된다. 천이된 개구들 각각은 실선으로 도시되어 있다. 부분적 또는 국부적으로 개구 또는 개구들을 천이하는 이러한 배열은 도 2에 도시된 배열과는 달리 개구의 수를 줄일 필요가 없다.

이러한 구조에 있어서, 제1 부분 윤곽 형상선 및 곡선의 중앙에 의해 정의되는 각각의 제1 부분 영역 Do는 개구 분포 밀도가 도 3으로부터 알 수 있듯이 그의 이웃하는 영역과 비교해볼 때 국부적으로 낮다. 이러한 구조는 또한 개구가 왜곡되거나 비틀리는 현상을 방지해 준다. 또한, 제1 부분 영역 Do에 인접한 천이된 개구(14b)는 최소 거리 d3만큼 제2 부분 윤곽 형상선로부터 떨어져 있다. 도 3에 도시된 최소 거리 d3는 제2 최소 거리 d2 보다 길지만 이와 동일하게 할 수도 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치의 다른 변형례는 저항 블록 내에 제2 최소 거리(d2)를 정의하는 최외곽 개구 지점을 접속하는 외주선(20)을 향한다. 유한 곡률 반경을 가지는 제1 부분 윤곽 형상선에서, 외주선(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 부분 윤곽 형상선에 대해 등거리로 도시되며, 개구 외주선으로 불릴 수 있다. 도 4에서, 개구의 배열은 개구 외주선을 고려하여 결정된다.

특히, 등거리는 또한 도시된 개구 외주선(20) 및 제2 부분 윤곽 형상선 사이에서 실질적으로 유지된다. 바꾸어 말하면, 제2 부분 윤곽 형상선에 인접한 최외곽 개구(14b)는 제2 최소 거리(d2)를 정의하는 지점이 제2 부분 윤곽 형상선과 평행하게 되도록 한 줄로 배열된다.

제1 부분 윤곽 형상선 및 곡률 중심 모두에 의해 정의된 제1 부분 영역에서, 개구 외주선은 상술한 바와 같이 제1 부분 윤곽 형상선에 대해 사실상 등거리를 갖는다. 더욱이, 부가적인 개구 외주선(21)(파선으로 도시됨)은 제1 부분 영역에 인접한 세 개의 최외곽 개구들의 외부 주변들을 연결함으로써 도시된다. 도 4에서 도시된 바와 같이, 제1 부분 영역에 있는 최외곽 개구(14a) 등은 제2 부분 윤곽 형상선을 따라 배열된 다른 최외곽 개구들과 함께 개구 외주선(20) 안쪽에 위치된다.

바꾸어 말하면, 모든 최외곽 개구(14a 및 14b)는 저항 블록 내의 개구 외주선(20) 안쪽에 위치된다. 윤곽 형상선 및 사실상의 개구 외주선(20) 사이의 도시된 거리는 제2 부분 윤곽 형상선에 인접한 개구(14b)와 관련하여 언급된 제2 최소 거리(d2)와 같다.

도시된 예에서, 제1 최소 거리(d1)는 제1 부분 윤곽 형상선과 제1 부분 영역 내의 최외곽 개구(14a) 사이에서 결정되고, 제2 최소 거리(d2)보다 길다. 그러나, 제1 부분 영역 내의 최외곽 개구(14a)는 제1 최소 거리(d1)가 제2 최소 거리(d2)와 같아질 때까지 저항 블록의 바깥쪽으로 천이될 수 있다. 이 경우에, 추가적인 개구 외주선(21)은 개구 외주선(20)과 일치한다.

그러므로, 최외곽 개구(14a 및 14b) 각각은 개구 외주선(20)을 따라 위치될 수 있다. 이것은 제1 및 제2 부분 윤곽 형상선들로 구성된 윤곽 형상선이 정사각형으로 제한되지 않고 평행사변형, 사다리꼴, 3각형, 5각형, 6각형, 8각형과 같은 임의의 구성으로 형성될 수 있음을 의미한다. 더욱이, 이 윤곽 형상선은 어떤 꼭지점을 갖는 것이 아니라 임의의 꼭지점 없이 곡선으로 형성될 수 있다. 이 경우에, 윤곽 형상선은 유한 곡률 반경의 제1 부분 윤곽 형상선 및 제1 부분 윤곽 형상선의 것과는 다르고 상기 계산된 다각형 내에서 실질적으로 무한한 곡률 반경을 갖는 제2 부분 윤곽 형상선을 가질 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치는 정사각형의 윤곽 형상선을 가지며 그 안에 배열된 많은 수의 개구(14)를 갖는 단일 저항 블록에 의해 설명될 수 있다. 이 개구들은 윤곽 형상선에 근접하고 일련의 주변 개구(14a)라 불릴 수 있는 일련의 최외곽 개구를 구비한다. 일련의 주변 개구(14a)는 도 4에서 언급된 방식으로 개구 외주선(20)에 의해 서로 접속될 수 있다. 모든 주변 개구(14a)는 윤곽 형상선에 대해서 등거리로 도시된 개구 외주선(20)을 따라 배열된다.

도시된 예에서, 저항 블록(11) 내의 주변 개구(14a) 내부에 배열된 개구 중 내부에 있는 것은 내측 개구라 불릴 수 있다. 내측 개구는 각각이 개구 외주선(20)에 대해 등거리로 도시된 내주선을 따라 배열될 수 있다.

도 4에 관련하여 언급된 바와 같이, 유한 곡률 반경의 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 각각의 제1 부분 영역에 있는 최외곽 개구(14a)는 도 4에 도시되고 윤곽 형상선에 대해 등거리로 도시된 개구 외주선(20) 안쪽에 위치할 수 있다. 이를 고려하여, 저항 블록의 윤곽 형상선은 중심을 갖는 원일 수 있다. 이 경우에, 일련의 개구들은 원의 중심에 곡률 중심을 갖는 동심원형의 개구 외주선을 따라 배열될 수 있다. 마찬가지로, 일련의 내측 개구들은 또한 개구 외주선 내부에 동심으로 도시된 내측 개구 외주선을 따라 배열된다. 그러므로, 이 예에서는 모든 개구들이 복수의 동심원을 따라 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치는 도 6에 실제적으로 도시된 개구 외주선(20) 및 또한 실제적으로 도시되고 개구 외주선(20)에 연속하는 내주선(26)에 의해 설명된다. 여기서, 등거리는 다른 도면에서와 같이, 개구 외주선(20)과 저항 블록의 윤곽 형상선 사이에서 유지된다. 최외곽 개구는 개구 외주선(20)을 따라 배열된다. 반면에, 개구 외주선(20)에 연속하는 내주선(26)은 도 6에 도시된 바와 같이 소용돌이 형상으로 도시된다. 내측 개구는 소용돌이 형상의 내주선(26)을 따라 위치된다.

이러한 구조로, 각각의 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 각각의 제1 부분 영역에서 개구 분포 밀도의 감소를 피하고, 또한 이 개구가 각각의 제1 부분 영역 내에서 왜곡되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 또한 각각의 저항 블록에서 전류 밀도의 변동을 줄이는 데 효과적이다. 정사각형의 윤곽 형상선은 다른 구성, 예를 들어, 삼각형 등으로 대체될 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치는 유한 곡률 반경의 제1 부분 윤곽 형상선 및 무한 곡률 반경의 제2 부분 윤곽 형상선로 구성된 정사각형 윤곽 형상선에 의해 설명된다. 이 장치는 최외곽 개구(14o) 및 상기 최외곽 개구(14o)에 의해 둘러싸인 내측 개구(14i)로 그룹 지어진 복수의 개구를 갖는다. 최외곽 개구(14o)는 윤곽 형상선에 가장 근접하고 최외곽 개구(14o) 중 근접한 개구들 간의 등거리에서 수평 및 수직 방향으로 윤곽 형상선을 따라 정렬된다. 바꾸어 말하면, 최외곽 개구(14o)는 제1 간격(p1)이 최외곽 개구(14o)의 두개의 인접한 개구들 사이에 남겨지도록 배열되고 상술한 방법으로 측정된 거리(d2)에 의해 윤곽 형상선로부터 멀어진다.

여기서, 어떤 최외곽 개구도 각각의 제1 부분 영역으로부터 개구를 제거함으로써 각각의 제1 부분 영역 내에 배열되지 않는다는 것을 알 것이다.

반면에, 내측 개구(14i)는 또한 최외곽 개구(14o)에 의해 둘러싸이고 내측 개구(14i)의 인접한 두 개의 개구간에 남겨진 제2 간격(p2)에 위치된 영역 내에서 행렬로 배열된다. 특히, 제1 간격(p1)은 제2 간격(p2)과 다르고 상술한 예에서는 후자보다 짧다. 이러한 접속에서, 행방향으로 배열된 최외곽 개구(14o)의 수는 10인 반면, 행방향으로 배열된 내측 개구(14i)의 수는 내측 개구(14i) 외부에 놓여진 최외곽 개구(14o) 중 두개가 생략될 때 8과 같다.

하여튼, 이러한 구조는 각각의 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 각각의 제1 부분 영역 내에서 개구 분포 밀도의 감소를 피하는 것을 가능하게 한다. 제1 및 제2 간격들(p1 및 p2)에서처럼, 제1 및 제2 피치는 각각 최외곽 및 내측 개구(14o 및 14i)에 대해 정의될 수 있고, 두개의 인접 개구간의 거리로 주어진다. 제1 및 제2 피치는 각각 제1 및 제2 간격들(p1 및 p2)과 동일한 관계를 갖는다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1 부분 영역은 유한 곡률 반경 및 곡률 중심의 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 정의되고, 남은 영역 보다 낮은 개구 분포 밀도를 갖는다. 결과적으로, 상술한 방식으로 제1 부분 영역 내에 주어진 제1 최소 거리(d1)는 제2 최소 거리(d2)보다 길다.

도 8을 참조하면, 제4 실시에 따른 전계 방출 냉음극 장치의 변형례는 도 7과 같이, 제1 간격(p1)에 배열된 최외곽 개구(14o) 및 제2 간격(p2)에 배열된 내측 개구(14i)를 갖는다. 마찬가지로, 어떤 개구도 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 제1 부분 영역 내에 배열되지 않는다. 그러나, 제1 간격(p1)이 제2 간격(p2)과 같고, 최외곽 개구(14o)의 수는 도 7에 도시된 최외곽 개구(14o)의 수와 비교하여 감소된다는 것을 알 것이다. 게다가, 최외곽 개구(14o)는 도 8로부터 용이하게 이해되는 바와 같이, 제1(또는 제2) 간격(p1)(또는 p2)의 절반과 같은 거리만큼 내측 개구(14i)에 대해서 행 또는 열 방향으로 천이된다. 이것은 도 7에서 최외곽 및 내측 개구(14o 및 14i)와 관련하여 언급된 제1 및 제2 피치들 간의 관계에 응용된다. 특히, 최외곽 개구(14o)는 내측 개구에 대해서 절반 피치만큼 행 또는 열 방향으로 천이된다.

도 8에서는, 어떤 개구도 각각의 부분 윤곽 형상선 및 곡률 중심에 의해 정의된 각각의 제1 부분 영역 내에 배열되지 않는다. 결과적으로, 최외곽 개구(14o)의 수는 단일 행에 배열된 내측 개구의 수와 동일하다. 이러한 구조로, 제1 부분 윤곽 형상선 및 가장 근접한 개구간의 제1 최소 거리(d1)는 또한 제2 부분 윤곽 형상선 및 각각의 최외곽 개구간의 제2 최소 거리(d2)보다 길다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치의 다른 변형례는 단일 행 및 단일 열을 따라 배열된 최외곽 개구(14o)를 갖는다. 요약해서, 최외곽 개구(14o)의 간격은 단일 행 또는 열에서 변화된다. 도 9에서, 제1 부분 영역에 인접한 최외곽 개구(14o) 중 두개의 인접한 개구가 제1 국부 간격(p1)으로 배열되는 한편, 행의 중심에서의 최외곽 개구(14o)는 제1 국부 간격(p1)과 다른 제2 국부 간격(p1')으로 배열된다. 도시된 예에서, 제1 국부 간격(p1)은 제2 국부 간격(p1')과 비교하여 좁다. 이러한 구조는 어떤 개구도 각각의 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 결정된 각각의 제1 부분 영역에 배열되지 않게 한다.

게다가, 내측 개구(14i)간의 제2 간격(p2)는 이 예에서 변화되지 않는다. 이 배열은 저항 블록 내에 형성된 개구의 수를 감소시킬 필요가 없다.

상술한 실시예에 따르면, 유한 곡률 반경을 가진 제1 부분 윤곽 형상선에 의해 정의된 제1 부분 영역 내에 어떤 개구도 배열하지 않음으로써 일정한 형태의 개구를 형성할 수 있다. 결과적으로, 이미터 콘 및 게이트 전극 사이의 단축을 피할 수 있고 각각의 저항 블록 내에 전류의 변동을 줄일 수 있는 전계 방출 냉음극 장치를 얻을 수 있다. 이것은 전계 방출 냉음극 장치의 신뢰성과 생산량의 향상을 가져온다.

상술한 예에서, 각각의 저항 블록의 윤곽 형상선은 트렌치 내에 내장된 BPSG와 같은 물질에 의해서 결정된다. 그러나, 저항 블록의 윤곽 형상선은 임의의 다른 물질에 의해 결정될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전계 방출 냉음극 장치는 트렌치에 의해 분할된 각각의 저항 블록을 형성함으로써 제조된다. 이와 같은 트렌치는 절연체층 및 반도체 기판을 포토리소그래피 기술로 선택적으로 에칭함으로써 제조된다. 더욱이, 절연체 물질은 트렌치 내에 내장되고 절연체층의 영역으로부터 선택적으로 제거된다. 그러므로, 게이트 전극이 절연층 상에 피착되고 트렌치에 의해 분할된 각각의 저항 블록 내에 복수의 개구들을 형성하기 위해서 절연층과 함께 선택적으로 에칭된다. 다음에, 이미터 콘이 개구 내에 피착된다.

여기서, 포토리소그래피 기술이 개구를 형성하는데 사용된다는 것을 알 것이다. 이러한 개구는 통상적으로, 예를 들어 트렌치 내에 내장된 절연체 물질 상에 형성된 게이트 전극 상에 코팅된 포지티브 형 포토레지스트를 노출함으로써 형성된다. 개구에 대응하는 백색 부분과 나머지 부분에 대응하는 흑색 부분을 가진 마스크가 사용된다고 가정된다.

도 10a를 참조하면, 개구에 대응하는 복수의 다각형(8각형)으로 구성된 마스크 패턴을 갖는 마스크가 예시된다. 이와 같은 다각형의 마스크 패턴이 광학 시스템을 통해 포토레지스트로 복사되고 현상될 때, 도 10b에 도시된 바와 같이 각각이 약 0.8㎛의 직경을 갖는 원으로 구성된 포토레지스트 패턴이 얻어진다. 이와 같은 원형의 포토레지스트 패턴은 포토레지스트 패턴의 위치에 따라서 서로 다른 크기라는 것이 확인된다.

이것은 마스크 패턴이 크기에서의 광학 한계에 접근함에 따라 포토레지스트 패턴으로 정확히 복사될 수 없다는 것을 의미한다. 결과로서, 포토레지스트 패턴은 마스크 패턴과 다른 구성 및 크기를 갖는다.

본 발명의 다른 특징은 원형과 다른 마스크 패턴으로부터 원형의 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해서 상술한 현상을 효과적으로 사용한다는 것이다.

본 발명자들의 실험적인 연구에 따르면, (도 10b에 도시된 바와 같은) 원형 포토레지스트 패턴은 이하 소위 다각형 마스크 패턴이라 칭하는 정사각형 형상, 6각형 형상의 마스크 패턴들을 사용함으로써 또한 이루어질 수 있다는 것이 확인되었다.

따라서, CAD (컴퓨터 원용 설계 : Computer Aided Design) 기술에 의해 원형 포토레지스트 패턴을 얻을 시에 다각형 마스크 패턴을 사용함으로써 원형 포토레지스트 패턴을 형성하는 것이 매우 효과적이다. 특히, 원형을 특정하기 위한 데이타 량이 다각형을 특정하기 위한 데이타 량에 비해 상당히 크다는 것에 유의하여야 한다. 이러한 상황에서, 도 10a 및 10b에 도시된 바와 같이, 다각형 마스크 패턴이 원형 포토레지스트 패턴을 형성하는데 사용될 수 있는 경우 데이타 량이 CAD 기술을 사용할 시에 현저하게 감소될 수 있다는 것이 손쉽게 이해된다.

일반적으로, 전계 방출 냉음극 장치의 동작 전압을 낮추고 분해능 (resolution)을 향상시키기 위해 개구들이 각각의 저항 블록 내에 가능한 한 크고 가능한 한 작은 직경을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 요구 사항은 다각형 마스크 패턴으로부터 원형 포토레지스트 패턴을 얻는 상술한 방법을 사용함으로써 이루어질 수 있다.

더욱이, 각각의 꼭지각이 90도이기 때문에 정사각형 또는 장방형이 최소량의 데이타로 표현될 수 있다. 이는 정사각형 또는 장방형의 마스크 패턴이 CAD에서 사용되는 데이타 량의 감소 면에서 가장 선호된다는 것을 나타낸다.

또한, 광학 시스템의 초점의 의도적인 변위가 다각형 마스크 패턴으로부터 원형 포토레지스트 패턴을 형성하는 것을 가능하게 한다는 사실이 확인되었다.

본 발명자들은 이미 언급한 바와 같이 각각의 저항 블록 내의 개구들이 정확하게 균일하지 않고 마스크 패턴의 위치에 따라 크기가 변한다는 것을 연구하였다. 즉, 동일한 크기의 다수의 마스크 패턴 (예를 들어, 다각형 마스크 패턴)이 마스크 상에 형성될 때, 포토레지스트 패턴들이 서로 크기가 다르다는 것을 발견하였다.

본 발명은 트렌치를 갖지 않은 장치에도 이용 가능하지만, 본 명세서에서는, 정사각형 형상의 윤곽 형상선을 갖는 트렌치에 의해 정의된 저항 블록에 대해 설명할 것이다. 정사각형의 윤곽 형상선은 4개의 꼭지점 및 2개의 꼭지점에 접하는 4개의 측면에 의해 정의된다. 먼저, 행 및 열로 배열된 동일한 마스크 패턴을 갖는 마스크를 사용하여 노광이 이루어졌다고 가정한다. 간단한 설명을 위해, 각각의 꼭지점에서의 곡률 반경은 0인 것으로 가정한다. 이러한 경우에, 마스크 패턴은 또한 각각의 꼭지점에 가장 근접한 영역에 형성된다.

본 명세서에서, 포토레지스트 패턴은 상술한 마스크를 사용하여 형성되도록 한다. 이 경우에, 저항 블록의 각각의 꼭지점에 가장 근접한 개구를 위한 포토레지스트 패턴들 중 특정한 하나는 마스크 패턴들이 서로 크기가 동일하다는 사실에도 불구하고 가장 작은 직경을 갖는다는 것을 발견하였다. 더욱이, 정사각형 윤곽 형상선의 각각의 측부에 가장 근접한 최외곽 개구들을 위한 포토레지스트 패턴은 약 10%만큼 특정 포토레지스트 패턴보다 크기가 더 크며 약 10%만큼 내측 개구를 위한 포토레지스트 패턴보다 크기가 작다. 즉, 마스크가 동일한 마스크 패턴을 갖고 개구를 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는데 사용된 경우, 내측 개구를 위한 포토레지스트 패턴은 최외곽 개구를 위한 포토레지스트 패턴보다 크기가 더 크며 특정 포토레지스트 패턴은 남아있는 최외곽 개구를 위한 포토레지스트 패턴보다 더 작다.

이러한 현상은 개구를 위한 임의의 다른 마스크 패턴에 의해 둘러싸이지 않은 최외곽 개구를 위한 마스크 패턴이 인접한 마스크 패턴으로부터의 광학적 누출에 의해 거의 영향을 받지 않는다는 사실, 즉 광학적 근접 효과 때문인 것으로 고려된다. 이러한 광학적 근접 효과는 내측 개구에는 강하게, 최외곽 개구에는 중간정도로, 꼭지점 개구에는 약하게 영향을 준다.

도 11a를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 방출 냉음극 장치를 제조하는 방법이 설명될 것이다. 도 11a에서, 간단한 설명을 위해, 복수의 원형 마스크 패턴을 갖는 단지 하나의 마스크가 도시되어 있다. 이러한 마스크 패턴은 도 10을 참조로 설명한 바와 같이 다각형일 수 있다.

도 11a에 도시된 예에서, 마스크 패턴의 직경은 각각 꼭지점 개구를 위한 마스크 패턴의 직경, 각각의 측면에 가장 근접한 최외곽 개구를 위한 마스크 패턴의 직경, 및 내측 개구를 위한 마스크 패턴의 직경에 대응하는 DK, DH, 및 DN으로 표시되어 있다. 직경들(DK, DH, 및 DN)간의 관계는 DK > DH > DN으로 주어진다. 본 명세서에서, 직경(DK)은 10% 정도만큼 직경(DH)보다 더 크고, 직경(DH)은 약 10%만큼 직경(DN)보다 더 크다.

다르게는, 윤곽 형상선은 꼭지점이 없는 경우에, 직경(DK)은 무시될 수 있다.

도 11b에, 도 11a에 도시된 마스크를 사용하여 형성되며 꼭지점 부분, 측면 부분, 내측 부분에 배치된 개구가 도시되어 있다. 개구는 각각 꼭지점, 측면, 및 내측 부분들에서 직경(dK, dH, 및 dN)을 갖는다.

도 11a에 도시된 마스크 패턴을 갖는 마스크가 사용되어 노광되는 경우, 직경(dK, dH, 및 dN)은 서로 실질적으로 동일하다. 실용적으로는, 직경(dK, dH, 및 dN)은 0.5 ㎛이다. 상이한 크기의 직경이 레티클(reticle) 상에 표시될 수 있다. 따라서, 광학적 근접 효과를 고려하여, 동일한 크기의 노광된 패턴이 상이한 크기의 패턴을 갖는 마스크 또는 레티클을 사용함으로써 얻어질 수 있다.

이상 0.5 ㎛의 간격으로 배열된 약 1백개의 개구를 갖는 저항 블록에 대해 설명되었다. 그러나, 본 발명은 1백개 이상의 개구가 형성되고, 개구가 0.8 ㎛의 간격으로 배열되며, 각각의 개구가 0.5 ㎛보다 더 큰 직경을 갖는 경우에도 또한 적용 가능하다.

본 발명이 여러 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙련된 자라면 다양한 다른 방식으로 손쉽게 응용하는 것이 가능할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 각각의 블록의 윤곽 형상선에 관계없이 단지 균일한 개구일 수 있다. 이 때문에, 왜곡된 개구가 각각의 블록으로부터 제거되거나 배열되지 않을 수 있다. 어쨌든, 균일한 방출기를 형성하는 것이 가능해지며 따라서 각각의 블록으로부터의 전류 밀도가 균일하게 된다.

본원 발명에 따르면, 저항 블록 내의 이미터 콘으로부터 방출되는 방출 전류를 실질적으로 균일하게 할 수 있으며, 각 저항 블록 내의 개구의 크기의 변화에 기인하는 게이트 전극과 이미터 콘간의 전기적 단락을 방지할 수 있게 된다.

Claims (19)

1. 트렌치에 의해 구획된 저항 블록을 복수개 구비함과 함께, 각 저항 블록은, 유한의 곡률 반경을 갖는 제1 부분과, 무한의 곡률 반경을 갖는 제2 부분을 포함하는 소정 형상의 블록 윤곽 형상선에 의해 규정된 영역을 구비하고, 그 영역 내에는, 복수의 이미터 콘을 내포하는 복수의 개구부가 배열되어 있는 전계 방출형 냉음극 장치에 있어서,

   상기 제1 부분에서의 블록 윤곽 형상선으로부터 개구부의 에지까지의 제1 최소 거리는, 상기 제2 부분에서의 블록 윤곽 형상선으로부터 개구부의 에지까지의 제2 최소 거리보다 짧지 않은 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 최소 거리는 상기 제2 최소 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 블록 윤곽 형상선의 제1 부분에 인접한 영역에서는, 상기 개구부가 제거되어 있으며, 그 결과, 제1 최소 거리는, 제2 최소 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 전계 방출 냉음극 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 최소 거리는 상기 제2 최소 거리와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
5. 트렌치에 의해 구획된 저항 블록을 복수개 구비함과 함께, 각 저항 블록은, 유한의 곡률 반경을 갖는 제1 부분과, 무한의 곡률 반경을 갖는 제2 부분을 포함하는 소정 형상의 블록 윤곽 형상선에 의해 규정된 영역을 구비하고, 그 영역 내에는, 복수의 이미터 콘을 내포하는 복수의 개구부가 배열되어 있는 전계 방출형 냉음극 장치에 있어서,

   상기 제1 부분과, 상기 제1 부분의 곡률 중심에 의해 규정되는 부분 영역과, 상기 부분 영역 이외의 영역에 있어서의 상기 개구부의 분포 밀도가 서로 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 부분 영역에서의 개구부의 분포 밀도는, 상기 부분 영역 이외의 영역에서의 개구부의 분포 밀도보다 낮은 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
7. 트렌치에 의해 구획된 저항 블록을 복수개 구비함과 함께, 각 저항 블록은, 유한의 곡률 반경을 갖는 제1 부분과, 무한의 곡률 반경을 갖는 제2 부분을 포함하는 소정 형상의 블록 윤곽 형상선에 의해 규정된 영역을 구비하고, 그 영역 내에는, 복수의 이미터 콘을 내포하는 복수의 개구부가 배열되어 있는 전계 방출형 냉음극 장치에 있어서,

   상기 블록 윤곽 형상선과 상기 개구부와의 사이의 최소 거리를 정하는 점들을 이어서 형성되는 개구부의 외주선은, 상기 제2 부분에 있어서 상기 블록 윤곽 형상선과 실질적으로 같은 간격을 갖고 있고, 또한 상기 제1 부분에 있어서 상기 간격보다 좁지 않은 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블록 윤곽 형상선은, 삼각형 형상, 사각형 형상, 직사각형 형상, 평행사변형, 사다리꼴, 및 이들 이외의 다각형 형상 중 어느 하나의 형상을 갖고, 상기 각 형상의 꼭지점에 상당하는 부분은 상기 제1 부분을 형성하고 있고, 또한 상기 각 형상의 변에 상당하는 부분은 상기 제2 부분을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
9. 트렌치에 의해 구획된 저항 블록을 복수개 구비함과 함께, 각 저항 블록은, 소정 형상의 블록 윤곽 형상선에 의해 규정된 영역을 구비하고, 그 영역 내에는, 복수의 이미터 콘을 내포하는 복수의 개구부가 배열되어 있는 전계 방출형 냉음극 장치에 있어서,

   상기 블록 윤곽 형상선에 대하여 같은 간격을 두고서 상기 영역 내에 가상적으로 그려진 가상선에 의해 둘러싸인 내부 영역 내에 모든 개구부가 배치되어 있고, 상기 간격은 상기 블록 윤곽 형상선과 상기 각 개구부와의 최소 거리에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 블록 윤곽 형상선 및 상기 가상선은, 임의의 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 영역의 안, 최외곽에 위치하는 개구부의 에지는, 상기 가상선을 따라서 배치되어 있고, 다른 개구부는, 상기 가상선의 내측에 상기 가상선과 등간격으로 가상적으로 그려진 내측 가상선의 내부 영역에, 그 내측 가상선을 따라서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
12. 트렌치에 의해 구획된 저항 블록을 복수개 구비함과 함께, 각 저항 블록은, 소정 형상의 블록 윤곽 형상선에 의해 규정된 영역을 구비하고, 그 영역 내에는, 복수의 이미터 콘을 내포하는 복수의 개구부가 배열되어 있는 전계 방출형 냉음극 장치에 있어서,

    상기 블록 윤곽 형상선에 대하여 간격을 두고서 상기 영역 내에 가상적으로 그려진 외주 가상선과, 그 외주 가상선의 내측으로 연속하는 소용돌이 형상의 내부 가상선에 의해 구성된 가상선을 따라서, 상기 개구부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
13. 트렌치에 의해 구획된 저항 블록을 복수개 구비함과 함께, 각 저항 블록은, 소정 형상의 블록 윤곽 형상선에 의해 규정된 영역을 구비하고, 그 영역 내에는, 복수의 이미터 콘을 내포하는 개구부가 미리 정해진 방향에 대하여 복수열 배열됨과 함께, 각 열에서의 개구부는, 각각 간격을 두고서 배열되어 있는 전계 방출형 냉음극 장치에 있어서,

    상기 영역의 안, 상기 블록 윤곽 형상선에 가장 근접하여 위치한 최근접열의 개구부간의 간격과 다른 열에서의 개구부간의 간격이 서로 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 최근접열의 개구부간 간격은, 다른 열에서의 개구부간 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
15. 트렌치에 의해 구획된 저항 블록을 복수개 구비함과 함께, 각 저항 블록은, 소정 형상의 블록 윤곽 형상선에 의해 규정된 영역 내에, 복수의 이미터 콘을 내포하는 개구부가 미리 정해진 방향에 대하여 복수열 배열됨과 함께, 각 열에서의 개구부는, 서로 같은 소정 간격을 두고서 배열되어 있는 전계 방출형 냉음극 장치에 있어서,

    상기 블록 윤곽 형상선에 가장 근접하여 위치한 최근접열의 개구부는, 다른 열에서의 개구부에 대하여, 상기 소정 간격의 절반만큼, 상기 미리 정해진 방향으로 변위되어 있고, 또한 상기 최근접열의 개구부의 수는, 상기 다른 열에서의 개구부의 수에 비하여 적은 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
16. 제1항 내지 제7항, 제9항, 제10항, 및 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 방출형 냉음극 장치는, 상기 블록 윤곽 형상선에 의해 규정된 영역을 구획하는 트렌치 내에 매설된 절연 재료, 및 상기 영역 및 상기 절연 재료 상에 설치된 게이트 전극을 더 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치.
17. 트렌치에 의해 구획되고, 소정 형상의 블록 윤곽 형상선에 의해 둘러싸인 영역을 갖고, 또한 그 영역 내에, 각각 복수의 개구부가 설치된 복수의 저항 블록과, 각 개구부 내에 배치된 이미터 콘을 갖는 전계 방출형 냉음극 장치를 제조하는 방법에 있어서,

    상기 개구부를 에칭에 의해 형성할 때, 상기 블록 윤곽 형상선 근방에 위치하는 개구부를 형성하는 제1 개구용 패턴과, 그 이외의 개구부를 형성하는 제2 개구용 패턴의 치수를 구비하고, 상기 제1 및 제2 개구용 패턴의 치수가 서로 다른 에칭 마스크를 사용하여 에칭하는 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치의 제조 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 제1 개구용 패턴은, 상기 제2 개구용 패턴보다 치수에 있어서 큰 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 블록 윤곽 형상선은, 유한의 곡률 반경을 갖는 제1 부분과, 무한의 곡률 반경을 갖는 제2 부분을 구비하고, 상기 제1 및 제2 개구용 패턴은, 다각형 형상을 가짐과 함께, 상기 다각형 형상의 제1 개구용 패턴은, 상기 블록 윤곽 형상선의 제1 부분에 가까운 위치에 설치되는 개구부를 형성하기 위한 제1 부분 패턴과, 상기 블록 윤곽 형상선의 제2 부분에 가까운 위치에 설치되는 개구부를 형성하기 위한 제2 부분 패턴을 구비하고, 상기 제1 부분 패턴의 치수는, 상기 제2 부분 패턴의 치수보다 크고, 또한 이들 제1 및 제2 부분 패턴의 치수는, 제2 개구용 패턴보다 큰 것을 특징으로 하는 전계 방출형 냉음극 장치의 제조 방법.