KR20000002660A - 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 및 그 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명진사구를 이용한 홀형성 마스크 및 그 형성방법에 관한 것으로, 스넬의 법칙을 이용하여 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크에 있어서, 마스크 기판 상부에 투명진사구가 연성이 우수하고 반사도가 낮은 금속으로 접착되어 구비됨으로써 광리소그래피공정으로 피식각층에 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크를 형성하여 전계방출소자의 게이트홀은 물론 반도체소자의 콘택홀을 서브마이크론 크기 이하로 형성할 수 있도록 하여 각각 소자의 대면적화 내지는 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.

Description

투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 및 그 형성방법

본 발명은 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 및 그 형성방법에 관한 것으로, 리소그래피공정으로 한계에 이른 홀 형성공정시 구, 특히 투명진사구를 이용하여 1 ㎛ 이하의 홀을 제작할 수 있는 마스크에 관한 것이다.

전계방출소자는, 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 500∼10㎸ 정도의 전압을 인가하여 금속 또는 도체에 약 5×10⁷V/㎝ 정도의 높은 전기장이 인가되도록 함으로써 전자들이 고체로부터 진공정밖으로 양자역학적인 터널링을 통해 튀어나오게 하여 맞은 편의 후면 전극에 인가된 전압에 의하여 가속되어 전극위에 형서된 형광층을 때려 발광시킴으로써 영상을 표시하는 디스플레이 소자로서, CRT 의 고선명성과 액정표시장치 ( liquid crystal display; 이하 LCD 라 칭함 ) 의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.

상기 FED 는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, LCD 의 결정적인 단점인 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다. 즉, LCD 는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, FED 는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다. 또한 FED 는 LCD 에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 등의 이점이 있다.

초기의 FED 는 공동에 의해 외부로 노출되어 있으며, 날카로운 부분을 갖는 원뿔형 에미터(캐소드)와, 상기 에미터의 양측에 정렬되어 있는 게이트와 상기 게이트와 일정간격 이격되어 있는 애노드(Anode)로 구성되며, 각각은 CRT 의 캐소드, 게이트 및 애노드와 대응된다. 이때, 상기 원뿔형 에미터는 상기 게이트가 이루는 홀, 즉 게이트 홀을 통하여 전자를 방출시킨다.

한편, 저전압을 이용한 구동을 실현하기 위한 방법은, 팁의 일함수 ( work function ) 를 낮추는 방법, 팁의 형상을 뽀족하게 하여 팁끝에서의 전자 방출이 용이하게 하는 방법, 게이트 홀의 크기를 작게하여 강한 전기장이 걸릴 수 있도록 하는 방법, 그리고 전자친화력이 낮은 물질을 사용하는 방법 등이 있다.

여기서, 게이트 홀의 직경을 서브마이크론 ( submicron ) 이하의 크기로 줄이기 위한 방법으로는 이온 도핑을 이용하는 방법이 대두되고 있다. 이 경우 홀 ( hole ) 의 주기를 0.5 ㎛ 라고 가정하고, 홀의 직경은 0.2 ㎛ 가정할 때 단위 면적당의 도즈(dose)량이 4×10⁸개로 현재의 임플란트 ( implantation ) 장비로는 실현하기가 매우 어렵고, 특수한 장비를 사용해야하는 단점이 있다.

참고로, 상기 게이트 홀을 서브마이크론 이하의 크기로 줄이면 낮은 전압에서도 에미터 팁에 강한 전기장이 형성되어 전자이 터널링이 용이해짐으로 FED 의 구동 전압을 크게 줄일 수 있다.

그러나, 노광마스크를 이용한 포토리소그래피 ( photo-lithography ) 공정에서는 1㎛ 이하의 홀 제작이 어려운 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 종래에는 국내특허출원번호 97-64946 호에 기재된 바와같이 투명진사구를 피식각층 상부에 형성하고 이를 이용하여 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성하였다.

도 1a 내지 도 1d 는 종래기술에 따른 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 및 그 형성방법을 도시한 단면도이다.

먼저, 기판(31) 상부에 피식각층(33)을 형성하고, 상기 피식각층(33) 상부에 포지티브형 감광막(35)을 일정두께 형성한다.

그리고, 상기 포지티브형 감광막(35) 상부에 투명진사구(39)를 함유한 네가티브형 감광막(37)을 형성한다. 이때, 상기 투명진사구(39)의 상부는 상기 네가티브형 감광막(37)이 얇게 형성된다.

그 다음에, 상기 네가티브형 감광막(37)을 마스크 없이 노광한다. 이때, 상기 투명진사구(39)를 통과하는 빛은 상기 포지티브형 감광막(35) 쪽에 위치한 투명진사구(39)의 하부쪽에 집속되어 상기 투명진사구(39)의 직경보다 작은 면적의 포지티브형 감광막(35)을 노광시켜 노광된 영역(38)을 형성한다.

그리고, 상기 투명진사구(39)를 제거하여 네가티브형 감광막(37)패턴을 형성한다. (도 1a, 도 1b)

상기 감광막(35,37) 현상공정을 실시하여 포지티브형 감광막(35)패턴을 형성한다. 이때, 상기 포지티브형 감광막(35)패턴은 상기 투명진사구(39)의 직격보다 작게 형성된다. (도 1c)

그 다음에, 상기 감광막(35,37)패턴을 마스크로하여 상기 피식각층(33)을 식각하고, 상기 감광막(35,37)패턴을 제거한다. (도 1d)

상기한 바와같은 홀 형성방법을 FED 에 적용하는 경우는, 게이트 홀의 크기를 서브마이크론 이하로 형성할 수 있으므로 구동전압을 50 V 이하로 할 수 있다.

또한, 본 발명을 반도체 메모리소자의 제조공정에 적용하는 경우는, 반도체소자의 고집적화에 필요한 콘택홀을 서브마이크론 이하의 크기로 형성할 수 있다.

그러나, 상기 홀 형성후 투명진사구를 회수하기가 용이하지 않으며, 청정실을 오염시킬 수 있어 후속공정을 어렵게 하는 문제점이 있다. 다시말하면, 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.

종래기술의 문제점을 해결하기 위한 새로운 형태의 리소그래피 공정, 즉 이온-빔, 간섭 또는 전자빔을 이용한 리소그래피공정이 사용되고 있으나 이러한 공정기술은 공정장비가 매우 고가이거나 생산성이 낮아서 상용화된 기술로서 발전시키기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 투명진사구를 이용하여 서브마이크론 이하의 크기를 갖는 홀을 용이할 수 있는 노광마스크를 형성함으로써 저전압에서 소자를 구동시킬 수 있도록 하여 소자의 대면적화를 가능하게 하는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 및 그 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1d 는 종래기술에 따른 홀패턴 형성방법을 도시한 단면도.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크를 이용하여 기판에 홀패턴을 형성하는 것을 도시란 개략적인 단면도.

도 3a 내지 도 3d 는 본 발명의 실시예에 따른 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 형성방법을 도시한 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11,31 : 기판 13,33 : 피식각층

15,27,35 : 포지티브형 감광막 21 : 석영기판

23,39 : 투명진사구 25 : 금속

37 : 네가티브형 감광막

41 : 노광영역 43 : 콘택홀

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크는,

스넬의 법칙을 이용하여 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크에 있어서,

마스크 기판 상부에 투명진사구가 연성이 우수하고 반사도가 낮은 금속으로 접착되어 구비됨으로써 광리소그래피공정으로 피식각층에 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 제조방법은,

스넬의 법칙을 이용하여 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크의 형성방법에 있어서,

마스크 기판 상부에 투명진사구를 형성하는 공정과,

상기 투명진사구 상부에 연성이 우수하고 반사도가 낮은 금속을 증착하는 공정과,

전체표면상부에 감광막을 형성하되, 상기 투명진사구와 그 상부 금속의 형태가 드러나도록 형성하는 공정과,

상기 감광막을 마스크로하여 상기 투명진사구 상부의 금속을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로한다.

이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원리는,

마스크에 사용되는 석영기판 상부에 투명진사구를 접착시켜 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 홀 마스크를 형성하되, 스넬 ( snell ) 의 법칙을 이용하여 형성하는 것이다. 상기 스넬의 법칙은 국내특허출원번호 97-64946 호에 상세히 기재되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명에 따라 형성된 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크를 이용하여 기판 상부의 피식각층에 홀을 형성하는 공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.

먼저, 석영기판(21) 상부에 투명진사구(23)를 연성이 좋고 반사도가 낮은 금속(25)으로 고정시켜 접착시킨 홀 마스크를 형성한다.

한편, FED 소자가 형성되는 기판(11) 상부에 피식각층(13)을 형성하고 그 상부에 포지티브형 감광막(15)을 형성한다.

그리고, 상기 홀 마스크를 이용한 노광 공정으로 강기 감광막(15)을 노광시킨다. (도 2)

도 2a 내지 도 2d 는 본 발명의 실시예에 따른 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 및 그 형성방법을 도시한 단면도이다.

먼저, 마스크 기판인 석영기판(21) 상부에 투명진사구(23)를 배열하고, 전체표면상부에 상기 투명진사구(23)을 고정시킬 수 있는 금속(25)을 증착한다.

이때, 상기 투명진사구는 1.0 ∼ 3.4 ㎛ 정도의 크기로 형성된다. 그리고, 상기 금속(25)은 연성이 좋고 반사도가 낮은 물질을 사용한다. (도 3a, 도 3b)

그 다음에, 전체표면상부에 포지티브형 감광막(27)을 형성하되, 상기 투명진 사구(23)와 그 상부에 형성된 금속(25)의 형태가 둥글게 나타날 수 있도록 얇게 형성한다. (도 3c)

그리고, 상기 감광막(27)을 마스크로 하여 상기 금속(25)을 식각하고 상기 감광막(27)을 제거함으로써 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크를 형성한다. (도 3d)

아울러, 본 발명에 따라 형성된 홀 마스크는, 반도체소자의 제조시 디자인룰에 따라 콘택홀과 같이 홀을 형성하기 위한 리소그래피 공정에 사용할 수도 있다.

여기서, 상기 투명진사구는 바-코팅 ( bar coating ) 방법으로 배열한 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 및 그 형성방법은, 투명진사구를 이용하여 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있어 구동전압을 50 V 이하로 낮출 수 있으며, 공정의 재현성을 확보할 수 있어 그에 따른 소자의 대면적화를 가능하게 하는 동시에 소자의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 스넬의 법칙을 이용하여 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크에 있어서,

   마스크 기판 상부에 투명진사구가 연성이 우수하고 반사도가 낮은 금속으로 접착되어 구비됨으로써 광리소그래피공정으로 피식각층에 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명진사구는 1.0 ∼ 3.4 ㎛ 정도의 크기로 구비되는 것을 특징으로하는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크는, FED 소자의 게이트 홀을 형성하는 마스크로 사용되어 서로 밀착된 배열을 갖는 투명진사구가 구비되는 것을 특징으로하는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크는, 반도체소자의 콘택홀을 형성하는 마스크로 사용되어 디자인룰에 따라 배열된 투명진사구가 구비되는 것을 특징으로하는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크.
5. 스넬의 법칙을 이용하여 서브마이크론 크기 이하의 홀을 형성할 수 있는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크의 형성방법에 있어서,

   마스크 기판 상부에 투명진사구를 형성하는 공정과,

   상기 투명진사구 상부에 연성이 우수하고 반사도가 낮은 금속을 증착하는 공정과,

   전체표면상부에 감광막을 형성하되, 상기 투명진사구와 그 상부 금속의 형태가 드러나도록 형성하는 공정과,

   상기 감광막을 마스크로하여 상기 투명진사구 상부의 금속을 제거하는 공정을 포함하는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 투명진사구는 1.0 ∼ 3.4 ㎛ 정도의 크기로 구비되는 것을 특징으로하는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 감광막은 0.5 ∼ 3.0 ㎛ 정도의 두께로 형성하는 것을 특징으로하는 투명진사구를 이용한 홀 형성 마스크 제조방법.