KR20040065527A

KR20040065527A - 전자 장치 및 그 전자 장치 형성 방법

Info

Publication number: KR20040065527A
Application number: KR1020040001941A
Authority: KR
Inventors: 베닝폴; 쿠오후에이-페이; 나이트윌리엄알; 맥클렐랜드폴에이치
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘 피
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2004-01-12
Publication date: 2004-07-22
Also published as: US20040135519A1; TW200412441A; CN1518033A; JP2004221079A; EP1437754A3; EP1437754A2; US7057353B2

Abstract

본 발명의 전자 장치는 기판(8) 내에 정의되는 웰(well)(12) 내에 형성되는 팁 에미터(tip emitter)(10)를 포함한다. 웰 근처에 배치되는 추출기(extractor)(14)는 팁 에미터(10)로부터의 방출을 추출한다. 광폭 렌즈(wide lense)(16)는 그 개구를 통해 방출을 포커싱한다. 개구는 충분히 크고 충분히 이격되어 방출의 발산각(divergence angle) 대부분을 에워싼다. 방출은 스폿(spot) 내로 포커싱된다.

Description

전자 장치 및 그 전자 장치 형성 방법{ELECTRONIC DEVICE WITH WIDE LENS FOR SMALL EMISSION SPOT SIZE}

본 발명은 마이크로 전자공학 분야에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 에미터로부터의 포커싱된 방출(focused emissions)을 사용하는 장치에 관한 것이다.

컴퓨터 기술은 계속하여 더 많은 기능을 제공하며 가격이 낮춰져왔다. 물리적 크기가 감소되어 휴대가 가능하게 되었다. 전력 소모는 특히, 휴대용 전원, 예컨대, 배터리를 요구하는 휴대 장치에서 최소화되어야 한다.

종래의 메모리 장치, 예를 들면, 하드 디스크 드라이브의 고출력을 요구해서 장시간 배터리 동작을 제한한다. 마이크로프로세서는 이러한 보조 장치에 비해 적은 양의 전력을 소모한다. 또한, 더 고속 장치가 바람직하다. 예를 들면, 디스크 드라이브, CD-ROM 및 DVD 드라이브와 같은 대량의 저장 장치가 마이크로프로세서의 향상 속도를 따라잡지 못한다는 것이 비판되어 오고 있다.

전자빔을 생성하는 전자 에미터는 메모리, 전자 칩 제조 장치 및 다른 장치를 위해서 가능한 대안적인 해법(alternative possible solution)을 위한 기초를 제공한다. 전자빔 기술은 텔레비전(TV) 튜브 및 컴퓨터 모니터와 같은 소비자 제품에서 수년동안 존재하여 왔다. 이들 장치는 뷰잉 스크린(viewing screen)을 향하게 하고 그 위에 포커싱되는 전자 소스를 만들기 위해 핫 캐소드 전극(hot cathode electrodes)으로서 알려져 있는 것을 사용한다. 이들 핫 캐소드 에미터는 그 큰 크기, 높은 온도 및 고전력 소모로 인하여 컴퓨터 규모 장치를 위해 적합하지 않다. 텔레비전에서조차 더 소형화 해결책으로 향해 가는 것이 트랜드이다. 플라즈마 및 LCD 텔레비전은 부피가 큰 핫 캐소드 기술로부터 벗어난 트랜드의 예이다.

여러 새로운 기술 분야에서 연구가 이루어져 오는 동안, 팁 및 플랫(flat) 에미터와 같은 콜드 캐소드(cold cathode) 전자 에미터의 분야에서의 연구가 여러 제조자들의 관심 끌었다. 이러한 콜드 캐소드 기술을 제품화하는 데에는 여러 문제점들이 존재한다. 하나의 이러한 문제는, 대량 저장 장치와 같은 고밀도 방출장치를 요구하는 다수의 애플리케이션에서 사용될 수 있는 전자 포커싱 구조의 생성이다.

일반적 팁 또는 플랫 에미터 구동 메모리 장치는 에미터로부터의 제어된 전자 방출의 사용에 기초한다. 에미터는 전기 신호에 응답하여 전자를 방출한다. 제어 방출은 유용한 전기 및 광학적 효과를 생성하기 위한 기초를 형성한다. 포커싱된 방출은 여러 매체에 영향을 끼쳐 예를 들면, 메모리 및 리소그래피 효과를 야기한다. 이들 및 다른 애플리케이션은 제어되고 포커싱된 전자빔의 사용을 요구한다. 이러한 빔의 생성은 에미터 및 포커싱 구조, 일반적으로 정전형 렌즈(electrostatic lens)의 제조를 포함한다.

다양한 에미터 구동 장치는 타겟 애노드 매체를 사용한다. 타겟 애노드 매체는 제어 방출을 위한 포커스 지점이다. 타겟 애노드 매체는 에미터/캐소드 구조와 수백의 전압차로 유지된다. 정렬 및 포커싱 길이는 에미터 구동 장치에서 중요한 이슈이다. 에미터 칩 상의 렌즈의 제조는 에미터 및 포커싱 소자의 정확한 정렬을 요구한다. 정렬을 이루기 위하여, 초소형으로 제조된 에미터를 위한 표준 실시는 단일 셀프 정렬 광단계(photostep)로 전체 렌즈 및 에미터 구조를 형성하는 것이다. 이는 우수한 렌즈/에미터 정렬을 달성하나, 에미터로부터의 렌즈의 거리를 고정하고, 렌즈의 두께도 제한한다. 일반적으로, 렌즈는, 추출기(extractor)가 웰 내에 형성된 팁 에미터로부터 떨어져 있는 동일한 거리만큼 추출기로부터 떨어져 있다. 포커싱 길이는 에미터/포커싱 렌즈 칩 내의 다양한 금속층의 분리로써 제공되는 단거리에 따라서 국한된다.

단일의 자기 정렬 광단계 프로세스(self-aligned photostep process)는 둘 다 동일한 에치로 형성되기 때문에 렌즈의 직경을 웰의 직경으로 설정한다. 추출기 및 렌즈의 공통 크기와 그 상대적 위치로 인하여, 에미터로부터의 방출빔의 발산각은 렌즈보다 넓다. 이는 방출로부터 정확히 포커싱된 스폿(spots)을 생성하는 데 악영향을 끼친다. 정확히(tightly) 포커싱된, 예를 들면, 35nm 미만의 스폿 크기는 메모리의 밀도를 증가시키기에 바람직하고, 협발산 빔(narrowly diverging beam)은 과학적 도구 또는 리소그래피 도구를 위해 바람직하다. 소정의 통상의 장치는 상당량의 표유 방출(stray emission)을 막기 위해 개구를 사용함으로써 약 40nm의 스폿 크기를 달성한다. 이에 따라서, 포커싱된 스폿을 생성하기 위해 사용되는 전자 방출의 해당량으로써 측정되는 효율성은 낮아진다. 스폿 크기를 감소시키기 위한 상당한 어퍼쳐는 방출 효율성을 10 배 내지 10000 배 감소시킬 수 있다. 스폿 크기를 감소시키기 위한 다른 접근법은 다수의 렌즈 및 높은 가속 전압의 사용을 포함한다. 고전압은 전력 소모와 상충되고, 어떤 휴대용 장치에서 이용할 수 없을 수 있다. 복잡한 렌징(complex lensing)은 제조 비용을 높이고, 대량의 제조 프로세스로 구현하기가 어려울 수 있다.

팁 에미터를 장착한 종래의 웰은 또한 깊다. 표준의 작은 렌즈 크기는 팁/추출기와 렌즈 간에 극도로 정확한, 최대 0.04㎛의 정렬을 요구한다. 언급한 바와 같이, 단일의 에치는, 정렬을 이루고, 웰의 종횡비가 일반적으로 높은, 약 2:1(깊이 대 직경)을 달성하도록 웰 및 렌즈를 생성한다. 이는, 에미터 팁을 형성하는 동안 웰 내부의 코팅 방지로 인하여 딥(deep) 내에 팁 에미터를 잘 배치하기 어렵기 때문에 프로세싱을 복잡하게 한다. 이는, 보다 정교한 툴, 예를 들면, 더 큰 증발기를 요구할 수 있다. 깊은 웰은 또한 저질 에미터 팁 품질과 낮은 양품률을 야기할 수 있다.

본 발명의 전자 장치는 기판 내에 정의되는 웰 내에 형성되는 팁 에미터를 포함한다. 웰 근처에 배치되는 추출기는 팁 에미터로부터의 방출을 추출한다. 광폭 렌즈(wide lens)는 그 개구를 통해 방출을 포커싱한다. 개구는 방출의 발산각(divergence angle)의 대부분을 에워쌀만큼 충분히 크고 충분히 이격되어 있다. 방출은 스폿 내로 포커싱된다.

도 1은 바람직한 실시예 전자 장치의 개략적 측단면도,

도 2는 도 1 전자 장치로부터의 에미터 및 웰의 개략적 측단면도,

도 3은 도 1 유형의 바람직한 실시예의 개략적 측단면도이며, 렌즈 개구 에지 근처의 벗어난 영역으로 인한 포커싱 효과를 도시,

도 4는 도 1 전자 장치와 함께 이용할 수 있는 어퍼쳐(aperture)를 갖는 바람직한 실시예 에미터 및 웰의 개략적 측단면도,

도 5는 도 4의 어퍼쳐를 형성하기 위한 바람직한 방법을 도시하는 개략적 측단면도,

도 6은 바람직한 실시예 전자 장치의 개략적 측단면도,

도 7은 도 6 전자 장치로부터의 에미터 및 웰의 개략적 측단면도,

도 8은 도 6 전자 장치에서 이용할 수 있는 다른 실시예 에미터 및 웰 어레이의 개략적 측단면도,

도 9는 전자 장치를 형성하는 바람직한 방법 및 최적화에 의해 스폿 크기를 감소시키는 바람직한 방법을 도시,

도 10a는 본 발명의 바람직한 메모리 장치를 도시하는 개략적 투시도,

도 10b는 도 10a 메모리 장치를 위한 바람직한 실시예 판독기 회로를 도시,

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예 리소그래피 장치를 도시하는 개략적 블록도,

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예 컴퓨터 장치를 도시하는 블록도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

8 : 기판 10 : 에미터

12 : 웰(well) 14 : 추출기

16 : 렌즈 18 : 타겟 매체

19 : 마이크로무버(micromover) 20 : 유전층

본 발명의 전자 장치는 에미터 장치가 형성된 후에 에미터 장치의 추출기 상의 구조로서 형성되는 포커싱 렌즈로 구현될 것이다. 렌즈는 발산 전자를 에워싸기 위해 추출기보다 상당히 넓게 제조된다. 또한, 렌즈는 추출기로부터 상당히 이격되어 종래의 장치에 비해 전자 이동(flight) 경로를 연장시키고 단일 렌즈가 작은 포커스 스폿 크기를 달성할 수 있게 만든다. 소정의 실시예에서, 어퍼쳐(aperture)는 사용되지 않는다. 다른 실시예에서, 어퍼쳐는 스폿 크기를 더 줄이기 위해 추출기에서 사용된다. 본 발명에 따라 별도로 형성된 포커스 렌즈의 사용은 렌즈의 상대적 크기가 추출기/팁 웰의 크기와 독립적으로 결정되게 한다.별도로 형성된 포커스 렌즈는 추출기로부터 바람직한 거리만큼 이격될 수 있고, 가령, 두꺼운 유전체 상에 형성되어 포커스 렌즈를 추출기로부터 멀리 이동시킬 수 있다. 에미터 및 그 웰이 먼저 형성되기 때문에, 그 웰 내에 팁 에미터의 형성을 용이하게 하기 위해 작은 종횡비가 사용된다.

본 발명의 바람직한 전자 장치는 팁 에미터로부터 이격되는 포커싱 렌즈를 포함한다. 에미터 웰을 위한 깊이 대 직경 종횡비는, 이격 렌즈가 에미터와 별도로 형성되고, 웰이 독립적으로 정의될 수 있기 때문에 바람직한 실시예에서 대략 0.75:1~1.25:1의 범위일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 렌즈는 방출 발산각의 대부분을 에워싸기에 충분히 멀리 떨어져 있고, 광폭이며, 특정 바람직한 실시예에서, 전체 방출 발산각이 에워싸진다. 바람직한 실시예에서, 렌즈 직경은 렌즈가 추출기로부터 이격된 거리에 비해 1:1: 내지 6:1인 관계를 갖는다.

본 발명은 이제 바람직한 실시예 전자 장치 및 바람직한 실시예 전자 장치를 합체한 전형적 장치에 관해 도시될 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 특정적 예시의 장치, 형성 프로세스 및 장치 애플리케이션이 설명을 위해 사용될 것이다. 도시 장치 및 치수는 본 발명의 설명과 이해를 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 도면의 요소는 반드시 축척대로 도시되지는 않았다. 그 보다는 대신, 본 발명을 명확히 도시하기 위해 다소 강조되었다. 또한, 여러 뷰를 통해 반드시 동일한 부분은 아니나 동일한 참조 번호는 대응하는 동일부를 가리킨다. 2차원의 개략적 층구조로서 종래의 방식으로 도시되는 단일의 전자 장치는 당업자에게 3차원 전자 장치 구조의 교시를 제공하도록 이해될 수 있을 것이다. 본 발명의 장치 및 프로세스는 당업자가 또한 알 수 있는 종래의 집적 회로 제조 장치로 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 전자 장치를 도시한다. 기판(8)은 웰(12) 내에 팁 에미터(10), 예컨대, 스핀딧 팁(Spindit tip)을 포함한다. 기판(8)은 또한 추가의 에미터를 포함할 수 있고, 제어 전자 회로, 전원 등을 포함하는 집적 장치부를 형성할 수 있다. 에미터(10)는 추출기(14)의 제어 하에서 전자를 방출한다. 전자 이동 경로는, 광폭의 원격 정전기 렌즈(16)가 방출을 포커싱하기까지 실질적인 길이(L1)(2~10㎛)를 갖는다. 렌즈(16)는 적어도, 팁 에미터(10)로부터의 방출 발산각 대부분을 에워싸기에 충분히 광폭이고, 렌즈(16)는 매체(18) 상으로 방출의 정확한 스폿 포커스를 이루기에 충분할만큼 원격이다. 바람직한 실시예에서, 타겟 매체(18)는 렌즈/추출기/에미터 구조에 관해 예를 들면, 타겟 매체(18)에 사용되는 마이크로무버(micromover)(19)에 의해 이동 가능하다. 마이크로무버(19)는 고정자(stator)로서 동작하고, 타겟 매체(18)는 회전자(rotor)로서 동작한다. 예시적인 마이크로무버는 예를 들면, 스프링, 피에조(piezo), 나사(screw) 및 콤(comb) 마이크로무버 어셈블리를 포함한다. 이와 다르게, 무버가 렌즈/추출기/에미터 구조에 적용될 수 있다.

상이한 유형의 장치를 생성하기 위해 타겟 매체(18)가 선택될 수 있다. 예를 들면, 타겟 매체(18)는 상 변경 물질(phase change materials), 예를 들면, In₂Se₃를 사용하는 메모리 매체일 수 있다. 다른 상 변경 물질이 당업자들에게 알려져 있다. 또 다른 가능성은 리소그래피 애플리케이션, 이 경우에, 전자빔 저항물질, 가령, PMMA(polymethylmethacrylate)는 전자빔 저항 물질로 코팅되는 웨이퍼를 포함할 수 있는 타겟 매체를 위해 적합하다. 타겟 매체(18)는 전압, 가령, 700V로 유지되어 자신을 향한 전자 방출을 가속화하는 것을 돕는다.

바람직하게, 렌즈의 개구는 팁 에미터(10)로부터 방출의 전체 발산각을 에워싼다. 3 내지 10㎛ 범위의 직경(D_L)이 적당하다. (D_L) 대 (L1)의 비는 1:1 내지 6:1 범위일 수 있다. 매체(18)는 방출의 포커스 지점에서, 거리 (L2), 가령, 1 내지 10㎛이다. 방출의 발산각이 완전히 에워싸지면, 100% 방출 효율성이 달성된다. 또한, 매체(18)로부터 상당히 이격된 광폭 렌즈는 35nm 이하, 더 바람직하게는 10nm 미만의 매우 작은 스폿 크기를 달성할 수 있다.

렌즈(16)는 에미터(10) 및 추출기가 형성된 후에 에미터/추출기 구조 상에 형성된다. 전자 공급층(22)(도 2), 추출기(14) 및 렌즈(16)를 위한 적당한 물질은 사용되고 있는 제조 프로세스에 따르는 임의의 도전체 및 사용되는 임의의 다른 물질을 포함한다. 바람직한 도전체는 TiN, Au, Al 및 Ta를 포함한다. 두꺼운 유전층(20)은 거리(L1)를 달성한다. 저응력 유전체(20)가 층(20)을 위해 사용될 수 있다. 바람직한 예는 TEOS(Si 산화물), SiN 및 SiC를 포함한다.

이제, 도 2를 참조하면, 팁 에미터(10)는 그 웰(12) 내에 도시되어 있다. 적당한 예시적인 팁 에미터는 Mo, Nb, NbC 및 Pt로부터 형성되는 팁 에미터를 포함한다. 에미터/추출기 구조는 렌즈와 별도로 형성되기 때문에, 깊은 웰이 방지될 수 있다. 웰(12)은 대략 0.75:1~1.25:1의 범위, 바람직하게는 1:1인 깊이(L3) 대직경(직경 D_E) 비를 갖는다. 가령, 0.3㎛ 내지 0.5㎛ 직경의 얕은 웰과 0.4~0.6㎛의 깊은 웰 내에서 팁 에미터(10)의 형성은, 렌즈 개구를 따라서 단일 단계로 에미터 웰을 에치하는 자기 정렬 형성 프로세스(self-aligned formation process)로부터 나오는 보통 2:1 종횡비 웰을 갖는 프로세스에 비해, 제조 양품율을 증가시킴이 틀림 없다. 얕은 웰에서, 팁 물질은 팁의 형성 동안 웰의 벽을 코팅하지 않으려는 경향이 있다. 도 1 및 2에 따른 예시적인 바람직한 실시예는 다음 파라메터: D_L7.5㎛, D_E0.5㎛, L1 5㎛, L2 3㎛ 그리고 L3 0.4㎛를 가진다. 전자 공급 금속층(22) 및 추출기 금속층(14)은 0.1㎛이다. 유전층(24)은 전자 공급 및 추출기 금속층(14)을 분리한다.

에미터/추출기/렌즈 구조는 바람직하게 반도체 장치 기술로 제조된다. 본 발명의 장치는 광범위한 반도체 장치 기술에 적용 가능하고, 다양한 반도체 물질로 제조될 수 있다. 바람직한 장치는 실리콘 물질 시스템으로 구현될 수 있다. 또한, 그룹 III-V 물질이 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 실리콘 반도체 물질로 제조되는 장치들에 국한되지 않고, 하나 이상의 가용 반도체 물질 및 당업자가 이용 가능한 반도체 기술로 제조되는 장치를 포함할 것이다. 본 발명을 국한하지 않도록 의도되는 또 다른 예는 글래스 기판 상의 폴리실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터(TFT) 기술이다.

방출의 발산각 θ은 도 2에 도시되어 있다. 언급한 바와 마찬가지로, 렌즈(16)는 방출의 전체 발산각 θ을 에워쌀만큼 충분히 광폭인 것이 바람직하다.더 작은 발산각은 더 작은 스폿 크기를 획득하는 데 기여할 수 있을 것이다.

도 3을 참조하면, 렌즈의 개구의 에지 근처에 형성되는 필드는 전자를 포커싱하지 않을 것이다. 본 발명으로, 큰 직경 렌즈는 예컨대, 35nm만큼 작고 바람직하게 10nm까지 최적화되는 스폿 크기를 허용하는 포커스를 달성한다. 방출을 렌즈(16)의 에지 영역으로부터 더 멀어지게 하는 것은, 렌즈 에지 근처의 전자 이동 경로로부터 발생하는 포커싱되지 않은 이탈 방출을 감소 또는 제거할 것이다.

전자 방출 효율성이 다소 저하되나, 본 발명의 다른 실시예는 추출기(14) 상에 어퍼쳐(26)를 추가함으로써 발산각을 좁힌다(도 4를 참조). 어퍼쳐(26)는 어퍼쳐의 개구부에 의해 허용되는 발산각을 초과하는 방출을 차단하기에 적합한 금속 또는 임의의 다른 물질일 수 있다. 어퍼쳐 물질은 높은 녹는점을 갖는 우수 도전체여야 한다. 예시적인 바람직한 물질은 Mo, Ta, Nb 및 이들 물질의 탄화물을 포함한다.

어퍼쳐(26)를 형성하는 바람직한 방법은 도 5에 도시되는 바와 같이, 완성된 추출층 상의 작은 각 배치(low angle deposition)이다. 예를 들면, 스퍼터 타겟(30)은 법선으로부터 50~85°의 각, 가령, 75°로 설정된다. 배치각은 작고, 에미터/추출기 기판은 웰 개구의 모든 면을 고르게 코팅하기 위해 배치 동안에 타겟(30)에 대해 회전하고 있다.

스폿 크기를 향상시키기 위한 또 다른 실시예는 도 6에 도시되어 있다. 이 실시예는 시준 렌즈(collimating lens)로서 종래의 렌즈(32)를 포함한다. 렌즈(32)는 도 7에 도시되고, 추출기(14) 상에 형성되는 유전체(34) 상에 형성된다. 렌즈(32)로부터의 방출은 중심을 향해 시준되고, 광폭 렌즈(16)의 가장 강한 포커싱부는 렌즈(32)로부터 상당히 이격된다. 도 6 및 7 실시예에서 방출 효율성은 추출기에 가까운 렌즈(32)가, 광폭의 원격 렌즈(16)가 없는 장치에서처럼 수행하기 때문에 종래의 에미터 장치의 범위 내일 것이다. 그러나, 도 6 및 7 실시예는 도 1 실시예보다 작은 최적화 스폿 크기를 달성하고, 공간 안정성을 개선할 것이다. 초기 개구 또는 어퍼쳐링(initial lensing or aperturing)으로 인하여 감소된 출력은 단일 에미터를 에미터의 어레이로 대체함으로써 해결될 수 있고, 각 광폭의 원격 렌즈(16)는 에미터(10) 어레이로부터 출력을 수신한다.

이 유형의 실시예의 에미터(10), 추출기(14) 및 제 1 렌즈(32)부는 도 8에 도시되어 있다. 각 에미터는 방출 패턴(36)으로 시준되고, 다수의 방출 패턴은 광폭의 원격 렌즈(16)에 의해 스폿으로 포커싱된다.

이상에서 설명한 바람직한 실시예는 포커싱된 전자 방출 빔의 스폿 크기를 감소시키는 대체적인 방법을 나타낸다. 도 9를 참조하면, 스폿 크기를 감소시키는 방법 및 본 발명의 전자 장치를 형성하는 방법이 도시되어 있다. 팁 에미터는 바람직하게 얕은 종횡비 웰 내에 형성된다(단계(40)). 에미터 형성의 별도 단계 또는 부분으로서, 추출기층은 팁 에미터 근처에 형성된다(단계(42)). 선택적으로, 어퍼쳐 및 렌즈 구조는 가령, 렌즈를 형성하는 자기 정렬 형성 프로세스부로서 추출기 상에 형성될 수 있다(단계(44)). 또 다른 예로서, 어퍼쳐 형성부는 도 5에 관해 설명한 작은 각 배치(low angle deposition)로써 바람직하게 수행된다. 이어서, 광폭의 원격 렌즈는 위에서 설명한 직경 및 간격에 따라서, 추출기/팁/웰 형성과 독립적 프로세스 단계로 형성된다(단계(46)). 어퍼쳐링 및 초기 렌징 (aperturing and inital lensing)과 함께 광폭 원격 렌즈 직경 및 거리는 스폿 크기 및 전력에 영향을 끼칠 것이고, 스폿 크기는 이들 파라메터 중 임의의 것을 조정함으로써 최적화될 수 있다(단계(48)). 예를 들면, 최적화는 다양한 파라메터 중 하나를 조정하는 전형적 장치의 모델링 및 테스팅을 포함할 수 있다. 방출 효율성 및 스폿 크기의 상충적 목표(competing goals) 이들 프로세스 동안에 밸런싱될 수 있다. 렌즈(16)의 직경은 이론상 임의적으로 광폭일 수 있으나, 그 직경으로의 실질적 제한이 존재하는데, 렌즈의 직경을 증가시키는 것은 단위 영역 당 렌즈/에미터 장치 구조 수에 영향을 끼칠 것이라는 사실을 포함한다. 또한, 렌즈를 동작하는 데 요구되는 전압은 더 큰 개구에 대해서 증가된다. 이어서, 장치는 종래의 애플리케이션 특정 단계(application specific conventional steps)에 따라 완성된다(단계(54)). 최소한, 타겟 매체(18)는 포커싱된 방출 지점에서 배치된다. 매체의 유형 및 추가 단계의 개수는 특정 애플리케이션에 의존할 것이다. 또한, 도 9의 단계 임의의 다른 복제 구조(other duplicate structures)도 형성하는 프로세스의 일부로서 수행될 수 있다. 또한, 단계는 반도체 장치 집적 프로세스부로서 수행될 수 있고, 예를 들면, 추출기 및 렌즈 구조는 대규모 집적 형성 프로세스부일 수 있다.

본 발명에 따른 전자 장치의 특정 애플리케이션은 상이한 타겟 매체를 사용할 것이다. 타겟 매체(18)는 상이한 유형의 장치를 생성하기 위해 선택될 수 있다. 가령, 타겟 매체 또는 광폭 렌즈/에미터 구조로의 마이크로무버의 애플리케이션에 의해 타겟 매체와 포커싱된 방출 간에 상대적 이동이 이루어진다. 타겟 매체(18)는 상 변경 물질(phase change materials), 예컨대 In₂Se₃을 사용하는 메모리 매체일 수 있다. 당업자들에게 다른 상 변경 물질이 알려져 있다. 리소그래피 애플리케이션을 위해, 전자빔 저항 물질, 예를 들면, PMMA(polymethylmethacrylate)가 적합하다. 약간의 바람직한 실시예 애플리케이션이 이제 설명될 것이나, 본 발명을 그 특정 애플리케이션에 국한되지 않도록 의도된다.

바람직한 메모리 장치가 도 10a 및 10b에 도시되어 있다. 일반적으로, 실시예는 도 1 구조를 가지고, 에미터 및 대응 렌즈의 어레이로서 반복된다. 구체적으로, 메모리 장치는 에미터 기판(62) 상의 웰 내에 형성되는 다수의 집적된 팁 에미터(60)를 포함한다. 바람직하게, 기판(62)은 광폭의 원격 포커싱 렌즈(68)를 갖는 포커싱 어레이(66)로부터 유전체(64)에 의해 이격되는 다수의 더 작은 집적된 이미터(60) 중 하나를 포함하는 집적 회로(IC)를 포함한다. 각 포커싱 렌즈(68)는 기록 표면, 즉, 매체(72)에 영향을 끼치도록 사용되는 포커싱된 빔(70)을 제어 가능하게 방출할 수 있다. 매체(72)는 포커싱 어레이 기판(66)의 포커싱 렌즈(68)에 관해 매체(72) 위치를 정하는 무버(mover)(74)에 사용된다. 바람직하게, 무버(74)는 그 안에 집적된 판독기 회로(76)를 갖는다. 판독기(76)는 매체(72)로의 초기 저항 콘택트(ohmic contact)와, 무버(74), 바람직하게 반도체 또는 도전체 기판으로의 제 2 저항 콘택트(82)를 이루는 증폭기(78)로서 도시되어 있다. 무버(74)는고정자 기판(83)과 상호작용하고, 고정자(92)에 관해 무버 기판(74)을 배치하기 위한 (무버 기판(74) 상의 대응 전극에 관한) 반대 전극을 포함하는 회전자 기판이다. 포커싱된 빔(70)이 매체(72)에 도달할(strikes) 때, 포커싱된 빔의 전류 밀도가 충분히 높으면, 매체(72)는 상 변경되어 영향받은 매체 영역(84)을 이룬다. 낮은 전류 밀도 포커싱된 빔(70)이 매체(72) 표면에 인가되면, 상이한 레이트의 전류 흐름이 증폭기(78)에 의해 검출되어 판독기 출력을 생성한다. 그래서, 에미터(60)로부터의 에너지로 매체(72)에 영향을 끼침으로써, 매체의 구조적 상 변경 특성을 이용하여 정보가 매체 내에 저장된다. 예시적인 상 변경 물질은 In₂Se₃이다. 바람직한 리소그래피 장치는 도 10a와 동일한 일반적 구조를 가지나, 판독기 회로가 생략되고, 상 변경 물질이 리소그래피 패터닝을 위해 마련되는 웨이퍼로 대체된다.

도 11은 다수의 본딩된 에미터 칩 및 포커싱 어레이는 e-빔 생성기 어레이(94)를 형성하고, 웨이퍼(96)가 타겟 매체로서 동작되는 또 다른 바람직한 리소그래피 장치를 도시한다. 각 e-빔 생성기 어레이(94)는 정확한 웨이퍼(96) 영역 상에 빔 어레이를 위치 지정하기 위해 그 위에 마이크로무버 또는 나노 조작자(nanomanipulator)를 갖는다. 이어서, 웨이퍼(92)는 어레이(94) 아래에 배치되어 여러 패턴이 기록되게 할 수 있다. 다르게는, 각각이, 그 아래의 웨이퍼의 전체 6″(또는 보다 큰) 프로세싱을 수행하는 전체 웨이퍼만큼 큰 무언가의 위에서 동작하기에 충분히 큰 에미터 어레이를 만들 수도 있다. 또 다른 예는 각 웨이퍼에 동일한 패턴을 기록하는 다수의 병렬의 웨이퍼를 프로세싱하기 위해 공통적 움직임을 갖는 다수의 어레이를 사용하는 것이다.

도 12는 예를 들어, 컴퓨터, 비디오 게임, 인터넷 장치, 단자, MP3 플레이어, 또는 개인용 정보 단말기(PDA)와 같은 컴퓨터 장치(10)의 예시적인 블록도이다. 컴퓨터 장치(110)는 다른 프로세서들이 존재하고 당업자들에게 알려져 있으나, 인텔 펜티엄 프로세서^TM계 프로세서와 같은 마이크로프로세서(112)를 포함한다. 마이크로 프로세서(112)는 데이터를 제어 및/또는 입/출력 기능을 제어하기 위해 마이크로 프로세서(112)에 의해 사용되는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 유지할 수 있는 컴퓨터 판독 가능한 메모리를 포함하는 메모리 장치(114)에 접속된다. 또한, 메모리(114)는 마이크로 프로세서(112)에 의해 조작되는 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 마이크로 프로세서(112)는 저장 장치(116) 또는 디스플레이 장치(118) 또는 둘 다에 접속된다. 저장 장치는 본 발명의 광폭 원격 렌즈 구조로 포커싱되는 방출 장치를 도시하는 앞서 설명된 도면 및 지문에서 구체화된 본 발명의 실시예를 포함한다. 바람직하게, 본 발명의 에미터 장치는 마이크로 프로세서(112) 및 메모리 장치(114)를 갖는 공동의 기판 상에 집적된다.

본 발명의 특정 실시예가 도시되고 설명되었으나, 다른 수정, 대체, 변경이 가해질 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 이러한 수정, 대체 및 변경은, 청구의 범위로부터 판단되어야 하는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다.

본 발명의 다양한 특징들은 청구 범위에 설명되어 있다.

본 발명의 장치로 기존의 방출 효율성을 유지하며 매우 작은 스폿 크기를 달성할 수 있다.

Claims

전자 장치에 있어서,

기판(8)과,

상기 기판 내에 정의되는 웰(well)(12)과,

상기 웰 내에 형성되는 팁 에미터(tip emiter)(10)와,

상기 팁 에미터로부터의 방출을 추출하기 위해 상기 웰 근처에 배치되는 추출기(14)와,

광폭 렌즈 내에 정의되는 개구(opening)을 통해 상기 방출을 포커싱(focusing)하기 위한 광폭 렌즈(16)를 포함하되,

충분히 큰 직경이 상기 방출의 발산각(divergence angle)을 에워싸고, 상기 방출이 상기 광폭 렌즈에 의해 포커싱되어 스폿(spot)되도록 상기 개구는 충분히 큰 직경을 가지고, 상기 추출기로부터 충분히 이격되는

전자 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 포커싱된 방출을 수신하기 위해 상기 광폭 렌즈로부터 이격되어 배치되는 타겟 매체(18, 72, 96)를 더 포함하는 전자 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 충분히 큰 직경은 상기 방출의 전체 발산각을 에워싸는 전자 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 충분히 큰 직경은 3㎛ 내지 10㎛의 범위인 전자 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 광폭 렌즈와 상기 추출기 간의 거리는 3㎛ 내지 10㎛의 범위이고, 상기 충분히 큰 직경과, 상기 광폭 렌즈와 상기 추출기 간의 상기 거리의 비는 1:1 및 6:1인 전자 장치.
제 5 항에 있어서,

유전층(20)은 상기 광폭 렌즈와 상기 추출기 간의 상기 거리를 이루는 전자 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 타겟 매체는 상기 광폭 렌즈에 관해 이동 가능한 전자 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 타겟 매체는 리소그래피 매체를 포함하는 전자 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 타겟 매체는 메모리 매체를 포함하는 전자 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 기판 내에 정의되는 상기 웰은 대략 0.75:1~1.25:1의 범위의 깊이 대 직경 종횡비를 갖는 전자 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 웰은 0.5㎛의 깊이를 갖는 전자 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 매체 상으로 상기 광폭 렌즈는 35nm 보다 작은 스폿 크기로 상기 방출을 포커싱하기에 충분히 멀리 이격되는 전자 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 방출의 상기 발산각을 제한하기 위해 상기 추출기 상에 형성되는 어퍼쳐층(aperture layer)을 더 포함하는 전자 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 어퍼쳐층은 상기 추출기 내에 정의되는 상기 개구 측면을 고르게 코팅하는(coats) 전자 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 웰의 직경과 동일한 직경을 갖는 초기 렌즈(initial lense)를 갖는 초기 렌즈 구조를 더 포함하되,

상기 초기 렌즈는 상기 광폭 렌즈 내에 정의되는 상기 개구의 중심을 향해상기 방출을 포커싱하는 전자 장치.
제 15 항에 있어서,

상시 웰, 상기 팁 에미터, 상기 추출기 및 상기 초기 렌즈 구조는 다수의 팁 에미터로부터의 방출이 상기 광폭 렌즈 내에 정의되는 상기 개구 내로 시준되도록(collimated) 어레이로서 반복되는(replicated) 전자 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 타겟 매체 및 상기 광폭 렌즈는 서로에 관해 이동 가능한 전자 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 광폭 렌즈에 관해 상기 타겟 매체를 이동시키기 위해 무버(mover)(19, 74, 92)를 더 포함하는 전자 장치.
전자 장치를 형성하는 방법에 있어서,

기판 내에 형성되는 웰(well) 내에 팁 에미터를 형성하는 단계와,

상기 웰 근처에 추출기를 형성하는 단계와,

상기 팁 에미터 형성 단계 및 상기 추출기 형성 단계와 별도로, 상기 팁 에미터로부터의 방출을 포커싱하기 위해 상기 웰에 관해 배치되는 광폭 원격 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는

전자 장치 형성 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 광폭 원격 렌즈 형성 단계는 상기 추출기 상에 유전체(dielectric)를 형성하고, 이어서 상기 추출기 상에 상기 광폭 원격 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 전자 장치 형성 방법.