(57)【要約】【課題】  本発明は、光放出素子とその製造方法、およびこれを用いた露光装置に関し、より詳細には、光陰極を含む平面発光の光放出素子とこれを用いたレンズまたは鏡からなる光学システムを必要としない露光装置に関する。【解決手段】  本発明は、第１光を放射する光源部と、光源部と大面積で接触する陰極基板と、陰極基板上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層と、金属マスク層の表面に形成され、第１光を受光して電子を放出する光陰極と、陰極基板と対向する一面に離隔して構成された陽極基板と、前記陽極基板の下部に構成され、前記放出された電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体とを含むことを特徴とする平面発光の光放出素子を提供し、親環境的な無水銀平面光源装置を提供し、各種ミラーおよびレンズが不必要あるいは最小化された光学システムを有する。【選択図】  図２
2009543157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置であって、
第１光を放射する光源部と、
前記光源部と大面積で接触する陰極基板と、
前記陰極基板上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層と、
前記金属マスク層表面に形成され、前記第１光を受光して電子を放出する光陰極と、
前記陰極基板と対向する一面に離隔して構成された陽極基板と、
前記陽極基板の下部に構成され、前記放出された電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体と、
を含む光放出素子と、
前記第２光によってパターンマスクのパターンを投映する被露光体を装着するステージと、
を含み、
前記第２光は、前記被露光体の表面に垂直に入射することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記第２光を前記ステージに集光させるインテグレータレンズをさらに含み、
前記インテグレータレンズは、前記光放出素子部と前記被露光体との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記第２光は、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、およびｇ線（４３６ｎｍ）のうちのいずれか１つの波長範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記陽極基板および前記陰極基板は、ガラス、シリカ、石英、サファイア、およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）からなるグループから選択された１つの材料でなされることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
前記光陰極は、アルカリ金属、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｉ−VＩ族半導体、ＩＩ−VＩ族半導体、およびＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる群から選択された少なくとも１つの元素を含んだ複合材料を含むことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項６】
前記光陰極は、反射型モードであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項７】
第１光を放射する光源部と、
前記光源部と大面積で接触する陰極基板と、
前記陰極基板上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層と、
前記金属マスク層表面に形成され、前記第１光を受光して電子を放出する光陰極と、
前記陰極基板と対向する一面に離隔して構成された陽極基板と、
前記陽極基板の下部に構成され、前記放出した電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体と、
を含むことを特徴とする光放出素子。
【請求項８】
前記陰極基板と前記陽極基板に所定の電圧を印加する電源部と、
前記電源部から出力される電圧および前記光源部の光源電流を考慮して前記電源部を制御する論理回路部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の光放出素子。
【請求項９】
前記光陰極は、反射型モードであることを特徴とする請求項７に記載の光放出素子。
【請求項１０】
前記論理回路部は、変調された前記光源電流と変調された前記電圧が入力されて制御信号を出力して前記電源部を制御することを特徴とする請求項８に記載の光放出素子。
【請求項１１】
前記光源部は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項７に記載の光放出素子。
【請求項１２】
前記ＬＥＤから放出される前記第１光の波長は、４５０〜５００ｎｍの範囲を有することを特徴とする請求項１１に記載の光放出素子。
【請求項１３】
前記ホールの下端に形成された陰極基板の露出部の直径ｄ２と前記開口の直径ｄ１は２：１以上であることを特徴とする請求項７に記載の光放出素子。
【請求項１４】
前記陰極基板の露出部の直径と前記ホールの直径との比は５：１以上であることを特徴とする請求項１３に記載の光放出素子。
【請求項１５】
前記金属マスク層の表面に形成され、外光反射のためのミラー層をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の光放出素子。
【請求項１６】
前記ミラー層は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）およびＡｌのうちのいずれか１つの物質で構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の光放出素子。
【請求項１７】
光放出素子の製造方法であって、
第１光を放射する光源部と大面積で接触する陰極基板を形成するステップと、
前記陰極基板上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層を形成するステップと、
前記金属マスク層表面に形成され、前記第１光を受光して電子を放出する光陰極を形成するステップと、
前記陰極基板と対向する一面に離隔して構成された陽極基板を形成するステップと、
前記陽極基板の下部に構成され、前記放出した電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体を形成するステップと、
を含むことを特徴とする光放出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記光陰極は、アルカリ金属、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｉ−ＶＩ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、およびＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる群から選択された少なくとも１つの元素を含んだ複合材料を含むことを特徴とする請求項１７に記載の光放出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面発光の光放出素子とその製造方法、および光放出素子を用いた露光装置に関し、より詳細には、光陰極を含む平面発光の光放出素子とこれを用いた無水銀平面光源装置と、レンズまたは鏡からなる光学システムが不必要あるいは最小化された露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明産業の核である光源として用いるランプは、一般的にはチューブ形態でなされており、特別な場合を除いてはランプの管内に多量の水銀（Ｈｇ）を含んでいる。紫外線を用いるためのランプであっても可視光線を用いるための一般ランプであっても、大概の場合はチューブ形態の構造と水銀を含むことは同様である。
【０００３】
一般的に、平面光源形態の平面光源ランプであれば、チューブ形態のランプよりも使用が便利であり、有用である場合が多い。チューブ形態のランプを用いて均一な光を出す平面光源ランプを構成しようとすれば、多数の光学部品と複雑な構造が要求される。しかしながら、チューブ形態のランプをそのまま用いるので、平面光源になっても水銀をそのまま含んでいる。また、全体体積が大きくなるという短所がある上に、明るさが均一でないという短所もある。
【０００４】
また、照明産業の場合、ＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）指令に基づいて水銀を含まない親環境的な無水銀ランプの開発に関する研究が活発に進められている。さらに、実用的な面において多くの長所を有する平面光源ランプに関する研究も活発に進められている。
【０００５】
フォトリソグラフィは、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル：Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）産業、プリント基板（ＰＣＢ）産業、半導体産業、またはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野など多様な産業分野で用いられる基板や被露光体の製造において、基板や被露光体に電極パターンなどを形成する方法である。
【０００６】
一般的に、フォトリソグラフィ工程は、基板洗浄工程、表面処理工程、フォトレジスト（ＰＲ）塗布工程、整列／露光工程、現像工程で構成されるが、特に整列／露光工程を実行する装置を露光装置と言う。
【０００７】
露光装置は、微細な回路パターンを基板に実現することにその目的があり、その構成要素である光源、照明計、パターンマスクあるいはレチクル、ステージ、フォトレジストなどの要素技術の向上によって露光技術を飛躍的に向上させている。
【０００８】
半導体産業の場合、半導体装置が次第に高集積化されることに伴い、露光装置ではウエハ上の微細な線幅の回路パターンイメージに高い解像度が要求され、回路線幅の正確な実現のために露光装置に設置された多様な構成要素に関する研究が活発に進められている。
【０００９】
図１は、従来の一般的に用いられる露光装置を示す図である。従来の露光装置は、大きく、光を発光して照射する照明システムと、照射された光を定形化して整列させて焦点を調整する光学システムと、パターンが形成されたパターンマスクと、基板とを含んで構成される。
【００１０】
照明システムは、超高圧水銀ランプまたはハロゲンランプなど光を発光する光源１３０と、光源１３０の光を集光して一方向に照射する楕円体形ミラー１４０とを含んで構成される。光学システムは、光の進行方向と特性を調整するために、コールドミラー１５０と、インテグレータレンズ１７０と、コリメートミラー１６０と、球面ミラー１８０とを含んで構成される。
【００１１】
光源１３０から発光された光は、楕円体形ミラー１４０によって集光されてコールドミラー１５０に入射する。このとき、楕円体形ミラー１４０とコールドミラー１５０は、表面が多層のコーティング処理がなされて特定の紫外線波長を反射させ、残りの波長は通過させるようになる。特に、コールドミラー１５０は、楕円体形ミラー１４０から反射した光から紫外線波長領域の光を反射して可視光線および赤外線波長領域の光を透過する鏡であり、大部分の露光工程に用いられる露光装置は紫外線領域の光を用いるため、コールドミラーは紫外線用コールドミラーであることが好ましい。
【００１２】
コールドミラー１５０に入射した光は、進行方向が変わってインテグレータレンズ１７０に入射する。インテグレータレンズ１７０は、小さいサイズの単位球面レンズの組み合わせで構成された多重のレンズアレイ（ｌｅｎｓ−ａｒｒａｙ）で構成される。インテグレータレンズ１７０は１次レンズ１７０ａと２次レンズ１７０ｂとで構成され、１次レンズ１７０ａの単位球面レンズに入射する光は、再び光軸が一致する２次レンズ１７０ｂの単位球面レンズを通過した後に出射される。
【００１３】
インテグレータレンズ１７０を通過した光は、コリメートミラー１６０によって光の平行性を維持しながら反射して球面ミラー１８０に入射する。球面ミラー１８０で反射した光は、光軸に平行に進みながらパターンマスク１２０を通過し、被露光体１００にパターンマスク１２０に形成されたパターンを露光するようになる。
【００１４】
最近では、基板または被露光体のパターン形成工程の生産性を向上するための多面取工法の適用が試みられており、多面取工法を適用するためには露光面積の拡大が必須である。しかしながら、従来の露光装置で光学システムを用いて露光面積を拡大するようになれば、有効面積内の照度低下を招来してパターン品質が低下する上に、パターン形成のための露光時間が増加するなど露光効率が低下するという問題点がある。
【００１５】
また、従来の露光装置は、光源から発光された光を定型化して整列させて焦点を調整する光学システムそのものが複雑なミラー構造およびレンズで構成されているため、高い設備製造費用はもちろん、露光装置の巨大化を招いていた。
【００１６】
また、被露光体１００上にパターニングされる素子または特性サイズが次第に微細化することに伴い、技術的な問題も発生する。すなわち、半導体素子または特性サイズの実現のために、より短い波長の電磁気放射線が被露光体上にレチクルまたはパターンマスクのパターンを投映するために用いられなければならず、このような極紫外線（ＵＶ）波長で要求される解像度およびイメージ化能力を備えた光学システムは限界を有している。
【００１７】
さらに、従来の露光装置の場合、高電圧、高電流による高い電力によって高い維持費用として非経済的な側面があり、超高圧水銀ランプまたはハロゲンランプなど光を発光する光源は、その予熱時間に長期間が要されるため低い生産収率を示す面もあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上述したような従来技術を改善するために案出されたものであって、各種ミラーおよびレンズが必要ない最小化された光学システム構造を有するように平面発光の光放出素子を含む露光装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、放出した電子と蛍光体を衝突させて出る光を用いた親環境的な無水銀平面光源素子を提供することを他の目的とする。
また、本発明は、消費電力が少なく、ＵＶ密度が高い無水銀平面光源であり、全面発光またはスリット発光、選択発光が可能なＵＶ硬化機を提供することをさらに他の目的とする。
【００２０】
また、本発明は、放出した電子と蛍光体を衝突させて光を出して映像を生成し、低消費電力、優れた映像色感を有する次世代ディスプレイとしての光放出素子を提供することをさらに他の目的とする。
【００２１】
また、本発明は、広視野角、高速応答、薄型軽量、高精密度を有する輝度寿命特性の優れたＦＰＤとしての理想的な性能を有する光放出素子を提供することをさらに他の目的とする。
【００２２】
また、本発明は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）蛍光体を用いて赤色、緑、青色の三原色光を個別に出したり三原色を合わせて白色の光を出したりして、消費電力が極めて少ないＬＣＤバックライトとして理想的な性能を有する平面発光の光放出素子を提供することをさらに他の目的とする。
【００２３】
また、本発明は、従来の露光装置が有する電力消耗が多いという短所を改善して電力消耗が少ない露光装置を提供すると共に、少ない予熱時間により経済性と高い生産収率を提供することをさらに他の目的とする。
【００２４】
また、本発明は、低い設備製造費用、最小化された設備規模を有する平面発光の光放出素子を含む露光装置を提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、露光される有効面積内の照度増加によるパターン品質を向上させ、パターン形成のための短い露光時間を有し、大きい露光面積を支援して露光効率を高めることができる半導体、ＦＰＤ、ＰＣＢ、ＭＥＭＳ製造用の露光装置を提供することをさらに他の目的とする。
【００２５】
さらに、本発明は、ＦＰＤ、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）のような従来の光放出素子に比べ、光放出において優れた均一性を有する平面発光の光放出素子を提供することをさらに他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記の目的を達成して従来技術の問題点を解決するために、本発明は、第１光を放射する光源部と、前記光源部と大面積で接触する陰極基板と、前記陰極基板上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層と、前記金属マスク層表面に形成され、前記第１光を受光して電子を放出する光陰極と、前記陰極基板と対向する一面に離隔して構成された陽極基板と、前記陽極基板の下部に構成され、前記放出された電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体とを含むことを特徴とする無水銀平面発光の光放出素子を提供する。
【００２７】
また、本発明は、露光装置であって、第１光を放射する光源部と、前記光源部と大面積で接触する陰極基板と、前記陰極基板上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層と、前記金属マスク層表面に形成され、前記第１光を受光して電子を放出する光陰極と、前記陰極基板と対向する一面に離隔して構成された陽極基板と、前記陽極基板の下部に構成され、前記放出された電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体を含む平面発光の光放出素子と、前記第２光によってパターンマスクのパターンを投映する被露光体を装着するステージとを含み、前記第２光は前記被露光体の表面に垂直に入射することを特徴とする露光装置を提供する。
【００２８】
さらに、本発明は、無水銀平面発光の光放出素子の製造方法であって、第１光を放射する光源部と大面積で接触する陰極基板を形成するステップと、前記陰極基板上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層を形成するステップと、前記金属マスク層表面に形成され、前記第１光を受光して電子を放出する光陰極を形成するステップと、前記陰極基板と対向する一面に離隔して構成された陽極基板を形成するステップと、前記陽極基板の下部に構成され、前記放出された電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体を形成するステップとを含むことを特徴とする平面発光の光放出素子の製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、従来の一般的に用いられる露光装置を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る光放出素子の構造の断面を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る光放出素子の陰極基板部を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る金属マスク層に反復的に形成された開口の下端に形成された陰極基板の露出部の直径と開口の直径比による、光陰極における電子放出電流のシミュレーション結果を整理した表である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る光放出素子に印加される電圧の印加と制御のための電源部と論理回路部の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明に係る光放出素子に電源部と論理回路部が適用された例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る光放出素子の陰極基板部および陽極基板部の製造工程の流れを示す図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に係る光放出素子の陰極基板部および陽極基板部の製造工程の流れを示す図である。
【図９】図９は、図７および図８に係る光放出素子２００の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に係る露光装置の断面を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明のさらに他の一実施形態に係る露光装置の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳しく説明する。
図２は、本発明に係る光放出素子の構造の断面を示す断面図である。図２を参照すれば、光放出素子２００は、第１光を放射する光源部２１０と、光源部２１０と大面積で接触する陰極基板２２０と、陰極基板２２０上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層２３０と、金属マスク層２３０表面に形成され、前記第１光を受光して電子を放出する光陰極２４０と、陰極基板２２０と対向する一面に離隔して構成された陽極基板２７０と、陽極基板２７０の下部に構成され、前記放出された電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体２６０とを含む。
【００３１】
光源部２１０は、従来の露光装置における超高圧水銀ランプまたはハロゲンランプなど光を発光する光源に限定されるものではなく、光を出すことができるランプまたは装置であればすべて適用が可能である。光源部２１０がＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）の場合は４０％以上の高効率を示すことができ、本発明の光源部は好ましくは青色ＬＥＤとすることができ、第１光の波長は好ましくは４５０〜５００ｎｍの範囲を有することができる。
【００３２】
陰極基板２２０は、外部から入射される光が適切に透過することができる常用化されているガラスを用いることができる。特に、紫外線領域の透過度が優れたシリカまたはＭｇＦ２などを用いることができる。また、陰極基板２２０は、外部から入射される光が適切に透過することができる常用化されているガラスを用いることもできる。特に、光源部が紫外線領域の光を放出するものである場合には、紫外線領域の透過度が優れた合成石英、サファイア、およびＭｇＦ２のうちのいずれか１つを用いることができる。また、陰極基板２２０は、絶縁性を有する透明基板であり、十分な構造的強度を備える透明性を有した材料も使用が可能である。陰極基板２２０は、可能な限り光の最大量が照射領域に投射されるように光に透明ではなければならない。陰極基板は任意の厚さを有することができるが、およそ１０ｍｍ以下が好ましい。
【００３３】
光源部２１０から放射された第１光２８０は陰極基板２２０上に投射され、陰極基板２２０を通過し、選定された照射領域で光陰極２４０によって吸収される。第１光２８０が照射領域に投射されるとき、光陰極２４０は照射領域に対向する光陰極２４０の表面から電子２５０を放出する。そして、大面積である陰極基板２２０に電気的チャージング現象を防ぐためには、伝導率が高い物質を陰極基板２２０表面に蒸着することができる。すなわち、この場合には、透明電導膜がコーティングされた透明基板を陰極基板２２０として用いることができる。この場合に用いられる透明電導膜は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ：Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、またはＳｎＯ２などが好ましい。
【００３４】
第１光２８０は、照射領域に対応する光陰極２４０の表面またはその周辺で光陰極２４０によって吸収される。その時点で、電子２５０は、光子エネルギーから仕事関数を引いたものと同じ運動エネルギーを有するであろう。これらの電子２５０は、光陰極２４０材料内における衝突によってそれ程多くのエネルギーを損失しなければ、照射領域で光陰極の表面から放出される。
【００３５】
また、本発明の光放出素子は、電子２５０が特定の表面スポットでのみ放出されるように金属マスク層２３０を含む。また、照射領域でのみ第１光２８０が入射するように第１光２８０をブロッキングするために、陰極基板２２０と光陰極２４０の間に金属マスク層をさらに含むこともできる。金属マスク層２３０は、一般的な金属材料であれば十分である。好ましくは、ブラウン管（ＣＲＴ）で用いるＡＫ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｋｉｌｌｅｄ  ｓｔｅｅｌ）マスクと同じ材質とすることができる。一般的に、光陰極２４０は、金属マスク層を全く備えなかったり、１つ以上の金属マスク層を備えることもできる。
【００３６】
光陰極２４０は、光が照射されるときに電子を放出する任意の材料で生成されることができる。光陰極２４０は、アルカリ金属、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、アルミニウム、Ｉ−ＶＩ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、およびＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる群から選択された少なくとも１つの元素を含んだ複合材料を含むことができる。現在常用化されている光陰極に用いられる材料は、仕事関数が低いアルカリ金属を主成分とするもの、Ｉ−ＶＩ族半導体、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）のようなIII−Ｖ族半導体、またはセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）のようなＩＩ−Ｖ族半導体からなるグループに分けることができる。アルカリ金属を主成分とする光陰極材料には、Ｃｓ−Ｉ、Ｃｓ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｃｓなどと２種類のアルカリ金属を用いるものと、Ｓｂ−Ｒｂ−Ｃｓ、Ｓｂ−Ｋ−Ｃｓ、Ｓｂ−Ｎａ−Ｋ、３種類のアルカリ金属を用いるＳｂ−Ｎａ−Ｋ−Ｃｓなどがある。ＧａＡｓを主成分とする光陰極材料には、ＧａＡｓ（Ｃｓ）、ＩｎＧａＡｓ（Ｃｓ）などがある。また、本発明の光陰極２４０は、より好ましくはアルカリ金属と、ＴｅおよびＳｂとの化合物とすることができる。本発明の光陰極の厚さは、約１ｍｍ未満の厚さが好ましい。また、本発明の光陰極２４０は、光を受けた方向に電子が放出されるようにすることができる反射型モードの光陰極を用いることができる。
【００３７】
第１光２８０の光子は、少なくとも光陰極２４０の仕事関数のエネルギーを有する。光陰極２４０は、もし光子エネルギーが光陰極の仕事関数よりも大きい場合、光子によって照射されるときに電子２５０を放出する。電子２５０は、光陰極２４０と陽極基板２７０との間に供給された電圧により、光陰極２４０と陽極基板２７０との間で加速する。真空チャンバ外部に装着された電力供給器（図面せず）によって生成された光陰極２４０と陽極基板２７０との間の電圧は、一般的に数ｋＶ〜数十ｋＶとなる。
【００３８】
加速した電子２５０は、陽極基板２７０の下部に構成された蛍光体２６０と衝突しながら第２光２９０が放射される。外部に放出される第２光の波長は、用いられる蛍光体の種類に応じて決定される。ＵＶ蛍光体を用いればＵＶが、可視光領域の蛍光体を用いれば可視光が、ＵＶ蛍光体と可視光領域の蛍光体を用いればそれらが混合した光が発生するようになる。蛍光体２６０は陽極基板２７０下部に大面積で分布することができるため、これから放射される第２光２９０も大面積な発光面積を有することができる。このため、露光器への適用においては、大面積な露光面積を有することができる。
【００３９】
また、本発明の平面発光の光放出素子２００は、蛍光体２６０の表面にアルミニウム層がない場合、蛍光体から陰極基板側に出た光を蛍光体に再び反射するために、陰極基板の金属マスク層の上段にミラー層を形成することができる。ミラー層は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）およびＡｌのうちのいずれか１つの物質で構成することができる。
【００４０】
また、本発明の光陰極２４０は、光を受けた方向に電子が放出されるようにすることができる反射型モードタイプの光陰極を用いることができる。
陽極基板２７０は、陰極基板２２０と同様、外部から入射される光が適切に透過することができる常用化されたガラスを用いることができる。特に、紫外線領域の透過度が優れているシリカ、石英、またはＭｇＦ２などを用いることができる。陽極基板２７０は、外部から入射される光が適切に透過することができる常用化されたガラスを用いることもできる。特に、光源部が紫外線領域の光を放出するものである場合には、紫外線領域の透過度が優れた合成石英、サファイア、およびＭｇＦ２のうちのいずれか１つを用いることができる。さらに、陽極基板２７０は透明基板であり、十分な構造的強度を備えた透明性を有した材料の使用も可能である。陽極基板２７０は、可能な限り光の最大量が照射領域に投射されるように光に透明ではなければならない。陽極基板は任意の厚さを有することができるが、およそ１０ｍｍ以下が好ましい。
【００４１】
第２光が、本発明の露光装置の露光のための実質的な光源として作用をする。蛍光体２６０は、その種類に応じて多様な波長範囲の光を放出できるようになる。すなわち、蛍光体２６０の選択に応じてｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、およびｇ線（４３６ｎｍ）のいずれか１つの波長、またはこの他の適正な紫外線波長範囲を有する光を放射して露光工程に用いることで、パターンマスク上の微細パターンを被露光体に投映することを可能にする。
【００４２】
また、陰極基板２２０と陽極基板の離隔のために、本発明の平面発光の光放出素子２００は、スペーサ３００をさらに含むこともできる（図１０に図示）。
上述した光放出素子２００は、マルチメディア化やモバイル化が急速に進んでいる情報化社会においてＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）の需要が加速度的に高くなっている時点において、既存のＦＰＤのディスプレイに比べて広視野角、高速応答、薄型軽量、高精密度を有する輝度寿命特性が優れたＦＰＤとしての理想的な性能を示すことができる。すなわち、上述した光放出素子２００は、従来のＦＥＤ（電界放出ディスプレイ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＣＲＴ（ブラウン管：Ｃａｔｈｏｄｅ−Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）、および現在のＦＰＤの長所を統合したものであり、ＣＲＴのように微細な大きさの電子銃が数多くの電子を放出してそれぞれの蛍光体と衝突させて光を出して映像を生成することができるため、光放出素子２００は消費電力が極めて少なく、映像の色感が優れており、厚さが薄くて軽く、既存のＦＰＤよりも大型化が容易な次世代ディスプレイとして評価することができる。また、光放出において優れた均一性を有することができる光放出素子（ディスプレイ）としての役割をすることができる。
【００４３】
図３は、本発明の一実施形態に係る光放出素子の陰極基板部を示す断面図である。
図３を参照すれば、陰極基板部は、光源部２１０と、陰極基板２２０と、金属マスク層２３０と、光陰極２４０とを含む。このような構成要素については図２で既に詳述したため、これらの詳細な説明は省略する。
【００４４】
光源部２１０から放射された第１光は、陰極基板２２０上に投射されて陰極基板２２０を通過し、選定された照射領域で光陰極２４０によって吸収される。第１光が照射領域に投射されるとき、第１光２８０は、照射領域に対応する光陰極２４０の表面またはその周辺で光陰極２４０によって吸収される。電子は、光陰極２４０材料内における衝突によってそれ程多くのエネルギーを損失しなければ、照射領域で光陰極２４０の表面から放出される。また、陰極基板部は、特定の表面スポットでのみ放出されるように、金属マスク層２３０を含んだ構造でなされている。光陰極２４０から放出される電子の個数は、金属マスク層２３０に反復的に形成された開口の直径ｄ１と、開口の下端の陰極基板２２０の露出部の直径ｄ２とによって決定される。これについては、図４を参照しながら詳しく説明する。
【００４５】
図４は、本発明の一実施形態に係る金属マスク層に反復的に形成された開口下端に形成された陰極基板の露出部の直径と開口の直径比による、光陰極における電子放出電流のシミュレーション結果を整理した表である。
【００４６】
図４を参照すれば、本シミュレーションで用いられた光源部は、電球と青色ＬＥＤを用い、陽極基板に印加される電圧は５ｋＶ〜１２ｋＶ範囲で印加されるようにした。また、開口下端に形成された陰極基板の露出部の直径ｄ２と開口の直径ｄ１との比は、２：１、１０：１、および２０：１の場合に対して第１光が照射される領域から放出される電子の量による電子放出電流を測定した。図４のシミュレーション結果から、一定した光源部に対して陽極基板に印加される電圧が大きくなるほど電子放出電流の大きさが増加することを確認することができ、開口下端に形成された陰極基板の露出部の直径ｄ２と開口の直径ｄ１との比が大きくなるほど電子放出電流も増加する傾向を見せることを確認することができる。また、光源部が青色ＬＥＤである場合、一般的な電球の場合よりも大きい電子放出電流が測定された。本発明の光放出素子の陰極基板の露出部の直径ｄ２と開口の直径ｄ１との比は少なくとも２：１以上でなければならず、好ましくは５：１以上であることができ、より好ましくは２０：１以上であることができる。また、光放出素子の陰極基板の露出部の直径ｄ２と開口の直径ｄ１との比は、２：１〜５：１の範囲を有することもできる。
【００４７】
図５は、本発明の一実施形態に係る光放出素子に印加される電圧の印加と制御のための電源部と論理回路部の構成を示すブロック図である。
図５を参照すれば、本発明の光放出素子２００は、陰極基板２２０と陽極基板２７０の両端に所定の電圧を印加する電源部５１０と、出力される電圧および光源部２１０の光源電流を考慮して電源部５１０を制御する論理回路部５２０とをさらに含むことができる。論理回路部５２０は、光源部２１０からの変調された光源電流とこれによる高電圧電源部５１０の変調された高電圧電流が入力されて電源部５１０を制御するための制御信号を出力する。制御信号によって光放出素子２００が十分に本来の機能を発揮しなかったりその他の偶発的な事故が発生したりする場合、使用者が被害にあわないように高電圧を印加する電源部５１０の制御が可能である。すなわち、高電圧が変調される光源部の電流に応じて変調されなければ、高電圧が素子に印加されない。
【００４８】
また、論理回路部の制御信号によって光源部２１０から放射される第１光源の強度を調節することもできる。第１光源の強度が調節されれば、これに相応して第２光源の強度も調節することができる。第１光源の所定の調節範囲が与えられた電圧条件下で０％〜１００％範囲を有するとすれば、第２光の強度も与えられた電圧条件でこれに相応して０％〜１００％範囲で調節することができる。これだけでなく、制御信号によって赤色蛍光体、緑色蛍光体、および青色蛍光体それぞれに衝突する電子の流れを制御し、多様な波長領域帯が放出される第２光源の独立的な制御が可能となる。電源部５１０の印加される電圧が１２ｋＶ以上であり、Ｘ線を吸収する陽極基板を用いる場合、本発明の光放出素子２００はより一層高い効率と長い寿命を有することができる。また、電源部５１０および論理回路部５２０は、光放出素子２００の外部に装着されたり付着されたりする。
【００４９】
図６は、本発明に係る光放出素子に電源部と論理回路部が適用された例を示す図である。
図６を参照すれば、電源部５１０から出力されて変調された電圧と光源部２１０の変調された光源電流は、演算増幅器５２１と論理積素子（ＡＮＤゲート）５２２からなる論理回路部に入力され、論理回路部から所定の制御信号によって電源部５１０の印加される電圧を制御することができる。すなわち、ＡとＢに光源部の変調された矩形波と印加される高電圧の矩形波が同時に感知されることによって電源部５１０から高電圧が素子に印加され、Ａに矩形波が感知されなければ電源部５１０は作動せずに高電圧を素子に印加することができなくなる。上述した動作によって光放出素子２００が十分に本来の機能を発揮することができなかったり、その他の偶発的な事故が発生したりする場合、使用者が被害にあわないように電源部５１０の制御が可能である。
【００５０】
また、論理回路部によって光源部の光の強度を自動で調節して陰極基板２２０に流れる電流を一定に維持させ、光陰極の経年劣化を自動的に補償することができる。
図７および図８は、本発明の一実施形態に係る光放出素子の陰極基板部および陽極基板部の製造工程の流れを示す図である。
【００５１】
図７を参照すれば、本発明に係る光放出素子の陰極基板部を形成するために、まず陰極基板２２０を準備する（図７（ａ））。上述したように、陰極基板２２０は、外部から入射される光が適切に透過することができる商用化されたガラスを用いることができる。特に、紫外線領域の透過度が優れたシリカまたはＭｇＦ２などを用いることができる。この後、陽極基板２７０との一定した離隔のためのスペーサ３００を形成させる（図７（ｂ））。場合によっては、スペーサを形成させなくても良い。素子の面積が小さい場合がその例に該当する。次に、光陰極２４０が蒸着された金属マスク層２３０を陰極基板２２０上に結合させる（図７（ｃ））。金属マスクは、ＣＲＴ産業で用いるシャドーマスクと同一または類似した方法で製作する。所定の金属材質のパターンマスクによって金属マスク層２３０をエッチングし、パターンマスクのパターンを投映させる。エッチング工程の特性上、図７（ｃ）に示すように、等方的エッチング形態を示す。エッチングされた金属マスク層２３０の表面に物理気相蒸着法（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて光陰極２４０を形成させる。ここで、金属マスク層２３０と陰極基板２２０上に存在する残余光陰極を除去する追加的な工程をさらに含むこともできる。光陰極２４０の形成は物理および化学気相蒸着法に限定されるものではなく、その他の光陰極２４０の形成が可能な多様な方法を適用することができる。このように光放出素子２００の下部を形成した後に光放出素子２００の上部を製造する。その順は逆であっても可能である。
【００５２】
図８を参照すれば、光放出素子２００の陽極基板部を形成するために、まず陽極基板２７０を準備する（図８（ａ））。次に、陽極基板２７０に蛍光体２６０を塗布する（図８（ｂ））。蛍光体２６０は、選定された波長範囲を有する第２光を放出する蛍光体とすることができる。塗布された蛍光体２６０上にエマルジョン処理をし、アルミニウム４１０を蒸着する（図８（ｃ））。また、本発明に係る光陰極素子部をディスプレイ用の用途として用いようとする場合には、蛍光体２６０上にフォトリソグラフィまたはパターンマスクを用いたエッチング法を用いて所定のパターンを蛍光体２６０に投映させ、選定された画素領域を生成して光放出素子２００の上部を完成することもできる。蛍光体形成方法は上述した方法に限定されるものではなく、蛍光体形成が可能な多様な方法を適用することができる。
【００５３】
図７および図８で製造された光放出素子２００の陰極基板部および陽極基板部を結合して光源部を結合して光放出素子２００を製造する。
また、図７および図８は、平面発光の光放出素子を製造するための一実施形態を説明したものに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５４】
図９は、図７および図８に係る平面発光の光放出素子２００の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図９を参照すれば、図７および図８で詳述したように所定の工程を経て陽極基板部と陰極基板部を製造する（ステップ６１０）。製造された陽極基板部と陰極基板部を整列してシーリングさせた後（ステップ６２０）、陽極基板部と陰極基板部との間のパネル内部を排気させてパネル内部を真空に維持する（ステップ６３０）。真空排気後にキャッピングして真空パネルを完成させ（ステップ６４０）、陰極基板部に光源部を結合して光陰極素子部を完成するようになる（ステップ６５０）。光源部２１０は、従来の露光装置における超高圧水銀ランプまたはハロゲンランプなど光を発光する光源に限定されるものではなく、光を出すことができるランプ、装置、または素子であれば十分である。
【００５５】
また、本発明のさらに他の一実施形態に係る平面発光の光放出素子２００は、下記の過程を経て製造が可能である。まず、第１光を放射する光源部と大面積で接触する陰極基板を形成する。次に、陰極基板上に付着して構成され、反復的に多数の開口が構成された金属マスク層を形成させ、金属マスク層の表面に形成され、第１光を受光して電子を放出する光陰極を形成する。この後、陰極基板と対向する一面に離隔して構成される陽極基板を形成させ、陽極基板の下部に構成され、前記放出された電子が衝突すれば第２光を発光する蛍光体を形成させて平面発光の光放出素子を製造することもできる。
【００５６】
上述した平面発光の光放出素子は、親環境的な無水銀平面光源であり、照明産業だけではなく、その他の多様な産業分野に用いることができる。
図１０は、本発明の一実施形態に係る露光装置の断面を示す図である。図１０を参照すれば、本発明の露光装置は、図２で述べた光放出素子２００を含み、第２光２９０によって被露光体１００上にパターンマスク１２０のパターンを投映し、第２光の光軸は被露光体の表面と垂直である平行光であることを特徴とする。すなわち、第２光は、被露光体の表面に垂直に入射するようになる。図１０において、光放出素子２００とパターンマスク１２０との間は、第２光の放射を表現するために多少離隔したように示されているが、実質的には大略近接した形態である。
【００５７】
図２で詳述したように、第２光２９０が本発明における露光のための実質的な光源として作用をし、蛍光体の選択に応じてｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、およびｇ線（４３６ｎｍ）だけでなく、多様な波長範囲を有する第２光２９０の放射が可能であるため、パターンマスク上の多様な微細パターンを被露光体に投映することが可能となる。
【００５８】
上述した露光装置は、半導体素子製造の用途に限定されるものではなく、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などのフラットパネルディスプレイ装置（ＦＰＤ）産業、ＰＣＢ産業、ＭＥＭＳ分野、および紫外線硬化機産業、紫外線洗浄機産業分野に広く用いることができる。
【００５９】
また、本発明の露光装置によって露光工程が実行されれば、各種ミラーおよびレンズが必要なくなり、低い設備製造費用、最小化された設備規模を有する露光装置を提供することができる。
【００６０】
さらに、本発明の露光装置は、被露光体１１０を装着するステージをさらに含むことができる。ステージは、光放出素子に接触して位置するようになるため、露光される有効面積内の照度が増加してパターン品質を向上させ、パターン形成のための短い露光時間および露光効率を高めることができるという長所がある。
【００６１】
図１１は、本発明のさらに他の一実施形態に係る露光装置の断面を示す図である。図１１を参照すれば、本発明に係る露光装置は、図２で上述した光放出素子２００またはインテグレータレンズ１７０を含む。インテグレータレンズ１７０は、光放出素子２００とフォトレジスト１１０が塗布された被露光体１００との間に位置し、光放出素子２００から放射された第２光を光軸に平行に進むようにする。すなわち、本発明の露光装置は、投射型方式で被露光体を露光することもできる。インテグレータレンズ１７０は、上述したように、小さいサイズの単位球面レンズの組み合わせで構成された多重のレンズアレイで構成されるが、１次レンズ１７０ａと２次レンズ１７０ｂとで構成され、１次レンズ１７０ａの単位球面レンズに入射される第２光はまた光軸が一致する２次レンズ１７０ｂの単位球面レンズを通過した後に出射される。インテグレータレンズ１７０を通過した第２光は、光の平行性が維持されるため、他のミラーやレンズが必要ない最小化された光学システムを有する露光装置の実現が可能となる。
【００６２】
インテグレータレンズ１７０は、第２光の平行性や被露光体と光放出素子との相対的距離により、少なくとも１つ以上とすることができる。また、少なくとも１つ以上のインテグレータレンズ１７０を有する場合、パターンマスク１２０は、インテグレータレンズ１７０あるいは被露光体１００に近接した場所に位置することもできる。図１１では、パターンマスク１２０は、インテグレータレンズ１７０の間に位置した場合を示している。
【００６３】
また、本発明に係る露光装置は、被露光体を装着するステージをさらに含むことができる。この場合、インテグレータレンズ１７０は、第２光を被露光体が装着されたステージに集光させる。
【００６４】
本発明によれば、各種ミラーおよびレンズが必要ない最小化された光学システム構造を有するように平面発光の光放出素子を含む露光装置が提供される。
また、本発明によれば、放出された電子と蛍光体を衝突させて出る光を用いた親環境的な無水銀平面光源素子が提供される。
【００６５】
また、本発明によれば、消費電力が少なく、ＵＶ密度が高い無水銀平面光源であり、全面発光または選択発光が可能なＵＶ硬化機が提供される。
また、本発明によれば、放出された電子と蛍光体を衝突させて光を出して映像を生成し、低消費電力、優れた映像色感を有する次世代ディスプレイとしての光放出素子が提供される。
【００６６】
また、本発明によれば、広視野角、高速応答、薄型軽量、高精密度を有する輝度寿命特性の優れたＦＰＤとしての理想的な性能を有する光放出素子部が提供される。
また、本発明によれば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）蛍光体を用いて赤色、緑色、青色の三原色光を個別的に出したり三原色を合わせて白色の光を出したりし、消費電力が極めて少ないＬＣＤバックライトとして理想的な性能を有する光放出素子部が提供される。
【００６７】
また、本発明によれば、従来の露光装置が有する電力消耗が多いという短所を改善して電力消耗が少ない露光装置が提供されると共に、少ない予熱時間により経済性と生産収率を高めることができる。
【００６８】
また、本発明によれば、低い設備製造費用、最小化された設備規模を有する光放出素子を含む露光装置が提供される。
また、本発明は、露光される有効面積内の照度増加によるパターン品質を向上させ、パターン形成のための短い露光時間を有し、大きい露光面積を支援して露光効率を高めることができる露光装置が提供される。
【００６９】
さらに、本発明は、ＦＰＤ、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）のような従来の光放出素子に比べ、光放出において優れた均一性を有する平面発光の光放出素子を提供する。
上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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