(57)【要約】【課題】本発明は、電界放出表示装置とその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の下板は、基板上に形成されるカソード電極と、前記カソード電極上に形成される拡散バリア層と、  前記拡散バリア層上に形成されるシード金属層と、前記シード金属層のグレーンの上で単結晶に成長されたカーボンナノチューブと前記カーボンナノチューブを覆うように、前記カソード電極、前記拡散バリア層、及び前記シード金属層が形成された基板上に形成されるゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極を含む。【選択図】図８
2014500593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部基板上に形成されたアノード電極と蛍光体を含む上板、真空空間ギャップを挟んで前記の上板と対向して下部基板上に形成された複数の薄膜パターンを含む下板、および前記の上板と、前記下板との間に配置され、前記真空空間ギャップを維持するスペーサを含む電界放出表示装置において、
前記下板は、
モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの合金のいずれか１つ以上の金属を含み基板上に形成されるカソード電極と、
チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコン化合物のいずれか、またはその混合物を含み前記カソード電極上に形成される拡散バリア層と、
ニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）の内いずれか１つで前記拡散バリア層上に形成され、粒状化されたグレーンを含むシード金属層と、
前記シード金属層のグレーンの上で単結晶に成長されたカーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブを覆うように、前記カソード電極、前記拡散バリア層、及び前記シード金属層が形成された基板上に形成されるゲート絶縁層と、
モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの合金のいずれかの１つ以上の金属を含み前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極を含み、
前記ゲート電極内のゲートホールを介して前記カーボンナノチューブの上部が露出されることを特徴とする電界放出表示装置。
【請求項２】
前記拡散バリア層が前記シリコン（Ｓｉ）と前記シリコン化合物のいずれか１つで前記カソード電極と前記ゲート電極との間に形成されると、
前記シード金属層は、ニッケルシリサイドを含むことを特徴とする、請求項１記載の電界放出表示装置。
【請求項３】
前記拡散バリア層と、前記シード金属層が積層されたパターンは、前記ゲートホールの下にのみ形成されることを特徴とする、請求項１記載の電界放出表示装置。
【請求項４】
前記拡散バリア層と、前記シード金属層が積層されたパターンは、前記ゲートホールとその周辺領域を含む画素領域に形成されることを特徴とする、請求項１記載の電界放出表示装置。
【請求項５】
前記カソード電極の厚さは１０００Å〜４０００Åの間の厚さであり、
前記拡散バリア層の厚さは４００Å〜４０００Åの間の厚さであり、
前記シード金属層の厚さは５０Å〜４００Åの間の厚さであり、
前記カーボンナノチューブの高さは２μｍ〜２０μｍの間の高さであり、
前記ゲート絶縁層の厚さは０．２μｍ〜２０μｍの間の厚さであり、
前記ゲート電極の厚さは１０００Å〜４０００Åの間の厚さであり、
前記カーボンナノチューブを覆われた前記ゲート絶縁層により前記カーボンナノチューブが密集しているカーボンナノチューブ束の部分の誘電率と、前記カーボンナノチューブの束の周りでカーボンナノチューブがない部分の誘電率が２〜８程度で、実質的に同一のことを特徴とする、請求項１記載の電界放出表示装置。
【請求項６】
前記ゲートホールの下で、前記ゲート絶縁層の上部が前記ゲート絶縁層の厚さの１／２以下の深さで除去され、
前記カーボンナノチューブの最上部は、前記ゲート絶縁層の最も厚い部分の表面以下に位置することを特徴とする、請求項１記載の電界放出表示装置。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブは、円錐状の構造と円筒状の構造のいずれかの構造で、前記シード金属層上で垂直に立てられたことを特徴とする、請求項１記載の電界放出表示装置。
【請求項８】
前記スペーサは、
ガラスとセラミックのいずれか１つを主成分とし、マトリックスの形に配置された開口孔を含み、
前記スペーサの開口孔のそれぞれのピッチは、前記下板にマトリックスの形で配置された画素または副画素のピッチと実質的に同一のことを特徴とする、請求項１記載の電界放出表示装置。
【請求項９】
前記上部基板、前記下部基板と、前記スペーサは、同じ材料と同じ厚さを有することを特徴とする、請求項８記載の電界放出表示装置。
【請求項１０】
前記スペーサは、
前記開口孔を区画するための隔壁と、
前記隔壁に所定の深さに形成され、排気路を形成する排気溝を含むことを特徴とする、請求項８記載の電界放出表示装置。
【請求項１１】
上部基板上に形成されたアノード電極と蛍光体を含む上板、真空空間ギャップを挟んで前記の上板と対向して下部基板上に形成された複数の薄膜パターンを含む下板、及び前記の上板と、前記の下板との間に配置され、前記真空空間ギャップを維持するスペーサを含む電界放出表示装置の製造方法において、
前記下板の製造方法は、
モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの合金の１つ以上の金属を含むカソード電極を基板上に形成し、前記カソード電極をパターニングするステップと、
チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコン化合物のいずれか１つ、またはその混合物を含む拡散バリア層を前記カソード電極上に形成し、ニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）のいずれか１つを含むシード金属層を前記拡散バリア層上に形成するステップと、
前記の拡散バリア層と、前記シード金属層をパターニングするステップと、
前記カソード電極、前記拡散バリア層と、前記シード金属層を含む前記基板をＤＣ
ＰＥＣＶＤ装備のチャンバー内に投入し前記基板の温度を３５０℃〜６００℃の温度に加熱し、前記チャンバ内にプラズマエネルギーを２Ｗ／ｃｍ３〜４０Ｗ／ｃｍ３レベルに印加して、前記シード金属層に粒状化されたグレーンを形成するステップと、
前記基板の温度を３５０℃〜６００℃の温度に維持し、前記チャンバ内にプラズマエネルギーを２Ｗ／ｃｍ３〜４０Ｗ／ｃｍ３レベルに維持した状態で炭化水素を含むＣＮＴ合成原料ガスと、アンモニア（ＮＨ３）、４塩化炭素（ＣＣｌ４）、４フッ化炭素（ＣＦ４）、及び３フッ化窒素（ＮＦ３）の内の少なくともいずれか１つを含むドライエッチング反応ガスを前記チャンバ内に供給して前記シード金属層のグレーンの上にカーボンナノチューブを単結晶構造へと成長させるステップと、
前記カソード電極、前記拡散バリア層、及び前記シード金属層が形成された基板上に有機絶縁物質と無機絶縁物質のいずれか１つを含むゲート絶縁層を形成し、前記カーボンナノチューブを前記ゲート絶縁層で埋設するステップと、
モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの合金のいずれか１つ以上の金属を含むゲート電極を前記ゲート絶縁層上に形成し、前記ゲート電極をパターニングして前記カーボンナノチューブの最上部が露出されるゲートホールを形成するステップを含むことを特徴とする電界放出表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記カーボンナノチューブを単結晶構造に成長させるステップは、
前記ＣＮＴの合成原料ガスと前記ドライエッチング反応ガスを所定の時間間隔で交互に前記チャンバ内に供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１１記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項１３】
前記カーボンナノチューブを単結晶構造に成長させるステップは、
前記ＣＮＴの合成原料ガスと前記ドライエッチング反応ガスを同時に供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１１記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ゲート絶縁層を形成した後、前記カーボンナノチューブの最上部の前記ゲート絶縁層の最も厚い部分の表面の以下に位置するように前記ゲート絶縁層の上に突出したカーボンナノチューブをエッチングするステップと、
前記カーボンナノチューブを完全に覆うように１０００Å〜１０μｍ程度の厚さに第２ゲート絶縁層を前記ゲート絶縁層上に追加コーティングするステップと、
前記ゲート電極と前記ゲートホールをマスクにして前記ゲートホールの下に位置する前記ゲート絶縁層の上部の一部を、前記ゲート絶縁層の厚さの１／２以下の深さで除去するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１１記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項１５】
前記カソード電極の厚さ歯１０００Å〜４０００Åの間の厚さであり、
前記拡散バリア層の厚さは４００Å〜４０００Åの間の厚さであり、
前記シード金属層の厚さは５０Å〜４００Åの間の厚さであり、
前記カーボンナノチューブの高さは２μｍ〜２０μｍの間の高さであり、
前記絶縁層の厚さは０．２μｍ〜２０μｍの間の厚さであり、
前記ゲート電極の厚さは１０００Å〜４０００Åの間の厚さであり、
前記カーボンナノチューブを覆われた前記ゲート絶縁層により前記カーボンナノチューブが密集しているカーボンナノチューブ束の部分の誘電率と、前記カーボンナノチューブの束の周りでカーボンナノチューブがない部分の誘電率が２〜８程度で、実質的に同一のことを特徴とする、請求項１１記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項１６】
前記拡散バリア層と、前記シード金属層をパターニングするステップは、
前記シード金属層上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー工程を実施してフォトレジストパターンを前記シード金属層上に形成し、前記拡散バリア層と前記シード金属層をパターニングするステップを含むことを特徴とする、請求項１１記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項１７】
前記カーボンナノチューブを単結晶構造に成長させるステップは、
前記フォトレジストパターンが残留した状態で、前記シード金属層上にカーボンナノチューブを単結晶構造に成長させるステップを含むことを特徴とする、請求項１６記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項１８】
前記スペーサは、
ガラスとセラミックのいずれか１つを主成分とし、マトリックスの形に配置された開口孔を含み、
前記スペーサの開口孔のそれぞれのピッチは、前記下板にマトリックスの形で配置された画素または副画素のピッチと実質的に同一のことを特徴とする、請求項１１記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項１９】
前記上部基板、前記下部基板と、前記スペーサは、同じ材料と同じ厚さを有することを特徴とする、請求項１８記載の電界放出表示装置の製造方法。
【請求項２０】
前記スペーサは、
前記開口孔を区画するための隔壁と、
前記隔壁に所定の深さに形成され、排気路を形成する排気溝を含むことを特徴とする、請求項１８記載の電界放出表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源として作用するカーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube、ＣＮＴ）を含む電界放出表示装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出表示装置（ＦＥＤ）は、カソード電極上に一定の間隔で配列された電子放出源（Field Emitter）とゲート電極の間に電界を形成し、電子放出源からの電子の放出を制御し、この電子をアノード電極上の蛍光物質に衝突させることにより画像を表示する。
【０００３】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、仕事関数（Work function）が非常に低く、シャープ（Sharpness）の構造を有してあるため、電界放出表示装置の電子放出源として検討されてきた。カーボンナノチューブの合成方法は、電気放電法（arc-discharge）、レーザー蒸着法（laser vaporization）、熱分解法（pyrolysis）などがあり、このような方法は、カーボンナノチューブを合成した後、高純度を得るために、複雑な精製過程を経なければならず、構造制御と垂直成長が難しい。最近では、カーボンナノチューブを垂直配向に合成することができる化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）が開発されている。ＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法で区別することができる。今まで知られているＣＶＤ法でも６００℃以下の低温でカーボンナノチューブを安定の構造でカーボンナノチューブを合成することが困難であるため、表示装置で主に使用される低価格のガラス基板上で安定した構造のカーボンナノチューブを成長させることができなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような問題点を解決するため、本発明は、低温で単結晶構造のカーボンナノチューブを安定的に垂直成長させることができ、カーボンナノチューブから電子が放出するようにするしきい値電圧を低下することができる構造の電界放出表示装置とその製造方法を提供する。
【０００５】
本発明の電界放出表示装置は、上部基板上に形成されたアノード電極と蛍光体を含む上板、真空空間ギャップを挟んで前記の上板と対向して下部基板上に形成された複数の薄膜パターンを含む下板と前記上板と、前記下板との間に配置され、前記真空空間ギャップを維持するスペーサを含む。
【０００６】
前記下板は、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの合金のいずれか１つ以上の金属を含む基板上に形成されるカソード電極、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコン化合物のいずれか１つ、またはその混合物を含む前記カソード電極上に形成される拡散バリア（Barrier）層と、ニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）のうちいずれか1つで前記拡散バリア層上に形成され、粒状化されたグレーンを含むシード金属層と、前記シード金属層のグレーンの上で単結晶に成長されたカーボンナノチューブと前記カーボンナノチューブを覆うように、前記カソード電極、前記拡散バリア層、及び前記シード金属層が形成された基板上に形成されるゲート絶縁層と、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの合金のいずれかの１つ以上の金属を含む前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極を含む。前記ゲートホールを介して前記カーボンナノチューブの上部が露出される。
【０００７】
前記下板の製造方法は、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの合金のいずれか１つ以上の金属を含むカソード電極を基板上に形成し、前記カソード電極をパターニングするステップと、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコン化合物のいずれか１つ、またはその混合物を含む拡散バリア層を前記カソード電極上に形成し、ニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）のいずれか１つを含むシード金属層を前記拡散バリア層上に形成するステップと、前記拡散バリア層と、前記シード金属層をパターニングするステップと、前記カソード電極、前記拡散バリア層と、前記シード金属層を含む、前記基板をＤＣ
ＰＥＣＶＤ装備のチャンバー内に投入して前記基板の温度を３５０℃〜６００℃の温度に加熱し、前記チャンバ内にプラズマエネルギーを２Ｗ／ｃｍ３〜４０Ｗ／ｃｍ３レベルに印加して、前記シード金属層に粒状化されたグレーンを形成するステップと、前記基板の温度を３５０℃〜６００℃の温度に保持し、前記チャンバ内にプラズマエネルギーを２Ｗ／ｃｍ３〜４０Ｗ／ｃｍ３レベルに維持した状態で炭化水素を含むＣＮＴ合成原料ガスと、アンモニア（ＮＨ３）、４塩化炭素（ＣＣｌ４）、４フッ化炭素（ＣＦ４）、及び３フッ化窒素（ＮＦ３）の内の少なくともいずれか１つを含むドライエッチング反応ガスを前記チャンバ内に供給して前記シード金属層のグレーンの上にカーボンナノチューブを単結晶構造に成長させるステップと、前記カソード電極、前記拡散バリア層、及び前記シード金属層が形成された基板上に有機絶縁物質と無機絶縁物質のいずれか１つを含むゲート絶縁層を形成し、前記カーボンナノチューブを前記ゲート絶縁層に埋め込むステップと、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらの合金のいずれかの１つ以上の金属を含むゲート電極を前記ゲート絶縁層上に形成し、前記ゲート電極をパターニングして前記カーボンナノチューブの最上部が露出されるゲートホールを形成するステップを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電界放出表示装置とその製造方法は、材料の無駄を最小限に抑え、親環境的なスペーサーの製造工程を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＤＣ  ＰＥＣＶＤ装備を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブの合成方法をステップ的に示すフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施形態に係るカーボンナノチューブの合成方法をステップ的に示すフローチャートである。
【図４Ａ】カーボンナノチューブの成長過程をステップ的に示す断面図である。
【図４Ｂ】カーボンナノチューブの成長過程をステップ的に示す断面図である。
【図４Ｃ】カーボンナノチューブの成長過程をステップ的に示す断面図である。
【図５】単結晶カーボンナノチューブが円筒状の構造に成長さる例を示す斜視図である。
【図６】単結晶カーボンナノチューブが円錐状の構造に成長される例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電界放出表示装置の下板の電極構造の一部を示す平面図である。
【図８】図７の線“Ｉ−Ｉ”に沿って切り取りして、本発明の第１実施形態に係る電界放出表示装置の断面構造を示す断面図である。
【図９Ａ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図９Ｂ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図９Ｃ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図９Ｄ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図９Ｅ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図９Ｆ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図１０Ａ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法で、フォトレジスト層がシード金属層上に残留した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法をステップ的に示す断面図である。
【図１０Ｂ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法で、フォトレジスト層がシード金属層上に残留した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法をステップ的に示す断面図である。
【図１０Ｃ】図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法で、フォトレジスト層がシード金属層上に残留した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法をステップ的に示す断面図である。
【図１１】図７の線“Ｉ−Ｉ”に沿って切り取りして、本発明の第２実施形態に係る電界放出表示装置の下板の断面構造を示す断面図である。
【図１２Ａ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図１２Ｂ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図１２Ｃ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図１２Ｄ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図１２Ｅ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図１２Ｆ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【図１３Ａ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法で、フォトレジスト層がシード金属層上に残留した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法をステップ的に示す断面図である。
【図１３Ｂ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法で、フォトレジスト層がシード金属層上に残留した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法をステップ的に示す断面図である。
【図１３Ｃ】図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法で、フォトレジスト層がシード金属層上に残留した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法をステップ的に示す断面図である。
【図１４】図３のようなカーボンナノチューブの合成方法の実験結果として円錐状の構造に成長した単結晶カーボンナノチューブを示す走査型電子顕微鏡（Scaning Electron Microscope、ＳＥＭ）の画像である。
【図１５】図３のようなカーボンナノチューブの合成方法の実験結果として円錐状の構造に成長した単結晶カーボンナノチューブを示す走査型電子顕微鏡の画像である。
【図１６】本発明の実施形態に係る電界放出表示装置の上板、下板とスペーサーを分解して示す断面図である。
【図１７】図１６の上板、下板とスペーサーを分解して示す斜視図である。
【図１８Ａ】本発明の実施形態に係るスペーサの様々な構造を示す平面図である。
【図１８Ｂ】本発明の実施形態に係るスペーサの様々な構造を示す平面図である。
【図１８Ｃ】本発明の実施形態に係るスペーサの様々な構造を示す平面図である。
【図１９Ａ】本発明の実施形態に係るスペーサに形成された排気路を示す図である。
【図１９Ｂ】本発明の実施形態に係るスペーサに形成された排気路を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態に係るスペーサの製造方法を示すフローチャートである。
【図２１】図２０に示されたスペーサの製造方法を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施形態に係るスペーサの製造方法に適用することができる非等方性ウェットエッチング方法の一例を示す断面図である。
【図２３】図２２に示した非等方性ウェットエッチング方法を処理する装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。明細書全体にかけて同一の参照番号は実質的に同一の構成要素を意味する。以下の説明で、本発明に関する公知の機能や構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明確なことができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
【００１１】
本発明は、ＴＦＴ  ＬＣＤ生産ラインでも適用しているＰＥＣＶＤ装備を改造したＣ  ＰＥＣＶＤを利用して、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を垂直成長させることができる。一方、既存のＲＦ  ＰＥＣＶＤ工程でカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を成長させると、チャンバー内の電界の極性が周期的に反転される。その結果、既存のＲＦ  ＰＥＣＶＤ工程でカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を成長させるとカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が垂直にまっすぐに成長されず、らせん状またはツイスト形で成長し、しきい値電圧が高くなり、電子放出効率が落ちる。
【００１２】
本発明は、図１のようなＤＣ  ＰＥＣＶＤの装備を利用して、６００℃以下の温度からのガラスの基板、プラスチック製の基板、金属製の基板のの内、いずれか１つ基板上にのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を垂直成長させる。ＤＣ  ＰＥＣＶＤ装備は、ＤＣ電界をチャンバ内に印加するための陽極（ＰＥ）と陰極（ＮＥ）、基板の温度を高めるためのヒータ（ＨＴ）、反応ガスを注入するための反応ガス供給部などを含む。基板（ＳＵＢＳＬ）は、陰極板（ＮＥ）に置かれる。
【００１３】
ＤＣ  ＰＥＣＶＤ装備は、ヒーター（ＨＴ）に電流を供給し、３５０℃〜６００℃程度で基板（ＳＵＢＳＬ）を加熱して、このような熱エネルギーの雰囲気でチャンバー（ＣＨ）内に直流（ＤＣ）電界を印加してプラズマエネルギーを発生する。ＤＣ  ＰＥＣＶＤ装備は、基板（ＳＵＢＳＬ）を加熱して基板（ＳＵＢＳＬ）上に形成されたシード金属を結晶化した後、炭化水素系のＣＮＴ合成原料ガスと、多結晶/非晶質炭素残渣をドライエッチングするためのドライエッチング反応ガスを交互に供給するか、そのガスを同時にチャンバ（ＣＨ）内に供給し、単結晶構造のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を基板（ＳＵＢＳＬ）から垂直に成長させる。
【００１４】
このようなカーボンナノチューブの合成方法を図２〜図４Ｃを結びつけて詳細に説明する。
【００１５】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブの合成の方法をステップ的に示すフローチャートである。
【００１６】
図２、及び図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、本発明は、図４Ｃに示すように基板（ＳＵＢＳＬ）上にカソード金属を蒸着した後、そのカソードの金属をパターニングしてカソード電極（ＣＥ）を基板（ＳＵＢＳＬ）上に形成した後、拡散バリア物質とシード金属を順次形成した後、その拡散バリア物質とシード金属を一括パターニングして拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）を形成する。（Ｓ１〜Ｓ３）
拡散バリア物質とシード金属が一括パターニングされるため、図２でＳ２とＳ３ステップは、実質的に同時に行われる。
【００１７】
基板（ＳＵＢＳＬ）は、大面積で製造することが容易で、低コストで製作することができるガラス基板、プラスチック基板、金属基板のいずれか１つを選択することができる。カソード金属はモリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、またはそれらの合金のいずれか１つの金属を含み、約１０００Å〜４０００Åの間の厚さで基板（ＳＵＢＳＬ）上に形成される。シード金属は、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、またはそれらの合金のいずれか１つ以上の金属を含み、５０Å〜４００Åの間の厚さで拡散バリア物質上に形成される。
【００１８】
拡散バリア物質は、カソード金属とシード金属の間に形成されシード金属が拡散されない金属、例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）のいずれか１つ以上の金属またはそれらの合金、またはシリコン（Ｓｉ）やシリコン化合物を含み、約４００Å〜４０００Åの間の厚さでカソード金属上に形成される。拡散バリア物質としてシリコンやその化合物を使用すると、拡散バリア物質の厚さは約４００Å〜２０００Å程度が適当である。一方、シード金属が拡散バリア物質なしでカソードの金属と直接接触すると、シード金属の原子がカソード金属に拡散して、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の成長工程時間が長くなり、シード金属がほとんど残らないようになることができる。
【００１９】
本発明の製造方法は、６００℃以下の温度でカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を基板（ＳＵＢＳＬ）上に成長させるために、所定の温度に基板を加熱してカソード金属を結晶化した後、Ｃ２Ｈ２、Ｃ４Ｈ４、ＣxＨyなどのような炭化水素系のＣＮＴ合成原料ガスをチャンバー内に供給してシード金属層（ＳＥＥＤ）上に単結晶構造のカーボンナノチューブ束を垂直に成長させる（Ｓ４）カーボンナノチューブの束は、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が密集している部分を意味する。後述するように、カーボンナノチューブの束には、ゲート絶縁層が埋め立てられ、従来の技術に比べて誘電率の値が上昇して電子放出が可能なしきい値電圧を低下することができる。
【００２０】
本発明は、６００℃以下の温度でカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を基板（ＳＵＢＳＬ）上に成長させるために、単結晶構造のカーボンナノチューブ蒸着時に発生する多結晶または非晶質炭素残渣をアンモニア（ＮＨ３）、４塩化炭素（ＣＣｌ４）、４フッ化炭素（ＣＦ４）、及び３フッ化窒素（ＮＦ３）の内の少なくともいずれか１つを含むドライエッチング反応ガスをＣＮＴの合成原料ガスと交互に供給して多結晶/非晶質炭素残渣を除去する。（Ｓ５〜Ｓ７）
【００２１】
Ｓ４ステップは、シード金属層（ＳＥＥＤ）の粒状化（granulation）工程である。Ｓ４ステップは、ヒーター（ＨＴ）に電流を供給し、基板温度を３５０℃〜６００℃のレベルに維持した状態でＤＣ電界をチャンバー（ＣＨ）内に印加してチャンバー（ＣＨ）内にプラズマエネルギーを２Ｗ／ｃｍ３〜４０Ｗ／ｃｍ３レべルに印加する。Ｓ４ステップでＣＮＴの合成原料ガスは、チャンバ（ＣＨ）内に供給されない。Ｓ４ステップで、シード金属層（ＳＥＥＤ）には、再結晶化の過程で図４Ｂに示すように、カーボンナノチューブは単結晶に成長することができるグレーン（Ｇｒａｉｎ、ＧＲ）が形成される。グレーン（ＧＲ）は、結晶粒界（Grain boundary）を挟んで互いに近接する。グレーン（ＧＲ）の表面は、炭素原子とよく結合することができる分子構造を有するようになる。
【００２２】
Ｓ５のステップでは、ＤＣ  ＰＥＣＶＤ装備にＣＮＴ合成原料ガスが供給される。プラズマエネルギーによって分解されたＣＮＴ合成原料ガスの炭素原子は、シード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上に蒸着される。その結果、Ｓ５のステップでシード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上で単結晶構造のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が垂直に成長される。これと同時に、希望しないが、工程上で必然的にシード金属層（ＳＥＥＤ）上に炭素原子がシード金属層（ＳＥＥＤ）の原子と不整合を起こして多結晶（Polycrystalline）または非晶質（Amorphous）カーボン残渣がシード金属層（ＳＥＥＤ）上に蒸着される。このような多結晶/非晶質炭素残渣は、６００℃以下の低温で単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の成長を阻害する要素として作用する。本発明は、ＣＮＴ合成原料ガスとドライエッチング反応ガスをＤＣ
ＰＥＣＶＤ装備に所定の時間差を置いて交互に供給して炭素原子の蒸着工程とドライエッチング工程を交互に実施する。（Ｓ５及びＳ６）、例えば、炭素原子の蒸着工程とドライエッチング工程は、約１０秒程度の間隔で交互に行うことができる。
【００２３】
Ｓ４〜Ｓ７のステップでの基板温度は３５０℃〜６００℃のレベルに維持されチャンバー（ＣＨ）内のプラズマエネルギーは２Ｗ／ｃｍ３〜４０Ｗ／ｃｍ３レベルに維持される。プラズマエネルギーが４０Ｗ/ｃｍ３より高いとアーク（Ａｒｃ）放電が起きるようになり、プラズマエネルギーが２Ｗ/ｃｍ３よりも低い場合は、ＣＮＴ合成原料ガス中の炭素原子がうまく分解されず、ＣＮＴ合成原料ガスの凝集で生成されたパーティクル（particle）が基板上に残留することができる。
【００２４】
Ｓ６ステップのドライエッチング工程では、シード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上に蒸着された単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に比べて、原子間の結合力が弱い多結晶/非晶質炭素残渣がドライエッチング反応ガスのによってさらに容易に分解され、外部に排気されて単結晶カーボンナノチューブは、シード金属層（ＳＥＥＤ）で残留される。
【００２５】
Ｓ５とＳ６ステップは、図４Ｃに示すように単結晶に成長されるカーボンナノチューブの高さが所望する目標値に到達するまで繰り返される。（Ｓ５〜Ｓ７）単結晶カーボンナノチューブが目標値ほど成長すると、後工程で移行される。
【００２６】
以上で注意深く見たように、本発明のカーボンナノチューブの合成方法は、Ｓ４ステップのシード金属粒状化工程と、Ｓ６ステップの多結晶/非晶質炭素残渣を除去するためのドライエッチング工程を実施することにより、６００℃以下の温度で単結晶構造のカーボンナノチューブを垂直成長させることができる。
【００２７】
図３は、本発明の第２実施形態に係るカーボンナノチューブの合成方法をステップ的に示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係るカーボンナノチューブの合成方法でＳ１〜Ｓ４ステップは、前述した第１実施形態と実質的に同じなので、それに対する詳細な説明を省略する。
【００２８】
本発明の第２実施形態に係るカーボンナノチューブの合成方法は、Ｓ４ステップの後にＳ２１のステップでＣＮＴ合成原料ガスとドライエッチング反応ガスをＤＣ  ＰＥＣＶＤ装備のチャンバー（ＣＨ）内に同時に投入する。Ｓ４〜Ｓ２２ステップでの基板温度は３５０℃〜６００℃のレベルに維持されてチャンバー（ＣＨ）内のプラズマのエネルギーは２Ｗ／ｃｍ３〜４０Ｗ／ｃｍ３レベルに維持される。
【００２９】
Ｓ２１ステップでは、ＣＮＴ合成原料ガスはプラズマエネルギーによって分解され、炭素原子がシード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上で蒸着されグレーン（ＧＲ）で単結晶カーボンナノチューブが垂直成長と同時に、シード金属層（ＳＥＥＤ）上に堆積された多結晶/非晶質分不純物がドライエッチング反応ガスと反応して分解され、外部に排気される。図４Ｃに示すように単結晶で成長されるカーボンナノチューブの高さが所望の目標値に到達するまで、Ｓ２１ステップの工程が持続される。（Ｓ２１とＳ２２）単結晶カーボンナノチューブが目標値ほど成長すると、後工程に移行される。
【００３０】
本発明の第２実施形態に係るカーボンナノチューブの合成方法は、Ｓ２１とＳ２２ステップのように単結晶カーボンナノチューブの成長と多結晶/非晶質炭素残渣の除去が同時に処理されるため、前述した第１実施形態に比べて、工程時間を短縮させることができる。
【００３１】
第１及び第２実施形態のそれぞれの拡散バリア層（ＢＡＲ）として、シリコンやシリコン化合物を使用し、シード金属層（ＳＥＥＤ）としてニッケル層を形成し、Ｓ４ステップを行うと、ニッケルとその下部のシリコンが反応して図４Ｃのようにシード金属層（ＳＥＥＤ）にニッケルシリサイド（Nickelsilicide、ＮＳＩ）が形成される。ニッケルシリサイド（ＮＳＩ）の層のグレーン（ＧＲ）は、単結晶カーボンナノチューブのシードとして作用する。ニッケルシリサイド（ＮＳＩ）上で単結晶カーボンナノチューブが成長すると、その単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、図５のように円錐状の構造でシード金属層（ＳＥＥＤ）上に垂直に成長される。このように単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が円錐状の構造に成長すると比較的低い電圧でも電子が放出できるので円筒状カーボンナノチューブに比べて電子放出効率がさらに高く、電子を放出させるためのしきい値電圧が低くなる。拡散バリア層（ＢＡＲ）としてシリコン膜外に、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）を使用すると、単結晶構造のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が図６のように円筒状の構造に成長される。したがって、電子放出効率としきい値電圧を考慮する時、拡散バリア層（ＢＡＲ）として、シリコンやシリコン化合物がさらに好ましい。一方、拡散バリア層（ＢＡＲ）として、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、シリコンやシリコン化合物のいずれを適用してもシード金属がカソード金属に拡散する現状を防止することができるため、拡散バリア層（ＢＡＲ）は、シリコンやシリコン化合物に限定されないことに注意しなければならない。
【００３２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の成長後の後工程（図２のＳ８、図３のＳ２３）を含む電界放出表示装置の下板の製造方法について説明する。本発明の電界放出表示装置の下板の構造は、前述したカーボンナノチューブの合成方法で形成されたカーボンナノチューブを含む、様々な構造で実現することができる。
【００３３】
図７は、本発明の実施形態に係る電界放出表示装置の下板の電極構造の一部を示す平面図である。図８は、図７の線“Ｉ−Ｉ”に沿って切り取りした下板の断面構造を示す断面図である。
【００３４】
図７及び図８を参照すると、本発明の電界放出表示装置は、真空状態の電子放出領域（ＥＳＰ）を挟んで対向する上板と下板を含む。上板と下板は、電子放出領域を挟んでシーラント（Sealant）で気密封止する。電子放出領域（ＥＳＰ）の真空度は約１０−５〜１０−７  ｔｏｒｒであり得る。
【００３５】
画素領域（ＰＩＸ）には、複数のゲートホール（ＧＨＡＬＬ）が存在し、そのゲートホールのそれぞれに複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むカーボンナノチューブ束が形成されている。したがって、本発明は、画素領域内で一部カーボンナノチューブに問題があっても画素不良がほとんど発生しないため、歩留まりを向上させることができ、駆動の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
上板は、上部基板（ＳＵＢＳＵ）に形成されたアノード電極（ＡＥ）、アノード電極を覆う蛍光体（PHOS）を含む。アノード電極は、約４ｋＶ〜１２ｋＶ程度の量の電圧が印加される。上板の構造とその製造方法は、従来の電界放出表示装置と実質的に同じなので、それに対する詳細な説明を省略する。以下では、下板構造とその製造方法について説明する。
【００３７】
下板は、下部基板（ＳＵＢＳＬ）に積層されたカソード電極（ＣＥ）、拡散バリア層（ＢＡＲ）、シード金属層（ＳＥＥＤ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ゲート絶縁層（ＧＩ）、ゲート電極（ＧＥ）などを含む。上部基板（ＳＵＢＳＵ）と下部基板（ＳＵＢＳＬ）の各々は、大面積で製造することが容易であり、低コストで製作することができるガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板、金属基板のいずれか１つで実現することができる。
【００３８】
カソード電極（ＣＥ）とそのカソード電極（ＣＥ）を接続するカソードバスラインの（ＣＢＬ）は、下部基板（ＳＵＢＳＬ）上に形成され、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、またはそれらの合金の中から１つ以上の金属を含む。シード金属層（ＳＥＥＤ）は、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）のいずれか１つを含む。拡散バリア層（Barrier metal、ＢＡＲ）は、カソード電極（ＣＥ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）との間に形成されてシード金属が拡散されない金属、例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）いずれか１つ以上の金属、またはシリコン（Ｓｉ）やシリコン化合物を含む。
【００３９】
ゲート電極（ＧＥ）は、絶縁膜（ＧＩ）上に形成される。ゲート電極とそのゲート電極を接続するゲートバスライン（ＧＢＬ）は、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、またはそれらの合金のいずれかの１つ以上の金属を含み、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）が形成されるように、部分的にエッチングされる。カソードバスラインの（ＣＢＬ）とゲートバスライン（ＧＢＬ）は直交する。
【００４０】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、前述したカーボンナノチューブの合成方法を介してシード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上に垂直に成長されている。このカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、実質的に単結晶構造を有し、シード金属層（ＳＥＥＤ）上で垂直に立てられる。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、アノード電圧とカソード電圧の電圧差（Ｖｇｃ）がしきい値電圧（Ｖｔｈ）以上の場合、電子を放出する。
【００４１】
ゲート絶縁層（ＧＩ）は、スピンコーティングまたは化学的気相蒸着が可能な無機絶縁物質または有機絶縁物質を含む。ゲート絶縁層（Ｇ１）は、カソード電極（ＣＥ）とゲート電極（ＧＥ）との間に形成され、その電極（ＣＥ、ＧＥ）を絶縁させ、また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の最上部の下の部分を覆い、電子を放出させるためのしきい値電圧（Ｖｔｈ）を低下する。
【００４２】
ゲート絶縁層（ＧＩ）の上に露出されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の最上部は、ゲート絶縁層（ＧＩ）の形成後、ドライエッチング（Dry Etching）またはエシン（Ashing）などの方法により、その高さがゲート絶縁層（ＧＩ）の最も厚い部分で、ゲート絶縁層（ＧＩ）の表面と同じか、それ以下になるように切断される。
【００４３】
ゲート絶縁層（ＧＩ）は、ゲート電極（ＧＥ）が形成された後にゲート電極（ＧＥ）が除去されたゲートホール（ＧＨＡＬＬ）内で、その上面が所定の深さにエッチングされる。前記所定の深さは、ゲート絶縁層（ＧＩ）の最も厚い部分に比べて２０％〜６０％の深さに設定される。したがって、ゲート絶縁層（ＧＩ）のエッチング工程により形成されたゲートホール（ＧＨＡＬＬ）内でカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の上部が露出される。
【００４４】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の上部下の部分は、ゲート絶縁層（ＧＩ）によって覆われているので露出しない。このようにゲート絶縁層（ＧＩ）にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の一部を埋め立てた場合、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の電子放出のしきい値電圧を低下することができる。これは、ゲート絶縁層（ＧＩ）がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を覆えば、カーボンナノチューブ束が形成された部分で誘電率が高くなり、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に印加される電界強度を高めることができるからである。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を覆われたゲート絶縁層（ＧＩ）によりカーボンナノチューブ束が形成された部分とそうでない部分の誘電率が実質的に同じになる。
【００４５】
これを詳しくすると、ゲート絶縁層（ＧＩ）は、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）内に埋め込まれてカーボンナノチューブ束の部分の平均誘電率をカーボンナノチューブの束の周りでカーボンナノチューブがない部分の平均誘電率と実質的に同じにする。例えば、ゲート絶縁層（ＧＩ）は、誘電率が２〜８程度の有/無機絶縁物質として選択することができる。この場合には、ゲート絶縁層（ＧＩ）によりカーボンナノチューブ束が形成された部分の誘電率と、カーボンナノチューブ束がない部分の誘電率は２〜８程度で、実質的に同じになる。
【００４６】
ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）内にゲート絶縁層（ＧＩ）が埋め立てされると、上板と下板との間に印加される電界強度がカーボンナノチューブ束が形成された部分とそうでない部分で均一になるので、電子放出のためのしきい値電圧が低くなる。このようにしきい値電圧が低くなると、電子を引き出すための別の電極が必要ない。したがって、本発明のゲート電極（ＧＥ）は、電子引き出し電極ではなく、負の電圧が印加されて電子ビームを集束（focus）するフォーカス電極の役割をする。本発明で、電子はカソード電極とアノード電極間の電界で放出されて加速される。
【００４７】
従来の技術では、ゲート絶縁層（ＧＩ）がゲートホール（ＧＨＡＬＬ）に形成されていなかった。この場合には、カーボンナノチューブ束が形成された部分の誘電率（真空の誘電率）がカーボンナノチューブ束がない部分の誘電率（ゲート絶縁層の誘電率）より低くなってカーボンナノチューブ束が形成された部分の電界強度が低くなる。これにより、従来技術では、カーボンナノチューブの束の周りで誘電率が高いため、電界がカーボンナノチューブ束の周辺に集中する電界の歪みが現れる。したがって、従来技術では、カーボンナノチューブの束とその周辺の誘電率差により、電子放出のためのしきい値電圧が高く、その結果、ゲート電極に正電圧を印加してカソード電極とゲート電極の間の電界で電子を電子放出源から引き出した後、カソード電極とアノード電極の間に印加される電界で電子をアノード電極の方向に加速させた。
【００４８】
前述したように、本発明の電界放出表示装置は、ゲート電極（ＧＥ）に負電圧を印加し、アノード電極（ＡＥ）方向に向かう電子ビームを集束することができるので、別々のフォーカス電極を必要としない。本発明の電界放出表示装置は、カソード電極（ＣＥ）に印加されるビデオデータのデータ電圧に応じて電子放出量を制御して、入力画像の階調を表現することができる。
【００４９】
本発明の電界放出表示装置の敷居値電圧（Ｖｔｈ）は３Ｖ／/μｍ以下であり、５Ｖ／μｍ程度の電界で飽和放出の条件に達する。アノード電極（ＡＥ）とカソード電極（ＣＥ）との間の間隔を０．５ｍｍ〜２ｍｍに設定し、アノード電極（ＡＥ）に４〜１２ｋＶ程度の直流正電圧（アノード電圧）を印加すると、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に印加される電界は、電子放出飽和領域に到達するようになり蛍光体（ＰＨＯＳ）は、最大の明るさで発光する。ゲート電極（ＧＥ）には、電子ビームの集束のための０Ｖ以下の負電圧例えば−５０Ｖ〜０Ｖの間の直流電圧が印加される。カソード電極（ＣＥ）には、入力画像データの階調値に応じて電圧が変化するビデオデータ電圧（またはカソード電圧）が印加される。したがって、本発明の電界放出表示装置は、カソード電圧の制御により、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に印加される電界を制御し、その結果、蛍光体（ＰＨＯＳ）の明るさを調節して、入力画像の階調を表現することができる。
【００５０】
図９Ａ〜図９Ｆは、図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【００５１】
本発明は、図９Ａに示すように、下部基板（ＳＵＢＳＬ）上にスパッタリングなどの蒸着工程を利用して、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、またはそれらの合金のいずれか１つ以上のカソード金属を１０００Ａ〜４０００Ａの間の厚さで蒸着する。続いて、本発明は、カソードの金属の上にフォトレジスト（Photoresist、ＰＲ）を塗布し、第１フォトマスク整列、露光、現像、エッチングの一連の過程を含む第１フォトリソグラフィ工程（photolithography）を実施し、カソード電極（ＣＥ）とカソードバスライン（ＣＢＬ）をパターニングする。カソード金属が１０００Ａより低い厚さで蒸着すると、カソード金属の抵抗が大きくなり、エッチング工程で断線することができる。一方、カソードの金属が４０００Ａより厚く蒸着されると蒸着時間が過度に消費されて工程時間を長くして、基板のストレス（stress）を高めることができる。
【００５２】
次に、本発明は、スパッタリングなどのような蒸着工程を用いてチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）またはシリコン化合物の１つ以上の拡散バリア物質を４００Ａ〜４０００Ａの間の肉厚で蒸着した後、連続でシード金属であるニッケル（Ｎｉ）や鉄（Ｆｅ）を５０Ａ〜４００Ａの間の厚さで蒸着する。拡散バリア物質が４００Ａより低い厚さで蒸着されると工程の間にカソード金属内に拡散してシード金属の拡散バリア層として機能することができない。反面、拡散防止金属が４０００Ａより厚く蒸着されると、拡散バリア層の平坦度が悪くなり、工程時間が過度に長くなる。シード金属が５０Ａより低い厚さで蒸着されると工程の中にシード金属が拡散バリア層とカソード金属内に拡散して、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が安定して成長することができず、シード金属が４００Ａより厚く蒸着されるとカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が所望の設計値の直径に成長することができない。次に、本発明は、フォトレジスト（ＰＲ）塗布、第２フォトマスク整列、露光、現像、エッチングの一連の過程を含む第２フォトリソグラフィ工程を介して拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）を一括パターニングして、図９Ｂに示すように画素領域（ＰＩＸ）で拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）を定義する。拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）が積層されたパターンは、後工程で形成されるゲートホール（ＧＨＡＬＬ）とその周辺領域を含む画素領域（ＰＩＸ）に形成される。
【００５３】
次に、本発明は、前述したカーボンナノチューブの合成方法を用いて単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の高さが２μｍ〜２０μｍの間の高さになるまで、シード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上の単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を垂直成長させる。
【００５４】
次に、本発明は、ゲート絶縁層（ＧＩ）を形成するために単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を覆うように下部基板（ＳＵＢＳＬ）上に絶縁物質を所定の厚さでコーティングする。絶縁物質のコーティング方法は、スピンコーティングまたは化学的気相成長法などで酸化シリコン、窒化シリコン、アクリルなどの無機または有機絶縁物を含む絶縁物質を０．２μｍ〜１０μｍの間の厚さでコーティングすることができる。その絶縁物質は、硬化工程を経て硬化される（図９Ｃ）。
【００５５】
次に、本発明は、カソード電極（ＣＥ）とゲート電極（ＧＥ）がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を介して短絡（short circuit）されていないように図９ＤのようにＯ２プラズマ、ドライエッチング（Dry Etching）またはエシン（Ashing）工程を利用して第１ゲート絶縁層（ＧＩ１）上に突出した単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を完全に除去する。
【００５６】
本発明は、単結晶カーボンナノチューブの全体が絶縁層により覆われるように図９Ｅに示すように、第１ゲート絶縁層（ＧＩ１）上にスピンコーティング、または化学的気相蒸着法で酸化シリコン、窒化シリコン、アクリルなどの無機または有機絶縁物を含む絶縁物質を１０００Ａ〜１０μｍ程度の厚さに加えコーティングして、第２ゲート絶縁層（ＧＩ２）を追加で形成することができる。第２ゲート絶縁層（ＧＩ２）を追加で形成する工程は省略することもできる。後述する他の実施形態でも、第２ゲート絶縁層（ＧＩ２）を追加で形成する工程を含むことができる。
【００５７】
次に、本発明は、スパッタリングなどの蒸着工程を利用して、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、またはそれらの合金のいずれか１つ以上のゲート金属を１０００Ａ〜４０００Ａ蒸着してゲート絶縁層（ＧＩ１、ＧＩ１２）上にゲート電極（ＧＥ）を形成する。次に、本発明は、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）が形成される位置にゲート電極（ＧＥ）を除去するために、フォトレジスト（ＰＲ）塗布、第３フォトマスク整列、露光、現像、エッチングの一連の過程を含む第３フォトリソグラフィ工程を介してゲート金属をパターニングしてゲート電極（ＧＥ）とゲートホール（ＧＨＡＬＬ）を形成する。その結果、頭９Ｆに示すようにゲート電極（ＧＥ）を貫通するゲートホール（ＧＨＡＬＬ）を介してゲート絶縁層（ＧＩ１）が露出される。
【００５８】
最後に、本発明は、頭９Ｆに示すようにゲート金属パターンをマスクにしてゲートホール（ＧＨＡＬＬ）を介して露出されたゲート絶縁層（ＧＩ１）の上部を０．１μｍ以上５μｍ以下の深さにエッチングして、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）それぞれでカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の上部を露出させる。ゲート絶縁層（ＧＩ１）が図９Ｄで０．２μｍ程度の厚さのとき、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）内でゲート絶縁層（ＧＩ１）の上部は０．１μｍ以下の深さにエッチングされる。ゲート絶縁層（ＧＩ１）が図９Ｄで１０μｍ程度の厚さのとき、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）内でゲート絶縁層（ＧＩ１）の上部には、５μｍ以下の深さにエッチングされる。したがって、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）の下でゲート絶縁層（ＧＩ１）の上部がゲート絶縁層（ＧＩ１）の厚さの１／２以下の深さで除去される。ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）のゲート絶縁層（ＧＩ１）があまりにも深くエッチングされるとしきい値電圧が高くなる。
【００５９】
以上で注意深く見るように、本発明の第１実施形態に係る電界放出表示装置の製造方法は、３回のフォトリソグラフィー工程だけで電界放出表示装置の下板（またはカソード板）を完成することができる。
【００６０】
図９Ｂと図９Ｃの工程では、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、フォトレジスト層がシード金属層（ＳＥＥＤ）上に残留した状態で成長することができる。この方法を図１０Ａ〜図１０Ｃを結びつけて詳細に説明すると次のとおりである。
【００６１】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、図８に示した電界放出表示装置の下板の製造方法で、フォトレジスト層がシード金属層上に残留した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法をステップ的に示す断面図である。
【００６２】
下部基板（ＳＵＢＳＬ）上に蒸着されたカソード金属が、第１フォトリソグラフィ工程によりパターニングされた後、図１０Ａに示すようにカソード電極（ＣＥ）上に拡散バリア物質が４００Ａ〜４０００Ａの間の厚さで蒸着され、その拡散バリア物質上にシード金属が５０Ａ〜４００Ａの間の厚さで蒸着される。
【００６３】
次に、本発明は、図１０Ｂに示すように、フォトレジストをシード金属層（ＳＥＥＤ）上に塗布した後、第２フォトマスク整列、露光、現像、エッチングの一連の過程を含む第２フォトリソグラフィ工程を介してフォトレジストパターン（ＰＲ）を形成し、そのフォトレジストパターン（ＰＲ）下の拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）を除外した残りの部分をエッチングして画素領域（ＰＩＸ）内で拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）を定義する。ここで、第２フォトマスク形状により拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）のパターンは、画素領域（ＰＩＸ）内で、単一のパターンで形成される。
【００６４】
次に、本発明は、図１０Ｃに示すように、フォトレジストパターン（ＰＲ）がシード金属層（ＳＥＥＤ）上に覆われた状態で、図２〜図４Ｃを結びつけて、前述したカーボンナノチューブの合成方法を用いて単結晶カーボンナノチューブの（ＣＮＴ）の高さが２μｍ〜２０μｍの間の高さになるまで、シード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上に単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を垂直成長させる。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の成長工程以降の工程は、図９Ｄ〜図９Ｆの工程と実質的に同じなので、それに対する詳細な説明を省略する。
【００６５】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、フォトレジストパターン（ＰＲ）がシード金属層（ＳＥＥＤ）上に覆われた状態でＤＣ  ＰＥＣＶＤ工程を適用すると、ＤＣ  ＰＥＣＶＤ工程の工程温度でフォトレジスト（ＰＲ）パターンが燃やされてフォトレジスト（ＰＲ）の炭素成分がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の成長の触媒として作用し、単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の成長温度をさらに低下し成長速度を速くすることができる。３５０℃〜６００℃の温度で、フォトレジスト（ＰＲ）の炭素以外の他物質は分解され、ＤＣ  ＰＥＣＶＤのチャンバの外部に排気される。
【００６６】
図９Ａ〜図１０Ｃのような電界放出表示装置の下板の製造方法は、拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）をゲートホール単位でパターニングせずに画素領域（ＰＩＸ）単位でパターニングする。その結果、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が画素領域内の全面に成長され、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）をカーボンナノチューブ束とアライン（align）する必要がない。
【００６７】
図１１は、本発明の第２実施形態に係る電界放出表示装置の下板の断面構造を示す断面図である。
【００６８】
図１１を参照すると、本発明の第２実施形態に係る電界放出表示装置は、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）のみ拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）が残留するように拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）がパターニングされる。これ以外の他の特徴は、前述した第１実施形態と実質的に同じなので、それに対する詳細な説明を省略する。
【００６９】
図１２Ａ〜図１２Ｆは、図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法をステップ的に示す断面図である。
【００７０】
本発明の第２実施形態に係る電界放出表示装置とその製造方法は、拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）のパターニング工程で第２フォトマスクの形状が第１実施形態と異なるだけ前述した実施形態と実質的に同一である。
【００７１】
図１２Ａのように、本発明は、下部基板（ＳＵＢＳＬ）上にモリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、またはそれらの合金のいずれか１つ以上のカソード金属を１０００Ａ〜４０００Ａの間の厚さで蒸着し、第１フォトリソグラフィ工程を介してカソード電極（ＣＥ）とカソードバスライン（ＣＢＬ）をパターニングする。
【００７２】
次に、本発明は、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示すようにチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）またはシリコン化合物の一つ以上の拡散バリア物質を４００Ａ〜４０００Ａの間の厚さに蒸着した後、連続にニッケル（Ｎｉ）や鉄（Ｆｅ）などのシード金属を５０Ａ〜４００Ａの間の厚さで蒸着する。次に、本発明は、フォトレジスト（ＰＲ）塗布、第２フォトマスク整列、露光、現像、エッチングの一連の過程を含む第２フォトリソグラフィ工程を介して拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）を一括パターニングする。このパターニング工程で拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）は、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）でのみ残留し、他の残りの部分が除去される。したがって、拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）が積層されたパターンは、後工程で形成されるゲートホール（ＧＨＡＬＬ）それぞれの下にのみ形成される。
【００７３】
次に、本発明は、図１２Ｄ及び図１２Ｅに示すように、第１ゲート絶縁層（ＧＩ１）を形成し、前述したカーボンナノチューブの合成方法を用いて図１２Ｆのように単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をシード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上に垂直に成長させる。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、ゲートホール（ＧＨＡＬＬ）内でのみ成長する。
【００７４】
最後に、本発明は、第３フォトリソグラフィ工程を用いてゲート金属をパターニングしてゲートホール（ＧＨＡＬＬ）を含むゲート電極（ＧＥ）を形成する工程を含む。
【００７５】
図１２Ａ〜図１２Ｆの工程は３回のフォトリソグラフィー工程だけで電界放出表示装置の下板を完成することができる。
【００７６】
図１２Ｂ及び図１２Ｃの工程で、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、フォトレジスト層がシード金属層（ＳＥＥＤ）上に残留した状態で成長することができる。この方法を図１３Ａ〜図１３Ｃを結びつけて詳細に説明すると次のとおりである。
【００７７】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、図１１に示した電界放出表示装置の下板の製造方法でフォトレジスト層がシード金属層（ＳＥＥＤ）上に残留した状態でカーボンナノチューブを成長させる方法をステップ的に示す断面図である。残留したフォトレジスト（ＰＲ）は、カーボンナノチューブの（ＣＮＴｓ）の成長を促進する触媒の役割をすることができる。
【００７８】
下部基板（ＳＵＢＳＬ）上に蒸着されたカソード金属が第１フォトリソグラフィ工程によりパターニングされた後図１３Ａのようにカソード電極（ＣＥ）上に拡散バリア物質が４００Ａ〜４０００Ａの間の厚さで蒸着され、その拡散バリア物質上にシード金属が５０Ａ〜４００Ａの間の厚さで蒸着される。続いて、本発明は、図１３Ｂに示すように、フォトレジストをシード金属層（ＳＥＥＤ）上に塗布した後、第２フォトマスク整列、露光、現像、エッチングの一連の過程を含む第２フォトリソグラフィ工程でフォトレジストパターンを形成し、そのフォトレジストパターンの下の拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）を除外した残りの拡散バリア層とシード金属層を一括エッチングして画素領域内に拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（SEED）をパターニングする。ここで、第２フォトマスク形状により拡散バリア層（ＢＡＲ）とシード金属層（ＳＥＥＤ）のパターンは、後工程で形成されるゲートホールの位置でだけ残留する。したがって、拡散バリア層とシード金属層は、画素領域内で複数に分かれる。
【００７９】
次に、本発明は、図１３Ｃに示すように、フォトレジストパターン（ＰＲ）がシード金属層（ＳＥＥＤ）上に覆われた状態で、前述したカーボンナノチューブの合成方法を用いて単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の高さが２μｍ〜２０μｍの間の高さになるまで、シード金属層（ＳＥＥＤ）のグレーン（ＧＲ）上に単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を垂直成長させる。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、シード金属層（ＳＥＥＤ）のパターンにしたかって後工程で形成されるゲートホール（ＧＨＡＬＬ）内でのみ成長する。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の成長工程以降の工程は、図１２Ｄ〜図１２Ｆの工程と実質的に同じであるので、それに対する詳細な説明を省略する。
【００８０】
図１４及び図１５は、図３のようなカーボンナノチューブの合成方法の実験結果として円錐状の構造に成長した単結晶カーボンナノチューブを示す走査型電子顕微鏡（Scaning Electron Microscope、ＳＥＭ）画像である。図１６は、図１５の画像の一部を拡大した画像です。この実験で使用される基板は、ＴＦＴ  ＬＣＤ用基板として広く使用されている三星コーニン社のガラス基板で選ばれた。この実験で、基板上にはカソード電極（ＣＥ）、シリコン（Ｓｉ）を含む拡散バリア層（ＢＡＲ）、ニッケル（Ｎｉ）を含むシード金属層（ＳＥＥＤ）、ゲート絶縁膜（ＧＩ）などの構造上のフォトレジスト（ＰＲ）を残留させた状態で炭化水素（Ｃ４Ｈ４）と乾式反応ガス（ＮＨ３）をＤＣ  ＰＥＣＶＤのチャンバーに同時に供給した。この実験で、基板温度は５５０℃に維持され、ＤＣプラズマエネルギーは約４Ｗ／ｃｍ３に設定された。この工程の時間は約１０分であった。この実験結果から明らかに分かるように、本発明は、６００℃以下の低温で不純物なしで円錐状構造の単結晶カーボンナノチューブを比較的迅速に所望の高さに成長させることができた。
【００８１】
前述した本発明の電界放出表示装置の製造方法は、ＴＦＴ  ＬＣＤ生産ラインの装備を利用して、電界放出表示装置の下板を製造することができるため、追加の装備の投資なしにＴＦＴ  ＬＣＤ生産ラインを介して電界放出表示装置を生産することができる。
【００８２】
以上説明したように、本発明は、単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の妨害要素として作用する多結晶/非晶質炭素を除去しながら、カーボンナノチューブの成長工程を進行するため、６００℃以下の低温でも安定的に単結晶カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を成長させることができる。
【００８３】
本発明は、カーボンナノチューブを絶縁層に埋設してしきい値電圧を低下することができ、低電圧で電子を放出することができ、ゲート電極に負電圧を印加して、別のフォーカス電極なしで電子を集束することができる。さらに、図１４及び図１５に示すように単結晶構造のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が上に行くほど尖る円錐状コーン（Cone）形で成長するため、電子放出効率が高くなり、しきい値電圧がさらに低くなることができる。
【００８４】
本発明の電界放出表示装置の製造方法は、ＴＦＴ  ＬＣＤ生産ラインの装備を利用し、３つのフォト工程だけで電界放出表示装置の下板を製造することができるため、装備の投資コストと下板の製造コストを大幅に低下することができ、電界放出表示装置の量産性を高め、大量生産を可能にする。
【００８５】
スペーサーは、上板と下板との間に真空空間ギャップ（Ｇａｐ）で形成された電子放出領域（ＥＳＰ）を一定に維持する構造体として、電界放出表示装置（ＦＥＤ）の性能と寿命に大きな影響を及ぼす。スペーサー物質は、表示パネルの内部真空圧と表示パネルの外部大気圧の間の圧力差に耐えることができる程度の機械的強度を有さなければならないし、また、アノード電圧に耐えることができる絶縁耐力を有さなければならない。また、スペーサーは、表示パネルの画素から有効開口面を侵さない精密な構造で製作されるべきで、電子線の歪みを誘発しないように、適切な体積抵抗を有さなければならない。以下で、本発明のスペーサーを詳細に説明することにする。
【００８６】
図１６及び図１７において、上板は、上部基板（ＳＵＢＳＵ）に形成されたアノード電極（ＡＥ）、アノード電極（ＡＥ）を覆う蛍光体（ＰＨＯＳ（Ｒ）、ＰＨＯＳ（Ｇ）、ＰＨＯＳ（Ｂ））、とブラックマトリクス（ＢＭ）等を含む。下板は、下部基板（ＳＵＢＳＬ）に形成されたカソード電極（ＣＥ）、電子放出源などを含む。下板構造とその製造方法は、前述した実施形態と実質的に同じなので、それに対する詳細な説明を省略する。
【００８７】
スペーサー（ＳＰ）は、ガラス基板や、セラミック基板に基づいて製作され上板と下板との間の真空空間ギャップを維持する。スペーサー（ＳＰ）は、下板の画素領域（ＰＩＸ）を露出させる開口孔１０がマトリックス形態に配置されるメッシュ状にパターニングされる。このようなスペーサー（ＳＰ）は、ガラスフリット（ＦＲ）を介して上部基板（ＳＵＢＳＵ）と下部基板（ＳＵＢＳＬ）に接合することができる。表示パネルの画素アレイでは、スペーサー（ＳＰ）の隔壁上面はブラックマトリックス（ＢＭ）と重畳され、スペーサー（ＳＰ）の隔壁の下面は、金属製のバスライン（ＢＵＳ）と重畳される。金属バスライン（ＢＵＳ）は、図７のようなカソードバスライン（ＣＢＬ）とゲートバスライン（ＧＢＬ）を含む。
【００８８】
本発明は、フォトリソグラフィ工程と、非等方性エッチング工程を用いてガラス基板やセラミック基板をメッシュ（mesh）状に加工してスペーサー（ＳＰ）を製作する。非等方性エッチング方法は、ＭＥＭＳ（Microelectromechanical Systems）工程技術に多く利用されている。ガラス基板はＴＦＴ  ＬＣＤのようなフラットパネル表示パネルの基板として広く使用されている０．７ｍｍ厚さのガラス基板であり得る。この場合、本発明は、上部基板（ＳＵＢＳＵ）、下部基板（ＳＵＢＳＬ）とスペーサー（ＳＰ）を同じ材料と同じ厚さを有するガラスまたはセラミック基板で製作することができるので、基板材料を共用化することができる。セラミック基板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）をベースとしたセラミック基板であり得る。
【００８９】
電界放出表示装置の画素は、図１８Ａ〜図１８Ｃに示すように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の副画素を含むことができる。スペーサー（ＳＰ）は、開口孔１０がマトリックス形態に配列されたメッシュ構造で製作される。スペーサー（ＳＰ）の開口孔１０は、隔壁を挟んで区画される。スペーサー（ＳＰ）の隔壁は、上板のブラックマトリックス（ＢＭ）と下板の金属バスライン（ＢＵＳ）と重畳される。
【００９０】
スペーサー（ＳＰ）の開口孔１０は、図１８Ａに示すように、副画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）単位で区画されることができる。また、スペーサー（ＳＰ）の開口孔１０は、図１８Ｂに示すようにＲＧＢ副画素を含む画素単位で区画されることができる。図１８Ａ及び図１８Ｂで、ＰｘとＰｙは、画素の水平方向および垂直方向のピッチを示す。また、スペーサー（ＳＰ）の開口孔１０は、図１８Ｃに示すように、複数の画素単位で区画されることができる。
【００９１】
電界放出表示装置の製造工程は、表示パネルの内部に適正な真空度を維持するために上板と下板を接合した後、上板と下板との間に存在する内部ガスを排気する排気工程を含む。排気工程で内部のガスの排気が円滑になるようにスペーサー（ＳＰ）は、図１９Ａに示すように、両方向（ｘ及びｙ方向）の隔壁に形成された溝１２を含むことができる。溝１２は、排気工程でスペーサー（ＳＰ）の隔壁を貫通して排気路を形成する。このような溝１２は、図１９Ｂに示すように互いに直交する２方向（ｘ及びｙ方向）の隔壁に形成することもできる。
【００９２】
図２０及び図２１は、スペーサー（ＳＰ）の製造方法を示す図である。
【００９３】
図２０及び図２１を参照すると、本発明の実施形態に係るスペーサ（ＳＰ）の製造方法は、基板（ＧＬＳ）上にフォトレジスト（ＰＲ）を塗布した後、その上にフォトマスク（Photo- mask、ＰＭ）を整列する。（Ｓ３１とＳ３２）基板（ＧＬＳ）は、ガラス基板やセラミック基板であり得る。フォトマスク（ＰＭ）は、スペーサー（ＳＰ）の開口孔１０と対向する光透過部と、スペーサー（ＳＰ）の隔壁の部分と対向する光遮断部を含む。スペーサー（ＳＰ）の隔壁に排気路を形成するための排気溝１２を形成する場合に、フォトマスク（ＰＭ）は、ハーフトーン（Half tone）マスクを選択することができる。ハーフトーンマスクは、スペーサー（ＳＰ）の開口孔１０と対向する光透過部、スペーサー（ＳＰ）の隔壁の部分と対向する光遮断部、及び排気溝１２と対向するハーフトーン透過部を含む。
【００９４】
続いて、スペーサー（ＳＰ）の製造方法は、フォトマスク（ＰＭ）を介してフォトレジスト（ＰＲ）を露光した後、現像して、基板（ＧＬＳ）上にフォトレジストパターン（ＰＲＰ）を残留させる。（Ｓ３３）
【００９５】
続いて、スペーサー（ＳＰ）の製造方法は、非等方性エッチング方法を用いて基板（ＧＬＳ）をエッチングする。非等方性エッチング方法で、プラズマエッチング方法のようなドライエッチング方法、または非等方性ウェットエッチング方法が適用されることができる。ドライエッチング方法で、基板（ＧＬＳ）をエッチングすることができる反応ガスはＨＦ６、ＮＦ３、ＨＣｌ４、ＨＮＯ３などがある。ウェットエッチング方法で基板（ＧＬＳ）をエッチングすることができるエッチング液（etchant）は、ＨＦ溶液、ＢＨＦ溶液などがある。ウェットエッチング方法は、公知の非等方性ウェットエッチング方法を適用することができ、また、本願出願人によって新たに開発された図２２と図２３のウェットエッチング方法を適用することができる。このようなエッチング方法で、基板（ＧＬＳ）の厚さ方向（または垂直方向）のエッチング比（Etching ratio）は、基板（ＧＬＳ）の表面方向（または垂平方向）のそれよりも高い。このため、基板（ＧＬＳ）は、非等方性エッチング工程でフォトレジストパターン（ＰＲＰ）以外の部分で垂直に、さらに多くエッチングされる。エッチング工程が完了すると、ストリップ（strip）工程でフォトレジストパターン（ＰＲＰ）が除去される。（Ｓ３４）
【００９６】
Ｓ３１乃至Ｓ３４の工程を経て、スペーサー（ＳＰ）が完成すると（Ｓ３５）、既に製作された上板と下板にガラスフリット（Glass frit）が塗布され、そのガラスフリット上にスペーサー（ＳＰ）が整列される。この状態で、ガラスフリットが焼結されると、ガラスフリット（ＦＲ）とスペーサー（ＳＰ）を介して表示パネルの上板と下板が接合される。（Ｓ３６）
スペーサー（ＳＰ）が上板と下板に接合されるＳ３６工程は、真空度１０−５〜１０−７  ｔｏｒｒ程度の真空チャンバー内で行うことができる。真空チャンバーは、ガラスフリットの焼結が可能な温度である約４００℃〜５００℃に加熱される。本発明は、ガラスフリットが塗布された上板と下板の少なくともいずれか一つの基板上に形成されたアライメントキー（Align key）にスペーサー（ＳＰ）に形成されたアライメントキーが一致するようにスペーサー（ＳＰ）を上板と下板に整列する。整列されたスペーサー（ＳＰ）、上板と下板が加熱された真空チャンバ内にロードされ固定された後、一定時間維持されるとガラスフリットが焼結されてスペーサー（ＳＰ）が上板と下板に強固に接合される。
【００９７】
本発明は、上板と下板の基板と同じガラス基板やセラミック基板をスペーサーの材料として使用することにより、真空封止（sealing）をするためのガラスフリットの開発と選択が容易である。また、本発明は、ＭＥＭＳ工程技術、またはウェットエッチング技術を用いて、スペーサーを製作するため、５０，０００μｍ２以下の開口孔１０を有する高精細スペーサー（ＳＰ）を低コストで精密に製作することができる。
【００９８】
図２２は、非等方性ウェットエッチング方法の一例を示す断面図である。このスペーサーの製造方法は、図２３のようなウェットエッチング装置によって処理される。
【００９９】
図２２及び図２３を参照すると、本発明の非等方性ウェットエッチング方法は、フォトレジストパターン（ＰＲＰ）によって覆われない露出した部分（開口孔部分）内で基板（ＧＬＳ）にレーザービーム（laser beam）を照射したり、機械的な加工方法または、既存のフォトリソグラフィ工程とエッチング方法を用いて基板（ＧＬＳ）を貫通する微細孔（ＩＨ）を形成する。微細孔（ＩＨ）は、図２に示されたスペーサー（ＳＰ）の開口孔１０より小さい直径を有する。
【０１００】
次に、本発明は、ノズル（ＮＺ）を微細孔（ＩＨ）に整列し、そのノズル（NZ）を介して微細穴（ＩＨ）にエッチング液（ＥＴＣ）を噴射する。微細孔（ＩＨ）内に注入されたエッチング液（ＥＴＣ）は、その微細孔（ＩＨ）を介して流れ落ちて外部に排出され、微細孔（ＩＨ）の側壁をエッチングして、その微細孔（ＩＨ）のサイズを拡大する。エッチング液（ＥＴＣ）は、隣接する複数の微細孔（ＩＨ）に同時に噴射される。図２２と図２３でノズル（ＮＺ）は、実際より小さいサイズで表現されている。ノズル（ＮＺ）を介してエッチング液が噴射される時、フォトレジストパターン（ＰＲＰ）は、エッチング液（ＥＴＣ）から基板（ＧＬＳ）を保護してエッチング液（ＥＴＣ）に露出する開口孔１０の大きさと形状を定義する。エッチング工程が完了すると、ストリップ工程でフォトレジストパターン（ＰＲＰ）が除去される。このように完成したスペーサー（ＳＰ）は、ガラスフリットの粉末で既に製作された上板と下板に接合される。
【０１０１】
エッチング液（ＥＴＣ）は、図２３のように微細孔（ＩＨ）を通過してエッチングされた基板の粒子と一緒に回収容器（ＴＮＫ）で回収された後、フィルタ（ＦＩＬ）を介して異物を除去した後、循環配管（ＣＩＲ）を介してノズル（ＮＺ）に供給され、リサイクルされる。フィルタ（ＦＩＬ）の内で濾された基板の粒子は捕執機（ＣＯＬ）に供給され、基板の製作にリサイクルすることができる。したがって、図２３のようなエッチングシステムは、材料の無駄を最小限に抑え、親環境的なスペーサーの製造工程を実現することができる。
【図１】
2014500593.tif 000003
【図２】
2014500593.tif 000004
【図３】
2014500593.tif 000005
【図４Ａ】
2014500593.tif 000006
【図４Ｂ】
2014500593.tif 000007
【図４Ｃ】
2014500593.tif 000008
【図５】
2014500593.tif 000009
【図６】
2014500593.tif 000010
【図７】
2014500593.tif 000011
【図８】
2014500593.tif 000012
【図９Ａ】
2014500593.tif 000013
【図９Ｂ】
2014500593.tif 000014
【図９Ｃ】
2014500593.tif 000015
【図９Ｄ】
2014500593.tif 000016
【図９Ｅ】
2014500593.tif 000017
【図９Ｆ】
2014500593.tif 000018
【図１０Ａ】
2014500593.tif 000019
【図１０Ｂ】
2014500593.tif 000020
【図１０Ｃ】
2014500593.tif 000021
【図１１】
2014500593.tif 000022
【図１２Ａ】
2014500593.tif 000023
【図１２Ｂ】
2014500593.tif 000024
【図１２Ｃ】
2014500593.tif 000025
【図１２Ｄ】
2014500593.tif 000026
【図１２Ｅ】
2014500593.tif 000027
【図１２Ｆ】
2014500593.tif 000028
【図１３Ａ】
2014500593.tif 000029
【図１３Ｂ】
2014500593.tif 000030
【図１３Ｃ】
2014500593.tif 000031
【図１４】
2014500593.tif 000032
【図１５】
2014500593.tif 000033
【図１６】
2014500593.tif 000034
【図１７】
2014500593.tif 000035
【図１８Ａ】
2014500593.tif 000036
【図１８Ｂ】
2014500593.tif 000037
【図１８Ｃ】
2014500593.tif 000038
【図１９Ａ】
2014500593.tif 000039
【図１９Ｂ】
2014500593.tif 000040
【図２０】
2014500593.tif 000041
【図２１】
2014500593.tif 000042
【図２２】
2014500593.tif 000043
【図２３】
2014500593.tif 000044
【国際調査報告】
2014500593.tif 000045
2014500593.tif 000046
2014500593.tif 000047
2014500593.tif 000048