(57)【要約】【課題】基板交換時の真空容器内への大気中の水分混入量を低減し、製造工程の排気タクトタイムの短縮及び装置のコストダウンが可能な電子源の製造装置を提供する。【解決手段】真空容器１の外部から真空容器１の内部に進退するシャッター１４を設け、支持体３上の電子源基板２の交換時に、真空容器１と電子源基板２とが離間することによって生じる開口をシャッター１４の真空容器１の外部から内部への進退動作によって覆うようにする。また、シャッター１４は真空容器１と電子源基板２を密閉するシール部材６と接触しながら進退し、真空容器１の内部を密閉する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源素子を有する電子源基板を支持するための支持体と、前記電子源基板の一部を覆い、前記電子源基板との接触部に開口を有する容器と、前記容器を排気する手段と、前記電子源基板と前記容器との距離を調整する調整手段とを有する電子源の製造装置において、前記調整手段の動作に応じて動作する前記開口を覆う手段を更に有することを特徴とする電子源の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置等に用いられる電子源の製造装置、特に、真空容器の排気を改良する構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、液晶ディスプレイパネルの製造工程においては、減圧雰囲気下で液晶ディスプレイ基板にエッチング、アッシング等の所定の半導体処理を施す真空処理室を複数備えた、所謂マルチチャンバー型の真空処理装置が使用されている。
【０００３】
このような真空処理装置は、内部に搬送アーム等を有する基板搬送機構が設けられたロードロック室と、その周囲に設けられた複数の真空処理室とを有する。ロードロック室内の搬送アームにより被処理基板が各真空処理室に搬入されると共に、処理済みの基板が各真空処理室から搬出される。一般的なマルチチャンバーの基板搬送方法としては、大気中→ロード室→真空処理室→アンロード室→大気中と各工程に必要に応じて移動が可能な搬送機構が設けられている。
【０００４】
ここで、本願出願人は、新規な構成を有する表面伝導型電子放出素子とその応用に関し、多数の提案を行っている。その基本的な構成、製造方法等は、例えば、特開平７−２３５２５５号公報、特開平８−１７１８４９号公報等で提案している。この表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例としては、基体上に設けた一対の素子電極間を連絡する電子放出部形成用導電性膜に、予めフォーミングと呼ばれる通電処理とその後の活性化行程を行うことによって、電子放出部を形成するものである。
【０００５】
フォーミングとは、電子放出部形成用薄膜の両端に電圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした亀裂を形成する処理である。活性化行程とは、有機化合物を有する真空雰囲気下において電子放出部形成用薄膜の両端に電圧を印加通電し、亀裂近傍に炭素被膜を形成する処理である。尚、電子放出はその亀裂付近から行われる。いずれの行程も減圧された雰囲気下で行う。
【０００６】
次に、従来の表面伝導型電子放出素子の具体的な製造方法について説明する。まず、基板上に、導電性膜及びこの導電性膜に接続された一対の素子電極からなる素子を複数と、この複数の素子を接続した配線とが形成された電子源基板を作製する。次いで、作製した電子源基板の一部の領域を真空容器で覆い、真空容器内を排気する。真空排気後、外部端子と通じて上記各素子に電圧を印加して各素子の導電性膜に亀裂を形成する。更に、真空容器内に有機化合物を含む気体を導入して、有機化合物が存在する雰囲気下で各素子に再度外部端子を通じて電圧を印加し、亀裂近傍に炭素或いは炭素化合物を堆積させる。堆積後、真空容器内を大気圧まで戻してから基板を交換する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板交換時等に真空容器内は大気にさらされてしまうため、真空容器の内壁面全体に水分子が吸着してしまう。このため、前述のフォーミング処理や活性化処理を行う雰囲気にするための真空排気時間が増加してしまい、製造タクトが長くなるため生産性に悪影響を及ぼす。また、所定の圧力領域まで短時間で排気するため、大排気量の真空ポンプを設ける等して短時間での排気を可能にしているが、装置の大型化を招き、装置コストも高くなってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、短時間の真空排気を可能にすると共に、装置の小型化及び生産性も向上可能な電子源の製造装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、電子源素子を有する電子源基板を支持するための支持体と、前記電子源基板の一部を覆い、前記電子源基板との接触部に開口を有する容器と、前記容器を排気する手段と、前記電子源基板と前記容器との距離を調整する調整手段とを有する電子源の製造装置において、前記調整手段の動作に応じて動作する前記開口を覆う手段を更に有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、開口を覆う手段がシャッターであり、該シャッターが基板で覆われていた容器の一面と接触しながら移動するものであると良い。好ましくは、シャッターの容器と接触する面が平面であって、シャッターの移動方向に対して先端が細くなるような断面形状であると良い。
【００１１】
このような電子源の製造装置によれば、基板によって覆われていた真空容器の一面を、基板の離脱と共にシャッターで覆う手段を用いることによって、電子源基板の交換時における真空容器内への水分子混入を軽減でき、真空容器内壁への水吸着も軽減できる。
【００１２】
従って、製造工程のタクトタイムが短くなることによる生産コストの低下によって、安価で均一性の高い電子源及び安価で高品位の画像形成装置を提供することができる。また、製造装置の小型化が可能になり、装置コストの安価な電子源の製造装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は本発明による電子源の製造装置の第１の実施形態を示す構成図である。図１において、１は真空容器、２は電子源基板、３は支持体である。電子源基板２は支持体３に載置されている。また、４は昇降機構であり、支持体３を昇降させる機構である。昇降機構４によって支持体３に載置されている基板２がシール部材６に押し当てられ、シール部材６によって真空容器１を密閉する。
【００１５】
８は真空ポンプ、５ａから５ｆはバルブ、１６は排気配管である。真空容器１は排気配管１６に接続されている真空ポンプ８によって真空排気され、所定の雰囲気に保持される。１５は真空計であり、真空容器１の圧力を計測する。電子源基板２上に形成された電子放出素子（図示せず）は対向する一対の素子電極に接続されていて、その一部に電子放出部を有する導電体（導電性膜）が形成されている。これらの電子放出素子は電子源基板上２に複数個配置され、各電子放出素子は配線で接続されている。
【００１６】
７は電圧を印加するための駆動ドライバー、９は電子源基板２上に形成された配線と駆動ドライバー７を接続する配線、１１は水分除去フィルター、１０はガス流量制御装置、１７はガス供給配管、１２は有機物質ガス、１３はキャリアガス、１４はシャッターである。シャッター１４の機能や動作等については詳しく後述する。支持体３は電子源基板２を保持して固定するもので、真空チャッキング機構、静電チャッキング機構若しくは固定冶具等により機械的に基板２を固定する機構を有する。支持体３の内部には、ヒータ（図示せず）が設けられ、必要に応じて電子源基板２を加熱することができる。
【００１７】
真空容器１は、ガラスやステンレス製の容器であり、容器からの放出ガスの少ない材料のものが好ましい。真空容器１は、少なくとも、１．３３×１０−６Ｐａから大気圧の圧力範囲に耐えられる構造のものである。シール部材６は電子源基板２と真空容器１との気密性を保持するためのものであり、Ｏリングやゴム性シート等が用いられる。
【００１８】
有機物質ガス１２には、電子放出素子の活性化に用いられる有機物質又は有機物質を窒素、ヘリウム、アルゴン等で希釈した混合気体が用いられる。また、フォーミングの通電処理を行う際には、導電性膜への亀裂形成を促進するための気体、例えば、還元性を有する水素ガス等を真空容器１内に導入することもある。これらのガスはガス供給配管１７により真空容器１に供給される。
【００１９】
有機物質ガス１２は有機物質が常温で気体である場合には、そのまま使用でき、有機物が常温で液体又は固体の場合には、容器内で蒸発又は昇華させて用いる、或いは更にこれを希釈ガスと混合する等して用いることができる。キャリアガス１３には、窒素又はアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが用いられる。
【００２０】
有機物質ガス１２とキャリアガス１３は、一定の割合で混合されて、真空容器１内に導入される。両者の流量及び混合比は、ガス流量制御装置１０によって制御される。ガス流量制御装置１０は、マスフローコントローラ及び電磁弁等から構成されている。混合ガスの加熱温度は、電子源基板２の温度と同等にすることが好ましい。
【００２１】
なお、ガス流量制御装置１０とガス供給配管１７の途中に、水分除去フィルター１１を設けて、導入ガス中の水分を除去するとより好ましい。水分除去フィルター１１には、シリカゲル、モレキュラーシーブ、水酸化マグネシウム等の吸湿材を用いることができる。
【００２２】
真空ポンプ４としては、ドライポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクロールポンプ等の低真空用ポンプであり、オイルフリーポンプが好ましく用いられる。なお、本発明はこの明細書に記載の形状に限定されるものではない。
【００２３】
図２は図１の電子源の製造装置の要部の構成を示す図である。なお、図２は基板交換時の様子を示す。上述した活性化処理終了後、真空容器１は図示しない窒素パージにより大気圧まで戻される。なお、フォーミング処理や活性化処理は上記特開平７−２３５２５５号公報、特開平８−１７１８４９号公報等に記載されているので、詳しい説明は省略する。本実施形態では、駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線とを接続する配線９は活性化処理終了後、電子源基板２より離れる方向に移動し、駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線との接続が解除される。
【００２４】
これは、真空容器１内の窒素パージ中に行う。真空容器１内の圧力が大気圧になったことと、配線９による駆動ドライバー７と基板２上の配線との接続解除を確認後、電子源基板２を固定する支持体３は昇降機構４によって図２の下方向に降りていく。なお、電子源基板２と支持体３を昇降機構４を使用して昇降させているが、真空容器１が昇降可能になっていても構わない。
【００２５】
この昇降機構４の駆動による支持体３の下降時に、電子源基板２とシール部材６とが離れる時の距離を図示しないセンサで検出する。このセンサとしては、例えば、機械スイッチ等を用い、支持体２が下降する時の距離を検出する。電子源基板２とシール部材６との距離が、例えば、シャッター１４の先端が真空容器１内に挿入することが可能な２ｍｍになると、シャッター１４がいままで電子源基板２によって覆われていた真空容器１の一面を覆うように、シール部材６と接触しながらスライドする。即ち、シャッター１４が図示しないモータ等を含む駆動機構によって駆動され、且つ、図示しないガイド機構によって支持体３の昇降方向に対し直交する方向にスライドし、その先端から真空容器１内に徐々に入っていく。
【００２６】
また、シャッター１４は図２に示す様に進行方向の先端が細くなる断面形状になっている。このため、電子源基板２の離脱後、素早く真空容器１の一面を覆うようになっていて、シール部材６と電子源基板２の距離が、例えば、２ｍｍになった時にその先端が真空容器１内に挿入される。このように支持体３の下降に伴い、真空容器１と電子源基板２が離れるのに従ってシャッター１４がシール部材６と接触しながら真空容器１の開口を覆うようにスライドしていく。
【００２７】
また、シャッター１４は片持ち構造となっているため、電子源基板２が大口径になるに従いたわみが発生し、シール部材６と接触しながらスライドすることが不可能となってしまうので、このような先端が細い、即ち、軽量化を図った形状となっている。シャッター１４の表面はシール部材６と接触することを考慮して、金属であれば機械研磨、電解複合研磨等の処理を施しても良いし、金属の表面に樹脂材をコーティングしたものでも良い。シャッター１４は挿入口と反対側に設けられた固定ジグ１８に突き当たると、スライド動作を停止し、その状態を保持する。このようにしてシール部材６とシャッター１４によって真空容器１内への大気混入を防止している。
【００２８】
この後、図示しない搬送機構によって電子源基板２が支持体３上から搬出され、次の未処理の電子源基板２を支持体３上に搬送することによって電子源基板２の交換を行う。電子源基板２の交換を完了すると、昇降機構４が作動し、支持体３を逆に上昇させる。この際、シャッター１４は図示しない駆動機構の駆動によってシール部材６と接触しながら反対方向にスライドし、真空容器１の開口を覆うように動作する。シャッター１４が元の所定位置までスライドすると、シャッター１４の動作を停止する。この時、電子源基板２はシール部材６と密着し、真空容器１は密閉された状態となる。
【００２９】
この状態で、真空容器１内を排気した後、フォーミング処理、活性化処理を順次行う。フォーミング処理や活性化処理の際には、駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線を配線９によって接続し、電子源基板２の電子放出素子に駆動ドライバー７から電圧を印加することで行う。活性化処理を完了すると、同様にシャッター１４をスライドさせて電子源基板２の交換を行う。
【００３０】
ここで、本実施形態のシャッター１４を使用した場合と使用しない場合の排気時間を測定し、測定結果を比較した。なお、図２に示す真空容器１の材料はステンレス鋼製でＳＵＳ３０４Ｌを使用し、真空容器１の内面は電解複合研磨処理を施した。真空容器１の体積は０．２ｍ３、真空容器１の加熱温度７０℃、真空容器１と排気配管１６の接続口での実効排気速度を９００Ｌ／ｓとして１５秒間の基板交換を想定して排気時間の測定を行った。
【００３１】
また、この測定を実施する前に真空容器１は１０時間１５０℃の脱ガス処理を施した。測定結果は、９．０Ｅ−６Ｐａまでの排気時間はシャッター１４を使用しなかった時は約２５分、シャッター１４を使用した場合は約２１分であった。従って、この測定結果から、シャッター１４を使用した場合には、真空容器１は大気にさらされる時間が短縮し、大気混入量を軽減して短時間で所定の雰囲気に排気できることを確認した。
【００３２】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態を示す図である。なお、図３は図２と同様に要部の構成のみ示す。その他の構成は図１と同様である。本実施形態では、２つのシャッター１４を真空容器１の両側から挿入する点が第１の実施形態と異なっている。２つのシャッター１４はそれぞれ図示しない駆動機構によって駆動され、且つ、図示しないガイド機構によって支持体３の昇降方向に対し直交する方向にスライドする。
【００３３】
まず、図２の場合と同様に上述した活性化処理終了後、真空容器１は窒素パージにより大気圧まで戻される。本実施形態では、図２の場合と同様に駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線とを接続する配線９は活性化処理終了後、基板２より離れる方向に移動し、駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線との接続が解除される。これは、真空容器１内の窒素パージ中に行う。
【００３４】
真空容器１内の圧力が大気圧になったことと、配線９による駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線との接続解除の確認後、電子源基板２を固定する支持体３は昇降機構４によって図３の下方向に降りていく。なお、基板２と支持体３を昇降機構４を使用して昇降させているが、真空容器１が昇降可能になっていても構わない。
【００３５】
次いで、同様に電子源基板２とシール部材６との距離を図示しないセンサで検出し、電子源基板２とシール部材６との距離が、例えば、２ｍｍになると、２つのシャッター１４が真空容器１の両側から、いままで電子源基板２によって覆われていた真空容器１の一面を覆うように、シール部材６と接触しながらスライドする。２つのシャッター１４は図３に示す様に進行方向の先端が細くなる断面形状になっている。これは、基板２の離脱後、素早く真空容器１の一面を覆うための形状であり、シール部材６と基板２の距離が、例えば、２ｍｍになった時に挿入される。
【００３６】
また、シャッター１４は片持ち構造となっているため、電子源基板２が大口径になるに従いたわみが発生し、シール部材６と接触しながらスライドすることが不可能になってしまうので、このような先端が細い、即ち、軽量化を図った形状となっている。更に、図３に示す様にシャッター１４は複数枚の構造となっており、図３では２枚構造としている。必要であれば、シャッター１４の枚数を更に増加しても構わない。
【００３７】
シャッター１４の表面はシール部材６と接触することを考慮して、金属であれば機械研磨、電解複合研磨等の処理を施しても良い、金属の表面に樹脂材をコーティングしたものでも良い。また、一方のシャッター１４の先端にシール部材１９が接合されているが、これは、シャッター１４同士での気密、即ち、シャッター１４の先端同士が接触した場合の真空容器１の気密を保持するために設けられている。また、シール部材１９は緩衝材の役目も果たしている。
【００３８】
２つのシャッター１４の先端同士が突き当たると、シャッター１４のスライド動作が停止する。この後、第１の実施形態の場合と同様に支持体３上の電子源基板２が搬送され、次の未処理の電子源基板２を支持体３上に搬送することで電子源基板の交換を行う。電子源基板２の交換を完了すると、同様に２つのシャッター１４が反対方向にシール部材６と接触しながらスライドし、元の所定位置まで移動したところで停止する。この後、真空容器１を排気し、フォーミング処理と活性化処理を行う。もちろん、これは、配線９により駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線を接続して行う。
【００３９】
ここで、第１の実施形態と同様にシャッター１４を使用した場合と使用しない場合の排気時間を測定し、測定結果を比較した。なお、図３に示す真空容器１の材料はステンレス鋼製でＳＵＳ３０４Ｌを使用し、真空容器１の内面は電解複合研磨処理を施した。真空容器１の体積は０．２ｍ３、真空容器１加熱温度７０℃、真空容器１と排気配管１６の接続口での実効排気速度を９００Ｌ／ｓとして１５秒間の基板交換を想定して排気時間の測定を行った。
【００４０】
また、この測定を実施する前に真空容器１は１０時間１５０℃の脱ガス処理を施した。測定結果は、９．０Ｅ−６Ｐａまでの排気時間は、シャッター１４を使用しなかった時は約２５分、シャッター１４を使用した時は約１９分であった。従って、この測定結果から、真空容器１が大気にさらされる時間が短縮し、大気混入量が軽減して短時間で所定の雰囲気に排気できることを確認した。また、シャッター１４を２枚用いているので、第１の実施形態に比べて更に排気時間を短縮できることを確認した。
【００４１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は図３の実施形態を更に改善した構造となっている。図４は第３の実施形態を示す斜視図であり、要部の構成のみ示す。その他の構成は図１と同様である。まず、図３の構造によると、図５に示すように斜線で示す開口部２１が形成される。この開口部２１からの大気中の水分子混入を無くすため、図５に示すようにシャッター１４に対して垂直方向に移動可能な２つの垂直シャッター２０を設置している。２つのシャッター２０は、それぞれ図示しない駆動機構によって駆動され、且つ、図示しないガイド機構により図４に示す電子源基板２の面に対し垂直方向に移動し、図５に斜線で示す開口２１を遮蔽する。
【００４２】
まず、上述した活性化処理終了後、図２や図３の場合と同様に真空容器１は窒素パージにより大気圧まで戻される。本実施形態では、同様に駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線とを接続する配線９は、活性化処理終了後、基板２より離れる方向に移動し、駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線との接続が解除される。
【００４３】
これは、真空容器１内の窒素パージ中に行う。真空容器１内の圧力が大気圧になったことと、配線９による駆動ドライバー７と電子源基板２上の配線との接続の解除を確認後、図４に示す垂直シャッター２０が下降して電子源基板２と接触し、一時停止する。次に、電子源基板２を固定する支持体３は同様に昇降機構４によって下方向に降りていく。
【００４４】
この時、２つの垂直シャッター２０も昇降機構４と同調して下降し、図４に示すように開口２１を遮蔽する。また、図３の場合と同様に電子源基板２とシール部材６との距離をセンサを用いて検出し、電子源基板２とシール部材６との距離が、例えば、２ｍｍになると、２つのシャッター１４がいままで電子源基板２によって覆われていた真空容器１の一面を覆うように、シール部材６と接触しながらスライドする。また、２つのシャッター１４は図３に示す様に進行方向の先端が細くなる断面形状になっている。これは、基板２の離脱後、素早く真空容器１の一面を覆うための形状である。
【００４５】
また、シャッター１４は片持ち構造となっているため、基板２が大口径になるに従いたわみが発生し、シール部材６と接触しながらスライドすることが不可能になってしまうので、このような先端が細い、即ち、軽量化を図った形状となっている。更に、図３に示す様にシャッター１４は複数枚の構造となっており、本実施形態では２枚構造としている。必要であれば、シャッター１４の枚数を増加しても構わない。
【００４６】
シャッターの表面はシール部材と接触することを考慮して、金属であれば機械研磨、電解複合研磨等の処理を施したものでも良いし、金属の表面に樹脂材をコーティングしたものでも良い。また、一方のシャッター１４の先端にはシール部材１９が接合され、シャッター１４同士での気密を保持するために設けられている。また、緩衝材の役目も果たしている。
【００４７】
２つのシャッター１４の先端同士が突き当たると、シャッター１４のスライド動作が停止する。また、垂直シャッター２０の所定位置で停止する、この後、同様に支持体３上の電子源基板２が搬送され、次の未処理の電子源基板２を支持体３上に搬送することで電子源基板の交換を行う。電子源基板２の交換を完了すると、２つの垂直シャッター２０が反対方向にスライドし、２つのシャッター１４も反対方向にシール部材６と接触しながらスライドし、それぞれのシャッターが元の所定位置まで移動したところで停止する。この後、同様にフォーミング処理と活性化処理を行う。
【００４８】
ここで、第１、第２の実施形態と同様にシャッター１４とシャッター２０を使用した場合と使用しない場合で排気時間を測定し、測定結果を比較した。真空容器１の材料はステンレス鋼製でＳＵＳ３０４Ｌを使用し、真空容器１の内面は電解複合研磨処理を施した。真空容器１の体積は０．２ｍ３、真空容器１加熱温度７０℃、真空容器１と排気配管１６の接続口での実効排気速度を９００Ｌ／ｓとして１５秒間の基板交換を想定して排気時間の測定を行った。
【００４９】
また、この測定を実施する前に真空容器１は１０時間１５０℃の脱ガス処理を施した。測定結果は、９．０Ｅ−６Ｐａまでの排気時間は、シャッター１４とシャッター２０を使用しなかった時は約２５分、シャッター１４とシャッター２０を使用した場合には約１７分であった。従って、第２の実施形態に比べて垂直シャッター２０を用いている分、更に、真空容器１が大気にさらされ時間を短縮することができ、大気混入量を更に軽減して短時間で所定の雰囲気に排気できることを確認した。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板交換時の真空容器内への大気中の水分子の混入を低減することが可能になり、その結果、排気時間を短縮することができる。従って、真空ポンプ等のコンポーネンツの小型化が可能になり、装置コストの安価な電子源の製造装置を実現できる。また、製造工程のタクトタイムが短くなることにより生産コストを低減でき、安価で均一性の高い電子源を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子源の製造装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の電子源の製造装置の要部の構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図５】図３のシャッター閉塞時における開口部を示す図である。
【符号の説明】
１  真空容器
２  電子源基板
３  支持体
４  昇降機構
５ａ〜５ｆ  バルブ
６  シール部材
７  駆動ドライバー
８  真空ポンプ
９  配線
１０  ガス流量制御装置
１１  水分除去フィルター
１２  有機物質ガス
１３  キャリアガス
１４  シャッター
１５  真空計
１６  排気配管
１７  ガス供給配管
１８  固定ジグ
１９  シール部材
２０  垂直シャッター
２１  開口部
【図１】
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【図２】
2004184502.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004184502.tif 000006
【図５】
2004184502.tif 000007