(57)【要約】【課題】基板３を交換する時に真空容器１を基板３から浮かすが、この時に真空容器１内に水分を含む外気が入ってしまう。従って、真空容器１内を再度真空にするの要する時間を短縮する。【解決手段】浮かした真空容器１と基板３との間にエアーカーテンを形成するための気流発生手段２を設ける。【選択図】        図２
2004165041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置するための支持体と、電圧の印加によって基板面の一部の領域に形成された電子放出素子から電子を放出する部分を覆う容器を具備し、前記基板を前記支持体と前記容器との間に挟み前記容器の内部を所定の雰囲気に保持する電子源の製造装置において、前記容器と前記基板との間にエアーカーテンを形成するための気流発生手段を具備した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、電子放出素子、該電子放出素子を複数個配置してなる電子源を製造するための製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子としては、大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子には、電界放出型（以下、ＦＥ型と称する）、金属／絶縁層／金属型（以下、ＭＩＭ型と称する）や、表面伝導型電子放出素子などがある。
【０００３】
ＦＥ型の例としては、非特許文献１又は非特許文献２等に開示されたものが知られている。
【０００４】
ＭＩＭ型の例としては、非特許文献３等に開示されたものが知られている。
【０００５】
表面伝導型電子放出素子の例としては、非特許文献４等に開示されたものがある。
【０００６】
表面伝導型電子放出素子は、基体上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行な電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。本出願人は、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、多数の発明を行っている。その基本的な構成、製造方法などは、例えば特許文献１及び特許文献２等に開示されている。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処理によって、電子放出部を形成したものが挙げられる。
【０００７】
フォーミング処理とは、前記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。
【０００８】
活性化処理とは、有機化合物を有する真空雰囲気下において前記電子放出部形成用薄膜の両端に電圧を印加通電し、前記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。
【０００９】
従来の電子源製造装置は、基板は支持体によって固定され、基板の一部に形成された電子放出素子部を覆う真空容器を被せ、真空容器の内部を排気してフォーミング及び活性化処理を施す。基板の一面は真空側で反対面は大気側にさらされるため、いわば真空フランジと同等の機能（強度）を必要とされている。しかし基板は１０ｍｍにも満たない厚さのため真空に絶えられる強度を持っていない。そこで基板を固定する支持体に密着固定させ真空にも絶えられる構造となっている。
【００１０】
この様な基板保持構造となっているのでロードロック室をもった真空一貫のマルチチャンバー型の製造装置になっていない。従って基板の交換時には必ず基板が大気にさらされることにもなるし、同時に真空容器も大気にさらされることになる。高真空領域でのプロセスを必要とする製造装置において、本来ならば真空一貫のマルチチャンバー型の製造システムにして、基板交換時の真空容器への大気混入を防止しているのだが、従来の電子源製造装置はフォーミング及び活性化処理終了後、真空容器を大気圧まで窒素パージをしてから大気中で基板の交換を行っている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−２３５２５５号公報
【特許文献２】
特開平８−１７１８４９号公報
【非特許文献１】
Ｗ．Ｐ．  Ｄｙｋｅ  ａｎｄ  Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，  Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）
【非特許文献２】
Ｃ．Ａ．  Ｓｐｉｎｄｔ，  ”Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｃｏｎｅｓ”，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ  ，４７，５２４８（１９７６）
【非特許文献３】
Ｃ．Ａ．  Ｍｅａｄ，  ”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ”，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，  ３２，６４６（１９６１）
【非特許文献４】
Ｍ．Ｉ．  Ｅｌｉｎｓｏｎ，  Ｒａｄｉｏ  Ｅｎｇ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓ，  １０，１２９０（１９６５）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の表面伝導型電子放出素子の製造は以下のように行われていた。基板上に、導電性膜および該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、該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成する。次に、作成した電子源基板の一部の領域を真空容器で覆い、真空容器内を真空排気する。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、該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前記各素子に再度外部端子を通じて電圧を印加して、該亀裂近傍に炭素ある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。
【００１３】
しかし、基板交換時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排気時間が増加してしまい、製造タクトが長くなり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に、大排気量の真空ポンプを設けるなどを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る。
【００１４】
更には、電子源の製造装置において、基板を支持体にセットした後、上記のフォーミング処理、活性化処理を行うため、電圧を印加するための駆動ドライバーと基板上に形成されている導電性膜に接続されている配線とを接続する工程がある。このとき、位置合わせをするために基板が載置してある支持体が前後左右方向に駆動して位置合わせをする。位置あわせ時も真空容器は大気にさらされてしまい、真空容器の内壁全面に水分子が吸着してしまい、上述のような排気時間の増加を招いている。
【００１５】
本発明は、真空容器内壁への水吸着量を軽減し、製造スピードが向上した生産性に適した電子源の製造装置を提供することを目的とする。
【００１６】
更には、装置の小型化と共に、短時間での真空排気を可能にする装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、基板を載置するための支持体と、電圧の印加によって基板面の一部の領域に形成された電子放出素子から電子を放出する領域を覆う容器を具備し、基板を支持体と容器との間に挟み容器の内部を所定の雰囲気に保持する電子源の製造装置において、前記容器と前記基板との間にエアーカーテンを形成するための気流発生手段を具備したことを特徴とする電子源の製造装置である。
【００１８】
気流発生手段によって形成されたエアーカーテンは、このエアーカーテンが当たる位置に存在する基板に対してほぼ垂直方向の速度ベクトルをもつ。エアーカーテンを形成する垂直方向の速度ベクトルを持った気体分子が多ければ多いほど、エアーカーテンの遮断性能は効果を発揮する。しかし本発明の製造装置では、エアーカーテンが衝突する基板が存在するため、その基板に衝突した気体分子の跳ね返りによって垂直方向の速度ベクトルを持った気体分子を減少させてしまうことになる。すなわち、エアーカーテンの遮断性能の低下を招くことになり真空容器内への水分子混入を増加させてしまうことになる。そこで、エアーカーテンの速度の上限値を設けることとする。
【００１９】
また、エアーカーテンが基板に衝突する時の風速が速ければ、それに伴い跳ね返る分子の速度も速くなる。跳ね返った分子の一部は真空容器内へと流れ込み、気流が早ければ速いほど真空容器内の隅々まで気流内に混入してきた大気中の水分子を運搬することになってしまうので、気流の風速を制御することが重要になってくる。
【００２０】
従って、このような電子源の製造装置によれば、気流発生手段によって形成されたエアーカーテンによって基板交換時、基板位置合わせ時の真空容器内壁への水吸着を軽減できることとなり、製造装置の小型化が可能になり装置コストの低い電子源の製造装置を提供することができる。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およ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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１、図２は、本実施形態に係る電子源の製造装置を示しており、図１は電子源基板の斜視図を示し、図２は図１における断面図及び周辺部を示す。図１、図２において、２３は電子放出素子となる導電体、２１はＸ方向配線、２２はＹ方向配線、３は電子源基板、７は支持体、１は真空容器、１９は気体の導入口、１８は排気口、６はシール部材、２は気流発生手段、８はヒーター、１１は有機ガス物質、１２はキャリアガス、１４は水分除去フィルター、１３はガス流量制御装置、５ａ〜５ｇはバルブ、４は真空ポンプ、１８は配管、２０は取り出し配線、１０は電源及び電流制御系からなる駆動ドライバー、９は電子源基板の取り出し配線２０と駆動ドライバーとを接続する配線である。
【００２２】
支持体７は、電子源基板３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などにより、機械的に電子源基板３を固定する機構を有する。支持体７の内部には、ヒーター８が設けられ、必要に応じて電子源基板３を加熱することができる。
【００２３】
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からなるものが好ましい。真空容器１は、電子源基板３の取り出し配線部を除き、導電体２３が形成された領域を覆い、かつ、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。
【００２４】
シール部材６は、電子源基板３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などが用いられる。
【００２５】
有機ガス物質１１には、電子放出素子の活性化に用いられる有機物質、または、有機物質を窒素、ヘリウム、アルゴンなど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。これらのガスは有機ガス導入口より真空容器１に供給される。
【００２６】
有機ガス物質１１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、または、固体の場合は、容器内で蒸発また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などの方法で用いることができる。キャリアガス１２には、窒素またはアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスが用いられる。
【００２７】
有機ガス物質１１と、キャリアガス１２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１３によって制御される。ガス流量制御装置１３は、マスフローコントローラ及び電磁弁等から構成される。これらの混合ガスは、必要に応じて配管１９の周囲に設けられた図示しないヒーターによって適当な温度に加熱された後、真空容器１に設けられた導入口より、真空容器１内に導入される。混合ガスの加熱温度は、電子源基板３の温度と同等にすることが好ましい。
【００２８】
なお、ガス流量制御装置１３と導入管１９の途中に、水分除去フィルター１３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１３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。
【００２９】
真空容器１に導入された混合ガスは、排気口１８を通じて、真空ポンプ４により一定の排気速度で排気され、真空容器１内の混合ガスの圧力は一定に保持される。本発明で用いられる真空ポンプ４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、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。
【００３０】
エアーカーテンを形成する気流発生手段２は、真空容器１の内壁４面に設置されている。気流発生手段２はバルブ５ｇを介してガス流量制御装置２４に接続されていて、所定のガス流量を気流発生装置２に供給できるようになっている。必要に応じて気流発生手段内を作動排気できる排気ラインを設けても構わない。エアーカーテンの気体としては、乾燥空気または乾燥空気と窒素の混合気体を用いる。
【００３１】
また、本発明はこの明細書に記載されている形状に限定されるものではない。
【００３２】
【実施例】
［実施例１］
本実施例は、本発明に係る製造装置を用いて表面伝導型電子放出素子を複数備える電子源を製造するものであり、その構造を図２に示す。前述した活性化処理終了後、図示はされていないが真空容器１内を窒素パージして大気圧まで戻し基板３を交換する。大気圧確認後、支持体７に固定されている基板３が図示されていないが、昇降機構によってＯリング６から離れる。Ｏリング６から基板３が離れる瞬間に気流発生装置２よりエアーカーテンを形成させる。
【００３３】
ここでエアーカーテンの遮断性能を確認するため、基板３をＯリング６より１０ｍｍ下げた位置で１５秒間固定して、昇降機構によって再び基板３をＯリング６に押し当てて真空ポンプ４によって排気した。また、気流発生装置２に供給するガス流量を流量制御装置２４によって可変させ、すなわち気流の先端風速を可変させ、各条件（風速）による排気時間の結果を図４に示した。遮断性能を確認するため次のパラメータを固定した。
【００３４】
真空容器加熱温度：８０℃
気流発生装置へ供給するガス種：乾燥空気（露点−８０℃）
Ｏリング−基板面高さ：１０ｍｍ
開放時間：１５秒
また、図２に示す気流発生手段２によって形成されるエアーカーテンは基板３の外周面に対して周状に吹付けられるようになっている。上記パラメータを固定し、エアーカーテンの風速を可変させて１．３Ｅ−４Ｐａまでの排気時間を図４にプロットした。図４に示す先端風速とは、予め風速測定器で気流発生手段のノズルの先端から吹出し方向に１０ｍｍ離れた位置での風速を測定したものである。真空容器１を浮かせて基板を交換するときに、ノズルの先端から吹出し方向に１０ｍｍ離れた位置に基板が配置されるので、先端風速とは、基板での空気の反射を考慮しないときの基板におけるエアーカーテン速度となる。
【００３５】
その結果、排気時間はエアーカーテンの先端風速が基板３に到達したとき、０．３ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下の時に良好な遮断性能を示している。エアーカーテンを形成しないときの排気時間より約３０％の短縮率となっている。
【００３６】
［実施例２］
実施例２の電子源を製造する装置を図３に示す。本実施例では気流発生装置２を真空容器１の大気側の外壁部に設置したものである。実施例１と同様の測定を行った結果を図４に示す。実施例１の結果と同様に、先端風速が１．５ｍ／ｓ以下の時に良好な遮断性能を示しており、更には０．３以上１．５ｍ／ｓ以下の時の排気時間がエアーカーテンを形成しない時と比較して約３０％の短縮率となった。また、実施例１の排気時間と比較すると全体的に排気時間は減少しているが、これは真空容器１内の表面積の大きさによるものであって、実施例２では気流発生装置２が真空用１の外壁に設置されているため表面積が小さくなり、放出ガス量及び水吸着量が減少したためである。従って、気流発生装置２の遮断性能の差によるものではない。
【００３７】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明の好適な実施の態様は以下の通りである。
【００３８】
前記気流発生手段によって形成されたエアーカーテンの風速が基板表面において、０を超え１．５ｍ／ｓ以下であることを特徴とする製造装置である。
【００３９】
また前記気流発生手段によって形成されたエアーカーテンの風速が基板表面において０．３以上１．５ｍ／ｓ以下であることを特徴とする製造装置である。
【００４０】
更に、前記気流発生手段によって形成されるエアーカーテンの気体が乾燥空気または乾燥空気と窒素の混合気体であることを特徴とする電子源の製造装置である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、基板交換時、基板位置合わせ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、排気時間の短縮を可能にする。従って、真空ポンプなどのコンポーネンツの小型化が可能になり装置コストの低い電子源の製造装置を提供することができる。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およ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子源の製造方法を可能にする装置の一部を破断した斜視図である。
【図２】図１における電子源の製造装置の全体構造を示す断面図および第１の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図４】各実施例の先端風速による排気時間の変化を示した図である。
【符号の説明】
１：真空容器、２：気流発生手段、３：基板、４：排気ポンプ、５：バルブ、６：シール部材、７：支持台、８：ヒーター、９：電子源基板の取り出し配線２０と駆動ドライバー１０とを接続する配線、１０：駆動ドライバー、１１：有機ガス物質、１２：キャリアガス、１３：ガス流量制御装置、１４：水分除去フィルター、１５：素子電極、１６：炭素膜、１７：電子放出素子、１８：排気口、１９：有機ガス導入配管、２０：取り出し配線、２１：Ｘ方向配線、２２：Ｙ方向配線、２３：電子放出素子、２４：ガス流量制御装置
【図１】
2004165041.tif 000003
【図２】
2004165041.tif 000004
【図３】
2004165041.tif 000005
【図４】
2004165041.tif 000006