(57)【要約】  本発明による炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法は、透明基板の表面にパターン溝を有するフォトマスクを付着するフォトマスク付着段階と、フォトマスクの表面にネガティブ・フォトレジストを付着するフォトレジスト付着段階と、透明基板のフォトマスクが付着された部分の反対側から光を照射してパターン溝を通じてネガティブ・フォトレジストに照射される光によってネガティブ・フォトレジストの一部を硬化させる露光段階と、ネガティブ・フォトレジストの露光されていない部分を除去して、ネガティブ・フォトレジストが硬化されてなる微細構造物を形成する現像段階と、微細構造物を加熱して炭化させる熱分解段階と、微細構造物が形成された透明基板の表面に電圧を供給するためのカソードを付着するカソード付着段階とを包含してなることを特徴とする。本発明によると、電子放出素子として使用される炭素微細構造物を簡単でかつ低コストで製造することができる。【選択図】図１８
2010532915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の表面にパターン溝を有するフォトマスクを付着するフォトマスク付着段階と、
前記フォトマスクの表面にネガティブ・フォトレジストを付着するフォトレジスト付着段階と、
前記透明基板の前記フォトマスクが付着された部分の反対側から光を照射して、前記パターン溝を通じて前記ネガティブ・フォトレジストに照射される光によって前記ネガティブ・フォトレジストの一部を硬化させる露光段階と、
前記ネガティブ・フォトレジストの露光されていない部分を除去して、前記ネガティブ・フォトレジストが硬化されてなる微細構造物を形成する現像段階と、
前記微細構造物を加熱して炭化させる熱分解段階と、
前記微細構造物が形成された前記透明基板の表面に電圧を提供するためのカソードを付着するカソード付着段階とを包含してなることを特徴とする炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項２】
前記露光段階において、前記微細構造物の形状を限定するために、前記ネガティブ・フォトレジストに入射される光の蓄積エネルギー量を調節することを特徴とする請求項１に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項３】
前記ネガティブ・フォトレジストに入射される光の蓄積エネルギー量を調節するために、前記ネガティブ・フォトレジストに照射する光の強度を調節することを特徴とする請求項２に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項４】
前記ネガティブ・フォトレジストに入射される光の蓄積エネルギー量を調節するために、前記ネガティブ・フォトレジストに照射する光の照射時間を調節することを特徴とする請求項２に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項５】
前記ネガティブ・フォトレジストに光を照射する前に、次の式（１）、式（２）、式（３）を通じて露光によって前記ネガティブ・フォトレジストが硬化される部分の形状を算出する数値解析段階をさらに包含することを特徴とする請求項２に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【数１】
2010532915.tif 000004
（式中、Ｕは光の伝播によって誘導される電界、λは波長、ｃは光の速度、εは誘電定数（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｓｔａｎｔ）、Ｐ０はＳＵ−８  １２における位置、Ｐ１はパターン溝１１ａの位置、ｔＥｘｐは露光時間、Ｒ１はガラス基板１０とＳＵ−８  １２間の反射係数（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、ｚはガラス基板１０からの光の投射距離、αＥｘｐは露光されたＳＵ−８  １２の吸収率（Ａｂｓｏｒｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、αＵｎ  ｅｘｐは非露光されたＳＵ−８  １２の吸収率を示す。）
【請求項６】
前記カソード付着段階は、前記炭素微細構造物が形成された前記透明基板の表面に第１透明電極を付着する段階と、前記炭素微細構造物の末端が外部に露出されるように前記第１透明電極の一部を除去して前記カソードを形成する段階とを包含してなることを特徴とする請求項１に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項７】
前記カソードの表面に絶縁膜を付着する絶縁膜付着段階と、
前記絶縁膜の表面に電圧を供給するためのゲートを付着するゲート付着段階とをさらに包含することを特徴とする請求項１に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項８】
前記カソード及び前記ゲートは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｕｉｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）からなることを特徴とする請求項７に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項９】
前記カソード付着段階の前に、前記透明基板において前記フォトマスクを除去するフォトマスク除去段階をさらに包含することを特徴とする請求項１に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項１０】
前記ネガティブ・フォトレジストは、ＳＵ−８であることを特徴とする請求項１に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項１１】
前記熱分解段階において、前記微細構造物を炉の内部に装入して、前記炉に熱を加えながら前記炉の内部には窒素ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項１２】
前記熱分解段階において、前記炉の内部温度を第１の温度として第１の時間維持させることによって、前記微細構造物から揮発性化学物質を蒸発させる。次いで前記炉の内部温度を前記第１の温度より高い第２の温度として第２の時間維持させることによって前記微細構造物を炭化させることを特徴とする請求項１１に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の温度は３００℃、前記第１の時間は３時間、前記第２の温度は７００℃、前記第２の時間は３０分であることを特徴とする請求項１２に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項１４】
透明基板の一側表面にパターン溝を有するフォトマスクを付着するフォトマスク付着段階と、
前記フォトマスクが付着された面と反対側の前記透明基板の他側表面にネガティブ・フォトレジストを付着するフォトレジスト付着段階と、
前記パターン溝を通じて前記ネガティブ・フォトレジストに光を照射して、前記ネガティブ・フォトレジストの一部を硬化させる露光段階と、
前記ネガティブ・フォトレジストの露光されていない部分を除去して、前記ネガティブ・フォトレジストが硬化されてなる微細構造物を形成する現像段階と、
前記微細構造物を加熱して炭化させる熱分解段階と、
前記微細構造物が形成された前記透明基板の表面に電圧を供給するためのカソードを付着するカソード付着段階とを包含してなることを特徴とする炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項１５】
前記露光段階において、前記微細構造物の形状を限定するために、前記ネガティブ・フォトレジストに入射される光の蓄積エネルギー量を調節することを特徴とする請求項１４に記載の高アスペクト比の微細構造物の製造方法。
【請求項１６】
前記カソードの表面に絶縁膜を付着する絶縁膜付着段階と、
前記絶縁膜の表面に電圧を供給するためのゲートを付着するゲート付着段階とをさらに包含することを特徴とする請求項１４に記載の炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項１７】
透明基板の表面にパターン溝を有するフォトマスクを付着するフォトマスク付着段階と、
前記フォトマスクの表面にネガティブ・フォトレジストを付着するフォトレジスト付着段階と、
前記透明基板の前記フォトマスクが付着された部分の反対側から光を照射して、前記パターン溝を通じて前記ネガティブ・フォトレジストに照射される光によって前記ネガティブ・フォトレジストの一部を硬化させる露光段階と、
前記ネガティブ・フォトレジストの露光されていない部分を除去して、前記ネガティブ・フォトレジストが硬化されてなる微細構造物を露出させる現像段階と、
前記微細構造物を加熱して炭素微細構造物に変化させる熱分解段階と、
前記透明基板から前記フォトマスクを除去するフォトマスク除去段階と、
前記炭素微細構造物が形成された前記透明基板の表面に電圧を供給するための第１透明電極を付着するカソード形成段階と、
前記第１透明電極の表面に絶縁膜を付着する絶縁膜付着段階と、
前記絶縁膜の表面に電圧を供給するための第２透明電極を付着するゲート形成段階と、
前記炭素微細構造物の末端が露出されるように前記第１透明電極、前記絶縁膜、前記第２透明電極のそれぞれの一部分を除去するエッチング段階とを包含してなることを特徴とする炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１７の中、いずれか１項に記載の製造方法によって製造された炭素微細構造物を有する電界放出アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出アレイに関する。より詳細には、高アスペクト比の炭素微細構造物を電子放出素子に利用する電界放出アレイ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）は、陰極板パネルから放出された電子が陽極板パネルの蛍光体に照射されて映像を表示する装置であって、作動方式が陰極線管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）と類似であるが、平面でなっている特徴がある。電界放出ディスプレイは、陰極線管と同様に陰極線発光によって作動するので、発光効率が高く、視野角が広く、動作速度が速く且つ低コストで製造することができる。
電界放出ディスプレイの主要構成要素としては、陽極板パネルと陰極板パネルがある。これらの陽極板パネルと陰極板パネルは、スペーサによって離隔されており、これらの間の空間は真空になっている。陽極板パネルは、透明板に透明伝導体であるアノードが付着され、ここに蛍光体がコーティングされた構造でなっている。陰極板パネルは、カソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）と電子放出素子（Ｅｍｉｔｔｅｒ）を有する多数の電界放出アレイ（ＦＥＡ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ａｒｒａｙ）で構成される。カソード構造は、３極型（Ｔｒｉｏｄｅ  Ｔｙｐｅ）と２極型（Ｄｉｏｄｅ  Ｔｙｐｅ）がある。３極型カソード構造は、放出電流を低い電圧によって容易に制御することができ、これによって階調（Ｇｒａｙ  Ｓｃａｌｅ）を比較的容易に具現することができるので、最近多く使用されている。
【０００３】
電子放出素子は、電界放出ディスプレイの核心素子であって、チップ型と平面型に区分される。チップ型電子放出素子は、ゲート孔の直径を減らすことによって低電圧駆動が可能であるとともに、画素内の電子放出素子の数の増加、放出電流増加などの効果がある。また、チップ型電子放出素子は、材質によってシリコンチップと金属チップに区分される。金属チップは、タングステン、モリブデンなどの金属からなり、電子を放出するためには高い電圧が要求され、これによるチップの乾式エッチング現象が甚だしいので寿命に問題がある。シリコンチップは、構造の形状調節が容易であり、優秀な均一性、半導体工程との互換性があるなどのメリットを有するが、放出電流の不安定、チップを破壊する危険性が高く、表面酸化膜が存在するなど、パネルのサイズが制限されるなどの問題がある。
【０００４】
最近、電子放出電圧を決定する１関数の値が低く、エッチングに対する抵抗性が強く、高い伝導性の特性を有している、ダイアモンド、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）、ダイアモンド類似炭素、無形炭素（すす）などの炭素材料が電子放出素子として注目を受けている。特に、炭素ナノチューブは、その尖鋭な末端に電子が集中されて電子の放出が容易であり、ダイアモンド関連材料が有する一部の特性も有しているメリットもある。また、炭素ナノチューブは、高アスペクト比の特性があるので、これを基板上に垂直に整列する場合、電子の放出効率を大きく高めることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
炭素ナノチューブは、電子放出素子として使用される好適な特性を有しているが、物性の調節が困難であり、一貫性のある工程によって基板上に垂直に整列することが非常に難しいという問題がある。なお、製造工程が複雑であるため、製造収率が低く、大面積の製造が難しいという問題もある。
本発明は、前記のような問題を解決することによって、電子放出素子として好適に使用される炭素微細構造物を簡単でかつ低コストで製造することができ、これを基板上に垂直に配列することによって、電界放出アレイを大量生産することのできる炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法及びこのような製造方法によって製造される炭素微細構造物を有する電界放出アレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明による炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法は、透明基板の表面にパターン溝を有するフォトマスクを付着するフォトマスク付着段階と、フォトマスクの表面にネガティブ・フォトレジストを付着するフォトレジスト付着段階と、透明基板のフォトマスクが付着された部分の反対側から光を照射して、パターン溝を通じてネガティブ・フォトレジストに照射される光によってネガティブ・フォトレジストの一部を硬化させる露光段階と、ネガティブ・フォトレジストの露光されていない部分を除去して、ネガティブ・フォトレジストが硬化されてなる微細構造物を形成する現像段階と、微細構造物を加熱して炭化させる熱分解段階と、微細構造物が形成された透明基板の表面に電圧を供給するためのカソードを付着するカソード付着段階とを包含してなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の側面による炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法は、透明基板の一側表面にパターン溝を有するフォトマスクを付着するフォトマスク付着段階と、フォトマスクが付着された面と反対側の透明基板の他側表面にネガティブ・フォトレジストを付着するフォトレジスト付着段階と、パターン溝を通じてネガティブ・フォトレジストに光を照射して、ネガティブ・フォトレジストの一部を硬化させる露光段階と、ネガティブ・フォトレジストの露光されていない部分を除去して、ネガティブ・フォトレジストが硬化されてなる微細構造物を形成する現像段階と、微細構造物を加熱して炭化させる熱分解段階と、微細構造物が形成された透明基板の表面に電圧を供給するためのカソードを付着するカソード付着段階とを包含してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明のまた他の側面による炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法は、透明基板の表面にパターン溝を有するフォトマスクを付着するフォトマスク付着段階と、フォトマスクの表面にネガティブ・フォトレジストを付着するフォトレジスト付着段階と、透明基板のフォトマスクが付着された部分の反対側から光を照射して、パターン溝を通じてネガティブ・フォトレジストに照射される光によってネガティブ・フォトレジストの一部を硬化させる露光段階と、ネガティブ・フォトレジストの露光されていない部分を除去して、ネガティブ・フォトレジストが硬化されてなる微細構造物を露出させる現像段階と、微細構造物を加熱して炭素微細構造物に変化させる熱分解段階と、透明基板からフォトマスクを除去するフォトマスク除去段階と、炭素微細構造物が形成された透明基板の表面に電圧を供給するための第１透明電極を付着するカソード形成段階と、第１透明電極の表面に絶縁膜を付着する絶縁膜付着段階と、絶縁膜の表面に電圧を供給するための第２透明電極を付着するゲート形成段階と、炭素微細構造物の末端が露出されるように第１透明電極、前記絶縁膜、前記第２透明電極のそれぞれの一部分を除去するエッチング段階を包含してなることを特徴とする。
【０００９】
本発明による炭素微細構造物を有する電界放出アレイは、前記製造方法によって製造されることを特徴とする。
本発明によると、電子放出素子に使用される炭素微細構造物を簡単でかつ低コストで製造することができ、これを基板上に垂直に配列することによって電界放出アレイを大量生産することができる。また、作動電圧が低く、電子放出素子の寿命が延長された電界放出アレイを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の１実施形態による炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法においてガラス基板の表面にクロム皮膜が付着された状態を示した斜視図である。
【図２】クロム皮膜の表面にＳＵ−８が付着された状態を示した斜視図である。
【図３】ＳＵ−８が紫外線によって露光される過程を示した斜視図である。
【図４】パターン溝の直径が略３．０μｍであり、露光に使用された紫外線の強度が１０９ｍＪ／ｃｍ２であるとき、作製された微細構造物を示したＳＥＭイメージ図である。
【図５】パターン溝を通過してＳＵ−８に照射される光の回折分析モデルを示した図面である。
【図６】パターン溝の直径が１．０μｍであり、露光に使用された紫外線の強度が１００ｍＪ／ｃｍ２である場合、ＳＵ−８に蓄積された正規化された蓄積エネルギー量の分布を示した図面である。
【図７】パターン溝の直径が１．０μｍである場合、露光に使用された紫外線の強度変化による微細構造物の形状変化を示したＳＥＭイメージ図である。
【図８】パターン溝の直径が１．０μｍである場合、露光に使用された紫外線の強度変化による微細構造物の形状変化を示したＳＥＭイメージ図である。
【図９】パターン溝の直径が１．０μｍである場合、露光に使用された紫外線の強度変化による微細構造物の形状変化を示したＳＥＭイメージ図である。
【図１０】露光されたＳＵ−８を現像してＳＵ−８が硬化されてなる微細構造物が露出した状態を示した斜視図である。
【図１１】微細構造物が石英管炉の内部で熱分解される過程を示した図面である。
【図１２】図１１の熱分解過程において、石英管炉の内部の温度変化を示した図面である。
【図１３】微細構造物が熱分解されて形成された炭素微細構造物を示した斜視図である。
【図１４】ガラス基板においてクロム皮膜が除去された状態を示した断面図である。
【図１５】ガラス基板の表面に第１透明電極が蒸着された状態を示した断面図である。
【図１６】第１透明電極の表面に絶縁膜が被覆された状態を示した断面図である。
【図１７】絶縁膜の表面に第２透明電極が付着された状態を示した断面図である。
【図１８】本発明の１実施形態による炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法によって製造された電界放出アレイを模式的に示した断面図である。
【図１９】図１８の電界放出アレイが適用された電界放出ディスプレイを模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の１実施形態による炭素微細構造物を有する電界放出アレイの製造方法に対して説明する。
【００１２】
本発明による電界放出アレイの製造方法は、大別して、電界放出素子として使用される複数の炭素微細構造物を作製して透明基板に垂直に配列する工程と、複数の炭素微細構造物が垂直に配列された透明基板にカソードとゲートを形成する工程に区分することができる。
【００１３】
複数の炭素微細構造物を透明基板に垂直に配列されるように製造する工程は、図１〜図１３に図示されたように、これを大別すると、フォトリソグラフィ工程と熱分解工程でなっている。まず、図１〜図４は、フォトリソグラフィ工程を図示したものである。図１に図示されたように、厚さ５００μｍであるガラス基板（Ｐｙｒｅｘ＃７７４０，Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏ．製）１０の一側表面に厚さ１１００Åのクロム皮膜１１が付着される。ガラス基板１０は、溶融シリカ基板など他の透明基板を使用することができ、クロム皮膜１１は、透明基板の一側表面に付着されて光を遮断する多様なフォトマスクに変更することができる。クロム皮膜１１は、直径が１．０μｍである複数のパターン溝１１ａを有し、電子ビーム蒸着法（Ｅ−ｂｅａｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、または、その他の方法によってガラス基板１０に付着される。複数のパターン溝１１ａは、光を通過させる部分であり、その直径と配置位置は多様に変更することができ、かつ形状も円形以外の形状に変更することができる。ガラス基板１０のクロム皮膜１１が付着される部分は光の出射面になる。
【００１４】
図２に図示されたように、クロム皮膜１１がガラス基板１０に付着された後、クロム皮膜１１の表面にネガティブ・フォトレジストであるＳＵ−８（ＳＵ−８  １００，Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ  Ｃｏ．製）１２が適当な厚さでスピンコーティングされた後乾燥される。クロム皮膜１１の表面には、前記ＳＵ−８  １２の代りに他のネガティブ・フォトレジストが付着されることができる。ＳＵ−８  １２がクロム皮膜１１に付着された後、ガラス基板１０に紫外線（ＵＶ）が照射される。
図３に図示のように、紫外線（ＵＶ）は、ガラス基板１０のクロム皮膜１１が付着された反対側の面に照射されて、クロム皮膜１１の複数のパターン溝１１ａを通過してＳＵ−８  １２に入射する。図面には図示されていないが、本実施形態においては、光源とガラス基板１０の間にバンドパスフィルター（Ｂａｎｄｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ、λ＝３６５ｎｍ、ｂａｎｄｗｉｄｔｈ＝１０ｎｍ、０７９−０５５０  ｂａｎｄｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ、Ｏｐｔｏ−Ｓｉｇｍａ  Ｃｏ．製）が配置されて、光源で照射された紫外線（ＵＶ）がフィルタリングされている。本発明において、露光に使用される光は、紫外線（ＵＶ）の他にもＤＵＶ（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、Ｘ−Ｒａｙなど、ネガティブ・フォトレジストを硬化させることのできる多様な光を利用することができる。
【００１５】
ガラス基板１０に入射されてクロム皮膜１１の複数のパターン溝１１ａを通過した紫外線（ＵＶ）は、回折によってパターン溝１１ａの外側に広がるが、光の強度はパターン溝１１ａの中心に集中される。ＳＵ−８  １２の領域内で硬化される部分１２ｂは、光が照射される部分１２ａの中でも照射された光のエネルギー量がＳＵ−８  １２の硬化エネルギーの臨界値より大きな部分に限定され、ＳＵ−８  １２の硬化された部分１２ｂは、アスペクト比の大きい円錐形状に表われる。ＳＵ−８  １２の硬化された部分１２ｂは、微細構造物１３（図１０参照）を形成することになるので、紫外線（ＵＶ）の強度や照射時間を調節してＳＵ−８  １２に照射される光のエネルギー量を調整することによって、微細構造物１３の形状を変えることができる。すなわち、ＳＵ−８  １２に照射される光のエネルギーを増加させると、ＳＵ−８  １２の硬化された部分１２ｂは、横に広がらず光の照射方向に沿って増大する。このような現象は光の回折によると知られている。
【００１６】
露光工程において、フォトマスクが透明基板の表面に付着されているので、フォトマスクと透明基板との間で光の回折は発生されない。このような特徴は、ネガティブ・フォトレジストに照射される光をパターン溝１１ａの中心に集中させることにおいて有利に作用する。図３においては、ネガティブ・フォトレジストがフォトマスクの表面に付着される場合を説明しているが、ネガティブ・フォトレジストは、透明基板のフォトマスクが付着された部分の反対側の表面に付着されることもできる。この場合、光はフォトマスクに照射され透明基板を通過してネガティブ・フォトレジストに照射されることになる。
【００１７】
図４は、パターン溝１１ａの直径が略３．０μｍ（２．９７μｍ）であり、ガラス基板１０に照射された紫外線（ＵＶ）のエネルギーが１０９．２ｍＪ／ｃｍ２であるとき、ガラス基板１０上に作製された微細構造物１３を示したＳＥＭイメージ図である。図４を参照すると、微細構造物１３はそのアスペクト比が２０以上であり、その末端の直径は、略７００ｎｍ（６９７．００ｎｍ）まで縮小されていることを確認することができる。この微細構造物１３の形状は、光の照射によるＳＵ−８  １２の内部領域における蓄積されたエネルギー量（Ｅｘｐｏｓｅｄ  Ｄｏｓｅ）の分布を算出して予測することができる。
【００１８】
ＳＵ−８  １２の内部領域における蓄積エネルギー量の分布は、図５に図示された回折分析モデルと、ホイヘンス−フレネル回折原理（Ｈｕｙｇｅｎｓ−Ｆｒｅｓｎｅｌ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）と関連された次の式によって得ることができる。
【００１９】
【数１】
2010532915.tif 000003
【００２０】
前記式（１）、（２）において、Ｕは光の伝播によって誘導される電界、λは波長、ｃは光の速度、εは誘電定数（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｓｔａｎｔ）、Ｐ０はＳＵ−８  １２における位置、Ｐ１はパターン溝１１ａの位置である。また、式（３）において、ｔＥｘｐは露光時間、Ｒ１はガラス基板１０とＳＵ−８  １２との間の反射係数（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、ｚはガラス基板１０からの光の投射距離、αＥｘｐは露光されたＳＵ−８  １２の吸収率（Ａｂｓｏｒｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、αＵｎ  ｅｘｐは非露光されたＳＵ−８  １２の吸収率を示す。
【００２１】
前記式らに基づいた数値解析（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）を通じて蓄積エネルギー量の分布を算出することができる。図６は、照射エネルギーＤ０が１００ｍＪ／ｃｍ２であり、パターン溝１１ａの直径が１．０μｍである場合の数値解析の結果であって、正規化された蓄積エネルギー（Ｄ／Ｄ０）の分布を示したものである。蓄積エネルギー量の分布において、ＳＵ−８  １２の硬化エネルギーを有する部分を連結した線（Ｃｏｎｔｕｒｅ  ｌｉｎｅ）が硬化エネルギーの臨界値を示す。ここで、硬化エネルギーの臨界値Ｄｃは５０ｍＪ／ｃｍ２である。線の内側は蓄積エネルギーが硬化エネルギーの臨界値より大きいので硬化される部分になり、線の外側は蓄積エネルギーが硬化エネルギーの臨界値より小さいので現像工程で除去される部分になる。
【００２２】
図７は、パターン溝１１ａの直径が１．０μｍであり、照射エネルギーＤ０が１０９．２ｍＪ／ｃｍ２であるとき、実際の製造された微細構造物１３のＳＥＭイメージと、計算された蓄積エネルギー量の分布を示したものである。図７を参照するとき、ＳＵ−８  １２が硬化されて形成された微細構造物１３の形状は、計算された蓄積エネルギー量が６３ｍＪ／ｃｍ２であるときと一致していることを確認することができる。このときの微細構造物１３の高さは４．６μｍである。図８及び図９は、パターン溝１１ａの直径が１．０μｍであり、照射エネルギーＤ０がそれぞれ２１８．４ｍＪ／ｃｍ２と３２７．６ｍＪ／ｃｍ２である場合を示したことであって、照射エネルギーＤ０が２１８．４ｍＪ／ｃｍ２であるとき、微細構造物１３の高さは７．０μｍであり、照射エネルギーＤ０が３２７．６ｍＪ／ｃｍ２であるとき、微細構造物１３の高さは１０．９μｍに至ることを確認することができる。したがって、ＳＵ−８  １２または他のネガティブ・フォトレジストの硬化エネルギーの臨界値と、照射される光の波長を考慮してパターン溝１１ａのサイズを適切に選択し、露光によってＳＵ−８  １２の硬化される部分の形状を数値解析によって算出して、光の照射エネルギーを適切に調節することによって、望む形状の微細構造物１３を作製することができる。
【００２３】
露光工程が終った後、ＳＵ−８  １２は現像工程を経る。露光されたＳＵ−８  １２がＰＧＭＥＡ現像液（Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ  Ｃｏ．製）と同一の現像液に１時間以上浸漬されていると、図１０に図示したように、ＳＵ−８  １２の硬化されていない部分が除去されるとともに、硬化された部分だけが残るようになる。現像工程の後、微細構造物らは洗滌液によって洗滌される。洗滌液としてはイソプロピルアルコール、脱イオン化水、または、適当な他の洗滌液が使用されることもできる。
フォトリソグラフィ工程を通じて作製されたＳＵ−８  １２の微細構造物１３等は、熱分解工程を通じて炭化されながら、その幅が縮小される。図１１に図示されたように、熱分解工程のとき、ＳＵ−８  １２の微細構造物１３らは、石英管炉２０の中で高温で加熱される。このとき、石英管炉２０の外部からは熱を加えながら、石英管炉２０の内部には窒素ガス（Ｎ２）が供給されて石英管炉２０の内部は高温の不活性環境を造成する。
【００２４】
図１２は、熱分解工程が実行される間、石英管炉２０内部の温度変化を示したグラフであって、石英管炉２０の内部温度は、３００℃で一定時間の間維持された後、７００℃に上昇した後冷却される。石英管炉２０の内部温度が３００℃で３時間の間維持されるとき、ＳＵ−８  １２の微細構造物１３は乾燥されながら揮発性化学物質が蒸発される。以後、石英管炉２０の内部温度は７００℃まで１０℃／ｍｉｎの増加率で昇温、７００℃で３０分間維持される。このとき、ＳＵ−８  １２の微細構造物１３は、水素と酸素が分解されながら厚さが縮小される。以後、石英管炉２０の内部温度は、不活性環境において自然的に冷却される。このようにＳＵ−８  １２の微細構造物１３は、熱分解工程を通じて炭化された後、図１３のように、厚さが縮小された炭素微細構造物１４に変形される。前記の熱分解工程において、微細構造物１３を加熱するための炉は、石英管炉２０に限定するのではなく、他の形態の炉を利用することもできる。
【００２５】
図１４〜図１８は、複数の炭素微細構造物１４が垂直に配列されたガラス基板１０にカソード３３とゲート３４が付着される工程を示したものである。図１４に図示されたように、フォトリソグラフィを利用してガラス基板１０上に複数の炭素微細構造物１４が垂直に配列された後、ガラス基板１０に付着されたクロム皮膜１１は除去される。また、図１５に図示されたように、複数の炭素微細構造物１４が形成されているガラス基板１０の表面にカソード３３の役割をする第１透明電極３０が付着される。第１透明電極３０としてはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、または、これ以外の伝導性を有する透明物質が使用されることができる。第１透明電極３０は、スパッタリング工程による蒸着、または、その他の方法によってガラス基板１０に付着されることができる。
次いで、図１６に図示されたように、ガラス基板１０の表面に第１透明電極３０が付着された後、第１透明電極３０の表面に絶縁膜３１が被覆される。絶縁膜３１は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、または、他の透明物質を利用することができる。絶縁膜３１を第１透明電極３０に被覆する方法はプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）のような蒸着法、または、その他の方法を利用することができる。図１７に図示されたように、絶縁膜３１が被覆された後、絶縁膜３１の表面にゲートの役割をする第２透明電極３２が付着される。絶縁膜３１の表面に付着される第２透明電極３２は、カソード３３の役割をする第１透明電極３０とともにＩＴＯ、または、その他の伝導性を有する透明物質を使用することができる。
図１８に図示されたように、絶縁膜３１の表面に第２透明電極３２が付着された後、図１７に図示された構造体はエッチング工程を通じて第１透明電極３０、絶縁膜３１、第２透明電極３２の一部が除去されて複数の炭素微細構造物１４のそれぞれの末端が外部に露出される。複数の炭素微細構造物１４を有する構造体の特性上、炭素微細構造物１４の末端におけるエッチングが活発になるので、別のリソグラフィ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を経ることがなくても炭素微細構造物１４の末端が外部に露出されることができる。このエッチング工程が完了されると、カソード３３及びゲート３４を有する複数の炭素微細構造物１４を電子放出素子とする、３極型電界放出アレイ３５の製造工程が完了される。ここで、カソード３３、絶縁膜３１、ゲート３４がガラス基板１０の表面に形成されることにおいて、第１透明電極３０、絶縁膜３１、第２透明電極３２が炭素微細構造物１４の末端を被覆しなくても付着されることができる場合は、前記エッチング工程の必要はない。
【００２６】
図１９は、図１８に図示された電界放出アレイ３５の電界放出ディスプレイを模式的に示したものである。図１９に図示されたように、カソード３３には、マイナス電圧が印加され、透明板３７の下部に付着されたアノード３６は高いプラス電圧が印加される。ゲート３４にプラス電圧が印加されて炭素微細構造物１４らに一定の電界が印加されると、炭素微細構造物１４らの末端から電子らが量子力学的にトンネリング（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）されて真空中に放出される。放出された電子らは、さらに大きいアノード電圧によって蛍光体３８に加速され、加速された電子らが蛍光体３８に衝突しながら光が発生される。発生される光の強度調節は、ゲート３４に印加されるプラス電圧を調節することにより達成される。
【００２７】
前記の本実施形態においては、３極型電界放出アレイ３５を製造する方法に対して説明したが、本発明は２極型電界放出アレイを製造することに適用することができる。２極型電界放出アレイを製造する場合、炭素微細構造物１４が形成されたガラス基板１０の表面に、カソード３３の役割をする第１透明電極３０が付着された後、エッチング工程を通じて第１透明電極３０の一部が除去されることによって、炭素微細構造物１４の末端が露出されてカソード３３が形成される。なお、カソード３３の形成において、第１透明電極３０が炭素微細構造物１４の末端を被覆しなくても付着されることができる場合は、エッチング工程の必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
このような本発明によると、炭素微細構造物を電子放出素子として使用する電界放出アレイを簡単でかつ低コストで製造することができる。また、高アスペクト比を有する炭素微細構造物を電子放出素子に使用することによって作動電圧が低く、電子放出素子の寿命が延長された電界放出アレイを製造することができる。
また、本発明によって作製される電界放出アレイの適用分野は、電界放出ディスプレイに限定されなく、平面ディスプレイ装置のバックライトユニットなど多様な発光装置分野に拡大することができる。
以上で説明した本発明は、図示の構成及び作用に限定されるものではない。すなわち、本発明は、記載された特許請求範囲の思想及び範囲内で多様な変更と修正が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０：ガラス基板                    １１：クロム皮膜
１１ａ：パターン溝                  １２：ＳＵ−８
１３：微細構造物                    １４：炭素微細構造物
２０：石英管炉                      ３０、３２：第１、２透明電極
３１：絶縁膜                        ３３：カソード
３４：ゲート                        ３５：電界放出アレイ
３６：アノード                      ３８：蛍光体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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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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【国際調査報告】
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