(57)【要約】【課題】真空容器を大気に開放する時の容器内壁に吸着する水分子を低減し、短時間で排気することが可能な電子源基板の製造装置を提供する。【解決手段】気体の導入または排気のための開口を有し、電子源基板３の一部を覆う真空容器１、開口に接続された気体の導入または排気を行う手段と、電子源基板３と真空容器１との距離を制御する手段、真空容器１の温度を調節する温度調節手段を具備する。温度調節手段は真空容器１を局所加熱するヒータ１６と、真空容器１を冷却する冷媒循環パイプ１５から構成され、電子源基板３の交換時にヒータ１６と冷媒循環パイプ１５によって真空容器１の加熱冷却を行う。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出素子を有する電子源基板の製造装置において、気体の導入または排気のための開口を有し、前記電子源基板の一部を覆う容器と、前記開口に接続された気体の導入または排気を行う手段と、前記電子源基板と前記容器との距離を制御する手段と、前記容器の温度を調節する温度調節手段とを有することを特徴とする電子源の製造装置。
【請求項２】
前記温度調節手段は、前記容器の前記基板との接触部付近に位置することを特徴とする請求項１に記載の電子源の製造装置。
【請求項３】
前記温度調節手段は、加熱手段と、冷却手段とを有し、前記加熱手段による加熱と冷却手段による冷却によって容器の温度を調節することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の電子源の製造装置。
【請求項４】
電子放出素子を有する電子源基板の一部を覆う容器を、前記電子源基板と離間して配置する工程、前記電子源基板と離間して配置された容器を所望の温度に加熱する工程、加熱された容器を前記電子源基板の少なくとも一部を覆うように配置する工程、前記電子源基板の一部を覆った容器内を排気する工程、前記電子源基板を覆って配置された容器を所望の温度以下に冷却する工程を含むことを特徴とする電子源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子を有する電子源の製造装置及び電子源の製造方法に関するものである。
【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の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、金属層／絶縁層／金属層型や表面伝導型電子放出素子等がある。表面伝導型電子放出素子は基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に並行に電流を流すことにより、電子放出が生じる現象を利用するものである。
【０００３】
本願出願人は、その基本的な構成、製造方法等に関して、例えば、特開平７−２３５２５５号公報（特許文献１参照）、特開平８−１７１８４９号公報（特許文献２参照）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、基板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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、外部端子を通し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。
【０００６】
更に、真空容器内に有機化合物を含む気体を導入し、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して電圧を印加し、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】
【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
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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。
【０００９】
更に、真空容器を大気にさらさないようにロードロック室を設けた製造装置にした場合には、被処理基板を真空搬送するための搬送機構等が必要となるので、装置の大型化と装置コストが高くなるという問題が発生していた。
【００１０】
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及び電子源の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【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、電子放出素子を有する電子源基板の製造装置において、気体の導入または排気のための開口を有し、前記電子源基板の一部を覆う容器と、前記開口に接続された気体の導入または排気を行う手段と、前記電子源基板と前記容器との距離を制御する手段と、前記容器の温度を調節する温度調節手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、電子放出素子を有する電子源基板の一部を覆う容器を、前記電子源基板と離間して配置する工程、前記電子源基板と離間して配置された容器を所望の温度に加熱する工程、加熱された容器を前記電子源基板の少なくとも一部を覆うように配置する工程、前記電子源基板の一部を覆った容器内を排気する工程、前記電子源基板を覆って配置された容器を所望の温度以下に冷却する工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、電子源基板の交換時における真空容器内への水分子の混入を軽減でき、真空容器内壁への水吸着も軽減できる。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の電子源を提供できる。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できる。
【００１４】
【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。図１、図２は本発明による電子源の製造装置の一実施形態を示す図である。図１は真空容器及び電子源基板付近を示す斜視図、図２は電子源の製造装置の全体を示す構成図ある。図中１は電子源基板３の一部を覆う真空容器である。図１には真空容器１内の電子源基板３を示しており、２３は電子放出素子となる導電性膜、２１はＸ方向配線、２２はＹ方向配線である。
【００１５】
また、７は支持体、６はシール部材、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〜５ｈはバルブ、１８はガス導入管、４は真空ポンプ、１７は排気配管、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３の取り出し配線２０と駆動ドライバー１０とを接続する配線である。
【００１６】
更に、１６は真空容器１を局所加熱するため発熱部が真空容器１に密着して巻き付けられたヒーターである。ヒーター１６は真空容器１の外周（大気圧側）の開口部付近に巻き付けられ、例えば、フレキシブルなリボンヒーターやシリコンラバーヒーター等が用いられる。１５は図示しないチラーに接続されていて冷媒が循環して真空容器１を冷却するための冷媒循環パイプ、１９は真空容器１の粗引きポンプ、２は真空容器１の変形を防止する補強材である。ヒーター１６や冷媒循環パイプ１５は図１では省略している。
【００１７】
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等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。また、図１、図２では図示していないが、支持体７はエアシリンダーや油圧シリンダーを用いた昇降機構によって昇降できるようになっている。
【００１８】
真空容器１としては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は図１に示すように電子源基板３の取り出し配線部を除いて、導電性膜２３が形成された領域を覆っており、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。
【００１９】
更に、ヒーター１６及び冷媒循環パイプ１５によって真空容器１の開口部周辺を急速冷却加熱するため、図２に示すように真空容器１の熱容量を小さくするように真空容器１のその部分だけ厚さを薄くしている。
【００２０】
また、真空容器１が真空ポンプ４によって排気される場合、大気圧に絶えられるように補強材２を所定の間隔で配置し、また、真空容器１の１面が電子源基板３によって塞がれる真空容器１の開口面は地表面に対して平行の位置に存在するようになっている。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等が用いられる。
【００２１】
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導入管１８より真空容器１に供給される。
【００２２】
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、または固体の場合には、真空容器１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等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、ヘリウム等の不活性ガスが用いられる。
【００２３】
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ている。これらの混合ガスは必要に応じてガス導入管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に設けられた導入管より真空容器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。
【００２４】
なお、ガス流量制御装置１３とガス導入管１８の途中に、水分除去フィルター１４を設けて、導入ガス中の水分を除去することがより好ましい。水分除去フィルター１４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。
【００２５】
真空容器１に導入された混合ガスは、排気配管１７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。本実施形態で用いる真空ポンプ４は、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の高真空用ポンプであり、粗引きポンプ１９はドライポンプや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。
【００２６】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、図１、図２の製造装置を用いて表面伝導型電子放出素子を複数備えた電子源基板３を製造した。まず、真空容器１をフォーミング処理、活性化処理のプロセスに影響の無い程度に一定温度に加熱した。本実施例では５０℃で行った。
【００２７】
活性化処理の終了後、主排気系ラインのバルブ５ａを閉じ、バルブ５ｇを開いて真空容器１内を窒素パージして大気圧まで戻し、電子源基板３を交換した。この電子源基板３を交換する場合には、バルブ５ａの閉端を確認後、直ちにヒーター１６によって真空容器１の一部を局所加熱して１２０℃まで昇温させた。大気圧確認後、支持体７に固定されている電子源基板３を、図示しない昇降機構によってＯリング６から離した。
【００２８】
次いで、処理された電子源基板３を支持台７から取り外し、未処理基板を支持台７にセットした。支持台７には電子源基板３の位置決め機構が設置されており、これによって電子源基板３を所定の位置にセットした。電子源基板３のセットを確認後、支持台７を再び昇降機構によって上昇させてＯリング６に押し当てた。この時の基板交換（大気開放）時間は１分間とした。
【００２９】
更に、電子源基板３がＯリング６に押し当てられたのを確認後、バルブ５ｈを開いて粗引きポンプ１９によって真空容器１内を排気した。また、同時に冷媒循環パイプ１５によって真空容器１の局所加熱部の冷却を開始して、５０℃に保持した。その時の冷却速度を３５℃／分とした。
【００３０】
真空容器１の圧力が１００Ｐａになり次第、粗引きポンプ１９からメイン排気系の真空ポンプ４に切り替えて真空容器１を排気した。本実施例では粗引き用ポンプとしてドライポンプ、メイン排気用ポンプとしてターボ分子ポンプを使用し、それぞれの排気速度は３００Ｌ／分、７００Ｌ／秒とした。真空容器１と電子源基板３の全表面積は１．７ｍ３、真空容器１と電子源基板３に囲まれた容積は０．０９ｍ３であった。
【００３１】
図３は基板交換時の真空容器１の排気時間と圧力の関係を示す図である。図３には本実施例による圧力変化と、その比較対象として従来例の圧力変化をプロットしている。従来例の基板交換方法では真空容器１の温度を一定にして行うものであり、本測定では５０℃に保持して行った。
【００３２】
図３の排気特性から明らかなように従来方法では大気圧から物理吸着の確認ができる圧力範囲（ここでは約１×１０−５Ｐａ）までの排気時間は約４５分であるのに対し、本実施例の基板交換方法では約２０分で到達している。従って、所定圧力まで短時間で到達することが可能となり、短縮率は時間にして約５５％で半分の時間で所定の圧力まで到達することが可能となった。
【００３３】
【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基板の製造装置を基板周辺部分の一部を切欠して示す斜視図である。
【図２】本発明による電子源の製造装置の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例と従来の排気特性を比較して示す図である。
【符号の説明】
１  真空容器
２  補強材
３  電子源基板
４  真空ポンプ
５ａ〜５ｈ  バルブ
６  シール部材
７  支持台
８  ヒーター
９  配線
１０  駆動ドライバー
１１  有機化合物ガス
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  冷媒循環パイプ
１６  ヒーター
１７  排気配管
１８  ガス導入管
１９  粗引きポンプ
２０  取り出し配線部
２１  Ｘ方向配線
２２  Ｙ方向配線
２３  導電性膜
【図１】
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【図２】
2005025977.tif 000004
【図３】
2005025977.tif 000005