(57)【要約】【課題】大型基板に対応して基板全体で均等な品質のエミッタを形成し得る蒸着装置を提供する。【解決手段】基板３２上の複数箇所に逆円錐形状のエミッタコーンを堆積させてエミッタを形成する蒸着装置において、エミッタコーンを形成すべき基板部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃごとに、この基板部分と対向するルツボ３１ａ、３１ｂ、３１ｃをそれぞれ配置し、ルツボ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの開口部分を含むルツボ側面部分と、これら各ルツボ及び基板３２の対向空間３３ａ、３３ｂ、３３ｃとを同時に包囲する箱状筺体３４ａ、３４ｂ、３４ｃを設けて、基板３２に付着する蒸着材料３５ａ、３５ｂ、３５ｃによる材料粒子の入射角θ1を１５°以下に規制する。この蒸着装置を用いる場合に通過成膜方式だけでなく固定成膜方式による成膜法が可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の複数箇所に逆円錐形状のエミッタコーンを堆積させてエミッタを形成する蒸着装置において、前記エミッタコーンを形成すべき基板部分ごとに、該基板部分と対向する蒸発源をそれぞれ配置し、前記基板に付着する蒸着材料粒子の入射角を規制する入射角規制手段を各蒸発源に対して設けたことを特徴とするエミッタ形成用蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸発源が対向して配置される基板部分は、前記基板上の複数箇所の少なくとも一部であり、該一部の基板部分への成膜が終了するごとに前記基板を水平搬送して、新たに前記蒸発源と対向配置する基板部分を次の成膜対象とすることを特徴とする請求項１に記載のエミッタ形成用蒸着装置。
【請求項３】
前記蒸発源が対向して配置される基板部分は、前記基板上の複数箇所の少なくとも一部であり、該一部の基板部分への成膜を行いながら前記基板を水平搬送して、新たに前記蒸発源と対向配置する基板部分を次の成膜対象として連続して成膜を行うことを特徴とする請求項１に記載のエミッタ形成用蒸着装置。
【請求項４】
前記蒸発源が対向して配置される基板部分は、前記基板上のエミッタコーンを形成すべき箇所の全部であり、前記基板を静止させた状態で、全蒸発源を用いた成膜を行うことを特徴とする請求項１に記載のエミッタ形成用蒸着装置。
【請求項５】
前記入射角規制手段は、前記蒸発源及び前記基板部分を隔てる空間の少なくとも一部と該蒸発源の開口部分とを囲繞する遮蔽部材から成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエミッタ形成用蒸着装置。
【請求項６】
前記入射角規制手段は、基板に対する蒸着材料の入射角を１５°以下に規制することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエミッタ形成用蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドエミッションディスプレイに代表される電界放出型デバイスが内蔵するエミッタアレイを形成するための蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エミッタアレイを形成するための一般的な蒸着装置の装置構成を図１に示す。図１は、真空蒸着室の内部を示す概略図であり、蒸発源たる金属ルツボ１と基板２とがシャッター３を介して対向配置される。基板２の背面には、加熱ヒータ４が設置されており、Ｍｏ金属などの蒸着材料５を収容したルツボ１に対して、図外の電子銃から電子線（ＥＢ）照射が行われると、蒸着材料５がルツボ１の開口部分１ａから上方に蒸発する。そして、シャッター３を開放したときに、ヒータ４により１５０〜３００℃に加熱された基板２上に堆積する。なお、成膜時の到達圧力は一般的に１×１０-4Ｐａ以下とされる。また、図１中、６は膜厚モニタを示し、ルツボ１の開口部分１ａから上方空間に均等に拡散して蒸散する蒸着材料の蒸発速度をモニタリングできるように配置されている。この膜厚モニタ６により基板２上の蒸着材料の膜厚成長を間接的にモニタし、この測定値に応じてシャッター３の開閉を行うのが一般的である。
【０００３】
このような蒸着装置を用いて形成されるエミッタアレイは、図２のような工程を経て形成される。即ち、図１の基板２の表面を詳述すると、図２（ａ）に示すようにカソード電極２１とゲート電極２２とが絶縁層２３を介して積層形成されており、中央のゲート電極２２の非連続部２４でカソード電極２１が底部として露出したホール部が形成される。
【０００４】
図２（ｂ）に示すように、蒸散状態で下方から到着する蒸着材料の堆積により、ホール底部に逆円錐形のエミッタコーン２５が形成され、コーン２５が基板上の多数箇所に形成されてエミッタアレイが得られる。なお、図２（ｂ）に示すように、非連続部２４にのみ選択的あるいは集中的に蒸着材料を誘導することはできない。そこで、実際には、ルツボ１（図１参照）に面するゲート電極２２上にも蒸着材料Ｍｏ２６が堆積し、この結果、非連続部２４が閉塞された後に、この蒸着材料Ｍｏ２６を除去することにより、図３（ｃ）に示すようにエミッタコーン２５を得る。したがって、非連続部２４が閉塞されるまでの間に、所望形状のエミッタコーン２５を精度良く形成することが要求される。
【０００５】
具体的には、等方性を保った正確な逆円錐形で形成されることはもちろんのこと、エミッタコーン２５の逆円錐形の斜面部分２５ａが、ゲート電極２２や絶縁層２３に接触することなく、これらと間隙を保った状態でカソード電極２１上に直立する構造が求められる。また、コーン２５の先端部分２５ｂが、ゲート電極２２の延長線上に位置することも重要である。このためには、蒸散状態で下方から到着する蒸着材料が基板２、特にカソード電極２１を底部とするホール部に対して入射方向が略垂直となるのが理想的であり、このようにして得られる所望形状のエミッタコーンを用いることにより、エミッタの電子放射特性が良好となり、この結果、電界発光型デバイスの正確な制御が容易になる。
【０００６】
ところで、近年のディスプレイの大画面化は、電界放出型デバイスにおいても例外なく進展しており、これに対応して大型基板を用いることが多い。上記エミッタアレイの形成工程もこれに対応する必要が生じる。例えば、上記したように略垂直の入射方向を得るものとして、図１において蒸着源たるルツボ１と基板２との間隔を拡大した長距離行程型の成膜方法がある。
【０００７】
しかしながら、長距離行程型による方法は、近年の基板大型化の進展に充分対応し切れていない。例えば、一般的な４００ｍｍ四方の大型基板を用いる場合でも、基板に対する蒸着材料の入射角を１０°以下に制限するためには、ルツボ１と基板２との間隔を１６００ｍｍ以上とする必要がある。また、さらに大型の１０００ｍｍ四方の基板を用いる場合は、その必要間隔は４０００ｍｍ以上に拡大するため、装置の大型化が避けられない。また、この間隔が拡大すると、基板に対する蒸着材料の蒸着速度が低下することになる。１μｍ高のエミッタコーンを形成するために要する時間は、４００ｍｍ四方の大型基板の場合に１０分程度であったのに対して、１０００ｍｍ四方基板では６０分超が必要となり、工程効率の点で不利は否めない。
【０００８】
このため、従来は、基板と蒸発源とを比較的短い距離に保つために、下方からの蒸着材料粒子が基板に対して付着堆積する際の入射角を規制するように遮蔽板などの入射角規制部材を設けている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０-１７６２６２号公報（第３頁、図１-２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１によるものは、基板上の不特定部分に対して膜密度を均等に確保するものであるため、そのまま電界放出型デバイスに適用するには問題が残る。特に、複数のエミッタアレイごとに一つの蒸発源を共用する場合、蒸発源の中心位置から離れるにしたがって、エミッタアレイの等方性が得られにくくなる。このため、各エミッタアレイで品質にばらつきが生じ、精度良く高精細画面を得ることが難しくなる。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、大型基板に対応して基板全体で均等な品質のエミッタを形成し得る蒸着装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のエミッタ形成用蒸着装置は、基板上の複数箇所に逆円錐形状のエミッタコーンを堆積させてエミッタを形成する蒸着装置において、エミッタコーンを形成すべき基板部分ごとに、この基板部分と対向する蒸発源をそれぞれ配置し、各基板に付着する蒸着材料粒子の入射角を規制する入射角規制手段を各蒸発源に対して設けるものとした。
【００１２】
これによれば、非常に多数のエミッタを搭載するのが通常のフィールドエミッションディスプレイの製造工程において、電界放出部分に相当するエミッタコーンの形成に際して、その材料供給源たる蒸発源からの蒸着材料粒子の入射角規制手段を設けているため、材料粒子の蒸散行程は、特定の入射角に規制されて揃えられる。これにより、基板-蒸着源距離の拡幅を要することなく、比較的短い成膜時間で成膜を行うことができる。しかも、このような入射角規制手段は、各エミッタコーンに対応する蒸発源ごとに設けられるため、形成されるエミッタコーンはディスプレイ構成に必要な多数点のそれぞれで設計通りの形状を備えたものとして得られる。
【００１３】
この結果、最終製品のフィールドエミッションディスプレイは、画面全体に高性能のエミッタが均一に分布して配置され、精度の良い高精細画面を備えたものとなる。
【００１４】
なお、配置する蒸発源は、エミッタコーンと１対１で対応するものでも良いし、特定の多数点のエミッタコーンを一単位として、このエミッタコーンの集合単位と蒸発源とを１対１関係で対応させても良い。重要なのは、特定のエミッタコーン集団に対して特定範囲に規制された入射角で蒸着材料が到達することである。
【００１５】
さらに、これら蒸発源が対向して配置される基板部分は、エミッタコーンを形成すべき基板上の複数箇所の少なくとも一部であり、この一部の基板部分への成膜が終了するごとに前記基板を水平搬送することにより、新たに前記蒸発源と対向配置する基板部分を次の成膜対象とした通過型成膜が可能となる。これにより、多数点におけるエミッタコーンの形成を効率的に行うことができる。
【００１６】
あるいは、これら蒸発源が対向して配置される基板部分は、基板上の複数箇所の少なくとも一部であり、この一部の基板部分への成膜を行いながら基板を水平搬送して、新たに前記基板と対向配置する基板部分を次の成膜対象として連続して成膜を行うことにより、通過型の連続成膜が可能となり、エミッタコーン形成の効率化がさらに進展する。
【００１７】
また、これら蒸発源が対向して配置される基板部分は、基板上のエミッタコーンを形成すべき箇所の全部であり、基板を静止させた状態で、全蒸発源を用いた成膜を行うようにして、静止基板に対する固定成膜方式の採用が可能となり、所望形状の各エミッタコーンの形成が確実に行われる。
【００１８】
これらの場合、入射角規制手段として、蒸発源及びエミッタコーンを形成すべき基板部分を隔てる空間の少なくとも一部と、蒸発源の開口部分とを囲繞する遮蔽部材を用いると良い。このような遮蔽部材を採用することにより、上方に開口される蒸発源の開口部分から基板部分に至る蒸散行程の多くの部分が遮蔽部材により包囲される。
【００１９】
これにより、基板部分に到着する材料粒子は、遮蔽部分の上端を上回る行程経路を経たものとなり、この結果、基板部分に対する入射角が選別されたものとなる。そして、入射角が選別された状態で基板に対する付着が行われることとなり、所望形状のエミッタコーン形成が容易となる。
【００２０】
そして、上記した入射角規制手段は、基板に対する蒸着材料の入射角を１５°以下に規制することにより、フィールドエミッションディスプレイ形成に１ｍ四方サイズの大型基板を用いる場合でも、良好な電子放射特性を備えた最終製品を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、エミッタコーンを形成すべき基板部分ごとに、蒸着材料粒子の入射角を規制する入射角規制手段を設けた蒸発源を、各基板部分に対向するように配置するため、蒸着材料粒子が垂直に近い角度で基板に付着し、このようにして基板上の多数点に形成されるエミッタコーンは、それぞれ設計通りの形状を備えたものとして得られる。しかも、大型基板に対する成膜でありながら、比較的短時間での成膜工程を設定することができる。この結果、最終製品のフィールドエミッションディスプレイは、画面全体に高性能のエミッタを搭載し、精度の良い高精細画面を備えたものとなる。
【００２２】
また、これらエミッタ形成のための蒸着工程に際して、通過型成膜、通過型連続成膜、固定成膜などの方式のいずれもが選択可能であり、製造工程上の要請に対して柔軟に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図３は本発明の第１態様の蒸着装置における基板３２と蒸着源たるルツボ３１ａ、３１ｂ、３１ｃとの配置を示す概略図である。配置部材を内蔵する蒸着室を、１×１０-4Ｐａを下回る程度の到達圧力とした後に、加熱ヒータ（図示せず）により２５０℃に加熱された基板３２に対して、Ｍｏ金属などの蒸着材料３５ａ、３５ｂ、３５ｃを収容したルツボ３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対して、図外の電子銃から１２ｋＷの電子線照射がそれぞれ行われると、蒸着材料３５ａ、３５ｂ、３５ｃがルツボ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの開口部分から上方に蒸発して、基板３２上で逆円錐形エミッタコーンを形成する。上記したように、数μｍサイズのエミッタコーンを所望形状に形成するには、蒸着材料３５ａ、３５ｂ、３５ｃが基板３２に付着する際の入射角θ1を可能な限り小さくして下方からの蒸着材料が基板３２に対して略垂直に付着するのが理想的である。
【００２４】
そこで、本態様においては、ルツボ３１ａ、３１ｂ、３１ｃのそれぞれに、各開口部分を含むルツボ側面部分と、これら各ルツボ及び基板３２の対向空間３３ａ、３３ｂ、３３ｃとを同時に包囲し、上下に開通した箱状筺体３４ａ、３４ｂ、３４ｃを設けた。そして、１５°以上の入射角で基板３２方向に向かう蒸着材料を遮断し、１５°以下の入射角で基板３２に向かう蒸着材料が筺体３４ａ、３４ｂ、３４ｃの上端を超えて基板３２に到達できるようにした。これにより、基板部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃの三領域で形成されるエミッタコーンは、所望の形状及びサイズの逆円錐形（図２参照）で得られる。
【００２５】
そして、図３（ａ）において、紙面上方を基板３２の搬送方向とし、位置固定したルツボ３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対して、成膜対象となる基板部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃを５０ｍｍ/分の搬送速度で相対移動する。これにより、搬送される基板３２の移動に伴って、新たな成膜対象となる基板部分が、ルツボ３１ａ、３１ｂ、３１ｃのそれぞれに対向するように紙面下方からを送り出され、次の成膜対象たる三領域でエミッタコーン形成工程が続行される。
【００２６】
なお、上記のように、基板３２の搬送を持続して行うことにより、連続的な通過成膜方式となるが、これのみに限定されることなく、例えば基板部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃの相対移動を断続的に行うことにより、間欠的な通過成膜方式とすることもできる。
【００２７】
いずれの方式の場合も、通過成膜を順次行うことにより、基板３２上の全体に亘ってエミッタコーンが多数点として形成される。これらのエミッタコーンは、所望の形状及びサイズの逆円錐形（図２参照）で得られるため、最終製品のフィールドエミッションディスプレイは、大画面化や高精細化への対応が可能となる。
【００２８】
図４は、本発明の第２態様の蒸着装置における基板４２と蒸着源たるルツボ４１ａ、４１ｂ、４１ｃとの配置を示す概略図である。第１態様のものと異なるのは、各ルツボの配置を基板４２端縁に沿った直線配置とするのではなく、基板４２の対角線に沿った直線配置とした点である。箱状筺体３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、蒸着材料の進行を遮断するものであるため、その内側に蒸着材料が付着することが避けられず、定期的なメンテナンス作業が必要となる。第１態様においては、特に中央に配置された筺体３４ｂに対するメンテナンス作業に手間を要することが予想されるが、第２態様のように配置することにより、その軽減が可能となる利点がある。
【００２９】
図５は、本発明の第３態様の蒸着装置における基板５２と蒸着源たるルツボ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄとの配置を示す概略図である。各ルツボの配置を正方陣様式にすることにより、基板５２全体が成膜対象たる基板部分５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄにより占有される。そして、１５°以下の入射角で基板５２に向かう蒸着材料が筺体５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄの上端を超えて基板５２に到達できるようにした。これにより、形成されるエミッタコーンは、基板全体で所望の形状及びサイズの逆円錐形（図２参照）で得られる。なお、本態様の場合は、第１及び第２の両態様と異なり、通過成膜方式でなく、基板５２を静止させて行う固定成膜方式とする。圧力条件などは第１態様と同様にし、約７分間の成膜時間で約１μｍ高のエミッタコーンを得ることができ、成膜時間の大幅削減が達成された。
【実施例１】
【００３０】
図３乃至図５に示す蒸着装置を使用する際に、これに搭載する筺体の長さを変更することにより、蒸着材料の入射角を変更し、それぞれの場合に得られるエミッタコーンの形状や電界放出型デバイスのエミッション電流を測定したところ、図６に示す結果が得られた（設計値を１としたときの相対値表示）。
【００３１】
図６より、入射角が１５°を超えた場合に、エミッタコーンの高さやエミッション電流が設計値を下回り性能劣化に直結することが分った。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、フィールドエミッションディスプレイを代表とする電界放出型デバイスへの活用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】エミッタ形成用蒸着装置の一般例を示す概略図
【図２】（ａ）〜（ｃ）エミッタコーン形成工程を示す工程図
【図３】（ａ）本発明の蒸着装置の第１態様の配置関係を示す平面図                      （ｂ）（ａ）の側面断面図
【図４】（ａ）本発明の蒸着装置の第２態様の配置関係を示す平面図                      （ｂ）（ａ）の側面断面図
【図５】（ａ）本発明の蒸着装置の第３態様の配置関係を示す平面図                      （ｂ）（ａ）の側面断面図
【図６】蒸着材料の入射角に対応する性能比（設計値対比）を示すグラフ図
【符号の説明】
【００３４】
１  ３１ａ  ３１ｂ  ３１ｃ        ルツボ（蒸着源）
２  ３２  ４２  ５２              基板
２１                              カソード電極（基板）
２５                              エミッタコーン
３２ａ  ３２ｂ  ３２ｃ            成膜対象基板部分
３４ａ  ３４ｂ  ３４ｃ            箱状筺体（遮蔽部材、入射角規制手段）
４１ａ  ４１ｂ  ４１ｃ            ルツボ（蒸着源）
４２ａ  ４２ｂ  ４２ｃ            成膜対象基板部分
４４ａ  ４４ｂ  ４４ｃ            箱状筺体（遮蔽部材、入射角規制手段）
５１ａ  ５１ｂ  ５１ｃ  ５１ｄ    ルツボ（蒸着源）
５２ａ  ５２ｂ  ５２ｃ  ５２ｄ    成膜対象基板部分
５４ａ  ５４ｂ  ５４ｃ  ５４ｄ    箱状筺体（遮蔽部材、入射角規制手段）
θ1                               入射角
【図１】
2005307282.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005307282.tif 000005
【図４】
2005307282.tif 000006
【図５】
2005307282.tif 000007
【図６】
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