(57)【要約】【課題】フィールドエミッション型ランプに用いる陰極の量産性を向上すること。【解決手段】常圧のチャンバ１２内に、筒状体１４を配置し、筒状体１４内に導体ワイヤ２８（被成膜基板）を配置し、導体ワイヤ２８に第１直流負バイアスを印加しかつ筒状体１４をフローティング状態とし、筒状体１４内に炭化水素ガスと酸素含有ガスとを導入して筒状体１４内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎３８を発生させる。この燃焼炎３８の発生中に筒状体１４に第２直流負バイアスを印加することにより該筒状体１４内に燃焼炎３８をプラズマ発生トリガとして直流プラズマ４０を発生させる。直流プラズマ４０により炭化水素ガスを分解するとともに筒状体に対するスパッタリングで発生した金属を触媒金属として導体ワイヤ２８に炭素膜４２を成膜する。【選択図】図１
2007162093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜する成膜方法において、
内圧が常圧であるチャンバ内に、一部に開孔を有する金属製の筒状体を配置する第１ステップと、
上記筒状体内に被成膜基板を配置する第２ステップと、
チャンバに対して被成膜基板に第１直流負バイアスを印加しかつ筒状体をフローティング状態とする第３ステップと、
筒状体内に炭化水素ガスと酸素含有ガスとを導入する第４ステップと、
筒状体内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる第５ステップと、
この燃焼炎の発生中に筒状体に上記第１直流負バイアスより大きい第２直流負バイアスを印加することにより該筒状体内に上記燃焼炎をプラズマ発生トリガとして直流プラズマを発生させる第６ステップと、
上記直流プラズマにより炭化水素ガスを分解するとともに筒状体の金属をスパッタリングし、スパッタリングで発生した金属を触媒金属として被成膜基板上に上記炭素膜を成膜する第７ステップと、
を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜する成膜方法において、
内圧が常圧であるチャンバ内に、一部に開孔を有する筒状体を配置する第１ステップと、
上記筒状体内に被成膜基板を配置する第２ステップと、
チャンバに対して被成膜基板に第１直流負バイアスを印加しかつ筒状体をフローティング状態とする第３ステップと、
筒状体内に炭化水素ガスと酸素含有ガスとを導入する第４ステップと、
筒状体内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる第５ステップと、
この燃焼炎の発生中に筒状体に上記第１直流負バイアスより大きい第２直流負バイアスを印加することにより該筒状体内に上記燃焼炎をプラズマ発生トリガとして直流プラズマを発生させる第６ステップと、
上記筒状体内に有機金属ガスを導入するとともに上記直流プラズマにより炭化水素ガスと有機金属ガスとを分解し、この分解した有機金属ガス中の金属を触媒金属として被成膜基板上に上記炭素膜を成膜する第７ステップと、
を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜する成膜方法において、
内圧が常圧であるチャンバ内に、一部に開孔を有する金属製の筒状体を配置する第１ステップと、
上記筒状体内に被成膜基板を配置する第２ステップと、
チャンバに対して被成膜基板に第１直流負バイアスを印加しかつ筒状体をフローティング状態とする第３ステップと、
筒状体内に炭化水素ガスと酸素含有ガスとを導入する第４ステップと、
筒状体内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる第５ステップと、
この燃焼炎の発生中に筒状体に上記第１直流負バイアスより大きい第２直流負バイアスを印加することにより該筒状体内に上記燃焼炎をプラズマ発生トリガとして直流プラズマを発生させる第６ステップと、
上記筒状体内に有機金属ガスを導入するとともに上記直流プラズマにより炭化水素ガスと有機金属ガスとを分解し、この分解した有機金属ガス中の金属と、直流プラズマによる筒状体に対するスパッタリング作用で発生した金属とを、触媒金属として被成膜基板上に上記炭素膜を成膜する第７ステップと、
を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
被成膜基板が導体ワイヤであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項５】
被成膜基板を通電加熱により温度制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項６】
炭素膜の上記成膜後に窒素ガスを筒状体内に導入する第８ステップを有する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項７】
導体ワイヤに炭素膜を成膜してフィールドエミッション型ランプ用陰極を製造する成膜装置において、
内圧が常圧とされるチャンバと、
このチャンバ内に配置される、一部に開孔を有する金属製の筒状体と、
筒状体内に炭化水素ガスを導入するガス導入手段と、
筒状体内に酸素含有ガスを導入するガス導入手段と、
被成膜基板に第１直流負バイアスを印加する第１直流負バイアス印加手段と、
筒状体内に燃焼炎の発生中に筒状体に第１直流負バイアスより大きい第２直流負バイアスを印加する第２直流負バイアス印加手段と、
を備え、
請求項１ないし５のいずれかに記載の成膜方法を実施して、フィールドエミッション型ランプ用陰極を製造する、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
筒状体が金属製または非金属製のいずれか一方であり、この筒状体内に有機金属ガスを導入するガス導入手段をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
被成膜基板を通電加熱して該被成膜基板の温度を制御する被成膜基板温度制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被成膜基板表面に炭素膜を成膜する成膜方法およびそれを実施する成膜装置に関するものである。
【０００２】
特に、本発明は、導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜してフィールドエミッション型ランプに用いる陰極の量産性を向上することに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
フィールドエミッション型ランプには、細長いガラス管内周面に蛍光体付きの陽極を形成し、このガラス管内の略中心にその長手方向ワイヤ状に電界電子放出源（陰極）を架設し、陽極と陰極との間に電界を印加して陰極から電子放出させ、放出した電子を蛍光体に電子衝突させて蛍光体を励起発光させるものがある。この陰極には導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜が成膜されており、この炭素膜への電界集中により電子放出が行われるようになっている。
【０００４】
このような導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜する技術として、本出願人は特許文献１に示す成膜装置を既に提案している。この成膜装置を用いて導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜する成膜方法においては、真空チャンバが必要であるなど、その量産性においては幾つかの改善すべき余地が残されている。
【特許文献１】特開2005-307352号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明により解決すべき課題は、被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素を成膜する新規な成膜方法を提供し、この成膜方法を用いて導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜することを可能とし、もって、フィールドエミッション型ランプ用陰極の量産性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明第１に係る成膜方法は、被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜する成膜方法において、内圧が常圧であるチャンバ内に、一部に開孔を有する金属製の筒状体を配置する第１ステップと、上記筒状体内に被成膜基板を配置する第２ステップと、チャンバに対して被成膜基板に第１直流負バイアスを印加しかつ筒状体をフローティング状態とする第３ステップと、筒状体内に炭化水素ガスと酸素含有ガスとを導入する第４ステップと、筒状体内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる第５ステップと、この燃焼炎の発生中に筒状体に上記第１直流負バイアスより大きい第２直流負バイアスを印加することにより該筒状体内に上記燃焼炎をプラズマ発生トリガとして直流プラズマを発生させる第６ステップと、上記直流プラズマにより炭化水素ガスを分解するとともに筒状体の金属をスパッタリングし、スパッタリングで発生した金属を触媒金属として被成膜基板上に上記炭素膜を成膜する第７ステップとを含むことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明第２に係る成膜方法は、被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜する成膜方法において、内圧が常圧であるチャンバ内に、一部に開孔を有する筒状体を配置する第１ステップと、上記筒状体内に被成膜基板を配置する第２ステップと、チャンバに対して被成膜基板に第１直流負バイアスを印加しかつ筒状体をフローティング状態とする第３ステップと、筒状体内に炭化水素ガスと酸素含有ガスとを導入する第４ステップと、筒状体内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる第５ステップと、この燃焼炎の発生中に筒状体に上記第１直流負バイアスより大きい第２直流負バイアスを印加することにより該筒状体内に上記燃焼炎をプラズマ発生トリガとして直流プラズマを発生させる第６ステップと、上記筒状体内に有機金属ガスを導入するとともに上記直流プラズマにより炭化水素ガスと有機金属ガスとを分解し、この分解した有機金属ガス中の金属を触媒金属として被成膜基板上に上記炭素膜を成膜する第７ステップとを含むことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明第３に係る成膜方法は、被成膜基板表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜する成膜方法において、内圧が常圧であるチャンバ内に、一部に開孔を有する金属製の筒状体を配置する第１ステップと、上記筒状体内に被成膜基板を配置する第２ステップと、チャンバに対して被成膜基板に第１直流負バイアスを印加しかつ筒状体をフローティング状態とする第３ステップと、筒状体内に炭化水素ガスと酸素含有ガスとを導入する第４ステップと、筒状体内で炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎を発生させる第５ステップと、この燃焼炎の発生中に筒状体に上記第１直流負バイアスより大きい第２直流負バイアスを印加することにより該筒状体内に上記燃焼炎をプラズマ発生トリガとして直流プラズマを発生させる第６ステップと、上記筒状体内に有機金属ガスを導入するとともに上記直流プラズマにより炭化水素ガスと有機金属ガスとを分解し、この分解した有機金属ガス中の金属と、直流プラズマによる筒状体に対するスパッタリング作用で発生した金属とを、触媒金属として被成膜基板上に上記炭素膜を成膜する第７ステップとを含むことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明第１ないし第３の炭素膜は、電子放出することができる炭素膜であればよく、これには、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノウォール等を例示することができる。
【００１０】
本発明第１ないし第３の筒状体において、本発明第１、第３の筒状体は鉄、ニッケル、コバルト等の触媒金属により構成することが好ましい。
【００１１】
本発明第１ないし第３の被成膜基板の態様の１つは導体ワイヤであるが、これに限定されず、板状等、何でもよい。
【００１２】
本発明第１ないし第３の酸素含有ガスは、空気でもよいが、純酸素または酸素を富化した空気でもよい。
【００１３】
本発明第１ないし第３の炭化水素ガスと、本発明第２、第３の有機金属ガスと、本発明第１ないし第３の酸素含有ガスそれぞれの供給態様には何等限定されない。
【００１４】
本発明第１ないし第３の炭化水素ガスはその種類に限定されず、メタン、エチレン、プロパン、エタン、ベンゼン、トルエン等、あるいはこれらの混合ガス等を例示することができる。
【００１５】
本発明第２、第３の有機金属ガスは、その種類に限定されないが、例えば、有機Ｆｅガス（Ｆｅ（ＣＯ）４）、有機Ｎｉガス（Ｎｉ（ＣＯ）４）、有機Ｃｏガス（Ｃｏ（ＣＯ）６）等を例示することができる。
【００１６】
被成膜基板は通電加熱により被成膜基板全体の温度を制御して均一な膜厚等の炭素膜を成膜することが好ましい。
【００１７】
本発明第１ないし第３の成膜方法においては、導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜するのに、従来のような真空チャンバを用いる必要が無くなり、フィールドエミッション型ランプ用の陰極の量産性を向上することができる。
【００１８】
特に、本発明第１ないし第３の成膜方法においては、常圧（大気圧）では発生が困難である直流プラズマを、燃焼炎をプラズマ発生のトリガに用いたことにより常圧中でも発生することができるようにしたものであり、フィールドエミッション型ランプ用陰極を量産することができるようになり、極めて画期的な方法発明である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、大気圧中に直流プラズマを発生させ、この直流プラズマにより導体ワイヤ等の被成膜基板表面に炭素膜を成膜することができるから、導体ワイヤの表面に高品質な炭素膜を成膜した形態のフィールドエミッション型ランプ用陰極を高い生産性で量産することに貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明する。図１は同成膜方法の実施に用いる成膜装置を模式的に示す図である。
【００２１】
図１を参照して、成膜装置１０は、内圧が常圧とされている導電性のチャンバ１２を備える。
【００２２】
チャンバ１２は、両端が開口１２ａ，１２ｂして大気に開放されている。チャンバ１２は、接地部に接地されている。チャンバ１２の形状は特に限定されない。チャンバ１２は、例えば、一端側または両端側共開口した円筒形、一端側または両端側共開口した角筒形、一部にのみ開口を有する筒形、一対の平行に対向する平板、等でもよい。
【００２３】
チャンバ１２の内部には両端が開口１４ａ，１４ｂした筒状体１４が配置されている。筒状体１４は、ＳＵＳ等の金属材から構成されている。筒状体１４は電気的にフローティングされている。筒状体１４は、例えば、一端側または両端側共開口した円筒形、一端側または両端側共開口した角筒形、一部にのみ開口を有する筒形、等でもよい。
【００２４】
筒状体１４には、炭化水素ガス導入口１４ｃと有機金属ガス導入口１４ｄと酸素含有ガス導入口１４ｅと窒素ガス導入口１４ｆとが設けられている。それぞれの導入口には制御弁１８ａ，２０ａ，２２ａ，２４ａ付きのガス管１８，２０，２２，２４が接続されている。それぞれのガス管１８，２０，２２，２４はチャンバ１２外にまで延び図示略のガス供給源が接続されている。
【００２５】
有機金属ガス導入口１４ｄは必ずしも必須ではなく必要に応じて設けることができる。
【００２６】
酸素含有ガス導入口１４ｅは必ずしも必須ではなく必要に応じて設けることができる。
【００２７】
酸素含有ガス導入口１４ｅを設けず、チャンバ１２外からチャンバ１２内に空気を導入するようにしてもよい。
【００２８】
酸素含有ガスは、空気でもよいが、純酸素または酸素を富化した空気でもよい。
【００２９】
チャンバ１２内への炭化水素ガス、有機金属ガス、酸素含有ガス、窒素ガスの導入形態は上記以外に種々考えられ、本発明は、図１の導入形態に限定されない。
【００３０】
チャンバ１２には特にガス排気口を設けていないが、強制排気することができるガス排気口を設けることができる。
【００３１】
筒状体１４内部には、被成膜基板である導体ワイヤ２８が配置されている。
【００３２】
成膜装置１０は、導体ワイヤ２８の温度制御手段として、この筒状体１４内部に配置された導体ワイヤ２８を通電加熱するための交流電源３０を備える。交流電源３０の両端は導体ワイヤ２８に接続されている。
【００３３】
成膜装置１０は、導体ワイヤ２８の一端側に第１直流負バイアスを印加するための第１直流電源３２を備える。
【００３４】
成膜装置は、筒状体には、スイッチ３４を介して、第１直流負バイアスより大きい第２直流負バイアスを印加するための第２直流電源３６を備える。
【００３５】
以上の構成を備えた成膜装置１０を用いて実施の形態の成膜方法を図１ないし図４を参照して説明する。
【００３６】
まず、図１で示すように、矢印で示すように、チャンバ１２の導入口１２ａ、筒状体１４の導入口１４ａから導体ワイヤ２８を挿入して配置する。
【００３７】
導体ワイヤ２８に交流電源３０の交流電圧と第１直流電源３２の第１直流負バイアスとを印加する。筒状体１４内に制御弁１８ａ，２２ａで開度を制御しながら開いて炭化水素ガスと酸素含有ガスとを導入する。この場合、制御弁２０ａ，２４ａは閉じておく。
【００３８】
そして、図２で示すように、図示略の着火（火花放電等）装置で、チャンバ１２内の炭化水素ガスと酸素含有ガスとを反応させて燃焼炎３８（プラズマ）を発生させる。こうして発生した燃焼炎３８は維持される。燃焼炎３８の大きさ、温度等は、制御弁１８ａ，２２ａを開度制御して行うことができる。
【００３９】
次に、スイッチ３４を閉じて筒状体１４に第２直流電源３６から第２直流負バイアスを印加する。この印加により、筒状体１４内に直流プラズマ４０が発生する。この場合、第２直流負バイアスは第１直流負バイアスより大きいので筒状体１４の金属が直流プラズマ４０によりスパッタリングされ、このスパッタリングにより発生した金属が触媒金属となって導体ワイヤ２８表面に堆積し、その結果、導体ワイヤ２８表面にはこの堆積した触媒金属が炭素膜生成の起点核となり、この起点核に炭素膜４２が成膜される。なお、制御弁２０ａを必要に応じて開いて有機金属ガスを導入することができる。
【００４０】
また、筒状体１４が触媒金属で構成されていない場合、制御弁２０ａを開いて有機金属ガスを導入すると、この有機金属ガスは直流プラズマ４０により分解されて、導体ワイヤ１４表面上に有機金属ガス中の金属が触媒となって炭素膜４２が成膜される。
【００４１】
最後に、制御弁１８ａ，２０ａ，２２ａを閉じ，制御弁２４ａを開いてチャンバ１２内に流量制御しながら窒素ガスを導入してチャンバ１２内を冷却しまた残存酸素等をチャンバ１２外に排気して導体ワイヤ２８が酸化されることを防止する。
【００４２】
こうして、チャンバ１２内にある導体ワイヤ２８部分の表面に炭素膜４２の成膜が終了すると、導体ワイヤ２８を矢印方向に導出し、次の導体ワイヤ２８の部分を導入し、上記と同様の炭素膜４２の成膜を実施する。
【００４３】
以上のように本実施の形態では、大気圧下で直流プラズマを発生し、この直流プラズマにより炭素膜を成膜することができるので、被成膜基板として導体ワイヤ２８の表面に炭素膜４２を成膜する場合、フィールドエミッション型ランプ用陰極を高い生産性でかつ安価に量産することができるようになる。
【００４４】
なお、図５で示すように、ガス管１８，２０，２２，２４をチャンバ１２のガス導入口１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆにそれぞれ取り付けてもよい。
【００４５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る成膜装置の構成を示す図である。
【図２】図２は図１の成膜装置により燃焼炎が発生した様子を示す図である。
【図３】図３は図１の成膜装置により直流プラズマが発生し導体ワイヤに成膜中を示す図である。
【図４】図４は図１の成膜装置において窒素ガスをチャンバ内に導入した状態を示す図である。
【図５】図５は本発明の他の実施の形態に係る成膜装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  成膜装置
１２  チャンバ
１４  筒状体
２８  導体ワイヤ
３８  燃焼炎
４０  直流プラズマ
４２  炭素膜
【図１】
2007162093.tif 000003
【図２】
2007162093.tif 000004
【図３】
2007162093.tif 000005
【図４】
2007162093.tif 000006
【図５】
2007162093.tif 000007