CN1917120B - 处理衬底的装置和处理电子源衬底的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在密封容器中处理衬底的衬底处理装置，该密封容器装配有排气管和气体引入管，气体引入管的引入口位于排气管内，以便在密封容器中、在排气管的排气口附近形成均匀的气氛。

Description

处理衬底的装置和处理电子源衬底的装置

技术领域

本发明涉及一种用于在大面积的衬底上施加均匀的表面处理的衬底处理装置，和一种利用这样的衬底处理装置处理电子源衬底的装置。

背景技术

存在一种已知的图像形成装置的显示板，其通过平行于膜表面流动的电流来利用薄膜的电子发射的现象，该薄膜通过电子源制造装置形成在衬底上，并且该图像形成装置通过组合这样的电子源和磷光材料而形成。这样的电子发射器件通常包括两种类型，即热电子发射器件和冷阴极电子发射器件。此外，冷阴极电子发射器件包括场发射型(以下称作FE型)、具有金属/绝缘体/金属结构的类型(以下称作MIM型)、和表面传导型电子发射器件。

表面传导型电子发射器件通过向形成在衬底上的小面积薄膜提供平行于膜表面的电流来利用电子发射现象。例如，在日本专利申请公开No.H07-235255和H08-171849中公开了其基本结构及生产方法。表面传导型电子发射器件的典型结构如下所述。对用于形成电子发射部分并为连接衬底上的一对器件电极而提供的导电膜进行通电处理(称作成型)和活化处理，由此形成电子发射部分。

成型是在导电膜的端部之间施加电压以形成电子发射部分的处理，在导电膜中局部地产生了破坏、变形和改变，由此形成了具有高电阻状态的裂缝(空隙)。

活化是在降低压力的含有有机化合物的气氛下在导电膜的端部之间施加电压从而在裂缝附近形成了碳膜的处理。从裂缝的附近执行电子发射。

结构简单并且易于制造的表面传导型电子发射器件具有能够在大面积上排列众多元件的优点，并用于电荷束源和图像形成装置(如显示装置)中。

在先前的表面传导型发射器件的生产方法中，在降低压力的气氛下放置承载了一对器件电极和导电膜的器件，并对其进行成型处理，由此在导电膜中形成裂缝。之后，通过下列步骤执行活化处理：将有机化合物气体引入到降低压力的气氛中，并施加适当选择的脉冲电压持续几分钟至几十分钟的时间，以便在裂缝附近沉积碳或碳化合物，此形成碳膜。这样的活化处理对于提高器件的性能是有效的。通过这样的活化处理，改善了电子发射器件的性质，即电子发射电流Ie，显示了明显的增加，同时保持阈值电压。

但是，这样的活化处理涉及到下面的限制。

用于在电子发射部分及其附近沉积碳或碳化合物的活化处理是通过分解从该气氛吸收到器件衬底上的有机化合物来进行的。因此，当同时经历活化处理的器件数量增加时，电子源衬底上每单位时间分解和消耗的有机化合物的量也增加。结果，引起该气氛中有机化合物的浓度波动、碳膜的较慢的形成速率、以及取决于电子源衬底内位置的碳膜的波动，由此导致电子源的均匀性劣化。

发明内容

本发明的目的是提供一种在存在预定气体的情况下向衬底施加表面处理(如对电子源的活化处理)的装置，即使在大面积衬底上该装置也能够均匀处理，同时提供一种利用这种装置的电子源处理装置。

本发明提供了一种用于处理待处理衬底的表面的衬底处理装置，包括密封容器、排气构件和气体引入构件，密封容器装配有排气管和气体引入管，并且能够将衬底的表面设置在密封气氛中，排气构件通过排气管排出密封容器中的气体，气体引入构件通过气体引入管将气体引入密封容器中，其中气体引入管的引入口位于排气管内。

本发明还提供一种用于处理电子源衬底的装置，该电子源衬底承载多个器件，每个器件具有导电膜和用于向衬底上的导电膜施加电压的成对的电极，在处理过程中，在密封气氛下引入还原气体并向成对的电极施加电压，由此在导电膜中形成空隙，该装置包括密封容器、排气构件和气体引入构件，密封容器装配有排气管和气体引入管并且能够将衬底的表面设置在密封气氛中，排气构件通过排气管排出密封容器中的气体，气体引入构件通过气体引入管将还原气体引入密封容器中，其中气体引入管的引入口位于排气管内。

本发明还提供一种用于处理电子源衬底的装置，该电子源衬底承载多个器件，每个器件设置了具有裂缝的导电膜和用于向衬底上的导电膜施加电压的成对的电极，在处理过程中，将有机化合物气体引入密封气氛中并向成对的电极施加电压，由此在裂缝附近的导电膜上沉积碳或碳的化合物，该装置包括密封容器、排气构件和气体引入构件，密封容器装配有排气管和气体引入管并且能够将衬底的表面设置在密封气氛中，排气构件通过排气管排出密封容器中的气体，气体引入构件通过气体引入管将有机化合物气体引入密封容器中，其中气体引入管的引入口位于排气管内。

通过下面示意性实施例的说明(参照附图)本发明的其它特点将显而易见。

附图说明

图1是显示用于处理电子源衬底的本发明装置的实施例的整体结构的示意图；

图2是图1所示的用于处理电子源衬底的装置的示意性局部剖面透视图；

图3是显示用于处理电子源衬底的本发明装置的另一个实施例的整体结构的示意图；

图4是显示通过本发明的处理装置制备的电子发射器件的结构的示意性平面图；

图5是显示通过本发明的处理装置制备的电子源衬底的结构的示意性平面图；以及

图6是显示实施了本发明的等离子体膜形成装置的整体结构的示意图。

具体实施方式

本发明的第一方面是用于处理待处理衬底的表面的衬底处理装置，包括密封容器、排气构件和气体引入构件，密封容器装配有排气管和气体引入管并且能够将衬底的表面设置在密封气氛中，排气构件通过排气管排出密封容器中的气体，气体引入构件通过气体引入管将气体引入密封容器中，其中气体引入管的引入口位于排气管内。

本发明的第二方面是用于处理电子源衬底的装置，该电子源衬底承载多个器件，每个器件具有导电膜和用于向衬底上的导电膜施加电压的成对的电极，在处理过程中，在密封气氛下引入还原气体并向成对的电极施加电压，由此在导电膜中形成空隙，该装置包括密封容器、排气构件和气体引入构件，密封容器装配有排气管和气体引入管并且能够将衬底的表面设置在密封气氛中，排气构件通过排气管排出密封容器中的气体，气体引入构件通过气体引入管将还原气体引入密封容器中，其中气体引入管的引入口位于排气管内。

本发明的第三方面是用于处理电子源衬底的装置，该电子源衬底承载多个器件，每个器件设置了具有裂缝的导电膜和用于向衬底上的导电膜施加电压的成对的电极，在处理过程中，将有机化合物气体引入密封气氛中并向成对的电极施加电压，由此在裂缝附近的导电膜上沉积碳或碳化合物，该装置包括密封容器、排气构件和气体引入构件，密封容器装配有排气管和气体引入管并且能够将衬底的表面设置在密封气氛中，排气构件通过排气管排出密封容器中的气体，气体引入构件通过气体引入管将有机化合物气体引入密封容器中，其中气体引入管的引入口位于排气管内。

本发明的装置能够在大面积的衬底上进行均匀的表面处理，该装置可有利地用于大面积衬底上的各种膜成型处理中。特别地，在电子源的活化处理中，能够在衬底上的多个器件上均匀地沉积碳或碳化合物，由此产生了具有均匀电子发射特性的电子源。

本发明的衬底处理装置可有利地用于各种膜成型处理，但是作为示例将说明特别有利的对电子源衬底的成型处理和活化处理的应用。

图1、2和3显示了本发明的用于处理电子源衬底的装置的实施例，其中图2是制造装置的透视图，显示了电子源衬底的外围部分，图1和图3分别是该装置的示意性剖面图和显示管道结构的示意图。参照图1至3，显示了运载气体1、辅助泵2、阀门3a-3f、闸门阀4、由电源和电流控制系统构成的驱动器5、支撑件6、导热件7、连接布线8、电子源衬底10和有机化合物气体11。还显示了密封容器12、气体流速控制器13、滤湿器14、气体引入管15、排气管16、主真空泵17、密封件18、器件的导电膜21、X-方向布线22、Y-方向布线23和引线24。

在图1至3所示的装置中，用于支撑和固定电子源衬底10的支撑件6设置有用于通过真空夹持机构、静电夹持结构或固定夹具机械地固定电子源衬底10的机构。支撑件6中结合了没有示出的加热器，当必要时，能够通过导热件7加热电子源衬底10。

密封容器12由玻璃或不锈钢形成，并且优选地由显示出较少的气体从容器释放的材料形成。密封容器12具有这样的结构，以便覆盖除了引线24之外的电子源衬底10上的导电膜21的整个区域，并承受从1.33×10^-6Pa(1×10^-8Torr)到大气压范围内的压力。

密封件18用于将电子源衬底10和密封容器12保持在密封状态下，并且由例如O型环或橡胶片构成。

将在电子源衬底10的活化中采用的有机化合物气体11是例如用氮、氦或氩稀释的混合气体。此外，在稍后将说明的执行成型处理的情况下，可以将促进在导电膜21中形成空隙的气体(例如还原氢气)引入到密封容器12中。

将在电子源衬底10的活化中采用的有机化合物的示例包括诸如烷烃、烯烃或炔烃的脂肪族烃，芳族烃，醇，醛，酮，胺，腈、酚，香芹酮，诸如磺酸的有机酸。更具体地，能够采用由C_nH_2n+2表示的饱和的碳氢化合物(如甲烷、乙烷或丙烷)，由C_nH_2n表示的不饱和的碳氢化合物(如乙烯或丙稀)，苯，甲苯，甲醇，乙醇，乙醛，丙酮，甲基乙基酮，甲胺，乙胺，酚，苯基氰或乙腈。

可以直接使用在常温下为气态的有机化合物作为有机化合物气体11。另一方面，可以通过在容器中蒸发或升华或者进一步通过与稀释气体混合来使用常温下为液态或固态的有机化合物。对于运载气体1，使用惰性气体，例如氮气、氩气或氦气。

以预定的比例混合有机化合物气体11和运载气体1，并将其引入密封容器12中。通过各自的气体流速控制器13来控制其流速和混合比例。每个气体流速控制器13由质量流量控制器和电磁阀构成。如果有必要，则通过在气体引入管15周围提供的未示出的加热器将这样的混合气体加热到适当的温度，并通过其中提供的引入口将其引入到密封容器12中。混合气体的加热温度优选地与电子源衬底10的温度相当。

在气体流速控制器13与气体引入管15之间的通路上，优选地设置滤湿器14，用于去除引入气体中的湿气。滤湿器14可以采用吸湿材料，例如硅胶、分子筛或氢氧化镁。

经过连接到密封容器12的排气管16，通过真空泵17以恒定的排气速率排放被引入密封容器12中的混合气体，由此密封容器12中的混合气体保持在恒定的压力。本发明将采用的真空泵17是高真空泵，如储藏型的低温泵或涡轮分子泵，并且优选地是无油泵。

在本实施例中，尽管可根据活化处理中将采用的有机化合物的类型而改变，但是混合气体的压力优选地是使构成混合气体的气体分子的平均自由程λ充分大于密封容器12的内部尺寸。

此外，密封容器12的气氛中的水的分压优选地是1.3×10^-4Pa(1.0×10^-6Torr)或更小。

通过气体引入管15将有机化合物气体引入到密封容器12中，按照本发明，气体引入管15的引入口位于排气管16内。位于排气管16内的气体引入管15的引入口允许控制混合气体的流动，由此在衬底10的整个表面上均匀地提供有机化合物气体。优选地，气体引入管15的引入口位于从排气管16的排气口(密封容器12上的安装部分)回缩的位置。

在图1所示的实施例中，气体引入管15的引入口固定在闸门阀14与排气口之间的位置。另一方面，在图3所示的实施例中，使得气体引入管15的引入口可通过未示出的驱动机构来垂直地移动。通过这样的驱动机构，当处理过程中需要时，引入口朝着衬底10降低到低于闸门阀4的位置，当处理过程中不需要时，引入口升高到高于闸门阀4，并存放在真空泵17的旁边。

图1和3所示的实施例也考虑了生产效率的提高。因为密封容器12必须在短时间内从大气压到达用于活化处理的压力，所以采用了特别对水分子具有非常有效的排气速率的真空泵17。真空泵17的这样的大(高)效率的排气速率将在位于排气管16正下方的衬底10上产生压力的局部下降，由此有害地影响了有机化合物气体的均匀性。但是，在本实施例中，位于排气管16内的引入管15的引入口实现了将有机化合物气体有利地提供到存在于排气管16正下方的压力下降的局部空间中。结果，有机化合物气体在衬底10的整个表面上具有小的压力分布，由此提供了极好的生产率。

如图1至3所示的本发明的用于处理电子源衬底的装置可有利地用于电子源衬底的活化处理，也可应用于在活化处理之前执行的成型处理。因此本发明允许连续执行成型处理和活化处理。特别是在通过引入还原气体执行成型处理的情况下，可以将这样的气体均匀地引入到密封容器12中。

在图1至3所示的实施例中，在电子源衬底10的表面上跨密封件18设置密封容器12，由此形成含有电子源衬底10作为底部并保持内部处于密封状态的容器。但是，本发明的衬底处理装置不限于这样的结构，也可以有利地采用一种利用含有底部的密封容器并通过将衬底放置在这样的容器中执行处理的结构。

(示例)

(示例1)

本示例用于制造如图5所示的电子源衬底，其具有如图4所示的多个表面传导型电子发射器件。在图4和5中，显示了电子源衬底10、导电膜21、X方向布线22、Y方向布线23、器件电极25、碳膜26、碳膜26中的空隙27、和绝缘层28。为了简化的目的，图5中省略了碳膜26。

首先，在承载SiO₂层的玻璃衬底上，印刷Pt糊剂并在加热条件下煅烧，以形成器件电极25。然后丝网印刷Ag糊剂，并在加热条件下煅烧以形成X方向布线22(240条布线)和Y方向布线23(720条布线)。在X方向布线22和Y方向布线23的交叉部分中，丝网印刷绝缘糊剂并在加热条件下煅烧，以形成绝缘层28。

然后，在每对器件电极25、25之间，通过气泡喷射(商品名)型的发射装置滴入钯复合溶液，并加热以形成氧化钯的导电膜21，如图5所示。以此方式，制备电子源衬底10，在电子源衬底10中通过X方向布线22和Y方向布线23对器件按矩阵方式布线，每个器件包括一对器件电极25、25和导电膜21。

将由此制备的电子源衬底10固定在图1和2所示的处理装置的支撑件6上。

然后按照引线24从密封容器12突出的方式，跨密封件18将不锈钢制成的密封容器12放置在电子源衬底10上。

打开连接到密封容器12的排气口的排气管16的闸门阀4，通过真空泵17抽空密封容器12的内部。在稍后所述的成型处理和活化处理中，通过结合在支撑件6中的加热器来加热衬底10。本实施例采用储藏型的低温泵作为真空泵17。低温泵对于水具有非常大的排气速率，与相同孔径的涡轮分子泵的排气速率相等或比其大3倍，并且即使在成批型装置中其也能够在短时间内从大气压达到高真空区域。如上所述，在排气管16的正下方，有机化合物气体的压力通常变得局部较低。但是在本发明中，由于气体引入管15的引入口位于排气管16内并且由于共心地设置排气管16和气体引入管15，所以能够抑制有机化合物气体的这种局部压力损失。

然后，通过图1所示的连接布线31连接到引线30的驱动器5在电子源衬底10上的每个器件的器件电极25、25之间施加电压。以此方式，对导电膜21进行成型处理，并在其中形成图4所示的空隙27。

接着，使用相同的装置来进行活化处理。通过打开气体供应阀门3c、3d和3b将有机化合物气体11和运载气体1的混合气体引入密封容器12中。采用与乙烯混合的氮气作为有机化合物气体11，采用氮气作为运载气体1。按照密封容器12具有1.3×10^-4Pa的内部压力的方式，在密封容器12中提供的未示出的真空计的监控下，调整阀门3b的打开程度。

在引入有机化合物气体之后，通过X方向布线22和Y方向布线23从驱动器5向每个器件的器件电极25、25之间施加电压来进行活化处理。通过将所有的Y方向布线23和未选择的一些X方向布线22共同连接到地电位GND，同时从X方向布线22选择10条布线并向这样选择的线连续施加脉冲电压，来进行活化处理。通过重复上述的操作，对X方向上所有的线进行活化。在活化处理之后，对每条X方向布线测量器件电流If并进行比较。结果，器件电流If在布线间显示出小的波动，表示令人满意的活化处理。换句话说，有机化合物气体均匀地分布在衬底10的整个表面上，由此降低了器件电流If中的波动，并实现了满意的活化。器件电流If指的是在电子发射器件的器件电极之间流动的电流。

在活化处理之后的电子发射器件中，如图4所示，跨过空隙27形成碳膜26、26。

此外，在活化处理中，利用装配有差动排气装置的未示出的质谱分析装置在排气管16中进行气体分析。结果，在引入混合气体的同时，m/z＝28的氮和乙烯以及m/z＝26的乙烯片断瞬间增加并饱和，并且两个值在活化处理期间保持恒定。

(示例2)

利用图3所示的处理装置，按照类似于示例1的方式制备图5所示的电子源衬底10。在此示例中，使气体引入管15的引入口可通过未示出的驱动机构而在排气管16内垂直移动的。在活化处理中，通过驱动机构将气体引入管15的引入口降低到在排气管16中低于闸门阀4并更靠近于衬底10的位置。通过打开气体供应阀门3c、3d和3b将有机化合物气体11和运载气体1的混合气体引入密封容器12中。采用与乙烯混合的氮气作为有机化合物气体11，并采用氮气作为运载气体1。按照密封容器12具有1.3×10^-4Pa的内部压力的方式，在密封容器12中提供的未示出的真空计的监控下，调整阀门3b的打开程度。

在活化处理完成时，通过驱动机构将气体引入管15的引入口回缩到闸门阀4之上的位置。图3显示了气体引入管15的引入口回缩的状态。

在活化处理之后的本示例的电子发射器件中，如图4所示，如示例1，跨过空隙27形成碳膜26、26。如示例1一样，活化处理之后的器件电流If的测量结果显示能够获得满意的活化处理。

(示例3)

本示例显示了将本发明的衬底处理装置应用到等离子体处理装置。图6显示了本示例的装置的构造，其中显示了高频振荡器30、衬底31、密封容器32、等离子体处理室33、排气管34、闸门阀35、真空泵36、气体引入管37、高频引入窗口38和波导39。

在本示例中，等离子体处理室33设置在密封容器32内。待处理的衬底31位于处理室33内，处理室33连接到排气管34并通过真空泵36抽空。气体引入管37设置在排气管34内，将工艺气体提供至等离子体处理室33。高频振荡器30通过波导39和高频引入窗口38向等离子体处理室33发射高频波。高频引入窗口38和波导39通过未示出的由高耐热的Kalrez橡胶形成的O型环密封。此外，考虑到装置的安全性，虽然没有示出，但是围绕O型环提供了冷却机构。

借助于气体阀门3c、3b和3d以及气体流速控制器13，将工艺气体从气体引入管37供应至等离子体处理室33。

通过这样的等离子体处理装置进行实验，以便在下列条件下通过等离子体CVD法在衬底上形成Si基半导体膜：

·高频波：2.45GHz的微波，以及800W的带电功率；

·压力：133Pa；

·工艺气体：SiF₄/H₂＝200/800sccm；

·膜形成时间：1小时；

·衬底尺寸：边长300mm的正方形；

在实验过程中以稳定方式产生等离子体，高频引入窗口38不会因为等离子体的热量而破裂，并维持密闭特性直到完成膜形成实验。沉积在衬底31上的Si基半导体膜在整个衬底上显示了均匀的厚度。因此证明，能够在大面积衬底上均匀地引入工艺气体。

尽管已经参照示意性实施例说明了本发明的，但是应当理解，本发明不限于所公开的示意性实施例。所附权利要求的范围应当是按照最宽的解释，以便包括所有这样的修改以及等价的结构和功能。

Claims (3)

1.一种用于处理待处理衬底的表面的衬底处理装置，包括：

密封容器，其装配有排气管和气体引入管，并能够将衬底的表面设置在密封气氛中；

排气构件，通过排气管的内部排出密封容器中的气体；和

气体引入构件，通过气体引入管的内部将气体引入密封容器中；

其中气体引入管的引入口位于排气管的内部并且被使得能够在排气管内垂直移动。

2.一种用于处理电子源衬底的装置，该电子源衬底承载多个器件，每个器件具有导电膜和用于向衬底上的导电膜施加电压的成对的电极，在所述处理中，在密封气氛下引入还原气体并向成对的电极施加电压，由此在导电膜中形成空隙，该装置包括：

密封容器，其装配有排气管和气体引入管，并且能够将衬底的表面设置在密封气氛中；

排气构件，通过排气管的内部排出密封容器中的气体；和

气体引入构件，通过气体引入管的内部将还原气体引入密封容器中；

其中气体引入管的引入口位于排气管的内部并且被使得能够在排气管内垂直移动。

3.一种用于处理电子源衬底的装置，该电子源衬底承载多个器件，每个器件设置了具有裂缝的导电膜和用于向衬底上的导电膜施加电压的成对的电极，在所述处理中，将有机化合物气体引入密封气氛中并向成对的电极施加电压，由此在裂缝附近的导电膜上沉积碳或碳化合物，该装置包括：

密封容器，其装配有排气管和气体引入管，并且能够将衬底的表面设置在密封气氛中；

排气构件，通过排气管的内部排出密封容器中的气体；和

气体引入构件，通过气体引入管的内部将有机化合物气体引入密封容器中；

其中气体引入管的引入口位于排气管的内部并且被使得能够在排气管内垂直移动。

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